專利名稱：：超寬帶通信裝置和方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及超寬帶系統(tǒng)，具體來說涉及超寬帶通信裝置和方法。
背景技術：
：超寬帶(UWB)是ー種無線電技術，其用于通過使用無線電頻譜的大部分以很低的能量級別進行短距離高帶寬的通信。UWB無線電頻譜一般來說范圍從3.IGHz到10.6GHz。按照各種規(guī)章制定機構設立的規(guī)定，UffB信號在UWB發(fā)射機天線的輸出端應當具有最小為500MHz的帶寬以及最大為-41.3dBm/MHz的功率譜密度。此外，UWB系統(tǒng)應當在ー個小時時間內支持小于5%的低占空比。一般地，在低占空比的UWB系統(tǒng)中，UWB發(fā)射機使用DMPSK調制技術調制包括啁啾脈沖(chirppulse)或“短脈沖串(seriesofshortpulses)”的UWB信號并且使用UWB網絡將UWB信號發(fā)送到UWB接收機。啁啾脈沖是頻率調制的載波脈沖，其中調制信號是三角波形。啁啾脈沖跨越較大帶寬(>=500MHz)并且具有極好的自相關性。UWB接收機可以混合(mix)進入的(incoming)UWB信號并且對其進行濾波以從進入的UWB信號去除啁啾信號。此外，UWB接收機使用任何傳統(tǒng)的DMPSK解調技術來解調進入的UWB信號?！岸堂}沖串”是指在等于符號(symbol)的“通時間(ontime)”的特定時間段內重復的高斯單周期(,monocycle)的流。
發(fā)明內容技術問題可替換地，UWB接收機使用差分解調相移鍵控(differentiallydemodulatedphaseshiftkeying,DDPSK)解調技術來解調進入的UWB信號，而無需執(zhí)行初始的信道估計。UWB接收機通過采樣對相鄰的脈沖(consecutivepulses)采樣進行差分并且對差分的采樣求平均值以獲得相關脈沖之間的相位差。然而，在這個技術中，UWB接收機可能不得不估計信道的最顯著抽頭(mostsignificanttapofchannel)的定時，以取得更好的性能。IEEE802.15.6(針對人體區(qū)域網絡(bodyareanetwork)設計的標準)在UWB頻帶中提供基于脈沖(例如，啁啾脈沖或短脈沖串)的物理層，以便以更好的性能和低功耗來解調進入的UWB信號。然而，當進入的UWB信號中的啁啾脈沖的寬度隨著不同的數(shù)據(jù)速率改變吋，需要采用不同的濾波器。此外，UWB接收機需要在解碼進入的UWB信號之前適應重新同步的需求。此外，啁啾脈沖寬度的變化隨著不同的數(shù)據(jù)速率的改變要求在UWB接收機的ADC和UWB發(fā)射機的DAC處有不同的采樣速率。結果，UffB發(fā)射機的復雜度隨著變化的數(shù)據(jù)速率增加。目前已知的解決方案之一使用卷積碼來解決上述與可增減的(scalable)數(shù)據(jù)速率相關聯(lián)的問題。然而，使用卷積碼來應對可增減的數(shù)據(jù)速率的解碼器增加了UWB接收機的總成本。技術方案本發(fā)明提供ー種超寬帶(UWB)系統(tǒng)和方法。在ー個方面中，一種低占空比的UWB發(fā)射機的用于生成調制信號的方法包括使用低占空比的UWB發(fā)射機的差分擴頻編碼器，基于參考比特序列對比特序列的相位進行編碼。該方法包括使用低占空比的UWB發(fā)射機的脈沖發(fā)生器，基于經編碼的比特序列的相位生成與該比特序列相關聯(lián)的若干脈沖，其中脈沖的數(shù)目等于該比特序列的長度。而且，該方法包括由低占空比的UWB發(fā)射機的DMPSK調制器通過使用差分數(shù)據(jù)符號的相位對所述若干脈沖進行調制，來生成調制信號。該方法可以包括由低占空比的UWB發(fā)射機的相位檢測器使用經編碼的比特序列的相位，從DMPSK表格中選擇隨機相位值。