窄带声信令的正交频率方案的制作方法

1.本公开一般而言涉及通信系统中的调制方案。


背景技术：

2.对于建筑物内的位置检测，超声波可以用于识别移动单元或移动标签的位置。用于这种位置检测的超声波通常在40khz以上。人耳通常可以听到频率范围为20hz至20khz的音频波。人耳听不到20khz以上频率范围的声波。但是，一些人可以能够听到略高于20khz的音频波。代替专门设计的移动标签来识别穿戴移动标签的人的位置，也可以基于移动单元，诸如移动电话或智能电话之类来识别人的位置。移动电话或智能电话的麦克风可以接收超声波，并处理由超声波携带的信息以报告移动电话或智能电话的位置。因为移动电话或智能电话是为人类对话而设计的，因此移动电话或智能电话的接收器系统是为人类可听频率范围而设计的。因而，使用移动电话或智能电话进行位置确定的超声波的频率范围可能需要在移动电话或智能电话的接收器系统的范围内。超声波的传输不应导致传输的信号低于20khz的频率范围，这可能会使一些人感到不舒服。


技术实现要素：

3.在本公开的实施例中，公开了一种传输器。传输器可以包括被配置为生成一个或多个输出时钟信号的时钟。传输器还可以包括至少一个分频器，被配置为基于一个或多个输出时钟信号生成多个划分的频率。传输器还可以包括至少一个天线或换能器，被配置为传输调制数据。传输器还可以包括被配置为存储指令的存储器和被配置为执行指令的至少一个处理器，该指令执行包括将数据映射到多个十进制码值中的十进制码值的操作。操作还可以包括将十进制码值转换成收缩(shrinking)基(base)系统，并基于与十进制码值的收缩基系统对应的码值在多个划分的频率中选择一组频率。传输器还可以包括调制器，该调制器被配置为使用该组频率调制十进制码值。
4.在本公开的另一个实施例中，公开了一种方法。方法步骤可以由一个或多个计算设备执行。该方法可以包括经由用户接口接收时钟频率、中心载波频率、信号带宽和要生成的频率的计数。该方法可以包括基于时钟频率、信号带宽和要生成的频率的计数来确定多个划分的频率。该方法可以包括确定与多个划分的频率对应的多个整数分频器值，以及生成多个划分的频率。该方法可以包括将传输数据映射到多个十进制码值中的十进制码值，以及在多个划分的频率当中选择与十进制码值对应的一组频率用于调制十进制码值以进行传输。
附图说明
5.并入本文并形成说明书的一部分的附图图示了本公开的实施例，并且与描述一起进一步解释本公开的原理并使相关领域的技术人员能够做出并使用实施例。
6.图1描绘了根据一些实施例的环境。
7.图2描绘了根据一些实施例的示例性传输器。
8.图3描绘了根据一些实施例的示例性伪代码。
9.图4描绘了根据一些实施例的示例性伪代码。
具体实施方式
10.将参考附图描述本公开。
11.下面的具体实施方式参考附图图示了与本公开一致的示例性实施例。具体实施方式中对“一个示例性实施例”、“示例性实施例”、“示例示例性实施例”等的引用指示所描述的示例性实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但每个示例性实施例不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指相同的示例性实施例。另外，当本公开结合示例性实施例描述特定的特征、结构或特性时，相关领域的技术人员将知道如何结合其它示例性实施例来影响这样的特征、结构或特性，无论是否被明确描述。
12.本文描述的示例性实施例提供说明性而不是限制性的示例。其它示例性实施例是可能的，并且可以在本公开的精神和范围内对示例性实施例进行修改。因此，具体实施方式并不限制本发明。相反，仅以下权利要求及其等同形式定义了本公开的范围。
