一种防误检低功耗无线唤醒方法与流程

1.本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种防误检低功耗无线唤醒方法。


背景技术：

2.在无线传感网络设计中，大部分的无线收发机节点都需要低功耗处理机制。为了降低系统整体功耗，收发机需要减少无用的工作时间，理想状态是当有数据需要接收时，节点处于接收状态，无信息接收时，节点处于睡眠状态，这就需要无线唤醒技术，无线唤醒过程其实是接收机周期性自动醒来，查看空中有没有呼叫信号，如果没有，则继续睡眠；如果有，则被唤醒进入接收状态，从而实现降低接收机平均功耗的目的。
3.如何发现呼叫信号，传统的做法是通过设定rssi阈值来判断，但简单的rssi指标不能很好的判断空口无线数据发送状态，已逐渐淘汰，随着多种调制技术的应用，出现了通用cca方法，通过载波侦听的方式检测发射机状态；以及通过cad方法来检测载波活跃状态，从而判定是否有无线信号正在或准备发送状态中。
4.但cca方法以及cad方法的无线唤醒机制存在以下问题：
5.①
cca和cad通过载波状态，来判定系统内消息发送状态，只能区别出是否有消息在发送，对于消息的目的地和接收对象缺乏感知能力，相当于这个唤醒过程有可能把系统内的全部接收机都唤醒，但实际需要接收和处理数据的接收机只是其中一个。
6.②
cca和cad检测的结果往往需要上层处理器mcu进行处理和进一步判断，需要使上位机也退出睡眠状态，在更多的情况，上层处理器mcu需要再持续接收一条完整的消息，来确认是否被发送机呼叫，这对于非目标接收机系统来说，产生可观的额外能量消耗。网络容量越大，这种无效消耗越严重。
7.为此我们提出一种防误检低功耗无线唤醒方法。


