《脉冲超宽带无线电通信系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《脉冲超宽带无线电通信系统.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN101946474A43申请公布日20110112CN101946474ACN101946474A21申请号200880127112622申请日2008072312/103,11720080415USH04L25/49200601H03K7/02200601H04B7/005200601H04L29/0220060171申请人聂宏地址加拿大艾伯塔申请人陈志璋72发明人聂宏陈志璋74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人丁艺沙捷54发明名称脉冲超宽带无线电通信系统57摘要本发明提供了一种实现脉冲超宽带通信系统的方法和设备。该方法和设备将发送参考技术与码域移位参考方案结。
2、合起来，其中码域移位参考方案利用诸如沃尔什码的子集这样的码序列，将参考脉冲和数据脉冲分离开。对移位码在发送机处和检测码在接收机处的结合使用使得能够从同时发送的参考脉冲序列和数据脉冲序列中正确地检测信息比特。在超宽带无线电系统中的这两种技术的结合省去了传统发送参考超宽带系统所需的宽带延时单元。此外，本发明提供了一种不需要模拟载波且复杂度比其他超宽带系统低的系统，该系统同时还具有较优的性能，较强的抗非线性以及较大的信息容量。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010081986PCT申请的申请数据PCT/CA2008/0013352008072387PCT申请的公布数据WO2009/127。
3、036EN2009102251INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书6页附图4页CN101946482A1/3页21一种在超宽带无线电通信系统中发送和接收信息比特的方法，其包括使用移位码对参考比特和至少一位信息比特进行编码；用根据编码后的参考比特和至少一位编码后的信息比特确定的调制幅度，来对超宽带脉冲序列进行调制；将调制后的超宽带脉冲序列作为信号发送；接收所述信号；以及使用检测码来解码所接收的信号。2如权利要求1所述的方法，其中用调制幅度对宽带脉冲序列进行调制的步骤包括通过将编码后的比特相加得到调制幅度序列，来确定所述调制幅度；以及通过使用该调制幅度的绝。
4、对值，来对超宽带脉冲序列的幅度进行调制。3如权利要求1所述的方法，其中解码所接收的信号的步骤包括通过对所述信号求平方以及在一段时间内进行积分运算，来产生信号值序列；以及从所述信号值序列恢复所述信息比特。4如权利要求3所述的方法，其中从所述信号值序列恢复所述信息比特的步骤包括对所述信号值序列与检测码序列进行相关计算；以及从所得相关结果中确定所述信息比特。5如权利要求4所述的方法，其中对至少一位信息比特进行编码的步骤，包括对至少一位信息比特直接编码。6如权利要求5所述的方法，其中从所述相关结果中确定所述信息比特的步骤，包括根据相应的相关结果的极性来确定各个信息比特。7如权利要求6所述的方法，其中移。
5、位码CK和检测码为符合以下条件的沃尔什码且其中，M为一组中信息比特的数目，K、L和N为整数下标。8如权利要求4所述的方法，其中从所述相关结果中确定所述信息比特的步骤，包括确定哪一组信息比特会使达到最大值，其中J是信息比特的编组号码，M为该组中信息比特的数目，K标识该组内的某个信息比特，N和L为标识产生特定相关结果所用的对应检测码的下标。9如权利要求8所述的方法，其中对至少一位信息比特进行编码的步骤包括根据等式产生经处理的信息比特DJK，其中BJL为原始信息比特，J为信息比特的编组号码，M为该组中信息比特的数目，K标识该组中的某个信息比特，L是求积指数；以及对所述经处理的信息比特进行编码。10如。
