阅读说明：本技术 一种具有采样功能的唤醒接收机 (Wake-up receiver with sampling function ) 是由 马涛 张典典 陶致远 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及无线发射与接收技术领域,具体为一种具有采样功能的唤醒接收机及接收方法。根据信号的传输方向依次连接有,射频转中频模块,信号恢复和放大模块和数据信号检测模块。射频转中频模块是周期性开启的,降低了射频前端的功耗,同时将天线接收到的射频信号转换成中频采样信号；信号恢复和放大模块滤除中频采样信号中的高频分量并放大,得到连续放大信号；数据信号检测模块中的数据处理子模块将连续放大信号进行解调,得到所传输的数字信息；数据信号检测模块中的占空比信号生成子模块生成占空比信号,控制射频转中频模块的开启频率。本发明克服了传统接收机功耗高和成本高的缺点,实现了一种低功耗和低成本唤醒接收机及接收方法。(The invention relates to the technical field of wireless transmission and reception, in particular to a wake-up receiver with a sampling function and a receiving method. The radio frequency-to-intermediate frequency module, the signal recovery and amplification module and the data signal detection module are sequentially connected according to the transmission direction of the signals. The radio frequency to intermediate frequency module is periodically started, so that the power consumption of a radio frequency front end is reduced, and radio frequency signals received by the antenna are converted into intermediate frequency sampling signals; the signal recovery and amplification module filters and amplifies high-frequency components in the intermediate-frequency sampling signal to obtain a continuous amplification signal; a data processing submodule in the data signal detection module demodulates the continuous amplification signal to obtain transmitted digital information; and a duty ratio signal generation submodule in the data signal detection module generates a duty ratio signal and controls the starting frequency of the radio frequency to intermediate frequency conversion module. The invention overcomes the defects of high power consumption and high cost of the traditional receiver and realizes the low-power consumption and low-cost awakening receiver and the receiving method.)

一种具有采样功能的唤醒接收机

技术领域

本发明涉及无线发射与接收技术领域，涉及到无线传感器网络中唤醒接收机架构的实现和射频前端的功耗降低的技术，具体是一种具有采样功能的唤醒接收机，用于物联网通信。

背景技术

随着无线通信使用领域的越来越广泛，对用于高速度、低成本、和低功率无线通信的需求也越来越强烈。

为此，工业界提出了各种唤醒接收机，它能够连续监测无线信道，并在实际流量到达时唤醒主接收机。从而在提供短传输延迟的同时，大大节省了无线接收机的功率。

图1，图2和图3是传统的唤醒接收机的电路图。

参考图1，传统的唤醒接收机包括薄膜体声波谐振器放大器100、包络检测器110、可编程增益放大器(PGA)120、模数转换器(ADC)130、和带隙参考(BGR)装置140。图1中图示的传统的唤醒接收机通过利用FBAR放大器100执行高阻抗转换和利用低噪声放大器LNA(未画出)执行RF信号的放大，来将射频信号传递到包络检测器110，以便获得高接收灵敏度。然而，图1的传统的唤醒接收机由于使用放大器而消耗很多功率，并且难以在远距离提供高接收灵敏度。此外，由于使用专门元件，即FBAR放大器100，所以该传统的唤醒接收机难以实现为片上系统(system-on-a-chip)难以集成化。

参考图2，传统的唤醒接收机被构建为两级。这两级中的第一级包括：检测器200、比较器210和定时器220，剩下的第二级包括LNA 230、检测器240、和地址解码器250。在图2的传统的唤醒接收机中，当检测到从传送方传递的强突发信号时，传统的唤醒接收机依次操作第一级中的检测器200、比较器210和定时器220以便向第二级供电，并且将第二级切换到数据信号接收模式，其中经由LNA 230来接收所述信号。一旦第一级将第二级切换到用于数据接收的模式，则第二级接收数据。尽管因为由检测器200、比较器210和定时器220组成的第一级没有使用放大器，所以图2中图示的唤醒接收机消耗少量功率，但是它对于强突发信号具有低接收灵敏度，并且由于使用2个或更多检测器而增加了芯片面积。此外，第一级中的检测器200是包括多级零偏置肖特基二极管的专门元件，并因此难以通过使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺进行集成。

