專利名稱：使用低復雜度發(fā)射機增加對噪聲免疫力的感應通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
概括地說，本發(fā)明涉及單向通信系統(tǒng)，具體地說，涉及在發(fā)射機 的近場區(qū)中進行操作的單向通信系統(tǒng)。
背景技術：
電磁通信系統(tǒng)通常要求滿足多個條件。例如，由通信系統(tǒng)的發(fā)射 器發(fā)射的信號必須足夠強以便通信系統(tǒng)的接收機能夠可靠地檢測到 它。具體地說，如果發(fā)射器和接收機之一或者兩者位于導電結構或者 可磁化結構附近，則需要高的傳輸功率，以便補償信號的部分吸收。 另外，在諸如長波范圍的一些常用頻率范圍中存在多個噪聲源，因此 增加了對魯棒性和無差錯調制以及編碼方案的需要。特別是在醫(yī)學應
用中，當前技術主要包括在遠場區(qū)中進行操作的RF頻率收發(fā)器。在 遠場區(qū)中，E場分量在無線電波的傳播中起著重要的作用。如果發(fā)射 機接近于人體，則性能由于人體的高吸收水平而急劇下降。特別是在 個人保健應用中，需要小而便宜的附在人體上的發(fā)射機來確保用戶的 方便使用并且保持低費用。

發(fā)明內容
由于上述原因，顯然，通信系統(tǒng)必須使用非常簡單的發(fā)射機結構 來實施。同時，通信系統(tǒng)對于干擾噪聲功率必須保持魯棒性為可接收 的級別。問題歸結為尋找一種作為發(fā)射機一部分的調制器，其不改變 簡單的發(fā)射機結構就能理想地增加發(fā)射機的噪聲魯棒性。滿足這些要 求的調制器由本發(fā)明權利要求1來限定。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，用于通信系統(tǒng)的調制器包括擴頻 編碼器和脈沖碼調制器，脈沖碼調制器的信號輸入端口可連接到擴頻 編碼器的信號輸出端口。要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)首先由擴頻編碼器處理，然后再由脈沖碼調制器處理。在調制器工作期間，數(shù)據(jù)信號經(jīng)由擴頻編碼 器的輸出端口離開擴頻編碼器，然后進入脈沖碼調制器的輸入端口。 這種配置的優(yōu)點是，具有更高的噪聲魯棒性，同時保持相對簡單的結 構。特別地，通過把傳輸信號的頻譜擴展和通過不同脈沖碼調制模式
對它進行編碼結合起來，從而增加調制器的噪聲魯棒性。擴頻(ss)編
碼使傳輸信號面對一個或者幾個干擾發(fā)射機所引起的干擾不再脆弱， 每個發(fā)射機發(fā)射不同頻率的信號。通過在相對大的頻帶內劃分傳輸信 號的傳輸功率可以實現(xiàn)這種所希望的效果，因此，在接收機一端，即 使部分頻帶受到干擾，也能夠重構信號。下面解釋使調制器首先執(zhí)行 擴頻編碼然后執(zhí)行脈沖碼調制的原因。擴頻編碼通常包括數(shù)據(jù)信號和
所謂的偽隨機噪聲(PRN)信號之間的邏輯或數(shù)學運算。因為保持了現(xiàn) 有脈沖碼調制部分，所以上述調制器結構很容易整合到現(xiàn)有的調制器 結構中。所提出的調制器結構的不同點只在于，在脈沖碼調制器的信 號入口處增加了擴頻編碼器。
在本發(fā)明的一個相關實施例中，脈沖碼調制器用于把擴頻編碼器 產(chǎn)生的擴頻編碼信號編碼在脈沖碼調制信號中。該特征允許擴頻編碼 器和脈沖碼調制器串聯(lián)。
在另一個相關實施例中，脈沖碼調制器用于將擴頻編碼信號的瞬 時值編成一個序列，該序列是脈沖碼調制信號的一部分。映射函數(shù)或 者表產(chǎn)生本領域技術人員眾所周知的脈沖碼調制信號的部分序列，所 述每個脈沖碼調制信號分別表示擴頻編碼信號的瞬時值。脈沖碼調制 是一種時分調制技術，其中對模擬信號進行采樣并且以周期性間隔量 化為數(shù)字值。擴頻信號雖然通過數(shù)字運算生成，但是仍然具有模擬表 示，例如其可通過導致分段恒定輸出信號的保持元件(hold element) 來獲得。盡管如此，但是如果脈沖碼調制器直接接收數(shù)字輸入信號， 則這樣的數(shù)模轉換就是不必要的。相應地，也能使用數(shù)字值序列，而 不是從擴頻編碼器向脈沖碼調制器發(fā)送模擬信號。
