DE102021129663A1 - DEVICE FOR A RECEIVER USING MULTIPLE MODULATION SCHEMES AND RELATED METHODS - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung weist einen Hochfrequenzempfänger (HF-Empfänger) zum Empfang von HF-Signalen auf. Der HF-Empfänger weist mehrere Modulationssignaldetektoren (MSDs) auf, um mehrere Detektionssignale zu erzeugen, wenn mehrere HF-Signale, die unter Verwendung mehrerer Modulationsschemata moduliert sind, detektiert werden. Der HF-Empfänger weist ferner eine Steuerung auf, die als Reaktion auf die mehreren Detektionssignale den Empfang der mehreren HF-Signale bewirkt.An apparatus includes a radio frequency (RF) receiver for receiving RF signals. The RF receiver has multiple modulation signal detectors (MSDs) to generate multiple detection signals when multiple RF signals modulated using multiple modulation schemes are detected. The RF receiver further includes a controller operable to receive the plurality of RF signals in response to the plurality of detection signals.
Description
Querverweis auf verwandte AnmeldungenCross reference to related applications
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der am 30. Dezember 2020 eingereichten Anmeldung
Technisches Gebiettechnical field
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Kommunikationsvorrichtungen und zugehörige Verfahren. Genauer betrifft die Offenbarung Vorrichtungen für Hochfrequenzen (HF) wie etwa HF-Empfänger, die mehrere Modulationsschemata verwenden, und zugehörige Verfahren.The disclosure generally relates to communication devices and associated methods. More specifically, the disclosure relates to radio frequency (RF) devices, such as RF receivers, that use multiple modulation schemes and associated methods.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art
Mit dem technologischen Fortschritt wurde eine zunehmende Zahl von Schaltungselementen in Vorrichtungen wie etwa integrierte Schaltungen (ICs) aufgenommen. Darüber hinaus wurde eine wachsende Anzahl von Vorrichtungen wie etwa ICs oder Untersysteme in Produkte aufgenommen. Durch Entwicklungen wie etwa das Internet-of-Things (IoT) wird eine Fortsetzung dieses Trends erwartet.As technology has advanced, an increasing number of circuit elements have been incorporated into devices such as integrated circuits (ICs). In addition, an increasing number of devices such as ICs or subsystems have been incorporated into products. Developments such as the Internet of Things (IoT) are expected to continue this trend.
Die wachsende Anzahl von Schaltungselementen, Vorrichtungen, Untersystemen usw. hat auch zu einer entsprechenden Zunahme der Menge des Stroms, der von den Produkten, die diese Komponenten enthalten, verbraucht wird, geführt. Bei einigen Anwendungen wie etwa batteriebetriebenen mobilen oder tragbaren Produkten ist eine begrenzte Menge an Strom oder Energie verfügbar. Angesichts der verhältnismäßig geringen Menge an Strom oder Energie, die in solchen Anwendungen verfügbar ist, bietet ein verringerter Stromverbrauch der Komponenten oder Produkte Vorteile oder Vorzüge, zum Beispiel eine Verlängerung der Batterielebensdauer, eine Verlängerung der „Betriebszeit“ oder der aktiven Zeit des Systems und dergleichen.The growing number of circuit elements, devices, subsystems, etc. has also resulted in a corresponding increase in the amount of power consumed by the products containing those components. In some applications, such as battery-powered mobile or portable products, a limited amount of power or energy is available. Given the relatively small amount of power or energy available in such applications, reduced power consumption of the components or products provides advantages or benefits, for example, an increase in battery life, an increase in "up time" or system active time, and the like .
Selbst in einer nicht tragbaren Umgebung führt ein erhöhter Stromverbrauch unweigerlich zu größeren Mengen an erzeugter Wärme, da die elektrische Energie nicht zu 100 % effizient verwendet wird. Daher bietet ein verringerter Stromverbrauch der Komponenten oder Produkte Vorteile oder Vorzüge, zum Beispiel eine verringerte Wärmemenge, verringerte Stromkosten und dergleichen.Even in an unsustainable environment, increased power consumption will inevitably lead to greater amounts of heat being generated as electrical energy is not used 100% efficiently. Therefore, reduced power consumption of the components or products offers advantages or benefits such as reduced heat quantity, reduced electricity costs, and the like.
Die Beschreibung in diesem Abschnitt und jede (alle) entsprechende(n) Figur(en) sind als Hintergrundinformationsmaterialien aufgenommen. Die Materialien in diesem Abschnitt sollten nicht als Zugeständnis, dass diese Materialien den Stand der Technik für die vorliegende Patentanmeldung darstellen, angesehen werden.The description in this section and each (all) corresponding figure(s) are included as background information. The materials in this section should not be taken as an admission that these materials constitute prior art to the present patent application.
Kurzdarstellung der ErfindungSummary of the Invention
Nach beispielhaften Ausführungsformen wird eine Vielfalt an Vorrichtungen und zugehörigen Verfahren für HF-Vorrichtungen ins Auge gefasst. Nach einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Vorrichtung einen HF-Empfänger zum Empfang von HF-Signalen auf. Der HF-Empfänger weist mehrere Modulationssignaldetektoren (MSDs) auf, um mehrere Detektionssignale zu erzeugen, wenn mehrere HF-Signale, die unter Verwendung von mehreren Modulationsschemata moduliert sind, detektiert werden. Der HF-Empfänger weist ferner eine Steuerung auf, um als Reaktion auf die mehreren Detektionssignale einen Empfang der mehreren HF-Signale zu bewirken.According to example embodiments, a variety of devices and associated methods for RF devices are contemplated. According to an exemplary embodiment, an apparatus has an RF receiver for receiving RF signals. The RF receiver has multiple modulation signal detectors (MSDs) to generate multiple detection signals when multiple RF signals modulated using multiple modulation schemes are detected. The RF receiver further includes a controller to cause reception of the plurality of RF signals in response to the plurality of detection signals.
Nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist eine Vorrichtung für eine Kommunikation unter Verwendung von HF-Signalen einen Sender zum Senden eines modulierten HF-Signals auf. Die gesendete Information wird unter Verwendung eines von mehreren Modulationsschemata auf das modulierte HF-Signal moduliert. Die Vorrichtung weist ferner einen Empfänger zum Empfang von Paketen von empfangenen modulierten HF-Signalen auf. Der Empfänger weist mehrere Modulationsschemadetektoren (MSDs) auf, um mehrere Detektionssignale zu erzeugen. Ein Paket wird empfangen, indem der Empfänger auf Basis eines Detektionssignals unter den mehreren Detektionssignalen konfiguriert wird. Das Detektionssignal wird von dem Paket erhalten.According to another exemplary embodiment, an apparatus for communication using RF signals includes a transmitter for transmitting a modulated RF signal. The transmitted information is modulated onto the modulated RF signal using one of several modulation schemes. The device further includes a receiver for receiving packets of received modulated RF signals. The receiver has multiple modulation scheme detectors (MSDs) to generate multiple detection signals. A packet is received by configuring the receiver based on a detection signal among the plurality of detection signals. The detection signal is obtained from the packet.
Nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines HF-Empfängers ein Erzeugen unter Verwendung mehrerer Modulationssignaldetektoren (MSDs) zur Erzeugung mehrerer Detektionssignale, wenn mehrere HF-Signale, die unter Verwendung von mehreren Modulationsschemata moduliert sind, detektiert werden. Das Verfahren umfasst ferner ein Bewirken des Empfangs der mehreren HF-Signale als Reaktion auf die mehreren Detektionssignale.According to another exemplary embodiment, a method of operating an RF receiver includes generating using multiple modulation signal detectors (MSDs) to generate multiple detection signals when multiple RF signals modulated using multiple modulation schemes are detected. The method further includes causing receipt of the plurality of RF signals in response to the plurality of detection signals.
Figurenlistecharacter list
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen lediglich beispielhafte Ausführungsformen und sollten daher nicht als Beschränkung des Umfangs der Anmeldung oder des beanspruchten Gegenstands angesehen werden. Durchschnittsfachleute werden verstehen, dass sich die offenbarten Konzepte für andere gleichermaßen wirksame Ausführungsformen eignen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche numerische Bezugszeichen, die in mehr als einer Zeichnung verwendet werden, gleiche, ähnliche oder gleichwertige Funktionen, Komponenten oder Blöcke.
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1 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
2 zeigt eine Schaltungsanordnung für das digitale Modem eines HF-Empfängers nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
3 zeigt Darstellungen von Frequenzantworten in einem HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
4 zeigt eine Schaltungsanordnung für das digitale Modem eines HF-Empfängers nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
5 zeigt eine Schaltungsanordnung für das digitale Modem eines HF-Empfängers nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
6 zeigt eine Schaltungsanordnung für das digitale Modem eines HF-Empfängers nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
7 zeigt eine Schaltungsanordnung für das digitale Modem eines HF-Empfängers nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
8 zeigt Darstellungen von Frequenzantworten in einem HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
9 zeigt eine Schaltungsanordnung für das digitale Modem eines HF-Empfängers nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
10 zeigt das Abtasten in einem herkömmlichen Empfänger. -
11 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
12 zeigt das gleichzeitige Abtasten in einem HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
13 zeigt die schlimmstmögliche Präambelankunft in einem HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
14 zeigt ein Ablaufdiagramm für die gleichzeitige Detektion in einem HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
15 zeigt die Kanalfilterbandbreitenwahl in einem HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
16 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
17 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
18 zeigt einen Netzwerkstapel mit einer gemeinsam verwendeten Medienzugriffssteuerung (medium access control, MAC) nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
19 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Netzwerkknoten nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
20 zeigt eine Steuerung für einen HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
21 zeigt ein Steuerablaufdiagramm für einen HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
22 zeigt ein Steuerzustandsdiagramm für einen HF-Empfänger nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
23 zeigt eine Steuerung für einen HF-Sender nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
24 zeigt ein Steuerablaufdiagramm für einen HF-Sender nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
25 zeigt ein Steuerzustandsdiagramm für einen HF-Sender nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
26 zeigt ein System für die Funkkommunikation nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
27 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine IC, die einen HF-Empfänger aufweist, nach einer beispielhaften Ausführungsform. -
28 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine IC, die einen HF-Empfänger und einen HF-Sender aufweist, nach einer beispielhaften Ausführungsform.
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1 shows a circuit arrangement for an HF receiver according to an exemplary embodiment. -
2 FIG. 12 shows a circuit arrangement for the digital modem of an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
3 12 shows plots of frequency responses in an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
4 FIG. 12 shows a circuit arrangement for the digital modem of an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
5 FIG. 12 shows a circuit arrangement for the digital modem of an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
6 FIG. 12 shows a circuit arrangement for the digital modem of an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
7 FIG. 12 shows a circuit arrangement for the digital modem of an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
8th 12 shows plots of frequency responses in an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
9 FIG. 12 shows a circuit arrangement for the digital modem of an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
10 shows sampling in a conventional receiver. -
11 shows a circuit arrangement for an HF receiver according to an exemplary embodiment. -
12 12 shows simultaneous sampling in an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
13 12 shows the worst case preamble arrival in an RF receiver according to an example embodiment. -
14 12 shows a flowchart for simultaneous detection in an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
15 12 shows channel filter bandwidth selection in an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
16 shows a circuit arrangement for an HF receiver according to an exemplary embodiment. -
17 shows a circuit arrangement for an HF receiver according to an exemplary embodiment. -
18 10 shows a network stack with shared medium access control (MAC) according to an example embodiment. -
19 shows a circuit arrangement for a network node according to an exemplary embodiment. -
20 FIG. 1 shows a controller for an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
21 12 shows a control flow diagram for an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
22 12 shows a control state diagram for an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
23 FIG. 1 shows a controller for an RF transmitter according to an exemplary embodiment. -
24 12 shows a control flow diagram for an RF transmitter according to an exemplary embodiment. -
25 12 shows a control state diagram for an RF transmitter according to an exemplary embodiment. -
26 12 shows a system for radio communication according to an exemplary embodiment. -
27 FIG. 12 shows a circuit arrangement for an IC having an RF receiver according to an exemplary embodiment. -
28 FIG. 12 shows a circuit arrangement for an IC having an RF receiver and an RF transmitter according to an exemplary embodiment.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Kommunikationsvorrichtungen und zugehörige Verfahren. Genauer betrifft die Offenbarung Kommunikationsvorrichtungen, worin HF-Empfänger mehrere Modulationsschemata verwenden, Sender, die zum Senden von HF-Signalen an derartige Empfänger geeignet sind, und zugehörige Verfahren.The disclosure generally relates to communication devices and associated methods. More specifically, the disclosure relates to communication devices wherein RF receivers employ multiple modulation schemes, transmitters suitable for transmitting RF signals to such receivers, and associated methods.
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft eine HF-Vorrichtung, die Empfänger mit einer gleichzeitigen Präambeldetektion (oder einer gleichzeitigen Detektion) aufweisen, und zugehörige Verfahren. Einige Anwendungen, wie etwa IoT-Anwendungen, für drahtlose Kurzstreckenkommunikationen bestimmen einen Empfänger, der mehr als einen Frequenzkanal oder mehr als eine PHY-Schicht oder mehr als einen PHY-Modus (z.B. Zigbee und Bluetooth) bewerten kann. Im Kontext der Beschreibung könnte ein Frequenzkanal ein Kanal oder ein Frequenzbereich mit überlappender Frequenz oder getrennter Frequenz sein. Beispiele umfassen den asynchronen Frequenzsprung, die Netzwerkerkennung (z.B. das passive Abtasten in IEEE 802.15.4), die automatische Frequenzkontrolle (automatic frequency control, AFC) bei der Abtastung und die Indikation der empfangenen Signalstärke (received signal strength indication, RSSI) oder Energiedetektionsabtastungen. Der Kürze halber bezieht sich die Beschreibung auf einen oder mehrere oder multiple Frequenzkanäle (Multi-Channel), doch sind die offenbarten Techniken und Vorrichtungen, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, auch auf mehrere PHYs oder PHY-Moden anwendbar.One aspect of the disclosure relates to an RF device having receivers with simultaneous preamble detection (or simultaneous detection) and associated methods. Some applications, such as IoT applications, for short-range wireless communications define a receiver that can evaluate more than one frequency channel or more than one PHY layer or more than one PHY mode (e.g., Zigbee and Bluetooth). In the context of the description, a Fre quenzkanal be a channel or a frequency range with overlapping frequency or separate frequency. Examples include asynchronous frequency hopping, network detection (e.g., passive scanning in IEEE 802.15.4), automatic frequency control (AFC) in scanning, and received signal strength indication (RSSI) or energy detection scanning. For brevity, the description refers to one or more or multiple frequency channels (multi-channel), however, as those of ordinary skill in the art will understand, the disclosed techniques and apparatus are also applicable to multiple PHYs or PHY modes.
Die Sendungen bei derartigen Anwendungen wie den oben genannten IoT-Anwendungen, können auf mehr als einer Trägerfrequenz stattfinden. Zudem kann mehr als ein Modulationsschema oder mehr als eine PHY oder mehr als ein PHY-Modus verwendet werden. Bei derartigen Anwendungen weist ein System-auf-Chip (system on chip, SOC), das die Funkeinrichtung (RX, TX oder beides) aufweist, typischerweise einen Paket-Handler und einen Protokolltimer (entweder in Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination davon umgesetzt) auf. Unter diesen Umständen vermeiden HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen eine Verdoppelung verschiedenen Teilen oder Blöcken des HF-Empfängers wie etwa des Paket-Handlers und des Protokolltimers.The transmissions in applications such as the IoT applications mentioned above can take place on more than one carrier frequency. In addition, more than one modulation scheme or more than one PHY or more than one PHY mode can be used. In such applications, a system on chip (SOC) that includes the radio (RX, TX, or both) typically includes a packet handler and a protocol timer (either in hardware, software, firmware, or a combination thereof implemented) on. Under these circumstances, RF receivers according to various embodiments avoid duplicating various parts or blocks of the RF receiver, such as the packet handler and the protocol timer.
Wenn mehrere Signale mit unterschiedlichen entsprechenden HF-Frequenzen empfangen werden, vermeiden HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen eine Verdoppelung einiger digitaler Verarbeitungsfunktionen. Die digitale Verarbeitung bringt typischerweise eine Verarbeitung von einigen Schichten des Protokollstapels (einschließlich der PHY, der Medienzugriffssteuerung (MAC), der Netzwerkschicht) mit sich. Typischerweise verwendet die digitale Verarbeitung eine Vielfalt an Ressourcen wie etwa Hardware, Speicher und Software. Die HF-Empfänger vermeiden die Verdoppelung einiger digitaler Verarbeitungsfunktionen, indem sie durch mehrere Signaldetektoren nach Eigenschaften, die mit den mehreren Signalen verbunden sind, suchen und einen Untersatz der mehreren Signale zur digitalen Verarbeitung oder zur gleichzeitigen digitalen Verarbeitung wählen. Die Eigenschaften können in der Präambel oder dem Sync-Wort oder dem PHY-Header oder dem MAC-Header oder einer Kombination davon enthalten sein. Bei einigen Ausführungsformen beruht die Wahl auf der ersten erfolgreichen Detektion unter den mehreren Signaldetektoren (first come, first serve) und werden nachfolgende Detektionen ignoriert, wenn ein Untersatz der mehreren Signale eine digitale Verarbeitung erfährt.When receiving multiple signals with different corresponding RF frequencies, RF receivers according to various embodiments avoid duplication of some digital processing functions. Digital processing typically entails processing from some layers of the protocol stack (including the PHY, the Media Access Control (MAC), the network layer). Typically, digital processing uses a variety of resources such as hardware, memory, and software. The RF receivers avoid duplicating some digital processing functions by searching for properties associated with the multiple signals through multiple signal detectors and selecting a subset of the multiple signals for digital processing or for simultaneous digital processing. The properties can be contained in the preamble, or the sync word, or the PHY header, or the MAC header, or a combination thereof. In some embodiments, the election is based on the first successful detection among the multiple signal detectors (first come, first serve) and subsequent detections are ignored if a subset of the multiple signals undergoes digital processing.
Die Signaldetektoren können wie nachstehend beschrieben eine Vielzahl an Schaltungsarten und Detektionstechniken aufweisen. Die Signaldetektoren stellen für die Basisbandsignale, die sie von einer Frequenzwandlerschaltung erhalten, welche (z.B. durch Mischen) frequenzverschobene Frequenzkanäle erzeugt, um die Basisbandsignale zu erzeugen, Signalqualitätsmetriken (Metriken, die die Wahrscheinlichkeit angeben, dass das empfangene Signal ein gewünschtes Signal ist, z.B. eine Frequenzabweichung innerhalb der Grenzen eines vorherbestimmten Höchst- und Mindestabweichungsschwellenwerts und/oder eine Korrelation mit einer gewünschten Symbolabfolge (Präambel oder Sync-Wort) aufweist und/oder einen Frequenzfehler, der geringer als ein vorherbestimmter Frequenzversatzschwellenwert ist, und/oder ein Signal-Rausch-Verhältnis (signal to noise ratio, SNR), das größer als ein vorherbestimmter SNR-Schwellenwert ist, aufweist) bereit. Bei beispielhaften Ausführungsformen können die Signaldetektoren beliebige aus Präambeldetektoren, Sync-Wort-Detektoren, RSSI-Detektoren (d.h., um RSSI-Metriken für ein empfangenes oder bereitgestelltes Signal zu liefern), Signalankunftsdetektoren (wie z.B. in der am 14. November 2013 eingereichten US-Patentanmeldung Nr.
