CN103841062A

CN103841062A - 用于基于载波的系统中的双向通信的初始化序列

Info

Publication number: CN103841062A
Application number: CN201310590936.XA
Authority: CN
Inventors: N·C·沃克; B·A·克雷默; R·F·佩恩
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: US8837561B2; US20140140380A1; CN103841062B

Abstract

本发明涉及用于基于载波的系统中的双向通信的初始化序列。提供了一种方法。由接收器接收初始比特序列。本地振荡器最初被锁定到本地基准，随后利用初始比特序列锁定到所接收的信号，并且一旦本地振荡器被锁定到本地基准，就执行自动增益控制（AGC）。接着，激活Costas环，以便实现载波频偏（CFO）锁定，并且检测符号反转。接着，用训练结束帧面同步接收器。

Description

用于基于载波的系统中的双向通信的初始化序列

技术领域

本发明总体涉及通信系统，更具体地涉及幅度和相位调制的通信系统。

背景技术

远程调制解调器之间的通信在许多应用中是常见的。不过根据系统的类型，可能存在或不存在能够同步远程调制解调器的初始化序列。例如，电气或光学串行器/解串器（SerDes）系统中的启动是盲发的，这意味着不存在初始化序列。另一方面，无线系统（即，蜂窝通信系统）具有并且通常需要初始化序列，其出现在固定训练周期期间。这些类型的初始化序列的一个问题是该序列是固定的，并且不依赖于远程接收器的状态，从而导致鲁棒性损失。因此，通信系统需要依赖于接收器的状态的初始化序列。

常规系统的某些示例是：美国专利US 8,081,948、美国授权前专利公开2011/0122932以及PCT公开WO2012074551。

发明内容

根据本发明，提供了一种方法。该方法包括：将本地振荡器锁定到本地基准信号；对来自发射器的专门设计的初始化序列执行自动增益控制（AGC）；激活针对该专门的初始化序列修改的Costas环，以便实现载波频偏（CFO）锁定；检测符号反转；以及使接收器与训练结束帧面同步。

根据本发明，该方法进一步包括在激活Costas环的步骤之前，执行时钟和数据恢复（CDR）。

根据本发明，同步步骤进一步包括检测训练结束帧面。

根据本发明，接收器进一步包括收发器，其中接收器在同步步骤之前在第一通信模式下操作，并且其中同步步骤进一步包括：由收发器切换到第二通信模式；以及发送序列结束帧面。

根据本发明，第一和第二训练结束帧面是相同帧面。

根据本发明，第一通信模式是二进制相移键控（BPSK），并且其中第二通信模式是正交幅度调制（QAM）。

根据本发明，初始比特序列基于伪随机比特序列（PRBS）信号。

根据本发明，PRBS信号是PRBS7信号，并且其中第二通信模式是16-QAM。

根据本发明，提供了一种方法。该方法包括：通过以下步骤经由无线链路执行发射器与接收器之间的初始化：由发射器发送初始比特序列；由接收器接收该初始比特序列；将本地振荡器锁定到本地基准信号；执行ADC；激活Costas环，以便基于初始比特序列实现载波锁定；由接收器检测符号反转；以及用训练结束帧面使接收器与发射器同步；以及经由无线链路在发射器与接收器之间传递数据。

根据本发明，发射器进一步包括第一收发器，并且其中接收器进一步包括第二收发器，并且其中训练结束帧面进一步包括第一收发器训练结束帧面，并且其中第一和第二收发器在同步步骤之前在第一通信模式下操作，并且其中同步步骤进一步包括：由第二收发器切换到第二通信模式；以及向第一收发器发送第二收发器训练结束帧面。

根据本发明，提供了一种装置。该装置包括：接收器，其具有本地振荡器、同相（I）信道以及正交（Q）信道，其中接收器被配置为接收初始比特序列，并且其中本地振荡器被配置为最初被锁定到本地基准，并且随后利用初始比特序列被锁定到所接收的信号；基带电路，其具有：耦合到I信道的第一均衡器；耦合到Q信道的第二均衡器，其中第一和第二均衡器被配置为一旦本地振荡器被锁定到本地基准，就执行AGC；耦合到第一和第二均衡器的Costas环，其中Costas环被配置为实现CFO；耦合到第一均衡器的第一模数转换器（ADC）；耦合到第二均衡器的第二ADC；耦合到第一ADC的第一检验器；以及耦合到第二ADC的第二检验器，其中第一和第二检验器被配置为检测符号反转。

