專利名稱：用于把光信號(hào)變換到無線信道的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于把脈沖調(diào)制信號(hào)變換成射頻信號(hào)的方法和設(shè)備，其能夠使用被設(shè)計(jì)用于在射頻(RF)信道上的無線光鏈路的應(yīng)用和MAC(媒體接入控制)協(xié)議。具體地，提供了被設(shè)計(jì)用于在超寬帶(UWB)射頻(RF)信道上的IrDA無線紅外信道(IrDA是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的商標(biāo))的各種應(yīng)用和MAC協(xié)議的使用。
背景技術(shù)：
UWB-RF信道最近成為在美國可以使用的(例如，在分配用于室內(nèi)以及室外使用的頻率范圍3.1GHz-10.6GHz)。歐洲和日本當(dāng)局正在準(zhǔn)備能夠把UWB-RF設(shè)備推向市場銷售和投入使用的類似的規(guī)則。
在無線局域網(wǎng)(WLAN)空間以及無線個(gè)人和實(shí)體域網(wǎng)絡(luò)(WPAN/WBAN)空間中的短距離無線技術(shù)繼續(xù)快速激增。具體地，基于紅外(IR或Ir)光發(fā)射的無線鏈路由于易于使用和低成本最近已得到巨大成長。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA)到2003年以前已發(fā)出總共達(dá)13億個(gè)單位的貨運(yùn)單，超過2.5億個(gè)IrDA設(shè)備被安裝在移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)上。這個(gè)高的采用率反映在市場上存在大量IrDA應(yīng)用以及由工業(yè)界和用戶等等的巨大的投資。另一方面，諸如BluetoothTM(蘭牙)(蘭牙是Bluetooth SIG公司擁有的商標(biāo))那樣的基于無線的短距離無線設(shè)備也以快速步伐被部署，由此相當(dāng)快速地減小基于IrDA的市場份額的相對(duì)大小。這將影響正在尋找另一條道路來使它們的投資升值和繼續(xù)它們的生意的基于IR的工業(yè)。
在短距離無線空間中的兩個(gè)主要技術(shù)--蘭牙和IrDA--專門被設(shè)計(jì)用于替代短距離有線通信鏈路。蘭牙是基于提供小于1Mb/s的用戶數(shù)據(jù)速率的RF技術(shù)，以及IrDA提供多個(gè)數(shù)據(jù)速率，例如，SIR(115kb/s)，F(xiàn)IR(4Mb/s)，和VFIR(16Mb/s)。IrDA使用光-IR傳輸，它要求在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的直視線(LOS)。IrDA和蘭牙技術(shù)也被使用于在單個(gè)辦公室/家庭辦公室(SOHO)環(huán)境下基于消費(fèi)者的應(yīng)用。每個(gè)技術(shù)在鏈路距離、數(shù)據(jù)速率、需要的規(guī)則和花費(fèi)方面具有它們自己的強(qiáng)項(xiàng)和弱點(diǎn)。
雖然這些技術(shù)預(yù)期的用途和應(yīng)用是重疊的，這兩個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)系統(tǒng)提供構(gòu)成一個(gè)通信協(xié)議組的所有的硬件和軟件層。IrDA是一個(gè)已建立的和很好證明的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的窄角度數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，它在0-1m的距離上(大多數(shù)在20cm)以9600b/s和16Mb/s之間的比特速率工作。它具有很寬范圍的支持的硬件和軟件平臺(tái)，以及被很好地引入到市場。雖然IrDA的好處看來是很豐富，但該技術(shù)具有其缺點(diǎn)。對(duì)于許多應(yīng)用，它的限制范圍和指向的角度是相當(dāng)不方便的，以及它的光信號(hào)無法穿透墻壁或繞過障礙物傳播(IrDA沒有被設(shè)計(jì)成依靠漫射的光信號(hào)傳播)。另外，IrDA設(shè)備必須幾乎是靜止的，以達(dá)到與其它IrDA設(shè)備同步(窄光束)。在IrDA不是用戶友好的情形下，基于無線的系統(tǒng)提供諸如通過墻壁或其它障礙物的非直視線(NLOS)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。然而，許多基于RF的系統(tǒng)，諸如蘭牙，在全世界各個(gè)國家被不同地調(diào)整，因此在引入市場時(shí)受到限制。
短距離無線設(shè)備的兩個(gè)主要市場是便攜式和臺(tái)式計(jì)算機(jī)和手持機(jī)市場。由于結(jié)構(gòu)和距離范圍約束條件，在臺(tái)式空間中IrDA的采用水平是相對(duì)較低的。市場上當(dāng)前的臺(tái)式設(shè)計(jì)更適合于把臺(tái)式機(jī)放置在柜子中或在地面上。然而，這樣的使用情景不利于由IrDA提供的指向-與-對(duì)準(zhǔn)(point-and-shoot)的光鏈路應(yīng)用。
光-IR通信鏈路的缺點(diǎn)和制造商和用戶社區(qū)在基于IrDA的技術(shù)和應(yīng)用中的投資通過用適當(dāng)?shù)幕跓o線的收發(fā)信機(jī)替代或增強(qiáng)IrDA系統(tǒng)的光收發(fā)信機(jī)(即，PHY層的一部分)而可被升級(jí)以及被保持到將來。
在最近為UWB無線設(shè)備引入3.1GHz和10.6GHz之間的免許可證的頻帶(USA/FCC)的情況下，新的和固有可兼容的無線技術(shù)變?yōu)榭捎糜谠O(shè)計(jì)和實(shí)施這樣的基于無線的系統(tǒng)。結(jié)果，包括原先設(shè)想用于無線光鏈路的媒體接入控制協(xié)議的許多應(yīng)用和協(xié)議棧，在UWB無線信道上應(yīng)當(dāng)是可以使用的。
