TWI513245B - 利用共用基頻處理器之多頻寬通信系統 - Google Patents

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TWI513245B TW102116256A TW102116256A TWI513245B TW I513245 B TWI513245 B TW I513245B TW 102116256 A TW102116256 A TW 102116256A TW 102116256 A TW102116256 A TW 102116256A TW I513245 B TWI513245 B TW I513245B
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Description

利用共用基頻處理器之多頻寬通信系統
本發明大體係關於無線通信技術,且更特定言之,係關於用於利用共同基頻處理器以使能夠進行具有多個頻寬之通信的系統及方法。
隨著較大數目之通信系統激增,頻譜正愈來愈變成稀缺商品。因此,存在利用未經許可之頻帶的愈來愈多的壓力。同時,對於通信裝置製造而言,存在供應利用不同通信協定而在不同頻帶中操作之裝置的壓力。新興關注之通信協定為符合IEEE 802.11g、802.11a、IEEE 802.11n及超寬頻(UWB)之協定。Ecma-368高速率超寬頻PHY及MAC標準中描述UWB協定。
通常,聯邦通信委員會(FCC)將UWB界定為利用超過500百萬赫茲(MHz)或中心頻率之20%中之較小者的頻寬之系統。FCC利用-10 dB發射點以判定頻寬,且界定中心頻率。UWB技術可應用於高及低資料速率個人區域網路(PAN)。大頻寬之優點在於:系統應能夠在短距離內傳遞高資料速率,同時與其他通信系統共用頻譜。為此,FCC已授權在3.1十億赫茲(GHz)與10.6 GHz之間的頻帶中UWB之未經許可之利用。
UWB可經產生作為脈衝型系統,其中每一所傳輸脈衝佔據整個UWB頻率頻寬。窄頻副載波之聚集用以產生至少500 MHz之頻率頻寬。舉例而言,可利用正交分頻多工(OFDM)系統。OFDM分裂待經由複數個並行較慢資料速率流而傳輸之數位資訊。利用諸如正交相移鍵控(QPSK)之技術而將並行資料流中之每一者調變至特定副載波上,且以相對較低資料速率而將其傳輸。副載波頻率經選擇以最小化相鄰頻道之間的串擾,此被稱為正交性。相對較長符號持續時間有助於最小化多路徑效應,多路徑為由在不同時間到達之信號所引起的降級。
802.11(常常被稱為WiFi)描述利用相同協定但不同調變技術之標準群。在此說明書寫作時,工作組之草稿2.0正引導802.11n之開發。802.11n以2.4 GHz或5.7 GHz之中心頻率而操作於工業、科學及醫學(ISM)頻帶中,或以200百萬位元/秒與540百萬位元/秒之間的典型資料速率而操作於美國國家資訊基礎結構(U-NII)頻帶(5.2 GHz)中。802.11n藉由添加被稱為多輸入多輸出(MIMO)之多天線系統而建立於先前802.11標準上。每一天線與用於處理獨立並行頻道之單獨傳輸器及接收器相關聯。MIMO允許輸送量增加,而不增加總系統頻率頻寬或傳輸器功率。
802.11n(當利用2.4 GHz頻帶北美頻道化方案時)將2.4 GHz頻譜分成中心頻率相隔5百萬赫茲(MHz)之11個重疊交錯式頻道。將20 MHz頻道分成56個副載波,其中副載波間距為0.3125 MHz,或40 MHz頻道具有112個副載波。注意:將一些副載波用作導頻副載波。類似於上文所描述之UWB系統,802.11n利用OFDM以傳輸副載波。
若通信裝置可經製造以根據不同協定而利用相同基頻處理器 設備來操作,則將為有利的。舉例而言,若通信裝置可經製造以根據UWB標準與802.11標準兩者而利用共用基頻處理器來操作,則將為有利的。
本發明描述一種能夠根據不同通信協定而利用共用基頻處理器在具有兩個不同頻寬之兩種模式中操作的系統及方法。舉例而言,可利用無線區域網路(WLAN)802.11n基頻處理器來產生UWB波形。基頻及媒體存取控制(MAC)區段可在最大程度上保持相同。
因此,提供一種用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之方法。方法選擇時脈取樣頻率。舉例而言,可選擇第一時脈頻率(l x F1)或第二時脈頻率(k x F1),其中k >l 。利用所選時脈取樣頻率來產生基頻信號。無關於所選時脈取樣頻率,所產生之所有基頻信號可具有相同數目之副載波頻率。將基頻信號轉換成具有回應於所選時脈頻率之資料速率的射頻(RF)信號,且將其傳輸。
更明確而言,回應於選擇第一時脈頻率而產生具有第一資料速率之第一基頻信號。可回應於選擇第二時脈頻率而產生具有大於第一資料速率之第二資料速率的第二基頻信號。接著,回應於第一基頻信號而產生具有在約13.5至135百萬位元/秒(Mbps)之範圍內的資料速率之第一RF信號。舉例而言,第一RF信號可與利用40 MHz頻道之802.11n操作模式相關聯。在另一態樣中,對應於802.11n模式中之20 MHz頻道,第一RF信號資料速率可在6.5 Mbps至65 Mbps之範圍內。對應於UWB操作,可回應於第二基頻信號而產生具有在約53.3 Mbps至480 Mbps之範圍內的資料速率之第二RF信號。然而,在其他態樣中,第二RF信號可以高達1 GHz之資 料速率而操作於UWB模式中。
亦提供一種用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之方法。方法接受具有回應於所選時脈頻率之資料速率的RF信號,且將RF信號轉換成基頻信號。選擇時脈取樣頻率。舉例而言,可選擇第一時脈頻率(l x F1)或第二時脈頻率(k x F1),其中k >l 。利用所選時脈取樣頻率來處理基頻信號,且產生數位資訊。更明確而言,回應於選擇第一時脈頻率而處理具有第一資料速率之第一基頻信號。或者,回應於選擇第二時脈頻率而處理可具有大於第一資料速率之第二資料速率的第二基頻信號。
