CN1956393A - 发送/接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发送/接收装置，包含：天线；发送/接收单元；该发送/接收单元具有与天线相连接的发送单元、与天线相连接的接收单元；以及与发送/接收单元相连接的监控单元，用于控制发送/接收单元，其中该监控单元被构造来：指示发送/接收单元发送第一数据帧并从发送/接收单元接收第二数据帧。根据本发明，发送/接收单元具有与接收单元和监控单元相连接的控制单元，该控制单元被构造，来分析在第一数据帧的发送之后在预先给定的时间段内由接收单元接收的第二数据帧，并且确定是否该第二数据帧包含对于第一数据帧被第二发送/接收装置成功接收的确认消息，以及如果确定它包含确认消息则不将第二数据帧转发给监控单元。

Description

发送/接收装置
技术领域
本发明涉及一种发送/接收装置，尤其是用于根据IEEE-802.15.4的数据传输系统的发送/接收装置。
背景技术
本发明处于数据传输领域。虽然原理上可以在任意的、用于双向数据传输的数字通信系统上使用，但是本发明以及以其作为基础的问题在下面借助根据IEEE-802.15.4的“ZigBee”通信系统来进行阐述。
为了在相对短的距离上(大约10m)无线地传输信息，可以使用所谓的“无线个人域网”(WPAN)。与“无线局域网”(WLAN)相对，WPAN需要少的或甚至不需要基础设施来用于数据传输，这样对于广阔的应用领域可以实现小的、简单的、节省能量并且成本低的设备。
标准IEEE-802.15.4详细说明了低速的WPAN，其具有直到250kbit/s的原始数据速率(Rohdatenraten)以及具有固定的或移动的设备，适合于在工业监视和控制中、在传感器网络中、在自动化中以及在计算机外围设备的领域中的应用，并且适合于互动游戏。除了设备可非常简单并且低成本地被实现，对于这些种类的应用，设备的极其小的能量需求具有决定性的意义。这样以该标准，争取实现几个月至几年的电池寿命。
已知的发送/接收装置包括：发送/接收单元，用于根据通信标准发送和接收数据；以及监控单元，用于控制发送/接收单元，这样整个发送/接收装置的能量需求由发送/接收单元的能量需求加上监控单元的能量需求而得出。
通常，发送/接收单元承担(wahrnehmen)通信标准的物理层(PHY)的层面上规定的功能，而监控单元接管MAC层和必要时更高层的功能。在此，例如PHY-数据帧(PPDU)通过物理信道(调制/解调，同步，等等)的发送和接收以及信道占用的检验(空闲信道评估，CCA)属于PHY-功能。而与此相对，用于提高数据传输的健壮性的方法，例如通过确认帧(acknowledgement frames，ACK)对成功接收的PHY-数据帧的确认、在失败的传输尝试情况下的进一步的行动或者防碰撞方法如CSMA-CA(carrier sense multiple access with collision avoidance)在MAC层上被详细说明。
由于由此得出的、具有对工作能量的不同需求的不同的工作模式和临时的活动，发送/接收单元和/或监控单元的能量需求在时间上不是恒定的，而是具有强烈的波动。在此不利的是，在一些其中发送/接收单元例如具有增大的能量需求的时间段中，监控单元也需要许多工作能量。相反的情况也不能排除，即当监控单元同样具有增大的能量需求时，而发送/接收单元则要求许多能量。整个发送/接收装置因此有这样的能量需求，该能量需求具有高的峰值(peaks)。由此得到的峰值电流不但增大了发送/接收装置的平均能量需求，而且必要时还不利地要求能量供应单元(电池)的更大的尺寸。
发明内容
在该背景下，本发明的任务是，提供一种简单并且低成本地实现的、并且节省能量地运行的发送/接收装置，该装置特别地具有较小的峰值电流消耗。
根据本发明，该任务通过具有下述特征的发送/接收装置来解决。
根据本发明的装置具有以下的单元：a)天线，b)发送/接收单元，用于根据通信标准来发送和接收数据，该发送/接收单元具有一个与该天线相连接的发送单元用于将第一数据帧发送给一个第二发送/接收装置，以及具有一个与该天线相连接的接收单元用于接收该第二发送/接收装置的第二数据帧，c)与该发送/接收单元相连接的监控单元，用于控制该发送/接收单元，其中该监控单元被构造用于指示该发送/接收单元发送一个第一数据帧并且从该发送/接收单元接收第二数据帧。在此，该发送/接收单元具有一个与该接收单元和该监控单元相连接的控制单元，该控制单元被这样构造，即d)分析一个在该第一数据帧的发送之后在一个预先给定的时间段之内由该接收单元接收的第二数据帧，并且确定是否该第二数据帧包含一个对于该第一数据帧被该第二发送/接收装置成功接收的确认消息，以及e)如果确定了它包含该确认消息，则不将该第二数据帧转发给该监控单元。
本发明的本质在于，这些由第二发送/接收装置接收的第二数据帧通过发送/接收单元的控制单元来分析、来检验，是否它们包含确认消息，并且如果是这样，则不将第二数据帧转发给监控单元。通过接收确认帧的这种“压制”，在发送/接收单元中已经有利地实现了，监控单元不必以相对高的能量消耗被保持在活动的工作状态中，以便接收、分析接收确认帧，并且相应地对此作出反应。通过这种方式能够实现，发送/接收单元在其中具有相对高的能量需求的那些时段这样地与在其中监控单元需要相对多的工作能量的那些时段的分离，使得它们在时间上不重叠，这样发送/接收装置的总峰值电流需求降低。总体上，发送/接收装置的电池寿命增大了直到三分之一。
