CN103858490A - 用于唤醒电子系统的发射机、接收机、航空航天器和方法 - Google Patents

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CN103858490A CN201280049177.XA CN201280049177A CN103858490A CN 103858490 A CN103858490 A CN 103858490A CN 201280049177 A CN201280049177 A CN 201280049177A CN 103858490 A CN103858490 A CN 103858490A
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Abstract

本发明创建用于唤醒电子系统的发射机(1)，包括：被设计为生成具有第一频率的载波信号(TS)的第一信号发生器(2)、被设计为生成具有第二频率的信息信号(IS)的第二信号发生器(3)、被设计为通过载波信号调制信息信号的单边带调制器(4)、以及被设计为发射所生成的载波信号和经调制的信息信号(mod(IS，TS))的发送设备(5)。本发明还创建了接收机、航空航天器和方法。

Description

用于唤醒电子系统的发射机、接收机、航空航天器和方法
技术领域
本发明涉及用于唤醒电子系统的发射机、电子系统的接收机、航空航天器、以及用于唤醒电子系统的方法。
背景技术
虽然可以在任意电子系统上使用本发明，但是关于航空航天器中的电子系统详细地解释本发明和潜在的问题。
当在航空器中开发电子系统时，开发工程师的主要开发目的之一是最小化电子系统的能耗。这是优先目标，特别是在具有自备电源并且从电池或者通过储能器的方式获得操作所需的功率的电子系统中。
这种利用自备电源的操作对于例如布置在无线传感器网络中的无线电传感器是有利的。
为了减小此类电子系统的能量需求，例如可以循环地操作这些电子系统。在该过程中，周期性地接通或关断电子系统，以在不需要操作电子系统时节省电能并且当需要时操作电子系统。
为了使得能够以这种循环操作模式操作电子系统，需要向电子系统告知何时需要操作电子系统。例如，可以通过定时器的方式接通或关断电子系统。
如果通过定时器接通或关断电子系统，则并不总是可以对可能出现并且可能需要电子系统操作的任何例外情况进行响应。
为了使电子系统能够甚至在例如这些例外情况下操作，可以通过无线电信号(具体地，例如无线电唤醒信号)来唤醒电子系统。为了允许通过无线电信号唤醒电子系统，电子系统进而需要用于检测无线电信号然后唤醒整个电子系统的接收机。
来自弗劳恩霍夫集成电路研究所(IIS)的tcm182唤醒接收机是适合的无线电接收机的示例，并且该接收机需要约10μm的功率并在频率为868MHz的情况下具有-60dBm的灵敏度。
tcm182唤醒接收机可以使用CR2032型纽扣电池工作约2年。
例如，在WO2009/078600中也公开了唤醒接收机。
发明内容
本发明的一个目的是更多地减少电子系统的能量需求，并且使得可以使用一个唤醒信号来寻址大量电子系统。
根据本发明，该目的是通过具有权利要求1所述的特征的发射机、具有权利要求4所述的特征的接收机、具有权利要求10所述的特征的航空航天器和具有权利要求11所述的特征的方法来实现的。
因此，提出以下内容：
用于唤醒电子系统的发射机，包括：第一信号发生器，被设计为生成具有第一频率的载波信号；第二信号发生器，被设计为生成具有第二频率的信息信号；单边带调制器，被设计为通过所述载波信号来调制所述信息信号；以及发送设备，被设计为发送所生成的载波信号和经调制的信息信号。
一种用于电子系统的接收机，包括：混频设备，被设计为将接收的无线电信号与自身进行混频并且发射经混频的无线电信号；解调器，被设计为对所发射的经混频的无线电信号进行解调并且发射经解调的无线电信号；以及地址解码器，被设计为将所述经解调的无线电信号与预定义地址码进行比较，并且如果所述经解调的无线电信号显示所述预定义地址码，则发射唤醒信号。
一种航空器或航天器，包括根据本发明的至少一个发射机和包括根据本发明的接收机的至少一个电子系统。
