检测信号内至少一个数字模式的可能存在的方法和装置与流程

个逻辑样本。该方法包括：接收信号并且处理接收信号。处理包括：(a)在以频率f并且在获取时间期间，对分别具有nj个存储器位置的j个存储器电路的存储器位置进行连续循环寻址，以及并行地并行地在j个存储器电路的j个寻址的存储器位置中连续累积存储指示信号强度的值，以及(b)检测至少一个模式的可能存在，包括分析j个存储器电路的存储器位置中包含的累积值。
12.根据另一实施例，一种用于检测信号内至少一个数字模式的可能存在的设备。至少一个模式属于一组j个参考模式，j大于或等于2，包括分别以频率f排序的nj个样本，nj对于每个参考模式是不同整数，并且j个整数nj是互质整数。信号源自在调制周期内以频率f通过至少一个数字模式的nj个样本由开关键控调制进行调制的载波，在调制周期期间模式以等于f/nj的频率重复。每个参考模式具有授权载波的发射的单个样本和防止载波的发射的nj
‑
1个逻辑样本。该设备包括：被配置为接收信号的输入接口；分别具有nj个存储器位置的j个存储器电路；以及处理电路系统，该处理电路系统包括累加器和检测器，累加器被配置为：以频率f并且在获取时间期间，对j个存储器电路的存储器位置以循环方式连续地寻址，并且并行地在j个存储器电路的j个寻址的存储器位置中连续地累积和存储指示信号强度的值，检测器被配置为检测至少一个模式的可能存在，其中检测器包括分析器，分析器被配置为分析j个存储器电路的存储器位置中包含的累积值。
13.根据另一实施例，一种连接对象包括被配置为检测信号内至少一个数字模式的存在的设备。该设备包括：被配置为接收信号的输入接口；分别具有nj个存储器位置的j个存储器电路；以及处理电路系统，该处理电路系统包括累加器和检测器，累加器被配置为：以频率f并且在获取时间期间，对j个存储器电路的存储器位置以循环方式连续地寻址，并且并行地在j个存储器电路的j个寻址的存储器位置中连续地累积和存储指示信号强度的值，检测器被配置为检测至少一个模式的可能存在，其中检测器包括分析器，分析器被配置为分析j个存储器电路的存储器位置中包含的累积值，其中所述至少一个模式属于一组j个参考模式，j大于或等于2，包括分别以频率f排序的nj个样本，nj对于每个参考模式是不同整数，并且j个整数nj是互质整数。
附图说明
14.通过对绝不是限制性的实施例和实现的详细描述并且通过附图，本发明的其他优点和特征将变得很清楚，在附图中，
15.图1示出了根据实施例的参考对象；
16.图2示出了根据实施例的处理电路系统；
17.图3示出了根据实施例的处理方法；
18.图4示出了根据实施例的处理方法；
19.图5示出了根据实施例的分析方法；
20.图6示出了根据实施例的方法；
21.图7示出了根据实施例的方法；以及
22.图8示出了根据实施例的频率和模式的表。
具体实施方式
23.本发明的实现涉及对例如通过开关键控调制(本领域技术人员以首字母缩写ook已知)进行调制的信号的处理，尤其涉及对这些信号内对这些信号进行调制的一个或多个数字模式的可能存在的检测。
24.需要能够在不使用ook解调器的情况下使用ook调制(例如但不限于sigfox网络的信标信号)来检测对载波进行调制的一个或多个数字模式。在这点上，发明人已经观察到，sigfox信标信号的调制数字模式的样本数是互质整数。
25.基于该观察，根据一种实现和实施例，提出了使用与可能的调制数字模式一样多并且具有与模式的大小相对应的相应大小的可循环寻址的存储器电路；以具有调制频率的定时信号的节奏、以循环方式寻址这些存储器电路；以该定时信号的节奏提取指示信号强度的值(rssi值：接收信号强度强度)；通过将该值与对应存储器位置的内容累加，将每个提取的值并行存储在存储器电路的寻址存储器位置；并且针对获取时间重复这些操作，该获取时间要比完全寻址最大存储器电路所需要的时间长得多。
26.在各个实施例中，可以使用本领域中已知的存储器结构来实现本文中描述的存储器电路，包括但不限于作为寄存器、循环缓冲存储器、sram、dram等。存储器电路可以例如使用多个存储器电路(诸如多个寄存器)来实现，或者可以使用单个可寻址存储器来实现。
