專利名稱：一種無線通信芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信芯片，尤其是一種能夠基于WiMAX實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)臒o線通信芯片。
背景技術(shù)：
目前，主流的無線通信芯片所使用的是LTE架構(gòu)下無線通信3G加Wi-Fi技術(shù)，其中，Wi-Fi是基于IEEE 802. 11的技術(shù)，其傳輸范圍及傳輸速率都受到限制，隨著無線網(wǎng)絡用戶的增加，通信方式3G加Wi-Fi的資源會逐漸枯竭，因此急需新的能夠?qū)崿F(xiàn)無線數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男酒?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于IEEE 802. 16技術(shù)(WiMAX)的無線通信芯片的，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中傳輸范圍小和傳輸速率慢的限制，實現(xiàn)傳輸速率更快、傳輸范圍更廣的無線通
fn °本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種無線通信芯片，其包括CPU、內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器，CPU與內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器之間通過總線接口連接，所述無線通信芯片還包括WiMAX基頻處理器、WiMAX MAC模塊、數(shù)字周邊接口以及模擬前端，所述WiMAX基頻處理器包括基頻接收器和基頻發(fā)射器，所述CPU通過所述總線接口與所述WiMAX MAC模塊以及數(shù)字周邊接口連接，所述模擬前端通過所述WiMAX基頻處理器與所述WiMAX MAC模塊連接，所述WiMAX MAC模塊中設置有WiMAX MAC處理器。本發(fā)明的優(yōu)選方案是所述模擬前端包括電壓參考與轉(zhuǎn)換電路、正交模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、正交數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路、通用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、通用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路與鎖相回路。本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案是所述模擬前端包括電壓參考與轉(zhuǎn)換電路、正交模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、正交數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路、通用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、通用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路與鎖相回路。本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案是所述基頻發(fā)送器包括亂碼器、RS/CC編碼器、發(fā)射器功能塊控制、刪余交錯、長前導信號生成、解調(diào)器、反向快速傅里葉變換器、加入前置信號以及發(fā)射器數(shù)字界面。本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案是所述基頻接收器包括解亂碼器、譯碼器、接收器功能塊控制、解刪余交錯、軟解映射、殘差追蹤、取樣偏移、均衡器、快速傅里葉轉(zhuǎn)換器、通道評估器、去除前置信號、符號時序、載波偏移、自動增益控制、通道掃描以及接收器數(shù)字界面。本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案是所述數(shù)字周邊接口包括SPI、I2C或者GPIO接口。本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，使得能夠基于WiMAX技術(shù)來進行無線通信，因此傳輸速率快、傳輸范圍廣，此外，通過將由于在WiMAX基頻處理器中同時設置了基頻接收器和基頻發(fā)射器，因此采用該的芯片能夠同時實現(xiàn)基站和客戶端的功能。