下文呈現上文所描述之用於利用共用基頻處理器而在多個頻寬中通信之方法、傳輸器及接收器系統的額外細節以及上文所提及之本發明的其他相關變化。
100‧‧‧通信裝置
102‧‧‧系統
104‧‧‧時鐘或定時脈構件
106‧‧‧線路
108‧‧‧線路
110‧‧‧基頻處理器/基頻處理器模組/基頻處理器構件
112‧‧‧線路
114‧‧‧線路
116‧‧‧射頻(RF)模組/RF構件
116a‧‧‧第一RF裝置
116a1‧‧‧RF裝置
116an‧‧‧RF裝置
116b‧‧‧第二RF裝置
118a‧‧‧線路
118b‧‧‧線路
120a‧‧‧天線
120a1‧‧‧天線/輻射構件
120an‧‧‧天線/輻射構件
120b‧‧‧天線
122a‧‧‧媒體存取控制(MAC)模組/MAC構件/第一MAC構件/第一MAC模組
122b‧‧‧第二MAC構件/第二MAC模組
300‧‧‧用於編碼之編碼器或構件
302‧‧‧線路
304‧‧‧交錯器/用於交錯之交錯器或構件
306‧‧‧線路
308‧‧‧反向快速傅立葉變換(IFFT)區塊/IFFT構件
308a‧‧‧IFFT
308n‧‧‧IFFT
310‧‧‧數位轉類比轉換器/DAC
312‧‧‧線路
314‧‧‧解多工器(DEMUX)/解多工構件
702‧‧‧系統
704‧‧‧RF模組/RF構件
704a‧‧‧第一RF裝置
704a1‧‧‧RF裝置/RF構件
704an‧‧‧RF裝置/RF構件
704b‧‧‧第二RF裝置
706a‧‧‧線路
706a1‧‧‧線路
706an‧‧‧線路
706b‧‧‧線路
708‧‧‧線路
708a‧‧‧線路
708b‧‧‧線路
710‧‧‧時脈或定時脈構件
712‧‧‧線路
714‧‧‧線路
716‧‧‧基頻處理器/基頻處理器構件
718‧‧‧線路
720‧‧‧天線/輻射構件
720a‧‧‧天線
720a1‧‧‧天線/輻射構件
720an‧‧‧天線/輻射構件
720b‧‧‧天線
722a‧‧‧第一(基礎結構BSS)MAC模組/第一MAC模組/第一MAC構件/媒體存取控制(MAC)模組/MAC構件
722b‧‧‧第二MAC模組/第二MAC構件
900‧‧‧用於解碼之解碼器或構件
902‧‧‧線路
904‧‧‧線路
908‧‧‧快速傅立葉變換(FFT)區塊/FFT構件/FFT區塊
908a‧‧‧FFT構件
908n‧‧‧FFT構件
910‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
912‧‧‧線路
1100a1‧‧‧線路
1100an‧‧‧線路
圖1為描繪用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之系統的示意性方塊圖。
圖2為更詳細地描繪圖1之基頻處理器的示意性方塊圖。
圖3為描繪圖1所說明之系統之變化的示意性方塊圖。
圖4為描繪用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之系統的示意性方塊圖。
圖5為更詳細地描繪圖4之基頻處理器的示意性方塊圖。
圖6為描繪圖4所說明之系統之變化的示意性方塊圖。
圖7為以高階抽象描繪WLAN與WPAN層之整合的圖式。
圖8為描繪WLAN及WPAN收發器之方塊圖。
圖9為描繪圖8之系統之利用單一天線所實施之替代態樣的方塊圖。
圖10為說明用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之方法的流程圖。
圖11為說明用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之方法的流程圖。
現參看圖式來描述各種實施例。在以下描述中,為了闡釋之目的,陳述眾多特定細節,以便提供對一或多個態樣之徹底理解。然而,可顯而易見,可在無此等特定細節的情況下實踐該(該等)實施例。在其他情況下,以方塊圖形式來展示熟知之結構及裝置以促進描述此等實施例。
如本申請案中所使用,術語"組件"、"模組"、"系統"及其類似者意欲指代電腦相關實體:硬體、韌體、硬體與軟體之組合、軟體或執行中之軟體。舉例而言,組件可為(但不限於)在處理器上執行之過程、處理器、物件、可執行碼(executable)、執行線緒、程式及/或電腦。以說明之方式,在計算裝置上執行之應用程式及計算裝置可為組件。一或多個組件可駐存於一過程及/或執行線緒內,且一組件可區域化於一電腦上及/或分散於兩個或兩個以上電腦之間。另外,此等組件可由儲存有各種資料結構之各種電腦可讀媒體執行。該等組件可(諸如)根據具有一或多個資料封包之一信號(例如,來自與區域系統、分散式系統中之另一組件互動之一組件及/或借助於信號跨越諸如網際網路之網路而與其他系統互動之一組件的資料)而借助於區域及/或遠端過程來通信。
將依據可包括許多組件、模組及其類似者之系統來呈現各種實施例。應理解且瞭解,各種系統可能包括額外組件、模組等等,及/或可能不包括結合諸圖所論述之所有組件、模組等等。亦可利 用此等方法之組合。
已描述之各種說明性邏輯區塊、模組及電路可藉由通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文所描述之功能的任何組合來實施或執行。通用處理器可為微處理器,但在替代例中,處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。亦可將處理器實施為計算裝置之組合,例如,DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、結合DSP核心之一或多個微處理器或任何其他該組態。
