直接序列擴展頻譜信號接收設備和方法
2023-10-07 02:39:39
直接序列擴展頻譜信號接收設備和方法
【專利摘要】本發明描述了一種直接序列擴展頻譜(DSSS)信號接收設備(10)。所述設備(10)可能包括接收器單元(22)、碼片序列生成單元(44)、相關性單元(28)和比較單元(38)。所述接收器單元(22)可能在檢測階段從射頻信號中提取碼片流，所述碼片流包括第一碼片序列。所述碼片序列生成單元(44)可能在所述檢測階段基於第一試驗碼片序列和基於多個索引循環過程來生成所述多個試驗碼片序列，每個試驗碼片序列相對於所述第一試驗碼片序列被索引循環了一個所述索引循環過程。所述相關性單元(28)可能在所述檢測階段基於所述多個試驗碼片序列和所述第一碼片序列確定多個相關性值，每個所述相關性值指明在相應一個的所述試驗碼片序列和所述第一碼片序列之間的相關性程度。所述比較單元(38)可能在所述檢測階段確定所述相關性值的最大一個是否超過確定的閾值。還描述了一種方法。
【專利說明】直接序列擴展頻譜信號接收設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及直接序列擴展頻譜(DSSS)信號接收設備和接收DSSS信號的方法。
【背景技術】
[0002]DSSS是調製技術，在該調製技術中，比特流乘以擴展碼以生成碼片流。該擴展碼可以是偽噪聲或偽隨機序列。因此生成的碼片流也可以被稱為擴展信號或編碼信號。碼片流可能需要比原始比特流更大的帶寬。然而，擴展技術可能提供若干優勢。例如，通過使用不同的擴展碼，若干信號發射器可能同時使用相同頻譜。而且，窄帶幹擾可以被減少。
[0003]ZigBee是基於DSSS的通信協議。在ZigBee中，不同碼元的列表可以被定義，每個碼元包括固定數目的比特。每個碼元可能例如包括M比特的序列。例如,M = 4。每個碼元可以通過下述方式被編碼(擴展):首先將M比特的相應比特序列分解成N個碼片的等效碼片序列，隨後將那個比特序列的每個碼片值乘以擴展碼的對應碼片值。例如，N = 32。例如，這樣的乘法運算可以被定義如下:0*0 = 1,0*1 = 0,1*0 = O和1*1 = I和O也可以分別被稱為高和低。
[0004]因此生成的碼片序列(即擴展碼元)可以通過再次應用相同擴展碼，即通過將擴展碼元的每個碼片乘以擴展頻譜序列(擴展碼)的對應碼片，而被解碼(解擴展)。例如，碼元可以通過將其碼片編號I乘以擴展碼的碼片編號I而被編碼，其中I從I運行到N，I=I對應於第一碼片，而I = N對應於碼元(以及擴展碼的)的最後碼片。表示碼元的原始碼片序列因此可以被重建。應指出，接收設備須知正確的擴展碼，以便能夠解碼接收的碼片流。
[0005]通過將每個新到達的長度N的碼片序列(即包括總共N個碼片)與多個編碼的試驗碼元相關，並且通過將特定試驗碼元選擇為解碼碼元，來將接收的編碼碼片流交替地解碼，其中，針對該特定試驗碼元獲得了最高相關性數。所述多個試驗碼元特別地可能包括通信協議的每個碼元。例如，在包括了總共2M(例如24 = 16)個不同碼元的ZigBee系統中，所述多個試驗碼元可能包括這些2M碼元。所述碼元可以分別被標識為S0，SI，S2,....S_M，例如，從SO到S16。例如，在M = 4的情況下，SO碼元和S16碼元可以被分別定義為比特序列0000和1111。
[0006]即使接收設備知道正確的擴展碼，在短的時間間隔內檢測DSSS編碼信號可能具有挑戰性。一種原因是擴展碼需要和接收的碼片序列對齊，以便接收序列的每個碼片乘以擴展碼的對應碼片。然而，包括了 N個碼片的最新接收序列通常不包括單一碼元，而可能包括兩個連續碼元的碼片，即第一碼元的碼片K+1到N和連續第二碼元的碼片I到K。然而，短的檢測時間特別地可以在天線分集方案中有利。在本申請的上下文中，天線分集是在兩個或更多個可用天線中選擇最佳接收天線的方法。
[0007]在本申請中，碼元周期是碼元的持續時間，也就是碼元速率的倒數。比特周期是一個比特的持續時間，也就是比特速率的倒數。碼片周期是一個碼片的持續時間，也就是碼片速率的倒數。因此，碼元周期可以是比特周期的倍數。比特周期可以是碼片周期的倍數。[0008]Saed et al.的美國專利7，729，677B2描述了用於天線分集切換的方法和設備，其中在第一天線內接收的數據分組的前導的信號強度被採樣。如果信號強度足夠大，那麼關聯的天線會被選擇為接收天線。
[0009]Feng et al.的美國專利7，599，424B1提出了在將數據分組和對應的擴展碼相關之後，在多個天線處確定信號質量值。
[0010]Zhang和Yang的美國專利7，899，110B1描述了在具有多個接收路徑的擴展頻譜接收器中執行比特同步的方法。每個接收路徑包括相關器和量值計算器。來自兩個或更多個接收路徑的相應量值計算器的輸出被組合，以形成組合信號。基於多個接收器信道來選擇天線。
【發明內容】
[0011]正如附屬權利要求所描述的，本發明提供了一種直接序列擴展頻譜(DSSS)信號接收設備和一種接收DSSS信號的方法。
[0012]本發明的具體實施例在附屬權利要求中被陳述。
[0013]根據下文中描述的實施例，本發明的這些或其它方面將會很明顯並且被闡述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]根據附圖，僅僅通過舉例的方式，本發明的進一步細節、方面和實施例將被描述。在附圖中，類似的碼元被用於表示相同或功能相似的元素。為了簡便以及清晰，附圖中的元素不一定按比例繪製。
