超寬帶通信裝置和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】超寬帶通信裝置和方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年01月11日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180013448.1、發(fā)明名稱(chēng)為“超寬帶通信裝置和方法”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及超寬帶系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)涉及超寬帶通信裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]超寬帶(UWB)是一種無(wú)線電技術(shù)，其用于通過(guò)使用無(wú)線電頻譜的大部分以很低的能量級(jí)別進(jìn)行短距離高帶寬的通信。UWB無(wú)線電頻譜一般來(lái)說(shuō)范圍從3.1GHz到10.6GHz。按照各種規(guī)章制定機(jī)構(gòu)設(shè)立的規(guī)定，UffB信號(hào)在UWB發(fā)射機(jī)天線的輸出端應(yīng)當(dāng)具有最小為500MHz的帶寬以及最大為-41.3dBm/MHz的功率譜密度。此外，UWB系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在一個(gè)小時(shí)時(shí)間內(nèi)支持小于5%的低占空比。
[0004]一般地，在低占空比的UWB系統(tǒng)中，UffB發(fā)射機(jī)使用DMPSK調(diào)制技術(shù)調(diào)制包括啁啾脈沖(chirp pulse)或“短脈沖串(series of short pulses) ”的UWB信號(hào)并且使用UWB網(wǎng)絡(luò)將UWB信號(hào)發(fā)送到UWB接收機(jī)。啁啾脈沖是頻率調(diào)制的載波脈沖，其中調(diào)制信號(hào)是三角波形。啁啾脈沖跨越較大帶寬(> =500MHz)并且具有極好的自相關(guān)性。UWB接收機(jī)可以混合(mix)進(jìn)入的(incoming)UWB信號(hào)并且對(duì)其進(jìn)行濾波以從進(jìn)入的UWB信號(hào)去除啁啾信號(hào)。此外，UWB接收機(jī)使用任何傳統(tǒng)的DMPSK解調(diào)技術(shù)來(lái)解調(diào)進(jìn)入的UWB信號(hào)?！岸堂}沖串”是指在等于符號(hào)(symbol)的“通時(shí)間(on time) ”的特定時(shí)間段內(nèi)重復(fù)的高斯單周期(monocycle)的流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題
[0006]可替換地，UWB接收機(jī)使用差分解調(diào)相移鍵控(differentially demodulatedphase shift keying，DDPSK)解調(diào)技術(shù)來(lái)解調(diào)進(jìn)入的UWB信號(hào)，而無(wú)需執(zhí)行初始的信道估計(jì)。UWB接收機(jī)通過(guò)采樣對(duì)相鄰的脈沖(consecutive pulses)采樣進(jìn)行差分并且對(duì)差分的采樣求平均值以獲得相關(guān)脈沖之間的相位差。然而，在這個(gè)技術(shù)中，UWB接收機(jī)可能不得不估計(jì)信道的最顯著抽頭(most significant tap of channel)的定時(shí)，以取得更好的性能。
[0007]IEEE 802.15.6 (針對(duì)人體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(body area network)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn))在UWB頻帶中提供基于脈沖(例如，啁啾脈沖或短脈沖串)的物理層，以便以更好的性能和低功耗來(lái)解調(diào)進(jìn)入的UWB信號(hào)。然而，當(dāng)進(jìn)入的UWB信號(hào)中的啁啾脈沖的寬度隨著不同的數(shù)據(jù)速率改變時(shí)，需要采用不同的濾波器。此外，UWB接收機(jī)需要在解碼進(jìn)入的UWB信號(hào)之前適應(yīng)重新同步的需求。此外，啁啾脈沖寬度的變化隨著不同的數(shù)據(jù)速率的改變要求在UWB接收機(jī)的ADC和UWB發(fā)射機(jī)的DAC處有不同的采樣速率。結(jié)果，UffB發(fā)射機(jī)的復(fù)雜度隨著變化的數(shù)據(jù)速率增加。
[0008]目前已知的解決方案之一使用卷積碼來(lái)解決上述與可增減的(scalable)數(shù)據(jù)速率相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。然而，使用卷積碼來(lái)應(yīng)對(duì)可增減的數(shù)據(jù)速率的解碼器增加了 UWB接收機(jī)的總成本。
[0009]技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明提供一種用于生成調(diào)制信號(hào)的超寬帶(UWB)發(fā)射機(jī)的方法，包括:通過(guò)使用UWB發(fā)射機(jī)的差分?jǐn)U頻編碼器基于擴(kuò)頻序列對(duì)參考比特序列進(jìn)行差分編碼，來(lái)生成比特序列；使用UWB發(fā)射機(jī)的脈沖發(fā)生器，基于所述比特序列生成與所述比特序列相關(guān)聯(lián)的若干脈沖，其中所述若干脈沖的長(zhǎng)度等于所述比特序列的長(zhǎng)度；以及由UWB發(fā)射機(jī)的DMPSK調(diào)制器通過(guò)使用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)的相位對(duì)所述若干脈沖進(jìn)行調(diào)制，來(lái)生成調(diào)制信號(hào)。
[0011]本發(fā)明提供一種超寬帶(UWB)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)，包括:差分?jǐn)U頻編碼器，被配置為通過(guò)基于擴(kuò)頻序列對(duì)參考比特序列進(jìn)行差分編碼來(lái)生成比特序列；脈沖發(fā)生器，被配置為使用所述比特序列生成與所述比特序列相關(guān)聯(lián)的若干脈沖，其中所述若干脈沖的長(zhǎng)度等于所述比特序列的長(zhǎng)度；以及DMPSK調(diào)制器，被配置為通過(guò)使用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)的相位對(duì)所述若干脈沖進(jìn)行調(diào)制，來(lái)生成調(diào)制信號(hào)。