結合本文中所揭示之實施例所描述之方法或演算法可直接以硬體、以由處理器所執行之軟體模組或以兩者之組合來體現。軟體模組可駐存於RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、抽取式碟、CD-ROM或此項技術中已知的任一其他形式之儲存媒體中。儲存媒體可耦接至處理器,使得處理器可自儲存媒體讀取資訊且可將資訊寫入至儲存媒體。在替代例中,儲存媒體可與處理器成整體。處理器及儲存媒體可駐存於ASIC中。ASIC可駐存於節點中,或駐存於別處。在替代例中,處理器及儲存媒體可作為離散組件而駐存於節點中,或駐存於存取網路中之別處。
圖1為描繪用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之系統102的示意性方塊圖。系統102嵌入於通信裝置100中且包含時鐘或定時脈構件104,時鐘或定時脈構件104具有在線路106上用以接受頻率選擇信號之輸入,及在線路108上用以供應時脈取樣頻率之輸出。所供應之所選時脈頻率包括第一時脈頻率(l x F1)及 第二時脈頻率(k x F1),其中k >l 。在一態樣中,第一時脈取樣頻率(l x F1)將l 界定為1或2,其中F1為約20 MHz或約40 MHz。第二頻率則為第一頻率之k 倍。亦即,第一時脈頻率為20 MHz或40 MHz。此等頻率將支援802.11a/g及802.11n通信之操作。另外,選擇k ,使得第二時脈取樣頻率支援UWB通信之操作。
基頻處理器、基頻處理器模組或基頻處理器構件110具有在線路112上用以接受數位資訊之輸入及在線路108上用以接受所選時脈取樣頻率之輸入。基頻處理器110利用所選時脈取樣頻率來處理數位資訊且在線路114上供應基頻信號,基頻信號已自數位信號轉換成類比基頻信號。射頻(RF)模組或RF構件116具有用以接受線路114上之基頻信號的輸入。RF模組116在線路118上供應自基頻信號所轉換以用於傳輸之RF信號。RF信號具有回應於所選時脈頻率之資料速率。通常,RF模組116將基頻信號升頻轉換至RF頻率。
更明確而言,基頻處理器110回應於接受第一時脈頻率而產生具有第一資料速率之第一基頻信號,或回應於接受第二時脈頻率而產生具有第二資料速率之第二基頻信號。在一態樣中,第二資料速率大於第一資料速率。
在一態樣中,基頻處理器110回應於接受第一時脈頻率而產生具有複數個副載波頻率之第一基頻信號。第二基頻信號可回應於接受第二時脈頻率而具有相同數目之副載波頻率。舉例而言,40 MHz頻道802.11n系統產生與UWB相同數目之副載波頻率,UWB為128個副載波。或者,對比兩個系統,用以載運資訊之副載波的數目可存在差異。舉例而言,符合標準之20 MHz頻道802.11n或802.11a系統僅產生64個副載波。在一態樣中,可產生64個副載波之特殊模式UWB波形。在另一態樣中,可產生128個副載波之符合 標準之UWB波形。
在一態樣中,RF模組116包括第一RF裝置116a,其為用於回應於第一基頻信號而產生在線路118a上具有在約13.5至135百萬位元/秒(Mbps)或約6.5 Mbps至65 Mbps之範圍內的資料速率之第一RF信號的構件。在天線120a上傳輸第一RF信號。儘管僅展示單一天線,但應理解,天線120a可表示可切換天線或經配置用於分集之複數個天線之系統。第二RF裝置116b為用於回應於第二基頻信號而產生具有在約53.3 Mbps至480 Mbps之範圍內的資料速率之第二RF信號的構件。在天線120b上傳輸第二RF信號。再次,僅展示單一天線,但應理解,天線120b可表示天線之系統。此等資料速率與802.11n及UWB標準相容。然而,應注意,第二RF信號資料速率可高達1 GHz。
在另一態樣中,第一RF裝置116a產生具有約20 MHz至40 MHz之頻寬的第一RF信號。注意:上文所提及之頻寬可包括導頻載頻調及其他附加項資訊。所佔據之頻寬可小於總頻寬。本文中將所佔據之頻寬界定為總整合功率之x%的頻寬。第二RF裝置116b產生具有大於約500 MHz或頻寬中心頻率之約20%中之較小者之頻寬的第二RF信號。再次,此等頻寬將支援802.11n及UWB通信之操作。
在另一態樣中,第一RF裝置116a回應於第一基頻信號而產生具有約0.3125 MHz之副載波間距的第一RF信號。第二RF裝置116b回應於第二基頻信號而產生具有約0.3125 xk /l MHz之副載波間距的第二RF信號。此等副載波間距將支援802.11n及UWB通信之操作。
在如所示之一態樣中,媒體存取控制(MAC)模組或MAC構件122a具有在線路112上用於將呈獨立基本服務集合(IBSS)網路格式 或特用網路格式之數位資訊供應至基頻處理器110之輸出。若經由第一及第二RF信號而與裝置100通信之通信網路(未圖示)皆操作於同級式(Peer-to-peer)模式中,則不僅可共用基頻處理器110,而且亦可共用MAC模組122a。同級式通信為通常與UWB相關聯之特徵。然而,由於802.11a/g及802.11n通常經由利用存取點(AP)而使能夠進行通信,所以MAC模組122可能不支援所有802.11網路中之通信。在一態樣中,可以與基頻處理器相同之速率來對MAC 122定時脈。
在一變化中,第一MAC模組或第一MAC構件122a具有在線路112上用於將呈基礎結構BSS網路格式之數位資訊供應至基頻處理器110之輸出,如上文所闡釋。另外,第二MAC模組或第二MAC構件122b具有在線路112上用於將呈IBSS網路格式之數位資訊供應至基頻處理器110之輸出。接著,基頻處理器110可回應於基礎結構BSS MAC格式而產生第一基頻信號,且回應於IBSS MAC格式而產生第二基頻信號。在此變化中,第一(基礎結構BSS)MAC模組122a用以支援涉及AP之利用的通信,如在習知802.11n網路中。然而,第二MAC模組122b用於利用同級式方法之網路。
