专利名称：多频带uwb无线通信系统中的脉冲调制和解调的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，尤其涉及一种用于在无线通信系统中对数据进行编码的方法。更具体地讲，本发明涉及一种用于在超宽带(UWB)无线通信系统中对数据进行编码的系统和方法。
术语超宽带用来指大量不同的无线通信系统。在一种超宽带(UWB)通信系统的形式中，发射机对数据进行编码以产生将被以射频发射的脉冲序列。接收机的功能则是检测这些脉冲，以便能够从所发射的信号中提取数据。
在一种特别提议的UWB通信系统的形式中，将可利用的带宽分成多个频带，并将数据符号分成多个脉冲，在不同的频带中发射构成符号的脉冲。通过将数据编码到多个频带中的每一个中的载波信号的相位或极性上来发射数据。由此，在每一个频带内，以第一相位或极性发射的脉冲表示第一二进制值，而以第二相位或极性发射的脉冲表示第二二进制值。
文献“General Atomics-PHY proposal”，N.Askar，IEEE802.15-03/105r0概述了这类系统。
因此，在这种系统中的接收机内，需要检测在每一个频带内所接收到的脉冲的相位，以便能够确定要在该频带中发射的数据。与此同时，出现的一个问题是需要在发射机和接收机中具有极稳定的和完全一致的参考频率发生器。然而，事实上，这很难实现。
根据本发明的第一个方案，提供一种通信系统，在该通信系统中借助于多频带中的脉冲的相位来发射数据，其中在至少一个频带中的至少一段时间内以预定相位发射信号。
在本发明的一个实施例中，可以将频带中的一个频带指定为参考频带，并且在参考频带中以固定的相位来发射脉冲。更为一般地，在其他频带中以与参考频带中的脉冲的相位具有已知关系的相位来发射脉冲。
在本发明的另一实施例中，可以将频带中的一个频带指定为参考频带，并在参考频带中以预定的时间间隔以预定的相位来发射脉冲。
指定的参考频带可以保持不变，或可以随时间变化。可以指定一个以上的参考频带。
在预定频带中在预定时间发射的脉冲的相位预定，允许接收机将其作为参考来使用以检测其他被发射的脉冲的相位。
根据本发明的第二个方案，提供一种用于在多频带无线通信系统中发射和接收数据的方法，该方法包括在至少一个参考频带中，以预定的相位发射脉冲序列，在多个其他频带中发射脉冲，所述脉冲的相位对发射数据进行编码；并在接收机中，对在其他频带中发射的脉冲进行解码，其中，在对其他频带中发射的脉冲进行解码时，将在第一频带中发射的脉冲用作相位参考。
在本发明的一个实施例中，可以在参考频带中以固定的相位发射脉冲。更为一般地，在其他频带中以与参考频带中的脉冲相位具有已知关系的相位来发射脉冲。
在本发明的另一实施例中，可以在参考频带中以预定的时间间隔以预定的相位来发射脉冲。
所指定的参考频带可以保持不变，或者可以随时间变化。可以指定一个以上的参考频带。
在附图中
图1是根据本发明的射频通信系统的发射机组成部分的方框示意图；图2是根据本发明的系统中的接收机的方框示意图3是示出根据本发明的系统的操作方法的流程图。
图1是无线通信系统的发射器100的组成部分的方框示意图。具体地，本文中所描述的发明特别涉及其在多频带超宽带(UWB)无线通信系统中的应用。UWB系统的定义是在从3.1至10.6GHz的频带中信号占据500MHz以上的带宽。在一种UWB系统中，将可用带宽分为多个单独的频带。虽然在本发明的不同实施中实际数目可以不同，但是在本发明所示出的该实施例中存在九个这种频带。
在图1所示的发射机中，在发射机100的数字信号处理器(DSP)102中产生和/或处理将要被发射的数据。然后将数据传给定时发生器104，在此将数据分为九个分离的频带。如图1所示，用于第一频带的发射路经(transmission path)106包括脉冲整形器108，在其中，根据从第一发射路径106发射的数据来形成脉冲。第一发射路径106还包括第一发射机本地振荡器(TLO1)110，其在总的可用带宽中的第一频带中产生频率。
