DE102009057442B4

DE102009057442B4 - Empfänger und Verfahren zum Betrieb eines Empfängers

Info

Publication number: DE102009057442B4
Application number: DE102009057442.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ferchland Tilo; Dipl.-Ing. Sachse Eric; Dr.-Phys. Jaehne Rolf
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: US20110039512A1; CN101771425A; CN101771425B; US8831553B2; DE102009057442A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Empfängers mit in einem Empfangspfad (100) angeordneten Schaltungsblöcken (120, 130, 140, 150, 160, 170), insbesondere eines Funknetzes,- bei dem ein Empfangsmodus (RX) zur Ermittlung einer Präambel (10) aktiviert wird,- bei dem in dem Empfangsmodus (RX) zumindest ein Teil der Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) im Empfangspfad (100) des Empfängers abwechselnd für eine Einschaltdauer (tein, tein') eingeschaltet und für eine Ausschaltdauer (taus) ausgeschaltet werden, und- bei dem die Ausschaltdauer (taus) kürzer als die Präambel (10) ist,- bei dem ein Feldstärkesignal (F) als erster Messwert (k, F) im Empfangspfad gemessen wird,- bei dem der erste Messwert (k, F) mit einer ersten Schwelle (th1, thF) verglichen wird,- bei dem die Einschaltdauer (tein, tein') verlängert und/oder die Ausschaltdauer (taus) verkürzt wird, wenn der erste Messwert (k, F) die erste Schwelle (th1, thF) überschreitet, und- bei dem das Ausschalten beendet wird und die Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) zur Synchronisation mittels der Präambel (10) eingeschaltet bleiben, wenn während der Einschaltdauer (tein) ein gültiges Signal der Präambel (10) durch Vergleich eines zweiten Messwerts (k, F) mit einer zweiten Schwelle (th2) ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Empfänger und ein Verfahren zum Betrieb eines Empfängers.
Für ein Funknetz mit Empfänger und Sender in einem Knoten (Transceiver) ist beispielsweise der Industrie-Standard IEEE 802.15.4 bekannt. Der Industrie-Standard IEEE 802.15.4 ist besonders für Funknetze ausgelegt, deren Knoten mit einer Batterie versorgt werden können.
Aus der US 6 263 200 B1 ist ein Mobiltelefon bekannt, dessen Stromverbrauch durch einen intermittierenden Betrieb der Empfangsschaltung minimiert wird. Zudem wird die Empfangsfeldstärke überwacht, um die Ausschaltdauer der Empfangsschaltung ggf. zu reduzieren, um sicherzustellen, dass ein von der Basisstation übertragenes Rufsignal zuverlässig empfangen werden kann.
Die US 5 376 975 A offenbart ein Personenrufgerät, dessen Empfangsschaltung bereits während des Empfangs einer Präambel als Reaktion auf den Empfang eines bestimmten Teils der Präambel abgeschaltet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Empfängers möglichst zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
Demzufolge ist ein Verfahren zum Betrieb eines Empfängers mit in einem Empfangspfad angeordneten Schaltungsblöcken vorgesehen. Der Empfänger ist vorzugsweise ein Knoten eines Funknetzes.
In dem Verfahren wird ein Empfangsmodus zur Ermittlung einer Präambel aktiviert. Vor dem Empfangsmodus war beispielsweise ein Schlafmodus oder ein Sendemodus aktiviert, in denen ein Empfang und die Ermittlung einer Präambel nicht möglich sind. In dem Empfangsmodus werden zumindest ein Teil der Schaltungsblöcke im Empfangspfad des Empfängers abwechselnd für eine Einschaltdauer eingeschaltet und für eine Ausschaltdauer ausgeschaltet. Das Einschalten und Ausschalten erfolgt dabei vorzugsweise zyklisch. Während der Ausschaltdauer kann eine Präambel nicht ermittelt werden. Während der Ausschaltdauer ist der Stromverbrauch der Schaltungsblöcke im Empfangspfad gegenüber der Einschaltdauer signifikant reduziert.
Die Ausschaltdauer ist kürzer als eine zeitliche Länge der Präambel. Im Empfangsmodus wird ein Feldstärkesignal (RSSI) als erster Messwert im Empfangspfad gemessen. Es können dabei eine Vielzahl erster Messwerte gemessen werden. Vorzugsweise erfolgt die Messung durch die im Empfangspfad angeordneten Schaltungsblöcke.
