CN105827387A - 发送装置、接收装置及通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了发送装置、接收装置、由发送装置发送帧的方法、由接收装置接收数据的方法以及通信系统。发送装置包括发送单元，该发送单元将以下帧发送至执行间歇接收的接收装置，在所述帧中以每个均比间歇接收的时间间隔短的时间间隔来重复子帧，所述子帧包括至少前同步码、同步字和针对接收装置的数据。

Description

发送装置、接收装置及通信系统
技术领域
本发明涉及发送装置、接收装置及通信系统。
背景技术
间歇接收是降低彼此进行无线通信的节点的接收侧的节点的功耗的方法之一。在间歇接收中，接收侧上的节点执行下面的操作。即，接收侧的节点以特定时间间隔(也称为监视时间间隔)执行载波感测。当在载波感测中检测到载波(从发送侧的节点发送的无线帧)时，接收侧上的节点接收包括在无线帧中的数据。除了预定功能以外，接收侧上的节点在不执行载波感测期间处于断电状态(称为省电模式)。如上所述，间歇接收可以被视为以下方法，该方法以预定时间间隔解除省电模式以试图感测来自发送装置的帧，并且当可以检测到无线帧时接收包括在该无线帧中的数据。
在间歇接收中，当无线帧的发送时间段比监视时间间隔的时间长度短时，在一些情况下，接收侧上的节点不能在监视时间间隔期间检测到所发送的无线帧。因此，将无线帧的发送时间段设置成比监视时间间隔长。例如，当监视时间间隔是2秒时，发送以下无线帧序列，在该无线帧序列中，在具有例如大约2.2秒长度的前同步码之后紧跟着同步字(SyncWord)、有效载荷和CRC部分。通过接收包括在有效载荷中的数据进行数据的接收。
专利文献
[专利文献1]日本专利公开No.2000-209299
[专利文献2]日本专利公开No.2013-5419
发明内容
[本发明要解决的问题]
当同步字与保存(存储)在接收侧的节点中的同步字相匹配时，接收侧的节点接收有效载荷。因此，当检测到载波(前同步码)时，接收侧的节点等待(standby)接收同步字。解除省电模式的状态继续直到检测到同步字为止。
如上面所提到的，当前同步码的时间长度是大约2.2秒时，从感测到前同步码直到接收同步字会花费2秒或更长的时间段。从降低功耗的角度来看，在这样的时间段期间解除省电模式不是优选的。
本发明具有以下目的：提供能够缩短在接收装置中解除省电模式的时间段的技术。
[解决问题的方案]
根据一个方面，一种发送装置包括发送单元，该发送单元被配置成将以下帧发送至执行间歇接收的接收装置，在该帧中以每个均比间歇接收的时间间隔短的时间间隔来重复子帧，子帧包括至少前同步码、同步字和针对接收装置的数据。
[本发明的效果]
作为一个方面，可以实现缩短在接收装置中解除省电模式的时间段。
附图说明
图1是示出了根据相关技术的无线信号的格式的图；
图2是根据相关技术在无线通信装置(发送装置或接收装置)中如何消耗电力的示意图；
图3示出了根据实施方式的通信系统的示例；
图4示出了在根据实施方式的通信系统中从发送装置被发送至接收装置的无线信号(无线帧)的格式的示例；
图5是示出了无线通信装置的配置示例的图；
图6是示出了由MCU执行的处理的示例的流程图；
图7是示出了由RFLSI执行的处理的示例的流程图；
图8是示出了由该RFLSI执行的处理的示例的流程图；
图9是实施方式的操作优点的示意图；
图10是实施方式的操作优点的示意图；
图11是示出了重复接收数据的示例的图；以及
图12是避免重复接收数据(对剩余时间的等待处理)的方法的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述实施方式。实施方式的配置仅仅是示例，并且本发明不限于实施方式的配置。
[相关技术]