圖2為更詳細地描繪圖1之基頻處理器的示意性方塊圖。在一變化中,基頻處理器110包括用於編碼之編碼器或構件300,用於編碼之編碼器或構件300具有在線路112上用以接受數位資訊之輸入、在線路302上用以供應頻域中之經編碼數位資訊之輸出,及在線路108上用以接受所選時脈頻率之輸入。用於交錯之交錯器或構件304具有在線路302上用以接受經編碼數位資訊之輸入、在線路306上用以供應頻域中之經交錯資訊之輸出,及在線路108上用以接受所選時脈頻率之輸入。交錯器304為提供時間分集形式以防止 區域化訛誤或錯誤叢發之裝置。通常仔細地選擇交錯參數以匹配所涉及之程式碼的錯誤校正能力。反向快速傅立葉變換(IFFT)區塊或IFFT構件308具有在線路306上用以接受頻域中之資訊之輸入及在線路108上用以接受所選時脈頻率之輸入。IFFT區塊308對輸入資訊執行IFFT運算且供應數位時域信號。數位轉類比轉換器310回應於線路108上之所選時脈頻率而將線路312上之數位信號轉換成線路114上之類比基頻信號。應理解,儘管所有裝置經展示為連接至共同時脈線,但該等裝置未必以相同時脈頻率來操作。熟習此項技術者將知曉能夠執行如上文所描述之相同功能的替代電路。注意:DAC可或者與基頻處理器或與RF模組(未圖示)共同定位。
圖3為描繪圖1所說明之系統102之變化的示意性方塊圖。基頻處理器110供應來自以第一時脈頻率而操作之n 個並行流(IFFT 308a至308n)的第二基頻信號。基頻處理器110在線路114上供應經多工第二基頻信號。注意:n 不限於任何特定數目。RF模組116將經多工第二基頻信號轉換成藉由天線或輻射構件120b以回應於第二時脈頻率之資料速率所輻射的單一(經多工)RF信號。第二時脈頻率比第一時脈頻率快n 倍。此變化將允許將並行RF流電路(例如,針對802.11n MIMO而設計)作為單一較高速率信號(例如,UWB信號)而傳輸。如下文所闡釋,可以用於802.11n之相同基頻電路來產生UWB基頻信號。有利地,若需要高通信資料速率,則基頻處理器110及DAC 310之各種組件僅需要以高於用於此實例中之第一時脈頻率的時脈頻率來操作。數位升頻轉換器(DUC)將基頻信號轉換成RF。或者,類比混頻器可用於頻率轉換。
基頻處理器110藉由在n 個並行流中產生n 個基頻信號而供應第一基頻信號。在如所示之一態樣中,基頻處理器110在線路114 上供應經多工基頻信號。注意:n 不限於任何特定數目。DAC 310連接至解多工器(DEMUX)或解多工構件314,其將經多工基頻信號轉換回成n 個基頻信號。RF模組包括n 個RF裝置(n 個RF構件),每一RF裝置(116a1至116an)具有連接至對應解多工器輸出之輸入,及連接至對應天線或輻射構件120a1至120an之輸出。在未圖示之一態樣中,n 個RF流係藉由硬接線媒體來載運。每一經輻射RF信號具有回應於第一時脈頻率之資料速率。或者,但未圖示,n 個離散DAC可用以將每一IFFT直接連接至對應RF裝置,使得基頻流無需為傳遞至DAC而被多工,或在轉換成類比信號之後被解多工。
對比UWB與802.11n操作模式,在一4x4 MIMO 802.11n系統實例中,與第二時脈頻率相關聯之k的值可為3.3以產生用於每一資料路徑之132 MHz時脈。較高時脈速率可用以使能夠進行具有較高資料速率之UWB操作模式。對於諸如lxl 802.11n或802.11a之非MIMO系統而言,k可高達13.2。
上文對圖1至圖3之闡釋及描述亦可應用於用於利用共用基頻處理器模組經由交替頻寬來傳輸資訊之通信處理裝置。處理裝置包含具有用以接受頻率選擇信號之輸入及用以供應時脈取樣頻率之輸出的時脈模組,時脈取樣頻率為第一時脈頻率(l x F1)或第二時脈頻率(k x F1),其中k >l 。基頻處理模組具有用以接受數位資訊之輸入及用以接受所選時脈頻率之輸入。基頻處理模組利用所選時脈頻率來處理數位資訊且供應基頻信號。
射頻(RF)模組具有用以接受基頻信號之輸入。RF模組供應具有回應於所選時脈頻率之資料速率的自基頻信號所轉換之RF信號,其可被傳輸。在一態樣中,基頻處理模組回應於接受第一時脈頻率而產生具有第一資料速率之第一基頻信號。或者,基頻處 理模組回應於接受第二時脈頻率而產生具有大於第一資料速率之第二資料速率的第二基頻信號。
圖4為描繪用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之系統702的示意性方塊圖。系統702嵌入於通信裝置700中且包括RF模組或RF構件704,RF模組或RF構件704具有在線路706上用以接受經輻射RF信號(未圖示)或來自硬接線媒體(未圖示)之RF信號的輸入。RF信號具有回應於所選時脈頻率之資料速率。RF模組704具有在線路708上供應自RF信號所轉換之基頻信號的輸出。時脈或定時脈構件710具有在線路712上用以接受頻率選擇信號之輸入及在線路714上用以供應時脈取樣頻率之輸出。可選頻率包括第一時脈頻率(l x F1)及第二時脈頻率(k x F1),其中k >l 。在一態樣中,第一時脈取樣頻率(l x F1)將l 界定為1或2,其中F1為約20 MHz或40 MHz。亦即,第一時脈頻率為20 MHz或40 MHz。第二頻率為第一頻率之k 倍。此等頻率將支援802.11n、802.11a、802.11g及UWB通信之操作。
基頻處理器或基頻處理器構件716具有在線路708上用以接受基頻信號之輸入及在線路714上用以接受所選時脈取樣頻率之輸入。基頻處理器716利用所選時脈取樣頻率來處理基頻信號且在線路718上供應數位資訊。在一態樣中,基頻處理器716回應於選擇第一時脈頻率而處理具有第一資料速率之第一基頻信號。或者,基頻處理器716回應於選擇第二時脈頻率而處理具有大於第一資料速率之第二資料速率的第二基頻信號。