Der erste Messwert wird im Empfangsmodus mit einer ersten Schwelle verglichen. Die erste Schwelle ist beispielsweise ein Schwellwert oder eine Funktion, mit der der erste Messwert verglichen wird. Zum Vergleich wird beispielsweise ein Größer-Kleiner-Vergleich durchgeführt.
Anhand eines Ergebnisses des Vergleichs mit der ersten Schwelle wird die Einschaltdauer verlängert und/oder die Ausschaltdauer verkürzt, wenn der erste Messwert die erste Schwelle überschreitet. Beispielsweise wird bei einem Überschreiten der ersten Schwelle durch den ersten Messwert die Einschaltzeit verdoppelt, und die Ausschaltzeit halbiert.
Das Ausschalten wird beendet und die Schaltungsblöcke bleiben zur Synchronisation mittels der Präambel bevorzugt dauerhaft eingeschaltet, wenn während der Einschaltdauer ein gültiges Signal der Präambel ermittelt wird. Die Ermittlung des gültigen Signals der Präambel ist demzufolge eine Abbruchbedingung, wobei mit Erfüllung der Abbruchbedingung das Ausschalten beendet wird. Ein gültiges Signal der Präambel wird durch Vergleich eines zweiten Messwerts mit einer zweiten Schwelle ermittelt. Dabei entspricht das Signal der Präambel dabei vorgegebenen Bedingungen, so dass dieses Signal vom Empfänger als gültig erkannt wird. Die zweite Schwelle ist beispielsweise ein Schwellwert oder eine Funktion, mit der der zweite Messwert verglichen wird. Zum Vergleich wird beispielsweise ein Größer-Kleiner-Vergleich durchgeführt.
Zur Ermittlung eines gültigen Signals der Präambel erfolgt beispielsweise eine Kreuzkorrelation oder eine Messung der Feldstärke des empfangenen Signals, wobei der zweite Messwert im Empfangspfad vorzugsweise durch die Schaltungsblöcke ermittelt werden kann. Vorzugsweise wird als zweiter Messwert ein Messwert eines Korrelationssignals oder eines Feldstärkesignal ermittelt. Insbesondere ist der Messwert des Feldstärkesignals ein RSSI-Wert (Received Signal Strength Indicator). Es ist möglich, dass der erste Messwert und der zweite Messwert von derselben Empfangsgröße oder von unterschiedlichen Empfangsgrößen ermittelt werden.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, einen möglichst verbesserten Empfänger anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Empfänger mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
Demzufolge ist ein Empfänger vorgesehen. Vorzugsweise ist der Empfänger als integrierte Schaltung ausgebildet. Bevorzugt ist der Empfänger zum Betrieb in einem Funknetz eingerichtet.
Der Empfänger weist Schaltungsblöcke in einem Empfangspfad zur Ermittlung einer Präambel eines empfangenen Signals auf.
Weiterhin weist der Empfänger eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Empfangsmodus auf.
Zumindest ein Teil der Schaltungsblöcke ist für eine Einschaltdauer einschaltbar und für eine Ausschaltdauer ausschaltbar ausgebildet. Beispielsweise weisen die Schaltungsblöcke jeweils einen Steuereingang (engl. enable) auf, wobei die Schaltungsblöcke mittels eines Steuersignals an ihren Steuereingängen eingeschaltet und ausgeschaltet werden können. Alternativ kann beispielsweise ein einziger steuerbarer Stromschalter zum Schalten von Versorgungsströmen mehrerer Schaltungsblöcke vorgesehen sein.
Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, während des Empfangsmodus die Schaltungsblöcke abwechselnd für die Einschaltdauer einzuschalten und für die Ausschaltdauer auszuschalten. Hierzu ist die Steuerungsvorrichtung beispielsweise zur Ausgabe eines Steuersignals eingerichtet. Die Ausschaltdauer ist kleiner als eine Länge der Präambel.
Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, ein im Empfangspfad gemessenes Feldstärkesignal als ersten Messwert mit einer ersten Schwelle zu vergleichen. Beispielsweise weist die Steuerungsvorrichtung hierzu eine Recheneinheit mit einer ersten Vergleichsfunktion oder einen ersten analogen oder digitalen Komparator auf. Vorzugsweise sind die Schaltungsblöcke im Empfangspfad zur Messung und Ausgabe des ersten Messwerts eingerichtet.
Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, anhand eines Ergebnisses des Vergleichs mit der ersten Schwelle die Einschaltdauer zu verlängern und/oder die Ausschaltdauer zu verkürzen, wenn der erste Messwert die erste Schwelle überschreitet. Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, durch ein von der Einschaltdauer und/oder Ausschaltdauer geprägtes Steuerungssignal die Schaltungsblöcke im Empfangspfad zu steuern. Beispielsweise weist die Steuerungsvorrichtung einen einstellbaren Ein-Timer für die Einschaltschaltzeit und einen einstellbaren Aus-Timer für die Ausschaltzeit auf. Beispielsweise kann die Ablauflaufzeit des Ein-Timers bzw. des Aus-Timers beispielsweise von der Steuerungsvorrichtung eingestellt werden.
Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, zur Ermittelung eines gültigen Signals der Präambel einen im Empfangspfad gemessenen zweiten Messwert mit einer zweiten Schwelle zu vergleichen. Beispielsweise weist die Steuerungsvorrichtung hierzu eine Recheneinheit mit einer zweiten Vergleichsfunktion oder einen zweiten analogen oder digitalen Komparator auf. Vorzugsweise sind die Schaltungsblöcke im Empfangspfad zur Messung und Ausgabe des zweiten Messwerts eingerichtet.
Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, anhand eines Ergebnisses des Vergleichs mit der zweiten Schwelle das Ausschalten beispielsweise bis zum vollständigen Empfang der übertragenen Daten zu beenden und den Teil der Schaltungsblöcke in einen eingeschalteten Zustand für eine Synchronisation mittels der Präambel zu steuern.
Die im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf den Empfänger als auch auf das Verfahren zum Betrieb des Empfängers. Funktionen des Empfängers ergeben sich dabei aus korrespondierenden Verfahrensmerkmalen. Verfahrensmerkmale lassen sich aus der Funktion des Empfängers ableiten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Schwelle und/oder die zweite Schwelle eingestellt wird. Beispielsweise wird die erste Schwelle oder zweite Schwelle bei der Einrichtung eines Funknetzes in Abhängigkeit von gegebenen Randbedingungen, wie Entfernungen zwischen den Knoten, Störern oder benachbarte Netze eingestellt. Auch ist es möglich die erste Schwelle und/oder die zweite Schwelle zur Einstellung im laufenden Betrieb in Abhängigkeit von Messwerten, wie beispielsweise eines Feldstärkesignals eines benachbarten Knotens desselben Funknetzes zu ändern.
Vorzugsweise wird der Messwert an einer Stelle im Empfangspfad gemessen. Beispielsweise ist der Messwert ein RSSI-Wert für die Feldstärke des im Kanal empfangenen Signals. Alternativ ist der Messwert ein Korrelationssignal eines Korrelators, insbesondere eines Kreuzkorrelators. Vor einer Änderung der Einschaltdauer und der Ausschaltdauer, sind die Einschaltdauer und die Ausschaltdauer vorzugsweise konstant. Beispielsweise ist ein Steuersignal zum Einschalten und Ausschalten zuvor periodisch. Nach dem Beenden des Ausschaltens aufgrund der Abbruchbedingung kann das zyklische Ein- und Ausschalten der Schaltungsblöcke wieder aktiviert werden, wenn eine Aktivierungsbedingung, beispielsweise das vollständige Empfangen von Daten abgeschlossen ist, die der Präambel nachfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildungsvariante werden die Einschaltdauer und die Ausschaltdauer durch zumindest einen Timer einer Steuerschaltung gesteuert.
In einer Ausgestaltungsvariante ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Einschaltdauer gleich oder größer einer, insbesondere zweier Symbollängen von Symbolen der Präambel ist.
In einer anderen Weiterbildung sind die Schaltungsblöcke im Empfangspfad ausgebildet innerhalb einer Synchronisationsdauer eine Synchronisation auf ein Präambelsignal der Präambel durchzuführen. Bevorzugt ist die Synchronisationsdauer kleiner als eine Länge der Präambel. Besonders bevorzugt ist die Synchronisationsdauer kleiner als Dreiviertel oder kleiner als die Hälfte der Länge der Präambel.
