УСТРОЙСТВО БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ, ПЕРЕДАТЧИК И СПОСОБЫ ИХ РАБОТЫ Российский патент 2019 года по МПК H04B1/403 

Область техники, к которой относится изобретение

Описанные здесь варианты осуществления изобретения относятся к передатчику и устройству беспроводной связи, содержащему передатчик, а также способам, выполняемым в процессе их работы.

Уровень техники

Интернет вещей

Ассоциация Интернета вещей (IoT society) прогнозирует миллиарды подключенных датчиков и исполнительных устройств. Ожидается, что такие устройства будут находиться в эксплуатации несколько лет на батареях в виде круглых плоских аккумуляторов, которые в то же время изготавливаются с чрезвычайно низкой стоимостью реализации. Для достижения этих целей пиковые скорости передачи данных оптимизируются для различных случаев использования; также используются способы энергоэффективного физического уровня, как например технологии модулирования, как и конструкции для реализации многократного использования.

В промышленном, научном и медицинском радиодиапазоне (ISM) существуют нелицензированные совместно используемые спектральные полосы частот, множество технологий разделяют и совместно используются с устройствами, для которых устанавливаются правила поведения. Примерами таких правил поведения, предписанных контрольно-надзорными органами, являются: механизмы "слушай перед тем, как сказать" (Listen-Before-Talk, LBT), ограничения на использование среды, и ограничения на мощность передачи. Помимо различных технологий WiFi, существуют две популярные технологии для связи между машинами (М2М) в Интернете вещей (IoT) в промышленном, научном и медицинском радиодиапазоне (ISM) 2.4 ГГц, такими технологиями являются Bluetooth и Zigbee. Один из недавно разработанных вариантов технологии Bluetooth называется Bluetooth Low Energy (Bluetooth с низким энергопотреблением, BLE). Его стандартизованный физический уровень (PHY) основывается на такой модуляции, как гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK)). С другой стороны, технология Zigbee использует физический уровень стандарта IEEE 802.15.4 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (ИИЭР, IEEE) и основывается на технологии передачи сигналов с расширенным спектром сигнала прямой последовательностью (DSSS), при этом он использует модуляцию Offset Quadrature Phase Shift Keying, O-QPSK (квадратурная фазовая модуляция со сдвигом по отношению к QPSK (квадратурная фазовая модуляция)). Взаимосвязанные системы с существующими наборами микросхем аппаратных средств (HW), поддерживающие технологии Bluetooth и Zigbee, являются огромными, например, Bluetooth доступно в 2.2 миллиардах мобильных устройств.

GMSK

Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK) является способом модуляции для обеспечения модуляции сдвигом фазы. Этот способ реализуется во множестве беспроводных и спутниковых технологий коммуникации, включающих в себя Глобальную систему для мобильных коммуникаций (GSM) и Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE). Блок-схема модулятора GMSK показана на фиг. 1. Модулятор содержит дифференциальное кодирующее устройство 110, низкочастотный фильтр 120 Гаусса и модулятор 130 с частотной модуляцией.

Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK) обеспечивает постоянное покрытие и компактный спектр. GMSK является гибкой и может быть настроена таким образом, чтобы создавать компромисс между следующими параметрами: спектральная компактность, выравнивание и/или сложность демодулирования, и пропускная способность линии связи. Проектировщик физического уровня для системы беспроводной связи может выбрать битовый интервал, также называемый продолжительностью Т символа, частотно-временной продукт ВТ, и дифференциальное кодирующее устройство. Частотно-временной продукт определяет полосу пропускания низкочастотного фильтра 120 Гаусса. Маленькое значение частотно-временного продукта ВТ будет увеличивать спектральную компактность, но также будет увеличивать междусимвольную интерференцию ISI, которая в свою очередь будет требовать использования более продвинутого приёмника, или будет приводить к потерям в пропускной способности по сравнению с сигналом GMSK с таким же битовым интервалом, но с большим значением частотно-временного продукта ВТ. Дифференциальное кодирующее устройство 110 оказывает воздействие на совместимость между пропускной способностью приёмника и сложностью приёмника. Выбор дифференциального кодирующего устройства приводит к различным конструкциям приёмника с изменяемыми степенями сложности.

На фиг. 1 входные биты к дифференциальному кодирующему устройству 110 обозначаются как а_к, и выходные биты – b_k. Дифференциальное кодирующее устройство 110 может быть спроектировано с помощью множества различных способов. Ниже приводятся несколько примеров, в которых сумма понимается как сумма по модулю 2. То есть, биты рассматриваются как элементы в GF(2) поле Галуа (Galois field).

● нет дифференциального кодирования: b_k.= а_к. Например, технология Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) не использует дифференциальное кодирующее устройство. Этот тип кодирующего устройства является полезным в том случае, если желательно позволять низкую сложность дифференциального обнаружения в приёмнике.

● b_k.= а_к. + а_к-1. Этот тип дифференциального кодирования используется в Глобальной системе для мобильных коммуникаций (GSM).

● b_k.= 1 - (а_к. + b_{k -1}). Этот тип дифференциального кодирования является полезным в том случае, когда в приёмнике используется двухбитовое дифференциальное обнаружение.

Приведённый выше список не является исчерпывающим и в действительности существует больше типов дифференциальных кодирующих устройств, доступных проектировщику физического уровня (PHY) (например, кодирующее устройство, спроектированное с возможностью трёхбитового дифференциального декодирования). Список иллюстрирует, что проектировщиками беспроводных систем выбираются различные дифференциальные кодирующие устройства.

O-QPSK

Квадратурная фазовая модуляция со сдвигом (O-QPSK) является технологией линейной модуляции, которая известна тем, что она спектрально эквивалентна модуляции с минимальным частотным сдвигом (Minimum Shift Keying, MSK). То есть, сигналы, модулированные с помощью MSK и O-QPSK, проявляют одинаковый спектр. Блок-схема модулятора O-QPSK показана на фиг. 2. На этой фиг. входные элементарные сигналы преобразуются в модулирующий сигнал временного интервала. Сначала поток элементарных сигналов разделяется на два потока, первый из которых содержит чётные элементарные сигналы, а второй содержит нечётные элементарные сигналы. Последовательность импульсов, модулированных с помощью элементарных сигналов, проходит через фильтр p(t) формирования импульсов, чтобы получить модулирующий сигнал. В технологии O-QPSK

Хотя обе эти технологии, т.е. Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK) и квадратурная фазовая модуляция со сдвигом O-QPSK являются хорошим выбором модуляции для приложений Интернета вещей (IoT), устройства, использующие их, неспособны понимать друг друга. В то же время, поскольку две из самых популярных технологий Интернета вещей – Bluetooth и Zigbee, базируются на технологиях GMSK и O-QPSK, соответственно, такие аппаратные средства и варианты реализации уже широко представлены на рынке.

Обсуждения в пределах стандартизации 802.15.4 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (ИИЭР, IEEE) продолжаются в текущий момент и потенциально также вводят режим использования модуляции GMSK за пределами уже существующей технологии модуляции O-QPSK. Коррекция к стандарту разрабатывается в рабочей группе IEEE 802.15.4t и определяется для операции в промышленном, научном и медицинском радиодиапазоне (ISM-band) 2.4 ГГц.

В документе US 7,869,409 раскрывается многорежимный передатчик, который адаптируется для модулирования пакета данных, осуществляющего коммуникацию с помощью сигнала беспроводной связи. Заголовок пакета данных модулируется с помощью технологии передачи сигналов с расширенным спектром, в то время как данные могут модулироваться с помощью технологии передачи сигналов с расширенным спектром или могут не модулироваться с помощью этой технологии. Кроме того, передатчик включает в себя кодирующую схему, соединённую с так называемым генератором PN-кода. Эта кодирующая схема выполняет кодирование технологии модуляции O-QPSK в модуляцию по технологии модуляции с минимальным частотным сдвигом MSK, которая содержит двоичное дифференциальное декодирование, за которым следует переменная инверсия битов. Поскольку кодирующая схема присоединяется к генератору PN-кода, т.е. используется только тогда, когда используется технология расширенного спектра, кодирующая схема применяет только двоичное дифференциальное декодирование, причём оно применимо только в передатчике, использующем модуляции с минимальным частотным сдвигом (MSK).

