无线电接收器的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的无线电接收器、一种根据权利要求2的无线电接收器以及一种用于传输数据的通信系统。

背景技术：

软件定义无线电(sdr)类型的在这里感兴趣的无线电接收器通常包括诸如无线电芯片的接收装置并且主要被用于具有单向或双向数据传输的电池运行的固定的传感器装置。待接收的数据例如是用于运行传感器装置的数据，例如更新数据、程序数据、控制数据等，它们由集中器发送给无线电接收器。此外，由于尽可能少的能量消耗，数据或数据报文在无线电前端处不是以件而是以单个数据包或其部分(例如部分数据包)的形式分成片段地由集中器发送并且由无线电接收器接收。

传统的无线电芯片通常是具有已经固定地集成到无线电芯片中的功能的低价构件，所述功能仅能够非常受限地改变。首先在窄带无线电传输的情况下例如必须精确满足采样率，然而这在无线电芯片上不能被这样精确地调节。如果不能精确地满足采样率，则需要用于重新采样的耗费的计算能力，这相应地需要大量的电能并且由于能量自给自足的环境而不被期望或是不可能的。此外，包含在无线电芯片中的a/d转换器(analog/digital-wandler，模拟/数字转换器)通常通过时钟发生器来计时，使得无线电芯片的采样率仅能非常不精确地被调节。另一方面人们致力于主要为上述应用提供如下无线电接收器，该无线电接收器具有尽可能高的作用范围。

由ep3002560b1已知一种电池运行的固定的终端设备(或传感器装置)，其用于实施无线单向的传输。终端设备包括传感器，其用于确定传感器数据和用于提供基于传感器数据的传感器数据包。借助用于产生数据包的装置将传感器数据包分成至少三个数据包，其中，所述数据包中的每个数据包都比传感器数据包本身短。此外，传感器装置包括用于发送数据包的装置，该装置设置用于经由通信信道以小于50kbit/s的数据率并且以时间间隔发送数据包。通过与传统的100kbit/s的数据率相比低的数据率，可以降低数据接收器(集中器)的信号噪声比。此外，数据包由用于产生数据包的装置这样来信道编码，使得仅需要数据包的一部分来解码传感器数据包。因此，通过使用这种终端设备提高了从终端设备到集中器的发送作用范围。然而通过使用这种终端设备，在从集中器向终端设备传输时不能实现数据传输质量的改善。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提供一种无线电接收器，尤其是用于一般终端设备的无线电接收器，其具有改善的数据传输质量，同时具有优化的电流消耗。

上述任务通过一种根据权利要求1的无线电接收器以及通过并列的权利要求来实现。本发明的符合目的的设计方案在其它权利要求中提及。

按照本发明的无线电接收器可以是sdr类型的无线电接收器。在本发明的意义上，sdr类型整合了用于高频发送器和接收器的方案，其中信号处理的更小或更大的部分利用软件来实现。无线电接收器为此包括接收装置(例如无线电芯片)，该接收装置接收以至少一个数据包或所述至少一个数据包的一部分(部分数据包)或具有确定的数据率的数据流的形式的数据并且将数据提供用于数据进一步处理。尤其是，数据流可以是连续的或部分连续的(即设有中断部的)数据流。

通过如下的方式：数据在运行模式a中在接收装置内部被分路并且被输送给微控制器，微控制器或接收装置抽取数据，其方式为微控制器或接收装置从样品量中仅选择一部分，并且微控制器将抽取的数据缓存在存储器中并且将抽取的数据提供用于进一步处理，则可以在没有微控制器的大的计算能力并且没有重新采样的情况下将数据输送给进一步处理。为此仅需要相对少的电能并且自给自足的能源由于相对少的电能仅仅稍微受载。由此在同时降低或优化电流消耗的情况下改善数据传输质量。

适宜地，所述接收装置包括滤波器，该滤波器在数据被输送给微控制器之前对该数据进行滤波(或过滤)，从而减少在微控制器方面的不必要的计算操作。因此，数据传输质量被附加地改善并且能量消耗被降低。

此外，可以通过微控制器执行数据的抽取，其方式为：微控制器使得不考虑即不采纳样品量中的各个样品，并且样品的选择是基于整数的抽取因子进行。由此减少了所传输的样品量，由此也可以减少用于在接收装置和微控制器之间传输数据的带宽。因此，采样率表示在接收装置与微控制器之间的最大可能的未被滤波的带宽并且优选地相应于在滤波器之后使用的(经滤波的)带宽的整数因子。