如果使得兩種類型的通信系統(tǒng)共同利用無線光系統(tǒng)和無線信道，那將會(huì)是有利的。由于所使用的不同的傳輸媒體(分別是光和射頻)以及出于傳統(tǒng)考慮，這些不同的無線通信系統(tǒng)傳統(tǒng)上也用不同的媒體接入控制(MAC)機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)；另外，它們在市場上的定位通常是不同的，雖然它們的應(yīng)用在某些領(lǐng)域中確實(shí)有重疊(例如，PDA數(shù)據(jù)基與PC數(shù)據(jù)基同步)。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供一種用于把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)變換成射頻信號(hào)的方法。射頻信號(hào)可以是脈沖射頻信號(hào)，比如它可以與超寬帶(UWB)射頻(RF)信號(hào)一起使用。方法包括以下步驟接收脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)；把接收的脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)譯碼成譯碼的數(shù)據(jù)比特流；把譯碼的數(shù)據(jù)比特流編碼成重新編碼的數(shù)據(jù)比特流；用重新編碼的數(shù)據(jù)比特流調(diào)制射頻信號(hào)；以及發(fā)送調(diào)制的射頻信號(hào)。
該方法還允許通過以下步驟把接收的射頻信號(hào)變換成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)把接收的射頻信號(hào)解調(diào)成解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流；把解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流譯碼成接收的數(shù)據(jù)比特流；把接收的數(shù)據(jù)比特流編碼成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)；以及轉(zhuǎn)發(fā)脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)。
也有可能通過使用譯碼的數(shù)據(jù)比特流直接調(diào)制射頻信號(hào)，這樣會(huì)減少電路。
而且，也有可能通過使用接收的脈沖調(diào)制輸入信號(hào)用極性調(diào)制直接調(diào)制射頻信號(hào)，極性調(diào)制也稱為180°相位調(diào)制。這會(huì)進(jìn)一步簡化電路。
脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)可以從光控制器接收，由此可以使用開發(fā)的光信號(hào)技術(shù)規(guī)范。
射頻信號(hào)可被放大。這允許更寬的廣播范圍，由此到達(dá)離發(fā)送地點(diǎn)更遠(yuǎn)的設(shè)備。
脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)可以是基于IrDA技術(shù)規(guī)范，以及射頻信號(hào)包括超寬帶(UWB)信號(hào)。也有可能使得脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)適合于IrDA技術(shù)規(guī)范以及接收的射頻信號(hào)基于超寬帶(UWB)信號(hào)技術(shù)規(guī)范。
脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)可以是光信號(hào)，它被變換成電信號(hào)以便對(duì)用來操作轉(zhuǎn)換器的電池進(jìn)行充電。這允許支持移動(dòng)設(shè)備的電源(電池)。與UWB-RF轉(zhuǎn)換器相組合的IrDA協(xié)議可能被實(shí)施，以使得需要的電池功率低于傳統(tǒng)的光IrDA設(shè)備所需要的電池功率。原因是UWB設(shè)備只發(fā)送微瓦的RF功率水平，而光設(shè)備發(fā)射高達(dá)毫瓦的水平或更高。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)變換成射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。這個(gè)設(shè)備包括信號(hào)譯碼器單元，用于把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)譯碼成譯碼的數(shù)據(jù)比特流；數(shù)據(jù)編碼器單元，用于把譯碼的數(shù)據(jù)比特流編碼成重新編碼的數(shù)據(jù)比特流；以及射頻調(diào)制器，它通過使用重新編碼的數(shù)據(jù)比特流來調(diào)制射頻信號(hào)。
還用于把接收的射頻信號(hào)變換成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換器包括解調(diào)器單元，用于把接收的射頻信號(hào)解調(diào)成解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流；數(shù)據(jù)譯碼器單元，用于把解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流譯碼成接收的數(shù)據(jù)比特流；和信號(hào)編碼器單元，用于把接收的數(shù)據(jù)比特流編碼成第二脈沖調(diào)制的信號(hào)。
