2.4G多模通信芯片及其通信方法与流程

2.4g多模通信芯片及其通信方法
技术领域
1.本发明涉及蓝牙通信技术领域，特别涉及一种2.4g多模通信芯片及其通信方法。


背景技术：

2.近年来，基于蓝牙的音频应用十分广泛，比如蓝牙耳机，蓝牙音箱，tws耳机等。但是基于经典蓝牙技术的蓝牙音频产品，存在音频延时过长(通常》100ms),即使通过牺牲蓝牙稳定性、距离等方法优化延时，延时也大于50ms，且存在延时性能对蓝牙发射端有依赖性导致体验不佳：比如，配合不同手机品牌延时不稳定，且可能存在卡顿等问题。因此无法满足用户对低延时的要求，尤其在电竞、无线声卡等对延时要求较高的产品中。有些厂商会基于经典蓝牙的芯片架构，在软件层面定制私有2.4g协议，推出2.4g dongle及2.4g耳机产品，可改善延时及稳定性问题，但受限于蓝牙芯片的基本架构设计，在延时方面无法做到极致。同时，在产品应用中，也存在对蓝牙音频及低延时音频共存的需求，比如能支持低延时游戏及蓝牙音乐的电竞耳机、声卡等产品，这类在软件层面定制私有2.4g协议的产品，虽然也可以做到共存，但由于带宽受限，无法满足客户需求，使得有些产品最终采用两颗通信芯片来做方案设计，成本较高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种2.4g多模通信芯片，能够提供一种低成本的高带宽、低延时的2.4g多模通信芯片。
4.本发明还提出一种基于上述2.4g多模通信芯片的通信方法。
5.根据本发明的第一方面实施例的2.4g多模通信芯片，包括：基带处理模块，调制解调器模块、射频模块及时钟配置模块；所述基带处理模块包括ble基带处理模块、bt基带处理模块、2.4g基带处理模块和调度器；所述调制解调器模块包括数据缓存模块、调制器、解调器、同步器和采样模块；所述射频模块包括射频发射模块、射频接收模块、模数转换器和数模转换器；所述时钟配置模块包括第一时钟和第二时钟；所述时钟配置模块与所述调度器连接，并且与所述调制器、所述解调器和所述同步器连接。
6.根据本发明实施例的2.4g多模通信芯片，至少具有如下有益效果：本发明实施例通过增加2.4g基带处理模块和时钟配置模块，能够以低成本实现2.4g高达4m/6mbps的带宽，从而一方面可以实现2.4g类产品的超低延时，另一方面也使得单芯片支持蓝牙音频及2.4g低延时音频共存应用成为可能；同时在2.4g基带处理模块的私有架构设计，使得通信收发的时间窗不再受限于bt、ble协议的约束，在通信时隙方面可根据实际产品需求灵活配置，从而能达到更低的传输延时，也能更好的支持无线多连接音频应用。
7.根据本发明的一些实施例，所述时钟配置模块包括二选一选择器，所述二选一选择器的选通控制端连接所述调度器，第一输入端连接第一时钟信号，第二输入端连接第二时钟信号，输出端连接所述调制器、所述解调器和所述同步器。
8.根据本发明的一些实施例，所述第二时钟是所述第一时钟的2倍频时钟。
9.根据本发明的一些实施例，所述采样模块还包括降采样模块和上采样模块。
10.根据本发明的第二方面实施例的基于2.4g多模通信芯片的通信方法，用于本发明的第一方面实施例的任一项所述的2.4g多模通信芯片，包括以下步骤：接收bt或者ble数据包时，调度器通过时钟控制信号配置调制器、解调器和同步器工作在第一时钟，并通过接收数据类型信号通知所述调制器和所述解调器数据包的类型；接收2.4g数据包时，所述调度器通过时钟控制信号配置所述调制器、所述解调器和所述同步器工作在第二时钟，所述第二时钟是所述第一时钟的2倍频时钟，并通过接收数据类型信号通知所述调制器和所述解调器数据包的类型。
11.根据本发明实施例的基于2.4g多模通信芯片的通信方法，至少具有如下有益效果：本发明实施例通过调度模块配置调制器、解调器和同步器工作在第一时钟或第二时钟，使得调制器、解调器和同步器既能工作在标准的bt及ble模式下，又能工作在私有的2.4g模式下，并且在2.4g模式下使得调制解调器以及同步器也可以工作在2m波特率上，从而提供4m/6mbps的带宽。
12.根据本发明的一些实施例，接收bt数据包、ble数据包或2.4g数据包时，所述方法还包括：射频接收模块通过天线接收无线信号，并将该信号解调至模拟基带信号，经过模数转换器将模拟基带信号转换成数字基带信号；采样模块对所述数字基带信号进行降采样处理，并将处理后的基带信号发送给所述同步器和所述解调器；所述同步模块对所述处理后的基带信号进行同步处理，将数据帧有效信息及同步信息传递给所述解调器；所述解调器根据同步器提供的信息，并根据调度器提供的数据类型信号，使用对应的解调技术对数字基带信号进行解调，提取原始数据包，并将有效的数据包传递给数据缓存模块；所述数据缓存模块接收解调的数据并缓存，然后发送给所述调度模块；所述调度模块根据从所述数据缓存模块接收的数据包类型，把数据包发送给对应的基带处理模块；各基带处理模块根据协议标准，对数据包进行解包。