13.硬件(例如，电路)、固件、软件或它们的任何组合可以用于实现实施例。实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上并由一个或多个处理器读取和执行的指令。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算设备)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，在一些实施例中，机器可读介质包括只读存储器(rom)；随机存取存储器(ram)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；电、光、声或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。另外，固件、软件、例程、指令可以在本文中被描述为执行某些动作。但是，应该认识到的是，这样的描述仅仅是为了方便，并且动作是由执行固件、软件、例程和/或指令的计算设备、处理器、控制器或其它设备产生的。
14.对术语“模块”的任何引用应理解为包括软件、固件和硬件(诸如，一个或多个电路、微芯片或设备或其任何组合)及其任何组合中的至少一种。此外，相关领域的技术人员将理解，每个模块在实际设备内可以包括一个或多个组件，并且形成所描述的模块的一部分的每个组件可以协同或独立于形成模块的一部分的任何其它组件工作。相反，本文描述的多个模块可以表示实际设备内的单个组件。另外，模块内的组件可以在单个设备中或以有线或无线方式分布在多个设备中。
15.示例性实施例的以下具体实施方式将充分揭示本公开的一般性质，以便其它人可以通过应用相关领域技术人员的知识，容易地修改和/或定制这些示例性实施例的各种应用，而不会过度实验和脱离本公开的精神和范围。因此，这些修改落入基于本文所呈现的教导和指导的示例性实施例的含义和多个等同形式内。这里，短语或术语用于描述而非限制性目的，使得本说明书的术语或短语应由相关领域的技术人员根据本文的教导来解释。
16.图1描绘了根据一些实施例的环境。如图1中所示，示出了建筑物内的房间或部分100。在房间100内，示出了传输器102、具有移动电话1 104的人1和具有移动电话2 106的人2。虽然基于来自全球导航信号系统(gnss)的信号检测建筑物外的移动电话104或106的位置是可能的，但来自gnss的信号可能无法到达建筑物内的移动电话104或106。因此，使用gnss信号检测建筑物内的移动电话104或106的位置可能是不可能的。但是，可以使用超声
波来确定移动电话104或106的位置。可以经由位于房间100中的传输器102传输超声波。传输器102可以是传输在超声频率载波上调制的位置识别信息的多个超声传输器之一。当移动电话104或106的麦克风接收到由超声波传输器102传输的携带位置识别信息的超声波时，移动电话104或106可以对接收到的超声波进行处理以解码由传输器102传输的位置信息。作为非限制性示例，移动电话104或106然后可以经由射频(rf)通信、wi-fi、蓝牙等传输移动电话的身份以及如从接收到的超声波中提取的传输器的信息的位置。因而，移动电话104或106的位置可以被确定为共置于传输器102的位置处，即在房间100中。作为非限制性示例，移动电话104或106可以具有下载到移动电话104或106上的移动应用，其可以处理由传输器102传输的位置信息以确定移动电话104或106的位置。因而，可能不需要移动电话104和106将移动电话104或106的身份发送到服务器(图1中未示出)来确定移动电话104或106的位置。
17.各种调制方案可以用于由传输器102到移动电话104或106的移动通信。如本领域技术人员已知的，本公开中描述的各种调制方案可以与任何通信介质相关。作为非限制性示例，这种通信介质可以是电磁的、声学的、光学的，等等。但是，由于数字调制方案的无差错能力，数字调制方案优于模拟调制方案。这种数字调制方案可以是bpsk(二进制相移键控)、qpsk(正交相移键控)等。虽然qpsk提供了高效带宽的益处，但qpsk不是功率高效的调制技术，因为它需要线性放大器来防止放大器由于突然相位反转而饱和。
18.可以使用另一种调制方案，诸如频移键控(fsk)调制，其中载波频率根据信息信号而移位。在fsk调制中，可能需要m个不同频率的独立振荡器，其中m为2k。可以根据要在单个持续时间间隔t＝k/r秒中传输的k位符号来选择m个频率之一。但是，因为在连相继的信令间隔中存在从一个频率振荡器输出突然切换到另一个频率振荡器输出，可能出现信号的主频谱带之外的相对大的频谱旁瓣。因此，可能需要大频带来传输信号。当20khz左右的频率范围的超声波用于使用移动电话104或106对移动电话104或106进行位置检测时，大的频谱旁瓣可能导致可听频率范围，即低于20khz的信号的泄漏。因而，fsk和qpsk调制方案都具有明显的缺点。
