用于使用多种调制方案的接收器的装置和相关方法与流程

用于使用多种调制方案的接收器的装置和相关方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是代理人案卷号为sila423的在2020年5月28日提交的题为“用于具有并发检测的接收器的装置及相关方法(apparatus for receiver with concurrent detection and associated methods)”的美国专利申请序列号16/886,645的部分继续申请(cip)，该专利申请是代理人案卷号为sila416的在2019年10月30日提交的题为“用于具有降低功耗和延迟的射频接收器的装置及相关方法(apparatus for radio-frequency receiverwith reduced power consumption and latency and associated methods)”的美国专利申请序列号16/668,834的cip。出于所有目的，以上申请通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开内容大体上涉及通信装置及相关方法。更具体地，本公开内容涉及用于射频(rf)的装置，诸如使用多种调制方案的rf接收器，以及相关联的方法。


背景技术：

4.随着技术的进步，越来越多的电路元件被集成到诸如集成电路(ic)的器件中。此外，越来越多的器件(诸如ic或子系统)已集成到产品中。随着诸如物联网(iot)的发展，预计这一趋势将持续下去。
5.电路元件、器件、子系统等的数量不断增加，也致使包含此类部件的产品消耗的功率量相应增加。在某些应用中，诸如电池供电的、移动或便携式产品，可用的功率或能量的量是有限的。鉴于此类应用中可用量的功率或能量相对较少，降低部件或产品的功耗会带来优势或好处，例如，延长电池寿命、增加系统的“正常运行时间”或活动时间，等等。
6.即使在非便携式环境中，由于电能没有100％有效地使用，因此增加的功耗总是会导致产生更多的热量。因此，部件或产品的降低的功耗提供了优点或益处，例如，减少的热量、减少的电力成本等等。
7.本节中的描述和任何一个或多个对应的图均作为背景信息材料包含在内。本节中的材料不应被视为承认此类材料构成本专利申请的现有技术。


技术实现要素：

8.根据示例性实施例，设想了多种装置和用于rf装置的相关方法。根据一个示例性实施例，一种装置包括一种装置，该装置包括用于接收rf信号的rf接收器。rf接收器包括多个调制信号检测器(msd)以在检测到使用多种调制方案调制的多个rf信号时生成多个检测信号。rf接收器进一步包括控制器以响应于多个检测信号而引起多个rf信号的接收。
9.根据另一示例性实施例，一种用于使用rf信号进行通信的装置包括发射器以发射调制的rf信号。使用多种调制方案中的一种将发射的信息调制到已调制的rf信号上。该装置进一步包括接收器，以用于从接收到的已调制rf信号接收包。接收器包括多种调制方案检测器(msd)以生成多个检测信号。通过基于多个检测信号中的检测信号配置接收器来接
收包。从包获得检测信号。
10.根据另一示例性实施例，一种操作rf接收器的方法包括当检测到使用多种调制方案调制的多个rf信号时，通过使用多个调制信号检测器(msd)来生成多个检测信号。该方法进一步包括响应于多个检测信号而引起多个rf信号的接收。
附图说明
11.附图仅图示出示例性实施例，因此不应被视为限制本技术或要求保护的主题的范围。本领域普通技术人员将理解，所公开的概念适用于其他同样有效的实施例。在附图中，在不止一个附图中使用的相同数字指示符表示相同、相似或等效的功能、部件或块。
12.图1示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的电路布置。
13.图2示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器的电路布置。
14.图3示出了根据示例性实施例的rf接收器中的频率响应图。
15.图4示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器的电路布置。
16.图5示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器的电路布置。
17.图6示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器的电路布置。
18.图7示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器的电路布置。
19.图8示出了根据示例性实施例的rf接收器中的频率响应图。
20.图9示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器的电路布置。
21.图10示出了在常规接收器中的扫描。
22.图11示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的电路布置。
23.图12示出了根据示例性实施例的rf接收器中的并发扫描。
24.图13示出了根据示例性实施例的rf接收器中的最坏情况前导码到达。
25.图14示出了根据示例性实施例的rf接收器中的并发检测的流程图。
26.图15示出了根据示例性实施例的rf接收器中的信道滤波器带宽选择。
27.图16示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的电路布置。
28.图17示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的电路布置。
29.图18示出了根据示例性实施例的利用共享媒体访问控制(mac)的网络堆栈。
30.图19示出了根据示例性实施例的网络节点的电路布置。
31.图20示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的控制器。
32.图21示出了根据示例性实施例的rf接收器的控制流程图。
33.图22示出了根据示例性实施例的rf接收器的控制状态图。
34.图23示出了根据示例性实施例的用于rf发射器的控制器。
35.图24示出了根据示例性实施例的rf发射器的控制流程图。
36.图25示出了根据示例性实施例的rf发射器的控制状态图。
37.图26示出了根据示例性实施例的一种无线通信系统。
38.图27示出了根据示例性实施例的包括rf接收器的ic的电路布置。
39.图28示出了根据示例性实施例的包括rf接收器和rf发射器的ic的电路布置。
具体实施方式
40.本公开内容大体上涉及通信装置及相关方法。更具体地，本公开内容涉及用于通信装置的装置，更具体地，本公开内容涉及其中rf接收器使用多种调制方案、发射器适合于将rf信号发射到这样的接收器的通信装置的装置，以及相关联的方法。
41.本公开内容的一方面涉及包括利用并发前导码检测(或并发检测)的接收器的rf装置，以及相关联的方法。一些用于短距离无线通信的应用(诸如iot应用)指定了一种接收器，该接收器可以评估不止一个频道或物理层(phy)或phy模式(例如zigbee和蓝牙)。在描述的上下文中，频道可以是频率重叠或频率分离的信道或频率范围。示例包括异步跳频、网络发现(例如ieee802.15.4中的被动扫描)、扫描自动频率控制(afc)和接收信号强度指示(rssi)或能量检测扫描。为简洁起见，描述中指的是一个或多个或多个频道(多信道)，但本领域普通技术人员将理解所公开的技术和装置也适用于多个phy或phy模式。
42.此类应用如上述iot应用中的发射，可能发生在不止一个载频上。此外，可以使用不止一种调制方案或phy或phy模式。在此类应用中，包括无线电(rx、tx或两者)的片上系统(soc)通常具有包处理程序和协议定时器(以硬件、软件、固件或它们的组合实现)。在这些情况下，根据各种实施例的rf接收器避免rf接收器的各个部分或块的重复，诸如包处理程序和协议定时器。
43.当接收具有不同对应rf频率的多个信号时，根据各种实施例的rf接收器避免多个数字处理功能的重复。数字处理通常需要处理协议栈的几个层(包括phy、媒体访问控制(mac)、网络层)。通常，数字处理使用多种资源，诸如硬件、存储器和软件。rf接收器通过用多个信号检测器搜索与多个信号相关联的特征并选择用于数字处理或并发数字处理的多个信号的子集来避免多个数字处理功能的重复。特征可以包含在前导码或同步字或phy标头或mac标头或其组合中。在一些实施例中，该选择基于多个信号检测器中的第一成功检测(先到先得)，并且当多个信号的子集正在经历数字处理时忽略随后的检测。
44.如下所述，信号检测器可以包括多种类型的电路和检测技术。信号检测器提供针对从频率转换器电路接收到的基带信号的信号质量度量(可以指示接收到的信号是期望信号的可能性的度量，例如具有在预定最大和最小偏差阈值的限制内的频率偏差，和/或与期望的符号序列(前导码和/或同步字)的相关性，和/或具有小于预定频偏阈值的频率误差，和/或大于预定snr阈值的信噪比(snr)等)，该频率转换器电路产生频移频道(例如，通过混频)以产生基带信号。在示例性实施例中，信号检测器可以构成前导码检测器、同步字检测器、rssi检测器(即，为接收到的或提供的信号提供rssi度量)、信号到达检测器(例如，如在2013年11月14日提交的美国专利申请号14/080,405现为美国专利号10,061,740的中所述)、成本函数检测器(例如，如在2018年10月31日提交的美国专利申请号16/177,373中所述)、相关器(例如，如在2016年12月6日提交的美国专利申请号15/370,693现为美国专利号us10,389,482中所述)、幅度检测器、相位检测器、鉴相器、微分相位检测器、相位点击检测器、偏差检测器中的任何一个或前述的任何组合。通常，可以使用检测频道中的期望或发射的信号诸如rf信号的存在的任何电路或块。此外，需注意，在示例性实施例中，可以执行针对非期望信号的频率扫描，例如，可以进行rssi扫描以确定“干净”信道。一旦发现“干净”的信道，就可以使用该信道进行发射。
45.一些常规方法已用于诸如iot应用的应用中。一种方法是一次评估一个频率。这种
技术可能是一个相对较慢的过程，因为接收器可能会多次重复这种评估。此外，该解决方案需要频率合成器从一个频率跳到下一个频率，这增加了完成评估的稳定时间。更长的评估时间意味着更多的能量消耗。第二种方法是实现多个中频(if)路径，其中每个if后跟一个对应的解调器。这种方法对于所有解调器来说具有相对较高的能量消耗。此外，多个解调器在管芯面积、电路复杂度等方面成本高昂。此外，解调多个并行信道需要并行运行多个帧控制器，这增加了功耗和成本，使得这种方法对于低功耗、低成本的iot应用并不实用。
46.根据各种实施例的rf接收器解决了上述问题。还存在其他用例。例如，z-wave(z波)定义了一个单独的频率，无线电可以在该频率上接收帧，同时它还扫描其他z-wave信道。根据各种实施例，支持同时信号检测的设备将允许接收帧而没有与一次评估一个频率的接收器相关联的额外延迟和功耗。进而，该属性允许发射设备使用非常短的前导码和有效载荷，从而减少每个发射(tx)帧的能量。该方案将能够使用为发射器供电的能量收集源。
47.另一个示例是异步信道跳跃，例如在https://www.silabs.com/community/wireless/proprietary/knowledge-base.entry.html/2019/06/20/channel scanning-8x31中描述的。该方案规定节点应能够扫描多个信道以寻找前导码长度有限的信号。该规范为每个信道留下相对较少的前导码符号来检测前导码，这限制了可靠检测信号的时间。通过同时接收多个信道，根据各种实施例的rf接收器使得每个信道有更多的时间可用。该时间可用于提高信号质量检测性能(例如，减少误报检测)，或通过进入休眠变得空闲(例如，在前导码检测模式中)来节省功率。另一个示例是低功耗蓝牙(ble)。ble指定相对较快的信道扫描，例如在搜索广告包期间。根据各种实施例的rf接收器可以适应ble快速信道扫描。
