表示数据的信号，用于生成此信号的方法和装置，以及用于从此信号确定所表示的数据的 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在至少一个频率基带上扩频的信号，该信号表示数据。本发明还涉及用于生成这种信号的方法和装置。本发明进一步涉及用于从这种信号来确定所表示的数据的方法和装置。
【背景技术】
[0002]在电信和无线电通信中，数据可以由使用移位键控(shiftkeying)技术所生成的窄频率带信号来表示。存在不同形式的移位键控，与幅移键控(ASK)或频移键控(FSK)相关的移位键控、以及与相移键控(PSK)相关的移位键控(比如，二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)和偏移正交相移键控(O-QPSK))。
[0003]为了实现对于自然干扰、噪声和人为干扰(jamming)的抵抗，为了防止探测，并且为了限制功率通量密度，所产生的窄带信号并不是就这样传输，而是在较大或较宽的频率带之上扩展。
[0004]扩展频谱(扩频，spread-spectrum)通信是采用直接序列、跳频或两者的组合的信号构建技术。
[0005]扩展频谱一般利用连续的噪声信号结构来在更宽的频率带(宽带无线电)上扩展一般窄带信息信号。接收器关联所接收到的信号来恢复原始的信息信号。
[0006]跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、跳时扩频(THSS)、线性调频扩频(CSS)以及这些技术的组合是扩频的各种形式。这些技术中的每一种技术都采用了伪随机数字序列使用的位随机数字生成器创建-以确定与控制信号通过分配带宽的传播模式。DSSS使用的信号接收器的众所周知的先验结构，其中是由发射机产生的码片序列。接收器就可以使用相同的伪随机码序列，以抵消对接收信号的伪随机码序列的影像，以重建信息信号。。DSSS伪随机地用称为“码片(chip)”的伪噪声码符号的连续字串来对正弦波进行相位调制，每一个“码片”具有比信息比特短得多的持续时间。也就是说，通过快得多的码片序列来对每个?目息比特进行调制。因此，码片速率比?目息?目号比特率尚得多。
[0007]另一个标准IEEE802.15.4-2006使用数种调制技术在宽频率范围中操作来覆盖若干物理层，其中利用了三个主要的频率带，即仅sub-GHz (在314MHz和956MHz之间)、2.45GHz 10ISM频带(在2400MHz和2483.5MHz之间)以及超宽带(UWB):在IGHz以下、在3GHz和5GHz之间以及在6GHz和1GHz之间。在超宽带(UWB)中，调制通常基于发射短的持续时间的脉冲。无线以太网标准IEEE 802.11在其无线电接口中使用冊33或0333。
[0008]最引人注目的sub-GHz频带中的一个频带被称为“gl”频带，其覆盖了在868.0MHz和868.6MHz之间的频率。频率带宽窄——仅仅600kHz——这阻碍了使用简单调制方案的无线电通信中的高数据速率。
[0009]根据IEEE标准802.15.4-2006，250kbps是针对600kHz频率带宽的868.3MHz频带(“gl”频带)所指定的最大可能毛数据速率。但是由于窄频率带宽，所以现有技术的实现方式在实践中呈现出低得多的毛数据速率值——最大在10kbps的数量级。
[0010]T s a i Y.的用于直接序列扩频多址系统的M进制扩频码相移键控调制(M - a r yspreading-code-phase-shift-keying modulat1n for DSSS multiple accesssystems，IEEE通信汇报(IEEE Transact1ns on Communicat1n)，第57卷，第11期，第3220-3224页(2009年11月))描述了，提出了码移键控(CSK)以增加DSSS系统的发射效率，并克服扩频增益对数据速率的限制，并且提出通过根据进入数据切换扩频码相位来改善系统灵活度。
【发明内容】
[0011]本发明提供了一种使得增加的数据速率成为可能的调制方案。本发明可应用于使得用于无线通信的增加的数据速率成为可能，尤其在868.0MHz与868.6MHz之间的频率带中，但是不限于此频带，也不限于无线通信。
[0012]特别地，本发明提供了一种根据权利要求1的用于生成在至少一个频率基带上扩频并表示数据的信号的方法、一种根据权利要求2的用于利用在至少一个频率基带上扩频的信号来确定数据的方法、一种根据权利要求8的用于生成在至少一个频率基带上扩频并表示数据的信号的设备、一种根据权利要求9的用于利用在至少一个频率基带上扩频的信号来确定数据的设备和一种根据权利要求7所述的信号。
[0013]用于生成信号的方法包括:使用相移键控来调制所述数据的一部分，并且使用与所述频率基带相关联的至少一个高度自相关的扩频码序列来在所述至少一个频率基带上对调制后的部分进行扩频。用于生成信号的方法的特征在于，根据使用所述数据的剩余部分所确定的延迟来将所述至少一个扩频码序列延迟一时间延迟，其中，根据延迟后的扩频码序列来对调制后的部分进行扩频。
