发送和接收信息符号的设计方案的制作方法
【专利摘要】本发明涉及发送来自符号表的信息符号的装置（100）。针对来自符号表的第一信息符号发送第一信号序列。针对来自符号表的第二信息符号发送第二信号序列。在此，第一信号序列与第二信号序列之间的互相关性低于预定互相关性阈值（Ψthreshold）。针对来自符号表的第三信息符号发送第三信号序列，从而不仅第三信号序列与第一信号序列之间的互相关性而且第三信号序列与第二信号序列之间的互相关性均高于预定互相关性阈值。本发明还涉及接收来自接收信号的信息符号的装置（200）。本发明还涉及发送来自符号表的信息符号的方法。本发明还涉及接收来自接收信号的信息符号的方法。本发明还涉及具有程序代码的计算机程序。
【专利说明】发送和接收信息符号的设计方案
【技术领域】
[0001]本发明实施例一般涉及通信系统，尤其是发送和/或接收信息符号的装置，例如这些装置可以用于有线或无线传感器系统。
【背景技术】
[0002]针对传递多值，例如M值(M=2n)信息符号，在通信技术中存在不同的(数字)调制方法，例如频移键控(英语！Frequency Shift Keying, M-FSK),相移键控(英语:Phase ShiftKeying,M-PSK)或者正交振幅调制(英语！Quadrature Amplitude Modulation,M-QAM)。这种高级的数字调制方法能够实现传递高值的信息符号，与传递由仅低值(例如二进制，即，M=2)符号字母组成的信息符号相比，这可以明显提高可实现的数据传递率。高级调制的信号数据的调试通常要求更复杂的接收单元。高级调制信号同样也更易受干扰，例如噪音或者符号间干扰(ISI )，这在接收器中导致更高的比特错误可能性。
[0003]与更简单的调制方法,例如所谓的通断键控(00K调制，OOK=On-Off-Keying)相t匕，上述调制方法(M-PSK，M-QAM，等)更复杂并且尤其需要更多能量来进行无线数据传递。当在FSK、PSK或者QAM调制中将待发送的数据调制到永久存在的载波上期间，相反在二进制OOK调制中仅当例如应当发送“I”时，才发送载波信号，参见图8，那里I)项示出待发送的数据，2)项示出由此得到的OOK信号和3)项示出对应于数据的FSK信号。因而在OOK中以载波信号振幅来调制出这些信息(“O”:载波中断，“I”:载波接通)。也就是说在OOK或者说通断键控情况下不需要持久的能量来发送信息(例如长的“O”序列不需要能量)。然而缺点是，在接收信号明显减弱情况下可能低于边界值，因而可能将“ I”探测为“O”。因而为了稳定的数据传递，在OOK中大多数情况下使用更缓慢的数据传递率。
[0004]为了可以利用OOK或者说通断键控传递多值信息符号，可以针对传递将所谓的扩展代码作为二进制序列发送，它们例如可以通过相关接收器解调。在此，应当传递的每个单独的信息符号对应于包括多个比特(或者片段)的扩展代码。特殊的二进制序列得到充分利用，它们由于良好的相关结果，尽管有干扰然而仍可以通过相关模块明确识别出。如果在接收器中存在多个相关级，那么就可以区分多个信息符号。在DE10128353A1中例如描述了一种方法，其中，m个扩展代码是m个符号。在对应的接收器中针对每个扩展代码需要对应的相关模块，以便可以探测配属于相应扩展代码的信息符号。在2值或二进制符号字母(即，Μ=2θ中，第一扩展代码或者说二进制代码可以配属于第一符号(例如“0”)，第二扩展代码或者说二进制代码可以配属于第二信息符号(例如“I”)。根据待传递的信息符号，相应配属的扩展代码于是可以作为通断键控序列，即，作为OOK调制的二进制序列由发送器传递至接收器。在接收侧，逻辑单元仅需要计算出由扩展代码或OOK调制的二进制序列触发的中断(中断请求)。
[0005]然而利用2值符号字母只能实现相对较小的数据传递率。因而期望借助配属于信息符号的可高效能传递的信号序列来传递高值符号字母(Μ>2)的信息符号，在此，同时保持低的接收器的线路消耗或信号处理消耗。
【发明内容】
[0006]因而本发明任务在于在接收侧线路消耗尽量低的情况下能够实现尽量高效能的数据传递。
