终端芯片、基站设备以及双向无线通信系统的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，具体地涉及一种终端芯片、基站设备以及双向无线通信系统。


背景技术：

2.lora散射通信技术中使用的背向散射器件，属于超低功耗器件。但是，作为终端的背向散射器件，没有办法接收lora信号。这种通信系统中，终端只发送信号不接收信号，基站只接收信号不发送信号，属于单向通信。如果强行给终端增加接收lora信号的接收机，则该终端的功耗大大的增加，lora散射通信技术的超低功耗特点将被抵消。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的是提供一种终端芯片、基站设备以及双向无线通信系统，该终端芯片、基站设备以及双向无线通信系统实现了终端-基站之间的双向通信，并且同时保持了终端的超低功耗性能。
4.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种终端芯片，该终端芯片包括：背向线性调频散射电路以及ask调制接收电路，所述背向线性调频散射电路用于散射射频源的单频率载波，以发送数据包至基站，所述ask调制接收电路用于接收来自所述基站的ask调制信号。
5.优选地，所述背向线性调频散射电路包括：第一数字基带、开关阵列以及阻抗负载阵列，其中，所述第一数字基带与所述开关阵列连接，用于控制所述开关阵列中的开关的开/闭组合；所述阻抗负载阵列与所述开关阵列连接，用于根据所述开关阵列中的开关的开/闭组合，改变阻抗值，以改变发射的线性调频信号的大小。
6.优选地，所述背向线性调频散射电路还包括：第一时钟电路，与所述第一数字基带连接，用于为所述第一数字基带提供基准时钟。
7.优选地，所述ask调制接收电路包括：ask解调电路、滞回曲线比较器以及第二数字基带，其中，所述ask解调电路用于滤除接收到的ask信号的高频分量以得到ask包络信号；所述滞回曲线比较器与所述ask解调电路连接，用于根据所述ask包络信号的幅度输出高/低电平信号；所述第二数字基带与所述滞回曲线比较器连接，用于根据所述高/低电平信号对所述ask信号进行分析和提取。
8.优选地，所述ask调制接收电路还包括：第二时钟电路，与所述第二数字基带连接，用于为所述第二数字基带提供基准时钟。
9.优选地，所述终端芯片还包括：电池，用于为所述终端中的器件提供电源。
10.优选地，所述终端芯片还包括：终端天线，与所述开关阵列以及所述ask解调电路连接。
11.优选地，背向线性调频散射和ask调制采用不同的载波频率。
12.本发明实施例还提供一种基站设备，该基站设备基于上文所述的终端芯片，所述
基站设备包括：线性调频接收电路以及ask调制发射电路，所述线性调频接收电路用于接收所述数据包，所述ask调制发射电路用于发射所述ask调制信号。
13.优选地，所述线性调频接收电路包括：第三数字基带、第一混频器、线性调频信号同步单元以及第一放大器，其中，所述第一放大器用于对所接收的线性调频信号进行放大；所述线性调频信号同步单元与所述第一放大器连接，用于将所接收的线性调频信号和本地线性调频信号进行同步；所述第一混频器与所述线性调频信号同步单元连接，用于将所接收的线性调频信号和本地线性调频信号相混频；所述第三数字基带与所述第一混频器连接，用于进行快速傅里叶变换，以完成所接收的线性调频信号的解调。
14.优选地，所述ask调制发射电路包括：第四数字基带、数模转换单元、第二混频器以及第二放大器，其中，所述数模转换单元与所述第四数字基带连接，用于将所述第四数据基带的数字信号转换为模拟信号；所述第二混频器用于将所述数模转换单元输出的模拟信号与本地载波信号进行混频；所述第二放大器与所述第二混频器连接，用于将所混频的信号进行放大。
15.优选地，所述基站设备还包括：基站天线，与所述第一放大器以及所述第二放大器连接。
16.本发明实施例还提供一种双向无线通信系统，该系统包括：射频源、至少一个终端以及基站，其中，所述射频源用于发射单频率载波；所述终端包括上文所述的终端芯片；所述基站包括上文所述的基站设备。
17.通过上述技术方案，采用本发明提供的终端芯片、基站设备以及双向无线通信系统，在终端添加了ask调制接收电路，可以接收信号，实现了终端-基站之间的双向通信，并且由于ask调制接收电路的特性，同时保持了终端的超低功耗性能。
18.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
19.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
20.图1是本发明一实施例提供的终端芯片的结构示意图；
21.图2是本发明一实施例提供的背向线性调频散射电路的结构示意图；
22.图3是本发明一实施例提供的ask调制接收电路的结构示意图；