参考图3，现有技术中还有一种方案是唤醒接收机使用比特采样技术，通过MCU控制功率检测器，在一个信号周期内仅仅采样几次并判断是否为唤醒信号，如果是就打开主接收机传输信号，如果不是就继续监听，通过该方式，可以有效的降低接收机的功耗，使得唤醒机的功耗降低至μW级别，且拥有很低的灵敏度，但是该方案对ADC的采样精度有很高的要求，ADC必须在很短的时间内完成采样。

上述方案的接收机主要是通过两方面来降低接收机的功耗，一方面是通过降低接收机的灵敏度来降低功耗，如图1所示的唤醒接收机，这种方案存在通信距离短，功耗高的问题；另一方面是通过降低接收机的传输速率来降低功耗，如图2和图3所示的唤醒接收机，因为采用了检测器和高精度的ADC，所以存在成本高，稳定性差的问题。它们均存在着成本较高，稳定性差的问题。

综上，现有技术中存在着通信距离短、功耗高、成本高、稳定性差的问题。

发明内容

发明目的是针对现有技术的不足和缺陷，提出一种低成本，低功耗，稳定性高的具有采样功能的唤醒接收机。

本发明是一种具有采样技术的唤醒接收机，根据信号的传输方向依次连接有，射频转中频模块，信号恢复和放大模块和数据信号检测模块，射频转中频模块通过天线接收信号，将高频信号转换成中频信号，信号恢复和放大模块对信号进行放大，通过数据信号检测模块解调信号并输出数字信息，其特征在于，所述射频转中频模块是周期性开启的，用于将天线接收的射频信号转换成中频采样信号；所述信号恢复和放大模块，还用于滤除中频采样信号的高频分量，恢复成连续信号；所述数据信号检测模块，包括有数据处理子模块和占空比信号生成子模块，占空比信号反馈到射频转中频模块的使能端，通过调节占空比信号的周期和脉冲宽度来控制射频转中频模块的开启频率；数据处理子模块对连续信号进行ADC采样、解调处理，得到所传输的数字信息，用于唤醒各种设备，包括主接收机。

本发明还是一种具有采样功能的唤醒接收方法，在权利要求1-5所述的任一种具有采样功能的唤醒接收机上实现，其特征在于，包括有如下步骤：

1.数据信号检测模块中的占空比信号生成子模块生成占空比信号，并将该信号反馈到射频转中频模块，依此脉冲信号来控制射频转中频模块的开启频率；

2.唤醒接收机通过天线接收到环境中的射频信号之后，周期性开启的射频转中频模块，将接收到的射频信号转换为中频信号并进行采样，得到一个中频采样信号，将该信号作为信号恢复和放大模块的输入信号；

3.信号恢复和放大模块接收到中频采样信号之后，该模块用于滤除中频采样信号中的高频分量，恢复为连续信号，并放大该连续信号，将该连续信号作为数据信号检测模块的输入信号；

4.数据信号检测模块接收到连续信号之后，该模块会对连续信号进行解调，得到所传输的数字信息，该数字信息作为唤醒信号输出，用于唤醒各种设备，包括主接收机。

与现有技术相比，本发明的技术优势：

低功耗：一般接收机的功耗主要来自射频转中频模块，该方法中射频转中频模块是周期性打开的，比如1秒中只打开10次，每次打开1μs，剩余时间都是关闭的，通过该方式可以有效降低接收机RF前端的功耗，实验证明可以达到μW级别的功耗。此外，因为中频低通滤波器只需要处理中频信号，其所需的功耗也非常的低，总体功耗也在μW级别。

低成本：与现有的接收机对比，本发明中所述的接收机拥有更低的功耗，而且因为ADC所采样的是连续的中频信号，所以对ADC的采样频率和时钟的精确度的要求不高，可以采用低成本的ADC，这样可以有效降低接收机的成本。

稳定性高可靠性强：本发明在数据检测模块中，对采样得到的信号进行分组储存，然后与一个预制的地址信息序列内积，再对内积得到的信号结果判断是否为唤醒信号，解决了采样中码元不同步带来的误唤醒和未唤醒问题。因此拥有高稳定性。