此外，該方法可以包括使用低占空比的UWB發(fā)射機的比特加擾器通過將該隨機相位值乘以調制信號的相位值，來對該調制信號進行加擾。在另ー個方面中，一種低占空比的UWB系統(tǒng)的發(fā)射機包括差分擴頻編碼器，其用于基于參考比特序列對比特序列的相位進行編碼。該發(fā)射機還包括脈沖發(fā)生器，其用于使用經編碼的比特序列的相位生成與該比特序列相關聯(lián)的若干脈沖，其中脈沖的數(shù)目等于該比特序列的長度。此外，該發(fā)射機包括DMPSK調制器，其用于通過使用差分數(shù)據(jù)符號的相位對所述若干脈沖進行調制，來生成調制信號。該發(fā)射機可以包括相位檢測器，用于使用經編碼的比特序列的相位，從DMPSK表格中選擇隨機相位值。而且，該發(fā)射機可以包括比特加擾器，用于通過將該隨機相位值乘以調制信號的相位值，來對該調制信號進行加擾。在另一方面中，一種低占空比的UWB接收機的用于處理經由UWB網絡接收到的基帶信號的方法包括使用差分器通過將與基帶信號相關聯(lián)的當前的調制基帶數(shù)據(jù)符號除以先前的調制基帶數(shù)據(jù)符號，來獲得利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列。該方法還包括使用解擴頻器通過將參考擴頻序列乘以利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列，來獲得差分數(shù)據(jù)符號。該方法可以包括使用比特解擾器對接收到的基帶信號進行解擾以消除接收到的基帶信號中的隨機相位值。此外，該方法可以包括從利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列中濾除ー個或多個頻率，以消除殘余的脈沖形狀的頻率特性。在另一方面中，一種低占空比的UWB系統(tǒng)的接收機包括差分器，用于通過將與基帶信號相關聯(lián)的當前的調制基帶數(shù)據(jù)符號除以先前的調制基帶數(shù)據(jù)符號，來獲得利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列。該接收機還包括解擴頻器，用于通過將參考擴頻序列乘以利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列，來獲得差分數(shù)據(jù)符號。而且，該接收機可以包括比特解擾器，用于對接收到的基帶信號進行解擾以消除接收到的基帶信號中的隨機相位值。此外，該接收機可以包括低通濾波器，用于從利差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列中濾除ー個或多個頻率，以消除殘余的脈沖形狀的頻率特性。從附圖和后面的詳細描述中，實施例的其它特征將很明顯。有益效果本發(fā)明提供ー種可適應的(adaptable)超寬帶(UWB)系統(tǒng)和方法。圖I根據(jù)ー個實施例示出基于脈沖的低占空比超寬帶(UWB)系統(tǒng)中的示例性發(fā)射機的框圖。圖2根據(jù)ー個實施例示出圖I的發(fā)射機中使用的差分擴頻編碼器的分解圖。圖3根據(jù)ー個實施例示出基于脈沖的低占空比UWB系統(tǒng)中的示例性接收機的框圖。圖4根據(jù)ー個實施例示出基于脈沖的低占空比UWB系統(tǒng)中的示例性發(fā)射機的操作過程。圖5根據(jù)ー個實施例示出基于脈沖的低占空比UWB系統(tǒng)中的示例性接收機的操作過程。具體實施方式本發(fā)明提供ー種超寬帶通信系統(tǒng)和方法。在下面對本發(fā)明的實施例的詳細描述中，對構成其一部分的附圖進行參考，在附圖中，通過圖解可以實踐本發(fā)明的特定實施例來示出本發(fā)明的實施例。