[0012]本發(fā)明提供一種超寬帶(UWB)接收機(jī)的用于處理經(jīng)由UWB網(wǎng)絡(luò)接收到的基帶信號(hào)的方法，包括:使用差分器通過(guò)將與基帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)除以先前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)，來(lái)獲得利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列；并且使用解擴(kuò)頻器通過(guò)將參考擴(kuò)頻序列乘以利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列，來(lái)獲得差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)。
[0013]本發(fā)明提供一種超寬帶(UWB)系統(tǒng)的接收機(jī)，包括:差分器，被配置為通過(guò)將與基帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)除以先前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)，來(lái)獲得利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列；以及解擴(kuò)頻器，被配置為通過(guò)將參考擴(kuò)頻序列乘以利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列，來(lái)獲得差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)。
[0014]本發(fā)明提供一種超寬帶(UWB)系統(tǒng)和方法。在一個(gè)方面中，一種低占空比的UWB發(fā)射機(jī)的用于生成調(diào)制信號(hào)的方法包括:使用低占空比的UWB發(fā)射機(jī)的差分?jǐn)U頻編碼器，基于參考比特序列對(duì)比特序列的相位進(jìn)行編碼。該方法包括:使用低占空比的UWB發(fā)射機(jī)的脈沖發(fā)生器，基于經(jīng)編碼的比特序列的相位生成與該比特序列相關(guān)聯(lián)的若干脈沖，其中脈沖的數(shù)目等于該比特序列的長(zhǎng)度。而且，該方法包括:由低占空比的UWB發(fā)射機(jī)的DMPSK調(diào)制器通過(guò)使用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)的相位對(duì)所述若干脈沖進(jìn)行調(diào)制，來(lái)生成調(diào)制信號(hào)。
[0015]該方法可以包括:由低占空比的UWB發(fā)射機(jī)的相位檢測(cè)器使用經(jīng)編碼的比特序列的相位，從DMPSK表格中選擇隨機(jī)相位值。此外，該方法可以包括:使用低占空比的UWB發(fā)射機(jī)的比特加擾器通過(guò)將該隨機(jī)相位值乘以調(diào)制信號(hào)的相位值，來(lái)對(duì)該調(diào)制信號(hào)進(jìn)行加擾。
[0016]在另一個(gè)方面中，一種低占空比的UWB系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)包括差分?jǐn)U頻編碼器，其用于基于參考比特序列對(duì)比特序列的相位進(jìn)行編碼。該發(fā)射機(jī)還包括脈沖發(fā)生器，其用于使用經(jīng)編碼的比特序列的相位生成與該比特序列相關(guān)聯(lián)的若干脈沖，其中脈沖的數(shù)目等于該比特序列的長(zhǎng)度。此外，該發(fā)射機(jī)包括DMPSK調(diào)制器，其用于通過(guò)使用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)的相位對(duì)所述若干脈沖進(jìn)行調(diào)制，來(lái)生成調(diào)制信號(hào)。
[0017]該發(fā)射機(jī)可以包括相位檢測(cè)器，用于使用經(jīng)編碼的比特序列的相位，從DMPSK表格中選擇隨機(jī)相位值。而且，該發(fā)射機(jī)可以包括比特加擾器，用于通過(guò)將該隨機(jī)相位值乘以調(diào)制信號(hào)的相位值，來(lái)對(duì)該調(diào)制信號(hào)進(jìn)行加擾。
[0018]在另一方面中，一種低占空比的UWB接收機(jī)的用于處理經(jīng)由UWB網(wǎng)絡(luò)接收到的基帶信號(hào)的方法包括:使用差分器通過(guò)將與基帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)除以先前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)，來(lái)獲得利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列。該方法還包括:使用解擴(kuò)頻器通過(guò)將參考擴(kuò)頻序列乘以利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列，來(lái)獲得差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)。
[0019]該方法可以包括:使用比特解擾器對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行解擾以消除接收到的基帶信號(hào)中的隨機(jī)相位值。此外，該方法可以包括:從利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列中濾除一個(gè)或多個(gè)頻率，以消除殘余的脈沖形狀的頻率特性。
[0020]在另一方面中，一種低占空比的UWB系統(tǒng)的接收機(jī)包括差分器，用于通過(guò)將與基帶信號(hào)相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)除以先前的調(diào)制基帶數(shù)據(jù)符號(hào)，來(lái)獲得利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列。該接收機(jī)還包括解擴(kuò)頻器，用于通過(guò)將參考擴(kuò)頻序列乘以利用差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制的具有期望的循環(huán)自相關(guān)性的擴(kuò)頻序列，來(lái)獲得差分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)。
[0021]而且，該接收機(jī)可以包括比特解擾器，用于對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行解擾以消除