首先，将描述相关技术。图1是示出了根据相关技术的无线帧(无线信号)的格式的图。在下文中，将无线帧简称为帧。如图1所示，帧由前同步码和除了前同步码以外的部分构成。除了前同步码以外的部分包括例如跟在前同步码之后的同步字(SyncWord)、有效载荷(数据)和循环冗余校验(CRC)。
图2是根据相关技术在无线通信装置(发送装置、接收装置)中如何消耗电力的示意图。发送装置和接收装置中的每一个包括执行无线处理的RF(射频)LSI(大规模集成电路)和对RFLSI进行控制的微控制器(微控制单元：MCU)。
在图2中，最上面的图示出了在发送装置的RFLSI中电流消耗与时间之间的关系(功耗)。上数第二个图示出了在发送装置的MCU中电流消耗与时间之间的关系(功耗)。上数第三个图示出了在接收装置的RFLSI中电流消耗与时间之间的关系(功耗)。最下面的图示出了在接收装置的MCU中电流消耗与时间之间的关系(功耗)。
图1中所示的发送装置的RFLSI在无线信号(前同步码、同步字、有效载荷和CRC)的发送时间段期间消耗电流。除了在该时间段期间以外，RFLSI转变至省电模式。同时，发送装置的MCU在生成前同步码、同步字、数据(有效载荷)和CRC的时间段以及对RFLSI进行操作的时间段期间消耗电流。除了在所述时间段期间以外，MCU转变至省电模式。
同时，接收装置的RFLSI以预定监视时间间隔(以下，简称为时间间隔或CS时间间隔)解除省电模式并且对来自发送装置的无线信号执行载波感测(CS)。在载波感测的时间段期间消耗电力。当在载波感测中检测到载波时，RFLSI等待同步字(等候SyncWord)。在确认同步字相匹配之后，执行有效载荷(数据)的接收(接受)。
在载波感测、同步字等待和有效载荷接收期间，RFLSI处于活动状态(活动模式)。因此，所消耗的电力多于在省电模式下消耗的电力。不在载波感测、同步字等待和有效载荷接收的时间段期间，RFLSI转变至没有预定功能的非活动状态，即，省电模式。
当RFLSI接收有效载荷(数据)时，接收装置的MCU解除省电模式以转变至活动状态(活动模式)。MCU对所接收的数据进行处理并且当完成处理时，再次转变至省电模式。因此，在MCU对数据进行处理期间，所消耗的电力多于在省电模式下消耗的电力。
当图2中所示的接收装置的监视载波的时间间隔例如为2秒时，图1和图2中所示的前同步码的时间长度被设置为例如2.2秒。在这种情况下，在感测到前同步码之后，接收装置的RFLSI执行最长2.2秒的同步字等待来检测同步字。由于RFLSI在同步字等待期间处于活动模式，所以与省电模式相比消耗更多电力。
在下面要描述的实施方式中，将描述发送帧的方法、无线通信装置等，该方法能够通过缩短上述同步字等待的时间段(在其期间解除省电模式的时间段)来降低功耗。
[实施方式]
图3示出了根据实施方式的通信系统的示例。该通信系统包括通过无线通信彼此发送和接收数据的两个无线通信装置1。无线通信装置1中的其中一个无线通信装置1操作为发送包括数据的无线信号(帧)的发送装置，另一个无线通信装置1操作为接收所发送的无线信号(帧)的接收装置。在下文中，将发送侧的无线通信装置1表达为发送装置1A，将接收侧的无线通信装置1表达为接收装置1B。
图4是示出了从发送装置1A被发送至接收装置1B的无线信号(帧)的格式示例的图。如图4所示，帧10具有预定时间长度并且具有以下格式，在该格式中具有相同内容的子帧11被连续地重复多次。每个子帧11包括前同步码12、同步字13、有效载荷(数据)14和CRC部分15。前同步码12、同步字13和CRC部分15每个都具有固定大小。有效载荷可以具有固定大小或可变大小。子帧11是集合的示例。
有效载荷14包括用于计算帧10的结束(结束时间)的信息以及其他数据。用于计算结束的信息包括例如表示子帧11的剩余重复的数量的信息。另外，用于计算结束的信息还可以包括例如表示子帧11的长度(大小)的信息。例如，可以根据帧10的长度(大小)和重复的数量计算子帧长度，帧10的长度(大小)由包括在有效载荷14中的信息来表示。在本实施方式中，在一个无线帧10中，以重复方式发送子帧11。除了用于计算结束的信息以外，可以使子帧11的内容相同。然而，在除了用于计算结束的信息以外的信息中，子帧11的内容可以不同。