一种用于特别是在航空或航天工业中唤醒电子系统的方法，包括以下步骤：提供根据本发明的发射机；提供根据本发明的接收机；发射载波信号和经单边带调制的信息信号；接收包括所发射的载波信号和经调制的信息信号的无线电信号；将所接收的无线电信号与自身进行混频；对经自混频的无线电信号进行解调；将经解调的无线电信号与预定义地址码进行比较，并且如果所述经解调的无线电信号显示所述预定义地址码，则发射唤醒信号。
本发明潜在的事实是在接收机中评估以常见方式调制的无线电信号需要复杂的电子评估系统。这种电子评估系统增加了接收机所需的能量。
本发明潜在的构思需要考虑该事实并且提供了在无需使用这种复杂的电子系统的情况下评估用于唤醒电子系统的无线电信号的机会。
为此，发射无线电信号，该无线电信号包括具有第一频率的载波信号和已经通过载波信号调制的具有第二频率的信息信号。具体地，提出通过载波信号对信息信号进行单边带调制。可以在接收机中通过将包括信息信号和载波信号二者的所接收的无线电信号与自身进行简单的混频来重构这种信息信号。
如果通过载波信号经由单边带调制来调制信息信号，则信息信号被移至处于第一频率和第二频率的总和的区域中的频率范围内的频率，并且该信息信号与来自传统的混频的上边带相对应。由于单边带调制的性质，由此仅发射由于混频产生的边带之一，不生成等于第一频率减去第二频率的下边带。如果接收的无线电信号然后与自身进行混频，则信息信号直接移回至第二频率，然后可以被进一步处理。
如果如上所述，载波信号和信息信号被发射以唤醒电子系统，则实质上由信息信号的带宽来确定发射的信号的带宽。如果例如为了识别要唤醒的电子系统而在信息信号中发送地址码，则信息信号可以适应要寻址的多个电子系统。具体地，信息信号可以具有从500Hz至10kHz的带宽，并且具体地，还具有从1kHz至5kHz以及从1kHz至2kHz的带宽。
此外，还可以在被认为适合于相应应用的实质上任意范围内选择第一频率和第二频率。具体地，第一频率可以在1GHz与10GHz之间、3GHz与7GHz之间以及4.3GHz。第二频率可以在1MHz与1GHz之间，具体地，在距第一频率10MHz与200MHz之间。第一频率和第二频率的其他数字也是可能的。
可以根据本发明仔细地且非常可靠地唤醒电子系统。为了使得利用本发明错误地唤醒电子系统，接收机将必须在第一频率和第二频率周围非常窄的频率范围内接收到干扰信号。此外，针对第二频率的干扰信号还将必须显示接收干扰信号的电子系统的地址码。因此，本发明还提供了不太可能错误地唤醒电子系统的优点。
在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例和改善。
根据优选的开发，第二信号发生器被设计为至少根据地址码和/或信道号和/或时隙号和/或接入码来生成信息信号。如果可以在信息信号中提供各种各样的信息，则可以甚至在无线电数据传输开始之前向电子系统传送例如用于无线电数据传输的重要操作参数。因此，这使得更快且更安全地建立连接。
根据优选的开发，第二信号发生器被设计为通过频率调制和/或幅度调制和/或模拟调制方法和/或数字调制方法生成信息信号。如果提供不同的调制方法以在信息信号中标记数据，则可以是灵活地使信息信号适应不同应用的需求。具体地，可以在该过程中考虑由于使用环境和所需的数据传输率引起的带宽限制。
根据优选的开发，解调器被设计为检测器接收机和/或鉴别器和/或另一解调器。具体地，解调器被设计为使得它能够对通过频率调制和/或幅度调制和/或模拟调制方法和/或数字调制方法生成的信息信号进行解调。
根据优选的开发，混频设备包括非线性电组件，例如，二极管，具体地，肖特基二极管，和/或具有一个输入端的场效应晶体管和/或具有两个输入端的场效应晶体管。如果提供了仅由无源电组件构成的混频设备，则这使得可以使接收机的能耗保持较低。
根据优选的开发，提供了接收无线电信号的天线，该无线电信号包括具有第一频率的载波信号和通过所述载波信号使用单边带调制进行调制的具有第二频率的信息信号。此外或备选地，还在混频设备之前提供第一滤波器，该滤波器对所接收的无线电信号进行滤波，使得所接收的经滤波的无线电信号至少包括载波信号和经单边带调制的信息信号。如果提供用于接收无线电信号的专用天线，则该天线可以具体地适合于接收处于第一频率和第二频率的信号。因此，可以提高接收机的接收性能。