已经被证明特别有利的是，提供给微控制器的数据的带宽或在滤波器之后使用的带宽优选小于200khz、优选小于100khz并且特别优选小于50khz。

由于在微控制器上对于不同的带宽可确定不同的采样率，数据的传输可以适配于不同的或突然变化的传输条件。在此，在无线电系统中可以支持不同的数据率，以便将这些数据率例如与突然改变的传输条件相匹配。因此，对于不同的数据率需要不同的采样率并且因此需要不同的带宽。在此还附加地改善了数据传输质量。

优选地设置有时钟发生器，优选地设置有石英振荡器或具有hf石英或石英振荡器的振荡器。采样率优选地由时钟发生器的时钟频率(或石英频率)确定。在此，时钟发生器也可以用作模数转换器的时钟发生器，使得通过改变时钟频率或者通过选择具有确定的时钟频率的时钟发生器也相应地对模数转换器进行不同的计时。在此，在考虑抽取因子的情况下这样确定或选择时钟频率，使得出现期望的采样率。由此防止在微控制器方面的耗费的重新采样。已经被证明特别有利的是，时钟发生器的时钟频率在20mhz与50mhz之间、优选在23mhz与25mhz之间、在38mhz与40mhz之间或在47mhz与49mhz之间、特别优选是24mhz、39mhz或48mhz。

适宜地，在抽样或采样时出现的抽样误差通过选择时钟发生器的时钟频率来改变。优选地，时钟频率在此减小。

特别适宜的是，时钟发生器或石英在时钟频率改变之后的误差小于10ppm、优选小于5ppm、特别优选小于3ppm。

有利地，运行模式a可以由无线电接收器接通以及关断。由此得到的优点是，数据的接收和继续传递或进一步处理可以选择性地通过运行模式a进行并且在运行期间也可以接通和/或关断，从而可以灵活地对传输或处理过程中的变化做出反应。由此特别改善了数据传输质量和处理可靠性。

根据一种优选的设计形式，除了运行模式a之外还可以设置运行模式c，在该运行模式c中数据由微处理器或逻辑电路或数字接收电路处理，所述微处理器或逻辑电路或数字接收电路连接在接收装置的下游和/或是接收装置的一部分。在此特别有利的是，无线电接收器这样设计，使得其可以在运行模式a与运行模式c之间转换。这尤其是可以借助转换装置进行，该转换装置例如是接收装置的集成的部分。

优选地，在接收装置与微控制器之间的数据传输逐件地、即逐步地进行，其中，在数据的传输步骤之间设置有时间间隔，在所述时间间隔中不进行传输。根据一种优选的设计方案，微控制器可以在不进行数据传输的时间间隔中转入到待机模式或睡眠模式，以便在这些时间间隔内降低能量需求。由此可特别地节省能量并且因此例如提高电池运行的能量自给自足的终端设备的使用时间或耐久性。

适宜地，微控制器也可以设置用于对数据进行解码。由此可以节省附加的解码器。

替代地或附加地也可能的是，微控制器设置用于也处理(尤其是osi层模型的)更高的层。例如微控制器在此也可以承担终端设备的程序功能和/或流程功能，例如传感器控制或对传感器测量值的评估。由此可以节省用于控制传感装置的附加的微控制器，从而特别是降低了能量需求以及制造成本。

适宜地，接收装置、微控制器和/或解码器可以设计成一个共同的结构单元。已经被证明特别有利的是，接收装置、微控制器和/或解码器构造成集成的电路(ic)。由此得到的优点是，其可以以简单的方式且特别成本低廉地被安装在无线电接收器中/上。

优选地，数据在接收装置中输入之后借助i/q方法(in-phase/quadrature-verfahren，同相/正交方法)来处理，也就是说数据是数字的i/q数据。这例如可以通过如下方式来进行，即将模拟的输入信号划分成两个信号部分，其中，以原始相位产生一个信号部分(i数据)以及以90°相位移动的参考频率产生的另一个信号部分(q数据)。

sdr类型的无线电接收器设置用于在能量自给自足的、优选在长时间能量自给自足的环境中使用。在本发明的意义中，能量自给自足或长时间能量自给自足尤其是理解为如下的运行方式，在该运行方式中无线电接收器或包括无线电接收器的终端设备在没有外部的能量供给的情况下运行并且可以独立地实施或维持该运行。对于运行所需的能量优选从能量储存器或能量源获得。优选地，设置电池作为能量源，该电池安装在无线电接收器或终端设备的内部并且必要时防尘地且防水地封装。尤其是，电池的容量小于20ah。此外，也可以设置用于获取电能的器件(能量收集器)，其中，用于运行所需的电能尤其是从空气流动、环境照明、环境温度或从振动(例如通过压电效应)中获取。以有利的方式也可以设置电池和能量收集器的组合，由此尤其是在当前sdr方案中的电流消耗还可以附加地被优化。

