CN109155767A - 无线通信设备、发射机和其中的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了第一无线通信设备中的发射机及其中的方法。发射机包括调制器和速率选择器，该速率选择器被配置为选择数据速率。速率选择器包括被配置为接收输入比特的输入和以所选择的数据速率来提供比特的输出。发射机进一步包括比特到符号映射器，该比特到符号映射器被配置为从速率选择器接收比特并将比特映射到任意字母表中的符号。发射机进一步包括扩展单元，该扩展单元被配置为借助于扩频码将从比特到符号映射器接收的符号扩展到码片序列。发射机进一步包括重映射单元，该重映射单元被配置为映射从扩展单元接收的码片序列以产生用于提供给调制器的信号。

Description

无线通信设备、发射机和其中的方法
技术领域
在此的实施例涉及发射机和包括发射机的无线通信设备，以及在其中执行的方法。
背景技术
物联网
物联网(IoT)社会期望数十亿的连接的传感器和致动设备。期望这种设备将在纽扣电池上运行数年，同时仍然以极低的实施成本生产。为实现这些目标，针对不同的用例优化了峰值通信速率；利用功率有效的物理层方法(如例如调制技术)以及可重复使用的实施方式设计。
在工业科学医疗(ISM)非许可共享频谱频段中，许多技术与强制遵循规范规则的设备共享和共存。监管机构施加的这种规范规则的示例有：先听后说(LBT)机制、媒体利用限制以及发射功率限制。除了各种WiFi技术之外，2.4GHz ISM频段中两种用于物联网机器对机器(M2M)通信的流行技术是蓝牙和Zigbee。蓝牙技术的一种最新变体被称为蓝牙低功耗(BLE)，并且其标准化物理层(PHY)基于高斯最小频移键控(GMSK)调制。另一方面，Zigbee使用电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.4标准的物理层，并且基于直接序列扩频(DSSS)并利用偏移正交相移键控(O-QPSK)调制。具有支持蓝牙和Zigbee的现有芯片组硬件(HW)的生态系统是巨大的，其中，例如，蓝牙可在22亿移动设备中使用。
GMSK
GMSK是用于提供相移键控的调制方法。它被用于许多无线和卫星通信技术，包括全球移动通信系统(GSM)和蓝牙低功耗(BLE)。GMSK调制器的框图如图1中所示。它包括差分编码器110、高斯低通滤波器120以及FM调制器130。
GMSK提供恒定的包络和紧凑的频谱。GMSK非常灵活，并且可以进行调整，以在频谱紧凑性、均衡和/或解调复杂性以及链路性能之间做出折衷。用于无线通信系统的物理层的设计者可以选择比特周期(也称为符号持续时间T)、带宽-时间乘积BT以及差分编码器。带宽-时间乘积确定高斯低通滤波器120的带宽。小BT乘积将增加频谱紧凑性，但也将增加码间串扰(ISI)，这反过来在与具有相同比特周期但更大BT的GMSK信号相比时将需要更先进的接收机或将导致性能损失。差分编码器110对接收机性能和接收机复杂性之间的折衷有影响。不同的差分编码器选择导致不同的接收机设计，具有不同程度的复杂性。
在图1中，差分编码器110的输入比特由ak表示，输出比特由bk表示。差分编码器110可以以许多不同方式设计。下面给出一些示例，其中，总和被理解为以2为模。即，比特被认为是伽罗瓦域GF(2)中的元素。
■无差分编码：bk＝ak。例如，BLE不利用差分编码器。当希望在接收机处允许低复杂性差分检测时，该类型的编码器是有用的。
■bk＝ak+ak-1。该类型的差分编码被用于GSM。
■bk＝1-(ak+bk-1)。当在接收机处使用两比特差分检测时，该类型的差分编码是有用的。
上面的列表并非详尽无遗，并且实际上有可用于PHY设计者的更多类型的差分编码器(例如，设计用于实现三比特差分解码的编码器)。该列表示出无线系统的设计者选择了各种差分编码器。
O-QPSK
O-QPSK是一种线性调制技术，已知其在频谱上等同于最小频移键控(MSK)。也就是说，MSK和O-QPSK调制信号表现出相同的频谱。图2中示出了O-QPSK调制器的框图。在该图中，输入码片ck∈{-1,1}被变换为基带时域信号y(t)。首先，将码片流分成两个流，第一个流包括偶数码片，并且第二个流包括奇数码片。由码片调制的脉冲串通过脉冲整形滤波器p(t)以便获得基带信号。在O-QPSK中，
尽管GMSK和O-QPSK二者都是物联网应用的良好调制选择，但使用它们的设备无法彼此理解。同时，由于最流行的物联网技术中的两种蓝牙和Zigbee分别基于GMSK和O-QPSK，因此这些HW和实施方式已经在市场上广泛存在。
IEEE 802.15.4标准化正在进行讨论，以潜在地引入利用超越现有的O-QPSK调制技术的GMSK调制的模式。对该标准的修订在IEEE802.15.4t工作组中开发，并定义为在2.4GHz ISM频段中操作。
在US 7,869,409中，公开了一种多模发射机，其适于调制由无线通信信号传送的数据分组。采用扩频技术调制数据分组报头，而可以或可以不使用扩频技术来调制数据。另外，发射机包括耦接到所谓的PN码发生器的编码电路。该编码器电路执行O-QPSK到MSK编码，其包括二进制差分解码，然后是交替比特反转。由于编码器电路耦接到PN码发生器，即仅在使用扩频调制时使用，所以编码电路仅应用二进制差分解码，并且它仅适用于MSK发射机。
发明内容
因此，在此的实施例的目的是提供一种改进的技术和发射机，以生成具有多个调制波形的信号。
根据在此的实施例的第一方面，该目的通过第一无线通信设备中的发射机来实现。发射机包括GMSK调制器和被配置为选择数据速率的速率选择器。速率选择器包括被配置为接收输入比特的输入和以所选择的数据速率来提供比特的输出。发射机进一步包括：比特到符号映射器，其被配置为从速率选择器接收比特并将比特映射到任意字母表中的符号；扩频单元，其被配置为借助于扩频码将从比特到符号映射器接收的符号扩展到码片序列。发射机进一步包括重映射单元，该重映射单元被配置为映射从扩展单元接收的码片序列，以产生用于提供给GMSK调制器的信号。
