CN112752331B - 用于低功率z波束形成检测的系统和方法 - Google Patents

用于低功率z波束形成检测的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112752331B
CN112752331B CN202011102275.8A CN202011102275A CN112752331B CN 112752331 B CN112752331 B CN 112752331B CN 202011102275 A CN202011102275 A CN 202011102275A CN 112752331 B CN112752331 B CN 112752331B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
channel
detected
network device
valid signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011102275.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112752331A (zh
Inventor
C·R·维尔钦
C·A·魏因伯格
J·G·伍德
G·阿斯兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Silicon Laboratories Inc
Original Assignee
Silicon Laboratories Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Silicon Laboratories Inc filed Critical Silicon Laboratories Inc
Publication of CN112752331A publication Critical patent/CN112752331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112752331B publication Critical patent/CN112752331B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0225—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal
    • H04W52/0245—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal according to signal strength
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0225—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal
    • H04W52/0229—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of external events, e.g. the presence of a signal where the received signal is a wanted signal
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C9/00309—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated with bidirectional data transmission between data carrier and locks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/10—Scheduling measurement reports ; Arrangements for measurement reports
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C9/00309—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated with bidirectional data transmission between data carrier and locks
    • G07C2009/00365—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated with bidirectional data transmission between data carrier and locks in combination with a wake-up circuit
    • G07C2009/00373—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated with bidirectional data transmission between data carrier and locks in combination with a wake-up circuit whereby the wake-up circuit is situated in the lock
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

公开了用于检测和接收在多个信道上发送的Z波束的系统和方法。该系统包括无线电电路，其包括数字信号到达（DSA）电路和读取信道。DSA电路能够基于接收信号功率、所检测的频率偏差、相位尖峰的幅度和/或其他特性来检测特定信道上的有效信号的存在。读取信道能够解码传入分组。使用软件来控制DSA电路和读取信道，使得在每一唤醒时段期间，FLiRS设备监视所有可用信道以确定是否存在Z波束。如果检测到Z波束，则读取信道接收Z波束。否则，FLiRS设备返回到休眠模式。