此外，本发明要求保护一种用于在能源自给自足的、优选长时间能源自给自足的环境中使用的sdr类型的无线电接收器，该无线电接收器具有接收装置，该接收装置接收以至少一个数据包或所述至少一个数据包的一部分的形式的或在具有确定的数据率(和/或具有确定的采样或抽样率)的数据流中的数据并且将所述数据提供用于数据进一步处理。在此，在运行模式b中将数据分别输送给接收装置的微处理器或数字接收电路(逻辑电路)。随后，由微处理器或数字接收电路对数据进行滤波，且然后通过由微处理器或数字接收电路从样品量中选择一部分来进行抽取。以实际的方式，所述抽取例如可以通过微处理器进行并且算法或信号处理(例如解码、解调和/或类似方式)通过微控制器进行。然而替代地或附加地，微处理器也可以执行算法或信号处理。

适宜地，运行模式b可以由无线电接收器接通以及关断。此外，除了运行模式b也可设置运行模式c，其中，无线电接收器可借助转换装置在运行模式b与运行模式c之间变换。

另一个并列的要求保护的无线电接收器是如下类型的无线电接收器，在该类型中信号处理至少基本上、然而优选地仅通过硬件来实现(例如作为预制的硬件模块)。因此，这明确地不涉及sdr类型的无线电接收器。所述无线电接收器例如可以完全构造成专用集成电路(asic，application-specificintegratedcircuit)。无线电接收器的功能因此不再能够通过软件改变。通过使用这种无线电接收器可以尤其是降低制造成本。无线电接收器在此包括时钟发生器、尤其是石英振荡器。通过选择具有相应时钟频率的时钟发生器来改变、尤其是减小抽样误差。因此，通过选择时钟频率或具有特定时钟频率的时钟发生器可以确定或影响抽样误差。优选地，无线电接收器在此也可以这样设计，使得其可以在运行模式a、b和/或c中运行。

本发明并列地要求保护一种用于在至少一个集中器以及多个、尤其是大量能量自给自足的终端设备之间传输数据的通信系统。在此，终端设备分别包括无线电接收器，该无线电接收器具有接收装置，该接收装置以确定的数据率(和/或以确定的采样率或抽样率)接收集中器的以至少一个数据包、优选多个单个数据包的形式的数据并且提供数据以用于进一步处理。此外，按照本发明的无线电接收器设置成如下无线电接收器，该无线电接收器在运行模式a中在接收装置内将数据分路并且将这些数据提供给具有优选可确定的采样率的微控制器。在此，微控制器或接收装置通过从样品量中选择一部分来抽取数据。然后，微控制器将抽取的数据缓存在存储器中并且例如将其提供用于进一步处理。替换地或附加地，无线电接收器也可以在运行模式b中将数据分别输送给接收装置的微处理器或数字接收电路，并且通过微处理器或数字接收电路对数据进行滤波并且随后通过从样品量中选择一部分来抽取数据。

附图说明

下面借助附图详细阐述本发明的适宜的设计方案。其中：

图1示出由多个终端设备和集中器组成的通信系统的简化的示意图；

图2示出以多个数据包的形式发送的数据的简化的示意图；

图3示出根据现有技术的无线电接收器的简化的示意图；

图4示出按照本发明的无线电接收器的第一种设计方案的简化的示意图；

图5示出按照本发明的无线电接收器的另一种设计方案的简化的示意图；

图6示出按照本发明的无线电接收器的另一种设计方案的简化的示意图；

图7示出按照本发明的无线电接收器的另一种设计方案的简化的示意图；

图8示出按照本发明的无线电接收器的另一种设计方案的简化的示意图；

图9示出不同运行模式的简化的示意图；

图10示出按照本发明的无线电接收器的另一种设计方案的简化的示意图，以及

图11示出按照本发明的无线电接收器的另一种设计方案的简化的示意图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的通信系统，其中多个终端设备11分别利用sdr(softwaredefinedradio，软件定义无线电)类型的集成的无线电接收器10通过无线电与数据收集器12的发送和接收单元13通信。终端设备11例如可以是消耗测量仪器、例如煤气表、水表、热量计或能量计，传感器单元、例如液位传感器或温度测量装置，或者其它传感器节点、例如iot(internetofthings，物联网)应用。接收装置1可以构造成无线电芯片、soc(system-on-chip，片上系统)、sos(system-on-silicon，硅上系统)、sip(system-in-package，系统级封装)等。明确地说，终端设备11或接收装置1不是网关。在此，数据收集器12这样设计，使得其可以通过发送和接收单元13将数据2传输给终端设备11和/或从终端设备11接收数据2。

