CN106133711B - 低功率软件定义无线电(sdr) - Google Patents

Abstract

在所描述的实例中，通信设备包括被配置成用于根据一组参数来执行一组预定的信号处理功能的信号处理单元(210、220)。可编程交叉开关(230)耦合至信号处理单元(210、220)。控制处理器(240)耦合至可编程交叉开关(230)并且被配置成用于调节这些可编程交叉开关(230)与信号处理单元(210、220)互连以实现选定的通信协议。这些可编程交叉开关(230)中的至少一者将数据从信号处理单元(210、220)中的第一信号处理单元路由至信号处理单元(210、220)中的第二信号处理单元，形成数据路径(250)而不被控制处理器(240)截取。

Description

低功率软件定义无线电(SDR)

背景技术

软件定义无线电(SDR)是可以基于软件定义的无线电通信设备，用于无线发送和接收频谱的射频(RF)部分中的信号以促进信息传递。SDR可以定义一些硬件和/或软件技术(例如，无线通信协议)，其中无线电的一些或全部操作和/或部件(例如，物理层信号处理)可以通过可修改的软件代替硬连线实现方式来实现。无线电的操作和/或部件可以包括混频器、滤波器、调制器、解调器和检测器。SDR可以利用单个硬件平台通过软件重配置来实现多模式(例如通信协议和/或模式)、多频带(例如射频)和/或多功能(例如信号处理算法)无线通信设备。

发明内容

在所描述的低功率SDR实例中，一种通信设备包括多个信号处理单元、多个可编程交叉开关和多个控制处理器。信号处理单元被配置成用于根据一组参数来执行一组预定的信号处理功能。可编程交叉开关耦合至信号处理单元。控制处理器耦合至可编程交叉开关并且被配置成用于调节这些可编程交叉开关与信号处理单元互连以实现选定的通信协议。这些可编程交叉开关中的至少一个将数据从信号处理单元的第一信号处理单元路由至信号处理单元的第二信号处理单元，形成数据路径而不被控制处理器接收。

在另一个实施例中，一种实现SDR的方法包括选择多个信号处理单元用于实现第一通信协议。每个信号处理单元被配置成用于根据一组参数来执行预定的信号处理功能。该方法进一步包括经由控制路径配置用于信号处理单元和可编程交叉开关的参数以互连选定的信号处理单元来实现第一通信协议。该方法进一步包括经由数据路径在选定的信号处理单元的第一信号处理单元处接收输入数据流、根据相应的预定信号处理功能在第一信号处理单元处处理输入数据流、以及根据配置的可编程交叉开关将输出数据从第一信号处理单元路由至选定的信号处理单元的第二信号处理单元。控制路径与数据路径是分开的。

在又另一个实施例中，一种能够支持多个无线通信协议的通信设备包括数字采样接口和多个信号处理集群。数字采样接口耦合至前端，该前端被配置成用于无线接收和发送用于通信的无线电信号。每个信号处理集群被配置成用于执行一组不同的预定信号处理功能。每个信号处理集群包括多个信号处理单元、多个第一可编程交叉开关和PSM。每个信号处理单元被配置成用于执行这些预定信号处理功能中的一个功能。第一可编程交叉开关被配置成用于选择性地互连信号处理单元，其中数据路径与控制路径是分开的。PSM经由控制路径耦合至信号处理单元和可编程交叉开关。PSM被配置成用于切换可编程交叉开关的互连以实现第一无线通信协议。该通信设备进一步包括多个第二可编程交叉开关，这些第二可编程交叉开关被配置成用于选择性地与信号处理集群互连以实现第一无线通信协议。这些第二可编程交叉开关中的至少一个被配置成用于耦合至数字采样接口。

附图说明

图1根据各种实施例示出了一种SDR的方框图。

图2根据各种实施例示出了一种低功率SDR的方框图。

图3根据各种实施例示出了一种非对称处理集群的方框图。

图4根据各种实施例示出了一种包括多个非对称处理集群的低功率SDR的方框图。

图5根据各种实施例示出了一种控制非对称处理集群的方法的流程图。

图6根据各种实施例示出了比较无线电架构的功率和灵活性的图表。

具体实施方式

在现今的互连世界中，对于通过各种类型的移动设备进行的无线通信(例如，数据、语音、视频和/或广播消息)存在着增长的需求。因此，无线通信协议和/或技术可以继续进化和前进。不同的无线通信协议可以使用不同的信息编码和解码方案、不同的调制和解调技术和/或在不同的频带中发送以及接收信号。通过使用单个硬件平台(其运算能够由软件配置)，SDR可以提供灵活的并且有成本效益的方案以适应无线通信中不断进化的变化。一些SDR架构可以使用软件驱动的设计范例。在这种架构中，SDR可以包括一个或更多个可编程数字信号处理(DSP)核、存储器和/或一些硬件加速器。虽然软件驱动的SDR设计可以提供具有高灵活性(例如，具有包括DSP数学运算的扩展指令集的完全可编程的DSP核)和高性能(例如，越来越高速的和/或增加了一些硬件加速器的计时DSP核)的可编程硬件平台，但是该设计可能不会聚焦于低功耗。随着无线通信协议进化以及无线通信设备和/或应用的数量持续增长，一些无线通信协议(例如，蓝牙低功耗(BLE)、低功率传感器网络)可以聚焦于低功耗。