Раскрытие сущности изобретения

Поэтому задача изложенных здесь вариантов осуществления изобретения заключается в обеспечении улучшенной технологии и передатчика, чтобы генерировать сигналы с волновыми формами многократной модуляции.

В соответствии с первым аспектом изложенных здесь вариантов осуществления изобретения, задача достигается с помощью передатчика в первом устройстве беспроводной связи. Передатчик содержит модулятор Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK) и переключающий модуль скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбора скорости передачи данных. Переключающий модуль скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов, и выход, чтобы обеспечивать биты с выбранной скоростью передачи данных. Передатчик дополнительно содержит преобразователь для перевода битов в символы, выполненный с возможностью приёма битов от переключающего модуля скорости передачи данных, и преобразование битов в символы произвольного алфавита; расширяющий модуль, выполненный с возможностью рассеивания символов, принятых от преобразователя битов в символы, в последовательность элементарных сигналов с помощью кода расширения спектра. Передатчик дополнительно содержит модуль для повторного преобразования, выполненный с возможностью преобразования последовательности элементарных сигналов, принятых от расширяющего модуля, чтобы генерировать сигналы для обеспечения модулятора GMSK.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения переключающий модуль скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора скорости передачи данных в зависимости от способности приёмника во втором устройстве беспроводной связи, при этом способности приёмника во втором устройстве беспроводной связи включают в себя скорость передачи данных и по меньшей мере один из следующих параметров:

a) поддержку для модуляции расширенного спектра,

b) поддержку для дифференциального декодирования и тип дифференциального кода,

c) поддержку для модуляции MSK (модуляции с минимальным частотным сдвигом),

d) поддержку для модуляции GMSK (Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом).

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения модуль для повторного преобразования конфигурируется таким образом, чтобы преобразовывать последовательность элементарных сигналов обратно в биты и генерировать сигналы для обеспечения модулятора GMSK.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения, когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал, модулированный с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, переключающий модуль скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом модуль для повторного преобразования содержит по меньшей мере один из модулей из числа дифференциального кодирующего устройства и модуля чередования битов и конфигурируется таким образом, чтобы преобразовывать последовательность элементарных сигналов в биты и генерировать сигналы для модулятора GMSK.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения, когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал GMSK, переключающий модуль скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, и обеспечивает биты с выбранной скоростью передачи данных непосредственно для модулятора GMSK.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения, когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал GMSK, переключающий модуль скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, и при этом передатчик дополнительно содержит дифференциальное кодирующее устройство, которое конфигурируется таким образом, чтобы принимать биты от переключающего модуля скорости передачи данных и генерировать биты для обеспечения модулятора GMSK, причём дифференциальное кодирующее устройство конфигурируется таким образом, чтобы согласовывать код, используемый дифференциальным кодирующим устройством, с поддержкой приёмника для дифференциального декодирования.

В соответствии со вторым аспектом изложенных здесь вариантов осуществления изобретения, задача достигается с помощью передатчика в первом устройстве беспроводной связи. Передатчик содержит модулятор и переключающий модуль скорости передачи данных, который конфигурируется таким образом, чтобы выбирать скорость передачи данных. Переключающий модуль скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов, и выход, чтобы обеспечивать биты, с выбранной скоростью передачи данных. Передатчик дополнительно содержит преобразователь для перевода битов в символы, выполненный с возможностью приёма битов от переключающего модуля скорости передачи данных и преобразование битов в символы произвольного алфавита; и расширяющий модуль, выполненный с возможностью рассеивания символов, принятых от преобразователя для перевода битов в символы, в последовательность элементарных сигналов с помощью кода расширения спектра для обеспечения модулятора. Передатчик дополнительно содержит модуль для повторного преобразования, выполненный с возможностью преобразования битов, принятых от переключающего модуля скорости передачи данных, чтобы генерировать сигналы для обеспечения модулятора.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения переключающий модуль скорости передачи данных конфигурируется таким образом, чтобы выбирать скорость передачи данных в зависимости от способностей приёмника во втором устройстве беспроводной связи, при этом способности приёмника во втором устройстве беспроводной связи включают в себя скорость передачи данных и по меньшей мере один из следующих параметров:

a) поддержку для модуляции расширенного спектра,

b) поддержку для дифференциального декодирования и тип дифференциального кода

c) поддержку для модуляции MSK (модуляции с минимальным частотным сдвигом),

d) поддержку для модуляции GMSK (Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом).

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения модулятор является модулятором квадратурной фазовой модуляции со сдвигом (O-QPSK).

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения модуль повторного преобразования конфигурируется таким образом, чтобы дифференциально кодировать биты и генерировать сигналы для обеспечения модулятора O-QPSK.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения, когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал GMSK, переключающий модуль скорости передачи данных конфигурируется таким образом, чтобы выбирать одну скорость передачи данных, совместимую со скоростью передачи данных, поддерживаемых приёмником, а модуль повторного преобразования конфигурируется таким образом, чтобы применять дифференциальный код и чередование битов в зависимости от способностей приёмника, при этом биты повторно преобразуются в противоположные двоичные символы, чтобы обеспечивать сигналы к модулятору O-QPSK.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения передатчик дополнительно содержит фильтр, приложенный к выходу из модулятора O-QPSK, для того чтобы согласовывать спектральные характеристики модулированного сигнала от передатчика со спектральными характеристиками сигналов GMSK, поддерживаемых приёмником во втором устройстве беспроводной связи.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения, когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал, модулируемый с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, переключающий модуль скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом расширяющий модуль конфигурируется таким образом, чтобы обеспечивать сигналы к модулятору O-QPSK.

В некоторых показательных вариантах осуществления изобретения, когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигналы как от GMSK, так и сигналы, модулированные с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, переключающий модуль скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора любой скорости передачи данных, совместимой со скоростями передачи данных, поддерживаемыми приёмником во втором устройстве беспроводной связи с помощью или алгоритма адаптации скорости передачи данных, или предварительно определённого фиксированного выбора.

В соответствии с некоторыми показательными вариантами осуществления изобретения, передатчик может быть реализован цифровым способом с помощью модернизаций программно-аппаратного обеспечения. Например, для Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), Bluetooth, или набора микросхем Bluetooth дальнего радиуса действия, или набора микросхем стандарта IEEE 802.15.4, описанная выше технология для генерирования сигналов с волновыми формами многократной модуляции может быть реализована цифровым способом с помощью модернизаций программно-аппаратного обеспечения в наборе микросхем.

В соответствии с некоторыми показательными вариантами осуществления изобретения, устройство беспроводной связи содержит передатчик, в соответствии приведённым выше описанием.

Промышленность микросхем беспроводной связи потратила много усилий и ресурсов, разрабатывая аппаратные средства с низким энергопотреблением для различных технологий радиосвязи, таких как Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) или Zigbee. Эти аппаратные средства имеют различные способности и поддерживаются различными физическими уровнями (PHY). Эти различные физические уровни могут реализовывать различные модуляции с постоянной огибающей, такие как O-QPSK (квадратурная фазовая модуляция со сдвигом), манипуляция с минимальным частотным сдвигом (MSK), Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Различные виды модуляций могут настраиваться в соответствии с выборами различных параметров, таких как: скорость передачи данных, например, при добавлении кода расширения спектра, предшествующего модуляции O-QPSK в стандарте IEEE 802.15.4; продукт ВТ (частотно-временной продукт) для технологии GMSK; и специфический выбор для дифференциального кодирующего устройства для технологии GMSK.

Способ и передатчик, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения, обеспечивают технологию создания различных физических уровней (PHY), совместимых друг с другом, при этом обеспеченные различные физические уровни имеют одинаковую скорость передачи символов через эфир*. В соответствии с описываемыми здесь способом и передатчиком, предварительно определённый модулятор, спроектированный для заданной технологии модуляции, может быть модифицирован таким образом, чтобы он генерировал сигналы, которые могут быть успешно приняты и декодированы демодулятором, спроектированным для другой технологии в приёмнике. Это выполняется с помощью разумного проектирования повторного преобразователя и фильтров, в результате чего модуляции, которые удовлетворяют свойствам, присущим одной технологии модуляции, могут генерироваться с использованием аппаратных средств, спроектированных для другой технологии модуляции.

