Протокол беспроводной передачи данных для приемников малой мощности

Протокол беспроводной передачи данных для приемников малой мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к офтальмологическим линзам с электропитанием и, более конкретно, к протоколам беспроводной передачи данных для применения в офтальмологических линзах с электропитанием и других устройствах, сверхмалых и ограниченных по мощности.

2. Описание смежной области

Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание пригодных для ношения или микроэлектронных устройств с возможностью встраивания для различных областей применения. Такие области применения могут включать в себя мониторинг биохимических процессов в организме, контроль приема доз лекарственных препаратов или лекарственных агентов через различные механизмы, включая автоматические, в ответ на измерения или в ответ на внешние сигналы управления и усиление обменных процессов в органах или тканях. Примеры таких устройств включают в себя инфузионные насосы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые системы и нейростимуляторы. Новой, особенно полезной областью применения являются пригодные для ношения офтальмологические линзы и контактные линзы. Например, пригодные для ношения линзы могут включать в себя узел линзы, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения свойств глаза. В другом примере, с фокусом с возможностью регулирования или без него, пригодная для ношения контактная линза может включать в себя электронные датчики для определения концентраций отдельных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. Применение встроенных в линзы электронных компонентов предполагает потенциальную необходимость передачи данных между электронными устройствами, создания способа обеспечения электронных компонентов энергией и/или ее подзарядки, соединения электронных устройств между собой, восприятия информации от внешних и внутренних датчиков и/или мониторинга и управления электронными компонентами и общей работой линз.

Человеческий глаз способен различать миллионы цветов, легко адаптироваться к меняющимся условиям освещения и передавать сигналы или информацию в мозг со скоростью, превышающей скорость высокоскоростного Интернет-соединения. В настоящее время линзы, такие как контактные линзы и интраокулярные линзы, используют для коррекции таких дефектов зрения, как миопия, гиперметропия и астигматизм. Однако правильно сконструированные линзы со встроенными дополнительными компонентами можно использовать как для улучшения зрения, так и для коррекции дефектов зрения.

Стандартные контактные линзы представляют собой полимерные структуры конкретной формы для коррекции различных проблем со зрением, которые кратко описаны выше. Для обеспечения улучшенной функциональности в данные полимерные структуры встраивают различные схемы и компоненты. Например, схемы управления, микропроцессоры, устройства передачи данных, блоки питания, датчики, исполнительные устройства, светодиоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактные линзы с помощью выполненных по индивидуальному заказу оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительных функциональных возможностей, как описано в настоящем документе. Электронные и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения зрения за счет способностей к увеличению или уменьшению изображения или простого изменения рефракционных свойств линз. Электронные и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цветовосприятия и разрешения, отображения текстовой информации, распознания устной речи и ее представления в виде текста в режиме реального времени, отображения визуальных подсказок навигационной системы, обеспечения обработки изображений и доступа в Интернет. Линзы могут быть выполнены таким образом, чтобы позволить пользователю видеть в условиях слабого освещения. Правильная конфигурация электронных компонентов и/или расположение электронных компонентов на линзах могут позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом, что позволяет отображать новое изображение или даже активировать сигналы будильника. В альтернативном варианте осуществления или в дополнение к любой из данных функций или аналогичных функций контактные линзы могут включать в себя компоненты неинвазивного мониторинга биомаркеров и показателей здоровья пользователя. Например, встроенные в линзы датчики могут позволять больному диабетом пациенту принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови, выполняя анализ компонентов слезной пленки без забора крови. Кроме того, правильно выполненная линза может включать в себя датчики для мониторинга содержания холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. В сочетании с беспроводным передатчиком данных они могут позволить врачу получать практически немедленный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента, причем пациенту нет необходимости тратить время на посещение лаборатории и забор крови. Кроме того, датчики, встроенные в линзы, можно использовать для определения света, падающего на поверхность глаза, для компенсации условий естественного освещения или для определения картины моргания.

