專利名稱：減少寬帶通信系統(tǒng)中離散功率譜密度分量的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多頻帶寬帶通信系統(tǒng)，更具體地，涉及用于減少諸如多頻帶超寬帶(UWB)通信系統(tǒng)這樣的多頻帶寬帶通信系統(tǒng)中傳輸信號的離散功率譜密度分量的方法和裝置。
背景技術：
超寬帶(UWB)技術利用持續(xù)時間極短的基帶脈沖擴展傳輸信號的能量，使其非常稀疏地分布在從零到幾GHz的頻帶上。當前，UWB技術用于軍事應用中，并且生成UWB信號的技術眾所周知。由于美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)最近宣布了一項決議，允許營銷和運作合并UWB技術的消費產品，因此UWB的商業(yè)應用不久將成為可能。
FCC作出允許商業(yè)應用的決議，其關鍵動機在于對于UWB傳輸，不需要新的通信頻譜，這是因為，當UWB信號被適當配置時，它們能夠與同一頻譜中的其它應用信號共存，其相互干擾可以忽略。FCC已經規(guī)定了UWB應用的發(fā)射限制，以防止與其它通信系統(tǒng)發(fā)生干擾。
UWB信號的發(fā)射輪廓可以通過考察其功率譜密度(PSD)來確定。Moe等人的題為“On the Power Spectral Density of Digital PulseStreams Generated by M-ary Cyclostationary Sequences in the Presenceof Stationary Timing Jitter(關于在平穩(wěn)定時抖動下由M-ary周期平穩(wěn)隨機序列生成的數(shù)字脈沖流的功率譜密度)”的文章中揭示了在隨機定機序列生成的數(shù)字脈沖流的功率譜密度)”的文章中揭示了在隨機定時抖動下使用隨機方法的“跳時擴頻”信號傳輸方案的PSD特性，見IEEE Tran.on Comm.，Vol.46，no.9，pp.1135-1145，Sept.1998。根據這篇文章，UWB信號的功率譜包括連續(xù)和離散分量。離散分量產生PSD中的峰值，即使連續(xù)分量遠低于FCC的發(fā)射限制，這些峰值也可能超過FCC的發(fā)射限制。
多頻帶調制是一種相對新穎的UWB調制技術。在多頻帶UWB通信系統(tǒng)中，UWB頻帶被分成若干子帶；在每個子帶中，使用不同的波形定義該子帶。
增大通信系統(tǒng)，如多頻帶UWB通信系統(tǒng)的通信距離，是一個永恒的愿望。增大通信距離的一種途徑是增大傳輸所用的功率。為了增大傳輸功率，同時仍然符合FCC對UWB信號發(fā)射限制的規(guī)定，理想的方法是減少離散分量，使得在增大總功率的同時，仍然符合FCC對UWB信號發(fā)射限制的規(guī)定。因此，就需要改良的方法和裝置，以減少多頻帶UWB信號中的離散PSD分量。其中，本發(fā)明就實現(xiàn)了這一需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明體現(xiàn)為處理傳輸數(shù)據的方法和裝置，這些方法和裝置減少了包括被處理數(shù)據的所傳輸多頻帶寬帶信號中的離散功率譜密度(PSD)分量。多頻帶寬帶信號的每個頻帶包括對應于不同頻帶的波形。為進行傳輸，對數(shù)據進行如下處理有選擇地變換所述數(shù)據；定義一個序列，用于利用所述數(shù)據對多頻帶寬帶信號的多個頻帶進行調制；并根據已定義的序列，將所述數(shù)據調制到多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
附圖簡要說明結合附圖，根據下文中的詳細說明，能夠最大限度地理解本發(fā)明，附圖中相同部件具有相同的參考標號。附圖中包含以下圖

圖1是根據本發(fā)明的示例性多頻帶寬帶通信系統(tǒng)的方框圖；