在一態樣中,基頻處理器716回應於接受第一時脈頻率而處理線路708上具有複數個副載波頻率之第一基頻信號。基頻處理器716回應於接受第二時脈頻率而處理線路708上之第二基頻信號, 第二基頻信號可具有相同數目之副載波頻率。舉例而言,40 MHz頻道802.11n產生與UWB相同數目之副載波頻率,UWB為128個副載波。然而,如上文所提及,在其他態樣中,用以藉由第一及第二基頻信號來載運資訊之副載波的數目可存在差異。
在另一態樣中,RF模組704包括第一RF裝置704a,其為用於接受具有在約13.5至135 Mbps或約6.5 Mbps至65 Mbps之範圍內的資料速率之第一RF信號且在線路708a上供應第一基頻信號的構件。第一RF裝置704a在線路706a上連接至天線720a。儘管僅展示單一天線,但應理解,天線720a可表示天線之系統。RF模組704亦包括第二RF裝置704b,其為用於接受具有在約53.3 Mbps至480 Mbps之範圍內的資料速率之第二RF信號且在線路708b上供應第二基頻信號的構件。第二RF裝置704b在線路706a上連接至天線720b。儘管僅展示單一天線,但應理解,天線720b可表示天線之系統。此等資料速率與802.11及UWB標準相容。
在一態樣中,第一RF裝置704a接受具有約20 MHz或40 MHz之頻寬的第一RF信號,且在線路708a上供應第一基頻信號。或者,第二RF裝置704b接受具有大於約500 MHz或頻寬中心頻率之20%中之較小者的頻寬之第二RF信號,且在線路708b上供應第二基頻信號。注意:上文所提及之頻寬可包括導頻載頻調及其他附加項資訊。所佔據之頻寬可小於總頻寬。此等頻寬與802.11n、802.11a、802.11g及UWB標準相容。
在一態樣中,第一RF裝置704a接受具有約0.3125 MHz之副載波間距的第一RF信號,且在線路708a上供應第一基頻信號。或者,第二RF裝置704b接受具有約0.3125 xk /l MHz之副載波間距的第二RF信號,且在線路708b上供應第二基頻信號。
在如所示之一態樣中,媒體存取控制(MAC)模組或MAC構件722a具有在線路718上用於接受來自基頻處理器716之呈IBSS網路格式之數位資訊的輸入。若經由第一及第二RF信號而與裝置700通信之通信網路(未圖示)皆操作於同級式模式中,則不僅可共用基頻處理器716,而且亦可共用MAC模組722a。同級式通信為通常與UWB相關聯之特徵。然而,由於802.11通常經由利用存取點(AP)而使能夠進行通信,所以MAC模組722a可能不支援所有802.11網路中之通信。在此態樣(圖示)中,MAC 722a可以與基頻處理器相同之頻率來定時脈。
或者,第一MAC模組或第一MAC構件722a具有在線路718上用於接受來自基頻處理器716之呈基礎結構BSS網路格式之數位資訊的輸入。第二MAC模組或第二MAC構件722b具有在線路718上用於接受來自基頻處理器716之呈IBSS或特用網路格式之數位資訊的輸出。接著,基頻處理器716回應於第一基頻信號而產生基礎結構BSS MAC格式數位資訊。或者,基頻處理器716回應於第二基頻信號而產生IBSS MAC格式數位資訊。在此變化中,第一(基礎結構BSS)MAC模組722a用以支援涉及AP之利用的通信,如在習知802.11n及802.11a網路中。然而,第二MAC模組722b用於利用同級式方法之網路。
圖5為更詳細地描繪圖4之基頻處理器的示意性方塊圖。在一變化中,基頻處理器716包括用於解碼之解碼器或構件900,用於解碼之解碼器或構件900具有在線路718上用以供應數位資訊之輸出、在線路902上用以接受頻域中之經編碼數位資訊之輸入,及用以接受線路714上之所選時脈頻率之輸入。用於解交錯之解交錯器或構件904具有在線路902上用以供應經編碼數位資訊之輸出、在 線路906上用以接受頻域中之經交錯資訊之輸入,及用以接受線路714上之所選時脈頻率之輸入。解交錯器904為將複數個並行流轉換成單一輸入信號之裝置。快速傅立葉變換(FFT)區塊或FFT構件908具有在線路906上用以供應頻域中之經交錯資訊之輸出及用以接受線路714上之所選時脈頻率之輸入。類比轉數位轉換器(ADC)910回應於線路714上之所選時脈頻率而將線路708上之類比基頻信號轉換成線路912上之數位信號。FFT區塊908對線路912之數位信號執行FFT運算。
圖6為描繪圖4所說明之系統702之變化的示意性方塊圖。RF模組704接受天線或輻射構件720上之單一經多工RF信號且將其轉換成線路708上之經多工第二基頻信號。單一經多工RF信號具有回應於第二時脈頻率之資料速率,第二時脈頻率在此實例中比第一時脈頻率快n 倍。基頻處理器716產生n 個基頻信號。基頻處理器716以第一時脈頻率來處理n 個基頻信號中之每一者,且產生線路718上之數位資訊。注意:n 不限於任何特定數目。此變化將允許將並行RF傳輸路徑電路(例如,針對802.11n MIMO而設計)作為單一較高速率信號(例如,UWB信號)而接收。如下文所闡釋,UWB基頻信號可以用於802.11n之相同基頻電路來恢復。有利地,若需要高通信資料速率,則基頻處理器716及ADC 910之各種組件僅需要以高於用於此實例中之第一時脈頻率的時脈頻率來操作。數位降頻轉換器(DDC)將RF信號轉換成寬頻帶。或者,類比混頻器可用於頻率轉換。
或者,天線或輻射構件720a1至720an以回應於第一時脈頻率之資料速率來接收n 個RF信號,在線路706a1至706an上將該等信號供應至RF模組704中之對應RF裝置或RF構件(704a1至704an)。或 者,但未圖示,經由硬接線媒體而接收n 個RF信號。每一RF裝置將RF信號轉換成基頻信號,基頻信號係在線路1100a1至1100an上被供應。在此實例中,多工器(MUX)或多工構件1102接受線路1100a1至1100an上之n 個基頻信號且在線路708上供應經多工基頻信號。基頻處理器716解多工所輸入基頻信號,從而產生回應於第一時脈頻率而處理之n 個基頻信號(流)。或者,但未圖示,n 個離散ADC可用以將每一FFT直接連接至對應RF裝置,在該狀況下,n 個基頻流無需為傳遞至ADC而被多工或在轉換成數位信號之後被解多工。