用于把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)變換成射頻信號(hào)和用于把接收的射頻信號(hào)變換成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換器可以被實(shí)施為收發(fā)信機(jī)。也有可能使用在作為接收機(jī)的單個(gè)設(shè)備內(nèi)把接收的射頻信號(hào)變換成如上所述的脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)的裝置。
轉(zhuǎn)換器可包括光收發(fā)信機(jī)和光窗口，光窗口衰減由光收發(fā)信機(jī)接收和/或發(fā)送的光信號(hào)。這允許容易的緊密空間耦合而不用另外的修正。
轉(zhuǎn)換器可以是使用IrDA協(xié)議技術(shù)規(guī)范的移動(dòng)設(shè)備，例如電子表，的一部分。
通常，該方法和設(shè)備允許通過在基于將來的無線鏈路上，特別是在基于免許可證的UWB無線鏈路上的適當(dāng)?shù)淖儞Q電路，使用現(xiàn)有的在應(yīng)用和光學(xué)或IrDA協(xié)議棧(媒體接入控制)方面的大的基礎(chǔ)。
而且，IrDA設(shè)備的使用可被擴(kuò)展到無方向性(非直視線)通信鏈路，而同時(shí)保持光IrDA通信的保密性優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閁WB無線信號(hào)本身很難檢測(非常低的功率譜密度，例如按照FCC技術(shù)規(guī)范小于75nW/MHz)。
總的系統(tǒng)開發(fā)成本以及進(jìn)而的用戶的花費(fèi)可以保持為很低，因?yàn)椴恍枰麻_發(fā)通信技術(shù)規(guī)范或完全新的標(biāo)準(zhǔn)。UWB-RF模式可被合并到現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)。
被加到IrDA上的UWB-RF模式允許用戶連接到鏈路距離大大地超過IrDA的基本的1米限制的其它設(shè)備，以及也建立穿過墻壁(光學(xué)信號(hào)不能穿過)和繞過障礙物的鏈路。
被加到IrDA上的UWB-RF模式允許用戶同時(shí)發(fā)送到多個(gè)不同的客戶(一對(duì)多廣播)，而代替使用典型地用于IrDA的一對(duì)一的紅外窄波束。在這樣的應(yīng)用中和利用配備有光端口和無線端口的發(fā)送設(shè)備，有可能通過光端口和/或無線端口同時(shí)地或交替地發(fā)送，由此擴(kuò)展傳輸?shù)母采w區(qū)域。
在IBM蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的先進(jìn)的紅外(AIr)系統(tǒng)是一種建議的用于室內(nèi)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接的光IrDA標(biāo)準(zhǔn)。距離和數(shù)據(jù)速率是在從8米上的250kb/s到4米上的4Mb/s的范圍內(nèi)可變的。它被設(shè)計(jì)用于到多個(gè)外圍設(shè)備的無繩連接和會(huì)議室協(xié)作應(yīng)用。AIr鏈路協(xié)議、媒體接入控制以及一部分物理層功能(例如，編碼和譯碼)非常適用于UWB-RF設(shè)備；基于重復(fù)編碼的AIr的可變數(shù)據(jù)速率特性對(duì)于UWB-RF信道是特別有利的。
UWB-RF轉(zhuǎn)換器也可被應(yīng)用來擴(kuò)展使用有線標(biāo)準(zhǔn)連接，諸如以太網(wǎng)或通用串行總線(USB)。


下面參照以下示意圖，僅僅作為例子，詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1顯示包括應(yīng)用和協(xié)議棧--也稱為光(紅外)控制器--和作為物理層的一部分的光收發(fā)信機(jī)的無線光通信設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)。
圖2a顯示在光(紅外)控制器與兩個(gè)光收發(fā)信機(jī)之間的現(xiàn)有技術(shù)電接口連接。
圖2b顯示在光(紅外)控制器與一個(gè)光收發(fā)信機(jī)之間的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電接口連接。
圖3a顯示具有現(xiàn)有技術(shù)無線光通信系統(tǒng)的信號(hào)傳送速率和脈沖持續(xù)時(shí)間技術(shù)規(guī)范的表；特定的表描述IrDA的無線紅外系統(tǒng)。
圖3b顯示對(duì)于按照圖3a顯示的表的某些信號(hào)傳送速率的現(xiàn)有技術(shù)光通信系統(tǒng)(IrDA)的脈沖調(diào)制波形的例子。
圖4顯示包括光(紅外)控制器、電接口連接、和[超寬帶(UWB)]射頻(RF)轉(zhuǎn)換器的無線射頻(RF)通信設(shè)備。
圖5a顯示在光(紅外)控制器與現(xiàn)有技術(shù)光收發(fā)信機(jī)以及無線[超寬帶(UWB)]射頻(RF)轉(zhuǎn)換器之間的現(xiàn)有技術(shù)電接口連接。
圖5b顯示在光(紅外)控制器與無線[超寬帶(UWB)]射頻(RF)轉(zhuǎn)換器之間的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電接口連接。
圖6a顯示在兩個(gè)光接口端口之間的現(xiàn)有技術(shù)直視線(LOS)無線光鏈路配置。
圖6b顯示按照本發(fā)明的在兩個(gè)射頻(RF)接口端口之間的直視線(LOS)無線鏈路配置。
圖6c顯示按照本發(fā)明的在兩個(gè)射頻(RF)接口端口之間的非直視線(NLOS)無線鏈路配置。
圖6d顯示在兩個(gè)射頻(RF)接口端口之間的同時(shí)的非直視線(NLOS)和直視線(LOS)無線鏈路配置。
圖7顯示包括數(shù)據(jù)變換器的超寬帶(UWB)射頻(RF)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)變換器包括使用用于發(fā)射機(jī)(TX)和接收機(jī)(RX)的單個(gè)濾波器的電氣發(fā)送信號(hào)(ETS)譯碼器和電氣接收信號(hào)(ERS)編碼器。