48.在示例性实施例中，rf接收器能够同时检测多个频道中的信号而无多个并行解调器的开销。rf接收器通过使用相对简单的低功率信号检测器(每个if路径一个)和至少一个解调器来实现这一点。在大多数iot用例中，一个解调器就足够了。与常规的多解调器解决方案相比，信号检测器可以具有低得多的复杂性和更低的功率，从而节省功率并降低复杂性和/或成本。在示例性实施例中，多频道rf接收器用于接收多个频道中的至少一个接收信号。它通过使用rf接收电路中的前端电路将频移应用于频道以产生多个经滤波的基带信号来实现。信号检测器用于同时测量每个经滤波的基带信号的信号质量。控制器选择(至少)一个经滤波的基带信号以供(至少一个)解调器解调。
49.根据各种实施例的rf接收器利用在一些应用中，诸如在iot传感器网络中发现的低占空比活动。例如，门传感器、灯开关、运动传感器或玻璃破碎检测器每天可能触发不到10次。换句话说，rf接收器具有低占空比的操作(例如，至少部分、大部分时间空闲或休眠)。在这些低占空比用例中，操作多个信号检测器比操作多个解调器更有效。在大多数情况下，一个解调器就足够了，这可以降低成本。例如，可以减少或节省芯片或ic上的管芯面积。可能没有信号检测器在任何经滤波的基带信号中检测到有效信号。在这种情况下，一个或多个解调器可以保持在非活动低功率状态下。当稍后某个时间信号检测器触发时，则控制器可唤醒解调器并将相关联的经滤波的基带信号提供给解调器以进行解调。例如，如果信号检测器1触发，则控制器可以将经滤波的基带信号1(由if电路1提供)提供给解调器进行解调。
50.在使用多个phy或多个phy模式的情况下，在多个频道上，根据各种实施例的rf接
收器可以在每个经滤波的基带信号上使用多个信号检测器(一个用于预期的每个phy或phy模式)。如果一个信号检测器触发，则控制器可以选择适合于解调检测到的phy(或phy模式)的解调器，并向该解调器提供相关联的经滤波的基带信号。在其他实施例中，不是选择解调器，而是可配置的解调器可以被配置为解调检测到的phy或phy模式。如果某个频道专用于单个phy或phy模式(例如，先验已知，每次调试)，则单个信号检测器可用于相关联的经滤波的基带信号。在其他示例性实施例中，当多个信号检测器触发时，控制器可以使用信号检测器的软检测输出以基于最大似然性或最大相关来选择经滤波的基带信号。在其他示例性实施例中，rf接收器使用模拟下变频器(例如，低噪声放大器(lna)、同相正交(iq)混频器、可编程增益放大器(pga))将频移应用于多个频道以用于产生组合的模拟if信号。
51.if模数转换器(if-adc)转换组合的模拟if信号以产生组合的数字if信号。多个数字下变频器将一组频移应用于组合的数字if信号以产生多个基带信号。多个信道滤波器可以对多个基带信号进行滤波以产生多个经滤波的基带。需注意，单个adc和前端电路(rf混频器等)与多个if路径电路或支路结合使用，从而降低了复杂性、降低了成本以及能耗或功耗。
52.为了允许增加的灵活性，在一些实施例中使用真正的if-adc(而不是复合体)。真正的if-adc将传递正频率和负频率，因此可以在本地振荡器(lo)频率之上和之下接收分开的频道。每个单独频道的最终频率位置由其相关的复混频器和复中频滤波器级决定。在这种情况下，if-adc带宽应适应各种if路径中最高的(|ifx|+0.5bwx)，如下面结合图3所述，其中|ifx|等于rf接收频率减去lo频率的绝对值，并且bwx是用于接收期望或发射信号的适当或所需带宽(参阅图3)。在各种实施例中，rf接收器使用多个数字混频器级，其中每个数字混频器由组合的数字if信号和数控振荡器(nco)驱动，每个具有其独特的nco频率。nco频率等于该if路径或级(ifx)的if频率。每个数字混频器后跟一个滤波器级。滤波器级可以包括抽取器、有限脉冲响应(fir)滤波器、无限脉冲响应(iir)滤波器、直流(dc)滤波器等，如本领域普通技术人员将理解的。
53.在各种实施例中，可以通过共享功能来节省或减少rf接收器的电路或硬件。例如，第二信道滤波器可以与第一信道滤波器共享乘法器。作为另一示例，用于nco中正弦/余弦生成的查找表(lut)可以在数字混频器的nco之间共享。如下所述，根据各种实施例的rf接收器包括镜像抑制校准(ir-cal)电路。ir-cal级可以是共享的，也可以使用分开的ir-cal电路。由于iq误差中的频率相关性，如混频器、pga等各种电路或块的实际实现中的失配和/或混频器电路中的自混，分开的ir校准级或电路可以提供更好的镜像抑制，如本领域普通技术人员将理解的。相反，如上所述，共享ir-cal电路允许节省硬件、成本等。在示例性实施例中，rf接收器中使用的信号检测器是相对简单的信号检测器。示例包括相关器、成本函数检测器、数字信号到达(dsa)检测器、rssi检测器、幅度检测器、相位检测器、鉴相器、微分相位检测器等，如本领域普通技术人员将理解的。
54.图1示出了根据示例性实施例的用于rf接收器5的电路布置。rf接收器5耦合到天线10，通过天线10接收rf信号。接收到的rf信号被馈送到lna 15，lna 15放大接收到的rf信号，并将放大后的rf信号提供给混频器20(标记为“rfmix”)。混频器20将放大后的rf信号与由lo 25提供的lo信号混合以产生混频的或下变频信号。已混频信号被提供给pga 30。pga 30使用可编程增益放大已混频信号以生成放大后的已混频信号。
55.adc 35接收放大后的已混频信号，即模拟信号，并将其转换为数字混频信号。adc 35向数字调制解调器(dig_modem)40提供数字混频信号，数字调制解调器40可以对数字混频信号进行滤波、解码、解调等以提取数据并在其输出端提供数据。注意，数字调制解调器40可以执行各种功能，诸如信道滤波、信号检测和调制，如下面所述。此外，注意，虽然在一些实施例中，可以省略发射(调制)功能，但是为了简明起见，仍然使用短语数字调制解调器。在示例性实施例中，前端电路，例如lna 15、混频器20、lo 25、pga 30和adc 35由数字调制解调器40中的各种if支路或电路共享，如上面所述。下面的描述描述了根据示例性实施例的各种数字调制解调器40。注意，虽然为了简明和清楚起见，附图和所附描述示出了两个if路径或电路，但是在各种实施例中，可以使用不止两个if路径或电路，如本领域普通技术人员将理解的。
56.图2示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器40的电路布置。adc 35的输出信号(参阅图1)被提供给抽取器55(标记为“dec0”)，抽取器55抽取信号，并在其输出端提供抽取的信号。抽取器55的输出信号馈入dc补偿电路60(标记为“dc-comp”)的输入端，dc补偿电路60去除或衰减或补偿抽取的信号中存在的任何dc分量。dc补偿电路60的输出驱动两个if路径电路，如下面所述。在第一if路径电路中，dc补偿电路60的输出驱动ir校准电路65(标记为“ir-cal_a”)的输入，ir校准电路65执行ir校准，如本领域普通技术人员将理解的。ir校准电路65的输出驱动数字混频器75的输入，数字混频器75将该信号与nco 70(标记为“nco a”)的输出信号混合以在数字混频器75的输出处生成混频数字信号。抽取器80(标记为“dec1a”)接收并抽取数字混频信号，并将所得抽取的信号提供给信道滤波器85(标记为“chfa”)。信道滤波器85对抽取的信号进行滤波(例如，低通滤波)，并将所得的已滤波信号提供给dsa 90。
57.dsa 90用作信号检测器。因此，dsa 90检测(或寻找或检查或等待)期望或指定信号的到达。如果这样检测到，则dsa 90向控制器105提供信号以指示信号到达。作为响应，控制器105向多路复用器(mux)95提供选择信号，以使得mux 95将信道滤波器85的输出提供给数字信号处理器(dsp)100，或者一般地提供给一个或多个解调器。因此，在各种实施例中，提到dsp 100包括使用一个或多个解调器。控制器105还针对检测到的信号类型、phy、phy模式等对dsp 100进行编程或配置或设置。作为响应，dsp 100从信道滤波器85的输出信号中的包中提取数据，这触发dsa 90，并在输出端提供数据。
58.第二if路径电路与第一if路径电路类似，并以类似的方式工作。与第一if路径电路的“a”相反，第二if路径电路中的各个块在它们的标签中使用符号“b”，例如，“ir-cal_b”而不是用于第一if路径电路的“ir-cal_a”。因此，第二if路径电路包括ir校准电路135(标记为“ir-cal_b”)、nco 130(标记为“nco b”)、抽取器120(标记为“dec1b”)、信道滤波器115(标记为“chfa”)和dsa 110(标记为“dsab”)。如果dsa 110通过第二if路径电路检测到期望信号的到达，即，在信道滤波器115的输出信号中，则它向控制器105提供信号到达的指示。作为响应，控制器105向mux 95提供选择信号以使mux 95向dsp 100提供信道滤波器110的输出。
59.控制器105还针对检测到的信号类型、phy、phy模式等对dsp 100进行编程或配置或设置。作为响应，dsp 100从信道滤波器115的输出信号中的包提取数据，这触发dsa 110，并在输出端提供数据。因此，rf接收器能够同时检测多个频道中的多个phy或phy模式或信
号。注意，第一和第二if路径电路的nco具有对应于相应if路径电路在其上运行的两个频道的输出频率。在示例性实施例中，控制器105可以设置、编程或配置nco 70和nco 130的输出频率。进一步注意到，如上所述，在一些实施例中，可以使用不止两个的if路径电路，这取决于人们希望同时扫描的频道的数量。此外，注意，在一些实施例中，dsa 90和dsa 110可以被编程为接收同一phy或phy模式，但是根据需要以不同的频率接收。
60.图3示出了根据示例性实施例的rf接收器中的频率响应图。更具体地，该图示出了抽取器55的频率响应150、频道155(由数字混频器75、抽取器80和信道滤波器85的频率响应形成)(标记为“bwa”)。频道155以频率(f
lo-f
ncoa
)为中心，其中flo和f
ncoa
分别表示lo 25和nco 70的输出频率。类似地，图3示出了信道160(由数字混频器125、抽取器120和信道滤波器115的频率响应形成)(标记为“bwb”)。频道160以频率(f
lo
+f
ncob
)为中心，其中f
lo
和f
nco0
分别表示lo 25和nco 130的输出频率。注意，该图还示出了两个if路径电路的if频率。它们分别表示为ifa和ifb。
61.图4示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器40的电路布置。图4中的电路布置类似于图2中的电路布置，除了信道滤波器85的输出驱动随机存取存储器180(标记为“ram a”)和相关器185(标记为“cor a”)的输入并且信道滤波器115的输出驱动ram 195(标记为“ram b”)和相关器190(标记为“cor b”)的输入之外。ram 1和ram 2表示dsp 100可以用来执行其功能(例如，解调)的存储器，例如，作为便笺式存储器等。
62.样本(iq或相位或幅度或组合)存储在由ram 180和ram 195形成的循环缓冲器中。在该电路中，rf接收器和相关器190可以在处理sync_word_a的同步字时检测相关性峰值。然后，dsp 100可以使用ram 195将数据“倒带”到同步字，并应用前向纠错(fec)解码，然后是同步字解调(例如，如在ble编码的phy或phy模式中)。注意，可以使用图2和4中所示的检测器电路的组合。因此，在一些实施例中，一个或多个if路径使用一个或多个dsa，同时一个或多个if路径使用一个或多个ram和一个或多个相关器的组合。此外，在一些实施例中，不是使用ram 180和ram 195，而是可以使用具有双端口的单个ram，在这种情况下，一个端口接收信道滤波器85的输出而另一个端口接收信道滤波器115的输出。
63.图5示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器40的电路布置。图5中的电路布置类似于图4中的电路布置，除了信道滤波器85的输出不驱动ram 180和相关器185而是驱动if处理器电路205(标记为“if处理器_a”)的输入之外。if处理器205的输出驱动ram 180和相关器185的输入。类似地，信道滤波器115的输出不驱动ram 190和相关器190，而是驱动if处理器电路210(标记为“if处理器_b”)的输入。if处理器210的输出驱动ram 195和相关器190的输入。
