用于啁啾调制无线电信号的发射器制造技术

提供了用于啁啾调制无线电信号的发射器

【技术实现步骤摘要】
用于啁啾调制无线电信号的发射器、接收器和方法


[0001]在实施例中，本专利技术涉及用于啁啾(chirp)调制的扩展频谱无线电信号的接收器和发射器。

技术介绍

[0002]近来，无线连接设备已经是相当大的兴趣和努力的对象。无线通信技术中的改进有助于“物联网”的创建和发展。在该上下文中，已经提出并且利用了若干个无线通信协议。除了其他之外，通信系统使用啁啾扩展频谱调制来实现具有低功耗和复杂度的长发射范围，所述通信系统除了其他之外还通过专利申请EP 2763321 A1、EP 3264622 A1和EP 2449690 A1已知。
[0003]在本公开的上下文中，为简洁起见，术语“LoRa”指示基于包括多个频率啁啾的无线电信号的交换的通信系统，每个啁啾被限制于有限的时间间隔和有限的带宽，其中所述啁啾包括其中频率从时间间隔的开始到结束遵循给定函数的基础啁啾，以及作为基础啁啾的循环移位的调制啁啾。基础啁啾和调制啁啾被视为调制字母表中的符号。该定义包括已知的产品和标准，以及广义概念的可能且尚未实现的变型。
[0004]调制被用在许多应用和设备中，用于低功率广域网和长程点对点通信这两者。芯片组、模块和参考设计中的核心技术的不同供应商支持其越来越多的扩散。在许多应用中，部署由如下各项组成：许多传感器节点，被配置为执行给定的测量——诸如定位的确定、温度、
……
——，以及与所述传感器节点通信并充当集中器和协调器的一个或多个网关。传感器节点可以在两个方向上通过LoRa调制的无线电发射与一个或多个网关通信。此外，一些设备充当网关和传感器节点之间的中继。这样的中继典型地是电池操作的，像传感器节点一样具有功耗约束，并且可能包括传感器节点功能。
[0005]中继和传感器节点可以花费大部分时间处于低功率睡眠状态，并在短的时间窗口期间唤醒以监听传入消息，从而节省能量。监听窗口在一定程度上是确定性地可预测的，但是不确定性可以是相当大的，因为在大多数情况下，传感器节点和中继不能在睡眠模式中保持良好时间。为避免此，希望向这样的节点或中继发送消息或下载数据的网关或节点应当在该消息前添加未调制啁啾的非常长的前导码(长达几秒钟)，以确保它将与监听窗口重叠。未调制啁啾的前导码是LoRa帧的规定特征，但其长度不固定。
[0006]该解决方案是有效的，但是由于所述前导码由相同的啁啾构成，因此监听设备无法知道前导码将何时结束，并且如果它在长的前导码期间非常早地唤醒，则将必须在整个前导码的持续时间内保持监听，在接收没有传达有用信息的信号中花费能量。中继可能服务于若干个传感器节点，因此使该功耗最小化是重要的。
[0007]本专利技术提出了一种克服上面限制的改进的LoRa发射器和接收器。相同解决方案适用于其他基于啁啾的无线电网络。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供克服最先进技术的缺点和限制的发射器、接收器和下载数据的方法。
[0009]根据本专利技术，这些目的通过所附权利要求的对象实现，特别是通过用于啁啾调制无线电信号的发射器实现，所述发射器包括调制器，所述调制器被配置为生成包括多个啁啾的无线电信号，每个啁啾在时间上被限制在信号在其处具有初始瞬时频率的初始瞬间和信号在其处具有最终瞬时频率的最终瞬间之间，由此调制器被配置为生成：基础啁啾，其中频率根据预定的基础啁啾函数从初始瞬时频率单调地改变到最终瞬时频率；以及调制啁啾，其瞬时频率根据作为基础啁啾函数的循环移位的多个函数而变化，发射器被配置为在具有前导码和有效载荷的帧中组织啁啾，所述有效载荷包括携带被编码为循环移位的信息元素的调制啁啾集合，其中所述前导码包括一系列基础啁啾，其特征在于前导码的啁啾具有对前导码中的定位进行编码的相移。
[0010]本专利技术还涉及一种接收器设备，其被设计为与发射器协作，并且接收在上面定义的帧中组织的啁啾调制无线电信号。接收器检测前导码，确定前导码中啁啾的相移，并且在假设相移根据预定义编码对前导码中的定位进行编码的情况下，在取决于前导码中所述定位的时段期间进入低功率状态和/或监听状态。
[0011]通过在前导码中插入可变睡眠时间，本专利技术的接收器可以在不丢失重要信息的情况下节省功率。前导码的最后符号在LoRa中用于帧、时间和频率同步，并且优选地，接收器在前导码的剩余持续时间中的大部分期间维持在低功率状态，并且在前导码的同步符号之前不久唤醒。
[0012]有利的是，本专利技术的发射格式与不试图确定前导码符号中的相移的遗留LoRa接收器兼容。这些接收器可以检测相位调制的LoRa符号，并且与本专利技术的相位调制前导码同步，而没有性能损失。