圖1A是圖1的示例性多頻帶寬帶通信系統(tǒng)中使用的可選的示例性發(fā)射裝置的方框圖；圖1B是圖1的示例性多頻帶寬帶通信系統(tǒng)中使用的可選的示例性接收裝置的方框圖；圖2是圖1的示例性多頻帶寬帶通信系統(tǒng)中的發(fā)射機和接收機所使用的示例性多頻帶映射方案的方框圖；圖3是根據本發(fā)明的示例性發(fā)射步驟流程圖；圖4是根據本發(fā)明的示例性接收步驟流程圖；圖5(現(xiàn)有技術)是用于描述多頻帶UWB傳輸?shù)姆?時間圖；圖6是用于描述一種仿真技術的數(shù)據圖，該仿真技術用于評估根據本發(fā)明的示例性方法的效率；圖7是用于描述根據本發(fā)明的多頻帶UWB傳輸?shù)臄?shù)據結構圖；圖8A、9A、10A、11A、12A和13A是幅度-時間圖，說明了根據該主題發(fā)明的示例性方法中使用的二進制相移鍵控(BPSK)多頻帶波形；圖8B、9B、10B、11B、12B和13B是幅度-頻率圖，分別說明了圖8A、9A、10A、11A、12A和13A中所示波形的頻譜；圖8C、9C、10C、11C、12C和13C是幅度-頻率圖，表示在應用本發(fā)明之前，調制后的多頻帶UWB信號的頻譜；圖8D、9D、10D、11D、12D和13D是幅度-頻率圖，表示在應用本發(fā)明之后，調制后的多頻帶UWB信號的頻譜；圖14A、15A、16A、17A、18A和19A是幅度-時間圖，說明了根據本主題發(fā)明的示例性方法中使用的示例性四進制相移鍵控(QPSK)多頻帶波形；圖14B、15B、16B、17B、18B和19B是幅度-頻率圖，分別說明了圖14A、15A、16A、17A、18A和19A中所示波形的頻譜；圖14C、15C、16C、17C、18C和19C是幅度-頻率圖，表示在應用本發(fā)明之前，調制后的多頻帶UWB信號的頻譜；圖14D、15D、16D、17D、18D和19D是幅度-頻率圖，表示在應用本發(fā)明之后，調制后的多頻帶UWB信號的頻譜。
發(fā)明詳述圖1是根據本發(fā)明的一個示例性多頻帶寬帶通信系統(tǒng)100的概念性表示。在如圖所示的通信系統(tǒng)100中，一個或多個方框的功能可以通過相同的硬件或者軟件模塊來實現(xiàn)。應該明白，本發(fā)明的實施例可以由硬件、軟件或者二者結合的方式來實現(xiàn)。在這種實施例中，下文描述的各種組件和步驟可以由硬件和/或軟件的方式來實現(xiàn)。
總的來說，發(fā)射數(shù)據的發(fā)射裝置102有選擇地變換多頻帶寬帶傳輸信號的多個頻帶內的傳輸數(shù)據，以減少被發(fā)射信號的離散功率譜密度(PSD)分量。接收裝置104接收多頻帶寬帶傳輸信號，并且通過反變換，恢復原始數(shù)據。數(shù)據可以按照順序或者隨機序列的方式，映射到多個頻帶上。數(shù)據可以是數(shù)據比特，也可以是表示一個或多個數(shù)據比特的符號。
現(xiàn)在，我們詳細描述發(fā)射裝置102和接收裝置104的組成。在示例性實施例中，為準備傳輸所用的數(shù)據，數(shù)據被施加到一個變換器106中。根據預定義的變換功能，變換器106變換數(shù)據。在示例性實施例中，變換器106與一個偽隨機數(shù)發(fā)生器108相連，該偽隨機數(shù)發(fā)生器生成平均分布的偽隨機二進制數(shù)。變換器106可以是一個多路復用器(未示出)，例如像一個變換電路(未示出)一樣，對偽隨機二進制作出響應，使數(shù)據或者數(shù)據的變換通過。
調制器110與一個脈沖發(fā)生器112相連接，脈沖發(fā)生器112生成由一系列信號脈沖組成的寬帶脈沖信號，如超寬帶(UWB)信號脈沖。在示例性實施例中，調制器110將以數(shù)字格式表示的、經過選擇性變換的數(shù)據，調制到多頻帶寬帶信號上，通過天線114進行傳輸。調制器110可以是如圖所示的脈沖調制器，也可以是具有脈沖整形電路(未示出)的數(shù)模轉換器(未示出)。
調制器110定義了一個序列，用于將數(shù)據調制到多頻帶傳輸信號的多個頻帶內的波形上。圖2描述了一個示例性的多頻帶映射方案200，根據已定義的傳輸序列，將數(shù)據映射到多個頻帶上。示例性的多頻帶映射方案200包括一個發(fā)射(TX)映射器202(可以被合并到發(fā)射裝置102內的調制器110中，見圖1)和一個相應的接收(RX)映射器204(可以被合并到接收裝置104內的解調器120中，見圖1)。TX映射器202根據已定義的傳輸序列，將數(shù)據映射到多頻帶傳輸信號的多個頻帶上，RX映射器204從該多個頻帶上解映射數(shù)據，以正確的序列順序恢復數(shù)據。