在一些示例实施例中，速率选择器被配置为根据第二无线通信设备中的接收机的能力来选择数据速率，并且其中第二无线通信设备中的接收机的能力包括数据速率以及以下中的至少一个：
a)支持扩频调制；
b)支持差分解码和一种差分码；
c)支持MSK调制；
d)支持GMSK调制。
在一些示例实施例中，重映射单元是码片重映射器，该码片重映射器被配置为将码片序列映射回比特以产生用于提供给GMSK调制器的信号。
在一些示例实施例中，当第二无线通信设备中的接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，速率选择器被配置为选择与接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，并且其中重映射单元包括差分编码器和比特交替单元中的至少一个，并且被配置为将码片序列映射到比特以产生去往GMSK调制器的信号。
在一些示例实施例中，当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号时，速率选择器被配置为选择与接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，并且以所选择的数据速率将比特直接提供给GMSK调制器。
在一些示例实施例中，当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号时，速率选择器被配置为选择与接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，并且其中发射机进一步包括：差分编码器，其被配置为从速率选择器接收比特并生成用于提供给GMSK调制器的比特，其中差分编码器被配置为匹配由接收机中的支持差分解码的差分解码器所使用的码。
根据在此的实施例的第二方面，该目的通过第一无线通信设备中的发射机来实现。发射机包括调制器和被配置为选择数据速率的速率选择器。速率选择器包括被配置为接收输入比特的输入和以所选择的数据速率来提供比特的输出。发射机进一步包括：比特到符号映射器，其被配置为从速率选择器接收比特并将比特映射到任意字母表中的符号；以及扩展单元，其被配置为借助于扩频码将从比特到符号映射器接收的符号扩展到码片序列，以提供给调制器。发射机进一步包括重映射单元，该重映射单元被配置为映射从速率选择器接收的比特以产生用于提供给调制器的信号。
在一些示例实施例中，速率选择器被配置为根据第二无线通信设备中的接收机的能力来选择数据速率，并且其中第二无线通信设备中的接收机的能力包括数据速率以及以下中的至少一个：
a)支持扩频调制；
b)支持差分解码和一种差分码；
c)支持MSK调制；
d)支持GMSK调制。
在一些示例实施例中，调制器是O-QPSK调制器。
在一些示例实施例中，重映射单元是比特重映射器，该比特重映射器被配置为对比特进行差分编码并产生用于提供给O-QPSK调制器的信号。
在一些示例实施例中，当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号，并且速率选择器被配置为选择与接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率时，重映射单元被配置为根据接收机的能力应用差分码和比特交替，并且比特被重映射到对映二进制符号以提供信号给O-QPSK调制器。
在一些示例实施例中，发射机进一步包括滤波器，该滤波器应用于O-QPSK调制器的输出，以便将来自发射机的调制信号的频谱特性与由第二无线通信设备中的接收机支持的GMSK信号的频谱特性相匹配。
在一些示例实施例中，当第二无线通信设备中的接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，速率选择器被配置为选择与接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，并且其中扩展单元被配置为提供信号给O-QPSK调制器。
在一些示例实施例中，当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号和使用扩频技术调制的信号二者时，数据速率选择器被配置为借助于速率自适应算法或预定的固定选择来选择与由第二无线通信设备中的接收机所支持的数据速率兼容的任何数据速率。
根据一些示例实施例，发射机可以通过固件升级以数字方式实现。例如，对于BLE、蓝牙或蓝牙远程芯片组或IEEE 802.15.4芯片组，用于生成具有多个调制波形的信号的上述技术可以借助于芯片组中的固件升级以数字方式实现。
根据一些示例实施例，无线通信设备包括根据上述的发射机。
无线芯片组行业花费了大量精力和资源为各种无线技术(诸如BLE或Zigbee)开发节能HW。该硬件具有不同的能力，并支持不同的物理层(PHY)。这些各种PHY可以采用不同的恒定包络调制，诸如O-QPSK、MSK或GMSK。可以根据不同的参数选择来调整不同的调制，诸如：数据速率，例如：在IEEE 802.15.4中在O-QPSK调制之前添加扩频码；用于GMSK的BT乘积；以及用于GMSK的差分编码器的特定选择。
假如各种PHY具有相同的空中符号率，则根据在此的实施例的方法和发射机提供使不同的PHY彼此兼容的技术。根据在此的方法和发射机，可以修改针对给定调制技术设计的预定义调制器，使得其生成可以由针对接收机中的不同技术设计的解调器成功接收和解码的信号。这通过重映射器和滤波器的明智设计来实现，使得可以使用针对不同调制技术设计的硬件来生成满足一种调制技术固有属性的调制。
因此，根据在此的实施例的方法和发射机提供了重用现有实施方式的技术，以生成除最初优化和设计的其它调制波形。此外，由于该多调制波形生成技术可以数字方式实现，仅需要固件更新，因此它可在现有已部署的HW上操作，这导致更低的成本和更大的灵活性。
附图说明
现在将结合附图更详细地描述实施例，在附图中：
图1是描绘GMSK调制器的示意框图；