Поэтому способ и передатчик, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения, обеспечивают технологию для повторного использования существующих вариантов реализации, чтобы также генерировать другие волновые формы модуляции, нежели те, которые первоначально оптимизировались и проектировались для использования. Кроме того, поскольку эта технология генерирования волновой формы многократной модуляции может быть реализована цифровым способом, требуется только модернизация программно-аппаратного обеспечения, таким образом эта технология может работать на уже существующих установленных аппаратных средствах, что способствует уменьшению стоимости и большей гибкости.

Краткое описание чертежей

Сейчас варианты осуществления изобретения будут описываться более подробно по отношению к прилагаемым чертежам, в которых:

фиг. 1 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей модулятор с Гауссовской манипуляцией с минимальным частотным сдвигом (GMSK);

фиг. 2 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей модулятор с квадратурной фазовой модуляцией со сдвигом (O-QPSK);

фиг. 3 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей варианты осуществления изобретения физического уровня (PHY), с использованием модулятора на основе O-QPSK;

фиг. 4 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей варианты осуществления изобретения физического уровня (PHY), с использованием модулятора на основе GMSK;

фиг. 5 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей варианты осуществления изобретения модулятора O-QPSK;

фиг. 6 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей варианты осуществления изобретения того, как совершенствовать модулятор O-QPSK;

фиг. 7 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей варианты осуществления изобретения того, как совершенствовать модулятор GMSK;

фиг. 8 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей варианты осуществления изобретения сети беспроводной связи;

фиг. 9 является схемой последовательности процесса, изображающей способ, выполняемый с помощью передатчика/устройства беспроводной связи, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения;

фиг. 10 является схематическим изображением блок-схемы, показывающей устройство беспроводной связи, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Описываемые здесь варианты осуществления изобретения относятся к одному или более передатчикам в устройствах беспроводной связи, и обеспечивают способы создания различных физических уровней (PHY), совместимых между собой, при этом обеспечиваемые различные физические уровни имеют одинаковую скорость радиопередачи символов. Здесь раскрывается, каким образом изменить заранее определённый модулятор, спроектированный для данной технологии модуляции, для того чтобы генерировать сигналы, которые могут быть успешно приняты и декодированы с помощью демодулятора, спроектированного для другой технологии модуляции. Это выполняется с помощью продуманной конструкции повторных преобразователей и фильтров, в результате чего модуляции, которые удовлетворяют свойствам, присущим одной технологии модуляции, могут генерироваться с использованием аппаратных средств, спроектированных для другой технологии модуляции.

Примеры передатчиков

Сначала будут описываться некоторые показательные варианты осуществления изобретения. Передатчик, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения, например, может основываться на квадратурной фазовой модуляции со сдвигом (O-QPSK) или Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK), и, например, может работать в двух режимах: 250 кбит/с и 2 Мбит/с.

Модуляция на основе GMSK

Описываемые здесь варианты осуществления изобретения могут использоваться для усовершенствования модулятора Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), чтобы генерировать сигналы, которые могут успешно декодироваться приёмниками ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (ИИЭР, IEEE).

Режим 250 кбит/с основывается на модуляции O-QPSK, например, используемой в стандарте IEEE 802.15.4. Такие сигналы, согласующиеся с модуляцией O-QPSK, могут генерироваться модулятором GMSK с помощью тщательно применяемого соответствующего предварительного кодирования. Это может быть выполнено с помощью существующей технологии BLE GMSK, основанной на аппаратных средствах (HW), с помощью ведения преобразователей для перевода битов в символы и символов в элементарные сигналы по стандарту IEEE 802.15.4, плюс новый повторный преобразователь элементарных сигналов в передающую (ТХ) цепь.

Режим 2 Мбит/с основывается на модуляции GMSK. Это может быть легко выполнено с помощью существующих аппаратных средств BLE HW, без каких-либо значительных изменений в отношении физического уровня (PHY).

Модуляция на основе O-QPSK

Описываемые здесь варианты осуществления изобретения могут использоваться для усовершенствования модулятора стандарта IEEE 802.15.4, чтобы генерировать сигналы, которые могут успешно декодироваться приёмниками BLE.

Поскольку режим 250 кбит/с основывается непосредственно на модуляции O-QPSK, сигналы могут генерироваться непосредственно из существующих аппаратных средств (HW) стандарта IEEE 802.15.4.

Поскольку режим 2 Мбит/с основывается на модуляции GMSK, генерирование таких сигналов с помощью модулятора O-QPSK требует новой функциональности повторного преобразования. С использованием нового повторного преобразователя, режим 2 Мбит/с также может быть реализован, например, с помощью аппаратных средств HW по стандарту IEEE 802.15.4.

Выше уже отмечалось, что новый физический уровень PHY, т.е. передатчик в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения, может быть реализован с использованием или модуляции O-QPSK, или модуляции GMSK. Чтобы генерировать сигнал в режиме 2 Мбит/с с использованием модулятора O-QPSK, в передаточной цепи требуется повторный преобразователь битов. Чтобы генерировать сигнал в режиме 250 кбит/с с использованием модулятора GMSK, в передаточной цепи требуется повторный преобразователь элементарного сигнала*. Эти повторные преобразователи, определяемые как модуль для повторного преобразования, сейчас будут описываться подробно.

Повторное преобразование битов для режима 2 Мбит/с на основе квадратурной фазовой модуляции со сдвигом (O-QPSK)

При выполнении точного повторного преобразования последовательности битов данных, отсылаемых к модулятору O-QPSK, может быть получена модуляция на основе модуляции с минимальным частотным сдвигом (MSK). Для того чтобы создавать чистые сигналы модуляции или Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK), может быть выполнено дополнительное фильтрование, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения.

Фиг. 3 иллюстрирует, каким образом усовершенствовать передатчик стандарта IEEE 802.15.4, т.е. цепь IEEE 802.15.4 ТХ, чтобы генерировать сигналы, которые могут быть приняты приёмником BLE (Bluetooth с низким энергопотреблением). Фиг. 3 иллюстрирует физический уровень (PHY), такой как передатчик 300, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения, использующий, например, модулятор на основе O-QPSK, например, с аппаратными средствами HW Zigbee. Переключатель 250 кбит/с будет генерировать сигналы ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4, в то время как переключатель 2 Мбит/с будет генерировать сигналы, модулированные на основе модуляции с минимальным частотным сдвигом (MSK).

Как показано на фиг. 3, передатчик 300 содержит переключающий модуль 310 скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбора скорости передачи данных. Переключающий модуль 310 скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов b(n), обозначаемых на фиг. 3 как «info bits b(n)», и выход, чтобы обеспечивать биты выбранной скоростью передачи данных. Передатчик 300 дополнительно содержит модулятор 320. Модулятор 320 может быть линейным модулятором, например, модулятором O-QPSK, но может быть также модулятором другого типа.

Как уже обсуждалось выше, передатчик 300 работает в двух режимах, режиме 250 кбит/с и режиме 2 Мбит/с, поэтому он имеет два ответвления.

В первом ответвлении, например, при работе в режиме 250 кбит/с, передатчик 300 содержит преобразователь 330 для перевода битов в символы, выполненный с возможностью приёма битов от переключающего модуля 310 скорости передачи данных и преобразование битов в символы произвольного алфавита. Передатчик 300 дополнительно содержит модуль 340 расширения спектра, т.е. преобразователь 340 для перевода символа в элементарный сигнал, выполненный с возможностью расширения символов, принятых от преобразователя 330 для перевода битов в символы, до последовательности элементарных сигналов с помощью кода расширения спектра для обеспечения модулятора 320.

Во втором ответвлении, например, при работе в режиме 2 Мбит/с, передатчик 300 содержит модуль 350 повторного преобразования, выполненный с возможностью преобразования битов, принятых от переключающего модуля 310 скорости передачи данных, чтобы создавать сигналы для обеспечения модулятора 320.