[0007]该任务通过根据独立权利要求的发送装置和与其对应的发送方法以及通过根据独立权利要求的接收装置和与其对应的接收方法来解决。
[0008]根据本发明另一方面，当计算机程序在可编程硬件组件(例如数字信号处理器(DSP)或者所谓的现场可编程门阵列(FPGA))上运行时，也提出一种具有程序代码的计算机程序，用于执行至少其中一个方法。
[0009]根据第一方面，本发明实施例包括装置，其用于例如借助通断键控或者说OOK调制来发送由多值符号字母组成的信息符号。在此，这些实施例尤其可有利地用于具有M=2n≥4(即，η≥2)范围的符号字母。在此，装置包括发送器，其用于针对由多值符号字母组成的第一信息符号发送第一信号序列，例如二进制序列，并且针对来自符号表的第二(不同于第一信息符号的)信息符号发送第二信号序列，其中，第一信号序列与第二信号序列之间的互相关性或者说互相关值低于预定互相关性阈值。此外，发送器用于针对来自符号表的第三信息符号发送第三信号序列，其中，不仅第三信号序列与第一信号序列之间的互相关性而且第三信号序列与第二信号序列之间的互相关性均高于预定互相关性阈值。在此，这些信号序列可以全部是二进制信号序列，它们可以借助OOK调制由发送器传递至对应的接收器。
[0010]多值符号字母的信息符号例如是整数，它们可以相应通过信息比特(0、1)的组合来示出。换而言之，信息比特流的数量为η的信息比特塑造了 2η值信息符号字母的2η个信息符号。为了又可以有利地利用通断键控(OOK)传递2η值信息符号，可以给来自符号表的各个符号相应分派二进制信号序列或者说通断键控序列。这些信号序列也可以看作为二进制扩展序列，即，看作为由N比特(“O”和“1”)组成的表现相应信息符号的序列。这些二进制信号序列(以下也称为OOK序列)可以非常节能地传递，这是因为例如仅当OOK序列为“I”时，才发送载波信号。根据一些实施例，根据信息符号的OOK序列例如可以具有Ν=31比特。不言而喻，根据实施方式和应用情况也可以任意想象其他序列长度。序列长度的选择首先受致力达到的数据传递率和传递信道质量的影响。
[0011]根据一些实施例，配属于符号的OOK序列可以是二进制伪随机序列(Pseudo-Noise_Sequences,PN序列)。为此样品是模拟的、随机的噪声x,其仅在Ψχχ( τ =0)=1，即，在自相关函数中在点τ=0处自身地协调一致。此外还可以通过具有良好自相关性的、确定的生成多项式(例如Gold码)来找到OOK序列或扩展序列。另外通过重复尝试(“trial and error”) 找到适当代码。第一信号序列、第二信号序列和第三信号序列或者说OOK序列应当相应尽可能具有良好的自相关特性。此外，应当以如下方式选择信号序列，以使第一信号序列与第二信号序列之间的互相关性低于预定互相关性阈值。换而言之，第一信号序列与第二信号序列之间的互相关性应该尽量较小。与此相反，应当以如下方式选择第三信号序列，以使第三信号序列与第一信号序列之间的互相关性高于互相关性阈值。同样第三信号序列与第二信号序列之间的互相关性应当高于互相关性阈值。第三信号序列与其他两个信号序列之间的互相关性或者说互相关值在点τ =0处应当尽量高，从而第三信号序列在接收侧的相关模块中针对第一信号序列和第二信号序列相应同样可以触发一致性。
[0012]如果针对由多值符号字母组成的第四信息符号(例如“O”)不发送OOK调制信号序列(这对于接收器而言同样是信息)，那么利用本发明实施例可以以2n-l个不同的信号序列或者OOK序列来传递2n值信息符号。通过专门选择各个信号序列或者说扩展序列之间的互相关特性可以借助仅η个不同的相关模块在接收侧实现探测2η值信息符号。在此，η个不同的相关模块对应于这样的η个不同信号序列或者说OOK序列，它们相互之间相应具有低的互相关性，即，互相关性低于预定互相关性阈值。
[0013]通过连续或串行发送信息符号特定的、OOK调制的信号序列，这些实施例能够实现特别高效能的传递方案，其例如用于无线传感器和/或无线传感器网络范围内。也就是说根据一些实施例，发送器可以用于借助OOK调制将信息符号特定的信号序列通过无线电接口串行发送至接收装置。
