双模无线通信芯片、双模无线通信设备和方法与流程

本发明涉及电子设计与通信系统应用领域，特别涉及双模无线通信芯片、双模无线通信设备和方法。

背景技术：

目前，Zigbee(紫蜂)和BLE(Bluetooth Low Energy，蓝牙低功耗)在无线通信系统应用领域各有优缺点。BLE在消费市场的应用基础和需求更为广泛，特别是在手机、平板电脑、穿戴式等领域已经迅速爆发；而ZigBee协议(ZigBee协议为基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，又称紫蜂协议)定义了较为成熟的mesh标准并在各领域中广泛应用，比如楼宇灯控、工业控制等。

但近年来智能手机和智能家居的迅速发展和融合，要求智能设备兼具低功耗和智能组网功能，使得蓝牙从技术的角度往类似Zigbee的组网功能发展，而Zigbee也从市场的角度尝试进入手机等智能设备。现有的通信方案都只能支持BLE和zigbee其中的一种模式，无法兼容两个功能，而应用中需求能够兼容两种协议的解决方案，支持原有的两种硬件设备，扩展出更大的市场应用。

无线mesh是一种非常适合于覆盖大面积开放区城(包括室外和室内)的无线区域网络解决方案。无线mesh网的特点是：由包括一组呈网状分布的无线通讯节点构成，节点之间均采用点对点方式，通过无线路由互联，可以实现将传统WLAN中的无线“热点”扩展为真正大面积覆盖的无线“热区”。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双模无线通信芯片、双模无线通信设备和方法，使得无线通信时可以同时支持两种近距离通信模式，扩展应用市场。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种双模无线通信方法，包含以下步骤：

S1.预先分配第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点和休眠时间；其中，被分配的第一近距离通信模式的通信时间点和第二近距离通信模式的通信时间点不相同；

S2.在被分配的所述第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点，利用射频收发器接收信号；

S3.根据所接收到的信号的接收时间确认其通信模式；其中，所述通信模式包含第一近距离通信模式和第二近距离通信模式；

S4.根据所确认的通信模式，对所接收到的信号进行对应模式的解调处理和对应模式的连接层处理。

本发明的实施方式还提供了一种双模无线通信芯片，包含：分配模块、射频收发器、确认模块、控制器、双模调制解调器和双模连接层处理器；

所述分配模块，用于预先分配第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点和休眠时间；其中，被分配的第一近距离通信模式的通信时间点和第二近距离通信模式的通信时间点不相同；

所述射频收发器，用于在被分配的所述第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点，接收信号；

所述确认模块，用于根据所述射频收发器接收到的信号的接收时间确认其通信模式；其中，所述通信模式包含第一近距离通信模式和第二近距离通 信模式；

所述控制器，用于根据所述确认模块确认的通信模式，控制所述双模调制解调器对所接收到的信号进行对应模式的解调处理，控制所述双模连接层处理器对所接收到的信号进行对应模式的连接层处理。

本发明的实施方式还提供了一种双模无线通信设备，包含上述提到的双模无线通信芯片。

本发明实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：根据预先分配的不同通信时间点收发不同模式的信号，通过接收时间也就可以区分所收到信号的通信模式，将区分后的数据进行对应模式的调制解调处理和对应模式的连接层处理，从而实现对不同通信模式数据的自适应处理。可见，本发明实施方式中的双模无线通信方法使得无线通信时可以同时支持两种近距离通信模式，扩展应用市场。

作为进一步改进，在所述步骤S1之后，还包含以下步骤：

F1.根据需发送信号的通信模式，进行对应模式的连接层处理和对应模式的调制处理所需发送的信号；

F2.根据被分配的所述第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点，利用射频收发器发送对应模式的需发送的信号。

根据需要发送的数据的通信模式，对其进行不同数据进行对应模式的预处理，使得同时可以支持发送两种近距离通信模式的数据。

作为进一步改进，在所述步骤S1之中，还包含以下子步骤：

S101.如果接收到的信号为组网广播信号，则根据各通信模式的特征格式识别所接收到的信号的通信模式；

S102.根据所识别出的通信模式，分配对应的通信时间点和休眠时间。

根据不同近距离通信模式的特征格式不同的原理，对收到的组网广播信 号进行识别，对区分后的数据分别分配通信时间点和休眠时间，避免不同模式的数据在同一时间同一通信信道上冲突。