64.在示例性实施例中，if处理器205和210每个都可以是坐标旋转数字计算机(cordic)或任何其他笛卡尔到极坐标转换器电路。if处理器205和210中的每一个也可以使用后跟相位微分器的cordic来构建，其中微分可以被过采样(每个符号多次微分)或者可以使用每个符号一个微分。if处理器205和210也可能为幅移键控(ask)或开关键控(ook)应用提供幅度或对数幅度。此外，if处理器205和210可以用限幅器扩展以将原始幅度、相位或微分相位限幅为1或0值。此外，可以使用图2和4中所示的检测器电路的组合。因此，在一些实施例中，一个或多个if路径可以使用if处理器，同时一个或多个if路径可以使用上述任何信号检测器(例如，dsa)。
65.图6示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器40的电路布置。图6中的电路布置类似于图2中的电路布置，除了信道滤波器85的输出驱动rssi电路220(标记为“rssi a”)的输入并且信道滤波器115的输出驱动rssi电路225(标记为“rssi b”)的输入之外。每个ip路径电路中的rssi电路从各自的信道滤波器输出中提取信号电平(rssi、幅度、能量检测(ed)或rms电平)。通过使用多个if路径电路，可以同时评估多个频道上的信号电平，从而加快rssi扫描。信号电平被传送到控制器105进行处理。控制器105然后控制mux 95，如上文结合图2所述。在一些实施例中，控制器105可以包括存储信号电平的存储器。图6中的实施例的应用包括：频率捷变(链路)的信号电平扫描、先听后谈和快速频谱分析仪。
66.图7示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器40的电路布置。图7中的电路布置类似于图2中所示的实施例，除了在图7的实施例中，控制器105驱动rf合成器之外。如果应该或期望扫描的频率数量多于rf接收器中的if路径电路的数量，则rf合成器会更改输出频率。例如，如果rf接收器具有两个if路径电路并且需要20个信道来执行rssi评估，那么rf合成器应该在10个频率上被调谐。例如，图8示出了使用三个rf合成器(lo)频率评估的6个信道。注意，图7中的接收器还可以使用任何其他检测架构，诸如上述那些架构(例如，dsa、if处理器等)。在使用两个dsa或相关器并且在某个时间窗口都没有检测到信号的实施例中，控制器将使lo频率改变为下一个频率值以再次评估。可替代地，控制器可以改变nco的频率。在这样的实施例中，一旦任何dsa或相关器触发，即检测到信号，就可以暂停扫描。
67.首先触发的dsa或相关器使控制器105选择mux 95以将相关联的信道滤波器输出传送到dsp 100，并根据检测到的信号、phy或phy模式来配置dsp 100，如上面所述。dsp 100从dsa触发的包中提取数据。在dsa或相关器同时触发的情况下，最高相关结果可用于选择dsp 100从中提取数据的信道。可替代地，可以使用优先级方案，以便在相关器或dsa同时触发时，特定phy将获得首先被解调的优先权。此外，dsa或trecs(定时恢复系统)还可以通过调整lo或nco频率来提取残余频偏以改善对准。一旦调制在其中一个信道滤波器中对准，则该信道滤波器的带宽可能会降低，以提高灵敏度、降低噪声并提高信道选择性。本领域普通技术人员将理解，增加更多的if路径电路(同时接收信道)加快扫描afc系统的速度。
68.图8示出了根据使用两个if路径电路的示例性实施例的rf接收器中的频率响应图。当没有接收到有效信号时，lo可能会从f
lo2
到f
lo3
再到f
lo1
到f
lo2
等进行扫描。当在信道f
lo3
+f
nco2
中接收到有效信号时，lo扫描将在f
lo3
处停止，并且dsp 100将启动解调第二if路径电路中的信号。如上所述，通过使用更多的if路径电路，可以进一步减少扫描时间。
69.图9示出了根据示例性实施例的用于rf接收器的数字调制解调器40的电路布置。图9中的电路布置类似于图5中的电路布置，图5中的电路布置使用了if处理器205和210，如上面所述。与图5中的实施例相反，在图9中的实施例中，信道滤波器85的输出驱动ram 270(标记为“ram a”)和trcs 265(标记为“trecs a”)的输入。类似地，信道滤波器115的输出驱动ram 275(标记为“ram b”)和trecs 280(标记为“trecs b”)的输入。trecs 265和280中的每一个都发现定时(在前导码、同步字或两者的组合上)。当在if路径电路中发现定时时，对应的trecs也具有频偏估计值。该频偏估计值可以提供给if路径电路中的相应nco，以在信道滤波器带宽的中心对准调制的频谱。通过向nco 70提供频偏信号，trecs 265的输出在第一if路径电路中形成afc环路。类似地，trecs 280的输出通过向nco 130提供频偏信号而在
第二if路径电路中形成afc环路。如上所述，频偏信号用于修整或调整或编程或设置或配置nco 70和nco 130的相应频率以在信道滤波器带宽的中心对准已调制信号。
70.本公开内容的另一方面涉及通过使用多个信号检测器在rf接收器中的并发信号检测。一般而言，根据各种实施例的rf接收器提供模式的并发检测(或信号中的模式的检测)。模式可以包括前导码、同步字或两者。因此，在各种实施例中，并发模式检测构成并发前导码检测、并发同步字检测和/或并发前导码和同步字检测。不失一般性，以下描述可涉及前导码检测、同步字检测或两者。换句话说，如所指出的，模式通常包括一个或多个前导码、一个或多个同步字和/或两者。因此，如本领域普通技术人员将理解的，在描述中提到前导码检测或前导码检测器可以泛化或一般地应用于一个或多个模式或模式检测。类似地，如本领域普通技术人员将理解的，在描述中提到同步字检测或同步字可以泛化或一般地应用于一个或多个模式或模式检测。
71.图10示出了在常规接收器中的扫描。扫描对应z-wave，z-wave可以有3种phy类型：r1、r2和r3(例如，在联邦通信委员会(fcc)地区)。r1和r2以约908.4mhz的频率发射，而r3以不同的频率，即916mhz发射。z-wave规范(当前在https://www.itu.int/rec/t-rec-g.9959-201501-i可获得)在条款7.1.2.2中指定了三种phy：r1、r2和r3。在信道配置2中，可以使用所有三种phy。这些phy的前导码在条款7.1.3.2中指定，其中指出：“前导码长度应符合表7-10。这些值允许接收器在前导码持续期间扫描所有信道并在任意信道上获得同步。”当使用信道配置2时，该规范意味着所有三种phy的顺序扫描。接收器面临的挑战是在针对所有三种phy可能性的可用前导码长度内发现前导码。
72.接收器可能没有关于要发射哪种phy类型的先验知识(发射的信号对应于哪种phy类型)。因此，接收器必须扫描三种phy类型，以便它可以在单个前导码发射期间执行前导码检测。前导码长度刚好足以支持该方案，同时保持可接受的电池寿命。在图10中，接收器执行顺序循环扫描循环，如图所示。就符号而言，前导码检测窗口大致相同以具有平衡的性能。如本领域普通技术人员所理解的，更长的检测窗口将减少错误检测并提高检测灵敏度。在图10所示的接收器扫描时序图中，扫描时段与数据速率成正比(r1＝9.6kbps、r2＝40kbps和r3＝100kbps)，并且按顺序执行，如上面所述。
73.在z-wave中，规范要求在发射的前导码持续期间进行前导码检测。因此，前导码长于特定长度以支持规范。扫描时段通常构成接收器开启(通电)以检测特定时段的时段。通常，扫描时段是自动增益控制(agc)稳定时间、从天线到前导码检测器的群延迟、接收器稳定时间(例如afc环路稳定时间)、异步延迟(传入的前导码的相位可以反转为前导码检测器中的相关器)和检测窗口(信号检测器或前导码检测器检测phy序列的评估时间)的总和。正如本领域普通技术人员所理解的，相对较长的检测窗口是期望的，然而，扫描时段(sp)受到前导码长度的限制。如上所述，根据z-wave规范操作的z-wave接收器扫描多个phy(扫描对应于多个phy的接收的信号)，例如r1、r2和r3。就时间而言，r2 phy的前导码最短。如上所述，常规解决方案将接收器配置为顺序地扫描前导码。所有phy的前导码都相当长，因此顺序扫描接收器绝不会丢失包。然而，z-wave为远程通信提供了额外的phy的引入。扫描四个phy可能会出现问题，因为无法更改传统phy的前导码长度。顺序扫描意味着加快扫描时段，这意味着必须减小前导码相关器的长度。然而，这样做会导致更高的包错误率底、灵敏度损失和降低的抗干扰鲁棒性。
74.根据各种实施例的rf接收器通过使用多个信号检测器(例如，前导码检测器)来支持并发信号检测，即并发前导码检测。这种接收器的典型应用是使用多个phy的通信系统，其中接收器并不具有正在发射哪个phy的先验知识。如上所述，z-wave指定了这种方案。在根据各种实施例的rf接收器中，为了增加通信范围，需要额外的phy来支持远程应用(例如，在遵守fcc规定的地区或国家)。扫描四个可能的phy(由对应phy发射的信号)比扫描三个phy更具挑战性。根据各种实施例的rf接收器利用r1和r2 phy共享相同信道的事实来并发扫描r1和r2 phy(扫描对应于两个相应phy的接收的rf信号)。根据各种实施例的rf接收器以增加的接收灵敏度、降低的包错误率底和增加的抗干扰鲁棒性为特征。
75.尽管下面的讨论涉及在使用z-wave的系统中使用根据各种实施例的接收器，但如本领域普通技术人员将理解的，通过进行适当的修改，根据各种实施例的接收器的使用在具有不同于z-wave的规范的系统中是可预期和可能的。因此，提到z-wave、对应的描述以及接收器架构和电路布置仅是示例性的，而非限制性的。在各种实施例中，使用了并发扫描rf接收器架构或部分并发和部分顺序扫描rf接收器架构。为了降低接收器的功耗和成本，信道滤波器和信道滤波器前面的所有电路(即天线接口和信道滤波器之间，如lna、rf混频器、频率合成器、pga、adc、agc环路、抽取器和数字混频器)，统称为前端电路是共享的，如下面所述。需注意，附图中描述和示出的实施例仅仅是说明性和示例性的，如本领域普通技术人员将理解的。如本领域普通技术人员将理解的，其他实施例是可预期的和可能的。例如，在一些实施例中，信道滤波器、数字混频器和/或抽取器可以根据需要不被共享。
76.在一些实施例中，在并发前导码搜索期间，对于使用并发前导码搜索的所有phy，使用单个信道过滤器。在这样的实施例中，信道滤波器带宽被配置(或设置或编程)为具有指定的最高带宽的phy的带宽规范，使得信道滤波器可以传递所有phy的信号以进行并发前导码搜索。在一些实施例中，上述方案被扩展，并且使用多个前导码检测器来支持并发前导码搜索。每个前导码检测器被配置为用于并发前导码搜索的phy之一，以便前导码检测可以链接到正在被接收的phy(即，接收到的rf信号所对应的phy)。该方案允许在接收器中进行特定于phy的优化。
77.接收器优化的示例是：(1)afc设置，(2)信道滤波器带宽，(3)采样率转换器比率，(4)解调器配置，(5)解码器设置(例如，曼彻斯特/不归零(nrz)、去交织、数据去白化和fec引擎)，(6)附加前导码检测和(7)同步字检测配置。下面描述了优化中的每一个，并且一个或多个优化可以与图中所示和下面详细描述的示例性接收器架构一起使用。
78.(1)afc设置：为了最小化延迟，在前导码搜索期间测量频率误差，以便在检测到前导码时，可以很容易地获得频率误差。当其中一个前导码检测器正在寻找前导码时，应用频率校正以对准接近信道中心频率的传入信号。对准可以通过改变rf本地振荡器或驱动数字混频器的振荡器来完成。afc可以使用参数(afc限制)来调整最大频偏补偿量，以防止因测量不准确而导致过度调谐。由于不同的phy可能具有不同的afc限制，因此可以通过根据前导码检测器发现的phy(对应于检测到前导码的接收的rf信号的phy)调整afc限制来优化性能。
79.(2)信道滤波器带宽：由于不同的phy可能具有不同的调制带宽和频偏范围，因此可以通过根据前导码检测器发现的phy调整信道滤波器带宽来优化性能。在afc稳定后，可以根据前导码检测器发现的phy来选择更窄的带宽，这将提高接收灵敏度和选择性。信道滤