[0014]根据第二方面也提出一种接收来自接收信号的信息符号的装置。所述装置包括相关级，其用于当对应于来自符号表的第一信息符号的第一信号序列与接收信号之间的互相关性高于预定相关性阈值时，指示第一信息符号。此外，相关级用于当对应于来自符号表的第二信息符号的第二信号序列与接收信号之间的互相关性高于预定相关性阈值时，指示第二信息符号。此外，接收装置的相关级还用于不仅当第一信号序列和接收信号之间的互相关性而且当第二信号序列和接收信号之间的互相关性均相应高于预定相关性阈值时，指示来自符号表的第三信息符号。换而言之，本发明实施例也包括与上述发送装置一致的接收装置。
[0015]在这些实施例中，预定互相关性阈值小于三个信息符号特定的信号序列的相应自相关值(在点τ=0处)并且大于第一信号序列与第二信号序列(相应与第一信息符号和第二信息符号一致)之间的互相关值(在点τ =0处)。
[0016]根据本发明其他方面也提出有用于发送和接收多值信息符号的方法，其中，可以借助通断键控(On-OfT-Keying)或者说OOK调制传递/发送信息符号。在此发送方法包括如下步骤:
[0017]-针对来自符号表的第一信息符号发送符号特定的第一信号序列，
[0018]-针对来自符号表的第二信息符号发送符号特定的第二信号序列，
[0019]从而第一信号序列与第二信号序列之间的互相关性低于预定互相关性阈值，和
[0020]-针对来自符号表的第三信息符号发送第三信号序列，
[0021]从而不仅第三信号序列与第一信号序列之间的互相关性而且第三信号序列与第二信号序列之间的互相关性均高于预定互相关性阈值。
[0022]与此相对，接收以上述发送方法发送的信息符号的方法包括如下步骤:
[0023]-当对应于来自符号表的第一信息符号的第一信号序列与接收信号之间的互相关性高于预定相关性阈值时，指示第一信息符号，
[0024]-当对应于来自符号表的第二信息符号的第二信号序列与接收信号之间的互相关性高于预定相关性阈值时，指示第二信息符号，并且
[0025]-当不仅第一信号序列与接收信号之间的互相关性而且第二信号序列与接收信号之间的互相关性均相应高于预定相关性阈值时，指示来自符号表的第三信息符号。[0026]这些实施例能够实现在某一时间点或者说在某一符号间隔内，当仅在接收侧使用η个相关模块时，利用2η个符号集来代替仅η个符号集地传递来自符号表的信息符号。因而可以降低硬件消耗和/或耗电，这是因为仅需要η个相关模块来代替2η (或2η-1)个相关模块。附加或者替选地可以将信息传递率提高2η/η因数。在第二种考虑中(提高数据传递率)，该提升不会对耗电产生影响，这是因为无需附加的系统块构件。
[0027]这些实施例的另一优点是，信息符号不一定非要通过高级调制来示出。这些高值符号或者说其信号序列可以通过简单的二进制调制方法OOK示出，这种二进制调制方法对简单的和高效能的传递系统而言是有益的。
【专利附图】
【附图说明】[0028]以下结合附图来详细阐述本发明的实施例。其中:
[0029]图1a示出用于根据实施例发送信息符号的装置的示意图；
[0030]图1b示出用于阐述关于相关模块而不同的信号序列的触发的表格；
[0031]图2示出用于根据实施例接收信息符号的装置的示意图；
[0032]图3a示出受干扰的脉冲的示例和由于干扰发生变化的相关结果；
[0033]图3b示出过低选择的相关性阈值Wttoeshtjld的示例；
[0034]图4a不出具有相关结果和最大主芳波辦比(HNV)的、长度N=31的PN序列的不例；
[0035]图4b示出具有相关结果和HNV的、长度N=31的林德纳(Lindner)代码；
[0036]图5a不出根据本发明实施例的4值符号；
[0037]图5b不出符号特定的OOK序列与4值符号的不出的彼此之间的关系；
[0038]图5c示出针对4值信息符号而生成OOK序列的算法流程图；
[0039]图6a不出具有在不同OOK序列之间的自相关值和互相关值的表格；
[0040]图6b示出根据实施例的三个二进制序列的HNV ；