本发明的有利构型和进一步构型可以由下面的描述以及通过参照
附图的描述得出。
在一种有利构型中，监控单元至少具有两种具有不同大小的能量消耗的工作模式(“睡眠”，“活动”或类似)，并且被这样构造，一旦监控单元已指示发送/接收单元发送第一数据帧，就切换到具有小的能量消耗的节能模式中。优选的是，监控单元这样构造，当它从控制单元接收到一个中断时，又离开节能模式。通过尽可能早地进入节能模式和/或尽可能迟地离开同一模式，实现了在其中监控单元处于节能模式的时间段被延长。通过这种方式，一方面用于运行监控单元(并且由此也连同运行发送/接收装置)所需要的能量需求被降低，而另一方面也降低了总的峰值电流需求，因为发送/接收单元的峰值电流需求与监控单元的峰值电流需求的时间上的相遇的可能性被降低了。
根据一种优选的进一步构型，在发送第一数据帧之前控制单元指示接收单元检验，是否为该第一数据帧的发送而设置的传输信道被占用。若该检验得出，所设置的传输信道未被占用，即是空闲的(并且仅仅在这种情况下)，则控制单元指示发送单元发送第一数据帧。通过这种方式，不但信道占用检验本身，而且对于检验的请求、检验结果的分析、以及在传输信道空闲的情况下发送第一数据帧的请求都在该发送/接收单元内部进行，并且由此与监控单元无关。至少在信道空闲的情况下，由此为了保证CSMA-CA/CCA-功能(带冲突避免的载波侦听多点接入，空闲信道评估)，在发送/接收单元和监控单元之间无需交互。通过这种方式，即发送/接收单元自主地接管CSMA-CA/CCA-功能，有利地实现了，监控单元既不必被保持在具有相对高的能量消耗的活动工作状态中，以给出用于检验信道占用的CSMA-CA-指示或者分析CCA-结果并且必要时给出发送指示；也不必离开节能模式，以执行这些活动。通过这种方式，降低了用于运行监控单元(并且由此也连同运行发送/接收装置)需要的能量需求，而也降低了总峰值电流需求。
在一种有利构型中，如果在预先给定的时间段中没有接收到第二数据帧，或者如果确定第二数据帧不包含确认消息时，控制单元例如借助一个中断通知该监控单元。在这些情况下，不能以通过第二发送/接收装置成功地接收第一数据帧为出发点。通过该中断，监控单元可以有利地从节能模式切换到活动模式中，以引起相应的另外的措施、例如重新发送第一数据帧。
根据一种优选的进一步构型，控制单元此外与发送单元相连接并且具有存储器。控制单元将与第一次发送有关联的第一数据帧储存在存储器中，并且如果在预先给定的时间段内没有第二数据帧被收到或者如果确定第二数据帧不包含确认消息时控制单元，则控制单元独立地(自主地)引起、即没有监控单元的指示地引起发送单元将第一数据帧重新发送给第二发送/接收装置。由此，在这些情况下，即在其中不能以该第一数据帧被成功接收为出发点，第一数据帧被发送/接收单元自主地重新发送。通过该措施，监控单元即使在不成功的传输尝试情况下也可以较长时间地停留在节能模式中，这样发送/接收单元和监控单元的能量需求和总的峰值电流消耗降低了。
在一种有利的构型中，当在预先给定的数目次独立引起将第一数据帧重新发送给第二发送/接收装置之后，在相应的重新发送之后在预先给定的时间段内没有收到包含确认消息的第二数据帧时，控制单元才例如借助一个中断通知监控单元。由此有利地得到降低的能量需求以及减少的总峰值电流消耗。
根据一种优选的进一步构型，控制单元首先分析第一数据帧并且确定，在该第一数据帧通过第二发送/接收装置被成功地接收的情况下到底是否期待确认消息。如果该确认消息被期待——并且只有这样——控制单元才也分析第二数据帧并且确定是否该第二数据帧实际上包含确认消息。如果确认消息被期待，并且如果确定第二数据帧包含确认消息——并且只有在该情况下——控制单元不将第二数据帧转发给监控单元。通过这种方式，即第一数据帧也被分析并且例如借助其数据字段之一被检验是否对于该第一数据帧的成功的接收期望确认消息，在不期望确认消息的这些情况中可以有利地不进行第二数据帧的分析。由此进一步降低了发送/接收单元的能量消耗。
当不期待确认消息时，在第一次或重复地发送第一数据帧之后缺少确认消息或缺少第二数据帧的情况下，监控单元的通知以及通过发送/接收单元对第一数据帧的自主再发送也可以有利地不进行，因为由此降低了发送/接收单元的能量消耗。
在一种有利的构型中，该控制单元与该发送单元相连接并且具有一个存储器，其中该控制单元被这样构造，即该控制单元将该第一数据帧储存在该存储器中，并且如果该确认消息被期待，并且如果在该预先给定的时间段之内没有第二数据帧被接收到或者确定该第二数据帧不包含该确认消息，则没有该控制单元的指示地引起该发送单元将该第一数据帧重新发送给该第二发送/接收装置。
在另一种有利的构型中，该控制单元被这样构造，即，当该确认消息被期待并且在一个预先给定数目的没有通过该监控单元指示地引起将该第一数据帧重新发送给该第二发送/接收装置之后，在所述相应的重新发送之后在该预先给定的时间段之内还是没有包含该确认消息的第二数据帧被接收到时，该控制单元才例如借助一个中断通知该监控单元。
在另一种有利的构型中，所述引起将该第一数据帧重新发送给该第二发送/接收装置的预先给定的数目具有在1至5的范围中的值。
