专利名称：接收机以及运行接收机的方法
技术领域：
本发明涉及一种接收机以及一种运行接收机的方法。
背景技术：
对于具有节点(收发机)中的接收机和发射机的无线电网络，例如工业标准IEEE 802. 15. 4是已知的。所述工业标准IEEE 802. 15. 4尤其被设计用于无线电网络，所述无线 电网络的节点可以由电池供电。
发明内容
本发明的任务在于，尽可能地改进用于运行接收机的方法。 所述任务通过具有独立权利要求1的特征的方法解决。有利的进一步构型是从属 权利要求的主题并且包含在说明书中。 因此提出一种用于运行接收机的方法，所述接收机具有设置在接收路径中的电路 模块。优选地，接收机是无线电网络的节点。 在所述方法中，激活接收模式，以便确定前导。在接收模式之前，例如睡眠模式或 发送模式是激活的，在睡眠模式或发送模式中前导的接收和确定是不可能的。在接收模式 中，交替地在接通持续时间上接通接收机的接收路径中的电路模块的至少一部分并且在关 断持续时间上关断接收机的接收路径中的电路模块的至少一部分。在此优选地，所述接通 和所述关断循环地进行。在关断持续时间期间，不可以确定前导。在关断持续时间期间，接 收路径中的电路模块的电流消耗相对于接通持续时间显著地降低。 关断持续时间短于前导的时间长度。在接收模式中在接收路径中测量第一测量 值。在此，也可以测量多个第一测量值。第一测量值可以是接收物理量的值，例如场强信号 (RSSI)的值或相关信号的值。优选地，所述测量通过设置在接收路径中的电路模块进行。
在接收模式中，将第一测量值和第一门限进行比较。所述第一门限例如是门限值 或函数，第一测量值与所述第一门限进行比较。为了进行比较，例如实施大小比较。优选地， 相关信号的测量值或场强信号的测量值被确定作为第一测量值。 根据与第一门限的比较的结果改变接通持续时间和/或关断持续时间。例如，在 第一测量值超过第一门限时增大接通持续时间，例如增大一倍，并且减少关断时间，例如减 少一半。 如果在接通持续时间内前导的有效信号被确定，则所述关断被结束并且电路模块 优选持续地保持接通以便借助前导进行同步。因此，前导的有效信号的确定是中断条件，其 中在满足中断条件时关断被结束。通过第二测量值和第二门限的比较来确定前导的有效信 号。在此，前导的信号满足预先给定的条件，从而所述信号被接收机识别为有效。第二门限 例如是门限值或函数，第二测量值与所述第二门限值进行比较。为了进行比较，例如实施大 小比较。 为了确定前导的有效信号，例如进行所接收到的信号的互相关或所接收到的信号的场强的测量，其中可以优选地通过电路模块在接收路径中确定第二测量值。优选地，相关 信号的测量值或场强信号的测量值被确定作为第二测量值。特别地，场强信号的测量值为 RSSI值(Received SignalStrength Indicator :接收信号的强度指示)。第一测量值和第 二测量值可以由相同的接收物理量确定或者由不同的接收物理量确定。
此外，本发明的任务还在于说明 一种尽可能改进的接收机。 所述任务通过具有独立权利要求7的特征的接收机解决。有利的进一步构型是从 属权利要求的主题并且包含在说明书中。 因此提出一种接收机。优选地，所述接收机被构造为集成电路。优选地，所述接收 机被设置用于在无线电网络中运行。 所述接收机具有接收路径中的电路模块，这些电路模块用于确定所接收到的信号 的前导。 此外，所述接收机具有控制装置，所述控制装置用于控制接收模式。 电路模块的至少一部分被构造为在接通持续时间上可被接通并且在关断持续时
间上可被关断。例如，电路模块分别具有一个控制输入端(enable)，其中可以借助电路模块
的控制输入端上的控制信号接通或关断这些电路模块。替代地，可以设置一个唯一的、可控
制的电流开关用于通断多个电路模块的供给电流。 控制装置被设置用于在接收模式期间交替地在接通持续时间上接通电路模块并 且在关断持续时间上关断电路模块。为此，控制装置例如被设置用于输出控制信号。关断 持续时间小于前导的长度。 控制装置被设置用于将在接收路径中所测量的第一测量值与第一门限比较。例 如，控制装置为此具有计算单元，所述计算单元具有第一 比较函数或第一模拟或数字比较 器。优选地，接收路径中的电路模块被设置用于测量和输出第一测量值。