易于集成化实现：本发明整体架构均没有使用专门的放大器件，前端的射频转中频模块可以直接使用现有的器件，信号恢复和放大模块使用分立器件，所以后期的集成化没有难度。

附图说明

图1是传统的高功耗低灵敏度的唤醒接收机的架构

图2是传统的低灵敏度集成困难的两级唤醒接收机的架构

图3是使用比特采样技术的唤醒接收机的架构；

图4是根据本发明示范实施例的唤醒接收机的功耗仿真；

图5是本发明的唤醒接收机的架构；

图6是本发明唤醒接收机中滤波放大电路的设计。

图7是本发明唤醒接收机及唤醒方法的流程图

图8是本发明射频信号波形的仿真。

图9是本发明经过射频转中频模块后输出波形的仿真。

图10是本发明经过信号恢复和放大模块后波形的仿真。

图11是本发明接收机连续信号的仿真

图12是本发明的实际接收机测试的连续信号。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明详细说明

实施例1：

低功耗物联网可以有效的降低网络的功耗，尤其是终端设备的功耗，因而可以在灾情监控中得到了广泛的应用，同时低功耗物联网可以轻松的融入现有的网络，方便网络的改造。现有的接收机主要是通过两方面来降低接收机的功耗，一方面是通过降低接收机的灵敏度来降低功耗，但是存在通信距离短，功耗高的问题；另一方面是通过降低接收机的传输速率来降低功耗，因为采用了检测器和高精度的ADC，所以存在成本高，稳定性差的问题。两种方式都存在高成本，稳定性差的问题。针对上述问题，本发明通过研究与开发，提出一种具有采样功能的唤醒接收机，根据信号的传输方向依次连接有，射频转中频模块，信号恢复和放大模块和数据信号检测模块，射频转中频模块通过天线接收信号，将高频信号转换成中频信号，信号恢复和放大模块对信号进行放大，通过数据信号检测模块解调信号并输出数字信息，参见图5，本发明的射频转中频模块510是周期性开启的，具有采样功能，用于将天线接收的射频信号转换成中频采样信号。本发明的信号恢复和放大模块520，还用于滤除中频采样信号的高频分量，恢复成连续信号。本发明的数据信号检测模块530或用DSP器件或用单片机搭建构成，包括有数据处理子模块和占空比信号生成子模块，占空比信号反馈到射频转中频模块510的使能端，通过调节占空比信号的周期和脉冲宽度来控制射频转中频模块510的开启频率。数据处理子模块完成对连续信号的解调，如果解调出来的结果是规定的唤醒信号，则输出该唤醒信号，用于唤醒各种设备，包括主接收机。数据处理子模块相当于用单片机实现解调与判断，在解调过程中，该子模块先对接收到的连续放大信号进行模数转换，同时数据处理子模块中有用于储存的内存空间。

本例中射频转中频模块使用的是AD公司生产的LT5538搭建构成，能够在一个很宽的动态范围内(从-75dBm至10dBm)对信号进行检波，并且拥有控制其开启和关闭的使能端引脚。

在现有的唤醒接收机中，通常采用降低灵敏度来降低功耗，存在通信距离短，功耗高的问题，本发明针对这些问题展开了一些实验和探索，力图降低功耗，提出一种利用周期信号来控制射频转中频模块间歇性开启的思路，给出了一个功耗低，传输距离远，成本低的具有采样功能的唤醒接收机。现有技术中其射频前端只用于接收射频信号并将高频信号转换为中频信号，且是一直开启的，本发明射频转中频模块是周期性开启的，相当于对中频信号进行采样，输出一个中频采样信号，采样频率由占空比信号控制，通过周期供电来实现，射频转中频模块的开启周期与开启时间关系到整体接收机的功耗和接收机输出信号的强度。本发明中频采样信号输入到信号恢复和放大模块，然后通过数据信号检测模块中的数据处理子模块对连续信号进行解调，因为ADC所采样的是连续的中频信号，所以对ADC的采样频率和时钟的精确度的要求不高，用低成本的ADC即可实现。如果解调出来的数字信息被判断为是规定的唤醒信号，则数据信号检测模块会输出一个高电平的唤醒信号，用于唤醒各种电路。本发明的射频转中频模块是由占空比信号控制按周期开启的，不是一直开启的，所以相比于传统的接收机，有着更低的功耗。因为对ADC的采样频率和时钟的精确度的要求不高，所以相对于现有的唤醒接收机成本更低。本发明的前端的射频转中频模块可以直接使用现有的器件，信号恢复和放大模块使用分立器件，后期的集成化难度低。