19.图2描绘了根据一些实施例的示例性传输器。传输器200可以类似于图1中所示的传输器102。传输器200可以包括时钟202、分频器204、处理器206、存储器208、调制器210和天线212。传输器200可以包括时钟202、分频器204、处理器206、存储器208、调制器210和天线212中的一个以上。在图2中示出了天线212。但是，换能器(图2中未示出)也可以用于代替天线212或与天线212一起使用。
20.在一些实施例中，时钟202可以是锁相环时钟。锁相环时钟可以使用晶体或锁相环振荡器生成。锁相环(pll)可以是模拟pll、数字pll或软件pll。
21.在一些实施例中，调制器210可以使用利用n频率的fsk调制(n-fsk调制方案)，而不是qpsk和fsk。n-fsk调制方案可以提供多个益处。这些益处可以包括较低的频谱旁瓣或边带、码的正交性，以及与反卷积解码器的兼容性。但是，n-fsk调制方案的上述益处可能需要在码片(chip)周期中选择正交频率。另外，符号中所选择的正交频率的分布应该使得码之间可出现低互相关，并且频率间隔应该大于可能出现的任何多普勒引起的频移。
22.因为使用多个频率来传达信息，因此n-fsk调制方案通常需要大带宽。但是，移动电话104或106上的移动通信的语音信道可能只有窄带宽可用。作为非限制性示例，可用带
宽通常可以是2xf
chip
的数量级，其小于1khz。因此，只有三个载波频率可用，它们可以是-f
chip
、0和f
chip
，其中0可以表示中心载波频率，从而使n-fsk调制方案成为3-fsk调制方案。
23.在一些实施例中，可以满足码片周期期间正交频率的选择，因为在时间周期内具有整数个周期的所有相量都是正交的。因此，对于f
chip
的码片频率，所有频率为n*f
chip
的相量都可以使用，其中n可以是任何正值或整数值。
24.在一些实施例中，代替三个频率，调制器210可以通过使用半频来使用五个频率而不影响带宽要求，诸如-f
chip
/2和f
chip
/2频率。使用包括半频在内的五个频率可能会导致码片周期中出现半个相量周期；这可能导致用于后续码片的码片长180度相移应。
25.在一些实施例中，为码片周期选择正交频率可以取决于为码选择频率。每个码可以由从五个频率中选择的频率的组合来表示，这五个频率可以是-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
，其中0可以表示中心载波频率。另外，5-fsk调制方案的中心频率和其它频率，例如，-f
chip
、-f
chip
/2、f
chip
/2和f
chip
频率可以取决于传输器200的时钟202的频率。另外，五个频率-f
chip
、-f
chip
/2、f
chip
/2和f
chip
也可以取决于信号的目标带宽。作为非限制性示例，对于16mhz频率的时钟202，支持的中心载波频率可以是20434.2hz。因而，对于带宽为730hz的目标信号，-f
chip
频率可以被处理器206计算为大约20075.3hz并且f
chip
频率可以被计算为大约20806.2hz。类似地，-f
chip
/2和f
chip
/2分别可以被处理器206计算为大约20253.2hz和20618.6hz。但是，-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率的生成可以取决于时钟202的频率，并且为-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
计算的频率可以与用作-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率的实际频率存在变化。
