CN107409038A - 无线隧道传送系统中的全双工无线电 - Google Patents

Abstract

所公开的无线隧道传送系统包括通过无线链路彼此通信的两个无线隧道传送设备。本地无线隧道传送设备通过有线连接耦合到本地处理设备，并且远程无线隧道传送设备通过另一有线连接耦合到远程处理设备。这两个处理设备使用两个无线隧道传送设备通过无线链路彼此双向通信，就像该两个处理设备通过有线连接相连接一样。

Description

无线隧道传送系统中的全双工无线电

技术领域

本公开的实施例一般涉及无线通信领域，更具体地涉及用于无线隧道传送的收发器架构。

背景技术

在无线隧道传送系统中，传统上通过有线通信链路传递的数据改为通过无线信道进行隧道传送。为了隧道传送符合双向有线协议的通信，无线隧道传送系统通过无线信道双向地交换数据。然而，传统的无线通信系统不能以成本和功率有效的方式隧道传送诸如通用串行总线(USB)、高清晰度媒体接口(HDMI)和显示端口(DP)之类的高数据速率有线通信协议。

在有线通信中，通常使用其中存在在两个方向上行进的信号的全双工通信。然而，在无线通信中，由于将从链路的另一侧接收到的弱信号与由本地发射器生成的强信号隔离的问题，所以难以构建全双工通信系统。常规方法是在不同频率上操作两个链路方向(频分双工)或者在时间上分开两个链路方向(时分双工)。与具有相同比特率的单向链路相比，这两种方法大约将频谱带宽加倍以实现双向链路。这种常规方法还采用了复杂和功率低效的电路。

因此，常规的无线隧道传送系统在带宽、功率效率和成本方面是低效率的。

发明内容

所公开的是一种全双工无线隧道传送系统，其通过无线链路以共同频率同时地双向隧道传送在两个源设备之间的通信。

在一个实施例中，无线隧道传送系统包括通过无线链路来彼此通信的两个无线隧道传送设备。通过有线连接而将本地无线隧道传送设备耦合到本地源设备，并且通过另一有线连接而将远程无线隧道传送设备耦合到远程源设备。两个源设备使用两个无线隧道传送设备通过无线链路彼此双向通信，就好像两个源设备通过有线连接相连接一样。

在一个实施例中，本地无线隧道传送设备包括本地发射天线、本地接收天线、本地无线发射器和本地无线接收器。本地发射天线具有第一极化，并且本地接收天线具有与第一极化不同的第二极化。本地无线发射器耦合到本地发射天线。本地无线发射器被配置为(i)使用开-关键控调制载波信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，载波信号根据本地发射基带信号而被调制，本地发射基带信号基于来自本地源设备的输入本地数据信号而被获得，以及(ii)通过本地发射天线发射本地发射无线信号。本地无线接收器耦合到本地接收天线。本地无线接收器包括开-关键控解调器以及耦合到开-关键控解调器的时钟和数据恢复电路。开-关键控解调器被配置为与本地无线发射器发射本地发射无线信号同时地从本地接收天线接收以载波频率为中心的本地接收无线信号，并将本地接收无线信号解调为本地接收基带信号。时钟和数据恢复电路被配置为(i)接收本地接收基带信号，(ii)对本地接收基带信号执行定时恢复，(iii)恢复本地接收基带信号的数字表示，所恢复的数字表示与所恢复的数字表示的本地时钟同步，以及(iv)向本地源设备提供包括所恢复的数字表示的数据信号，该数据信号符合本地源设备和远程源设备之间的有线通信协议。

在一个或多个实施例中，本地无线发射器还包括有线接收器和定时恢复块，其被配置为从本地源设备接收输入本地数据信号，并且提供与本地时钟同步的本地发射数字信号；高频发射电路，其被配置为根据由有线通信协议实现的第一帧结构和第一编码方案接收所述本地发射数字信号，并且根据由本地无线发射器实现的第二帧结构和第二编码方案重新编码本地发射数字信号，以生成经重新编码的发射数字信号；以及数模转换器，其被配置为接收经重新编码的发射数字信号并生成本地发射基带信号。本地无线接收器还可以包括基于本地数据时钟来操作的高频接收电路，其被配置为接收所恢复的数字表示，根据有线通信协议的第一帧结构和第一编码方案重新编码所恢复的数字表示，以生成经重新编码的所恢复的数据信号，并将经重新编码的所恢复的数据信号提供给本地源设备。高频发射电路被配置为未经修改地递送本地发射数字信号，并且高频接收电路未经修改地递送所恢复的数字表示。本地无线发射器可以被配置为对本地发射数据信号执行双二进制编码以生成具有三个可能电平的本地重新编码的发射数字信号，该三个电平包括：零电平和具有相反符号的两个非零电平。高频发射电路被配置为执行前向纠错编码，并且高频接收电路被配置为执行前向纠错解码。

在一个或多个实施例中，本地接收无线信号包括与符合所述有线通信协议的远程数据信号相对应的信号分量。信号分量可以对应于通过具有第二极化的远程发射天线发射的远程发射无线信号。信号分量可以对应于远程发射无线信号，所述远程发射无线信号由远程无线隧道传送设备根据远程数据信号生成，远程无线隧道传送设备通过有线连接耦合到远程源设备。本地源设备和远程源设备可以通过本地无线隧道传送设备和远程无线隧道传送设备之间的无线连接而彼此通过有线通信协议通信。

在一个或多个实施例中，本地发射天线和本地接收天线之间的距离小于15cm。

在一个或多个实施例中，数据信号的数据速率为至少1Gbps，载波频率高于20GHz。

在一个或多个实施例中，开-关键控解调器包括不采用合成器来解调本地接收无线信号的包络检测器。

在一个或多个实施例中，时钟和数据恢复电路以第一基带频率操作，以获得符合有线通信协议的数据信号。本地无线接收器还可以包括耦合到开-关键控解调器的基带接收电路，基带接收电路以低于第一基带频率的第二基带频率进行操作，以接收本地接收基带信号，并基于本地接收基带信号生成不符合有线通信协议的另一数据信号。