[0015]圖1示意性地顯示了接收設備的一個實施例的例子。
[0016]圖2示意性地顯示了接收設備的一個實施例的另一個例子。
[0017]圖3示意性地顯示了控制單元的一個實施例的例子。
[0018]圖4示意性地顯示了一種接收擴展信號的方法的一個實施例的例子的流程圖。【具體實施方式】
[0019]由於本發明說明的實施例可能大部分是通過使用本領域所屬技術人員所熟知的電子元件和電路被實施，細節不會在比上述所說明的認為具有必要的程度大的任何程度上進行解釋。對本發明基本概念的理解以及認識是為了不混淆或偏離本發明所教之內容。
[0020]圖1示意性地顯示了用於接收和解碼擴展信號的接收設備10。接收設備10可能包括天線單元12和被連接到天線單元12的信號處理單元14。
[0021]天線單元12可以被布置成提供天線分集。它可能包括，例如，用於接收射頻信號的一個或多個天線。在所示的例子中，天線單元12可能包括例如第一天線16和第二天線
18。第一天線16和第二天線18可能具有不同的特徵。例如，它們相對於接收設備10的外殼(未顯示)可以被不同取向。替代地或附加地，第一天線16和第二天線18可以具有不同的結構類型。
[0022]天線單元12還可能包括開關20，該開關20被用於將選擇天線16和天線18中的一個作為激活天線。激活天線是被連接到信號處理單元14的天線，以便將由相應天線接收的射頻信號傳輸到信號處理單元14。例如，開關20可以例如被布置成將第一天線16或第二天線18連接到信號處理單元14。因此，被開關20連接的天線可以被稱為激活天線或選定天線。
[0023]在所示的例子中，接收器單元22還可能包括模擬前端單元24和被連接到模擬前端單元24的輸出的數字處理單元26。模擬前端單元24可能例如包括一個或多個混合器(未顯示)，以用於將從天線單元12接收的射頻信號下變頻到中間頻率。數字處理單元26可能例如包括一個或多個數字濾波器和解碼電路，以用於將接收的模擬信號轉換成碼片流。碼片流特別地可以是二進位碼片流。數字處理單元26可以被布置成使用解調技術來解調模擬信號，其中該解調技術是以下解調技術之一的對應:二進位相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)、偏移式正交相移鍵控(OQPSK)或任何其它二進位調製技術。數字處理單元26可以例如被布置成以IQ流的形式提供碼片流。
[0024]信號處理單元14還可能包括相關性單元28和碼片序列生成單元44。碼片序列生成單元44可能包括例如碼元生成單元30和編碼單元32。碼片序列生成單元44可以被連接到相關性單元28。
[0025]接收設備10可能例如如下進行操作。響應於入射電磁波，天線16和18中的激活一個可能生成電射頻信號。射頻信號可以經由開關20被饋送給模擬前端單元24。模擬前端單元24可能例如將接收的射頻信號和本地的振蕩器信號混合。它還可能濾波掉不需要的頻率分量。例如，混合信號可以被濾波，以便只具有需要的頻帶被保留。
[0026]所生成的模擬信號可以被饋送給數字處理單元26。數字處理單元可能解調模擬信號，以生成碼片流，例如，二進位碼片流。在所示的例子中，碼片流可以能IQ數據流的形式被提供。IQ數據流可能包括，例如基於正弦波形的二進位I流和基於餘弦波形的二進位Q流。
[0027]碼片流還可以被饋送給相關性單元28。相關性單元28可能從碼片流中提取第一碼片序列。第一碼片序列可能例如具有對應於一個碼元的長度。例如，第一碼片序列可能包括總共N個碼片，N是需要表示一個碼元的碼片總數。例如，N = 32。第一碼片序列可能包括，例如接收碼片流的最新N個碼片。相關性單元28可能例如在先進先出(FIFO)緩衝器46中緩衝碼片流的最新N個碼片。FIFO緩衝器46的內容，即第一碼片序列，可以用每個新到達的碼片來更新。
[0028]碼片流可以例如如下被解碼。
[0029]碼元生成單元30可能生成多個試驗碼元。所述多個試驗碼元可以例如是ZigBee協議的所有碼元的集合。這個集合可能例如包括總共2M個的不同的ZigBee碼元，每個碼元包括M比特。例如M = 4,在這種情況下有16個不同的碼元。碼元生成單元30可能將這些試驗碼元饋送給編碼單元32。試驗碼元可以順次或並行地提供給編碼單元32。順次意味著一個接著一個。並行意味著同時。
[0030]然後，編碼單元32可能將每個試驗碼元乘以定義的擴展碼。擴展碼可以例如被定義為與已知由發射器(未顯示)使用的擴展碼一致。發射器可以被布置成與天線單元12相距一定距離。編碼單元32可能隨後將編碼(即擴展)試驗碼元饋送給相關性單元28。編碼碼元可以順次或並行地饋送給相關性單元28。在所示的例子中，編碼試驗碼元可以順次，即一個接一個地提供給相關性單元28。編碼試驗碼元中的最新一個可以被存儲在相關性單元28的第二緩衝器48中。第二緩衝器48可以例如是寄存器。第二緩衝器48的內容因此可能表示試驗碼片序列。
[0031]相關性單元28還可能將第一碼片序列(例如，存儲在第一緩衝器46中)和每個試驗碼片序列進行比較(例如，存儲在第二緩衝器48中)。例如，對於每個試驗碼片序列，相關性單元28可能計算相關性值，其中該相關性值指明第一碼片序列和相應試驗碼片序列之間的相關性程度。相關性值可以例如是針對第一碼片序列的每個碼片值乘以試驗碼片序列的對應的碼片值進行求和。因此，相關性單元28可能將所確定的相關性值饋送給碼元生成單元30。
