用于调制UWB脉冲序列的方法.pdf

本发明涉及一种用于以N个脉冲的至少一个序列Tsg的形式发送数据的方法，每一个脉冲包含在预定时间片Tc中。根据本发明的方法包括至少一个码元编码步骤，在该码元编码步骤期间第i个脉冲序列Tsg的每一个脉冲pj(从j＝1到N)乘以表示所述序列携带的码元的值Vi。通过本发明，脉冲序列Tsg携带的信息实际上由这个序列Tsg携带的功率来表示。该功率与脉冲pj的振幅有关。然后，在所述接收机不必就时间而言精确地映象已接收的脉冲序列情况下，该信息可以由接收机来恢复。

1.  一种用于在包括至少一台发射机和一台接收机的电信系统中发送数据的方法，所述发射机用于发送由N个脉冲中的至少一个脉冲序列在N个时间窗上形成的信号，每一脉冲包括在时间片内，该时间片在相应时间窗内的位置是由片数来定义，该方法包括在发送所述脉冲序列之前执行的至少一个码元编码步骤，在码元编码步骤过程中，每一个脉冲序列乘以表示所述脉冲序列携带的码元的值。

2.  如权利要求1所述的方法，根据此方法，在所述码元编码步骤过程中每一个脉冲乘以随机选择等于+1或-1的值。

3.  如权利要求1或2所述的方法，根据此方法，在所述码元编码步骤过程中相同脉冲序列的所有脉冲提交到时间抖动。

4.  如权利要求1到3中的任何一个的方法，根据此方法，相同脉冲序列的所有脉冲实际上具有相同形状。

5.  如权利要求1到4中的任何一个的方法，根据此方法，每一个将要发送的信号由预定数目脉冲序列的叠加构成，每一组脉冲序列提交到码元编码步骤和对应于可用于发送的总带宽事先已经划分成的多个子带的一个。

6.  一种包括至少一台发射机和一台接收机的电信系统，所述发射机用于发送由N个脉冲的至少一个脉冲序列在N个时间窗上形成的信号，每一脉冲包括在时间片内，该时间片在相应时间窗内的位置是由片数来定义，系统中的发射机包括用于用表示所述脉冲序列携带的码元的值乘以每一脉冲序列的码元编码装置。

7.  如权利要求6所述的电信系统，其中，发射机进一步包括用于随机产生等于+1或-1的值的随机二进制发生器，所述值乘以脉冲序列的连续脉冲。

8.  如权利要求6或7所述的电信系统，其中，发射机进一步包括用于将相同脉冲序列的所有脉冲提交到时间抖动的时间延迟装置。

9.  如权利要求6到8中的任何一个的电信系统，其中，所述发射机进一步包括用于接收预定数目脉冲序列的信号组合装置，每一个脉冲序列已经由码元编码装置产生并对应于可用于发送的总带宽事先已经划分成的多个子带中的一个，所述信号组合装置用于将所有所述脉冲序列组合成信号以便发送。

10.  一种用于发送由N个脉冲序列的至少一个序列在N个时间窗形成的信号的设备，每一脉冲包括在时间片内，该时间片在相应时间窗内的位置是由片数来定义的，其中发射机包括用于用表示所述脉冲序列携带的码元的值乘以每一脉冲序列的码元编码装置。