對圖4至圖6之描述及闡釋亦可應用於用於利用共用基頻處理器模組經由交替頻寬來接收資訊之通信處理裝置。處理裝置包含RF模組,RF模組具有用以接受具有回應於所選時脈頻率之資料速率之RF信號的輸入,及用以供應自RF信號所轉換之基頻信號的輸出。時脈模組具有用以接受頻率選擇信號之輸入及供應時脈取樣頻率之輸出。頻率係選自第一時脈頻率(l x F1)及第二時脈頻率(k x F1),其中k >l
基頻處理器模組具有用以接受基頻信號之輸入及用以接受所選時脈頻率之輸入。基頻處理器模組利用所選時脈頻率來處理基頻信號,且供應數位資訊。在一態樣中,基頻處理器模組回應於接受第一時脈頻率而處理具有第一資料速率之第一基頻信號。或者,回應於接受第二時脈頻率而處理具有大於第一資料速率之第二資料速率的第二基頻信號。
儘管上文已描述單獨接收器及傳輸系統,但應理解,許多通信裝置包括接收與傳輸電路兩者。亦應理解,一裝置可共用接收與傳輸區段兩者之間的基頻處理器。儘管經展示為相異組件,但 在上文所描述之系統的一些態樣中,基頻處理器及RF模組之頻率轉換及放大區段可經封裝為單一裝置,諸如,晶片上系統(SOC)。
功能描述
有利地,上文所描述之本發明將使通信裝置能夠利用以較快時脈速率而操作之802.11n基頻及MAC電路來產生UWB波形。習知地,802.11g及802.11a系統以20 MHz來定時脈以產生佔據16.56 MHz之頻帶的波形。在一模式中,802.11n亦以20 MHz來定時脈以產生佔據17.5 MHz之波形。用戶端與存取點(AP)設計兩者皆併有與共同參考時脈輸入一起操作之RF收發器及基頻/MAC。
基頻/MAC利用參考時脈以藉由調節時序、加密、編碼及解碼以及數據機與主機裝置(例如,膝上型電腦或電話)之間的資料移動來控制對無線網路之存取。RF收發器利用參考時脈以產生使無線電之電壓振盪器(VO)穩定於2.4 GHz或5 GHz的高頻參考,無線電之電壓振盪器(VO)嵌入於IC上或被指定為外部組件。
802.11g/a為IEEE公開之標準且802.11n在經標準化之過程中。另一方面,在此說明書寫作時,UWB仍在起草階段。如上文所提及,本發明產生用於WLAN(802.11n)與WPAN(UWB)兩者之整合接收器(或傳輸器)的波形。習知地,接收器架構經開發且經最佳化以用於特定傳輸模式及標準。然而,本發明利用WLAN與WPAN傳輸模式兩者皆係基於OFDM之事實。
表1及表2分別列出802.11g/a及802.11n WLAN系統之參數。802.11g/a為OFDM系統且以20 MHz時脈而執行以視所利用之調變及編碼方案而支援6 Mbps與54 Mbps之間的資料速率。單輸入單輸出(SISO)802.11n亦為以20 MHz時脈而執行以支援6.5 Mbps與65 Mbps之間的資料速率之OFDM系統。表3列出在以600 MHz來定時脈802.11n系統以支援180 Mbps與1440 Mbps之間的資料速率時之參數。表4列出UWB系統之參數。
圖7為以高階抽象描繪WLAN與WPAN層之整合的圖式。儘管有一些差異,但可見,有可能共用PHY及MAC電路。
圖8為描繪WLAN及WPAN收發器之方塊圖。RF模組中之數位轉類比(DAC)/類比轉數位(ADC)轉換器起轉換基頻信號之作用。切換器(SW)允許RF裝置之傳輸及接收區段共用天線。對於802.11及UWB通信,裝置能夠將共用PHY及MAC電路用於接收及傳輸模式兩者。
圖9為描繪圖8之系統之利用單一天線所實施之替代態樣的方塊圖。天線具有非常寬頻之頻率回應且濾波器將802.11通信與UWB通信隔離。
圖10為說明用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之方法的流程圖。儘管為了清楚起見而將方法描繪為編號步驟序列,但編號未必指示步驟之次序。應理解,此等步驟中之一些步驟可被跳過、被並行地執行,或無需維持嚴格序列次序而被執行。方法始於步 驟1800。
步驟1802選擇時脈取樣頻率,時脈取樣頻率包括第一時脈頻率(l x F1)及第二時脈頻率(k x F1),其中k >l 。在一變化中,在步驟1802中選擇時脈頻率包括選擇l x F1之第一時脈頻率,其中l 為等於1或2之值,且F1為約20 MHz或40 MHz。第二時脈頻率等於第一時脈取樣頻率之k 倍。步驟1804接受數位資訊。步驟1806產生基頻信號。步驟1808將基頻信號轉換成具有回應於所選時脈頻率之資料速率的RF信號。在一些態樣中,步驟1810傳輸RF信號。
在一態樣中,在步驟1806中產生基頻信號包括子步驟。步驟1806a回應於選擇第一時脈頻率而產生具有第一資料速率之第一基頻信號。步驟1806b回應於選擇第二時脈頻率而產生具有大於第一資料速率之第二資料速率的第二基頻信號。在一變化中,步驟1806a回應於選擇第一時脈頻率而產生具有複數個副載波頻率之第一基頻信號。步驟1806回應於第二時脈頻率而產生具有複數個副載波頻率(與第一基頻信號相同數目之副載波)之第二基頻信號。
在另一態樣中,將基頻信號轉換成RF信號包括子步驟。步驟1808a回應於第一基頻信號而產生具有在約13.5 Mbps至135 Mbps或約6.5 Mbps至65 Mbps之範圍內的資料速率之第一RF信號。步驟1808b回應於第二基頻信號而產生具有在約53.3 Mbps至480 Mbps之範圍內的資料速率之第二RF信號。或者認為,步驟1808a產生具有約20 MHz或40 MHz之頻寬的第一RF信號。步驟1808b產生具有大於約500 MHz或頻寬中心頻率之約20%中之較小者之頻寬的第二RF信號。在另一變化中,步驟1808a回應於第一基頻信號而產生具有約0.3125 MHz之副載波間距的第一RF信號,且步驟1808b回應於第二基頻信號而產生具有約0.3125 xk /l MHz之副載波間距的第二RF信號。