控制装置被设置用于根据与第一门限的比较的结果来改变接通持续时间和/或 关断持续时间。控制装置被设置用于通过由接通持续时间和/或关断持续时间影响的控 制信号控制接收路径中的电路模块。例如，控制装置具有用于接通时间的、可调节的接通 定时器以及用于关断时间的、可调节的关断定时器。接通定时器或关断定时器的溢出时间 (Ablauflaufzeit)例如可以由控制装置调节。 控制装置被设置用于将在接收路径中所测量的第二测量值与第二门限比较，以便 确定前导的有效信号。例如，控制装置为此具有计算单元，所述计算单元具有第二比较函数 或第二模拟或数字比较器。优选地，接收路径中的电路模块被设置用于测量和输出第二测量值。 控制装置被设置用于根据与第二门限的比较的结果结束所述关断直到所传输的
数据被完整地接收，并且用于将电路模块的一部分控制到接通状态中以便借助前导进行同
止 少。
以下所述的进一步构型既涉及所述接收机，也涉及所述用于运行接收机的方法。
在此，接收机的功能由方法特征得出。方法特征可由接收机的功能导出。 根据一个有利的进一步构型，调节第一 门限和/或第二门限。例如，在建立无线电
网络时根据给定的边界条件，如节点、干扰源或相邻网络之间的距离来调节第一门限或第
二门限。也可以根据测量值，例如同一无线电网络的相邻节点的场强信号的测量值改变第
5一门限和/或第二门限，以便在运行过程中进行调节。 优选地，在接收路径中的一个位置处测量测量值。例如，测量值是在信道中所接收 到的信号的场强的RSSI值。替代地，测量值是相关器的相关信号，尤其是互相关器的相关 信号。在改变接通持续时间和关断持续时间之前，接通持续时间和关断持续时间优选是恒 定的。例如，用于接通和关断的控制信号之前是周期性的。在根据中断条件结束关断之后， 如果满足激活条件，例如前导后面的数据已被完整地接收，则可以重新激活电路模块的周 期性的接通和关断。 根据一个有利的构型方案，通过控制电路的至少一个定时器控制接通持续时间和 关断持续时间。 在一个构型方案中优选地设置，接通持续时间等于或大于前导的符号的一个符号 长度，尤其等于或大于前导的符号的两个符号长度。 在另一个进一步构型中，接收路径中的电路模块被构造用于在同步持续时间内实 施针对前导的前导信号的同步。优选地，同步持续时间小于前导的长度。特别优选地，同步 持续时间小于前导长度的3/4或小于前导长度的一半。 以上所述的进一步构型方案无论是单独应用还是组合应用都是特别有利的。在 此，所有的构型方案都可以彼此组合。在附图的实施例的说明中对一些组合进行了阐述。但 那里所示的进一步构型方案的组合可能性并未穷尽。
以下根据附图通过实施例来详细地说明本发明。
附图示出
图1 :示意图，
图2:接收机的框图，
图3:另一示意图。
具体实施例方式
在图2中通过单片集成电路的框图示意性地示出无线电网络的节点的接收机。示 例性地针对工业标准IEEE 802. 15. 4对图2的框图进行说明。但其功能性也可用于其他无 线电网络或有线网络。 在图2中示意性地示出接收路径100，在所述接收路径中设置有电路模块120、 130、140、150、160、170，这些电路模块相互连接用于分析通过天线IIO接收到的信号。在 此，所述电路模块120、130、140、150、160、170被构造和被设置用于探测所发送的前导。前 导的探测也可被称为确定(Ermitthmg)。参照图1对前导进行详细说明。根据工业标准 IEEE 802. 15. 4，电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170具有输入放大器120 (LAN-LowNoise Amplifier :低噪声放大器)、滤波器130 (SSBF-Single Side Band Filter :单边带滤波 器)、限幅器140 (Limiter)、数字输入电路150 (DFE-Digital FrontEnd :数字前端)、数字基 带电路160(DBB-Digital Base Band :数字基带)和锁相环170 (PLL-Phase Locked Loop)。