图5是示出了无线通信装置1的配置示例的图。图5中所示的无线通信装置1可以用作发送装置1A和接收装置1B。无线通信装置1包括执行无线处理的RFLSI20(在下文中，被表达为LSI20)、对LSI20进行操作控制并且对所接收的数据进行处理的MCU30。LSI20和MCU30均在省电模式与活动模式之间转变。
LSI20包括与天线21连接的RF处理单元22、与RF处理单元22连接的接收检测单元23、与接收检测单元23连接的同步字识别单元24和与同步字识别单元24连接的接收通知单元25。此外，LSI20包括与同步字识别单元24连接的接收单元26、与接收单元26连接的缓冲器26A以及与接收单元26连接的控制单元27。此外，LSI20包括与控制单元27连接的计时器28、与控制单元27连接的发送单元29，该发送单元29被连接至RF处理单元22。
MCU30电连接至LSI20并且包括只读存储器(ROM)31和随机存取存储器(RAM)32。RF处理单元22对从天线21接收的无线信号执行接收处理并且对要从天线21发送的无线信号执行发送处理。
接收检测单元23对帧10执行载波感测，以检测由RF处理单元22接收的载波。以预先设置的监视时间间隔执行载波感测。具体地，当由天线21接收的无线电波的接收强度(接收强度信号指示符(RSSI))超过阈值时，接收检测单元23对接收进行检测。
当接收检测单元23检测到载波时，同步字识别单元24等待载波中的同步字13。同步字识别单元24具有用于同步字13的等待计时器。如果在等待计时器到期之前同步字13被接收到，则同步字识别单元24确定同步字是否与预先保存在LSI20中的同步字相匹配。当在同步字识别单元24中同步字相匹配时，接收通知单元25利用中断将接收通知发送至MCU30，并且使MCU30解除省电模式(使MCU30转变至活动模式)。
当在同步字识别单元24中同步字13相匹配时，接收单元26接收有效载荷14并且将该有效载荷14存储在缓冲器26A中。缓冲器26A具有例如在其中按照到达次序存储有效载荷14的队列(FIFO(先进先出))。
控制单元27对LSI20的各单元的操作进行控制。例如，控制单元27执行以下操作：利用计时器28设置载波感测的时间间隔(监视时间间隔)，设置由包括在同步字识别单元24中的用于同步字13的等待计时器计数的时间，帧10的装配等。发送单元29对帧10执行发送处理。计时器28是对监视时间间隔进行管理的计时器。LSI20是发送单元和接收单元的示例。注意，至少由LSI20的控制单元27执行的帧10的生成处理以及帧10的结束时间的计算处理可以由运行程序的处理器来执行。该处理器包括CPU、微计算机、微控制器等。
MCU30将存储在ROM31中的程序加载至RAM32并且运行该程序以执行各种处理。例如，MCU30执行给LSI20设置间歇接收的时间间隔的处理。另外，MCU30对由LSI20接收的数据进行处理。
图6是示出了由MCU30执行的处理的示例的流程图。图6中所示的处理开始于例如预定触发，如MCU30的通电。在01中，MCU30执行初始化处理。
在02中，MCU30设置LSI20的间歇接收的时间间隔(监视时间间隔)。MCU30将包括时间间隔的值的设置指令发送至LSI20的控制单元27。在LSI20中，控制单元27根据设置指令来设置时间间隔。
在03中，MCU30转变至省电模式。即，利用来自LSI20的中断使MCU30进入等待接收通知的状态(04和05)。在省电模式下，使MCU30进入以下状态(断电)：除了等待接收通知以外，停止MCU30的操作和处理。