26.由于时钟202是稳定时钟，-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率可以使用分频器204从时钟202生成。如上所述，可以存在多于一个分频器，每个分频器基于时钟202的一个或多个输出时钟生成划分的频率。一个或多个分频器可以是模拟分频器或数字分频器。一个或多个分频器可以是可配置的分频器。因此，一个或多个可配置的分频器可以通过将输入时钟除以一个或多个整数来从输入时钟生成一个或多个输出时钟。因此，与-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率对应的计算出的频率可以不同于与-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率对应的实际频率。
27.作为非限制性示例，对于16mhz频率的时钟202，与-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率对应的整数分频器值可以是797、790、783、776和769。类似地，计算出的频率与实际频率之间的频率偏差也可以被确定为计算出的频率与实际频率之间的差。一组-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率可以用于传输使用脉冲宽度调制生成的超声波。作为非限制性示例，经由天线212和/或换能器传输的超声波可以携带位置识别信息。因而，本文所述的调制方案可以用于可能需要使用如本文所述的半频的n-fsk调制方案的益处的任何应用中。
28.在一些实施例中，与-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率中的每个频率对应的码片周期可以由处理器206确定。与每个频率对应的码片周期可以是目标信号的实际带宽的大约一半。因而，可以选择可以维持相位连续性的与每个频率对应的码片周期。因此，实际码片周期可以取决于码片期间使用和发送的频率。
29.在一些实施例中，为了确保正交性，由m个频率组成的cp-fsk方案中的每个频率可以仅使用一次，并且对于每个码，一个频率保持未使用。因而，当使用反卷积技术时，可能导致码之间的高对比度。反卷积技术可以用于信号恢复或误差校正。因此，作为在接收器端，
即就是在移动电话104或106处的反卷积技术所知的所提出的使用半频的5-fsk调制方案(其中五个频率中的仅四个用于每个码)可以用于误差校正。
30.作为非限制性示例，对于使用五个不同频率的5-fsk调制方案，总共一百二十个码值可以用于传输信令信息。一百二十个码值可以被计算为m阶乘(m！)，其中m表示在n-fsk调制方案中使用的频率数量。由于在使用半频的5-fsk调制方案中使用了五个频率，因此五阶乘(5！)，即，一百二十个码值可用。由于在5-fsk调制方案中使用的五个频率中的一个频率不使用，因此每个码可以具有四个码片(m-1个码片)，其中每个码片可以对应于五个频率之一。因而，对于120个码值中的每个码值，可以分配五个频率中的四个频率，这可以导致来自包含所有可能索引的阵列的码之间的最高正交性。本领域技术人员可以认识到，如上所述使用五个频率中的四个可能导致码之间的最高正交性，五个频率中的三个频率也可以用于实现码之间的正交性。因此，可用码值可以根据用于表示码值的频率的数量而变化。
31.在一些实施例中，码的频率选择的第一步骤可以包括将码值转换成m值数字系统，其中数字基m收缩为m、m-1、m-2、
…
、1，直到数字基等于1。在数字基达到值1之后，可以使用包括最小基值的新基。但是，由于只发送了m-1个码片，因此基不会重置，并且可能不需要最小基。
32.如上所述，可能有m个频率要分配，其可以是扩展到码片数量的数字阵列。在一些实施例中，可以产生扩展的数字阵列并且可以在初始(斜坡)频率阵列中填充频率索引1
…
m。随后，可以根据扩展的数字阵列中索引i处的值选择初始频率阵列的元素用于输出，并且可以从频率阵列中去除索引i处的频率以避免重复使用。一旦频率阵列中的所有频率都已被使用，那么频率阵列就可以被重置。
33.在一些实施例中，作为非限制性示例，对于使用半频的5-fsk调制方案，可以使用参考图2和图3描述的以下算法向一百二十个码中值在0和119之间的每个码分配五个频率中的四个频率。算法可以由处理器206执行并且与算法对应的指令可以存储在存储器208中。存储器208可以是ram、rom、sram、dram等。作为非限制性示例，除了与算法对应的指令之外，传输器102的位置信息也可以存储在存储器208中，并且可以由调制器210通过使用半频来使用n-fsk调制方案调制、经由天线112和/或换能器传输位置信息。