Die zuvor beschriebenen Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln als auch in Kombination besonders vorteilhaft. Dabei können sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander kombiniert werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Figuren erläutert. Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen der Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
Figurenliste

1 ein schematisches Diagramm
2 ein Blockschaltbild eines Empfängers und
3 ein weiteres schematisches Diagramm

In 2 ist ein Empfänger eines Knotens eines Funknetzes durch ein Blockschaltbild eines monolithisch integrierten Schaltkreises schematisch dargestellt. Das Blockschaltbild der 2 ist exemplarisch für den Industrie-Standard IEEE 802.15.4 erläutert. Die Funktionalität kann jedoch auch für andere Funknetze oder Kabelnetze verwendet werden.
In 2 ist schematisch ein Empfangspfad 100 dargestellt, in dem Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 angeordnet sind, die zur Auswertung eines über eine Antenne 110 empfangenen Signals miteinander verbunden sind. Die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 sind dabei für die Detektion einer gesendeten Präambel ausgebildet und eingerichtet. Die Detektion der Präambel kann auch als Ermittlung bezeichnet werden. Die Präambel wird mit Bezug zu Fig. 1 näher erläutert. Konform dem Industrie-Standard IEEE 802.15.4 weisen die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 einen Eingangsverstärker 120 (LNA - engl. Low Noise Amplifier), einen Filter 130 (SSBF - engl. Single Side Band Filter), einen Begrenzer 140 (engl. Limiter), eine digitale Eingangsschaltung 150 (DFE - engl. Digital Front End), eine digitale Basisbandschaltung 160 (DBB - engl. Digital Base Band) und eine Phasenregelschleife 170 (PLL - engl. Phase Locked Loop) auf.
Alle Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 können zusammen in einem Empfangsmodus einen Stromverbrauch zwischen 10 mA und 12 mA verursachen. In einem Schlafmodus (engl. Sleepmode) wird die Funktionalität der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 hingegen nicht benötigt. Hierzu sind die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 einschaltbar und ausschaltbar ausgebildet. Die Steuerung des Einschaltens und des Ausschaltens der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 erfolgt durch die Steuerungsvorrichtung 200 mittels des Steuersignals en. Zur Steuerung mittels des Steuersignals ist die Steuerungsvorrichtung 200 mit Steuereingängen 121, 131, 141, 151, 161, 171 der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 verbunden.
Die Steuerungsvorrichtung 200 ist zur Steuerung des Empfangsmodus und des Schlafmodus eingerichtet. Zusätzlich weist die Steuerungsvorrichtung 200 für den Empfangsmodus eine Stromsparfunktion auf, die in den 1 und Fig. 3 näher erläutert wird. Die Stromsparfunktion wird durch eine Steuerschaltung 210 der Steuerungsvorrichtung 200 bewirkt. Die Steuerschaltung 210 ist vorzugsweise als Zustandsmaschine (FSM - engl. Finite State Maschine) ausgebildet. Die Steuerschaltung 210 ist eingerichtet, während des Empfangsmodus die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 abwechselnd für eine Einschaltdauer einzuschalten und für eine Ausschaltdauer auszuschalten, was in den 1 und Fig. 3 näher erläutert wird. Zur Festlegung der Einschaltdauer und der Ausschaltdauer weist die Steuerschaltung 210 beispielsweise einen oder mehrere Timer auf. Hingegen bleiben andere Teilschaltungen, wie beispielsweise ein Quarzoszillator oder eine geregelte Spannungsquelle während des Empfangsmodus permanent eingeschaltet, um eine schnelle Aktivierung der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 in der Einschaltdauer in einem gewünschten Arbeitpunkt zu ermöglichen.
Die Steuerschaltung 210 ist dabei derart eingerichtet, dass zur Steuerung des Einschaltens und des Ausschaltens der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 die Ausschaltdauer kleiner ist als eine Länge der gesendeten Präambel. Die Ausschaltdauer lässt sich beispielsweise aus der Länge der Präambel minus einer schaltungsbedingten Mindestsynchronisationszeit ermitteln. Zur Einstellung der Ausschaltdauer und der Einschaltdauer weist die Steuerschaltung 210 vorzugsweise einen Timer auf, der am Ausgang 202 der Steuerschaltung 210 im Empfangsmodus das Steuersignal en ausgibt. Hierzu ist die Phasenregelschleife 170 derart ausgebildet, dass diese innerhalb eines Bruchteils der Dauer der Präambel bereits einschwingt. Durch das abwechselnde Einschalten und Ausschalten der Phasenregelschleife 170 im Empfangsmodus ist die Kalibrierung der Phasenregelschleife 170 auf die gewünschte Frequenz (2,4 GHz) automatisiert.
