CN101675595B - 用于无线通信系统的动态重配置的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有处理电路(10，11)的无线通信系统，所述处理电路包括可自由编程的逻辑控制，并对接收信号和发送信号进行处理。修改所述可自由编程的逻辑控制的编程，以便将该可自由编程的逻辑控制调整为发送操作和接收操作。通过借助于总线系统对该可自由编程的逻辑控制中的功能块进行加载和卸载来实施所述修改。这种调整在不对无线通信系统的功能有任何中断的情况下发生。

Description

用于无线通信系统的动态重配置的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于无线通信系统的动态重配置的方法和设备。
背景技术
按照常规，对信号进行处理所需的所有功能单元独立地建立在无线通信系统内，并且连接到整个系统。为了降低设备建立的复杂度、设备体积和成本，US 2006/00073804A1提出了一种设备，该设备在改变操作状态期间重新配置无线通信系统的功能块，这些功能块在不同的操作状态下需要有不同的配置。关于US 2006/00073804A1，重新配置应当被理解为，专门指对系统内的数据的处理方向进行切换，而不是指对不同功能块进行互换。结果，避免了对相同功能块进行多次组织。这种组织在FPGA(现场可编程门阵列)即现场可编程门阵列上实施。这种方案的一个缺点是，在不同操作状态下的不同配置中需要的相同功能块仅仅代表典型无线通信系统的结构的一小部分。另外一个缺点是，必需其它功能块的功能不可用，因此不能实现这些功能。
因此，设备建立的复杂度、设备体积和成本仅仅能够被减少一小部分。
发明内容
本发明的目的基于提供一种无线通信系统和用于操作无线通信系统的方法，这种无线通信系统在提供设备结构的低复杂度的同时提供了小的设备体积，其实现了成本的降低，同时支持多种可能的波形。
该目的是根据基于独立权利要求1的特征的设备和基于独立权利要求9的特征的方法的本发明来实现的。有利的进一步发展形成了引用这些权利要求的从属权利要求的主题。
无线通信系统配备有处理电路。该处理电路对接收的信号以及发送的信号进行处理。可自由编程的逻辑电路形成该处理电路的一部分。该处理电路通过改变可自由编程的逻辑电路的编程，而适用于不同的操作状态。其中，发送模式和接收模式的特征在于可自由编辑的逻辑电路的编程不同。因此，从可自由编程的逻辑电路中抽出(卸载)功能块，以及将功能块引入(加载)可自由编程的逻辑电路中。
其中，重新编程优选在无线通信的运行时间实施。通过将编程电路的至少一部分实现为可编程逻辑电路，实现了一种有很大灵活性的可能的电路结构。而且，这导致这种设备结构的复杂度低、设备体积小以及低的成本。
具有FPGA的可编程逻辑电路的一个有利发展在成体低的同时还确保了高的处理速度。将对可自由编程的逻辑电路的重新编程有利地分解到子区域中实现了高的处理速度，原因在于在对子区域进行重新编程的同时，在可自由编程的逻辑电路的远程部分继续进行处理。此外，因为仅仅在当前未被使用的区域中实施对可自由编程的逻辑电路的重新编程，所以确保了信号的一致性，并且因此不会对信号产生错误的影响。
有利的是，可以由信号或各个信号部分多次穿过可自由编程的逻辑电路的独立子区域，结果进一步降低了电路结构的复杂度，相应地减小了尺寸和成本。对不同波形进行处理的有利应用还在无线通信系统的使用中允许很大的灵活性，而不存在为每个可能的通信任务都提供一个处理电路的困难。
有利的是，对可自由编程的逻辑电路中已经被穿过的区域进行标记，使得可以在这些区域中开始重新配置，同时可自由编程的逻辑电路的其它区域仍然被处理所占用。这通过减少重新配置所需要的时间，提高了处理电路的处理速度。
附图说明
下面参照附图以示例方式描述本发明，附图中示出本发明的有利的示范性实施例。附图如下：
图1示出根据本发明的示范性无线通信系统的结构概览；
图2示出根据本发明的处理电路的示范性结构；
图3示出处于接收模式的示范性FPGA的内部配置的框图；
图4示出处于发送模式的示范性FPGA的内部配置的框图；
图5示出从接收模式到发送模式的重新编程开始时示范性FPGA的内部配置的框图；
图6示出从接收模式到发送模式的重新编程结束时示范性FPGA的内部配置的框图；
图7示出在对信号部分进行处理时一般功能的示范性FPGA的内部配置的框图；以及
图8示出在重新编程以多次使用独立子区域之后一般功能的示范性FPGA的内部配置的框图。
具体实施方式
首先参照图1和图2解释无线通信系统的结构和一般机能。通过图3和图4示出重新编程的一般功能。基于图5和图6解释以块为单位的(block-wise)重新编程。图7和图8示出为了实施不同的操作而多次使用处理电路的独立区域。在某些情况下，类似图示中相同元件的呈现和描述不再重复。