作为进一步改进，在所述步骤S2中，所述特征格式为以下之一或其任意组合：数据带宽、调制方式和数据前导码。进一步限定可以根据不同的特征格式对数据的通信模式进行识别和区分，且可以同时使用多个特征格式，提高识别的准确率。

作为进一步改进，所述第一近距离通信模式为蓝牙低功耗BLE；所述第二近距离通信模式为紫蜂ZigBee。进一步限定两种近距离通信模式分别为BLE和ZigBee，兼具了BLE的调频抗干扰优势和Zigbee的组网规模大、远距离等优势，具有广泛的应用场景及良好的经济前景。

作为进一步改进，所述射频收发器的设计指标需均满足第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的设计要求。同时满足两种近距离通信模式要求的射频收发器可以发送两种通信模式的数据，节省硬件，降低成本。

作为进一步改进，所述射频收发器的结构为直接变频、低中频、两次变频、两点式调制或直接欠采样。可以根据实际需要采用不同结构的射频收发器，灵活多变地适用不同的应用场景，进一步拓展本发明的应用范围。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式中的双模无线通信方法流程图；

图2是根据本发明第一实施方式中的另一双模无线通信方法流程图；

图3是根据本发明第一实施方式中的双模无线通信方法中的双模调制解调器结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式中的双模无线通信芯片结构示意图；

图5是根据本发明第三实施方式中的双模无线通信设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种双模无线通信方法。本实施方式中的“双模”以第一近距离通信模式为BLE和第二近距离通信模式为ZigBee为例作具体说明。其流程如图1所示，具体如下：

步骤101，预先分配各近距离通信模式的通信时间点和休眠时间。

具体的说，本步骤可以细分为如下步骤：

步骤A1，如果接收到的信号为组网广播信号，则根据各通信模式的特征格式识别所接收到的信号的通信模式。

具体的说，本发明的发明人发现，两种通信标准在数据带宽、调制方式、以及数据前导码的规定上有明显的区别，本实施方式中的BLE和Zigbee在这些格式上也均有区别。这些具有明显区别的规定可以作为信号的特征格式，如果可以将特征格式进行区分，也就可以区分数据的通信模式。

更具体的说，本步骤是根据各近距离通信模式的特征格式来识别所接收到的数据的通信模式。更具体的说，特征格式可以包含以下之一或其任意组合：数据带宽、调制方式和数据前导码。

需要说明的是，“根据各通信模式的特征格式识别所接收到的信号的通信模式”的步骤可以细化为如下三个步骤：

步骤B1，提取所收到信号中预设位置的数据；其中，该预设位置为所收 到信号中表征其近距离通信模式的特征格式的位置。

步骤B2，比较所提取数据和各近距离通信模式在对应位置的标准数据。

步骤B3，根据比较结果判定所收到信号的通信模式。

执行完上述步骤后，继续执行以下步骤：

步骤A2，根据所识别出的通信模式，分配对应的通信时间点和休眠时间。

具体的说，被分配的BLE的通信时间点和ZigBee的通信时间点不相同。

需要说明的是，本步骤101是在双模无线通信组网时执行，在双模无线通信组网时，发起组网的设备通过广播方式，先按照BLE模式扫描所有的通信频率信道，找出可连接的BLE目标对象，再按照ZigBee模式扫描所有的通信频率信道，找出可连接的ZigBee目标对象。在经过用户要求和协议安全验证可连接的目标后，与周围的BLE和Zigbee分别建立通信连接。

还需说明的是，本实施方式中，本步骤是分配BLE和ZigBee的通信时间点和休眠时间，同时，被分配的BLE的通信时间点和ZigBee的通信时间点不相同。将两种模式的通信时间点和休眠时间错开，也就是使得两种协议都采用时分方式通信，在某一种通讯协议运行的间歇段(即休眠时间)，可以运行另外一种通讯，使得不同近距离通信模式的数据不会在同一时间同一通信信道上冲突，而且在硬件上两种通信模式在处理数据或收发数据时可以共用一些元器件，节省成本。

