用于在无线通信系统中向低功率设备传输唤醒无线电信号的系统和方法与流程

本公开要求于2016年9月20日提交的美国临时专利申请第62/396,955号和于2017年9月19日提交的美国非临时专利申请第15/708,507号的优先权。上述申请的全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及管理无线通信系统中的低功率(lp)设备，并且具体地涉及在无线通信系统中向lp设备传输唤醒无线电(wake-upradio，wur)信号。

背景技术：

本文中提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的上下文。本发明人的工作就在本背景技术部分中描述的工作的范围以及在提交时不具有现有技术资格的描述的方面而言既没有明确地也不暗示地被认为是本公开的现有技术。

在现有系统中，无线局域网(wlan)通常在环境中用于互连一组用户设备，诸如物联网(iot)设备。例如，在家庭环境中，诸如恒温器、膝上型计算机、智能电话、电视机顶盒等设备可以在家庭wlan下互连。这样的用户设备通常是lpwifi设备，当设备不使用时，其可以通过关闭wifi模块来转换到睡眠模式以节省电力。例如，为了维持接入点(ap)与wlan的lp设备之间的连接，ap可以传输wur信号以唤醒lp设备，例如恒温器，从而通知恒温器并且由此恒温器准备在常规wifi上从ap接收配置数据的数据分组。然而，在当前的802.11标准下，尚未规定wur机制，例如wur信号的发射和接收。

技术实现要素：

本文中描述的实施例提供了一种用于向无线局域网中的低功率设备传输唤醒无线电信号的方法。在无线接入点处接收用于向无线设备传输的数据，并且生成唤醒无线电分组。唤醒信号包括第一前导码、第二前导码和包括分配给无线设备的唤醒用户标识符的有效载荷数据。将唤醒无线电分组编码成编码的唤醒无线电帧，该编码的唤醒无线电帧包括表示调制的有效载荷数据的多个编码的数据符号。将编码的唤醒无线电帧调制成调制的波形以进行传输。向无线设备传输与调制的波形对应的信号。

在一些实施例中，配置由与无线局域网一起可操作的无线通信协议定义的第一前导码，并且将第二前导码配置为标识唤醒无线电分组的类型。

在一些实施例中，计算表示无线设备的媒体访问控制地址的数字的散列值，并且将散列值指派为无线设备的唤醒用户标识符。

在一些实施例中，生成表示无线设备的第一数目的比特，并且针对第一数目的比特生成第二数目的循环冗余校验比特。连接第一数目的比特和第二数目的循环冗余校验比特，并且将所连接的比特指派为无线设备的唤醒用户标识符。

在一些实施例中，将唤醒无线电分组编码成多个一个或多个正交频分复用(ofdm)符号。

在一些实施例中，当唤醒用户标识符包括n个比特时，将用于传输唤醒无线电分组的带宽划分为n个子信道。使用开关键控调制在n个子信道之一上传输n个比特之一。

在一些实施例中，当唤醒用户标识符包括n个比特时，设计在与来自多个ofdm符号的ofdm符号对应的符号时间内的2ⁿ个重复模式。基于唤醒用户标识符从2ⁿ个重复模式中确定重复模式。使用重复模式传输n个比特。

在一些实施例中，对于来自多个ofdm符号的每个ofdm符号，确定持续时间比与相应ofdm符号对应的符号短的短符号。在与短符号对应的持续时间期间传输唤醒用户标识符的一个比特。

在一些实施例中，基于唤醒用户标识符的长度，从包括以下各项的组中确定短符号的持续时间：符号时间的一半、符号时间的四分之一和符号时间的八分之一。

在一些实施例中，将唤醒无线电分组编码成多个单载波数据符号。基于来自包括以下各项的组的调制方案来选择与多个单载波数据符号对应的调制的波形：开关键控调制、频移键控调制、脉冲位置调制和脉冲幅度调制。