6、权利要求9所述的方法，其中所述移位码CL和所述检测码为符合以下条件的沃尔什码且权利要求书CN101946474ACN101946482A2/3页3除LP且NQ之外，且其中M为每组中信息比特的数目，L、N、P和Q为整数下标。11一种超宽带无线电通信系统，包括产生超宽带脉冲序列的装置，其中所述超宽带脉冲序列包含编码后的参考比特和至少一位编码后的信息比特；发送机，其具有用于将所述超宽带脉冲作为信号发送的天线；接收机，其具有用于接收所述信号的天线；以及用于解码所述信号以恢复至少一位信息比特的装置。12如权利要求11所述的超宽带无线电通信系统，其中用于产生超宽带脉冲序列的装置包括对参考比特和至少一位信息。
7、比特进行编码的装置。13如权利要求12所述的超宽带无线电通信系统，其中用于对参考比特和至少一位信息比特进行编码的装置包括通过移位码序列对所述参考比特和所述至少一位信息比特进行编码的装置；将编码后的比特相加得到调制幅度序列的装置；通过使用所述调制幅度的绝对值，对超宽带脉冲序列的幅度进行调制的装置。14如权利要求13所述的超宽带无线电通信系统，其中用于解码所述信号的装置包括对所述信号求平方并在一段时间内进行积分运算从而产生信号值序列的装置；从所得信号值序列恢复所述信息比特的信息比特检测单元。15如权利要求14所述的超宽带无线电通信系统，其中所述信息比特检测单元包括用于对所述信号值序列与检测码序列进。
8、行相关运算的装置从所述相关结果确定所述信息比特的装置。16如权利要求15所述的超宽带无线电通信系统，其中用于对所述至少一位信息比特进行编码的装置，包括对所述至少一位信息比特进行直接编码的装置。17如权利要求16所述的超宽带无线电通信系统，其中用于从所述相关结果确定所述信息比特的装置，通过根据相应的相关结果的极性来确定各个信息比特来实现。18如权利要求17所述的超宽带无线电通信系统，其中所述移位码CK和所述检测码为符合以下条件的沃尔什码且其中M为每组中信息比特的数目，K、L和N为整数下标。19如权利要求14所述的超宽带无线电通信系统，其中从所述相关结果确定所述信息比特的装置通过确定哪一组信息比特。
9、会使达到最大值来实现，其中J是信息比特的编组号码，M为该组中信息比特的数目，K标识该组中的某个信息比特，N和L为产生一个特定相关结果所用的一个特定检测码的下标。20如权利要求17所述的超宽带无线电通信系统，其中所述移位码CL和所述检测码为符合以下条件的沃尔什码权利要求书CN101946474ACN101946482A3/3页4且除LP且NQ之外，且其中M为每组中信息比特的数目，L、N、P和Q为整数下标。权利要求书CN101946474ACN101946482A1/6页5脉冲超宽带无线电通信系统技术领域0001此发明涉及无线电通信系统，特别是涉及超宽带的UWB无线电通信系统。背景技术0002可在。
10、无线信道中传输数字信息的无线电通信技术有很多种。这些技术被广泛应用于移动电话、传呼、远程数据采集或传感器系统及无线计算机网络等系统。绝大多数无线通信技术将要传输的数字信息调制到高频载波或窄脉冲上，然后通过天线发送出去。0003超宽带技术是上述无线通信技术中的一种。超宽带系统被定义为，所发射的无线电信号的10DB带宽大于其中心频率的20或大于500MHZ的通信系统。对于室内和室外应用的给定频谱掩码需求，美国联邦通信委员会为超宽带系统开放了一个位于31106GHZ的免许可证频段。任何超宽带系统只要其所发射的无线信号功率频谱低于美国联邦通信委员会规定的室内或室外上限，即可免费使用这一频段。脉冲无线电。
11、IR超宽带技术是一种常用的利用这种较宽带宽的信号传送技术，其发送极窄的脉冲或脉冲波形。由于传输窄脉冲不需要载波，脉冲超宽带系统具有系统复杂度低、功耗低及定位跟踪精度高等优点。这些优点使脉冲超宽带技术可广泛应用于传感器网络等无线应用中。0004遗憾的是，传输窄脉冲也给脉冲超宽带接收机的设计带来了严重的问题。在多径环境特别是非视距环境中，接收到的脉冲超宽带信号包含许多可分解的多径分量，其数量远远大于任何其它无线通信系统中可分解的多径分量的数量。一般来说，对于具有多个可分解的多径分量的接收到的信号，RAKE接收机通过给每个多径分量分配一个检测单元DETECTINGFINGER，就能够有效地捕捉分布在。