[0013]在监听状态中的接收器可以检测第二帧的第二前导码，可能以不同的扩展因子，在取决于前导码中所述定位的时段期间进入低/功率状态和/或进入监听状态。如上面所公开的，接收器优选地在任一前导码的同步符号之前不久唤醒。
[0014]本专利技术还包括一种方法，其中在经调度的下载时间处，将数据从网关或从传感器节点下载到低功率广域网中的无线设备：当无线设备进入监听时段时，网关或传感器节点生成包括啁啾的一个或多个帧的无线电信号，如上面定义的那样，无线设备检测前导码，确定前导码中啁啾的相移，并且假设它们对前导码中的定位进行编码，在取决于前导码中的所述定位的时段期间进入低功率状态或监听状态。
[0015]从属权利要求涉及重要且有用的特征，然而所述特征并非必不可少，诸如例如，相移的差分编码规则，其中前导码检测序列中的啁啾被组合成组，并且每个组中的相移遵循一种模式，其幅度根据预定义定律从一个组到另一个组而改变，并且前导码在幅度的值在其处达到预定义值(其可以为零)的定位处结束。该定律可以是线性定律——递减或者递增，或者是锯齿定律，或者是任何其他合适的确定性函数。每个组可以包括相移相等且相反的两个啁啾、其中第一个和最后一个具有相反相移并且中间一个具有零移位的三个啁啾、或者啁啾的其他组合。
[0016]相移还可以对诸如有效载荷所属的网络或数据流的名称之类的附加信息进行编
码。这可以通过在预定义的集合中为相移选择不同的序列来获得。一种有用的可能性是将附加信息编码在相移变化的斜率中。
附图说明
[0017]本专利技术的示例性实施例在描述中公开，并且通过附图图示，其中：
[0018]图1以示意简化的方式示出了根据本专利技术的一方面的无线电调制解调器的结构。
[0019]图2a绘制了根据本专利技术的一方面的基础啁啾和调制啁啾的瞬时频率。相同信号的相位在图2b中表示，并且图2c绘制了基础啁啾和调制啁啾在时域中和基带表示中的实分量和复分量。
[0020]图3示出了可以将本专利技术应用于的LoRa帧的示例。
[0021]图4a和4b图示了适用于本专利技术的两种可能的相位调制方案。
[0022]图5示出了可以如何将网络标识编码在具有不同斜率的相移系列中。
[0023]图6和7绘制了本专利技术的两个实施例中相移的调制幅度。
[0024]图8示出了本专利技术的示例中的一系列步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于啁啾调制无线电信号的发射器，包括：调制器，被配置为生成包括多个啁啾的无线电信号，每个啁啾在时间上被限制在信号在其处具有初始瞬时频率的初始瞬间和信号在其处具有最终瞬时频率的最终瞬间(T1)之间，由此调制器被配置为生成：基础啁啾，其中频率根据预定的基础啁啾函数从初始瞬时频率单调地改变到最终瞬时频率；以及调制啁啾，其瞬时频率根据作为基础啁啾函数的循环移位的多个函数而变化，发射器被配置为在具有前导码和有效载荷的帧中组织啁啾，所述有效载荷包括携带被编码为循环移位的信息元素的调制啁啾集合，其中所述前导码包括一系列基础啁啾，其特征在于前导码的啁啾具有对它们在前导码中的定位进行编码的相移。2.根据权利要求1所述的发射器，其中所述规则包括相继的基础啁啾的组，并且每个组中的相移遵循一种相移模式，所述相移模式具有根据预定义定律从一个组到另一个组而改变的幅度，并且前导码在幅度的值在其处达到可以为零的预定义值的定位处结束。3.根据权利要求2所述的发射器，其中管控相移的幅度的定律是线性减小或线性增大或三角波。4.根据权利要求3所述的发射器，其中所述线性减小或线性增大的斜率是这样的：相移的幅度重复地从最大值去到零，并且然后再次去到最大值。5.根据权利要求2所述的发射器，其中所述前导码包括其中相移恒定的最终段，由此，所述最终段前导码段包括调制啁啾的帧同步字。6.根据权利要求2所述的发射器，其中每个组包括具有相等且相反的相移的两个啁啾。7.根据权利要求2所述的发射器，其中每个组包括三个啁啾，其中第一个和最后一个具有相等且相反的相移，并且中间一个具有零相移。8.根据权利要求1所述的发射器，其中所述相移还对有效载荷所属的网络或数据流的名称进行编码。9.根据权利要求8所述的发射器，其中通过相移的变化的斜率来发信号通知网络或数据流。10.一种用于啁啾调制无线电信号的接收器，包括解调器，所述解调器用于对包括多个啁啾的信号进行解调，每个啁啾在时间上被限制在信号在其处具有初始瞬时频率的初始瞬间和信号在其处具有最终瞬时频率的最终瞬间之间，信号中的啁啾被组织在具有前导码和有效载荷的帧中，其中前导码包括一系列基础啁啾，其中频率根据预定的基础啁啾函数从初始瞬时频率单调地改变到最终瞬时频率，并且其中有效载荷包括调制啁啾集合，其具有根据作为基础啁啾函数的循环移位的多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：商升特公司，
类型：发明
国别省市：