技术实现要素：

8.本发明的目的是：旨在提供一种防误检低功耗无线唤醒方法，用于解决背景技术中现有技术实际应用过程中所存在的问题。
9.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
10.一种防误检低功耗无线唤醒方法，包括由基站、配置单元以及数个无线接收单元构成的无线通信系统，所述无线接收单元设置有无线收发芯片，所述无线收发芯片由以下模块构成：
11.电源模块，为无线接收单元提供电源；
12.射频模块，用于接收无线信号，并可按照特定的周期
△
t进行周期性的休眠和打开；
13.数字信号处理模块，用于对接受的信号进行解调和计算处理；
14.所述无线接收单元未被唤醒时，处于低功耗睡眠状态，只有射频模块周期性的休眠和打开；
15.所述配置单元分别为各个无线接收单元配置一个或者多个唤醒id，以用于不同的应用场景下进行唤醒；
16.所述唤醒方法包括有以下步骤：
17.步骤1：系统配置，配置单元分别为各个无线接收单元配置一个或者多个唤醒id信息并编号，无线接收单元将各个唤醒id对应生成各个本地参考弹性唤醒序列；
18.步骤2：基站在唤醒特定的无线接收单元时，将携带该目标无线接收单元所配置的所有唤醒id信息整合至弹性唤醒序列中，并发送该弹性唤醒序列；
19.步骤3：无线接收单元的射频模块周期性的由休眠状态打开，接收由基站所发送的弹性唤醒序列，此时数字信号处理模块仍处于关闭状态；
20.步骤4：无线接收单元的射频模块接收设定时长的弹性唤醒序列后主动关闭，数字信号处理模块主动打开，对接收的弹性唤醒序列进行解调和计算处理；
21.步骤5：数字信号处理模块将经过步骤4计算处理后的所有互相关峰值结果与预设阈值进行一一对比，若存在至少一互相关项峰值结果超过预设阈值，则无线接收单元判定为正在被唤醒，若所有互相关峰值结果均未达到预设阈值，则无线接收单元判定未被唤醒，继续保持低功耗睡眠状态；
22.步骤6：未被唤醒的无线接收单元，保持低功耗睡眠状态，直至下一个唤醒周期，重复步骤3至步骤5的过程。
23.所述步骤1以及所述步骤2中的所述弹性唤醒序列为恒包络零自相关序列(cazac序列)，可在zadoff-chu序列(zc序列)、frank序列、golomb多相序列和广义chirp-like序列(gcl序列)中择一选择采用。
24.所述步骤1以及所述步骤2中根据无线通信系统所在环境的信噪比水平的不同，可配置多个相同的cazac序列，并且接收信噪比越低，则配置的序列个数m越多，配置的序列分段长度k越长。
25.所述步骤3中射频模块在接收由基站所发送的cazac序列时，按照一定搜索准则(例如等频率间隔的网络搜索)进行小数倍频偏补偿。
26.所述步骤4中数字信号处理模块对接收的cazac序列进行计算处理时，先按照所接收的cazac序列的分段长度k和唤醒id的本地参考cazac序列进行互相关序列计算，再根据所接收的cazac序列个数m对计算所得的个数为m的互相关序列进行合并，得到互相关峰值。
27.在按照所接收的cazac序列的分段长度k和本地参考cazac序列进行互相关序列计算时，公式如下：
[0028][0029]
其中，
[0030]
x＝(1,2,3...z),x为无线接收单元的唤醒id编号；
[0031]fm
和gm分别表示所接收的cazac序列的第m段分段序列和本地参考cazac序列的第m端分段序列。
[0032]
在根据所接收的cazac序列个数m对计算所得的个数为m的互相关序列进行合并时，通过如下公式进行合并：
[0033][0034]
依据最大似然准则估计出当前接收信号的小数倍频偏并记录当前互相关峰值。
[0035]
采用本发明的唤醒方法后，可以提高唤醒的准确性，对系统内指定的某一个或某一组接收机进行唤醒，并且由于在唤醒过程中就验证了id信息，无线接收单元不需要上层处理器mcu进一步做id验证，在唤醒过程中，上层处理器mcu继续保持睡眠状态，可以节省系统功耗。
附图说明
[0036]
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
[0037]
图1为本发明一种防误检低功耗无线唤醒方法的流程示意简图；
[0038]
图2为本发明一种防误检低功耗无线唤醒方法的cazac序列的结构图；
[0039]
图3为本发明实施例的zc序列的结构图。
[0040]
图4为采用本发明的唤醒方法与现有唤醒方法功耗情况示意图。
具体实施方式
[0041]
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
[0042]
一种防误检低功耗无线唤醒方法，包括由基站、配置单元以及数个无线接收单元构成的无线通信系统，无线接收单元设置有无线收发芯片，无线收发芯片由以下模块构成：
[0043]
电源模块，为无线接收单元提供电源；
[0044]
射频模块，用于接收无线信号，并可按照特定的周期
△
t进行周期性的休眠和打开；
[0045]
数字信号处理模块，用于对接受的信号进行解调和计算处理；
[0046]
无线接收单元未被唤醒时，处于低功耗睡眠状态，只有射频模块周期性的休眠和打开；
[0047]
配置单元分别为各个无线接收单元配置一个或者多个唤醒id，以用于不同的应用场景下进行唤醒；
[0048]
唤醒方法包括有以下步骤：
[0049]
步骤1：系统配置，配置单元分别为各个无线接收单元配置一个或者多个唤醒id信息并编号，无线接收单元将各个唤醒id对应生成各个本地参考弹性唤醒序列；