[0041]图7示出三个不同的符号特定的二进制序列连同自相关性和互相关性；以及
[0042]图8示出OOK和FSK的对比。
[0043]在本发明一些实施例的如下示范性描述中，相同附图标记涉及相同、类似或功能相同的部件或组件。
【具体实施方式】
[0044]图1a示出装置100的示意性框图，该装置100用于例如借助于通断键控或者说OOK调制的发送信号来发送来自符号表的信息符号Ic^IpIyI3t5虽然本发明实施例一般可采用211值(11 ^ 2)的符号字母，然而本发明实施例的原理在以下为更好理解而借助22=4值的符号字母来描述。在这种4值的符号字母中可以例如无限制地普遍适用于=Itl=CK I1=U
12=2、I3=3o
[0045]装置100包括数字发送单元和/或模拟发送单元110，发送单元110用于针对来自符号表的第一信息符号I1发送第一扩展序列或二进制序列S1，该序列也可以被称为通断键控序列。此外，发送单元110还用于针对来自符号表的第二信息符号I2发送(不同于S1的)第二扩展序列或者二进制序列s2。在此，这两个扩展序列或扩展代码S1和S2以如下方式选择，即，第一扩展序列S1与第二扩展序列S2之间的互相关性(在点τ =0)低于预定互相关性阈值ψ#--。换而言之，根据符号I1和I2，这两个序列S1和S2彼此具有较低的互相关性，理想地为零。发送单元或者说发送器110还适用于针对来自符号表的第三信息符号I3发送(不同于S1和S2的)第三二进制序列s3。在此，第三二进制序列具有如下特性，即，不仅第三二进制序列S3与第一二进制序列S1之间的互相关性而且(同时)第三二进制序列S3与第二二进制序列S2之间的互相关性均高于预定互相关性阈值Wthresh()ld。换而言之:不仅第三序列与第一序列之间的互相关性而且第三序列与第二序列之间的互相关性均相对较高，理想地是无穷大或者说是一(在标准化情况下)。
[0046]所选信号序列S1、S2、S3可以用于借助通断键控(OOK)调制无线电信号或载波信号(RF信号，RF=无线电频率)。为了高效能的传递，借助通断键控，与序列S1、S2、S3的二进制数值对应地连续传递信息符号特定的二进制序列Sp S2和S3。每次当序列Sp S2, S3在一点处具有值“O”时，传递不需要使用能量。针对来自符号表的第四信息符号Itl=O完全不需要选择或者说发送二进制序列或者说信号序列。换言之，在相应符号间隔或发送间隔内不发送，从而在对应的接收器中，在该间隔内仅接收热噪声或干扰。[0047]如可参引图1b那样，各个信息符号Ic^ I1, 12和I3可以通过n=2 二进制码的组合示出。因而发送单元或者说发送器Iio可以用于发送第一二进制序列S1或代码A，当信息符号I1的与此对应的第一二进制码具有值“1”，并且信息符号的与第二二进制序列S2对应的第二二进制码具有值“O”时。可以发送第二二进制序列S2或代码B，当信息符号的与此对应的第二二进制码具有值“1”，并且相反地，信息符号的第一二进制码具有值“O”时。此外当(同时)信息符号的不仅第一二进制码而且第二二进制码均具有值“I”时，可以发送第三二进制序列S3。基于第三序列S3与两个其他的序列Sp S2的高互相关性，在发送第三序列S3时在接收侧同样触发与两个其他序列S1和S2协调一致的相关模块，这是因为相应超过了预定相关性阈值相关性阈值Wttosh()ld。该“触发”在图1b中通过“代码Α”和“代码B”列中的两个“X”示出。
[0048]与发送装置100对应的接收装置200在根据图2的框图中示意性示出。
[0049]除了用于接收无线的OOK调制的接收信号205的接收单元202 (例如无线电前端)之外，接收装置200还包括相关性设施或相关级210，其通常可包括η个相关模块(针对2η值符号字母)，其中，η个相关模块中的每一个用于将接收信号205与对应的信号序列或二进制序列Sn相互联系。根据用于传递22=4值符号的当前描述的实施例，相关级210可对应于两个相关性少的信号序列S1和S2地包括η=2个相关模块。