27.每个模式具有单个样本，例如等于1的位，将载波调制为“on”(其他样本，例如等于0的位，将载波调制为“off”)，仅存储器电路具有与在获取时间期间有效地存在于信号中的模式的大小相对应的大小，将看到单个相同的存储器位置在获取时间期间始终接收与等于1的位相对应的强度值，并且因此呈现出累加“峰”值(对应于信号)，其他存储器位置仅存储噪声。
28.关于其他存储器电路，其存储器位置中没有一个相对于其他存储器位置呈现峰值，因为与等于1的位相对应的强度值将在获取时间期间在所有存储器位置上几乎均匀地重复。
29.然后，通过对存储器电路的存储器位置的内容的分析，可以确定具有信号峰值的存储器电路，并且由此推断出接收信号中存在哪种模式。
30.此外，与将递送模式的接收位(“硬位”)的有效逻辑值0或1以便随后决定接收模式的性质的ook解调器不同，此处提出仅将包括信号和噪声在内的rrsi值(“软位”)与存储器电路的循环寻址结合使用，以便随后决定接收模式的性质。
31.因此，根据一个方面，提出了一种用于检测信号内至少一个数字模式的可能存在的方法。
32.至少一个模式属于一组j个参考模式，j大于或等于2，分别包括以频率f排序的nj个样本，nj对于每个参考模式是不同整数，并且j个整数nj是互质整数。
33.信号源自在调制周期内以频率f通过至少一个数字模式的nj个样本由开关键控调制(ook调制)进行调制的载波，在调制周期期间，模式以等于f/nj的频率重复。
34.每个参考模式具有单个逻辑样本，例如等于1的位，以授权载波的发射；以及nj
‑
1个逻辑样本，例如零位，以防止载波的发射。
35.根据该方面的方法包括接收信号并且处理接收信号。在一个实施例中，该处理包括：(a)以频率f并且在获取时间期间，对分别具有nj个存储器位置的j个存储器电路的存储
器位置进行连续循环寻址，以及并行地在j个存储器电路的j个寻址的存储器位置中连续累积存储指示信号强度的值；(b)检测至少一个模式的可能存在，包括分析j个存储器电路的存储器位置中包含的累积值。
36.当接收信号有效地包含一个模式时，例如，当在存在该模式的时间窗口中分析接收信号时，标记包含最大累积值的存储器电路的存储器位置以便推断出哪个可能的参考模式已经被发射就足够了。
37.然而，在某些应用中，一个或多个模式只能在周期性时间窗口和随机时间发射。例如，对于sigfox网络的信标信号就是这种情况，该信标信号的长度为400ms，并且在每5分钟重复一次的10秒的窗口期间在随机时间发射。因此，取决于时间，信号的分析导致接收信号中模式的不存在的检测，因为除了噪声之外什么都没有接收到。因此，为了最小化或甚至消除检测“假阳性”的风险，可以有利地考虑信噪比。
38.更精确地，根据一种实现，对累积值的分析包括：对于j个存储器电路中的每个，确定累积值最大的存储器位置，确定其他存储器位置中包含的累积值的平均值，获取从最大累积值中获取的值与平均值之间的差值，并且将差值与阈值进行比较。
39.为了给每个存储器电路提供唯一阈值，有利的是，为了确定该差值，使用最大累积值以及其他存储器位置中包含的累积值的平均值，该最大累积值通过对应存储器电路已经被完全寻址的次数被归一化；该平均值通过对应存储器电路已经被完全寻址的次数被归一化。
40.获取小于对应阈值的j个差值中的每个差值表示信号中不存在任何模式，而获取大于对应阈值的j个差值中的一个差值表示信号中存在样本数等于已经获取大于阈值的差值的存储器电路的存储器位置数的模式。
41.为了获取足够可靠的检测，获取时间被选择为比具有最大样本数的参考模式的持续时间长至少10倍。因此，例如对于“monarch”信标信号，例如可以采用19ms的获取时间。载波例如是具有载波频率的周期信号，例如，正弦形状。
42.在一个实施例中，根据一种实现，处理然后还包括在步骤(a)和(b)之前，(c)使用载波频率在两个信道上将接收信号相位正交地转换到基带中；以及(d)相位正交地对两个信号执行模数转换，以获取基带中的两个数字信号。步骤(a)可以包括从基带中的数字信号中确定指示信号的强度的值。