图2的实施例的所有电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170在接收模式中共同引起 10mA和12mA之间的电流消耗。与之相反，在睡眠模式(Sle印mode)中不需要接收路径100的电路模i央120、 130、 140、 150、 160、 170的功能。为此，电路模i央120、 130、 140、 150、 160、 170 被构造成是可被接通和可被关断的。电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170的接通和关断的 控制通过控制装置200借助控制信号en进行。为了借助控制信号进行控制，控制装置200 与电路模块120、130、140、150、160、170的控制输入121、 131、 141、 151、 161、 171连接。
控制装置200被设置用于控制接收模式和睡眠模式。附加地，控制装置200对于 接收模式具有省电功能，在图1和图3中对所述省电功能进行详细说明。省电功能通过控 制装置200的控制电路210实现。优选地，所述控制电路210被构造为状态机(FSM-Finite State Machine :有限状态机)。控制电路210被设置用于在接收模式期间交替地在接通持 续时间上接通电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170并且在关断持续时间上关断电路模块 120、130、140、150、160、170，在图1和图3中对此进行详细说明。为了确定接通持续时间和 关断持续时间，控制电路210例如具有一个或多个定时器。相反，其他的子电路，例如石英 振荡器或稳压电压源在接收模式期间持久地保持接通，以便能够在接通持续时间中在所期 望的工作点快速地激活电路模块120 、130 、140 、150 、160 、170。 在此，控制电路210被如此设置，使得为了控制电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170的接通和关断，关断持续时间小于所发送的前导的长度。关断持续时间例如可以由前导 的长度减去由电路决定的最小同步时间确定。为了调节关断持续时间和接通持续时间，控 制电路210优选具有定时器，所述定时器在接收模式中在控制电路210的输出端202上输 出控制信号en。为此，锁相环170被如此构造，使得锁相环在前导的持续时间的极小部分内 已经暂态振荡。通过在接收模式中交替地接通和关断锁相环170，锁相环170被自动地校准 为所期望的频率(2. 4GHz)。 作为有利的副效应，锁相环170在每次接通时自主校准，从而例如可以更好地补 偿温度波动。为此，锁相环170需要具有快速的暂态特性。因此，不再需要在更长的、不间 断的接收模式中由控制器触发地(未示出)重新校准锁相环170。 接收路径100中的电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170被构造用于在同步持续时 间内执行针对前导的前导信号的同步。在此，同步持续时间小于前导的长度。例如，对于同 步而言，仅仅需要前导信号的一半。 在关断持续时间期间进行电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170的关断，虽然其实 需要电路模块120、130、140、150、160、170的功能用于探测前导。但申请人的研究表明，通 过图2的实施例可以显著地降低电流消耗而仅仅轻微地降低接收机的灵敏度和性能。通过 交替地接通和关断电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170获得以下优点，即显著地降低了电 路模块120、 130、 140、 150、 160、 170的平均电流消耗。如果例如从相同的接通持续时间和关 断持续时间出发，即从约l : 1的占空比出发，在直到接收到有效信号的时间内，由电路模 块120、 130、 140、 150、 160、 170所造成的电流消耗的大约一半可被避免。
此外，控制电路210被构造用于分析所接收的信号的测量结果。优选地，控制电 路210被设置用于根据测量结果来改变控制信号en。例如，控制电路210分析场强信号 (RSSI-Received Signal Strength Indication :接收信号的强度指示)。例如，如果场强 信号超过第一 门限值和/或第二门限值，则控制电路210借助控制信号en将电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170控制到接通状态或者改变接通持续时间。 在图2的实施例中，数字基带电路160具有相关器165，例如是互相关器，所述相关