图1示出根据本发明的示范性无线通信系统的结构概览。天线1被连接到处理电路2。该处理电路对输出信号以及输入信号进行处理。
图2示出根据本发明的处理电路的示范性结构。模数/数模转换器10连接到FPGA 11。该FPGA被连接至数据源12，并且被连接至数据接收器13。模数/数模转换器10接受来自天线1的接收信号，将这些信号数字化，并路由到FPGA 11。FPGA 11对这些信号进行解调和解码，并且可选地实施进一步的操作。接收到的数据被路由到数据接收器13。数据源12产生针对发送而确定的数据。这些数据被传送给FPGA 11。FPGA 11对这些数据进行编码和调制以形成信号。可选地，由FPGA 11实施进一步的操作。该信号仍以数字形式表示，并被发送到模数/数模转换器10，由模数/数模转换器10转换为模拟信号，并路由到天线1。
图3示出处于接收模式的示范性FPGA的内部配置的框图。通过I/O区域40接收信号。接收到的信号连续穿过以下功能块：溢出控制器30、减法直流部分31、均衡滤波器32、数控振荡器33(NCO)、再采样器34、高抽取滤波器35(抽取滤波器)、半带滤波器36(半带滤波器)、FIR/多相滤波器37、坐标旋转数字计算机(cordic)38(实施cordic算法以确定振幅和相位)以及FIR滤波器39。所确定的数据通过I/O区域40被路由。
图4示出处于发送模式的示范性FPGA的内部配置的框图。由I/O区域60接受针对发送而确定的数据。这些数据连续穿过以下功能块：FIR/多相滤波器57、功率控制器56、再采样器54、数控振荡器53(NCO)和均衡器52，而后被转换成模拟信号。清楚明显的是，在发送模式下，并非FPGA的所有区域都被使用，因为发送模式与接收模式相比所要求的复杂度降低。功能块50、51、58和59未被使用。与接收模式相比，功能块的顺序以及功能块的接口相对于I/O区域60的位置和方向已经被改变。此外，功能块：高抽取滤波器35和半带滤波器36已经被功率控制器56取代。
图5示出从接收模式到发送模式的重新编程开始时示范性FPGA的内部配置的框图。正如参照图3所述的，由I/O区域81接受信号部分80。信号部分80由此按参照图3所描述的顺序穿过各个块。其中空心箭头表示功能块的原始配置。黑箭头表示功能块的当前配置。在图5中，信号部分80已经穿过以下功能块：溢出控制器70、减法直流部分71、均衡滤波器72和数控振荡器73。信号部分80当前正在功能块再采样器74中进行处理。
由于FPGA的重新编程是以块为单位实施的，所以信号部分已经穿过的功能块已可以适用于新的操作状态。相应地，功能块：数控振荡器73和均衡滤波器72的配置已经被转换。类似地，功能块均衡滤波器72到I/O区域81的连接已经建立。为了降低重新编程的复杂度，不再需要的功能块：溢出控制器70和减法直流部分71被留下，其中这些功能块不再是信号流的一部分。可替换地，以这种方式释放出的空间可以用于实施发送模式的另外的功能。
图6给出从接收模式到发送模式的重新编程结束时示范性FPGA的内部配置的框图。正如参照图5所述的，此时信号部分100已经自图5穿过以下功能块：溢出控制器70、减法直流部分71、均衡滤波器72、数控振荡器73、再采样器74、高抽取滤波器75、半带滤波器76、FIR/多相滤波器77和cordic78。现在，信号部分100正被功能块FIR滤波器99处理。清楚明显的是，功能块：高抽取滤波器75和半带滤波器76已经被新的功能块功率控制器96所取代。该功能块在FPGA中先前实现滤波器75和76的相同区域中实现。如参照图5所述，FPGA的重新编程以块为单位实施。
由于信号部分100已经穿过接收模式的大多数功能块，所以大多数功能块已经被转换成发送模式。以此方式，功能块：均衡滤波器92、数控振荡器93和再采样器94的配置已经被转换。此外，功能块：均衡滤波器92和FIR/多相滤波器97与I/O区域101的连接已经被建立。功能块：高抽取滤波器75和半带滤波器76已经被功能块功率控制器96取代。功能块：FIR/多相滤波器97、功率控制器96和再采样器94的连接已经被转换。为了降低重新编程的复杂度，不再需要的功能块：溢出控制器90、减法直流部分91和cordic 98被留下，但是它们不再是信号流的一部分。可替换地，已经被释放的区域可以用于实施另外的功能。尽管信号部分100仍然穿过功能块cordic 98和FIR滤波器99，但因为发送模式所需的所有功能块已经准备好进行操作，因此发送模式已经可以开始。