如果提供了第一滤波器，则可以在与自身进行混频之前将在接收机中必须处理的信号限制到相关的频率范围。因此，提前消除了无线电信号中包含的干扰，并且可以毫无疑问地识别信息信号中的信息。
根据优选的开发，在混频设备与解调器之间提供第二滤波器，该滤波器被设计为对经混频的无线电信号进行滤波，使得经滤波器的无线电信号至少包括具有第二频率的信息信号。当经滤波的无线电信号与自身进行混频时，除了具有第二频率的信息信号之外，还有其他混频结果可以根据混频设备而产生。如果提供了仅允许感兴趣的频率范围中的信号通过的第二滤波器，则可以消除这些不期望的混频结果。这准许对包含在信息信号中的信息进行特定识别。
根据优选的开发，还在混频设备与解调器之间提供第一放大器，该放大器被设计为对经混频的无线电信号进行放大。如果经混频的无线电信号被放大，则促进对经混频的无线电信号的解调，这是因为由于经放大的信号电平，因此解调器的灵敏度可以低于在没有放大的情况下的灵敏度。
根据优选的开发，在解调器与地址解码器之间提供第二放大器，该放大器对经解调的无线电信号进行放大，使得可以由地址解码器评估经解调的无线电信号。这种放大器使得可以毫无疑问地评估信息信号。第二放大器还使得如果其是针对例如不同的信号电平而设计的，则可以调整解调器与地址解码器之间的信号。
根据优选的开发，低能量时钟发生器控制接收机并且以固定时钟比率激活该接收机。具体地，接收机被去激活的时间长于接收机被激活的时间。在该情况下，接收机被接通的次数越多，接收机就可以更快速地对唤醒信号进行响应。因此，可以根据相应应用来优化和调整用于接通接收机的时钟比率。
根据优选的开发，接收机的组件可以保持低能量状态，直到它们在其输入端检测到信号为止。只有在此时，相应的组件才切换到正常状态并且处理相应信号。因此，可以进一步减少接收机所需的能量。
根据优选的开发，接收机的接收天线还可以用作电子系统的用于数据发送的天线。此外或备选地，还可以使用第一滤波器来进行电子系统的数据发送。因此，这使得可以减小电子系统的复杂度和成本。
附图说明
下面在实施例的帮助下参照附图更详细地解释本发明。
附图示出了：
图1是根据本发明的发射机的实施例的框图；
图2是根据本发明的接收机的实施例的框图；
图3是根据本发明的航空航天器的实施例的框图；
图4是根据本发明的方法的实施例的流程图；以及
图5是根据本发明的接收机的另一实施例的框图。
在附图中，除非另外指定，否则相同的附图标记是指相同的组件或者具有相同功能的组件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的发射机1的实施例的框图。
发射机1包括第一信号发生器2，第一信号发生器2被设计为具有固定频率的振荡器2并且发出载波信号TS。发射机1还包括第二信号发生器3，第二信号发生器3被设计为AM调制器3并且发射信息信号IS。单边带调制器4使用单边带调制通过载波信号TS根据信息信号IS生成经调制的信息信号mod(IS，TS)。最后，发送设备5将载波信号TS和经调制的信息信号mod(IS，TS)作为无线电信号FS进行发射。
在图1中，AM调制器3生成信息信号IS，在该信息信号IS中，通过幅度调制标记少量数据。该数据包括要唤醒的电子系统的地址码。在其他实施例中，可以在信息信号IS中标记更多数据。该数据可以包括例如信道号、时隙号、接入码等。例如，可以在信息信号IS中标记定义与要唤醒的电子系统的无线电通信的参数的数据。
在其他实施例中，第二信号发生器3被设计为FM调制器3或者适合于在信息信号IS上标记数据的任何其他调制器3。
图2示出了根据本发明的接收机10的实施例的框图。
接收机10包括混频设备11，该混频设备11被设计为肖特基二极管11，肖特基二极管11被设计为将接收的无线电信号FS与自身进行混频。然后，经混频的无线电信号gem(FS)通过AM解调器12(例如，通过检测接收机12)解调，然后作为经解调的无线电信号demod(FS)传送到地址解码器13。当经解调的无线电信号demod(FS)显示预定义的地址码时，地址解码器13发出唤醒信号WS。
在其他实施例中，解调器13被设计为FM解调器13，例如，设计为鉴别器13。在其他实施例中，解调器13被设计为适合于对经解调的无线电信号(FS)进行解调以获得包含在信息信号IS中的信息的任何解调器13。
图3示出了根据本发明的航空航天器20的实施例的框图。