当在05中接收到接收通知时(在05中，是)，MCU30解除省电模式以转变至活动模式(06)。MCU30从缓冲器26A的队列取出存储在有效载荷14中的数据并且对该数据执行预定处理(07)。当完成对数据的处理时，该处理返回至03并且MCU30再次转变至省电模式。
图7和图8是示出了由LSI20执行的处理的示例的流程图。图7中所示的处理开始于例如预定触发，如LSI20的通电。首先，在101中，LSI20执行初始化处理。
当完成初始化时，LSI20等待来自MCU30的间歇接收的时间间隔的设置指令(102和103)。当从MCU30输入设置指令时，执行用于间歇接收的时间间隔设置(104)。即，控制单元27从MCU30接收设置指令并且为计时器28设置由该设置指令指定的时间间隔。这使得无论计时器28何时到期接收检测单元23都执行载波感测。载波感测是感测无线帧的尝试的示例。
当完成时间间隔的设置时，LSI20转变至省电模式并且进入等待载波感测(CS)定时的状态。即，LSI20等待计时器28到期。在LSI20的省电模式下，LSI20进入以下状态(断电)：除了控制单元27等待计时器28到期的功能以外，停止LSI20的操作和处理。
当计时器28到期，即，CS定时到来时(在106中，是)，LSI20从省电模式转变至活动模式，并且接收检测单元23执行载波感测(107)。即，接收检测单元23测量由天线21接收的无线电波的接收信号强度指示符(RSSI)，并且确定RSSI是否超过预定阈值(108)。当RSSI未超过阈值时(在108中，否)，认为未检测到载波，该处理返回至105，在105，LSI20转变至省电模式以等待直到下一个CS定时为止。
另一方面，当RSSI超过阈值时(在108中，是)，该处理进行至109。在109中，同步字识别单元24对用于同步字13的等待计时器进行设置并且等待接收同步字13(110)。当在等待计时器到期之前同步字13被接收到时(在110中，是)，该处理进行至步骤111。另一方面，当等待计时器到期时(在109中，是)，LSI20转变至省电模式并且等待下一个CS定时(105)。
在111中，同步字识别单元24检查同步字。即，同步字识别单元24将所接收的同步字13与预先保存在LSI20中的同步字进行比较，以确定这两个同步字是否匹配。在此，当同步字13不匹配时(在111中，否)，该处理返回至105。另一方面，当同步字13匹配时(在111中，是)，接收单元26接收在同步字13之后的有效载荷14并且将该有效载荷14存储在缓冲器26A中(112)。在此，接收单元26执行CRC校验，并且当CRC校验结果正确时，将有效载荷14存储在缓冲器26A中。当CRC校验不正确时，不存储有效载荷14，并且LSI20进入等待下一个CS定时的状态。
当将有效载荷14成功地存储在缓冲器26A中时，接收通知单元25利用中断将接收通知发送至MCU30(113)。以这种方式，MCU30执行图6中的步骤06和步骤07的处理。
在114中，控制单元27参考包括在缓冲器26A中存储的有效载荷14(图4)中的用于计算结束的信息并且计算帧10的接收的结束(结束时间)。可以例如如下执行结束时间的计算。根据剩余重复的数量和子帧11的子帧长度(大小)计算帧10的剩余大小(位计数或字节计数)。使用发送速度(对于LSI20而言已知)将帧10的剩余大小转换成时间。
在接下来的115中，执行帧10的剩余时间的等待处理。即，控制单元27基于114中的计算结果(帧10的结束时间)来设置计时器28，使得计时器28根据在帧10的结束时间之后首先到来的CS定时而到期。此后，该处理返回至105，在105中，LSI20变换至省电模式。注意，后面将详细描述剩余时间的等待处理。
图9是根据实施方式的通信系统(发送装置1A和接收装置1B)的操作优点的示意图。在图9中，最上面的图示出了发送装置1A的LSI20中的电流消耗与时间之间的关系(功耗)。上数第二的图示出了发送装置1A的MCU30中的电流消耗与时间之间的关系(功耗)。上数第三的图示出了接收装置1B的LSI20中的电流消耗与时间之间的关系(功耗)。最底下的图示出了接收装置1B的MCU30中的电流消耗与时间之间的关系(功耗)。