本發(fā)明的另一個實施例指的是包括上述調制器的發(fā)射機，其還包 括可連接到擴頻編碼器的偽隨機噪聲生成器。因此，調制器是用于通 過傳輸信道傳輸數(shù)據(jù)信號或者一些其它類型信號的發(fā)射機的一部分。為了執(zhí)行擴頻編碼，需要所謂的偽噪聲信號，其本質上是隨機序列。 該偽噪聲信號能夠由偽噪聲生成器生成。這些序列也稱為發(fā)射機和接 收機兩者必須預先知道的"密鑰"。在現(xiàn)代通信中，序列必須盡可能 看起來"如同噪聲" 一樣盡可能長以及盡可能隨機地出現(xiàn)。但是在任 何情況下，它們必須保持為可重現(xiàn)的。否則，接收機將不能提取已經(jīng) 發(fā)送的消息。因此，序列是"接近隨機的"。這樣的代碼稱為偽隨機
數(shù)或者序列。為了保證高效的SS通信，PRN序列必須遵守某些規(guī)則， 諸如長度、自相關、互相關、正交性、和比特平衡。起初，不同序列 的相關特征對于它們在擴頻通信系統(tǒng)中的應用性來說是關鍵的。 一些 常見的偽隨機序列是最大長度、Barker、 Gold、 Hadamard-Walsh、等等。
在一個相關實施例中，發(fā)射機還包括諧振電路和開關元件，開關 元件用于響應調制器生成的信號而給諧振電路加電和斷電。當由諸如 單位階躍函數(shù)的輸入信號激勵時，諧振電路以特征輸出信號作為響 應。該輸出信號的特征在于某些諧振頻率和阻尼因子，這兩者都是諧 振電路的特征。諧振電路的諧振頻率能夠選取為位于優(yōu)選用來在特定 傳輸信道上進行傳輸?shù)念l帶內。阻尼因子確保輸入信號在一定時間之 后衰減，以便諧振電路不積累過去的所有輸入信號。這兩個特征使諧 振電路由上述調制器生成的信號所驅動成為可能。特別地，如果驅動 信號由脈沖組成，則諧振電路將在占優(yōu)勢脈沖的上升沿做出實質上在 它的諧振頻率處開始振蕩的反應。同樣地，諧振電路在脈沖的下降沿 做出衰減它的振蕩直到感覺不到振蕩時為止的反應。 一個優(yōu)點是，不 需要采用標準調制元件，諸如乘法器或者壓控振蕩器。相反地，通過 上述諧振電路的單位階躍響應獲取期望載波頻率的傳輸信號，其能簡 化發(fā)射機并且降低它的功耗。
在一個相關實施例中，諧振電路的諧振頻率處于長波范圍內。長 波范圍中的無線電通信是有利的，原因在于長波信號與具有更短波長 的信號相比，較少為諸如人體的某些結構所吸收。因為使用擴頻編碼， 即使相當擁擠的長波范圍也能為預定的數(shù)據(jù)通信提供足夠的帶寬。這 是因為，對于在長波范圍中操作的任一其它通信系統(tǒng)來說，傳輸信號
事實上在噪聲基底消失，所以對于這些通信系統(tǒng)不存在干擾發(fā)射機。 此外，傳輸信號能夠使用長波范圍中任意大的部分。它只需要確保傳 輸范圍的上下界仍然在傳輸信道的規(guī)格內。
在另一個實施例中，發(fā)射機還包括磁換能器。這樣的磁換能器產(chǎn)
生強大的B場。使用磁換能器進行通信的優(yōu)點是在近場區(qū)電磁無線 電波的E場分量小而B場或者H場分量大。這對強烈吸收電場而磁 場幾乎不受影響的環(huán)境是有利的。在導電而不導磁的材料附近，尤其 如此。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，用于通信系統(tǒng)的解調器與 通信系統(tǒng)內的發(fā)射機對應。解調器包括用于執(zhí)行接收信號和參考信號 的相關的相關器，其中參考信號表示當由特定脈沖碼調制序列激勵時 發(fā)射機的系統(tǒng)響應，特定脈沖碼調制序列表示選取的脈沖碼調制值。 解調器的任務是確定接收信號是與已經(jīng)由相應的發(fā)射機傳輸?shù)男盘?對應還是包括該信號。此外，解調器還具有確定接收信號的瞬時值， 即在給定時刻信號所表示的值的任務。執(zhí)行接收信號和參考信號之間 的相關(即兩種信號的互相關)的相關器最適合用于該任務。當發(fā)射 機由特定脈沖碼調制序列激勵時，參考信號從發(fā)射機的系統(tǒng)響應中獲 得。因此，每次相關器或者一些附加部件認定接收信號和參考信號的 互相關本質上等于參考信號的自相關時，假定接收信號表示上述選取 的脈沖碼調制值。相反，如果接收信號和參考信號之間的互相關本質 上類似于當由特定脈沖碼調制序列激勵時發(fā)射機的參考信號和系統(tǒng) 響應之間的互相關，則其中特定脈沖碼調制序列表示另一脈沖碼調制 值。在仔細選取表示不同值的脈沖碼調制序列的條件下，能夠很容易 地區(qū)分各種自相關和互相關函數(shù)。