采用本发明的唤醒接收机，因为低功耗和低成本的原因，可以用于灾情检测，一次性的将大量定制有传感器的唤醒接收机投放至指定区域进行温度或者湿度监测，低功耗的唤醒接收机可以持续工作一年以上的时间，因为低成本的原因，电量耗尽以后，不需要收回，通过这种方式可以节省大量成本。本发明的唤醒接收机可以识别地址信息，因而方便组成网络，通过基站统一控制，方便管理和使用。因为本发明唤醒接收机不需要高精度的ADC，可以采用低成本低精度的ADC，也不需要高成本的采样保持器件，有效降低了成本，为该接收机大批量生产使用提供了基础。

实施例2：

具有采样功能的唤醒接收机的总体构成和具体结构同实施例1，本发明的信号恢复和放大模块中使用一个低通滤波器将中频采样信号的高频分量滤除，恢复为连续信号，通过放大电路将该连续信号进行放大。本例中信号恢复和放大模块用一个二阶滤波放大电路来实现，参见图6，采用运算放大器及其***电路实现。

本例中具体是采用TLV313运算放大器及其***电路构成一个二阶滤波放大电路，滤除中频采样信号中的高频分量。

本例中该电路使用的是运算放大器加分立器件实现，方便调节滤波参数，滤波特性在高频段依然保持良好的滤波效果；易于制作的同时达到设计性能，也易于后期的集成化，成本低。

实施例3

具有采样功能的唤醒接收机的总体构成和具体结构同实施例1-2，本发明中数据信号检测模块或用单片机或用DSP器件构成。无论用单片机还是DSP器件，均是以它们为中心配合***电路，构成拥有数据处理子模块和占空比信号生成子模块的数据信号检测模块，DSP器件拥有更快的处理速度，但功耗高于单片机，单片机的功耗更低，但处理速度低于DSP器件。其中数据处理子模块对连续信号进行ADC采样、解调处理，得到所传输的数字信息，用于唤醒各种电路，包括主接收机；占空比信号生成子模块生成占空比信号，并将其反馈到射频转中频模块的使能端，通过调节占空比信号的周期和脉冲宽度来控制射频转中频模块的开启频率。本发明的数据信号检测模块对连续信号采样，将得到的最新的采样值以15个为一组储存在内存中，然后与预先存储的地址信息序列内积。若是唤醒信号，则产生一个高电平，用于唤醒其他设备，包括主接收机。通过该方式可以解决接收机的误唤醒和未唤醒问题，提高接收机的稳定性。

数据信号检测模块需要选取低功耗芯片，保证在低功耗模式下具有μW级别的功耗。单片机内部时钟和中断用于准确定时，单片机在大部分时间处于低功耗模式下，只有在使能检测器和ADC采样时处于正常的工作状态。单片机需要选取低功耗芯片,保证在LPM3模式下具有μW级别的功耗。通过单片机内部时钟和中断来准确定时，在大部分时间处于LPM3低功耗模式下，只有在使能检测器和ADC采样时处于正常的工作状态。本例中数据信号检测模块使用TI公司生产的单片机MSP430FR5969实现数据处理子模块和占空比信号生成子模块，拥有电压低、功耗低、引脚多、运行速度快、易于集成化等优点。

实施例4

具有采样功能的唤醒接收机的总体构成和具体结构同实施例1-3，信号恢复和放大模块中的滤波放大电路的反馈电阻旁设有RC回路，参见图6，本发明中信号恢复和放大模块中使用一个二阶滤波放大电路来滤除高频频率，并放大滤波后信号的强度。射频转中频模块在开启和关闭的两种状态下，它的输出阻抗是不同的，相差非常大，如果不考虑这个因素，会导致滤波器的滤波特性持续变化，导致无法正常工作，所以滤波器的设计要考虑到射频转中频模块的输出阻抗的变化。