在另一种有利的构型中，在重新发送第一数据帧之前控制单元指示接收单元来检验，为重新发送第一数据帧设置的传输信道是否被占用。只有当被设置的传输信道未被占用(即空闲)时，控制单元才指示发送单元重新发送第一数据帧。通过也在重新发送第一数据帧之前通过发送/接收单元的对信道占用的检测，为了运行监控单元(并且由此也连同运行发送/接收装置)所需的能量需求、以及总峰值电流需求都进一步降低。
在另一种有利的构型中，控制单元被构造，a)如果检验得出，被设置的传输信道被占用，则重新指示接收单元在更迟的时刻检验，是否被设置的传输信道被占用，b)只有当重新的检验得出，被设置的传输信道不被占用时，才指示发送单元发送第一数据帧，以及c)当预先给定的数目的检验分别得出，被设置的传输信道被占用时，例如借助中断通知监控单元。通过这种方式，即在预先给定的数目的检验以及确认信道被占用之后监控单元才被通知，为了运行监控单元(并且由此也连同运行发送/接收装置)所需的能量需求、以及总峰值电流需求都进一步降低。
有利的是，所述预先给定的检验数目(M)具有在3至7的范围中的值。
有利的是，该预先给定的时间段具有在150μs和500μs之间、优选在300μs和400μs之间的持续时间。
有利的是，该发送/接收单元被构造来执行通信标准的物理层的功能以及MAC-层的一些第一功能，并且该监控单元被构造来仅仅执行MAC-层的剩下的第二功能以及必要时更高的层的功能。
有利的是，其中该发送/接收单元(15)被作为ASIC或ASSP实现和/或该监控单元(16)被作为微控制器实现。
有利的是，其中该发送/接收单元(15)和该监控单元(16)通过正好一个集成电路实现。
附图说明
以下本发明将借助在附图的示意性的图中说明的实施例进一步被阐述。其中：
图1示出了具有本发明的发送/接收装置的按照IEEE-802.15.4的“无线个人域网”(WPAN)的例子；
图2示出了本发明的发送/接收装置的实施例；以及
图3示出了示例性的通信流程以及关于时间的电流消耗的示意性示图。
在附图中，相同的以及功能相同的元件和信号—只要没有不同地说明—都设置以相同的参考标号。
具体实施方式
图1示出了根据通信标准IEEE802.15.4的WPAN数据传输系统10的一个例子。该系统包括以固定或移动的设备的形式的三个发送/接收装置11-13，它们借助无线电信号无线地交换信息。发送/接收装置11是所谓的全功能设备，其接管WPAN-协调器(Koordinators)的功能，而发送/接收装置12、13是所谓的部分功能设备(Teilfunktionsgeraete)，它们被分配给全功能设备11并且只能与该全功能设备11交换数据。除了在图1中示出的星形网络拓扑结构，在其中双向的数据传输只能在部分功能设备12、13的分别之一与全功能设备11之间、而不能在部分功能设备12、13之间进行，该标准还设计了所谓的“点对点”-拓扑结构，在这些拓扑结构中，全部的全功能设备可以分别与所有其它的全功能设备通信。
发送/接收装置11-13分别包括：一个天线14；一个与天线相连接的发送/接收单元(收发机，TRX)15，用于根据IEEE-802.15.4发送和接收数据；以及一个与发送/接收单元相连接的监控单元(control unit，CTRL)16，用于根据IEEE-802.15.4控制发送/接收单元15。此外发送/接收装置11-13还分别包含在图1中未示出的、以电池等形式的能量供应单元，用于单元15、16的能量供应，以及可能包含其它的部件(传感器、执行机构等等)。
例如发送/接收装置11的监控单元16被构造来指示“它的”发送/接收装置11的发送/接收单元15，将第一数据帧D1发送给第二发送/接收装置12或13。针对这种指示，发送/接收装置11的发送/接收单元15将第一数据帧D1发送给第二发送/接收装置12或13。
若第二发送/接收装置12或13将第二数据帧D2发送给第一发送/接收装置11，则第二数据帧D2被发送/接收装置11的发送/接收单元15接收并且必要时被转发给发送/接收装置11的监控单元16并且由该监控单元16分析。
除了在物理层(PHY)的层面上规定(Spezifizierten)的功能外，发送/接收单元15还承担一些在以下详细描述的功能，这些功能在通信标准(这里：IEEE-802.15.4)的MAC-层(媒体访问控制层)的层面上被规定。监控单元16相对地“仅仅”被托付以MAC-层的剩下的功能以及必要时更高层的功能。
在此，发送/接收单元15分别是(在图1中未被示出的)集成电路、例如ASIC(专用集成电路)或ASSP(专用标准产品)的部分，而监控单元16分别通过(同样未被示出的)微控制器实现。有利的是，每个发送/接收装置只具有一个(例如作为ASIC或ASSP实施的)集成电路，该集成电路承担其发送/接收单元15和其监控单元16的功能。
图2示出了本发明的发送/接收装置11的框图。参考标号14-16还表示天线(ANT)、发送/接收单元(TRX)以及监控单元(CTRL)。
发送/接收单元15包含：与天线14相连接的发送单元(发射机，TX)21，用于将第一数据帧D1发送给第二发送/接收装置12、13(见图1)；同样与天线14相连接的接收单元(接收机，RX)22，用于从第二发送/接收装置12、13接收第二数据帧D2；以及与发送单元21、接收单元22以及监控单元16相连接的控制单元20。