在一個相關實施例中，解調器還包括峰值檢測器，其輸入端口可 連接到相關器的輸出端口。峰值檢測器分析接收信號和參考信號之間 的相關性，以便確定接收信號是否與傳輸信號(而不僅僅是噪聲)對 應，如果是，則在接收信號中編碼其值。特別地，接收信號和參考信 號之間的相關通常具有一對峰值。因為參考信號保持恒定，由此峰值 的數(shù)量、位置和大小表示接收信號的相關。因此，通過估計相關的峰
值，峰值檢測器能夠確定由發(fā)射機傳輸?shù)男盘柕拇嬖谂c否以及其值的 大小。
在一個相關實施例中，解調器還包括擴頻解碼器，其輸入端口可 連接到峰值檢測器的輸出端口。這樣，峰值檢測器的輸出序列就能通 過用于編碼擴頻編碼信號的偽噪聲序列進行解碼或者解擴。因為對于 發(fā)射器和接收機以同樣的方式規(guī)定了生成偽噪聲序列的原則，所以接 收機能夠產(chǎn)生與發(fā)射器相同的偽噪聲序列。然而，兩種序列是否同步 是未知的。通過用前導碼或者頭部能夠確定是否同步，前導碼或者頭 部由接收機檢測，并用作接收機一方的偽噪聲生成器的觸發(fā)器。如果 接收機一方的偽噪聲序列與發(fā)射器一方的偽噪聲序列相同并且同步， 則能夠成功地執(zhí)行解擴操作。解擴操作的結果是原始數(shù)據(jù)序列，就好 像它進入發(fā)送方發(fā)射機時一樣。
在另一個優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括發(fā)送方擴頻編碼器和 接收方擴頻解碼器。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)還包括位于擴頻編碼器和擴頻解碼 器之間的發(fā)送方脈沖碼調制器和接收方脈沖碼解調器。如此配置有利 于能夠給基于脈沖碼調制的現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)提供更高的噪聲魯棒性。通 過保持由發(fā)送方脈沖碼調制器和接收方解調器組成的傳輸系統(tǒng)的內 部，可以采用己經(jīng)開發(fā)出的并且經(jīng)過試驗的結構。這是特別重要的， 如果用于脈沖碼調制的元件是集成電路的一部分，例如，如果打算將 擴頻編碼/解碼級包括在脈沖碼調制/解調階段之間，則其將不得不幾 乎完全重新設計。
在一個相關實施例中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)還包括發(fā)送方發(fā)射機電路， 該發(fā)射機電路包括諧振電路和開關元件，開關元件用于響應脈沖碼調 制器生成的信號而接通或者斷開諧振電路。如上所述，尤其當諧振電 路由例如形成由脈沖碼調制器生成的信號的單位階躍函數(shù)序列激勵 時，在當前數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中采用諧振電路的振蕩行為。
在一個相關實施例中，脈沖碼解調器包括相關器和峰值檢測器。 相關器和峰值檢測器的結合允許對接收信號和參考信號進行比較以 及基于在接收信號和參考信號之間的相關中出現(xiàn)的所有峰值的數(shù)量、 位置和大小而對接收信號進行識別。
在一個相關實施例中，當信號在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機 之間的傳輸信道上傳輸時，相關器把它作為輸入。在此過程中相關器 能夠對沒有受到任何附加處理的原始信號執(zhí)行相關。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，從發(fā)射機傳輸數(shù)據(jù)到接收 機的方法包括以下步驟