[0050]根据实施例，相关级210用于在对应于来自符号表的第一信息符号I1=I的第一信号序列S1 (参见相关模块I)与接收信号205之间的互相关性高于预定相关性阈值Wthreshtjld时(和在同时对应于来自符号表的第二信息符号11=2的第二信号序列S2 (参见相关模块2)与接收信号205之间的互相关性低于预定相关性阈值Wthresht5ld时)指示第一信息符号Ip此外，相关级210用于在对应于来自符号表的第二信息符号I2的第二信号序列S2 (参见相关模块2)与接收信号205之间的互相关性高于相关性阈值Wthrestold时(和在同时第一信号序列S1与接收信号205之间的互相关性低于预定相关性阈值Wthrestold时)指示第二信息符号12。根据本发明实施例，相关级210还用于不仅在第一序列S1与接收信号205之间的互相关性而且也在(同时)第二序列S2与接收信号205之间的互相关性均高于预定相关性阈值Ψ*--时指示来自符号表1、I1^ I2和I3的第三信息符号13=3。在相关级210下游的逻辑电路220中可以推断出已传送的信息滩断出例如根本的比特流)。
[0051]以下更准确研究扩展序列或二进制序列SpS2和S3的所需特性。本发明的实施例为此需要代码组，利用这些代码组可以示出2"值(例如4值)符号。与应用代码或序列无关，所有序列Sp S2和S3应当相应尽量具有非常好的自相关性(自相关函数，AKF),以便在相关接收器200中实现可靠探测。根据数学原理，该请求可以通过
[0052]Ψχχ(0)=1，其他情况下 Ψχχ(τ)〈〈1 (I)
[0053]描述,其中，ΨΧΧ (O表示自相关性，τ表示延时。图3a的示例示出按照该条件的最佳代码:在时间段T之内，仅在一个时间点传递“1”，否则仅传递“O”。信号305具有非常好的自相关性:仅在时间点τ=0，该函数自身协调一致，否则其示出非像相似性。理论上期望的事实。然而在实践中会由于无线电信道的多重用途导致混乱和干扰，从而代码305与其他信号310相叠并且在相关级210中不可以明确识别，参见图3a，右侧。
[0054]二进制信号序列的质量可以通过所谓的最大主旁波瓣比(HNV)来描述。HNV是信号的自相关的最大主波瓣与最大旁波瓣的比:
[0055]
【权利要求】
1.一种发送来自符号表(I。山；12 ；13)的信息符号的装置(100)，所述装置具有如下特征: 发送器(110),其用于针对来自符号表的第一信息符号(I1)发送第一信号序列(S1),其中，所述发送器(110)此外还用于针对来自符号表的第二信息符号(I2)发送第二信号序列(S2)， 其中，所述第一信号序列(S1)与所述第二信号序列(S2)之间的互相关性低于预定互相关性阈值(Wt
hreshold
);和 其中，所述发送器(110)用于针对来自符号表的第三信息符号(I3)发送第三信号序列(S3),其中，不仅所述第三信号序列(S3)与所述第一信号序列(S1)之间的互相关性而且所述第三信号序列(S3)与所述第二信号序列(S2)之间的互相关性均高于预定互相关性阈值(Ψ)、 threshold ^ °
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述信号序列分别为二进制序列，并且其中，所述发送器(110 )用于借助通断键控发送信号序列。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述发送器(110)用于顺序发送信息符号特定的信号序列。
4.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，其中，所述发送器(110)用于针对来自符号表的第四信息符号(Itl)不发送信号序列。
5.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，其中，所述信息符号(I。山；12；13)能够通过二进制码的组合来示出，并且其中，所述发送器(110)用于 发送所述第一信号序列(S1),当信息符号的与此对应的第一二进制码具有值“I”并且信息符号的与所述第二信号序列(S2)对应的第二二进制码具有值“O”时， 发送所述第二信号序列(S2)，当信息符号的与此对应的第二二进制码具有值“I”并且信息符号的第一二进制码具有值“O”时，并且 当不仅信息符号的第一二进制码而且第二二进制码均具有值“I”时，发送所述第三信号序列(S3)。