图2是O-QPSK调制器的示意框图；
图3是描绘使用基于O-QPSK的调制器的PHY的实施例的示意框图；
图4是描绘使用基于GMSK的调制器的PHY的实施例的示意框图；
图5是描绘O-QPSK调制器的实施例的示意框图；
图6是描绘如何增强O-QPSK调制器的实施例的示意框图；
图7是描绘如何增强GMSK调制器的实施例的示意框图；
图8是描绘无线通信网络的实施例的示意框图；
图9是描绘根据在此的实施例的由发射机/无线通信设备执行的方法的流程图；
图10是描绘根据在此的实施例的无线通信设备的示意框图。
具体实施方式
在此的实施例涉及无线通信设备中的一个或多个发射机，并且在假设各种PHY具有相同的空中符号率的情况下，提供使得不同PHY彼此兼容的方式。公开了如何修改针对给定调制技术设计的预定义调制器，使得它生成可以由针对不同技术设计的解调器成功接收和解码的信号。这是通过重映射器和滤波器的明智设计来实现的，使得可以使用针对不同调制技术设计的硬件来生成满足一种调制技术的固有属性的调制。
发射机示例
首先描述一些示例性实施例。根据在此的实施例的发射机可以例如基于O-QPSK调制或GMSK调制，并且可以例如在两种模式(250kbit/s模式和2Mbit/s模式)中操作。
基于GMSK的调制
在此的实施例可用于增强BLE调制器，以便生成可由传统IEEE802.15.4接收机成功解码的信号。
250kbit/s模式基于例如IEEE 802.15.4中使用的O-QPSK调制。通过仔细地应用适当的预编码，可以采用GMSK调制器生成这种符合O-QPSK的信号。这可以通过引入IEEE802.15.4比特到符号映射器和符号到码片映射器外加传输(TX)链中的新码片重映射器，采用现有的基于BLE GMSK的HW来完成。
2Mbit/s模式基于GMSK调制。这可以用现有的BLE HW容易地完成，而不需要对PHY进行任何重大修改。
基于O-QPSK的调制
在此的实施例可用于增强IEEE 802.15.4调制器，以便生成可由BLE接收机成功解码的信号。
由于250kbit/s模式直接基于O-QPSK调制，因此可以直接从现有的IEEE802.15.4HW生成信号。
由于2Mbit/s模式基于GMSK调制，因此使用O-QPSK调制器生成这种信号需要新的重映射功能。通过使用新的重映射器，也可以采用例如IEEE 802.15.4HW来实现2Mbit/s模式。
上面已经指出，可以使用O-QPSK调制或GMSK调制来实现新PHY，即根据在此的实施例的发射机。为了使用O-QPSK调制器来生成2Mbit/s信号，传输链中需要比特重映射器。为了使用GMSK调制器来生成250kbit/s信号，传输链中需要码片重映射器。现在将详细描述这些称为重映射单元的重映射器。
用于2Mbit/s的O-QPSK比特重映射
通过对馈送到O-QPSK调制器的数据的比特序列执行精确的重映射，可以获得MSK调制。为了产生干净的GMSK信号，将根据在此的实施例执行附加滤波。
图3示出如何增强IEEE 802.15.4发射机，即IEEE 802.15.4TX链，以便生成可以由BLE接收机接收的信号。图3示出PHY(诸如根据在此的实施例的发射机300)，其使用例如基于O-QPSK的调制器，例如具有Zigbee HW。250kbit/s交换机将生成传统IEEE 802.15.4信号，而2Mbps交换机将生成2Mbit/s MSK调制信号。
如图3中所示，发射机300包括被配置为选择数据速率的速率选择器310。速率选择器310包括被配置为接收输入比特b(n)的输入(在图3中表示为信息比特b(n))，以及以所选择的数据速率来提供比特的输出。发射机300进一步包括调制器320。调制器320可以是线性调制器，例如O-QPSK调制器，但也可能是另一种调制器。
如上所述，发射机300以两种模式(250kbit/s模式和2Mbit/s模式)操作，因此它具有两个分支。
在第一分支中，即当以250kbit/s模式操作时，发射机300包括比特到符号映射器330，该比特到符号映射器330被配置为从速率选择器310接收比特并将比特映射到任意字母表中的符号。发射机300进一步包括扩展单元340，即符号到码片映射器340，其被配置为借助于扩频码将从比特到符号映射器330接收的符号扩展到码片序列，以提供给调制器320。
在第二分支中，即当以2Mbit/s模式操作时，发射机300包括重映射单元350，该重映射单元350被配置为映射从速率选择器310接收的比特以产生用于提供给调制器320的信号。
以该方式，根据不同的数据速率，调制器320从重映射单元350或扩展单元340接收信号，并且可以生成传统的IEEE 802.15.4信号和2Mbit/s MSK调制信号。
重映射器(即重映射单元350)的推导：
现在呈现用于O-QPSK调制器320的重映射器的推导以生成MSK信号。推导依赖于1986年IEEE通信学报第2期第34卷由P.Laurent所著的Exact and ApproximateConstruction of Digital Phase Modulations by Superposition of AmplitudeModulated Pulses(AMP)(通过幅度调制脉冲(AMP)叠加来精确和近似构造数字相位调制)中介绍的连续相位调制信号的线性化。该参考文献在此称为Laurent。
引入以下符号：
b(n)：输入比特。由于在此的实施例不涉及信道编码，所以输入比特可以指信息比特、保护比特、填充比特、训练比特，由例如卷积码或低密度奇偶校验产生的码比特，或一些其它码或其它类型的比特。在此，输入比特是指馈送到调制器的比特，并且可以包括保护比特、填充比特、循环冗余校验比特、有效载荷数据比特等。
在此的实施例将利用来自IEEE 802.15.4和BLE的数字学来举例说明。
Co：Laurent中用于GMSK的主要脉冲，其中BT＝0.5(BT对应于BLE)
T＝0.5μs。这是IEEE 802.15.4和BLE二者的空比特周期。
Laurent的方法建议可以用以下方式写入BLE信号。