[0032]碼元生成單元30可能確定這些相關性值中的一個是否超過定義的閾值。它還可能輸出特定碼元作為檢測碼元，其中，該特定碼元的相關性值超過定義的閾值。本發明中，檢測碼元也可以被稱為解碼碼元。換句話說，碼片序列生成單元44和相關性單元28可能協作，以解碼接收碼片流。
[0033]重要的是要注意，當接收設備10按上述描述被操作的時候，第一碼片序列(例如，接收碼片流的最新N個碼片)和表示全部碼元的試驗碼片序列是相關的。換句話說，每個試驗碼片序列可能具有對應於相應碼元開始的第一碼片(編號I的碼片)和對應於碼元結束的最後碼片(例如，編號N的碼片)。這暗示了只有當第一碼片序列也表示完整碼元的時候，第一碼片序列和試驗碼片序列才可能具有大的相關性值。因為包含在例如第一緩衝器46中的第一碼片序列可以用每個新到達的碼片被更新，第一碼片序列可能僅在每第N碼片周期與試驗碼元中的一個相關。換句話說，僅在每第N碼片處，第一碼片序列可以相對於每個試驗碼片序列對齊。
[0034]這還意味著從接收第一碼片開始，可以有幾乎達到兩個碼元周期的流逝，直到碼元可以被第一次檢測到。在最壞的情況下，第一接收碼片是經由天線單元12接收的某個編碼碼元的碼片編號2。包括該第一接收碼片的碼元將未必被檢測到，因為該碼元不會被完全包括在第一緩衝器46中，碼片編號I已經丟失。換句話說，如果碼片編號I已經丟失，那麼碼片編號2到N可以是無用的。在這種情況下，可以不在下一個碼元被緩衝之前(即當第一碼片序列是完整碼元的時候)生成檢測信號。這僅可能發生在初始時刻之後的N-1+N =2N-1個碼片周期之後。
[0035]圖2示意性地說明了接收設備10的另一個實施例的例子。接收設備10具有更快的信號檢測機制。接收設備10可以例如根據ZigBee協議是可操作的，並且它可能包括快速天線分集系統。接收設備10特別地可以被布置成檢測第一碼片序列(例如接收碼片流的最新的N個碼片)是否是接連的相同碼元的一部分。這種接連的相同碼元可以被包括在例如由ZigBee發射器發出的數據分組的前導中。例如，這種前導可能包括接連的例如八個SO碼元。
[0036]接收設備10可能包括，例如接收器單元22、碼片序列生成單元44、相關性單元28和控制單元36。控制單元36特別地可能包括比較單元38。在另一個實施例中，比較單元38可以被布置在控制單元36之外。例如，比較單元38可以被集成到碼元生成單元30。
[0037]接收器單元22可能在檢測階段從射頻信號中提取碼片流。碼片流可能包括具有一個碼元長度的第一碼片序列。第一碼片序列可以是包含在接收碼片流中的任何碼片序列；它特別地可能包括接收碼片流的最新碼片。碼片序列生成單元44、相關性單元28和比較單元38可能分析第一碼片序列，以確定它是否是數據分組(例如ZigBee數據分組)的前導的一部分。
[0038]例如，碼片序列生成單元44可能在檢測階段基於表示第一試驗碼元的第一試驗碼片序列和基於多個索引循環過程，來生成多個試驗碼片序列。每個試驗碼片序列相對於所述第一試驗碼片序列被索引循環了一個所述索引循環過程(rotation)。當N是第一碼片序列和第一試驗碼片序列(例如，N =32)的碼片總數的時候，所述多個索引循環過程可能包括索引序列(1，2，3，...，N)的全部32個不同的索引循環過程。32個循環試驗序列的示例集合將在下面被描述。
[0039]試驗碼片序列生成單元44可能包括，例如碼元生成單元30、編碼單元32和循環單元34。碼元生成單元30可能在檢測階段生成第一試驗碼元。編碼單元32可能在檢測階段通過將擴展碼應用到第一試驗碼元來生成第一試驗碼片序列。擴展碼可以是例如是包括總共N個碼片的偽噪聲碼片序列。第一試驗碼元可以是數據分組的前導的一部分。例如，第一試驗碼元可以是ZigBee SO碼元。隨後，循環單元34可能通過它的N個不同的循環狀態來循環編碼(擴展)試驗碼元，以生成所述多個試驗碼片序列。
[0040]相關性單元28可能在檢測階段基於所述多個試驗碼片序列和基於所述第一碼片序列，來確定多個相關性值。每個所述相關性值可能指明相應一個所述試驗碼片序列和所述第一碼片序列之間的相關性程度。
[0041]比較單元38可能在所述檢測階段確定所述相關性值的最大一個是否超過定義的閾值。應指出，超過閾值的最大相關性值可以指明第一碼片序列和試驗碼片序列中的一個充分地相關。
[0042]導致高於閾值的最大相關性值的檢測階段可以被稱為成功檢測階段。導致低於閾值的最大相關性值的檢測階段可以被稱為不成功檢測階段。
[0043]例如，接收設備10還可能包括天線單元12和天線控制單元40。天線單元12可能包括一個或多個天線，例如用於接收射頻信號的天線16和18。天線單元12可能具有至少兩個不同的操作模式。例如每個操作模式的特徵可以在於:激活天線的集合、所述天線的取向、或其組合。響應於最大相關性值低於閾值(即在不成功的檢測階段事件的情況下)，天線控制單元40可能選擇天線單元12的另一個操作模式。例如，天線控制單元40可能通過控制開關20來去激活一個天線(例如天線16)，並激活天線16、18中的另一個(例如天線18)。接收設備10還可能在天線控制單元40選擇了其它操作模式之後發起新的檢測階段。
[0044]接收設備10還可能包括電力控制單元42。響應於最大相關性值低於閾值，電力控制單元42可能將接收設備10設置為睡眠模式。更具體地說，電力控制單元42可能在若干(例如3個、10個或30個)不成功檢測階段之後將接收設備10設置為睡眠模式。
[0045]上述描述的檢測階段可以是第一檢測階段。響應於最大相關性值超過閾值(即在成功的第一檢測階段的事件的情況下)，接收設備10還可能發起第二檢測階段。關於接收設備10是否能夠解碼從激活天線接收的碼片流，第二檢測階段可能提供附加試驗。