Таким образом, в зависимости от различной скорости передачи данных, модулятор 320 принимает сигналы или от модуля 350 повторного преобразования, или от модуля 340 расширения спектра, и может генерировать сигналы ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4 и модулированные сигналы на основе модуляции с минимальным частотным сдвигом (MSK).

Процесс выделения повторного преобразователя, т.е. модуля 350 повторного преобразования:

Сейчас будет представлен процесс выделения повторного преобразователя для модулятора 320 на основе квадратурной фазовой модуляции со сдвигом (O-QPSK), чтобы генерировать сигналы на основе модуляции с минимальным частотным сдвигом (MSK). Процесс выделения опирается на линеаризацию модулированных сигналов непрерывной фазы, введённую Лораном (Laurent) в документе «Точная и приблизительная конструкция цифровых фазовых модуляций с помощью совмещения модулированных по амплитуде импульсов» (Exact and Approximate Construction of Digital Phase Modulations by Superposition of Amplitude Modulated Pulses (AMP)), P. Laurent IEEE протоколы по коммуникациям, 1986г. Том: 34, Выпуск: 2. Эта ссылка здесь определяется как Лоран (Laurent).

Вводится следующее обозначение:

b(n): входные биты. Поскольку описываемые здесь варианты осуществления изобретения не имеют отношение к канальному кодированию, входные биты могут относиться к информационным битам, защитным битам, битам заполнения, обучающим битам, кодовым битам, создаваемым, например, с помощью свёрточного кода или контроля чётности низкой плотности, или какому-нибудь другому коду или битам другого типа. В данном случае входные биты означают биты, которые отсылаются к модулятору, и могут включать в себя защитные биты, биты заполнения, биты данных контроля циклическим избыточным кодом, биты полезной нагрузки и другие.

Описываемые здесь варианты осуществления изобретения будут использовать нумерологии из технологий IEEE 802.15.4 и Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE).

главный импульс Лорана для GMSK с частотно-временным продуктом BT=0.5 (BT соответствует BLE)

. Это является битовым интервалом при радиопередаче как для IEEE 802.15.4, так и для BLE.

Способ Лорана (Laurent) предполагает, что можно записать сигнал BLE следующим образом.

Определяет

Поскольку , тогда

Заменяем импульс полусинусоидальным импульсом , чтобы получить

Правая сторона составляет точно сигнал O-QPSK

Сигнал получается при подаче последовательности “chip” c(n) к модулятору 320 на основе 802.15.4 O-QPSK.

Следовательно, приближение к сигналу BLE может быть получено с помощью повторного преобразования входных битов b(n) в элементарные сигналы в преобразователе 330 для перевода битов в символы и преобразователе 340 для перевода символа в элементарный сигнал в канале передатчика (TX chain) стандарта IEEE 802.15.4:

Преобразователь повторного преобразования битов определяется с помощью этапов, приведённых выше:

Повторное преобразование битов для режима 250 кбит/с помощью Гауссовской манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK)

Фиг. 4 иллюстрирует, каким образом усовершенствовать передатчик BLE, чтобы генерировать сигналы, которые могут быть приняты с помощью приёмника, работающего в стандарте IEEE 802.15.4, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.

Фиг. 4 иллюстрирует физический уровень (PHY), такой как передатчик 400, в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения, использующий модулятор на основе GMSK, например, PHY с аппаратной частью BLE. Как обсуждалось выше для передатчика 300, передатчик 400 работает в двух режимах: режиме 250 кбит/с и режиме 2 Мбит/с, поэтому он имеет два ответвления. Переключатель 250 кбит/с будет генерировать сигналы ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4, в то время как переключатель 2 Мбит/с будет генерировать сигналы 2 Мбит/с, модулированные на основе Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK).

Как показано на фиг. 4, передатчик 400 содержит переключающий модуль 410 скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбора скорости передачи данных. Переключающий модуль 410 скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов b(n), обозначаемых на фиг. 4 как «info bits b(n)», и выход, чтобы обеспечивать биты с выбранной скоростью передачи данных.

Передатчик 400 содержит модулятор 420 GMSK, таким образом модуляция GMSK основывается на передатчике.

В первом ответвлении, т.е. при работе в режиме 250 кбит/с, передатчик 400 содержит преобразователь 430 для перевода битов в символы, выполненный с возможностью приёма битов от переключающего модуля 410 скорости передачи данных и преобразование битов в символы произвольного алфавита.

Кроме того, передатчик 400 содержит модуль 440 расширения спектра, т.е. преобразователь 440 для перевода символа в элементарный сигнал, выполненный с возможностью расширения символов, принятых от преобразователя 430 для перевода битов в символы, до последовательности элементарных сигналов с помощью кода расширения спектра.

Кроме того, передатчик 400 содержит модуль 450 повторного преобразования, выполненный с возможностью преобразования последовательности элементарных сигналов, принятых от модуля 440 расширения спектра, чтобы создавать сигналы для обеспечения модулятора 420 GMSK.

Во втором ответвлении, т.е. при работе в режиме 2 Мбит/с, переключающий модуль 410 скорости передачи данных выбирает скорость передачи данных, совместимую со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, и обходит как преобразователь 430 для перевода битов в символы, так и модуль 440 расширения спектра, а также модуль 450 повторного преобразования элементарного сигнала, и обеспечивает биты с выбранной скоростью передачи данных непосредственно для модулятора 420 Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK).

Следующее замечание используется при описании модуля 450 повторного преобразования:

c(n): элементарные сигналы после расширения IEEE 802.15.4 в модуле 440 расширения спектра,

главный импульс Лорана для GMSK с частотно-временным продуктом BT=0.5,

. Это является битовым интервалом при радиопередаче, как для IEEE 802.15.4, так и для BLE.

Элементарные сигналы повторно преобразуются в модуле 450 повторного преобразования элементарного сигнала:

Как следует ниже:

Двоичные символы , или альтернативно, биты , отсылаются к модулятору 420 GMSK с BT=0.5.

Чтобы увидеть, почему это работает, проводим аппроксимацию:

Следует отметить, что , отсюда следует

следовательно

Что является приближённой величиной к

Однако, сигнал не имеет одинаковых спектральных характеристик с сигналом BLE. С помощью дальнейшего фильтрования сигнала , новый сигнал имеет почти одинаковый спектр с сигналом BLE, который генерируется следующим образом.

Здесь является частотной характеристикой импульса Лорана , а является частотной характеристикой формирующего фильтра полусинусоидального импульса, используемого в технологии O-QPSK, при этом разделение может быть реализовано в цифровом выражении с помощью обратной фильтрации. Использование фильтра с частотной характеристикой иллюстрируется на фиг. 5.

Фиг. 5 иллюстрирует модулятор 520 квадратурной фазовой модуляции со сдвигом O-QPSK, например, такой как модулятор 320 O-QPSK, вместе с дополнительным фильтром 560. Этот фильтр 560 может использоваться для того, чтобы формировать спектр выходного сигнала из модулятора 520 O-QPSK таким образом, чтобы он отвечал нормативным документам по спектру.

Промышленность микросхем беспроводной связи потратила много усилий и ресурсов, разрабатывая аппаратные средства с низким энергопотреблением для различных технологий радиосвязи, таких как Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) или Zigbee. Эти аппаратные средства имеют различные способности и поддерживаются различными физическими уровнями (PHY). Эти различные физические уровни могут реализовывать различные модуляции с постоянной огибающей, такие как O-QPSK (квадратурная фазовая модуляция со сдвигом), манипуляция с минимальным частотным сдвигом (MSK) или Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Различные виды модуляций могут настраиваться в соответствии с выборами различных параметров, например, таких как:

скорость передачи данных, например, добавляя код расширения спектра, предшествующий модуляции O-QPSK в стандарте IEEE 802.15.4;

частотно-временной продукт ВТ для GMSK; и

специфический выбор для дифференциального кодирующего устройства GMSK.