對表示所述數(shù)據(jù)的信號執(zhí)行擴頻編碼，以產(chǎn)生擴頻編碼信號； 對擴頻編碼信號執(zhí)行脈沖碼調制，以產(chǎn)生脈沖碼調制信號。 如上所述，擴頻編碼和脈沖碼調制的次序原則上是可互換的。如 果將添加噪聲魯棒性到現(xiàn)有的或者已開發(fā)的傳輸系統(tǒng)，則有可能在脈 沖碼調制步驟之前提供擴頻編碼步驟，這樣在成本和性能方面具有優(yōu) 勢。
在一個相關實施例中，所述方法還包括以下步驟 接收脈沖碼調制信號；
執(zhí)行脈沖碼調制信號和參考信號的相關來獲得互相關，其中該參 考信號表示當由脈沖碼調制序列激勵時發(fā)射機的系統(tǒng)響應，該脈沖碼
調制序列表示從擴頻編碼信號的可能值中選取的值； 對互相關執(zhí)行峰值檢測。
通過執(zhí)行接收信號和參考信號之間的相關，能夠獲得對它們相似 性的有意義的衡量尺度。相關，或者更準確地說互相關，是能夠通過 確定互相關函數(shù)的各個峰值的數(shù)量、位置和大小的峰值檢測來進行分 析的函數(shù)。
在一個相關實施例中，所述方法還包括以下步驟
響應脈沖碼調制信號而給諧振電路交替地加電和斷電，以產(chǎn)生傳
輸信號；
在傳輸信道上發(fā)送所述傳輸信號。
對于脈沖碼調制數(shù)據(jù)，給諧振電路交替地加電和斷電更用于調制 信號到諧振電路的諧振頻率上。可能充當開關元件并且用作加電和斷 電動作的晶體管能夠以低功耗方式操作，原因在于避免了大部分耗電 的中間操作狀態(tài)。


當結合附圖考慮時，參考以下詳細描述能夠了解本發(fā)明及其預期 優(yōu)點，同時將很容易地獲得更加全面的理解。其中 圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術的傳輸系統(tǒng)的方框圖。 圖IB是根據(jù)現(xiàn)有技術的先進傳輸系統(tǒng)。
圖ic是根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的更詳細的方框圖。
圖3A和3B是在根據(jù)本發(fā)明在脈沖碼調制器中使用的兩個信號
圖形(motif)的示意圖。
圖3C和3D是用于兩個不同的編碼邏輯值的脈沖碼調制信號部
分的示意圖。
圖4是說明供本發(fā)明使用的發(fā)射機電路的示意圖。
圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明在發(fā)射機中出現(xiàn)的它們各自功率譜密
度的不同信號的示意圖。
圖6A和6B分別表示在根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的發(fā)射機和接收
機之間傳輸?shù)男盘柕淖韵嚓P函數(shù)和互相關函數(shù)。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1A，示出根據(jù)現(xiàn)有技術的用于數(shù)字數(shù)據(jù)通信的傳輸 系統(tǒng)。將要傳輸?shù)囊幌盗袛?shù)字數(shù)據(jù)信號101充當傳輸系統(tǒng)的輸入。輸 入信號101送到發(fā)射機100。發(fā)射機100包括脈沖碼調制器110和輸 出級150。此外，在射頻通信的情況下，發(fā)射機100連接到諸如天線 的換能器元件180。由換能器180發(fā)射的信號沿著傳輸信道200傳播 到另一換能器280,另一換能器280位于接收機一端并且連接到接收 機300。由換能器280拾取的信號進入到接收機300的輸入級350。 在己經(jīng)傳遞到輸入級350并且己經(jīng)受到相應處理之后，信號送到脈沖 碼解調器310，其在它的輸出端提供輸出信號301 。假定傳輸信道200 是理想的，則可以認為輸出信號301等于輸入信號101。然而，在實 際應用中，傳輸信道200受到多個衰減，諸如信號傳播延遲、失真和 噪聲。雖然對于多個應用來說脈沖碼調制技術在這方面是令人滿意的，但是在采用位于已經(jīng)廣泛使用的頻率范圍內的傳輸頻率的傳輸系 統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了它的局限性。如果使用這樣的頻率范圍，則接收機難以區(qū) 分想要接收的信號和普通噪聲基底。