[0046]例如，相關性單元28可以被布置成在第二檢測階段基於所述多個試驗碼片序列和基於包含在碼片流中的第二碼片序列，確定多個第二相關性值。如同第一碼片序列，第二碼片序列可能具有一個碼元的長度。第一碼片序列和第二碼片序列可以例如是連續的碼片序列或部分重疊的碼片序列。每個第二相關性值可能指明相應一個試驗碼片序列和第二碼片序列之間的相關性程度。比較單元38可以被布置成在第二檢測階段確定第二相關性值的最大一個是否超過閾值，即第二檢測階段是否是成功的。
[0047]響應於最大第二相關性值超過閾值，接收設備10還可以被布置成發起解碼階段。因此，可以通過被鎖定到下述操作模式的天線單元12來執行檢測階段:在該操作模式中在前的第二檢測階段是成功的。
[0048]例如，碼片序列生成單元44可以被布置成在解碼階段生成表示多個試驗碼元的多個第三試驗碼片序列。所述試驗碼元可能包括，例如ZigBee協議的所有碼元，例如總共16個不同的碼元。相關性單元28可以被布置成在解碼階段基於所述多個試驗碼片序列和基於包含在碼片流中的第三碼片序列，來確定多個第三相關性值。第三碼片序列可能具有一個碼元的長度。每個第三相關性值可能指明相應一個第三試驗碼片序列和第三碼片序列之間的相關性程度。比較單元38可以被布置成在所述多個試驗碼元中確定和第三相關性值的最高一個相關聯的試驗碼元。比較單元38,或任何其它適合單元,例如碼元生成單元30，還可能將這個試驗碼元作為檢測碼元輸出。可以例如以碼片流的碼元速率或響應於每個新接收的具有一個碼元長度的碼片序列，來重複執行解碼階段。[0049]在所示的例子中，除了參照圖1在上述描述的組件，碼片序列生成單元44可能包括循環單元34和控制單元36。控制單元36可能作為天線分集控制器被實施或被集成到天線分集控制器。循環單元34可以被連接在編碼單元32和相關性單元28之間。控制單元36可以被例如連接到天線單元12、相關性單元28、循環單元34和碼元生成單元30。在該例子中，信號處理單元14還可能包括用於設置參照圖1在上述所提到的閾值的輸入50。該閾值可以是可編程的，例如是寄存器可編程的。
[0050]控制單元36特別地可以被布置成發起第一檢測階段、第二檢測階段和解碼階段，正如將在下面被描述的。
[0051 ] 在第一檢測階段，控制單元36可能控制編碼單元32，使得編碼單元32將特定編碼的(擴展)試驗碼元饋送給循環單元34。該試驗碼元可以例如是包含在碼片流中預期的前導中的碼元。試驗碼元可以例如是ZigBee協議的SO碼元。例如，SO碼元可以是比特序列
0000。控制單元36還可能使循環單元34能夠將多個索引循環過程應用到從編碼單元32接收的特定試驗碼片序列(即應用到編碼試驗碼元)。所述多個索引循環過程特別地可能包括索引序列1，2，3，...，N-1, N的每個可能的索引循環過程。
[0052]因此，由循環單元34生成的所述多個試驗碼片序列可能包括以下碼片序列(每行包括一個碼片序列):
[0053](C_l, C_2, C_3,...，C_N_1, C_N)
[0054](C_2, C_3, C_4,...，C_N, C_l)
[0055](C_3, C_4, C_5,…，C_l, C_2)
[0056]____
[0057]____
[0058]____
[0059](C_N-1, C_N, C_l,...，C_N_3, C_N_2)
[0060](C_N, C_l, C_2,...，C_N-2, C_N_1)
[0061]其中C_K(K= 1，...N)可以是 0 或 I。
[0062]這些序列的第一個可能表示一個完整的碼元，例如ZigBee系統的SO碼元。隨後，每個其它序列表示被包含在接連的兩個相同碼元中(例如被包括在ZigBee系統的序列SOSO中)的N個碼片的某個序列。例如，序列
[0063](C_3, C_4, C_5,..., C_l, C_2)
[0064]可能包括具有值SO的第一碼元的最後N-2個碼片(即C_3到C_N)和具有相同值SO的連續第二碼元的最前面2個碼片(即C_1和C_2)。
[0065]這些循環序列中的每個可以被用作試驗序列，用於和例如在FIFO緩衝器46中緩衝的第一碼片序列進行比較。
[0066]如果前導包括接連的至少兩個相同的碼元(例如ZigBee協議的接連的至少兩個SO碼元)，則將該循環碼片序列集合用作試驗碼片序列，特別地可以對檢測接收碼片流中的前導有益處。正如上面所指出的，ZigBee數據分組的前導可能包括接連的若干SO碼元(例如總共八個SO碼元)。
[0067]實際上，當接連的SO碼元的N個碼片的片段作為第一碼片序列被存儲到第一緩衝器46的時候，例如可以通過將其和編碼SO碼元的每個循環版本進行比較，來準瞬間地(quasi instantaneously)檢測它。雖然參照圖1在上述描述的實施例中，僅當一個完整的SO碼元比特駐留於第一緩衝器46中的時候，才生成檢測信號，但是當第一緩衝器46被第一 SO碼元的一部分以及連續第二 SO碼元的一部分佔據的時候，本檢測機制也可能做出響應。和參照圖1在上述被描述的實施例進行比較，檢測時間因此可以被減少了達到一個碼元周期。
[0068]響應於確定饋送給相關性單元28的試驗碼片序列與例如包含在第一緩衝器46中的第一碼片序列足夠相關，控制單元36可能觸發適當的行為。更具體地說，響應於相應的相關性值超過定義的閾值，它可能觸發這樣的行為。閾值可以例如經由埠 50被設置。