12、各个多径分量的信号能量。然而为了能够准确地匹配特定的多径分量的幅度、相位及时延，每个检测单元都要有单独的一套信道估计、多径捕捉MULTIPATHACQUISITION及跟踪操作。因此，当检测单元的数量很大时，RAKE接收机的系统复杂度将变得不可接受。为了平衡脉冲超宽带系统的性能和复杂度，某些RAKE接收机仅仅给具有较强信号能量的可分解多径分量分配有限数目的检测单元。此类RAKE接收机称为选择性RAKE接收机。0005为了能够从更多的多径分量中捕捉信号能量但仍能保持低系统复杂度，发明出一种基于发送参考TR的收发机，专门用于在多径环境中检测脉冲超宽带信号。发送参考收发机在每帧信号中发送两个脉冲，一。
13、个是参考脉冲，另一个是经调制的数据脉冲。这两个脉冲间隔一段发送参考接收机已知的时间。在接收机侧，发送参考接收机将接收到的脉冲超宽带信号与其经延时后的版本相关起来，以恢复发送的信息位，其中这些信号经延时后的版本包含了参考脉冲。由于参考脉冲与数据脉冲遭受同样的多径衰落，参考脉冲为检测数据脉冲提供了完美的匹配模板。因此，发送参考接收机不需要显式信道估计、多径捕捉及跟踪操作，从而能够以比不利用经延时的参考脉冲的脉冲超宽带系统低的系统复杂度，来从更多的多径分量中捕捉信号能量。0006然而，为了得到脉冲超宽带信号的延时版本，发送参考技术需要一个带宽可达几千兆赫兹的超宽带延时单元。对于低复杂度低功耗的脉冲超。
14、宽带系统，这是非常难以实现说明书CN101946474ACN101946482A2/6页6的，特别是在以集成电路作为系统实现手段的时候。0007最近，发明出一种检测多径分量的方法，其中用轻微移频的参考FSR信号来代替发送参考发送机中的时移参考信号，以便去掉发送参考接收机中的延时单元。在频移参考系统的发送机中，参考脉冲序列和一个或多个数据脉冲序列被同时发送。但通过乘上特定的频率音调FREQUENCYTONE，来使各个数据脉冲序列在频域中移位少许。在接收机侧，通过同样的一组频率音调来移位参考脉冲序列，以检测出各个数据脉冲序列。由于参考脉冲序列和数据脉冲序列的分隔是在频域而不是时域实现的，因此接收机。
15、不需要延时单元。0008然而，频移参考技术使用模拟载波在发送机侧及接收机侧移位脉冲超宽带信号。这增加了频移参考收发机的复杂度，从而抵消了去掉延时单元所得到的优势。另外，频移参考收发机的性能低于发送参考收发机。因为频移参考收发机可能会受到由振荡器不一致性造成的频率不准确性、由多径衰落造成的相位不准确性及由非线性放大器造成的幅度不精确性的影响。0009一种不需要延时单元且不使用模拟载波的IRUWB技术，可提供发送参考收发机的性能优势，同时又不会有延时单元所固有的复杂度。发明内容0010根据本发明的一个方面，提供了一种在超宽度无线电通信系统中发送和接收信息比特的方法。通过使用移位码将一位参考比特和至。
16、少一位信息比特编码。然后，用根据编码后的参考比特和至少一位编码后的信息比特确定出的幅度，来调制超宽带脉冲序列。将调制后的超宽带脉冲序列作为信号发送。该信号被接收到，并通过使用检测码来解码该信号。0011根据本发明的另一方面，提供了一种超宽带无线电通信系统。这种超宽带无线电通信系统包括用于产生宽带脉冲序列的装置，该宽带脉冲序列包含一位经编码的参考比特和至少一位经编码的信息比特。该超宽带无线电通信系统包括具有用于发送超宽带脉冲的天线的发送机，还包括具有用于接收信号的天线的接收机，以及用于解码信号从而恢复至少一位信息比特的装置。0012本发明的方法可以作为处理指令存储于计算机可读介质内。0013本发。
17、明的方法和设备提供了一种复杂度低而性能高的脉冲超宽带技术。在本发明中，通过使用码域移位使参考脉冲序列从数据脉冲序列移位分开，而不是通过使用频域移位或时域移位来实现。此外，联合使用移位码在发射机处和检测码在接收机处使得能够从同时发送的参考脉冲序列和数据脉冲序列中正确地检测出信息比特。数字序列的使用也省去了在接收机中使用复杂模拟器件的需要。附图说明0014通过以下参考附图对优选实施例做出的详细描述，本发明的特征和优势将变得一目了然。这些附图包括0015图1是根据本发明一个实施例的一种码域移位参考超宽带发送机的框图。0016图2是根据本发明一个实施例的一种码域移位参考超宽带接收机的框图。0017图3。