在一个实施例中，公开了一种全双工收发器。所述全双工收发器包括：本地无线发射器，其耦合到具有第一极化的本地发射天线，所述本地无线发射器被配置为以载波频率通过所述本地发射天线发射本地发射无线信号；以及本地无线接收器，其耦合到具有与第一极化不同的第二极化的本地接收天线。本地无线接收器包括：解调器，用于将本地接收无线信号解调为本地接收基带信号，本地接收基带信号与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时地以所述载波频率从所述本地接收天线被接收；以及耦合到解调器的时钟和数据恢复电路，该时钟和数据恢复电路用以(i)接收本地接收基带信号，(ii)对本地接收基带信号执行定时恢复，(iii)恢复所述本地接收基带信号的数字表示，所恢复的数字表示与所恢复的数字表示的本地时钟同步，以及(iv)生成包括所恢复的数字表示的数据信号。

在一个或多个实施例中，公开了一种无线通信设备。无线通信设备包括具有第一极化的本地发射天线；具有与第一极化不同的第二极化的本地接收天线；耦合到本地发射天线的本地无线发射器，包括有线接收器和定时恢复块，其从到数据源的有线接口的物理层接收信号，并提供与本地时钟同步的本地发射数字信号；高频发射电路，其输入本地发射数字信号，并根据由本地无线发射器实现的帧结构和编码方案对其进行重新编码，以生成经重新编码的发射数字信号，其中本地无线发射器被配置为使用开-关键控调制本地发射基带信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，并通过本地发射天线发射本地发射无线信号；以及耦合到本地接收天线的本地无线接收器，用以根据来自相应远程源发射器的传输来生成接收无线信号，来自相应远程源发射器的传输是与本地无线发射器发射本地发射无线信号同时的并且以相同载波频率为中心，所述本地无线接收器包括：开-关键控解调器，所述开-关键控解调器被配置为输入所述接收无线信号并将所述本地接收无线信号解调为本地接收基带信号；耦合到所述开-关键控解调器的无线时钟/数据恢复单元，所述无线时钟/数据恢复单元用以(i)接收本地接收基带信号，并且(ii)生成经恢复的无线数据信号，经恢复的无线数据信号包含相对于本地时钟是同步的接收基带信号的数字表示；根据该本地时钟操作的高频接收电路，用于根据在到所述数据源的有线接口上使用的通信协议的链路层要求重新编码所述经恢复的无线数据信号中的数据；以及有线发射器模块，从高频接收电路接收数据和时钟并根据至本地源设备的有线连接上的有线协议的物理层要求输出数据和时钟。

在一个或多个实施例中，高频接收电路还被配置为重新生成与远程有线时钟同步的时钟。

在一个或多个实施例中，高频发射电路和高频接收电路未经修改地递送相应的输入数字数据信号。

在一个或多个实施例中，本地无线发射器对所接收的数字数据执行双二进制编码以产生本地发射数字信号。

在一个或多个实施例中，高频发射器电路执行前向纠错编码，并且高频接收电路执行前向纠错解码。

在一个或多个实施例中，无线通信设备包括：具有第一极化的本地发射天线；具有与第一极化不同的第二极化的本地接收天线；本地无线发射器，所述本地无线发射器耦合到本地发射天线并被配置为从到数据源的有线接口的物理层接收信号，并提供与本地时钟同步的本地发射数字信号；根据由本地无线发射器实现的帧结构和编码方案重新编码本地发射数据信号，以生成经重新编码的发射数字信号，使用开-关键控调制本地发射基带信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，并通过本地发射天线发射本地发射无线信号；以及耦合到所述本地接收天线的本地无线接收器，其被配置为根据来自相应远程源发射器的传输来生成接收无线信号，该来自相应远程源发射器的传输是与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时的并且以相同载波频率为中心，输入接收无线信号并将本地接收无线信号解调为本地接收基带信号，生成包含相对于本地时钟同步的接收基带信号的数字表示的经恢复的无线数据信号，根据在到所述数据源的有线接口上使用的通信协议的链路层要求，重新编码所述经恢复的无线数据信号中的数据，并且根据在到所述本地源设备的有线连接上的有线协议的物理层要求，输出经重新编码的数据。

在一个或多个实施例中，公开了建立全双工通信的方法。该方法包括：由耦合到本地源设备的本地无线发射器从本地源设备接收输入本地数据信号；由本地无线发射器使用开-关键控调制载波信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，载波信号根据本地发射基带信号而被调制，本地发射基带信号基于来自本地源设备的输入本地数据信号而被获得；由本地无线发射器通过具有第一极化的本地发射天线发射本地发射无线信号；由开-关键控解调器，与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时地以所述载波频率从本地接收天线接收本地接收无线信号，所述本地接收天线具有与第一极化不同的第二极化；由开-关键控解调器将本地接收无线信号解调为本地接收基带信号；由时钟和数据恢复电路接收本地接收基带信号；由时钟和数据恢复电路对本地接收基带信号执行定时恢复；由时钟和数据恢复电路恢复所述本地接收基带信号的数字表示，所恢复的数字表示与所恢复的数字表示的本地时钟同步；以及向所述本地源设备提供包括所恢复的数字表示的数据信号。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本文所公开的实施例的教导。

图1图示了无线隧道传送系统的一个实施例。

图2图示了无线隧道传送系统的发射器的示例实施例。

图3图示了无线隧道传送系统的接收器的示例实施例。

图4是根据一个实施例的通过全双工无线信道隧道传送两个处理设备之间的通信的无线隧道传送设备的示例过程。

具体实施方式

本说明书中描述的特征和优点不是全部包括的，具体而言，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多附加特征和优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。此外，应当注意，说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的而被选择，而不是被选择来界定或限定本发明的主题。

附图(图)和以下描述仅通过说明的方式涉及优选实施例。应当注意，从下面的讨论中，本文所公开的结构和方法的替代实施例将很容易被识别为在不脱离本发明的原理的情况下可以采用的可行的替代方案。