在此公开的低功率SDR的实施例包括多个致动器、传感器、可编程交叉开关和由可修改的软件驱动的可编程状态机(PSM)。这些致动器被配置成用于根据一些规则和参数对输入数据流执行信号转换。这些传感器被配置成用于根据一些规则和参数从输入数据流提取信息。PSM可以将可编程交叉开关配置成用于选择性地与致动器和传感器互连以实现各种无线通信协议。在一个实施例中，致动器、传感器、以及可编程交叉开关可以形成数据路径，并且PSM可以经由分开的控制路径来控制并配置致动器、传感器以及可编程交叉开关。数据路径和控制路径的分离可以允许无线通信设备中的高速数据(例如，模数转换器(ADC)采样、已调制的符号、数据位)被处理、交换和/或沿着数据路径被路由而不被PSM接收。通过从PSM消除高速运算以及在PSM中分配控制，每个PSM可以被时钟控制在相比于具有DSP核的SDR(例如，数百兆赫(MHz)至千兆赫(GHz))明显更低的时钟频率(例如数十兆赫(MHz))。因此，较低的时钟频率以及数据存取和/或移动的减少可以显著地减少能量和功率消耗。在一些实施例中，致动器和传感器可以被预先配置成用于执行具体的信号处理功能并且可以通过可配置参数提供灵活性。例如，致动器可以被配置成用于执行快速傅里叶变换(FFT)，并且可配置参数中的一个可以是FFT的大小。在另一个实例中，传感器可以被配置成用于计算平均信号能量，并且可配置参数中的一个可以是平均周期。在一些实施例中，所公开的SDR可以基于功能特性和/或信号处理阶段(例如，采样处理、符号处理和/或位处理)选择性地将致动器、传感器、可编程交叉开关和PSM集合成多个处理集群，以便进一步使数据转移最小化并且提供高效的架构。因此，所公开的SDR可以提供具有最小灵活性折衷的低功率且高效的SDR。

图1根据各种实施例示出了一种SDR 100的方框图。SDR 100可以包括DSP核110、数据存储器120、程序存储器130、多个硬件加速器(HW ACC)140和直接存储器存取(DMA)单元150。DSP核110可以是任何处理器核，该处理器核可以被编程来执行数字信号处理功能并且可以耦合至数据存储器120、程序存储器130和硬件加速器140。DSP核110可以提供适合DSP算法实现方式(例如，乘-和-加、复乘和/或加)的指令集。数据存储器120可以是任何被配置成存储用于读取和/或写入的数据的存储器(例如随机存取存储器(RAM))。程序存储器130可以是任何被配置成用于存储可以被DSP核110执行的程序指令的存储器存储装置(例如，RAM和/或只读存储器(ROM))。硬件加速器140可以是任何被配置成用于执行计算密集型的预定信号处理功能(例如，FFT、有限脉冲响应(FIR)滤波器、无限脉冲响应(IIR)滤波器)的专用硬件处理单元。DMA单元150可以是任何被配置成用于在数据存储器120与一个或更多个连接至SDR 100的装置和/或子系统之间直接转移数据的控制器，其中该转移可以与DSP核110无关。在SDR 100的一些实施例中，数据存储器120和程序存储器130可以被定位在SDR100的外部。在这种实施例中，SDR 100可以取代地包括数据存储器接口和程序存储器接口，其中，数据存储器接口可以耦合至外部数据存储器，并且程序存储器接口可以耦合至外部程序存储器。

SDR 100的架构可以是以处理器为中心的构架，其中，DSP核110可以是SDR 100的中心，并且通过将不同的指令加载到程序存储器130中多个无线通信协议可以被支持。例如，通过将相应的软件或固件下载到程序存储器130中，SDR 100可以被配置成用于充当长期演进(LTE)装置、蓝牙装置、或电气与电子工程师协会(IEEE)802.11无线局域网(Wi-Fi)接入点。无线通信协议可以利用基本上类似的DSP算法和/或技术(例如，FIR、FFT、前向纠错编码(FEC))，该算法和/或技术可能是计算密集型的但是相对固定的。因此，硬件加速器140可以被配置成用于执行各种专用的DSP算法和/或技术并且允许DSP核110聚焦于其他不太成熟或更可能变化的算法。