43.在某些应用中，诸如在sigfox网络中，j大于2，例如等于3。换言之，可以从两个以上的参考模式中选择模式。不管j大于2或等于2，根据特别适用于sigfox网络的一种实现方式，信号都可以源自在第一调制周期期间通过属于该组j个参考模式的第一数字模式并且然后在第二调制周期期间通过属于该组j个参考模式的第二数字模式、通过开关键控调制进行调制的载波。然后，在已经检测到第一模式的存在之后，实现该处理以便检测第二模式的可能存在。当然，即使在实践中第一模式和第二模式不同，它们在理论上也可以相同。
44.在某些应用中，载波频率可以是唯一的并且是固定的。但是，在其他可能应用中，诸如在sigfox网络中，载波频率可以属于一组不同频率。
45.因此，该处理有利地包括针对每个不同频率实现步骤(a)、(b)、(c)和(d)以检测至少一个模式的存在和载波频率。在某些情况下，例如，当两个可能的载波频率彼此接近时，可以获取大于对应阈值的若干差值(在最大归一化累积值与归一化平均值之间)。在这种情
况下，选择最大差值以指定至少一个模式。
46.根据一种实现，在检测到第一模式的存在和载波的频率之后，检测第二模式的可能存在的处理包括以在第一模式的检测期间确定的载波频率来实现步骤c)。
47.根据例如可应用于由电信运营商sigfox部署的连接对象的网络中使用的“monarch”信标信号的特定实现方式，j等于3，并且三个整数nj分别等于11、13和16。
48.根据另一方面，提出了一种用于检测信号内至少一个数字模式的可能存在的设备，至少一个模式属于一组j个参考模式，j大于或等于2，包括分别以频率f排序的nj个样本，nj对于每个参考模式是不同整数，并且j个整数nj是互质整数，信号源自在调制周期内以频率f通过至少一个数字模式的nj个样本由开关键控调制进行调制的载波，在调制周期期间模式以等于f/nj的频率重复，每个参考模式具有授权载波的发射的单个样本和防止载波的发射的nj
‑
1个逻辑样本。
49.根据这个方面的设备包括：被配置为接收信号的输入接口；分别具有nj个存储器位置的j个存储器电路；以及处理电路系统，处理电路系统包括累加器和检测器，累加器被配置为：以频率f并且在获取时间期间、以循环方式连续地寻址j个存储器电路的存储器位置，并且并行地在j个存储器电路的j个寻址的存储器位置中连续地累积存储指示信号强度的值，检测器被配置为检测至少一个模式的可能存在，检测器包括分析器，分析器被配置为分析j个存储器电路的存储器位置中包含的累积值。
50.根据一个实施例，分析器被配置为针对j个存储器电路中的每个存储器电路执行确定累积值最大的存储器位置，确定其他存储器位置中包含的累积值的平均值，获取从最大累积值中获取的值与平均值之间的差值，并且将该差值与阈值进行比较。
51.根据一个实施例，该值是通过对应存储器电路已经被完全寻址的次数被归一化的最大累积值，并且平均值是通过对应存储器电路已经被完全寻址的次数被归一化的累积值的平均值。
52.根据一个实施例，获取小于对应阈值的j个差值中的每个差值表示信号中不存在任何模式。根据一个实施例，获取大于对应阈值的j个差值中的一个差值表示信号中存在样本数等于已经获取大于阈值的差值的存储器电路的存储器位置数的模式。根据一个实施例，获取时间是具有最大样本数的参考模式的持续时间的至少10倍。
53.根据一个实施例，载波是具有载波频率的周期性信号，并且处理电路系统包括：被配置为使用载波频率在两个信道上将接收信号相位正交地执行转换到基带中的转换器；以及被配置为相位正交地对两个信号执行模数转换以获取基带中的两个数字信号的转换级，并且分析器被配置为从基带中的数字信号执行确定指示信号的强度的值。
54.根据一个实施例，信号源自在第一调制周期期间通过属于该组j个参考模式的第一数字模式并且然后在第二调制周期期间通过属于该组j个参考模式的第二数字模式、由开关键控调制进行调制的载波；该设备还包括控制器，控制器被配置为在检测到第一模式的存在之后激活处理电路系统以检测第二模式的可能存在。
55.根据一个实施例，载波频率属于一组不同频率，并且控制器被配置为针对每个不同频率激活处理电路系统以检测至少一个模式的存在和载波的频率。