图5和图6给出处理电路2的操作的两种类型，每种类型都可以在不修改处理电路的结构的情况下自己操作。这是可能的，原因在于一种类型的操作所需的功能块可以被完全包含在FPGA内。参照图7和图8，以下将给出一种类型的操作，这种类型的操作需要比FPGA上同时能够容纳的功能块的数目更多的功能块。结果，在操作期间必需进行包含数据的重新编程。
图7示出信号部分130处理期间一般功能的示范性FPGA的内部配置的框图。信号部分130已经穿过功能块a120到i128。信号部分130当前正在被功能块j129处理。需要对FPGA进行重新编程以进行进一步的处理。图8中给出进一步的流程。
图8示出在重新编程以多次使用独立子区域之后一般功能的示范性FPGA的内部配置的框图。信号部分160已经自图7穿过功能块a120到i128，并且当前正在被功能块j159处理。在对FPGA进行重新编程之后，功能块c122到i128被新的功能块k158到q152取代。功能块q152到I/O区域160的连接也被建立。信号部分160现在从功能块j159被路由到功能块k158，由功能块k158和接下来的功能块1157到q152进行处理，并通过I/O区域被输出。因此可以由FPGA来实施不能作为整体包含在该FPGA中的操作。
仅仅在操作期间以块为单位的并且包含数据的重新编程才允许实施这种复杂的操作。如果对FPGA的子区域的单次重新编程不够充分，则可以按照需要多次重复该过程，相应地，FPGA的每个子区域可以按照需要多次被不同的功能块使用。
本发明并不局限于给出的示范性实施例。例如，如已经提及的，不同的功能块可以由处理电路进行映射。而且，可以由两个以上的处理步骤使用独立的子区域。以上描述的或者在附图中示出的所有特征在本发明的框架内可以按照需要彼此组合在一起。

Claims (17)

1.一种具有处理电路(2)的无线通信系统，
其中，所述处理电路(2)对接收的信号和发送的信号进行处理，
其中，所述处理电路(2)包含可自由编程的逻辑电路，
其中，所述处理电路(2)通过改变对所述可自由编程的逻辑电路的编程，而适用于所述无线通信系统的接收模式和发送模式，
其中，在从所述接收模式到所述发送模式和/或从所述发送模式到所述接收模式进行切换的情况下，通过改变对所述可自由编程的逻辑电路的编程，所述无线通信系统的功能块(30-39，50-59，70-79，90-99，120-129，150-159)从所述逻辑电路中被抽出和/或被引入所述逻辑电路中，
其中，对所述可自由编程的逻辑电路的重新编程在子区域中被实施，并且
其中，所述可自由编程的逻辑电路中不受所述重新编程影响的子区域在所述重新编程期间不经历功能的中断。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，对所述可自由编程的逻辑电路的重新编程在所述无线通信系统的功能不中断的情况下被实施。
3.根据权利要求2所述的无线通信系统，其特征在于，所述可自由编程的逻辑电路是FPGA(11)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无线通信系统，其特征在于，所述可自由编程的逻辑电路的子区域(152-158)被独立的信号部分(130，160)多次穿过，
并且对所述可自由编程的逻辑电路的子区域(152-158)的编程在对信号部分(130，160)进行的处理和路由之后被改变。
5.根据权利要求4所述的无线通信系统，其特征在于，所述可自由编程的逻辑电路中被改变的子区域(152-158)被所述信号部分(130，160)再次穿过，
并且在所述可自由编程的逻辑电路的子区域内进行重新编程和信号处理的步骤能够针对信号部分(130，160)以需要的频率被重复。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的无线通信系统，其特征在于，所述可自由编程的逻辑电路针对不同波形的处理提供不同的编程，
并且不同的波形由不同的调制方法和/或编码方法和/或加密方法和/或频率和/或频谱和/或功率提供。
7.根据权利要求4所述的无线通信系统，其特征在于，在重新编程之前确定的用于通过所述可自由编程的逻辑电路的给定区域(70-79)进行处理的最后信号部分(80，100)由一给定信号显示，
所述可自由编程的逻辑电路中已经处理过该最后信号部分的区域(70-73，90-98)被释放以进行重新编程，
并且，所述可自由编程的逻辑电路中的被释放区域(70-73，90-98)的编程被改变，同时该最后信号部分(80，100)仍然正在被所述可自由编程的逻辑电路的其它未改变区域(74-79，99)处理。
8.一种操作具有处理电路(2)的无线通信系统的方法，
其中，接收的信号和发送的信号的处理由所述处理电路(2)实施，