Description

用于低功率Z波束形成检测的系统和方法
技术领域
本公开描述了用于检测Z波束形成的系统和方法，更具体地是，用于在使功耗最小化的同时检测Z波束的系统和方法。
背景技术
在大多数无线网络中，使用信息分组在设备之间传送数据。在某些实施例中，通过使用一个或多个信道的网络将分组从源发送到目的地。每个信道可以表示特定的频率或数据速率。例如，某些协议利用跳频算法来在两个或更多个信道之间切换。
某些网络协议已经被适配成允许使用低功率设备，其可以在低功率模式中持续相当长的时间量。例如，一些网络协议允许通电节点保存针对低功率设备指定的命令，使得低功率设备在唤醒时查询通电节点。
Z波网络协议利用不同的机制来适应低功率设备。具体而言，Z波协议利用被称为频繁监听接收器从设备（FLiRS）的概念。实现FLiRS的低功率设备（也称为FLiRS设备）在休眠模式与部分唤醒模式之间交替，在部分唤醒模式中，FLiRS设备监听波束信号。在一些实施例中，FLiRS设备进入该部分唤醒模式的速率可以是大约每秒一次或更少。
由于FLiRS设备被非常不频繁地唤醒，所以Z波还实现称为Z波束形成的机制。实现Z波束形成的设备将连续地向FLiRS设备发送Z波束，直到FLiRS设备确认接收到Z波束。Z波束可以包括重复多次的分组。作为一个示例，门锁可为FLiRS设备。当要打开门锁时，用户可以激活他们的移动设备上的软件应用。该应用可以连续地向门锁发送Z波束，直到门锁响应并将门解锁。
在许多应用中，FLiRS设备具有内部电池作为其仅有的功率源。因此，重要的是始终使功耗最小化。因此，通常的目标是确保用于检测Z波束的唤醒间隔保持尽可能短。
然而，这可能是具有挑战性的。例如，大多数设备需要最少量的时间来确定是否正在发送Z波束。因此，即使没有Z波束正在发送，FLiRS设备也可能浪费宝贵的电池功率来尝试检测Z波束。其次，在一些实施例中，Z波协议利用多个信道。信道被定义为频率、位速率、调制方案和编码方案的特定组合。对于在多信道Z波网络上操作的FLiRS设备，FLiRS设备必须能够在确定其可重新进入休眠模式之前在这些信道中的每一者处监视网络。
这可以使用冗余硬件来实现。例如，半导体接收器可以包含多个检测电路，其中每个检测电路被配置为监视单个信道。这些检测电路中的每一个与无线电电路进行通信，该无线电电路能够基于配置参数来接收和解码传入分组。在该实施例中，一旦检测电路之一检测到分组的存在，则无线电电路的配置参数被切换到该信道，使得分组可以被接收。
然而，虽然在同时检测多个信道上的分组时非常有效，但是这种方法在硬件和功耗方面是昂贵的。此外，该方法所需的硬件量随信道的数量而缩放。例如，如果协议利用两个信道，那么就必须有两个检测电路。然而，如果有四个信道，则就必须有四个检测电路。因此，这种方法的复杂性随着信道的数量线性增加。此外，该方法的功耗也随信道的数量线性地缩放。
因此，如果有能够检测和接收多个信道上的Z波束的系统和方法，但不需要附加的硬件电路来执行这种检测，则将是有益的。此外，如果该系统使功耗最小化，则将是有利的。
发明内容
公开了用于检测和接收在多个信道上发送的Z波束的系统和方法。该系统包括无线电电路，其包括数字信号到达（DSA）电路和读取信道。DSA电路能够基于接收信号功率、所检测的频率偏差、相位尖峰的幅度和/或其他特性来检测特定信道上的有效信号的存在。读取信道能够解码传入分组。使用软件来控制DSA电路和读取信道，使得在每一唤醒时段期间，FLiRS设备监视所有可用信道以确定是否存在Z波束。如果检测到Z波束，则读取信道接收Z波束。否则，FLiRS设备返回到休眠模式。
根据一个实施例，公开了一种用于接收利用多个信道的网络上的分组的网络设备。该网络设备包括网络接口，包括：无线电电路，用于接收所选信道上的无线信号，并将所述无线信号转换为数字信号；数字信号到达（DSA）电路，用于接收数字信号并且确定在所选信道上是否存在有效信号；读取信道，用于接收数字信号并解码数字信号以形成分组；处理单元，与网络接口进行通信；以及存储器设备，与所述处理单元进行通信，所述存储器设备包括指令，所述指令在由所述处理单元执行时使得所述网络设备能够将一组值加载到设置在所述无线电电路中的硬件寄存器中，其中，该组允许所述无线电电路监视所述网络的一个信道；使用DSA电路针对有效信号监视所述信道；如果在预定的时间段内检测到有效信号，则处理所述信道上的分组；以及如果在预定的时间段内没有检测到有效信号，则将不同的一组值加载到硬件寄存器中，并重复直到已监视所有信道。在某些实施例中，所述预定的时间段是用户可选择的。在一些实施例中，所述预定的时间段大于所述DSA电路检测所述有效信号所需的最小时间。在一些实施例中，通过针对FSK信号的存在监视所述数字信号来检测所述有效信号。在某些实施例中，通过监视所述数字信号的相位或频率来检测所述有效信号。在某些实施例中，处理所述信道上的分组包括：将值加载到设置在所述读取信道中的寄存器中；确定是否在第二预定持续时间内接收到所述分组；如果没有接收到所述分组，则进入休眠模式；以及如果接收到所述分组，则确定所述分组是否被意图用于该设备。在一些实施例中，所述网络利用Z波网络协议。在某些其他的实施例中，所述分组包括Z波束。
根据另一实施例，公开了一种检测利用多个信道的无线网络上的分组的存在的方法。该方法包括：将一组值加载到设置在无线电电路中的硬件寄存器中，其中，该组允许所述无线电电路监视所述无线网络的一个信道；针对有效信号监视所述信道；如果在预定的时间段内检测到有效信号，则接收所述信道上的分组；以及如果在预定的时间段内没有检测到有效信号，则将不同的一组值加载到硬件寄存器中，并重复直到已监视所有信道。在某些实施例中，通过将无线信号转换成一个或多个数字信号并针对FSK信号的存在监视所述数字信号来检测所述有效信号。在一些实施例中，通过将无线信号转换成一个或多个数字信号并监视所述数字信号的相位来检测有效信号。在某些实施例中，通过将无线信号转换成一个或多个数字信号并监视所述数字信号的频率来检测所述有效信号。在一些实施例中，所述无线网络包括利用Z波网络协议的网络。在某些实施例中，所述分组包括Z波束。