Надлежащая комбинация устройств может обеспечить потенциально неограниченную функциональную возможность, однако существует ряд сложностей, связанных с встраиванием дополнительных компонентов во фрагмент полимера оптического качества. По существу по множеству причин затруднительным является производство данных компонентов непосредственно на линзе, а также монтаж и взаимное соединение плоских устройств на неплоской поверхности. Также существуют трудности в производстве компонентов в нужном масштабе. Компоненты, которые размещаются на линзе или в ней, необходимо уменьшить в размере и встроить в прозрачный полимер размером 1,5 квадратного сантиметра с обеспечением защиты компонентов от жидкой среды глаза. Также затруднительным является изготовление контактной линзы, которая будет комфортной и безопасной для пользователя с учетом дополнительной толщины дополнительных компонентов.

Передача данных в офтальмологическом устройстве с электропитанием ставит ряд уникальных проблем. Протоколы беспроводной передачи образуют структуру для передачи данных или информации организованным способом для облегчения эффективной работы одного или обоих из передатчика приемника. Аспекты передачи данных, определяемые протоколом, содержат способ передачи, например, модуляцию несущего сигнала, формат модуляции, структуру сообщений данных и дополнительные данные, отправляемые в целях обеспечения синхронизации приемника и передатчика, а также коррекции ошибок в приемнике.

Протоколы радиочастотной (РЧ) или инфракрасной (ИК) передачи данных предшествующего уровня техники обычно применяются для передачи данных с применением различных форматов цифровой модуляции, таких как манипуляция сдвигом амплитуды (ASK), двухпозиционная манипуляция (OOK), манипуляция сдвигом фазы (PSK) или манипуляция сдвигом частоты (FSK), как хорошо известно специалистам в соответствующей области. Данные протоколы могут применяться для передачи данных между фиксированными передатчиками и приемниками, а также между мобильными или портативными передатчиками или приемниками.

В частности, портативные передатчики и приемники имеют конструкционные ограничения по потребляемой мощности из-за ограниченной емкости аккумуляторов, используемых для питания передающих и приемных схем. Для уменьшения потребляемой мощности в протоколах предшествующего уровня техники предусматривалась прерывистая передача и прием, данные посылались передатчиком только по мере необходимости и без непрерывной передачи несущего сигнала. Приемник может экономить энергию путем периодических включений (пробуждение или стробирование) и поиска передаваемых сигналов.

Протоколы предшествующего уровня техники делятся на две категории, а именно: асинхронные и синхронные. В асинхронных протоколах приемник выполняет поиск передаваемого сигнала и затем синхронизируется с потоком передаваемых данных и декодирует переданное сообщение. В синхронных протоколах приемник поддерживает эталонный сигнал отсчета времени, который синхронизируется с эталонным временем передатчика, часто после успешного асинхронного приема. Соответственно, в определенных протоколах предыдущего уровня техники предусматривается асинхронное управление с последующим переходом к синхронному управлению.

При асинхронном управлении для надлежащего приема данных приемник должен знать, где начинается передача данных. В протоколах предшествующего уровня техники передатчик сначала посылает длинную начальную часть, обычно содержащую простую последовательность нулей и единиц с последующим словом синхронизации, а затем данные. Длина начальной части по меньшей мере равна интервалу пробуждения или стробирования приемника, чтобы приемник всегда мог увидеть начальную часть. Пример асинхронного протокола данного типа представляет собой протокол Post Office Code Standardization Advisory Group (POCSAG). Он используется для передачи информации или данных на пейджеры.

Следовательно, с помощью данного прерывистого приема и передачи протоколы предшествующего уровня техники уменьшают потребление питания как приемником, так и передатчиком. Данные протоколы, в частности, эффективно снижают потребляемую мощность передатчика, что важно для портативных пультов дистанционного управления, питающихся от аккумуляторов, и маленьких приемопередатчиков для беспроводных датчиков.

