CN115706589A - 无线装置 - Google Patents

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CN115706589A CN202210971405.4A CN202210971405A CN115706589A CN 115706589 A CN115706589 A CN 115706589A CN 202210971405 A CN202210971405 A CN 202210971405A CN 115706589 A CN115706589 A CN 115706589A
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克里斯托夫·奥利弗·梅尔滕斯
安东尼·约瑟夫
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Abstract

一个例子公开一种无线装置，包括：输入，所述输入被配置成接收干扰信号；传输器，所述传输器被配置成生成具有第一数据速率或第二数据速率的传输信号；以及控制器，所述控制器耦合到所述输入和所述传输器，且被配置成限定干扰阈值；其中所述控制器被配置成命令所述传输器在所述干扰信号低于所述干扰阈值的情况下以所述第一数据速率调制所述传输信号，且在所述干扰信号高于所述干扰阈值的情况下以所述第二数据速率调制所述传输信号。

Description

无线装置
技术领域
本说明书涉及用于无线通信的系统、方法、设备、装置、制品和指令。
背景技术
便携式无线通信装置通常由电池供电，且因此低电流消耗对于使用、自主性和用户体验至关重要。通过将传输装置的传输功率电平配置为尽可能低，从而在接近接收通信装置的灵敏度电平的情况下操作来实现低电流消耗。
然而，这使得接收装置特别易受来自干扰源(即，干扰来源)的间歇性干扰或扰乱的影响。此接收器抗扰性可通过增加传输功率来改进，然而这从电流消耗观点来看不是合乎需要的，且不可能通过由所选择的半导体技术强加的可靠性约束而实现。
发明内容
根据示例实施例，一种无线装置，包括：输入，所述输入被配置成接收干扰信号；传输器，所述传输器被配置成生成具有第一数据速率或第二数据速率的传输信号；以及控制器，所述控制器耦合到所述输入和所述传输器，且被配置成限定干扰阈值；其中所述控制器被配置成命令所述传输器在所述干扰信号低于所述干扰阈值的情况下以所述第一数据速率调制所述传输信号，且在所述干扰信号高于所述干扰阈值的情况下以所述第二数据速率调制所述传输信号。
在另一示例实施例中，第一数据速率大于第二数据速率。
在另一示例实施例中，第一数据速率具有比第二数据速率高的物理层调制阶数。
在另一示例实施例中，第一数据速率具有比第二数据速率低的能量/比特率。
在另一示例实施例中，传输信号是近场通信信号。
在另一示例实施例中，控制器被配置成在干扰信号低于干扰阈值时限定第一周期，且在干扰信号高于干扰阈值时限定第二周期。
在另一示例实施例中，第一数据速率大于第二数据速率；并且控制器被配置成命令传输器在第一周期中仅使用第一数据速率生成传输信号。
在另一示例实施例中，第一数据速率大于第二数据速率；并且控制器被配置成命令传输器在第二周期中仅使用第二数据速率生成传输信号。
在另一示例实施例中，控制器被配置成命令传输器仅在第一周期中生成传输信号。
在另一示例实施例中，使用PSK(相移键控)对第一数据速率进行编码，并且使用FSK(频移键控)对第二数据速率进行编码。
在另一示例实施例中，当被接收时，干扰信号影响传输信号的误包率(PER)或误码率(BER)。
在另一示例实施例中，所述无线装置由电池和/或能量捕获装置供电。
在另一示例实施例中，控制器被配置成每当要在传输信号内发送消息时重新表征干扰信号。
在另一示例实施例中，控制器被配置成在预定时间窗口内将干扰信号表征为周期性的或非周期性的。
在另一示例实施例中，第一数据速率大于第二数据速率；其中如果干扰信号是周期性的，则控制器被配置成在不存在干扰信号期间命令传输器以第一数据速率调制传输信号；并且其中如果干扰信号是非周期性的，则控制器被配置成命令传输器仅以第二数据速率调制传输信号。