In Anwendungen wie IoT-Anwendungen wurden einige herkömmliche Ansätze verwendet. Ein Ansatz ist, eine Frequenz nach der anderen zu bewerten. Diese Technik kann ein verhältnismäßig langsamer Prozess sein, da der Empfänger diese Bewertung möglicherweise viele Male wiederholen kann. Außerdem bringt diese Lösung ein Springen des Frequenzsynthesizers von einer Frequenz zu der nächsten mit sich, was für das Abschließen der Bewertung eine Einschwingzeit hinzufügt. Eine längere Bewertungszeit führt zu mehr Energieverbrauch. Ein zweiter Ansatz ist, mehrere Zwischenfrequenzpfade (ZF-Pfade) zu implementieren, wobei jeder ZF ein entsprechender Demodulator folgt. Dieser Ansatz weist einen verhältnismäßig hohen Energieverbrauch für all die Demodulatoren auf. Zudem sind mehrere Demodulatoren im Hinblick auf die Die-Fläche, die Schaltungskomplexität usw. kostspielig. Darüber hinaus bringt das Demodulieren mehrerer paralleler Kanäle ein paralleles Betreiben mehrerer Framesteuerungen mit sich, wodurch der Stromverbrauch und die Kosten erhöht werden, was diesen Ansatz für IoT-Anwendungen mit niedriger Leistung und geringen Kosten im Allgemeinen unpraktisch gestaltet.Some traditional approaches have been used in applications such as IoT applications. One approach is to evaluate one frequency at a time. This technique can be a relatively slow process as the recipient may be able to repeat this assessment many times. In addition, this solution involves hopping of the frequency synthesizer from one frequency to the next, which is necessary for the completion of the Adds a settling time to the rating. A longer evaluation time leads to more energy consumption. A second approach is to implement multiple intermediate frequency (IF) paths, with each IF followed by a corresponding demodulator. This approach has a relatively high power consumption for all the demodulators. Also, multiple demodulators are expensive in terms of die area, circuit complexity, and so on. Additionally, demodulating multiple parallel channels entails running multiple frame controllers in parallel, increasing power consumption and cost, making this approach generally impractical for low-performance, low-cost IoT applications.
HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen befassen sich mit den oben genannten Punkten. Es gibt auch zusätzliche Anwendungsfälle. Als ein Beispiel definiert Z-Wave eine gesonderte Frequenz, auf der die Funkeinrichtung Frames empfangen kann, während sie auch die anderen Z-Wave-Kanäle abtastet. Eine Vorrichtung, die die gleichzeitige Signaldetektion unterstützt, nach verschiedenen Ausführungsformen würde das Empfangen eines Frames ohne die zusätzliche Verzögerung und den zusätzlichen Stromverbrauch, die mit Empfängern, welche eine Frequenz nach der anderen bewerten, verbunden sind, gestatten. Im Gegenzug gestattet dieses Attribut der sendenden Vorrichtung, sehr kurze Präambeln und Nutzlasten zu verwenden, wodurch die Energie pro Sendeframe (TX-Frame) verringert wird. Dieses Schema würde die Verwendung von Energieerntequellen, die die Sender bestromen, ermöglichen.RF receivers according to various embodiments address the above issues. There are additional use cases as well. As an example, Z-Wave defines a separate frequency on which the radio can receive frames while also scanning the other Z-Wave channels. An apparatus supporting simultaneous signal detection, according to various embodiments, would allow a frame to be received without the additional delay and power consumption associated with receivers evaluating one frequency at a time. In turn, this attribute allows the sending device to use very short preambles and payloads, thereby reducing the energy per transmit (TX) frame. This scheme would allow the use of energy harvesting sources that power the transmitters.
Ein anderes Beispiel ist der wie zum Beispiel in https://www. silabs. com/community/wireless/proprietary/knowledgebase.entry.html/2019/06/20/channel scanning-8x31 beschriebene asynchrone Kanalsprung. Dieses Schema bestimmt, dass ein Knoten fähig sein soll, einige Kanäle nach einem Signal mit einer begrenzten Präambellänge abzutasten. Diese Bestimmung lässt verhältnismäßig wenige Präambelsignale pro Kanal für die Detektion einer Präambel zurück, was die Zeit, um das Signal verlässlich zu detektieren, beschränkt. Durch das gleichzeitige Empfangen von mehreren Kanälen sorgen HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen dafür, dass mehr Zeit pro Kanal verfügbar ist. Diese Zeit kann benutzt werden, um die Leistung der Signalqualitätsdetektion zu verbessern (z.B. weniger falsch positive Detektionen) oder Strom zu sparen, indem zum Beispiel in dem Präambelerfassungsmodus in den Energiesparmodus umgeschaltet wird oder in den Ruhemodus gegangen wird. Ein anderes Beispiel ist Bluetooth Low Energy (BLE). BLE bestimmt zum Beispiel während der Suche nach Advertising Packets eine verhältnismäßig rasche Kanalabtastung. HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen können der raschen Kanalabtastung von BLE entgegenkommen.Another example is as for example in https://www. silabs. com/community/wireless/proprietary/knowledgebase.entry.html/2019/06/20/channel scanning-8x31. This scheme specifies that a node should be able to scan some channels for a signal with a limited preamble length. This determination leaves relatively few preamble signals per channel for detection of a preamble, which limits the time to reliably detect the signal. By receiving multiple channels simultaneously, RF receivers according to various embodiments allow more time per channel to be available. This time can be used to improve signal quality detection performance (e.g. fewer false positive detections) or to save power, for example by switching to power saving mode or going to sleep mode in the preamble detection mode. Another example is Bluetooth Low Energy (BLE). For example, BLE determines relatively rapid channel scanning while searching for advertising packets. RF receivers according to various embodiments can accommodate BLE's rapid channel scan.
Bei beispielhaften Ausführungsformen ist der HF-Empfänger in der Lage, Signale ohne den Overhead mehrerer paralleler Demodulatoren gleichzeitig auf mehreren Frequenzkanälen zu detektieren. Der HF-Empfänger tut dies, indem er verhältnismäßig einfache Signaldetektoren mit niedriger Leistung (einen pro ZF-Pfad) und wenigstens einen Demodulator verwendet. Bei den meisten IoT-Anwendungsfällen würde ein Demodulator ausreichen. Die Signaldetektoren können verglichen mit der herkömmlichen Mehrfachdemodulatorlösung eine viel geringere Komplexität und eine viel niedrigere Leistung aufweisen, wodurch Strom gespart wird und die Komplexität und/oder die Kosten verringert werden. Bei beispielhaften Ausführungsformen wird ein Multifrequenzkanal-HF-Empfänger verwendet, um wenigsten ein Empfangssignal auf mehreren der Frequenzkanäle zu empfangen. Er tut dies, indem er eine Frontend-Schaltung in der HF-Empfangsschaltungsanordnung verwendet, um Frequenzverschiebungen auf die Frequenzkanäle anzuwenden, um mehrere gefilterte Basisbandsignale zu erzeugen. Signaldetektoren werden verwendet, um die Signalqualität jedes gefilterten Basisbands gleichzeitig zu messen. Eine Steuerung wählt (wenigstens) eines der gefilterten Basissignale zur Demodulation durch (wenigstens) einen Demodulator.In exemplary embodiments, the RF receiver is capable of simultaneously detecting signals on multiple frequency channels without the overhead of multiple parallel demodulators. The RF receiver does this using relatively simple, low power signal detectors (one per IF path) and at least one demodulator. For most IoT use cases, a demodulator would suffice. The signal detectors can have much less complexity and much lower performance compared to the traditional multiple demodulator solution, thereby saving power and reducing complexity and/or cost. In exemplary embodiments, a multi-frequency channel RF receiver is used to receive at least one received signal on multiple of the frequency channels. It does this by using front-end circuitry in the RF receive circuitry to apply frequency shifts to the frequency channels to produce multiple filtered baseband signals. Signal detectors are used to measure the signal quality of each filtered baseband simultaneously. A controller selects (at least) one of the filtered base signals for demodulation by (at least) one demodulator.
Der HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen benutzt die Aktivität mit einer geringen Einschaltdauer, die sich bei einigen Anwendungen wie etwas in IoT-Netzwerken findet. Zum Beispiel kann ein Türsensor, ein Lichtschalter ein Bewegungssensor oder ein Glasbruchdetektor weniger als etwa zehn Mal pro Tag auslösen. Mit anderen Worten weist der HF-Empfänger eine geringe Einschaltdauer des Betriebs auf (befindet er sich die meiste Zeit wenigstens zum Teil im Ruhe- oder Schlafmodus). Bei diesen Anwendungsfällen mit geringer Einschaltdauer ist es effizienter, mehrere Signaldetektoren zu betreiben, als mehrere Demodulatoren zu betreiben. In den meisten Fällen kann ein Demodulator genügen, was die Kosten verringert. Zum Beispiel könnte die Die-Fläche auf einem Chip oder einer IC verringert oder eingespart werden. Es kann sein, dass keiner der Signaldetektoren in irgendeinem der gefilterten Basisbandsignale ein gültiges Signal detektiert. In diesem Fall kann der Demodulator (können die Demodulatoren) in einem nichtaktiven Zustand mit niedriger Leistung verbleiben. Wenn irgendwann später ein Signaldetektor auslöst, kann die Steuerung dann einen Demodulator „aufwecken“ und dem Demodulator das zugehörige gefilterte Basisbandsignal zur Demodulation bereitstellen. Wenn zum Beispiel ein Signaldetektor 1 auslöst, kann eine Steuerung dem Demodulator dann ein gefiltertes Basisbandsignal 1 (das durch die ZF-Schaltung 1 bereitgestellt wird) zur Demodulation bereitstellen.The RF receiver according to various embodiments utilizes the low duty cycle activity found in some applications such as in IoT networks. For example, a door sensor, light switch, motion sensor, or glass breakage detector may trigger less than about ten times a day. In other words, the RF receiver has a low duty cycle of operation (being at least partially in sleep mode most of the time). In these low duty cycle applications, it is more efficient to operate multiple signal detectors than to operate multiple demodulators. In most cases, one demodulator can suffice, reducing costs. For example, die area on a chip or IC could be reduced or saved. None of the signal detectors may detect a valid signal in any of the filtered baseband signals. In this case, the demodulator(s) can remain in a non-active, low-power state. If at some point later a signal detector trips, the controller can then “wake up” a demodulator and provide the demodulator with the associated filtered baseband signal for demodulation. If for example a
Falls mehrere PHYs oder mehrere PHY-Moden auf mehreren Frequenzkanälen verwendet werden, kann der HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen an jedem gefilterten Basisbandsignal mehrere Signaldetektoren (für jede erwartete PHY oder jeden erwarteten PHY-Modus einen) verwenden. Wenn einer der Signaldetektoren auslöst, kann die Steuerung dann einen Demodulator, der zum Demodulieren der detektierten PHY (oder des detektierten PHY-Modus) geeignet ist, wählen und diesem Demodulator das zugehörige gefilterte Basisbandsignal bereitstellen. Bei anderen Ausführungsformen kann anstelle der Wahl eines Demodulators ein konfigurierbarer Demodulator so konfiguriert werden, dass er die detektierte PHY oder den detektierten PHY-Modus demoduliert. Wenn einer einzelnen PHY oder einem einzelnen PHY-Modus ein bestimmter Frequenzkanal zugeordnet ist (z.B. vorab bekannt, pro Inbetriebnahme), kann dann ein einzelner Signaldetektor an dem zugehörigen gefilterten Basisbandsignal verwendet werden. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerung dann, wenn mehrere Signaldetektoren auslösen, die sanften Detektionsausgänge der Signaldetektoren verwenden, um auf Basis der maximalen Wahrscheinlichkeit oder der maximalen Korrelation ein gefiltertes Basisbandsignal zu wählen. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen verwendet der HF-Empfänger einen analogen Abwärtswandler (z.B. einen rauscharmen Verstärker (low noise amplifier. LNA), einen In-Phase-&-Quadratur-Mischer (IQ-Mixer), einen programmierbaren Verstärker (programmable gain amplifier, PGA)), um auf die mehreren Frequenzkanäle eine Frequenzverschiebung anzuwenden, um ein kombiniertes analoges ZF-Signal zu erzeugen.According to various embodiments, if multiple PHYs or multiple PHY modes are used on multiple frequency channels, the RF receiver may use multiple signal detectors (one for each expected PHY or each expected PHY mode) on each filtered baseband signal. If one of the signal detectors triggers, the controller can then select a demodulator suitable for demodulating the detected PHY (or PHY mode detected) and provide that demodulator with the associated filtered baseband signal. In other embodiments, instead of choosing a demodulator, a configurable demodulator can be configured to demodulate the detected PHY or PHY mode. If a particular frequency channel is assigned to a single PHY or PHY mode (e.g. known in advance, per startup), then a single signal detector can be used on the associated filtered baseband signal. In other example embodiments, when multiple signal detectors fire, the controller may use the soft detection outputs of the signal detectors to choose a filtered baseband signal based on maximum likelihood or maximum correlation. In other exemplary embodiments, the RF receiver uses an analog down-converter (e.g., a low noise amplifier (LNA), an in-phase & quadrature (IQ) mixer, a programmable gain amplifier (PGA )) to apply a frequency shift to the multiple frequency channels to produce a combined analog IF signal.
Ein ZF-Analog-Digital-Wandler (ZF-ADW) wandelt das kombinierte analoge ZF-Signal um, um ein kombiniertes digitales ZF-Signal zu erzeugen. Mehrere digitale Abwärtswandler wenden einen Satz von Frequenzverschiebungen auf das kombinierte digitale ZF-Signal an, um mehrere Basisbandsignale zu erzeugen. Mehrere Kanalfilter können die mehreren Basisbandsignale filtern, um mehrere gefilterte Basisbandsignale zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass ein einzelner ADW und eine Frontend-Schaltungsanordnung (F-Mischer usw.) in Verbindung mit mehreren ZF-Pfadschaltungen oder -zweigen verwendet werden, was zu weniger Komplexität, geringeren Kosten und einem geringeren Energie- oder Stromverbrauch führt.An IF analog-to-digital converter (IF ADC) converts the combined analog IF signal to produce a combined digital IF signal. Multiple digital downconverters apply a set of frequency shifts to the combined digital IF signal to produce multiple baseband signals. Multiple channel filters can filter the multiple baseband signals to generate multiple filtered baseband signals. Note that a single ADC and front-end circuitry (F-mixer, etc.) are used in conjunction with multiple IF path circuits or branches, resulting in less complexity, lower cost, and lower power or power consumption.
Um eine erhöhte Flexibilität zu gestatten, wird bei einigen Ausführungsformen ein echter ZF-ADW (im Gegensatz zu komplex) verwendet. Der echte ZF-ADW wird positive wie auch negative Frequenzen weitergeben, so dass gesonderte Frequenzkanäle über und unter der Lokaloszillatorfrequenz (LO-Frequenz) empfangen werden können. Die endgültige Frequenzposition jedes einzelnen Frequenzkanals wird durch ihre zugehörige Komplexmischer- und Komplex-ZF-Filter-Stufe hergestellt. In solchen Fällen sollte die ZF-ADW-Bandbreite wie nachstehend in Verbindung mit
Bei verschiedenen Ausführungsformen könnten Schaltungen oder Hardware des HF-Empfängers durch gemeinsames Verwenden von Funktionen eingespart oder verringert werden. Zum Beispiel kann ein zweites Kanalfilter einen Multiplikator gemeinsam mit dem ersten Kanalfilter verwenden. Als anderes Beispiel kann die Nachschlagetabelle (Look Up Table, LUT) für die Sinus/Kosinuserzeugung in NCOs von den NCOs der digitalen Mischer gemeinsam verwendet werden. Wie nachstehend beschrieben wird, weisen HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen eine Schaltungsanordnung zur Kalibrierung der Spiegelfrequenzunterdrückung (image reject calibration, IR-cal) auf. Die IR-cal-Stufe kann gemeinsam verwendet werden, oder es können gesonderte IR-cal-Schaltungen verwendet werden. Gesonderte IR-cal-Stufen oder - Schaltungen können aufgrund der Frequenzabhängigkeit bei den durch Fehlanpassungen bei einer praktischen Umsetzung von verschiedenen Schaltungen oder Blöcken wie etwa Mischern, PGAs usw. und/oder einem Selbstmischen in den Mischerschaltungen verursachten IQ-Fehlern eine bessere Spiegelfrequenzunterdrückung bereitstellen, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Umgekehrt gestattet ein gemeinsames Verwenden der IR-cal-Schaltungen wie oben besprochen ein Einsparen von Hardware, Kosten usw. Bei beispielhaften Ausführungsformen sind die Signaldetektoren, die in dem HF-Empfänger verwendet werden, verhältnismäßig einfache Signaldetektoren. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, umfassen Beispiele Korrelatoren, Kostenfunktionsdetektoren, digitale Signalankunftsdetektoren (digital signal arrival detectors, DSA detectors), RSSI-Detektoren, Betragsdetektoren, Phasendetektoren, Phasendiskriminatoren, Differenzierte-Phasen-Detektoren usw.In various embodiments, circuitry or hardware of the RF receiver could be saved or reduced by sharing functions. For example, a second channel filter can share a multiplier with the first channel filter. As another example, the Look Up Table (LUT) for sine/cosine generation in NCOs can be shared between the NCOs of the digital mixers. As described below, RF receivers according to various embodiments include image reject calibration (IR-cal) circuitry. The IR-cal stage can be shared or separate IR-cal circuits can be used. Separate IR-cal stages or circuits can provide better image rejection due to the frequency dependence in the IQ errors caused by mismatches in a practical implementation of various circuits or blocks such as mixers, PGAs, etc. and/or self-mixing in the mixer circuits. as will be understood by those of ordinary skill in the art. Conversely, sharing the IR-cal circuits as discussed above allows for an on saving hardware, cost, etc. In exemplary embodiments, the signal detectors used in the RF receiver are relatively simple signal detectors. As will be understood by those of ordinary skill in the art, examples include correlators, cost function detectors, digital signal arrival detectors (DSA detectors), RSSI detectors, magnitude detectors, phase detectors, phase discriminators, differentiated phase detectors, etc.