圖8顯示包括數(shù)據(jù)變換器的另一個(gè)超寬帶(UWB)射頻(RF)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)變換器包括使用分別用于發(fā)射機(jī)(TX)和接收機(jī)(RX)的兩個(gè)分開的濾波器的電氣發(fā)送信號(hào)(ETS)譯碼器和電氣接收信號(hào)(ERS)編碼器。
圖9a顯示包括數(shù)據(jù)變換器的再一個(gè)超寬帶(UWB)射頻(RF)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)變換器包括使用用于發(fā)射機(jī)(TX)和接收機(jī)(RX)的單個(gè)濾波器的電氣發(fā)送的IrDA(IRTX/SWDAT)脈沖譯碼器和電氣接收的IrDA(IRRX/SRDAT)脈沖恢復(fù)器。
圖9b顯示在UWB-RF功率放大器的輸出端處的信號(hào)E的圖。
圖10顯示在圖7和9a中表示的典型的發(fā)射機(jī)信號(hào)A-E的圖。
圖11顯示在圖7中表示的典型的接收機(jī)信號(hào)F-J的圖。
圖12a顯示包括數(shù)據(jù)變換器的超寬帶(UWB)射頻(RF)轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)實(shí)施例，數(shù)據(jù)變換器包括光發(fā)送信號(hào)(OTS)接收機(jī)與譯碼器和光接收信號(hào)(ORS)編碼器與發(fā)射機(jī)。
圖12b顯示基于通過光學(xué)接口端口(例如遵循IrDA的)與包括光學(xué)收發(fā)信機(jī)、執(zhí)行光學(xué)鏈路協(xié)議的控制器、和利用由無線變換器提供的鏈路的主機(jī)(或客戶)應(yīng)用的主機(jī)平臺(tái)連接的超寬帶(UWB)射頻(RF)轉(zhuǎn)換器的無線變換器的設(shè)備的圖。
圖13a顯示IrDA協(xié)議棧及其本來的通信模式(光的)，即子SIR、SIR、FIR和VFIR的圖。
圖13b顯示IrDA協(xié)議棧，它的本來的光通信模式(子SIR、SIR、FIR和VFIR)以及由UWB-RF轉(zhuǎn)換器能夠進(jìn)行的另外的無線模式的圖。
附圖僅僅是為了說明而提供的，以及不一定按尺寸表示本發(fā)明的實(shí)際的例子。
具體實(shí)施例方式
圖1到3顯示基于在多達(dá)1米的距離上的光窄波束通信的現(xiàn)有技術(shù)IrDA系統(tǒng)。具體地，圖1顯示物理層系統(tǒng)可被分割成兩個(gè)部分，第一部分被稱為ENDEC(編碼器/譯碼器)11，屬于在光(紅外)控制器1內(nèi)的協(xié)議棧，以及第二部分被稱為光收發(fā)信機(jī)2。在本說明書內(nèi)使用相同的標(biāo)號(hào)來表示相同的部件等等。圖2a顯示在光(紅外)控制器1與兩個(gè)光收發(fā)信機(jī)2之間的現(xiàn)有技術(shù)電接口連接3，以及圖2b顯示在光(紅外)控制器1與一個(gè)光收發(fā)信機(jī)2之間的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電接口連接3。圖3a上的表顯示現(xiàn)有技術(shù)無線光通信系統(tǒng)的信號(hào)傳送速率和脈沖持續(xù)時(shí)間技術(shù)規(guī)范；特定的表描述IrDA的無線紅外系統(tǒng)。圖3b顯示如由IrDA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種調(diào)制模式和相關(guān)的信號(hào)；具體地，可以注意到對(duì)于光通信來說是典型的脈沖樣的信號(hào)。當(dāng)把脈沖樣的光的調(diào)制信號(hào)變換成類似的脈沖UWB-RF信號(hào)時(shí)，脈沖樣的光的調(diào)制信號(hào)的特性可以以有利的方式被直接使用。
圖4顯示由圖1到3所示的系統(tǒng)可以如何轉(zhuǎn)換成包括由電接口連接3連接的光控制器1和無線[超寬帶(UWB)]RF轉(zhuǎn)換器4的無線射頻(RF)通信設(shè)備。無線[超寬帶(UWB)]RF轉(zhuǎn)換器4也被稱為[UWB]RF或RF轉(zhuǎn)換器4。參考圖4引入的概念還通過在光(紅外)控制器1與光收發(fā)信機(jī)2以及無線[超寬帶(UWB)]RF轉(zhuǎn)換器4之間的電接口連接3被顯示于圖5a。圖5b顯示在光(紅外)控制器1與無線[超寬帶(UWB)]射頻轉(zhuǎn)換器4之間的電接口連接3的另一個(gè)實(shí)施例。
圖6顯示某些使用優(yōu)點(diǎn)。具體地，圖6a顯示在兩個(gè)光接口端口--例如遵循IrDA的(窄波束)光端口--之間的現(xiàn)有技術(shù)直視線(LOS)無線光鏈路配置。相同的模式可以用如圖6b所示的在兩個(gè)RF接口端口之間的LOS無線射頻鏈路配置來實(shí)施；在這種情形下的優(yōu)點(diǎn)在于，RF信號(hào)波束基本上是全向的，這樣，不需要像光鏈路的情形那樣的設(shè)備精確指向。圖6c顯示在兩個(gè)RF接口端口之間的非直視線(NLOS)無線鏈路配置，而圖6d顯示在兩個(gè)RF接口端口之間的同時(shí)的NLOS和LOS無線鏈路配置。