在另一示例实施例中，控制器被配置成在接收的传输信号的误码率(BER)或误包率(PER)大于最大可接受BER或PER的情况下重新表征干扰信号。
在另一示例实施例中，所述无线装置为第一无线装置并且第一无线装置被配置成与第二无线装置通信；第一和第二无线装置被配置成限定通信调度，在所述通信调度期间准许所述无线装置中的每一个无线装置传输；并且其中下一个计划传输的所述无线装置在即将传输消息之前表征干扰信号。
在另一示例实施例中，传输信号是远场通信信号。
在另一示例实施例中，使用错误校正码对第一数据速率和/或第二数据速率进行编码。
根据示例实施例，一种分配存储在非暂时性、有形的计算机可读存储介质上的指令以用于配置无线装置的方法：其中所述无线装置包括，输入；传输器；以及控制器；其中所述指令包括，在所述输入处接收干扰信号；用所述传输器生成传输信号；用所述控制器限定干扰阈值；以及使用所述控制器来命令所述传输器在所述干扰信号低于所述干扰阈值的情况下以第一数据速率调制所述传输信号，且在所述干扰信号高于所述干扰阈值的情况下以第二数据速率调制所述传输信号。
以上论述并不意图表示当前或未来权利要求集的范围内的每一示例实施例或每一实施方案。以下图式和具体实施方式还举例说明了各种示例实施例。
结合附图考虑以下具体实施方式可以更全面地理解各种示例实施例。
附图说明
图1A和1B表示由例如计算机键盘和厨房搅拌机等干扰源引起的干扰信号的示例曲线图。这些是住宅和办公室环境内的众多例子中的两个。
图2表示针对不同调制方案2FSK、DQPSK、D8PSK通过噪声-密度(N0)归一化以便实现给定误码率(BER)的每位所需能量(Eb)的示例曲线图。
图3表示示例无线装置。
图4A是在存在键盘干扰源的情况下卷积编码(CC)-2FSK接收近场信号的近场接收器输入信号(dBμV)与误包率(PER)的示例曲线图。
图4B是在存在键盘干扰源的情况下网格编码(TC)-D8PSK接收近场信号和卷积编码(CC)-DQPSK的近场接收器输入信号(dBμV)与误包率(PER)的示例曲线图。
图5是在存在各种干扰信号的情况下在CC-DQPSK与CC-2FSK之间切换调制时无线装置的接收器灵敏度的改进的示例表。
图6是示出在存在和不存在各种干扰信号的情况下针对各种PHY调制模式实现10％PER所需的传输功率的例子。
图7是用于使得无线装置能够基于干扰情况选择调制阶数的示例指令集。
图8是用于使得无线装置能够检测任何干扰源的存在的示例指令集。
虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是本公开的细节已经借助于例子在附图中示出且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。还涵盖落在所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。
具体实施方式
增加接收器的干扰免疫性/抑制的另一方式由降低调制阶数(即，符号字母表的大小)或通过增加符号周期(即，较低符号速率)组成。
增加接收器的干扰免疫性/抑制的额外方式由在干扰情况中选择不同调制方案组成，这在AWGN情况中从功耗观点来看可能不是最优的，但具有抗干扰信号的固有的更强的弹性。
近场无线通信装置对干扰源尤其敏感，因为近场无线通信装置在低于30MHz的一组ITU SRD频带中操作。这些近场装置可基于其中传输器和接收器通过磁(H)场和电(E)场两者耦合的近场电磁感应(NFEMI)，其中传输器和接收器通过电(E)场耦合的近场电感应(NFEI)以及其中传输器和接收器通过磁(H)场耦合的近场磁感应(NFMI/NFC)。尽管RF无线通信是通过穿过自由空间传播RF平面波来实现的，但NFEMI、NFEI、NFMI和NFC使用非传播准静态H场和/或E场信号进行通信。
给定此低操作频率，这些近场通信系统易受来源于存在于其环境中的各种常见开关装置(例如，家用电器、计算机键盘、游戏控制器、厨房电器、车辆、儿童玩具等)的干扰信号的影响。