用于调制UWB脉冲序列的方法
本发明涉及一种用于在包括至少一台发射机和一台接收机的电信系统中发送数据的方法，所述收发机用于发送由N个脉冲的至少一个序列在N个时间窗上形成的信号，每一个脉冲包含在时间片内，该时间片在它相应时间窗的位置由片数来定义。
当前正在评价所谓超宽带电信系统(也称为UWB系统)相关性的目标下研究这种数据发送方法。在这种系统中，每一台发射机由上述的片数形成的标记来识别，该标记本身十分强健，因此可以可靠、精确地与所有潜在的接收机通信。
在UWB系统中使用的脉冲很短，例如，具有低于0.1纳秒的持续时间，其为这种系统提供至少有10千兆赫那样大的带宽，承担高灵活性，因此具有大量可能用于这种系统的应用。
上面描述的信号可以形成载波信号，该载波信号上的信息可以通过调制所述载波信号来编码。发明人已经观察到：由于包含的脉冲短，与给定脉冲序列的精确同步在接收机端将很难实施，因此为了节约成本，选择的调制方案应当包括尽可能少的时间相关参数。
因此，本发明旨在提供调制方案，根据此方案，在所述接收机不必就时间而言精确地映象已接收的脉冲序列的情况下，脉冲序列携带的信息可以在接收机端恢复。
实际上，根据本发明的正文首段所描述的发送数据的方法，其特征在于：包括在发送所述脉冲序列之前执行的至少一个码元编码步骤，在码元编码步骤的过程中，每一脉冲序列乘以表示所述脉冲序列携带的码元的值。
借助于这种调制方案，根据本发明的超带宽电信系统中发送的信号所携带的信息实际上可以用这些信号携带的功率来表示，该功率是与包括在这种信号内的脉冲的振幅有关。
根据本发明的第一变化，给定序列的每一脉冲乘以在码元编码步骤过程中随机选择等于+1或-1的值。
本发明的这个第一变化能够获得正脉冲和负脉冲的随机分布，因为所述信息是与所述脉冲的矩形形式相关，所以它不影响所述脉冲携带的信息，但允许防止在光谱域里出现高振幅峰值，该峰值可以干扰不包括在电信系统中的设备。这种频率干扰通常被是受限的，并且作为欧盟指引的83/336 CEE和美国联邦通信委员会规定的目标。
根据本发明的第二变化，相同脉冲序列的所有脉冲在码元编码步骤中提交给时间抖动。
这样的时间抖动就通信信道引起的延迟传播而言将更优选保持小，通过该通信信道已调的信号将被发送。这种时间抖动不影响脉冲序列携带的信号，并根据本发明主要将灵活性的附加级别增加到调制方案。
根据本发明的第三变化，相同的脉冲序列的所有脉冲基本上都有相同的形状。
尽管相同的序列的脉冲可能有不同的形状，假定它们都基本上有相同宽度并携带相同数量的能量，所有属于相同序列的脉冲的相同形状的选择能简化根据本发明的调制方案的实施。例如，脉冲可以具有定义为高斯函数的第二规则派生的形状。本领域普通技术人员公知的其它形状当然也用于这个相同目地。
根据本发明的第四变化，将要发送的每一个信号由一个预定数目的脉冲序列的叠加构成，每一组脉冲序列已经提交到码元编码步骤并对应于其中可用于发送的总带宽事先已经划分成的多个子带之一。
本发明的这个第四变化能通过相同通信信道同时发送几个码元，并因此有效地提高包括本发明的这种变化的电信系统的吞吐量。
根据其面向硬件的其中一个方面，本发明也涉及包括至少一台发射机和一台接收机的电信系统，所述发射机用于发送由N个脉冲的至少一个脉冲序列在N个时间窗上形成的信号，每一脉冲包括在时间片内，该时间片在相应时间窗的位置是由片数来定义，系统中的发射机包括用于用表示所述脉冲序列携带的码元的值乘以每一脉冲序列的码元编码装置。
根据该面向硬件方面的第一变化，发射机还包括用于随机产生等于+1或-1的值的随机二进制发生器，脉冲序列的连续脉冲乘以该值。
根据该硬件相关方面的第二变化，发射机还包括用于将相同脉冲序列的所有脉冲提交到时间抖动的时间延迟装置。
根据该硬件相关方面的又一变化，发射机进一步包括用于接收预定数目的脉冲序列的信号组合装置，每一脉冲序列已经由码元编码装置产生并对应于可用于发送的总带宽事先已经划分成的多个子带之一，所述信号组合装置用于将所有所述脉冲序列组合成信号以便发送。
根据其面向硬件的又一个方面，本发明还涉及用于发送由N个脉冲的至少一个序列在N个时间窗上形成的信号的设备，每一脉冲包括在时间片内，该时间片在相应时间窗的位置是由片数来定义，该发射机包括用于用表示所述脉冲序列携带的码元的值乘以每一个脉冲序列的码元编码装置。
从阅读下面给定关于附图的描述中，上面提到的本发明的特征和其它特征显得更加清楚，其中：
图1是描述使用本发明的电信系统的功能图；
图2是描述构成在这样的电信系统中发送的载波信号的脉冲序列的计时图；
图3是描述可以用于产生这样序列的脉冲模式的计时图；以及
图4是描述包括多个脉冲序列的数据帧的计时图。