在一些实施例中，SDR 100可以耦合至模拟前端(AFE)，该模拟前端可以被配置成用于发送和接收用于无线通信的无线电信号。AFE可以包括一个或更多个ADC和/或数模转换器(DAC)。ADC可以被配置成用于将接收的模拟信号转换为数字ADC采样，并且DAC可以被配置成用于将数字信号转换为用于传输的模拟信号。DMA单元150可以耦合至ADC和/或DAC，并且可以被配置成用于将ADC采样从ADC转移至数据存储器120中和/或将数字采样从数据存储器120转移至DAC中。DSP核110可以具有对整个数据存储器120的控制和存取，并且可以负责围绕硬件加速器140分配采样和/或中间数据。随着数据速率增加(例如，兆位每秒(Mbps)至十亿位每秒(Gbps))，大量的采样和数据可能以不断增加的高速(例如，每秒钟超过一百万的ADC采样可能被转移)被写入数据存储器120和/或从数据存储器120读取，所以除了执行DSP算法之外，DSP核110还可能消耗大量的能量用于存取和移动数据。

图2根据各种实施例示出了低功率SDR 200的方框图。SDR 200可以包括多个致动器210、多个传感器220、多个可编程交叉开关230以及一个或更多个PSM 240。SDR 200可以被配置成用于在物理层(例如，层1(L1))实现完整的无线通信协议并且可以通过软件重配置支持多个无线通信协议。SDR 200可以进一步包括在前端的数字采样接口270和在后端的数据位接口280。数字采样接口270可以耦合至AFE，该AFE可以接收和发送用于无线通信的无线电信号。AFE可以包括一个或更多个ADC，该一个或更多个ADC可以ADC的采样速率对接收的模拟信号采样并且将模拟信号转换为可以被SDR 200处理的一个或更多个数字采样的序列。此外，AFE可以包括一个或更多个DAC，该一个或更多个DAC可以将由SDR 200生成的数字采样转换为合适于无线电传输的模拟信号。数据位接口280可以耦合至子系统(例如，较高层，如层2(L2)及以上)，该子系统可以处理从SDR 200接收的数据位和/或生成用于SDR200发送的数据位。

致动器210可以是任何被配置成用于根据规则变换输入数据流的信号处理单元。例如，致动器210可以被配置成用于执行以下方程式：

y＝f(x,a,b,...) (1)

其中，x是在致动器210处接收的输入数据流，f是根据预定规则限定的处理函数，a和b是处理函数f可以对其进行运算的可配置参数，并且y是由致动器210产生的输出数据流。在SDR 200中，处理函数f可以实现用于无线通信协议的单个信号处理功能和/或DSP算法。例如，处理函数f可以是FFT，参数a可以是FFT大小，并且参数b可以是FFT模式(例如，复数FFT或实数FFT)。在另一个实例中，函数f可以是FIR滤波器，并且参数a可以是滤波器系数，并且参数b可以是滤波器长度。SDR 200中的每个致动器210可以被配置成用于根据一些可配置参数a、b等执行预定函数f，并且函数f可以将一个致动器210与另一个致动器210区别开。

传感器220可以是任何被配置成用于下沉(sink)输入数据流并且产生标量输出的信号处理单元。例如，传感器220可以被配置成用于执行以下方程式：

k＝f(x,a,b,...) (2)

其中，x是在传感器220处接收的输入数据流，f是根据预定规则限定的处理函数，a和b是处理函数f可以对其进行运算的可配置参数，并且k是由传感器220产生的标量输出。在SDR 200中，处理函数f可以实现从输入数据流提取用于无线通信协议的信息的信号处理功能。例如，处理函数f可以是平均信号能量消耗，并且参数a可以是平均周期(例如，采样的数量)。在另一个实例中，处理函数f可以是最大值函数或最小值函数，并且参数a可以是收集数据的周期(例如，采样数量)。SDR 200中的每个传感器220可以被配置成用于根据一些可配置参数a、b等执行预定函数f，并且一个传感器220与另一个传感器220的函数f可以不同。方程式(2)中的函数f可以不同于方程式(1)中的函数f。

可编程交叉开关230可以耦合至致动器210和传感器220。可编程交叉开关230可以是任何被配置成用于产生特定数据流动(例如，根据一组规则将一组输入路由至一组输出)的控制和/或信号线和/或开关的逻辑阵列。例如，可编程交叉开关230可以被配置成用于与一组选择性的致动器210和/或传感器220互连以实现所选择的无线通信协议。