13.根据本发明的第三方面实施例的基于2.4g多模通信芯片的通信方法，用于本发明的第一方面实施例的任一项所述的2.4g多模通信芯片，包括以下步骤：发送bt或者ble数据包时，调度器通过时钟控制信号配置调制器、解调器和同步器工作在第一时钟，并通过发送数据类型信号通知所述调制器和所述解调器数据包的类型；发送2.4g数据包时，所述调度器通过时钟控制信号配置所述调制器、所述解调器和所述同步器工作在第二时钟，所述第二时钟是所述第一时钟的2倍频时钟，并通过发送数据类型信号通知所述调制器和所述解调器数据包的类型。
14.根据本发明实施例的基于2.4g多模通信芯片的通信方法，至少具有如下有益效果：本发明实施例通过调度模块配置调制器、解调器和同步器工作在第一时钟或第二时钟，使得调制器、解调器和同步器既能工作在标准的bt及ble模式下，又能工作在私有的2.4g模式下，并且在2.4g模式下使得调制解调器以及同步器也可以工作在2m波特率上，从而提供4m/6mbps的带宽。
15.根据本发明的一些实施例，发送bt数据、ble数据包或2.4g数据包时，所述方法还包括：基带处理模块接收上层协议栈发送的数据包，根据协议标准，进行基带处理模块层组包，组包完成后把数据包发给调度模块；调度模块收到所述数据包后，根据优先级及调度策略，把所述数据包发送给数据缓存模块；所述数据缓存模块按先进先出的策略，把所述数据
包发送给调制器；所述调制器根据所述调度模块提供的发送数据类型信号，使用对应的调制技术对所述数据包进行基带信号调制，并将调制后的数据发送给采样模块；所述采样模块对收到的数据进行上采样,然后把上采样后的数据发送给数模转换器；所述数模转换器将接收到的数据转换成模拟信号，经由射频发送模块将该模拟基带信号作高频调制处理后，再将该信号传输给天线发射出去。
16.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1为本发明实施例的2.4g多模通信芯片的模块示意框图。
19.图2为本发明实施例的2.4g多模通信芯片收发包的时序图。
20.图3为本发明另一实施例的2.4g多模通信芯片的模块示意框图。
21.图4为本发明实施例的接收端通信方法的流程示意图。
22.图5为本发明实施例的发送端通信方法的流程示意图。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
25.bb:baseband：基带处理模块
26.modem：调制解调器
27.rf：射频模块
28.clk：时钟
29.clk2x：2倍频时钟
30.demodulator：解调器
31.modulator：调制器
32.gfsk/dqpsk/8psk：高斯频移键控/差分正交相移键控/8相相移键控
33.sync：同步器
34.scheduler:调度器，负责数据包发射、接收的调度及对应发射、接收通路的控制。
35.参照图1，本发明实施例提供了一种2.4g多模通信芯片，包括基带处理模块，调制解调器模块、射频模块及时钟配置模块。
36.其中，基带处理模块包括ble基带处理模块、bt基带处理模块、2.4g基带处理模块和调度器。
37.标准蓝牙(bt&ble)实现方案是：rf前端(tx/rx，adda)支持1m/2m波特率；bt(经典蓝牙)支持1m波特率，以及gfsk/4-dqpsk/8psk调制解调技术，从而提供1m/2m/3mbps的数据带宽；ble支持1m/2m波特率，以及gfsk调制解调技术，从而提供1m/2mbps的数据带宽；bt bb通信时隙基于625us的slot；ble bb对收发包的帧间隔(frame space)有这较严的规定，如t_ifs，t_mafs，t_mss；这些规定确保了不同蓝牙设备间的兼容性，但同时使得在时隙划分及带宽使用方面灵活性及效率不高。
38.本实施例增加2.4g私有基带处理模块，从而可根据射频电路性能定义通信时隙及帧间隔，从而充分利用带宽，降低延时。另外，这也使得bt、ble、2.4g共存成为可能，从而满足蓝牙及2.4g低延时共存的产品需求。
39.调制解调器模块包括数据缓存模块、调制器、解调器、同步器和采样模块。