7器165用于将相关结果输出到控制电路210的输入端201上。通过相关器的165的相关运 算确定有效的、所接收到的前导信号，并且向控制电路210输出相应的相关信号。控制电路 210被设置用于根据相关信号——例如通过相关信号与比较器的门限的比较——借助控制 信号en将电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170控制到接通状态中，从而可以进行针对前导 信号的同步。 传输具有前导的数据包(Frame :帧)的无线电系统使用前导进行数据包识别和同 步。如果前导长于所需要的同步时间，则可以实现这样的算法，其中在接收模式中交替地出 现数据包搜索阶段和关断阶段，所述数据包搜索阶段也可被称为接通持续时间，而所述关 断阶段也可被称为关断持续时间。如果在搜索阶段/接通持续时间内可能识别到一个数据 包，则继续搜索直到所述数据包被可靠地识别或者直到满足中断/关断标准。这种中断标 准例如通过指示符(SFD:帧起始定界符)的识别实现。如果例如在确定前导之后的预先给 定的时间间隔内没有识别到指示符(SFD)，则重置控制电路210的定时器并且重新交替地 接通和关断接收路径100的电路模块120、130、140、150、160、170。为此可以附加地分析其 他的条件。 图1示意性地示出一个示意图。针对工业标准IEEE 802. 15. 4的例子对所述示意 图进行说明。在时刻tKX进行从睡眠模式SM到接收模式RX的转换，在所述接收模式中，接收 机被设置用于从无线电网络中的另一个节点接收数据。在睡眠模式SM期间，控制装置200 未被激活。控制装置200由接收模式RX激活。接收模式RX开始于搜索阶段，在所述搜索 阶段中，接收机尝试探测前导10的有效信号。但在图1中，前导10在时刻^才开始被发 送，从而接收机在时刻t。和^之间监听传输信道。所述搜索阶段是必需的，因为在无线电 网络中不确定在哪个准确的时刻前导被发送和前导是否被发送。在搜索阶段期间，接收机 消耗非常多的电流，而接收机并不由此执行某项功能，例如接收数据。 为了不错过传输前导10的时间窗并且实现灵敏度的最大化，接收机应当不断地 执行相关运算。在图1的实施例中，接收路径100的电路模块120、130、140、150、160、170 在关断持续时间t^和t^'期间被关断，尽管这段时间其实可用于探测前导。但申请人的 研究表明，通过使用第一 门限thF和第二门限th2可以在很大程度上补偿由于关断持续时间 t,和taus'而导致的接收机的灵敏度和性能的损失。 从时刻tO开始，通过控制信号en交替地控制接收路径100的电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170的接通和关断。在图1的实施例中，通过控制信号en的高电平来示意性地 表示接通持续时间t^并且通过控制信号en的低电平来示意性地表示关断持续时间taus。 在接通持续时间t^期间，接收机监听信道前导10的有效信号是否被发送。
此外，确定场强信号F——例如RSSI值——并且比较场强信号F与第一门限thF。 在图1的实施例中，首先接通持续时间t^和关断持续时间taus的长度是大约相同的，从而 占空比被调节为约l : 1。如果场强信号F超过第一门限thp，则延长接通持续时间t^'和 /或縮短关断持续时间t^'。也可以改变占空比。在图1中，第一门限thp表示为门限值。 替代地(在图1中未示出)，第一门限thp也可被构造为函数。同样可行的是，第一门限thp 是可调节的或者根据控制值或测量值自动地改变。 在时刻tl接收到前导10的前导信号。前导具有长度tp。在前导10内，在工业标 准IEEE 802. 15. 4中在时刻V t2、 t3、 t4、 t5、 t6、 t7、 t8传输分别具有16 y s的符号长度ts的八个符号SpS2、S3、S^Ss、Se、S7和S8。从时刻te开始，接收以及分析数据包的其他数据。 