足夠詳細地描述這些實施例，以使本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明，并且要理解可以使用其他的實施例并且可以進行對其改變而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，以下詳細描述不是為了限制，并且本發(fā)明的范圍僅僅由所附權利要求來限定。圖I根據(jù)ー個實施例示出基于脈沖的低占空比超寬帶(UWB)系統(tǒng)中的發(fā)射機100的框圖。圖4根據(jù)ー個實施例示出基于脈沖的低占空比UWB系統(tǒng)中的示例性發(fā)射機的操作過程。在圖I中，發(fā)射機100包括差分擴頻編碼器102、脈沖發(fā)生器104、差分調制相移鍵控(differentiallymodulatedphaseshiftkeying,DMPSK)調制器106、比特加擾器(bitscrambler)108、相位檢測器110、數(shù)模轉換器112和功率放大器114。在示例性操作中，差分擴頻編碼器102基于存儲在與差分擴頻編碼器102相關聯(lián)的存儲器中的參考比特序列對比特序列的相位進行編碼(圖4中的步驟401)。在一個示例性實施方案中，參考比特序列可以是存儲在存儲器中的預先定義的比特序列并且被用于對第一比特序列的相位進行編碼。在另ー個示例性實施方案中，參考比特序列可以是存儲在存儲器中的先前的比特序列并且被用于對當前的比特序列的相位進行編碼。差分擴頻編碼器102以接收機可以得到具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列的方式對比特序列的相位進行編碼。在圖2中更加詳細地描述對比特序列的相位進行編碼的過程。差分擴頻編碼器102將經編碼的比特序列的相位轉發(fā)給脈沖發(fā)生器104。脈沖發(fā)生器104基于經編碼的比特序列的相位生成與比特序列相關聯(lián)的若干脈沖。要理解所生成的脈沖的數(shù)目等于比特序列的長度(圖4中的步驟403)。在一個實施例中，脈沖發(fā)生器104生成與比特序列相關聯(lián)的啁啾脈沖或短脈沖串。啁啾脈沖載波脈沖對進行頻率調制，該載波脈沖其跨越較大的帶寬(>500MHz)并且具有極好的自相關性。脈沖發(fā)生器104將所生成的若干脈沖轉發(fā)給DMPSK調制器106。DMPSK調制器106通過差分數(shù)據(jù)符號的相位來調制該若干脈沖并且生成調制信號(圖4中的步驟405)。此外，比特加擾器108和相位選擇器110可以實現(xiàn)在發(fā)射機100中，以校正直流偏移并且減少調制信號中的退避(backoff)。在一些實施例中，比特被輸入到比特加擾器108以產生隨機化的比持。在這些實施例中，到比特加擾器108的輸入可以是差分擴頻編碼器102以單極性(1，0)格式生成的經編碼的比特序列。相位選擇器110可以使用隨機化的比特中的最后'k'個比特(ー個比特用于DBPSK、兩個比特用于DQPSK、三個比特用于D8PSK，等等)，并且使用經編碼的比特序列的相位從DMPSK表格中選擇隨機相位值(圖4中的步驟407)。相應地，比特加擾器108通過將隨機相位值乘以調制信號的相位值來對調制信號進行加擾(圖4中的步驟409)。在一個示例性實施方案中，比特加擾器108可以包括線性反饋移位寄存器(linearfeedbackshiftregister,LFSR)。隨機化的比特可以以這種方式被輸入到LFSR，即，根據(jù)LFSR中的比特得到的比特被反饋到LFSR。然后，將重新調制的信號轉發(fā)到DAC112，然后DAC112將該重新調制的信號轉換成模擬形式。功率放大器114放大該模擬信號。放大的信號然后經由UWB網絡被傳輸?shù)浇邮諜C。圖2根據(jù)ー個實施例示出圖I的發(fā)射機100中使用的差分擴頻編碼器102的分解圖。