40.射频模块包括射频发射模块、射频接收模块、模数转换器和数模转换器。
41.时钟配置模块包括第一时钟和第二时钟；时钟配置模块与调度器连接，并且与调制器、解调器和同步器连接。第二时钟是第一时钟的2倍频时钟。本实施例中，通过提供额外的clk2x时钟，使得调制解调器能工作在2m波特率上，从而提供更高的带宽。
42.在一些实施例中，时钟配置模块包括二选一选择器，二选一选择器的选通控制端连接调度器，第一输入端连接第一时钟信号，第二输入端连接第二时钟信号，输出端连接调制器、解调器和同步器。
43.根据本发明的一些实施例，采样模块还包括降采样模块和上采样模块。
44.参照图2，图2为本发明的收发包的一种示例时序图。由于本发明2.4g高带宽的特性，以及私有优化的bb传输时序，使得2.4g设备可以完美利用标准蓝牙的空闲时隙，从而满足对bt音频及2.4g低延时音频共存的需求。
45.参照图3和图4，本发明实施例还提出一种基于2.4g多模通信芯片的通信方法，用于接收端，包括以下步骤：
46.接收bt或者ble数据包时，调度器通过时钟控制信号配置调制器、解调器和同步器工作在第一时钟，并通过接收数据类型信号r_type通知调制器和解调器数据包的类型；这样使得调制器、解调器和同步器模块工作在标准的bt及ble模式下。
47.接收2.4g数据包时，调度器通过时钟控制信号配置调制器、解调器和同步器工作在第二时钟(2倍频时钟)，并通过接收数据类型信号r_type通知调制器和解调器数据包的类型。这样使调制器、解调器和同步器模块工作在私有的2.4g模式下，从而使得4-dqpsk/8psk调整解调器(modulator&demodulator)以及sync模块可以工作在2m波特率上，从而提供4m/6mbps的带宽。
48.接收bt数据包、ble数据包或2.4g数据包时，本实施例的方法还包括：射频接收模块通过天线接收无线信号，并将该信号解调至模拟基带信号，经过模数转换器将模拟基带信号转换成数字基带信号；采样模块对数字基带信号进行降采样处理，并将处理后的基带信号发送给同步器和解调器；同步模块对处理后的基带信号进行同步处理，将数据帧有效信息及同步信息传递给解调器；解调器根据同步器提供的信息，并根据调度器提供的数据类型信号(r_type)，使用对应的解调技术(gfsk/π/4-dqpsk/8psk)对数字基带信号进行解调，提取原始数据包，并将有效的数据包传递给数据缓存模块；数据缓存模块接收解调的数据并缓存，然后发送给调度模块；调度模块根据从数据缓存模块接收的数据包类型，把数据
包发送给对应的基带处理模块；各基带处理模块根据协议标准，对数据包进行解包。
49.参照图3和图5，本发明实施例还提出一种基于2.4g多模通信芯片的通信方法，用于发送端，包括以下步骤：
50.发送bt或者ble数据包时，调度器通过时钟控制信号配置调制器、解调器和同步器工作在第一时钟，并通过发送数据类型信号t_type通知调制器和解调器数据包的类型；这样使得调制器、解调器和同步器模块工作在标准的bt及ble模式下。
51.发送2.4g数据包时，调度器通过时钟控制信号配置调制器、解调器和同步器工作在第二时钟(2倍频时钟)，并通过发送数据类型信号t_type通知调制器和解调器数据包的类型。这样使调制器、解调器和同步器模块工作在私有的2.4g模式下，从而使得4-dqpsk/8psk调整解调器(modulator&demodulator)以及sync模块可以工作在2m波特率上，从而提供4m/6mbps的带宽。
52.发送bt数据、ble数据包或2.4g数据包时，本实施例的方法还包括：基带处理模块接收上层协议栈发送的数据包，根据协议标准，进行基带处理模块层组包，组包完成后把数据包发给调度模块；调度模块收到数据包后，根据优先级及调度策略，把数据包发送给数据缓存模块；数据缓存模块按先进先出的策略，把数据包发送给调制器；调制器根据调度模块提供的发送数据类型信号(t_type)，使用对应的调制技术(gfsk/π/4-dqpsk/8psk)对数据包进行基带信号调制，并将调制后的数据发送给采样模块；采样模块对收到的数据进行上采样,然后把上采样后的数据发送给数模转换器；数模转换器将接收到的数据转换成模拟信号，经由射频发送模块将该模拟基带信号作高频调制处理后，再将该信号传输给天线发射出去。
53.尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。
54.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。