图1A和1B表示由例如计算机键盘100和厨房搅拌机102等干扰源引起的强近场干扰信号的示例曲线图。出于稍后论述各种示例无线装置实施例的目的，限定高噪声阈值104和低噪声阈值106。在这些例子中，高噪声阈值104对于键盘100具有约58dBμV的峰值，且对于厨房搅拌机102具有约69dBμV的峰值。
图2表示通过噪声-密度(N0)(即，Eb/N0优值，类似于信噪比(SNR))归一化以便实现给定误码率(BER)的每位所需能量(Eb)的示例曲线图。示出了三个曲线，包括较低阶调制202(例如，2FSK)、中阶调制204(例如，DQPSK)和较高阶调制206(例如，D8PSK)。
如果示例近场接收器具有约18dBμV的底噪，则在不存在干扰源的情况下需要11-15dB Eb/N0(取决于所使用的近场信号调制)以实现1e-4(1位错误/10000位)的误码率(BER)。
因此，在存在例如图1A和1B中所描述的键盘100和厨房搅拌机102具有高噪声阈值104的强干扰源的情况下，近场通信可能会丢失或严重降级。虽然增加近场装置的传输功率可能是初始的想法，但此类功率增加可能不仅对无线装置的电池寿命造成很大影响，而且可能由于各种监管和工艺技术约束而不被准许。
现在论述的是具有基于可变噪声环境的可调适调制阶数和调制方案的无线装置的示例实施例。无线装置包括物理(PHY)层，所述物理层可在无干扰源或低干扰源情况中的较低功率/电流消耗模式或在高/强干扰源情况中的较高噪声/干扰源抗扰性模式之间切换。应注意，虽然下文的论述论述近场信令，但此论述也适用于远场装置。并且，虽然论述了例如键盘和厨房搅拌机等特定干扰来源(即，干扰源)，但此论述还适用于呈现可变行为的任何形式的噪声/干扰源。
图3表示示例无线装置300。示例近场无线装置300包括近场天线302、调谐电路304(例如，无线电前端)、收发器电路306(例如，无线电信号处理器)和控制器308。
调谐电路304被配置成响应于来自收发器电路306和控制器308的信号而使用电容组(C组)调整装置300的谐振频率且使用电阻组(R组)调整带宽，使得无线装置300可与其它无线装置(未示出)通信。
控制器308被配置成监测和维持装置300的操作谐振频率和近场天线承载的近场信号(例如，NFEI或NFEMI)的操作带宽/品质因数。控制器308被配置成在操作谐振频率不同于预选谐振频率和/或操作带宽不同于预选带宽的情况下调整调谐电路304中的调谐参数。控制器308还被配置成监测一个或多个近场通信链路特性(例如，RSSI(接收信号强度指示符))。
控制器308被配置成选择用于传输近场信号的一组物理(PHY)层调制阶数(例如，调制模式、调制方案等)。调制阶数可具有两个或更多个调制状态。调制阶数(MO)在本文中被限定为在每次近场信号传输中可能存在的多个不同信号状态(例如，符号)。例如，MO＝2限定双状态(例如，(差分)二进制移位键控((D)BSK))通信信号(例如，0、1或-1、1等)。MO＝4是(差分)正交相移键控((D)QPSK)通信信号。MO＝m是m状态通信信号，其中m＝2的任何阶数(例如，21＝2、22＝4、23＝8、24＝16等)。较高的MO可通过将每个信号状态编码为较大的等效位数来实现较高的数据速率(例如，(D)QPSK具有含2个位/符号的4相位状态，并且BPSK和DPSK具有含1个位/符号的2相位状态)。较高调制阶数产生较高最大数据速率。
(D)PSK符号编码具有优于FSK(频移键控)编码的Eb/N0和电流消耗优点。然而，FSK具有更好的干扰源抑制，因为所有信息包括于FSK编码信号的过零点而非信号的振幅中，且具有比(D)PSK编码低的波峰因数。因此FSK编码需要较低传输器回退，且在同一组技术约束内允许较高平均(均方根)传输电平。
控制器308被配置成基于实时获得的干扰信息来选择调制阶数以及传输器输出功率，由此优化功耗、数据吞吐量和干扰免疫性之间的功能性和性能。在各种示例实施例中，针对无干扰或低干扰情况选择较高调制阶数(例如，(D)xPSK)，并且针对中或高干扰情况选择较低调制阶数(例如，2FSK)。