d(n)＝1-2b(n)
定义
由于jd(n)＝j·d(n)，则
j2n＝(-1)n
c(2n)≡(-1)ne(2n)
c(2n+1)≡(-1)ne(2n+1)
用半正弦脉冲p(t)代替脉冲Co(t)得到
右侧恰好是O-QPSK信号
通过将“码片”序列c(n)馈送到802.15.4O-QPSK调制器320来获得信号xO-QPSK(t)。
因此，可以通过在IEEE 802.15.4TX链中的比特到符号映射器330和符号到码片映射器340中将输入比特b(n)重映射到码片来获得BLE信号的近似值：
b(n)→c(n)
比特重映射器由上面给出的步骤定义：
b(n)→d(n)→e(n)→c(n)
用于250kbit/s的GMSK码片重映射
图4示出根据一些实施例的如何增强BLE发射机以便生成可由IEEE802.15.4接收机接收的信号。图4示出PHY(诸如根据在此的实施例的发射机400)，其使用基于GMSK的调制器，例如具有BLE HW的PHY。如上面针对发射机300所讨论的，发射机400以两种模式(250kbit/s模式和2Mbit/s模式)操作，因此它具有两个分支。250kbit/s交换机将生成传统IEEE 802.15.4信号，而2Mbps交换机将生成2Mbit/s GMSK调制信号。
如图4中所示，发射机400包括被配置为选择数据速率的速率选择器410。速率选择器410包括被配置为接收输入比特b(n)的输入(在图4中表示为信息比特b(n))，以及以所选择的数据速率提供比特的输出。
发射机400包括GMSK调制器420，因此它是基于GMSK调制的发射机。
在第一分支中，即250kbit/s模式中，发射机400包括比特到符号映射器430，该比特到符号映射器430被配置为从速率选择器410接收比特并将比特映射到任意字母表中的符号。
此外，发射机400包括扩展单元440，即符号到码片映射器440，其被配置为借助于扩频码将从比特到符号映射器430接收的符号扩展到码片序列。
另外，发射机400包括重映射单元450，该重映射单元450被配置为映射从扩展单元440接收的码片序列以产生用于提供给GMSK调制器420的信号。
在第二分支中，即2Mbits/s模式，速率选择器410选择与接收机所支持的数据速率兼容的数据速率，并旁路比特到符号映射器430和扩展单元440以及码片重映射单元450，而以所选择的数据速率将比特直接提供给GMSK调制器420。
在描述重映射单元450时使用以下符号：
c(n)：在扩展单元440中经IEEE 802.15.4扩展之后的码片
Co：Laurent中用于GMSK的主脉冲，其中，BT＝0.5
T＝0.5μs。这是用于BLE和IEEE 802.15.4二者的空比特周期。
在码片重映射单元450中，码片被重映射：
c(n)→d(n)
如下
e(2n)≡(-1)-nc(2n)＝(-1)nc(2n)
(2n+1)≡(-1)-nc(2n+1)＝(-1)nc(2n+1)
d(0)≡e(0)
d(n)≡e(n)·e(n-1)
二进制符号d(n)或者比特(1-d(n))/2以BT＝0.5被馈送到GMSK调制器420。
要了解其工作原理，近似地
注意e(k)2＝1暗示
因此
其是下式的近似值
然而，信号xO-QPSK(t)不具有与BLE信号相同的频谱特性。通过进一步过滤信号xO-QPSK(t)，如下生成具有与BLE信号几乎相同的频谱的新信号xBLE(t)。
这里C0(f)是Laurent脉冲C0的频率响应，并且P(f)是O-QPSK中使用的半正弦脉冲整形滤波器的频率响应，并且可以借助于去卷积以数字方式实现除法。具有频率响应的滤波器的使用在图5中示出。
图5示出O-QPSK调制器520(诸如例如O-QPSK调制器320)以及附加滤波器h(t)560。该滤波器560可用于整形来自O-QPSK调制器520的输出的频谱，使得其符合频谱规则。
无线芯片组行业花费了大量精力和资源为各种无线电技术(如蓝牙低功耗或Zigbee)开发节能HW。该硬件具有不同的能力，并支持不同的PHY。这些各种PHY可以利用不同的恒定包络调制，诸如O-QPSK、MSK或GMSK。可以根据不同的参数选择调整不同的调制，诸如例如，
●数据速率，例如在IEEE 802.15.4中的O-QPSK调制之前添加扩频码，
●用于GMSK的BT乘积，
●用于GMSK差分编码器的特定选择。
在在此的实施例中，描述了在假设各种PHY具有相同的空中符号率的情况下，如何使不同的PHY彼此兼容。描述了如何修改针对给定调制技术设计的预定义调制器，使得其生成可以由针对不同技术设计的解调器成功接收和解码的信号。这通过如上所述的重映射器和滤波器的明智设计来实现，使得可以使用针对不同调制技术设计的硬件来生成满足一种调制技术固有属性的调制。
更一般地，图6示出支持扩频PHY和GMSK PHY的通用TX架构，并且它非常适合于支持扩频PHY的芯片组中的实施方式。图6示出如何增强O-QPSK调制器，使得它可以生成可以由支持扩频调制或GMSK调制的接收机成功接收的信号。
根据在此的一些实施例，提供了例如与图6有关的一种发射机。
第一无线通信设备中的发射机600，包括：速率选择器610，其被配置为选择数据速率；比特到符号映射器和扩展单元630/640，其被配置为将比特b(n)映射到任意字母表中的符号，并且然后借助于扩频码将符号扩展到码片序列c(n)；以及比特重映射器650，即比特重映射单元650，其被配置为对比特进行差分编码，并且其中所述比特重映射器650连接到O-QPSK调制器620。可选地，O-QPSK调制器620后跟随有滤波器660。
根据一些实施例，速率选择器610根据第二无线通信设备中的接收机的能力来选择数据速率。第二无线通信设备中的接收机的能力包括至少一个数据速率和以下中的至少一个：
a)支持扩频调制；
b)支持差分解码和一种类型的差分码；
c)支持MSK调制；
d)支持GMSK调制。