现在将详细参考本发明的若干实施例，其示例在附图中被图示出。应注意，只要可行，类似或相同附图标记可以在附图中使用并且可以指示类似或相同的功能。附图仅为了示意说明目的描述实施例。本领域技术人员将易于从以下说明书认识到，在不脱离本文所描述的原理的情况下，可以采用本文所图示的结构和方法的替代实施例。

本文中的实施例主要在隧道传送系统的上下文中进行描述，隧道传送系统可以插入到连接的拓扑中的任意节点中，包括主机、装置和集线器。在一些实施例中，无线隧道传送系统可以在USB 3.0系统的上下文中操作。然而，本文中的实施例也可以用于使用其他通信协议进行通信，诸如USB标准的不同版本或者诸如HDMI、显示端口(DisplayPort)或其他串行通信协议之类的完全不同的协议。

图1图示出了无线隧道传送系统100的实施例。无线隧道传送系统100包括经由无线链路130来与第二计算系统150B通信的第一计算系统150A。第一计算系统150A和第二计算系统150B以公共频率通过无线链路130在两个方向上同时彼此通信。

在一个实施例中，无线链路130包括超高频(SHF)或极高频(EHF)无线链路(例如，高于20GHz)。无线链路130可以限于短距离通信，其中无线隧道传送设备120彼此非常接近(例如，小于15厘米)。在无线链路130上的数据传输可以具有例如每秒5千兆比特或更高的数据速率。在其他实施例中，无线链路130可适用于长距离通信和/或针对其他频带而被实现。

第一计算系统150A包括通过有线连接116A耦合到无线隧道传送设备120A的处理设备110A，并且第二计算系统150B包括通过有线连接116B耦合到无线隧道传送设备120B的处理设备110B。无线隧道传送设备120A和120B(在本文中也被称为“无线隧道传送设备120”或“隧道传送设备120”)通过无线链路130彼此通信，并且隧道传送在处理设备110A和110B(在本文中也被称为“处理设备”110或“源设备110”)之间的通信。处理设备可以包括能够与另一电子设备交换符合有线通信协议的数据(单向或双向)的电子设备。处理设备的示例包括源装置、宿装置、在源装置和宿装置之间的中间装置、USB主机/装置、存储装置等。在一个实施例中，无线隧道传送设备120以全双工的方式彼此通信。具体地，无线隧道传送设备120可以通过无线链路130以公共频率(例如，60GHz)同时彼此双向通信。在一个实施例中，无线隧道传送设备120被实施为可以耦合到处理设备110的端口(例如，USB端口、HDMI端口或DisplayPort端口)的可移除适配器。在其他实施例中，将无线隧道传送设备120内部地耦合到处理设备110(例如，经由印刷电路板上的迹线)，或者可以与处理设备110完全集成(例如，在集成电路中)。

无线隧道传送设备120包括发射器122、接收器124、发射天线135和接收天线138。发射器122从处理设备110接收数据，并通过发射天线135在无线链路130上将数据发射到不同计算系统150的接收器124。接收器124通过接收天线138在无线链路130上从另一计算系统150的发射器122接收数据，并将接收的数据提供给处理设备110。无线隧道传送设备120能够进行全双工通信，使得它可以以相同的频率在无线链路130上同时发射和接收数据。

在一个实施例中，在同一集成电路上实现发射器122和接收器124，其中发射天线和接收天线与集成电路在同一封装体上，使得无线隧道传送设备120的发射天线135与接收天线138之间的间隔为几毫米的量级。无线隧道传送设备120的发射天线135与接收天线138之间的如此靠近的接近度可能会阻碍全双工通信。具体地，由于从无线隧道传送设备120A的本地发射天线135A发射的信号的自干扰可能妨碍从另一无线隧道传送设备120的远程发射天线135B发射的信号的检测，该另一无线隧道传送设备120可位于比本地发射天线135A更远离本地接收天线135B的位置处。

在一个实施例中，为了隧道传送全双工通信(即，同时以相同频率进行发射和接收)，不同类型的互补无线隧道传送设备120具有不同的天线极化，使得两个不同的发射器/接收器天线对可以同时在两个方向上操作。例如，无线隧道传送设备120A可以具有X型发射天线135A和Y型接收天线138A，而无线隧道传送设备120B具有互补Y型发射天线135B和X型接收天线138B。在一个实现中，无线隧道传送设备120A的发射天线135A和无线隧道传送设备120B的接收天线138B是右手圆极化(RHCP)，并且无线隧道传送设备120B的发射天线135B和无线隧道传送设备120A的接收天线138A是左手圆极化(LHCP)。在这种配置中，每个无线隧道传送设备120能够从另一无线隧道传送设备120接收无线信号，同时抑制从其自身发射的无线信号。因此，可以减轻自干扰问题。

在一个实施例中，无线隧道传送设备120A实现开-关键控调制和数据恢复电路，其被配置为提取期望信号(例如，来自远程无线隧道传送设备120B的远程发射器122B的信号)并且抑制从本地发射器122A发射的信号，如以下关于图2-图4详细描述的。有利地，无线隧道传送设备120可以通过全双工无线信道来交换高数据速率信息(例如，超过5Gbps)——尽管在每个无线隧道传送设备120中的发射天线135与接收天线138之间的距离很近。

计算系统150(及其组件)可以使用模拟电路组件、数字逻辑、软件或其组合来实现。在一个实施例中，计算系统150的一个或多个组件可以被实现为处理器和存储指令的非瞬态计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时使处理器执行归属于该组件的功能。可替代地或另外，数字组件可以被实现为专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FGPA)或者使用实现的组合。

在一个实施例中，无线隧道传送系统100提供诸如USB、HDMI、DisplayPort或其他串行通信协议的常规有线通信的替代。例如，处理设备110A、110B不是经由传统缆线彼此直接通信，而是处理设备110A、110B与它们相应的无线隧道传送设备120A、120B通信，然后隧道传送设备120A、120B在高速点对点串行无线链路130上隧道传送数据。