Однако в случае сверхмалых и/или ограниченных по потребляемой мощности приемников протоколы предыдущего уровня техники имеют ряд недостатков. Например, при обнаружении начальной части приемник должен оставаться включенным в среднем в течение половины длительности начальной части или интервала стробирования, чтобы дождаться слова синхронизации и данных. Во многих системах длина передаваемых данных может быть значительно меньше интервала стробирования, что означает, что период ожидания создает значительную нагрузку. Также небольшие аккумуляторы, как правило, имеют высокое сопротивление потерь, и ток приемника может быть достаточно высок, чтобы вызывать заметный перепад напряжения в аккумуляторе. Для компенсации может потребоваться дополнительный развязывающий конденсатор, служащий накопителем заряда для уменьшения перепада напряжения, и результатом является повышение стоимости, увеличение сложности и рост площади и объема приемника. В результате, в системах сверхмалой мощности, как правило, применяются очень простые способы модуляции, такие как ASK или OOK, для уменьшения сложности и потребляемой мощности приемника. Для данных детекторов с амплитудной модуляцией существует вероятность ложного определения характерной для начальной части последовательности нулей и единиц при шуме в канале передачи, в результате чего приемник дольше остается во включенном состоянии при отсутствии реальной передачи.

Синхронные протоколы имеют некоторые преимущества по сравнению с асинхронными протоколами, поскольку приемник не требует декодировать длинную начальную часть асинхронного протокола. После синхронизации приемник может включаться или пробуждаться непосредственно перед словом синхронизации передачи, в результате, уменьшается время пребывания приемника во включенном состоянии. Однако для того, чтобы можно было использовать длительные периоды в выключенном состоянии, приемник и передатчик должны поддерживать точный отсчет времени без смещений или с малым смещением с течением времени или при изменении условий среды. Как правило, для этого требуется применять керамический резонатор или осциллятор на основе кристаллов кварца, что увеличивает размеры и стоимость приемника, а также потребляемый им ток.

Соответственно, существует потребность в протоколе беспроводной передачи данных, позволяющем применять приемники со сверхнизкой потребляемой мощностью, сверхмалого размера или объема посредством уменьшения необходимого времени пребывания приемника во включенном состоянии.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Протокол беспроводной передачи данных для маломощных приемников в соответствии с настоящим изобретением позволяет преодолеть ограничения, характерные для существующих протоколов передачи данных, коротко описанные выше.

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к способу беспроводной передачи данных. Способ содержит этап формирования кадра сообщения, причем кадр сообщения включает в себя слово синхронизации, адресное слово и слово данных, этап периодической передачи кадра сообщения беспроводным передатчиком с минимальной длительностью передачи; этап периодического поиска в приемнике заданного слова синхронизации в переданном кадре сообщения, причем длительность каждого поиска синхронизации по меньшей мере равна длине кадра сообщения плюс длине одного слова синхронизации минус один символ, этап определения в приемнике того, включает ли переданный кадр сообщения слово синхронизации, соответствующее заданному слову синхронизации, и этап декодирования в приемнике переданного кадра сообщения только при обнаружении заданного слова синхронизации.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к способу беспроводной передачи данных. Способ содержит этап формирования кадра сообщения, причем кадр сообщения включает в себя слово синхронизации и слово данных, этап периодической передачи кадра сообщения беспроводным передатчиком с минимальной длительностью передачи; этап периодического поиска в приемнике заданного слова синхронизации в переданном кадре сообщения, причем длительность каждого синхронизационного поиска по меньшей мере равна длине кадра сообщения плюс длина одного слова синхронизации минус один символ; этап определения в приемнике того, включает ли переданный кадр сообщения слово синхронизации, соответствующее заданному слову синхронизации, и этап декодирования в приемнике переданного кадра сообщения только при обнаружении заданного слова синхронизации.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к системе беспроводной связи. Система содержит передатчик, включающий схему передатчика и схему кодирования, причем схема кодирования выполнена с возможностью формирования кадра сообщения, имеющего по меньшей мере слово синхронизации и слово данных, и причем передатчик выполнен с возможностью периодической передачи кадра сообщения с минимальной длительностью передачи, а также канал передачи и приемник, включающий схему приемника и схему декодирования, причем схема декодирования выполнена с возможностью периодического поиска заданного слова синхронизации в переданном кадре сообщения, причем длительность каждого синхронизационного поиска по меньшей мере равна длине кадра сообщения плюс длина одного слова синхронизации минус один символ, причем период поиска заданного слова синхронизации в переданном кадре сообщения меньше минимальной длительности передачи.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к беспроводному передатчику. Беспроводной передатчик содержит схему кодирования, причем схема кодирования выполнена с возможностью формирования кадра сообщения, имеющего по меньшей мере слово синхронизации и слово данных, а также схему передатчика, выполненную с возможностью периодической передачи кадра сообщения с минимальной длительностью передачи по каналу передачи.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к беспроводному приемнику. Беспроводной приемник содержит схему декодирования, причем схема декодирования выполнена с возможностью периодического поиска заданного слова синхронизации в переданном кадре сообщения, причем длительность каждого синхронизационного поиска по меньшей мере равна длине кадра сообщения плюс длина одного слова синхронизации минус один символ, причем период поиска заданного слова синхронизации в переданном кадре сообщения меньше минимальной длительности передачи, а также схему приема для приема сообщения, переданного по каналу передачи.