56.根据一个实施例，在获取大于对应阈值的若干差值的情况下，检测器包括选择器，选择器被配置为选择最大差值以指定至少一个模式。
57.根据一个实施例，在已经检测到第一模式的存在和载波的频率之后，控制器被配置为针对载波频率激活处理电路系统以检测第二模式的可能存在。
58.根据一个实施例，j等于3，并且三个整数nj分别等于11、13和16。信号可以是例如在由电信运营商sigfox部署的连接对象的网络中使用的信标信号。根据一个方面，提出了一种包括诸如以上定义的设备的连接对象。
59.根据一些实施例，使用与可能的调制数字模式一样多并且具有与模式的大小相对应的相应大小的可循环寻址的存储器电路。这些大小是互质的。这些存储器电路以具有调制频率的定时信号的节奏、以循环方式被寻址。以该定时信号的节奏提取表示信号强度的值。通过将每个提取的值与对应存储器位置的内容累加，可以将每个提取的值并行存储在存储器电路的寻址存储器位置，并且针对获取时间重复这些操作，该获取时间要比完全寻址最大存储器电路所需要的时间长得多。对存储器电路的存储器位置的内容的分析使得可以检测信号内模式的可能存在。
60.在图1中，附图标记obj表示属于连接对象的网络(例如但不限于由电信运营商sigfox部署的连接对象的网络)的连接对象，例如手提箱。
61.该对象结合了一种设备dis，该设备dis用于检测发射信号sgn(例如，信标信号，诸如由sigfox网络的基站发射的“monarch”信标信号)内至少一个数字模式的可能存在。
62.sigfox网络和“monarch”信标信号的特征是本领域技术人员众所周知的。
63.例如，出于所有实际目的，这样的人员可以参考通过以下链接在互联网上可获取的日期为2018年8月2日的题为“monarch physical interface description and hardware device requirements”的文献的版本1.2：https://www.disk91.com/wp
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ccontent/uploads/2019/9/monarch_physical_interface_description_and_device_hw_requirements_v1.2_external.pdf。
64.如图3所示，在该示例中，模式mtf属于一组j个参考模式，在这种情况下为3个参考模式mtfr1、mtfr2和mtfr3。模式mtfr1包括11个样本；模式mtfr2包括13个样本；模式mtfr3包括16个样本；3个整数11、13和16是互质整数；因此，模式mtf可以是这些参考模式之一，并且因此包括以频率f(例如，16,384hz)排序的11、13或16个样本。
65.信号sgn源自载波sprt，在这种情况下为正弦载波，载波sprt具有在调制周期内以调制频率f(在这种情况下为16384hz)通过n个数字模式样本mtf通过开/关键控调制(ook调制)进行调制的载波频率fp，在该调制周期期间模式以等于f/n的频率重复。
66.在每个参考模式mtfrj(j＝1至3)的nj个样本中，单个逻辑样本(在这种情况下为1位)授权载波的发射，nj
‑
1(10、12或15)个其他逻辑样本(在这种情况下为零位)阻止载波的发射。
67.再次参考图1，可以看到设备dis包括输入接口(在这种情况下为被配置为接收信号sgn的天线ant)和处理电路系统mt。
68.这些处理电路系统特别地在经由双工器dx连接到天线的接收链chr内包括常规构造的并且本身是已知的转换器mtr，转换器mtr被配置为使用载波频率fp在两个信道上相位正交地执行将接收信号i和qsgn转换到基带中。转换器mtr可以使用例如本领域中已知的正交解调器电路来实现，诸如图1所示的包括四个混频器和90
°
移相器的正交解调器电路。在这点上，振荡器osc将频率为fp的转换信号递送到两个混频器(转换信号之一被相移90
°
)。