本文中描述的实施例包括一种用于向无线局域网中的低功率设备传输唤醒无线电信号的系统。该系统包括在无线接入点处的无线接收器、无线发射器和处理电路。无线接收器被配置为接收用于向无线设备传输的数据。处理电路被配置为生成唤醒无线电分组。唤醒无线电分组包括第一前导码、第二前导码和包括分配给无线设备的唤醒用户标识符的有效载荷数据。处理电路还被配置为将唤醒无线电分组编码成编码的唤醒无线电帧，该编码的唤醒无线电帧包括表示调制的有效载荷数据的多个编码的数据符号；并且将编码的唤醒无线电帧调制成调制的波形以进行传输。无线发射器被配置为向无线设备传输与调制的波形对应的信号。

在一些实施例中，处理电路在生成唤醒无线电分组时还被配置为：配置由与无线局域网一起可操作的无线通信协议定义的第一前导码，并且将第二前导码配置为标识唤醒无线电分组的类型。

在一些实施例中，处理电路在生成唤醒无线电分组时还被配置为：计算表示无线设备的媒体访问控制地址的数字的散列值，并且将散列值指派为无线设备的唤醒用户标识符。

在一些实施例中，处理电路在生成唤醒无线电分组时还被配置为：生成表示无线设备的第一数目的比特，针对第一数目的比特生成第二数目的循环冗余校验比特，连接第一数目的比特和第二数目的循环冗余校验比特，并且将所连接的比特指派为无线设备的唤醒用户标识符。

在一些实施例中，处理电路在对唤醒无线电分组进行编码时被配置为将唤醒无线电分组编码成多个一个或多个ofdm符号。

在一些实施例中，处理电路还被配置为当唤醒用户标识符包括n个比特时，将用于传输唤醒无线电分组的带宽划分为n个子信道，并且使用开关键控调制在n个子信道之一上传输n个比特之一。

在一些实施例中，处理电路还被配置为当唤醒用户标识符包括n个比特时，设计在与来自多个ofdm符号的ofdm符号对应的符号时间内的2ⁿ个重复模式，基于唤醒用户标识符从2ⁿ个重复模式确定重复模式，并且使用重复模式传输n个比特。

在一些实施例中，处理电路还被配置为对于来自多个ofdm符号的每个ofdm符号，确定持续时间比与相应ofdm符号对应的符号短的短符号，并且在与短符号对应的持续时间期间传输唤醒用户标识符的一个比特。

在一些实施例中，处理电路还被配置为基于唤醒用户标识符的长度从包括以下各项的组中确定短符号的持续时间：符号时间的一半、符号时间的四分之一和符号时间的八分之一。

在一些实施例中，处理电路还被配置为将唤醒无线电分组编码成多个单载波数据符号，并且基于来自包括以下各项的组的调制方案来选择与多个单载波数据符号对应的调制的波形：开关键控调制、频移键控调制、脉冲位置调制和脉冲幅度调制。

本文中描述的实施例包括一种用于在无线通信系统中接收唤醒无线电信号的方法。在无线接收器处接收调制信号。解调调制信号以获得多个编码的数据符号。对多个编码的数据符号进行解码以获得有效载荷数据。从有效载荷数据中识别唤醒用户标识符。确定所识别的唤醒用户标识符是否与先前分配的唤醒用户标识符相匹配。响应于确定所识别的唤醒用户标识符与先前分配的唤醒用户标识符相匹配，调节与无线接收器相关联的功率模式。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，本公开的其他特征、其性质和各种优点将变得很清楚，附图中的相同的附图标记始终表示相同的部件，并且在附图中：