在一態樣中,在步驟1806a中產生第一基頻信號包括回應於在步驟 1804中接受呈IBSS(特用)格式或基礎結構BSS MAC格式之數位資訊而產生第一基頻信號。在步驟1806b中產生第二基頻信號包括回應於接受呈IBSS MAC格式之數位資訊而產生第二基頻信號。
在一態樣中,在步驟1804中處理數位資訊包括子步驟。步驟1804a回應於所選時脈頻率而編碼數位資訊。步驟1804b回應於所選時脈頻率而交錯經編碼數位資訊。步驟1804c回應於所選時脈頻率而對經交錯數位資訊執行IFFT運算。步驟1804d回應於所選時脈頻率而將IFFT運算之結果轉換成類比基頻信號。
在一變化中,在步驟1806中產生基頻信號包括以第一時脈頻率來產生n 個基頻信號。步驟1808將經多工第二基頻信號轉換成具有回應於第二時脈頻率之資料速率的單一經多工RF信號,第二時脈頻率比第一時脈頻率快n 倍。步驟1810經由單一天線而傳輸經多工RF信號。
在第二變化中,步驟1806以第一時脈頻率來產生n 個基頻信號。步驟1808將n 個基頻信號(第一基頻信號)轉換成n 個RF信號,其中每一RF信號具有回應於第一時脈頻率之資料速率。接著,步驟1810經由n 個天線而傳輸n 個RF信號。
在另一態樣中,上文所描述及圖10所示之相同步驟亦可用以描述儲存有用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之指令的機器可讀媒體。
圖11為說明用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之方法的流程圖。方法始於步驟1900。步驟1902接受具有回應於所選時脈頻率之資料速率的RF信號。RF信號可作為經輻射信號或經由硬接線媒體而被接收。步驟1904將RF信號轉換成基頻信號。步驟1906選擇時脈取樣頻率,包括第一時脈頻率(l x F1)及第二時脈頻率(k x F1),其中k >l。在一態樣中,第一時脈具有l x F1之頻率,其中l 為1或2,且F1為約20 MHz或40 MHz。亦即,第一時脈頻率為約20 MHz或40 MHz。 第二時脈具有等於第一時脈取樣頻率之k 倍之頻率。步驟1908利用所選時脈取樣頻率來處理基頻信號。步驟1910產生數位資訊。
在一態樣中,在步驟1908中處理基頻信號包括子步驟。步驟1908a回應於選擇第一時脈頻率而處理具有第一資料速率之第一基頻信號。步驟1908b回應於選擇第二時脈頻率而處理具有大於第一資料速率之第二資料速率的第二基頻信號。在一變化中,步驟1908a回應於選擇第一時脈頻率而處理具有複數個副載波頻率之第一基頻信號,且步驟1908b回應於選擇第二時脈頻率而處理具有複數個副載波頻率之第二基頻信號。亦即,第一及第二基頻信號使用相同數目之副載波頻率。
在一態樣中,在步驟1902中接受RF信號包括子步驟。步驟1902a接受具有在約13.5 Mbps至135 Mbps之範圍內或在約6.5 Mbps至65 Mbps之範圍內的資料速率之第一RF信號。步驟1902b接受具有在約53.3 Mbps至480 Mbps之範圍內的資料速率之第二RF信號。接著,在步驟1904中將RF信號轉換成基頻信號包括子步驟。步驟1904a將第一RF信號轉換成第一基頻信號,且步驟1904b將第二RF信號轉換成第二基頻信號。
在一變化中,步驟1902a接受具有約20 MHz或40 MHz之頻寬的第一RF信號,且步驟1902b接受具有大於約500 MHz或頻寬中心頻率之約20%中之較小者之頻寬的第二RF信號。接著,步驟1904a將第一RF信號轉換成第一基頻信號,且步驟1904b將第二RF信號轉換成第二基頻信號。
在另一變化中,步驟1902a接受具有約0.3125 MHz之副載波間距的第一RF信號,且步驟1902b接受具有約0.3125 xk /l MHz之副載波間距的第二RF信號。接著,步驟1904a將第一RF信號轉換成第一基頻信號,且步驟1904b將第二RF信號轉換成第二基頻信號。
在一態樣中,在步驟1910中產生數位資訊包括無關於是處理第一 基頻信號還是處理第二基頻信號而產生呈IBSS(特用)MAC格式之數位資訊。或者,步驟1910回應於處理第一基頻信號而產生呈基礎結構BSS MAC格式之數位資訊,或步驟1910回應於處理第二基頻信號而產生呈IBSS格式之數位資訊。
在另一態樣中,在步驟1910中產生數位資訊包括子步驟。步驟1910a回應於所選時脈頻率而將類比基頻信號轉換成數位信號。步驟1910b回應於所選時脈頻率而對數位信號執行FFT運算。在執行FFT之後,步驟1910c回應於所選時脈頻率而解交錯數位資訊,且步驟1910d回應於所選時脈頻率而解碼數位資訊。
在一變化中,步驟1902接受具有回應於第二時脈頻率之資料速率的單一經多工RF信號,第二時脈頻率比第一時脈頻率快n 倍。步驟1904將經多工RF信號轉換成經多工第二基頻信號。在步驟1908中處理基頻信號包括:自經多工第二基頻信號產生n 個基頻信號;及以第一時脈頻率來處理n 個基頻信號中之每一者。
在一第二變化中,步驟1902接受n 個RF信號,每一RF信號具有回應於第一時脈頻率之資料速率。步驟1904將n 個RF信號轉換成n 個基頻信號。接著,在步驟1908中處理第一基頻信號包括以第一時脈頻率來處理n 個基頻信號中之每一者。
在另一態樣中,上文所描述及圖11所示之相同步驟亦可用以描述儲存有用於利用共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之指令的機器可讀媒體。
已呈現各種系統及方法以描述經由不同RF頻寬而利用共用基頻處理器來收發通信。特定協定之細節、電路細節及方法已作為實例被給出以說明本發明。然而,本發明不僅限於此等實例。熟習此項技術者將想到本發明之其他變化及實施例。