Der ADW 35 erhält das verstärkte gemischte Signal, ein analoges Signal, und wandelt es in ein digitales gemischtes Signal um. Der ADW 35 liefert das digitale gemischte Signal dem digitalem Modem 40, das das digitale gemischte Signal filtern, decodieren, demodulieren usw. kann, um Daten zu extrahieren und die Daten an seinem Ausgang bereitzustellen. Es ist zu beachten, dass das digitale Modem 40 wie nachstehend beschrieben verschiedene Funktionen wie etwa eine Kanalfilterung, eine Signaldetektion und eine Modulation durchführen kann. Darüber hinaus ist zu beachten, dass trotz des Umstands, dass bei einigen Ausführungsformen auf die Sendefunktionalität (die Modulationsfunktion) verzichtet sein kann, der Kürze der Darstellung halber dennoch der Ausdruck „digitales Modem“ verwendet wird. Bei beispielhaften Ausführungsformen wird die Frontend-Schaltungsanordnung (z.B. der LNA 15, der Mischer 20, der LO 25, der PGA 30 und der ADW 35 wie oben erwähnt von den verschiedenen ZF-Zweigen oder -Schaltungen in dem digitalen Modem 40 verwendet. Die nachstehende Beschreibung beschreibt verschiedene digitale Modems 40 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Es ist zu beachten, dass trotz des Umstands, dass die Figuren und die begleitende Beschreibung der Kürze und der Klarheit der Darstellung halber zwei ZF-Pfade oder -Schaltungen zeigen, bei verschiedenen Ausführungsformen mehr als zwei ZF-Pfade oder -Schaltungen verwendet werden können, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden.The
Der DSA 90 wirkt als Signaldetektor. Daher detektiert der DSA 90 die Ankunft eines gewünschten oder bestimmten Signals (oder sucht oder wartet auf diese). Falls diese detektiert wird, liefert der DSA 90 der Steuerung 105 ein Signal, um die Signalankunft anzuzeigen. Als Reaktion liefert die Steuerung 105 dem Multiplexierer (MUX) 95 ein Wahlsignal, um den MUX 95 zur Lieferung des Ausgangs des Kanalfilters 85 an den digitalen Signalprozessor (DSP) 100 oder, allgemein, an einen oder mehrere Demodulatoren zu bringen. Somit beinhaltet eine Bezugnahme auf den DSP 100 bei verschiedenen Ausführungsformen die Verwendung eines oder mehrerer Demodulatoren. Die Steuerung 105 programmiert oder konfiguriert den DSP 100 auch für die detektierte Art von Signal, die PHY, den PHY-Modus usw. oder richtet ihn dafür ein. Als Reaktion extrahiert der DSP 100 die Daten aus dem Paket in dem Ausgangssignal des Kanalfilters 85, das den DSA 90 ausgelöst hat, und stellt die Daten an einem Ausgang bereit.The
Die zweite ZF-Pfad-Schaltung ist der ersten ZF-Pfad-Schaltung ähnlich und arbeitet auf eine ähnliche Weise. Verschiedene Blöcke in der zweiten ZF-Pfad-Schaltung verwenden bei ihrer Beschriftung im Gegensatz zu „a“ für die erste ZF-Pfad-Schaltung einen Zusatz „b“ (z.B. „IR-cal_b“ anstelle von „IR-cal_a“ für die erste ZF-Pfad-Schaltung). Somit weist die zweite ZF-Pfad-Schaltung die IR-Kalibrierungsschaltung 135 (mit „IR-cal_b“ beschriftet), den NCO 130 (mit „NCO b“ beschriftet“, den Dezimator 120 (mit „DEC1b“ beschriftet), das Kanalfilter 115 (mit „CHFb“ beschriftet) und den DSA 110 (mit „DSAb“ beschriftet) auf. Wenn der DSA 110 durch die zweite ZF-Pfad-Schaltung, d.h., in dem Ausgangssignal des Kanalfilters 115, die Ankunft eines gewünschten oder bestimmten Signals detektiert, liefert sie der Steuerung 105 eine Anzeige der Signalankunft. Als Reaktion liefert die Steuerung 105 dem MUX 95 ein Wahlsignal, um den MUX 95 zur Lieferung des Ausgangs des Kanalfilters 110 an den DSP 100 zu bringen.The second IF path circuit is similar to the first IF path circuit and operates in a similar manner. Various blocks in the second IF path circuit use a suffix “b” (e.g. “IR-cal_b” instead of "IR-cal_a" for the first IF path circuit). Thus, the second IF path circuit has the IR calibration circuit 135 (labeled "IR-cal_b"), the NCO 130 (labeled "NCO b"), the decimator 120 (labeled "DEC1b"), the channel filter 115 (labeled "CHFb") and the DSA 110 (labeled "DSAb") When the
Die Steuerung 105 programmiert oder konfiguriert den DSP 100 auch für die detektierte Art von Signal, die PHY, den PHY-Modus usw. oder richtet ihn dafür ein. Als Reaktion extrahiert der DSP 100 die Daten aus dem Paket in dem Ausgangssignal des Kanalfilters 115, das den DSA 110 ausgelöst hat, und stellt die Daten an einem Ausgang bereit. Dadurch ist der HF-Empfänger fähig, gleichzeitig mehrere PHYs oder PHY-Moden oder Signale auf mehreren Frequenzkanälen zu detektieren. Es ist zu beachten, dass die NCOs der ersten und der zweiten ZF-Pfad-Schaltung Ausgangsfrequenzen aufweisen, die den beiden Frequenzkanälen, auf denen die jeweiligen ZF-Pfad-Schaltungen arbeiten, entsprechen. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerung 105 die Ausgangsfrequenzen des NCO 70 und des NCO 130 festlegen, programmieren oder konfigurieren. Es ist ferner zu beachten, dass wie oben beschrieben bei einigen Ausführungsformen abhängig von der Anzahl der Frequenzkanäle, deren gleichzeitige Abtastung gewünscht ist, mehr als zwei ZF-Pfad-Schaltungen verwendet werden können. Zudem ist zu beachten, dass bei einigen Ausführungsformen der DSA 90 und der DSA 110 wie gewünscht so programmiert werden können, dass sie die gleiche PHY oder den gleichen PHY-Modus, aber bei unterschiedlichen Frequenzen, empfangen.The
Die Abtastungen (IQ oder Phase oder Betrag oder eine Kombination) werden in Ringpuffern, die durch den RAM 180 und den RAM 195 gebildet sind, gespeichert. In dieser Schaltung des HF-Empfängers kann der Korrelator 190 eine Korrelationsspitze detektieren, während er ein Synch-Wort (ein Synchronisationswort) für sync wort a verarbeitet. Dann kann der DSP 100 unter Verwendung des RAM 195 zu dem Sync-Wort „zurückspulen“ und eine Vorwärtsfehlerkorrekturdekodierung (forward error correction decoding, FEC decoding) gefolgt von einer Sync-Wort-Demodulation anwenden (z.B. wie bei einer BLE-codierten PHY oder einem PHY-Modus). Es ist zu beachten, dass eine Kombination der in
Bei beispielhaften Ausführungsformen können die ZF-Prozessoren 205 und 210 jeweils ein Koordinatenrotationsdigitalrechner (CORDIC) oder jede beliebige andere Schaltung zur Umwandlung von Kartesisch in Polar sein. Jeder der ZF-Prozessoren 205 und 210 kann auch unter Verwendung eines CORDIC gefolgt von einem Phasendifferenzierer aufgebaut sein, wobei die Differenzierung überabgetastet sein kann (mehrere Differenzierungen pro Symbol) oder eine Differenzierung pro Symbol verwendet werden kann. Es ist auch möglich, dass die ZF-Prozessoren 205 und 210 einen Betrag oder einen logarithmischen Betrag für Amplitudenumtastungs- (amplitude shift keying, ASK) oder Ein/Aus-Abtastungsanwendungen (on-off keying, OOK) bereitstellen können. Zudem könnten die ZF-Prozessoren 205 und 210 mit einem Slicer erweitert werden, um den rohen Betrag, die Phase oder die differenzierte Phase in Werte von 1 oder 0 zu trennen. Darüber hinaus kann eine Kombination der in
Der DSA oder der Korrelator, der zuerst auslöst, bewirkt, dass die Steuerung 105 den MUX 95 wählt, um den zugehörigen Kanalfilterausgang an den DSP 100 zu übermitteln, und konfiguriert den DSP 100 je nach dem detektierten Signal, der detektierten PHY oder dem detektierten PHY-Modus, wie oben beschrieben wurde. Der DSP 100 extrahiert die Daten aus dem Paket, bei dem der DSA ausgelöst hat. Falls beide DSAs oder Korrelatoren zu der gleichen Zeit auslösen, könnte das höchste Korrelationsergebnis verwendet werden, um den Kanal, von dem der DSP 100 die Daten extrahiert, zu wählen. Alternativ könnte ein Prioritätsschema verwendet werden, so dass eine bestimmte PHY die Priorität, zuerst demoduliert zu werden, erlangt, wann immer beide Korrelatoren oder DSAs zu der gleichen Zeit auslösen. Zudem könnte der DSA oder ein TRECS (Timing RECovery System) auch den Restfrequenzversatz extrahieren, um die Ausrichtung durch Regulieren der LO- oder der NCO-Frequenz zu verbessern. Sobald die Modulation in einem der Kanalfilter ausgerichtet ist, kann die Bandbreite dieses Kanalfilters verringert werden, um die Empfindlichkeit zu verstärken, das Rauschen zu verringern und die Kanalselektivität zu verbessern. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, beschleunigt das Hinzufügen von mehr ZF-Pfad-Schaltungen (gleichzeitigen Empfangskanälen) abtastende AFC-Systeme.The DSA or correlator that fires first causes the
Ein anderer Aspekt der Offenbarung betrifft die gleichzeitige Signaldetektion in HF-Empfängern durch Verwenden von mehreren Signaldetektoren. Allgemein gesprochen bieten HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen eine gleichzeitige Detektion von Mustern (oder eine Detektion von Mustern in Signalen). Die Muster können eine Präambel, ein Synchronisationswort (Synch-Wort) oder beides enthalten. Daher bildet die gleichzeitige Musterdetektion bei verschiedenen Ausführungsformen eine gleichzeitige Präambeldetektion, eine gleichzeitige Synch-Wort-Detektion und/oder eine gleichzeitige Präambel- und Synch-Wort-Detektion. Ohne den allgemeinen Charakter zu beschränken, kann die nachstehende Beschreibung die Präambeldetektion, die Synch-Wort-Detektion oder beide betreffen. Mit anderen Worten enthalten die Muster wie erwähnt im Allgemeinen (eine) Präambel(n), (ein) Synch-Wort(e) und/oder beides. Daher können Bezugnahmen auf eine Präambeldetektion oder einen Präambeldetektor in der Beschreibung verallgemeinert oder auf Muster oder die Musterdetektion allgemein angewendet werden, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Ebenso können Bezugnahmen auf eine Synch-Wort-Detektion oder ein Synch-Wort in der Beschreibung verallgemeinert oder auf Muster oder die Musterdetektion allgemein angewendet werden, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden.Another aspect of the disclosure relates to simultaneous signal detection in RF receivers by using multiple signal detectors. Generally speaking, RF receivers according to various embodiments provide simultaneous detection of patterns (or detection of patterns in signals). The patterns may contain a preamble, a synchronization (synch) word, or both. Therefore, in various embodiments, the simultaneous pattern detection constitutes a simultaneous preamble detection, a simultaneous synch word detection, and/or a simultaneous preamble and synch word detection. Without limiting the general character, the following description may concern preamble detection, synch word detection or both. In other words, as mentioned, the patterns generally contain preamble(s), synch word(s), and/or both. Therefore, references in the specification to preamble detection or detector may be generalized or applied to patterns or pattern detection in general, as will be understood by those of ordinary skill in the art. Likewise, references in the specification to synch word detection or synch word may be generalized or applied to patterns or pattern detection in general, as will be understood by those of ordinary skill in the art.
Der Empfänger weist möglicherweise keine dahingehenden Vorkenntnisse auf, welche PHY-Art gesendet wird (welcher PHY-Art das gesendete Signal entspricht). Als Ergebnis muss der Empfänger während einer einzelnen Präambel-Übertragung die drei PHY-Arten abtasten, damit er eine Präambeldetektion vornehmen kann. Die Präambellängen sind gerade ausreichend lang, um dieses Schema zu unterstützen, während eine annehmbare Batterielebensdauer bewahrt wird. In
Bei Z-Wave verlangen die Spezifikationen eine Präambeldetektion während der Dauer der gesendeten Präambel. Entsprechend ist die Präambel länger als eine bestimmte Länge, um die Spezifikation zu unterstützen. Ein Abtastzeitraum bildet typischerweise den Zeitraum, in dem der Empfänger eingeschaltet (bestromt) ist, um für einen bestimmten Zeitraum zu detektieren. Typischerweise ist der Abtastzeitraum die Summe der Einschwingzeit der automatischen Verstärkungsregelung (automatic gain control, AGC), der Gruppenverzögerung von der Antenne zu dem Präambeldetektor, der Empfängereinschwingzeit (z.B. der Einschwingzeit der AFC-Schleife), der asynchronen Verzögerung (die Phase der einlangenden Präambel könnte zu dem Korrelator in dem Präambeldetektor umgekehrt sein) und des Detektionsfensters (der Bewertungszeit für den Signaldetektor oder den Präambeldetektor, um die PHY-Abfolge zu detektieren). Wie Durchschnittsfachleute verstehen ist ein verhältnismäßig langes Detektionsfenster erwünscht, doch werden die Abtastzeiträume (AZ) durch die Präambellänge beschränkt. Wie erwähnt tasten Z-Wellen-Empfänger, die gemäß der Z-Wellen-Spezifikation arbeiten, mehrere PHYs, z.B. R1, R2 und R3, ab (tasten im Hinblick auf empfangene Signale, die den mehreren PHYs entsprechen, ab). In Bezug auf die Zeit ausgedrückt, weist die PHY R2 die kürzeste Präambel auf. Wie oben erwähnt wurde, konfigurieren herkömmliche Lösungen den Empfänger so, dass er sequentiell nach Präambeln abtastet. Die Präambeln aller PHYs sind ziemlich lang, so dass der sequentiell abtastende Empfänger niemals ein Packet verpassen sollte. Doch Z-Wave sorgt für die Einbringung einer zusätzlichen PHY für die Langstreckenkommunikation. Ein Abtasten nach vier PHYs könnte problematisch werden, da die Präambellängen der Legacy-PHYs nicht geändert werden können. Ein sequentielles Abtasten würde ein Beschleunigen der Abtastzeiträume bedeutet, was bedeutet, dass die Länge des Präambelkorrelators verringert werden müsste. Dies verursacht jedoch einen erhöhten Paketfehlerratenboden, einen Verlust der Empfindlichkeit und eine verringerte Robustheit gegenüber Interferenzen.With Z-Wave, the specifications require preamble detection during the duration of the transmitted preamble. Accordingly, the preamble is longer than a certain length to support the specification. A sample period typically constitutes the period that the receiver is on (energized) to detect for a specified period of time. Typically, the sample period is the sum of the automatic gain control (AGC) settling time, the group delay from the antenna to the preamble detector, the receiver settling time (e.g., the AFC loop settling time), the asynchronous delay (the phase of the incoming preamble could be reversed to the correlator in the preamble detector) and the detection window (the evaluation time for the signal detector or the preamble detector to detect the PHY sequence). As will be understood by those of ordinary skill in the art, a relatively long detection window is desirable, but the sample periods (AZ) are limited by the preamble length. As mentioned, Z-Wave receivers operating according to the Z-Wave specification sample (sample for received signals corresponding to the multiple PHYs) multiple PHYs, e.g., R1, R2, and R3. In terms of time, the PHY R2 has the shortest preamble. As mentioned above, conventional solutions configure the receiver to scan for preambles sequentially. The preambles of all PHYs are quite long, so the sequentially scanning receiver should never miss a packet. But Z-Wave ensures the incorporation of an additional PHY for long-distance communication. Scanning for four PHYs could become problematic since the preamble lengths of the legacy PHYs cannot be changed. Sequential sampling would mean speeding up the sampling periods, which means that the length of the preamble correlator would have to be reduced. However, this causes an increased packet error rate floor, loss of sensitivity, and reduced robustness to interference.
HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen unterstützen die gleichzeitige Signaldetektion, d.h., die gleichzeitige Präambeldetektion, indem sie mehrere Signaldetektoren (z.B. Präambeldetektoren) verwenden. Eine typische Anwendung für derartige Empfänger wäre ein Kommunikationssystem, das mehrere PHYs verwendet, wobei der Empfänger über keine dahingehenden vorherigen Kenntnisse (Vorkenntnisse) verfügt, welche PHY gesendet wird. Wie oben erwähnt wurde, bestimmt Z-Wave dieses Schema. Bei HF-Empfängern nach verschiedenen Ausführungsformen ist zur Vergrößerung des Kommunikationsbereichs eine zusätzliche PHY zur Unterstützung von Langstreckenanwendungen vorhanden (z.B. in Gebieten oder Ländern, die die FCC-Vorschriften erfüllen). Das Abtasten nach vier möglichen PGHYs (Signalen, die durch die entsprechenden PHYs gesendet werden) ist noch schwieriger als das Abtasten nach drei PHYs. HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen nutzen den Umstand, dass sich die PHYs R1 und R2 den gleichen Kanal teilen, um die PHYs R1 und R2 gleichzeitig abzutasten (die empfangenen HF-Signale, die den beiden jeweiligen PHYs entsprechen, abzutasten). HF-Empfänger nach verschiedenen Ausführungsformen zeigen eine erhöhte Empfangsempfindlichkeit, einen abgesenkten Paketfehlerratenboden und eine erhöhte Robustheit gegenüber Interferenzen.RF receivers according to various embodiments support simultaneous signal detection, i.e., simultaneous preamble detection, by using multiple signal detectors (e.g., preamble detectors). A typical application for such receivers would be in a communication system using multiple PHYs, where the receiver has no prior knowledge (prior knowledge) of which PHY is being transmitted. As mentioned above, Z-Wave governs this scheme. In RF receivers according to various embodiments, to increase the communication range, an additional PHY is present to support long-distance applications (e.g., in areas or countries that comply with FCC regulations). Scanning for four possible PGHYs (signals sent through the corresponding PHYs) is even more difficult than scanning for three PHYs. RF receivers according to various embodiments take advantage of the fact that PHYs R1 and R2 share the same channel to sample PHYs R1 and R2 simultaneously (sampling the received RF signals corresponding to the two respective PHYs). RF receivers according to various embodiments exhibit increased reception sensitivity, a lowered packet error rate floor, and increased robustness to interference.