PSM 240可以耦合至致动器210、传感器220和可编程交叉开关230。PSM 240可以是任何可以被配置成用于执行一组控制运算的可编程状态机和/或带有简单指令集(例如，不同于复杂指令)的面向控制的处理器。例如，PSM 240可以是精简指令集计算(RISC)控制机。控制运算可以包括配置致动器210和/或传感器220、从致动器210和/或传感器220收集信息和/或事件、基于收集到的信息和/或事件进行决策和/或调节可编程交叉开关230互连以实现用于特定无线通信协议的一个或更多个所选择的DSP算法。在一些实施例中，每个PSM240可以被配置成用于在任何一个时间运行一个任务并且可以在不同的时间点修改该任务(例如，有限状态机(FSM)变形)。

SDR 200可以包括数据路径250和分开的控制路径260。数据路径250可以由第一组物理元件(例如，致动器210、传感器220、可编程交叉开关230以及其他逻辑电路)构建，这组物理元件一起提供数据流动和变换的管道，而控制路径260可以由第二组物理元件(例如，PSM 240以及其他控制逻辑电路)构建,这组物理元件一起协调数据路径250的互连和行为。第一组物理元件和第二组物理元件可以不同并且可以被配置成用于独立地进行运算。此外，第一组物理元件和第二组物理元件可以在不同的时钟域中进行运算。在一个实施例中，第一组物理元件可以在高速时钟域(例如，GHz)中进行运算，而第二组物理元件可以在低速时钟域(例如，MHz)中进行运算。

数据路径250可以沿着与致动器210和传感器220互连的可编程交叉开关230运载数据。数据路径250可以在数字采样接口270与数据位接口280之间延伸。例如，ADC采样可以在数字采样接口270处被接收，并且一些选定的致动器210和/或传感器220可以执行解调和/或数据解码，以便将接收到的采样转换为数据位，并且将数据位发送至数据位接口280。相反地，数据位流可以在数据位接口280处被接收，并且一些选定的致动器210和/或传感器220可以执行数据编码和/或调制，以便将数据位转换为数字采样，并且将数字采样发送至数字采样接口270。

控制路径260可以在PSM 240、致动器210、传感器220和可编程交叉开关230之间运载控制信号。因为数据路径250和控制路径260是分开的，所以在PSM 240配置致动器210、传感器220和/或可编程交叉开关230之后，数据可以被处理、交换和/或路由而不被PSM 240接收。在SDR 200的运算过程中(例如，接收和/或发送)，PSM 240可以通过传感器220监测数据、等待来自致动器210和/或传感器220的一些事件和/或执行其他控制运算，这些可能都以相对低速被运算。因此，PSM 240可以被时钟控制在基本上低于带有DSP核的SDR(例如，SDR 100)的时钟频率(例如，大约十MHz至大约五十MHz)，从而显著降低功耗。PSM 240可以在与事件等待周期交织的短脉冲中进行运算(例如，执行控制运算以响应于事件)，其中，PSM 240的时钟频率(例如，处理速度)可以基于实时约束来确定，该实时约束用于完成短脉冲运算以满足SDR 200实时系统性能。

在一些实施例中，PSM 240可以被配置以一个或更多个低功率模式或睡眠模式，比如通过时钟门控在一段时期内禁用或减少不使用的逻辑电路和/或门的一些切换活动，从而可以进一步减少功耗。例如，PSM 240可以被配置成在等待事件时(例如，空载而无执行任务)处于睡眠模式或低功率模式。一旦有事件触发，PSM 240可以从睡眠状态被唤醒(例如，从中断被唤醒)并且完成一些控制运算以响应于该事件。在完成控制运算之后，PSM 240可以被配置成再次处于睡眠模式直到下次事件触发。因此，PSM 240可以在每个事件等待周期中进入低功率状态或睡眠状态。然而，由于唤醒的响应时间可能受制于SDR 200的实时约束，所以PSM 240可以被配置有基本上较短的事件响应时间(例如，大约一个至大约四个时钟周期)。

在一些实施例中，致动器210、传感器220和可编程交叉开关230可以被配置成用于在无线通信系统中执行物理层信号处理功能，该无线通信系统可以包括数字发送信号处理链和/或数字接收信号处理链。在一个实施例中，发送信号处理链可以在传输之前由根据随机化函数将数据信息位随机化开始。在数据随机化之后，随机化的数据位可以根据交织函数被交织。在数据交织后，经交织的数据位可以根据编码规则(例如，卷积码)被编码。在数据编码之后，经编码的数据位可以根据调制方案(例如，正交相移键控(QPSK)、16-正交调幅(16-QAM))被调制(例如，将这些数据位映射至符号)到一个或更多个载波信号上。经调制的信号可以根据由无线通信协议定义的频谱要求(例如，带宽、带外传输)被整形(例如，滤波)。