已定義的序列可以是順序的，也可以是隨機的。若定義的是一個順序序列，TX映射器202以預定義的順序，順序地將數(shù)據映射到多個頻帶上，該預定義的順序可以是數(shù)字遞增(或遞減)的順序，也可以是其它順序。例如，預定義的順序可以首先是第一個頻帶(band-1)，然后是第二個頻帶(band-2)，最后是第三個頻帶。那么，數(shù)據就以這個順序被映射到頻帶上，循環(huán)往復，直至數(shù)據傳輸結束為止。或者，預定義的順序可以首先是第二個頻帶(band-2)，然后是第一個頻帶(band-1)，最后是第三個頻帶。若定義了一個隨機序列，TX映射器202將數(shù)據隨機映射到多個頻帶上。例如，第一個映射序列可以是一個隨機選擇的序列，如首先是第一個頻帶(band-1)，然后是第二個頻帶(band-2)，最后是第三個頻帶。下一個映射序列可以是另一個隨機選擇的序列，如首先是第二個頻帶(band-2)，然后是第一個頻帶(band-1)，最后是第三個頻帶。任何后續(xù)的序列將同樣是一個隨機選擇的序列。
若序列是隨機的，TX映射器202和RX映射器204各包含一個隨機數(shù)發(fā)生器(未示出)。本領域的技術人員將了解用于TX映射器202的合適的隨機數(shù)發(fā)生器。在示例性實施例中，RX映射器204使用一個類似的隨機數(shù)發(fā)生器。RX映射器204中的隨機數(shù)發(fā)生器與RX映射器204接收的數(shù)據進行同步，本領域的技術人員將了解同步的方法。
圖1A描述了一個可選的示例性發(fā)射裝置102a。發(fā)射裝置102a類似于圖1所示的發(fā)射裝置102，其不同僅在于，變換器106a被置于調制器110a之后。在該實施例中，數(shù)據在變換之前，被調制到寬帶信號的波形上。然后，變換器對偽隨機數(shù)字發(fā)生器128作出響應，有選擇地變換寬帶信號波形。本領域的技術人員將了解用于有選擇地變換調制后的寬帶信號波形的合適的變換器106a。
返回圖1，在示例性實施例中，接收裝置104中的解調器120，通過另一個天線122，接收變換后的多頻帶寬帶信號。解調器120根據調制器110所用的映射序列，解調和重新排序(解映射)來自多個頻帶的數(shù)據(見圖2和上文的相關描述)。解調器120中的相關器124將接收到的數(shù)據與發(fā)射裝置102所用的脈沖波形進行相關，以識別脈沖，并把它們轉化為數(shù)字脈沖。在示例性實施例中，相關器124是一個匹配濾波相關器，用于對輸入寬帶脈沖，如UWB脈沖，進行識別和相關。
根據預定義的變換功能，反變換器126反變換由變換器106引入數(shù)據的變換，該預定義的變換功能基于變換器106的變換功能。在示例性實施例中，反變換器126與一個偽隨機數(shù)發(fā)生器128相連，該偽隨機數(shù)發(fā)生器128與上文詳細描述的偽隨機數(shù)發(fā)生器108完全相同(因此，在此不再作更詳細的描述)。反變換器126可以是一個多路復用器(未示出)，對偽隨機數(shù)發(fā)生器128生成的選擇比特作出響應，使數(shù)據或者數(shù)據的變換通過，例如被變換邏輯電路(未示出)所變換。
兩個偽隨機數(shù)發(fā)生器108和128生成相同的比特串。在示例性實施例中，為保持同步，偽隨機數(shù)發(fā)生器108和128被配置成，當數(shù)據序列的第一個比特被傳輸或者接收時，從一個公共點開始工作。在一個可選的示例性實施例中，代替生成隨機數(shù)，而是預先生成一組隨機數(shù)，并將其存儲在一個陣列中。相同的陣列被保存在發(fā)射裝置102和接收裝置104的偽隨機數(shù)發(fā)生器108和128中，分別用于有選擇地變換和反變換數(shù)據。
圖1B描述了一個可選的示例性接收裝置104a。接收裝置104a類似于圖1所示的接收裝置104，其不同僅在于，反變換器126a被置于解調器120a之前。在該實施例中，由變換器(圖1所示的變換器106或者圖1A所示的變換器106a)引入的選擇性變換，在解調之前進行反變換。本領域的技術人員將了解用于反變換該變換的合適的反變換器126a。