从处理设备110A、110B的角度来说，可以以就像在传统配置中直接连接处理设备110A、110B的方式来实现通信。因此，不必需要对常规处理设备110A、110B进行修改(例如，不需要软件修改)。换句话说，无线隧道传送设备120A、120B和在它们之间的无线链路130可以操作为针对常规缆线的直接替代。例如，每个无线隧道传送设备120A、120B包括使其能够直接插入其相应处理设备110A、110B的常规缆线接口的接口，并且无线隧道传送设备120A、120B促进通信，使得它对处理设备110A、110B而言显得它们是直接连接的。在替代实施例中，无线隧道传送设备120A、120B可以与它们相应的处理设备110A、110B集成。

以USB为例，具有USB接口的传统无线设备终止收发器中的USB协议并将数据重新编码为不同的无线协议进行传输。传统无线设备在USB树形拓扑中作为节点(USB集线器、USB装置或USB中继器)可见。相比之下，所公开的USB隧道传送设备允许在不终止USB协议层的情况下并且无修改地以非常低的延迟发射USB链路层数据业务。因此，这种隧道传送设备在USB拓扑中是不可见的。

在一个实施例中，一种配置的无线隧道传送设备120不执行或复制相同配置的本地处理设备110的操作，而是执行或复制配对配置的本地处理设备110的状态和操作。也就是说，通过有线连接116A来与上游处理设备110A进行接口连接的上游无线隧道传送设备120A反映下游处理设备110B的状态和操作。同样地，通过有线连接116B来与下游处理设备110B进行接口连接的下游无线隧道传送设备120B反映上游处理设备110A的状态和操作。

在一个实施例中，无线隧道传送设备120A、120B除了互补天线极化之外，基本上是相同的设备。备选地，无线隧道传送设备120A、120B是具有类似高层级架构的不同的互补设备类型，但是在本文所描述的某些架构或操作特性上是不同的。例如，在一个实施例中，第一无线隧道传送设备120A包括被配置为与被实施为扩展坞(docking station)的处理设备110A一起操作的第一设备类型，而第二无线隧道传送设备120B包括被配置为与被实施为移动设备的处理设备110B一起操作的第二设备类型。

图2图示了发射器122(例如，发射器122A或发射器122B)的示例实施例。发射器122包括有线接收器和定时恢复块201、高频(HF)发射电路202、低频(LF)发射电路204和包括数模转换器(DAC)206、开-关键控调制器208(在本文中也被称为“OOK调制器208”)、合成器214、功率放大器210和发射天线135的共享发射数据路径。高频发射数据路径包括HF发射电路202，并且可以与共享发射数据路径一起操作或包括共享发射数据路径。类似地，低频发射数据路径包括LF发射电路204，并且可以与共享发射数据路径一起操作或包括共享发射数据路径。

有线接收器和定时恢复块201提供与处理设备110的接口以用于接收数字数据，并且将有线连接上以传入有线符号时钟频率操作的信号恢复到相对于本地时钟是同步的数字形式。例如，在一个实施例中，有线接收器和定时恢复块201是诸如标准USB PHY的电路块，其接收符合USB协议的串行数据，并将其输出在诸如PIPE的标准PHY接口上。在其他实施例中，有线接收器和定时恢复块201接收符合HDMI协议、DisplayPort协议或其他通信协议的串行数据。

在一个方面中，有线信号上的有用信息的每个比特被一对一映射到无线链路130。在隧道传送概念的最简单形式中，将有线信号的每个比特直接映射到无线链路130上的相应比特。

然而，与有线通信协议相比，在无线链路上使用不同的线路码、帧结构或符号速率可以是有利的。例如，可以期望向数据添加前向纠错以容忍无线链路130上的比来自有线协议的预期更高的原始误码率。对于另一示例，可以期望将来自多于一个有线连接的信号组合到单个无线链路上。对于另一示例，可以期望使用双二进制编码将二进制0/1数字序列变换为三电平-1/0/1双二进制形式，其仍然可以由常规OOK接收器进行解调以增加调制的频谱效率。对于另一示例，可以期望使用更有效的线路码来减少传输所需的带宽(例如用基于扰码器的线路码来替换8B/10B线路码)。高频发射电路202具有执行这种变换的功能，并生成直接适合于无线传输的高速信号。高频发射电路202以无线符号时钟频率生成高数据速率信号(在本文中也被称为“第一发射基带信号”)，并将高数据速率信号提供给DAC 206。在不同的实施例中，无线符号时钟频率和传入有线符号时钟频率可以是相同的、可以是同步的以及通过有理分式相关的或者可以是完全异步的。

注意，在有线链路上的比特和在无线链路上的比特之间的一对一映射的这种最简单形式中，非显而易见的是，在有线连接上执行定时恢复是有利的，因为理想的有线基带信号可以适用于直接应用于开-关键控调制器。然而，当以若干Gbps的速度操作时，缆线末端的有线信号远远不理想，并且在质量和频谱上也可能根据缆线长度而显著变化。通过在有线信号上执行定时恢复，无线链路的性能和频谱与有线链路的性能和频谱完全解耦，允许其每个被独立地验证，并提供有线互连的长度和构造中的灵活性。因此，高频发射电路未经修改地简单递送所恢复的比特流的特别情况是重要的。

LF发射电路204生成低数据速率信号(在本文中也被称为“第二发射基带信号”)，该低数据速率信号具有比由HF发射电路202产生的高数据速率信号基本上更低的数据速率。低数据速率信号通常包括用于传递控制或状态信息的控制信号，诸如例如用于在不同状态中操作或在不同状态之间转换的信息，以及用于控制无线隧道传送设备120的功率状态、配置和/或操作的其他状态信息。

数模转换器206将来自HF发射电路202和LF发射电路204的高速信号和低速信号分别从数字域转换到模拟域，以生成模拟基带信号。OOK调制器208根据模拟基带信号调制(由合成器214生成的)载波信号，以生成调制信号。OOK调制器208打开和关闭载波信号以表示用于对模拟基带信号的数据进行编码的不同逻辑状态。例如，逻辑电平“1”表示为从OOK调制器208输出的载波信号，并且逻辑电平“0”表示为从OOK调制器208没有输出信号。功率放大器210放大调制信号以生成在无线链路130上由发射天线135发射的放大信号(在本文中也被称为“发射无线信号”)。取决于发射器122是第一设备类型(例如，用于与墙壁供电的扩展坞设备一起使用)还是第二设备类型(例如，用于与电池供电的移动设备一起使用)，发射天线135可以是不同类型。