发送单元(TX)21根据IEEE-802.15.4将各待发送的数据流转换为待通过天线14发射的无线电信号。若传输例如应该在2.4GHz左右的ISM频带中进行，则待发送的数据流(原始数据传输率：250kbit/s)首先被转换为4比特宽的符号(Symbole)(符号传输率：62.5ksymbol/s)并且它们被转换为彼此相继的、符号值特定的、分别由32个码片组成的PN序列(伪噪声)(码片速率：2Mchip/s)。彼此紧随的PN-序列接着被偏置-QPSK调制(四相相移键控)，频谱上被推移到ISM频带中的16个信道之一中，并且最后为传输而被放大。发送单元21这样在物理层(PHY-)的层面上承担规定的功能。待发送的第一数据帧D1在此从MAC帧(MAC协议数据单元，MPDU)过渡到较长的PHY-帧(物理协议数据单元，PPDU)中，因为例如前面设置有同步报头，以便在接收机侧实现与数据流的同步。
接收单元(RX)22将由天线14接收的并且由第二发送/接收装置12、13(图1)的发送单元根据IEEE-802.15.4产生的无线电信号尽可能无误地根据该标准转换为被发送的数据，其方式是被接收的无线电信号此外被滤波、变换到基带中、被解调并且数据被检测(判决)。接收单元22也承担在PHY-层面上特定的功能。被接收的第二数据帧D2在此由PHY-帧(PPDU)过渡为较短的MAC帧(MPDU)，因为例如去除了同步报头。
控制单元20被构造来，由监控单元16例如借助一个指令和/或通过传输第一数据帧D1获得将D1发送给第二发送/接收装置12或13的指示。该控制单元20此外被构造来，将第一数据帧D1以MAC帧的形式传输给发送单元21并且请求发送单元21发送D1。在图2中，这通过以“SEND！”和“D1”表示的、在监控单元16和控制单元20之间的箭头以及通过在控制单元20和发送单元21之间的箭头示出。
此外，控制单元20被构造来，由接收单元22获得具有MAC-帧形式的第二数据帧D2并且将这些第二数据帧转发给控制单元16。在图2中，这通过在控制单元20和接收单元22之间的箭头以及以“D2”表示的、在控制单元20与监控单元16之间的箭头示出。
根据本发明，发送/接收单元15接管在MAC层上规定的、在完成发送第一数据帧D1之后分析被接收的第二数据帧D2的功能。为此，控制单元20分析在发送第一数据帧D1之后在一个预先给定的时间段T1内由接收单元22接收的第二数据帧D2，并且检验，D2是否包含对于由第二发送/接收装置12成功地接收D1的确认消息(ACK)。若在此确定，D2包含确认消息(ACK)，则控制单元20不将第二数据帧D2转发给控制单元16。这使得为了降低能量消耗而具有至少两个带有不同大小的能量消耗的工作模式的控制单元16在尽可能早的时刻、即一旦它指示了发送/接收单元15发送第一数据帧D1，就切换到具有小的能量消耗的节能模式(“睡眠模式”)中。由此保证了，当发送/接收单元15需要相对多的能量来发送D1时，监控单元16处于节能模式中。通过这种方式，整个发送/接收装置11的峰值电流消耗降低了。监控单元16首先由此出发，即数据帧D1将成功地被第二发送/接收装置12接收。
预先给定的时间段T1具有150μs至500μs的持续时间，优选的是在300μs和400μs之间。典型的是它为大约350μs。
为了分析D2，控制单元20具有与接收单元22相连接的分析单元(Auswerteeinheit)(EVAL)23。若分析得出，D2包含确认消息(ACK)，则分析单元23禁止将D2转发给控制单元16。这在图2中象征性地通过开关元件25示出，该开关元件由分析单元23相应地触发(angesteuert)，在所提及的情况中，即被断开并且否则被闭合。在这种情况中，监控单元16保持在节能模式中。为了确定时间段T1的开始，分析单元23优选地与控制单元16和/或与发送单元21相连接。
若与此相反，在时间段T1内没有接收第二数据帧，或者确认，被接收的第二数据帧D2不包含确认消息(ACK)，则分析单元23借助一个中断(IR)通知监控单元16该情况。这在图2中通过以“IR”表示的、从分析单元23至控制单元16的箭头示出。监控单元16接着离开节能模式。
在一种实施例中，发送/接收单元15接管在MAC层面上规定的、在没有确认消息时自动重复发送数据帧的功能。为此，控制单元20例如具有配置为FIFO(先进先出)的RAM存储器24，第一数据帧D1在第一发送尝试时例如通过分析单元23被储存其中。替代如上面所描述的、在没有确认消息(ACK)时直接产生中断，如果在预先给定的时间段T1内没有接收到第二数据帧或者如果确定被接收到的第二数据帧D2不包含确认消息时，控制单元20(更确切地说：分析单元23)在该实施例中自主地、即没有与监控单元16互动地或者说没有通过监控单元16的指示地引起数据帧D1被从存储器24中读出并且通过发送单元21重新发送。如果在重新发送之后，确认消息还是没有，则重复地发送D1的步骤和检验是否已接收到确认消息的步骤被相应地重复。在图2中，重新发送来自存储器24中的D1的步骤通过在一方面分析单元23与另一方面发送单元21或存储器24之间的箭头表明。通过发送/接收单元15自主重复地发送数据帧的方法也被称为“自动重试(Auto-Retry)”。
只有在预先给定的数目N次自主引起重新发送D1之后，在相应的重新发送之后在预先给定的时间段T1内没有包含确认消息的第二数据帧D2被接收到时，分析单元23才借助一个中断通知监控单元16。最大执行的发送重复的数目N优选地设定为值1至5。典型的是D1最大被N＝3次地重复并且由此一共被发送最多4次。