圖3描述了一個示例性發(fā)射步驟的流程圖300，用以減少多頻帶寬帶通信系統(tǒng)如多頻帶UWB通信系統(tǒng)中的離散PSD分量。參考圖1的組成，描述流程圖300的步驟。
在方框302中，變換器106對從偽隨機數(shù)發(fā)生器108接收到的偽隨機數(shù)據作出響應，有選擇地變換數(shù)據。
在方框304中，例如由調制器110，定義一個子帶調制序列，用于把數(shù)據調制到多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。在一個示例性實施例中，該序列是順序的。在一個可選的示例性實施例中，該序列是隨機的。
在方框306中，根據模塊304中定義的序列，調制器110將變換后的數(shù)據調制到各子帶內的波形上。根據定義的序列，利用所述數(shù)據調制由脈沖發(fā)生器112提供的脈沖，從而可以準備用于傳輸?shù)脑摂?shù)據。
在方框308中，變換和調制后的數(shù)據，從天線114發(fā)射出去。
在一個可選的示例性傳輸實施例中，根據變換前定義的序列，數(shù)據可以被調制到多頻帶信號的多個子帶上。根據該實施例，在完成方框306中的調制步驟后，再執(zhí)行方框302中的變換步驟。
圖4描述了根據本發(fā)明的示例性接收步驟的流程圖400，用于接收變換和調制后的多頻帶寬帶信號。參考圖1的組成來描述流程圖400的步驟。
在方框402中，接收裝置104內的解調器120，通過天線122，接收變換和調制后的數(shù)據。在一個示例性實施例中，解調器120內的相關器124對數(shù)據進行相關處理，以識別承載數(shù)據的寬帶信號。
在方框404中，根據方框304(見圖3)中用于調制的子帶調制序列，接收機解調接收到的多頻帶寬帶信號。
在方框406中，反變換器126對由偽隨機數(shù)發(fā)生器128生成的偽隨機數(shù)序列或偽隨機數(shù)流作出響應，反變換由變換器106引入的變換。在一個示例性實施例中，偽隨機數(shù)發(fā)生器128被配置成，當接收到一個指定比特，如接收序列的第一個比特時，開始工作。
在一個可選的示例性接收實施例中，首先對接收到的寬帶信號有選擇地變換，然后解調。根據該實施例，在方框406中的變換步驟，在方框404中的解調步驟之前被執(zhí)行。
現(xiàn)在，參考圖1、2、3和4，提供關于上述的示例性通信系統(tǒng)100的額外的實現(xiàn)細節(jié)。
為了更好地了解本發(fā)明的操作，描述多頻帶UWB序列的PSD是有用的。多頻帶UWB序列用于被建議的標準中，該標準正在被電子和電氣工程師學會(IEEE)的一個工作委員會討論，即IEEE802.15.3a任務組，它隸屬于研究無線個人區(qū)域網絡(WPAN)的IEEE108.15工作組。
在多頻帶UWB通信系統(tǒng)中，一個數(shù)字控制的信號，在基本時鐘周期TC的倍數(shù)時，產生隨機傳輸。該信號技術如圖5所示，可以如式(1)所示建模。
s(t)=Σn=-∞∞anwn(t-nTc)---(1)]]>在式(1)中，因數(shù){an}是一個不均衡二進制獨立同分布(i.i.d.)隨機序列，t是時間。{an}的概率函數(shù)Pr{an}由式(2)給出。
Pr{an}=p,an=11-p,an=-1---(2)]]>在式(1)中，因數(shù){wn}是應用于一組波形的隨機變量，該組波形定義了在多頻帶系統(tǒng)中子帶的數(shù)目(N)。{wn}的概率函數(shù)由式(3)和式(4)約束。
Pr{wn}＝pn，n＝1，...，N (3)Σn=1Npn=1---(4)]]>在圖5中，波形500、502、504、506和508定義了不同的子帶。波形502和504在同一子帶中，但具有相反的極性，波形506和508也是如此。這樣，對應于不同的{wn}值，生成波形500、502和506；而對應于不同的{an}值，生成波形對502、504和506、508。
圖5所示信號的PSD包括一個連續(xù)分量Sc(f)和一個離散分量Sd(f)。這些分量的特性如式(5)所示。