当第二无线通信设备中的接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，速率选择器选择与接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率。借助于比特到码片映射器和扩展单元630/640，输入比特b(n)被映射到符号并使用扩频码扩展，从而产生码片序列c(n)。比特到符号映射和扩展单元630/640连接到O-QPSK调制器620，用于将码片序列c(n)提供给O-QPSK调制器620。
当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号时，这里MSK信号被认为是具有无限带宽-时间乘积的GMSK的实例，速率选择器610选择与接收机所支持的数据速率兼容的数据速率。比特重映射单元650被配置为根据接收机的能力应用差分码和比特交替。借助于比特重映射单元650将输入比特b(n)重映射到对映二进制符号。比特重映射单元650连接到O-QPSK调制器620，用于提供信号给O-QPSK调制器620。
可选地，滤波器660被应用于O-QPSK调制器620的输出，以便将发送信号的频谱特性与由第二无线通信设备支持的GMSK信号的频谱特性相匹配。
当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号和使用扩频技术调制的信号二者时，数据速率选择器610借助于速率自适应算法或预定的固定选择来选择与由第二无线通信设备支持的数据速率兼容的任何数据速率。
更一般地，图7示出支持扩频PHY和GMSK PHY的通用TX架构，并且它非常适合在支持GMSK PHY的芯片组中的实施方式。图7示出如何增强GMSK调制器，使得其可以生成可以由支持扩频调制或GMSK调制的接收机成功接收的信号。
根据在此的一些其它实施例，例如根据图7提供了一种发射机。
第一无线通信设备中的发射机700包括：速率选择器710，其被配置为选择数据速率；比特到符号映射器和扩展单元730/740，其被配置为将比特b(n)映射到任意字母表中的符号，并且然后借助于扩频码将符号扩展到码片序列c(n)。发射机700进一步包括码片重映射器750，该码片重映射器750被配置为将码片c(n)映射回比特d(n)，并且其中所述码片重映射器750连接到支持给定BT乘积(包括BT＝∞)的GMSK调制器720，在这种情况下GMSK变为MSK，其中，例如速率选择器710被配置为根据第二无线通信设备中的接收机的能力来选择数据速率。
速率选择器710根据第二无线通信设备中的接收机的能力选择数据速率，其中第二无线通信设备中的接收机的能力包括至少一个数据速率和以下中的至少一个：
a)支持扩频调制；
b)支持差分解码和一种类型的差分码；
c)支持MSK调制；
d)支持GMSK调制。
当第二无线设备中的接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，速率选择器710选择与接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率。借助于比特到码片映射器和扩展单元730/740，输入比特b(n)被映射到符号并使用扩频码扩展，从而产生码片序列c(n)。码片c(n)借助于码片重映射单元750映射到比特，其中所述重映射单元750包括差分编码器和比特交替单元中的至少一个，并且重映射单元750被配置为将码片序列映射到比特以产生去往GMSK调制器720的信号。
当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号时，这里MSK信号被认为是具有无限带宽-时间乘积的GMSK的实例，速率选择器710选择与接收机所支持的数据速率兼容的数据速率，并旁路比特到符号映射器和扩展单元730/740以及码片重映射单元750二者。
根据一些实施例，速率选择器710可以以所选择的数据速率将比特直接提供给GMSK调制器720，如图4中所示。
根据一些实施例，如果差分解码能力在接收机处是已知的，则发射机700可以进一步包括差分编码器760，该差分编码器760被配置为从速率选择器710接收比特，以及生成去往GMSK调制器720的比特。差分编码器760可以被配置为匹配由支持差分解码的接收机所使用的码。也就是说，选择差分编码器760以匹配接收机处由差分解码器能力所使用的码。
当第二无线通信设备中的接收机能够接收GMSK信号和使用扩频技术调制的信号二者时，数据速率选择器710可以借助于速率自适应算法或预定的固定选择来选择与由第二无线通信设备支持的数据速率兼容的任何数据速率。
因此，在此的实施例涉及多个调制波形重映射和生成，诸如例如GMSK、O-QPSK调制波形生成，并且还涉及BLE、Zigbee、IEEE 802.15.4PHY等中的多模HW波形重映射。
当各种PHY在相同的频带中操作时，在此的实施例可以通过固件升级以数字方式实现。
这是对现有物理层设计的简单固件更新，其将实现不同HW(例如，发射机TX和接收机RX配置)之间的互操作性，例如：
传统的IEEE 802.15.4TX→BLE RX；
传统的IEEE 802.15.4TX→传统的IEEE 802.15.4RX；
BLE TX→传统的IEEE 802.15.4RX；
BLE TX→BLE RX。
在此的实施例一般涉及无线通信网络。图8是描绘无线通信网络100的示意图。无线通信网络100可以使用许多不同的技术，诸如与ISM有关的技术，如下所述：
在ISM(工业科学医疗)非许可共享频谱频段中，许多技术与强制遵循规范规则的设备共享和共存。监管机构施加的这种规范规则的示例有：先听后说(LBT)机制、媒体利用限制以及发射功率限制。除了各种WiFi技术之外，2.4GHz ISM频段中两种用于物联网机器对机器(M2M)通信的流行技术是蓝牙和Zigbee。蓝牙技术的一种最新变体被称为蓝牙低功耗(BLE)，并且其标准化物理层(PHY)基于GMSK调制。另一方面，Zigbee使用IEEE 802.15.4标准的物理层，并且基于直接序列扩频(DSSS)并利用O-QPSK调制。具有支持蓝牙和Zigbee的现有芯片组硬件(HW)的生态系统是巨大的，其中，例如，蓝牙可在22亿移动设备中使用。