圖1是本發(fā)明的無線芯片的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是采用ARM CPU實現(xiàn)該無線通信芯片的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖3是本發(fā)明的無線芯片中的模擬前端的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖4是本發(fā)明的無線芯片中的WiMAX基頻處理器中的基頻發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖5是本發(fā)明的無線芯片中的WiMAX基頻處理器中的基頻接收器的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實施例方式現(xiàn)在，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。如圖1所示，本發(fā)明的無線芯片包括CPU、內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器， CPU與內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器之間通過總線接口(以下也稱為橋接電路)連接，所述無線芯片還包括WiMAX基頻(Base Band)處理器、WiMAX MAC(媒體訪問控制)模塊、數(shù)字周邊接口(包括SPI、I2C以及GPIO等)以及模擬前端(AFE，Anal0g Front End), 所述WiMAX基頻處理器包括基頻接收器(PHY RX)和基頻發(fā)射器(PHY TX)。所述CPU通過所述總線接口與所述WiMAX MAC模塊以及數(shù)字周邊接口連接，所述模擬前端通過所述 WiMAX基頻處理器與所述WiMAX MAC模塊連接，WiMAX MAC模塊中設置有WiMAXMAC處理器。圖2是采用ARM處理器實現(xiàn)該無線通信芯片的結(jié)構(gòu)示意框圖。如圖所示，CPU為 ARM處理器，通過ARM CPU接口與其它接口控制器及內(nèi)存控制器整合成為系統(tǒng)芯片(System on Chip, SoC)，故在不需外加計算機芯片即可使本系統(tǒng)芯片獨立操作，利用Ethernet(以太網(wǎng))、PCI或UART等接口讀寫傳輸數(shù)據(jù)，并控制芯片內(nèi)其它WiMAX相關(guān)模塊，在高度整合下，配合軟件開發(fā)及外圍電路設計，進而得以WiMAX技術(shù)進行高速無線數(shù)據(jù)傳輸。內(nèi)存控制器用于控制WiMAX系統(tǒng)芯片(SoC)外接的快閃式內(nèi)存(Flash Memory)(未示出)及中央處理器(CPU)的主存儲器(Main Memory)(未示出)如SDRAM等。外接的快閃式內(nèi)存(Flash Memory)是用來儲存軟件的程序代碼(Object Code)。橋接電路(Bridge)是用來橋接不同的子系統(tǒng)，如WiMAX LMAC, Ethernet、PCI等等。PCI子系統(tǒng)(Subsystem)用于提供嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)的連接。以太網(wǎng)連接控制器(Ethernet 10/100MAC)可用來連接使用者的數(shù)據(jù)端。媒體訪問控制(MAC)處理器的下層電路(WiMAX LMAC)用硬件的方式來處理固接式WiMAX通訊協(xié)議(Protocol)標準中媒體層需要快速處理的部分，即不適合由中央處理器(CPU)來處理的部份，如加解密引擎等等，由于目前MAC電路設計已經(jīng)很成熟并且存在各種已知的MAC具體電路，在此不再對其詳細描述。解碼器(Decoder)則是處理中央處理器 (CPU)的尋址(Addressing)功能。信號中斷控制器(Interrupt Controller)專責所有周邊裝置對中央處理器(CPU)的中斷需求及處置。各式數(shù)字周邊接口包括串行式接口(Serial 卩0汁)，如5 1、12(、6 10、說肌等。提供固接式WiMAX系統(tǒng)使用者各種不同的應用需求?？撮T狗計數(shù)器(WDT)及一般計數(shù)器(Timer)為提供中央處理器(CPU)精準的硬件計數(shù)功能。下面參照圖3對無線芯片中的模擬前端的結(jié)構(gòu)進行描述。
圖3是本發(fā)明的無線芯片中模擬前端的結(jié)構(gòu)示意框圖。如圖3所示，模擬前端包括電壓參考與轉(zhuǎn)換電路(LDO and bandgap reference)、正交模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(IQADC)、 正交數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路(IQDAC)、通用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(GPADC)、通用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路 (GPDAC)與鎖相回路(PLL)。電壓參考與轉(zhuǎn)換電路提供模擬前端電路所有組件所需的電壓與參考電壓。由于模擬電路的效能易受溫度供應電壓變化所影響，因此電壓參考電路主要提供一個不受溫度供應電壓影響的電壓，供給電壓轉(zhuǎn)換電路以模擬電路作為標準。電壓轉(zhuǎn)換電路提供3. 3V至 1.2V的電壓轉(zhuǎn)換功能，并且其具有電源噪聲抑制(PSRR)的作用。正交模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(IQADC)是位于接收端路徑中模擬與數(shù)字間的接口電路， 負責將射頻接收機降頻之后的正交模擬信號，轉(zhuǎn)換成WiMAX基頻處理器能夠處理的數(shù)字信號。