波器带宽通常由滤波器采样率和信道滤波器系数决定。在一些实施例中，滤波器系数被改变以使得后续或接续电路使用的采样率保持不变。
80.(3)采样率转换器比率：在检测到此类phy的前导码(对应于检测到前导码的接收的rf信号的phy)之后，一些phy可以使用采样率调整来进一步检测。进一步检测可能需要检测前导码、同步字、有效载荷数据等。(4)解调器配置：根据需要，前导码检测器可以是不使用解调器电路的独立块。在这样的实施例中，将根据由对应的前导码检测器发现的phy来启用或配置解调器。
81.(5)解码器设置：为了保持低成本或降低成本(最小或减少管芯面积)，可以使用单个解码器。为了支持这样的配置，可以根据前导码检测器发现的phy来调整解码器。例如，解码可能需要曼彻斯特/nrz解码、去交织、去白化、前向纠错、块解码等。(6)附加前导码检测：在最初检测到前导码之后，作为并发phy检测的一部分，可以采用额外的检测来提高整体前导码检测的可靠性。例如，可以根据初始前导码检测器发现的phy来配置前导码检测器。(7)同步字检测配置：如果两个或多个phy共享同步字检测电路，则可以根据前导码检测器发现的phy配置该电路。
82.如上所述，在各种实施例中，上述优化可以单独使用，即每个优化单独使用，或者多个优化可以一起使用。此外或替代地，在一些实施例中，可以支持或使用多信道接收。更具体地，根据需要，通过将并发前导码检测与上述多信道接收技术(如上文引用的优先权美国专利申请序列号16/668,834中详述)相结合。更具体地，每个if路径可以具有至少一个检测器来检测前导码或同步字。如果检测到前导码或同步字，则可以以与上述相同的方式执行优化。例如，在与检测相对应的if路径中，可以调谐驱动数字混频器的振荡器以补偿频偏，并且可以缩小信道滤波器带宽以提高灵敏度和选择性性能。此外，可以关闭(或禁用或断电)一个或多个其他if路径以降低功耗。本文档中描述的所有其他优化也可以根据需要应用于多信道配置。
83.以下描述提供了对应于根据各种实施例的并发检测的rf接收器架构、流程图和相关图。rf接收器可以使用上述任何优化。此外，rf接收器可以根据需要使用上述技术来实现和使用多信道接收。如上所述，rf接收器使用在之前的图(例如，图1-2、4-7和9)中使用的一些块或电路(例如，lna 15，混频器20，pga 30，adc 35，抽取器35等)。所述块或电路提供与上面结合图1-9描述的那些相似的功能和特征。因此，下面不再重复对此类块或电路的描述。
84.图11示出了支持并发检测的根据示例性实施例的用于rf接收器5的电路布置。rf接收器5包括前端电路277。在所示的实施例中，前端电路277包括lna 15(其从控制器105接收增益调整信号lna_gain)、混频器20、rf频率合成器(lo)25、pga 30(其从控制器105接收增益调整信号pga_gain)、adc 35、抽取器55、dc补偿电路60、数字混频器75、抽取器80、信道滤波器85和nco 70。为了降低功耗、成本和复杂性，rf接收器5中的某些块或电路在各种phy之间共享。在附图中，共享的块或电路(或硬件(可以包括或使用固件或软件)被标记为280。因此，注意，除了前端电路277之外，共享电路280还包括帧控制器电路(frc)315。信道滤波器85的输出被提供给解调器305(标记为“demod_a，phya”并且对应于第一phy)和解调器310(标记为“demod_b，phyb”并且对应于第一phy)。解调器305和解调器310用于两个相应phy的并发前导码和/或同步字检测。
85.可以使用本领域普通技术人员已知的几种技术来检测前导码和/或同步字。检测前导码和/或同步字的直接方法可以是通过解调信号并在预定义序列和解调的输出之间执行二进制比较。当匹配发生而没有错误或错误相对较少时，则可以认为该序列已被检测。在2016年12月6日提交的题为“具有数字信号到达检测的射频装置和相关方法(radio-frequency apparatus with digital signal arrival detection and associated methods)”的美国专利申请号15/370,674和2018年10月31日提交的题为“具有改进的定时恢复和频偏估计的射频接收器的装置及相关方法(apparatus for radio frequency receiver with improved timing recovery and frequency offset estimation and associated methods)”的美国专利申请号16/177,373中描述了更复杂的检测方法的示例。
86.解调器305向控制器105提供信号foea(对应于phya的来自demod_a的频偏估计)和pda(来自demod_a的前导码检测信号)。类似地，解调器310向控制器105提供信号foeb(对应于phyb的来自demod_b的频偏估计)和pdb(来自demod_b的前导码检测信号)。响应于foea和foeb信号，控制器105生成频率补偿信号(freq_comp)，这取决于哪个解调器检测到前导码(即，是对应于foea的解调器305还是对应于foeb的解调器310检测到前导码)，该频率补偿信号用于设置nco 70的输出频率和/或rf频率合成器25的输出频率。信号pda和pdb分别用于表示解调器305和解调器310的前导码检测。
87.解调器305还生成rssia信号并将其提供给控制器105，该信号表示由解调器305处理的信号的rssi。类似地，解调器310生成rssib信号并将其提供给控制器105，该信号表示由解调器310处理的信号的rssi。rssia和rssib信号分别用于设置lna 15和pga 30的增益，这取决于哪个解调器检测到前导码(即，是对应于rssia的解调器305还是对应于rssib的解调器310检测到前导码)。rssi(或功率电平)信号通常在信道滤波器之后获得，该rssi信号指示带内功率电平。当rssi超过可以进行可靠检测的电平时，即rssi超过检测电平时，则前端电路277中的增益可以降低，同时目标仍然是针对可靠检测提供足够的rssi。换句话说，在保持相对良好的解调性能的同时，为了前端电路277中改善的线性度，在解调器的输入处的过量信噪比(snr)被折衷。该方案有助于提高接收器互调容限。各种phy可能具有不同的检测级别，这需要不同的agc阈值(当rssi越过agc阈值时，前端电路277的增益可以降低)。例如，如果信号pda指示检测到phya，则控制器105可以将agc阈值设置为与phya的检测电平相对应的值。另一个基于rssi的增益控制示例在题为“用于在基于包的协议的接收器中执行自动增益控制的系统、装置和方法(system,apparatus and method for performing automatic gain control in a receiver for a packet-based protocol)”的美国专利号10,469,112中进行了描述。
88.解调器305解调对应于phya的信号以生成数据信号dataa。解调器310解调对应于phyb的信号以生成数据信号datab。相应的数据信号(dataa和datab)馈送到mux 95的两个输入端。响应于来自控制器105的控制信号dataa/datab，mux 95向frc 315提供信号dataa或信号datab。控制器105向信道滤波器85提供带宽调整信号(chf_bw，可以包括多个位)。chf_bw信号用于对信道滤波器85的带宽进行编程。可替代地，chf_bw信号可用于改变滤波器特性或传递函数的形状。例如，如果检测到phy，则可以改变滤波器以提供匹配的滤波器响应，即与检测到的phy匹配，这对接收灵敏度可能是有益的。
89.如上所述，图11中的rf接收器可以并发扫描r1和r2。图12示出了扫描过程的细节，
而图13示出了根据z-wave协议操作的通信系统的最坏情况r2前导码到达。再次参考图12，r1和r2 phy的并发扫描(扫描对应于各自两个phy的接收的rf信号)减少了扫描周期。对于相同的前导码长度，并发扫描允许更长的扫描时段，因此具有更少的错误前导码检测和更高的接收器灵敏度。注意，“r1+r2扫描时段”由r1 phy指定，因为r1 phy对应于较低的数据速率。可以在整个r1扫描时段(sp)内启用r2检测。r2扫描应至少在“最小r2检测窗口”(标记为“最小r2检测窗口”)时间长度内启用。然而，在整个r1 sp上启用r2扫描允许更长的r2检测窗口。
90.再次参考图13，标记为330的时间点指示r2前导码到达有些晚，因此第一前导码检测可能失败。标记为332的时间点表示前导码在r2 sp内，因此可以被成功检测到。除了并发前导码检测功能之外，根据各种实施例的rf接收器具有某些其他特征和属性。作为一个示例，frc 315和前端电路277(即，共享电路280)中的各个块可以在多个phy之间共享。此外，取决于哪个前导码检测器触发(即，哪个先检测前导码)，可以执行各种优化。
91.例如，在一些实施例中，phya和phyb可以具有不同的信道滤波器带宽规范。最初，信道滤波器85的带宽被设置为能够接收两个phy(接收与phy对应的rf信号)的最宽指定带宽。通过使信道滤波器85的带宽适应检测到前导码的phy的指定带宽来获得改进的灵敏度和抗干扰性。作为优化或特征的另一个示例，在一些实施例中，不同的phy可以具有不同的最大频偏。通常，afc范围有一个频率调整限制参数。可以基于哪个前导码检测器正在触发(即，对于对应于各个phy的接收到的rf信号中的哪个，前导码被检测到)来设置该参数。此限制用于将频率调整包含在指定范围内。如果没有这个限制，频偏估计上的噪声可能会使频率调整超出有效范围。作为优化或特征的另一示例，在一些实施例中，在前导码检测之前，rssia和rssib两者对应于相同的接收到的信号，因此rssia和rssib信号的值将基本上(或接近或几乎)相同。在前导码检测之后，信道滤波器85的带宽可以改变，并且afc可以被调整。这些事件可能影响rssi信号，因此在一些实施例中，相关联的前导码检测的rssi用于agc目的(即，lna 15和pga 30的增益的对准)。
92.作为优化或特征的另一个示例，在一些实施例中，frc 315可以包括多种特征。此类特征可根据需要包括：同步字超时时段、同步字检测、phy标头解码、去白化、fec解码器、地址过滤、帧校验和序列(fcs)检查等。frc315还可以处理一些或所有媒体访问控制(mac)功能，诸如帧控制、mac地址过滤、pan-id过滤、安全处理、信息元素的处理等。有关此类功能的示例，更多详细信息请参阅ieee802.15.4-2015标准。在各种实施例中，frc 315可以被配置(例如，通过使用由控制器105提供的一个或多个控制信号(未示出))为处理mac功能。通过使用控制信号，控制器105可以基于模式检测信号pda和/或pdb引起或控制mac功能的启用、禁用或配置。例如，在多协议接收器应用中，可以基于模式检测信号pda和/或pdb来选择mac功能。作为另一个示例，接收器可以并发搜索zigbee前导码和/或同步字，以及低功耗蓝牙(ble)前导码/访问地址。如果检测到zigbee信号，则控制器105可以配置frc 315以启用zigbee mac或zigbee mac功能。相反，如果检测到ble信号，则控制器105可以配置frc 315以启用ble mac或ble mac功能。为了支持多协议应用，所支持协议的设置和状态可以保留在存储器中(诸如例如，非易失性存储器(未示出))。基于模式检测结果，控制器105可以使用存储器控制器将来自frc 315的设置和状态信息写入存储器。而且，基于模式检测结果，控制器105可以使用存储器控制器将设置和状态信息从存储器读回到frc 315中。此类设置
和状态信号的示例包括但不限于：pan id、源地址和目的地地址、所支持的phy能力、帧控制字段等。有关更多的设置和状态信息，请参阅ieee 802.15.4-2015标准。
93.作为优化或特征的另一个示例，在一些实施例中，frc 315可以包括多种特征。此类特征可根据需要包括：同步字超时时段、同步字检测、phy标头解码、去白化、fec解码器、帧校验和序列(fcs)检查等。