图1是示出根据本文中描述的一些实施例的wur分组的示例数据帧的框图；

图2是示出根据本文中描述的一些实施例的使用正交频分复用(ofdm)的图1所示的wur分组的有效载荷调制的示例数据帧的框图；

图3至图5是根据本文中描述的一些实施例的框图，每个框图示出了图2所示的ofdm符号的示例调制方案；

图6至图9是根据本文中描述的一些实施例的框图，每个框图示出了用于在图1所示的wur分组被编码到单个载波上时传输单载波符号的示例调制的波形；

图10是示出根据本文中描述的一些实施例的生成如图1所示的wur分组的示例过程的流程图；以及

图11是示出根据本文中描述的一些实施例的调制和发射如图2所示的wur分组的示例过程的流程图。

具体实施方式

本公开描述了用于在无线通信系统中向低功率设备传输唤醒无线电信号的方法和系统。

在wlan环境中，当使用可以不断地关闭wifi模块以节省功率的lp设备时，为了维持ap与lp设备之间的连接，有时将占空比协议定义为使ap和lp设备同步，以便ap被配置为根据占空比协议来唤醒lp设备。然而，当ap与lp设备之间的数据业务是随机且稀疏的时，占空比协议可能不是高效的或鲁棒的。lp设备被配置为与常规wifi接收器配合来使用低功率wur接收器。当lp设备进入省电模式时，lp设备上的常规wifi模块可以关闭，并且wur接收器被配置为检测来自ap的wur信号。响应于检测到wur信号，lp设备被配置为打开常规wifi模块以经由wifi连接接收数据传输。

具体地，wur分组被设计为包括唤醒用户标识符(id)，该唤醒用户id对于wlan上的无线设备而言是唯一的，使得当从wlan的无线ap广播wur信号时，无线设备接收wur信号并且能够基于唤醒用户id来识别wur信号是否旨在用于相应无线设备。wur分组根据wlan标准(例如，802.11标准)进行编码和调制。以这种方式，本文中描述的wur机制可以与符合802.11标准的任何无线ap和设备/站一起操作和/或在其处实现，而无需重新设计wifi接收器。

图1是示出根据本文中描述的一些实施例的wur分组的示例数据帧的框图。数据帧100示出了传统前导码部分101、wur前导码部分102和有效载荷部分103。传统前导码101被包括在wur帧100中以提供与wifi网络的共存。例如，传统前导码101可以在802.11标准下定义。

在wur帧100中，wur前导码102放置在传统前导码101之后。wur前导码102包括数据字段，数据字段包括传输定时信息以促进wur传输器和wur接收器的同步。

在wur帧100中，有效载荷103被放置在wur前导码102之后，wur帧100包括指示相应数据帧是wur帧的数据。有效载荷103包括唤醒用户id和其他数据信息(例如，基本服务集(bss)、颜色、组id等)。例如，当lp设备接收到wur信号时，lp设备可以从wur帧100的有效载荷103中提取唤醒用户id，以通过验证唤醒用户id是否与先前分配给lp设备的用户id相匹配来确定wur帧是否旨在用于lp设备本身。

ap被配置为向本地网络中的每个lp设备计算和分配唤醒用户id。例如，ap被配置为计算每个lp设备的介质访问控制(mac)地址的散列值，并且使用所计算的散列值作为每个相应lp设备的唤醒用户id。对于另一示例，ap被配置为向lp设备分配m比特唯一序列，并且然后将p比特循环冗余校验(crc)序列填充到m比特唯一序列，以得到(m+p)个比特的序列位作为唤醒用户id。例如，如果ap检测到有x个lp设备与网络上的ap相关联，则ap被配置为生成至少个比特以分配给x个lp设备。ap可以将数目m选择为大于使得当新的lp设备加入与ap相关联的本地网络时，ap可以向新的lp设备生成和分配新的用户id。对于另一示例，ap被配置为使用在802.11标准下与每个lp设备相关联的设备id作为用于wur信号传输的用户id。

图2是示出根据本文中描述的一些实施例的使用正交频分复用(ofdm)的图1所示的wur分组的有效载荷调制的示例数据帧的框图。图200示出了数据帧，该数据帧包括传统前导码101(如关于图1讨论的)和被编码成一个或多个ofdm符号201-203的有效载荷部分(例如，参见图1中的103)。应当注意，数字201-203仅用于说明目的，并且数据帧200可以包括任何数目的ofdm符号，诸如2、3、4、5等。还应当注意，有效载荷部分(例如，参见图1中的103)可以在ofdm下编码/调制或者编码/调制到单个载波上。如果有效载荷被编码/调制到单个载波上，则数据帧200可以包括放置在传统前导码101之后的多个单载波符号，例如，类似于ofdm符号201-203。

对于每个ofdm符号201-203(或单载波符号)，符号被配置为用信号通知有效载荷的n个比特，n≥1。在一些实现中，可以采用促进简单的接收器设计的调制方案来调制有效载荷的每n个比特，诸如但不限于开关键控(ook)调制。