根据另一实施例，公开了一种软件程序，其被设置在计算机可读非暂时性介质上，以供在无线网络上操作的网络设备使用，其中所述网络设备包括处理单元、无线电电路和数字信号到达（DSA）电路，所述无线电电路用于接收所选信道上的无线信号并且将所述无线信号转换成数字信号，所述数字信号到达（DSA）电路用于接收所述数字信号并且确定在所选信道上是否存在有效信号。所述软件程序包括指令，所述指令当由所述处理单元执行时使得所述处理单元能够将一组值加载到设置在无线电电路中的硬件寄存器中，其中，该组允许所述无线电电路监视所述网络的一个信道；使用DSA电路针对有效信号监视所述信道；如果在预定的时间段内检测到有效信号，则处理所述信道上的分组；以及如果在预定的时间段内没有检测到有效信号，则将不同的一组值加载到硬件寄存器中，并重复直到已监视所有信道。在某些实施例中，通过针对FSK信号的存在监视所述数字信号来检测所述有效信号。在一些实施例中，通过监视所述数字信号的相位或频率来检测所述有效信号。在某些实施例中，所述网络利用Z波网络协议，并且所述分组包括Z波束。
附图说明
为了更好地理解本公开，参考附图，其中相同的元素用相同的数字表示，并且其中：
图1是代表性FLiRS设备的框图；
图2是示出根据一个实施例的设备的操作的代表性流程图；
图3是示出设备的操作的时序图；
图4是示出根据一个实施例的在Z波束检测时段期间的处理单元的操作的代表性流程图；以及
图5是示出根据一个实施例的在已经检测到Z波束之后的处理单元的操作的代表性流程图。
具体实施方式
图1示出了代表性网络设备10的框图。该网络设备10可以是FLiRS设备。
如图1所示，网络设备10具有处理单元20和相关联的存储器设备25。处理单元20可以是任何合适的组件，例如微处理器、嵌入式处理器、专用电路、可编程电路、微控制器或另一类似设备。存储器设备25包含指令，当由处理单元20执行时，所述指令使得网络设备10能够执行本文描述的功能。该存储器设备25可以是非易失性存储器，例如FLASH ROM、电可擦除ROM或其他合适的设备。在其他实施例中，存储器设备25可以是易失性存储器，例如RAM或DRAM。包含在存储器设备25内的指令可以被称为软件程序，其被设置在非暂时性存储介质上。
网络设备10还包括网络接口30，其可以是包括天线38的无线网络接口。网络接口30可以支持任何的支持多信道和可选地支持波束形成（例如Z波）的无线智能家庭协议。网络接口30用于允许网络设备10与设置在网络39上的其他设备通信。
网络接口30包括无线电电路31。该无线电电路31用于处理传入信号并将无线信号转换为数字信号。无线信号首先通过天线38进入网络接口30。天线38与低噪声放大器（LNA）电通信。LNA从天线38接收非常弱的信号，并放大该信号，同时维持传入信号的信噪比（SNR）。然后将放大的信号传递到混频器。混频器还与本地振荡器通信，本地振荡器向混频器提供两个相位。频率的余弦可以被称为Io，而频率的正弦可以被称为Qo。然后，将Io信号乘以传入信号以创建同相信号Im。然后，将Qo信号乘以传入信号的90°延迟版本以创建正交信号Qm。然后，来自混频器的同相信号Im和正交信号Qm被馈送到可编程增益放大器（PGA）。PGA将Im和Qm信号放大了可编程的量。这些放大的信号被称为Ig和Qg。然后，放大的信号Ig和Qg从PGA馈送到模数转换器（ADC）中。ADC将这些模拟信号转换成数字信号Id和Qd。这些数字信号33然后退出无线电电路31并且由网络接口30的其他组件使用。
无线电电路31还包括多个硬件寄存器32，其由处理单元20编程。这些硬件寄存器用于设置不同的参数，例如载波频率、中频（IF）、模拟滤波器带宽、增益设置、信道带宽等。无线电电路31的输出是一个或多个数字信号33。
网络接口30还包括数字信号到达（DSA）电路34。DSA电路用于基于一个或多个数字信号33的活动来检测网络39的特定信道上的能量。例如，DSA电路34监视一个或多个数字信号33以确定是否存在有效频移键控（FSK）信号。例如，FSK通过偏移频率（Fd）调制载波频率（Fc），从而产生频率在Fc-Fd至Fc+Fd之间的信号。如果传入信号具有频率高于Fc+Fd或低于Fc-Fd预定量的点，则这可以指示无效信号。一个或多个数字信号33的频率可以通过对传入数字信号的相位进行微分来确定。例如，一个或多个数字信号可以包括正交信号Id和Qd。这些传入信号可以被过采样。这意味着针对每个可能的数据位取得多个样本。例如，如果最大数据速率是2Mbps，则可以使用8 MHz（四倍过采样）或10 MHz（5倍过采样）的采样速率。Id和Qd信号然后进入CORDIC（坐标旋转数字计算机），其确定信号的振幅和相位。振幅被给出为I2和Q2的平方根，而相位由tan-1（Q/I）给出。CORDIC可设置在DSA电路34中或网络接口30内的其他地方。
通过确定两个邻近点之间的相位差，可以获得频率。换句话说，点N的频率由（相位（N）-相位（N-1））/过采样时间来给出，其中，过采样时间是过采样速率的倒数。这种技术可用于确定频率偏差。
另外，DSA电路34还可以分析一个或多个数字信号33的相位。相位的突然变化也可能指示无效信号。
另外，每个信道可以具有最小数据位持续时间。位由具有相同或基本相同频率的一串连续数据点来表示。频率的快速变化（尤其是从正频率向负频率，或反之亦然）可以指示噪声。换句话说，DSA电路34也可以查看一个或多个数字信号33，以确定位速率是否在预期范围内。
DSA电路34也可以监视一个或多个数字信号33的其他特性。例如，DSA电路34可以监视接收信号强度指示符（RSSI）以帮助确定信道上是否存在有效信号。