В изложенных здесь вариантах осуществления изобретения описывается каким образом выполнять различные физические уровни, совместимые друг с другом, обеспечивая различные физические уровни, имеющие одинаковую скорость передачи символов через эфир. Описывается каким образом модифицировать заранее заданный модулятор, спроектированный для заданной технологии модуляции, для того чтобы он генерировал сигналы, которые могут быть успешно приняты и декодированы демодулятором, спроектированным для другой технологии. Это осуществляется разумной конструкцией повторных преобразователей и фильтров, как описано выше, в результате чего модуляции, которые удовлетворяют свойствам, присущим одной технологии модуляции, могут генерироваться с использованием аппаратного обеспечения, спроектированного для другой технологии модуляции.

В более широком смысле, фиг. 6 иллюстрирует универсальную архитектуру передатчика, которая поддерживает физический уровень с расширением спектра и физический уровень GMSK, и которая хорошо подходит для применения в наборах микросхем, поддерживающих физический уровень расширенного спектра. Фиг. 6 иллюстрирует, каким образом улучшить модулятор O-QPSK, чтобы он мог генерировать сигналы, которые могут быть успешно приняты приёмниками, поддерживающими или модуляцию расширенного спектра, или модуляцию GMSK.

В соответствии с некоторым изложенным здесь вариантам осуществления изобретения, обеспечивается передатчик, относящийся, например, к фиг. 6.

Передатчик 600 в первом устройстве беспроводной связи, содержащий переключающий модуль 610 скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбирать скорость передачи данных, модуль 630/640 преобразования битов в символы и расширения спектра, выполненный с возможностью преобразовывать биты b(n) в символы произвольного алфавита и затем расширять символы в последовательность c(n) элементарных сигналов посредством кода расширения спектра, и повторный преобразователь 650 битов, т.е. модуль 650 повторного преобразования битов, выполненный с возможностью дифференциального кодирования битов, в котором вышеупомянутый повторный преобразователь 650 битов подсоединяется к модулятору 620 O-QPSK. По дополнительному выбору за модулятором 620 O-QPSK может следовать фильтр 660.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, переключающий модуль 610 скорости передачи данных выбирает скорость передачи данных в зависимости от возможностей приёмника во втором устройстве беспроводной связи. Возможности приёмника во втором устройстве беспроводной связи включают в себя по меньшей мере одну скорость передачи данных и по меньшей мере один из следующих параметров:

а) поддержка модуляции с расширением спектра;

б) поддержка дифференциального декодирования и тип дифференциального кода;

в) поддержка модуляции MSK;

г) поддержка модуляции GMSK.

Когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал, модулированный с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, переключающий модуль скорости передачи данных выбирает одну скорость передачи данных, совместимую со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником. Входящие биты b(n) преобразуются в символы и расширяются с использованием кода расширения спектра посредством модулей 630/640 преобразования битов в элементарный сигнал и расширения спектра, в результате получается последовательность элементарных сигналов с(n). Модуль 630/640 преобразования битов в символы и расширения спектра присоединяется к модулятору 620 O-QPSK для обеспечения последовательности элементарных сигналов с(n) для модулятора 620 O-QPSK.

Когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK), а здесь сигнал MSK рассматривается как пример GMSK с бесконечным частотно-временным продуктом, переключающий модуль 610 скорости передачи данных выбирает скорость передачи данных, совместимую со скоростью передачи данных, которая поддерживается приёмником. Модуль 650 повторного преобразования битов выполняется с возможностью использовать дифференциальный код и изменение битов в зависимости от возможностей приёмника. Входящие биты b(n) повторно преобразуются в противоположные двоичные символы посредством модуля 650 повторного преобразования битов. Модуль 650 повторного преобразования битов подсоединяется к модулятору 620 O-QPSK для обеспечения сигналов к модулятору 620 O-QPSK.

По дополнительному выбору, на выходе модулятора 620 O-QPSK применяется фильтр 660, для того чтобы согласовывать спектральные характеристики переданного сигнала со спектральными характеристиками сигналов GMSK, поддерживаемых вторым устройством беспроводной связи.

Когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать и сигналы Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK), и сигналы, модулированные с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, переключающий модуль 610 скорости передачи данных выбирает любую скорость передачи данных, совместимую со скоростями передачи данных, поддерживаемыми вторым устройством беспроводной связи, с помощью или алгоритма адаптации скорости, или заранее заданного фиксированного выбора.

В более широком смысле, фиг. 7 иллюстрирует универсальную архитектуру передатчика, которая поддерживает физический уровень расширения спектра и физический уровень GMSK, и которая хорошо подходит для применения в наборах микросхем, поддерживающих физический уровень GMSK. Фиг. 7 иллюстрирует, каким образом улучшить модулятор GMSK, чтобы он смог генерировать сигналы, которые могут быть успешно приняты приёмниками, поддерживающими или модуляцию с расширением спектра, или модуляцию с Гауссовской манипуляцией с минимальным частотным сдвигом (GMSK).

В соответствии с некоторыми изложенными здесь дополнительными вариантами осуществления изобретения, обеспечивается передатчик, например, в соответствии с фиг. 7.

Передатчик 700 в первом устройстве беспроводной связи содержит переключающий модуль 710 скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбирать скорость передачи данных, модуль 730/740 преобразования битов в символы и расширения спектра, выполненный с возможностью преобразовывать биты b(n) в символы произвольного алфавита, а затем расширять символы в последовательность c(n) элементарных сигналов посредством кода расширения спектра. Передатчик 700 дополнительно содержит повторный преобразователь 750 элементарных сигналов, выполненный с возможностью преобразовывать элементарные сигналы c(n) обратно в биты d(n), при этом вышеупомянутый повторный преобразователь 750 элементарных сигналов подсоединяется к модулятору 720 GMSK, поддерживающему заданный частотно-временной продукт ВТ, в том числе в случае ВТ = ∞, когда GMSK становится MSK, в котором, например, переключающий модуль 710 скорости передачи данных выполняется с возможностью выбирать скорость передачи данных в зависимости от возможностей приёмника во втором устройстве беспроводной связи.

Переключающий модуль 710 скорости передачи данных выбирает скорость передачи данных в зависимости от возможностей приёмника во втором устройстве беспроводной связи, где возможности приёмника во втором устройстве беспроводной связи включают в себя по меньшей мере одну скорость передачи данных и по меньшей мере один из следующих параметров:

а) поддержка модуляции с расширением спектра;

б) поддержка дифференциального декодирования и тип дифференциального кода;

в) поддержка модуляции MSK;

г) поддержка модуляции GMSK.

Когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал, модулированный с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, переключающий модуль 710 скорости передачи данных выбирает одну скорость передачи данных, совместимую со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником. Входящие биты b(n) преобразуются в символы и расширяются с использованием кода расширения спектра посредством модуля 730/740 преобразования битов в элементарный сигнал и расширения спектра, в результате получается последовательность элементарных сигналов с(n). Элементарные сигналы с(n) преобразуются в биты посредством модуля 750 повторного преобразования элементарных сигналов, при этом вышеупомянутый модуль 750 повторного преобразования содержит по меньшей мере одно устройство из числа дифференциального устройства кодирования и модуля чередования битов, при этом модуль 750 повторного преобразования выполняется с возможностью преобразовывать последовательность элементарных сигналов в биты для генерирования сигналов к модулятору 720 GMSK.

Когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать сигнал Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK), а здесь сигнал модуляции с минимальным частотным сдвигом (MSK) рассматривается как пример GMSK с бесконечным частотно-временным продуктом, переключающий модуль 710 скорости передачи данных выбирает скорость передачи данных, совместимую со скоростью передачи данных, которая поддерживается приёмником, и обходит как модуль 730/740 преобразования битов в символы и расширения спектра, так и модуль 750 повторного преобразования элементарных сигналов.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, переключающий модуль 710 скорости передачи данных может обеспечивать биты с выбранной скоростью передачи данных напрямую для модулятора 720 GMSK, как показано на фиг. 4.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, если возможности дифференциального декодирования известны на стороне приёмника, передатчик 700 может дополнительно содержать дифференциальное кодирующее устройство 760, выполненное с возможностью принимать биты от переключающего модуля 710 скорости передачи данных и генерировать биты для модулятора 720 GMSK. Дифференциальное кодирующее устройство 760 может быть выполнено с возможностью согласовывать код, используемый приёмником, поддерживающим дифференциальное декодирование. То есть дифференциальное кодирующее устройство 760 выбирается в соответствии с кодом, используемым исходя из возможностей дифференциального декодирования в приёмнике.