94.图14示出了根据示例性实施例的用于rf接收器中的并发检测的流程图340。该过程可以例如由如上所述的控制器105实施。再次参考图14，在343从，启用demod_a和demod_b(例如分别对应于解调器305和解调器310)。在346处，检查是否检测到前导码。如果不是，则在346处继续检查前导码检测。然而，如果检测到前导码，则在349处检查信号pda和pdb以确定哪个解调器检测到前导码。如果demod_a检测到前导码(如pda所指示的)，则在352a处为phya设置afc限制，freq_comp信号基于foea，信道滤波器带宽信号chf_bw基于phya的信道带宽规范设置，并且lna和pga增益是基于rssia设置的。在355a处，mux 95被控制以将dataa信号提供给frc 315，并且frc 315的设置适应phya(对应于检测到前导码的接收的信号的phy)的参数。在358a处，phya帧被接收或提取。相反，如果demod_b检测到前导码(如pdb所指示的)，则在352b处为phyb设置afc限制，freq_comp信号基于foeb，信道滤波器带宽信号chf_bw基于phyb的信道带宽规范设置，并且lna和pga增益是基于rssib设置的。在355b处，mux 95被控制以向frc 315提供datab信号，并且frc 315的设置适应phyb的参数。在358b，phyb帧被接收或提取。
95.图15示出了根据各种实施例如何在rf接收器中设置信道滤波器85的带宽。波形361对应于与phya对应的接收的rf信号的调制频谱，而波形364对应于与phyb对应的接收的rf信号的调制频谱。波形指的是数字混频器75的输出端处的频率。注意，在所示示例中，两个调制频谱都包括更坏情况的频偏。波形367对应于信道滤波器85的初始频率响应。如上所述，信道滤波器85的带宽被设置为使其适应phya和phyb两者的调制频谱。在所示示例中，波形370示出了在pda触发(即，检测到对应于phya的前导码)之后信道滤波器85的频率响应。在afc稳定之后，波形361被叠加在波形370上以图解与波形361(对应于phya的接收的rf信号的调制频谱)相比的信道滤波器85的编程带宽。如图所示，信道滤波器85的带宽略大于波形361的最大频谱宽度，以适当地适应对应于phya的接收的rf信号的频谱。
96.图16示出了根据示例性实施例的用于rf接收器5的电路布置。在该实施例中，作为示例而非限制，使用了sun phy。更具体地，在电气和电子工程师协会(ieee)标准802.15.4中，指定了几种phy，包括sun-fsk(频移键控)、sun-ofdm(正交频分复用)和sun-oqpsk(偏移正交相移键控)。在某些应用中，可能需要单个设备支持多个sun phy(例如，wi-sun正在考虑添加sun-ofdm，向后兼容sun-fsk)。图16示出了可以支持多个sun phy的rf接收器。例如，发射器可以发射对应于sun-fsk或sun-ofdm的信号。接收器5具有两个解调器305和310，一个用于解调fsk(例如，解调器305)，fsk是窄带(相对于ofdm)信号，另一个用于解调ofdm(例如，解调器310)，ofdm是宽带(相对于fsk)信号。
97.在本实施例中，解调器310可以对ofdm接收信号使用长训练字段和短训练字段(ltf/stf)检测器(类似于如上所述生成pda)，如本领域普通技术人员将理解的。相反，如上所述并且如本领域普通技术人员将理解的，解调器305可以使用前导码检测器和/或同步字检测器来生成pdb信号。在该示例中，对应于sun-ofdm phy的频谱可能比sun-fsk phy的对
应频谱宽得多。在所示的示例性实施例中，使用单独的抽取器和信道滤波器来适应频谱差异。
98.更具体地，在解调器305的信号路径中，使用抽取器80和信道滤波器85。相反，在解调器310的信号路径中，使用抽取器120和信道滤波器115。注意，由控制器105提供两个单独的控制信号chf_bwa和chf_bwb，以分别对信道滤波器85和115的带宽进行编程。注意，根据各种因素，如本领域普通技术人员将理解的，在某些情况下可以使用单个抽取器和单个信道滤波器。这些因素包括设计规范、性能规范、成本、ic或器件面积、可用技术(例如，信道滤波器的可实现带宽、半导体制造技术等)、目标市场、目标最终用户等，如本领域普通技术人员将理解的。
99.图17示出了根据示例性实施例的用于rf接收器5的电路布置。该实施例提供了在不同频道上的并发前导码检测。更具体地，在z-wave中，r1 phy信号以908.40mhz发射，而r3 phy以916mhz发射。作为增大前导码检测窗口的替代方法，可以并发检测r1和r3信号的到达。图16提供了用于执行并发检测的rf接收器的架构。注意，if路径不限于单个解调器。因此，作为示例，if path_a可用于r1和r2 phy，而if path_b可用于r3 phy。在此配置中，可以并发搜索r1、r2和r3 phy。因为对应于r1和r3的发射信号使用不同的频率，所以使用两个nco：nco 80用于一个phy(例如，r1)，以及nco 130用于另一个phy(例如，r3)。类似于图16中的实施例，单独的抽取器和信道滤波器用于对应于两个phy的接收信号路径。更具体地，抽取器80和信道滤波器85用于对应于一个phy(例如，r1)的接收信号路径，而抽取器120和信道滤波器115用于对应于另一个phy(例如，r3)的接收信号路径。
100.控制器105生成信号freq_comp_a和freq_comp_b，这两个信号分别用于设置nco 80和nco 130的输出频率。此外，信号freq_comp_a和freq_comp_b作为输入信号提供给mux 375。响应于控制器105提供的选择信号(pda/pdb，即解调器305和310中的哪一个检测到前导码)，mux 375向rf频率合成器25提供freq_comp_a或freq_comp_b。rf频率合成器25使用mux 375的输出信号来设置其输出频率(混频器20使用的lo信号)。注意，在上面所示的示例性实施例中，示出了用于并发检测两个前导码的接收器(例如，分别包括两个解调器305和310的rf接收器)。然而，本领域普通技术人员将理解，根据其他实施例的rf接收器可以根据需要通过进行适当的修改(例如，使用两个以上的解调器、抽取器、信道滤波器等)来并发检测两个以上的前导码。如本领域普通技术人员将理解的，并发检测的前导码的数量的选择取决于多种因素。这些因素包括设计规范、性能规范、成本、ic或器件面积、可用技术，诸如半导体制造技术、目标市场、目标最终用户等。
101.网络可以使用一个phy来启动到另一个phy的切换。例如，在ble中，通过在称为phy更新程序的程序中检查两个设备的功能和配置，在连接后设置phy。有关详细信息，请参阅蓝牙规范版本5.0，卷6的b部分第5.1.10节。根据各种实施例的并发phy检测能力将使phy更新程序变得没有必要。该属性将减少与phy更新程序的开销相关的等待时间和功耗。例如，如果链路质量允许，节点可以立即决定使用更高速率的phy进行发射，并且结合了根据各种实施例的并发检测的接收器将能够接收更高速率的phy。为了支持并发检测，节点可以通过发送phy能力字段而与其他节点共享并发检测能力，以便其他节点可以利用并发检测能力。此外，作为并发检测一部分的phy可以包含在共享phy能力字段中。在ieee 802.15.4标准中，可以使用phy能力ie来传达并发检测能力(例如，参阅ieee 802.15.4-2015，条款
7.4.4.10)。此外，phy能力ie可以包括作为并发检测方案或布置的一部分的phy。通过共享并发检测能力，网络可以有一个迁移路径，该路径是从传统的phy切换方法(例如，ble中的phy更新程序)到更有利的并发检测方法。
102.注意，在一些实施例中，控制器105可以根据需要提供比图中所示更少的控制信号，如本领域普通技术人员将理解的。例如，如上所述，在一些实施例中，控制器105可以提供单个控制信号，即带宽调整信号，即chf_bw信号(其可以包括多个位，或者如果使用两个或多个信道滤波器，则提供chf_bwa和chf_bwb信号等)。在一些实施例中，除了一个或多个带宽调整信号之外，控制器105还可以提供其他控制信号，即提供给frc 315的pga_gain信号、lna_gain信号、一个或多个控制信号等中的一者或多者，如本领域普通技术人员将理解的。如本领域普通技术人员将理解的，控制信号的类型和数量的选择取决于各种因素。这些因素包括设计规范、性能规范、成本、ic或器件面积、可用技术、目标市场、目标最终用户等，如本领域普通技术人员将理解的。
103.本公开内容的一个方面涉及支持多种调制方案的rf通信系统。调制方案是将数据转换为适合经由介质传输的电信号的过程。不同的调制方案以不同的过程或过程顺序为特征。根据示例性实施例的通信装置包括可以与系统中的其他节点通信的节点，如下面所述。节点可根据需要具有接收(rx)和发射(tx)能力，即，收发器能力，如下面所述。作为示例而非限制，根据各种实施例(诸如本文描述的示例性实施例)的节点、接收器和发射器可以使用以下调制方案中的一种或多种：频移键控(fsk)、m-ary fsk、m-ary psk、开关键控(ook)、幅移键控(ask)、正交相移键控(qpsk)、偏移正交相移键控(o-qpsk)、二进制相移键控(bpsk)、1/4pi qpsk、正交调幅(qam)、正交频分复用(ofdm)和线性调频扩频(css)。如本领域普通技术人员将理解的，所使用的调制方案的选择取决于多种因素，诸如设计和性能规范、用例场景、成本、复杂性、可用技术等。
104.新兴网络协议，如wi-sun和amazon sidewalk，使用的节点寻求在相对广泛范围的路径损耗和干扰/多路径条件下进行通信。为了支持可靠的通信，可以使用多种调制方案，其中每种调制方案都针对特定用例进行了优化。例如，fsk调制方案可以用于相对长距离的通信，而ofdm调制方案可以用于相对高吞吐量的通信。通常，高吞吐量的调制方案是可取的，因为它有利于电池寿命或具有较低的功耗，也有利于网络服务容量(介质占用时间短)。相反，远程传输通常使用针对较低数据速率进行优化的调制方案。
105.各种各样的用例，例如在iot领域，使用专用和优化的调制方案。各种各样的用例是节点和通信条件中不同成本结构的结果。例如，成本结构可能取决于应用和各种因素，诸如节点是服务于网关设备还是终端设备，它是由纽扣电池、锂亚硫酰氯电池供电还是由市电电源供电。通信条件可以包括相对长距离的通信、相对高的吞吐量、相对严重的多路径或干扰。例如，众所周知，基于ofdm的调制方案适用于吞吐量相对较高、多路径相对严重的情况，而fsk调制方案则适用于成本相对低/功率低和距离相对远的通信。调制方案的特征在于具有或使用独特的调制，例如，fsk、ofdm、o-qpsk、线性调频扩频(css)是根据本技术的调制方案的示例。注意，具有不同调制和编码方案(mcs)的ofdm通常不被视为不同的调制方案，并且具有两个不同扩展因子的o-qpsk或css也不被视为不同的调制方案。
106.常规方法花费相对大量的时间和精力来促进从一种数据速率到另一种数据速率的过渡，即，从一种调制方案到另一种调制方案的过渡。因此，在rx灵敏度和等待时间之间
进行了折衷，其中灵敏度与传输范围进行折衷，而等待时间与吞吐量、功耗和网络容量进行折衷。
107.示例性实施例使用用于在rf通信系统中针对多种数据速率使用多种调制方案在多个节点之间发射和接收包的装置和相关联的方法。节点中的rf接收器接收包，而无需事先知道使用哪种调制方案来传输包(例如，通过系统中的其他节点)。示例性实施例降低了具有多个phy的网络中的成本和开销。此外，它们还简化了通信协议。这些属性有益于能耗、网络服务容量、范围和吞吐量。
108.所公开的概念旨在降低具有多个phy的网络中的成本和开销。此外，它们还简化了通信协议。这些属性有益于能耗、网络服务容量、范围和吞吐量。在示例性实施例中，通过利用接收器检测技术的进步来减少开销。这些检测技术允许具有成本效益的解决方案来同时检测不止一种调制方案。因此，可以针对给定或期望的用例优化调制方案。此外，调制方案和shr(同步字段)可以被独立优化以最佳地服务于给定或期望的用例。例如，可以基于具有直接序列扩频(dsss)的o-qpsk phy实现具有相对低速率的相对长距离phy，其中shr足够长以获得最佳灵敏度。这种shr会限制相对高数据速率调制方案的吞吐量。然而，在示例性实施例中，可以单独优化相对高吞吐量的shr。仅作为一个示例，ofdm调制方案可以用于相对高吞吐量的用例，其中shr(或stf+ltf，sun ofdm的同步字段)可以具有比相对长距离的shr短的持续时间，使得吞吐量得到优化。