可以取决于发射器122的操作状态来控制发射器122的各种组件的操作状态，以便提高发射器122的功率效率。例如，因为与LF发射电路204相比，HF发射电路202的功耗相对高，所以HF发射电路202可以被配置为在低功率状态下操作，或者当HF发射电路202未被使用时，可以在低频传输期间关闭HF发射电路202。在高频传输期间，LF发射电路204可以被断电。在HF发射电路202和LF发射电路204都不操作的时段期间，可以关闭数模转换器206、OOK调制器208、合成器214和功率放大器210。发射数据路径的这种占空比循环随着时间的推移而导致其自身降低功耗。

图3图示了接收器124(例如，接收器124A或124B)的示例实施例。接收器124包括：共享接收数据路径，其包括接收天线138、低噪声放大器(LNA)304和开-关键控解调器306(在本文中也被称为“OOK解调器306”)；高频接收数据路径，其包括无线时钟/数据恢复单元312(在本文中也被称为“CDR 312”)、高频接收电路314和有线发射器块316；以及低频接收数据路径，其包括低频模数转换器和测量子系统308以及低频接收电路310。在一个实施例中，OOK解调器306、CDR 312和HF接收电路314一起操作以抑制由于从本地发射器发射的无线信号所引起的串扰噪声，并从另一无线隧道传送设备120的远程无线发射器提取期望信号以用于全双工无线通信。OOK解调器306、低频模数转换器和测量子系统308以及低频接收电路310一起操作以从另一无线隧道传送设备120获得控制信息。高频接收数据路径可以与共享接收数据路径一起操作或者包括共享接收数据路径。类似地，低频接收数据路径可以与共享接收数据路径一起操作或者包括共享接收数据路径。

接收天线138经由无线链路130接收由低噪声放大器304放大的无线信号(在本文中也被称为“接收无线信号”)。取决于接收器124是第一设备类型(例如，用于与扩展坞设备一起使用)还是第二设备类型(例如，用于与移动设备一起使用)，接收天线138可以是不同类型。低噪声放大器304提供增益并且并入了自动增益控制以确保在OOK解调器306的输入处的最佳信号电平。OOK解调器306解调经放大的无线信号(或经放大的RF信号)以恢复基带信号(在本文中也被称为“接收基带信号”)。在一个实施例中，OOK解调器306被实现为RF包络检测器，其检测经放大的信号的包络以恢复基带信号。例如，RF包络检测器应用非线性(例如，平方律)放大来对放大的RF信号进行整流，然后滤出高频分量以提供基带信号。

在OOK解调器306的输出处的接收基带信号可能受到来自本地发射器122的串扰和诸如附加前端噪声之类的其它无线损害的损害。这种串扰将幅度噪声和定时抖动二者添加到接收基带信号，使得与来自远程发射器的期望信号相对应的基带信号的质量可能比通过携带相同数据的有线连接所发射的发射器信号差很多，并且可能不足以允许下游有线设备的可靠解码。

在高频接收数据路径中，无线时钟/数据恢复单元312对受损的接收基带信号执行定时恢复，以恢复接收基带信号的数字表示(“经恢复的数据”)，其相对于本地时钟(“本地数据时钟”)是同步的。到数字形式的再生抑制添加到接收基带信号上的幅度噪声。

在一个实施例中，由远程发射器122B使用的无线符号时钟与远程传入有线符号时钟同步。在本实施例中，无线时钟/数据恢复单元312还生成与无线符号时钟同步并因此与远程源有线符号时钟同步的本地恢复的时钟。然后本地恢复的时钟由本地有线发射器块316使用以生成用于传出有线连接的符号时钟。通过时钟/数据恢复单元中的定时恢复环路的转移功能来抑制由无线串扰添加到接收基带信号的定时抖动。因此，通过抑制振幅噪声和抑制定时抖动，本地有线输出上的信号输出的质量可以接近常规有线输出的质量。

在一个实施例中，无线符号时钟与传入有线符号时钟是异步的。在一个方面中，无线符号时钟比传入有线符号时钟快。有线连接协议的链路层包含用于时钟补偿的机制，其允许向数据流添加或删除少量时钟补偿字符以适应远程有线时钟和本地有线时钟之间的小差异。本地数据时钟与远程无线符号时钟异步。在本实施例中，有线发射器块316执行必要的时钟补偿字符的插入和删除。在这种方法中，用于有线发射器块316的符号时钟可以直接从干净的本地基准中导出，而与接收基带信号中的抖动无关。因此，通过抑制幅度噪声和抑制定时抖动，本地有线输出上输出的信号的质量可以与常规有线输出一样好，而不会因无线串扰或其他无线损害而降级。例如，可以插入被称为空闲或跳过字符的不携带有用信息的偶然字符，以允许具有比发射器慢百万分之几的本地时钟的下游接收器来处理数据而不会超载(overrun)。有线发射器块可以调整传出有线链路上发射的空闲字符数量，以防止欠载(underrun)，同时保留所有携带有用信息的字符。例如，当本地时钟快而源有线时钟慢时，根据需要插入额外的空闲字符以避免欠载。在相反的情况下，当本地时钟慢而源有线时钟快时，将从流中删除部分或全部空闲字符。在后一种情况下，由源有线设备顺从插入空闲字符保证了即使由有线发射器块生成的传出有线链路中的空闲字符的速率不符合有线协议的要求，传出有线数据链路中的有用字符的绝对速率也不会导致下游有线设备中的超载。

在一个实施例中，无线符号时钟可以比有线连接的符号时钟更快，但是有线连接协议的链路层不一定包含用于时钟补偿的机制。在这种情况下，与远程有线符号时钟同步的本地有线符号时钟可以通过各种方案从本地固定频率基准生成(诸如使用其分频器输入被跟踪环缓慢调节的分数PLL，跟踪环在弹性缓冲器中维持恒定的FIFO深度)。该方案再次提供几乎完全抑制被无线串扰添加到接收基带信号的定时抖动。