Sc(f)=1-(2p-1)2Tc|Σn=1NpnWn(f){u(f-(fn-fB2))-u(f-(fn+fB2))}|2]]>Sd(f)=(2p-1)2Tc2Σl=-∞∞|Σn=1NpnWn(1Tc){u(f-(fn-fB2))-u(f-(fn+fB2))}|2δD(f-1Tc)]]>在式(5)中，u()是一個階躍函數(shù)，fn是每個子帶的中心頻率，fB是每個子帶的帶寬。以簡化形式重寫式(5)，如式(6)所示。
Sc(f)=1-(2p-1)2Tc|pnWn(f)|2]]>Sd(f)=(2p-1)2Tc2Σl=-∞∞|pnWn(1Tc)|2δD(f-lTc),1≤n≤N---(6)]]>式(6)表明，PSD由四個因數(shù)決定Wn(f)，子帶內的脈沖波形和傳輸功率；Tc，時鐘周期或脈沖速率；p，隨機變量an的分布；以及pn，隨機變量wn的分布。
如式(7)所描述，當一個符號的變換和非變換具有相同概率時，每個子帶的譜線被有效去除。
p＝0.5， (7)這樣，每個子帶的PSD被最小化。新的PSD可以用式(8)表示。
Sc(f)=1Tc|pnWn(f)|2]]>Sd(f)＝0，1≤n≤N (8)如式(9)所定義，波形的能量譜密度Wn(f)，具有不同振幅和峰值 為最小化整個系統(tǒng)中多個PSD的峰值，選擇pi，以滿足式(10)。 1≤i，j≤N，且i≠j，Σi=1Npi=1---(10)]]>如式(11)所示，可以解出式(10)。 i＝1，......，N (11)發(fā)明者們確定每個子帶的峰值是一個常數(shù)，其值由式(12)給出。
式(10)的第二部分可以通過式(13)進行校驗。

如果每個Wn(f)的峰值相同，或者，如式(14)所示， 1≤i，j≤N 且i≠j (14)式(11)可以被重寫為式(15)，pi=1N,]]>i＝1，......，N (15)結合式(7)和(15)，注意到，為了減少整個系統(tǒng)的峰值PSD水平，期望滿足以下兩個條件(p＝0.5和pn=1N,]]>n＝1，...，N)。
為實現(xiàn)式(15)，一種方法是當發(fā)送數(shù)據時，順序旋轉通過每個子帶。
基于前述對多頻帶UWB信號的PSD的分析，提出以下的選擇性相位變換機制，以消除調制后多頻帶UWB信號的PSD中的頻譜線。該示例性方法包括以下步驟生成一個隨機序列{bn}，其具有由式(16)所定義的平均分布函數(shù)；Pr{bn}=0.5,bn=10.5,bn=-1---(16)]]>對序列{an}和{bn}進行異或(XOR)操作，生成一個新的序列{cn}，如式(17)所示；cn＝anbn(17)以及，使用序列{cn}，作為新的傳輸數(shù)據。
執(zhí)行上述操作，可以有效地去除每個子帶中UWB信號的PSD中的頻譜線，這等價于最小化每個子帶的PSD。
圖8-19示出了應用式(16)和(17)所表示的操作后，仿真的結果。這些仿真表明，這些操作有效地抑制了線譜，并因此減少了多頻帶UWB信號的PSD。
這些仿真的結構如圖6所示。仿真使用周期圖PSD估計器，以計算不同UWB信號的PSD。在所采用的結構中，脈沖600由101個采樣和其后的27個零填充采樣表示。一個比特由一個脈沖組成，并由128個采樣表示。每幀610包含1024個采樣，其周期為Tc。為估算PSD，在32768個采樣上，使用一個32768點快速傅立葉變換(FFT)操作。換言之，F(xiàn)FT基于32幀，每幀包含8個脈沖。由于一次估計可能在估計中產生大的偏差，又由于FCC的規(guī)則對平均PSD設定了限制，所以，每次仿真運行50次，以平滑最終的PSD估計。
圖7的數(shù)據結構圖舉例說明了仿真中生成的數(shù)據間的關系。在圖7中，X方向表示在一個時分多址接入(TDMA)系統(tǒng)中，一個塊中的比特；Y方向表示從該塊的起始位置起，具有相同偏移m的比特。如上所述，當脈沖隨機且均勻分布在Y方向時，可以有效地抑制線頻。
在仿真中，X方向的數(shù)據是隨機且均勻生成的。這導致式(18)。pn=1N,]]>n＝1，...，N (18)然而，在Y方向上，數(shù)據的生成由{an}的分布函數(shù)或者p控制。在圖8-19中所示的仿真，僅代表以下情況子帶被均勻且隨機使用(見圖8、9、10、14、15和16)；子帶被循環(huán)使用(見圖11、12、13、17、18和19)；p＝1(即，等價于幀間不變的數(shù)據，見圖8、11、14和17)；0＜p＜0.5(即，數(shù)據在Y方向上不是均勻分布的，見圖9、10、12、13、15、16、17和19)。