在各种示例实施例中，控制器308被配置成接收干扰信号并且限定干扰阈值。然后，控制器308被配置成命令收发器306在干扰信号低于所述干扰阈值的情况下以第一数据速率调制传输信号，且在干扰信号高于干扰阈值的情况下以第二数据速率调制传输信号。由于干扰信号的存在，第一数据速率大于第二数据速率。
在一些示例实施例中，为了更好地确保低BER/PER(误包率)传输，控制器308被配置成表征干扰信号。例如，在干净的电磁环境条件下(例如，在不存在任何数据交换的情况下)，建立空闲(例如，背景)RSSI信号电平。因此，当RSSI增加到高于预定高阈值时，控制器308将断定存在强干扰源且因此改变传输信号的调制阶数以进行补偿且确保持续的无线传输。
具体地说，在近场频带(例如，＜30MHz)中，大多数干扰源示出周期性特性(例如，高噪声功率电平的周期与较低噪声功率电平的周期交替)。取决于高功率电平脉冲噪声的工作循环和低噪声功率电平窗口的持续时间，在一些示例实施例中，控制器308根据以下方法优化功耗。
首先，在不存在强干扰源的情况下，控制器308将收发器306配置成在噪声峰值之间以最高可能调制阶数传输，以便最大限度地减少能量/位且减少近场通信功耗。
其次，在存在示出周期性行为的干扰源的情况下，如果可通过强噪声突发之间的传输维持数据速率，则控制器308将收发器306配置成在噪声峰值之间以最高可能PHY阶数传输以获得较大功率/位效率，且调度消息数据以使得传输适合于高噪声功率窗口之间的最长可能数据包，以减少相对的开销成本。然而，如果在高噪声功率时隙之间的窗口期间，所需的数据速率无法由数据包传输维持，则控制器308在高噪声功率时隙期间(例如，交替的高PHY阶数(在噪声峰值之间)和低PHY阶数(在噪声峰值期间))添加低PHY阶数传输。
第三，在存在并未示出稳定周期性特性的干扰源的情况下，控制器308将收发器306配置成在噪声峰值期间以低PHY阶数传输以获得最高弹性。
在一些示例实施例中，控制器308被配置成在一个或多个通信链路性能指示符降级(例如，误码率(BER)、误包率(PER)、(D)EVM、CRC等)的情况下或在周期定时器到期时，重新验证干扰源的存在或不存在和周期性。
在各种示例实施例中，无线装置300与其它无线装置同步，使得所有无线装置基于干扰源和周期性信息大致知道何时一个无线装置正在传输且另一无线装置正在接收。在无线通信中的已知空时隙期间，当传输装置安静时，接收装置可评估背景信号的电平，即，噪声、干扰源和干扰器的组合。
图4A是在存在键盘干扰源的情况下卷积编码(CC)-2FSK 406的接收近场信号的近场接收器输入信号(dBμV)与误包率(PER)的曲线图的例子400。图4B是在存在键盘干扰源的情况下网格编码(TC)-D8PSK 408的接收近场信号和卷积编码(CC)-DQPSK 410的近场接收器输入信号(dBμV)与误包率(PER)的曲线图的例子402。图4A和4B两者中还示出示例10％PER(误包率)阈值404。
D8PSK 408以2/3速率被网格编码，DQPSK 410以1/2速率被卷积编码，并且2FSK406也以1/2速率被卷积编码。所有三个调制使用错误校正，且具有约188μs的数据包有效负载大小，因此三个调制的有效空中时间全部相同。
当存在键盘干扰源时，使用2FSK 406，则需要至少24dBμV接收器输入信号以维持小于10％的PER。然而，当使用D8PSK 408时，需要至少35dBμV接收器输入信号以维持小于10％的PER，并且当使用DQPSK 410时，则需要至少31dBμV接收器输入信号以维持小于10％的PER。
因此，当存在干扰源时，通过从较高调制阶数D8PSK 408或DQPSK410切换到较低调制阶数2FSK 406来改进近场接收器灵敏度。此近场接收器灵敏度改进在CC-2FSK 406与CC-DQPSK 410之间约为7dB，且在CC-2FSK 406与TC-D8PSK 408之间约为10dB。