使用这些技术中的一个或多个，DSA电路34产生报告其状态的一个或多个输出。其状态可以提供DSA电路34是否已经确定在所监视的信道上存在有效信号的指示。如下所述，这些输出之一可以由读取信道36使用。此外，DSA电路34可以具有一个或多个硬件寄存器35，其可以由处理单元20读取和写入。这些寄存器35中的一些用于设置DSA电路34的参数。这些参数可以包括最小和最大频率偏差、相位尖峰阈值、振幅阈值、DSA窗口尺寸等。其他硬件寄存器35用于报告DSA电路34的状态。例如，硬件寄存器35之一可以具有表示由DSA电路34检测到有效信号的一个或多个位。在某些实施例中，当检测到有效信号时，DSA电路34能够生成针对处理单元20的中断。
网络接口30还包括读取信道36。读取信道36用于接收、同步和解码传入的一个或多个数字信号33。具体地，读取信道36具有用于标识传入分组的开始的前导码检测器。读取信道36还具有同步检测器，其用于标识被称为同步字符的特定位序列。另外，读取信道36具有解码器，该解码器用于将传入的一个或多个数字信号33转换成适当对齐的数据字节。
在某些配置中，读取信道36还使用DSA电路34的输出来进一步证明传入数据合格。换句话说，DSA电路34向读取信道36提供另一输入，其帮助读取信道36确定正在发送有效分组。在该实施例中，读取信道要求检测前导码，并且DSA电路34指示在所选信道上存在有效信号。
为了执行这些功能，读取信道36可以具有一个或多个硬件寄存器37，其可以由处理单元20读取和写入。处理单元20可以将各种参数输入到硬件寄存器37中，例如波特率、预期的前导码序列、预期的同步字序列、分组长度和编码方案。在某些实施例中，这些硬件寄存器37之一可以包含确定DSA电路34的输出是否被读取信道36用来证明传入信号合格的位。
网络设备10可以包括第二存储器设备40。从网络接口30接收的或要经由网络接口30发送的数据也可以被存储在第二存储器设备40中。该第二存储器设备40传统上是易失性存储器。
虽然公开了存储器设备25，但是也可以采用任何计算机可读介质来存储这些指令。例如，可以采用只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁存储设备（例如硬盘驱动器）或光存储设备（例如CD或DVD）。此外，这些指令可以被下载到存储器设备25中，诸如例如通过网络连接（未示出）、经由CD ROM或通过另一机制。这些指令可以用任何编程语言来编写，其不受本公开的限制。因此，在一些实施例中，可以存在包含本文描述的指令的多个计算机可读非暂时性介质。第一计算机可读非暂时性介质可以与处理单元20通信，如图1所示。第二计算机可读非暂时性介质可以是CDROM或不同存储器设备，其定位成远离网络设备10。包含在该第二计算机可读非暂时性介质上的指令可以被下载到存储器设备25上以允许由网络设备10执行指令。
网络设备10还可以包括一个或多个定时器50。这些定时器50可以由处理单元20来配置，并且可以在期满时向处理单元20提供指示。该指示可以采用中断的形式。在其他实施例中，处理单元20可以轮询定时器50以确定定时器50何时期满。
虽然处理单元20、存储器设备25、网络接口30、定时器50和第二存储器设备40在图1中被示为单独的组件，但是应当理解，这些组件中的一些或全部可以被集成到单个电子组件中。因此，图1用于示出网络设备10的功能，而不是其物理配置。
尽管未示出，但是网络设备10还具有电源，其可以是电池或到永久功率源的连接，例如壁装插座。
与网络39相关联的协议实现了信道跳跃方案，其中分组可在定义数量的信道中的任何一个上被发送或接收。信道被定义为频率、位速率、调制方案和编码方案的特定组合。在某些实施例中，所有信道可以利用相同的调制方案和编码方案。在该实施例中，信道被定义为频率和位速率的特定组合。更一般地，信道被定义为影响OSI网络的底部两层（即物理层和数据链路层）的一个或多个参数的任意组合。
由于网络利用多个信道，所以网络接口30必须能够接收在这些信道中的任何一个上发送的分组。这包括接收多个信道上的Z波束的能力。因此，网络设备10必须能够从休眠模式中唤醒，在返回到休眠模式之前针对Z波束监视每个信道。为了最大化电池寿命，该过程应当尽可能快地执行。然而，为了可接受的性能，该过程在其确定Z波束存在或不存在时应当是准确的。
根据Z波协议，重复地发送Z波束直到从FLiRS设备接收到确认。因此，有可能在网络设备10处于休眠模式时发送Z波束。类似地，当网络设备10唤醒时，也有可能没有Z波束正在被发送。
在本系统中，网络接口30包括无线电电路31，其被配置为每次仅接收单个信道上的分组。换句话说，无线电电路31不包括冗余硬件以允许它同时监视多个信道。因此，本系统利用时分复用来在这些多个信道上操作。
换句话说，无线电电路31被配置为在某持续时间内接收特定信道上的传输。在该持续时间之后，无线电电路31然后被重新配置成接收不同信道上的传输。无线电电路31循环通过所有信道。换句话说，在任何给定的时间点，网络接口30仅能够接收在一个特定信道上发送的分组。
为了使无线电电路31在利用信道跳跃的网络39中操作，存在用于每个信道的硬件寄存器的唯一的一组值。这些硬件寄存器可包括无线电电路31中的硬件寄存器32、DSA电路34中的硬件寄存器35和读取信道36中的硬件寄存器37。换句话说，如果网络39利用三个信道，则存在用于硬件寄存器32、35和37的唯一的三组参数。
DSA电路34被优化成在短时间段内检测特定信道上的有效分组活动。例如，在某些实施例中，DSA电路34可能能够检测少于10个符号中的有效FSK信号。这种快速检测能力允许DSA电路34在Z波束检测过程期间非常有用。注意，DSA电路34与读取信道36分离，并且不能接收分组。更确切地说，其硬件被专门用于执行单个功能：检测无线网络上的有效信号。DSA电路34不能解码该信号。对信号进行解码是读取信道36的功能。
图2示出了图示网络设备10如何关于Z波束检测和接收进行操作的流程图。通常，网络设备10处于休眠模式100。该休眠模式100消耗非常低的功率。在唤醒定时器期满之后，网络设备10唤醒。在唤醒后，网络设备10进入Z波初始化状态110。在此状态下，处理单元20将一组值加载到无线电电路31的硬件寄存器32中，且可选地将一组值加载到DSA电路34中的硬件寄存器35中。