18、是根据本发明一个实施例的在图2接收机内部的信息比特检测单元的框图。说明书CN101946474ACN101946482A3/6页70018图4是根据本发明另一实施例的在图2接收机内部的信息比特检测单元的框图。0019图5是根据本发明一个实施例的在超宽带无线电通信系统中发送信息比特的方法的流程图。0020图6是根据本发明一个实施例的在超宽带无线电通信系统中接收和解码信息比特的方法的流程图。0021应注意，在附图中，相似的特征具有相似的标号。具体实施方式0022参考图1，所示为根据本发明的一个实施例的码域移位参考CODESHFTEDREFERENCE超宽带发送机的框图。通过调制NF个超宽带脉冲的幅。
19、度，来将一位参考比特1和M位信息比特BJ1，BJ2，BJM同时发送，其中BJK1，1。J是当将信息比特划分为每M比特为一组的多个组时的组索引。从图1可以发现，第I个脉冲的调制幅度AIJ可计算如下00230024其中A是常数；DJ1，DJ2DJM是处理后的信息比特后文中将解释如何由信息比特BJK来确定DJK；下标I指示脉冲编号；C0，C1，CK，CM为M1个移位码组，其中，且CIK1，1。调制幅度AIJ被应用于由超宽带脉冲发生器12所产生的第I个脉冲，该调制后的脉冲与其它NF1个调制脉冲一起被送至超宽带天线14后发送到传输介质中。通过这种方法，M位信息比特和一位参考比特通过使用移位码实现码域移位。
20、，并被同时发送。0025移位码CK与检测码是匹配使用的。它们之间的关系将在后文中进一步陈述。本发明涵盖了各种不同的码域移位参考超宽带方案，A的取值，由信息比特BJK得到经处理的信息比特DJK的方式，以及对移位码CK与检测码的限制均根据具体采用的码域移位参考超宽带方案的类型而定。以下为两种类型的码域移位参考超宽带方案的举例说明。0026一种码域移位参考超宽带方案采用了直接编码移位参考。在直接编码移位参考超宽带方案中，信息比特BJK直接被移位码CK编码。换言之，移位码被应用到的经处理的信息比特DJK与信息比特BJK相同。以下则为该方案中对应的约束条件和取值方法0027002800290030003。
21、10032参考后文及图3可见，恢复每个信息比特要使用一个检测码，所以，需使用M个检测码说明书CN101946474ACN101946482A4/6页80033举例而言，符合以下两条准则的沃尔什码可产生满足上述三个条件的移位码和检测码003400350036对于长度为2N的沃尔什码，至多可以从符合以上两条准则的码组中选取2N11个移位码和2N1个检测码。所用的沃尔什码的长度2N，与每组中超宽带脉冲的个数NF相同。0037表1中举例列出直接码域移位参考超宽带方案中所使用的多组移位码和检测码。该表格中包含了发送每组信息比特所用的脉冲个数NF的三种不同取值。可以发现，当NF等于2N时，至多可以同时发送。
22、M2N1个信息比特。因此，每组中传送的信息比特数决定了所需沃尔什码的长度，或者反过来说，使用的沃尔什码的长度可用于确定每组的信息比特的数目。0038表100390040另一种码域移位参考超宽带方案采用了差分编码移位参考的方法。在该方案中，信息比特BJK首先被差分编码，然后通过移位码CK被编码。具体的约束条件和取值方法如下所述0041A100420043并且0044并且说明书CN101946474ACN101946482A5/6页90045其中，并且0046举例而言，符合以下两条准则的沃尔什码可产生满足上述两个条件的移位码和检测码0047并且0048除LP且NQ以外，并且0049上述两条准则意味。