根据本发明，其中第一均衡器进一步包括：耦合到I信道的第一连续时间线性均衡器（CTLE）；耦合到第一CTLE的第一采样保持（S/H）电路；以及耦合到第一S/H电路的第一滤波器；以及其中第二均衡器进一步包括：耦合到Q信道的第二CTLE；耦合到第二CTLE的第二S/H电路；耦合到第二S/H电路的第二滤波器。

根据本发明，基带电路进一步包括：耦合到第一和第二S/H电路的时钟电路；以及耦合到时钟电路、第一滤波器和第二滤波器的时钟数据恢复电路。

根据本发明，该装置进一步包括耦合到基带电路的发射器。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优势，现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1是根据本发明的通信系统的示例的图示；

图2和图3是用于图1的系统的输入/输出（IO）系统的示例的图示；

图4是用于图1的系统的初始化序列的示例的图示；

图5是描绘初始比特序列的示例的图示；以及

图6是描绘基带的同相（I）和正交（Q）信道的示例的图示。

具体实施方式

现在参考附图，为了清楚起见，所描绘的元件不一定按比例示出，并且在若干视图中，相同或类似元件用相同的参考标号指代。

转向图1，可以看到通信系统10的示例。如图所示，系统10通常包括能够经由通信链路彼此通信的装置12-1和12-2。通常，通信链路是采用毫米波（即，波长在大约0.1mm与10mm之间）的无线链路。这些装置12-1和12-2可以包括具有功能电路系统14-1和14-2（例如，处理器和存储器）的各种装置（例如路由器内的电路板）。为了彼此通信，每个装置12-1和12-2可以装备有用作IO系统的收发器（即发射器100-1和100-2以及接收器200-1和200-2），从而允许双向通信。对于单向通信，发射器或接收器中的一个可以被省略。

在图2和图3中，可以更详细地看到IO系统的示例。在这个示例中，存在能够彼此通信的发射器部分100和接收器部分200。具体地，这个示例IO系统允许发射器部分100与接收器部分200之间通过毫米波（即，波长在大约0.1mm与10mm之间）进行通信。替换地，可以采用光通信（例如，通过光纤）。作为另一替换方案，为了允许更高效的双向通信，发射器部分100和接收器部分200可以在每侧上被集成在一起（如图1所示），在一个或更多集成电路（IC）内，以便形成收发器。

在正常操作时，基带电路102能够在两个单独的信道（即，I信道和Q信道）上生成同相（I）信号和正交（Q）信号，以便允许发射器104利用例如m-QAM方案发送信号。数字数据信号被提供给并行到串行（P2S）转换器，以便被串行化。来自P2S转换器的串行化输出被数模转换器（DAC）114-1和114-2（其由锁相环或PLL116提供时钟）转换为模拟信号。例如，可以以10Gbps、8位比特提供数字数据（总共具有80Gbps），以及例如，PLL116可以从大约100MHz基准时钟信号生成大约5GHz的信号。DAC114-1和114-2（其可以例如操作为I信道DAC和Q信道DAC）的输出可以生成例如两比特4脉冲幅度调制信号或4-PAM信号。放大器118-1和118-2进行操作以放大例如来自DAC114-1和114-2的基带I和Q信号。放大器118-1和118-2的输出可以利用混频器120与本地振荡器或LO信号混频（即，执行上变频）。这个本地振荡器信号（其可以是例如大约160GHz）可以由PLL126生成。接着，功率放大器（PA）128可以放大混频器120的输出，该输出可以通过天线106发送。接着，接收器204能够通过天线206接收这些射频（RF）信号。低噪声放大器（LNA）210能够放大RF信号，并且混频器212和本地振荡器（LO）发生器214（其可以是例如压控振荡器或VCO，其可以工作在例如大约160GHz）可以对这个RF信号进行下变频，以便生成用于放大器216-1和216-2的I和Q信道信号。