然后，处理单元20可以启动定时器50。该定时器50是网络设备10在该信道上在跳到下一个信道之前将保持处于Z波束检测模式120的时间量。当然，如果检测到有效信号，则网络设备10将不会跳到另一信道。定时器50的值可以是用户指定的。在某些实施例中，定时器50的值与DSA电路34检测有效信号所需要的符号数相关。例如，定时器50的值可以大于或等于DSA电路34检测有效信号所需要的最小时间。
一旦硬件寄存器32和35被加载，网络设备10就进入用于所选信道的Z波束检测模式120。网络设备10保持处于该Z波束检测模式120，直到出现以下条件中的一个或两个：
-定时器期满；和/或
-检测到Z波束。
可以以各种方式来实现从Z波束检测模式120的转变。在一个实施例中，网络设备10保持处于Z波束检测模式120，直到定时器50期满。此时，处理单元20轮询DSA电路34内的硬件寄存器35。如果处理单元20确定DSA电路34已经检测到有效信号，则网络设备10转变为读取模式130。如果处理单元20确定DSA电路34没有检测到有效信号，则网络设备10返回到休眠模式100。在另一实施例中，当处于Z波束检测模式120时，处理单元20持续轮询DSA电路34内的硬件寄存器35。如果在定时器50期满之前检测到有效信号，则网络设备10转变为读取模式130。否则，一旦定时器50期满，网络设备10就返回到休眠模式100。在又一实施例中，DSA电路34能够在检测到有效信号后生成中断。在该实施例中，处理单元20保持处于Z波束检测模式120，直到接收到中断或定时器50期满。
如上所述，如果检测到有效信号，则网络设备10转变为读取模式130。在这种模式下，处理单元20然后对读取信道36中的硬件寄存器37进行编程以接收Z波束。在某些实施例中，网络设备10的读取信道36自动开始接收分组。网络设备10保持处于读取模式130，直到接收到分组或者发生超时。此时，网络设备返回到休眠模式100。
然而，如果DSA电路34到定时器50期满之前没有检测到有效信号，并且还没有监视所有信道，则处理单元20返回到Z波初始化状态110，其中，它将新的一组值加载到硬件寄存器32中并且可选地加载到硬件寄存器35中以选择不同的信道。处理单元20然后重新启动定时器50。然后，重复上述序列。
如果DSA电路34到定时器50期满之前没有检测到有效信号，并且已经监视了所有信道，则处理单元20返回到休眠模式100。
图3的时序图中示出了网络设备10的操作。该时序没有按比例绘制。更确切地说，扩展了监视每个信道所花费的时间以改善理解。注意，关于检测模式或读取模式中未示出无线电模式的时段，网络设备10可以处于休眠模式100。
如上所述，Z波束包括重复多次的分组。该分组包括前导码、同步字符和数据。注意，在一段时间内没有Z波束。因此，在此时间期间，网络设备10周期性地唤醒，循环通过所有信道，并且返回到休眠模式。换句话说，网络设备10执行休眠模式100、Z波初始化状态110和Z波束检测模式120（图2所示）。在图3中，该序列发生两次。注意，在网络设备10唤醒的第三次期间，Z波束已经在信道2上发送。网络设备10唤醒并配置DSA电路34以监视信道1。由于Z波束不在信道1上，所以定时器50期满并且网络设备10返回到Z波初始化状态110，其中，用于信道2的值被加载到硬件寄存器32和35中。有时，在加载这些值后，处理单元20确定在信道2上发现了有效信号。如上所述，这可以通过连续地或在定时器50期满时轮询DSA电路34中的硬件寄存器、或者通过等待生成中断来完成。网络设备10然后转变为读取模式130。然而，在该示例中，在Z波束中发送的分组在网络设备10选择信道2之前已经开始。因此，网络设备10不能成功地接收Z波束中的分组的该特定实例。因此，网络设备10必须等待，直到重复Z波束中的分组。然而，有可能的是Z波束不被发送或者网络设备10不正确地标识了Z波束。在Z波束中的分组被重复并由网络设备10接收之后，网络设备进入休眠模式100。
图4中示出了更详细的流程图，其示出了由处理单元20执行的序列。网络设备10以休眠模式开始，如过程200所示。周期性地，处理单元20被唤醒，如过程210所示。例如，唤醒定时器可以被包括在网络设备10中，唤醒定时器大约每1秒唤醒处理单元20，但是本公开并不限于该值，并且其他持续时间也是可能的。在某些实施例中，唤醒定时器被设置为比最小Z波束持续时间短的值，以确保Z波束被网络设备10检测到。
一旦唤醒，那么处理单元20对无线电电路31中的硬件寄存器32和/或DSA电路34中的硬件寄存器35进行编程，如过程220中所示。这些寄存器值允许网络接口30监视无线网络39的信道之一。然后处理单元20启动定时器50，如过程230所示。如上所述，定时器50被设置为至少与DSA电路34在所选信道上检测有效信号所需的持续时间一样长的值。然后，处理单元20等待在所选信道上检测到有效信号的指示，如过程240所示。如上文所解释，处理单元20可持续轮询DSA电路34中的硬件寄存器35以确定DSA电路34是否已在所选信道上检测到有效信号。在另一实施例中，处理单元20可等待生成中断，其指示已检测到有效信号。或者，处理单元20可在轮询硬件寄存器之前简单地等待，直到定时器50已期满。
如果检测到有效信号，那么处理单元20对读取信道36中的硬件寄存器37进行编程，使得读取信道能够在所选信道中接收Z波束，如过程270所示。在某些实施例中，处理单元20还可在过程220期间对读取信道中的所有硬件寄存器37进行编程。然而，这增加了过程220执行所花费的时间量，其增加了网络设备10必须保持唤醒的时间量。
然后，网络设备10尝试接收Z波束，并适当地处理该Z波束，如以下关于图5所解释的。在已经接收并处理了Z波束之后，处理单元20然后返回到休眠模式，如过程200所示。
然而，如果在定时器50期满之后，如过程250所示，DSA电路34没有在所选信道上检测到有效信号，那么处理单元20进行检查，以查看是否已经监视了所有信道，如过程260所示。如果还没有监视所有信道，则处理单元20返回到过程220，其中，将不同信道所需的值加载到硬件寄存器32和35中。
另一方面，如果处理单元20确定已监视所有信道，则处理单元20返回到休眠模式，如过程200所示。
在图4中，过程270允许读取信道36接收Z波束。然而，在接收Z波束时涉及多个步骤。图5中示出了在转变到过程270之后处理单元20所遵循的序列。