其中，所述处理至少部分地由包含在所述处理电路(2)内的可自由编程的逻辑电路实施，
其中，所述处理电路(2)通过改变对所述可自由编程的逻辑电路的编程，而适用于所述无线通信系统的不同的操作条件，
其中，在从接收模式到发送模式和/或从发送模式到接收模式进行切换的情况下，通过改变对所述可自由编程的逻辑电路的编程，功能块(30-39，50-59，70-79，90-99，120-129，150-159)从所述逻辑电路中被抽出或者被引入所述逻辑电路中，
其中，在子区域中实施所述可自由编程的逻辑电路的重新编程，并且
其中，所述可自由编程的逻辑电路中不受所述重新编程影响的子区域在所述重新编程期间不经历功能的中断。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在从所述接收模式到所述发送模式和/或从所述发送模式到所述接收模式进行切换时，实施所述无线通信系统的操作中的下列步骤：
a：由所述可自由编程的逻辑电路分别在发送模式或接收模式下处理信号；
b：改变所述可自由编程的逻辑电路的编程；
c：继续由所述可自由编程的逻辑电路分别在接收模式或发送模式下处理信号。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在不中断所述无线通信系统的功能的情况下，实施所述可自由编程的逻辑电路的编程的改变。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述可自由编程的逻辑电路是FPGA(11)。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，针对所述可自由编程的逻辑电路的重新编程，实施下列步骤：
a.由所述可自由编程的逻辑电路处理信号；
b.切换所述无线通信系统的操作状态；
c.改变所述可自由编程的逻辑电路中未使用子区域的编程；
d.继续由所述可自由编程的逻辑电路处理信号；
e.重复步骤c.和步骤d.，直到所述可自由编程的逻辑电路的编程完全适用于新的操作状态。
13.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，由独立的信号部分(130，160)多次穿过所述可自由编程的逻辑电路的子区域(152-158)，
并且在对信号部分(130，160)进行处理和路由之后，改变所述可自由编程的逻辑电路的子区域(152-158)的编程。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，由所述信号部分(130，160)再次穿过所述可自由编程的逻辑电路的被改变子区域(152-158)，
能够针对信号部分(130，160)以需要的频率重复在所述可自由编程的逻辑电路的子区域内进行重新编程和信号处理的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，实施下列步骤以使信号部分(130，160)重复穿过所述可自由编程的逻辑电路中的独立子区域：
a.由所述可自由编程的逻辑电路中第一子区域上的功能块处理所述信号部分(130，160)；
b.由所述可自由编程的逻辑电路中第二子区域上的功能块处理所述信号部分(130，160)；
c.改变所述可自由编程的逻辑电路中第一子区域的功能块；
d.由所述可自由编程的编辑电路中第一子区域上的功能块处理所述信号部分(130，160)；
e.改变所述可自由编程的逻辑电路中第二子区域的功能块；
f.重复步骤b.至步骤e.，直到完成对所述信号部分的处理。
16.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在处理不同的波形时，对所述可自由编程的逻辑电路进行不同的编程，
并且所述不同的波形由不同的调制方法和/或编码方法和/或加密方法和/或频率和/或频谱和/或功率实现。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在改变所述编程之前，由一给定信号显示所确定的由所述可自由编程的逻辑电路的给定区域(70-79)处理的最后信号部分(80，100)，
释放所述可自由编程的逻辑电路中已经处理过该最后信号部分的区域(70-73，90-98)以进行重新编程，并且
改变对所述可自由编程的逻辑电路的被释放区域(70-73，90-98)的编程，同时该最后信号部分仍然正在由所述可自由编程的逻辑电路的其它未改变区域(74-79，99)进行处理。
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