Als vorteilhafter Nebeneffekt kalibriert sich die Phasenregelschleife 170 bei jedem Einschalten selbstständig, so dass z. B. Temperaturschwankungen besser ausgeglichen werden können. Dafür ist es erforderlich, dass die Phasenregelschleife 170 ein schnelles Einschwingverhalten aufweist. Es erübrigt sich daher die Phasenregelschleife 170 während eines längeren ununterbrochenen Empfangsmodus durch einen Mikrocontroller getriggert (nicht dargestellt) neu kalibrieren zu lassen.
Die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 im Empfangspfad 100 sind ausgebildet innerhalb einer Synchronisationsdauer eine Synchronisation auf ein Präambelsignal der Präambel durchzuführen. Die Synchronisationsdauer ist dabei kleiner als eine Länge der Präambel. Beispielsweise wird für die Synchronisation nur die Hälfte des Präambelsignals benötigt.
Das Ausschalten der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 erfolgt während der Ausschaltdauer, obwohl die Funktionalität der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 zur Detektion der Präambel eigentlich benötigt würde. Untersuchungen der Anmelderin haben jedoch gezeigt, dass durch das Ausführungsbeispiel der 2 der Stromverbrauch signifikant reduziert werden kann, mit nur geringfügigen Einbußen an Sensitivität und Leistungsfähigkeit des Empfängers. Durch das abwechselnde Einschaltung und Ausschalten der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 wird der Vorteil erzielt, dass die mittlere Stromaufnahme der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 signifikant reduziert wird. Wird beispielsweise von gleicher Einschaltdauer und Ausschaltdauer, also von einem Tastverhältnis von etwa 1:1 ausgegangen, kann in der Zeit bis zum Empfang eines gültigen Signals etwa die Hälfte des durch die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 verursachten Stromverbrauchs vermieden werden.
Die Steuerschaltung 210 ist zudem zur Auswertung von Messergebnissen von empfangenen Signalen ausgebildet. Vorzugsweise ist die Steuerschaltung 210 eingerichtet, das Steuersignal en in Abhängigkeit von einem Messergebnis zu ändern. Beispielsweise wertet die Steuerschaltung 210 ein Feldstärkesignal (RSSI - engl. Received Signal Strength Indication) aus. Überschreitet beispielsweise das Feldstärkesignal einen ersten Schwellwert und/oder einen zweiten Schwellwert steuert die Steuerschaltung 210 die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 mittels des Steuersignals en in den eingeschalteten Zustand oder verändert die Einschaltdauer.
Im Ausführungsbeispiel der 2 weist die digitale Basisbandschaltung 160 einen Korrelator 165, beispielsweise einen Kreuzkorrelator, zur Ausgabe eines Korrelationsergebnisses an den Eingang 201 der Steuerschaltung 210 auf. Ein gültiges empfangenes Präambelsignal wird durch die Korrelation des Korrelators 165 ermittelt und an die Steuerschaltung 210 ein korrespondierendes Korrelationssignal ausgegeben. Die Steuerschaltung 210 ist eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Korrelationssignal - beispielsweise durch Vergleich des Korrelationssignals mit einer Schwelle eines Komparators - die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 mittels des Steuersignals en in den eingeschalteten Zustand zu steuern, so dass die Synchronisation auf das Präambelsignal erfolgen kann.
Funksysteme, die Pakete (engl. Frames) mit einer Präambel übertragen, nutzen die Präambel zur Paketerkennung und Synchronisation. Ist die Präambel länger als die notwendige Synchronisationszeit, so kann ein Algorithmus implementiert werden, bei dem sich Paketsuchphase, die auch als Einschaltdauer bezeichnet werden kann, und Ausschaltphase, die auch als Ausschaltdauer bezeichnet werden kann, während eines Empfangsmodus abwechseln. Wird während der Suchphase/Einschaltdauer ein Paket möglicherweise erkannt, so wird weiter gesucht bis entweder das Paket sicher erkannt wird oder ein Abbruch-/Ausschaltkriterium erfüllt ist. Ein derartiges Abbruchkriterium ist beispielsweise durch eine Erkennung eines Indikators (SFD) realisiert. Wird beispielsweise der Indikator (SFD) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach Bestimmen der Präambel nicht erkannt, wird der Timer der Steuerschaltung 210 zurückgesetzt und die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 erneut abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Hierzu können weitere Bedingungen zusätzlich ausgewertet werden.