首先，如过程300所示，处理单元20可以发起另一定时器50。该定时器用于设置网络设备10将保持唤醒以接收Z波束的最大时间。在设置定时器50之后，处理单元20然后检查以确定是否已经接收到Z波束，如过程310所示。如果还没有接收到Z波，则网络设备10确保定时器50还没有期满，如过程320所示。如果定时器已经期满而没有接收到Z波束，则网络设备10进入休眠模式，如过程350所示。如果接收到Z波束，那么处理单元20进行检查以查看Z波束是否被意图用于该网络设备10，如过程330所示。如果不是，则网络设备10进入休眠模式，如过程350所示。另一方面，如果Z波束被意图用于该网络设备10，那么处理单元20进行到传统的Z波接收和发送，如过程340所示。当该标准处理完成时，网络设备进入休眠模式，如过程350所示。
虽然上述公开描述了在接收Z波束时使用该网络设备10，但是应当理解，本公开并不限于该实施例。例如，该技术可以与利用信道跳跃的任何网络协议一起使用。例如，图4所示的过程可用于确定分组是否存在于可用信道中的任何一个上而同时最小化网络设备10必须唤醒的时间量。
本文描述的系统和方法具有许多优点。首先，本系统实现了非常低的功耗。传统FLiRS设备不包括DSA电路34。因此，为了确定分组是否正在所选信道上发送，FLiRS设备必须针对至少一个Z波束分组长度来监视每个信道，以便确保任何前导码必须被读取信道看到。对于使用100kbps PHY和三个信道的标准波束帧，此时间可以是大约440微秒。然后将该时间乘以活动的信道的数量。然而，从一个信道切换到另一个信道也需要时间。该时间可以是大约100微秒。因此，对于三个信道Z波FLiRS设备，唤醒时间可以是至少1,620微秒。相比而言，本系统允许网络设备10在330微秒内确定在所选信道上是否存在有效信号。因此，在没有Z波束正在被发送的情况下，本公开的网络设备仅需要唤醒大约1,290微秒。这是超过20%的唤醒时间的减少
本公开不受本文所述的具体实施例的范围限制。实际上，除了本文所述的那些之外，根据前面的描述和附图，本公开的其他各种实施例和修改对于本领域普通技术人员应当是显而易见的。因此，这样的其他实施例和修改旨在落入本公开的范围内。此外，尽管本公开在此已经在特定环境中的特定实现的上下文中出于特定目的而被描述，但是本领域普通技术人员应当认识到其有用性不限于此，并且本公开可以出于任何数量的目的而在任何数量的环境中有益地实现。因此，应当鉴于如本文所述的本发明的全部广度和精神来解释下文所阐述的权利要求。

Claims (17)

1.一种用于接收利用多个信道的Z波网络上的Z波束的网络设备，包括：
网络接口，包括：
无线电电路，用于接收所选信道上的无线信号，并将所述无线信号转换为数字信号，其中数字信号包括I和Q信号；
CORDIC，用于基于I和Q信号来生成相位信息；
数字信号到达（DSA）电路，用于接收相位信息并且确定在所选信道上是否存在有效信号；
读取信道，用于接收数字信号并解码数字信号以形成分组；
处理单元，与网络接口进行通信；以及
存储器设备，与所述处理单元进行通信，所述存储器设备包括指令，所述指令在由所述处理单元执行时，使得所述网络设备：
将一组值加载到设置在所述无线电电路中的硬件寄存器中，其中，该组允许所述无线电电路监视所述网络的一个信道；
使用DSA电路针对有效信号监视所述信道，其中DSA电路：
基于I和Q信号的相位来计算每个数据点的频率；
并通过以下方式检测有效信号：
确定两个邻近数据点之间的相位差是否小于预定阈值；和/或
通过确定频率偏差是否位于上限和下限之间来检测FSK信号的存在；
如果在预定的时间段内检测到有效信号，则处理所述信道上的Z波束；
如果在预定的时间段内没有检测到有效信号，则将不同的一组值加载到硬件寄存器中，并重复直到已监视所有信道；以及
如果所有信道都已被监视，并且在任何信道上都没有检测到有效信号，则进入休眠模式。
2.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述预定的时间段是用户可选择的。
3.根据权利要求2所述的网络设备，其中，所述预定的时间段大于所述DSA电路检测所述有效信号所需的最小时间。
4.根据权利要求1所述的网络设备，其中，通过针对FSK信号的存在监视所述数字信号来检测所述有效信号。
5.根据权利要求1所述的网络设备，其中，通过监视所述数字信号的相位来检测所述有效信号。
6.根据权利要求1所述的网络设备，其中，CORDIC从I和Q信号生成振幅信息，DSA电路接收振幅信息，并且其中通过监视接收信号强度指示符（RSSI）来检测所述有效信号。
7.根据权利要求1所述的网络设备，其中，处理所述信道上的Z波束包括：
将值加载到设置在所述读取信道中的寄存器中；
确定是否在第二预定持续时间内接收到所述Z波束；
如果没有接收到所述Z波束，则进入休眠模式；以及
如果接收到所述Z波束，则确定所述Z波束是否被意图用于该设备。
8.一种检测利用多个信道的无线Z波网络上的Z波束的存在的方法，所述方法包括：
将一组值加载到设置在网络设备的无线电电路中的硬件寄存器中，其中，该组允许所述无线电电路监视无线网络的一个信道；
针对有效信号监视所述信道，其中监视包括：
将无线信号转换为数字信号，其中数字信号包括I和Q信号；
将I和Q信号的相位计算为数据点；以及
基于I和Q信号的相位来计算每个数据点的频率；
并且其中通过以下方式检测有效信号：
确定两个邻近数据点之间的相位差是否小于预定阈值；和/或
通过确定频率偏差是否位于上限和下限之间来检测FSK信号的存在；
如果在预定的时间段内检测到有效信号，则接收所述信道上的Z波束；
如果在预定的时间段内没有检测到有效信号，则将不同的一组值加载到硬件寄存器中，并重复直到已监视所有信道；以及