下面參考圖1B，示出先進的傳輸系統(tǒng)，其中所謂的擴頻技術用 于克服上述問題。使用擴頻技術，通過注入更高頻率信號有意地把基 帶信號帶寬擴展到更大的帶寬。其直接后果是，在傳輸信號時使用的 能量擴展到更寬的帶寬上。這通常意味著，信號在噪聲層消失。通過 在接收機一端執(zhí)行解擴操作，在解擴操作與擴展操作對應的條件下能夠恢復原始信號。在圖1B中擴頻模塊120位于脈沖碼調制模塊110 和輸出級150之間。相應地，執(zhí)行解擴操作320的模塊位于輸入級 350和脈沖碼解調模塊310之間。因為擴頻技術對傳輸信號的帶寬有 影響，所以，如此配置能通過擴展和解擴操作對傳輸信號和所需要的 帶寬進行直接控制。
圖1C示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)，其中輸入信號101在它傳遞 到脈沖碼調制模塊110上之前首先由擴頻編碼模塊120處理。同樣地， 接收機300內的擴頻解碼模塊320作為脈沖碼解調器310的輸出。然 后擴頻模塊320產(chǎn)生輸出信號301。因此，擴頻技術的擴展和解擴操 作封住了如圖1A所述的傳輸系統(tǒng)。
下面參考圖2，示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的更詳細的描述。輸 入信號101進入運算模塊124，其中該輸入信號與偽噪聲生成器122 生成的偽噪聲(PN)信號相結合。運算模塊124可以執(zhí)行例如XOR(異 或)運算、加法和隨后的模運算或者結合輸入信號101和偽噪聲的其 它運算。偽噪聲生成器生成偽噪聲隨機序列。這些序列可以是最大長 度序列，或者，還有更好地，碼片速率為500碼片/秒的Gold序列。 在所述示例中輸入數(shù)據(jù)與來自PN生成器的比特相加(模2)，從而產(chǎn) 生新的比特信號。
然后，在調制器110中對所得的信號用以下形式進行調制，其僅 僅是示例性的。如果之前由運算模塊124確定的二進制信號的瞬時值 是邏輯1，則重復由一個矩形脈沖組成的比特圖形例如13次。通過 考慮圖3A-3D這變得很明顯。圖3A示出由矩形脈沖組成的圖形。圖3B示出由水平直線組成的另一個圖形。圖3C示出圖3 A的圖形如何 重復13次，以便產(chǎn)生由運算模塊124產(chǎn)生的邏輯1信號的脈沖碼調 制表示。同樣地，在圖3D中示出由運算模塊124產(chǎn)生的邏輯0信號 的脈沖碼調制表示。該脈沖碼調制表示是圖3 A和圖3B的圖形的交 替。可以看出，圖3 A的圖形重復七次而圖3B的圖形重復六次。該 運算還可以用以下方式理解。由運算模塊124產(chǎn)生的邏輯1信號映射 成脈沖碼調制值"1111111111111"。由運算模塊124產(chǎn)生的邏輯0信 號映射成脈沖碼調制值"1010101010101"?；氐絽⒖紙D2，該信號穿 過信道200傳輸?shù)浇邮諜C中。在接收機一端，信號由相關器312拾取 相關器312，執(zhí)行接收信號和參考信號之間的相關。參考信號可能 是一個圖3C或者3D表示的信號?；蛘?，參考信號也可能是考慮了 例如信道200的諸如振蕩行為或者低通特征的特定性質的另一信號。 無論如何，根據(jù)接收信號和參考信號之間的相似性，相關器312計算 或多或少的顯著相關函數(shù)。通常這樣的相關函數(shù)示出至少一個峰值。 在周期信號的情況下相關函數(shù)示出多個峰值。因此傳遞相關函數(shù)到確 定例如相關函數(shù)的峰值的數(shù)量、位置和大小的峰值檢測器314上。通 過對峰值的數(shù)量、位置和大小確定值與預定值進行比較，峰值檢測器 能夠確定發(fā)送方運算模塊124最初產(chǎn)生的信號的二進制值。這個結果 是峰值檢測器314的輸出并且被傳遞到實質上執(zhí)行與發(fā)送方運算模 塊124相同運算的接收方運算模塊324上。為此，偽噪聲生成器322 連接到運算模塊324以提供作為第二輸入的偽噪聲。由偽噪聲生成器 322生成的偽噪聲通過用與發(fā)送方偽噪聲生成器122中使用的相同的 規(guī)律管理的處理而產(chǎn)生。此外，偽噪聲生成器322與發(fā)射機的偽噪聲 生成器122同步。例如通過鎖相環(huán)等等可以達到同步的效果。運算模 塊324的結果是輸出信號301，其能夠認為高可靠地等于輸入信號 101。