在无线通信网络100中，无线通信设备例如是包括相应的发射机(例如，发射机300、400、600、700)的第一无线通信设备121以及包括相应接收机的第二通信无线设备122。第一无线通信设备121和第二无线通信设备122彼此通信。第一和第二无线通信设备可以例如是移动台、非接入点(非AP)STA、STA、用户设备和/或无线终端。本领域技术人员应该理解，“无线通信设备”是非限制术语，其表示任何终端、无线通信终端、用户设备、机器类型通信(MTC)设备、设备到设备(D2D)终端或节点，例如智能手机、膝上型计算机、手机、传感器、继电器、移动平板计算机等以及在此提到的任何无线通信设备。
图9是描绘由第一无线通信设备121执行的方法的流程图。第一无线通信设备121中的发射机300、400、600、700中的方法包括以下动作：
动作901
为了针对具有不同调制和数据速率的接收机生成波形，第一无线通信设备121在速率选择器310、410、610、710中选择针对输入比特的数据速率。速率选择器310、410、610、710包括：被配置为接收输入比特的输入，以及以所选择的数据速率来提供比特的输出。
动作902
第一无线通信设备121在比特到符号映射器330、430、630、730中将比特映射到的任意字母表中的符号，该比特到符号映射器330、430、630、730被配置为从速率选择器接收比特。
动作903
第一无线通信设备121在扩展单元340、440、640、740中借助于扩频码将从比特到符号映射器接收的符号扩展到码片序列。
然后，对于发射机300、400、600、700中的不同调制器，该方法包括下列不同的动作：
动作904a
如果发射机400、700包括GMSK调制器420、720，则第一无线通信设备121在重映射单元450、750中重映射从扩展单元440、740接收的码片序列，以产生用于提供给调制器420、720的信号。
当第二无线通信设备122中的接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，第一无线通信设备121可以通过差分编码和比特交替来将码片序列重映射到比特，并且将来自重映射单元450、750的比特提供给GMSK调制器420、720。
当第二无线通信设备122中的接收机能够接收GMSK信号时，第一无线通信设备121可以以所选择的数据速率将比特直接提供给GMSK调制器420。
当第二无线通信设备122中的接收机能够接收GMSK信号时，该方法可以进一步包括在差分编码器760中对从速率选择器接收的比特进行差分编码，以及生成去往GMSK调制器720的比特。
动作904b
如果发射机300、600包括O-QPSK调制器320、620，则第一无线通信设备121在重映射单元350、650中重映射从速率选择器310、610接收的比特，以产生用于提供给调制器320、620的信号。
当第二无线通信设备122中的接收机能够接收GMSK信号时，第一无线通信设备121可以通过根据接收机的能力将差分码和比特交替应用于比特来重映射从速率选择器310、610接收的比特，并将比特重映射到对映二进制符号，并将对映二进制符号提供给调制器320、620。
根据一些实施例，该方法可以进一步包括对调制器620的输出进行滤波，以便将来自发射机600的调制信号的频谱特性与接收机所支持的GMSK信号的频谱特性相匹配。
当第二无线通信设备122中的接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，可以将通过动作903在扩展单元中生成的码片序列提供给调制器320、620，例如O-QPSK调制器。
图10是描绘包括发射机300、400、600、700的无线通信设备121的示意框图。
在此的实施例可以通过一个或多个处理器(诸如图10中描绘的无线通信设备121中的处理单元1010)以及用于执行在此的实施例的功能和动作的计算机程序代码来实现。上述程序代码也可以作为计算机程序产品提供，例如以承载计算机程序代码的数据载体的形式，用于在加载到无线通信设备121中时执行在此的实施例。一个这种载体可以以CD ROM光盘的形式。然而，对于诸如记忆棒的其它数据载体是可行的。此外，计算机程序代码可以作为纯程序代码提供在服务器上并下载到无线通信设备121。
无线通信设备121可以进一步包括存储器1020，该存储器1020包括一个或多个存储器单元。存储器包括可由处理单元1010执行的指令。存储器1020被设置用于存储例如分配、信息、数据、配置等，以在无线通信设备121中执行时执行在此的方法。
在一些实施例中，计算机程序1060包括指令，该指令由诸如处理单元1010的至少一个处理器执行时，使至少一个处理单元根据上述动作来执行动作。
在一些实施例中，载体1070包括计算机程序1060，其中载体1070是电子信号、光学信号、电磁信号、磁信号、电信号、无线电信号、微波信号或计算机可读存储介质之一。
熟悉通信设计的人员将容易理解，可以使用数字逻辑和/或一个或多个微控制器、微处理器或其它数字硬件来实现功能装置或模块。在一些实施例中，各种功能中的若干或全部可以诸如在单个专用集成电路(ASIC)中实现，或者在它们之间具有适当的硬件和/或软件接口的两个或更多个单独的设备中一起实现。例如，可以在与无线网络节点的其它功能组件共享的处理器上实现若干功能。
可替代地，所讨论的处理装置的若干功能元件可以通过使用专用硬件来提供，而其它功能元件则设置有用于执行软件的硬件，该硬件与适当的软件或固件相关联。因此，在此使用的术语“处理器”或“控制器”并不专指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、用于存储软件的只读存储器(ROM)、用于存储软件和/或程序或应用程序数据的随机存取存储器，以及非易失性存储器。还可以包括传统的和/或定制的其它硬件。无线网络节点的设计者将理解这些设计选择中固有的成本、性能和维护权衡。