差分擴頻編碼器102包括存儲器202、相位提取器204、擴頻碼模塊206、DMPSK表格208和存儲器210。相位提取器204從存儲器202中提取參考比特序列中的比特的相位值。在一個實施例中、存儲器202包括參考比特序列中的比特的相位值。擴頻碼模塊206提供擴頻碼的相應比特的相位值。擴頻碼可以包括Kasami碼、Barker碼、最大長度碼、等等。相應地，差分擴頻編碼器102通過將參考比特序列中的比特的相位值加上擴頻碼的相應比特的相位值來生成中間相位值。然后，差分擴頻編碼器102從DMPSK表格208獲得差分數(shù)據(jù)符號的相位值并且通過將中間相位值和從DMPSK表格208獲得的相位值相加來生成最終的相位值。差分擴頻編碼器102對于參考比特序列中的所有比特重復以上步驟。最終的相位值被存儲在存儲器210中并且被輸出到脈沖發(fā)生器104。以這種方式，差分擴頻編碼器102按照下面的數(shù)學算式I中給出的那樣，基于存儲在存儲器202中的先前的比特序列對后續(xù)的比特序列的相位進行編碼，數(shù)學算式I如下數(shù)學算式IZe(k,I)=Zb(I)+ZI(k)+Ze(k_l，I)其中，ZX表示X的相位角，e(k，I)表示具有第I個比特的第k個比特序列，b(I)表示L-元組擴頻碼(L-tuplespreadingcode)的第I個比特，并且I(k)是從DMPSK表格提取的第k個差分數(shù)據(jù)符號。圖3根據(jù)ー個實施例示出基于啁啾的低占空比超寬帶(UWB)系統(tǒng)中的接收機300的框圖。圖5根據(jù)ー個實施例示出基于脈沖的低占空比UWB系統(tǒng)中的示例性接收機的操作過程。在圖3中，接收機300包括模數(shù)轉換器(ADC)302、差分器(differentiator)304、低通濾波器(LPF)306、解擴頻器308、同步器310、檢測器312和延遲單元314。接收機300可以選擇性地包括比特解擾器316。在一個示例性操作中，ADC302將從發(fā)射機100接收的模擬基帶信號轉換成數(shù)字基帶信號(此后稱為'基帶信號')。比特解擾器316對基帶信號進行解擾以消除在發(fā)射機100處在基帶信號中添加的隨機相位值(圖5中的步驟501)。然后，差分器304將基帶信號中的調制基帶數(shù)據(jù)符號除以調制基帶數(shù)據(jù)符號以獲得利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列(圖5中的步驟503)。延遲單元314可以存儲先前的調制基帶數(shù)據(jù)符號，以提供給差分器。LPF306從用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列中濾除ー個或更多個頻率，以消除殘余的脈沖形狀的頻率特性(圖5中的步驟505)。然后，解擴頻器308通過將參考擴頻序列乘以經濾波的利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列，來獲得差分數(shù)據(jù)符號(圖5中的步驟507)。參考擴頻序列可以包括Barker序列、Kasami序列和最大長度序列。能夠注意到的是同步器312(可選)和檢測器314是本領域技術人員公知的，并且因此省略對它們的解釋。在各種實施例中，上述的圖I至圖3中的發(fā)射機和接收機對于低數(shù)據(jù)速率實現(xiàn)了較高的干擾抑制。本發(fā)明使用擴頻和調制的階數(shù)(orderofmodulation)來調整數(shù)據(jù)速率并且對于不同的數(shù)據(jù)速率保持脈沖的通-斷時段(on-offperiod)不變。這便于使用具有一個采樣速率和單個濾波器的簡單ADC/DAC。而且，本發(fā)明減低了低占空比的UWB系統(tǒng)的總體復雜度。