Цифровая система передачи содержит ряд элементов, которые в процессе осуществления могут принимать любую из ряда форм. Цифровая система передачи по существу содержит источник информации, устройство кодирования источника, устройство кодирования канала, цифровой модулятор, канал, цифровой демодулятор, устройство декодирования канала и устройство декодирования источника.

Источник информации может содержать любое устройство, генерирующее информацию и/или данные, требуемые для другого устройства или системы. Источник может быть аналоговым или цифровым. Если источник является аналоговым, его выходной сигнал преобразуется в цифровой сигнал, представляющий собой строку двоичных данных. В устройстве кодирования источника используется процесс эффективного преобразования сигнала источника в последовательность двоичных цифр. Затем от устройства кодирования источника информация передается в устройство кодирования канала, где в двоичную последовательность информации вводится избыточность. Данную избыточность можно использовать в приемнике для компенсации влияния шума, помех и т.п., обнаруживающихся в канале. Затем двоичная последовательность передается в цифровой модулятор, который, в свою очередь, преобразует последовательность в аналоговые электрические сигналы для передачи по каналу. По существу цифровой модулятор преобразует двоичные последовательности в колебательные сигналы или символы. Каждый символ может представлять значение одного или более бит. Цифровой модулятор может модулировать фазу, частоту или амплитуду высокочастотного несущего сигнала, подходящего для передачи по каналу. Канал представляет собой носитель, по которому проходят колебательные сигналы, и он может вносить помехи или другие искажения в колебательный сигнал. В беспроводной системе передачи канал представляет собой атмосферу. Цифровой демодулятор принимает искаженный в канале колебательный сигнал, обрабатывает его и сводит колебательный сигнал к последовательности цифр, которые максимально близко представляют переданные символы данных. Устройство декодирования канала реконструирует исходную последовательность информации на основе сведений о коде, который используется устройством кодирования канала, и избыточности принятых данных. Устройство декодирования источника декодирует последовательность на основе сведений об алгоритме кодирования, причем его выходной сигнал представляет информационный сигнал источника.

Необходимо отметить, что описанные выше элементы могут быть реализованы аппаратно, программно или в виде комбинации аппаратной и программной частей. Кроме того, канал передачи может содержать любой тип канала, включая каналы проводной и беспроводной связи. При использовании беспроводной связи канал может быть выполнен с возможностью работать с высокочастотными электромагнитными сигналами, низкочастотными электромагнитными сигналами, сигналами в видимом световом диапазоне и инфракрасном диапазоне.

Протокол для системы беспроводной связи в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для передачи данных между передатчиком и приемником по любому типу канала передачи данных. Протокол беспроводной передачи предназначен для уменьшения времени пребывания приемника в активном состоянии, что, в свою очередь, снижает потребление питания, уменьшает перепад напряжения на аккумуляторах и/или уменьшает размер и стоимость компонентов. Протокол беспроводной передачи также позволяет уменьшить сложность и размеры приемника. В методологии, использованной в протоколе, применяется уникальный кадр сообщения в сочетании с повторными передачами и периодическим поиском в приемнике.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описанные выше и другие элементы и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего, более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых чертежей.

На фигуре 1 представлен пример структуры кадра в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 2 представлены символы манчестерского кодирования для 0 и 1 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 3 представлен опрос при манчестерском кодировании, номинальная скорость опроса и точек в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 4 представлены точки опроса при манчестерском кодировании в наихудшем варианте для приемника, который работает на пятнадцать процентов быстрее передатчика.