23.图4是本发明一实施例提供的终端芯片的结构示意图；
24.图5是本发明一实施例提供的基站设备的结构示意图；
25.图6是本发明一实施例提供的线性调频接收电路的结构示意图；
26.图7是本发明一实施例提供的ask调制发射电路的结构示意图；
27.图8是本发明另一实施例提供的基站设备的结构示意图；
28.图9是本发明一实施例提供的双向无线通信系统的结构示意图。
29.附图标记说明
[0030]1ꢀꢀꢀ
背向线性调频散射电路
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ask调制接收电路
[0031]
11
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第一数字基带
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12
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开关阵列
[0032]
13
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阻抗负载阵列
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14
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第一时钟电路
[0033]
21
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ask解调电路
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22
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滞回曲线比较器
[0034]
23
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第二数字基带
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24
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第二时钟电路
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电池
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终端天线
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线性调频接收电路
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ask调制发射电路
[0037]
51
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第三数字基带
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第一混频器
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53
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线性调频信号同步单元
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第一放大器
[0039]
55
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第三时钟电路
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61
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第四数字基带
[0040]
62
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数模转换单元
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63
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第二混频器
[0041]
64
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第二放大器
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65
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第四时钟电路
[0042]7ꢀꢀꢀ
基站天线
具体实施方式
[0043]
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0044]
图1是本发明一实施例提供的终端芯片的结构示意图。如图1所示，该终端芯片包括：背向线性调频散射电路1以及ask调制接收电路2，所述背向线性调频散射电路1用于散射射频源的单频率载波，以发送数据包至基站，所述ask调制接收电路2用于接收来自所述基站的ask调制信号。
[0045]
具体地，射频源发射单频率载波，背向线性调频散射电路1作为背向散射器件，通过背向散射，将符合lora规则的数据包发射给基站，基站进行数据接收。使用lora散射通信技术虽然功耗很低，但是属于单向通信。本发明实施例设置ask(移幅键控，amplitude shift keying)调制接收电路2，以进行信号接收，并保证终端低功耗的特性不变。优选地，背向线性调频散射和ask调制采用不同的载波频率以避免互相干扰，提升灵敏度。
[0046]
现有技术的lora散射技术必须包括lora特有的whitenning加扰、hamming纠错编码、interleaving交织以及gray编码。背向散射技术不仅适用于lora系统，更适用于本发明自定义的基于线性调频的sub-ghz无线通信系统(载波低于1ghz频率的无线通信系统)，在自定义系统中，编码方式是已知的，可以大大简化设计过程，不需要去反向工程去破解通信过程的编码方式。
[0047]
图2是本发明一实施例提供的背向线性调频散射电路的结构示意图。如图2所示，所述背向线性调频散射电路1包括：第一数字基带11、开关阵列12以及阻抗负载阵列13，其中，所述第一数字基带11与所述开关阵列12连接，用于控制所述开关阵列12中的开关的开/闭组合；所述阻抗负载阵列13与所述开关阵列12连接，用于根据所述开关阵列12中的开关的开/闭组合，改变阻抗值，以改变发射的线性调频信号的大小。
[0048]
具体地，在本发明实施例中，第一数字基带11连接到开关阵列12，实现数字电路控制开关阵列12中开关的开/闭组合，开关阵列12连接阻抗负载阵列13。其中具体工作方式为首先，通过第一数字基带11控制开关阵列12，采用阵列的优点是背向散射线性调频的信号幅度可以产生多个值，从而降低三次谐波和五次谐波的影响。然后开关阵列12可以通过不同的开关组合方式，改变阻抗负载阵列13，产生不同的阻抗值，以改变芯片内部阻抗值，从
而改变天线反射系数，使得天线背向散射的信号大小受到控制。天线背向反射的原理使得第一数字基带11控制的多值信号和接收的射频源单频信号时域相乘，从而产生新的频率分量，这个新的频率分量也称为副载波。通过控制新的频率分量或者说副载波的频率值线性变化，可实现线性调频。
[0049]
另外，所述背向线性调频散射电路1还包括：第一时钟电路14，与所述第一数字基带11连接，用于为所述第一数字基带11提供基准时钟。
[0050]
在本实施例中可以看出，背向线性调频散射电路1中未设置功率放大器、混频器等高功率耗能器件，具有超低功耗的特性。
[0051]
图3是本发明一实施例提供的ask调制接收电路的结构示意图。如图3所示，所述ask调制接收电路2包括：ask解调电路21、滞回曲线比较器22以及第二数字基带23，其中，所述ask解调电路21用于滤除接收到的ask信号的高频分量以得到ask包络信号；所述滞回曲线比较器22与所述ask解调电路21连接，用于根据所述ask包络信号的幅度输出高/低电平信号；所述第二数字基带23与所述滞回曲线比较器22连接，用于根据所述高/低电平信号对所述ask信号进行分析和提取。
[0052]
具体地，在本发明实施例中，ask信号格式可以选用超高频rfid的标准，比如采用iso18000-6c协议。其中ask解调电路21的基本原理为滤除ask的高频分量，提取ask信号的包络。本实施例的ask解调电路21将收到的ask信号滤除载波得到包络信号。ask解调电路21连接滞回曲线比较器22，滞回曲线比较器22起到比较信号的作用，滞回曲线可以有效消除误操作，只有信号幅度大于阈值的ask包络信号才能使得比较器输出翻转为高。从而，滞回曲线比较器22输出数字信号到第二数字基带23。第二数字基带23对ask信号进行分析和提取。具体地可以理解为，第二数字基带23分析接收到的高/低电平信号的形式，例如，高/低电平的持续时间以及什么时候从高电平转低电平或者从低电平转高电平。
[0053]
另外，所述ask调制接收电路2还包括：第二时钟电路24，与所述第二数字基带23连接，用于为所述第二数字基带23提供基准时钟，第二时钟电路24和第一时钟电路14可以是同一个时钟电路，也可以是不同的时钟电路。
[0054]