雖然已經參考特定示例實施例描述了本發(fā)明的實施例，但是很顯然，可以對這些實施例做出各種修改和改變，而不脫離各種實施例的更寬泛的精神和范圍。此外，在這里描述的各種設備、模塊、分析器、發(fā)生器等等可以使用下列各項來實現(xiàn)和操作，所述各項包括硬件電路(例如，基于互補金屬氧化物半導體的邏輯電路)、固件、軟件和/或硬件、固件和/或具體化在機器可讀介質中的軟件的組合。例如，各種電氣結構(electricalstructure)和方法可以使用晶體管、邏輯門和電氣電路(比如，專用集成電路)來實現(xiàn)。權利要求1.一種低占空比的超寬帶(UWB)發(fā)射機的用于生成調制信號的方法，包含使用低占空比的UWB發(fā)射機的差分擴頻編碼器，基于參考比特序列對比特序列的相位進行編碼；使用低占空比的UWB發(fā)射機的脈沖發(fā)生器，基于經編碼的比特序列的相位生成與該比特序列相關聯(lián)的若干脈沖，其中脈沖的數(shù)目等于該比特序列的長度；以及由低占空比的UWB發(fā)射機的DMPSK調制器通過使用差分數(shù)據(jù)符號的相位對所述若干脈沖進行調制，來生成調制信號。2.如權利要求I所述的方法，還包含由低占空比的UWB發(fā)射機的相位檢測器使用經編碼的比特序列的相位，從DMPSK表格中選擇隨機相位值；以及使用低占空比的UWB發(fā)射機的比特加擾器，通過將該隨機相位值乘以調制信號的相位值，來對該調制信號進行加擾。3.如權利要求I所述的方法，其中由低占空比的UWB發(fā)射機的差分擴頻編碼器使用比特流的參考比特序列來對比特流的比特序列的相位進行編碼包括從低占空比的UWB發(fā)射機的存儲器中提取參考比特序列中的比特的相位值；通過將參考比特序列中的比特的相位值加上擴頻碼的相應比特的相位值來生成中間相位值；通過將中間相位值加上從DMPSK表格獲得的相位值來生成最終的相位值；確定參考比特序列中是否還有任何比特剩余；如果有，則重復提取、生成和生成的步驟，直到參考比特序列中的所有比特都已提取和處理為止；以及如果沒有，則將與參考比特序列相關聯(lián)的最終的相位值轉發(fā)給脈沖發(fā)生器。4.如權利要求3所述的方法，其中所述參考比特序列包含存儲在低占空比的UWB發(fā)射機的存儲器中的預先定義的比特序列。5.如權利要求3所述的方法，其中所述參考比特序列包含差分擴頻編碼器處理過的先前的比特序列。6.如權利要求I所述的方法，其中所述擴頻碼是從由barker碼、kasami碼以及最大長度碼組成的組中選擇的。7.如權利要求I所述的方法，其中所述若干脈沖包含啁啾脈沖或由短脈沖串構成的組。8.一種低占空比的超寬帶(UWB)系統(tǒng)的發(fā)射機，包含差分擴頻編碼器，用于基于參考比特序列對比特序列的相位進行編碼；脈沖發(fā)生器，用于使用經編碼的比特序列的相位生成與該比特序列相關聯(lián)的若干脈沖，其中脈沖的數(shù)目等于該比特序列的長度；以及DMPSK調制器，用于通過使用差分數(shù)據(jù)符號的相位對所述若干脈沖進行調制，來生成調制信號。9.如權利要求8所述的發(fā)射機，還包含相位檢測器，用于使用經編碼的比特序列的相位，從DMPSK表格中選擇隨機相位值；以及比特加擾器，用于通過將該隨機相位值乘以調制信號的相位值，來對該調制信號進行加擾。10.如權利要求8所述的發(fā)射機，其中在使用比特流的參考比特序列對該比特流的比特序列的相位進行編碼時，差分擴頻編碼器從低占空比的UWB發(fā)射機的存儲器中提取參考比特序列中的比特的相位值，通過將參考比特序列中的比特的相位值加上擴頻碼的相應比特的相位值來生成中間相位值，通過將中間相位值加上從DMPSK表格獲得的相位值來生成最終的相位值，確定該參考比特序列中是否有任何比特剩余，如果有比特剩余，則重復提取、生成和生成的步驟，直到比特序列中的所有比特都已提取和處理為止，并且如果該比特序列的所有比特都已提取和處理，則將與該比特序列相關聯(lián)的最終的相位值轉發(fā)給脈沖發(fā)生器。