[0069]同樣地，響應於這些試驗序列中沒有試驗序列與第一碼片序列足夠相關，控制單元36可能觸發適當的行為。更具體地說，響應於相應的相關性值低於閾值，它可能觸發這樣的行為。例如，控制單元36可能控制開關20，以選擇天線16和18中的另一個。替代地，控制單元36可能將接收設備10設置為節能模式。例如，它可能在沒有碼元被檢測到的特定周期之後，將接收設備10設置為節能模式。
[0070]響應於與超過閾值的循環試驗序列相關聯的相關性值中的一個，控制單元36還可能發起第二檢測階段。原則上，第二檢測階段可以和第一檢測階段相同。特別地是，包含在接收碼片流中的第二碼片序列可以和例如由循環單元34提供的至少一個試驗碼片序列相關。
[0071]如果在沒有進一步驗證的情況下第一檢測階段的結果被用作最終檢測結果，那麼第二檢測階段可能降低可能發生的錯誤檢測的風險。由於DSSS編碼信號和噪聲相似這一事實，因此排除錯誤檢測可能是不可行的。事實上，當天線單元12接收純「白」噪聲的時候，在統計上，在第一和第二檢測階段兩者中錯誤檢測是可能的。
[0072]結合了第二檢測的第一檢測階段幾乎可能消除了錯誤檢測的風險。剩餘的風險仍然可以是非零的，但是例如可以被期望低於ZigBee規範中的任何定義的碼元出錯率。檢測之間的(以碼片測量的)時間和距離可能將錯誤檢測的敏感性確定為對整體檢測判定速度的折中。
[0073]在第二檢測階段的第一實施例中，第二碼片序列可以和每個循環試驗碼片序列相關，以生成與所述多個索引循環過程相對應的多個相關性值。
[0074]在第二檢測階段的第二實施例中，循環單元34可能基於特定索引循環過程來僅提供單一試驗碼片序列，其中所述特定索引循環過程在第一檢測階段產生最高的相關性值。換句話說，在第二檢測階，循環單元34可以被鎖定到特定循環。
[0075]第二碼片序列可以例如是N個碼片(包括第一碼片序列的最新的P個碼片和接收碼片流的連續N-P個碼片)的序列。取決於設計，P可以是從O到N-1範圍內的任何整數。在P = O的情況下，第二碼片序列在第一碼片序列之後；也就是，第二碼片序列的第一碼片(即碼片編號I)是第一碼片序列的最後碼片(即碼片編號N)的直接後繼。相反，在P大於O的情況下，第二碼片序列和第一碼片序列部分重疊。
[0076]例如，P可能等於N/2 (假設N是偶數)，在這種情況下，第二碼片序列的最前面N/2個碼片和第一碼片序列的最後N/2個碼片一致。
[0077]應指出，選擇P = O確保了第二碼片序列完全獨立於第一碼片序列。這意味著第二相關性值可能將最大信息量添加到已經由第一相關性值提供的信息中。另一方面，選擇P=O意味著總共N+N = 2N個碼片(第一碼片序列的N個碼片加上第二碼片序列的N個碼片)需要被接收，以能夠生成第二相關性值。
[0078]相反，選擇P大於O (例如，P = N/2)可能允許在接收總共僅為2N-P個碼片(第一碼片序列的N個碼片加上第二碼片序列的最後N-P個碼片)之後生成第二相關性值。因此，以損耗第二相關性值的信息價值為代價，接收設備10的總響應時間或檢測時間可以減少。實際上，P = N/2可以是檢測速度和可靠性之間的良好折中。更短的時間將會更快，但是要承擔錯誤檢測的風險。換句話說，它可以是魯棒性和快速性之間的折中。
[0079]響應於(在前面的第二檢測階段確定的)最大第二相關性值超過定義的閾值，控制單元36還可能發起解碼階段。在該解碼階段，天線單元12可以在和前面的第一和第二檢測階段中的模式相同模式操作。例如，相同的激活天線集合可以被使用。而且，這些激活天線可以被取向為和第一和第二檢測階段期間相同的空間方向。在該解碼階段，循環單元34可以被鎖定到特定循環過程，該特定循環過程可能在第二檢測階段產生最高相關性值。
[0080]雖然在第一和第二檢測階段，編碼單元32可以被控制為僅輸出一個碼片序列，例如表示ZigBee協議的SO碼元，編碼單元32可能在解碼階段生成多個碼片序列，每個碼片序列表示特定碼元。解碼階段可能因此包括參照圖1在上述描述的操作。解碼階段可以在接收碼片流的每個新檢測碼元之後被重複。例如，解碼階段可以以接收碼片流的碼元速率被執行。因此，對於例如被數字處理單元26新傳送的每個編碼碼元，解碼階段可能產生一個檢測碼元。
[0081]否則，如果在第二檢測階段中確定的相關性值低於定義的閾值，則控制單元36可能再次發起如上所述的第一檢測階段。
[0082]圖3示意性地說明了控制單元36的例子。控制單元36可能包括，例如用於確定相關性值之一是否超過閾值的比較單元38。控制單元36還可能包括用於選擇天線單元12的另一個操作模式的天線控制單元40。控制單元36還可能包括用於將接收設備設置為睡眠模式的電力控制單元42。
[0083]圖4示意性地顯示了接收DSS編碼的信號的方法的一個例子的流程圖。在塊S01，參照圖2和3在上述描述的接收器10可以被開啟。[0084]在塊S02，第一集合的天線可以被選擇為激活天線。例如，天線16可以被選擇。
[0085]在塊S03，從接收射頻信號導出的碼片流可以在例如1.5個碼元的持續時間中通過第一緩衝器被傳遞。在這個時段之後，緩衝器的內容隨後可能提供第一碼片序列。
[0086]在塊S04，第一碼片序列可以和所述多個試驗碼片序列中的每個相關。每個試驗碼片序列可以是定義碼元值的循環版本，例如ZigBee協議的SO碼元。
[0087]如果因此確定的相關性值中沒有一個超過定義的閾值，則另一集合的激活天線可以在塊S05被選擇。例如，如果天線16在塊S03是激活的，則天線18可以在塊S05被選擇。從塊S05開始，處理可能繼續如上所述的塊S03。