图1描述实施本发明的电信系统SYST。这种系统SYST包括至少一台发射机TRD和一台接收机RCD，例如，它们可以由诸如移动电话的设备构成。发射机TRD用于发送由N个脉冲pj(从j＝1到N)的至少一个序列在N个时间窗Tf上形成的信号Tsg，每一个脉冲包括在时间片Tc内，该时间片在相关时间窗内的位置由片数cj(从j＝1到N)来定义。例如，包括在该序列中的脉冲数HN可以选择等于128，而每一时间窗Tf的宽度可以选择等于100纳秒，同时每一时间片Tc的宽度为1纳秒。
根据本发明，发射机TRD包括用于用表示所述脉冲序列携带的码元的值(优选整数值)乘以每一脉冲序列的码元编码装置ENC。
因此，发送信号Tsg携带的信息实际上可以用该信号Tsg携带的功率表示，该功率是与包括在所述信号Tsg中的脉冲的振幅相关。然后，在所述接收机RCD不必就时间而言精确地映象接收脉冲序列的情况下，该信息可以由接收机RCD恢复。
图2以计时图形式描述发送信号Tsg，据此，每一脉冲序列具有分成具有每一持续时间Tf的时间窗的整个持续时间Ts，每一时间窗被再分成时间片Tc，每一窗口中的单个时间片用于包括脉冲pj(从j＝1到N)，该单个时间片通过片数cj来识别。因此，这个发送的信号Tsg的发射机由所有上面提到的片数ci(从j＝1到N)结合形成的标记Sg＝(c1，c2...cN)识别，该标记Sg本身十分强壮，因此可以可靠、精确地与所有潜在接收机通信。
根据本发明，属于显示在该图片中的脉冲序列的每一脉冲pj(从j＝1到N)乘以表示所述脉冲序列携带的码元的相同整型值Vi，以该序列携带的功率形式，参考“i”表示分配给要考虑的脉冲序列的参考数。
此外，脉冲pj(从j＝1到N)乘以在码元编码步骤过程中随机选择等于+1或-1的值αj，使得在这里示出的例子中，第二脉冲p2是负的。
这种因为所述信息与所述脉冲的矩形相关，所以这种正脉冲和负脉冲的随机分布不影响所述脉冲携带的信息，但允许在光谱域中防止出现高振幅峰值。
这里描述的脉冲序列的所有脉冲pj(j＝1到N)在码元编码步骤过程中可以附加地提交给时间抖动dti。
由时间延迟装置引起的时间抖动就通信信道引起的延迟传播而言将保持较小，通过该通信信道已调制的信号将被发送。例如，延迟传播可以具有100纳秒的值。这样的时间抖动不影响每一脉冲序列携带的信息，并主要将灵活性的附加级别增加到根据本发明的调制方案中。
发送的信号Tsg可以这样以下面形式表述：
Tsg ( t ) = Σ i , j Vi . aj . pj ( t - cj - j . Tf - dti ) ]]>
本发明的可选实施例没有在这里示出，发送的信号Tsg可以由预定数目脉冲序列的叠加构成，每一脉冲序列提交到码元编码步骤并对应于可用于发送的总带宽事先已经划分成的多个子带的一个。
在这种实施例中，对应于等级k(具有k＝1到K，其中K是子带的总数)的给定子带的每一脉冲序列将表述如下：
Tsgk ( t ) = Σ i , j Vki . akj . pkj ( t - ckj - j . Tf - dtki ) ]]>
具有
Tsg ( t ) = Σ k Tsgk ( t ) ]]>
本发明的第四变化能够通过相同通信信道同时发送多个码元，并因此有效地提高包括本发明变化的电信系统的吞吐量。
图3是另一个描述可以选择作为构成上述脉冲的可能形状p(t)的计时图。相同序列的脉冲pj(t)(从j＝1到N)可以具有不同形状，假定它们实际上具有相同宽度并携带相同数量的能量。然而，属于相同序列的所有脉冲pj(t)(从j＝1到N)可以具有相同的形状，例如这里描述的形状p(t)，该形状被定义为高斯函数的第二规则的派生，这可以算术表示为p(t)＝A.[1-4π(t/Tw)²].exp(-2π(t/Tw)²)。本领域技术人员公知的其它脉冲形状当然也用于相同目的。
图4也是另一描述诸如上面描述的连续脉冲序列形成的数据帧DF的计时图，每一个具有总持续时间Ts，为了防止由下面一个脉冲序列形成的给定序列的变更而周期性插入在两个这样序列之间的保护间隔GI，例如，该变更可以由在所述脉冲序列之间的相互调制引起。因此该数据帧DF由具有每一持续时间Tr的连续帧构成，具有Tr＝Ts+GI，以及包括如上面描述的每一脉冲序列。
在特定的应用中，任何给定发射机的标记可以在所述发射机内动态产生并可以从一脉冲序列变化到另一序列。例如，这种标记通过预编程可移位寄存器的特定控制产生。在这种应用中，任何给定接收机必须能重新产生对应于每一脉冲序列的每一标记，该标记可以通过给所述接收机提供可移位寄存器来获得，该可移位寄存器根据电信系统的控制基础结构预先发送到所述接收机的指令(例如媒介访问控制信号的形式)来预编程和控制。
为了鉴别数据帧DF的信息内容，用于接收这样数据帧DF的设备必须仅能测量表示连续脉冲序列携带功率的连续量的数量，而没有必要就时间方面精确地映象接收的脉冲序列。