图3至图5是根据本文中描述的一些实施例的框图，每个框图示出了图2所示的ofdm符号的示例调制方案。在图3中，在多个子带301-303上传输ofdm符号(例如，图2中的201)。对于调制的wur帧(例如，参见图2中的200)中的每个ofdm符号(例如，参见图2中的201)，ap被配置为使用频移键控(fsk)调制。例如，ap被配置为将信道的整个带宽划分为n个子带或子信道301-303，其中数目n等于每个ofdm符号表示的有效载荷的n个比特的数目。应当注意，数字301-303仅用于说明目的，并且子带的数目n可以是2、3、4、5等。每个子带301-303被配置为在每个子带内携带一个比特，例如ook调制。因此，ap被配置为当要传输的比特为0时在相应子带上不传输信号，并且当要传输的比特为1时在相应子带上传输信号。以这种方式，至少一个ofdm符号被配置为携带用户id序列的n个比特。

在图4中，对于每个ofdm符号(例如，图2中的201-203)，ap被配置为使用时域抽取来在时域中生成重复。如果ofdm符号被配置为携带用户id序列的n个比特，则ap被配置为在ofdm符号内使用2ⁿ个可能的重复模式来设计用于传输的不同频域波形。例如，当n＝2时，ap被配置为使用四个重复模式来表示所有可能的两比特序列，例如{00，01，10，11}。如401所示，当要传输序列“00”时，ap被配置为不传输信号。如402所示，当要传输序列“01”时，ap被配置为在整个符号时间内传输信号但没有重复。如403所示，当要传输序列“10”时，ap被配置为传输在一个符号时间内重复两次的信号。如404所示，当要传输序列“11”时，ap被配置为传输在一个符号时间内重复四次的信号。关于频域波形设计的进一步细节参考图6至图9来提供。

在图5中，ap被配置为使用短符号来携带每个比特。例如，短符号的持续时间可以为例如ofdm符号的一半(2μs)、ofdm符号的1/4(1μs)等。数据帧200中的每个ofdm符号501-503的符号时间可以被划分为多个短符号。对于用于传输一个比特的每个短符号，使用ook调制，例如，当要传输比特“1”时传输信号，并且当要传输比特“0”时不传输任何信号。对于每个ofdm符号501-503，ap被配置为通过在时域中截断相应的ofdm符号来生成短符号。例如，如ofdm符号501所示，如果要由ofdm符号501传输四个比特，则将ofdm符号501被截短为四个短符号。

图6至图9是根据本文中描述的一些实施例的框图，每个框图示出了用于传输单载波符号的示例调制的波形。当wur帧100的有效载荷部分103被调制到单个载波上时，例如，ofdm符号201-203分别被单载波符号替换，图6至图9提供了用于传输的示例调制的波形。在图6中，示出了用于传输序列“0110”的示例调制的波形600。每个单载波符号携带一个比特，并且每个比特使用ook调制来调制。因此，波形600示出了与比特“1”对应的信号的传输，并且没有与比特“0”对应的信号传输。

在图7中，示出了用于传输序列“1001”的示例调制的波形700。每个符号被配置为使用fsk调制来携带n个比特(在该示例中，n＝1)。

在图8中，示出了用于传输序列“0001”的示例调制的波形800。每个符号被配置为使用脉冲位置调制(ppm)来携带n个比特(在该示例中，n＝2)。因此，在每个符号中，ap被配置为在2ⁿ个(在该示例中为4个)不同位置中的一个位置处传输脉冲。如800所示，当传输序列为“00”时，在四个位置中的第一位置处传输脉冲；而当传输序列为“01”时，在四个位置中的第二位置处传输脉冲。

在图9中，示出了用于传输序列“0100101100”的示例调制的波形900。每个符号被配置为在脉冲幅度调制(pam)下使用2ⁿ个功率电平来携带n个比特(在该示例中，n＝2)。因此，在每个符号中，ap被配置为传输两比特序列，其中波形的幅度反映相应功率电平。