[0088]然而，如果在塊S04，確定涉及在塊S03定義的第一碼片序列的相關性值之一超過定義的閾值，則處理可能在塊S06繼續進行。在塊S06，接收碼片流還可以在例如0.5個碼元的持續時間中通過緩衝器46被傳遞。相對於第一檢測階段的緩衝器內容，該緩衝器內容因此可以被移位了例如一個完整碼元或半個碼元的長度，以提供第二碼片序列。
[0089]在塊S07，第二碼片序列可以和多個試驗碼片序列中的每個相關，以生成多個第二相關性值。所述多個試驗碼片序列可以例如是用於第一檢測階段的相同多個循環試驗碼片序列。替代地，在第二碼片序列是第一碼片序列的直接後繼(對應於關於圖3在上述提到的選擇P = O)的一個實施例中，第二碼片序列可以與在塊S04產生最高相關性值的相同試驗碼片序列相關。
[0090]隨後，可以確定至少一個由此確定的第二相關性值中的至少一個是否超過定義的閾值。該閾值可以和在第一檢測階段的塊S04使用的閾值相同。
[0091]如果在塊S07，第二檢測階段確定的所確定相關性值中沒有一個相關性值超過這個閾值，則處理可能在塊S05繼續進行。也就是，天線單元的操作模式可以再一次被改變。例如，新集合的一個或多個天線可以被選擇為激活天線。然而，如果在塊S07確定第二檢測階段的一個或多個相關性值中的至少一個相關性值超過定義的閾值，則天線單元12的操作模式可能保持不變。
[0092]從接收射頻信號生成的碼片流可以被進一步分析，以確定它是否包含前導(塊S08)。如果沒有檢測到前導，則處理可能返回到塊S02。
[0093]然而，如果前導被檢測到，可以例如在塊S09確定碼片流是否還包含較低層次協議的數據分組的前導。例如，可以確定它是否包含幀的開始。換句話說，在前導的檢測(塊S08)之後，幀可以被檢測到(塊S09)。隨後，包含在檢測到的幀中的數據分組可以被解碼(塊S10)。數據分組可能包括具有效負載。如果在塊S10，例如由於接收射頻信號的損耗，一些接收數據可能沒有被解碼，所述方法可能在塊S02繼續。
[0094]例如通過斷開接收器(塊Sll)，所述方法結束。
[0095]上述描述的設備和方法特別地可以被用於實施快速天線分集(FAD)模式。當被啟用的時候，這種模式在接收信號的前導階段期間，例如可能允許在兩個天線中選擇天一個線作為激活天線。
[0096]通過不斷地監視接收信號，控制單元36可能選擇第一天線，接收信號在該第一天線上具有高於預定義可編程閾值的相關性值。控制單元36可能順次在天線16和18之間切換，以測試足夠強的SO碼元的存在。隨後，滿足這個條件的第一天線可以被選擇用於數據分組的選擇。[0097]第一天線可以例如在具有一個碼元長度的周期內(即一個碼元周期內)被監視。碼元周期可以例如是Ts = 16μ S。隨後，天線監視在例如Ta = 8μ s的切換時間之後被切換到第二天線。切換時間Ta可以被要求以允許外部pin 二極體分別被導通/截止，以用於選擇特定天線。Ts+Ta = 24μ s的求和可能允許足夠的時間用於在前四個前導碼元內測試兩個天線。用於測試兩個天線16和18的總時間因此可以是Tfad = Ta+Ts+Ta+Ts+Ta = 3xTa+2xTs=56 μ S0監視時間Tfad因此可以比四個碼元周期短:Tfad〈4xTs〈64y S。
[0098]控制單元36可能重複地在兩個天線16和18之間切換，直到發現提供足夠強的SO碼元的一個天線。因為在選擇天線之前，監視周期可以比四個SO碼元短，因此隨後接收設備10可能在宣告「前導檢測到」之前仍然檢測至少四個SO碼元。
[0099]相關性單元28可能在切換周期Ta期間運行，以計算當前激活天線16或18的最大相關性值。因為沒有保證這個周期和一個唯一的碼元一致，因此正如上面解釋的，相關性單元可能跨碼元工作。也就是，相關性單元28可能貫穿它全部的N個(例如32個)組合來循環編碼SO碼元(其是表示SO碼元的碼片序列)，以檢測分割成連續碼元的SO碼元。
[0100]應指出，接收零信號的天線可能產生最高的相關性值，因為零信號難以和無幹擾信道進行區分。因此，產生最高相關性值的天線可能未必傳送比獲得較低相關性值的天線好的輸出。為此，可以選擇獲得高於定義閾值的相關性值的第一天線。
[0101]總之，提出了一種快速信號檢測設備和方法。所述系統和所述方法基於DSSS信號的存在，而不是基於接收電磁波的能量水平。所述方法特別地在接收電磁波的能量水平主要歸因於背景噪聲的情況下可以更加可靠。
[0102]本發明也可以在用於運行在計算機系統上的電腦程式中被實施，其中，所述電腦程式包括代碼部分，所述代碼部分用於在可編程裝置(例如計算機系統)上運行時執行根據本發明的方法，或者使得所述可編程裝置執行根據本發明的設備或者系統的功能。
[0103]電腦程式是一列指令，例如特定應用程式和/或作業系統。所述電腦程式例如可能包括一個或多個的:子程序、函數、步驟、對象方法、對象實現、可執行應用程式、小應用程式、小服務程序、原始碼、目標代碼、共享庫/動態的加載庫和/或執行計算機系統所設計的指令的其它序列。
[0104]電腦程式可以被存儲在可讀存儲介質的內部或通過計算機可讀傳輸介質被傳輸到計算機系統。所有或一些電腦程式可以被提供到計算機可讀介質中，其中該計算機可讀介質永久地、可移除地或遠程地耦合於信息處理系統。所述計算機可讀介質可以是暫時的或非暫時的，並且包括，例如且沒有限制，任何數目的下列各項:包括磁碟和磁帶的磁性存儲介質；例如光碟介質(例如，CDR0M、CDR、等等)的光存儲介質和數字視頻磁碟存儲介質；包括例如FLASH存儲器、EEPROM、EPROM、ROM的半導體為基礎的存儲器單元的非易失存儲器存儲介質；鐵磁數字存儲器；MRAM ;包括寄存器、緩存器或高速緩存器、主存儲器、RAM等等的易失性存儲器介質；以及包括計算機網絡、點對點的電信設備的數據傳輸介質以及載波傳輸介質，僅舉幾例。