由于要處理正交信號，因此需要兩個十位可操作在40MHz的差分模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中有效位數(shù)要超過九位并且噪聲水平(noise floor)要小于_57dB才符合基頻處理器的需求。正交模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路連接到基頻處理器的PHY RX，其作為系統(tǒng)接收路徑的第一個組件負責將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。正交數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路(IQDAC)是位于發(fā)射端路徑中模擬與數(shù)字間的接口電路， 負責將WiMAX基頻處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并且驅(qū)動射頻發(fā)射機，將信號聲頻并行發(fā)射。由于要處理正交信號，因此需要兩個十位可操作在40MHz的差分數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其中有效位數(shù)要超過九位。因為發(fā)射端對鄰頻干擾的需求，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)需要達到60dBc。正交數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路連接到WiMAX基頻處理器的PHY TX，其作為系統(tǒng)發(fā)射路徑的最后一個組件負責將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并將轉(zhuǎn)換后的模擬信號輸出到射頻芯片。通用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(GPADC)是單獨的電路，其可以提供使用者量測模擬電壓信號，其提供一個具有四個輸入低速低位數(shù)以及低功耗的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，使用者可以通過它測量系統(tǒng)的溫度，射頻接收信號強度(RSSI)與其它模擬信號的測量。通用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路與WiMAX基頻處理器連接，其負責將數(shù)字的控制信號轉(zhuǎn)成電壓，以控制調(diào)整溫度補償壓控石英振蕩器(VCTCXO)?；l處理器可以通過通用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路(GPDAC)產(chǎn)生一個電壓控制信號，調(diào)整溫度補償壓控石英振蕩器(VCTCXO)的頻率與基地臺頻率對時。鎖相回路(PLL)提供WiMAX系統(tǒng)所需要的頻率，其配合系統(tǒng)芯片中各單元的需求，根據(jù)參考頻率產(chǎn)生系統(tǒng)芯片所需要的所有頻率，包含CPU頻率，頻信號處理器頻率以及 IQADC的取樣頻率。作為IQADC的取樣頻率產(chǎn)生器，鎖相回路的周期抖動(cycle to cycle jitter)需小于60ps，且鎖定時間需小于20us。鎖相回路同時也提供一個低抖動的取樣頻率給正交模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。下面參照圖4、圖5對本發(fā)明的無線芯片中的WiMAX基頻處理器的結(jié)構(gòu)進行描述。圖4是本發(fā)明的無線芯片中的WiMAX基頻處理器中的基頻發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意框圖。如圖4所示，基頻發(fā)射器包括亂碼器(Randomizer)、RS/CC編碼器、發(fā)射器(TX) 功能塊控制、刪余交錯(puncturing interleaving)、長前導信號生成(long preambler generation)、解調(diào)器(Modulator)、反向快速傅里葉變換器(IFFT)、加入前置信號(insert cylic prefix)以及發(fā)射器數(shù)字界面(T)(DFE)。下面結(jié)合上述結(jié)構(gòu)對基頻發(fā)射器的工作過程進行說明。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)首先經(jīng)過的是亂碼器(Randomizer)。亂碼器會以一個近似隨機數(shù)的序列(sequence)將數(shù)據(jù)打亂，目的是為了去除傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)可能存在的數(shù)據(jù)相依性 (cbpendency)，而數(shù)據(jù)相依性的存在可能會使得傳輸?shù)男盘柍尸F(xiàn)特定的式樣(pattern)，進而影響通訊質(zhì)量。然后則是將數(shù)據(jù)加入改誤碼(Error Correction Code)，也就是RS/CC編碼器。這個動作可以使得資料在接收端有能力去偵測以及更正錯誤，以達到較低的錯誤率。 