在帧10的生成以及LSI20的操作时间期间，发送装置1A的MCU30在活动模式下操作比在省电模式下操作消耗更多电力。在帧10的发送时间段期间，发送装置1A的LSI20在活动模式下操作比在省电模式下操作消耗更多电力。
接收装置1B的LSI20以例如比帧10的时间长度短的时间间隔执行载波感测(CS)。然而，CS的时间间隔比帧10的时间长度短不是必需的。然而，注意，在帧10中重复的子帧11的时间长度(图4)比CS的时间间隔短。作为示例，将帧10的发送时间段设置为2.2秒。
帧10具有以下格式，在该格式中具有相同内容的、包括同步字13的子帧11被重复(图4)。因此，当在由接收装置1B执行的CS中检测到帧10的任意子帧11的前同步码12时，包括在子帧11中的同步字13可以被接收。因此，与相关技术相比，从感测到帧10直到接收到同步字13所花费的时间较短。用于同步字13的较短的等候时间意味着LSI20在活动模式下操作的时间段可以缩短。因此，可以降低LSI20的功耗。
另外，帧10中的具有相同内容的子帧11的重复使得接收装置1B能够从感测到帧10直到帧10结束为止获得同步字13的多个接收机会。即，根据感测帧10的定时，可能存在以下情况：在感测中未能接收到子帧11的同步字13。然而，利用下一个子帧11，可以接收到下一个子帧11的同步字13。所以在这种情况下，与相关技术相比，等候时间不长。
另外，与相关技术相比，帧10的前同步码12的时间长度短，因此，可以缩短用于同步字13的等待计时器的到期时间(等候时间)。可以根据例如前同步码12的时间长度来设置等待时间，或者可以根据子帧11的时间长度来设置等候时间。
可替选地，当有效载荷14具有固定长度时，等候时间被设置为通过将预定余量时间(margintime)与从某个子帧11的头部直到下一个子帧11的有效载荷14的时间长度相加所获得的时间段。这使得在感测帧10中能够感测到子帧11(图12中的第二最左子帧)的同步字13或者下一个子帧11的同步字13。可替选地，可以将等候时间设置为两个子帧11的时间长度。如从上面看见的，可以视情况来设置等候时间。在此，不要求如相关技术中那样设置长于监视时间间隔的等待时间。
图10是根据实施方式的通信系统(发送装置1A和接收装置1B)的其他操作优点的示意图。图10中最上面的图示出了干扰无线电波(噪声)。作为对比示例，中间的图示出了当接收装置接收到干扰无线电波时根据相关技术的接收装置的RFLSI如何操作。最底下的图示出了当接收装置1B接收到干扰无线电波时LSI20如何操作。
由于干扰无线电波不包括同步字，所以接收装置等待同步字的接收直到等待计时器到期为止。在对比示例中，设置比前同步码的长度长的等候时间，因此，当前同步码为2.2秒时，RFLSI在活动模式下操作2.2秒或更长时间。相比之下，由于接收装置1B可以因为上述原因缩短等候时间，所以可以缩短LSI20在活动模式下操作的时间段。如从上面看到的，根据接收装置1B，在接收干扰无线电波的情况下可以避免浪费电力。
最后，将描述剩余时间的等候处理。图11是示出了重复接收数据的示例的图。图12是避免重复接收数据(剩余时间的等候处理)的方法的示意图。
如图11所示，当帧10的时间长度(发送时间段)基本上与监视时间间隔相同时，或者当发送时间段比监视时间间隔长时，在某个CS中检测到帧10并且此后在下一个CS中检测到同一帧10的可能性小。图11中上面的图和中间的图示出了以下情况：帧10的发送时间段为2.2秒并且用于CS的时间间隔为2秒。在这种情况下，在检测到帧10的CS定时的下一个CS定时，帧10已经结束。