本发明的信号恢复和放大模块，将RC回路放置在滤波放大器的反馈电阻旁，构成滤波回路来消除因为周期开启射频转中频模块引入的高频信息，同时该电路设计保证滤波器的滤波特性不会因为射频转中频模块的开启和关闭而发生变化。该电路方便调节滤波参数，成本低，滤波特性在高频段依然保持良好的滤波效果。

实施例5：

本发明还是一种具有采样功能的唤醒接收方法，在上述任一种具有采样功能的唤醒接收机上实现，具有采样功能的唤醒接收机及接收方法的总体构成和具体结构同实施例1-4，流程图参见图7，包括有如下步骤：

1.设计和搭建具有采样功能的唤醒接收机：该具有采样功能的唤醒接收机根据信号的传输方向依次连接有，射频转中频模块，信号恢复和放大模块和数据信号检测模块，射频转中频模块通过天线接收信号，将高频信号转换为中频信号，信号恢复和放大模块对信号进行放大，通过数据信号检测模块解调信号并输出数字信息，其中，射频转中频模块是周期性开启的，具有采样功能，用于将天线接收的射频信号转换成中频采样信号；所述信号恢复和放大模块，还用于滤除中频采样信号的高频分量，恢复成连续信号；数据信号检测模块或用DSP器件或单片机搭建构成，包括有数据处理子模块和占空比信号生成子模块，占空比信号反馈到射频转中频模块的使能端，通过调节占空比信号的周期和脉冲宽度来控制射频转中频模块的开启频率；数据处理子模块对连续信号进行ADC采样、解调处理，得到所传输的数字信息，用于唤醒各种电路，包括主接收机。搭建的唤醒接收机具有采样功能，占空比信号生成子模块产生的占空比信号反馈到射频转中频模块中，用于控制该模块的开启频率。

2.占空比信号控制射频转中频模块开启频率：数据信号检测模块中的占空比信号生成子模块生成占空比信号，反馈到射频转中频模块的使能端，该信号拥有一定的周期和脉冲宽度，通过调节该信号的周期和脉冲宽度，控制射频转中频模块开启和关闭。数据信号检测模块中的占空比信号反馈到射频转中频模块，依此脉冲信号来控制射频转中频模块的开启频率。因此本发明的射频前端不是一直开启的，功耗大幅降低。

3.射频转中频模块对射频信号进行转中频并采样：唤醒接收机通过天线接收到环境中的射频信号之后，周期性开启的射频转中频模块，对接收到的射频信号进行转中频并采样，得到一个中频采样信号，将该信号作为信号恢复和放大模块的输入信号。

本发明的射频转中频模块是周期性开启的，具有一定的开启频率，相当于对中频信号进行采样。所以唤醒接收机通过天线接收到环境中的射频信号之后，射频转中频模块将其转换成一个中频采样信号，将该信号作为信号恢复和放大模块的输入信号。

4.信号恢复和放大模块滤除中频采样信号中的高频分量：信号恢复和放大模块接收到中频采样信号之后，该模块用于滤除中频采样信号中的高频分量，恢复为连续信号，并放大该连续信号，将该连续信号作为数据信号检测模块的输入信号。信号恢复和放大模块接收到的中频采样信号是一个在频域上有许多高频镜像分量的信号，本发明的滤波放大电路滤除中频采样信号中的高频分量，中频采样信号就会恢复为连续信号，并放大该连续信号，将该连续信号作为数据信号检测模块的输入信号。

5.数据信号检测模块对连续放大信号进行解调：数据处理子模块预先存储有规定的唤醒信号作为对比阈值，数据信号检测模块接收到来自信号恢复和放大模块连续信号之后，对连续信号进行采样和解调，得到所传输的数字信息，若所传输的数字信息与主接收机的地址信息相同，则输出一个唤醒信号，唤醒主接收机。本发明的数据信号检测模块中的数据处理子模块将采样得到的信号，以15个为一组储存在内存中，然后按组与预先存储的地址信息序列内积，得到内积后的结果；用该结果与对比阈值进行对比判断，若该结果大于对比阈值，则该信号是唤醒信号，则产生一个高电平，用于唤醒其他设备，包括主接收机；若该结果小于对比阈值，则该信号不是唤醒信号，则放弃。数据处理子模块再接收新连续放大信号，进行新一轮的检测过程。数据处理子模块预先存储的规定的唤醒信号具体可以用主接收机的地址信息实现对比阈值。