在另一种实施例中，发送/接收单元15接管在MAC层面上规定的CSMA-CA功能(带冲突避免的载波侦听多点接入)，其方式是控制单元20自主地、即不与监控单元16交互而保证，当为此设置的传输信道空闲时第一数据帧D1才被发送。为此，分析单元23在第一次的、而在前面描述的“自动重试”-过程的情况中也在每次重新发送D1之前指示接收单元22，借助在标准中详细说明的CCA-方法(空闲信道评估)来检验，是否为发送D1而设置的传输信道被占用。接着，接收单元22执行CCA-方法并且将检验的结果通知分析单元23。只有当该检验得出，被设置的传输信道未被占用——即空闲——时，分析单元23才指示发送单元21将数据帧D1发送给第二发送/接收装置12。
若与此相反，被设置的传输信道被占用，则分析单元23在较迟的时刻重新指示接收单元22执行CCA-方法。若该重新的检验得出，信道空闲，则分析单元23指示发送单元21发送数据帧D1。否则信道占用的检验在更迟的时刻重复。当一共M次检验每次都得出，信道被占用时，分析单元23才借助一个中断通知监控单元16这个情况。优选的是，M设定为3至7的值，典型的是M＝5。
CSMA-CA/CCA-功能在图2中通过在一方面为分析单元23以及另一方面为接收单元22、发送单元21和监控单元16(“IR”)之间的虚线箭头示出。
由于通过发送/接收单元15接管CSMA-CA功能，监控单元16既不必根据CSMA-CA算法指示接收单元22执行CCA-方法，也不必分析其结果。通过这种方式，监控单元16可以更早地切换到节能模式中。
在另一种实施例中，发送/接收单元15接管在MAC-层面上规定的、分析待发送的数据帧的功能。控制单元20的分析单元23在该实施例中分析待发送的数据帧D1，并且例如借助D1的确定的数据字段来检验，在其由第二发送/接收装置12、13成功地接收的情况下，究竟是否期待一个确认消息(ACK)。只有在这种情况下，第二数据帧D2才如上面描述的那样被分析、被检验是否存在确认消息(ACK)，并且如果确定第二数据帧D2包含确认消息时不被转发给监控单元16。在第一次或重复发送之后没有确认消息时，上面描述的自动重试过程和同样在前面描述的中断的产生在该实施例中只有当该确认消息确实被期待时才被执行。
图3在部分图a)至d)中示意性地示出了在第一(发送/接收)装置11和第二(发送/接收)装置12之间的四种示例性的通信流程，以及与其相关的、通过第一装置11的能量消耗。在第一装置11的发送/接收单元15和监控单元16之间以及在第一装置11的发送/接收单元15和第二装置12之间的单个的通信在此通过在各个参加的单元下方的箭头象征性地表示，其中通信的时间进程从上至下地示出。对于每个通信进程，分别在部分图的左边从上至下绘出由第一装置11所需要的、关于时间t的电流I。在此，监控单元16的电流消耗以阴影表示，而发送/接收单元15的被无阴影地表示。
在图3a中示出了第一通信流程，其中第一装置11将第一数据帧D1发送给第二装置12并且接着由第二装置12产生具有针对成功地接收D1的确认消息的第二数据帧D2。
首先，监控单元16将发送指令和/或第一数据帧D1传输给发送/接收单元15。这在图3a中通过箭头31示出。接着，监控单元16从具有相对高的能量消耗的活动工作状态切换到具有低的能量消耗的节能模式中，如从在图3a的左边用阴影画出的监控单元能量消耗中可以看出的那样。一旦指令31被停止(abgesetzt)，监控单元16的电流消耗就降低到可忽略的值，例如降低到以前的值的1/1000。
随后，发送/接收单元15借助CSMA-CA/CCA-方法在直到M＝5次尝试中检验，传输信道是否被占用。这在图3a中可以通过箭头32以及在左边通过被分配给发送/接收单元15的电流脉冲看出，其中在该例子中假设，前面的两次检验使得确定信道被占用(“忙碌”)，而第三次检验得出信道空闲(“空闲”)。紧接在第三次信道占用检测32之后，第一装置11的发送/接收单元15因此将第一数据帧D1发送给第二装置12(见箭头33)。在发送期间，形成发送/接收单元15的临时升高的能量消耗，如从箭头33的左边所示出的电流消耗中可以看出的那样。与该发送过程因果关联地，启动一个计时器。
在发送D1之后，发送/接收单元15在一种所谓的“听模式(ListenMode)”的范围中侦听数据帧是否可以被接收。这在图3a左边通过起始脉冲示出，该起始脉冲具有CSMA-CA/CCA-脉冲的数量级的电流消耗。在从发送D1开始的时间段Δt期满之后，其中该时间段在该例子中短于预先给定的时间段T1，发送/接收单元15从第二装置12根据箭头34接收一个第二数据帧D2并且这样地检验该数据帧，是否它包含对于D1被第二装置12成功接收的确认消息(ACK)。在该检验期间，发送/接收单元15的电流消耗明显变大。若该检验得出，D2包含确认消息(ACK)-在图3a中由此出发一则发送/接收单元15禁止将D2转发给监控单元16。因此，监控单元16可以在整个通信流程期间从发送指令31的停止开始停留在节能模式中。
如从图3a的左边部分可以看出的那样，在该通信流程期间不存在这样的时刻，其中不仅发送/接收单元15而且监控单元16都同时具有增大的电流需求。因此，用于运行装置11所需要的峰值电流基本上相当于控制单元16的最大电流或者发送/接收单元15的最大电流，并且由此明显小于这两个最大电流的和。为了完整性起见，必须指出，发送/接收单元15在不活动的时间区段中也有一定的(最小)能量需求，但是该能量需求可忽略地小并且因此未在图3中示出。