数据2例如可以是运行数据或程序更新数据或固件更新数据，它们尤其是由数据收集器12传输给终端设备11。数据收集器12可以例如由图中未示出的上级的中央单元接收数据2，将数据存储在数据存储器14中并且随后将其发送给终端设备11。如在图2中所示，数据2在此以至少一个数据包、优选多个数据包2a的形式传输。

在图3中示出由现有技术已知的一般无线电接收器110。在此，数据2或数据包2a在运行模式c中由无线电接收器110的接收装置101作为模拟的输入信号来接收和解调。为了将模拟的输入信号转换成数字数据流，设置有模数转换器(在图中未示出)。配设给接收装置101的或连接在接收装置101下游的微处理器115用于进一步处理和/或继续传输数据2。此外，无线电接收器110具有振荡器或时钟发生器，其用于确定所使用的频率。

图4示出按照本发明的无线电接收器10的一种设计方案。无线电接收器10包括接收装置1以及微控制器3并且优选地设计成一个共同的结构单元，例如设计成集成电路(ic)。按照本发明，作为模拟信号被接收的数据2或数据包2a在接收装置1内部被分路并且通过接口1a输送给微控制器3。在此，接收装置1这样预备数据，使得减少或者甚至防止微控制器3的耗费的计算操作并且不会例如由于混叠而导致显著的恶化。这通过如下方式实现，即数据2借助优选设置在接收装置1内部的模数转换器(在图中未示出)首先被数字化并且通过接收装置1的滤波器6被滤波。在此，经数字化的数据以与采样率相比相同大小或更小的带宽、例如小于50khz的带宽被提供给微控制器3。滤波器6然后这样对数据2进行预滤波，使得微控制器3不必再执行滤波。采样率(或者抽样率)在此描述模拟信号(时间连续信号)在一秒内被抽样、也就是说被测量并且被转换成时间离散信号的频率。例如，2khz或4khz的值给出在一秒内执行2000或4000次采样。微控制器3的采样率在此预先给定带宽，即采样率是在接收装置1与微控制器3之间的最大可调节的未被滤波的带宽。例如，在20khz的采样率的情况下，理论上20khz的最大带宽是可能的，然而通过滤波器6滤波以仅10khz的带宽传输给微控制器3(因子＝2)。

因此，在将数据2从接收装置1传输给微控制器3时的带宽等于或小于采样率。这尤其是可以通过如下方式进行，即微控制器3以可确定的抽取因子n抽取在抽取单元7内的数据2，也就是说微控制器3从由接收装置1提供的样品量中选出一部分。抽取因子n优选是整数，例如2、3或4。例如，在抽取因子n＝2的情况下，微控制器3每两个样品省略一次，使得带宽与采样率相比小两倍。

对滤波器6替代地或补充地，微控制器3也可以具有滤波器8，如在图5中所示。随后，微控制器3可以将所抽取的数据例如逐块存储或缓存(或暂存)在存储器4中，以便例如为进一步处理提供所述数据。石英振荡器5在此用作用于频率处理和载波频率以及也用于模数转换器的计时的时钟发生器。可以设置外部单元或功能上附属于接收装置1的结构作为时钟发生器。采样率的确定尤其是通过如下方式来实现：相应地改变石英振荡器5的时钟频率或根据石英振荡器5的时钟频率选择石英振荡器，以便相应不同地对模数转换器进行计时。时钟频率在此这样确定，使得石英振荡器5与除数或抽取因子n一起预先给定期望的采样率。因此，不需要在微控制器3侧进行附加滤波或进行耗费能量的重新采样。

数据2优选在接收装置1中输入之后借助i/q方法(in-phase/quadrature-verfahren，同相/正交方法)来处理，即转换成i/q数据(digitaledaten，数字数据)。这通过如下方式进行，即将模拟的输入信号划分成两个信号部分，其中，一个信号部分以原始相位(i数据)进行解调并且另一个信号部分以90°相位移动的参考频率(q数据)进行解调。随后，i/q数据由接收装置1传送给微控制器3。微控制器3随后可以在算法的范围内进一步处理数据或者将数据用于信号处理。