使用二進制相移鍵控(BPSK)調制技術的仿真結果如圖8-13所示。圖8A、9A、10A、11A、12A和13A表示了在仿真中使用的波形810、812、814和816。對于圖8-13，這些波形是相同的，因此，僅參考圖8進行討論。每個波形分別對應一個如圖8B所示的不同頻帶。在圖8-13中，具有最低頻率分量的波形810，對應于頻譜820，波形812對應于頻譜822，波形814對應于頻譜824，波形816對應于頻譜826。在圖8A中，波形810、812、814和816按照這樣的順序表示，使得它們分別與各自的頻譜820、822、824和826對齊。然而，如下所述，這些波形在某一特定的傳輸中，可以以任意順序出現(xiàn)。
圖8C、9C、10C、11C、12C和13C分別表示了被調制到波形8A、9A、10A、11A、12A和13A上的示例性原始數(shù)據{an}的PSD。例如，從圖8C可以看出，該調制后數(shù)據顯示了相對較大的離散頻率分量(即PSD中的譜線)。圖8D、9D、10D、11D、12D和13D示出了，當根據本發(fā)明對圖8C、9C、10C、11C、12C和13C中表示的數(shù)據進行處理時所得到的關于PSD的結果(即，進行如式(16)和(17)所述的操作后，結果數(shù)據{Cn}的PSD)。
如上所述，圖8-13舉例說明了波形810、812、814和816序列的不同構成，并舉例說明了隨機變量{an}的概率函數(shù)p的不同分布。具體地，圖8C表示p＝1且波形隨機平均使用的情況；圖9C表示p＝0.25且波形隨機平均使用的情況；圖10C表示p＝0.4且波形隨機平均使用的情況。
圖11、12和13表示波形順序且循環(huán)使用(例如810、812、814、816、810……等)的情況。圖11C、12C和13C分別表示p等于1、0.25和0.4的情況。
結果表明，使用根據本發(fā)明的方法與循環(huán)使用子帶相比，隨機使用子帶減少了線的數(shù)目。然而，如圖8C、9C、10C、11C、12C和13C所示，PSD的峰值幾乎是相同的；如圖8D、9D、10D、11D、12D和13D所示，無論怎樣使用子帶，在兩種情況下，有選擇的相位變換有效地去除了線譜；在圖示的例子中，PSD的峰值，在圖8和11中大約從21dB減少到4dB，在圖9和12中大約從14dB減少到4dB，在圖10和13中大約從9dB減少到4dB；如圖8D、9D、10D、11D、12D和13D所示，新數(shù)據的PSD的形狀，與圖8B、9B、10B、11B、12B和13B所示波形的PSD的形狀非常接近；在平均使用所有子帶的情況下，各子帶分別對應的PSD幾乎具有相同的振幅。
在上述實施例中，函數(shù){an}實際上是一個BPSK調制。在該系統(tǒng)中，每個子帶具有一個波形，每個波形以兩種方式出現(xiàn)常規(guī)形狀和相位變換后的形狀。
另一方面，在一個QPSK調制中，每個子帶具有兩個波形，這兩個波形具有相同的頻率，但是具有不同的初始相位，且每個波形都可以以兩種方式出現(xiàn)常規(guī)形狀和相位變換后的形狀。圖14A示出了示例性的QPSK波形。在圖14A中，波形1010和1011是第一個子帶中的兩個波形，其中，波形1011是波形1010的相移。這些波形的變換形式未在圖14中示出。同樣地，波形對1012、1013；1014、1015；和1016、1017分別表示其它三個子帶的兩個相對的相移波形。這些波形的能量譜密度如圖14B所示頻譜1020對應波形對1010、1011；頻譜1022、1024和1026分別對應波形對1012、1013，1014、1015和1016、1017。對于圖14、15、16、17、18和19，這些波形是相同的，因此僅參考圖14進行描述。
如上所述，將式(3)和(4)修改成如式(19)、(20)和(21)所示，可以利用QPSK調制技術來使用本發(fā)明的機制。
Pr{wn}＝pn，n＝1，...，Nq(19)Σn=1Nqpn=1---(20)]]>Nq＝2N (21)應用式(16)和(17)中提出的操作，有效地抑制線譜并有效地減少多頻帶QPSK UWB信號的PSD，圖14、15、16、17、18和19顯示了執(zhí)行仿真的結果。仿真的結構與上文參考圖8-13所述的那些仿真的結構是相同的。具體地，在如圖14-16所示的仿真中，子帶被均勻隨機使用；在如圖17-19所示的仿真中，子帶被循環(huán)使用。在每個子帶中，兩個波形之一以相同的概率，被隨機選擇。