在图3b中示出了第二通信流程，其中发送/接收单元15在发送D1之后，没有从第二装置12获得具有确认消息的第二数据帧D2。
直到发送第一数据帧D1，第二通信流程都相应于前面描述的第一流程，这样，直到计时器的启动，不仅箭头31-33而且电流消耗在图3a和3b中都相当地一致。与图3a不同的是，在图3b中假设，第二次检验信道占用已经得出信道空闲，这可以在两个箭头32以及两个所属的电流脉冲上看出。
在时间段Δt期满之后，其中该时间段在该例子中又短于预先给定的时间段T1，发送/接收单元15从第二装置12根据箭头35接收到第二数据帧D2，并且检验该数据帧是否存在确认消息(ACK)。与第一通信流程不同，这里情况并非如此(“NO ACK”)，因此发送/接收单元15借助一个通过箭头36示出的中断(IR)通知监控单元16。从接收D2以及检验确认消息直到发送该中断，发送/接收单元15具有增大的电流需求，该电流需求在该中断的停止之后降低到可忽略的值。
由于中断36，监控单元16离开节能模式，并且进入活动的工作状态。在随后的时间里，控制单元具有增大的电流需求，以便相应地对缺少确认消息作出反应。这样，监控单元例如可以将该情况告知通信标准的更高的层，引起再次发送D1等等，等等…
在第二通信流程的情形中，发送/接收单元15和监控单元16也始终仅仅在彼此不重叠的时间区段中具有增大的电流需求，这样对于运行装置11所需要的峰值电流基本上相当于监控单元16的最大电流或发送/接收单元15的最大电流。
在未在图3b中示出的情形中，即其中计时器这样长地运行，直到达到预先给定的时间段T1，而没有接收到第二数据帧D2，则发送/接收单元15也借助一个中断36通知监控单元16。基本上在这种情形中得到与图3b类似的关系，这样上面的关于所需要的峰值电流的说法也正确。
如果在M＝5次时间错开的信道占用检验之后，还不能确定空闲信道，则发送/接收单元15优选地借助一个中断将该情形通知监控单元16。在这种情况下，发送/接收单元15的电流需求也随着中断的停止而降低，而监控单元16的电流需求在另外的措施期间上升。在这种情形中，上面的对于被装置11所需要的峰值电流的说法也是适用的。
在图3c中示出了第三通信流程，其中发送/接收单元15在首先缺少确认消息的情况下自主地执行自动重试过程，并且D1的第一发送重复成功地进行。
直到接收没有包含确认消息的第二数据帧D2(NO ACK)，第三通信流程相应于前面描述的第二流程，这样直到第一次接收D2，在图3b、3c中的箭头31-33、35以及电流I都一致。
替代生成中断，发送/接收单元15在第三通信流程的情况下根据图3c执行自动重试过程。在重新发送D1之前，发送/接收单元15再次检查信道占用。在图3c的情形中在两次检验确定信道被占用之后，在第三次检查时，识别出空闲信道(见在图3c中的下面三个箭头32)。随后发送/接收单元15很快地将第一数据帧D1重新发送给第二装置12，如在箭头37(“RETRY#1”)上可以看出的那样，并且重新启动计时器。
在一个时间段Δt期满之后，其中该时间段在该例子中短于预先给定的时间段T1，发送/接收单元15从第二装置12根据箭头34接收第二数据帧D2，并且检验该数据帧是否存在确认消息(ACK)。这里，情况与第一通信流程(图3a)类似地具有确认消息，因此发送/接收单元15不将第二数据帧D2转发给监控单元16并且监控单元停留在节能模式中。
因为监控单元16在这里在开始的发送指令31停止之后也持续地停留在节能模式中，所以在其中监控单元16和发送/接收单元15具有增大的能量消耗的时间不重叠，这样有利地得到对于装置11的小的峰值电流需求。
在图3d中示出了第四通信流程，其中发送/接收单元15在首先缺少确认消息的情形中，以最大N＝2次发送重复地自主执行自动重试过程，并且第二发送重复也不成功。
与图3c相比，直到第一次的重新发送(“重试#1”37)都得到不变的关系。只是出于清楚的原因，在图3d中省略了优选地在每次发送D1之前要执行的、用来检验信道占用的CSMA-CA/CCA-方法(在图3a-c中的箭头32)的表示。
作为对于第一发送重复37的回答，发送/接收单元15在第一次发送重复37之后在预先给定的时间段T1内从第二装置12接收一个另外的第二数据帧D2，该数据帧同样不包含确认消息(NO ACK，借助在图3d中的箭头35)。在确定该状况之后，发送/接收单元15第二次重复D1的发送过程(“RETRY#2”38)。此后，在时间段T1内又来了一个另外的、没有确认消息的第二数据帧D2(NO ACK)，如借助下方的箭头35可以看出的那样。因为达到了最大的发送重复次数(N＝2)，所以发送/接收单元15现在产生一个中断，并且通知监控单元关于在两次重复尝试之后也不成功的发送努力(见箭头39)。监控单元16于是离开节能模式并且例如通知通信标准的更高层关于发送尝试的失败。
在第四通信流程的情形中，发送/接收单元15的增大的电流需求的时间段也不与监控单元16的这种时间段重叠，这样在所有考虑的情形中，第一装置11的峰值电流需求基本上都与发送/接收单元15的最大电流或监控单元16的最大电流一致，并且由此明显位于这两个最大电流的和之下。