Obwohl sich die nachstehende Besprechung auf die Verwendung von Empfängern nach verschiedenen Ausführungsformen in Systemen, die Z-Wave verwenden, bezieht, wird eine Verwendung von Empfängern nach verschiedenen Ausführungsformen durch Vornehmen passender Abwandlungen in Systemen mit anderen Spezifikationen als Z-Wave ins Auge gefasst und möglich, wie Durchschnittfachleute verstehen werden. Die Bezugnahmen auf Z-Wave, die entsprechende Beschreibung und die Empfängerarchitekturen und Schaltungsanordnungen sind daher lediglich beispielhaft und nicht beschränkend. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird eine gleichzeitig abtastende HF-Empfängerarchitektur oder eine teilweise gleichzeitig und teilweise sequentiell abtastende HF-Empfängerarchitektur verwendet. Um den Stromverbrauch und die Kosten des Empfängers zu verringern, werden das Kanalfilter und die gesamten Schaltungen vor dem Kanalfilter (d.h., zwischen der Antennenschnittstelle und dem Kanalfilter, wie der LNA, der HF-Mischer, der Frequenzsynthesizer, der PGA, der ADW, die ADW-Schleife, Dezimatoren und der digitale Mischer), zusammen die Frontend-Schaltungsanordnung (oder die Frontend-Schaltung), gemeinsam verwendet, wie nachstehend beschrieben wird. Es ist zu beachten, dass die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen lediglich erläuternd und beispielhaft sind, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, sind andere Ausführungsformen ins Auge gefasst und möglich. Zum Beispiel kann es sein, dass bei einigen Ausführungsformen das Kanalfilter, der digitale Mischer und/oder die Dezimatoren nach Wunsch nicht gemeinsam verwendet werden.Although the following discussion refers to the use of receivers according to various embodiments in systems using Z-Wave, use of receivers according to various embodiments is contemplated and possible by making appropriate modifications in systems with specifications other than Z-Wave , as those of ordinary skill in the art will understand. Therefore, references to Z-Wave, the related description, and receiver architectures and circuitry are exemplary only and not limiting. In various embodiments, a concurrently sampled RF receiver architecture or a partially concurrently and partially sequentially sampled RF receiver architecture is used. In order to reduce the power consumption and cost of the receiver, the channel filter and all the circuits before the channel filter (that is, between the antenna interface and the channel filter, such as the LNA, the RF mixer, the frequency synthesizer, the PGA, the ADC, the ADC loop, decimators and the digital mixer) together the front-end circuitry (or front-end circuitry) is shared as will be described below. It should be noted that the embodiments described and shown in the figures are only illustrative and exemplary, as will be understood by those of ordinary skill in the art. Like average subject as people will understand, other embodiments are contemplated and possible. For example, in some embodiments, the channel filter, digital mixer, and/or decimators may not be shared, if desired.
Bei einigen Ausführungsformen wird während der gleichzeitigen Präambelsuche ein einzelnes Kanalfilter für alle PHYs, die eine gleichzeitige Präambelsuche verwenden, benutzt. Bei derartigen Ausführungsformen ist die Kanalfilterbandbreite auf die Bandbreitenspezifikationen der PHY mit der höchsten bestimmten Bandbreite konfiguriert (oder eingerichtet oder programmiert), so dass das Kanalfilter die Signale für alle PHYS für eine gleichzeitige Präambelsuche weitergeben kann. Bei einigen Ausführungsformen wird das obige Schema erweitert und werden mehrere Präambeldetektoren verwendet, um die gleichzeitige Präambelsuche zu unterstützen. Jeder Präambeldetektor ist für eine der PHYs, die bei der gleichzeitigen Präambelsuche verwendet werden, konfiguriert, so dass eine Präambeldetektion mit der empfangenen PHY (d.h., der PHY, der ein empfangenes HF-Signal entspricht) verknüpft werden kann. Diese Schema gestattet eine PHYspezifische Optimierung in dem Empfänger.In some embodiments, a single channel filter is used for all PHYs using simultaneous preamble search during simultaneous preamble search. In such embodiments, the channel filter bandwidth is configured (or set up or programmed to the bandwidth specifications of the PHY with the highest specified bandwidth) so that the channel filter can pass the signals for all PHYS for a simultaneous preamble search. In some embodiments, the above scheme is extended and multiple preamble detectors are used to support simultaneous preamble search. Each preamble detector is configured for one of the PHYs used in simultaneous preamble search so that preamble detection can be associated with the received PHY (i.e., the PHY to which a received RF signal corresponds). This scheme allows PHY specific optimization in the receiver.
Beispiele für die Empfängeroptimierung sind (a) die AFC-Einstellungen, (2) die Kanalfilterbandbreite, (3) das Abtastratenwandlerverhältnis, (4) die Demodulatorkonfiguration, (5), die Decodierereinstellungen (z.B. Manchester/Non-Return-to-Zero (NRZ), Entschachtelung, Datenentweißung und FEC-Maschine), (6) eine zusätzliche Präambeldetektion und (7) die Konfiguration der Sync-Wort-Detektion. Jede der Optimierungen wird nachstehend beschrieben, und mit den beispielhaften Empfängerarchitekturen, die in den Figuren gezeigt sind und nachstehend ausführlich beschrieben werden, können eine oder mehrere Optimierungen verwendet werden.Examples of receiver optimization are (a) the AFC settings, (2) the channel filter bandwidth, (3) the sample rate converter ratio, (4) the demodulator configuration, (5), the decoder settings (e.g. Manchester/Non-Return-to-Zero (NRZ ), de-interleaving, data de-whitening and FEC engine), (6) an additional preamble detection and (7) the configuration of the sync word detection. Each of the optimizations is described below, and one or more optimizations may be used with the example receiver architectures shown in the figures and described in detail below.
(1) Die AFC-Einstellungen: Um die Verzögerung zu minimieren, wird der Frequenzfehler während der Präambelsuche gemessen, damit der Frequenzfehler sofort verfügbar ist, wenn die Präambel detektiert wird. Wenn einer der Präambeldetektoren eine Präambel findet, wird eine Frequenzkorrektur angewendet, um das einlangende Signal dicht an der Kanalmittenfrequenz auszurichten. Die Ausrichtung kann durch Ändern entweder des HF-Lokaloszillators oder des Oszillators, der den digitalen Mischer antreibt, bewerkstelligt werden. Die AFC kann einen Parameter (AFC-Grenze) verwenden, um das Höchstausmaß der Frequenzversatzkompensation zu begrenzen, um ein übermäßiges Abstimmen durch ungenaue Messungen zu verhindern. Da verschiedene PHYs unterschiedliche AFC-Grenzen aufweisen können, kann die Leistungsfähigkeit durch Einstellen der AFC-Grenze je nach der durch den Präambeldetektor gefundenen PHY (wobei die PHY dem empfangenen HF-Signal, für das eine Präambel detektiert wurde, entspricht), optimiert werden.(1) The AFC settings: In order to minimize the delay, the frequency error is measured during the preamble search so that the frequency error is immediately available when the preamble is detected. When one of the preamble detectors finds a preamble, a frequency correction is applied to align the incoming signal close to the channel center frequency. Alignment can be accomplished by changing either the RF local oscillator or the oscillator driving the digital mixer. The AFC can use a parameter (AFC Limit) to limit the maximum amount of frequency offset compensation to prevent over-tuning caused by inaccurate measurements. Since different PHYs may have different AFC limits, performance can be optimized by adjusting the AFC limit based on the PHY found by the preamble detector (where the PHY corresponds to the received RF signal for which a preamble was detected).
(2) Die Kanalfilterbandbreite: Da verschiedene PHYs eine unterschiedliche Modulationsbandbreite und einen unterschiedlichen Frequenzversatzbereich aufweisen können, kann die Leistungsfähigkeit durch Einstellen der Kanalfilterbandbreite je nach der durch den Präambeldetektor gefundenen PHY optimiert werden. Engere Bandbreiten können je nach der durch den Präambeldetektor gefundenen PHY gewählt werden, nachdem die AFC eingeschwungen ist, was die Empfangsempfindlichkeit und die Selektivität erhöhen wird. Die Kanalfilterbandbreite wird gewöhnlich durch die Filterabtastrate und die Kanalfilterkoeffizienten bestimmt. Bei einigen Ausführungsformen werden die Filterkoeffizienten so geändert, dass die Abtastrate, die durch anschließende oder nachfolgende Schaltungen verwendet wird, unverändert bleibt.(2) The channel filter bandwidth: Since different PHYs may have different modulation bandwidth and frequency offset range, performance can be optimized by adjusting the channel filter bandwidth depending on the PHY found by the preamble detector. Narrower bandwidths can be chosen depending on the PHY found by the preamble detector after the AFC has settled, which will increase receive sensitivity and selectivity. The channel filter bandwidth is usually determined by the filter sampling rate and the channel filter coefficients. In some embodiments, the filter coefficients are changed such that the sample rate used by subsequent or subsequent circuits remains unchanged.
(3) Das Abtastratenwanderverhältnis: Einige PHYs können eine Abtastratenanpassung für eine weitere Detektion verwenden, nachdem die Präambel solcher PHYs detektiert wurde (wobei die PHY dem empfangenen HF-Signal, für das eine Präambel detektiert wurde, entspricht). Die weitere Detektion kann mit einer Detektion der Präambel, des Sync-Worts, der Nutzlastdaten usw. verbunden sein. (4) Die Demodulatorkonfiguration: Die Präambeldetektoren können wie gewünscht gesonderte Blöcke sein, ohne eine Demodulatorschaltungsanordnung zu verwenden. Bei derartigen Ausführungsformen würde ein Demodulator je nach der PHY, die durch den entsprechenden Präambeldetektor gefunden wurde, aktiviert oder konfiguriert werden.(3) The sample rate migration ratio: Some PHYs may use sample rate adaptation for further detection after the preamble of such PHYs has been detected (where the PHY corresponds to the received RF signal for which a preamble was detected). Further detection may involve detection of the preamble, sync word, payload data, and so on. (4) The demodulator configuration: The preamble detectors can be separate blocks as desired without using any demodulator circuitry. In such embodiments, a demodulator would be activated or configured depending on the PHY found by the corresponding preamble detector.
(5) Die Decodierereinstellungen: Um die Kosten gering zu halten oder die Kosten zu verringern (minimale oder verringerte Die-Fläche) kann ein einzelner Decodierer verwendet werden. Zur Unterstützung einer derartigen Konfiguration kann der Decodierer je nach der durch den Präambeldetektor gefundenen PHY eingestellt werden. Die Decodierung kann zum Beispiel eine Manchester/Non-Return-to-Zero-Decodierung (NRZ-Decodierung), eine Entschachtelung, eine Datenentweißung, eine Vorwärtsfehlerkorrektur, eine Blockdecodierung usw. mit sich bringen. (6) Die zusätzliche Präambeldetektion: Nach einer anfänglichen Detektion der Präambel als Teil der gleichzeitigen PHY-Detektion kann eine zusätzliche Detektion eingesetzt werden, um die gesamte Verlässlichkeit der Präambeldetektion zu erhöhen. Zum Beispiel kann ein Präambeldetektor je nach der PHY, die durch den anfänglichen Präambeldetektor gefunden wurde, konfiguriert werden. (7) Die Konfiguration der Sync-Wort-Detektion: Wenn zwei oder mehr PHY die Sync-Wort-Detektionsschaltung gemeinsam verwenden, kann diese Schaltung je nach der durch den Präambeldetektor gefundenen PHY konfiguriert werden.(5) The decoder settings: To keep costs down or reduce costs (minimum or reduced die area), a single decoder can be used. To support such a configuration, the decoder can be tuned based on the PHY found by the preamble detector. For example, the decoding may involve Manchester/non-return-to-zero (NRZ) decoding, de-interleaving, data deskewing, forward error correction, block decoding, and so on. (6) The additional preamble detection: After an initial detection of the preamble as part of the simultaneous PHY detection, an additional detection can be employed to increase the overall reliability of the preamble detection. For example, a preamble detector can be configured depending on the PHY found by the initial preamble detector. (7) The configuration of the sync word detection: When two or more PHYs share the sync word detection circuitry, this circuitry can be configured depending on the PHY found by the preamble detector.
Wie erwähnt können die obigen Optimierungen bei verschiedenen Ausführungsformen einzeln, d.h., jede Optimierung für sich, verwendet werden, oder können mehrere Optimierungen gemeinsam verwendet werden. Zudem, oder stattdessen, kann bei einigen Ausführungsformen ein Multikanalempfang unterstützt oder verwendet werden, genauer durch ein beliebiges Kombinieren der Präambeldetektion mit den oben beschriebenen (in der oben genannten prioritären US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 16/668,834 genauer beschriebenen) Multikanalempfangstechniken. Genauer kann jeder ZF-Pfad wenigstens einen Detektor aufweisen, um eine Präambel oder ein Synchronisationswort (oder Synch-Wort) zu detektieren. Wenn eine Präambel oder ein Synchronisationswort detektiert wird, könnten dann Optimierungen auf die gleiche Weise wie oben beschrieben durchgeführt werden. Zum Beispiel könnte der Oszillator, der den digitalen Mischer antreibt, auf dem ZF-Pfad, der der Detektion entspricht, so abgestimmt werden, dass ein Frequenzversatz kompensiert wird, und könnte die Kanalfilterbandbreite verengt werden, um die Empfindlichkeit und die Selektivitätsleistungsfähigkeit zu verbessern. Zudem könnte(n) der /die andere(n) ZF-Pfad(e) stillgelegt (oder deaktiviert oder abgeschaltet) werden, um den Stromverbrauch zu verringern. Alle anderen Optimierungen, die in diesem Dokument beschrieben sind, können ebenfalls wie gewünscht bei einer Multikanalkonfiguration angewendet werden.As noted, in various embodiments, the above optimizations can be used individually, i.e. each optimization by itself, or multiple optimizations can be used together. Additionally, or instead, in some embodiments, multi-channel reception may be supported or used, specifically by any combination of preamble detection with the multi-channel reception techniques described above (described in more detail in above-referenced US priority patent application Serial No. 16/668,834). More specifically, each IF path may have at least one detector to detect a preamble or a synchronization word (or synch word). If a preamble or sync word is detected then optimizations could be performed in the same way as described above. For example, the oscillator driving the digital mixer could be tuned on the IF path corresponding to detection to compensate for frequency offset, and the channel filter bandwidth could be narrowed to improve sensitivity and selectivity performance. In addition, the other IF path(s) could be shut down (or disabled or turned off) to reduce power consumption. All other optimizations described in this document can also be applied as desired in a multi-channel configuration.
Die folgende Beschreibung stellt HF-Empfängerarchitekturen, Ablaufdiagramme und zugehörige Darstellungen, die einer gleichzeitigen Detektion entsprechen, nach verschiedenen Ausführungsformen bereit. Die HF-Empfänger können jede beliebige der oben beschriebenen Optimierungen verwenden. Darüber hinaus können die HF-Empfänger nach Belieben die oben beschriebenen Techniken verwenden, um einen Multikanalempfang umzusetzen und zu verwenden. Die HF-Empfänger verwenden einige der Blöcke oder Schaltungen (z.B. den LNA 15, den Mischer 20, den PGA 30, den ADW 35, den Dezimator 35 usw.), die in vorhergehenden Figuren (z.B.
Einige Techniken, die Durchschnittsfachleuten bekannt sind, können verwendet werden, um die Präambel und/oder das Synchronisationswort zu detektieren. Eine einfache Methode zur Detektion der Präambel und/oder des Synchronisationsworts kann aus einem Demodulieren des Signals und einem Durchführen eines binären Vergleichs zwischen einer vordefinierten Abfolge und dem demodulierten Ausgang bestehen. Wenn eine Übereinstimmung ohne Fehler oder mit verhältnismäßig wenigen Fehlern auftritt, könnte die Abfolge als detektiert angesehen werden. Beispiele für komplexere Detektionsverfahren sind in der am 6. Dezember 2016 eingereichten US-Patentanmeldung Nr.
Der Demodulator 305 liefert der Steuerung 105 Signale FOEa (die Frequenzversatzschätzung (frequency offset estimate FOE) von Demod_a, der PHYa entsprechend) und PDa (das Präambeldetektionssignal von Demod_a). Ebenso liefert der Demodulator 310 der Steuerung 105 Signale FOEb (die Frequenzversatzschätzung von Demod_b, der PHYb entsprechend) und PDb (das Präambeldetektionssignal von Demod_b). Als Reaktion auf die Signale FOEa und FOEb erzeugt die Steuerung 105 in Abhängigkeit davon, welcher Demodulator die Präambel detektiert hat (d.h., ob der FOEa entsprechende Demodulator 305 oder der FOEb entsprechende Demodulator 310 die Präambel detektiert hat), das Frequenzkompensationssignal (Freq_komp), das verwendet wird, um die Ausgangsfrequenz des NCO 70 und/oder die Ausgangsfrequenz des HF-Frequenzsynthesizers 25 einzustellen. Die Signale PDa und PDb werden verwendet, um jeweils die Präambeldetektion durch den Demodulator 305 und den Demodulator 310 zu bezeichnen.The
Der Demodulator 305 erzeugt auch ein Signal RSSIa, das die RSSI des durch den Demodulator 305 verarbeiteten Signals angibt und liefert es der Steuerung 105. Ebenso erzeugt der Demodulator 310 ein Signal RSSIb, das die RSSI des durch den Demodulator 310 verarbeiteten Signals angibt, und liefert es der Steuerung 105. Die Signale RSSIa und RSSIb werden in Abhängigkeit davon, welcher Demodulator die Präambel detektiert hat (d.h., ob der RSSIa entsprechende Demodulator 305 oder der RSSIb entsprechende Demodulator 310 die Präambel detektiert hat), jeweils verwendet, um die Verstärkungen des LNA 15 und des PGA 30 einzustellen. Die RSSI-Signale (oder Leistungspegelsignale) werden typischerweise nach dem Kanalfilter erhalten und geben den bandinternen Leistungspegel an. Wenn die RSSI den Pegel, bei dem eine verlässliche Detektion möglich ist, übersteigt, d.h., wenn die RSSI den Detektionspegel übersteigt, kann die Verstärkung in der Frontend-Schaltungsanordnung 277 verringert werden, während nach wie vor auf eine ausreichende RSSI für eine verlässliche Detektion abgezielt wird. Mit anderen Worten wird das Übermaß an Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) an dem Eingang des Demodulators gegen eine verbesserte Linearität in der Frontend-Schaltungsanordnung 277 eingetauscht, während eine verhältnismäßig gute Demodulationsleistungsfähigkeit bewahrt wird. Dieses Schema hilft dabei, die Intermodulationstoleranz des Empfängers zu verbessern. Unterschiedliche PHYs können unterschiedliche Detektionspegel aufweisen, was unterschiedliche AGC-Schwellenwerte verlangt (wenn die RSSI den AGC-Schwellenwert überschreitet, kann die Verstärkung der Frontend-Schaltungsanordnung 277 verringert werden). Wenn zum Beispiel das Signal PDa eine Detektion der PHYa angibt, kann die Steuerung 105 den ACGT-Schwellenwert auf den Wert setzen, der dem Detektionspegel der PHYa entspricht. Ein anderes Beispiel für die RSSI-basierte Verstärkungssteuerung ist in der
Der Demodulator 305 demoduliert das Signal, das der PHYa entspricht, um Datensignale DATAa zu erzeugen. Der Demodulator 310 demoduliert das Signal, das der PHYb entspricht, um Datensignale DATAb zu erzeugen. Die jeweiligen Datensignale (DATAa und DATAb) speisen die beiden Eingänge des MUX 95. Als Reaktion auf das Steuersignal DATAa/DATAb von der Steuerung 105 liefert der MUX 95 der FRC 315 entweder das Signal DATAa oder das Signal DATAb. Die Steuerung 105 liefert dem Kanalfilter 85 ein Bandbreiteneinstellsignal (CHF_BW, das mehrere Bits enthalten kann). Das Signal CHF_BW wird verwendet, um die Bandbreite des Kanalfilters 85 zu programmieren. Alternativ kann das Signal CHF_BW verwendet werden, um die Form der Filtereigenschaften oder die Transferfunktion zu verändern. Wenn zum Beispiel eine PHY detektiert wird, kann das Filter verändert werden, um eine angepasste, d.h., an die detektierte PHY angepasste, Filterantwort bereitzustellen, was für die Empfangsempfindlichkeit von Vorteil sein kann.
