[发明专利]用于ZIGBEE IEEE802.15.4标准的差分检测单元

说明书

本发明涉及一种用于检测包含在所接收的无线电信号中的数据符号的方法和接收单元。此外，本发明还涉及一种带有这种接收单元的发射/接收装置和集成电路。

本发明处于数据传输领域。虽然原理上可以使用任意的数字通信系统，但是本发明以及作为本发明的基础的问题在以下借助根据IEEE802.15.4的“ZigBee”通信系统来阐述。

为了在相对短的距离(大约10m)上无线传输信息，可以使用所谓的“无线个人域网”(WPAN)。与“无线局域网”(WLAN)相反，WPAN需要少的、甚至不需要用于数据传输的基础设施，使得可以对于广泛的应用领域实现小的、简单的、能效高的并且成本低廉的设备。

IEEE 802.15.4标准说明了低速的WPAN，其具有达到最大250kbit/s的原始数据率和固定的或者移动的设备，适于应用在工业监视和控制中、传感器网络中、自动化装置中以及计算机外围设备的领域中，并且适于交互游戏。除了该设备的非常简单和低成本的可实施性外，对于这类应用，该设备的极低的能量需求是具有决定性意义的。这样，借助该标准来实现几个月至几年的电池寿命是所力求的。

在物理层的层面上，IEEE 802.15.4详细说明了在几乎可世界范围地利用的、在2.4GHz附近的ISM频带(工业，科研，医疗)中对于fB＝250kbit/s的原始数据率具有fC＝2Mchip/s的码片速率的频带扩展(Spreading)以及符号速率为fS＝62.5ksymbol/s的偏移QPSK调制(四相相移键控)。

在一种用于ISM频带的802.15.4发射机中，待传输的数据流首先被转换为一系列PN序列(伪噪声)，其方式是在每个符号周期(TS＝1/fS＝16μS)中使用四个数据位，以便从总计16个PN序列中选出一个。四个数据位中的每个符号都被通过这种方式分配一个由32个PN码片构成的、符号值特定的PN序列(码片周期TC＝TS/32＝500ns＝l/fC)，该PN序列被传输，而不是四个数据位被传输。在标准中规定的“准正交”PN序列P0，P1，...，P15彼此的不同之处在于每第二个码片值循环移位和/或取反(Inversion)(参见IEEE标准802.15.4-2003，第6.5.2.3章)。

被指配(zugewiesenen)给彼此相继的符号的PN序列被彼此相联，并且紧接着被偏移QPSK调制(四相相移键控)，其方式是，借助半正弦脉冲成形，将具有偶数下标(Index)(0，2，4，...)的PN码片调制到同相(I)载波上，将具有奇数下标(1，3，5，...)的那些PN码片调制到正交相(Q)载波上。为了形成偏移，正交相码片相对于同相码片被延迟一个码片周期(参见IEEE标准802.15.4-2003，第6.5.2.4章)。

为了检测包含在接收信号中的数据符号，公开了相干的和非相干的初始方案(Ansaetze)。在相干方案的情况下，接收信号借助由载波调节电路中所获得的频率和相位符合的载波振荡被转化为复包络(基带)，而在不相干方案的情况下，至少放弃了相位符合性，在边界情况中甚至也可能放弃了载波振荡的频率符合性。

在Karl-Dirk Kammeyer的教科书“Nachrichtenuebertragung”，第2版，B.G.Teubner，斯图加特，ISBN 3-519-16142-7(第417页的图12.1.7)中公开了一种相干的接收单元。在此，不利的是高昂的实现开销，它一方面是由于所需的载波调节电路，该电路具有所属的、将接收信号与频率及相位符合的载波振荡高速率(高于码片速率)地相乘的功能，并且另一方面是由于开销大的复杂的信号处理装置，该信号处理装置具有高速的复杂的匹配滤波装置。这种高昂的实现开销此外还以非常高的能量消耗为条件。

由所提及的教科书，此外还公开了一种非相干的接收单元(第447页的12.3.7)。该接收单元具有FM鉴别器、积分单元和所谓的限制器，并且要求对于高速率(高于码片速率)和具有部分复数值的信号的处理。由此又产生了高昂的实现开销和高的能量消耗。此外，在解调MSK信号时，这种接收单元的效率(符号误码率)是不够的。

在这样的背景下，本发明的任务在于，提供一种检测方法，其能够实现节能并且简单地实现例如根据IEEE 802.15.4的发送/接收装置，并且还具有高的检测效率，也就是说，即使在干扰影响下，例如信道失真和/或噪声的情况下，仍具有低误码率(符号误码率，比特误码率，帧误码率等等)。此外，本发明的任务还在于，提供一种相应的接收单元以及发送/接收装置和集成电路。