将来自脉冲整形器108的脉冲和来自本地振荡器110的第一本地振荡器信号提供给门电路112，在其中，使用脉冲来调制本地振荡器信号。例如，在脉冲表示二进制“1”的情况下，可以以特定的相位在第一本地振荡器频率下产生信号；在脉冲表示二进制“0”的情况下，门电路112可以产生具有相反相位的信号。其他的、更为复杂的多相位编码方案也是可能的。
虽然为了简洁起见在图1中仅示出第九条发射路径，但是其他发射路径以相同的方式操作。因此，将分配给在第九频带中发射的数据传给脉冲整形器118，并且在门电路122中将最终的脉冲与来自第九发射机本地振荡器(TLO9)120的本地振荡器信号加以组合，以形成处于第九频带中的频率下的信号，其极性表示要被发射的数据。
众所周知，必须采取确保本地振荡器频率TLO1-TLO9满足所需条件的步骤。即，本地振荡器信号之间的相位和频率差必须为常数。例如，可以仅从一个标准本地振荡器中获得本地振荡器频率TLO1-TLO9，锁相环在本地振荡器信号之间建立所希望的关系。
然后在加法器124中将由九个发射路径中的门电路产生的信号加以组合，并且在传给发射天线128之前，在功率放大器126中放大最终信号。
图2是示出接收机200的组成的方框示意图，该接收机适合于接收从图1所示的那类发射机100中发射的信号。
在天线202处接收信号，然后在放大器204中将其放大。包含所有频带中的分量的最终信号然后进入到九个接收路径中，其中的每一个接收路径检测这些频带中的相应一个频带中的信号。
由此，在第一接收路径206中，第一接收机本地振荡器(RLO1)208产生在第一频带内的频率下的本地振荡器信号，并且将该本地振荡器信号传给第一混频器210，并经过90°移相器212传到第二混频器214。连接混频器210、214以接收进入到第一接收路径206中的接收信号，并因此检测该信号在第一本地振荡器频率下的同相和正交分量。对同相和正交分量均进行检测，以避免所接收的信号的相位相对于本地振荡器信号的相位处于90°的可能性，在这种情况下检测不到所接收的信号。
将混频器210、214的输出传给各自的积分器216、218，并且将积分输出传给各自的模块220、222，其每一个执行采样和保持功能以及模数转换功能。作为可以在UWB通信系统中获得的高数据率的结果，这些模块必须以适当的高速率对信号进行采样。例如，采样周期可能必须在100ps-1ns的数量级上。
模块220、222因此产生各自的表示处于第一本地振荡器频率下的信号的同相和正交分量的数字输出。然后将这些信号传给数字信号处理器224。总之，表示处于第一本地振荡器频率下的信号的同相和正交分量的数字输出是在该频率下所接收的信号的适当度量(measure)。
此外，接收机200包括九个这种接收路径，为了简洁起见在图2中仅示出其中的第一和第九条接收路径。
在第九接收路径226中，第九接收机本地振荡器(RLO9)228产生在第九频带中的频率下的本地振荡器信号，并且将其传给相应的第一混频器230，并经过90°移相器232传到相应的第二混频器234。如前所述，将第一和第二混频器230、234的输出传给各自的积分器236、238，然后传给执行采样和保持以及模数转换功能的模块240、242。
因此，与在第一接收路径206中相同，模块240、242产生表示处于第九频带中的信号的同相和正交分量的数字输出。此外，将这些数字信号传给数字信号处理器224。
为了确保正确检测所接收的信号，需要接收机中的本地振荡器RLO1-RLO9具有与发射机100中的本地振荡器TLO1-TLO9的频率和相位充分接近的频率和相位。因此，如以上参考发射机中的本地振荡器频率TLO1-TLO9的产生所进行的讨论，必须采取确保本地振荡器频率RLO1-RLO9满足这些所需条件的步骤。与在发射机中相同，例如可以仅从一个标准本地振荡器中获得所有本地振荡器频率RLO1-RLO9，锁相环在本地振荡器信号之间建立所希望的关系。
根据本发明的该实施例，这通过利用频带的其中之一来发射已知的数据来实现。例如，在本发明的该优选实施例中，使用频带中的一个来发射二进制“1”的恒定流。这意味着，当在接收机200中接收信号并且数字信号处理器224检测所发射的信号时，其可以调节由该频带中的本地振荡器产生的本地振荡器信号的相位和/或频率，以便确保实际上在该接收路径中检测到二进制“1”的恒定流。