[0105]計算機處理通常包括執行(運行)程序或程序的部分，現具有的程序值和狀態信息，以及通過作業系統用於管理處理的執行的資源。作業系統(OS)是管理一臺計算機的資源共享以及提供給程式設計師用於訪問這些資源的界面的軟體。作業系統處理系統數據和用戶輸入，以及通過配置和管理任務以及內部系統資源作為系統對用戶和程式設計師的一項服務響應。
[0106]計算機系統可能，例如，包括至少一個處理單元、關聯內存和大量的輸入/輸出(I/O)設備。當執行電腦程式時，計算機系統根據電腦程式處理信息並且通過I/O設備生產生成的輸出信息。
[0107]在前面的說明中，參照本發明實施例的特定例子已經對本發明進行了描述。然而，很明顯各種修改和變化可以在不脫離附屬權利要求中所陳述的本發明的寬範圍精神及範圍的情況下被做出。
[0108]本發明所討論的連接可以是任何類型的連接。該連接適於將信號從或傳輸到相應的節點、單元或設備，例如通過穿孔中間設備。因此，除非暗示或說明，連接，例如，可能是直接連接或間接連接。連接可以被說明或描述，涉及到是單一連接、多個連接、單向連接、或雙向連接。然而，不同實施例可能改變連接的實現。例如，可能使用單獨單向連接而不是雙向連接，反之亦然。此外，多個連接可以被替換為持續地或以時間多路復用方式傳輸多個信號的單一連接。同樣地，攜帶多個信號的單一連接可以被分離成各種不同的攜帶這些信號的子集的連接。因此，存在傳輸信號的許多選項。因此，對於傳輸信號許多選擇存在。
[0109]本發明所描述的每個信號可以被設計為正邏輯或負邏輯。在負邏輯信號的情況下，所述邏輯真狀態相當於邏輯電平O的地方所述信號是低活性。在正邏輯信號的情況下，所述邏輯真狀態相當於邏輯電平I的地方所述信號是高活性。注意，本發明所描述的任何信號可能被設計為負邏輯信號或正邏輯信號。因此，在替代實施例中，那些被描述為正邏輯信號的信號可以被實施為負邏輯信號，以及那些被描述為負邏輯信號的信號可以被實施為正邏輯信號。
[0110]此外，當將信號、狀態比特、或類似的裝置分別變為其邏輯真或邏輯假狀態時，術語「明確肯定」或「設置」以及「否定」(或「非明確肯定」或「清除」)在本發明中被使用。如果邏輯真狀態是邏輯電平「I」，邏輯假狀態是邏輯電平「O」。如果邏輯真狀態是邏輯電平「 O 」，邏輯假狀態是邏輯電平「I」。
[0111]本領域所屬技術人員將認識到邏輯塊之間的界限僅僅是說明性的並且替代實施例可能合併邏輯塊或電路元素或在各種邏輯塊或電路元素上強加替代的分解功能。因此，應了解本發明描述的架構僅僅是示範的，並且事實上實現相同功能的很多其它架構可能被實現。例如，控制單元36可以通過分布於單元28、30、32和34上的單元被實施。
[0112]相同功能的任何元件的排列是有效的「關聯」，以便實現所需功能。因此，本發明中為實現特定功能的任意兩個元件的結合可能被看作彼此「相關聯」以便實現所需功能，不論架構或中間元件。同樣地，任意兩個元件這樣的關聯也可能被看作是「可操作性連接」或「可操作性耦合」於對方以實現所需功能。
[0113]此外，本領域所屬技術人員將認識到上述描述的操作功能之間的界限只是說明性的。多個操作的功能可以組合成單一的操作，和/或單一的操作功能可以分布在附加操作中。而且，替代實施例可能包括特定操作的多個實例，並且操作的順序在各種其它實施例中會改變。
[0114]又如，在一個實施例中，說明的例子可以被作為比特於單一集成電路上的電路或在相同設備內的電路被實現。例如，信號處理單元14可以是單一的集成電路。或者，所述例子可以作為任何數目的單獨集成電路或以一種合適的方式彼此相聯接的單獨設備被實現。例如，單元24和26可以作為被連接到相關性單元28的單獨的電路被實施。
[0115]又如，例子或其中的一部分可能作為物理電路的軟或代碼表徵被實現，或作為能夠轉換成物理電路的邏輯表徵，例如在任何合適類型的硬體描述語言中被實現。
[0116]此外，本發明不限定在非程序化硬體中被實現的物理設備或單元，但也可能應用在可編程設備或單元中。這些設備或單元通過操作能夠執行所需的設備功能。該執行是根據合適的程序代碼，例如，主機、微型計算機、伺服器、工作站、個人計算機、筆記本、個人數字助理、電子遊戲、汽車和其它嵌入式系統、手機和其它無線設備，在本申請中通常表示「計算機系統」。
[0117]然而，其它修改、變化和替代也是可能的。說明書和附圖對應地被認為是從說明性的而不是嚴格意義上來講的。
[0118]在權利要求中，放置在括號之間的任何參考碼元不得被解釋為限定權利要求。單詞「包括」不排除其它元素或隨後在權力要求中列出的那些步驟的存在。此外，本發明所用的「a」或「an」被定義為一個或多個。並且，在權利要求中所用詞語如「至少一個」以及「一個或多個」不應該被解釋以暗示通過不定冠詞「a」或「an」引入的其它權利要求元素限定任何其它特定權利要求。所述特定權利要求包括這些所介紹的對發明的權利元素，所述權利元素不僅僅包括這樣的元素。即使當同一權利要求中包括介紹性短語「一個或多個」或「至少一個」以及不定冠詞，例如「a」或「an」。使用定冠詞也是如此。除非另具有說明，使用術語如「第一」以及「第二」是用於任意區分這些術語描述的元素的。除非另有說明，使用術語如「第一」以及「第二」是用於任意區分這些術語描述的元素的。因此，這些術語不一定表示時間或這些元素的其它優先次序。