[0014]这通过延迟中数据剩余部分的编码而允许了附加的比特率。
[0015]用于确定数据的方法包括:使用与所述频率基带相关联的至少一个高度自相关的扩频码序列来确定至少一个延迟，利用所述至少一个延迟在所述信号上对所述数据的调制后的部分进行扩频，使用所述扩频码序列和所述延迟，以利用所述信号来确定所述数据的调制后的部分，使用相移键控来解调所述数据的调制后的部分，以及使用所述延迟来确定所述数据的剩余部分。用于确定数据的设备包括对应的装置。
[0016]在本发明的一实施例中，所述信号可以包括根据偏移正交相移键控在所述至少一个基带上调制为I分量和Q分量中的一个分量的部分。
[0017]然后，所述信号还可以包括其一部分在所述至少一个基带上调制为I分量和Q分量中的另一分量的又一数据，所述另一分量利用从所述预定扩频码序列的集合中选择的又一扩频码时间序列来进行扩频，并且通过根据所述又一数据的剩余部分所确定的又一延迟来进行延迟。
[0018]所述信号可以包括在不同频率基带上调制的部分，其中，针对每个频率基带，使用不同的扩频码。
[0019]所述信号所表示的数据可以被维特比(Viterbi)编码。
[0020]在从属权利要求中指定了并且在【具体实施方式】中描述了本发明的有利实施例。
【附图说明】
[0021]附图与说明书一起图示了本发明的示范实施例，并且与描述一起用来解释本发明的原理。其示出了以下内容:
[0022]图1示出了误比特率、调制方案与Eb/No因子之间的关系；
[0023]图2示出了本发明调制方案的第一实施例的示范框图；
[0024]图3示出了本发明调制方案的第二实施例的示范框图；
[0025]图4示出了没有延迟的本发明调制方案的第一实施例的QPSK星座图；
[0026]图5示出了通过将零扩频码应用到路径之一所实现的本发明调制方案的第一实施例的BPSK星座图；以及
[0027]图6示出了根据第三示范实施例所发射的示范频谱。
【具体实施方式】
[0028]针对数字通信系统，可以将最优的系统定义为以下系统，其在所占频率带宽和发射能量的约束下使得(接收器侧)系统输出处的误比特率(BER)的概率最小化。在信号带有高斯白噪声(AWGN)的情况下，Claude E.Shannon的噪音存在下的通信(Communi cat 1n inthe Presence of Noise.Proc.I.R.E.，37，1949年，第10-21页)给出了以比特每秒表不的信道容量C的以下等式，其中，B是以赫兹表示的信道带宽，而S/N是以瓦特每瓦特表示的信号对噪声功率因子:
[0029]C = B*log2(l+S/N) (I)
[0030]针对预定的信道带宽B和信噪比S/N，信道容量C定义了在没有误差情况下可能实现的通信速率R的理论极限。
[0031 ] Harry Nyquist在电报传输理论中的若干主题(Certain Topics in TelegraphTransmiss1n Theory，AIEE汇报(Transact1ns of the AIEE)，第47卷，1928年2月，第617-644页)中分析了关于如何对承载有在频带有限的无线信道上传输的信息的波形连同该信道的频率响应进行成形的问题。描述了三种不同的方法，以用于通过脉冲成形来消除ISI。为了对通信信道的频率响应进行成形，可以使用升余弦滚降滤波器(Raised Cosine-Rolloff Filter)。
[0032]通信系统在没有符号间干扰(ISI)情况下可以支持的最大波特率(符号速率)D可以与系统的绝对频率带宽B和升余弦滚降滤波器特性的滚降因子r相关。
[0033]D = 2*B/(l+r) (2)
[0034]不幸的是，由于基准频率的不精确，不可能利用整个可用频率带宽。针对典型的晶体公差±40ppm，“gl”频带中的可用频率带宽B从600kHz减小到530kHz。
[0035]尽管零的滚降因子在理论上是可能的，但是实现0.2以下的滚降因子是困难且昂贵的。因而，尽管在gl频带中存在530干波特(kbaud)的理论波特率极限，但是在实践中，该极限是大约422kbaud。也就是说，符号必须承载多于一个比特，以用于传送多于442kbaud的数据速率。
[0036]除了信道容量和所得到的限制之外，能量效率也是重要的，尤其是在移动和/或无线应用中。用于分析能量效率的一种方式是研究在信源(发射器/发送器)与信宿(接收器/目的地)之间加性高斯白噪声(AWGN)对信道衰减的影响。加性高斯白噪声(AWGN)通过标量值NO来进行参数化，其表示白噪声的功率谱密度等级，并且衰减通过接收器/目的地的输入处的信息的比特能量Eb来表达。
[0037]为了以相同的噪声(假设为AWGN)的功率谱密度NO来实现相同的误比特率，不同的调制方案需要不同的比特能量Eb。
[0038]图1示范性地示出了误比特率、调制方案与Eb/No比之间的关系。针对降低的Eb/N0比，每个调制方案的误比特率相似