如果所有信道都已被监视，并且在任何信道上都没有检测到有效信号，则进入休眠模式。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过针对FSK信号的存在监视所述数字信号来检测所述有效信号。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，通过监视所述数字信号的相位来检测所述有效信号。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，还包括使用I和Q信号生成振幅信息，并且其中通过监视数字信号的接收信号强度指示符（RSSI）来检测所述有效信号。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，接收所述信道上的Z波束包括：
将值加载到设置在网络设备的读取信道中的寄存器中；
确定是否在第二预定持续时间内接收到所述Z波束；
如果没有接收到所述Z波束，则进入休眠模式；以及
如果接收到所述Z波束，则确定所述Z波束是否被意图用于所述网络设备。
13.一种存储有软件程序的计算机可读非暂时性介质，以供在无线Z波网络上操作的网络设备使用，所述网络设备包括处理单元、无线电电路、CORDIC和数字信号到达（DSA）电路，所述无线电电路用于接收所选信道上的无线信号并且将所述无线信号转换成数字信号，其中数字信号包括I和Q信号，所述CORDIC用于从I和Q信号生成相位信息，所述数字信号到达（DSA）电路用于接收所述相位信息并且确定在所选信道上是否存在有效信号，所述软件程序包括指令，所述指令当由所述处理单元执行时使得所述处理单元：
将一组值加载到设置在无线电电路中的硬件寄存器中，其中，该组允许所述无线电电路监视所述Z波网络的一个信道；
使用DSA电路针对有效信号监视所述信道，其中DSA电路：
基于I和Q信号的相位来计算每个数据点的频率；
并通过以下方式检测有效信号：
确定两个邻近数据点之间的相位差是否小于预定阈值；和/或
通过确定频率偏差是否位于上限和下限之间来检测FSK信号的存在；
如果在预定的时间段内检测到有效信号，则处理所述信道上的Z波束；
如果在预定的时间段内没有检测到有效信号，则将不同的一组值加载到硬件寄存器中，并重复直到已监视所有信道；以及
如果所有信道都已被监视，并且在任何信道上都没有检测到有效信号，则进入休眠模式。
14.根据权利要求13所述的计算机可读非暂时性介质，其中，通过针对FSK信号的存在监视所述数字信号来检测所述有效信号。
15.根据权利要求13所述的计算机可读非暂时性介质，其中，通过监视所述数字信号的相位来检测所述有效信号。
16.根据权利要求13所述的计算机可读非暂时性介质，其中，CORDIC从I和Q信号生成振幅信息，DSA电路接收振幅信息，并且其中通过监视接收信号强度指示符（RSSI）来检测所述有效信号。
17.根据权利要求13所述的计算机可读非暂时性介质，其中，处理所述信道上的Z波束包括：
将值加载到设置在网络设备的读取信道中的寄存器中；
确定是否在第二预定持续时间内接收到所述Z波束；
如果没有接收到所述Z波束，则进入休眠模式；以及
如果接收到所述Z波束，则确定所述Z波束是否被意图用于所述网络设备。
CN202011102275.8A 2019-10-16 2020-10-15 用于低功率z波束形成检测的系统和方法 Active CN112752331B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/654,342 US11147018B2 (en) 2019-10-16 2019-10-16 System and method for low power Z-wave beaming detection
US16/654342 2019-10-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112752331A CN112752331A (zh) 2021-05-04
CN112752331B true CN112752331B (zh) 2024-01-26

Family

ID=75491776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011102275.8A Active CN112752331B (zh) 2019-10-16 2020-10-15 用于低功率z波束形成检测的系统和方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11147018B2 (zh)
CN (1) CN112752331B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7085283B1 (en) * 2000-03-15 2006-08-01 Realtek Semiconductor Corp. Automatic data CPU load reduction in a host-signal processing (HSP) based ADSL modem
CN101755473A (zh) * 2007-07-25 2010-06-23 高通股份有限公司 无线广播系统中的信道监视方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7822397B2 (en) * 2004-08-27 2010-10-26 Silicon Laboratories Inc. Method and apparatus for frequency hopping medium access control in a wireless network
US9166812B2 (en) 2006-01-31 2015-10-20 Sigma Designs, Inc. Home electrical device control within a wireless mesh network
US10165512B2 (en) * 2012-10-09 2018-12-25 Apple Inc. Dynamic wireless circuitry configuration for carrier aggregation component carriers