此外，可以相应地调节其他接收路径中的本地振荡器，以便确保在那一频带中的本地振荡器与其他频带中的本地振荡器之间保持已知的频率和相位关系。在只存在一个标准本地振荡器，锁相环在本地振荡器信号之间建立所希望的关系的情况下，调节该标准本地振荡器则意味着自动调节所有的本地振荡器。然而，作为可选择的方案，原则上可以独立地调节所有的本地振荡器，虽然这在实践中并不便利。
图3是示出接收机200中的本地振荡器RLO1-RLO9的控制的当前优选方法的流程图。
在处理的步骤301中，检测所接收的信号。作为检测过程的一部分，接收机使用关于在频带的其中之一中所发射的数据的预定信息。如前所述，在本发明所示出的该实施例中，选择第一频带用于预定数据的发射，具体地，该频带用于发射脉冲序列，其相位都表示数据“1”，或任何其他已知的序列。
在步骤302中，调节这一频带中的本地振荡器信号(即该示出的实施例中的第一本地振荡器RLO1)的相位和频率，从而接收机正确地从在第一频带中发射的脉冲中检测到一系列的数据“1”。
在步骤303中，相应地调节其他频带中的本地振荡器信号(即该示出的实施例中的本地振荡器RLO2-RLO9)的相位和频率。如上所述，在本发明的优选实施例中，从单个本地振荡器中获得所有的本地振荡器。因此，调节第一本地振荡器RLO1的相位和频率自动引起对其他本地振荡器RLO2-RLO9的相应调节。
然后在步骤304中，随着对本地振荡器RLO2-RLO9进行调节，以普遍常规的方法检测在各个频带中发射的数据。即，在每个频带的路径对中的采样和保持以及模数转换模块产生表示在那些频带中所接收的信号的同相和正交分量的信号。数字信号处理器224然后分析这些信号，以确定在频带中所发射的脉冲的极性，并由此提取由这些脉冲所发射的数据。然后可以使用该数据来重构原始数据序列。
本文中参考实施例对本发明进行了说明，其中将频带的其中之一指定为参考频带，并且可以在参考频带中以固定相位发射脉冲。更为一般地，可以在其他频带中以与参考频带中的脉冲相位具有已知关系的相位来发射脉冲。
在本发明的另一实施例中，可以将频带的其中之一指定为参考频带，并且可以在参考频带中以预定的时间间隔以预定的相位来发射脉冲。当发射这些脉冲中的其中之一时，在接收机中进行任意调节以保持正确的相位和频率关系。
指定的参考频带可以保持不变，或者可以随时间变化。同样，可以指定一个以上的参考频带。
本文中参考实施例对本发明进行了说明，其中通过调节接收机中的本地振荡器的相位和/或频率来检测所发射的数据。然而，本发明的实施例也是可能的，其中在数字域中进行所需要的调节。即，能够使数字信号处理器224适合于调节从模块220、222、240、242等中接收的信号。具体地，可以使数字信号处理器224适合于确定为了准确检测指定参考频带中的已知相位的脉冲而需要进行的调节。根据该确定，数字信号处理器224还可以对根据从在其他频带中接收的信号中获得的数字信号进行相应的调节，然后可以使用所调节的信号来检测在那些其他频带中所接收的脉冲的相位。
因此，本文中所述的系统和方法允许准确地检测所发射的数据。该效果是在至少一部分时间内频带的其中之一不可用于数据发射，因为在该时间段内其用于发射已知数据，即，在本发明所示的实施例中，为二进制“1”的恒定流。然而，这一安排的优点是大大减少了对频率生成的要求。即，在接收机中可以补偿发射机内的本地振荡器中的任何适度的变化。此外，减小了对接收机内的本地振荡器中的绝对频率准确度的要求。
权利要求
1.一种通信系统，在该系统中借助于多个频带中的脉冲的相位来发射数据，其中在所述频带中的至少一个频带中，在至少一部分时间内以预定相位来发射信号。
2.如权利要求1所述的通信系统，其中，在接收机中，利用对所述预定相位的认识来检测所述多个频带中的其他频带中的脉冲的相位，在所述频带中的所述至少一个频带中以该预定相位来发射所述信号。