Когда приёмник во втором устройстве беспроводной связи способен принимать и сигналы GMSK, и сигналы, модулированные с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, переключающий модуль 710 скорости передачи данных выбирает любую скорость передачи данных, совместимую со скоростями передачи данных, поддерживаемыми вторым устройством беспроводной связи, посредством или алгоритма адаптации скорости, или заранее заданного фиксированного выбора.

Поэтому изложенные здесь варианты осуществления изобретения относятся к повторному преобразованию и генерации волновой формы многократной модуляции, например, такой как Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK), генерации волновой формы квадратурной фазовой модуляции со сдвигом (O-QPSK), а также относятся к многорежимным аппаратным средствам (HW), повторному преобразованию волновой формы в BLE, Zigbee, физическом уровне IEEE 802.15.4 и т.д.

Когда различные физические уровни функционируют на том же диапазоне частот, изложенные здесь варианты осуществления изобретения могут быть, например, реализованы в цифровой форме с помощью обновления программно-аппаратного обеспечения.

То есть простое обновление программно-аппаратного обеспечения до существующей конструкции физического уровня сделает возможной оперативную совместимость между различным аппаратным обеспечением, например, между конфигурациями передатчика ТХ и приёмника RX, к примеру:

Передатчик ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4 Приёмник BLE;

Передатчик ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4 Приёмник ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4;

Передатчик BLE Приёмник ранее разработанного стандарта IEEE 802.15.4;

Передатчик BLE Приёмник BLE.

Изложенные здесь варианты осуществления изобретения относятся в основном к сетям беспроводной связи. Фиг. 8 является схематическим общим видом, изображающим сеть 100 беспроводной связи. Сеть 100 беспроводной связи может использовать некоторое количество различных технологий, таких как, например, относящиеся к диапазону частот ISM ("промышленность-наука-медицина"), как описывается в дальнейшем.

В нелицензированных диапазонах частот ISM ("промышленность-наука-медицина") совместно используется множество технологий и сосуществуют устройства, которые принуждаются следовать правилам этикета. Примерами таких правил этикета, установленных регулирующими органами, являются механизмы "слушай перед тем, как сказать" (listen-before-talk, LBT), ограничения по использованию среды, ограничения передаваемой мощности. Помимо различных Wi-Fi технологий, двумя популярными технологиями для межмашинного взаимодействия (M2M) в "Интернете вещей" (IoT) в диапазоне частот ISM 2,4 GHz являются Bluetooth и Zigbee. Один из новейших вариантов технологии Bluetooth называется "Bluetooth с низким энергопотреблением" (Bluetooth Low Energy, BLE), и его стандартизированный физический уровень (PHY) основывается на модуляции GMSK. Zigbee, с другой стороны, использует физический уровень стандарта IEEE 802.15.4 и основывается на технологии передачи сигнала с расширением спектра методом прямой последовательности (DSSS), причём эта технология использует модуляцию O-QPSK. Взаимосвязанные системы с существующим аппаратным обеспечением набора микросхем, поддерживающих Bluetooth и Zigbee, являются огромными, например, Bluetooth доступен на 2,2 миллиарда мобильных устройств.

В сети 100 беспроводной связи устройства беспроводной связи, например, первое устройство 121 беспроводной связи, содержит соответствующий передатчик, такой как передатчик 300, 400, 600, 700, и второе устройство 122 беспроводной связи, содержит соответствующий приёмник. Первое устройство 121 беспроводной связи и второе устройство 122 беспроводной связи взаимодействуют друг с другом. Первое и второе устройства беспроводной связи могут быть, например, мобильной станцией, STA без точки доступа (non-AP), STA, пользовательским оборудованием и/или беспроводными оконечными устройствами. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что понятие "устройство беспроводной связи" не является ограничивающим, что подразумевает любое оконечное устройство, оконечное устройство беспроводной связи, пользовательское оборудование, устройство межмашинной коммуникации (МТС), оконечное устройство типа "устройство устройству" (device-to-device, D2D) или узел, например смартфон, ноутбук, мобильный телефон, датчик, радиорелейная станция, мобильные планшеты и т.д., и любое устройство беспроводной связи, упомянутое здесь.

Фиг. 9 является схемой последовательности процесса, изображающей способ, выполняемый первым устройством 121 беспроводной связи. Способ в передатчике 300, 400, 600, 700 в первом устройстве 121 беспроводной связи содержит следующие операции.

Операция 901

Для того чтобы сгенерировать волновые формы для приёмников с различными модуляциями и скоростями передачи данных, первое устройство 121 беспроводной связи выбирает скорость передачи данных для входящих битов в переключающем модуле 310, 410, 610, 710 скорости передачи данных. Переключающий модуль 310, 410, 610, 710 скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью принимать входящие биты, и выход, способный обеспечивать биты с выбранной скоростью передачи данных.

Операция 902

Первое устройство 121 беспроводной связи преобразует биты в символы произвольного алфавита в преобразователях 330, 430, 630, 730 битов в символы, выполненных с возможностью принимать биты от переключающего модуля скорости передачи данных.

Операция 903

Первое устройство 121 беспроводной связи расширяет символы, принятые от преобразователя битов в символы, в последовательность элементарных сигналов посредством кода расширения спектра в модуле 340, 440, 640, 740 расширения спектра.

Затем, для различных модуляторов в передатчике 300, 400, 600, 700, способ содержит следующие различные операции.

Операция 904a

Если передатчик 400, 700 содержит модулятор 420, 720 GMSK, первое устройство 121 беспроводной связи повторно преобразует в устройстве 450, 750 повторного преобразования последовательность элементарных сигналов, принятых от устройства 440, 740 расширения спектра, для генерирования сигналов с целью обеспечения их модулятору 420, 720.

Когда приёмник во втором устройстве 122 беспроводной связи способен принимать сигнал, модулированный с использованием технологии передачи сигналов с расширением спектра, первое устройство 121 беспроводной связи может повторно преобразовывать последовательность элементарных сигналов в биты путём дифференциального кодирования и чередования битов, и обеспечивать биты от модуля 450, 750 повторного преобразования для модулятора 420, 720 GMSK.

Когда приёмник во втором устройстве 122 беспроводной связи способен принимать сигнал GMSK, первое устройство 121 беспроводной связи может обеспечивать биты с выбранной скоростью передачи данных непосредственно в модулятор 420 GMSK.

Когда приёмник во втором устройстве 122 беспроводной связи способен принимать сигнал GMSK, способ может дополнительно содержать дифференциальное кодирование битов, принятых от переключающего модуля скорости передачи данных, в устройстве 760 дифференциального кодирования, и генерацию битов модулятору 720 GMSK.

Операция 904b

Если передатчик 300, 600 содержит модулятор 320, 620 O-QPSK, первое устройство 121 беспроводной связи повторно преобразует в устройстве 350, 650 повторного преобразования биты, принятые переключающего модуля 310, 610 скорости передачи данных, для генерирования сигналов с целью обеспечения их для модулятора 320, 620.

Когда приёмник во втором устройстве 122 беспроводной связи способен принимать сигнал GMSK, первое устройство 121 беспроводной связи может повторно преобразовывать биты, принятые от переключающего модуля 310, 610 скорости передачи данных, путём применения дифференциального кода и чередования битов в отношении битов в зависимости от возможностей приёмника, и повторно преобразовывать биты в противоположные двоичные символы, и обеспечивать противоположные двоичные символы для модулятора 320, 620.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, способ может дополнительно содержать фильтрование выходного сигнала модулятора 620 для согласования спектральных характеристик модулированного сигнала от передатчика 600 со спектральными характеристиками сигналов GMSK, поддерживаемыми приёмником.