下面轉向圖4，更詳細地示出發(fā)射機100的輸出級150。該電路 的兩個輸入端口 PFET—DRIVE和NFET—DRIVE連接到脈沖碼調制器 110。脈沖碼調制器110的輸出信號連接到兩個輸入端口中的一個， 而脈沖碼調制器110的輸出信號的反相信號連接到兩個輸入端口的另一個。兩個電阻分別是簡單的上拉和下拉電阻，這在本領域是眾所周知的。兩個輸入端口分別連接到兩個晶體管151和152的柵極。具 體地，輸入端口 PFET—DRIVE連接到p溝道MOSFET晶體管151， 而輸入端口 NFET一DRIVE連接到n溝道MOSFET晶體管152。晶體 管151的漏極經(jīng)由電阻154連接到電源電壓，而晶體管152的源極接 地。電容153為穩(wěn)定晶體管151和152兩端的電壓而提供。電容153 還用作電荷的存儲元件。晶體管151的源極和晶體管152的漏極連接 在一起并且兩者都連接到包括諧振電路電容155和諧振電路電感156 的串聯(lián)諧振電路。串聯(lián)諧振電路的另一端接地。晶體管151和152以 交替方式運行，即每次通過施加適當?shù)尿寗与妷旱礁鱾€晶體管的柵極 時只導通一個。因此，可分為兩個階段充電階段和放電階段。在充 電階段期間，晶體管151導通，其意味著施加電源電壓到串聯(lián)諧振電 路電阻154、電容155和電感156，形成阻尼諧振電路，電流流過上 述元件以及晶體管151，其取決于電源電壓和阻尼串聯(lián)諧振電路的振 蕩行為。因此，可以認為在諧振電路中建立了振蕩電流。箭頭157表 示電流的路徑，但應該理解電流實際上是雙向流動的，因為它是振蕩 電流。在放電階段期間，晶體管151不導通，而晶體管152導通。之 前在充電階段期間建立的電流現(xiàn)在由于電容155、電感156和晶體管 152的內阻而衰減。放電階段期間的電流路徑用箭頭158表示。與充 電階段的情況一樣，作為振蕩電流的電流實際上是雙向流動的。
圖5A和5B說明在發(fā)射機100內出現(xiàn)的多個信號，以及它們各 自的功率譜分布。在圖5A中第一個信號是攜帶將要傳輸?shù)谋忍財?shù)據(jù) 的信號。如果這個輸入數(shù)據(jù)信號具有比特率fd，則功率譜分布指的是 在該信號的右邊的sinc^函數(shù)，該函數(shù)在fd處具有它的第一個根或最 小值。根據(jù)圖2，該信號在運算模塊124中進行二進制運算，其中數(shù) 據(jù)輸入信號101與由偽噪聲生成器122產(chǎn)生的偽噪聲信號PN合并。 在圖5A中第二個信號表示偽噪聲信號。PN信號是偽噪聲隨機序列。 該序列可能是具有碼片率fpw的最大長度序列或者Gold序列。在圖 5A中偽噪聲信號的右邊表示該信號的功率譜分布。而且，它也是在 fpN處具有它的第一個最小值的sinc^函數(shù)。運算可以是兩個信號用隨
后的模2運算相加，或者可以是XOR運算。該結果表示為圖5A中 從上面數(shù)的第三個信號，其初看起來類似于偽噪聲信號PN。然而， 與偽噪聲信號相比，每當輸入數(shù)據(jù)信號改變它的相位時，所得的信號 就改變它的相位。既然具有sinc^形式功率譜分布的兩個信號的調制 產(chǎn)生具有sinc2功率譜分布的信號，該功率譜分布在等于運算所涉及 的兩個調制頻率中的較高頻率處具有第一個最小值，則所得的信號 mod2 (data+PN)的功率譜分布等于偽噪聲信號PN的功率譜分布。