109.ofdm的缺点是使用非恒定包络。ofdm信号中的信息既嵌入在相位中，也嵌入在幅度中。因此，线性功率放大器的使用具有足够的线性度，但功耗较高。另一方面，o-qpsk(正弦形)、css和fsk具有恒定包络，这允许使用非线性功率放大器。与线性功率放大器相比，非线性功率放大器可以具有更高的功率效率。通常，当需要发射模式下的低功耗时，具有恒定包络的调制方案是优选的。电池供电的设备可能具有相对有限的功率预算。恒定包络调制方案能够产生比非恒定包络调制方案高的输出功率。当需要相对长距离的通信时，该属性是可取的。如在示例性实施例中使用的，所公开的技术认识到不同的调制类型具有各自的优点和缺点。通过允许使用不同的调制方案而不使用所使用的调制方案的先验知识，根据各种实施例的装置和方法允许提高效率和更高的品质因数，如下文进一步描述的。
110.继续上面的示例，如上所述，通过使用并发检测技术，接收节点或节点中的rf接收器将能够扫描这两种调制方案，而无需事先知道使用哪种调制方案来发射接收器正在接收的rf信号。换句话说，rf接收器将通过并发搜索两个shr来找出调制方案。从发射节点(或rf发射器)的角度来看，一旦它有链路质量的指示，它就可以决定选择适当的调制方案，而无需首先发射模式切换包或处理phy协商协议。这样，相对高吞吐量的phy不会因还支持相对长距离的phy而折衷。相反，远距离phy的接收灵敏度不会因还支持相对高吞吐量的phy而折衷。
111.在一些实施例中，可以通过不允许节点一次接收不止一个包来进行简化。当允许一个节点同时接收多个包时，对这些包的响应(如确认)可能相对复杂。例如，如果接收到一个包，它可能会推迟其传输响应，因为它可能会破坏仍在接收的另一个包的接收。等待响应的节点会因为响应被推迟而监听更长的时间。等待时段将是最低数据速率和最长包长度的函数。通过不允许节点一次接收不超过一个包，可以很好地定义响应，这将节省期望做出响应的节点的功率。
112.在一些实施例中，可以通过在调制方案之间共享媒体访问控制(mac)格式来进行进一步的简化。这样做可以简化mac协议、降低成本并提高共存性。与使用多个mac的情况相比，用于一个mac的硬件和软件或固件可以更紧凑。换句话说，共享mac会致使使用更少的硬件资源以及更少的存储和处理能力，从而降低总体成本。包流量仲裁(pta)可以是mac的一个组成部分，以解决多个mac之间常规的带宽竞争问题，并且pta可能没有所有可用数据来对传输优先级做出优化决策。换句话说，在常规方法中，使用第一mac的成功和不成功传输的数量在第二mac中可能不可用。在单个共享mac中，可以相对容易地提供这些数据，这有助于优先呼叫。
113.根据需要，一些实施例可以与常规方法结合使用。例如，sun-oqpsk phy可以与sun-ofdm phy组合。在这种情况下，节点可以被配置为使得它们并发搜索sun-oqpsk shr和sun-ofdm shr。一旦检测到这些shr中的一种，节点就依赖于传统方案，该方案通过使用phr来调整，例如，在sun-oqpsk的情况下调整扩频因子，或在sun-ofdm的情况下调整mcs。phr是phy标头，并且通常在shr之后发射。phr包含有关包的phy信息，例如包长度、速率模式或扩频因子、mcs、数据白化启用/禁用、帧校验和(fcs)长度等。
114.在一些实施例中，节点可以发射包括它们的phy能力信息元素(ie)的包。节点可以使用ie来传达它可以并发接收哪些phy。此外，ie还可以指示它能够作用于模式切换包或phy协商协议。通过传达节点的phy能力，其他节点可以选择该节点所支持的调制方案切换方法。例如，并不支持并发检测的常规设备可以支持常规方法。在同一网络中，可以使用具有上述并发检测技术的接收器来添加根据示例性实施例的更先进的节点。通过在phy能力ie中用信号通知一种或多种调制方案切换方法，可以使用所公开的概念升级网络。
115.示例性实施例支持使用不同调制方案的各种用例。例如，在一个用例中，可以支持o-qpsk和ofdm，或者fsk、o-qpsk和ofdm调制方案。在初始通信中，节点可以使用支持相对长距离通信的调制方案，例如o-qpsk。一旦建立了初始连接，节点就可以收集信号质量度量，如包成功率、rssi、信噪比、evm(误差向量幅度)、链路裕度等。基于信号质量度量，节点可以决定更改调制方案，例如，当信号质量允许时，节点可以更改为具有相对较高吞吐量或数据速率的调制方案，如ofdm。给定一定数量的有效载荷数据，更高的数据速率允许缩短传输时间。更短的传输时间可以节省能量并增加网络容量。相反，当包成功率下降到阈值以下时，节点可能会决定更改为具有相对较长距离的调制方案，如o-qpsk。这样做可能有助于保持通信，即使在条件恶化时，例如，当移动性增加范围或正在造成阻塞时。注意，切换到新的调制方案不会提前通知rf接收器。该方案允许优化的shr和stf/ltf设计，该shr和stf/ltf设计支持所有支持的数据速率的相对较高的品质因数。注意，在此用例中，如上所述，可以通过禁止一次接收不止一个包来进行简化，从而允许支持多种调制方案的单个协议栈或mac。
116.需进一步注意，品质因数与以下效率目标相关：更高的网络容量、更低的能量或功率消耗以及更高的数据吞吐量。高效网络将大部分能量用于传送数据有效载荷(psdu)。总功率中相对较小的一部分应该花在诸如同步和phy标头的开销数据上。常规节点在开销数据上花费相对较长的时间，例如，通过传送模式切换包，然后是稳定延迟。稳定延迟用于允许接收器节点有时间处理模式切换包并为新的调制方案做准备。实际数据传输包含在psdu中。在示例性实施例中，消除了模式切换ppdu或phy协商过程的使用。可以传送具有新调制方案的包，而无需为模式切换ppdu或phy协商事务花费能量、时间和频谱。此属性转化为更
长的电池寿命(或更低的功耗或能耗)、更高的有效吞吐量、减少的等待时间和更高的网络容量。此外，psdu通常包含寻址并通过加密进行保护，从而增强网络安全性。根据示例性实施例的节点在开销数据上花费相对少的时间而在psdu传输上花费更多的时间。此属性导致更高的吞吐量、开销数据上更少的能量浪费以及更高的网络容量。
117.在一些实施例中，可以用支持类似于sun ofdm调制方案的mcs切换的ofdm phy来扩展上述用例。相对长距离调制方案仍然可以是不同的调制方案，例如o-qpsk。在这样的实施例中，不需要在ofdm调制方案中支持长距离。此属性允许跳过ofdm调制方案中的较低数据速率，并在不使用相对长距离方案的情况下优化stf/ltf和phr。这样的实施例可以提供更短的stf、ltf和phr持续时间以及更高的品质因数，同时仍然具有进一步提高数据速率的益处。可以通过添加类似于sun o-qpsk调制方案的速率切换来进一步扩展这样的实施例，例如，用于相对长距离的调制方案。这样的实施例可以被认为是混合的，其中来自上述用例的优点与速率模式切换和/或mcs切换的优点相结合。
118.在第三用例中，在一些实施例中，可以如上所述使用单个共享mac代替多个mac。图18示出了根据这些实施例的具有共享媒体访问控制(mac)的网络或协议栈400。协议栈的其余部分为本领域普通技术人员所熟知，不再赘述。在所示示例中，共享mac(标记为“ieee 802.15.4mac层”)允许降低设备复杂性、改进共存性和降低维护成本(即，修复单个堆栈中的错误或故障，而不是安排多个mac)。在所示示例中，协议栈通过使用四个对应的phy支持四种调制方案：fsk、o-qpsk、ofdm和css。如本领域普通技术人员将理解的，支持其他调制方案的其他协议栈被设想并且可以根据需要通过进行适当修改来使用。
119.下面提供关于根据示例性实施例的节点的操作和相关方法的更多细节。通常，包包含前导码、同步帧定界符(sfd，也称为同步字)、phy标头(phr)和phy有效载荷。一些调制方案可能会省略sfd，例如在css/lora中。在ofdm中，前导码和sfd通常由短训练字段(stf)和长训练字段(ltf)代替。使用根据示例性实施例的节点的网络可以采用以上不止一种调制方案。例如，一个节点可能够发射fsk rf信号，而另一节点可能够发射ofdm rf信号，或者，一个节点可能够发射fsk信号而另一节点可能够发射fsk rf信号或ofdm rf信号。为此，节点可具有fsk调制器或ofdm调制器，或两者。提供以上示例仅用于说明，并且设想并存在其他可能性。因此，节点也可能够使用其他调制方案(例如，o-qpsk、bpsk、ook、ask、qam等)。通常，使用根据示例性实施例的节点的网络使用至少两种调制方案，并且节点应该能够发射至少一种调制方案。如果节点能够发射不止一种调制方案，则可以使用发射控制器(例如，有限状态机(tx-fsm))来选择适当的或期望的调制方案。该选择可以基于先前的发射。例如，ieee 802.15.4-2020标准中描述的技术称为链路裕度(从先前发射中获得)信息元素(ie)。作为示例，可以根据需要使用包成功率、rssi等。
120.根据示例性实施例的rf接收器使用调制方案检测器(msd)，如下文详细描述的。当使用多种调制方案中的一种进行调制时，上面列出的字段具有不同的特性，这由它们的相位、幅度和位序列决定。msd使用这些属性来检测多种调制方案中使用的错误检测相对较少的调制方案。在各种实施例中，fsm(rx-fsm)或控制器控制状态转换、接收节点(节点中的rf接收器)的配置以及包的接收。
121.图19示出了根据示例性实施例的网络节点520的电路布置。网络节点520包括rx(经由rf接收器电路5)和tx(经由发射器电路515)，即，它构成rf收发器。类似地，图19中编
号的块/电路/元件与上述它们的对应物类似和/或类似地操作(例如，结合图17或其他图)。在图19所示的实施例中，解调器305解调使用fsk调制进行调制的接收信号。类似地，解调器310解调使用ofdm调制进行调制的接收信号。然而，如本领域普通技术人员将理解的，fsk和ofdm仅构成示例，并且其他调制方案是可能的并且可以预期，例如，如上所述。图19还包括两个msd：msd_fsk 403和msd_ofdm 406。msd_fsk 403检测用fsk调制的信号，并经由信号msd_fsk提供检测的指示，该信号被提供给控制器105。类似地，msd_ofdm 406检测用ofdm调制的信号，并经由信号msd_ofdm提供检测的指示，该信号被提供给控制器105。
122.在示例性实施例中，诸如msd_fsk 403和msd_ofdm 406的msd构成信号检测器，并且可以如上所述(例如，dsa 90)以多种方式使用信号检测器来实现，如本领域的普通技术人员将理解的。每个经滤波的基带(即信道滤波器的输出)都可以有一个msd。通常，每个msd被配置为检测在输入处接收到的信号中是否存在期望的、特定的、不同的调制方案。当已经成功接收到包时，frc 315(rx frc)315向控制器105提供“接收到包”的输出信号。控制器105使用存储器409来执行其功能(例如，程序存储、工作存储、保存网络信息、网络状态等)。控制器105提供启用信号(rx_enable)以启用接收器5，以及提供rx配置信号(rx_config)以配置rf接收器5。
123.控制器105提供tx_enable信号以启用发射器或发射器电路515。控制器105还提供tx配置信号(tx_config)以配置发射器515。tx-frc 412是发射器帧控制器。它对psdu(即从控制器105接收到的tx_psdu)执行处理，诸如进行同步标头(shr)插入、块编码、前向纠错、帧校验和生成、数据白化等处理，以生成被提供给调制器415的tx_ppdu信号。调制器415使用期望的调制方案调制tx_ppdu信号。需注意，对于fsk，存在根据需要使用lo 25的替代调制方案。lo 25向dac 418提供tx_lo信号。dac 418将调制器415的调制输出转换为模拟信号，将该模拟信号提供给功率放大器(pa)421。pa 421放大来自dac 418的信号，并经由rf开关11和天线10发射放大后的信号。响应于控制信号(例如，来自控制器105)，rf开关11将天线10耦合到rf接收器5以进行rf接收操作或耦合到rf发射器515以进行rf发射操作。