На фигуре 5 представлены точки опроса при манчестерском кодировании в наихудшем варианте для приемника, который работает на пятнадцать процентов медленнее передатчика.

На фигуре 6 представлена блок-схема примера системы передачи данных в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к протоколу беспроводной передачи данных, для реализации которого требуется меньше энергии, что позволяет снизить требования, предъявляемые к соответствующим приемникам в плане потребления энергии или емкости и уменьшения площади и объема по сравнению с системами предшествующего уровня техники. Данный протокол передачи данных, в частности, благоприятен для сверхмалых портативных устройств, таких как устройства, которые могут использоваться в медицинских устройствах, включая офтальмологические линзы с электропитанием. Хотя описанный в настоящем документе продукт передачи данных может использоваться с любой системой приема и передачи, он может быть особенно благоприятен для сверхмалых систем с ограниченными ресурсами питания. Соответственно, описание протокола беспроводной передачи данных будет приводиться, где необходимо, применительно к офтальмологическим линзам с электропитанием, которые могут содержать систему беспроводной связи, как описано в настоящем документе.

Стандартные контактные линзы представляют собой полимерные структуры конкретных форм для коррекции различных проблем со зрением, которые кратко описаны выше. Для обеспечения улучшенной функциональности в данные полимерные структуры встраивают различные схемы и компоненты. Например, схемы управления, микропроцессоры, устройства передачи данных, блоки питания, датчики, исполнительные устройства, светодиоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактные линзы с помощью выполненных по индивидуальному заказу оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительных функциональных возможностей, как описано в настоящем документе. Электронные и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения зрения за счет способностей к увеличению или уменьшению изображения или простого изменения рефракционных свойств линз. Электронные и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цветовосприятия и разрешения, отображения текстовой информации, распознания устной речи и ее представления в виде текста в режиме реального времени, отображения визуальных подсказок навигационной системы, обеспечения обработки изображений и доступа в Интернет. Линзы могут быть выполнены таким образом, чтобы позволить пользователю видеть в условиях слабого освещения. Правильная конфигурация электронных компонентов и/или расположение электронных компонентов на линзах могут позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом, что позволяет отображать новое изображение или даже активировать сигналы будильника. В альтернативном варианте осуществления или в дополнение к любой из данных функций или аналогичных функций контактные линзы могут включать в себя компоненты неинвазивного мониторинга биомаркеров и показателей здоровья пользователя. Например, встроенные в линзы датчики могут позволять больному диабетом пациенту принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови, выполняя анализ компонентов слезной пленки без забора крови. Кроме того, правильно выполненная линза может включать в себя датчики для мониторинга содержания холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. В сочетании с беспроводным передатчиком данных они могут позволить врачу получать практически немедленный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента, причем пациенту нет необходимости тратить время на посещение лаборатории и забор крови. Кроме того, встроенные в линзы датчики можно использовать для определения света, падающего на поверхность глаза, для компенсации условий естественного освещения или определения картины моргания. Учитывая функциональность, описанную в настоящем документе, даже наименее сложная линза с электропитанием или офтальмологическое устройство будут нуждаться в системе передачи данных и содержать ее. Данная система передачи данных предпочтительно отличается малым размером и обладает минимальным энергопотреблением.

Соответственно, протокол передачи данных, составляющий предмет настоящего изобретения, может использоваться в комбинации с контактной линзой, содержащей электронную систему, приводящую в действие оптику с переменным фокусом. Электронная система включает в себя один или более аккумуляторов или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему тактового генератора, управляющие алгоритмы и схему, схему привода линзы и схему передачи данных. Схема передачи данных может содержать схему как для передачи, так и для приема данных/информации, и поэтому существует потребность в протоколе беспроводной передачи данных.