圖7顯示包括數(shù)據(jù)變換器41的[超寬帶(UWB)]RF轉(zhuǎn)換器4的優(yōu)選的總體結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)變換器41在這里包括使用用于發(fā)送和接收的單個(gè)濾波器55的電氣發(fā)送信號(hào)(ETS)譯碼器42(也被稱為信號(hào)譯碼器單元42)和電氣接收信號(hào)(ERS)編碼器43(也被稱為信號(hào)編碼器單元43)。ETS譯碼器42的輸出饋送到RF轉(zhuǎn)換器4的發(fā)射機(jī)路徑，包括數(shù)據(jù)編碼器單元51的功能，后面是也被看作為射頻調(diào)制器52的[UWB]RF生成器和調(diào)制器52，以及[UWB]RF功率放大器53。這里使用“功率放大器”的一般概念，雖然應(yīng)該理解特定的UWB-RF信號(hào)根據(jù)它們的特殊的定義是非常低的功率的信號(hào)。放大器53的輸出被饋送到發(fā)送/接收(TX/RX)開關(guān)54，它把信號(hào)饋送到單個(gè)濾波器55；后者被連接到用于發(fā)送RF信號(hào)的天線56。數(shù)據(jù)編碼器單元51接收來自ETS譯碼器42的譯碼的數(shù)據(jù)流以及引入適用于在RF信道上傳輸?shù)男碌恼{(diào)制信號(hào)。類似地，[UWB]RF轉(zhuǎn)換器4的接收機(jī)路徑以相反的次序工作，其中TX/RX開關(guān)54把接收的射頻信號(hào)F傳遞到RF低噪聲/可變增益電路57，用于放大和幅度電平調(diào)節(jié)。這個(gè)電路57的輸出被饋送到解調(diào)器單元58，解調(diào)器單元58通常從被加到其輸入端的RF信號(hào)G中提取基帶信號(hào)。解調(diào)器單元58饋送到數(shù)據(jù)譯碼器59，數(shù)據(jù)譯碼器又把譯碼的數(shù)據(jù)傳遞到ERS編碼器43。被稱為轉(zhuǎn)換器控制器60的功能塊協(xié)調(diào)，接收和輸出所有必須的控制和時(shí)序(時(shí)鐘)信號(hào)，這些信號(hào)接口到轉(zhuǎn)換器4的各種功能。分別在轉(zhuǎn)換器4的輸入端和輸出端處表示的電接口信號(hào)ETS，ETC，ERC和ERS，被理解為總體電接口連接3的一部分；例如，這些信號(hào)連接到光(紅外)控制器1，它可以是遵循IrDA的控制器，遵循AIr的控制器，或遵循IrGATE的控制器。信號(hào)A到J被顯示在圖7以及將參考圖9b到11更詳細(xì)地被顯示，以及在下面描述。
在工作時(shí)，[UWB]RF轉(zhuǎn)換器4把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)A--也被標(biāo)記為ETS--變換成射頻信號(hào)D或E，它們也分別被預(yù)期為調(diào)制的射頻信號(hào)D或放大的調(diào)制射頻信號(hào)E。為此，ETS譯碼器42把接收的脈沖調(diào)制輸入信號(hào)A譯碼成譯碼的數(shù)據(jù)比特流B。然后，數(shù)據(jù)編碼器單元51把譯碼的數(shù)據(jù)比特流B編碼成重新編碼的數(shù)據(jù)比特流C。射頻調(diào)制器52通過使用重新編碼的數(shù)據(jù)比特流C來調(diào)制射頻信號(hào)D，該調(diào)制的射頻信號(hào)D可被[UWB]RF功率放大器53放大成放大的調(diào)制的射頻信號(hào)E。放大的調(diào)制的射頻信號(hào)E最后經(jīng)由發(fā)送/接收(TX/RX)開關(guān)54和單個(gè)濾波器55被發(fā)送到天線56。
在接收路徑上，[UWB]RF轉(zhuǎn)換器4把接收的射頻信號(hào)F，G變換成恢復(fù)的或脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)J。接收的射頻信號(hào)F，G經(jīng)由天線56、單個(gè)濾波器55、和發(fā)送/接收(TX/RX)開關(guān)54被接收。如上所述，接收的射頻信號(hào)F被饋送到RF低噪聲/可變增益電路57，用于放大和幅度電平調(diào)節(jié)。這個(gè)電路57輸出RF信號(hào)G，它被饋送到解調(diào)器單元58，用于把RF信號(hào)G解調(diào)成解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流H。數(shù)據(jù)譯碼器單元59然后把解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流H譯碼成接收的數(shù)據(jù)比特流I。最后，信號(hào)編碼器單元43把接收的數(shù)據(jù)比特流I編碼成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)J，然后把它作為ERS信號(hào)在電接口連接3上轉(zhuǎn)發(fā)。
圖8示出了如上所述的[超寬帶(UWB)]RF轉(zhuǎn)換器4的另一種總體結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例中的差別是用于發(fā)送(TX)和接收(RX)的兩個(gè)分開的濾波器551，552被使用。例如，當(dāng)需要把不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則加到RF轉(zhuǎn)換器4的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)路徑時(shí)，這樣的安排可以是有利的。典型地，TX濾波器551可能需要與天線特性一起進(jìn)行最佳化，以便按照調(diào)整的要求正確地成形發(fā)射的信號(hào)頻譜。另一方面，RX濾波器552通常被使用來匹配RF低噪聲/可變增益電路57的輸入特性，以使得接收機(jī)的噪聲指數(shù)最小，因此使得系統(tǒng)的誤碼率性能最佳。替換地，可以使用不同的TX和RX濾波器，因?yàn)榘l(fā)送和接收信號(hào)被設(shè)計(jì)成使用不同的RF頻段。
在本公開的環(huán)境中，假設(shè)例如圖9所示和下面描述的轉(zhuǎn)換器4發(fā)射和接收信號(hào)，如在2002年2月14日采納的和在2002年4月22日公布的FCC的“First Report and Order”文件，ET Docket 98-153，F(xiàn)CC02-8中規(guī)定的；在其中規(guī)定UWB無線設(shè)備是生成具有在2.5GHz以下的0.2(即20％)的比例發(fā)射帶寬或在2.5GHz以上的500MHz的絕對(duì)最小帶寬的信號(hào)的設(shè)備，這兩種帶寬無論哪種都適用。這個(gè)和其它相關(guān)的假設(shè)僅僅是用于UWB無線設(shè)備的定義的例子；在將來，對(duì)于UEB無線設(shè)備的類似的定義可以由例如在歐洲或亞洲的其它制定規(guī)章的實(shí)體引入，或可以在將來修正現(xiàn)有的定義和技術(shù)規(guī)范。