124.图20示出了用于图19的rf接收器5的控制器105r。在各种实施例中，控制器105r是控制器105(参见图19)的一部分，但它可以根据需要单独实施。再次参考图20，控制器105r包括应用处理器430，应用处理器430运行协议栈的至少一部分以及应用层的至少一部分。应用处理器接收事件诸如传感器输入，处理事件(例如，通过运行应用程序)并提供控制输出诸如致动器信号。应用处理器可以通过mac接口发起接收，例如，在包发射之后，节点可以发起接收以接收确认包以指示成功的发射。在示例性实施例中，应用处理器430可以将用于rf接收器5的配置数据加载到硬件寄存器即移位寄存器434和436中。可替代地，应用处理器430可以直接向硬件提供配置数据，然而，为了支持快速配置，应用处理器430可以在通电或启动时将存储在存储器409(例如，非易失性存储器)中的配置数据加载到控制器105。然后，当要使用配置数据时，控制器105可以相对快速地将配置数据从控制器105中的寄存器加载到移位寄存器434和436中。需要快速配置以减少等待时间来支持发射和接收之间相对快的周转时间，反之亦然。
125.应用处理器430经由“mac接口”与mac处理器428相接。mac处理器428处理mac有效载荷并将其提供给应用处理器。mac处理器428提供tx_psdu信号(给控制器105以提供给发射器电路515，以作为rf信号发射，参见图19和23)，并从接收电路5接收rx_psdu。mac处理器
428向接收fsm(rx_fsm)425提供接收器使能信号。rx_fsm 425从控制器105中的电路接收上述“接收到的包”、“msd_fsk”和“msd_ofdm”信号。rx_fsm 425经由输出信号“定时器启动”(以指示包接收的等待时段)和输入信号“超时”(以指示在定时器423计数的规定时段内没有包接收)与定时器423协同工作。rx_fsm 428向其他几个块或电路提供状态输出信号(标记为“状态sx”)。下面详细描述这些状态。状态输出信号s0和s1被提供给锁存器432。锁存器432锁存来自rx_fsm 425的一个或多个使能信号。状态输出信号s0重置锁存器432，这使得接收器5处于空闲状态(未启用)，即信号rx_enable具有二进制0值。状态输出信号s1设置锁存器，这使接收器5被启用，即信号rx_enable具有二进制1值。状态输出信号s2启动移位寄存器434，移位寄存器434包含用于fsk接收的设置或配置数据(由输入到移位寄存器434的“配置数据”提供)。状态输出信号s3启动移位寄存器436，移位寄存器436包含用于ofdm接收的设置或配置数据(由输入到移位寄存器434的“配置数据”提供)。状态输出信号s6向mac处理器428和应用处理器430提供“包就绪”信号，以便它们可以处理接收到的包。
126.状态输出信号s2/s3(即，s2是活动的还是s3是活动的)被用作mux 438的选择信号。响应于选择信号，mux 438提供移位寄存器434的输出或移位寄存器436的输出作为其输出作为“rx_config”信号。rx_config信号将接收器配置为支持检测到的调制方案(在讨论的示例中为fsk和ofdm)。这种配置可以包括但不限于信道滤波器带宽、mux 95的位置(参见图19)、解调器设置(例如，如果使用一个可以被配置为支持多种调制方案的解调器)、用于自动增益控制电路(agc)的设置(参见图19)(例如，当检测到ofdm调制方案时，为非恒定包络调制(如ofdm)留出更多余量)、用于自动频率控制(afc)的设置(例如，使用与检测到的调制方案相关联的频偏估计来向例如ncoa或ncob提供频率反馈(参见图19)以补偿频偏)和/或用于frc 315的设置(例如，激活某个块解码方案、前向纠错方案、帧校验和多项式、数据去白化等)。
127.图21示出了图19和20所示的示例性实施例中的rf接收器5的控制流程图。括号旁边的“sx”符号(其中“x”表示状态编号，例如用于状态0的s0)指示流程图的哪些部分对应于给定状态(参见图20和22)。例如，状态s0对应于流程图中的440和441。在440处，接收器空闲。在441处，接收器被启用，这启用了信号检测器(msd)。在442处，检查是否检测到信号。如果不是，控制返回到442。否则(即，检测到信号)，在443处对检测到的调制方案进行检查。如果调制方案是fsk(msd_fsk＝1)，则控制传递到444。如果调制方案是ofdm(msd_ofdm＝1)，则控制传递到448。在fsk调制的情况下，在444处启动定时器(参见图20)。在445处，接收器被配置用于fsk包接收。在446处，接收(或试图接收)fsk包。在447处，进行超时检查。如果不存在超时，则控制返回到446，并且当接收到包时，控制传递到452以处理psdu(例如，通过mac处理器(参见图20))。否则，控制返回到442以检查信号检测。如上所述，如果调制方案是ofdm(msd_ofdm＝1)，则控制传递到448，在此启动定时器(参见图20)。在449处，接收器被配置用于ofdm包接收。在450处，接收(或试图接收)ofdm包。在451处，进行超时检查。如果不存在超时，则控制返回到450，并且当接收到包时，控制传递到452以处理psdu(例如，通过mac处理器(参见图20))。否则，控制返回到442以检查信号检测。
128.图22示出了根据示例性实施例的rx_fsm 425(参见图20)的控制状态图。换句话说，rx_fsm 425被实现(例如，使用触发器、锁存器、门等，如本领域普通技术人员将理解的)以实现图22中所示的功能。状态具有图20所示的状态输出信号。再次参考图22，操作从状态
s0(空闲)开始。当接收器启用时，状态转换到s1。只要msd_fsk＝msd_ofdm＝0(未检测到信号)，控制就会保持在s1。如果msd_fsk＝1(检测到fsk信号)，则状态从s1转换到s2，其中定时器(参见图20)被启动并执行配置，如上面所述。当config_done信号被断言时，表示配置结束(参见上文)，状态从s2转换到s4。如果没有接收到包，并且不存在超时，则控制保留在s4。如果在接收到包之前发生超时，控制将从s4转换到s1。然而，一旦接收到包，控制就会从s4转换到s6。在状态s6处，处理器(参见图20)被通知接收到一个包(通过使用“包就绪”信号)。如上所述，处理器可以处理包。接收ofdm包遵循类似的方案。更具体地，如果msd_ofdm＝1(检测到ofdm信号)，则状态从s1转换到s3，其中定时器(参见图20)被启动并执行配置，如上面所述。当config_done信号被置位时，状态从s3转换到s5。如果没有接收到包，并且不存在超时，则控制保留在s5。如果在接收到包之前发生超时，控制将从s4转换到s1。然而，一旦接收到包，控制就会从s5转换到s6。
129.图23示出了根据示例性实施例的用于rf发射器的控制器105t。在各种实施例中，控制器105t是控制器105(参见图19)的一部分，但它可以根据需要单独实施。再次参考图23，控制器105t包括运行至少一部分协议栈以及至少一部分应用层的应用处理器430(其可以与图20中的rx应用处理器共享)。应用处理器接收事件诸如传感器输入，处理事件(例如，通过运行应用程序)并提供控制输出诸如致动器信号。应用处理器还可以对先前接收到的包做出响应，例如，准备发射确认。调制方案以及周转时间(接收的包的结束和响应包的开始之间的时间)可以基于检测到的先前接收到的包的调制方案。在示例性实施例中，应用处理器430可以将rf发射器515的配置数据加载到硬件寄存器即移位寄存器459和461中。可替代地，应用处理器430可以直接向硬件提供配置数据，然而，为了支持快速配置，应用处理器430可以在通电或启动时将存储在存储器409(例如，非易失性存储器)中的配置数据加载到控制器105。然后，当要使用配置数据时，控制器105可以相对快速地将配置数据从控制器105中的寄存器加载到移位寄存器459和461中。需要快速配置以减少等待时间来支持发射和接收之间相对快的周转时间，反之亦然。
130.应用处理器430经由“mac接口”与mac处理器428相接。应用处理器处理mac有效载荷并将其提供给mac处理器428。mac处理器428提供tx_psdu信号(给控制器105以提供给发射器，以作为rf信号发射)。mac处理器428向发射fsm(tx_fsm)457提供发射器使能信号。tx_fsm 457接收比较器455的输出(标记为“c
out”)。比较器455将应用处理器提供的链路质量(标记为“link margin(链路裕度)”)与阈值(标记为“th”)进行比较。tx_fsm 457向其他几个块或电路提供状态输出信号(标记为“状态sx”)。下面详细描述这些状态。状态输出信号s2启动移位寄存器459，移位寄存器459包含用于fsk发射的设置或配置数据(由输入到移位寄存器434的“配置数据”提供)。状态输出信号s3启动移位寄存器461，移位寄存器436包含用于ofdm发射的设置或配置数据(由输入到移位寄存器461的“配置数据”提供)。状态输出信号s4驱动启用电路463，启用电路463使用信号“tx_enable”来启用发射器515(参见图19)以发射调制的rf信号，如上面所述。
131.状态输出信号s2/s3(即，s2是活动的还是s3是活动的)被用作mux 465的选择信号。响应于选择信号，mux465提供移位寄存器459的输出或移位寄存器461的输出作为其输出作为“tx_config”信号。tx_config信号将发射器配置为支持调制方案(在讨论的示例中为fsk和ofdm)。这种配置可以包括但不限于调制器415(参见图19)中的符号整形(例如，诸
如正弦、升余弦、高斯等的形状)，设置dac 418(参见图19)的带宽，在使用基于dac的iq调制器的情况下，频率合成器(lo)25(参见图19)的带宽，例如，如果使用相对较高数据速率的fsk调制，则调制器415的设置(例如，如果使用一个可以被配置为支持多种调制方案的调制器)，和/或frc412(参见图19)的设置(例如，激活某个块解码方案、前向纠错方案、帧校验和多项式、数据去白化等)。
132.图24示出了图19和23所示的示例性实施例中的rf发射器515的控制流程图。括号旁边的“sx”符号(其中“x”表示状态编号，例如用于状态0的s0)指示流程图的哪些部分对应于给定状态(参见图23和25)。例如，状态s0对应于流程图中的465。在465处，发射器空闲。在启用发射器之后，在467处检查链路裕度是否大于阈值th，如上面所述。如果不是，则在469处选择fsk调制方案，并且在471处发射使用fsk调制的rf信号。然而，如果链路裕度大于阈值，则在473处选择ofdm调制方案，并且在471处发射使用ofdm调制的rf信号。
133.图25示出了根据示例性实施例的tx_fsm 457(参见图23)的控制状态图。换句话说，tx_fsm 457被实现(例如，使用触发器、锁存器、门等，如本领域普通技术人员将理解的)以实现图25中所示的功能。状态具有图23所示的状态输出信号。再次参考图25，s0构成空闲状态，并且发射器未被启用。应用处理器428可以根据需要基于一个或多个传感器输入、一个或多个定时器(未示出)、一个或多个事件或其组合通过mac接口(参见图23)发出“发射器启用”信号，从而使从s0转换到s1。在s1处，比较器的输出(参见图23)，即c
out
被读取。当c
out
＝0时，状态转换到s2；否则，状态转换到s3。在s2处，存储在移位寄存器459中的配置数据被加载到发射器电路中以支持fsk调制方案。配置完成后，将进行从s2到状态s4的转换。相反，在s3处，存储在移位寄存器461中的配置数据被加载到发射器电路中以支持ofdm调制方案。配置完成后，将进行从s3到s4的转换。在状态s4中，发射器515(参见图19)通过断言tx_enable信号(参见图19和图23)而被启用，psdu(tx_psdu，参见图19)从控制器105提供给发射器515，并且包使用选定的调制方案进行发射。完成发射后，将转换到状态s0。
134.注意，mac功能可以根据需要由硬件(例如，由图20和23中的mac处理器428)以及软件或固件来处理。在一些实施例中，除了运行期望的应用程序之外，应用处理器430还可以处理链路层功能、网络层功能、mac层功能或其组合。在一些实施例中，至少一些mac功能可以在所支持的调制方案之间共享，如上面所述。例如，sun-fsk和sun-ofdm两者都使用ieee 802.15.4 mac，这可以是被共享的。在一些实施例中，使用专用于所支持的调制方案的专用mac功能(例如，mac处理器)。例如，当使用zigbee调制方案(oqpsk)时，可以使用ieee 802.15.4 mac，而当使用蓝牙调制方案(gfsk)时，则可以使用蓝牙mac。