高频接收电路314从无线时钟/数据恢复单元312接收经恢复的数据，并且如果需要，则根据适于在有线连接116上与处理设备110进行接口连接的有线协议的链路层要求重新格式化。它可以包括诸如线路解码或前向差错解码或将无线信号分割成去往不同有线连接的多个流的功能。例如，HF接收电路314可以生成符合USB协议、HDMI协议、DisplayPort协议或与处理设备相关联的其他数据协议的数据信号。

有线发射器块316从高频接收电路314接收链路层数字数据，并通过有线连接116根据有线协议的物理层要求将其输出。

由无线时钟/数据恢复单元312执行的定时恢复通常允许方案被设计使得有线发射信号的定时抖动与通过串扰添加到无线接收基带信号的抖动无关。

在低频接收数据路径中，LF ADC和测量子系统308将基带信号转换为数字表示，并将数字信号提供给LF接收电路310。LF接收电路310处理数字信号以生成表示用于控制接收器124中的组件的操作状态的控制的信号(在本文中也被称为“控制信号”或“控制信息”)或用于提供给处理设备110的状态信息。在一方面中，通过与通过HF接收电路314提供的数据信号的高速有线通信协议不同或不符合的协议来接收控制信息。来自LF接收电路310的控制信号被用于控制接收器124的各组件的功率状态，包括HF接收电路314的各组件的功率状态。当操作在低功率状态中时，它也被用于发起处理设备110的唤醒。

在一个实施例中，可以控制接收器124的操作状态以提高接收器124的功率效率。例如，由于与LF接收电路310相比，HF接收电路314的功耗相对高，HF接收电路314可以被控制为在低功率状态下操作或者在低频传输期间当HF接收电路314未被使用时被关闭。类似地，无线时钟/数据恢复单元312可以在低频传输期间被断电。在高频传输期间，诸如LF接收电路310的低频组件可以被断电。

低频接收数据路径的架构非常适合于低功率操作。与常规接收架构相反，接收器124的接收数据路径不包括通常在传统接收器架构中消耗大量功率的合成器。接收器124改为可以基于包络检测来恢复低频传输和高频传输二者，从而以比传统接收器显著更低的功率进行操作。基于开-关键控和使用RF包络检测器的该低功率RF架构不依赖于固定的本地振荡器频率。

图4是根据一个实施例的由无线隧道传送设备120执行的示例过程，以通过全双工无线信道来隧道传送两个处理设备之间的通信。

本地无线隧道传送设备120A从本地处理设备110A接收410输入本地数据信号。本地无线隧道传送设备120A通过有线连接(例如缆线或迹线)接收输入本地数据信号。本地无线隧道传送设备120A将输入本地数据信号420调制到本地载波频率上以生成本地发射无线信号，并通过本地发射天线135A以载波频率(例如，60GHz)发射430本地发射无线信号。

同时，本地无线隧道传送设备120A通过本地接收天线138A以载波频率接收440本地接收无线信号。如果同时发射和接收，则本地接收无线信号可以包括与从远程无线隧道传送设备120B的远程发射天线135B发射的无线信号相对应的第一分量(例如，期望分量438)，以及表示由于从本地无线隧道传送设备120A的本地发射天线135A发射的无线信号所引起的噪声/干扰436的第二分量。尽管本地发射天线135A和本地接收天线135B之间的靠近的接近度，天线135A，135B，138A和138B的极化使得与通过本地接收天线138A在接收器124A处接收的远程发射天线135B的无线信号相对应的第一分量要比与通过本地接收天线138A在接收器124A处接收的本地发射天线135A的无线信号相对应的第二分量强得多。

本地无线隧道传送设备120A例如通过OOK解调器(例如，包络检测器)将本地接收无线信号解调450为本地接收基带信号。解调信号包括对应于期望信号(例如，来自远程处理设备110B的输入远程数据信号)的输出数据信号，并且可以包括由本地接收天线138A从本地发射天线135A拾取本地发射无线信号所导致的串扰噪声。本地无线隧道传送设备120A从本地接收基带信号中提取460输出数据信号。本地无线隧道传送设备120A通过HF接收电路314向本地处理设备110A提供470输出数据信号。

在一个示例中，各种现代有线通信协议支持在每个方向上5Gbps或更大的全双工数据速率(例如，USB3、PCIE2.0及更高版本)。在物理层处通过无线介质传送这些协议的能力具有很多潜在的应用。约60GHz的无线电频谱分配可用于许多国家的无许可使用，并提供7GHz的无线电频谱。

时分双工的方法具有额外的缺点，即，它引入到数据链路中的延迟等于时隙的持续时间。一些有线协议具有严格的延迟约束(例如，USB HS分组的传送允许仅1.5微秒的往返延迟)，其与实现无线电的接收/发射周转周期所需的时间相比而言是相当短的。采用足够小的时隙来满足这些延迟要求将在数据速率方面引发非常大的附加开销。即使在延迟不重要且时隙时间更长的情况下，时分双工也需要缓冲输入信号以避免数据丢失，并且对于高数据速率系统而言包含缓冲会增加时分双工系统的大小和成本。

频分双工的方法可以克服延迟问题，但是在7GHz的频谱中仍然要传送超过2×5Gbps，需要具有1.4比特/Hz或更高频谱效率的调制方案。在这种情况下的频谱效率需要相干解调(例如QPSK或16-QAM)或多电平调制，这两者都对无线电设计引入了显著的复杂度和成本。频分双工还需要发射和接收滤波器形式的信道分离和附加电路复杂度：由接收滤波器提供的衰减提供与强本地发射器信号的附加隔离。作为比较，在同一频段中，802.11ad的单载波无线电设计使用BPSK来实现0.6比特/Hz的频谱效率以及使用QPSK来实现1.2比特/Hz的频谱效率(在2.16GHz中的1.25Gbps使用BPSK，在2.5Gbit使用QPSK)。

可以使用具有非相干解调的简单、低成本的电路结构来实现使用二进制开-关键控调制(或诸如双二进制调制的变型)的无线电。然而，二进制开-关键控调制方案遭遇差的频谱效率。