為了便于說明和定位，在圖5B中重復所得的信號 mod2(data+PN)。從圖5B上面看的第二個信號是所得的信號 mod2(data+PN)的放大部分，其中表示兩個比特， 一個具有邏輯值"1 "， 另一個具有邏輯值"0"。這個信號傳遞到圖2的調制器110上。在調 制器110內，信號調制成具有名為PFET—DRIVE的信號，表示這個 信號驅動圖4中的p溝道MOSFET151。為了便于說明，下面描述特 定的調制，但是應該理解存在多個可能的調制方案。如果信號 mod2(data+PN)具有瞬時邏輯值"1 "，則調制器110產(chǎn)生如圖3A中指 出的13個矩形脈沖序列。如果信號mod2(data+PN)的邏輯值在特定 瞬間是"0"，則調制器110產(chǎn)生七個矩形脈沖序列。換句話說，在邏 輯"0"的情況下，與邏輯"1"對應的調制信號的矩形脈沖每隔一個 用空行代替，如圖3B中描述所示。信號PFET—DRIVE具有該信號右 邊的示圖所表示的功率譜分布。而且，它是sine2函數(shù)，在脈沖碼頻 率fe處具有它的第一個最小值。注意，脈沖碼頻率fe隨信號 mod2(data+PN)的邏輯值函數(shù)發(fā)生改變。在所述示例中，由于矩形脈 沖數(shù)量較多，在邏輯"1"情況下的fe大約是在邏輯"0"情況下的fc 的兩倍。當包括電容155和電感156的諧振電路由單個矩形脈沖信號 PFET—DRIVE激勵時，在圖5B的最下面的第四個信號是通過電感156 所得的電流。能夠看出，電流在代表傳輸頻率的特定頻率ft處振蕩。 還可以看出，當PFET—DRIVE矩形脈沖有效時電流Il的振幅増大， 而一旦PFET—DRIVE矩形脈沖無效時電流IL的振幅馬上降低。
流過電感(諸如電感156)的電流感應出磁場或者B場。因此， 電感156還可以用作發(fā)射B場的傳輸元件，所述B場可以由適當?shù)慕邮赵?諸如另一電感)拾取。通過電感156和B場的電流乙具 有如表示電流II的右邊所示的功率譜分布。主瓣以傳輸頻率ft為中心， 該傳輸頻率ft還可以認為是傳輸系統(tǒng)的載波頻率。此外，能夠看出電 感電流L的頻譜是線狀頻譜，其具有從載波頻率ft隔開脈沖碼頻率fc 的明顯頻譜線。
圖6A示出當傳輸邏輯"0"時電感電流L的自相關。如果在傳 輸邏輯"0"期間選擇電感電流lL為之前描述的參考信號，則在由接 收機接收的信號和參考信號之間的互相關可以認為類似于圖6A中所 表示的自相關。
另一方面，圖6B表示低信號和高信號之間的互相關，其中低信 號意指當傳輸邏輯"0"時電感電流L的波形。類似地，高信號意指 當傳輸邏輯"l"時電感電流L的波形。當比較圖6B和圖6A時，可 以看到，圖6A的自相關的每個峰值是圖6B中表示的互相關的兩倍。 由于這個波形的相關性質，相關通過使用簡單的峰值檢測器并且計算 峰值或者確定峰值之間的時間來傳遞將要解碼的比特。通過使用同步 PN序列發(fā)生器并且將來自PN序列的比特模2加到峰值檢測器的輸 出端來將這些比特解碼成原始數(shù)據(jù)比特。
本領域技術人員應該理解，根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的特征在于簡 單和低功耗的發(fā)射機。具有更高性能的接收機能夠可靠地檢測出原始 數(shù)據(jù)比特。由于發(fā)射機比接收機簡單的事實，該傳輸系統(tǒng)可以稱為"不 對稱的傳輸系統(tǒng)"。
顯然，根據(jù)以上教導可以對本發(fā)明進行許多修改和變更。具體地， 本發(fā)明可以使用各種傳輸技術，諸如(遠場)射頻傳輸系統(tǒng)、光傳輸系 統(tǒng)和使用聲波作為載波的傳輸系統(tǒng)。因此可以理解的是，在所附權利 要求的范圍內，除在此明確描述的之外也可以實施本發(fā)明。
權利要求
1、用于通信系統(tǒng)的調制器，包括擴頻編碼器，其特征在于還包括脈沖碼調制器，其信號輸入端口可連接到所述擴頻編碼器的信號輸出端口。
2、 權利要求1的調制器，其中，所述脈沖碼調制器把由所述擴 頻編碼器所產(chǎn)生的擴頻編碼信號編在脈沖碼調制信號中。
3、 權利要求2的調制器，其中，所述脈沖碼調制器將所述擴頻 編碼信號的瞬時值編成一個序列，所述序列是所述脈沖碼調制信號的 一部分。
4、 發(fā)射機，包括權利要求1至3中任意一項的調制器，還包括可連接到所述擴頻編碼器的偽噪聲生成器。
5、 權利要求4的發(fā)射機，還包括 諧振電路；開關元件，響應由所述調制器生成的信號而給所述諧振電路交替 地加電和斷電。