In 1 ist ein Diagramm schematisch dargestellt. Das Diagramm wird für das Beispiel des Industrie-Standard IEEE 802.15.4 erläutert. Zum Zeitpunkt tRX erfolgt ein Wechsel von einem Schlafmodus SM in einen Empfangsmodus RX, in dem der Empfänger zum Empfang von Daten von einem anderem Knoten in einem Funknetz eingerichtet ist. Während des Schlafmodus SM ist die Steuerungsvorrichtung 200 inaktiv. Die Steuerungsvorrichtung 200 wird mit dem Empfangsmodus RX aktiviert. Der Empfangsmodus RX beginnt mit einer Suchphase, in der der Empfänger versucht eine gültiges Signal einer Präambel 10 zu detektieren. In der 1 wird ein Beginn der Präambel 10 jedoch erst zum Zeitpunkt t1 gesendet, so dass zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 der Empfänger in den Übertragungskanal horcht. Die Suchphase ist erforderlich, da im Funknetz nicht determiniert ist, wann genau und ob eine Präambel gesendet wird. Während der Suchphase kann also vom Empfänger sehr viel Strom verbraucht werden, ohne dass der Empfänger hierdurch eine Funktion, wie den Empfang von Daten durchführen kann.
Um das Zeitfenster der Übertragung der Präambel 10 nicht zu verpassen, und eine Höchstmaß an Empfindlichkeit zu erreichen sollte der Empfänger ständig eine Korrelation durchführen. Im Ausführungsbeispiel der 1 werden Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 jedoch während eine Ausschaltdauer taus, taus' ausgeschaltet, obwohl diese Zeit eigentlich zur Detektion der Präambel genutzt werden könnte. Untersuchungen der Anmelderin haben jedoch gezeigt, dass durch die Verwendung von einer ersten Schwellen thF und einer zweiten Schwelle th2 die Einbußen an Sensitivität und Leistungsvermögen des Empfängers aufgrund der Ausschaltdauer taus, taus' überwiegend kompensiert werden können.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t0 wird durch das Steuersignal en ein Einschalten und Ausschalten von Schaltungsblöcken 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 abwechselnd gesteuert. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist eine Einschaltdauer tein durch einen High-Pegel des Steuersignals en und eine Ausschaltdauer taus durch einen Low-Pegel des Steuersignals en schematisch dargestellt. Während der Einschaltdauer tein horcht der Empfänger in den Kanal, ob ein gültiges Signal einer Präambel 10 gesendet wird.
Zudem wird ein Feldstärkesignal F - beispielsweise ein RSSI-Wert - ermittelt und mit der ersten Schwelle thF verglichen. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind zunächst die Einschaltdauer tein und die Ausschaltdauer taus etwa gleich lang, so dass ein Tastverhältnis von etwa 1:1 eingestellt ist. Überschreitet das Feldstärkesignal F die erste Schwelle thF wird die Einschaltdauer tein' verlängert und/oder die Ausschaltdauer taus' verkürzt. Auch kann das Tastverhältnis geändert werden. In der 1 ist die erste Schwelle thF als Schwellwert dargestellt. Alternativ (in 1 nicht dargestellt) kann die erste Schwelle thF auch als Funktion ausgebildet sein. Auch ist es möglich, dass die erste Schwelle thF einstellbar ist oder von einem Steuerwert oder Messwert abhängig automatisch verändert wird.
Ein Präambelsignal einer Präambel 10 wird zum Zeitpunkt t1 empfangen. Die Präambel weist eine Länge tp auf. Innerhalb der Präambel 10 werden im Industrie-Standard IEEE 802.15.4 acht Symbole S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8 mit jeweils einer Symbollänge ts von 16 us zu den Zeitpunkten t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8 übertragen. Ab dem Zeitpunkt te werden weitere Daten des Pakets empfangen und ausgewertet. Zum Zeitpunkt t1 kann im Ausführungsbeispiel der 1 ebenfalls die messbare Feldstärke F signifikant ansteigen. Der Anstieg muss jedoch nicht zwingend erfolgen.