图10是示出根据本文中描述的一些实施例的生成如图1所示的wur分组的示例过程的流程图。图1000描述了可以在802.11标准下操作的wlan的无线ap处实现的工作流程。在1001处，无线接入点被配置为例如从因特网协议(ip)骨干、因特网路由器、同一wlan上的无线设备等接收用于向无线设备传输的数据。在1002处，无线ap被配置为生成wur分组(例如，参见图1中的分组100)，该wur分组包括第一前导码(例如，参见图1中的传统前导码101)、第二前导码(例如，参见图1中的wur前导码102)和有效载荷数据(例如，参见图1中的有效载荷103)。无线ap被配置为在有效载荷中包括分配给无线设备的唤醒用户id。在1003处，无线ap被配置为将wur分组编码成编码的wur帧(例如，参见图2中的数据帧200)，该wur帧包括表示调制的有效载荷数据的多个编码的数据符号。编码数据符号可以是ofdm符号或单载波符号。当使用ofdm符号时，无线ap被配置为使用ofdm符号来传输表示唤醒用户id的数据比特(例如，参见图3-5中的传输方案)。在1004处，无线ap被配置为将编码的wur帧调制成调制的波形以用于传输，例如，如图6-9中描述的。在1005处，无线ap被配置为当无线设备以低功率模式操作时，经由低功率wur发射器向无线设备传输与调制的波形对应的信号，作为唤醒信号。

图11是示出根据本文中描述的一些实施例的调制和发射如图2所示的wur分组的示例过程的流程图。图1000描述了可以在802.11标准下操作的wlan上的无线设备处实现的工作流程。例如，无线设备被配置为与关于图10描述的无线ap一起在wlan上操作。

在1101处，无线设备被配置为经由低功率wur接收器接收调制信号，例如，在图10中的1000处从无线ap传输的信号。例如，无线设备当在省电模式下操作时可以关闭wifi模块，但是被配置为经由低功率wur接收器接收信号，该低功率wur接收器在无线设备处与无线wifi接收器配合。在1102处，无线设备被配置为解调调制信号以获得多个编码的数据符号，例如ofdm符号或单载波符号。在1103处，无线设备被配置为对多个编码的数据符号进行解码以获得有效载荷数据(例如，图1中的103)。在1004处，无线设备被配置为从有效载荷数据中标识唤醒用户id，例如以比特序列的形式。在1105处，无线设备被配置为将所标识的比特序列与先前分配和存储的唤醒用户id进行比较以确定唤醒信号是否旨在用于无线设备本身。在1106处，如果比较得到所标识的比特序列与先前分配和存储的唤醒用户id之间的匹配，则无线设备被配置为例如通过终止低功率操作模式并且打开与无线设备相关联的wifi模块(例如，wifi发射器和/或wifi接收器)来调节功率模式，使得无线设备准备好经由wifi接收器从ap接收数据。在1106处，如果未找到匹配，则无线设备被配置为保持在低功率或空闲模式。

结合图1-11讨论的各种实施例由一个或多个电子电路的各种电子元件执行，诸如但不限于集成电路等。贯穿本公开内容讨论的各种组件(诸如但不限于无线ap、无线设备等)被配置为包括一组电子电路组件，并且在一个或多个电子电路上通信地操作。每个电子电路被配置为包括但不限于逻辑门、存储器单元、放大器、滤波器等中的任何一个。本文中公开的各种实施例和组件被配置为至少部分由存储在一个或多个暂态或非暂态处理器可读介质上的处理器可执行指令来操作和/或实现。

虽然本文中已经示出和描述了本公开的各种实施例，但是这样的实施例仅作为示例提供。在不脱离本公开的情况下，与本文中描述的实施例有关的很多变化、改变和替换是适用的。应当注意，可以在实践本公开时采用本文中描述的本公开的实施例的各种替代方案。意图在于，以下权利要求限定本公开的范围，并且在这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构由此得到覆盖。

虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应当被解释为要求这样的操作以所示的特定顺序或按顺序来执行或者实现期望结果需要执行所有示出的操作。

已经在特定方面描述了本说明书的主题，但是其他方面可以被实现并且在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。作为一个示例，图10中描绘的过程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序才能实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。其他变化在以下权利要求的范围内。