虽然本发明已在前面借助实施例被描述，但是本发明并不局限于此，而是能够以各种方式改进。这样，本发明例如既不局限于WPAN本身，也不局限于根据IEEE-802.15.4的WPAN或者在那里详细说明的频带扩展方法、调制方法和复用接入方法、频带、比特率、符号传输率以及码片速率和它们的等级(-stufigkeiten)，也不局限于中频、采样频率的所说明的值、滤波器带宽、滤波器的类型滤波器的阶数等等。本发明而是可以在各不相同的无线或者受制于线的数字通信系统中被有利地使用。
                    参考标号表
10      数据传输系统/根据IEEE标准802.15.4的“无线个
        人网”(WPAN)
11      发送/接收装置
12，13  第二发送/接收装置
14      天线
15      发送/接收单元(收发机，TRX)
16      监控单元(CTRL)
20      控制单元
21      发送单元(发射机，TX)
22      接收单元(接收机，RX)
23      分析单元
24      存储器
25      开关元件
31      发送指令
32      CSMA-CA/CCA-通信
33      第一次发送数据帧D1
34      接收具有ACK的第二数据帧D2
35      接收没有ACK的第二数据帧D2
36      将一个中断传输给监控单元
37      数据帧D1的第一发送重复
38      数据帧D1的第二发送重复
39      将一个中断传输给监控单元
ACK       确认(帧)，接收确认消息/帧
ASIC      专用集成电路
ASSP      专用标准产品
CCA       空闲信道评估
CSMA-CA   带有冲突避免的载波侦听多点接入
CTRL      监控单元
FIFO      先进先出
IR        中断
ISM       工业、科研、医疗(在2.4GHz附近的频带)
MAC       媒体访问控制(层)
MPDU      MAC协议数据单元
PHY       物理(层)
PPDU      物理协议数据单元(数据帧)
RAM       随机存取存储器
RX        接收单元，接收机
TRX       发送/接收单元，收发机
TX        发送单元，发射机
WPAN      无线个人域网
D1，D2    第一或第二数据帧
I         电流
M         CCA-检测的最大总数
N         发送重复的最大数目
t         时间
T1        预先给定的时间段

Claims (19)

1.发送/接收装置(11)，特别是用于根据IEEE-标准802.15.4的数据传输系统(10)，包含：
a)一个天线(14)，
b)一个发送/接收单元(15)，用于根据通信标准来发送和接收数据，该发送/接收单元具有一个与该天线(14)相连接的发送单元(21)用于将第一数据帧(D1)发送给一个第二发送/接收装置(12)，以及具有一个与该天线(14)相连接的接收单元(22)用于接收该第二发送/接收装置(12)的第二数据帧(D2)，以及
c)一个与该发送/接收单元(15)相连接的监控单元(16)，用于控制该发送/接收单元(15)，其中该监控单元(16)被构造用于：(c1)指示该发送/接收单元(15)发送一个第一数据帧(D1)，以及(c2)从该发送/接收单元(15)接收第二数据帧(D2)，
其特征在于，
该发送/接收单元(15)具有一个与该接收单元(22)和该监控单元(16)相连接的控制单元(20)，该控制单元被这样构造，即
d)分析一个在该第一数据帧(D1)的发送之后在一个预先给定的时间段(T1)之内由该接收单元(22)接收的第二数据帧(D2)，并且确定是否该第二数据帧(D2)包含一个对于该第一数据帧(D1)被该第二发送/接收装置(12)成功接收的确认消息(ACK)，以及
e)如果确定了它包含该确认消息(ACK)，则不将该第二数据帧(D2)转发给该监控单元(16)。
2.根据权利要求1的发送/接收装置，其特征在于，该监控单元(16)具有至少两种具有不同大小的能量消耗的工作模式，并且该监控单元被这样构造，使得一旦该监控单元(16)已指示该发送/接收单元(15)发送该第一数据帧(D1)，就切换到具有小的能量消耗的节能模式中。
3.根据权利要求2的发送/接收装置，其特征在于，该监控单元(16)被这样构造，使得当它从控制单元(20)接收到一个中断时，离开该节能模式。
4.根据前述权利要求之一的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即
a)在发送该第一数据帧(D1)之前，指示该接收单元(22)检验，是否为该第一数据帧(D1)的发送而设置的传输信道被占用，并且
b)只有当该检验已得出被设置的传输信道未被占用时，才指示该发送单元(21)发送该第一数据帧(D1)。
5.根据前述权利要求之一的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即，如果在该预先给定的时间段(T1)之内没有第二数据帧(D2)被接收到，或者如果确定该第二数据帧(D2)不包含该确认消息(ACK)，则该控制单元(20)例如借助一个中断通知该监控单元(16)。
6.根据权利要求1至4之一的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)与该发送单元(21)相连接并且具有一个存储器(24)，其中该控制单元(20)被这样构造，即