一旦接收器204已经生成I和Q信号，基带电路202能够恢复时钟和数据两者。通常，I和Q信号被均衡并且数字化（例如，利用ADC224-1和224-2），以便用串行到并行（S2P）转换器230产生用于总线的并行数据。该均衡通常由连续时间线性均衡器（CTLE）218-1、采样保持（S/H）电路220-1和220-2以及滤波器222-1和222-2（其可以是例如有限冲击响应或FIR滤波器）执行。通常，眼扫描电路（eyescan circuit）236（其可以由以大约5GHz时钟操作的两个1比特ADC组成）监测CTLE218-1和218-2的输出，以便提供对CTLE218-1和218-2以及滤波器222-1和222-2的调整，从而保持正确的或期望的眼开度。自动增益控制（AGC）电路240（其可以由例如以大约5GHz时钟操作的两个1比特ADC组成）可以监测滤波器222-1和222-2的输出，以便为CTLE218-1和218-2提供自动增益控制。时钟电路324（其可以由可以接收大约100MHz基准信号的PLL和可以提供48相的大约5GHz时钟的延迟锁相环或DLL组成）能够向S/H电路220-1和220-2、ADC224-1和224-2、眼扫描电路236、CDR电路238和AGC电路240提供时钟信号。

这个IO系统还具有依赖于接收器200的状态的初始化序列300（如图3的示例所示）。在初始化序列期间，多路复用器（MUX）112-1和112-2被设置为使得发生器110-1和110-2可以生成初始比特序列，该初始比特序列可以在步骤302中发送。通常并且例如，这个初始比特序列是伪随机比特序列-7（PRBS7）。这种PRBS7序列的示例如图5所示。虽然使用PRBS7序列不是必需的，但是它是方便的，因为这种序列可以允许在载波偏移存在的情况下执行AGC和CDR，这至少部分是由于与PBRS7关联的星座图（如图5所示）允许I信道和Q信道具有彼此180°异相的最大值（例如，如图6所示）。一旦初始比特序列已经被发送，接收器200（更具体地，本地振荡器发生器214）就可以在步骤304中锁定到本地基准频率（其可以用例如晶体振荡器生成）。这可以使载波偏移在几百ppm（百万分之一）内。一旦已经实现这个初始LO锁定，基带电路202（例如，眼扫描电路236、CDR电路238以及AGC电路240）就可以在步骤306中实现AGC/CDR锁定。利用稳定的AGC/CDR，Costas环242可以被逐渐激活，而本地锁相环或PLL（例如，LO发生器214）可以被停用或关闭。接着，Costas环308在步骤308中可以执行载波频偏（CFO）校正，以便实现载波锁定。类似于多路复用器112-1和112-2，多路复用器226-1和226-2被设置为向检验器228-1和228-2提供数据。如果采用PRBS7（对于“1”，其可以具有最大运行长度7，对于“0”，其可以具有最大运行长度6），则可以容易地执行步骤310中的符号反转检测。接着，接收器200可以在步骤314中等待要被检测的训练结束帧面（pattern），接着在步骤314中，发射器100准备就绪（即，与接收器200同步）。替换地，在步骤316中，当已经检测到符号反转时，可以切换模式。例如，第一通信模式可以是二进制相移键控（BPSK）模式，其中PBRS7是π/4BPSK序列，而第二通信模式可以是例如16-正交幅度调制（16-QAM）模式。一旦建立时间过去后，就可以在步骤318中发送训练结束帧面；步骤318中的帧面可以与步骤312中的帧面相同或不同。（在步骤318中的）这个帧面可以被重复多次，并且可以是例如对于“1”而言最大运行长度为8的PRBS7+1序列。一旦完成，发射器100和接收器200均应当准备就绪。

虽然通过参考某些优选实施例描述了本发明，但是应当注意，所公开的实施例在本质上仅是说明性的而不是限制性的，并且在前述公开中能够预期各种改变、修改、变化和替换，并且在某些情况下，可以采用本发明的某些特征而不对应地使用其他特征。因此，应当理解，随附的权利要求应当宽泛地且以与本发明的范围一致的方式解释。