【權利要求】
1.一種直接序列擴展頻譜DSSS信號接收設備(10)，包括: 接收器單元(22)，所述接收器單元(22)被布置成:在檢測階段，從射頻信號提取碼片流，所述碼片流包括第一碼片序列，所述第一碼片序列具有一個碼元的長度； 碼片序列生成單元(44)，所述碼片序列生成單元(44)被布置成:在所述檢測階段，基於表示第一試驗碼元的第一試驗碼片序列以及基於多個索引循環過程，來生成多個試驗碼片序列，每個試驗碼片序列相對於所述第一試驗碼片序列被索引循環了一個所述索引循環過程； 相關性單元 (28)，所述相關性單元(28)被布置成:在所述檢測階段，基於所述多個試驗碼片序列以及基於所述第一碼片序列，來確定多個相關性值，每個所述相關性值指明在相應一個的所述試驗碼片序列和所述第一碼片序列之間的相關性程度；以及 比較單元(38)，所述比較單元(38)被布置成:在所述檢測階段，確定所述相關性值中的最大一個是否超過定義閾值。
2.根據權利要求1所述的接收設備(10)，其中所述碼片序列生成單元(44)包括: 編碼單元(32)，所述編碼單元(32)被布置成:在所述檢測階段，通過將擴展碼應用到所述第一試驗碼元，來生成所述第一試驗碼片序列。
3.根據權利要求1或2所述的接收設備(10)，其中所述第一試驗碼元是數據分組前導的一部分。
4.根據任何一個前述權利要求所述的接收設備(10)，還包括: 天線單元(12)，所述天線單元(12)包括用於接收所述射頻信號的一個或多個天線(16、18);以及 天線控制單元(40)，所述天線控制單元(40)被布置成:響應於所述最大相關性值低於所述閾值，來選擇所述天線單元(12)的另一個操作模式。
5.根據權利要求4所述的接收設備(10)，其中所述天線單元(12)具有至少兩個不同的操作模式，每個所述操作模式的特徵在於:激活天線集合、所述天線的取向、或其組合。
6.根據權利要求4或5所述的接收設備(10)，其中選擇另一個操作模式的操作包括:去激活所述天線(16、18)中的一個(16)，並且激活另一個(18)。
7.根據任何一個前述權利要求所述的接收設備(10)，還包括電力控制單元(42)，所述電力控制單元(42)被布置成:響應於所述最大相關性值低於所述閾值，來將所述接收設備(10)設置為睡眠模式。
8.根據任何一個前述權利要求所述的接收設備(10)，其中所述檢測階段是第一檢測階段，並且所述接收設備(10)被布置成:響應於所述最大相關性值超過所述閾值，來發起第二檢測階段。
9.根據權利要求8所述的接收設備(10)，其中，所述相關性單元(28)被布置成:在所述第二檢測階段，基於所述多個試驗碼片序列以及基於包含在所述碼片流中的第二碼片序列，來確定多個第二相關性值，所述第二碼片序列具有一個碼元的長度，每個所述第二相關性值指明在相應一個的所述試驗碼片序列和所述第二碼片序列之間的相關性程度；以及 所述比較單元(38)被布置成:在所述第二檢測階段，確定所述第二相關性值的最大一個是否超過所述閾值。
10.根據權利要求9所述的接收設備(10)，其中所述第一碼片序列和所述第二碼片序列是連續的碼片序列，或者是部分重疊的碼片序列。
11.根據權利要求9或10所述的接收設備(10)，還被布置成:響應於所述最大第二相關性值超過所述閾值，來發起解碼階段。
12.根據權利要求11所述的接收設備(10)，其中: 所述碼片序列生成單元(44)被布置成:在所述解碼階段，生成表示多個試驗碼元的多個第三試驗碼片序列； 所述相關性單元(28)被布置成:在所述解碼階段，基於所述多個試驗碼片序列以及基於包含在所述碼片流中的第三碼片序列，來確定多個第三相關性值，所述第三碼片序列具有一個碼元的長度，每個所述第三相關性值指明在相應一個的所述第三試驗碼片序列和所述第三碼片序列之間的相關性程度；以及 所述比較單元(38)被布置成:在所述多個試驗碼元中，確定和所述第三相關性值中的最高一個相關聯的所述試驗碼元。
13.根據權利要求12所述的接收設備(10)，被布置成:以所述碼片流的碼元速率重複所述解碼階段。
14.根據任何一個前述權利要求所述的接收設備(10)，被布置成:根據ZigBee協議操作。
15.一種接收直接序列擴展頻譜DSSS信號的方法，包括: 在檢測階段，從射頻信號提取碼片流，所述碼片流包括第一碼片序列，所述第一碼片序列具有一個碼元的長度； 在所述檢測階段，基於表示第一試驗碼元的第一試驗碼片序列以及基於多個索引循環過程，來生成多個試驗碼片序列，每個試驗碼片序列相對於所述第一試驗碼片序列被索引循環了一個所述索引循環過程； 在所述檢測階段，基於所述多個試驗碼片序列以及基於所述第一碼片序列，來確定多個相關性值，每個所述相關性值指明在相應一個的所述試驗碼片序列和所述第一碼片序列之間的相關性程度；以及 在所述檢測階段，確定所述相關性值的最大一個是否超過定義閾值。
16.一種包括代碼部分的電腦程式產品，所述代碼部分當在可編程裝置上運行的時候，用於執行正如權利要求13所述的方法的步驟。
【文檔編號】H04B1/7073GK103947123SQ201180074920
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2011年11月16日 優先權日:2011年11月16日
【發明者】羅伯特·加奇, 多米尼克·德爾貝克 申請人:飛思卡爾半導體公司