借助超宽带传输进行无线电传输的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于无线电传输消息符号的方法，所述消息符号作为宽带发送信 号通过UWB发送器发送。UWB代表公知的超宽带传输（UWB-ultrawideband(超宽带））， 正如其例如以也作为标准IEEE802. 15. 4a的形式定义的那样。因此宽带发送信号借助脉 冲相位调制（英语：PPM_pulsepositionmodulation)产生并且因此具有带有许多被调制 的频率线的线谱。脉冲相位调制相应于其英语名称也称为脉冲位置调制。属于本发明的还 有借助超宽带传输进行无线电传输的系统和用于该系统的接收器。
【背景技术】
[0002] 下面根据图1详细说明脉冲相位调制。所示出的是一个图表，其中在时间t上绘 制UWB发送器的控制信号s，通过该控制信号s例如能够控制用于产生电磁无线电信号的振 荡器。在脉冲相位调制的情况下可以通过UWB发送器把消息符号12、12'的序列10作为脉 动或者脉冲14、14'的序列来表示，它们在预先给定的发送栅格或者时间栅格16内时移地 发送。在此每一个脉冲14、14'的时移依赖于相应的消息符号12,该消息符号12通过脉冲 14、14'来表示。例如如果传输二进制信号，则发送器的可能消息符号的所谓字母能够由消 息符号"0"（图1中配备有附图标记12)和"1"（附图标记12'）组成。为传输由零和一组 成的序列，于是可以分别为消息符号"0"在与时间栅格16重合的时刻发送脉冲14。然后消 息符号"1"可以与其不同地分别通过脉冲14'来表示，该脉冲14'移动半个栅格持续时间 22地被发送，如在图1中通过移动20说明的那样。通过时间栅格16定义载波频率或者栅 格频率frep，它的倒数l/frep相应于栅格持续时间22,当不使用附加的编码措施、例如加 扰（Scrambling)时，以该栅格持续时间22发送相同消息符号12、12'的两个彼此相继的脉 冲14、14'。用于消息符号"1"的时移20于是可以同样相应于lA2fr印）。单个脉冲的时 间信号例如可以分别是具有预先给定宽度的矩形脉冲或者（如图1的例子中）也可以是其 它形状的脉冲14、14'。实际的电磁发送信号还可以通过调制移动到高频的频率范围中，例 如在1和IOGHz之间，但是这对于阐述本发明是无关的。
[0003] 所述基于脉冲的传输针对需要节能和低成本解决方案的应用。例如利用该传输可 以仅用微小的能量消耗就能够运行无线传感器。此外使用较窄并且从而宽带的脉冲使得能 够实现较为稳健的数据传输，因为通过多路展宽的抹消效果（衰退）比在窄带传输技术的 情况下具有明显更小的影响。
[0004] 但是基于脉冲的UWB通信的一个缺点是，在接收侧需要比较复杂的接收电路。需 要用于单个脉冲信号的相关接收器，借助于该相关接收器能够标识单个脉冲并且识别其在 时间栅格中的位置。这在电路技术方面非常耗费。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个任务是，提供在电路技术上能够简单地实现的UWB通信装置。
[0006] 该任务通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求10所述的系统和根据权利 要求11所述的接收器来解决。本发明的有利的扩展方案通过从属权利要求给出。
[0007] 因此本发明的方法基于利用UWB发送器对消息符号进行无线电传输，所述UWB发 送器从消息符号中借助脉冲相位调制以开始时提到的方式产生宽带发送信号。在此对于本 发明重要的方面是，这样的发送信号具有带许多频率线的线谱，因为周期地以栅格频率发 送的脉冲序列具有线谱。由于单个脉冲在时间栅格中的可能时移、例如时移半个栅格持续 时间，因此得出不完美的周期信号。在这里本发明所基于的重要认识是，脉冲相位调制的宽 带发送信号的谱另外也具有线谱。通过时移，在这里与等距脉冲序列的谱相比仅频率线中 的一些通过脉冲相位调制被改变。每一条通过脉冲相位调制与未调制的线谱相比改变了的 频率线在这里称为经调制的频率线。根据所使用的脉冲相位调制的类型，这些频率线被展 宽或者被分到由多条小的频率线组成的组中。
[0008] 根据本发明的方法，不再次从发送信号中通过接收器重建脉冲序列的时间信号， 以便确定所发送的消息符号。因为这将会意味着，在发送信号的全部带宽中处理该发送信 号。替代于此地，通过接收器接收该发送信号，该接收器仅从经调制的频率线之一中获得窄 带信号。该窄带信号总共包括一个带宽，该带宽相应于时间栅格的栅格频率的两倍以下，该 时间栅格是UWB发送器的脉冲相位调制的基础。该带宽在这里称为窄带的。窄带信号的谱 宽度显著小于发送信号的总带宽，它可以大于栅格频率的十倍。相应地这里把"宽带的"理 解为一个至少相应于栅格频率的五倍的谱范围。