23、着，如果移位码个数为M1，则相应的检测码个数必须为MM1/2个。对于长度为2N的沃尔什码，至多可选取2N1个码作为检测码因此，每组的信息比特数目被限制在0050MM1/22N1，0051在这里，传送每组信息比特所用的超宽带脉冲数与沃尔什码的长度相等，即2N。0052表2中举例列出差分码域移位参考超宽带方案中所使用的多组移位码和检测码。该表格中列出了用于发送每组信息比特的脉冲个数NF的三种不同取值。0053表200540055图2所示为，根据本发明的一个实施例的一种码域移位参考超宽带接收机的框图。超宽带天线20接收到超宽带信号RT，并将其传送至带通滤波器22。该带通滤波器与所发送的超宽带信号的带。
24、宽匹配，以滤除带外噪声和干扰。带通滤波器22的输出被求平方运算后，被送至积分器26。积分器26在JNFITF至JNFITFTM时间段内对所得平方信号进行积分运算，其中TF为相邻两个超宽带脉冲之间的时间间隔，TM为经历多径无线信道的畸变后的超宽带脉冲持续时间。积分结果为一系列信号值，它们之后被送至信息比特检测单元28。信息比特检测单元28判定M个复原的信息比特0056图3所示为根据本发明一个实施例的用于直接码域移位的信息比特检测单元28的框图。将每个检测码与信号值系列RIJ相关起来，得到相关结果K取值范围为1至M。通过对每相关结果进行简单的极性判定，确定出M个复原的信息比特。0057图4所示为根。
25、据本发明一个实施例的用于差分码域移位的信息比特检测单元28的框图。每一个检测码被与信号值系列RIJ相关起来，得到相关结果其中L取值范围说明书CN101946474ACN101946482A6/6页10为0至M1，N取值范围为1至M。之后这些相关结果被送至最大值计算单元40。在那里，通过判定哪一组会使达到最大值，也就是说00580059图5所示为根据本发明一个实施例的一种在超宽带无线电通信系统中发送信息比特的方法的流程图。在步骤50，经处理的信息比特DJ1，DJ2，DJM被确定。在以上两个示例方案中，该确定步骤可以是简单地使经处理的信息比特等于信息比特直接码域移位参考方案中，或者是使经处理后的信。
26、息比特等于某些信息比特的乘积差分码域移位参考方案中。在步骤52，如参考图1可见，如前所述那样通过使用移位码CK来对经处理的信息比特和一位参考比特进行编码。在步骤54，用根据编码后的信息比特和编码后的参考比特确定出的调制幅度AIJ来调制超宽带脉冲。在步骤56，经调制的超宽带脉冲被发送出去。0060图6所示为根据本发明一个实施例的超宽带无线电通信系统中用于接收和解码信息比特的方法的流程图。在步骤60，接收到信号。在步骤62，信号值序列被确定。在步骤64，通过使用检测码从信号值序列中提取出信息比特如前所述，检测码与图5步骤54中对信息比特和参考比特进行编码的移位码联系起来。0061本文采用沃尔什码作。
27、为移位码和检测码来描述本发明原理。此外，对于任何其他编码，只要它们能够如图1所示那样将信息比特编码为AIJ且能够如图2所示那样从信号值RIJ中恢复信息比特，就也可以被应用。举例而言，对于直接码域移位超宽带方案，任何满足段落2325中所提出的三个条件的码组均可被采用；或者对于差分码域移位参考超宽带方案，任何满足段落3536中所提出的两个条件的码组均可被使用。0062本发明的方法优选地实现为发送机和接收机中的硬件。举例而言，图1中的调制幅度AIJ的确定可通过一个或者多个集成电路来执行，如可由图2中的带通滤波器、平方函数、积分器和信息比特检测单元来执行一样。本发明也作为下载到计算机处理器或其他设备上。
28、的软件来实现，但是这种实现方法与硬件方式相比处理信号的速度可能较慢，因而稍微逊色。当然，也可以软件和硬件的组合的方式来实现本发明。如果以软件的形式来实现本发明的方法，则该方法的逻辑指令可存储在计算机可读介质上。0063本文中所列的实施例仅具有实例示范作用，本领域技术人员可以对上述实施例进行改变，而不会背离本发明本身内在基本原理原则。说明书CN101946474ACN101946482A1/4页11图1图2说明书附图CN101946474ACN101946482A2/4页12图3说明书附图CN101946474ACN101946482A3/4页13图4说明书附图CN101946474ACN101946482A4/4页14图5图6说明书附图CN101946474A。