图3中的航空航天器20被设计为航空器20，航空器20包括发射机1和电子系统21。电子系统21还包括接收机10，接收机10被设计为当接收机10从发射机1接收到适合的无线电信号FS时唤醒电子系统21。
在其他实施例中，航空器20可以包括多于一个电子系统21。例如，航空器20可以在每一个座位处包括电子系统21。
在其他实施例中，航空航天器20可以被设计为航天器20，例如，火箭20。
陆地交通工具或水上交通工具中的应用也可以替代航空器或航天器中的应用来设想。
图4示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。
在根据本发明的方法中，在第一步骤S1中提供了根据本发明的发射机1。在第二步骤S2中提供了根据本发明的接收机10。然后，在第三步骤S3中发射载波信号TS和经调制的信息信号mod(IS，TS)。在第四步骤S4中由接收机10接收所发射的无线电信号FS，无线电信号FS包括发射的载波信号TS和经调制的信息信号mod(IS，TS)。然后，在第五步骤S5中将接收的无线电信号FS与自身进行混频。在第六步骤S6中，对已经与自身进行混频的无线电信号gem(FS)进行解调。在第七步骤S7中，将经解调的无线电信号demod(FS)与预定义地址码进行比较，如果经解调的无线电信号demod(FS)显示预定义地址码，则发射唤醒信号WS。
图5示出了根据本发明的接收机10的另一实施例的框图。
图5中的接收机10与图1中的接收机的不同之处在于，在混频设备11之前提供天线14和串联在天线14之后的第一滤波器15。在该情况下，天线14适合于载波信号TS和经单边带调制的信息信号mod(IS，TS)所处的频率范围。在图5中，滤波器15被设计为带通滤波器15，带通滤波器15还适合于允许载波信号TS和经单边带调制的信息信号mod(IS，TS)所处的频率范围中的信号通过。在图5中在混频设备11之后提供第一放大器17，该放大器放大与自身进行混频的无线电信号gem(FS)，并且将其传送到第二滤波器16。第二滤波器16被设计为高频选择滤波器16，高频选择滤波器16适合于第二频率，即，原始信息信号IS的频率。因此，这减少了经混频的无线电信号gem(FS)中的噪声和外来信号。最后，在解调器12之后提供第二放大器18，该放大器对经解调的无线电信号demod(FS)进行放大，使得可以由地址解码器13处理该信号。
虽然已经在本文中通过优选的实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述内容，而是可以以多个方式被修改。
例如，可以在除了航空航天器之外的交通工具中使用本发明。举例说明，可以在船、汽车和轨道交通工具中使用本发明。
附图标记列表
1发射机
2信号发生器
3信号发生器
4带边带调制器
5发送设备
10接收机
11混频设备
12解调器
13地址解码器
14天线
15滤波器
16滤波器
17放大器
18放大器
20航空航天器
21电子系统
TS载波信号
IS信息信号
FS无线电信号
WS唤醒信号
mod(IS，TS)经调制的信息信号
gem(FS)经混频的无线电信号
demod(FS)经解调的无线电信号
S1-S7方法中的步骤

Claims (15)

1.一种用于唤醒电子系统(21)的发射机，包括：
第一信号发生器(2)，被设计为生成具有第一频率的载波信号TS；
第二信号发生器(3)，被设计为生成具有第二频率的信息信号IS；
单边带调制器(4)，被设计为通过所述载波信号TS来调制所述信息信号IS，并将其作为经调制的信息信号mod(TS，IS)来提供；
发送设备(5)，被设计为发射所生成的载波信号TS和经调制的信息信号mod(TS，IS)。
2.根据权利要求1所述的发射机，其特征在于，
所述第二信号发生器(3)被设计为至少根据地址码和/或信道号和/或时隙号和/或接入码来生成所述信息信号IS。
3.根据前述权利要求之一所述的发射机，其特征在于，
所述第二信号发生器(3)被设计为通过频率调制和/或幅度调制和/或模拟调制方法和/或数字调制方法来生成所述信息信号IS。
4.一种用于电子系统(21)的接收机，包括：
混频设备(11)，被设计为将接收的无线电信号FS与自身进行混频，并发射经混频的无线电信号gem(FS)；