69.处理电路系统优选地还包括滤波器，该滤波器被配置为对大于频率f(在这种情况下为16,384hz)的频带执行信道滤波。
70.处理电路系统还包括转换级can，该转换级can被配置为对两个滤波后的正交相位信号进行模数转换以获取基带中的两个数字信号si和sq。
71.处理器proc被配置为在基带中执行处理。该处理器proc可以使用执行软件的处理器来实现，诸如微控制器、微处理器或本领域中已知的其他可编程处理电路。处理器可以包括非暂态计算机可读介质，该介质存储定义本文中描述的处理功能的一组可执行指令。处理器proc可以是处理电路系统mt的一部分。
72.如图2所示，该设备包括与参考模式一样多的存储器电路。
73.因此，在这种情况下，该设备包括分别具有nj个存储器位置的三个(j＝3)存储器电路mma、mmb和mmc。
74.存储器电路mma包括与参考模式mtfr1相关联的11个存储器位置emai(i＝1至11)。
75.存储器电路mmb包括与参考模式mtfr2相关联的13个存储器位置embi(i＝1至13)。
76.存储器电路mmc包括与参考模式mtfr3相关联的16个存储器位置emci(i＝1至16)。
77.处理电路系统mt还包括累加器macc，该累加器macc被配置为以频率f并且在例如为19ms的获取时间、以循环方式连续地寻址j个存储器电路的存储器位置，并且并行地在j个存储器电路的j个寻址的存储器位置中连续地累积存储指示信号sgn的强度的值vrssik。累加器macc可以使用本领域已知的累加器电路(诸如一个或多个数字加法器)来实现。在一些实施例中，累加器macc可以使用被配置为执行累加功能的处理器执行软件来植入。
78.更精确地，如图4所示，基于基带中的数字信号si和sq，确定信号srssi，例如通过获取(s40)数字信号si和sq的样本的平方值之和的平方根，从中提取调制频率f(在这种情况下为16,384hz)，值vrssik表示信号sgn的强度。值vrssik的这种确定是通过结合在处理器proc中并且形成检测器mdet的一部分的分析器manl(图2)来执行的，该检测器mdet用于检测信号sgn中模式的可能存在。以下描述的检测器mdet、分析器manl和/或选择器mcm可以使用执行软件的处理器来实现，和/或可以使用专用数字逻辑或硬件来实现。
79.如图2所示，每个值vrssik并行存储在3个存储器电路mma、mmb和mmc中的存储器位置中，该存储器位置例如由与每个存储器电路相关联的写入指针ptemma、ptemmb、ptemmc寻址。
80.存储在存储器位置中的当前值vrssik与该存储器位置的内容(由先前的存储产生)累加。
81.每个指针pte以频率f移动以便寻址存储器电路的所有存储器位置。
82.在写入指针已经指向存储器电路的最后的存储器位置之后，它将在下一移动中指向该存储器电路的第一存储器位置。
83.当存储器电路mma的第11存储器位置ema11已经被寻址时，指针ptemmb就是这种情况。
84.当存储器电路mmb的第13存储器位置emb13已经被寻址时，指针ptemmb就是这种情况。
85.当存储器电路mmc的第16存储器位置emc16已经被寻址时，指针ptemmc就是这种情况。
86.在物理上，这些存储器电路可以具有任何已知的构造，例如循环缓冲存储器。
87.为了检测接收信号sfn中至少一个模式的可能存在，分析器manl被配置为分析j个存储器电路的存储器位置中包含的累积值。
88.参考图5更详细地描述了这种分析的示例。
89.在这点上，应当注意，当信号sgn中存在与参考模式之一相对应的模式时，在获取时间期间，与等于1的该模式的位的载波调制相对应的值vrssi总是累积在与该参考模式相关联的存储器电路的相同的存储器位置中。
90.另一方面，该值vrssi将在其他存储器电路的所有存储器位置中均匀地累积，这是由于存储器电路的存储器位置数(在这种情况下为11、13和16个)是互质的。在这点上，优选地选择为具有最大样本数的参考模式的持续时间的至少10倍的获取时间。