值得一提的是，本步骤为通信预先执行的步骤，也就是组网的初始化过程中的步骤，并非每次通信时所必须执行的步骤。

步骤102，利用射频收发器接收数据。

具体的说，本步骤是在被分配的BLE的通信时间点和ZigBee的通信时间点，利用射频收发器接收数据。

更具体的说，实施方式中射频收发器可以是2.4G射频收发器，同时， 其结构可以是直接变频、低中频、两次变频、两点式调制或直接欠采样。

需要说明的是，由于本实施方式中射频收发器需要发送BLE和ZigBee两种模式的数据，所以需要满足两种模式的设计要求，比如，灵敏度、抗干扰、发射信号质量、相位噪声、自动增益控制等等指标都必须满足两个协议中最为严格的一项。

举例来说，BLE标准对抗干扰性能要求比Zigbee要求更高，因此射频收发器的中线性度、信道滤波器滤波性能、相位噪声等影响抗干扰性能的指标按照BLE标准要求进行设计，同时，肯定满足了Zigbee的指标要求；而Zigbee在工业控制、组网等应用中对接收灵敏度的要求比短距离通信BLE的要求更高，因此对接收机设计来说，噪声系数、信号链路增益等指标必须按照Zigbee的要求进行设计。其他关于射频收发器的控制与矫正电路、工艺偏差矫正、自动增益控制、频偏矫正等电路由于与协议标准要求没有直接关联，因此可以两个标准公用。

此外，值得一提的是，在实际应用中，也可以不采用共用射频收发器的设计，而使用两个单独的射频收发器，设计更为简单。

步骤103，确认所接收到的数据的通信模式。

具体的说，本步骤是根据所接收到的信号的接收时间确认其通信模式。其中，通信模式包含BLE和ZigBee。由于对于不同通信模式的信号具有不同的通信时间点，所以本步骤根据信号的接收时间即可准确判断其通信模式。

步骤104，对所接收到的信号进行对应模式的解调处理。

具体的说，由于不同模式的信号在接收后进行的解调处理是完全不同的，所以在前述步骤中确认了接收到信号的具体通信模式后，才能根据相应的模式进行解调处理。

步骤105，对所接收到的信号进行对应模式的连接层处理。

具体的说，本步骤中进行连接层处理的是连接层的数据处理器，是一种用硬件实现的方式。(无线通信上把各层的标准分成物理层、连接层、应用层等等)在实际应用中，也可以用MCU执行软件指令的方式实现。

值得一提的是，本实施方式中的协议栈是对BLE和ZigBee等协议栈进行合并优化后的协议栈。

综上，本实施方式相对于现有技术而言，主要根据不同近距离通信模式的特征格式不同的原理，在组网初始化期间对收到的数据进行识别，并对识别后的不同数据分别分配不同的通信时间点，在接收数据时，可以快速地根据接收的时间区分所接收的信号，将区分后的信号进行对应模式的调制解调处理和对应模式的连接层处理，从而实现对不同通信模式数据的自适应处理，由于根据预先分配的通信时间点收发相应模式的数据，使得不同模式的数据不会在同一时间同一通信信道上冲突。可见，本实施方式中的双模无线通信方法使得无线通信时可以同时支持两种近距离通信模式，扩展应用市场。

此外，本实施方式中的双模无线通信方法还包含了信号的发送方法。其流程如图2所示，具体如下：

步骤201与步骤101相类似，在此不再赘述。

步骤202，对需发送的信号进行对应模式的连接层处理。

步骤203，对需发送的信号进行对应模式的调制处理。

步骤204，利用射频收发器发送对应模式的需发送的信号。

具体的说，步骤202至步骤204是步骤102、步骤104和步骤105的信号发送过程。根据需要发送的数据的通信模式，对其进行不同数据进行对应模式的预处理，使得本实施方式中的双模无线通信方法可以同时支持发送两种近距离通信模式的数据。

需要说明的是，在实际应用中，本实施方式中提到的调制和解调步骤， 可以利用双模调制解调器可以利用一个元器件实现对BLE和ZigBee两种格式的数据进行调制解调处理，其数据处理过程如图3所示，值得一提的是，其中两种模式的生成循环冗余码校验电路、白噪化电路、去白噪化电路和循环冗余编码校验电路均可以共用，由于本实施方式中两种通信协议采用时分方式进行通信，所以部分电路的共用并不会造成互相影响，反而可以进一步节省元器件的使用。