3.如权利要求1所述的通信系统，其中将所述频带的其中之一指定为参考频带，并且在其他频带中以与在所述参考频带中的脉冲的相位具有已知关系的相位来发射脉冲。
4.如权利要求3所述的通信系统，其中在所述参考频带中以恒定相位来发射脉冲。
5.如权利要求3所述的通信系统，其中在所述参考频带中以预定的时间间隔以预定的相位来发射脉冲。
6.如权利要求3、4或5所述的通信系统，其中所指定的参考频带保持不变。
7.如权利要求3、4或5所述的通信系统，其中所指定的参考频带随时间变化。
8.如权利要求3至7中的任何一项所述的通信系统，其中指定一个以上的参考频带。
9.如前述任何一项权利要求所述的通信系统，其中所述通信系统是超宽带无线通信系统。
10.一种在多频带无线通信系统中发射和接收数据的方法，该方法包括在第一频带中，以预定相位发射脉冲；在多个其他频带中发射脉冲，所述脉冲的相位对发射数据进行编码；并且在接收机中，对在所述其他频带中发射的脉冲进行解码，其中在对在所述其他频带中发射的脉冲进行解码时，将在第一频带中在至少一部分时间内发射的脉冲用作相位参考。
11.如权利要求10所述的方法，包括在所述多个其他频带中以与所述第一频带中的脉冲的相位具有已知关系的相位来发射脉冲。
12.如权利要求10或11所述的方法，包括在所述第一频带中以恒定相位来发射脉冲。
13.如权利要求10或11所述的方法，包括在所述第一频带中以预定的时间间隔以预定的相位来发射脉冲。
14.如权利要求10至13中的任何一项所述的方法，其中所述第一频带保持不变。
15.如权利要求10至13中的任何一项所述的方法，其中所述第一频带随时间变化。
16.如权利要求10至15中的任何一项所述的方法，其中指定一个以上的第一频带。
17.如权利要求10至16中的任何一项所述的方法，其中所述通信系统是超宽带无线通信系统。
18.一种发射机，用于多频带无线通信系统，该发射机包括频率发生器，用于在各个频带中的多个频率下产生信号；多个调制器，用于在所述多个频率下产生调制脉冲；其中所述多个调制器适合于在至少一部分时间内在所述多个频率中的第一个频率下产生具有预定相位的调制脉冲，并在所述多个频率中的其他频率下产生具有由要被发射的数据所确定的相应相位的调制脉冲。
19.如权利要求18所述的发射机，其中所述频率发生器包括单个本地振荡器参考频率发生器，以及用于通过其在各个频带中的所述多个频率下产生所述信号的装置。
20.一种接收机，用于多频带无线通信系统，该接收机包括频率发生器，用于在各个频带中的多个频率下产生信号；用于检测在所述多个频率下发射的脉冲的相位的装置；其中，在所述多个频率中的第一个频率下，所调制的脉冲具有预定相位，并且其中所述用于检测相位的装置适合于参考在所述多个频率中的所述第一个频率下在至少一部分时间内所接收的调制脉冲的预定相位来确定在所述多个频率中的其他频率下的信号的相位。
21.如权利要求20所述的接收机，其中所述频率发生器包括单个本地振荡器参考频率发生器，以及用于通过其在各个频带中的所述多个频率下产生所述信号的装置。
22.如权利要求21所述的接收机，包括用于根据检测到的所述多个频率中的所述第一个频率下的所述脉冲的相位来调节所述多个频率中的其它频率下的所述信号的频率和/或相位的装置。
全文摘要
在诸如多频带超宽带通信系统的无线通信系统中，借助于多频带中的脉冲的相位来发射数据。在至少一部分时间内在至少一个频带中以预定相位来发射信号，并且可以使用该信号以允许准确地检测在其他频带中发射的信号的相位。可以将所述频带的其中之一指定为参考频带，并且在参考频带中以恒定相位来发射脉冲。更为一般地，可以在其他频带中以与参考频带中的脉冲的相位具有已知关系的相位来发射脉冲。
文档编号H04B1/69GK1947349SQ200580013153
公开日2007年4月11日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年4月29日
发明者德克·雷夫曼, 拉夫·L·J·罗弗斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司