如在图4和图5中所示的运行方式在此例如为第一运行模式a，其可在无线电接收器10中可选地也在运行期间被接通和关断。附加地，除了运行模式a还可以设置运行模式c，该运行模式c在图4和5中借助虚线箭头示出。在无线电接收器10的所述设计方案中可以借助选择或转换装置9在运行模式a和运行模式c之间来选择或转换。

根据图6的无线电接收器的设计方案借助运行模式c来运行。为此，接收装置1包括微处理器15，该微处理器替代地也可以构造成数字接收电路。在此，微处理器15是具有a/d转换器(为了清楚起见在图中未示出)的rf前端的一部分。此外，微处理器15可以包括滤波器6以及自身的存储器、尤其是ram存储器16。替代地或附加地，也可以如在图7中所示设置有一个共同的(ram)存储器18，微控制器3和微处理器15可以例如通过总线系统(bus-system)访问该存储器。此外，也可以设置附加的运行模式，其在图6和7中示例性地借助虚线和箭头示出。在运行模式b和该附加的运行模式之间的转换也可以选择性地在运行期间通过转换装置9进行。

图8示出本发明的另一种替代的设计方案，其中接收装置1的微处理器15包括滤波器6并且还具有抽取器17，即微处理器15在将数据提供给微控制器3用于信号处理和/或存储在存储器18中之前对数据进行滤波和抽取。在此，微控制器3配备有滤波器8和抽取单元7是可选的。优选地，微控制器3对于所需的工作步骤具有更高的效率或者在此相对于微处理器15是性能更高的。然而，也可以通过微处理器15进行算法或信号处理，只要该微处理器已经具有所需的处理效率。

此外，在图9中示出无线电接收器10的不同的运行方式i、ii和iii。接收装置1或微处理器15首先借助滤波器6执行滤波。滤波器6尤其可以是高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器。在相应良好地执行用于抽取的滤波的情况下，数据可以根据运行方式i被传输给微控制器3，该微控制器借助抽取单元7以抽取因子n(例如2或4)抽取这些数据，其方式是：微控制器仅使用每第n个样品并且丢弃剩余的样品。随后，微控制器3可以执行算法或信号处理。在不能相应良好地执行用于抽取的滤波的情况下，数据根据运行方式ii首先在微控制器3中借助滤波器8被滤波，以便获得至少足够的滤波，并且随后通过抽取单元7来抽取。此外，数据也可以根据运行方式iii通过微处理器15或接收装置1的数字接收电路经由滤波器6进行滤波并且随后借助微处理器15的抽取器17进行抽取。随后将所抽取的数据传输给微控制器3以用于算法或信号处理，或者可以立即由微处理器15执行算法或信号处理。尤其是，运行方式i和ii例如可以通过运行模式a实现并且运行方式iii例如通过运行模式b实现。

图10示出按照本发明的另一个无线电接收器210，它是一种只通过硬件实现信号处理的无线电接收器。无线电接收器210在此完全构造成专用集成电路(asic-application-specificintegratedcircuit)。此外，设置有时钟发生器、尤其是石英振荡器5。在此，通过根据时钟发生器的时钟频率选择时钟发生器来改变、尤其是减小抽样误差。优选地，时钟发生器的选择可以已经在制造过程期间进行。此外，无线电接收器210也可以根据图11这样设计，使得该无线电接收器可以执行运行模式a以及附加的运行模式c(虚线箭头)。替代于外部连接的石英振荡器5，无线电接收器210也可以包括内部的时钟发生器，例如集成的振荡器电路作为时钟发生器。以实际的方式，本发明还包括无线电接收器210的未示出的设计形式，其设计用于尤其是以相应前述的方式执行运行模式a、b和/或c和/或运行方式i、ii和/或iii。

公开内容也明确包括单个特征组合(子组合)以及不同的设计形式的各个特征的可能的未在附图中示出的组合。

附图标记列表

1接收装置

1a接口

2数据

2a数据包

3微控制器

4存储器

5石英振荡器

6滤波器

7抽取单元

8滤波器

9转换装置

10无线电接收器

11终端设备

12集中器

13发送和接收单元

14数据存储器

15微处理器

16ram存储器

17抽取器

18共同的存储器

101接收装置

105石英振荡器

110无线电接收器

115微处理器

210接收装置