[0050]
在无线通信系统中，每个通信终端可以被指定一个或数个id，以用作通信标识，使接收起可以在不同的应用场景下被发送机唤醒，增加唤醒效率；
[0051]
弹性唤醒序列为恒包络零自相关序列(cazac序列)，cazac序列具有恒包络、理想的周期自相关特性、良好的互相关特性、低峰均比特性、傅里叶变换后仍然是cazac序列的特性，可在zadoff-chu序列(zc序列)、frank序列、golomb多相序列和广义chirp-like序列(gcl序列)中择一选择采用；
[0052]
步骤2：基站在唤醒特定的无线接收单元时，将携带该目标无线接收单元所配置的所有唤醒id信息整合至弹性唤醒序列中，并发送该弹性唤醒序列；
[0053]
弹性唤醒序列为恒包络零自相关序列(cazac序列)，cazac序列具有恒包络、理想的周期自相关特性、良好的互相关特性、低峰均比特性、傅里叶变换后仍然是cazac序列的特性，可在zadoff-chu序列(zc序列)、frank序列、golomb多相序列和广义chirp-like序列(gcl序列)中择一选择采用；
[0054]
同时根据无线通信系统所在环境的信噪比水平的不同，可配置多个相同的cazac序列，并且接收信噪比越低，则配置的序列个数m越多，配置的序列分段长度k越长；
[0055]
步骤3：无线接收单元的射频模块周期性的由休眠状态打开，接收由基站所发送的弹性唤醒序列，射频模块在接收由基站所发送的cazac序列时，由于cazac序列对于整数频偏不敏感，反映在互相关序列计算上仅仅是峰值位置的移动，因此，按照一定搜索准则(例如等频率间隔的网络搜索)进行小数倍频偏补偿，此时数字信号处理模块仍处于关闭状态；
[0056]
步骤4：无线接收单元的射频模块接收设定时长的弹性唤醒序列后主动关闭，数字信号处理模块主动打开，对接收的弹性唤醒序列进行解调和计算处理，计算处理时先按照所接收的cazac序列的分段长度k和唤醒id的本地参考cazac序列进行互相关序列计算，公式如下：
[0057][0058]
其中，
[0059]
x＝(1,2,3...z),x为无线接收单元的唤醒id编号；
[0060]fm
和gm分别表示所接收的cazac序列第m段分段序列和本地参考cazac序列的第m端分段序列；
[0061]
再根据所接收的cazac序列个数m对计算所得的个数为m的互相关序列进行合并时，通过如下公式进行合并：
[0062][0063]
依据最大似然准则估计出当前接收信号的小数倍频偏并记录当前互相关峰值。
[0064]
步骤5：数字信号处理模块将经过步骤4计算处理后的所有互相关峰值结果与预设阈值进行一一对比，若存在至少一互相关项峰值结果超过预设阈值，则无线接收单元判定为正在被唤醒，若所有互相关峰值结果均未达到预设阈值，则无线接收单元判定未被唤醒，继续保持低功耗睡眠状态；
[0065]
步骤6：未被唤醒的无线接收单元，保持低功耗睡眠状态，直至下一个唤醒周期，重复步骤3至步骤5的过程。
[0066]
实施例如下：
[0067]
本实施例基于wiota(wide-range internet of things communication protocol)协议的物联网通信基本帧结构中的唤醒序列和唤醒流程描述，该唤醒序列和流程是一种防误检低功耗无线唤醒方法的应用体现。
[0068]
首先对本实施例中出现的各术语说明含义：
[0069]
zcsymbol：zc序列符号，在本实施例中表示wiota系统同步头中的一个zc传输单位，是一个长度为奇数的算数序列；
[0070]
iote：internet of things equipment，物联网设备，在本实施例中表示一个wiota系统的终端设备；
[0071]
ap：access point，接入点，在本实施例中表示一个wiota系统的基站。
[0072]
本实施例中的唤醒步骤如下：
[0073]
步骤1：系统配置，分别给iote指定唤醒id，每个iote有至少有一个唤醒id，可以指定多个唤醒id，并将各个唤醒id对应生成各个本地参考zc序列；
[0074]
步骤2：在ap需要主动唤醒特定iote时，ap的发射机在空口持续发送携带唤醒id信息的zc序列，设定zc序列个数m＝6，长度k＝1024，iote的接收机按1秒为周期，从关闭状态打开一次接收数据；
[0075]
步骤3：iote关闭接收机，数字信号处理功能模块对个数m＝6个zc symbol长度的接收信号按照分段长度k＝1021和其中一个唤醒id的本地参考zc symbol进行互相关序列计算，并将个数m＝6的互相关序列进行合并，依据最大似然准则估计出当前接收信号的小数倍频偏并记录当前互相关峰值；
[0076]
步骤4：数字信号处理模块根据预设的阈值，判断是否正在被ap的发射机唤醒，若互相关峰值未超过阈值，则启用iote另一个唤醒id的本地参考zc序列，重复步骤3的计算，直到所有参考序列与接收信号计算结束，或者有互相关峰值超过阈值；
[0077]
步骤5：当有互相关峰值超过阈值时，iote上层应用被唤醒，进行相应的业务处理，并在业务处理完成后，根据程序设定再次进入低功耗模式；当整个唤醒检测过程没有互相关峰值超过阈值，则上层应用继续保持低功耗模式，接收机和数据处理模块关闭直到下一个唤醒检测周期。
[0078]
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。