100‧‧‧通信裝置
102‧‧‧系統
104‧‧‧時鐘或定時脈構件
106‧‧‧線路
108‧‧‧線路
110‧‧‧基頻處理器/基頻處理器模組/基頻處理器構件
112‧‧‧線路
114‧‧‧線路
116‧‧‧射頻(RF)模組/RF構件
116a‧‧‧第一RF裝置
116b‧‧‧第二RF裝置
118a‧‧‧線路
118b‧‧‧線路
120a‧‧‧天線
120b‧‧‧天線
122a‧‧‧媒體存取控制(MAC)模組/MAC構件/第一MAC構件/第一MAC模組
122b‧‧‧第二MAC構件/第二MAC模組

Claims (8)

  1. 一種用於利用一共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之方法,該方法包含:自包含一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率(k x F1)之一群選擇一時脈頻率,其中k >l ;使用該所選時脈頻率以從數位資訊產生一基頻信號;及將該基頻信號轉換成具有回應於該所選時脈頻率之一頻寬的一射頻(RF)信號。
  2. 一種用於利用一共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之裝置,其包含:用於自包含一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率(k x F1)之一群選擇一時脈頻率之構件,其中k >l ;用於使用該所選時脈頻率以從數位資訊產生一基頻信號之構件;及用於將該基頻信號轉換成具有回應於該所選時脈頻率之一頻寬的一射頻(RF)信號之構件。
  3. 一種用於利用一共用基頻處理器經由交替頻寬來傳輸資訊之系統,該系統包含:一定時脈構件,其具有用以接受一頻率選擇信號之一輸入及用以供應選自包含一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率( k x F1)之一群之一時脈頻率之一輸出,其中k > l ;一基頻處理器,其具有用以接受數位資訊之一輸入及用以接受該所選時脈頻率之一輸入,該基頻處理器使用該所選時脈頻率以處理該數位資訊且供應一基頻信號;及一射頻(RF)模組,其具有用以接受該基頻信號之一輸入,該RF 模組供應自該基頻信號所轉換之具有回應於該所選時脈頻率之一頻寬的一RF信號。
  4. 一種用於利用一共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之方法,該方法包含:接受具有回應於一所選時脈頻率之一頻寬的一射頻(RF)信號;將該RF信號轉換成一基頻信號;其中該所選時脈頻率係自包含一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率(k x F1)之一群選擇,其中k >l ;使用該所選時脈頻率以處理該基頻信號;及從該經處理基頻信號產生數位資訊。
  5. 一種用於利用一共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之裝置,其包含:用於接受具有回應於一所選時脈頻率之一頻寬的一射頻(RF)信號之構件;用於將該RF信號轉換成一基頻信號之構件;其中該所選時脈頻率係自包含一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率(k x F1)之一群選擇,其中k >l ;用於使用該所選時脈頻率以處理該基頻信號之構件;及用於從該經處理基頻信號產生數位資訊之構件。
  6. 一種用於利用一共用基頻處理器經由交替頻寬來接收資訊之系統,該系統包含:一射頻(RF)模組,其具有用以接受具有回應於一所選時脈頻率之一頻寬之一RF信號的一輸入,及用以供應自該RF信號所轉換之一基頻信號的一輸出;一定時脈構件,其具有用以接受一頻率選擇信號之一輸入及用以供應該所選時脈頻率之一輸出,其中該所選時脈頻率係自包含 一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率(k x F1)之一群選擇,其中k >l ;及一基頻處理器,其具有用以接受該基頻信號之一輸入及用以接受該所選時脈頻率之一輸入,該基頻處理器使用該所選時脈頻率處理該基頻信號且供應數位資訊。
  7. 一種用於利用一共用基頻處理器模組經由交替頻寬來傳輸資訊之通信處理裝置,該處理裝置包含:一時脈模組,其具有用以接受一頻率選擇信號之一輸入及用以供應選自包含一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率(k x F1)之一群之一時脈頻率之一輸出,其中k >l ;一基頻處理器模組,其具有用以接受數位資訊之一輸入及用以接受該所選時脈頻率之一輸入,該基頻處理器模組使用該所選時脈頻率處理該數位資訊且供應一基頻信號;及一射頻(RF)模組,其具有用以接受該基頻信號之一輸入,該RF模組供應自該基頻信號所轉換的具有回應於該所選時脈頻率之一頻寬之一RF信號。
  8. 一種用於利用一共用基頻處理器模組經由交替頻寬來接收資訊之通信處理裝置,該處理裝置包含:一射頻(RF)模組,其具有用以接受具有回應於一所選時脈頻率之一頻寬之一RF信號的一輸入,及用以供應自該RF信號所轉換之一基頻信號的一輸出;一時脈模組,其具有用以接受一頻率選擇信號之一輸入及用以供應該所選時脈頻率之一輸出,其中該所選時脈頻率係自包含一第一時脈頻率(l x F1)及一第二時脈頻率(k x F1)之一群選擇,其中k >l ;及一基頻處理器模組,其具有用以接受該基頻信號之一輸入及用 以接受該所選時脈頻率之一輸入,該基頻處理器模組使用該所選時脈頻率處理該基頻信號且供應數位資訊。
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