在实际应用中，双模调制解调器也可以是集成了两个独立的单模调制解调器的设计方案，本实施方式中的识别步骤(步骤103)可以由芯片中的MCU(微处理器)来实现，两个独立的单模调制解调器在MCU的控制下，分别或者同时处理数据。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第二实施方式涉及一种双模无线通信芯片，如图4所示，包含：分配模块、射频收发器、确认模块、控制器、双模调制解调器和双模连接层处理器。具体的说，本实施方式中的芯片为SOC芯片(System-On-Chip系统级芯片)。

其中，分配模块，用于预先分配第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点和休眠时间；其中，被分配的第一近距离通信模式的通信时间点和第二近距离通信模式的通信时间点不相同。

射频收发器，用于在被分配的第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点，接收信号。具体的说，射频收发器的结构可以为直接变频、低中频、两次变频、两点式调制或直接欠采样。

确认模块，用于根据射频收发器接收到的信号的接收时间确认其通信模式；其中，通信模式包含第一近距离通信模式和第二近距离通信模式。值得一提的是，本实施方式中的确认模块集成在双模调制解调器中。在实际应用中，该识别模块也可以集成在控制器中。

控制器，可以是微控制器MCU，用于根据确认模块所确认的通信模式，控制双模调制解调器对所接收到的信号进行对应模式的解调处理，控制双模连接层处理器对所接收到的信号进行对应模式的连接层处理。进一步说，控制器是核心的数据处理和运算中心。

本实施方式中的控制器还可以控制双模调制解调器仅执行一种模式的调制解调，使本实施方式中的双模无线通信芯片仅支持一种模式的通信。

需要说明的是，上述分配模块进一步包含以下子模块：

检测子模块，用于检测所接收到的信号是否为组网广播信号；并在检测到所接收到的信号为组网广播信号时，触发识别子模块。

识别子模块，用于根据各通信模式的特征格式识别所接收到的信号的通信模式。

分配子模块，用于根据识别子模块所识别出的通信模式，分配对应的通信时间点和休眠时间。

同时，上述识别子模块可以进一步包含以下子模块：

提取子模块，用于提取所收到信号中预设位置的数据。其中，预设位置为所收到信号中表征其近距离通信模式的特征格式的位置。同时，特征格式可以为以下之一或其任意组合：数据带宽、调制方式和数据前导码。

比较子模块，用于比较提取子模块提取的数据和各近距离通信模式在对应位置的标准数据。

判定子模块，用于根据比较子模块的比较结果判定所收到信号的通信模 式。

本实施方式中的双模无线通信芯片还可以进一步优化，其中的控制器，还用于根据需发送信号的通信模式，控制双模连接层处理器对所需发送的信号进行对应模式的连接层处理，控制双模调制解调器对所需发送的信号进行对应模式的调制处理。

同时，射频收发器，还用于根据被分配的第一近距离通信模式和第二近距离通信模式的通信时间点，发送对应模式的需发送的信号。

此外，还需要说明的是，本实施方式中的双模无线通信芯片还可以进一步包含：

电源管理部分，包括了线性电源、开关电源等模块，给芯片其他各个模块提供电源，并根据需要控制芯片进入工作或者休眠状态。

晶振，给芯片的射频收发器提供参考时钟，并给MCU等电路提供工作所需要的时钟信号。

模数/数模转换器，受微处理器MCU的控制，应用于测量或者提供某个模拟信号。

定时器，利用一个慢速时钟，按照系统要求，接收和发射两端约定一定的时间唤醒之后进行数据交换，然后再进入休眠状态。

存储器，包含RAM存储器和flash存储器，为MCU提供运算和存储数据的空间。

安全处理器，协助微控制器MCU处理相关安全数据的加密与解密。

通用串行接口模块，包含SPI、I2C、UART、USB、PWM、音频接口等等，提供芯片与应用系统中的其他芯片和元件提供串行或者并行通信接口，受MCU控制。

值得一提的是，本实施方式中的第一近距离通信模式可以是BLE，第二 近距离通信模式可以是ZigBee。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第三实施方式涉及一种双模无线通信设备。本实施方式中的双模无线通信设备包含了第二实施方式中的双模无线通信芯片，具体如图5所示，其还包含天线，双模无线通信芯片中的射频收发器通过该天线收发信号。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。