专利名称：时分双工通信设备及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于以时分双工(TDD)方案来传送和接收帧的通信设备，且更具 体地，涉及一种如下的TDD通信设备及其操作方法，其可使用用于接收帧的时钟和数据恢 复的时钟恢复和数据再定时(CDR)电路来生成用于处理传送帧和接收帧的时钟信号，以便 在使得能够进行迅速稳定化的同时、减少所使用的装置的数目和功耗。本发明已经得到MIC/IITA 的 IT R&D 计划[2006-S-072-02，Human BodyCommunication Control unit，SoC (人体通信控制单元，SoC)]的支持。
背景技术：
TDD方案是一种双路传送方案，其在一个频带中以时间次序来交替地分配上行链 路和下行链路。TDD方案与向上行链路和下行链路分配不同的频率的频分双工(下文中，称 为FDD)方案相比具有更高的效率，并且还具有适合于传送不对称或突发应用的特性。根据 这个优点，TDD方案正被应用到各种通信领域，诸如2. 3GHz波段中的便携式因特网等。使用TDD方案的通信领域可包括最近正在研究的人体通信。人体通信通过使用人体、而不是通过使用线缆来传送信号。在人体通信中，由于人 体充当传导介质，所以通过人体来传送电信号，而无需使用电线。随着最近个人便携式电子 装置得到多样化，人体通信成为引人注目的中心，这是因为可容易地实现电子装置之间的 数据传送和接收。此外，人体通信可用于将来自用于测量人的健康状态的各种装置的测量 结果传送到诸如计算机等之类的其它装置。这样，它的应用领域可能是无限的。另一方面，⑶R电路是以下装置，该装置生成与输入数据信号同步的时钟信号，并 使用该时钟信号来恢复在传送过程中失真的数据信号。CDR电路使用在包括人体通信、盘驱动等的宽范围的各种通信领域中。通常，⑶R电路利用锁相环(PLL)来实现。⑶R电路通过相位检测器来检测可变振 荡器(其具有可响应于控制信号输入而变化的振荡频率)的输出频率与可变振荡器的输入 数据信号之间的相位差，并然后控制可变振荡器减小该相位差，从而生成具有与输入数据 信号同步的频率的时钟信号。
发明内容
然而，当传统的通信设备被实现以用于TDD方案中的双路人体通信时，通信设备 附加地使用晶体振荡器，以同步发射机和接收机的操作时钟，所述发射机用于对要传送的 数据执行各种处理(诸如，前导码生成、报头生成、调制和扰频)，并且所述接收机用于对所 接收的数据执行各种处理(诸如，解调、解扰和纠错)。在这个情况下，存在的问题在于，由 于附加使用的晶体振荡器而导致成本和功耗增加。此外，传统的人体通信设备仅使用CDR电路来恢复接收信号的时钟和数据，但是 从不考虑使用CDR电路来进行时钟稳定化。相应地，本发明将要在没有晶体振荡器的情况下使用⑶R电路来使TDD通信设备
3的时钟稳定化。技术解决方案根据本发明的一方面，提供了一种时分双工(TDD)通信设备，用于通过时间划分 来交替地传送和接收帧，该时分双工通信设备包括模拟前端，用于将传送帧输出到外部， 接收来自外部的接收帧，并通过时钟恢复和数据再定时(CDR)电路来恢复接收信号的时钟 和数据；发射机，用于在传送时间间隔中、通过利用从⑶R电路生成的参考频率的时钟信号 进行操作来生成所述传送帧；以及接收机，用于在接收时间间隔中、通过利用由CDR电路从 所述接收帧恢复的时钟信号进行操作来对在模拟前端中恢复的数据进行处理。所述TDD通信设备还可包括控制单元，用于控制⑶R电路，以便在传送时间间隔 中输出所述参考频率的时钟信号，并在接收时间间隔中输出从接收帧恢复的时钟信号。所述控制单元可控制CDR电路，以便当在接收时间间隔中没有从外部输入的接收 帧时、输出所述参考频率的时钟信号。所述CDR电路可包括压控振荡器，用于在控制单元的控制下生成预设参考频率 的信号，并且生成与输入控制电压对应的可变频率的信号；相位检测器，用于检测接收帧与 从压控振荡器输出的信号的相位差；以及低通滤波器，用于响应于在相位检测器中检测到 的相位差来生成控制电压。根据本发明的又一方面，提供了一种TDD通信设备的操作方法，该TDD通信设备包 括CDR电路，该方法包括如下过程在传送时间间隔中，使用从CDR电路生成的参考频率的 时钟信号来生成传送帧并传送该传送帧；以及在接收时间间隔中，通过CDR电路来恢复接 收帧的时钟和数据，并基于在CDR电路中恢复的时钟来对数据进行解调。在所述操作方法中，可以控制所述⑶R电路，以便在传送时间间隔中生成按照数 据传送率预设的所述参考频率的时钟信号，并在接收时间间隔中输出从接收帧恢复的时钟 信号。可控制所述CDR电路，以便当在接收时间间隔中没有接收帧时、生成所述参考频率的 时钟信号。此外，在TDD通信设备及其操作方法中，参考频率可对应于TDD通信设备中的数据 传送率，并且所述传送帧和所述接收帧的每一个可包括配置有具有给定图案的信号的锁定 时间间隔，所述具有给定图案的信号在时间上先于有效数据而被传送以便减少数据损失。有利效果根据如上陈述的本发明的实施例，TDD通信设备可通过使用用于恢复接收帧的时 钟和数据的CDR电路而生成发射机和接收机的操作时钟，来使得能够进行稳定的通信，而 无需使用附加的晶体振荡器。所述TDD通信设备还可以通过去除晶体振荡器而减少功耗和 成本。
图1是图示了依照根据本发明的TDD通信设备的操作方法的、数据传送和接收流 以及帧结构的图示；图2是图示了根据本发明的TDD通信设备的实施例的框图；图3是图示了应用于本发明的CDR电路的配置的示例的框图；以及图4是图示了图3的⑶R电路的操作的时序图。
具体实施例方式下文中，下面在这里，将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。为了清楚和简 洁，省略公知功能和构造的描述。在所述附图中，即使相同或类似的元件被描绘在不同的图中，也利用相同的附图 标记来指示它们。贯穿本说明书和接下来的权利要求中，将理解，当元件被称为与另一元件“连接” 或“耦接”时，它不仅包括与该另一元件“直接连接或耦接”的情况，而且还包括经由居间 元件而与该另一元件“间接连接或耦接”的情况。除非明确地相反描述，否则词语“包括 (comprise) ”以及诸如“包括(comprises) ”或“包括(comprising) ”之类的变化将被理解 为暗示包含所陈述的元件但是并不排除任何其它元件。图1是示出了根据本发明的优选实施例的、用于说明TDD通信设备的操作方法的 数据传送和接收流程以及帧结构的图示。将参考图1来描述本发明的基本构思。本发明意欲通过使用⑶R电路而为传送帧和接收帧的处理提供参考时钟，来在 TDD通信设备中提升时钟稳定性的同时、减少功耗，所述TDD通信设备具有用于时钟和数据 恢复的⑶R电路。CDR电路可以以各种形式来实现。下文中，将描述利用PLL结构实现的最基本的配 置的示例，该PLL结构配置有相位检测器、低通滤波器、和压控振荡器。例如，将作为TDD通 信设备的示例而描述人体通信设备，但该人体通信设备并不限于此。通常，在TDD通信方案的情况下，沿时间轴交替地执行传送和接收。在人体通信的 情况下，当主机(master)执行传送时，从属机(slave)执行接收；而当主机执行接收时，从 属机执行传送。这里，主机和从属机充当与人体接触或者在人体附近的、用于传送和接收数 据的人体通信装置，并且根据通信主题来识别。参考图1，在TDD人体通信中以给定的时间间隔来传送和接收帧，并且主机和从属 机在帧传送和接收时间段内交替地执行传送和接收。此时，在传送的情况下，主机和从属机 与从其CDR电路生成的参考频率的时钟信号同步地生成和传送帧，而在接收的情况下，主 机和从属机通过响应于从所接收的帧恢复的时钟来处理所接收的帧而对数据进行解调。也就是说，当在图1中主机处于传送模式(主机TX(Master TX))且从属机处于 接收模式(从属机RX(Slave RX))时，主机的时钟频率是在主机中提供的CDR电路的中 心频率fl，而从属机的时钟频率是从与频率fl同步地传送的已接收帧恢复的时钟频率 fl' (t)。相反，当主机处于接收模式(主机RX (Master RX))而从属机处于传送模式(从 属机TX (Slave TX))时，从属机的时钟频率是在从属机中提供的CDR电路的中心频率f2，而 主机的时钟频率是从与频率f2同步地传送的已接收帧恢复的时钟频率f2' (t)。此时，在主机和从属机之间传送和接收的帧包括锁定时间(lock time) (L)部分、 前导码(P)部分、报头(H)部分、和数据(D)部分。L部分配置有当接收方接收到对应帧时 要与所接收帧的时钟频率同步的给定图案的无意义数据(例如，101010)。接收方可以通过 在利用L部分的信号而使时钟频率稳定化到一定程度之后接收实际上有效的数据，来使数 据损失最小化。由于在实际人体通信的情况下、噪声通常接收自外部，所以在没有交换信号 的状态中、由于噪声而导致操作频率可处于与所期望的操作频率不同的频带中。当接收方在根据噪声操作的同时突然接收到信号时，在一些初始的时间中没有获取同步，并因此所 接收的数据丢失。可通过包括L部分来防止这个问题。P部分是用于对主机和从属机之间的传送时序进行同步的部分，并提供用于使得 从属机能够正确地恢复所接收的数据的信息。H部分包括用于接收对应的数据帧的从属机 的标识信息，并指明帧目的地。D部分传送要在主机和从属机之间传输的实际数据。图2是图示了根据本发明的、作为TDD通信设备的实施例的人体通信设备的配置 的示意性框图。参考图2，人体通信设备包括电极单元20，与人体接触地布置或布置在人体附 近，以便向人体传输信号或从人体接收信号；模拟前端21，用于通过电极单元20将传送帧 输出到外部或接收来自外部的接收帧，以便通过CDR电路恢复接收帧的时钟和数据；发射 机22，用于在传送时间间隔中通过利用从CDR电路生成的参考频率的时钟信号进行操作来 生成传送帧；接收机23，用于在接收时间间隔中通过利用在CDR电路中从接收帧恢复的时 钟进行操作来对接收帧进行解调；以及控制单元24，用于控制CDR电路，以便在传送时间间 隔中输出参考频率的时钟信号，并在接收时间间隔中输出从接收帧恢复的时钟。如所图示的，模拟前端21包括放大器211，用于对来自电极单元20的接收信号 进行放大；滤波器212，用于从在放大器211中放大的所接收信号中去除带外噪声；以及 CDR电路213，用于从通过滤波器212的接收信号恢复与接收帧同步的时钟，并基于所述时 钟来恢复接收帧的数据。模拟前端21还可包括另一元件，诸如用于对从发射机22输出的 传送帧进行放大的放大器，或者可被不同地修改。发射机22生成并传送包括在图1中图示的L部分的要传送的帧，并且例如可包括 前导码发生器、数据发生器、多路复用器、放大器等。发射机22还可以包括扰频器、调制器 等，以改善通信特性和安全特性。在本发明中，没有规定发射机22的详细配置。 类似地，接收机23接收包括该L部分的帧，以对原始数据进行解调，并且接收机23 例如可包括解多路复用器、前导码处理器、报头处理器和帧同步器。如果需要的话，接收机 23还可包括解扰器、解调器等。在本发明中，没有规定接收机23的详细配置。本发明不包括用于生成操作时钟信号的单独晶体振荡器，而是将在根据本发明的 通信设备中提供的发射机22和接收机23实现为通过接收从模拟前端21的CDR电路213 生成的时钟信号来基于时钟频率进行操作。此时，通过控制单元24来控制⑶R电路213。当在对应的通信设备中执行传送操 作时，预设参考频率的时钟信号(即，具有在CDR电路213中提供的可变振荡器的中心频率 的时钟信号)成为输出。当执行接收操作时，从输入自电极单元20的接收帧恢复时钟，于 是所恢复的时钟信号成为输出。由于当在接收时间间隔中没有输入接收帧时、可生成由于 外部噪声而导致的不同频率的时钟，所以控制单元24可控制CDR电路213，以便当在接收 时间间隔中没有从外部输入的接收信号时、输出预设参考频率的时钟信号。相应地，以数据 速率来设置参考频率，从而可以进一步缩短用于从接收帧恢复时钟频率并使其稳定化的时 间。图3是图示了⑶R电路213的配置的示例的框图。参考图3，通过用于随压控信号而变更振荡频率的压控振荡器31、用于检测输入 信号Vin与压控振荡器31的输出频率之间的相位差的相位检测器32、以及用于根据从相位检测器32检测到的相位差来生成压控信号的低通滤波器33，CDR电路213从压控振荡器 31输出与该输入信号的时钟对应的频率信号。CDR电路213接收从压控振荡器31输出的 时钟和在相位检测器32中锁存的数据，以通过数据恢复器34来恢复数据。图4是图示了⑶R电路213的一般操作特性的时序图。如所图示的，当输入失真 的操作频率的信号Vin时，在与压控振荡器31的输出信号Vout相比减小相位差的方向上 调整用于压控振荡器31的控制电压Vcont。在⑶R电路213中，压控振荡器31响应于控制信号OTR_CTRL来生成预设的参考 频率信号，或者基于从低通滤波器33输入的控制电压来生成振荡频率。由于以数据速率来 调整压控振荡器31的中心频率，所以参考频率被设置为压控振荡器31的中心频率。尽管已经结合示范实施例而示出并描述了本发明，但是对于本领域的技术人员明 显的是，可以进行修改和变化，而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
一种时分双工通信设备，用于通过时间划分来交替地传送和接收帧，该时分双工通信设备包括模拟前端，用于将传送帧输出到外部，接收来自外部的接收帧，并通过时钟恢复和数据再定时电路来恢复接收信号的时钟和数据；发射机，用于在传送时间间隔中、通过利用从时钟恢复和数据再定时电路生成的参考频率的时钟信号进行操作来生成所述传送帧；以及接收机，用于在接收时间间隔中、通过利用由时钟恢复和数据再定时电路从接收帧恢复的时钟信号进行操作来对在模拟前端中恢复的数据进行处理。
2.根据权利要求1的时分双工通信设备，还包括控制单元，用于控制时钟恢复和数据再定时电路，以便在传送时间间隔中输出所述参 考频率的时钟信号，并在接收时间间隔中输出从接收帧恢复的时钟信号。
3.根据权利要求2的时分双工通信设备，其中所述控制单元控制时钟恢复和数据再定 时电路，以便当在接收时间间隔中没有从外部输入的接收帧时、输出所述参考频率的时钟信号。
4.根据权利要求3的时分双工通信设备，其中所述时钟恢复和数据再定时电路包括 压控振荡器，用于在控制单元的控制下生成预设参考频率的信号，并且生成与输入控制电压对应的可变频率的信号；相位检测器，用于检测接收帧与从压控振荡器输出的信号的相位差；以及 低通滤波器，用于响应于在相位检测器中检测到的相位差来生成控制电压。
5.根据权利要求3的时分双工通信设备，其中所述参考频率对应于数据传送率。
6.根据权利要求3的时分双工通信设备，其中所述传送帧和所述接收帧的每一个包括 配置有具有给定图案的信号的锁定时间间隔，所述具有给定图案的信号在时间上先于有效 数据而被传送以便减少数据损失。
7.一种时分双工通信设备的操作方法，该时分双工通信设备包括时钟恢复和数据再定 时电路，该方法包括在传送时间间隔中，使用从时钟恢复和数据再定时电路生成的参考频率的时钟信号来 生成传送帧并传送该传送帧；以及在接收时间间隔中，通过时钟恢复和数据再定时电路来恢复接收帧的时钟和数据，并 基于在时钟恢复和数据再定时电路中恢复的时钟来对数据进行解调。
8.根据权利要求7的操作方法，其中所述传送帧和所述接收帧的每一个包括配置有具 有给定图案的信号的锁定时间间隔，所述具有给定图案的信号在时间上先于有效数据而被 传送以便减少数据损失。
9.根据权利要求8的操作方法，其中控制所述时钟恢复和数据再定时电路，以便在传 送时间间隔中生成按照数据传送率预设的所述参考频率的时钟信号，并在接收时间间隔中 输出从接收帧恢复的时钟信号。
10.根据权利要求9的操作方法，其中控制所述时钟恢复和数据再定时电路，以便当在 接收时间间隔中没有接收帧时、生成所述参考频率的时钟信号。
全文摘要
一种时分双工(TDD)通信设备及其操作方法可使用时钟恢复和数据再定时(CDR)电路来提供TDD通信设备的传送和接收中的操作时钟信号，从而在没有任何晶体振荡器的情况下使操作稳定化并减少功耗。在传送时间间隔中，使用从CDR电路生成的参考频率的时钟信号来处理传送帧。在接收时间间隔中，使用由CDR电路从接收帧恢复的时钟信号来处理接收帧。
文档编号H04B13/02GK101855848SQ200880115551
公开日2010年10月6日 申请日期2008年4月11日 优先权日2007年9月11日
发明者姜泰旭, 姜盛元, 朴基赫, 朴德根, 朴炯一, 林寅基, 沈载勋, 邢昌熙, 金圣恩, 金整范, 金景洙, 金真庆, 黄正焕 申请人:韩国电子通信研究院