34.图3描绘了根据一些实施例的示例性伪代码。特别地，图3描绘了将十进制码值转换成上述收缩数字基的伪代码。
35.从十进制数转换成收缩数字基的算法
36.算法300开始于步骤302。在步骤302处，可以执行各种变量的初始化。通常num_of_chips可以被设置为n-1，其中n可以表示连续体(continuum)中的频率数。将num_of_chips设置为n-1保证了形成n个频率的连续体中的一个频率保持未使用。对于使用半频的5-fsk调制方案，n被设置为5，这会将num_of_chips设置为4。基值可以被初始化为num_of_frequencies的值，对于给定的示例，其可以被设置为5。
37.在步骤304处，可以接收十进制的码值，用于转换成收缩数字基。
38.在步骤306处，可以将接收到的十进制码除以基值，并且可以在步骤308处接收除法运算的余数。在步骤308处，可以将余数记录为收缩数字基的码的最低有效位。
39.在步骤310处，可以计算除法运算的商。在步骤312处，基值可以递减1。在步骤313处，最低有效位的位置可以递增1，即，左移1个位置。在步骤316处，可以检查商和余数的值
是否为0。如果商和余数都为值0，那么码值从十进制到收缩基的转换完成。否则，可以重复上面参考206到216描述的步骤。
40.对于使用半频的5-fsk调制方案，十进制数超过num_of_frequencies！-1，即119，一旦基达到1，就可以重新开始上述处理。
41.作为非限制性示例，下表可以表示根据上述算法确定的针对具有值0到5的码值的部分集合的收缩数字基。本领域技术人员可以基于上述算法生成由处理器206执行以转换高达119及以上的每个十进制码值的指令。
[0042][0043]
表1：收缩基转换和频率索引的码值
[0044]
图4描绘了根据一些实施例的示例性伪代码。特别地，图4描绘了用于选择与如上面参考图3所描述的被转换成收缩数字基的码值对应的伪代码。
[0045]
选择与码值对应的频率的算法
[0046]
算法400开始于步骤402。在步骤402处，可以填充包含要在使用半频的n-fsk调制方案中使用的所有频率的阵列。作为非限制性示例，阵列可以填充有与使用半频的n-fsk调制方案的频率对应的整数分频器的值。阵列可以填充有与使用半频的n-fsk调制方案的每个频率对应的频率值。
[0047]
在步骤404处，可以用0来初始化可以表示与码值对应的频率的另一个阵列。
[0048]
在步骤406处，可以选择另一个阵列中的元素作为包含要在使用半频的n-fsk调制方案中使用的所有频率的阵列的索引。作为非限制性示例，返回参考表1，对于十进制的码值2，收缩基值对应于2、0、0和0。因而，可以选择第一频率，该第一频率可以对应于在包含在步骤402处填充的所有频率的阵列中的索引2处的频率。由于被选择的频率数应等于码片数，即，在给定示例中为4，因此需要再选择三个频率。因而，在给定示例中，步骤406可以再重复三次。随后，当第一次重复步骤406时，可以选择索引0处的频率。由于每个频率仅被使用一次，因此当再次重复步骤406时，可以不使用索引0处的频率。因此，可以使用索引1处的下一个可用频率。并且，当最后一次重复步骤406时，索引0、1和2处的频率不可用。因而，可以选择索引3处的频率。
[0049]
如上表1中所示，十进制码值0的频率索引对应于如上所述的2、0、1和3。索引0、1、2、3和4处的频率可以分别对应于-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率。因而，可以使用可以对应于中心频率、-f
chip
频率、-f
chip
/2频率和f
chip
/2频率的各频率来传输十进制码值2。本领域技术人员可以生成由处理器206执行以确定与十进制的每个码值对应的频率索引的指
令。
[0050]
在一些实施例中，反卷积处理可能需要码的正交性。码的正交性可以通过在短时间间隔内不重用频率来实现。通过确保使用频率的带宽和码片频率在计算为带宽/f
chip
＝n时具有整数比，其中n＝2
…
6，可以保证良好的正交性。频率方案可以包括k个频率，相等的频率间隔f
space