在图1的实施例中，在时刻tp可被测量的场强F同样显著地上升。然而所述上升并不一定 进行。也可以由于扩频(Spreizimg)借助相关运算确定噪声中的信号。在图1中同样示出 了相关器的输出端上的相关信号k的测量值的变化曲线。在时刻t2和t3之间，相关信号k 的测量值超过第二门限让2，其中通过相关信号k的测量值超过第二门限让2，前导10被接 收机识别为有效。在图l中第二门限th2被表示为门限值。替代地(在图1中未示出)，第 二门限th2也可被构造为函数。同样可行的是，第二门限th2是可调节的或者根据控制值或 测量值自动地改变。 在图1中所示的实施例中，接收机在关断阶段中在传输前导10的前两个符号S工 和S2期间没有探测到前导10。接收机需要一个最小持续时间以识别前导信号。例如在符 号S3和S4的时刻t3和t5之间借助互相关器165探测到前导信号，其中相关信号k的测量 值超过第二门限th2。控制电路210将控制信号en置于高电平，从而接收路径100的电路 模块120、130、140、150、160、170对于前导10的随后的符号S5、S6、S7和S8也保持接通。替 代地或组合地，也可以分析场强信号F。如果与图l所示的情况相反没有探测到前导的有效 信号，则继续接收模式RX中的交替的接通和关断，直到重新转换到睡眠模式中或发送模式 中，或者直到之后探测到有效的前导信号。 接收前导IO之前的搜索阶段通常比接收数据包的实际接收时间长得多。因此，在 总体上显著地降低了接收模式中的平均电流消耗。 图3中示出另一个实施例，其中同样发送具有八个符号S工至S8的前导10。相关信 号k的测量值与第一门限和第二门限th2比较。在此，第一门限小于第二门限th2。 在接收模式RX中，在同步阶段SY之前进行省电阶段CS。在同步阶段SY中，前导10的信号 已被接收机识别为有效，并且接收机针对前导IO的信号进行同步。在此，同步阶段SY所需 的持续时间短于前导10的持续时间。 在省电阶段CS期间，接收机的接收路径100的电路模块120、 130、 140、 150、 160、
170交替地在接通持续时间t^上被接通和在关断持续时间t^上被关断。同样示出了相关 信号k的测量值的变化曲线。如果相关信号k的测量值超过第一门限thp则通过借助控制 信号en的控制延长接收路径100的电路模块120、 130、 140、 150、 160、 170的接通持续时间 tein'。这在图3中通过更长的信号en示意性地示出。此外，如果相关信号k的测量值超过 第二门限让2，则结束关断并且在同步阶段SY期间接通接收路径100的电路模块120、130、 140、150、160、170以便进行同步。 本发明并不限于图1至图3所示的构型方案。例如，也可以设置另一个相关器。也 可以禁用接收路径的与图2所示的电路模块不同的电路模块。只要前导具有足够的长度， 接收模式期间的接通和关断的功能也可被用于根据其他工业标准的其他无线电网络，也可 被用于有线网络。
附图标记表 100 接收路径
110 天线
120 放大器
130 滤波器
140 限幅器 150 数字输入电路 160 数字基带电路 165 相关器 170 锁相环 121， 131， 141， 151， 161控制输入端 171 200 控制装置 201 输入端 202 输出端 210 控制电路
权利要求
用于运行一接收机、尤其是一无线电网络的接收机的方法，所述接收机具有被设置在一接收路径(100)中的电路模块(120，130，140，150，160，170)，其中，激活一接收模式(RX)，以便确定一前导(10)，其中，在所述接收模式(RX)中，所述接收机的所述接收路径(100)中的电路模块(120，130，140，150，160，170)的至少一部分交替地在一接通持续时间(tein，tein’)上被接通并且在一关断持续时间(taus)上被关断，其中，所述关断持续时间(taus)短于所述前导(10)，其中，测量所述接收路径中的一第一测量值(k，F)，其中，将所述第一测量值(k，F)与一第一门限(thl，thF)进行比较，其中，根据与所述第一门限(thl，thF)的比较的结果改变所述接通持续时间(tein，tein’)和/或所述关断持续时间(taus)，以及其中，如果在所述接通持续时间(tein)期间通过一第二测量值(k，F)与一第二门限(th2)的比较确定所述前导(10)的一有效信号，则结束所述关断并且所述电路模块(120，130，140，150，160，170)保持接通，用于借助所述前导(10)进行的同步。