在本实施例中可以看出，ask解调电路21中同样未设置功率放大器、混频器等高功率耗能器件，具有超低功耗的特性。普通线性调频终端的发送电路功耗约为10ma，而本实施例中背向散射线性调频终端的发送电路功耗约为0.2ma。普通线性调制终端的接收电路功耗约为1ma，本实施例终端的接收电路功耗约为0.001ma。
[0055]
图4是本发明一实施例提供的终端芯片的结构示意图。如图4所述，所述终端芯片还包括：电池3，用于为所述终端中的器件提供电源。电池3有助于实现超低功耗远距离通信。如果不使用电池3而是使用无限能量收集装置提供电力，尽管保持了超低功耗的特征，但是通信距离的瓶颈将是无限能量收集装置的阈值，使得通信距离大大缩短。如上述本实施例大大降低了功耗值，更低的功耗值意味着电池3有更长的寿命。
[0056]
所述终端芯片还包括：终端天线4，与所述开关阵列12以及所述ask解调电路21连接。终端天线4用于收发信号。
[0057]
图5是本发明一实施例提供的基站设备的结构示意图。如图5所示，该基站设备基于上文所述的终端芯片，所述基站设备包括：线性调频接收电路5以及ask调制发射电路6，所述线性调频接收电路5用于接收所述数据包，所述ask调制发射电路6用于发射所述ask调
制信号。
[0058]
具体地，相对应上文所述的终端芯片，基站设备具有线性调频接收电路5来接收背向线性调频散射电路1发送的数据包，并具有ask调制发射电路6，用于发送ask调制信号。该基站设备可以是芯片形式，也可以是分立电路形式。
[0059]
图6是本发明一实施例提供的线性调频接收电路的结构示意图。如图6所示，所述线性调频接收电路5包括：第三数字基带51、第一混频器52、线性调频信号同步单元53以及第一放大器54，其中，所述第一放大器54用于对所接收的线性调频信号进行放大；所述线性调频信号同步单元53与所述第一放大器54连接，用于将所接收的线性调频信号和本地线性调频信号进行同步；所述第一混频器52与所述线性调频信号同步单元53连接，用于将所接收的线性调频信号和本地线性调频信号相混频；所述第三数字基带51与所述第一混频器52连接，用于进行快速傅里叶变换，以完成所接收的线性调频信号的解调。
[0060]
另外，所述线性调频接收电路5还包括：第三时钟电路55，与所述第三数字基带51连接，用于为所述第三数字基带51提供基准时钟。
[0061]
具体地，首先第一放大器54对所接收的线性调频信号进行放大，第一放大器54可以是低噪声放大器。然后由线性调频信号同步单元53将所接收的线性调频信号和本地线性调频信号进行同步，随后第一混频器52使得本地线性调频信号和所接收的线性调频信号相混频，然后在第三数字基带51中进行快速傅里叶变换计算，得到线性调频信号的特征，实现对线性调频信号的解调。
[0062]
图7是本发明一实施例提供的ask调制发射电路的结构示意图。如图7所示，所述ask调制发射电路6包括：第四数字基带61、数模转换单元62、第二混频器63以及第二放大器64，其中，所述数模转换单元62与所述第四数字基带61连接，用于将所述第四数据基带的数字信号转换为模拟信号；所述第二混频器63用于将所述数模转换单元62输出的模拟信号与本地载波信号进行混频；所述第二放大器64与所述第二混频器63连接，用于将所混频的信号进行放大。
[0063]
另外，所述ask调制发射电路6还包括：第四时钟电路65，与所述第四数字基带61连接，用于为所述第四数字基带61提供基准时钟，同样的，第四时钟电路65和第三时钟电路55可以是同一个时钟电路，也可以是不同的时钟电路。
[0064]
具体地，ask调制发射电路6的作用是产生受第四数字基带61控制的ask调制信号，并经第二放大器64进行信号放大，第二放大器64可以是功率放大器。首先第四数据基带产生数字信号，并经数模转换单元62(dac)转换为模拟信号，随后通过第二混频器63与本地载波信号进行混频，最后由第二放大器64进行放大并随后发送出去，完成ask调制。
[0065]
图8是本发明另一实施例提供的基站设备的结构示意图。如图8所示，所述基站设备还包括：基站天线7，与所述第一放大器54以及所述第二放大器64连接。基站天线7用于收发信号。
[0066]
图9是本发明一实施例提供的双向无线通信系统的结构示意图。如图9所示，该系统包括：射频源、至少一个终端以及基站，其中，所述射频源用于发射单频率载波；所述终端包括上文所述的终端芯片；所述基站包括上文所述的基站设备。
[0067]
具体地，可以理解的是，双向无线通信系统可以包括多个终端，例如如图9所示的三个终端，该双向无线通信系统的实施例与上文所述的终端芯片和基站设备的实施例类
似，在此不再赘述。
[0068]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0069]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。