通常，通道的干擾會使得錯誤是連續(xù)產(chǎn)生的，而連續(xù)的錯誤又會影響改誤碼的容錯能力；為了避免這個現(xiàn)象，數(shù)據(jù)在改誤碼編碼器后通常會再將數(shù)據(jù)交錯(Interleaving)以避免爆發(fā)性(burst)錯誤。完成這些前置處理后就可以將數(shù)據(jù)通過解調(diào)器(Modulator)轉(zhuǎn)換成實體的符號(symbol)。由于WiMAX采用的是正交頻分復用(OFDM)調(diào)變，該調(diào)變最大特點就是多載波(multi-carrier)，因此先前轉(zhuǎn)換成實體符號的信號必須通過反向快速傅利葉轉(zhuǎn)換器(IFFT)將符號由頻域(frequency domain)轉(zhuǎn)換成時域(time domain) 0最后，為了避免信道多路徑(multi-pathcharmel)干擾，必須在時域信號的前面加入前置信號(cyclic prefix) 0如此便完成了傳輸信號的產(chǎn)生。圖5是本發(fā)明的無線芯片中的WiMAX基頻處理器中的基頻接收器的結(jié)構(gòu)示意框圖。如圖所示，基頻接收器包括解亂碼器、譯碼器、接收器(RX)功能塊控制、解刪余交 Ih (De puncturing interleaving)、軟角軍映身寸(soft demapping)殘差追蹤(residual tracking)、取樣偏移(sampling offset)、均衡器(Equalizer)、快速傅里葉轉(zhuǎn)換器(FFT)、 通道評估器(channel estimation)、去除前置信號(remove cyclic prefix)、符號時序 (symbol timing)、載波偏移(carrier offset)、自動增益控制(AGC)、通道掃描(channel scan)以及接收器數(shù)字界面(RXDFE)。下面結(jié)合上述結(jié)構(gòu)對基頻接收器的工作過程進行說明。接收器基本上是進行和發(fā)送器相反的動作，當然也肩負著處理各種信道失真、噪聲控制以及傳輸接收同步的問題。首先，由于傳輸距離的變化，接收機必須通過自動增益控制來調(diào)整信號的大小，使得信號大小可以控制在一定的準位，讓模擬前端(AFE)對信號進行取樣 (sampling) 0對于取樣后的信號，接收器先進行濾波的動作以去除部份的噪聲。接著會根據(jù)接收到的信號進行符號時序(symbol timing)以及載波偏移(carrier offset)調(diào)整，使得接收機能和傳輸機達到同步。在去除了前置符號后，通過快速傅里葉轉(zhuǎn)換器(FFT)將數(shù)據(jù)由時域轉(zhuǎn)換回頻域。通過通道頻估器(Channel Estimation)去進行通道的估計后，對于接收的信號在均衡器(Equalizer)內(nèi)進行補償。再配合同步時序的微調(diào)，就可以將被信道以及噪聲破壞的符號恢復到一定的程度，之后，將經(jīng)過恢復處理的符號送入譯碼器，進一步去偵測出可能的錯誤，并且給予更正。接收器處理的最后步驟則是將原本被打亂的數(shù)據(jù)再通過解亂碼器(De-randomizer)恢復成原本傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。如此便完成了接收器的動作。下面，對整個實現(xiàn)WiMAX信號傳輸?shù)倪^程進行描述。當無線射頻信號由外部的射頻模塊降頻至基頻信號后，進入芯片內(nèi)部。首先經(jīng)過的模塊就是模擬前端(AFE)，這個模塊負責將基頻模擬信號先行取樣(sampling)后，在對取樣的信號進行數(shù)字編碼(coding)，也就是將接收到的連續(xù)基頻信號轉(zhuǎn)換成由數(shù)字符號表示的離散信號，這個動作也就是"模-數(shù)轉(zhuǎn)換"(ADC)。有了這些數(shù)字離散信號后，就可以進入WiMAX基頻處理器的接收器(PHY RX)進行接收器基頻數(shù)字信號處理(RX baseband digital signal processing)?；旧希麄€基頻信號處理的目的就是將埋藏在信號的訊息給分析擷取出來，也就是將接收的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)包(packet)。整個轉(zhuǎn)換與處理的過
6程包括了同步傳輸接收端信號、處理信道對信號的破壞、解調(diào)(de-modulation)以及對于錯誤數(shù)據(jù)的偵測與更正等。接著這些數(shù)據(jù)包便會進入WiMAX MAC模塊內(nèi)之媒體訪問控制 (MAC)層，該模塊是將數(shù)據(jù)包進行內(nèi)容的檢視，分離出控制信息以及數(shù)據(jù)信息?？刂菩畔⑻幚硗ǔ０嘶嘏_(BS)的聯(lián)機控管，也可能帶有物理層(physical layer)的控制等。而數(shù)據(jù)信息則是指芯片接收的一般數(shù)據(jù)包，由此模塊進行數(shù)據(jù)包的篩選、偵錯與分割的動作， 甚至是安全處理(security processing)等。之后，將要送往CPU的控制信息或是數(shù)據(jù)包通過總線接口與CPU進行信息的交換。與此同時，包括CPU與總線接口均由SoC內(nèi)建的內(nèi)存控制器去協(xié)調(diào)總線的使用權(quán)限。