Wie oben erwähnt wurde, kann der HF-Empfänger in
Unter erneuter Bezugnahme auf
Zum Beispiel können die PHYa und die PHYb bei einigen Ausführungsformen unterschiedliche Kanalfilterbandbreitenspezifikationen aufweisen. Zunächst wird die Bandbreite des Kanalfilters 85 auf die breiteste festgelegte Bandbreite eingerichtet, damit beide PHYs empfangen werden können (die den PHYs entsprechenden HF-Signale empfangen werden können). Durch Anpassen der Bandbereite des Kanalfilters 85 auf die bestimmte Bandbreite der PHY, für die die Präambel detektiert wird, werden eine verbesserte Empfindlichkeit und eine verbesserte Interferenzimmunität erhalten. Als anderes Beispiel für eine Optimierung oder ein Merkmal können die verschiedenen PHYs bei einigen Ausführungsformen unterschiedliche Höchstfrequenzversatze aufweisen. Gewöhnlich weist der AFC-Bereich einen Frequenzeinstellgrenzparameter auf. Dieser Parameter kann auf Basis dessen, welcher Präambeldetektor auslöst (d.h., für welches der empfangenen HF-Signale, die den jeweiligen PHYs entsprechen, eine Präambel detektiert wird), festgelegt werden. Die Grenze wird verwendet, um die Frequenzeinstellung innerhalb des bestimmten Bereichs zu behalten. Ohne diese Grenze kann das Rauschen auf der Frequenzversatzschätzung verursachen, dass sich die Frequenzeinstellung nach außerhalb des gültigen Bereichs bewegt. Als anderes Beispiel für eine Optimierung oder ein Merkmal entsprechen bei einigen Ausführungsformen sowohl die RSSIa als auch die RSSIb vor der Präambeldetektion dem gleichen empfangenen Signal, weshalb die Werte der RSSIa und der RSSIb im Wesentlichen (oder beinahe oder fast) gleich sein würden. Nach der Präambeldetektion kann sich die Bandbreite des Kanalfilters 85 verändern und die AFC eingestellt werden. Diese Ereignisse können die RSSI-Signale beeinflussen, so dass bei einigen Ausführungsformen die RSSI der zugehörigen Präambeldetektion für AGC-Zwecke (d.h., die Ausrichtung der Verstärkungen des LNA 15 und des PGA 30) verwendet wird.For example, in some embodiments, the PHYa and the PHYb may have different channel filter bandwidth specifications. First, the bandwidth of the
Als anderes Beispiel für eine Optimierung oder ein Merkmal kann die FRC 315 bei einigen Ausführungsformen eine Vielfalt an Merkmalen aufweisen. Derartige Merkmale können wie gewünscht eine Sync-Wort-Zeitüberschreitung, eine Sync-Wort-Detektion, eine PHY-Header-Decodierung, eine Entweißung, einen FEC-Decodierer, eine Adressenfilterung, eine Frameprüfsummensequenzprüfung (frame checksum sequence check, FCS-Prüfung) usw. umfassen. die FRC 315 kann auch einige oder alle der Medienzugriffssteuerungs-Funktionen (Medium Access Control Functions, MAC-Funktionen) wie etwa eine Framesteuerung, eine MAC-Adressenfilterung, eine PAN-ID-Filterung, eine Sicherheitsverarbeitung, eine Handhabung von Informationselementen usw. verarbeiten. Was Beispiele für diese Funktionen betrifft, siehe den Standard IEEE 802.15.4-2015 für nähere Einzelheiten. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die FRC 315 (z.B. unter Verwendung eines oder mehrerer Steuersignale (nicht gezeigt), die von der Steuerung 105 bereitgestellt werden) so konfiguriert werden, dass sie MAC-Funktionen verarbeitet. Durch Verwenden der Steuersignale kann die Steuerung 105 das Aktivieren, Deaktivieren oder Konfigurieren der MAC-Funktionen auf Basis der Musterdetektionssignale PDa und/oder PDb bewirken oder steuern. Zum Beispiel können in einer Multiprotokollempfängeranwendung MAC-Funktionen auf Basis der Musterdetektionssignale PDa und/oder PDb gewählt werden. Als anderes Beispiel kann der Empfänger gleichzeitig nach einer Zigbee-Präambel und/oder einem Sync-Wort und einer Bluetooth-Low-Energy-Präambel (BLE-Präambel)/einer Zugriffsadresse suchen. Wenn ein Zigbee-Signal detektiert wird, kann die Steuerung 105 die FRC 315 so konfigurieren, dass eine Zigbee-MAC oder eine Zigbee-MAC-Funktionalität aktiviert wird. Umgekehrt kann die Steuerung 105 die FRC 315 bei Detektion eines BLE-Signals so konfigurieren, dass eine BLE-MAC oder eine BLE-MAC-Funktionalität aktiviert wird. Um die Multiprotokollanwendung zu unterstützen, können die Einstellungen und der Status der unterstützten Protokolle in einem Speicher (wie etwa zum Beispiel einem nichtflüchtigen Speicher (nicht gezeigt)) gehalten werden. Die Steuerung 105 kann eine Speichersteuerung verwenden, um die Einstellungen und die Statusinformation von der FRC 315 auf Basis von Musterdetektionsergebnissen in einen Speicher zu schreiben. Außerdem kann die Steuerung 105 eine Speichersteuerung verwenden, um die Einstellungen und die Statusinformationen auf Basis von Musterdetektionsergebnissen in die FRC 315 zurück auszulesen. Beispiele für derartige Einstellungen und Statussignale umfassen die PAN-ID, die Quellen- und die Zieladresse, die unterstützten PHY-Fähigkeiten, Framesteuerfelder usw., sind aber nicht darauf beschränkt. Siehe den Standard IEEE 802.15.4-2015 für weitere Einstellungen und Statusinformationen.As another example of an optimization or feature, the
Als anderes Beispiel für eine Optimierung oder ein Merkmal kann die FRC 315 bei einigen Ausführungsformen eine Vielfalt an Merkmalen aufweisen. Derartige Merkmale können wie gewünscht eine Sync-Wort-Zeitüberschreitung, eine Sync-Wort-Detektion, eine PHY-Header-Decodierung, eine Entweißung, einen FEC-Decodierer, eine Frameprüfsummensequenzprüfung (FCS-Prüfung) usw. umfassen.As another example of an optimization or feature, the
Bei dieser Ausführungsform kann der Demodulator 310 für das empfangene OFDM-Signal einen Detektor für ein langes Trainingsfeld und ein kurzes Trainingsfeld (long training field/short training field, LTF/STF) verwenden (dem oben beschriebenen Erzeugen von PDa ähnlich), wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Umgekehrt kann der Demodulator 305 wie oben beschrieben und von Durchschnittsfachleuten verstanden einen Präambeldetektor und/oder einen Synch-Wort-Detektor verwenden, um das PDb-Signal zu erzeugen. Bei diesem Beispiel kann das Spektrum, das der SUN-OFDM-PHY entspricht, beträchtlich breiter als das entsprechende Spektrum für die SUN-FSK-PHY sein. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform werden gesonderte Dezimatoren und Kanalfilter verwendet, um der Spektrumsdisparität entgegenzukommen.In this embodiment, the received
Genauer werden auf dem Signalpfad für den Demodulator 305 der Dezimator 80 und das Kanalfilter 85 verwendet. Umgekehrt werden auf dem Signalpfad für den Demodulator 310 der Dezimator 120 und das Kanalfilter 115 verwendet. Es ist zu beachten, dass durch die Steuerung 105 zwei gesonderte Steuersignale, CCHF-BWa und CHF_BWb, bereitgestellt werden, um jeweils die Bandbreiten der Kanalfilter 85 und 115 zu programmieren. Es ist zu beachten, dass abhängig von verschiedenen Faktoren unter Umständen ein einzelner Dezimator und ein einzelnes Kanalfilter verwendet werden können, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Diese Faktoren umfassen Designspezifikationen, Leistungsfähigkeitsspezifikationen, Kosten, die IC- oder Vorrichtungsfläche, die verfügbare Technologie (z.B. die realisierbare Bandbreite für ein Kanalfilter, die Halbleiterherstellungstechnologie usw.), Zielmärkte, Zielendverwender und dergleichen, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden.More specifically, on the signal path for the
Die Steuerung 105 erzeugt Signale Freq_komp_a und Freq_komp_b, die jeweils verwendet werden, um die Ausgangsfrequenzen des NCO 80 und des NCO 130 festzulegen. Zudem werden die Signale Freq_komp_a und Freq_komp_b dem MUX 375 als Eingangssignale bereitgestellt. Als Reaktion auf das von der Steuerung 105 bereitgestellte Wahlsignal (PDa/PDb, d.h., von welchem der Demodulatoren 305 und 310 eine Präambel detektiert wurde) liefert der MUX 375 dem HF-Frequenzsynthesizer 25 entweder Freq_komp_a oder Freq_komp_b. Der Frequenzsynthesizer 25 verwendet das Ausgangssignal des MUX 375, um seine Ausgangsfrequenz (das von dem Mischer 20 verwendete LO-Signal) festzulegen. Es ist zu beachten, dass bei den oben gezeigten Ausführungsformen jeweils Empfänger für eine gleichzeitige Detektion von zwei Präambeln (z.B. HF-Empfänger, die zwei Demodulatoren 305 und 310 aufweisen) gezeigt sind. Wie Durchschnittfachleute verstehen werden, können jedoch HF-Empfänger nach anderen Ausführungsformen wie gewünscht durch Vornehmen passender Abwandlungen (z.B. durch Verwenden von mehr als zwei Demodulatoren, Dezimatoren, Kanalfilter usw.) für eine gleichzeitige Detektion von mehr als zwei Präambeln verwendet werden. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, hängt die Wahl der Anzahl der gleichzeitig detektierten Präambeln von einer Vielfalt an Faktoren ab. Diese Faktoren umfassen Designspezifikationen, Leistungsfähigkeitsspezifikationen, die Kosten, die IC- oder Vorrichtungsfläche, die verfügbare Technologie wie etwa die Halbleiterherstellungstechnologie, Zielmärkte, Zielendverwender usw.The
Ein Netzwerk kann eine PHY verwenden, um einen Wechsel zu einer anderen PHY einzuleiten. Zum Beispiel wird die PHY bei BLE nach einer Verbindung durch Untersuchen der Fähigkeiten und Konfigurationen für beide Vorrichtungen in einem Vorgang, der als der PHY-Aktualisierungsvorgang bekannt ist, festgelegt. Für nähere Informationen siehe die Bluetooth-Spezifikation Version 5.0, Vol. 6, Part B, Section 5.1.10. Die Fähigkeit zur gleichzeitigen PHY-Detektion nach verschiedenen Ausführungsformen würde den PHY-Aktualisierungsvorgang überflüssig machen. Dieses Attribut würde die Latenzzeit und den Stromverbrauch, die mit dem Overhead für den PHY-Aktualisierungsvorgang verbunden sind, verringern. Zum Beispiel kann ein Knoten dann, wenn es die Verbindungsqualität gestattet, sofort entscheiden, unter Verwendung einer PHY mit einer höheren Rate zu senden, und würde der Empfänger, der die gleichzeitige Detektion nach verschiedenen Ausführungsformen aufweist, fähig sein, die PHY mit der höheren Rate zu empfangen. Zur Unterstützung der gleichzeitigen Detektion können Knoten die Fähigkeit zur gleichzeitigen Detektion mit anderen Knoten gemeinsam verwendet, indem sie ein PHY-Fähigkeitsfeld senden, damit die anderen Knoten durch Verwenden der gleichzeitigen Detektionsfähigkeit profitieren können. Zudem können die PHYs, die Teil der gleichzeitigen Detektion sind, in das gemeinsam verwendete PHY-Fähigkeitsfeld aufgenommen sein. In dem Standard IEEE 802.15.4 kann die Fähigkeit zur gleichzeitigen Detektion unter Verwendung des PHY-Fähigkeits-Informationselements (IE) übertragen werden (siehe z.B. IEEE 802.15.4-2015, Abschnitt 7.4.4.10). Zusätzlich kann das PHY-Fähigkeits-IE die PHYs, die Teil des gleichzeitigen Detektionsschemas oder der -anordnung sind, enthalten. Durch gemeinsames Verwenden der gleichzeitigen Detektionsfähigkeiten können Netzwerke über einen Migrationsweg von einem Legacy-Verfahren des PHY-Wechsels (z.B. dem PHY-Aktualisierungsvorgang bei BLE) zu einem vorteilhafteren Verfahren der gleichzeitigen Detektion verfügen.A network can use a PHY to initiate a switch to another PHY. For example, in BLE after a connection, the PHY is determined by examining the capabilities and configurations for both devices in a process known as the PHY update process. For more information, see the Bluetooth Specification Version 5.0, Vol. 6, Part B, Section 5.1.10. The simultaneous PHY detection capability of various embodiments would eliminate the need for the PHY update process. This attribute would reduce the latency and power consumption associated with the overhead of the PHY update process. For example, if link quality allows, a node may immediately decide to transmit using a higher rate PHY, and the receiver having simultaneous detection according to various embodiments would be able to use the higher rate PHY to recieve. To support simultaneous detection, nodes can share the simultaneous detection capability with other nodes by sending a PHY capability field to have the other Kno ths can benefit by using the simultaneous detection capability. Additionally, the PHYs that are part of the simultaneous detection may be included in the shared PHY capability field. In the IEEE 802.15.4 standard, the simultaneous detection capability can be conveyed using the PHY capability information element (IE) (see eg IEEE 802.15.4-2015, section 7.4.4.10). Additionally, the PHY capability IE may include the PHYs that are part of the simultaneous detection scheme or arrangement. By sharing the simultaneous detection capabilities, networks can have a migration path from a legacy method of PHY switching (eg, the PHY update process in BLE) to a more advantageous method of simultaneous detection.
Es ist zu beachten, dass die Steuerung 105 bei einigen Ausführungsformen wie gewünscht und von Durchschnittsfachleuten verstanden weniger Steuersignale, als in den Figuren gezeigt sind, bereitstellen kann. Zum Beispiel kann die Steuerung 105 bei einigen Ausführungsformen ein einzelnes Steuersignal, d.h., das Bandbreiteneinstellsignal, d.h., das oben beschriebene Signal CHF_BW (das mehrere Bits enthalten kann, oder die Signale CHF_BWa und CHF_BWb usw., wenn zwei oder mehr Kanalfilter verwendet werden) liefern. Bei einigen Ausführungsformen können von der Steuerung 105 zusätzlich zu dem (den) Bandbreiteneinstellsignal(en) andere Steuersignale, d.h., eines oder mehrere aus dem Signal PGA_Verstärkung, dem Signal LNA_Verstärkung, (einem) Steuersignal(en), das (die) der FRC 315 geliefert wird (werden), usw. bereitgestellt werden, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Die Wahl der Art und der Anzahl der Steuersignale hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Diese Faktoren umfassen Designspezifikationen, Leistungsfähigkeitsspezifikationen, die Kosten, die IC- oder Vorrichtungsfläche, die verfügbare Technologie, Zielmärkte, Zielendverwender und dergleichen, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden.It should be noted that in some embodiments,
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft HF-Kommunikationssysteme, die mehrere Modulationsschemata unterstützen. Das Modulationsschema ist der Prozess des Umwandelns von Daten in elektrische Signale, die zur Übertragung über ein Medium geeignet sind. Unterschiedliche Modulationsschemata sind durch einen unterschiedlichen Prozess oder eine unterschiedliche Reihenfolge von Prozessen gekennzeichnet. Eine Kommunikationsvorrichtung nach beispielhaften Ausführungsformen weist wie nachstehend beschrieben Knoten auf, die mit anderen Knoten in dem System kommunizieren können. Die Knoten können wie gewünscht und nachstehend beschrieben die Fähigkeit zum Empfang (RX) und zur Sendung (TX), d.h., eine Transceiver-Fähigkeit aufweisen. Beispielhaft und ohne Beschränkung können Knoten, Empfänger und Sender nach verschiedenen Ausführungsformen wie den in diesem Dokument beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen eines oder mehrere der folgenden Modulationsschemata verwenden: die Frequenzumtastung (FSK), die M-ary-FSK die M-ary-PSK, die Ein/Aus-Abtastung (OOK), die Amplitudenumtastung (ASK), die Quadraturphasenumtastung (QPSK), die Offset-Quadraturphasenumtastung (O-QPSK), die binäre Phasenumtastung (BPSK), die 1/4π-QPSK, die Quadraturamplitudenmodulation (QAM), das orthogonale Frequenzmultiplexieren (OFDM) und die Zirpenfrequenzspreizung (chirp spread spectrum, CSS). Die Wahl des verwendeten Modulationsschemas hängt von einer Vielfalt an Faktoren wie etwa den Design- und den Leistungsfähigkeitsspezifikationen, Anwendungsszenarien, den Kosten, der Komplexität, der verfügbaren Technologie usw. ab, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden.One aspect of the disclosure relates to RF communication systems that support multiple modulation schemes. The modulation scheme is the process of converting data into electrical signals suitable for transmission over a medium. Different modulation schemes are characterized by a different process or a different order of processes. A communication device according to example embodiments includes nodes that can communicate with other nodes in the system, as described below. The nodes may have receive (RX) and transmit (TX) capability, i.e., transceiver capability, as desired and described below. By way of example and not limitation, nodes, receivers, and transmitters according to various embodiments, such as the example embodiments described herein, may use one or more of the following modulation schemes: Frequency Shift Keying (FSK), M-ary FSK, M-ary PSK, Ein /off sampling (OOK), amplitude shift keying (ASK), quadrature phase shift keying (QPSK), offset quadrature phase shift keying (O-QPSK), binary phase shift keying (BPSK), 1/4π-QPSK, quadrature amplitude modulation (QAM), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and chirp spread spectrum (CSS). The choice of modulation scheme used depends on a variety of factors such as design and performance specifications, application scenarios, cost, complexity, available technology, etc., as will be understood by those of ordinary skill in the art.
Aufstrebende Netzwerkprotokolle wie Wi-SUN und Amazon Sidewalk verwenden Knoten, die danach streben, über einen verhältnismäßig weiten Bereich von Pfadverlust- und Interferenz/Multipfad-Bedingungen zu kommunizieren. Um verlässliche Kommunikationen zu unterstützen, können einige Modulationsschemata verwendet werden, wobei jedes Modulationsschema für einen bestimmten Anwendungsfall optimiert ist. Zum Beispiel kann ein FSK-Modulationsschema für Kommunikationen über eine verhältnismäßig lange Strecke verwendet werden und kann ein OFDM-Modulationsschema für eine Kommunikation mit einem verhältnismäßig hohen Durchsatz verwendet werden. Im Allgemeinen ist ein Modulationsschema mit einem hohen Durchsatz erwünscht, da es die Batterielebensdauer begünstigt oder einen niedrigeren Stromverbrauch aufweist und auch die Netzwerkdienstkapazität (eine kurze Nutzungszeit des Mediums) begünstigt. Umgekehrt verwendet eine Langstreckenübertragung typischerweise ein Modulationsschema, das für niedrigere Datenraten optimiert ist.Emerging network protocols such as Wi-SUN and Amazon Sidewalk use nodes that strive to communicate over a relatively wide range of path loss and interference/multipath conditions. A number of modulation schemes may be used to support reliable communications, with each modulation scheme optimized for a specific use case. For example, an FSK modulation scheme may be used for relatively long distance communications and an OFDM modulation scheme may be used for relatively high throughput communications. In general, a high throughput modulation scheme is desirable because it benefits battery life or has lower power consumption and also benefits network service capacity (short media usage time). Conversely, long-distance transmission typically uses a modulation scheme optimized for lower data rates.