6、 權利要求5的發(fā)射機，其中，所述諧振電路的諧振頻率處于 長波范圍中。
7、 權利要求4至6中任意一項的發(fā)射機，還包括 磁換能器。
8、 用于通信系統(tǒng)的解調器，所述解調器與所述通信系統(tǒng)內的發(fā)射機相對應，并且包括相關器，其特征在于所述相關器對接收信號和參考信號執(zhí)行相關，其中，所述參考信 號表示當由特定脈沖碼調制序列激勵時所述發(fā)射機的系統(tǒng)響應，所述 特定脈沖碼調制序列表示所選取的脈沖碼調制值。
9、 權利要求8的解調器，還包括峰值檢測器，其輸入端口可連接到所述相關器的輸出端口。
10、 權利要求9的解調器，還包括擴頻解碼器，其輸入端口可連接到所述峰值檢測器的輸出端口。
11、 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)送方擴頻編碼器和接收方擴頻解碼器， 其特征在于還包括-位于所述擴頻編碼器和所述擴頻解碼器之間的發(fā)送方脈沖碼調 制器和接收方脈沖碼解調器。
12、 權利要求11的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，還包括發(fā)送方發(fā)射機電路， 所述發(fā)射機電路包括諧振電路；開關元件，響應由所述脈沖碼調制器生成的信號而給所述諧振電 路交替地加電和斷電。
13、 權利要求11或者12中任意一項的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中，所述脈沖碼解調器包括相關器和峰值檢測器。
14、 權利要求13的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中，當信號在所述數(shù)據(jù)傳 輸系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機之間的傳輸信道上傳輸時，所述相關器把所 述信號作為輸入。
15、 用于從發(fā)射機向接收機傳輸數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括以下 步驟-對表示所述數(shù)據(jù)的信號執(zhí)行擴頻編碼，以產(chǎn)生擴頻編碼信號； 所述方法的特征在于還包括對所述擴頻編碼信號執(zhí)行脈沖碼調制，以產(chǎn)生脈沖碼調制信號。
16、權利要求15的方法，還包括以下步驟 接收所述脈沖碼調制信號；對所述脈沖碼調制信號和參考信號執(zhí)行相關，以獲得互相關，其 中所述參考信號表示當由脈沖碼調制序列激勵時所述發(fā)射機的系統(tǒng) 響應，所述脈沖碼調制序列表示從所述擴頻編碼信號的可能值中選取 的值；對所述互相關執(zhí)行峰值檢測。
17、權利要求15或者16中任意一項的方法，還包括以下步驟 響應所述脈沖碼調制信號而給諧振電路交替地加電和斷電，以產(chǎn) 生傳輸信號；在傳輸信道上發(fā)送所述傳輸信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通信系統(tǒng)的調制器。該調制器包括擴頻編碼器和脈沖碼調制器，脈沖碼調制器的信號輸入端口可連接到擴頻編碼器的信號輸出端口。通過把修改后的擴頻方案與脈沖碼調制結合起來使用，該調制器執(zhí)行具有魯棒性和無差錯的調制和編碼方案。通信系統(tǒng)包括使用非常簡單的發(fā)射機的低數(shù)據(jù)速率、對噪聲具有魯棒性的調制和編碼方案。這使得發(fā)射機電路非常簡單，減少了發(fā)射機的大小和成本。
文檔編號H04B1/69GK101204020SQ200680022283
公開日2008年6月18日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權日2005年6月23日
發(fā)明者J·A·J·西杰斯, J·米爾施泰夫, O·祖赫, R·平特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司