相反地，接收信号处理链可以执行逆向的发送信号处理链。在一个实施例中，接收信号处理链可以由调节接收到的信号开始(例如，滤波、增益调节、采样时序调节、载波调节、抽选(decimation)、上采样)。数据包检测可以被执行以检测数据包的开头，这样使得数据可以被正确地接收。在确定数据包的启动之后，接收到的信号可以根据调制方案被解调(例如信道估计、均衡化、限幅)成数据符号。在解调之后，数据符号可以被转换为数据位。在将数据符号转换为数据位之后，数据位可以根据编码规则被解码。在数据解码之后，经解码的数据位可以根据交织函数被解交织。在数据解交织后，通过根据随机化函数解扰被解交织的数据位，可以恢复原始发送的数据信息位。

如以上所描述的，在发送信号处理链和/或接收信号处理链中的运算可以被顺序地执行(例如，从一个阶段到另一个阶段)，并且每个运算可以包括有区别的功能特性。一些无线通信协议可以使用不同的编码规则、不同的随机化函数、不同的交织函数、不同的调制方案和/或可以使用不同的频谱，但是分阶段运算可以保持基本上相似的特性。因此，用于发送信号处理链或接收信号处理链的致动器210、传感器220和可编程交叉开关230可以被物理地安排成基本相似的顺序以启用更高效的数据路由(例如，将数据从致动器210或传感器220路由至相邻的致动器210或传感器220)。有些无线通信协议可以包括以上描述的所有发送和接收信号处理功能和/或可以以相同的顺序执行信号处理功能。同样，有些无线通信协议可以要求附加的处理，如FFT、反向快速傅立叶逆变换(IFFT)、试验处理和/或用于同步目的的其他物理信号的插入。然而，依赖于SDR 200可以支持的某组无线通信协议，SDR 200中的致动器210和传感器220可以替代性地被配置成用于合并这些区别。

图3根据各种实施例示出了一种非对称处理集群300的方框图。处理集群300可以包括多个致动器310(例如，ACT 1、…、ACT N)、多个传感器320(例如，SENS 1、…、SENS M)、一个或更多个可编程交叉开关(XBAR)330和PSM 340，这些可以基本上分别类似于致动器210、传感器220、可编程交叉开关230和PSM 240。处理集群300可以进一步包括小型程序存储器370(例如，小于两千字)，该小型程序存储器可以是被配置成用于存储程序指令的任何存储器(例如，ROM)。程序指令可以针对不同的无线通信协议被修改(例如，通过下载)并且可以被PSM 340执行以完成对应于选定的无线通信协议的一组控制运算。控制运算可以包括配置用于致动器310和传感器320的参数以及配置可编程交叉开关330与致动器310和传感器320互连以便实现一组预定的信号处理功能(例如，具有基本上相似的功能特性)。接下来的三个实施例旨在描述可以在用于无线通信的接收信号处理链中使用的集群配置的各种实例，但是集群配置可以被替代性地配置和/或分区(例如，更多操作性的粒度或更少操作性的粒度)以获得相同的功能性。

在第一个实施例中，处理集群300可以被配置成用于执行采样处理，其可以是接收信号处理链中的第一处理阶段。处理集群300可以被配置成用于在可编程交叉开关330处接收来自AFE的ADC采样，致动器310中的一个或更多个可以被配置成根据无线通信协议的工作频带和/或根据AFE的配置来执行滤波操作(例如，下采样滤波、上采样滤波、插值滤波、相邻通道滤波)。此外，一个或更多个致动器310和/或传感器320可以被配置成依赖于AFE的配置来调节接收的信号。可编程交叉开关330可以被配置成用于将数据从一个致动器310或传感器320路由至信号处理链中跟随的下一个致动器310或传感器320。这组采样处理功能可以在一些无线通信协议中基本相似，但是可以用不同的参数(例如，滤波器系数)来处理。此外，一些致动器310和/或传感器320可以被启用或禁用，并且一些可编程交叉开关可以依赖于选定的无线通信协议被重配置以用于数据路由。

在第二个实施例中，处理集群300可以被配置成用于执行符号处理，其可以是接收信号处理链中的第二处理阶段。在此实施例中，致动器310和/或传感器320中的一个或更多个可以被配置成用于执行解调(例如，信道均衡、符号限幅器(slicer))，并且可编程交叉开关330可以被配置成用于将数据从一个致动器310或传感器320路由至信号处理链中跟随的下一个致动器310或传感器320。这组符号处理功能可以在一些无线通信协议中基本相似，但是可以用不同的参数(例如，调制方案)来处理。此外，一些致动器310和/或传感器320可以被启用或禁用，并且一些可编程交叉开关可以依赖于无线通信协议被重配置以用于数据路由。