2. 根据权利要求l所述方法，其中，确定一相关信号(k)或一场强信号(F)的一测量值 作为第一测量值。
3. 根据权利要求2所述方法，其中，确定一相关信号(k)或一场强信号(F)的一测量值 作为第二测量值。
4. 根据以上权利要求中任一项所述方法，其中，通过一控制电路(210)的一定时器控 制所述接通持续时间(tein)和所述关断持续时间(taus)。
5. 根据以上权利要求中任一项所述方法，其中，所述接通持续时间(tein)等于或大于 所述前导(10)的符号(S丄，S2， S3， S4， S5， S6， S7， S8)的一个符号长度(ts)。
6. 根据以上权利要求中任一项所述方法，其中，调节所述第一门限(thytig和/或所 述第二门限(th2)。
7. 接收机，具有在一接收路径(100)中的电路模块(120，130，140，150，160，170)，这些电路模块 (120， 130， 140， 150， 160， 170)用于确定一被接收的信号的前导(10)，以及具有一控制装置(200)，所述控制装置(200)用于控制一接收模式(RX)，其中，所述电路模块(120， 130， 140， 150， 160， 170)的至少一部分被构造为在一接通持 续时间(tein， tein')上可被接通并且在一关断持续时间(taus， taus')上可被关断，其中，所述控制装置(200)被设置用于在接收模式(RX)期间交替地在所述接通持续时 间(tein， tein，)上接通所述电路模块(120， 130， 140， 150， 160， 170)的至少一部分并且在所 述关断持续时间(taus， taus，)上关断所述电路模块(120， 130， 140， 150， 160， 170)的至少一 部分，其中所述关断持续时间(taus， taus')短于所述前导(10)，其中，所述控制装置(200)被设置用于将一在所述接收路径(100)中被测量的第一测 量值(k，F)与一第一门限(t、，thF)比较，其中，所述控制装置(200)被设置用于根据所述与所述第一门限(thytig的比较的结 果改变所述接通持续时间(tein， tein，)和/或所述关断持续时间(taus， taus，)，以及其中，所述控制装置(200)被设置用于为了确定所述前导(10)的一有效信号而将一第二测量值(k，F)与一第二门限(th2)比较并且根据所述与所述第二门限(th2)的比较的结 果结束所述关断并且将所述电路模块(120， 130， 140， 150， 160， 170)的所述部分控制到一 接通状态中，用于借助所述前导(10)进行的同步。
8.根据权利要求7所述接收机，其中，所述接收路径(100)中的电路模块(120,130， 140， 150， 160， 170)被构造用于在一同步持续时间内执行针对所述前导(10)的一前导信 号的同步，其中，所述同步持续时间小于所述前导(10)的长度(tp)，尤其是小于所述前导 (10)的长度(tp)的3/4或小于所述前导(10)的长度(tp)的一半。
全文摘要
本发明涉及接收机及运行接收机的方法，所述接收机具有设置在用于确定所接收信号的前导的接收路径中的电路模块及用于控制接收模式的控制装置，其中电路模块的至少一部分可在接通持续时间上接通且可在关断持续时间上关断，其中控制装置用于在接收模式期间交替地在接通持续时间上接通及在关断持续时间上关断电路模块的至少一部分，关断持续时间短于前导，其中控制装置用于比较在接收路径中测量的第一测量值与第一门限，控制装置用于根据比较的结果改变接通持续时间和/或关断持续时间，其中控制装置用于为了确定前导的有效信号比较第二测量值与第二门限并且根据比较的结果结束关断并且将电路模块的所述部分控制到接通状态中，用于借助前导的同步。
文档编号H04B1/16GK101771425SQ20091026254
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者E·萨克塞, R·耶内, T·费希伦德 申请人:爱特梅尔汽车股份有限公司