Die breite Vielfalt an Anwendungsfällen, z.B. in dem IoT-Raum, verwendet zweckbestimmte und optimierte Modulationsschemata. Die breite Vielfalt an Anwendungsfällen ist das Ergebnis von unterschiedlichen Kostenstrukturen in den Knoten und unterschiedlichen Kommunikationsbedingungen. Zum Beispiel kann die Kostenstruktur von der Anwendung und verschiedenen Faktoren, wie etwa, ob der Knoten als Gateway-Vorrichtung oder als Endvorrichtung, dient, oder ob er durch eine Knopfzelle, eine Lithiumthionylchloridbatterie oder den Netzstrom bestromt wird, abhängen. Die Kommunikationsbedingungen können Kommunikationen über eine verhältnismäßig lange Strecke, einen verhältnismäßig hohen Durchsatz, einen verhältnismäßig strengen Mehrwegeeffekt oder eine verhältnismäßig strenge Interferenz umfassen. Zum Beispiel ist bekannt, dass ein auf der OFDM beruhendes Modulationsschema für einen verhältnismäßig hohen Durchsatz mit einem verhältnismäßig strengen Mehrwegeeffekt geeignet ist, während ein FSK-Modulationsschema für verhältnismäßig geringe Kosten/niedrige Leistung und eine Kommunikation über eine verhältnismäßig lange Strecke geeignet ist. Ein Modulationsschema ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine einzigartige Modulation aufweist oder verwendet, wobei z.B. FSK, OFDM, O-QPSK oder die Zirpenfrequenzspreizung (CCS) Beispiele für Modulationsschemata nach dieser Anwendung darstellen. Es ist zu beachten, dass OFDM mit unterschiedlichen Modulations- und Codierschemata (MCSs) typischerweise nicht als ein unterschiedliches Modulationsschema angesehen wird, und O-QPSK oder CSS mit zwei unterschiedlichen Spreizfaktoren ebenfalls nicht als ein unterschiedliches Modulationsschema angesehen wird.The wide variety of use cases, eg in the IoT space, use dedicated and optimized modulation schemes. The wide variety of use cases is the result of different cost structures in the nodes and different communication conditions. For example, the cost structure may depend on the application and various factors such as whether the node serves as a gateway device or as an end device, or whether it is powered by a coin cell, a lithium thionyl chloride battery, or mains power. The communication conditions may require communications over a relatively long distance reasonably high throughput, relatively severe multipath, or relatively severe interference. For example, it is known that an OFDM-based modulation scheme is suitable for relatively high throughput with a relatively severe multipath effect, while an FSK modulation scheme is suitable for relatively low-cost/low-power and relatively long-distance communication. A modulation scheme is characterized as having or using a unique modulation, eg FSK, OFDM, O-QPSK or chirp spread spectrum (CCS) are examples of modulation schemes according to this application. Note that OFDM with different Modulation and Coding Schemes (MCSs) is typically not considered a different modulation scheme, and O-QPSK or CSS with two different spreading factors is also not considered a different modulation scheme.
Herkömmliche Verfahren verbrauchen verhältnismäßig viel Zeit und Energie, um den Übergang von einer Datenrate zu einer anderen, d.h. von einem Modulationsschema zu einem anderen, zu erleichtern. Als Ergebnis werden Kompromisse zwischen der RX-Empfindlichkeit und der Latenzzeit eingegangen, wobei die Empfindlichkeit den Übertragungsbereich beeinträchtigt und die Latenzzeit den Durchsatz, den Stromverbrauch und die Netzwerkkapazität beeinträchtigt.Conventional methods consume a relatively large amount of time and energy to facilitate the transition from one data rate to another, i.e. from one modulation scheme to another. As a result, trade-offs are made between RX sensitivity and latency, where sensitivity affects transmission range and latency affects throughput, power consumption and network capacity.
Beispielhafte Ausführungsformen verwenden Vorrichtungen und zugehörige Verfahren, um in einem HF-Kommunikationssystem Pakete unter Verwendung mehrerer Modulationsschemata für mehrere Datenraten zwischen mehreren Knoten zu senden und zu empfangen. Die HF-Empfänger in den Knoten empfangen Pakete, ohne über dahingehende Vorkenntnisse, welches der Modulationsschemata für die Übertragung der Pakete (z.B. durch andere Knoten in dem System) verwendet wird. zu verfügen. Beispielhafte Ausführungsformen verringern die Kosten und den Overhead in Netzwerken mit mehreren PHYs. Zudem vereinfachen sie die Kommunikationsprotokolle. Diese Attribute begünstigen den Energieverbrauch, die Netzwerkdienstkapazität, den Bereich und den Durchsatz.Example embodiments use apparatus and associated methods to transmit and receive packets between multiple nodes in an RF communication system using multiple modulation schemes for multiple data rates. The RF receivers in the nodes receive packets without any prior knowledge of which of the modulation schemes will be used for the transmission of the packets (e.g. by other nodes in the system). to dispose. Exemplary embodiments reduce cost and overhead in multi-PHY networks. They also simplify the communication protocols. These attributes favor power consumption, network service capacity, range, and throughput.
Die offenbarten Konzepte zielen auf das Verringern der Kosten und des Overheads in Netzwerken mit mehreren PHYs ab. Zudem vereinfachen sie die Kommunikationsprotokolle. Diese Attribute begünstigen den Energieverbrauch, die Netzwerkdienstkapazität, den Bereich und den Durchsatz. Bei beispielhaften Ausführungsformen wird der Overhead durch das Nutzen von Fortschritten bei Empfängerdetektionstechniken verringert. Diese Detektionstechniken gestatten kostenwirksame Lösungen, um mehr als ein Modulationsschema gleichzeitig zu detektieren. Als Ergebnis ist es möglich, Modulationsschemata für gegebene oder gewünschte Anwendungsfälle zu optimieren. Darüber hinaus können die Modulationsschemata und SHRs (Synchronisationsfelder) unabhängig optimiert werden, um gegebenen oder gewünschten Anwendungsfällen optimal zu dienen. Zum Beispiel kann eine PHY für eine verhältnismäßig lange Strecke mit einer verhältnismäßig niedrigen Rate auf Basis einer O-QPSK-PHY mit einem direkten Sequenzspreizspektrum (DSSS) mit einem SHR, das für eine optimale Empfindlichkeit ausreichend lang ist. umgesetzt werden. Ein solches SHR würde den Durchsatz eines Modulationsschemas mit einer verhältnismäßig hohen Datenrate begrenzen. Doch bei beispielhaften Ausführungsformen kann das SHR für einen verhältnismäßig hohen Durchsatz gesondert optimiert werden. Als nur ein Beispiel kann ein OFDM-Modulationsschema für den Anwendungsfall eines verhältnismäßig hohen Durchsatzes verwendet werden, wobei das SHR (oder STF + LTF, das Synchronisationsfeld für SUN OFDM) eine kürzere Dauer als das SHR für eine verhältnismäßig lange Strecke aufweisen kann, so dass der Durchsatz optimiert wird.The disclosed concepts aim at reducing costs and overhead in networks with multiple PHYs. They also simplify the communication protocols. These attributes favor power consumption, network service capacity, range, and throughput. In exemplary embodiments, overhead is reduced by taking advantage of advances in receiver detection techniques. These detection techniques allow cost effective solutions to detect more than one modulation scheme simultaneously. As a result, it is possible to optimize modulation schemes for given or desired use cases. In addition, the modulation schemes and SHRs (synchronization fields) can be independently optimized to best serve given or desired use cases. For example, a relatively long range, relatively low rate PHY can be based on an O-QPSK Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) PHY with an SHR long enough for optimal sensitivity. be implemented. Such an SHR would limit the throughput of a modulation scheme with a relatively high data rate. However, in exemplary embodiments, the SHR can be separately optimized for relatively high throughput. As just one example, an OFDM modulation scheme can be used for a relatively high throughput use case, where the SHR (or STF+LTF, the synchronization field for SUN OFDM) can be of shorter duration than the SHR for a relatively long distance, so that throughput is optimized.
OFDM weist den Nachteil auf, dass es eine nicht konstante Hüllkurve verwendet. Die Information in dem OFDM-Signal ist sowohl in die Phase als auch in die Amplitude eingebettet. Als Ergebnis wird ein linearer Leistungsverstärker mit einer ausreichenden Linearität, aber einem höheren Stromverbrauch verwendet. Andererseits weisen O-QPSK (sinusförmig), CSS und FSK konstante Hüllkurven auf, was die Verwendung von nicht linearen Leistungsverstärkern gestattet. Nicht lineare Leistungsverstärker können verglichen mit linearen Leistungsverstärkern eine höhere Leistungseffizienz aufweisen. Im Allgemeinen werden Modulationsschemata mit einer konstanten Hüllkurve bevorzugt, wenn ein geringer Stromverbrauch im Sendemodus erwünscht ist. Batteriebetriebene Vorrichtungen können ein verhältnismäßig begrenztes Strombudget aufweisen. Modulationsschemata mit einer konstanten Hüllkurve sind in der Lage, eine höhere Ausgangsleistung als Modulationsschemata mit einer nicht konstanten Hüllkurve zu erzeugen. Dieses Attribut ist erwünscht, wenn eine Kommunikation über eine verhältnismäßig lange Strecke erwünscht ist. Die wie in beispielhaften Ausführungsformen verwendeten offenbarten Techniken erkennen, dass unterschiedliche Modulationsarten jeweils Vor- und Nachteile aufweisen. Durch das Erlauben der Verwendung unterschiedlicher Modulationsschemata ohne Verwendung von Vorkenntnissen (Vorabkenntnissen) hinsichtlich des verwendeten Modulationsschemas gestatten Vorrichtungen und Verfahren nach verschiedenen Ausführungsformen eine erhöhte Leistungsfähigkeit und höhere Gütezahlen, wie nachstehend näher besprochen wird.OFDM has the disadvantage that it uses a non-constant envelope. Information in the OFDM signal is embedded in both phase and amplitude. As a result, a linear power amplifier with sufficient linearity but higher power consumption is used. On the other hand, O-QPSK (sinusoidal), CSS and FSK have constant envelopes, which allows the use of non-linear power amplifiers. Non-linear power amplifiers can have higher power efficiency compared to linear power amplifiers. In general, constant envelope modulation schemes are preferred when low power consumption in transmit mode is desired. Battery powered devices can have a relatively limited power budget. Constant envelope modulation schemes are capable of producing higher output power than non-constant envelope modulation schemes. This attribute is desirable when communication over a relatively long distance is desired. The disclosed techniques as used in exemplary embodiments recognize that different types of modulation each have advantages and disadvantages. By allowing different modulation schemes to be used without using prior knowledge (prior knowledge) of the modulation scheme being used, apparatus and methods according to various embodiments allow for increased performance efficiency and higher figures of merit, as will be discussed in more detail below.
Um mit dem obigen Beispiel fortzufahren würde ein Empfangsknoten oder ein HF-Empfänger in einem Knoten durch das Verwenden der wie oben besprochenen Techniken zur gleichzeitigen Detektion in der Lage sein, eine Abtastung im Hinblick auf diese beiden Modulationsschemata vorzunehmen, ohne über dahingehende Vorkenntnisse zu verfügen, welches Modulationsschema verwendet wird, um die HF-Signale, die der Empfänger empfängt, zu senden. Mit anderen Worten wird der HF-Empfänger dieses durch gleichzeitiges Suchen nach beiden SHRs herausfinden. Von dem Blickpunkt des sendenden Knotens (oder des HF-Senders) her kann dieser, sobald er über eine Angabe der Verbindungsqualität verfügt, die Entscheidung zur Wahl eines passenden Modulationsschemas treffen, ohne zuerst ein Modenwechselpaket zu senden oder ein PHY-Verhandlungsprotokoll zu verarbeiten. Auf diese Weise wird die PHY mit einem verhältnismäßig hohen Durchsatz nicht dadurch beeinträchtigt, dass auch eine PHY mit einer verhältnismäßig langen Strecke unterstützt wird. Umgekehrt wird die Empfangsfähigkeit der Langstrecken-PHY nicht dadurch beeinträchtigt, dass auch eine PHY mit einem verhältnismäßig hohen Durchsatz unterstützt wird.Continuing with the above example, by using the simultaneous detection techniques discussed above, a receiving node or an RF receiver in a node would be able to scan for these two modulation schemes without any prior knowledge of what modulation scheme is used to transmit the RF signals that the receiver is receiving. In other words, the RF receiver will find this out by looking for both SHRs at the same time. From the transmitting node's (or RF transmitter's) point of view, once it has an indication of the link quality, it can make the decision to choose an appropriate modulation scheme without first sending a mode switching packet or processing a PHY negotiation protocol. In this way, the PHY with a relatively high throughput is not compromised by also supporting a PHY with a relatively long distance. Conversely, the reception capability of the long-distance PHY is not affected by also supporting a PHY with a relatively high throughput.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Vereinfachung vorgenommen werden, indem einem Knoten nicht gestattet wird, mehr als ein Packet auf einmal zu empfangen. Wenn ein gleichzeitiger Empfang von mehreren Paketen durch einen Knoten gestattet ist, können die Antworten auf diese Pakete wie etwa Bestätigungen verhältnismäßig kompliziert sein. Wenn, zum Beispiel, ein Paket empfangen wird, kann es seine Sendeantwort verzögern, da es den Empfang eines anderen Pakets, das immer noch empfangen wird, nachteilig beeinflussen kann. Der Knoten, der auf die Antwort wartet, würde aufgrund der verzögerten Antwort länger lauschen. Der Latenzzeitraum wäre eine Funktion der niedrigsten Datenrate und der längsten Paketlänge. Wenn einem Knoten untersagt wird, nicht mehr als ein Paket auf einmal zu empfangen, können die Antworten gut definiert werden, was in den Knoten, die eine Antwort erwarten, Strom sparen würde.In some embodiments, a simplification can be made by not allowing a node to receive more than one packet at a time. When multiple packets are allowed to be received simultaneously by a node, the responses to those packets, such as acknowledgments, can be relatively complicated. For example, when a packet is received, it may delay its transmission response since it may adversely affect the reception of another packet that is still being received. The node waiting for the response would listen longer due to the delayed response. The latency period would be a function of the lowest data rate and the longest packet length. If a node is prohibited from receiving more than one packet at a time, the replies can be well defined, which would save power in the nodes expecting a reply.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine weitere Vereinfachung vorgenommen werden, indem das Medienzugangssteuerungsformat (MAC-Format) von Modulationsschemata gemeinsam verwendet wird. Dies vereinfacht das MAC-Protokoll, verringert die Kosten und verbessert die Koexistenz. Die Hardware und Software oder Firmware, die für eine MAC verwendet wird, kann kompakter als in dem Fall sein, in dem mehrere MACs verwendet werden. Mit anderen Worten führt das gemeinsame Verwenden der MAC zu weniger verwendeten Hardwareressourcen und weniger verwendeter Speicher- und Verarbeitungsleistung, was zu niedrigeren Gesamtkosten führt. Die Paketverkehrsschlichtung (packet traffic arbitration, PTA) kann ein fester Bestandteil der MAC sein, um mit dem herkömmlichen Konkurrenzkampf zwischen MACs um Bandbreite umzugehen, und die PTA kann möglicherweise nicht über alle Daten verfügen, um optimierte Entscheidungen hinsichtlich der Sendungspriorität zu treffen. Mit anderen Worten kann bei einem herkömmlichen Ansatz die Anzahl der erfolgreichen und nicht erfolgreichen Sendungen unter Verwendung einer ersten MAC in einer zweiten MAC möglicherweise nicht verfügbar sein. Bei einer einzelnen gemeinsam verwendeten MAC könnten diese Daten verhältnismäßig leicht verfügbar gemacht werden, was Prioritätsrufe vereinfacht.In some embodiments, further simplification can be made by sharing the Media Access Control (MAC) format of modulation schemes. This simplifies the MAC protocol, reduces costs and improves coexistence. The hardware and software or firmware used for a MAC can be more compact than when multiple MACs are used. In other words, sharing the MAC results in less hardware resources being used and less memory and processing power being used, resulting in lower overall costs. Packet traffic arbitration (PTA) may be an integral part of the MAC to deal with traditional MAC-to-MAC competition for bandwidth, and the PTA may not have all the data to make optimized transmission priority decisions. In other words, in a conventional approach, the number of successful and unsuccessful transmissions using a first MAC may not be available in a second MAC. With a single shared MAC, this data could be made available relatively easily, simplifying priority calls.
Einige Ausführungsformen können nach Wunsch in Kombination mit herkömmlichen Ansätzen verwendet werden. Zum Beispiel kann eine SUN-OQPSK-PHY mit der SUN-OFDM-PHY kombiniert werden. In diesem Fall können die Knoten so konfiguriert werden, dass sie gleichzeitig nach einem SUN-OQPSK-SHR und einem SUN-OFDM-SHR suchen. Sobald eines dieser SHRs detektiert wurde, verlässt sich der Noten auf das herkömmliche Schema, indem er im Fall von SUN-OQPSK den PHR verwendet, um zum Beispiel den Spreizfaktor einzustellen, oder im Fall von SUN-OFDM das MCS verwendet. Der PHR ist der PHY-Header und wird typischerweise nach dem SHR gesendet. Der PHR enthält PHY-Informationen hinsichtlich des Pakets, z.B. die Paketlänge, den Ratenmodus oder den Spreizfaktor, das MCS, Datenweißung aktiviert/deaktiviert, die Länge der Frameprüfsumme (FCS) usw.Some embodiments can be used in combination with conventional approaches, if desired. For example, a SUN OQPSK PHY can be combined with the SUN OFDM PHY. In this case, the nodes can be configured to look for a SUN-OQPSK-SHR and a SUN-OFDM-SHR at the same time. Once one of these SHRs has been detected, the note relies on the conventional scheme of using the PHR in the case of SUN-OQPSK to set the spreading factor, for example, or using the MCS in the case of SUN-OFDM. The PHR is the PHY header and is typically sent after the SHR. The PHR contains PHY information regarding the packet, e.g. packet length, rate mode or spreading factor, MCS, data whitening enabled/disabled, frame checksum (FCS) length, etc.