图5是在存在各种干扰信号的情况下在CC-DQPSK与CC-2FSK之间切换调制时无线装置300的接收器灵敏度的改进的表的例子500。应注意，RxIN是RF输入电平，在接收器IC的天线引脚处看到的电压。当将调制从CC-DQPSK切换到CC-2FSK时，灵敏度的增益在4到8dB之间。当干扰信号具有脉冲噪声行为时，则将调制切换到FSK带来接收器灵敏度的显著改进。
图6是在存在602和不存在604干扰源的情况下各种PHY模式的10％PER所需的传输功率的例子600。PHY模式CC2FSK、CC-DQPSK和TC-D8PSK的比较传输功耗的例子600采用相同的净数据吞吐量。此例子600的数据在无干扰源AWGN情况下以10％PER归一化为TC-D8PSK模式。
在没有干扰604的情况下，调制模式D8PSK需要“最小传输功率”以获得10％PER，由此提供最长电池操作时间和自主性。对于相同的净数据吞吐量和PER，CC-DQPSK和CC-2FSK带来17.8％(1.42dB)和78.7％(5.04dB)的传输功耗增加。
然而，在强干扰602的情况下，D8PSK变为最差。在存在干扰源的情况下，趋势完全不同，并且对于相同的净数据吞吐量和10％PER，2FSK需要具有与AWGN情况中的参考TC-D8PSK功耗相比传输功率增加183％(9.04dB)的最低功耗，而CCDQPSK需要高达高6倍的功耗，且TCD8PSK需要高28倍的功耗来达到10％PER。
图7是用于使得无线装置300能够选择调制阶数的示例指令集700。应注意，论述指令的次序并不限制其它示例实施例实施所述指令的次序，除非以其它方式具体陈述。另外，在一些实施例中，同时实施所述指令。
步骤702，最初系统在较高调制阶数和最低功率/位模式(DxPSK)下启动。基于在不存在任何干扰的情况下的SNR(信噪比)确定特定较高调制阶数“x”(例如，如D8PSK、DQPSK、DBPSK中的8、Q、B)。步骤704，评估任何干扰源的存在(参见图8)。进行周期性重新评估以检查干扰情境是否已经改变(即，如由链路质量指示符(LQI)所指示，在特定时间限制之后改进，或劣化)；这可以是接收器(D)EVM、误码率、误包率、CRC错误率等的降级。步骤706，使用定时器以在规则时间重新评估干扰情境。
步骤708，如果未检测到强干扰源，则出于较大数据速率和较低能量/位功耗考虑因素，使用最高调制阶数，所述最高调制阶数还维持预定BER。步骤710，如果观察到强非周期性干扰源，则出于稳健性原因(即，为了维持预定PER/BER)，使用较低调制阶数，所述较低调制阶数还更具有干扰弹性。
步骤712，如果观察到强且周期性的干扰源，则使用最高调制阶数，但仅在强干扰突发之间准许传输。在一些示例实施例中，可使用具有与干扰突发相同的周期性的定时信标实现接收器与传输器之间的定时对准。可替换的是，传输器或接收器可发送短轮询数据包，所述短轮询数据包标记传输时隙的开始，可能还包括关于低噪声时间窗口的信息。
步骤714，如果可在过程712中维持的数据速率不足，则在高干扰突发期间可通过切换到较低调制阶数以用于所需传输来产生额外数据吞吐量。
以上步骤可在任何无线装置中执行，但对近场无线通信装置具有特定适用性。通信中的装置中的任一个或两个也可执行以上步骤。在一些示例实施例中，在无线装置中的一个即将向接收装置传输信号之前执行以上步骤。
图8是用于使得无线装置300能够检测任何干扰源的存在的示例指令集800。在步骤802中，开始空闲(即，没有通信)RSSI(接收信号强度指示符)测量，初始化定时器，并且初始化测量计数器。
在步骤804中，检查空闲RSSI是否超过高噪声阈值，所述超过指示任何类型的强干扰源的存在。
在步骤806中，如果存在任何类型的强干扰源，则检查空闲RSSI现在是否已低于低噪声阈值。这指示强干扰源在此刻已停止干扰。
在步骤808中，现在空闲RSSI是否回到低噪声阈值以上。这指示强干扰源已再次开始干扰。
在步骤810中，取决于测量计数器是否已在预定时间段内达到测量计数器限值，干扰源被分类为周期性强干扰源或非周期性强干扰源。