应当理解，前面的描述和附图表示在此教导的方法和装置的非限制性示例。这样，在此教导的装置和技术不受前面的描述和附图的限制。相反，在此的实施例仅受以下权利要求及其合法等同物的限制。
缩写：
缩写 说明
IoT 物联网
M2M 机器对机器
MSK 最小频移键控
GMSK 高斯MSK
O-QPSK 偏移正交相移键控
BLE 蓝牙低功耗
HW 硬件
TX 发射机
RX 接收机
PHY 物理/物理层
DSSS 直接频谱扩频
ISM 工业科学医疗
LBT 先听后说
ISI 码间串扰

Claims (24)

1.一种第一无线通信设备(121)中的发射机(400，700)，包括：
高斯最小频移键控GMSK调制器(420，720)；
速率选择器(410，710)，其被配置为选择数据速率，其中，所述速率选择器包括被配置为接收输入比特的输入以及以所选择的数据速率来提供所述比特的输出；
比特到符号映射器(430，730)，其被配置为从所述速率选择器接收所述比特，并将所述比特映射到任意字母表中的符号；
扩展单元(440，740)，其被配置为借助于扩频码将从所述比特到符号映射器(430，730)接收的符号扩展到码片序列；以及
重映射单元(450，750)，其被配置为映射从所述扩展单元接收的码片序列，以产生用于提供给所述GMSK调制器(420，720)的信号。
2.根据权利要求1所述的发射机(400，700)，其中，所述速率选择器(410，710)被配置为根据第二无线通信设备(122)中的接收机的能力来选择所述数据速率，以及其中，所述第二无线通信设备中的所述接收机的能力包括数据速率和以下中的至少一个：
a)支持扩频调制；
b)支持差分解码和一种差分码；
c)支持MSK调制；
d)支持GMSK调制。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的发射机(400，700)，其中，所述重映射单元(450，750)是码片重映射器，所述码片重映射器被配置为将所述码片序列映射回比特，以产生去往所述GMSK调制器(420，720)的所述信号。
4.根据权利要求3所述的发射机(400，700)，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，所述速率选择器(410，710)被配置为选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，以及其中，所述重映射单元(450，750)包括差分编码器和比特交替单元中的至少一个，并且被配置为将所述码片序列映射到比特以产生去往所述GMSK调制器(420，720)的所述信号。
5.根据权利要求2所述的发射机(400，700)，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收GMSK信号时，所述速率选择器(410，710)被配置为选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，并以所选择的数据速率将所述比特直接提供给所述GMSK调制器(420，720)。
6.根据权利要求2所述的发射机(400，700)，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收GMSK信号时，所述速率选择器(410，710)被配置为选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，以及其中，所述发射机进一步包括差分编码器(760)，所述差分编码器(760)被配置为从所述速率选择器接收所述比特，以及生成去往所述GMSK调制器的比特，其中，所述差分编码器(760)被配置为匹配由支持差分解码的接收机使用的码。
7.根据权利要求2所述的发射机(400，700)，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收GMSK信号和使用扩频技术调制的信号二者时，所述数据速率选择器(410，710)被配置为借助于速率自适应算法或预定的固定选择来选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的任何数据速率。
8.一种第一无线通信设备(121)中的发射机(300，600)，包括：
调制器(320，620)；
速率选择器(310，610)，其被配置为选择数据速率，其中，所述速率选择器包括被配置为接收输入比特的输入以及以所选择的数据速率来提供所述比特的输出；
比特到符号映射器(330，630)，其被配置为从所述速率选择器(310，610)接收所述比特，并将所述比特映射到任意字母表中的符号；
扩展单元(340，640)，其被配置为借助于扩频码将从所述比特到符号映射器(330，630)接收的符号扩展到码片序列，以提供给所述调制器(320，620)；以及
重映射单元(350，650)，其被配置为映射从所述速率选择器(310，610)接收的比特，以产生用于提供给所述调制器(320，620)的信号。
9.根据权利要求8所述的发射机(300，600)，其中，所述速率选择器(310，610)被配置为根据第二无线通信设备(122)中的接收机的能力来选择所述数据速率，以及其中，所述第二无线通信设备中的所述接收机的能力包括数据速率和以下中的至少一个：
a)支持扩频调制；
b)支持差分解码和一种差分码；
c)支持MSK调制；
d)支持GMSK调制。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的发射机(300，600)，其中，当所述第二无线通信设备中的所述接收机能够接收GMSK信号时，所述速率选择器(310，610)被配置为选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，所述重映射单元(350，650)被配置为根据所述接收机的能力应用差分码和比特交替，并且所述比特被重映射到对映二进制符号以提供信号给所述调制器(320，620)。