如果有數(shù)據(jù)包欲傳送到包括Ethernet/PCI及其它周邊接口 SPI，I2C...等時，也是由此內(nèi)存控制器去進行統(tǒng)一的管制。信號的傳輸過程則是由CPU根據(jù)收到的控制信息來決定數(shù)據(jù)傳送的時間點，并由 CPU準備好待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包(也有可能包括控制信息)通過總線接口送往媒體訪問控制層。 此時媒體訪問控制層會將數(shù)據(jù)作安全保護、封包聚合以及加入錯誤偵測碼等動作。之后，便將此處理過的數(shù)據(jù)包送往基頻數(shù)字信號處理器。與接收進行反向的動作，該模塊會將信息轉(zhuǎn)換成一連串的離散信號，過程包括了加入錯誤更正碼與調(diào)變(modulation)等。最后則是將此離散數(shù)字信號由傳輸模擬前端內(nèi)的數(shù)_模轉(zhuǎn)換器(DAC)，轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬信號，并送出芯片給外部的射頻模塊，進行射頻信號的轉(zhuǎn)換與發(fā)射。本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)基于WiMAX技術(shù)的傳輸范圍廣、傳輸速度快的無線通信。雖然參照實施例描述了本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。應對所附權(quán)利要求的范圍給予最寬的解釋，以使其覆蓋所有變型、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種無線通信芯片，其包括CPU、內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器，CPU與內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器之間通過總線接口連接，其特征在于還包括WiMAX基頻處理器、WiMAX MAC模塊、數(shù)字周邊接口以及模擬前端，所述WiMAX基頻處理器包括基頻接收器和基頻發(fā)射器，所述CPU通過所述總線接口與所述WiMAX MAC模塊以及數(shù)字周邊接口連接，所述模擬前端通過所述WiMAX基頻處理器與所述WiMAX MAC模塊連接，所述WiMAX MAC 模塊中設置有WiMAX MAC處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信芯片，其特征在于所述模擬前端包括電壓參考與轉(zhuǎn)換電路、正交模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、正交數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路、通用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、通用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路與鎖相回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信芯片，其特征在于所述基頻發(fā)送器包括亂碼器、 RS/CC編碼器、發(fā)射器功能塊控制、刪余交錯、長前導信號生成、解調(diào)器、反向快速傅里葉變換器、加入前置信號以及發(fā)射器數(shù)字界面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信芯片，其特征在于所述基頻接收器包括解亂碼器、 譯碼器、接收器功能塊控制、解刪余交錯、軟解映射、殘差追蹤、取樣偏移、均衡器、快速傅里葉轉(zhuǎn)換器、通道評估器、去除前置信號、符號時序、載波偏移、自動增益控制、通道掃描以及接收器數(shù)字界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信芯片，其特征在于所述數(shù)字周邊接口包括SPI、I2C 或者GPIO接口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線通信芯片，其包括CPU、內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器，CPU與內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)/PCI總線控制器之間通過總線接口連接WiMAX基頻處理器、WiMAX MAC模塊、數(shù)字周邊接口以及模擬前端，所述WiMAX基頻處理器包括基頻接收器和基頻發(fā)射器，所述CPU通過所述總線接口與所述WiMAX MAC模塊以及數(shù)字周邊接口連接，所述模擬前端通過所述WiMAX基頻處理器與所述WiMAX MAC模塊連接，所述WiMAX MAC模塊中設置有WiMAX MAC處理器。所述無線通信芯片能夠?qū)崿F(xiàn)WiMAX技術(shù)的傳輸范圍廣、傳輸速度快的無線通信。
文檔編號H04B1/38GK102324950SQ20111027520
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者張華民 申請人:威海市鼎峰電子有限公司