无线装置300的应用包括例如用于个人使用业务或娱乐用途以及用于医疗和资源管理设置的用于无线体上网络的可穿戴物。至少一个医疗应用包括近场体上葡萄糖传感器和也穿戴在身体上或接近身体定位以用于糖尿病护理的近场胰岛素泵。无线体上网络的另一示例应用是使用近场通信技术的通过触摸的访问控制。
在一些示例实施例中，上文所描述的指令集实施为功能和软件指令。在其它实施例中，指令可使用逻辑门、专用芯片、固件以及其它硬件形式实施。
当指令体现为非暂时性计算机可读或计算机可用介质中的可执行指令集时，这些指令在编程有所述可执行指令且受所述可执行指令控制的计算机或机器上实现。所述指令被加载以用于在处理器(例如，一个或多个CPU)上执行。所述处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)或其它控制或计算装置。处理器可指单个组件或多个组件。所述计算机可读或计算机可用存储介质被视为物品(或制品)的一部分。物品或制品可指任何所制造的单个组件或多个组件。如本文所限定的非暂时性机器或计算机可用介质不包括信号，但此类介质能够接收并处理来自信号和/或其它暂时性介质的信息。
本说明书中论述的材料的示例实施例可整体或部分地经由网络、计算机或基于数据的装置和/或服务实施。这些可包括云、因特网、内联网、移动装置、台式计算机、处理器、查找表、微控制器、消费者设备、基础架构，或其它使能装置和服务。如本文和权利要求书中可使用，提供以下非排他性限定。
在本说明书中，已经依据选定的细节集合而呈现示例实施例。然而，本领域的普通技术人员将理解，可实践包括这些细节的不同选定集合的许多其它示例实施例。希望所附权利要求书涵盖所有可能的示例实施例。

Claims (10)

1.一种无线装置，其特征在于，包括：
输入，所述输入被配置成接收干扰信号；
传输器，所述传输器被配置成生成具有第一数据速率或第二数据速率的传输信号；以及
控制器，所述控制器耦合到所述输入和所述传输器，且被配置成限定干扰阈值；
其中所述控制器被配置成命令所述传输器在所述干扰信号低于所述干扰阈值的情况下以所述第一数据速率调制所述传输信号，且在所述干扰信号高于所述干扰阈值的情况下以所述第二数据速率调制所述传输信号。
2.根据权利要求1所述的装置：
其特征在于，所述第一数据速率大于所述第二数据速率。
3.根据权利要求1所述的装置：
其特征在于，所述第一数据速率具有比所述第二数据速率高的物理层调制阶数或比所述第二数据速率低的能量/比特率。
4.根据权利要求1所述的装置：
其特征在于，所述传输信号是近场通信信号。
5.根据权利要求1所述的装置：
其特征在于，所述控制器被配置成在所述干扰信号低于所述干扰阈值时限定第一周期，且在所述干扰信号高于所述干扰阈值时限定第二周期。
6.根据权利要求5所述的装置：
其特征在于，所述第一数据速率大于所述第二数据速率；并且
其中所述控制器被配置成命令所述传输器在所述第一周期中仅使用所述第一数据速率生成所述传输信号或在所述第二周期中仅使用所述第二数据速率生成所述传输信号。
7.根据权利要求5所述的装置：
其特征在于，所述控制器被配置成命令所述传输器仅在所述第一周期中生成所述传输信号。
8.根据权利要求1所述的装置：
其特征在于，使用PSK(相移键控)对所述第一数据速率进行编码，并且使用FSK(频移键控)对所述第二数据速率进行编码。
9.根据权利要求1所述的装置：
其特征在于，当被接收时，所述干扰信号影响所述传输信号的误包率(PER)或误码率(BER)。
10.一种分配存储在非暂时性、有形的计算机可读存储介质上的指令以用于配置无线装置的方法：
其特征在于，所述无线装置包括，
输入；
传输器；以及
控制器；
其中所述指令包括，
在所述输入处接收干扰信号；
用所述传输器生成传输信号；
用所述控制器限定干扰阈值；以及
使用所述控制器来命令所述传输器在所述干扰信号低于所述干扰阈值的情况下以第一数据速率调制所述传输信号，且在所述干扰信号高于所述干扰阈值的情况下以第二数据速率调制所述传输信号。
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