Bei einigen Ausführungsformen können die Knoten Pakete einschließlich ihres PHY-Fähigkeits-Informationselements (IE) senden. Ein Knoten könnte das IE verwenden, um zu übermitteln, welche PHYs er gleichzeitig empfangen kann. Zudem könnte das IE auch angeben, dass er in der Lage ist, an Modenwechselpaketen oder einem PHY-Verhandlungsprotokoll zu wirken. Durch das Kommunizieren der PHY-Fähigkeiten eines Knotens können andere Knoten ein Modulationsschemawechselverfahren wählen, das durch den Knoten unterstützt wird. Zum Beispiel können herkömmliche Vorrichtungen, bei denen die gleichzeitige Detektion nicht unterstützt wird, ein herkömmliches Verfahren unterstützen. In dem gleichen Netzwerk können fortschrittlichere Knoten nach beispielhaften Ausführungsformen, die einen Empfänger mit der oben beschriebenen Technologie der gleichzeitigen Detektion verwenden, hinzugefügt werden. Durch Signalisieren des (der) Modulationsschemawechselverfahren(s) in dem PHY-Fähigkeits-IE könnte ein Netzwerk für die Verwendung der offenbarten Konzepte aufgerüstet werden.In some embodiments, the nodes may send packets including their PHY capability information element (IE). A node could use the IE to communicate which PHYs it can receive at the same time. In addition, IE could also indicate that it is able to act on mode change packets or a PHY negotiation protocol. By communicating a node's PHY capabilities, other nodes can choose a modulation scheme switching method supported by the node. For example, conventional devices that do not support simultaneous detection may support a conventional method. In the same network, more advanced nodes according to exemplary embodiments using a receiver with the simultaneous detection technology described above can be added. By signaling the modulation scheme change method(s) in the PHY capability IE, a network to be upgraded to use the disclosed concepts.
Beispielhafte Ausführungsformen unterstützen eine Vielfalt an Anwendungsfällen, bei denen unterschiedliche Modulationsschemata verwendet werden. Zum Beispiel können bei einem Anwendungsfall die Modulationsschemata O-QPSK und OFDM oder FSK, O-QPSK und OFDM unterstützt werden. Bei einer anfänglichen Kommunikation könnte ein Knoten ein Modulationsschema, das Kommunikationen über eine verhältnismäßig lange Strecke unterstützt, z.B. O-QPSK, verwenden. Sobald die anfängliche Verbindung hergestellt wurde, kann der Knoten Signalqualitätskennzahlen wie etwa die Paketerfolgsrate, die RSSI, das Signal/Rausch-Verhältnis EVM (die Fehlervektorgröße), den Verbindungsspielraum usw. sammeln. Auf Basis der Signalqualitätskennzahl kann ein Knoten entscheiden, das Modulationsschema zu ändern; z.B. kann der Knoten dann, wenn es die Signalqualität erlaubt, zu einem Modulationsschema mit einem verhältnismäßig höheren Durchsatz oder einer verhältnismäßig höheren Datenrate wie OFDM wechseln. Wenn eine bestimmte Menge an Nutzlastdaten gegeben ist, gestattet eine höhere Datenrate eine Verkürzung der Übertragungszeit. Eine kürzere Übertragungszeit kann Energie sparen und die Netzwerkkapazität erhöhen. Umgekehrt kann ein Knoten dann, wenn die Paketerfolgsrate unter einen Schwellenwert fällt, entscheiden, zu einem Modulationsschema mit einer verhältnismäßig langen Strecke wie O-QPSK zu wechseln. Dies könnte dabei helfen, die Kommunikation selbst dann beizubehalten, wenn sich die Bedingungen verschlechtern, z.B. wenn Mobilität die Strecke verlängert oder Hindernisse verursacht. Es ist zu beachten, dass der Wechsel zu einem neuen Modulationsschema dem HF-Empfänger nicht vorzeitig signalisiert wird. Dieses Schema gestattet ein optimiertes SHR-. und STF/LTF-Design, das verhältnismäßig hohe Gütezahlwerte für alle unterstützten Datenraten unterstützt. Es ist zu beachten, dass in diesem Anwendungsfall eine Vereinfachung vorgenommen werden kann, indem wie oben besprochen ein Empfang von mehr als einem Paket auf einmal nicht gestattet wird, was einen einzelnen Protokollstapel oder eine einzelne MAC, der oder die mehrere Modulationsschemata unterstützt, erlaubt.Example embodiments support a variety of use cases using different modulation schemes. For example, in one use case, the modulation schemes O-QPSK and OFDM or FSK, O-QPSK and OFDM may be supported. In initial communication, a node could use a modulation scheme that supports relatively long distance communications, e.g., O-QPSK. Once the initial connection is established, the node can collect signal quality metrics such as packet success rate, RSSI, signal-to-noise ratio EVM (the error vector magnitude), connection margin, and so on. Based on the signal quality index, a node can decide to change the modulation scheme; e.g., if the signal quality allows it, the node may switch to a modulation scheme with a relatively higher throughput or a relatively higher data rate such as OFDM. Given a certain amount of payload data, a higher data rate allows the transmission time to be reduced. Shorter transmission time can save energy and increase network capacity. Conversely, if the packet success rate falls below a threshold, a node may decide to switch to a relatively long distance modulation scheme such as O-QPSK. This could help maintain communication even when conditions deteriorate, such as when mobility lengthens the route or creates obstacles. It should be noted that the change to a new modulation scheme is not prematurely signaled to the RF receiver. This scheme allows for an optimized SHR. and STF/LTF design that supports relatively high figure of merit values for all supported data rates. Note that a simplification can be made in this use case by disallowing receipt of more than one packet at a time, as discussed above, allowing a single protocol stack or MAC that supports multiple modulation schemes.
Es ist ferner zu beachten, dass die Gütezahl mit den folgenden Leistungsfähigkeitszielen in Zusammenhang steht: einer höheren Netzwerkkapazität, einem niedrigeren Energie- oder Stromverbrauch und einem höheren Datendurchsatz. Leistungsfähige Netzwerke verwenden den Großteil ihrer Energie, um Datennutzlasten (physical layer service data units, PSDU) zu übertragen. Ein verhältnismäßig kleiner Teil der gesamten Leistung sollte für den Overhead wie etwa die Synchronisation und den PHY-Header verbraucht werden. Herkömmliche Knoten verwenden eine verhältnismäßig lange Zeit für den Overhead, z.B. durch Senden eines Modenwechselpaktes gefolgt von einer Einschwingverzögerung. Die Einschwingverzögerung wird verwendet, um dem Empfängerknoten Zeit zur Verarbeitung des Modenwechselpakets und zur Vorbereitung auf das neue Modulationsschema zu geben. Die tatsächliche Datenübertragung ist in der PSDU enthalten. Bei beispielhaften Ausführungsformen wird die Verwendung einer Modenwechsel-PPDU (PLCP protocol data unit) oder eines PHY-Verhandlungsprozesses beseitigt. Ein Paket mit einem neuen Modulationsschema kann gesendet werden, ohne Energie, Zeit und Spektrum für Modenwechsel-PPDU- oder PHY-Verhandlungs-Transaktionen zu verbrauchen. Dieses Attribut übersetzt sich in eine verbesserte Batterielebensdauer (oder einen niedrigeren Strom- oder Energieverbrauch), einen höheren wirksamen Durchsatz, eine verringerte Latenzzeit und eine verbesserte Netzwerkkapazität. Außerdem enthält die PSDU typischerweise eine Adressierung und ist sie durch eine Verschlüsselung gesichert, was die Netzwerksicherheit verbessert. Knoten nach beispielhaften Ausführungsformen verwenden verhältnismäßig wenig Zeit für den Overhead und mehr Zeit für die PSDU-Übertragung. Dieses Attribut führt zu einem höheren Durchsatz, weniger Energieverschwendung und einer höheren Netzwerkkapazität.It should also be noted that the figure of merit is related to the following performance goals: higher network capacity, lower energy or power consumption, and higher data throughput. Efficient networks use the majority of their energy to transmit data payloads (physical layer service data units, PSDU). A relatively small portion of the total power should be consumed for overhead such as synchronization and the PHY header. Conventional nodes spend a relatively long time on overhead, e.g., by sending a mode switching packet followed by a settling delay. The settling delay is used to give the receiving node time to process the mode change packet and prepare for the new modulation scheme. The actual data transmission is contained in the PSDU. In exemplary embodiments, the use of a mode change PLCP protocol data unit (PPDU) or PHY negotiation process is eliminated. A packet with a new modulation scheme can be sent without consuming power, time and spectrum for mode switching PPDU or PHY negotiation transactions. This attribute translates to improved battery life (or lower power or energy consumption), higher effective throughput, reduced latency, and improved network capacity. In addition, the PSDU typically includes addressing and is secured by encryption, which improves network security. Nodes according to exemplary embodiments spend relatively little time on overhead and more time on PSDU transmission. This attribute results in higher throughput, less wasted energy, and higher network capacity.
Bei einigen Ausführungsformen kann der obige Anwendungsfall durch eine OFDM-PHY erweitert werden, die ähnlich wie das SUN-OFDM-Modulationsschema einen MCS-Wechsel unterstützt. Das Modulationsschema für eine verhältnismäßig lange Strecke kann noch ein anderes Modulationsschema sein, z.B. O-QPSK. Bei derartigen Ausführungsformen ist es nicht nötig, die lange Strecke in dem OFDM-Modulationsschema zu unterstützen. Dieses Attribut gestattet, die niedrigeren Datenraten in dem OFDM-Modulationsschema zu überspringen und das LTF/STF und den PHR zu optimieren, ohne die Schemata für eine verhältnismäßig lange Strecke zu verwenden. Derartige Ausführungsformen können eine kürzere Dauer des STF, des LTF und des PHR und eine höhere Gütezahl bereitstellen, während sie nach wie vor über den Vorteil einer weiteren Erhöhung der Datenrate verfügen. Diese Ausführungsformen können durch Hinzufügen eines Ratenwechsels ähnlich wie das SUN-O-QPSK-Modulationsschema z.B. für ein Modulationsschema für eine verhältnismäßig lange Strecke weiter erweitert werden. Solche Ausführungsformen können als Hybrid angesehen werden, bei dem die Vorteile von dem oben besprochenen Anwendungsfall mit den Vorteilen des Ratenmoduswechsels und/oder des MCS-Wechsels kombiniert sind.In some embodiments, the above use case can be extended by an OFDM PHY that supports MCS switching similar to the SUN OFDM modulation scheme. The modulation scheme for a relatively long distance can be yet another modulation scheme, e.g., O-QPSK. In such embodiments, it is not necessary to support the long distance in the OFDM modulation scheme. This attribute allows to skip the lower data rates in the OFDM modulation scheme and to optimize the LTF/STF and the PHR without using the relatively long distance schemes. Such embodiments may provide shorter STF, LTF and PHR durations and a higher figure of merit while still having the benefit of further increasing the data rate. These embodiments can be further extended by adding rate switching similar to the SUN-O QPSK modulation scheme, e.g., for a relatively long distance modulation scheme. Such embodiments may be viewed as a hybrid, combining the benefits of the use case discussed above with the benefits of rate mode switching and/or MCS switching.
Bei einem dritten Anwendungsfall kann bei einigen Ausführungsformen wie oben besprochen eine einzelne gemeinsam verwendete MAC anstelle von mehreren MACs verwendet werden.
Nachstehend werden nähere Einzelheiten hinsichtlich des Betriebs von Knoten und diesbezüglichen Verfahren nach beispielhaften Ausführungsformen bereitgestellt. Typischerweise besteht ein Paket aus einer Präambel, einem Synchronisationsframebegrenzer (synchronization frame delimiter, SFD, auch als Sync-Wort bezeichnet), einem PHY-Header (PHR) und einer PHY-Nutzlast. Einige Modulationsschemata können auf den SFD verzichten, z.B. wie bei CSS/LoRa. Bei OFDM sind die Präambel und der SFD durch ein kurzes Trainingsfeld (STF) und ein langes Trainingsfeld (LTF) ersetzt. Ein Netzwerk, das Knoten nach beispielhaften Ausführungsformen verwendet, kann mehr als ein Modulationsschema einsetzen. Zum Beispiel kann ein Knoten in der Lage sein, ein FSK-HF-Signal zu senden, während ein anderer Knoten in der Lage sein kann, ein OFDM-HF-Signal zu senden, oder kann ein Knoten in der Lage sein, ein FSK-Signal zu senden, während ein anderer Knoten in der Lage sein kann, entweder ein FSK-HF-Signal oder ein OFDM-HF-Signal zu senden. Zu diesem Zweck kann ein Knoten einen FSK-Modulator oder einen OFDM-Modulator oder beides aufweisen. Die obigen Beispiele sind lediglich zur Erläuterung bereitgestellt, und es sind andere Möglichkeiten ins Auge gefasst und vorhanden. Daher können die Knoten auch zu anderen Modulationsschemata fähig sein (z.B. O-QPSK, BPSK, OOK, ASL, QAM usw.). Im Allgemeinen verwenden Netzwerke, die Knoten nach beispielhaften Ausführungsformen verwenden, wenigstens zwei Modulationsschemata und sollte ein Knoten in der Lage sein, wenigstens ein Modulationsschema zu senden. Wenn ein Knoten in der Lage ist, mehr als ein Modulationsschema zu senden, kann eine Sendesteuerung (z.B. eine endliche Zustandsmaschine (TX-FSM)) verwendet werden, um das passende oder gewünschte Modulationsschema zu wählen. Die Wahl kann auf früheren Übertragungen beruhen. Als Beispiel wird die in dem Standard IEEE 802.15.4-2020 beschriebene Technik als Informationselement (IE) hinsichtlich des (von einer vorhergehenden Übertragung erhaltenen) Verbindungsspielraums bezeichnet. Als Beispiele können wie gewünscht die Paketerfolgsrate, die RSSI usw. verwendet werden.Further details regarding the operation of nodes and related methods according to exemplary embodiments are provided below. Typically, a packet consists of a preamble, a synchronization frame delimiter (SFD, also known as a sync word), a PHY header (PHR), and a PHY payload. Some modulation schemes can do without the SFD, e.g. like CSS/LoRa. In OFDM, the preamble and the SFD are replaced by a short training field (STF) and a long training field (LTF). A network using nodes according to example embodiments may employ more than one modulation scheme. For example, one node may be capable of transmitting an FSK RF signal while another node may be capable of transmitting an OFDM RF signal, or a node may be capable of transmitting an FSK signal while another node may be able to transmit either an FSK RF signal or an OFDM RF signal. For this purpose a node can have an FSK modulator or an OFDM modulator or both. The above examples are provided for illustrative purposes only, and other possibilities are envisaged and exist. Therefore, the nodes can also be capable of other modulation schemes (e.g. O-QPSK, BPSK, OOK, ASL, QAM, etc.). In general, networks using nodes according to example embodiments use at least two modulation schemes and a node should be able to transmit at least one modulation scheme. If a node is capable of transmitting more than one modulation scheme, a transmit controller (e.g., a finite state machine (TX-FSM)) can be used to choose the appropriate or desired modulation scheme. The choice may be based on previous transmissions. As an example, the technique described in the IEEE 802.15.4-2020 standard is referred to as a link margin information element (IE) (obtained from a previous transmission). Packet success rate, RSSI, etc. can be used as examples as desired.
HF-Empfänger nach beispielhaften Ausführungsformen verwenden Modulationsschemadetektoren (MSDs), wie nachstehend ausführlich beschrieben ist. Wenn unter Verwendung eines der mehreren Modulationsschemata moduliert wird, weisen die oben angeführten Felder unterschiedliche Merkmale auf, die durch ihre Phasen, Amplituden und Bitfolgen bestimmt werden. Die MSDs verwenden diese Attribute, um das verwendete Modulationsschema unter den mehreren Modulationsschemata bei verhältnismäßig wenigen Fehldetektionen zu detektieren. Bei verschiedenen Ausführungsformen steuert eine FSM (RX-FSM) oder eine Steuerung die Zustandsübergänge, das Konfigurieren des Empfangsknoten (des HF-Empfängers in dem Knoten) und den Empfang des Pakets.RF receivers according to example embodiments use Modulation Scheme Detectors (MSDs), as described in detail below. When modulated using one of the several modulation schemes, the fields listed above have different characteristics determined by their phases, amplitudes and bit sequences. The MSDs use these attributes to detect the modulation scheme used among the multiple modulation schemes with relatively few false detections. In various embodiments, a FSM (RX-FSM) or controller controls the state transitions, configuring the receiving node (the RF receiver in the node), and receiving the packet.