有利地，通过采用OOK调制方案并且通过本文所公开的时钟和数据恢复电路来抑制串扰，可以通过全双工无线通信以功率和带宽有效的方式无线地隧道传送高速(例如，5Gbps)有线通信。

在阅读本公开后，本领域技术人员将通过本文公开的原理认识到其它附加的备选实施例。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例和应用，但是应当理解，所公开的实施例不限于本文所公开的精确构造和组件。在不脱离本文所描述的范围的情况下，可以在本文所公开的方法和设备的布置、操作和细节方面做出对本领域技术人员显而易见的各种修改、变化和变型。

Claims (26)

1.一种无线隧道传送设备，所述无线隧道传送设备包括：

具有第一极化的本地发射天线；

具有与所述第一极化不同的第二极化的本地接收天线；

耦合到所述本地发射天线的本地无线发射器，所述本地无线发射器被配置为(i)使用开-关键控来调制载波信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，所述载波信号根据本地发射基带信号而被调制，所述本地发射无线信号基于来自耦合到所述无线隧道传送设备的本地源设备的输入本地数据信号而被获得，以及(ii)通过所述本地发射天线发射所述本地发射无线信号；和

耦合到所述本地接收天线的本地无线接收器，所述本地无线接收器包括：

开-关键控解调器，所述开-关键控解调器被配置为与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时地、从所述本地接收天线接收以所述载波频率为中心的本地接收无线信号，并将所述本地接收无线信号解调为本地接收基带信号，以及

耦合到所述开-关键控解调器的时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路用以(i)接收所述本地接收基带信号，(ii)对所述本地接收基带信号执行定时恢复，(iii)恢复所述本地接收基带信号的数字表示，所恢复的所述数字表示与所恢复的所述数字表示的本地时钟同步，以及(iv)向所述本地源设备提供包括所恢复的所述数字表示的数据信号，所述数据信号符合所述本地源设备和远程源设备之间的有线通信协议。

2.根据权利要求1所述的无线隧道传送设备，其中，所述本地无线发射器还包括：

有线接收器和定时恢复块，所述有线接收器和定时恢复块被配置为从所述本地源设备接收所述输入本地数据信号，并提供与本地时钟同步的本地发射数字信号；

高频发射电路，所述高频发射电路被配置为根据由所述有线通信协议实现的第一帧结构和第一编码方案来接收所述本地发射数字信号，并且根据由所述本地无线发射器实现的第二帧结构和第二编码方案来重新编码所述本地发射数字信号，以生成经重新编码的发射数字信号；和

数模转换器，所述数模转换器被配置为接收所述经重新编码的发射数字信号并生成所述本地发射基带信号，

其中所述本地无线接收器还包括：

基于本地数据时钟进行操作的高频接收电路，所述高频接收电路被配置为接收所恢复的所述数字表示，根据所述有线通信协议的所述第一帧结构和所述第一编码方案来重新编码所恢复的所述数字表示，以生成经重新编码的所恢复的数据信号，以及将所述经重新编码的所恢复的数据信号提供给所述本地源设备。

3.根据权利要求2所述的无线隧道传送设备，其中，所述高频发射电路被配置为未经修改地递送所述本地发射数字信号，并且所述高频接收电路未经修改地递送所恢复的所述数字表示。

4.根据权利要求2所述的无线隧道传送设备，其中，所述本地无线发射器被配置为对所述本地发射数据信号执行双二进制编码，以产生具有三个可能电平的本地重新编码的发射数字信号，所述三个电平包括：零电平和具有相反符号的两个非零电平。

5.根据权利要求2所述的无线隧道传送设备，其中，所述高频发射电路被配置为执行前向纠错编码，并且所述高频接收电路被配置为执行前向纠错解码。

6.根据权利要求1所述的无线隧道传送设备，其中，所述本地接收无线信号包括与符合所述有线通信协议的远程数据信号相对应的信号分量。

7.根据权利要求6所述的无线隧道传送设备，其中，所述信号分量对应于通过具有所述第二极化的远程发射天线发射的远程发射无线信号。

8.根据权利要求6所述的无线隧道传送设备，其中，所述信号分量对应于远程发射无线信号，所述远程发射无线信号由远程无线隧道传送设备根据所述远程数据信号生成，所述远程无线隧道传送设备通过有线连接耦合到所述远程源设备。

9.根据权利要求1所述的无线隧道传送设备，其中，所述本地源设备和所述远程源设备通过所述无线隧道传送设备与远程无线隧道传送设备之间的无线连接而彼此通过所述有线通信协议通信。

10.根据权利要求1所述的无线隧道传送设备，其中，所述本地发射天线与所述本地接收天线之间的距离小于15cm。

11.根据权利要求1所述的无线隧道传送设备，其中，所述数据信号的数据速率为至少1Gbps，并且所述载波频率高于20GHz。

12.根据权利要求1所述的无线隧道传送设备，其中，所述开-关键控解调器包括不采用合成器来解调所述本地接收无线信号的包络检测器。

13.根据权利要求1所述的无线隧道传送设备，

其中所述时钟和数据恢复电路以第一基带频率进行操作，以获得符合所述有线通信协议的所述数据信号，并且

其中所述本地无线接收器还包括耦合到所述开-关键控解调器的基带接收电路，所述基带接收电路以低于所述第一基带频率的第二基带频率进行操作，以接收所述本地接收基带信号并且基于所述本地接收基带信号来生成不符合所述有线通信协议的另一数据信号。

14.一种全双工收发器，所述全双工收发器包括：

本地无线发射器，所述本地无线发射器耦合到具有第一极化的本地发射天线，所述本地无线发射器被配置为通过所述本地发射天线以载波频率来发射本地发射无线信号；和

本地无线接收器，所述本地无线接收器耦合到具有与所述第一极化不同的第二极化的本地接收天线，所述本地无线接收器包括：

解调器，用于将本地接收无线信号解调为本地接收基带信号，所述本地接收无线信号与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时地、以所述载波频率从所述本地接收天线被接收，以及