在第三个实施例中，处理集群300可以被配置成用于执行位处理，其可以是接收信号处理链中的第三处理阶段。在此实施例中，致动器310和/或传感器320中的一个或更多个可以被配置成用于恢复原始的发送信息位。位处理功能可以包括前向纠错(例如，维特比解码、Reed Solomon(RS)解码)和/或任何其他位处理(例如，解交织、解扰)。可编程交叉开关330可以被配置成用于将数据从一个致动器310或传感器320路由至信号处理链中跟随的下一个致动器310或传感器320。这组位处理功能可以在一些无线通信协议中基本相似，但是可以用不同的参数(例如，维特比约束长度和生成多项式、解交织参数、解扰多项式)来处理。此外，一些致动器310和/或传感器320可以被启用或禁用，并且一些可编程交叉开关可以依赖于无线通信协议被重配置以用于数据路由。

通过观察无线通信信号链中的信号处理功能的序列特征，可以利用局部性原理将致动器310、传感器320和可编程交叉开关330彼此邻近地物理地定位在处理集群300之中。此外，致动器310和/或传感器320可以被物理地安排成利用序列特征，并且可编程交叉开关可以被配置成用于在一组选定的致动器310和/或传感器320之间路由数据。局部化可以使数据在相邻的致动器310和/或传感器320之间被高效地路由并且可以简化可编程交叉开关330的设计，从而提供更高效的架构。无线通信信号链中的信号处理功能的第二特征可以是有区别的分阶段处理，比如采样处理，接着是符号处理，再接着是位处理。在一些实施例中，阶段中的处理可以相互关联。因此，可以使用指定的PSM 340来控制致动器310、传感器320和/或可编程交叉开关330以实现一组预定的信号处理功能。无线通信发送信号处理链可以与以上描述的接收信号处理链以基本相似的机制被配置并分区，但是可以执行位编码、调制和/或频谱整形。

图4根据各种实施例示出了一种包括多个非对称处理集群410的低功率SDR 400的方框图。在SDR 400中，每个处理集群410可以与处理集群300基本相似，但是每个处理集群410可以包括特定的信号处理单元(例如，致动器310、传感器320)，这些信号处理单元被配置成用于不同于另一个处理集群410的一组特定的信号处理功能。术语非对称可以指SDR400中处理集群410的非复制型性质。SDR 400可以进一步包括与处理集群410互连的可编程交叉开关430，其中可编程交叉开关430可以基本上类似于可编程交叉开关230和/或330。处理集群410之中所有的局部控制和配置可以是自包含的(self-contained)并且可以被相应的局部PSM(例如，PSM 340)控制。PSM可以根据选定的无线通信协议调节控制和配置。PSM可以执行存储在程序存储器(例如，程序存储器370)中的指令。因此，不同的无线通信协议可以通过将不同的指令下载至程序存储器来实现。

SDR 400通过经由可编程交叉开关430与处理集群410互连来实现完整的无线通信协议。在一个实施例中，发送信号处理链可以通过以下步骤实现：配置处理集群410以执行位处理功能(例如，随机化、交织、卷积编码)，接着是处理集群410被配置成用于执行符号处理功能(例如，调制)，再接着是另一个处理集群410被配置成用于执行采样处理功能(例如，滤波用于频谱整形)。

在一个实施例中，接收信号处理链可以通过以下步骤实现：配置处理集群410来执行采样处理功能(例如，滤波从AFE接收的ADC采样)，接着是处理集群410被配置成用于执行符号处理功能(例如，解调)，接着是另一个处理集群410被配置成用于执行位处理功能(例如，维特比、解交织、解扰)。此外，接收信号处理链可以进一步使用被配置成用于执行信号检测(例如，数据包同步)和/或其他控制(例如，自动增益控制、采样时序调整)的一个或更多个处理集群410。

在一些实施例中，SDR 400可以进一步包括被配置成用于管理、控制和/或协调处理集群410之间的交互的中央PSM(例如，PSM 340)，比如配置可编程交叉开关430与处理集群410和/或SDR 400中任何其他控制互连。在一些实施例中，SDR 400可以包括用于每个处理集群410的分开的程序存储器。在一些其他实施例中，SDR 400还可以包括用于控制在PSM处执行的控制运算的小型数据存储器。处理集群410可以被替代性地安排、分区和/或被配置成用于获得相同的功能性。

图5根据各种实施例示出了一种控制信息处理集群(例如，非对称处理集群300或410)的方法500的流程图。方法500可以在PSM(例如，340)处被执行。方法500可以在步骤510处由配置用于一组预定的信号处理功能的致动器(例如，致动器310)和/或传感器(例如，传感器320)开始以实现选定的无线通信协议。在步骤520处，方法500可以配置可编程交叉开关(例如，可编程交叉开关330)与致动器和/或传感器互连以执行用于选定的无线通信协议的一组预定的信号处理功能。在步骤530处，方法500可以启用致动器和/或传感器以启动处理。在步骤540处，方法500可以等待来自一个或更多个致动器和/或传感器的事件。如果接收到事件，方法500可以前进至步骤550。在步骤550处，方法500可以从相应的致动器和/或传感器检索事件和/或信息。在步骤560处，方法500可以基于接收到的事件和/或信息来确定对某些致动器和/或传感器的某些动作和/或控制(例如，调节某些阈值、调节某些配置参数、启动、停止)。随后，方法500可以返回至步骤540并且重复步骤540至560的循环。方法500可以根据处理集群的环境(例如，功能特性)来执行并且一个PSM与另一个PSM的方法500可以不同。此外，步骤530可以被推迟到稍后的时刻，如在一些事件的发生之后。在一些实施例中，方法500可以配置PSM在步骤540的事件等待周期中进入较低的功率模式(例如，通过睡眠模式配置注册)，并且在步骤550处一旦检测到事件，PSM可以返回至正常功率状态。