11.如權利要求10所述的發(fā)射機，其中所述參考比特序列包含存儲在低占空比的UWB發(fā)射機的存儲器中的預先定義的比特序列。12.如權利要求10所述的發(fā)射機，其中所述參考比特序列包含差分擴頻編碼器處理過的先前的比特序列。13.如權利要求8所述的發(fā)射機,其中所述擴頻碼是從由barker碼、kasami碼以及最大長度碼組成的組中選擇的。14.如權利要求8所述的發(fā)射機，其中所述若干脈沖包含啁啾脈沖或由短脈沖串構成的組。15.一種低占空比的超寬帶(UWB)接收機的用于處理經由UWB網絡接收到的基帶信號的方法，包含使用差分器通過將與基帶信號相關聯(lián)的當前的調制基帶數(shù)據(jù)符號除以先前的調制基帶數(shù)據(jù)符號，來獲得利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列；并且使用解擴頻器通過將參考擴頻序列乘以利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列，來獲得差分數(shù)據(jù)符號。16.如權利要求15所述的方法,其中所述參考擴頻序列是從由barker序列、kasami序列以及最大長度序列組成的組中選擇的。17.如權利要求15所述的方法，進ー步包含使用解擾器對接收到的基帶信號進行解擾以消除接收到的基帶信號中的隨機脈沖值。18.如權利要求15所述的方法，進ー步包含從利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列中濾除ー個或多個頻率，以消除殘余的脈沖形狀的頻率特性。19.一種低占空比的超寬帶(UWB)系統(tǒng)的接收機，包含差分器，用于通過將與基帶信號相關聯(lián)的當前的調制基帶數(shù)據(jù)符號除以先前的調制基帶數(shù)據(jù)符號，來獲得利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列；以及解擴頻器，通過將參考擴頻序列乘以利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列，來獲得差分數(shù)據(jù)符號。20.如權利要求15所述的接收機,其中所述參考擴頻序列是從由barker序列、kasami序列以及最大長度序列組成的組中選擇的。21.如權利要求15所述的接收機，進ー步包含比特解擾器，用于對接收到的基帶信號進行解擾以消除接收到的基帶信號中的隨機脈沖值。22.如權利要求15所述的接收機，進ー步包含低通濾波器，用于從利用差分數(shù)據(jù)符號調制的具有期望的循環(huán)自相關性的擴頻序列中濾除ー個或多個頻率，以消除殘余的脈沖形狀的頻率特性。全文摘要本發(fā)明提供一種超寬帶(UWB)系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，一種超寬帶(UWB)系統(tǒng)的發(fā)射機包括差分擴頻編碼器，其用于基于參考比特序列對比特序列的相位進行編碼。該發(fā)射機還包括脈沖發(fā)生器，其用于使用經編碼的比特序列的相位生成與該比特序列相關聯(lián)的若干脈沖，其中脈沖的數(shù)目等于該比特序列的長度。而且，該發(fā)射機包括DMPSK調制器，其用于通過使用差分數(shù)據(jù)符號的相位對若干脈沖進行調制，來生成調制信號。文檔編號H04B1/717GK102859890SQ201180013448公開日2013年1月2日申請日期2011年1月11日優(yōu)先權日2010年1月11日發(fā)明者K.比納姆,G.戈雅爾,T.阿魯南申請人:三星電子株式會社