6.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，其中，所述预定互相关性阈值(Wthreshtjld)小于所述三个信号序列(S1 ；s2 ；s3)的相应的自相关值，并且其中，所述预定互相关性阈值(ψ threshold)大于所述第一信号序列与所述第二信号序列(S1 ；S2)之间的互相关值。
7.根据前述权利要求之一所述的装置(100)，其中，所述发送器(110)用于通过无线电接口将信号序列无线发送至接收装置。
8.接收来自接收信号(205)的信息符号(I。山；12；13)的装置(200)，所述装置具有如下特征: 相关级(210),其用于当对应于来自符号表(I。山；12 ；13)的第一信息符号(I1)的第一信号序列(S1)与所述接收信号(205)之间的互相关性高于所述预定相关性阈值(Wthreshtjld)时，指示所述第一信息符号(I1), 其中，所述相关级(210)此外还用于当对应于来自符号表(Itl5I1 ；12 ;13)的第二信息符号(I2)的第二信号序列(S2)与所述接收信号(205)之间的互相关性高于所述预定相关性阈值(Wthrestold)时，指示所述第二信息符号(I2);并且其中，所述相关级(210)用于不仅当第一信号序列(S1)与所述接收信号(205)之间的互相关性而且第二信号序列(S2)与所述接收信号(205)之间的互相关性均高于所述预定相关性阈值(Wthreshtjld)时，指示来自符号表(I。山;12 ;13>的第三信息符号(13)。
9.一种发送来自符号表(Itl山；12 ；13)的信息符号的方法，所述方法具有如下步骤: 针对来自符号表的第一信息符号(I1)发送第一信号序列(S1), 针对来自符号表的第二信息符号(I2)发送第二信号序列(S2), 从而所述第一信号序列(S1)与所述第二信号序列(S2)之间的互相关性低于预定互相关性阈值(Wthreshold);和 针对来自符号表的第三信息符号(I3)发送第三信号序列(S3), 从而不仅所述第三信号序列(S3)与所述第一信号序列(S1)之间的互相关性而且所述第三信号序列(S3)与所述第二信号序列(S2)之间的互相关性均高于所述预定互相关性阈值(W threshold) ?
10.—种接收来自接收信号(205)的信息符号(Itl ；Ι1 ；12 ;13)的方法，所述方法具有如下步骤: 当对应于来自符号表(I。；I1 ；12 ;13)的第一信息符号(I1)的第一信号序列(S1)与接收信号(205)之间的互相关性高于预定相关性阈值(Wthreshtjld)时，指示所述第一信息符号(I1); 当对应于来自符号表(Ici山；12 ；13)的第二信息符号(I2)的第二信号序列(S2)与所述接收信号(205)之间的互相关性高于所述预定相关性阈值(Wthreshtjld)时，指示所述第二信息符号(I2);并且 当不仅所述第一信号序列(S1)与所述接收信号(205 )之间的互相关性而且所述第二信号序列(S2)与所述接收信号(205)之间的互相关性均高于所述预定相关性阈值(Wthreshtjld)时，指示来自符号表(Itl J1 ;12 ;13>的第三信息符号(13)。
11.一种具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在可编程硬件组件上运行时，所述计算机程序用于执行根据权利要求9或10所述的方法。
【文档编号】H04L27/04GK103841070SQ201310552922
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】马丁·泽格 申请人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司