Когда приёмник во втором устройстве 122 беспроводной связи способен принимать сигнал, модулированный с использованием технологии передачи сигнала с расширением спектра, последовательность элементарных сигналов, сгенерированная в модуле расширения спектра в ходе операции 903, может обеспечиваться для модулятора 320, 620, например, модулятора O-QPSK.

Фиг. 10 является схематической блок-схемой, изображающей устройство 121 беспроводной связи, содержащее передатчик 300, 400, 600, 700.

Изложенные здесь варианты осуществления изобретения могут быть реализованы посредством одного или более процессоров, таких как модуль 1010 обработки данных в устройстве 121 беспроводной связи, изображённом на фиг. 10, вместе с компьютерным программным кодом для выполнения функций и операций изложенных здесь вариантов осуществления изобретения. Программный код, упомянутый выше, может также быть обеспечен как компьютерный программный продукт, например, в форме носителя данных, несущего в себе компьютерный программный код для реализации изложенных здесь вариантов осуществления изобретения при его загрузке в устройство 121 беспроводной связи. Такой носитель данных может быть реализован в форме диска CD ROM. Однако, возможно применять другие носители данных, такие как флэш-накопитель. Компьютерный программный код может дополнительно быть обеспечен как чистый программный код на сервере и может быть загружен в устройство 121 беспроводной связи.

Устройство 121 беспроводной связи может дополнительно содержать запоминающее устройство 1020, содержащее один или более модулей памяти. Запоминающее устройство содержит инструкции, исполняемые модулем 1010 обработки данных. Запоминающее устройство 1020 выполняется с возможностью использоваться для хранения данных, например, назначений, информации, данных, конфигураций и т.д., для выполнения изложенных здесь способов при исполнении в устройстве 121 беспроводной связи.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, компьютерная программа 1060 содержит инструкции, которые, при исполнении по меньшей мере одним процессором, таким как модуль 1010 обработки данных, приводят к выполнению действий по меньшей мере одного модуля обработки информации в отношении вышеописанных операций.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, носитель 1070 данных содержит компьютерную программу 1060, при этом носитель 1070 данных является одним из перечисленного ниже: электронным сигналом, оптическим сигналом, электромагнитным сигналом, магнитным сигналом, электрическим сигналом, радиосигналом, микроволновым сигналом или машиночитаемой средой хранения данных.

Как будет легко понять специалистам в области коммуникаций, функциональное средство или модули могут быть реализованы с использованием цифровых логических схем и/или одного или более микроконтроллеров, микропроцессоров или другого цифрового аппаратного обеспечения. В некоторых вариантах осуществления изобретения несколько или все различные функции могут быть реализованы вместе, таким же образом как в одиночной специализированной интегральной микросхеме (ASIC), или в двух или более отдельных устройствах с подходящими интерфейсами аппаратного и/или программного обеспечения между ними. Некоторые функции могут быть реализованы как процессор, совместно используемый с другими функциональными компонентами, например, сетевого радиоузла.

В качестве альтернативы, некоторые из функциональных элементов рассмотренного средства обработки данных могут быть обеспечены посредством использования специализированного аппаратного обеспечения, в то время как другие обеспечиваются с аппаратным обеспечением для исполнения программного обеспечения, во взаимодействии с подходящим программным или программно-аппаратным обеспечением. Таким образом, термины "процессор" или "контроллер", используемые здесь, относятся не исключительно к аппаратному обеспечению, способному исполнять программное обеспечение, и могут потенциально включать в себя, не ограничиваясь перечисляемым, аппаратное обеспечение цифрового сигнального процессора (DSP), постоянное запоминающее устройство (ROM) для хранения программного обеспечения, запоминающее устройство с произвольным доступом для хранения программного обеспечения и/или программы или данные прикладной программы, и энергонезависимое запоминающее устройство. Другое аппаратное обеспечение, традиционное и/или выполненное на заказ, также может рассматриваться. Конструкторы сетевых радиоузлов будут оценивать соотношение стоимости, характеристик и расходов на эксплуатацию, свойственных этим проектным решениям.

Следует понимать, что вышеизложенное описание и сопроводительные чертежи представляют собой неограничивающие примеры способов и раскрываемого здесь устройства. Таким образом, устройство и технологии, раскрываемые здесь, не ограничиваются вышеизложенным описанием и сопроводительными чертежами. Вместо этого, изложенные здесь варианты осуществления изобретения ограничиваются только нижеследующей формулой изобретения и её законными эквивалентами.

Сокращения

Сокращение Расшифровка IoT Internet of Things (технология "Интернет вещей") M2M Machine to Machine (межмашинная коммуникация) MSK Minimum Shift Keying (манипуляция минимальным частотным сдвигом) GMSK Gaussian MSK (Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом) O-QPSK Offset Quadrature Phase Shift Keying (квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом) BLE Bluetooth Low Energy (технология "Bluetooth с низким энергопотреблением") HW HardWare (аппаратное обеспечение) TX Transmitter (передатчик) RX Receiver (приёмник) PHY Physical / Physical layer (физический уровень) DSSS Direct Sequency Spread Spectrum (технология расширения спектра способом прямой последовательности) ISM Industrial Scientific Medical (диапазон частот "промышленность-наука-медицина") LBT Listen Before Talk (механизм "слушай перед тем, как сказать") ISI Inter Symbol Interference (межсимвольные искажения)

Изобретение относится к беспроводной связи. Передатчик содержит модулятор и модуль переключения скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбора скорости передачи данных. Модуль переключения скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов, и выход, для обеспечения битов с выбранной скоростью передачи данных. Передатчик дополнительно содержит преобразователь для перевода битов в символы, выполненный с возможностью приёма битов от модуля переключения скорости передачи данных, и преобразования битов в символы произвольного алфавита. Передатчик дополнительно содержит модуль расширения, выполненный с возможностью расширения символов, принятых от преобразователя битов в символы, в последовательность элементарных сигналов с помощью кода расширения спектра. Передатчик дополнительно содержит модуль повторного преобразования, выполненный с возможностью преобразования последовательности элементарных сигналов, принятых от модуля расширения, для генерирования сигналов для вывода на модулятор. Технический результат заключается в обеспечении улучшенной технологии и передатчика, чтобы генерировать сигналы с волновыми формами многократной модуляции. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Передатчик (400, 700) в первом устройстве (121) беспроводной связи, содержащий:

модулятор (420, 720) Гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK);

модуль (410, 710) переключения скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбора скорости передачи данных, при этом модуль переключения скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов, и выход для вывода битов с выбранной скоростью передачи данных;

преобразователь (430, 730) для перевода битов в символы, выполненный с возможностью приёма битов от модуля переключения скорости передачи данных и преобразования битов в символы произвольного алфавита;

модуль (440, 740) расширения для расширения символов, принятых от преобразователя (430, 730) битов в символы, в последовательность элементарных сигналов посредством кода расширения; и

модуль (450, 750) повторного преобразования для преобразования последовательности элементарных сигналов, принятых от модуля расширения, для генерирования сигналов, выводимых на модулятор (420, 720) GMSK.

2. Передатчик (400, 700) по п. 1, в котором модуль (410, 710) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора скорости передачи данных в зависимости от возможностей приёмника второго устройства (122) беспроводной связи, при этом возможности приёмника второго устройства беспроводной связи включают в себя скорость передачи данных, и по меньшей мере одно из:

a) поддержки модуляции расширенного спектра,

b) поддержки дифференциального декодирования и типа дифференциального кода,

c) поддержки модуляции MSK,

d) поддержки модуляции GMSK.

3. Передатчик (400, 700) по п. 1 или 2, в котором модуль (450, 750) повторного преобразования является преобразователем повторного преобразования элементарных сигналов, выполненным с возможностью преобразования последовательности элементарных сигналов обратно в биты, для генерирования сигналов для вывода на модулятор (420, 720) GMSK.

4. Передатчик (400, 700) по п. 3, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала, модулированного с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, модуль (410, 710) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом модуль (450, 750) повторного преобразования содержит по меньшей мере один из дифференциального кодера и модуля чередования битов, и выполнен с возможностью преобразования последовательности элементарных сигналов в биты и генерирования сигналов для модулятора (420, 720) GMSK.