Auch kann aufgrund einer Spreizung ein Signal im Rauschen mittels Korrelation ermittelt werden. Ein Verlauf von Messwerten eines Korrelationssignals k am Ausgang eines Korrelators ist ebenfalls in 1 dargestellt. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 überschreiten Messwerte des Korrelationssignals k eine zweite Schwelle th2, wobei mit der Überschreitung der zweiten Schwelle th2 durch Messwerte des Korrelationssignals k die Präambel 10 als gültig vom Empfänger erkannt wird. In der 1 ist die zweite Schwelle th2 als Schwellwert dargestellt. Alternativ (in 1 nicht dargestellt) kann die zweite Schwelle th2 auch als Funktion ausgebildet sein. Auch ist es möglich, dass die zweite Schwelle th2 einstellbar ist oder von einem Steuerwert oder Messwert abhängig automatisch verändert wird.
Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Empfänger in der Ausschaltphase während der Übertragung der ersten beiden Symbole S1 und S2 der Präambel 10 die Präambel 10 nicht detektieren. Der Empfänger benötigt eine Mindestzeitdauer, um ein Präambelsignal zu erkennen. Beispielsweise wird zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 der Symbole S3 und S4 ein Präambelsignal mittels des Kreuzkorrelators 165 detektiert, wobei Messwerte des Korrelationssignals k die zweite Schwelle th2 überschreiten. Die Steuerschaltung 210 legt das Steuersignal en auf High-Pegel, so dass die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 auch für die folgenden Symbole S5, S6, S7 und S8 der Präambel 10 eingeschaltet bleiben. Alternativ oder in Kombination könnte das Feldstärkesignal F ausgewertet werden. Wird entgegen dem dargestellten Fall der 1 kein gültiges Signal einer Präambel detektiert, wird das abwechselnde Einschalten und Ausschalten im Empfangsmodus RX fortgesetzt, bis erneut in einen Schlafmodus oder in einen Sendemodus gewechselt oder später ein Signals einer gültigen Präambel detektiert wird.
Die Suchphase vor dem Empfang der Präambel 10 ist üblicherweise wesentlich länger als ein eigentlicher Empfangszeitraum des Empfangs der Pakete. Daher kann die gemittelte Stromaufnahme im Empfangsmodus insgesamt deutlich reduziert werden.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem ebenfalls eine Präambel 10 mit acht Symbolen S1 bis S8 gesendet wird. Messwerte des Korrelationssignals k werden mit einer ersten Schwelle th1 und mit einer zweiten Schwelle th2 verglichen. Dabei ist die erste Schwelle th1 niedriger als die zweite Schwelle th2. Im Empfangsmodus RX er folgt vor einer Synchronisationsphase SY eine Stromsparphase CS. In der Synchronisationsphase SY ist ein Signal der Präambel 10 vom Empfänger als gültig erkannt worden und der Empfänger synchronisiert sich auf das Signal der Präambel 10 auf. Die erforderliche Dauer der Synchronisationsphase SY ist dabei kürzer als die Dauer der Präambel 10.
Während der Stromsparphase CS werden Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 des Empfängers abwechselnd für eine Einschaltdauer tein eingeschaltet und für eine Ausschaltdauer taus ausgeschaltet. Dargestellt ist ebenfalls ein Verlauf von Messwerten des Korrelationssignals k. Überschreitet ein Messwert des Korrelationssignals k die erste Schwelle th1 wird die Einschaltdauer tein' der Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 durch Steuerung mittels des Steuersignals en verlängert. Dies ist in 3 durch das verlängerte Signal en schematisch dargestellt. Überschreitet ein Messwert des Korrelationssignals k zudem die zweite Schwelle th2 wird das Ausschalten beendet und die Schaltungsblöcke 120, 130, 140, 150, 160, 170 des Empfangspfads 100 bleiben zur Synchronisation während der Synchronisationsphase SY eingeschaltet.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten der 1 bis 3 beschränkt. Beispielsweise ist es möglich einen anderen Korrelator vorzusehen. Auch ist es möglich andere als in 2 dargestellte Schaltungsblöcke des Empfangspfads zu deaktivieren. Die Funktionalität des Einschaltens und Ausschaltens während des Empfangsmodus kann auch für andere Funknetze nach anderen Industrie-Standards und auch für leitergebundene Netze verwendet werden, sofern die Präambel eine ausreichende Länge aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Empfangspfad
110: Antenne
120: Verstärker
130: Filter
140: Begrenzer
150: digitale Eingangsschaltung
160: digitale Basisbandschaltung