Цифровая система передачи данных содержит ряд базовых элементов, которые в процессе физической реализации могут принимать любое количество форм. Источник информации может содержать любое устройство, генерирующее информацию и/или данные, требуемые для другого устройства или системы. Источник может быть аналоговым или цифровым. Если источник является аналоговым, его выходной сигнал преобразуется в цифровой сигнал, представляющий собой строку двоичных данных. В любой системе цифровой передачи данных необходимым является использование для представления оригинального сигнала как можно меньшего количества двоичных цифр. Кодирование источника представляет собой процесс эффективного преобразования сигнала в последовательность двоичных цифр. Соответственно, для выполнения данной функции используется устройство кодирования источника. Затем от устройства кодирования источника информация передается в устройство кодирования канала, где в двоичную информационную последовательность вводится избыточность. Данную избыточность можно использовать в приемнике для компенсации влияния шума, помех и т.п., обнаруживающихся в канале. Затем двоичную последовательность передают в цифровой модулятор, который, в свою очередь, преобразует последовательность в электрические сигналы для передачи по каналу. Иными словами, цифровой модулятор преобразует двоичные последовательности в колебательные сигналы или символы. Каждый символ может представлять значение одного или более бит. Цифровой модулятор может модулировать фазу, частоту или амплитуду высокочастотного несущего сигнала, подходящего для передачи по каналу. Канал представляет собой носитель, по которому проходят колебательные сигналы, и он может вносить помехи или другие искажения в колебательный сигнал. В беспроводной системе канал представляет собой атмосферу. Цифровой демодулятор принимает искаженный в канале колебательный сигнал, обрабатывает его и сводит колебательный сигнал к последовательности цифр, которые максимально близко представляют переданные символы данных. Устройство декодирования канала реконструирует исходную информационную последовательность на основе сведений о коде, который используется устройством кодирования канала, и избыточности принятых данных. Устройство декодирования источника декодирует последовательность на основании сведений об алгоритме кодирования, причем его выходной сигнал представляет информационный сигнал источника. Ниже последовательно представлена подробная информация о каждой функции. Необходимо отметить, что описанные выше элементы могут быть реализованы аппаратно, программно или в виде комбинации одной или обеих из аппаратной и программной частей. Кроме этого, канал передачи данных может представлять собой канал пропускания высокочастотных электромагнитных волн, низкочастотную электромагнитную связь, канал пропускания электромагнитных волн диапазона видимого света и канал пропускания электромагнитных волн диапазона инфракрасного света.

Синхронизация кадров представляет собой процесс, в ходе которого идентифицируются и отделяются от данных входящие сигналы синхронизации кадра, например, отдельный символ или битовая последовательность, что позволяет извлечь данные из потока кадрированных данных и декодировать и/или снова передать их. На фигуре 1 представлена структура кадра в соответствии с настоящим изобретением. Структура кадра позволяет получить кадр сообщения, содержащий передаваемое слово синхронизации, sync, и слово данных. В некоторых примерах осуществления слово данных может содержать адрес предполагаемого устройства-приемника, addr, и слово команды, cmd, предоставляющее инструкцию или информацию для приемника. В некоторых примерах осуществления слово данных может содержать адрес требуемого регистра для модификации в приемнике и новое значение данных для регистра. Вместо длинной начальной части, в течение которой приемник должен ожидать передачи данных, слова sync, addr и cmd посылаются многократно в течение всего интервала кадра. Затем приемник может быть включен только в течение времени, необходимого для обнаружения слова sync и декодирования адреса и команды. Поскольку слова sync, addr и cmd, как правило, намного короче интервала стробирования приемника, T_{rx_strobe}, время пребывания приемника во включенном состоянии и среднее потребление энергии значительно снижаются по сравнению с асинхронными протоколами передачи данных предшествующего уровня техники. Как показано на фигуре, время передачи T_tx по установкам значительно больше интервала стробирования приемника T_{rx_strobe}.

Поскольку приемник может начать декодировать переданные данные в любой указанный момент, слово синхронизации, sync, должно определяться однозначно. В протоколах передачи данных предшествующего уровня техники используются блочные коды, т.е. коды коррекции ошибок, которые кодируют данные блоками с кодовыми словами, например, допустимыми словами sync, addr и cmd или другими данными сообщения, которые не являются уникальными при смещении и/или повороте влево или вправо. При применении данного типа кодирования возможно ложное обнаружение слова синхронизации при его смещении в пределах кадра.