91.如图5所示，在获取时间之后，分析器被配置为针对每个存储器电路执行该组操作s50。现在将针对存储器电路mma更详细地描述这一点。更精确地，分析器确定(s500)累积值vmax最大的存储器位置emap。它们还确定s501其他存储器位置中包含的累积值的平均值。
92.然后，执行归一化s502。更精确地，值vmax通过对应存储器电路(在这种情况下为存储器电路mma)在获取时间期间已经被完全寻址的次数被归一化(例如，除以该次数)以获取归一化值vmaxn。类似地，在步骤s501中获取的平均值通过对应存储器电路(在这种情况下为存储器电路mma)已经被完全寻址的次数被归一化(例如，除以该次数)以获取归一化值moyn。
93.然后，分析器计算(步骤503)归一化值vmaxn与归一化平均值moyn之间的差值da。
94.分析器还确定另外两个存储器电路mmb和mmc的差值db和dc。然后，分析器将这些差值与阈值th进行比较(步骤s506)。
95.获取小于阈值th的差值中的每个差值表示信号中不存在任何模式(s507)。换言之，如果所有差值均小于阈值th，则可以得出结论：信号中没有模式。另一方面，获取大于对应阈值的j个差中的一个差值表示信号中存在样本数等于已经获取大于阈值的差值的存储器电路的存储器位置数的模式(步骤s508)。
96.此外，例如对于“monarch”信标信号的情况，如图6所示，载波频率属于一组不同频率，在这种情况下为三个频率fp1、fp2和fp3。因此，该设备旨在包括控制器mcm(图2)，该控制器mcm例如作为处理器proc内的软件而生产，并且被配置为针对每个不同频率激活处理电路系统，以检测至少一个模式的存在和载波的频率。在一些实施例中，控制器mcm可以使用例如专用数字逻辑或本领域已知的其他控制器电路系统以硬件来实现。
97.更精确地，如图6所示，对于每个可能的载波频率fpi，处理电路系统执行图5中通过全局参考s5指定的所有操作。
98.如果针对载波频率fpi未检测到任何模式并且尚未扫描所有可能的载波频率(s60和s61)，则针对其他可能的载波频率重复该组操作s5。
99.如果在步骤s60中，通过获取大于阈值th的差值di来潜在地针对载波频率fpi检测到模式，但是尚未探究所有可能的载波频率(询问步骤s62，回答“否”)，则针对其他可能的载波频率重复该组操作s5，以确认先前检测或完善该检测，如下所述。
100.然后，在步骤s64中，分析器测试是否存在一个或多个大于阈值的差值。如果已经针对频率fpi获取了大于阈值的单个差值di，则确认检测到的模式(步骤s65)，并且载波频
率确实是频率fpi。然而，特别是当载波频率彼此接近时，对于不同的载波频率fpi可以获取大于阈值的若干差值di。在这种情况下，形成检测器mdet(图2)一部分的选择器msel选择(s66)最大差值以指定模式和对应载波频率。
101.信号sgn可以连续包括若干模式。例如，对于sigfox网络的“monarch”信标信号就是这种情况，其长度为400ms，并且包含362ms的第一模式和随后的32ms的第二模式。该信标信号在每五分钟重复一次的10秒的窗口期间在随机时间发射。这两个模式中的每个模式可以是三个参考模式mtfr1、mtfr2、mtfr3之一。此外，对于该信标信号，若干载波频率或中心频率fp是可能的。
102.例如，如图8的表中所示并且从以上引用的文献中提取的，可以定义六个无线电配置或区域rc1
‑
rc6，每个无线电配置或区域由中心频率以及第一模式和第二模式的组合来定义。
103.因此，如图7所示，当信号sgn(例如，“monarch”信标信号)包括要检测的若干模式(例如，两个模式)时，控制器mcm激活处理电路系统以检测第一模式和载波频率(步骤s70)，然后激活处理电路系统以便通过使用所找到的载波频率来检测第二模式(步骤s71)。
104.处理电路系统因此确定对应区域rci(步骤s72)。
105.一旦确定了该配置区域，就通过在对象内使用具有模拟/数字级dac和向上转换的ctr发射系统(图1)，以常规方式通过在基站到对象的方向上的gfsk调制/解调以及通过在对象到基站的方向上的fsk调制/解调来执行基站与连接对象之间的其余对话。