解调器(12)，被设计为对所发射的经混频的无线电信号gem(FS)进行解调，并发射经解调的无线电信号demod(FS)；
地址解码器(13)，被设计为将所述经解调的无线电信号demod(FS)与预定义地址码进行比较，并且如果所述经解调的无线电信号demod(FS)显示所述预定义地址码，则发射唤醒信号。
5.根据权利要求4所述的接收机，其特征在于，
所述混频设备(11)包括非线性电组件和/或二极管，具体地，肖特基二极管，和/或具有一个输入端的场效应晶体管和/或具有两个输入端的场效应晶体管。
6.根据权利要求4和5中任意一项所述的接收机，其特征在于，
提供用于接收所述无线电信号FS的天线(14)，所述无线电信号包括具有第一频率的载波信号TS和使用单边带调制通过所述载波信号TS调制的具有第二频率的信息信号mod(IS，TS)；以及在所述混频设备(11)之前与所述天线(14)串联连接的第一滤波器(15)，所述滤波器对所接收的无线电信号FS进行滤波，使得所接收的经滤波的无线电信号FS至少包括所述载波信号TS和所述经单边带调制的信息信号mod(IS，TS)。
7.根据权利要求4至6中任意一项所述的接收机，其特征在于，
在所述混频设备(11)与所述解调器(12)之间提供第二滤波器(16)，所述滤波器被设计为对所述经混频的无线电信号gem(FS)进行滤波，使得经滤波的无线电信号FS至少包括处于所述第二频率的所述信息信号IS。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的接收机，其特征在于，
还在所述混频设备(11)与所述解调器(17)之间提供第一放大器(17)，所述放大器被设计为对所述经混频的无线电信号gem(FS)进行放大。
9.根据权利要求4至8中任意一项所述的接收机，其特征在于，
在所述解调器(12)与所述地址解码器(13)之间提供第二放大器(18)，所述放大器对所述经解调的无线电信号demod(FS)进行放大，使得能够通过所述地址解码器(13)评估所述经解调的无线电信号demod(FS)。
10.一种航空器或航天器，具有根据权利要求1至3中任意一项所述的至少一个发射机(1)和包括根据权利要求4至9中任意一项所述的接收机(10)的至少一个电子系统(21)。
11.一种用于使用以下步骤特别是在航空或航天工业中唤醒电子系统(21)的方法：
提供(S1)根据权利要求1至3中任意一项所述的发射机(1)；
提供(S2)根据权利要求4至9中任意一项所述的接收机(2)；
发射(S3)载波信号TS和经单边带调制的信息信号mod(IS，TS)；
接收(S4)包括所发射的载波信号TS和经调制的信息信号mod(IS，TS)的无线电信号FS；
将所接收的无线电信号FS与自身进行混频(S5)；
对已经与自身进行混频的所述无线电信号FS进行解调(S6)；
将经解调的无线电信号FS与预定义地址码进行比较(S7)，并且如果所述经解调的无线电信号FS显示所述预定义地址码，则发射唤醒信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无线电信号FS包括具有第一频率的载波信号TS和使用单边带调制通过所述载波信号TS调制的具有第二频率的信息信号mod(IS，TS)，并且在接收(S4)之后对所接收的无线电信号FS进行滤波，使得所接收的经滤波的无线电信号FS至少包括所述载波信号TS和所述经单边带调制的信息信号mod(IS，TS)。
13.根据权利要求11和12中任意一项所述的方法，其中，在已经将所接收的无线电信号FS与自身进行混频(S5)之后，对经混频的无线电信号gem(FS)进行滤波，使得经滤波的无线电信号FS至少包括具有所述第二频率的所述信息信号IS。
14.根据权利要求11至13中任意一项所述的方法，其中，所述经混频的无线电信号gem(FS)被放大。
15.根据权利要求11至14中任意一项所述的方法，其中，在对已经与自身进行混频的所述无线电信号gem(FS)进行解调(S6)之后，对经解调的无线电信号demod(FS)进行放大，使得能够通过地址解码器(13)评估所述经解调的无线电信号demod(FS)。
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