11.根据权利要求10所述的发射机(300，600)，进一步包括：滤波器(660)，所述滤波器(660)被应用于所述调制器(320，620)的输出以便将来自所述发射机的调制信号的频谱特性与所述第二无线通信设备中的所述接收机所支持的GMSK信号的频谱特性相匹配。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的发射机(300，600)，其中，所述调制器(320，620)是偏移正交相移键控O-QPSK调制器。
13.根据权利要求11-12中任一项所述的发射机(300，600)，其中，当所述第二无线通信设备中的所述接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，所述速率选择器(310，610)被配置为选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的一个数据速率，以及其中，所述扩展单元(340，640)被配置为提供信号给O-QPSK调制器(320，620)。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的发射机(300，600)，其中，当所述第二无线通信设备中的所述接收机能够接收GMSK信号和使用扩频技术调制的信号二者时，所述数据速率选择器(310，610)被配置为借助于速率自适应算法或预定的固定选择来选择与所述第二无线通信设备中的所述接收机所支持的数据速率兼容的任何数据速率。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的发射机(300，400，600，700)，其通过固件升级以数字方式实现。
16.一种无线通信设备(121)，包括根据权利要求1-15中任一项所述的发射机(300，400，600，700)。
17.一种在第一无线通信设备(121)中的发射机(400，700)中的方法，包括：
在速率选择器(410，710)中，根据第二无线通信设备(122)中的接收机的能力选择(901)数据速率，其中，所述速率选择器包括被配置为接收输入比特的输入和以所选择的数据速率来提供所述比特的输出；
在比特到符号映射器(430，730)中，将所述比特映射(902)到任意字母表中的符号，所述比特到符号映射器(430，730)被配置为从所述速率选择器接收所述比特；
在扩展单元(440，740)中，借助于扩频码将从所述比特到符号映射器接收的符号扩展(903)到码片序列；以及
在重映射单元(450，750)中，重映射(904a)从所述扩展单元(440，740)接收的码片序列，以产生用于提供给GMSK调制器(420，720)的信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的数据速率，其中，重映射所述码片序列包括通过差分编码和比特交替来将所述码片序列映射到比特，并且所述方法进一步包括将来自所述重映射单元(450，750)的比特提供给所述GMSK调制器(420，720)。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收GMSK信号时，选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的数据速率，并且所述方法进一步包括以所选择的数据速率将所述比特直接提供给所述GMSK调制器(420)。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收GMSK信号时，选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的数据速率，并且所述方法进一步包括对从差分编码器(760)中的速率选择器接收的比特进行差分编码，并生成去往所述GMSK调制器(720)的比特。
21.一种在第一无线通信设备(121)中的发射机(300，600)中的方法，包括：
在速率选择器(310，610)中，根据第二无线通信设备(122)中的接收机的能力选择(901)数据速率，其中，所述速率选择器包括被配置为接收输入比特的输入和以所选择的数据速率来提供所述比特的输出；
在比特到符号映射器(330，630)中，将从所述速率选择器接收的比特映射(902)到任意字母表中的符号；以及
在扩展单元(340，640)中，借助于扩频码将从所述比特到符号映射器接收的符号扩展(903)到码片序列，以提供给调制器(320，620)；以及
在重映射单元(350，650)中，重映射(904b)从所述速率选择器接收的比特，以产生用于提供给所述调制器的信号。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收GMSK信号时，选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的数据速率，其中，重映射从所述速率选择器接收的比特包括根据所述接收机的能力将差分码和比特交替应用于所述比特，并将所述比特重映射到对映二进制符号，并且所述方法进一步包括将所述对映二进制符号提供给所述调制器。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：对所述调制器的输出进行滤波，以便将来自所述发射机的调制信号的频谱特性与所述接收机所支持的GMSK信号的频谱特性相匹配。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，当所述第二无线通信设备(122)中的所述接收机能够接收使用扩频技术调制的信号时，选择与所述接收机所支持的数据速率兼容的数据速率，以及所述方法进一步包括将来自所述扩展单元的码片序列提供给O-QPSK调制器。
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