，其中k可以计算为f
chip
/f
space
，其中k具有2和6之间的值。
[0051]
对于上面使用5-fsk的示例，当符号包含5个码片时，存在120个不同的符号或码值。通过将码片数量限制为4，在反卷积操作期间可能会导致频谱中的幅度下降。频谱中的幅度下降可能导致解码器在反卷积处理期间的低信噪比(snr)。因而，在反卷积处理期间可能会拒绝一些具有低snr的码。在反卷积处理中可能被拒绝的码可以被称为坏码。作为非限制性示例，以下码对于使用半频的5-fsk调制方案对于16mhz的时钟频率和730hz的目标信号带宽可能是坏码。
[0052]
坏码值：0、19、33、34、38、39、59、60、80、81、85、86、100和119。
[0053]
在一些实施例中，当iq采样率刚好超过临界采样率时，可以获得最佳信噪比。作为非限制性示例，对于复杂信号，临界采样率等于信号的带宽。因此，对于带宽为f
chip
两倍的信号，采样频率可以为f
chip
的2.2到2.5倍。这可能导致带宽增加10％到25％，从而为抗混叠滤波器创造空间。作为非限制性示例，对于上述使用半频和带通滤波的5-fsk调制方案，可以2.44倍f
chip
的速率对iq信号进行采样，这可以产生与使用匹配模板时的200相比，被确定为大约3.9的作为反卷积处理的结果的信噪比(snr)。
[0054]
模板可能是用于以iq采样格式传输的码的理想信号。作为非限制性示例，反卷积处理可以包括在与码对应的频率空间中将接收到的信号除以模板，然后是傅里叶逆变换(ift)。所得反卷积信号的snr可以取决于接收到的信号是否包括模板信号的多个相移副本。因而，如果模板和接收到的信号具有匹配的码值，那么所得的反卷积的snr可以在3.9到200之间，对应于传输器102和接收器，即移动电话104或106之间的路径。因而，低于3.9的snr可以指示模板码值与传输的码值不同。作为非限制性示例，在反卷积处理之后可能导致低于3.9的snr的码值可以被认为是坏码值并且可以被避免。
[0055]
在一些实施例中，可以基于评估标准来确定在反卷积处理中可能表现不佳的码值。作为非限制性示例，评估标准可以包括验证对应码值的频谱中的节点。评估标准可以包括执行频谱的自相关和找到所得自相关函数的宽度。因而，具有过大自相关宽度的码可以被识别为坏码值。不应该在传输中使用坏码值来承载信令信息。作为非限制性示例，大于0.3的自相关宽度可以被认为是过大的。
[0056]
在一些实施例中，对于上述使用半频率的5-fsk调制方案的码值的正交性，频率间隔可以被设置为f
chip
频率的一半。与-f
chip
、-f
chip
/2、0、f
chip
/2和f
chip
频率对应的相位变化可以分别为0、180、0、180和0度。因而，总频率间隔可以是2xf
chip
。
[0057]
虽然上面公开的示例性方案可以使用16mhz的时钟和具有5个不同频率的码片数量4，但是对于可以针对不同带宽生成的码，可以有许多不同的频率组合。因而，建议的带宽可以包括500hz、700hz、800hz、730hz、625hz和40khz。另外，每个方案可以使用不同的中心频率和不同的采样率。但是，与上述其它带宽方案相比，625hz的带宽与20408hz的中心频率和8mhz的基本时钟可以提供低带宽的益处，并且更好地解决与窄带信令的可听性和性能相关的问题。
[0058]
本文讨论的技术涉及服务器、数据库、软件应用和其它基于计算机的系统，以及所采取的动作和发送到这些系统和从这些系统发送的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在组件之间和组件当中对任务和功能进行多种可能的配置、组合和划分。例如，本文讨论的服务器处理可以使用单个服务器或组合工作的多个服务器来实现。数据库和应用可以在单个系统上实现或分布在多个系统上。分布式组件可以按顺序或并行操作。
[0059]
虽然本主题已针对其具体示例实施例进行了详细描述，但应认识的，本领域的技术人员在获得对前述内容的理解后，可容易地产生对此类实施例的替代、变化和等效形式。因而，本公开的范围是示例性的而不是限制性的，并且本公开不排除包括对本主题的此类修改、变化和/或添加，如对于本领域普通技术人员来说将清楚的。