US10305676B2 (en) 2013-07-24 2019-05-28 Silicon Laboratories Inc. Apparatus for receiver with digital signal arrival detector and associated methods
US10637681B2 (en) * 2014-03-13 2020-04-28 Silicon Laboratories Inc. Method and system for synchronization and remote control of controlling units
US20180159706A1 (en) * 2016-12-06 2018-06-07 Silicon Laboratories Inc. Radio-Frequency Apparatus with Digital Signal Arrival Detection and Associated Methods
EP3580846A4 (en) * 2017-02-11 2020-03-04 Mumec, Inc. FREQUENCY CONVERSION SUPER-REGENERATIVE TRANSCEIVER
US20180287832A1 (en) 2017-03-29 2018-10-04 Silicon Laboratories Inc. Radio-Frequency Apparatus with Improved Power Consumption and Associated Methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7085283B1 (en) * 2000-03-15 2006-08-01 Realtek Semiconductor Corp. Automatic data CPU load reduction in a host-signal processing (HSP) based ADSL modem
CN101755473A (zh) * 2007-07-25 2010-06-23 高通股份有限公司 无线广播系统中的信道监视方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112752331A (zh) 2021-05-04
US11147018B2 (en) 2021-10-12
US20210120492A1 (en) 2021-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10820270B2 (en) Preamble detector
CN111527704B (zh) 用于检测蓝牙低功耗分组的控制器
EP2586223B1 (en) Event-triggered peer discovery
JP5356501B2 (ja) マルチレベルデューティサイクリング
US11811442B2 (en) Apparatus for receiver using multiple modulation schemes and associated methods
CN111328098B (zh) WIFI环境中的Zigbee、Thread和BLE信号检测
US10757652B2 (en) Wireless receiver with field capture for beacon frames
US11240090B2 (en) Receiver, communication apparatus, method and computer program
CN112752331B (zh) 用于低功率z波束形成检测的系统和方法
JP4660673B2 (ja) ２−ｆｓｋ信号の存在を検出する方法及び無線端末
EP3895478A1 (en) Wakeup receiver and wakeup signal transmission
CN114697171B (zh) 用于使用多种调制方案的接收器的装置和相关方法
JP4977822B2 (ja) データビットレート推定方法及び受信機
US20180287832A1 (en) Radio-Frequency Apparatus with Improved Power Consumption and Associated Methods
US9742412B1 (en) Low power wireless receiver for congested networks operating with beacon frames
US12219599B2 (en) Concurrent listening
US11777548B1 (en) Context switching demodulator and symbol identifier
US11363529B2 (en) Software emulation of parallelized packet detection across channels
US20230108844A1 (en) Communication device and operating method
US11910322B2 (en) Wakeup receiver and system using frequency shift keying and shifted-frequency retransmission
WO2018104710A1 (en) Clear channel assessment
CN118574199A (zh) 具有单比特相关器的唤醒无线电
CN112751581A (zh) 用于具有降低的功耗和延迟的射频接收机的装置及相关方法
JP2005176225A (ja) 信号補正装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant