自适应射频 [一种带有自适应纠错功能的通信射频模块控制电路]
引言 随着通信系统的进步，射频模块和基带之间的数据速率大幅度提高[1]，控制射频模块的基带信号包含AGC(自动增益调节)、APC(自动功率调节)和AFC(自动频率调节)等信息。上述的增益、功率和频率信息都是低误码率通信的基础。
传统解决误码率主要为两种方式：前向纠错码(FEC)或自动重传请求算法(ARQ)，FEC算法会占用相当大的带宽；ARQ算法不会占用额外带宽，但是会因为数据重传请求及响应过程造成较大的时延[2]。其他算法，包括CRC校验算法[7]等，也有较为广泛的应用。
一个无线终端系统可分为3个部分：通信基带模块(以下简称 CBM)，射频模块控制电路(以下简称CRMCC)和通信射频模块(以下简称CRM)。如图1所示，CBM负责信源编码和信源解码，CRMCC接收CBM的基带控制信号(以下简称BCS)，生成射频模块控制信号(以下简称RFCS)，以RFCS控制通信射频模块(CRM)，并且向CBM返回信号接收回馈信息(以下简称SRCFM)。而射频模块(包括天线)在RMCS的控制下，接收基带传输的通信数据，负责信道编码与信道解码。
BCS信号的错误模型分析及常见纠错算法
一个标准的SPI时序信号[3～7]如图2上半部分“正常SPI信号示意”所示，其中的DATA信号为最高有效位(以下简称MSB)优先传输，其中“原始DATA信号”电平所传输信号为8位二进制数据0b00101011(以十六进制表示为0x2B，以十进制表示为43)。
如图2下半部所示，相对于同样质量的DATA信号，由于CLK信号和～CS信号的错位(相对DATA信号)，最高位的“0”没有被采样，由于DATA信号在其他时间保持在高电平，最后的采样结果为8位二进制数据0b01010111(以十六进制表示为0x57，以十进制表示为87)。如果此数据用来控制射频信号增益(功率)，则数据从43误传为87，对于功率信号，其增益将增加约15848倍(
)，这将对通信系统将造成非常严重的影响。
由于移动通信尤其是高速移动通信的特点，随着终端和基站之间的距离和噪音因素的快速变换(进出树木或水泥建筑)，AGC、APC和AFC参数都需要高频率的修正设置。对于上述出现的传输错误和信号数值跳变，CRMCC必须做出及时而正确的反应。为解决基带和射频模块之间的误码问题，当前主要采用两种算法：FEC算法[1～4]与ARQ算法[2]。
ARQ算法有三种典型技术：停止等待方式(SW-ARQ)、回退N步方式(GBN-ARQ)以及选择重传方式(SRARQ)等。其中GBN-ARQ及SR-ARQ在一般环境下工作得相当好，但应用于射频控制模块尤其是下一代移动通信中时，收发切换的小时间间隔(LTE系统中为5ms)使得等待回传数据很难实现，也限制了ARQ算法在未来应用中的实现[5]。
常见的FEC算法包括卷积码、Turbo码、LDPC码和RS码等。上述FEC码在实际实现中使用的码率通常为1/2、3/4等，也即其码率为原始码率的200%和133%，都需要占有大量额外的带宽，对于信道有限的通信射频控制模块，亦较难实现[5]。
一种带有自适应纠错功能的通信射频模块控制电路
为解决上述射频通信控制电路的误码问题，我们提出了一种带有自纠错功能的通信射频模块控制电路(CRMCC)。如图3所示，本文提出的CRMCC在结构上包括：信号接收单元(以下简称SRU)、信号接收情况反馈单元(以下简称SRSFU)、信号阈值控制单元(以下简称STCU)、信号数值滤波单元(以下简称SVFU)、控制数值存储单元(以下简称CVSU)、控制信号生成使能单元(以下简称CSGEU)和控制信号生成单元(以下简称CSGU)。
在下文中，我们将首先介绍本文提出的CMRCC架构中的各组成部分，然后对本文所提架构的处理流程做出介绍。
信号接收单元(SRU)内部包含相应基带控制信号相应波形的解码电路，对输入的基带控制信号进行接收并传递给SRSFU。信号接收情况反馈单元(SRSFU)对信号接收单元的接收情况进行监控，并将信号数值传送给STCU，SRSFU同时接收来自STCU的信息(数值超出阈值信息)并反馈给基带。
信号阈值控制单元(STCU)接收来自SRSFU的信号数值，单元内有初始化的阈值信息(包括信号数值比较阈值和信号误差计数阈值)、信号误差计数寄存器和数值缓存寄存器和比较单元。STCU在每次接收到有效数据后都会判断当前数据是否使能，并通知CSGEU。此外，信号阈值控制单元还接收从SVFU写入的滤波后数据存入缓存，以待下一次收到有效信号时与之对比。
数值信号滤波单元(SVFU)接收STCU传送的数据，单元内部有滤波器单元。滤波器单元包括固定或可配置的系数单元。每次STCU接收到有效信号并传输至SCFU后，SVFU将读取CVSU中的数据并逐个乘以对应系数并计算出滤波结果。信号数值滤波单元计算滤波结果后将数值存在CVSU中。
控制数值存储单元(CVSU)提供了两个读写端口，同时可供SVFU和CSGEU写入和读取数据。CVSU同时根据信号接收SRSFU的标示情况修正数值的存储。控制信号生成使能单元(CSGEU)接收STCU给出的通知信号，若STCU通知当前信号使能，则CSGEU生成使能信号，反之则不生成使能信号。
控制信号生成单元(CSGU)包含相应通信射频模块所需控制信号生成电路，CSGU在每一周期读取CVSU和CSGEU的信息，若CSGEU给出使能信号，则CSGU读取CVSU中的相应数据并生成相应射频控制信号。
综上所述，CRMCC应该对数据错误和有效的数据跳变做出有效的区分和处理。在本文所提出架构中，上述处理主要是由SRSFU和STCU完成的。
本文提出的CRMCC处理流程分为四种：普通信号流程(简称流程A)，错误信号流程(简称流程B)，无效信号流程(简称流程C)和有效信号跳变流程(简称流程D)。流程B反映并处理了图2所示的应被滤波的错误，流程D则反映了有效并应被迅速反映的数据跳变。本文所提的CRMCC判断流程如图4所示：SRSFU将首先判断当前信号是否为有效信号，若无效则进入流程C；若当前信号有效，则检查其当前数值(以下简称Curr_ V)、STCU中的缓存值(简称Buff_V)和STCU中的信号数值比较阈值(简称Tv)，若|Curr_V- Buff_V|≤Tv，则进入流程A，反之，则检查信号误差计数寄存器(简称STER)和STCU中的信号误差计数阈值(简称Tsec)，若STER>Tsec，则进入流程D，反之使用流程B。