本发明在数据检测模块中，对采样得到的信号进行分组储存，然后通过与一个预制的地址信息序列内积，再对内积得到的信号进行判断，解决了采样中码元不同步带来的误唤醒和未唤醒问题，因此拥有高稳定性。

现有的唤醒接收方法，射频前端一直处于开启状态，功耗高；对ADC采样频率和时钟精度要求高，成本高；使用的不是分立器件，后期集成困难；存在采样中码元不同步引起的误唤醒或未唤醒问题，稳定性差。本发明针对这些问题给出了一种新的唤醒接收方法，本发明中射频转中频模块即唤醒接收机的射频前端不是一直开启的，是通过反馈的占空比信号，控制射频转中频模块其开启和关闭，本发明的射频前端具有一定的开启频率，具有采样功能，将高频信号转换为中频采样信号，同时可以有效的降低接收机射频前端的功耗，使总体的功耗降低到μW级别。因为本发明ADC采样的信号是中频信号，所以对采样频率和时钟精确度的要求不高，有效的降低接收机的成本。

实施例6

具有采样功能的唤醒接收机的总体构成和具体结构同实施例1-5，本发明中开启频率是占空比信号控制的，依此射频转中频模块完成对射频信号的采样。T是一个帧长，在一个帧长T内来分析，则中频采样信号的表达式为：

S_s(t)＝S(t)×S_p(t) (1)

其中S_s(t)是中频采样信号，S(t)是一直处于开启状态的射频转中频模块，将通过天线接收到的射频信号转化成的中频信号，S_p(t)是占空比生成子模块生成并反馈的占空比信号，占空比信号是一个周期性的脉冲信号。

其中，T_p是占空比信号的周期，τ是占空比信号的脉冲宽度，n是一个帧长T和占空比信号的周期T_p的比值。对公式(1)中频采样信号S_s(t)进行傅里叶变换得到F_s(w)

其中，对S(t)进行傅立叶变换得到S(w)，对占空比信号S_p(t)进行傅立叶变换得到F[S_p(t)]。

其中，为了方便表示，记δ(x)是狄拉克δ函数。代入后化简得到F_s(w)的表达式为：

得到中频采样信号的频域表达式。

当1/T_p≥2/T时，中频采样信号通过信号恢复放大模块后，得到的连续信号为F_f(w)。

式子(6)表示是恢复出与原始信号相比幅度降低的连续信号。连续信号通过放大电路就可以完成对信号的恢复。

式(6)为本发明信号滤波器恢复出的连续信号，参见式(5)表达式，除了第一项，之后的三项均含有高频分量，通过本发明的滤波器后，对高频分量进行滤除，得到了式(6)即滤除高频分量后的中频连续信号。该信号再经过放大，作为数据信号检测模块的输入。

实施例7

具有采样功能的唤醒接收机的总体构成和具体结构同实施例1-6，本发明射频转中频模块，不是一直开启的，是周期性开启的，大幅降低了功耗。T为一个帧长，通过耗能公式可计算出本接收机在一个帧长内的功耗。耗能公式为：

其中，p_all是本发明唤醒接收机一个帧长内的功耗，p_ea是射频转中频模块一个帧长内一直开启时的功耗，p_ei是射频转中频模块一个帧长内关闭时的功耗，p_f是信号恢复和放大模块的功耗，τ是占空比信号的脉冲宽度，n是一个帧长T和占空比信号周期的比值。占空比信号生成模块中基于占空比的方式周期性开启射频转中频模块来降低功耗，本发明通过能耗公式,计算得出接收机的功耗并可以通过软件调节接收机的功耗，其中一个帧长T的取值与输入信号比特速率有关，一般取值为1ms～1s，比特速率越高,T的取值越大。本发明中T取值为1ms，τ的大小是根据射频转中频模块的开启时间和单片机MCU单步指令的运行时间选取的，一般选取为2μs，本发明中选取为2μs。n是一个帧长T与占空比信号周期的比值，该取值越大，接收机的能耗越高，但是恢复的效果越好，一般取值为2以上，本发明中取值为10。下面通过仿真及其数据对本发明的技术效果再做说明。