[0009] 为重建所发送的消息符号序列，从所述窄带信号中通过接收器在预先确定的时刻 确定所述窄带信号的相位。然后把分别确定的相位分配给发送器的字母的多个预先确定的 消息符号之一。
[0010] 本发明具有这样的优点：仅须提供一个能够处理窄带信号的接收器。这样的接收 器在电路技术方面比能够处理整个宽带发送信号的接收器能够显著更简单地实现。尤其 是，对于执行本发明方法来说合适的接收器能够必要时通过微小的电路技术方面的改变由 用于PSK信号（PSK-相移键控）的接收器构成。优选使用PSK接收器。在该上下文中，本 发明也包括使用窄带的PSK接收器以用于从宽带的UWB发送信号中获取消息符号。
[0011] 本发明在此以下面的认识为基础：当在发送信号的脉冲序列中发送具有改变的时 移的单个脉冲时，产生具有频率线的线谱，这些频率线在线谱中以规律的谱间隔重复。在此 仅一些频率线通过脉冲相位调制与未调制的信号相比发送改变。这样的经调制的频率线的 对于接收来说显著的分量的谱带宽可以为直到两倍freq，其中freq说明已经提到的栅格 频率。已经表明，观察单个这样的经调制的频率线对于可靠地识别消息符号就足够了。这 样的经调制的频率线的窄带时间信号是至少分段的正弦形信号，它在预先确定的位置具有 相位跳变。窄带信号例如可以借助带通滤波器从发送信号中隔离。
[0012] 优选地，窄带信号首先通过接收器为确定相位被解调到基带中。在发送信号的向 下调制以后，也可以为隔离窄带信号使用低通滤波器。此外，窄带信号的数字式处理是可能 的。
[0013] 可以从已知的栅格频率和已知的调制方法推导出合适的经调制的频率线在发送 信号的谱中位于何处。根据本方法的一种实施方式分析如下经调制的频率线的窄带信号， 所述频率线的中间频率为发送栅格的栅格频率的奇数倍。然后能够识别二进制字母的消息 符号，它们通过移动半个栅格持续时间彼此不同。
[0014] 为传输单个的消息符号可以通过UWB发送器分别还产生多个彼此相继的脉冲，它 们在脉冲相位调制的时间栅格中具有相同的时移（多重发送）。该得出的发送信号另外可 以通过接收器被正确地分析。此外有这样的优点：消息符号的识别由于冗余而更加稳健，并 且同时经调制的频率线的谱宽度比在每一消息符号仅具有一个脉冲的发送符号的情况下 小。
[0015] 如果窄带信号的带宽不是关键的，则也可以通过UWB发送器把单个消息符号作为 预先确定的脉冲序列编码发送。由此也可以实现相对于干扰信号更稳健的传输。本发明的 方法在这里有利地也与这样的脉冲加扰兼容。
[0016] 当通过接收器还从发送信号获得参考信号时，得出另一个优点。参考信号的相位 可作为参考相位是需要的，以便根据窄带信号不仅识别单个脉冲，而且还识别其在发送器 的时间栅格中的绝对时间位置。该参考信号优选从线谱的另一（未调制的）频率线的正弦 形信号中获得。本方法的该实施方式利用这样的认识，即并非所有的频率线都受脉冲相位 调制影响。一些频率线保持不变，不管发送哪个消息符号序列都是如此。因此能够从这些 频率线获得参考信号以提供参考相位。在上述具有二进制字母和半个栅格持续时间的移动 的传输变型方案中，所述另一频率线的频率优选为通过UWB发送器的脉冲相位调制的时间 栅格所确定的栅格频率的偶数倍。对于其它发送模式，例如可以使用发送信号的谱分析以 发现适宜的频率线。
[0017] 在该上下文中，属于本发明的还有接收器，该接收器构造用于接收发送信号和用 于从接收的发送信号中重建消息符号。该接收器另外构造为从接收的发送信号中获得窄带 信号，该窄带信号相应于该发送信号的线谱的经调制的频率线并且其带宽相应于栅格频率 的两倍以下。另外该接收器被设计用于在预先确定的时刻分别确定所述窄带信号的相位并 且从所述线谱的另一（未调制的）频率线的正弦形信号中形成参考相位。另外该接收器具 有如下装置，其用于对确定的相位与参考相位进行比较并且由此确定窄带信号相对于所述 正弦形信号的相移的值并且把该确定的值分配给多个预先确定的消息符号之一。在接收器 的电路技术实现或数字实现时，可以利用从现有技术中已知的变型方案。为获得参考信号 及其参考相位，例如可以使用用于获得载波信号的方法，该载波信号作为用于解调经调制 的载波的参考信号。窄带信号的获得、其相位的确定和将相位差值分配给消息符号可以根 据