165: Korrelator
170: Phasenregelschleife
121, 131, 141, 151, 161, 171: Steuereingang
200: Steuerungsvorrichtung
201: Eingang
202: Ausgang
210: Steuerschaltung

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Empfängers mit in einem Empfangspfad (100) angeordneten Schaltungsblöcken (120, 130, 140, 150, 160, 170), insbesondere eines Funknetzes, - bei dem ein Empfangsmodus (RX) zur Ermittlung einer Präambel (10) aktiviert wird, - bei dem in dem Empfangsmodus (RX) zumindest ein Teil der Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) im Empfangspfad (100) des Empfängers abwechselnd für eine Einschaltdauer (tein, tein') eingeschaltet und für eine Ausschaltdauer (taus) ausgeschaltet werden, und - bei dem die Ausschaltdauer (taus) kürzer als die Präambel (10) ist, - bei dem ein Feldstärkesignal (F) als erster Messwert (k, F) im Empfangspfad gemessen wird, - bei dem der erste Messwert (k, F) mit einer ersten Schwelle (th1, thF) verglichen wird, - bei dem die Einschaltdauer (tein, tein') verlängert und/oder die Ausschaltdauer (taus) verkürzt wird, wenn der erste Messwert (k, F) die erste Schwelle (th1, thF) überschreitet, und - bei dem das Ausschalten beendet wird und die Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) zur Synchronisation mittels der Präambel (10) eingeschaltet bleiben, wenn während der Einschaltdauer (tein) ein gültiges Signal der Präambel (10) durch Vergleich eines zweiten Messwerts (k, F) mit einer zweiten Schwelle (th2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, - bei dem als zweiter Messwert ein Messwert eines Korrelationssignals (k) oder eines Feldstärkesignals (F) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem die Einschaltdauer (tein) und die Ausschaltdauer (taus) durch einen Timer einer Steuerschaltung (210) gesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem die Einschaltdauer (tein) gleich oder grösser einer Symbollänge (ts) von Symbolen (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8) der Präambel (10) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem die erste Schwelle (th1, thF) und/oder die zweite Schwelle (th2) eingestellt wird.
Empfänger, - mit Schaltungsblöcken (120, 130, 140, 150, 160, 170) in einem Empfangspfad (100) zur Ermittlung einer Präambel (10) eines empfangenen Signals, und - mit einer Steuerungsvorrichtung (200) zur Steuerung eines Empfangsmodus (RX), - bei dem zumindest ein Teil der Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) für eine Einschaltdauer (tein, tein') einschaltbar und für eine Ausschaltdauer (taus, taus') ausschaltbar ausgebildet ist, - bei dem die Steuerungsvorrichtung (200) eingerichtet ist, während des Empfangsmodus (RX) zumindest den Teil der Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) abwechselnd für die Einschaltdauer (tein, tein') einzuschalten und für die Ausschaltdauer (taus, taus') auszuschalten, wobei die Ausschaltdauer (taus, taus') kleiner als die Präambel (10) ist, - bei dem die Steuerungsvorrichtung (200) eingerichtet ist, ein im Empfangspfad (100) gemessenes Feldstärkesignal als ersten Messwert (k, F) mit einer ersten Schwelle (th1, thF) zu vergleichen, - bei dem die Steuerungsvorrichtung (200) eingerichtet ist, anhand eines Ergebnisses des Vergleichs mit der ersten Schwelle (th1, thF) die Einschaltdauer (tein, tein') zu verlängern und/oder die Ausschaltdauer (taus, taus') zu verkürzen, wenn der erste Messwert (k, F) die erste Schwelle (th1, thF) überschreitet, und - bei dem die Steuerungsvorrichtung (200) eingerichtet ist, zur Ermittelung eines gültigen Signals der Präambel (10) einen zweiten Messwert (k, F) mit einer zweiten Schwelle (th2) zu vergleichen und anhand eines Ergebnisses des Vergleichs mit der zweiten Schwelle (th2) das Ausschalten zu beenden und den Teil der Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) in einen eingeschalteten Zustand für eine Synchronisation mittels der Präambel (10) zu steuern.
Empfänger nach Anspruch 6, - bei dem die Schaltungsblöcke (120, 130, 140, 150, 160, 170) im Empfangspfad (100) ausgebildet sind, innerhalb einer Synchronisationsdauer eine Synchronisation auf ein Präambelsignal der Präambel (10) durchzuführen, wobei die Synchronisationsdauer kleiner als eine Länge (tp) der Präambel (10) ist, insbesondere kleiner als Dreiviertel oder kleiner als die Hälfte der Länge (tp) der Präambel (10) ist.