圖9a顯示包括數(shù)據(jù)變換器41的特定的UWB-RF轉(zhuǎn)換器4的例子，數(shù)據(jù)變換器41在這里包括電氣發(fā)送的IrDA(IRTX/SWDAT)脈沖譯碼器44和電氣接收的IrDA(IRRX/SRDAT)脈沖恢復(fù)器45。脈沖檢測器44的輸出直接饋送UWB-RF轉(zhuǎn)換器4的發(fā)射機(jī)路徑，該路徑包括UWB-脈沖生成器和調(diào)制器521和UWB-RF功率放大器53的功能。后者的輸出被饋送到TX/RX開關(guān)54，TX/RX開關(guān)把信號(hào)饋送到濾波器55，濾波器的輸出端被連接到天線56。在這個(gè)方案中不使用例如如前面圖7所示的數(shù)據(jù)編碼器單元51，因?yàn)閺拿}沖檢測器44的輸出端接收的檢測的脈沖被直接使用來控制UWB脈沖生成器/調(diào)制器521，也被稱為修正的射頻調(diào)制器521。這個(gè)生成器/調(diào)制器521可以例如通過二進(jìn)制極性調(diào)制或更加一般的多級(jí)調(diào)制而調(diào)制射頻信號(hào)。類似地，UWB-RF轉(zhuǎn)換器4的接收機(jī)路徑以相反的次序工作，其中TX/RX開關(guān)54把接收的信號(hào)傳遞到RF低噪聲/可變增益放大器57，用于接收信號(hào)放大和幅度調(diào)節(jié)。這個(gè)電路的輸出被饋送到解調(diào)器單元58，它從被加到其輸入端的RF信號(hào)提取基帶信號(hào)；典型地，解調(diào)器單元58可以作為單個(gè)包絡(luò)檢測器或更有效的直接RF脈沖檢測器被實(shí)施。
已經(jīng)表明，有效的直接脈沖檢測器可以通過使用諸如隧道二極管那樣的非線性電路元件的具體特性被實(shí)施。同樣地，可用非線性電路元件來產(chǎn)生UWB-RF信號(hào)。施加到UWB的脈沖驅(qū)動(dòng)方法在CellonicsInc Pte Ltd的“CellonicsTMUWB，The Future of Wireless Now，AWhite paper”，(MWP-01)，p.11中被描述(CellonicsTM是Cellonics Inc的商標(biāo))。
圖9a上的解調(diào)器單元58直接饋送到脈沖恢復(fù)器45。被稱為轉(zhuǎn)換器控制器60的功能塊協(xié)調(diào)，接收和輸出所有接口到RF轉(zhuǎn)換器4的各種功能必需的控制和時(shí)序(時(shí)鐘)信號(hào)。后者直接接口到遵循IrDA的電接口連接3，如圖2所示。為了說明，圖9b顯示在UWB-RF功率放大器53的輸出端處的信號(hào)E的典型的形狀。這里，Ts是時(shí)隙或碼元時(shí)間間隔，Tp是(有效)脈沖寬度--其倒數(shù)值近似表示信號(hào)的最終得到的頻譜寬度B--以及Tc近似表示頻譜的中心頻率fc的一個(gè)周期。
圖10顯示在圖7所顯示的RF轉(zhuǎn)換器4不同的發(fā)射機(jī)位置處典型的信號(hào)形式A到E。具體地，這個(gè)圖表示，由IrDA系統(tǒng)確定的時(shí)隙或碼元時(shí)間間隔Ts典型地大到足以避免脈沖間干擾(IPI)，即使存在多徑傳播的話。具體地，圖10顯示對(duì)于使用Ts＝125ns的四時(shí)隙脈沖位置調(diào)制(4PPM，也參閱圖3a)提供4Mb/s數(shù)據(jù)速率的IrDA的FIR模式。在圖10的例子中，脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)A是4-PPM IrDA信號(hào)(FIR模式)，該信號(hào)由ETS譯碼器42按照IrDA技術(shù)規(guī)范被譯碼成譯碼的數(shù)據(jù)比特流B。數(shù)據(jù)編碼器51例如借助于如圖10所示的簡單比值2/3奇偶校驗(yàn)碼把譯碼的數(shù)據(jù)比特流B映射成重新編碼的數(shù)據(jù)比特流C。應(yīng)當(dāng)指出，這個(gè)簡單的代碼只是用來進(jìn)行說明，而它不一定是優(yōu)選的編碼方法。重新編碼的數(shù)據(jù)比特流C被發(fā)送到[UWB]RF生成器與調(diào)制器52，其輸出提供，例如，極性調(diào)制的射頻信號(hào)D，E。應(yīng)當(dāng)指出，在圖10上表示的射頻信號(hào)D，E中的比特“0”和比特“1”的各個(gè)極性分配僅僅是定義的事情，因此可被交換。
圖11顯示在圖7中顯示的在RF轉(zhuǎn)換器4內(nèi)不同的接收機(jī)位置處的典型的信號(hào)形式F到J。通常，接收機(jī)反轉(zhuǎn)由發(fā)射機(jī)引入的不同的信號(hào)路徑功能。因此，接收的射頻信號(hào)F，在被RF低噪聲/可變增益放大器57放大到放大的接收射頻信號(hào)G以后，被饋送到解調(diào)器58，其輸出提供解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流H。后面跟隨的數(shù)據(jù)譯碼器59把解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流H映射成接收的數(shù)據(jù)比特流I，該數(shù)據(jù)比特流由ERS編碼器43進(jìn)一步變換成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)J；在圖11的這個(gè)例子中，信號(hào)形式J遵守IrDA的FIR技術(shù)規(guī)范(4-PPM提供4Mb/s的數(shù)據(jù)速率)。