图6根据各种实施例示出了比较无线电架构的功率消耗和灵活性的图表600。在图6中，x轴可以代表功耗，并且y轴可以代表灵活性。硬件(HW)无线电(例如，硬线实现方式)可以消耗低功率，但是可以提供小的灵活性。因此，硬件无线电可以处于图表600的左下象限。相反地，以DSP为中心的无线电可以提供高灵活性，但是以高功耗为代价。因此，以DSP为中心的无线电可以处于图表600的右上象限。所公开的具有由分布式PSM控制的可编程非对称处理集群的SDR相比于以DSP为中心的无线电可能折衷掉一些少量的灵活性(例如，如图表600中Δf所指示的)，然而相比于硬件无线电保持了基本上较低的功耗(例如，如图表600中Δp所指示的)

在权利要求范围之内，所描述的实施例中的修改是可能的，并且其他实施例是可能的。

Claims (22)

1.一种通信设备，包括：

多个信号处理单元，所述多个信号处理单元被配置成用于根据一组参数来执行一组预定信号处理功能；

耦合至所述多个信号处理单元的多个可编程交叉开关；以及

多个控制处理器，所述多个控制处理器耦合至所述多个可编程交叉开关并且被配置成用于调节所述多个可编程交叉开关以使所述信号处理单元互连以实现选定的通信协议；

其中，所述可编程交叉开关中的第一可编程交叉开关将数据从所述多个信号处理单元的第一信号处理单元路由至所述多个信号处理单元的第二信号处理单元，形成数据路径而数据不被所述多个控制处理器接收，并且所述可编程交叉开关中的第二可编程交叉开关将控制数据从所述多个信号处理单元的第三信号处理单元路由至控制路径中的至少一个所述多个信号处理单元。

2.如权利要求1所述的通信设备，其中，所述第一信号处理单元被配置成用于：经由所述可编程交叉开关接收输入数据流；以及根据所述预定信号处理功能中的一个来变换所述输入数据流。

3.如权利要求1所述的通信设备，其中，所述第一信号处理单元被配置成用于：经由所述可编程交叉开关接收输入数据流；以及根据所述预定信号处理功能中的一个根据所述输入数据流计算标量值。

4.如权利要求1所述的通信设备，其中，所述预定信号处理功能是不可修改的，并且其中，所述一组参数是可修改的。

5.如权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制处理器进一步被配置成用于：根据所述选定的通信协议配置用于所述信号处理单元的所述一组参数；启动所述信号处理单元；从所述信号处理单元中的一个或更多个信号处理单元接收信息；以及根据接收到的信息确定下一个控制操作，其中所述下一个控制操作包括将控制信号发送至所述信号处理单元中的一个。

6.如权利要求1所述的通信设备，进一步包括：被配置成用于存储程序指令的程序存储器，其中，所述程序指令由所述控制处理器中的至少一个执行以执行用于所述选定的通信协议的控制操作。

7.如权利要求6所述的通信设备，其中，所述程序指令是可修改的，并且其中所述控制处理器中的至少一个执行经修改的程序指令以针对所述选定的通信协议的修改版本或不同的通信协议执行控制操作。

8.如权利要求1所述的通信设备，其中，所述信号处理单元和所述可编程交叉开关被集合成多个处理集群，其中，每个处理集群由来自所述多个控制处理器的不同控制处理器控制，并且其中，每个集群实现用于所述选定的通信协议的一组有区别的信号处理功能。

9.如权利要求8所述的通信设备，其中，所述一组有区别的信号处理功能包括采样处理功能、符号处理功能、位处理功能、信号检测功能、或信号控制功能。

10.一种实现软件定义无线电即SDR的方法，所述方法包括：

选择用于实现第一通信协议的多个信号处理单元，其中，每个信号处理单元被配置成用于根据一组参数来执行预定信号处理功能；

经由控制路径配置用于所述信号处理单元的所述参数以实现所述第一通信协议；

经由所述控制路径配置多个可编程交叉开关以在数据路径中在没有介入处理器的至少两个选定的信号处理单元之间传递数据用于实现所述第一通信协议，其中所述控制路径包括选定的信号处理单元的第三信号处理单元；