然而，当帧10的发送时间段与用于载波感测(CS)的时间间隔相比足够短时，接收装置1B可以以重复的方式接收相同的有效载荷(数据项)。图11中较下部的图示出了用于载波感测(CS)的时间间隔为0.5秒的情况。接收装置1B检测到帧10并且接收有效载荷14，此后，再次在随后的载波感测(CS)中检测到相同的帧10，从不同的子帧11接收有效载荷。接收相同的有效载荷14(数据项)是不必要的处理。
避免重复接收这样的相同数据的方法是剩余时间的等候处理。如已经描述的，作为剩余时间的等候处理，使用包括在所接收的有效载荷14中的用于计算帧10的结束的信息来计算帧10的结束时间。例如，可以根据子帧11的剩余重复的数量和子帧11的长度来计算帧10的结束时间。根据控制单元27对计时器28进行的设置，LSI20保持省电模式，直到在结束时间之后CS定时发生为止。
如图12所示，这使载波感测(CS)能够停止至少直到帧10结束。因此，可以避免重复接收有效载荷14并且实现功耗降低。注意，剩余时间的等候处理是可选的，并且可以省略根据该处理的配置。可以视情况对上面描述的实施方式的各种配置进行组合。

Claims (8)

1.一种发送装置，包括：
发送单元，被配置成将以下无线帧发送至执行间歇接收的接收装置，在所述无线帧中以每个均比所述间歇接收的时间间隔短的时间间隔来重复子帧，所述子帧包括至少前同步码、同步字和针对所述接收装置的数据。
2.根据权利要求1所述的发送装置，其中，所述数据包括用于计算所述无线帧的结束时间的信息。
3.根据权利要求1或2所述的发送装置，其中，所述子帧在所述无线帧中连续地被重复。
4.一种以预定周期执行间歇接收的接收装置，所述接收装置包括：
控制单元，被配置成：当接收到包括在任意一个集合中的前同步码时，接收包括在所述任意一个集合中的数据，所述集合以每个均比所述周期短的时间间隔从所述发送装置以重复方式被发送，所述集合的每个均包括至少前同步码、同步字、针对接收装置的数据以及用于计算直到重复发送结束为止的时段的信息；并且基于所述信息被配置成：执行控制以抑制重复接收所述数据，直到进一步的重复发送完成为止。
5.根据权利要求4所述的接收装置，其中，用于计算直到所述重复发送结束为止的时段的信息包括表示所述集合的剩余重复的数量的信息。
6.一种由发送装置发送帧的方法，所述方法包括：
生成以下无线帧，在所述无线帧中以每个均比由接收装置执行的间歇接收的时间间隔短的时间间隔来重复子帧，所述子帧包括至少前同步码、同步字和针对所述接收装置的数据；以及
将所述无线帧发送至所述接收装置。
7.一种由以预定周期执行间歇接收的接收装置接收数据的方法，所述方法包括：
当接收到包括在任意一个集合中的前同步码时，接收包括在所述任意一个集合中的数据，所述集合以每个均比所述周期短的时间间隔从所述发送装置以重复方式被发送，所述集合的每个均包括至少前同步码、同步字和针对所述接收装置的数据以及用于计算直到重复发送结束为止的时段的信息；
基于所述信息执行控制以抑制重复接收所述数据，直到进一步的重复发送完成为止。
8.一种通信系统，包括：
发送装置；以及
接收装置，所述接收装置以预定周期执行间歇接收，
所述发送装置包括发送单元，所述发送单元被配置成：以每个均比所述间歇接收的一个接收时段短的时间间隔以重复方式多次将集合发送至所述接收装置，所述集合包括至少前同步码、同步字、针对所述接收装置的数据以及用于计算直到重复发送结束为止的时段的信息，并且
所述接收装置包括控制单元，所述控制单元被配置成：当接收到包括在任意一个集合中的前同步码时，接收包括在所述任意一个集合中的数据；所述集合以每个均比所述周期短的时间间隔从所述发送装置以重复方式被发送，所述集合的每个均包括至少前同步码、同步字、针对所述接收装置的数据以及用于计算直到重复发送结束为止的时段的信息；并且基于所述信息被配置成：执行控制以抑制重复接收所述数据，直到进一步的重复发送完成为止。
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