圖10和11上顯示的波形是IrDA-FIR模式(4Mb/s)的情形的例子。當(dāng)IrDA協(xié)議使用較低的數(shù)據(jù)速率(參看例如圖3)時(shí)，由IrDA系統(tǒng)確定的時(shí)隙或碼元時(shí)間間隔Ts是較長的。在這種情形下，建議在較長的時(shí)隙時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送適當(dāng)?shù)亩痰拿}沖序列；這個(gè)添加的冗余性將在區(qū)域中提供接收的脈沖序列的檢測能力和同步的優(yōu)點(diǎn)。例如，對(duì)于每個(gè)光脈沖可以發(fā)送序列“10010110111”，其中“1”表示發(fā)送一個(gè)單個(gè)[UWB]RF脈沖以及“0”表示不存在這樣的脈沖。
超寬帶(UWB)射頻(RF)轉(zhuǎn)換器4的進(jìn)一步的使用和實(shí)施例被顯示于圖12a，其中到光系統(tǒng)的接口是通過它本身的光接口端口，在這里被認(rèn)為是數(shù)據(jù)變換器41的一部分。因此，數(shù)據(jù)變換器包括光發(fā)射信號(hào)(OTS)接收機(jī)與譯碼器46和光接收信號(hào)(ORS)編碼器與發(fā)射機(jī)47。另外，這個(gè)系統(tǒng)類似于參考圖7描述的系統(tǒng)。包含這個(gè)[超寬帶(UWB)]射頻(RF)轉(zhuǎn)換器4的設(shè)備被顯示于圖12b。無線變換器7是基于[超寬帶(UWB)]射頻(RF)轉(zhuǎn)換器4，該[超寬帶(UWB)]射頻(RF)轉(zhuǎn)換器4通過光接口端口(例如，遵循IrDA的)連接到主機(jī)平臺(tái)6，例如IBM“Thinkpad”筆記本電腦(Thinkpad是在美國、其它國家、或二者的IBM公司的商標(biāo))或包括光收發(fā)信機(jī)8、執(zhí)行光鏈路協(xié)議的控制器62、和主機(jī)[或客戶]應(yīng)用61的PDA。無線變換器7和主機(jī)平臺(tái)6配備有適當(dāng)?shù)钠ヅ鋵?duì)接系統(tǒng)71，72，用來機(jī)械連接和固定兩個(gè)單元的相對(duì)位置，以及阻擋被使用于包含標(biāo)準(zhǔn)IrDA收發(fā)信機(jī)8的光接口的光信號(hào)。在IrDA收發(fā)信機(jī)的光的有源元件前面的(半)透明窗口91，92--也稱為光窗口91，92--可以由不同的材料制成。例如，變換器的透明的窗口92可以是采用具有相對(duì)較高的光信號(hào)衰減的材料，以使得光接收機(jī)不必工作在飽和模式，飽和模式是因?yàn)闆]有這樣的附加衰減的短的光鏈路距離造成的情形。
圖13a顯示IrDA通信模式(光的)子SIR、SIR、FIR和VFIR以及圖13b顯示IrDA系統(tǒng)可如何通過由UWB-RF轉(zhuǎn)換器4加上基于UWB-RF的模式而被擴(kuò)展。除了以上列出的優(yōu)點(diǎn)以外，這樣的系統(tǒng)具有另外的優(yōu)點(diǎn)可以避免對(duì)于精確對(duì)準(zhǔn)通信設(shè)備的要求--如在用于光IrDA鏈路的情形--，這樣，殘疾人可以獲利。
在UWB-RF轉(zhuǎn)換器中也可以構(gòu)建有助于實(shí)施精確對(duì)準(zhǔn)和定位跟蹤應(yīng)用的附加的特征。因?yàn)樗鼈兊拇蟮膸?，UWB信號(hào)本身適合于這種應(yīng)用。
對(duì)于如圖12b所示的應(yīng)用，為驅(qū)動(dòng)RF轉(zhuǎn)換器4必需的DC(直流)功率可以由被包含在單元中的可充電電池來提供，或主機(jī)平臺(tái)6可以提供功率。替換地，從光信號(hào)得到的能量可被變換成適用于至少部分地對(duì)于在RF轉(zhuǎn)換器4的電路板上的電池進(jìn)行充電的電信號(hào)。
任何公開的實(shí)施例可以與所顯示和/或描述的一個(gè)或幾個(gè)其它實(shí)施例相組合。對(duì)于實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征來說這也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種用于把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)變換成射頻信號(hào)(D，E)的方法，該方法包括以下步驟i.)接收脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)；ii.)把接收的脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)譯碼成譯碼的數(shù)據(jù)比特流(B)；iii.)把譯碼的數(shù)據(jù)比特流(B)編碼成重新編碼的數(shù)據(jù)比特流(C)；iv.)用重新編碼的數(shù)據(jù)比特流(C)調(diào)制射頻信號(hào)(D，E)；以及v.)發(fā)送調(diào)制的射頻信號(hào)(D，E)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，還用于把接收的射頻信號(hào)(F，G)變換成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)(J)，還包括以下步驟vi.)把接收的射頻信號(hào)(F，G)解調(diào)成解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流(H)；vii.)把解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流(H)譯碼成接收的數(shù)據(jù)比特流(I)；iix.)把接收的數(shù)據(jù)比特流(I)編碼成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)(J)；以及ix.)轉(zhuǎn)發(fā)脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)(J)。
3.按照權(quán)利要求1的方法，不用編碼步驟iii.)，由此在使用譯碼的數(shù)據(jù)比特流(B)的情形下，直接調(diào)制射頻信號(hào)(D，E)。