实施例8：

具有采样功能的唤醒接收机的总体构成和具体结构同实施例1-7，本发明具有采样功能的唤醒接收方法的仿真在MATLAB平台上完成，输入的射频信号参见图8，图8仿真的是通过天线接收的OOK调制的射频信号。该信号经过本发明周期性开启的射频转中频模块后，得到一个中频采样信号，参见图9，图9是一个含有高频分量的脉冲信号，再通过信号恢复和放大模块后，滤除了中频采样信号中的高频分量，得到连续放大信号，参见图10，对比图8，可见经过本发明信号恢复和放大模块处理后的信号与原射频信号拥有相同的码元信息。

为了测试本发明的实际功耗，设计了本发明的具有采样功能的唤醒接收机原型机，并与仿真结果进行对比。其中，射频转中频模块选用LT5538芯片，信号恢复和放大模块使用的二阶滤波放大电路，如图6所示，数据检测模块由MSP430FR5969单片机来完成。该整个具有采样功能的唤醒接收机系统通过TI公司提供的仿真软件TINA-TI来仿真，连续放大信号的仿真结果如图11所示。本发明的具有采样功能的唤醒接收机原型机的实际测试连续放大信号结果如图12所示，图12为实验中直接从示波器显示器上拍到的图。

对比仿真结果图11和实测结果图12，显示两者出通过信号恢复和放大模块后的连续信号的幅值和周期是相同的，证明了本发明的设计思路和实验过程与仿真结果是一致的，本发明设计的接收机是具有功耗小，成本低，灵敏度高优点的具有采样功能的唤醒接收机。

基于器件生产商提供的参数，对本发明具有采样功能的唤醒接收机原型机的功耗进行仿真，仿真结果如图4所示。图4的横坐标为比特速率，纵坐标的本发明接收机的功耗。图4分别给出了n＝1，n＝10，n＝50和n＝100的功耗曲线，对比这些曲线，本发明在n＝10的取值下，在比特速率为1bps到1000bps的区间内，具有采样功能的唤醒接收机功耗均处于μW级别。

本发明的具有采样功能的唤醒接收机可以有效的降低网络的功耗，尤其是终端设备的功耗，可以大大延长设备的使用寿命，也可以由环境中收集到的微弱能量来供电；同时在灾情监控中延长使用时间，可以用于各种没有电的恶劣情况下。接收机的功耗均在μW级别，且可以通过选用更加节能的器件来进一步降低接收机的功耗。

简而言之，本发明提供了具有采样功能的唤醒接收机及接收方法，解决了传统接收机功耗高、成本高、稳定性差的问题。具有采样功能的唤醒接收机根据信号的传输方向依次连接有，射频转中频模块，信号恢复和放大模块和数据信号检测模块。射频转中频模块是依据反馈的占空比信号来周期性开启的。具有采样功能的接收方法的实现是：设计和搭建具有采样功能的唤醒接收机；占空比信号控制射频转中频模块开启频率；射频转中频模块对射频信号进行转中频并采样；信号恢复和放大模块滤除中频采样信号中的高频分量；数据信号检测模块对连续放大信号进行解调，用于唤醒各种设备。

本发明用占空比信号来控制射频转中频模块的开启频率，实现了对中频信号的采样。本发明降低了射频前端的功耗，同时将天线接收到的射频信号转换成中频采样信号；信号恢复和放大模块滤除中频采样信号中的高频分量并放大，得到连续放大信号；数据信号检测模块中的数据处理子模块将连续放大信号进行解调，得到所传输的数字信息；对采样频率和时钟准确度要求不高，用单片机实现成本低。数据信号检测模块中的占空比信号生成子模块生成占空比信号，控制射频转中频模块的开启频率。本发明克服了传统接收机功耗高和成本高的缺点，实现了一种低功耗和低成本唤醒接收机及接收方法。能够连续监测无线信道，并在实际流量到达时唤醒主接收机，用于无线网络中数据信号的接收。