Bei beispielhaften Ausführungsformen bilden die MSDs wie etwa der MSD_FSK 403 und der MSD_OFDM Signaldetektoren und können unter Verwendung von Signaldetektoren auf verschiedene Weisen bereitgestellt werden, wie oben besprochen wurde (z.B. der DSA 90) und von Durchschnittsfachleuten verstanden wird. Jedes gefilterte Basisband (d.h., der Ausgang der Kanalfilter) kann einen MSD aufweisen. Typischerweise ist jeder MSD so konfiguriert, dass er das Vorhandensein eines gewünschten, bestimmten, unterschiedlichen Modulationsschemas in dem Signal, das an dem Eingang empfangen wird, detektiert. Die FRC 315 (RC-FRC) liefert der Steuerung 105 ein Ausgangssignal „Paket empfangen, wenn ein Paket erfolgreich empfangen wurde. Der Speicher 409 wird durch die Steuerung 105 verwendet, um seine Funktionalität durchzuführen (z.B. Programmspeicher, Arbeitsspeicher, Halt von Netzwerkinformationen, des Netzwerkstatus usw.). Die Steuerung 105 stellt ein Aktivierungssignal (RX_Aktivierung) zur Aktivierung des Empfängers 5 und RX-Konfigurationssignale (RX_konfig) zum Konfigurieren des HF-Empfängers 5 bereit.In exemplary embodiments, the MSDs such as the MSD_FSK 403 and the MSD_OFDM constitute signal detectors and can be provided using signal detectors in various ways as discussed above (eg, the DSA 90) and understood by those of ordinary skill in the art. Each filtered baseband (ie, the output of the channel filters) may have an MSD. Typically, each MSD is configured to detect the presence of a desired, specific, different modulation scheme in the signal received at the input. The FRC 315 (RC-FRC) provides the
Die Steuerung 105 stellt ein Signal TX_Aktivierung zum Aktivieren des Senders oder der Senderschaltungsanordnung 515 bereit. Die Steuerung 105 stellt auch TX-Konfigurationssignale (TX_konfig) zum Konfigurieren des Senders 515 bereit. Die TX-FRC 412 ist die Senderframesteuerung. Sie nimmt die Verarbeitung an der PSDU (d.h., der von der Steuerung 105 erhaltenen TX_PSDU) wie etwa das Einsetzen eines Synchronisationsheaders (SHR), ein Blockcodieren, eine Vorwärtsfehlerkorrektur, eine Frameprüfsummenerzeugung, eine Datenweißung usw. vor, um das Signal TX PPDU, das dem Modulator 415 geliefert wird, zu erzeugen. Der Modulator 415 moduliert das Signal TX PPDU unter Verwendung eines gewünschten Modulationsschemas. Es ist zu beachten, dass es für FSK ein alternatives Modulationsschema gibt, das wie gewünscht den LO 25 verwendet. Der LO 25 liefert das Signal TX_LO an den DAW 418. Der DAW 418 wandelt den modulierten Ausgang des Modulators 415 in ein analoges Signal um, das er dem Leistungsverstärker (power amplifier, PA) 421 liefert. Der PA 421 verstärkt das Signal von dem DAW 418 und sendet das verstärkte Signal über einen HF-Schalter 11 und die Antenne 10. Als Reaktion auf ein Steuersignal (z.B. von der Steuerung 105) koppelt der HF-Schalter 11 die Antenne 10 entweder für HF-Empfangsbetriebe mit dem HF-Empfänger 5 oder für HF-Sendebetriebe mit dem HF-Sender 515.The
Der Anwendungsprozessor 430 ist über eine „MAC-Schnittstelle“ an den MAC-Prozessor 428 angebunden. Der MAC-Prozessor 428 verarbeitet und liefert die MAC-Nutzlast an den Anwendungsprozessor. Der MAC-Prozessor 428 liefert die TX_PSDU-Signale (der Steuerung 105, damit sie der Senderschaltungsanordnung 515 geliefert werden, um als HF-Signale gesendet zu werden, siehe
Das Zustandsausgangssignal S2/S3 (d.h., je nachdem, ob S2 aktiv ist oder S3 aktiv ist) wird als das Wahlsignal für den MUX 438 verwendet. Als Reaktion auf das Wahlsignal stellt der MUX 438 an seinem Ausgang entweder den Ausgang des Schieberegisters 434 oder den Ausgang des Schieberegisters 436 als die Signale „RX_konfig“ bereit. Die RX konfig-Signale konfigurieren den Empfänger so, dass er die detektierten Modulationsschemata (bei dem besprochenen Beispiel FSK und OFDM) unterstützt. Diese Konfiguration kann die Kanalfilterbandbreiten, die Position des MUX 95 (siehe
Der Anwendungsprozessor 430 ist über eine „MAC-Schnittstelle“ an den MAC-Prozessor 428 angebunden. Der Anwendungsprozessor verarbeitet die MAC-Nutzlast und liefert sie dem MAC-Prozessor 428. Der MAC-Prozessor 428 liefert die TX_PSDU-Signale (der Steuerung 105, damit sie dem Sender geliefert werden, um als HF-Signale gesendet zu werden). Der MAC-Prozessor 428 liefert der Sende-FSM (der TX_FSM) 457 das Senderaktivierungssignal. Die TX_FSM 457 erhält den Ausgang des Vergleichers 455 (mit „Caus“ beschriftet). Der Vergleicher 455 vergleicht die durch den Anwendungsprozessor bereitgestellte Verbindungsqualität (mit „Verbindungsspielraum“ beschriftet) mit einem Schwellenwert (mit „TH“ beschriftet). Die TX FSM 457 liefert Zustandsausgangssignale (mit „Zustand Sx“) beschriftet an einige andere Blöcke oder Schaltungen. Die Zustände werden nachstehend ausführlich beschrieben. Das Zustandsausgangssignal S2 startet das Schieberegister 459, das Einstellungen oder Konfigurationsdaten für eine FSK-Sendung enthält (die durch die Eingabe „Konfigurationsdaten“ in das Schieberegister 459 bereitgestellt werden). Das Zustandsausgangssignal S3 startet das Schieberegister 461, das Einstellungen oder Konfigurationsdaten für eine OFDM-Sendung enthält (die durch die Eingabe „Konfigurationsdaten“ in das Schieberegister 461 bereitgestellt werden). Das Zustandssignal S4 treibt die Aktivierungsschaltung 463, die das Signal „TX Aktivierung“ benutzt, um den Sender 515 (siehe
Das Zustandsausgangssignal S2/S3 (d.h., je nachdem, ob S2 aktiv ist oder S3 aktiv ist) wird als das Wahlsignal für den MUX 465 verwendet. Als Reaktion auf das Wahlsignal stellt der MUX 465 an seinem Ausgang entweder den Ausgang des Schieberegisters 459 oder den Ausgang des Schieberegisters 461 als die Signale „TX konfig“ bereit. Die TX konfig-Signale konfigurieren den Sender so, dass er die detektierten Modulationsschemata (bei dem besprochenen Beispiel FSK und OFDM) unterstützt. Diese Konfiguration kann die Symbolformung in dem Modulator 415 (siehe
Es ist zu beachten, dass MAC-Funktionen wie gewünscht durch Hardware (z.B. durch den MAC-Prozessor 428 in
Empfänger und Sender nach beispielhaften Ausführungsformen können wie gewünscht in einer Vielfalt an Kommunikationsanordnungen, Systemen, Untersystemen, Netzwerken usw. verwendet werden.
Zusätzlich zu der Empfangsfähigkeit können der Knoten oder Transceiver 520A und der Knoten oder Transceiver 520B auch HF-Signale senden. Die gesendeten HF-Signale könnten durch einen Empfänger 5, entweder in dem eigenständigen Empfänger oder über die Empfängerschaltungsanordnung des nichtsendenden Knoten oder Transceiver, empfangen werden. Andere Systeme oder Untersystemen mit unterschiedlicher Konfiguration und/oder unterschiedlichen Fähigkeiten sind ebenfalls ins Auge gefasst. Zum Beispiel könnten bei einigen beispielhaften Ausführungsformen zwei oder mehr Knoten oder Transceiver (z.B. der Knoten 520A und der Knoten 520B) ein Netzwerk wie etwa ein Ad-hoc-Netzwerk bilden. Als anderes Beispiel könnten bei einigen beispielhaften Ausführungsformen der Knoten 520A und der Knoten 520B zum Beispiel in Verbindung mit dem Sender 515 einen Teil eines Netzwerks bilden.In addition to receiving capability, node or
HF-Empfänger wie etwa der oben beschriebene HF-Empfänger 5 können in einer Vielfalt an Schaltungen, Blöcken, Untersystemen und/oder Systemen verwendet werden. Zum Beispiel könnten bei einigen Ausführungsformen derartige HF-Empfänger in eine IC wie etwa eine Mikrosteuerungseinheit (microcontroller unit, MCU) integriert werden.
Unter Bezugnahme auf
Die Verbindung 560 kann durch eine serielle Schnittstelle 595 mit einer oder mehreren Schaltungen 600 gekoppelt sein. Durch die serielle Schnittstelle 595 können eine oder mehrere Schaltungen oder Blöcke, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind, mit den Schaltungen 600 kommunizieren. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können die Schaltungen 600 unter Verwendung eines oder mehrerer serieller Protokolle, z.B. SMBUS, I2C, SPI und dergleichen kommunizieren. Die Verbindung 560 kann durch die E/A-Schaltung 585 mit einem oder mehreren Peripheriegeräten 590 kommunizieren. Durch die E/A-Schaltung 585 können ein oder mehrere Peripheriegeräte 590 mit der Verbindung 560 gekoppelt sein und daher mit einem oder mehreren Blöcken, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind, z.B. dem Prozessor (den Prozessoren) 565, einer Speicherschaltung 625 usw. kommunizieren. Bei beispielhaften Ausführungsformen können die Peripheriegeräte 590 eine Vielfalt an Schaltungen, Blöcken und dergleichen aufweisen. Beispiele umfassen E/A-Vorrichtungen (Tastenfelder, Tastaturen, Lautsprecher, Anzeigevorrichtungen, Speichervorrichtungen, Timer, Sensoren usw.). Es ist zu beachten, dass bei einigen Ausführungsformen einige der Peripheriegeräte 590 von der IC 550 extern sein können. Beispiele umfassen Tastenfelder, Lautsprecher und dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen kann die E/A-Schaltung 585 im Hinblick auf einige Peripheriegeräte umgangen werden. Bei derartigen Ausführungsformen können einige Peripheriegeräte 590 ohne Verwendung der E/A-Schaltung 585 mit der Verbindung 560 gekoppelt sein und damit kommunizieren. Bei einigen Ausführungsformen können derartige Peripheriegeräte wie oben beschrieben von der IC 550 extern sein. Die Verbindung 560 kann über (einen) Datenwandler 605 mit einer analogen Schaltungsanordnung 620 gekoppelt sein. Der Datenwandler 605 kann (die Datenwandler 605 können) einen oder mehrere ADWs 605A und einen oder mehrere DAWs 605B aufweisen. Der ADW (die ADWs) 605A erhält (erhalten) (ein) Datensignal(e) von der analogen Schaltungsanordnung 620 und wandelt (wandeln) das (die) Datensignal(e) in ein digitales Format um, das sie einem oder mehreren Blöcken, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind, übermitteln. Umgekehrt erhält der DAW (erhalten die DAWs) 605B (ein) Datensignal(e) von einem oder mehreren Blöcken, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind, und wandelt (wandeln) das (die) digitale(n) Signal(e) in ein analoges Format um, das sie der analogen Schaltungsanordnung 620 übermitteln. Die analoge Schaltungsanordnung 620 kann eine breite Vielfalt von Schaltungen, die analoge Signale liefern und/oder erhalten, aufweisen. Beispiele umfassen Sensoren, Wandler und dergleichen, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die analoge Schaltungsanordnung 620 mit Schaltungen, die von der IC 550 extern sind, kommunizieren, um wie gewünscht komplexere Systeme, Untersysteme, Steuerblöcke oder -systeme, Rückmeldesysteme und Informationsverarbeitungsblöcke zu bilden.
Mit der Verbindung 560 ist eine Steuerschaltung 570 gekoppelt. Die Steuerschaltung 570 kann mit verschiedenen Blöcken, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind, kommunizieren und/oder durch Bereitstellen von Steuerinformationen oder -signalen deren Betrieb steuern. Bei einigen Ausführungsformen erhält die Steuerschaltung 570 auch Zustandsinformationen oder -signale von verschiedenen Blöcken, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind. Zudem erleichtert (oder steuert oder überwacht) die Steuerschaltung 570 bei einigen Ausführungsformen die Kommunikation oder die Kooperation zwischen verschiedenen Blöcken, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerschaltung 570 eine Rückstelltätigkeit oder ein -signal auslösen oder darauf reagieren. Die Rückstelltätigkeit kann ein Rückstellen eines oder mehrerer Blöcke, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind, der IC 550 usw. bewirken, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 570 bewirken, dass die PMU 580 und Schaltungsanordnungen wie ein HF-Empfänger 5 oder verschiedene Blöcke, Schaltungen oder Komponenten davon in einen anfänglichen oder bekannten Zustand zurückgestellt werden. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerschaltung 570 eine Vielfalt an Schaltungsarten und -blöcken aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerschaltung 570 eine Logikschaltung, endliche Zustandsmaschinen (FSMs) oder andere Schaltungsanordnungen aufweisen, um Tätigkeiten wie die oben beschriebenen Tätigkeiten durchzuführen. Eine Kommunikationsschaltung 640 ist mit der Verbindung 560 und auch mit Schaltungen oder Blöcken (nicht gezeigt), die von der IC 550 extern sind, gekoppelt. Durch die Kommunikationsschaltung 640 können verschiedene Blöcke, die mit der Verbindung 560 (oder der IC 550 im Allgemeinen) gekoppelt sind, über ein oder mehrere Kommunikationsprotokolle mit den externen Schaltungen oder Blöcken (nicht gezeigt) kommunizieren. Beispiele für Kommunikationen umfassen USB, Ethernet und dergleichen. Bei beispielhaften Ausführungsformen können abhängig von Faktoren wie etwa Design- oder Leistungsfähigkeitsspezifikationen für eine gegebene Anwendung andere Kommunikationsprotokolle verwendet werden, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden.A
Wie erwähnt ist die Speicherschaltung 625 mit der Verbindung 560 gekoppelt. Folglich kann die Speicherschaltung 625 mit einem oder mehreren Blöcken, die mit der Verbindung 560 gekoppelt sind, wie (einem) Prozessor(en) 565, der Steuerschaltung 570, der E/A-Schaltung 585 usw. kommunizieren. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, bietet die Speicherschaltung 625 einen Speicher für verschiedene Informationen oder Daten in der IC 550 wie etwa Operanden, Markierungen, Daten, Befehle und dergleichen. Die Speicherschaltung 625 kann wie gewünscht verschiedene Protokolle wie die Doppelte Datenrate (DDR), DDR2, DDR3, DDR4 und dergleichen unterstützen. Bei einigen Ausführungsformen sind Speicherlese- und/oder -schreibtätigkeiten durch die Speicherschaltung 625 mit der Verwendung eines oder mehrerer Blöcke in der IC 550 wie (einem) Prozessor(en) 565 verbunden. Eine direkte Speicherzugriffsanordnung (direct memory access arrangement, DMA arrangement) (nicht gezeigt) gestattet in einigen Situationen eine gesteigerte Leistungsfähigkeit der Speichertätigkeiten. Genauer bietet die DMA (nicht gezeigt) einen Mechanismus zur direkten Vornahme von Speicherlese- und -schreibtätigkeiten zwischen der Quelle oder dem Bestimmungsort der Daten und der Speicherschaltung 625 anstatt über Blöcke wie etwa (einen) Prozessor(en) 565. Die Speicherschaltung 625 kann eine Vielfalt an Speicherschaltungen oder Blöcken aufweisen. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Speicherschaltung 625 einen nichtflüchtigen Speicher (non-volatile memory, NV memory) 635 auf. Zudem, oder stattdessen, kann die Speicherschaltung 625 einen flüchtigen Speicher (nicht gezeigt) wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM) aufweisen. Der NV-Speicher 635 kann zur Speicherung von Informationen im Zusammenhang mit der Leistungsfähigkeit, der Steuerung oder der Konfiguration eines oder mehrerer Blöcke in der IC 550 verwendet werden. Zum Beispiel kann der NV-Speicher 635 Konfigurationsinformationen im Zusammenhang mit dem Betrieb des HF-Empfängers 5 (und/oder des Senders 515 in
Verschiedene Schaltungen und Blöcke einschließlich digitaler und/oder Mischsignal-Schaltungsordnungen, die oben beschrieben wurden und bei beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden, können auf eine Vielfalt an Weisen und unter Verwendung einer Vielfalt an Schaltungselementen oder Blöcken umgesetzt werden. Zum Beispiel können die digitalen und/oder Mischsignal-Blöcke, Elemente, Komponenten oder Schaltungsanordnungen, die in
Verschiedene Schaltungen und Blöcke, die die oben beschriebenen analogen Schaltungsanordnungen aufweisen und bei beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden, können auf eine Vielfalt an Weisen und unter Verwendung einer Vielfalt an Schaltungselementen oder -blöcken umgesetzt werden. Zum Beispiel können der LNA 15, der Mischer 20 und der PGA 30 im Allgemeinen unter Verwendung einer analogen Schaltungsanordnung umgesetzt werden. Die analoge Schaltungsanordnung kann wie gewünscht und von Durchschnittfachleuten verstanden Vorspannungsschaltungen, Entkopplungsschaltungen, Kopplungsschaltungen, Versorgungsschaltungen, Stromspiegel, Strom- und/oder Spannungsquellen, Filter, Verstärker, Wandler, Signalverarbeitungsschaltungen (z.B. Multiplizierer), Sensoren oder Detektoren, Wandler, diskrete Komponenten (Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren, Induktoren), analoge MUXs und dergleichen aufweisen. Zudem kann eine digitale Schaltungsanordnung oder eine Mischsignal-Schaltungsanordnung oder beides enthalten sein. Die digitale Schaltungsanordnung kann wie gewünscht und von Durchschnittsfachleuten verstanden Schaltungselemente oder -blöcke wie etwa Gates, digitale Multiplexierer (MUXs), Verriegelungen, Flipflops, Register, endliche Zustandsmaschinen (FSMs), Prozessoren, programmierbare Logik (z.B. feldprogrammierbare Gateanordnungen (FPGAs) oder andere Arten von programmierbarer Logik), arithmetisch-logische Einheiten (ALUs), Standardzellen, maßgeschneiderte Zellen, maßgeschneiderte analoge Zellen usw. aufweisen. Die Mischsignal-Schaltungsanordnung kann zusätzlich zu den wie oben beschriebenen analogen Schaltungsanordnungen und digitalen Schaltungsanordnungen, Analog/Digital-Wandler (ADWs), Digital/Analog-Wandler (DAWs) usw. aufweisen, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Die Wahl der Schaltungsanordnung für eine gegebene Umsetzung hängt von einer Vielfalt an Faktoren ab, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Diese Faktoren umfassen Designspezifikationen, Leistungsfähigkeitsspezifikationen, die Kosten, die IC- oder Vorrichtungsfläche, die verfügbare Technologie wie etwa die Halbleiterherstellungstechnologie, Zielmärkte, Zielendverwender usw.Various circuits and blocks, including the analog circuitry described above and used in example embodiments, may be implemented in a variety of ways and using a variety of circuit elements or blocks. For example, the
Unter Bezugnahme auf die Figuren werden Durchschnittsfachleute erkennen, dass die verschiedenen Blöcke, die gezeigt sind, hauptsächlich die konzeptionellen Funktionen und den Signalfluss darstellen. Die tatsächliche Umsetzung der Schaltung könnte für die verschiedenen Funktionsblöcke gesondert identifizierbare Hardware enthalten oder auch nicht und könnte die bestimmte gezeigte Schaltungsanordnung verwenden oder auch nicht. Zum Beispiel könnte man die Funktionalität von verschiedenen Blöcken wie gewünscht zu einem Schaltungsblock kombinieren. Darüber hinaus kann man die Funktionalität eines einzelnen Blocks wie gewünscht in mehreren Schaltungsblöcken ausführen. Die Wahl der Umsetzung der Schaltung hängt von verschiedenen Faktoren wie etwa bestimmten Design- und Leistungsfähigkeitsspezifikationen für eine gegebene Umsetzung ab. Durchschnittsfachleuten werden andere Abwandlungen und alternative Ausführungsformen neben den Ausführungsformen in der Offenbarung offensichtlich sein. Entsprechend lehrt die Offenbarung diesen Fachleute die Weise zur Ausführung der offenbarten Konzepte durch beispielhafte Ausführungsformen und ist lediglich als erläuternd anzusehen. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, könnten die Figuren gegebenenfalls maßstabsgetreu gezeichnet sein oder auch nicht.Referring to the figures, those of ordinary skill in the art will recognize that the various blocks shown primarily represent the conceptual functions and signal flow. The actual implementation of the circuit may or may not include separately identifiable hardware for the various functional blocks, and may or may not use the particular circuitry shown. For example, one could combine the functionality of different blocks into one circuit block as desired. In addition, one can implement the functionality of a single block in multiple circuit blocks as desired. The choice of circuit implementation depends on various factors such as certain design and performance specifications for a given implementation. Modifications and alternative embodiments other than the embodiments in the disclosure will be apparent to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the disclosure teaches those skilled in the art how to implement the disclosed concepts through exemplary embodiments and is to be considered illustrative only. As will be appreciated by those of ordinary skill in the art, the figures may or may not be drawn to scale where appropriate.
Die bestimmten Formen und Ausführungsformen, die gezeigt und beschrieben wurden, stellen lediglich beispielhafte Ausführungsformen dar. Fachleute können verschiedene Änderungen an der Form, der Größe und der Anordnung von Teilen vornehmen, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können Fachleute die dargestellten und beschriebenen Elemente durch gleichwertige Elemente ersetzen. Überdies können Fachleute bestimmte Merkmale der offenbarten Konzepte unabhängig von der Verwendung anderer Merkmale verwenden, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen.The particular shapes and embodiments shown and described are merely exemplary embodiments. Various changes in shape, size, and arrangement of parts can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the disclosure. For example, those skilled in the art may substitute equivalent elements for elements shown and described. Moreover, those skilled in the art may use certain features of the disclosed concepts independently of using other features without departing from the scope of the disclosure.
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