135.根据示例性实施例的接收器和发射器可以根据需要用于各种通信布置、系统、子系统、网络等。图26示出了根据示例性实施例的一种无线通信系统500。如上所述，该系统包括rf接收器5。系统500包括耦合到天线10a的发射器515。经由天线10a，发射器515发射rf信号。接收器5可以经由天线10b接收rf信号。此外或可替代地，节点或收发器520a和/或节点或收发器520b可以接收(经由接收器5)发射的rf信号。
136.除了接收能力之外，节点或收发器520a和节点收发器520b还可以发射rf信号。发射的rf信号要么可以在独立的接收器中由接收器5接收，要么经由非发射节点或收发器的接收器电路接收。还设想了具有不同配置和/或能力的其他系统或子系统。例如，在一些示例性实施例中，两个或更多个节点或收发器(例如，节点520a和节点520b)可以形成网络，诸
如自组织网络。作为另一个示例，在一些示例性实施例中，节点520a和节点520b可以例如，结合发射器515形成网络的一部分。
137.rf接收器，诸如上述rf接收器5，可用于各种电路、块、子系统和/或系统。例如，在一些实施例中，这种rf接收器可以集成在ic中，诸如微控制器单元(mcu)中。图27示出了根据示例性实施例的ic 550的框图，ic 550包括rf接收器5。图28类似于图27的实施例，并且示出了ic 550，除了rf接收器5之外，还包括rf发射器515。因此，图28中的实施例具有rf收发器能力并且可以用作节点。
138.参考图27，ic 550构成或包括mcu。ic 550包括使用链路560彼此通信的多个块(例如，一个或多个处理器565、数据转换器605、i/o电路585等)。在示例性实施例中，链路560可以构成耦合机制，诸如总线、一组导体或半导体元件(例如，迹线、器件等)，以用于传送信息，诸如数据、命令、状态信息等。ic 550可以包括耦合到一个或多个处理器565、时钟电路575和电源管理电路或电源管理单元(pmu)580的链路560。在一些实施例中，一个或多个处理器565可以包括用于提供信息处理(或数据处理或计算)功能的电路或块，诸如中央处理单元(cpu)、算术逻辑单元(alu)等。在一些实施例中，此外或作为替代，处理器565可包括一个或多个dsp。dsp可以根据需要提供各种信号处理功能，诸如算术功能、滤波、延迟块等。时钟电路575可以生成一个或多个时钟信号，其促进或控制ic 550中一个或多个块的操作时序。时钟电路575还可以根据需要控制使用链路560的操作的时序。在一些实施例中，时钟电路575可以经由链路560向ic 550中的其他块提供一个或多个时钟信号。在一些实施例中，pmu 580可以相对于电路的一部分或电路的所有部件，诸如ic 550中的一个或多个块降低装置(例如，ic 550)的时钟速度、关闭时钟、降低功率、关闭电源、禁用(或断电或置于较低功耗或睡眠或不活动或空闲状态)、启用(或加电或置于较高功耗或正常或活动状态)或前述的任何组合。此外，响应从非活动状态到活动状态的转换(包括但不限于，当一个或多个处理器565从低功率或空闲或睡眠状态转换到正常操作状态)，pmu 580可以打开时钟、提高时钟速率、开启功率、增加功率或前述的任意组合。
139.链路560可以通过串行接口595耦合到一个或多个电路600。通过串行接口595，耦合到链路560的一个或多个电路或块可以与电路600通信。如本领域普通技术人员将理解的，电路600可以使用一种或多种串行协议，例如smbus、i2c、spi等进行通信。链路560可以通过i/o电路585耦合到一个或多个外围设备590。通过i/o电路585，一个或多个外围设备590可以耦合到链路560，因此可以与一个或多个耦合到链路560的块通信，例如，一个或多个处理器565、存储器电路625等。在示例性实施例中，外围设备590可以包括各种电路、块等。示例包括i/o设备(小键盘、键盘、扬声器、显示设备、存储设备、定时器、传感器等)。注意，在一些实施例中，一些外围设备590可以在ic 550的外部。示例包括小键盘、扬声器等。在一些实施例中，对于一些外围设备，可以绕过i/o电路585。在这样的实施例中，一些外围设备590可以在不使用i/o电路585的情况下耦合到链路560并与链路560通信。如上所述，在一些实施例中，这样的外围设备可以在ic 550的外部。链路560可以经由一个或多个数据转换器605耦合到模拟电路620。数据转换器605可包括一个或多个adc 605a和/或一个或多个dac 605b。adc 605a从模拟电路620接收一个或多个模拟信号，并将一个或多个模拟信号转换为数字格式，它们将数字格式的信号传送到耦合到链路560的一个或多个块。相反，dac 605b从耦合到链路560的一个或多个块接收一个或多个数字信号，并将该数字信号转换为
模拟格式，它们将该信号传送到模拟电路620。模拟电路620可以包括提供和/或接收模拟信号的多种电路。如本领域普通技术人员将理解的，示例包括传感器、换能器等。在一些实施例中，模拟电路620可以根据需要与ic 550外部的电路通信以形成更复杂的系统、子系统、控制块或系统、反馈系统和信息处理块。
140.控制电路570耦合到链路560。因此，控制电路570可以通过提供控制信息或信号来与耦合到链路560的各个块通信和/或控制其操作。在一些实施例中，控制电路570还从耦合到链路560的各个块接收状态信息或信号。此外，在一些实施例中，控制电路570促进(或控制或监督)耦合到链路560的各个块之间的通信或合作。在一些实施例中，控制电路570可以启动或响应复位操作或信号。如本领域普通技术人员将理解的，复位操作可引起耦合到链路560的一个或多个块、ic 550等的复位。例如，控制电路570可以使pmu 580和诸如rf接收器5或其各种块、电路或部件的电路复位到初始或已知状态。在示例性实施例中，控制电路570可以包括多种类型和电路块。在一些实施例中，控制电路570可包括逻辑电路、有限状态机(fsm)或其他电路以执行诸如上述操作的操作。通信电路640耦合到链路560并且还耦合到ic 550外部的电路或块(未示出)。通过通信电路640，耦合到链路560(或ic 550，通常)的各种块可以经由一种或多种通信协议与外部电路或块(未示出)通信。通信的示例包括usb、以太网等。在示例性实施例中，如本领域普通技术人员将理解的，取决于诸如给定应用的设计或性能规范的因素，可以使用其他通信协议。
141.如上所述，存储器电路625耦合到链路560。因此，存储器电路625可与耦合到链路560的一个或多个块，诸如一个或多个处理器565、控制电路570、i/o电路585等进行通信。存储器电路625为ic 550中的各种信息或数据提供存储，诸如操作数、标记、数据、指令等，如本领域普通技术人员将理解的。存储器电路625可根据需要支持各种协议，诸如双倍数据速率(ddr)、ddr2、ddr3、ddr4等。在一些实施例中，存储器电路625的存储器读取和/或写入操作涉及使用ic 550中的一个或多个块，诸如一个或多个处理器565。在某些情况下，直接存储器访问(dma)布置(未示出)允许提高存储器操作的性能。更具体地，dma(未示出)提供了一种用于在数据的源或目的地和存储器电路625之间直接执行存储器读取和写入操作，而不是通过诸如一个或多个处理器565的块的机制。存储器电路625可以包括多种存储器电路或块。在所示实施例中，存储器电路625包括非易失性(nv)存储器635。此外或替代地，存储器电路625可以包括易失性存储器(未示出)，诸如随机存取存储器(ram)。nv存储器635可用于存储与ic 550中一个或多个块的性能、控制或配置相关的信息。例如，nv存储器635可以存储与rf接收器5(和/或图28中的发射器515)的操作相关的配置信息，诸如针对rf接收器5(和/或图28中的发射器515)的各种块、电路、部件等的配置信息。
142.可以以多种方式并使用多种电路元件或块来实现包括上述数字和/或混频信号电路并且在示例性实施例中使用的各种电路和块。例如，图19、20、23和26-28中所示的数字和/或混频信号块、元件、部件或电路通常可以使用数字电路(或至少部分地，在混频信号块的情况下)来实现。数字电路可以根据需要包括电路元件或块，诸如门、数字多路复用器(mux)、锁存器、触发器、寄存器、有限状态机(fsm)、处理器、可编程逻辑(例如，现场可编程门阵列(fpga)或其他类型的可编程逻辑)、算术逻辑单元(alu)、标准单元、定制单元、定制模拟单元等，如本领域普通技术人员将理解的。此外，根据需要，可以包括模拟电路或混频信号电路或两者，例如，功率转换器、分立器件(晶体管、电容器、电阻器、电感器、二极管等)
等。模拟电路可以根据需要包括偏置电路、去耦电路、耦合电路、电源电路、电流镜、电流和/或电压源、滤波器、放大器、转换器、信号处理电路(例如，乘法器)、检测器、换能器、分立元件(晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器)、模拟多路复用器等，如本领域普通技术人员将理解的。如上所述，除了模拟电路和数字电路之外，混频信号电路还可以包括模数转换器(adc)、数模转换器(dac)等，如本领域普通技术人员将理解的。如本领域普通技术人员将理解的，用于给定实现方式的电路选择取决于多种因素。这些因素包括设计规范、性能规范、成本、ic或器件面积、可用技术，诸如半导体制造技术、目标市场、目标最终用户等。
143.可以以多种方式并使用多种电路元件或块来实现包括上述模拟电路并且在示例性实施例中使用的各种电路和块。例如，lna 15、混频器20和pga 30通常可以使用模拟电路来实现。模拟电路可以根据需要包括偏置电路、去耦电路、耦合电路、电源电路、电流镜、电流和/或电压源、滤波器、放大器、转换器、信号处理电路(例如，乘法器)、传感器或检测器、换能器、分立元件(晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器)、模拟多路复用器等，如本领域普通技术人员将理解的。此外，可以包括数字电路或混频信号电路或两者。根据需要并且如本领域普通技术人员将理解的，数字电路可以包括电路元件或块，例如门、数字多路复用器(mux)、锁存器、触发器、寄存器、有限状态机(fsm)、处理器、可编程逻辑(例如，现场可编程门阵列(fpga)或其他类型的可编程逻辑)、算术逻辑单元(alu)、标准单元、定制单元、定制模拟单元等。如上所述，除了模拟电路和数字电路之外，混频信号电路还可以包括模数转换器(adc)、数模转换器(dac)等，如本领域普通技术人员将理解的。如本领域普通技术人员将理解的，用于给定实现方式的电路选择取决于多种因素。这些因素包括设计规范、性能规范、成本、ic或器件面积、可用技术，诸如半导体制造技术、目标市场、目标最终用户等。
144.参考附图，本领域的普通技术人员将注意到，所示的各个块可能主要描绘概念性功能和信号流。实际的电路实现方式可能包含也可能不包含用于各种功能块的可单独识别的硬件，并且可能会或可能不会使用所示的特定电路。例如，可以根据需要将各种块的功能组合成一个电路块。此外，可以根据需要在多个电路块中实现单个块的功能。电路实现方式的选择取决于各种因素，诸如给定实现方式的特定设计和性能规范。除了本公开中的实施例之外的其他修改和替代实施例对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。因此，本公开内容教导本领域技术人员根据示例性实施例实施所公开的概念的方式，并且该方式应当被解释为仅是说明性的。在适用的情况下，如本领域普通技术人员将理解的，附图可能按比例绘制也可能不按比例绘制。
145.所示和描述的特定形式和实施例仅构成示例性实施例。本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下，对零件的形状、尺寸和布置进行各种改变。例如，本领域技术人员可以用等效的元件代替所示出和描述的元件。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，本领域技术人员可以独立于其他特征的使用而使用所公开概念的某些特征。