5. Передатчик (400, 700) по п. 2, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала GMSK, модуль (410, 710) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, и вывода битов с выбранной скоростью передачи данных непосредственно на модулятор (420, 720) GMSK.

6. Передатчик (400, 700) по п. 2, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала GMSK, модуль (410, 710) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, а передатчик дополнительно содержит дифференциальный кодер (760), выполненный с возможностью приема битов от модуля переключения скорости передачи данных и генерирования битов для обеспечения модулятора GMSK, причём дифференциальный кодер (760) выполнен с возможностью согласования кода, используемого приёмником, поддерживающим дифференциальное декодирование.

7. Передатчик (400, 700) по п. 2, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигналов как от GMSK, так и сигналов, модулированных с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, модуль (410, 710) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора любой скорости передачи данных, совместимой со скоростями передачи данных, поддерживаемыми приёмником, посредством алгоритма адаптации скорости передачи данных или заданного фиксированного выбора.

8. Передатчик (300, 600) в первом устройстве (121) беспроводной связи, содержащий:

модулятор (320, 620);

модуль (310, 610) переключения скорости передачи данных, выполненный с возможностью выбора скорости передачи данных, при этом модуль переключения скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов, и выход для вывода битов с выбранной скоростью передачи данных;

преобразователь (330, 630) битов в символы, выполненный с возможностью приёма битов от модуля (310, 610) переключения скорости передачи данных, и преобразования битов в символы произвольного алфавита;

модуль (340, 640) расширения для расширения символов, принятых от преобразователя (330, 630) битов в символы, в последовательность элементарных сигналов с помощью кода расширения спектра для обеспечения модулятора (320, 620); и

модуль (350, 650) повторного преобразования, выполненный с возможностью преобразования битов, принятых от модуля (310, 610) переключения скорости передачи данных для генерирования сигналов для вывода на модулятор (320, 620).

9. Передатчик (300, 600) по п. 8, в котором модуль (310, 610) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора скорости передачи данных в зависимости от возможностей приёмника второго устройства (122) беспроводной связи, при этом возможности приёмника второго устройства беспроводной связи включают в себя скорость передачи данных, и по меньшей мере одно из:

a) поддержки модуляции расширенного спектра,

b) поддержки дифференциального декодирования и типа дифференциального кода,

c) поддержки модуляции MSK,

d) поддержки модуляции GMSK.

10. Передатчик (300, 600) по п. 8 или 9, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала GMSK, модуль (310, 610) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, а модуль (350, 650) повторного преобразования выполнен с возможностью применения дифференциального кода и чередования битов в зависимости от возможностей приёмника, причём биты повторно преобразуются в противоположные двоичные символы для вывода сигналов на модулятор (320, 620).

11. Передатчик (300, 600) по п. 10, дополнительно содержащий фильтр (660), применяемый к выводу модулятора (320, 620), для согласования спектральных характеристик модулированного сигнала от передатчика со спектральными характеристиками сигналов GMSK, поддерживаемых приёмником второго устройства беспроводной связи.

12. Передатчик (300, 600) по любому из пп. 8-11, в котором модулятор (320, 620) является модулятором квадратурной фазовой модуляции со сдвигом (O-QPSK).

13. Передатчик (300, 600) по п. 11 или 12, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала, модулированного с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, модуль (310, 610) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора одной скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом модуль (340, 640) расширения выполнен с возможностью вывода сигналов для модулятора (320, 620) O-QPSK.

14. Передатчик (300, 600) по любому из пп. 9-13, в котором, когда приёмник второго устройства беспроводной связи выполнен с возможностью приема как сигналов GMSK, так и сигналов, модулированных с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, модуль (310, 610) переключения скорости передачи данных выполнен с возможностью выбора любой скорости передачи данных, совместимой со скоростями передачи данных, поддерживаемыми приёмником второго устройства беспроводной связи, посредством алгоритма адаптации скорости передачи данных или заданного фиксированного выбора.

15. Передатчик (300, 400, 600, 700) по любому из пп. 1-14, реализованный цифровым способом с помощью модернизации программно-аппаратного обеспечения.

16. Устройство (121) беспроводной связи, содержащее передатчик (300, 400, 600, 700) по любому из пп. 1-15.

17. Способ, реализуемый передатчиком (400, 700) первого устройства (121) беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:

выбирают (901) скорость передачи данных с помощью модуля (410, 710) переключения скорости передачи данных в зависимости от возможностей приёмника второго устройства (122) беспроводной связи, при этом модуль переключения скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов, и выход для вывода битов с выбранной скоростью передачи данных;

преобразуют (902) биты в символы произвольного алфавита с помощью преобразователя (430, 730) битов в символы, выполненного с возможностью приёма битов от модуля переключения скорости передачи данных;

расширяют (903) символы, принятые от преобразователя битов в символы, в последовательность элементарных сигналов с помощью кода расширения в модуле (440, 740) расширения; и

осуществляют повторное преобразование (904а) с помощью модуля (450, 750) повторного преобразования, последовательности элементарных сигналов, принятой от модуля (440, 740) расширения, для генерирования сигналов для вывода на модулятор (420, 720) GMSK.

18. Способ по п. 17, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала, модулированного с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, на этапе выбора осуществляют выбор скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом этап повторного преобразования последовательности элементарных сигналов содержит преобразование последовательности элементарных сигналов в биты с помощью дифференциального кодирования и чередования битов, а способ дополнительно содержит этап, на котором выводят биты от модуля (450, 750) повторного преобразования на модулятор (420, 720) GMSK.

19. Способ по п. 17, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала GMSK, на этапе выбора осуществляют выбор скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором выводят биты с выбранной скоростью передачи данных непосредственно на модулятор (420) GMSK.

20. Способ по п. 17, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала GMSK, на этапе выбора осуществляют выбор скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором осуществляют дифференциальное кодирование битов, принимаемых от модуля переключения скорости передачи данных в дифференциальном кодирующем устройстве (760) и генерирование битов для модулятора (720) GMSK.

21. Способ, реализуемый передатчиком (300, 600) первого устройства (121) беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:

выбирают (901) скорость передачи данных в модуле (310, 610) переключения скорости передачи данных в зависимости от возможностей приёмника второго устройства (122) беспроводной связи, при этом модуль переключения скорости передачи данных содержит вход, выполненный с возможностью приёма входных битов, и выход для вывода битов с выбранной скоростью передачи данных;

преобразуют (902) с помощью преобразователя (330, 630) битов в символы биты, принимаемые от модуля переключения скорости передачи данных, в символы произвольного алфавита;

расширяют (903) с помощью модуля (340, 640) расширения символы, принятые от преобразователя битов в символы, в последовательность элементарных сигналов с помощью кода расширения для вывода на модулятор (320, 620); и

осуществляют повторное преобразование (904b) с помощью модуля (350, 650) повторного преобразования битов, принятых от модуля переключения скорости передачи данных, для генерирования сигналов, для вывода на модулятор.

22. Способ по п. 21, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигналов GMSK, на этапе выбора осуществляют выбор скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, при этом этап повторного преобразования битов, принятых от модуля переключения скорости передачи данных, содержит применение дифференциального кода и чередования битов в зависимости от возможностей приёмника и повторное преобразование битов в противоположные двоичные символы, причём способ дополнительно содержит этап, на котором выводят противоположные двоичные символы на модулятор.

23. Способ по п. 22, дополнительно содержащий этап, на котором осуществляют фильтрование выходного сигнала модулятора, для согласования спектральных характеристик модулированного сигнала от передатчика со спектральными характеристиками сигналов GMSK, поддерживаемых приёмником.

24. Способ по п. 21, в котором, когда приёмник второго устройства (122) беспроводной связи выполнен с возможностью приема сигнала, модулированного с использованием технологии передачи сигналов с расширенным спектром, на этапе выбора осуществляют выбор скорости передачи данных, совместимой со скоростью передачи данных, поддерживаемой приёмником, причём способ дополнительно содержит этап, на котором выводят последовательность элементарных сигналов от модуля расширения спектра на модулятор O-QPSK.