a)该控制单元将该第一数据帧(D1)储存在该存储器(24)中，并且
b)如果在该预先给定的时间段(T1)之内没有第二数据帧(D2)被收到或者如果确定该第二数据帧(D2)不包含该确认消息(ACK)，则没有该监控单元(16)的指示地引起该发送单元(21)将该第一数据帧(D1)重新发送给该第二发送/接收装置(12)。
7.根据权利要求6的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即当在一个预先给定数目(N)的没有通过该监控单元(16)指示地引起将第一数据帧(D1)重新发送给该第二发送/接收装置(12)之后，在相应的重新发送之后在该预先给定的时间段(T1)内也没有包含确认消息(ACK)的第二数据帧(D2)被接收到时，该控制单元(20)才例如借助一个中断通知监控单元(16)。
8.根据权利要求1至4之一的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即该控制单元
a)分析该第一数据帧(D1)，并且确定，是否在其被该第二发送/接收装置(12)成功地接收的情况下该确认消息(ACK)被期待，
b)如果该确认消息(ACK)被期待，则分析该第二数据帧(D2)并且确定是否该第二数据帧(D2)包含该确认消息(ACK)，
c)如果该确认消息(ACK)被期待并且如果确定该第二数据帧(D2)包含该确认消息(ACK)，则不将该第二数据帧(D2)转发给该监控单元(16)。
9.根据权利要求8的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即，如果该确认消息(ACK)被期待，并且如果在该预先给定的时间段(T1)之内没有第二数据帧(D2)被接收到或者确定该第二数据帧(D2)不包含该确认消息(ACK)，则该控制单元(20)例如借助一个中断通知该监控单元(16)。
10.根据权利要求8的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)与该发送单元(21)相连接并且具有一个存储器(24)，其中该控制单元(20)被这样构造，即该控制单元
a)将该第一数据帧(D1)储存在该存储器(24)中，并且
b)如果该确认消息(ACK)被期待，并且如果在该预先给定的时间段(T1)之内没有第二数据帧(D2)被接收到或者确定该第二数据帧(D2)不包含该确认消息(ACK)，则没有该控制单元(16)的指示地引起该发送单元(21)将该第一数据帧(D1)重新发送给该第二发送/接收装置(12)。
11.根据权利要求10的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即，当该确认消息(ACK)被期待并且在一个预先给定数目(N)的没有通过该监控单元(16)指示地引起将该第一数据帧(D1)重新发送给该第二发送/接收装置(12)之后，在所述相应的重新发送之后在该预先给定的时间段(T1)之内还是没有包含该确认消息(ACK)的第二数据帧(D2)被接收到时，该控制单元(20)才例如借助一个中断通知该监控单元(16)。
12.根据权利要求7或11的发送/接收装置，其特征在于，所述引起将该第一数据帧(D1)重新发送给该第二发送/接收装置(12)的预先给定的数目(N)具有在1至5的范围中的值。
13.根据权利要求6或10的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即
a)在所述重新发送该第一数据帧(D1)之前指示该接收单元(22)检验，是否为所述重新发送该第一数据帧(D1)而设置的传输信道被占用，并且
b)如果该检验已得出被设置的传输信道未被占用，则该控制单元(20)才指示该发送单元(21)重新发送该第一数据帧(D1)。
14.根据权利要求4或13的发送/接收装置，其特征在于，该控制单元(20)被这样构造，即
a)如果该检验已得出该被设置的传输信道被占用，则该控制单元在更迟的时刻重新指示该接收单元(22)检验，是否该被设置的传输信道被占用，
b)当所述重新的检验已得出该被设置的传输信道未被占用时，该控制单元才指示该发送单元(21)发送该第一数据帧(D1)，以及
c)当预先给定数目(M)的检验分别已得出该被设置的传输信道被占用时，该控制单元才例如借助一个中断通知该监控单元(16)。
15.根据权利要求14的发送/接收装置，其特征在于，所述预先给定的检验数目(M)具有在3至7的范围中的值。
16.根据前述权利要求之一的发送/接收装置，其特征在于，该预先给定的时间段(T1)具有在150μs和500μs之间、优选在300μs和400μs之间的持续时间。
17.根据前述权利要求之一的发送/接收装置，其中该发送/接收单元(15)被构造来执行通信标准的物理层的功能以及MAC-层的一些第一功能，并且该监控单元(16)被构造来仅仅执行MAC-层的剩下的第二功能以及必要时更高的层的功能。
18.根据前述权利要求之一的发送/接收装置，其中该发送/接收单元(15)被作为ASIC或ASSP实现和/或该监控单元(16)被作为微控制器实现。
19.根据权利要求1至17之一的发送/接收装置，其中该发送/接收单元(15)和该监控单元(16)通过正好一个集成电路实现。
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