如上所述，圖14-19舉例說明了波形對1010、1011，1012、1013，1014、1015和1016、1017序列的不同結構。圖14-16表示隨機選擇不同波形對的情況；圖17-19表示順序循環(huán)選擇波形對的情況。圖14-19還表示了隨機變量{an}的概率函數(shù)p的不同分布。具體地，圖14和17表示p＝1的情況；圖15和18表示p＝0.25的情況；圖16和19表示p＝0.4的情況。
圖14-19所示的結果表明使用本發(fā)明的機制與相應的同樣結構的BPSK系統(tǒng)比較，QPSK系統(tǒng)顯示了更低的PSD，降低了2-3dB；與循環(huán)使用子帶相比，隨機使用子帶減少了譜線的數(shù)目。然而，不同子帶(例如，如圖14B所示)PSD的峰值幾乎相同；如圖14D、15D、16D、17D、18D和19D所示，在所有情況下，無論怎樣使用子帶，有選擇的相位變換有效地去除了線譜；使用根據本發(fā)明的機制，PSD的峰值，在圖14和17中，大約從19dB減少到4dB；在圖15和18中，大約從13dB減少到4dB；在圖16和19中，大約從6dB減少到4dB；如圖14D、15D、16D、17D、18D和19D所示，新數(shù)據的PSD的形狀分別與圖14B、15B、16B、17B、18B和19B所示的所使用脈沖的PSD的形狀非常接近；在平均使用所有子帶情況下，所有子帶的PSD幾乎具有相同的振幅。
至此，已經描述了這樣一種機制使用基帶處理來去除頻譜中的線，并從而減小多頻帶UWB信號的PSD的峰值。仿真顯示，所提出的方法有效地抑制多頻帶UWB信號的PSD。另外，它還滿足了非常重要的應用標準，既簡單又易于實現(xiàn)。
雖然根據具體組件對本發(fā)明的諸多組件進行了描述，但是可以預期，其中一個或者多個組件可以用運行在計算機上的軟件實現(xiàn)。在該實施例中，不同部件的一個或者多個功能可以用控制計算機的軟件實現(xiàn)。該軟件可以包含在計算機可讀載體中，例如磁盤或光盤，記憶卡或音頻，射頻或者光載波。
另外，雖然在這里參考具體實施例對本發(fā)明進行說明和描述，但是不意味著本發(fā)明受限制于所示的細節(jié)。更確切地說，在權利要求的等價范圍內，在不偏離本發(fā)明的情況下，可以對這些細節(jié)進行各種修改。
權利要求
1.一種信號處理方法，用于處理傳輸數(shù)據，以減少包括該被處理數(shù)據的所傳輸多頻帶寬帶信號中的離散分量，所述多頻帶寬帶信號的每個頻帶包括對應于不同頻帶的波形，所述方法包括以下步驟有選擇地變換所述數(shù)據；定義一個利用所述數(shù)據對所述多頻帶寬帶信號中的多個頻帶進行調制的序列；以及根據所述定義的序列，將所述數(shù)據調制到所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述定義的序列是順序的。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述定義的序列是隨機的。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述調制步驟包括以下步驟根據所述定義的序列，將所述有選擇地變換后的數(shù)據調制到所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述有選擇變換步驟包括以下步驟有選擇地變換所述調制后的波形。
6.一種信號處理系統(tǒng)，用于處理傳輸數(shù)據，以減少包括該被處理數(shù)據的多頻帶寬帶信號中的離散分量，所述多頻帶寬帶信號的每個頻帶包括對應于不同頻帶的波形，所述系統(tǒng)包括變換裝置，用于有選擇地變換所述數(shù)據；序列定義裝置，用于定義一個利用所述數(shù)據對所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶進行調制的序列；以及調制裝置，依照所述定義的序列，將所述數(shù)據調制到所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述定義的序列是順序的。