耦合到所述解调器的时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路用以(i)接收所述本地接收基带信号，(ii)对所述本地接收基带信号执行定时恢复，(iii)恢复所述本地接收基带信号的数字表示，所恢复的所述数字表示与所恢复的所述数字表示的本地时钟同步，以及(iv)生成包括所恢复的所述数字表示的数据信号。

15.根据权利要求14所述的全双工收发器，其中，所述本地发射天线和所述本地接收天线之间的距离小于15cm。

16.根据权利要求14所述的全双工收发器，其中，所述数据信号的数据速率为至少1Gbps，并且所述载波频率高于20GHz。

17.根据权利要求14所述的全双工收发器，其中，所述解调器包括不采用合成器来解调所述本地接收无线信号的包络检测器。

18.根据权利要求14所述的全双工收发器，其中，所述数据信号符合有线通信协议。

19.根据权利要求18所述的全双工收发器，

其中所述时钟和数据恢复电路以第一基带频率进行操作，以获得符合所述有线通信协议的所述数据信号，并且

其中所述本地无线接收器还包括耦合到所述解调器的基带接收电路，所述基带接收电路以低于所述第一基带频率的第二基带频率进行操作，以接收所述本地接收基带信号并且基于所述本地接收基带信号来生成不符合所述有线通信协议的另一数据信号。

20.一种方法，包括：

由耦合到本地源设备的本地无线发射器从所述本地源设备接收输入本地数据信号；

由所述本地无线发射器使用开-关键控调制载波信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，所述载波信号根据所述本地发射基带信号而被调制，所述本地发射基带信号基于来自所述本地源设备的所述输入本地数据信号而被获得；

由所述本地无线发射器通过具有第一极化的本地发射天线发射所述本地发射无线信号；

由开-关键控解调器与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时地、以所述载波频率从本地接收天线接收本地接收无线信号，所述本地接收天线具有与所述第一极化不同的第二极化；

由所述开-关键控解调器将所述本地接收无线信号解调为本地接收基带信号；

由时钟和数据恢复电路接收所述本地接收基带信号；

由所述时钟和数据恢复电路对所述本地接收基带信号执行定时恢复；

由所述时钟和数据恢复电路恢复所述本地接收基带信号的数字表示，所恢复的所述数字表示与所恢复的所述数字表示的本地时钟同步；以及

向所述本地源设备提供包括所恢复的所述数字表示的数据信号。

21.一种无线通信设备，包括：

具有第一极化的本地发射天线；

具有与所述第一极化不同的第二极化的本地接收天线；

耦合到所述本地发射天线的本地无线发射器，包括

有线接收器和定时恢复块，所述有线接收器和定时恢复块从到数据源的有线接口的物理层接收信号，并提供与本地时钟同步的本地发射数字信号；

高频发射电路，所述高频发射电路输入所述本地发射数字信号，并根据由所述本地无线发射器实现的帧结构和编码方案来重新编码所述本地发射数字信号，以生成经重新编码的发射数字信号，其中

所述本地无线发射器被配置为使用开-关键控来调制所述本地发射基带信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，并通过所述本地发射天线发射所述本地发射无线信号；和

耦合到所述本地接收天线的本地无线接收器，用以根据来自相应远程源发射器的传输来生成接收无线信号，所述来自相应远程源发射器的传输是与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时的并且以相同载波频率为中心，所述本地无线接收器包括：

开-关键控解调器，所述开-关键控解调器被配置为输入所述接收无线信号并将所述本地接收无线信号解调为本地接收基带信号，

耦合到所述开-关键控解调器的无线时钟/数据恢复单元，所述无线时钟/数据恢复单元用以(i)接收所述本地接收基带信号，以及(ii)生成经恢复的无线数据信号，所述经恢复的无线数据信号包含关于本地时钟同步的所接收的所述基带信号的数字表示，

根据所述本地时钟进行操作的高频接收电路，用于根据在到所述数据源的有线接口上使用的通信协议的链路层要求来对所述经恢复的无线数据信号中的数据进行重新编码，以及

有线发射器块，所述有线发射器块从所述高频接收电路获取所述数据和时钟，并根据到所述本地处理设备的所述有线连接上的所述有线协议的物理层要求来输出所述数据和时钟。

22.根据权利要求21所述的无线通信设备，其中，所述高频接收电路操作还被配置为重新生成与时钟远程有线时钟同步的时钟。

23.根据权利要求21所述的无线通信设备，其中，所述高频发射电路和高频接收电路未经修改地递送相应的输入数字数据信号。

24.根据权利要求21所述的无线通信设备，其中，所述本地无线发射器对所接收的数字数据执行双二进制编码，以产生所述本地发射数字信号。

25.根据权利要求21所述的无线通信设备，其中，所述高频发射器电路执行前向纠错编码，并且所述高频接收电路执行前向纠错解码。

26.一种无线通信设备，包括：

具有第一极化的本地发射天线；

具有与所述第一极化不同的第二极化的本地接收天线；

本地无线发射器，所述本地无线发射器耦合到所述本地发射天线并且被配置为：

从到数据源的有线接口的物理层接收信号，并提供与本地时钟同步的本地发射数字信号，

根据由所述本地无线发射器实现的帧结构和编码方案来重新编码所述本地发射数据信号，以生成经重新编码的发射数字信号，

使用开-关键控来调制所述本地发射基带信号，以生成以载波频率为中心的本地发射无线信号，和

通过所述本地发射天线发射所述本地发射无线信号；以及

耦合到所述本地接收天线的本地无线接收器，所述本地无线接收器被配置为：

根据来自相应远程源发射器的传输来生成接收无线信号，所述来自相应远程源发射器的传输是与所述本地无线发射器发射所述本地发射无线信号同时的并且以相同载波频率为中心，

输入所述接收无线信号并将所述本地接收无线信号解调为本地接收基带信号，

生成经恢复的无线数据信号，所述经恢复的无线数据信号包含关于本地时钟同步的所述接收基带信号的数字表示，

根据在到所述数据源的所述有线接口上使用的通信协议的链路层要求，对所述经恢复的无线数据信号中的数据进行重新编码，以及

根据到所述本地处理设备的所述有线连接上的所述有线协议的物理层要求，输出经重新编码的所述数据。