Claims

1.一种方法，其包括：

由接收器接收初始比特序列；

将本地振荡器锁定到本地基准；

对所接收的初始比特序列执行自动增益控制AGC；

激活Costas环，以便实现载波频偏CFO锁定；

检测符号反转；以及

用训练结束帧面同步所述接收器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在激活所述Costas环的步骤之前，执行时钟和数据恢复CDR。

3.根据权利要求2所述的方法，其中同步步骤进一步包括检测所述训练结束帧面。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述接收器进一步包括收发器，并且其中所述训练结束帧面进一步包括第一训练结束帧面，并且其中所述接收器在同步步骤之前在第一通信模式下操作，并且其中同步步骤进一步包括：

由所述收发器切换到第二通信模式；以及

发送第二序列结束帧面。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一和第二训练结束帧面是相同帧面。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一通信模式是二进制相移键控BPSK，并且其中所述第二通信模式是正交幅度调制QAM。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述初始比特序列是伪随机比特序列PRBS信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述PRBS信号是PRBS7信号，并且其中所述第二通信模式是16-QAM。

9.一种方法，其包括：

通过以下步骤经由无线链路执行发射器与接收器之间的初始化：

由所述发射器发送初始比特序列；

由所述接收器接收初始比特序列；

将所述本地振荡器锁定到本地基准；

一旦所述本地振荡器被锁定，就执行ADC；

激活Costas环，以便由所述接收器实现CFO锁定；

由所述接收器检测符号反转；以及

用训练结束帧面同步所述接收器和所述发射器；以及

经由所述无线链路在所述发射器与所述接收器之间传递数据。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法进一步包括在激活所述Costas环的步骤之前执行CDR。

11.根据权利要求10所述的方法，其中同步步骤进一步包括：

由所述发射器发送所述训练结束帧面；以及

由所述接收器检测所述训练结束帧面。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述发射器进一步包括第一收发器，并且其中所述接收器进一步包括第二收发器，并且其中所述训练结束帧面进一步包括第一训练结束帧面，并且其中所述第一和第二收发器在同步步骤之前在第一通信模式下操作，并且其中同步步骤进一步包括：

由所述第二收发器切换到第二通信模式；以及

向所述第一收发器发送第二序列结束帧面。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一和第二训练结束帧面是相同帧面。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一通信模式是BPSK，并且其中所述第二通信模式是QAM。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述初始比特序列是PRBS信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述PRBS信号是PRBS7信号，并且其中所述第二通信模式是16-QAM。

17.一种装置，其包括：

具有本地振荡器、同相信道即I信道以及正交信道即Q信道的接收器，其中所述接收器被配置为接收初始比特序列，并且其中所述本地振荡器被配置为最初被锁定到本地基准并且随后利用所述初始比特序列被锁定到所接收的信号；

基带电路，其具有：

耦合到所述I信道的第一均衡器；

耦合到所述Q信道的第二均衡器，其中所述第一和第二均衡器被配置为一旦所述本地振荡器被锁定到所述本地基准，就执行AGC；

耦合到所述第一和第二均衡器的Costas环，其中所述Costas环被配置为实现CFO；

耦合到所述第一均衡器的第一模数转换器即ADC；

耦合到所述第二均衡器的第二ADC；

耦合到所述第一ADC的第一检验器；以及

耦合到所述第二ADC的第二检验器，其中所述第一和第二检验器被配置为检测符号反转。

18.根据权利要求17所述的装置，

其中所述第一均衡器进一步包括：

耦合到所述I信道的第一连续时间线性均衡器即CTLE；

耦合到所述第一CTLE的第一采样保持即S/H电路；以及

耦合到所述第一S/H电路的第一滤波器；以及

其中所述第二均衡器进一步包括：

耦合到所述Q信道的第二CTLE；

耦合到所述第二CTLE的第二S/H电路；以及

耦合到所述第二S/H电路的第二滤波器。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述基带电路进一步包括：

耦合到所述第一和第二S/H电路的时钟电路；以及

耦合到所述时钟电路、所述第一滤波器和所述第二滤波器的时钟-数据恢复电路。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述装置进一步包括耦合到所述基带电路的发射器。