8.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述定義的序列是隨機的。
9.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述調制裝置包括用于依照所述定義的序列，將有選擇地變換后的數(shù)據調制到所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上的裝置。
10.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述有選擇變換裝置包括用于有選擇地將利用所述數(shù)據調制的所述波形進行變換的裝置。
11.一種信號處理裝置，用于處理傳輸數(shù)據，以減少包括該被處理數(shù)據的多頻帶寬帶信號的離散分量，所述多頻帶寬帶信號的每個頻帶包括對應于不同頻帶的波形，所述裝置包括變換器，用于有選擇地變換所述數(shù)據；與所述變換器相連的調制器，該調制器被配置為根據一個定義的頻帶映射序列，利用所述數(shù)據對所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶的波形進行調制。
12.如權利要求11所述的裝置，其中，所述定義的頻帶映射序列是順序的。
13.如權利要求11所述的裝置，其中，所述定義的頻帶映射序列是隨機的。
14.如權利要求11所述的裝置，其中，所述調制器被配置為依照所述定義的序列，將有選擇地變換后的數(shù)據調制到所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
15.如權利要求11所述的裝置，其中，所述變換器被配置為有選擇地將利用所述數(shù)據調制的所述波形進行變換。
16.一種包含軟件的計算機可讀載體，該軟件被配置為控制計算機實現(xiàn)一種信號處理方法，該信號處理方法包含在計算機可讀介質中，用于處理傳輸數(shù)據，以減少包括該被處理數(shù)據的多頻帶寬帶信號中的離散分量，所述多頻帶寬帶信號的每個頻帶包括對應于不同頻帶的波形，所述處理方法包括以下步驟有選擇地變換數(shù)據；定義一個利用所述數(shù)據將所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶進行調制的序列；根據所述定義的序列，將所述數(shù)據調制到所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
17.如權利要求16所述的計算機可讀載體，其中，所述定義的序列是順序的。
18.如權利要求16所述的計算機可讀載體，其中，所述定義的序列是隨機的。
19.如權利要求16所述的計算機可讀載體，其中，由計算機實現(xiàn)的所述調制步驟包括以下步驟根據所述定義的序列，將所述有選擇地變換后的數(shù)據調制到所述多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
20.如權利要求16所述的計算機可讀載體，其中，由計算機實現(xiàn)的所述有選擇變換步驟包括以下步驟有選擇地變換所述調制后的波形。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于處理傳輸數(shù)據的方法和裝置，這些方法和裝置減少了包括被處理數(shù)據的所傳輸多頻帶寬帶信號中的離散功率譜密度(PSD)分量。多頻帶寬帶信號的每個頻帶包括對應于不同頻帶的波形。為進行傳輸，數(shù)據經過如下處理有選擇地變換數(shù)據；定義一個序列，用于利用所述數(shù)據調制多頻帶寬帶信號的多個頻帶；并根據已定義的序列，將所述數(shù)據調制到多頻帶寬帶信號的多個頻帶內的波形上。
文檔編號H04B1/69GK1784876SQ200480011935
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權日2003年5月2日
發(fā)明者莫少敏, 亞歷山大·D·格爾曼 申請人:松下電器產業(yè)株式會社