经由所述数据路径在选定的信号处理单元的第一信号处理单元处接收输入数据流；

根据相应的预定信号处理功能在所述第一信号处理单元处处理所述输入数据流；以及

根据所配置的可编程交叉开关将输出数据从所述第一信号处理单元路由至所述选定的信号处理单元的第二信号处理单元；其中，所述控制路径与所述数据路径是分开的。

11.如权利要求10所述的方法，其中：所述预定信号处理功能是转换所述输入数据流的信号转换功能，并且其中，所述输出数据包括经转换的数据流。

12.如权利要求10所述的方法，其中：所述预定信号处理功能是汇总所述输入数据流的信号汇总功能，并且其中，所述输出数据包括指示所述信号汇总的标量值。

13.如权利要求10所述的方法，进一步包括：

等待来自所述信号处理单元的事件；以及

根据所述事件确定动作。

14.如权利要求10所述的方法，进一步包括：

将所述信号处理单元和所述可编程交叉开关集合成多个处理集群，其中，每个处理集群中的所述信号处理单元实现用于所述第一通信协议的一组不同的信号处理功能；以及

控制每个处理集群分别地实现用于所述第一通信协议的相应的一组信号处理功能。

15.如权利要求10所述的方法，进一步包括：

选择第二通信协议；

调节选择的所述信号处理单元用于实现所述第二通信协议；

调节所述参数用于经调节的选择的信号处理单元以实现所述第二通信协议；以及

调节所述可编程交叉开关以使所述经调节的选择的信号处理单元互连用于实现所述第二通信协议。

16.一种能够支持多个无线通信协议的通信设备，所述设备包括：

耦合至前端的数字采样接口，所述前端被配置成用于无线接收和发送用于通信的无线电信号；

多个信号处理集群，其包括：

第一信号处理集群和第二信号处理集群，其中，所述第一信号处理集群被配置成用于执行第一预定信号处理功能并且所述第二信号处理集群被配置成用于执行第二预定信号处理功能，其中所述第一预定信号处理功能是位处理功能、符号处理功能或采样处理功能，并且其中，第一信号处理集群包括：

第一多个信号处理单元，其中，所述第一多个信号处理单元的每个被配置成用于执行所述第一预定信号处理功能；

耦合至所述第一多个信号处理单元的多个第一可编程交叉开关；以及

经由第一控制路径耦合至所述第一多个信号处理单元和所述多个第一可编程交叉开关的第一可编程状态机即第一PSM，其中，所述第一PSM被配置成用于切换所述多个第一可编程交叉开关的互连来使所述第一多个信号处理单元的信号处理单元互连以建立第一数据路径用于实现所述多个无线通信协议中的第一无线通信协议，其中所述第一数据路径被配置成在没有所述第一PSM的所述第一多个信号处理单元中的至少两个之间传递数据信号；以及

其中所述第二信号处理集群包括：

第二多个信号处理单元，其中所述第二多个信号处理单元的每个被配置成用于执行所述第二预定信号处理功能；

耦合至所述第二多个信号处理单元的多个第二可编程交叉开关；以及

经由第二控制路径耦合至所述第二多个信号处理单元和所述多个第二可编程交叉开关的第二PSM，其中，所述第二PSM被配置成用于切换所述多个第二可编程交叉开关的互连来使所述第二多个信号处理单元的信号处理单元互连以建立第二数据路径，其中所述第二数据路径被配置成在没有所述第二PSM的所述多个信号处理单元中的至少两个之间传递数据信号。

17.如权利要求16所述的通信设备，其中，每个信号处理单元被配置成用于：根据第一组参数在输入数据流上执行预定的信号转换功能；或根据第二组参数从所述输入数据流提取预定的信号信息；并且其中，相应的PSM被进一步配置成用于配置所述第一组参数以及所述第二组参数以实现所述第一无线通信协议。

18.如权利要求16所述的通信设备，其中，相应的PSM被进一步被配置成用于在一个时间执行一个任务。

19.如权利要求18所述的通信设备，其中，所述相应的PSM被进一步被配置成用于在不同的时间修改所述任务。

20.如权利要求18所述的通信设备，其中，所述相应的PSM被进一步配置成用于：一旦完成所述任务就从第一功率状态转移至第二功率状态；以及一旦检测到事件就从所述第二功率状态转移至所述第一功率状态；并且其中所述相应的PSM在所述第一功率状态中比在所述第二功率状态中消耗更高的功率量。

21.如权利要求16所述的通信设备，进一步包括：第三PSM,所述第三PSM被配置成用于控制所述第一多个信号处理集群以及第三多个可编程交叉开关的互连以实现所述第一无线通信协议。

22.如权利要求16所述的通信设备，其中，所述PSM是精简指令集计算控制机即RISC控制机。

Images