В соответствии с примером осуществления настоящего изобретения в качестве слов синхронизации может быть выбран ортогональный циклический код, такой как код Голда или кодовая последовательность Голда, которая является уникальной независимо от смещения или начальной точки декодирования относительно других кодовых последовательностей Голда той же длины. В данном примере осуществления адресное слово и слово команды также выбираются или ограничиваются таким образом, чтобы кадр сообщения не совпадал со словом синхронизации ни при каких сдвигах. В альтернативном примере осуществления допустимый список или кодовая книга адресного слова и слова команды может выбираться таким образом, чтобы свести к минимуму корреляцию адресного слова и слова команды со словом синхронизации, что может характеризоваться кросс-корреляцией или расстоянием Хэмминга, как известно специалистам в соответствующей области. В другом альтернативном примере осуществления набор адресного слова и слова команды может выбираться только из набора кодов Голда или последовательностей Голда, чтобы минимизировать кросс-корреляцию со словом синхронизации.

Процесс генерации кодов или последовательностей Голда известен специалистам в соответствующей области. Коды или последовательности Голда генерируются двумя генераторами псевдослучайных последовательностей с предпочтительными многочленами. Предпочтительные многочлены представляют собой многочлены, приводящие к созданию последовательностей максимальной длины (m-последовательности, длина = 2^m-1), и многочлены, имеющие значения кросс-корреляции {1, t, -t}, где t=2^(m+1)/2+1 или 2^(m+2)/2+1 для нечетных и четных m. Коды Голда доступны только для определенных длин, что ограничивает их применение относительно короткими кодовыми словами. Необходимо отметить, что хотя коды Голда могут обладать наилучшими кросс-корреляционными характеристиками, могут использоваться и другие кодовые слова, имеющие достаточно большие расстояния до кодов Голда. Соответственно, в другом примере осуществления данные другие кодовые слова с хорошей (низкой) кросс-корреляцией могут применяться для адресов и команд устройства, тогда как коды Голда могут использоваться в качестве слов синхронизации.

В другом альтернативном примере осуществления слово синхронизации, адресное слово и слово команды могут выбираться, как указано в процессе, описанном ниже. На первом этапе примера процесса выбирается длина адреса, LA, для обеспечения количества уникальных адресов, превышающее необходимое количество для конкретной области применения. Например, для конкретной области применения могут быть необходимы пятнадцать (15) миллионов адресов. Соответственно, для пятнадцати (15) миллионов адресов необходимая длина адреса составляет двадцать четыре (24) бита, поскольку двадцать четыре бита дают более шестнадцати (16) миллионов уникальных адресов (2²⁴=16 777 216), и двадцать три (23) бита дают только восемь (8) миллионов адресов. На втором этапе примера процесса выбирается длина команды, LC, для обеспечения необходимого количества уникальных команд. Например, для конкретной области применения могут быть необходимы восемь (8) команд. Соответственно, для восьми (8) команд требуемая длина команды составляет три (3) бита, поскольку три бита дают восемь (8) команд (2³=8). На третьем этапе примера процесса выбирается слово синхронизации из набора кодов Голда с длиной, близкой к суммарной длине адресного слова и слова команды. Длина слова для кода Голда составляет 2^m-1; соответственно, при m=1 длина слова составляет один (1) бит, при m=2 длина слова составляет три (3) бита, при m=3 длина слова составляет семь (7) бит, при m=4 длина слова составляет пятнадцать (15) бит, и при m=5 длина слова составляет тридцать один (31) бит. Чем длиннее слово синхронизации, тем меньше количество комбинаций синхронизация + адрес + команда, которые будут содержать совпадение со словом синхронизации при каком-либо смещении. Соответственно, из списка допустимых адресов удаляется любой адрес, приводящий к совпадениям при каких-либо значениях смещения; однако данный способ выбора является компромиссом между общей длиной сообщения (и соответствующего времени пребывания приемника во включенном состоянии) и общим количеством оставшихся адресов. В данном примере длина слова синхронизации в пятнадцать (15) бит достаточно хороша, чтобы сохранить большинство возможных адресов, как более подробно описано ниже. Также при использовании для слова синхронизации форма