4.按照權(quán)利要求1的方法，不用譯碼步驟ii.)和編碼步驟iii.)，由此在使用接收的脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)的情形下，通過極性調(diào)制直接調(diào)制射頻信號(hào)(D，E)。
5.按照任何前述權(quán)利要求的方法，其中脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)是從光控制器(1)接收的。
6.按照任何前述權(quán)利要求的方法，還包括把調(diào)制的射頻信號(hào)(D)放大為放大的調(diào)制的射頻信號(hào)(E)。
7.按照任何前述權(quán)利要求的方法，其中脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)基于IrDA技術(shù)規(guī)范和射頻信號(hào)(D，E)基于超寬帶(UWB)信號(hào)技術(shù)規(guī)范和/或脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)(J)適于IrDA技術(shù)規(guī)范和接收的射頻信號(hào)(F，G)基于超寬帶(UWB)信號(hào)技術(shù)規(guī)范。
8.按照任何前述權(quán)利要求的方法，其中脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)是被變換成用于對(duì)用來操作轉(zhuǎn)換器(4)的電池進(jìn)行充電的電信號(hào)的光信號(hào)。
9.一種用于把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)變換成射頻信號(hào)(D，E)的轉(zhuǎn)換器(4)，包括信號(hào)譯碼器單元(42)，用于把脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)(A)譯碼成譯碼的數(shù)據(jù)比特流(B)；數(shù)據(jù)編碼器單元(51)，用于把譯碼的數(shù)據(jù)比特流(B)編碼成重新編碼的數(shù)據(jù)比特流(C)；以及射頻調(diào)制器(52)，用于用重新編碼的數(shù)據(jù)比特流(C)調(diào)制射頻信號(hào)(D，E)。
10.按照權(quán)利要求9的轉(zhuǎn)換器，不帶有數(shù)據(jù)編碼器單元(51)，其中修正的射頻調(diào)制器(521)通過極性調(diào)制調(diào)制射頻信號(hào)(D，E)。
11.權(quán)利要求9的轉(zhuǎn)換器，還用于把接收的射頻信號(hào)(F，G)變換成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)(J)，包括解調(diào)器單元(58)，用于把接收的射頻信號(hào)(F，G)解調(diào)成解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流(H)；數(shù)據(jù)譯碼器單元(59)，用于把解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流(H)譯碼成接收的數(shù)據(jù)比特流(I)；以及信號(hào)編碼器單元(43)，用于把接收的數(shù)據(jù)比特流(I)編碼成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)(J)。
12.按照任何前述權(quán)利要求9或11的轉(zhuǎn)換器，包括轉(zhuǎn)換器控制器(60)。
13.按照任何前述權(quán)利要求9到12的轉(zhuǎn)換器，包括光收發(fā)信機(jī)8和光窗口92，光窗口92用于衰減由光收發(fā)信機(jī)8接收和/或發(fā)送的光信號(hào)。
14.按照任何前述權(quán)利要求9到13的轉(zhuǎn)換器，是使用IrDA協(xié)議技術(shù)規(guī)范和/或UWB-RF信號(hào)技術(shù)規(guī)范的移動(dòng)設(shè)備的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及把脈沖調(diào)制信號(hào)變換成射頻信號(hào)，該射頻信號(hào)使得能夠使用被設(shè)計(jì)用于在射頻(RF)信道上的無線光鏈路的應(yīng)用和協(xié)議。方法包括接收脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)，把接收的脈沖調(diào)制的輸入信號(hào)譯碼成譯碼的數(shù)據(jù)比特流，把譯碼的數(shù)據(jù)比特流編碼成重新編碼的數(shù)據(jù)比特流，通過使用重新編碼的數(shù)據(jù)比特流調(diào)制射頻信號(hào)，以及發(fā)送調(diào)制的射頻信號(hào)。在接收機(jī)路徑上，接收的射頻信號(hào)通過以下步驟被變換成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)把接收的射頻信號(hào)解調(diào)成解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流，把解調(diào)的數(shù)據(jù)比特流譯碼成接收的數(shù)據(jù)比特流，把接收的數(shù)據(jù)比特流編碼成脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)，以及轉(zhuǎn)發(fā)脈沖調(diào)制的輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B1/69GK1816972SQ200480002879
公開日2006年8月9日 申請日期2004年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者沃爾特·赫特, 弗里茲·格菲勒, 比特·維斯 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司