專利名稱：一種超寬帶通信系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)用副載波的超寬帶脈沖通信系統(tǒng)與方法。
用于個(gè)人通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、軍用設(shè)備等的無線電技術(shù)的設(shè)計(jì)者們目前面臨幾種發(fā)展的挑戰(zhàn)。低功耗、現(xiàn)有頻譜的重復(fù)使用、信道化和成本是其中的四個(gè)主要問題。
這些問題部分地由一種正在出現(xiàn)的、革命性的技術(shù)，稱為脈沖無線電通信(以下稱為脈沖無線電)提出。脈沖無線電首先在一系列專利中被全面描述，這些專利中包括美國專利4,641,317(1987年2月3日發(fā)布)、4,813,057(1989年3月14日發(fā)布)、4,979,186(1990年12月18日發(fā)布)及美國專利申請No.07/368,831(1989年6月20日申請)，全部屬于LarryW.Fullerton。將這些專利文獻(xiàn)插入此中作為參考。
基本脈沖無線電發(fā)射機(jī)以緊控制的平均脈沖到脈沖(pulse-to-pulse)間隔發(fā)射短高斯單周期脈沖。脈沖無線電系統(tǒng)使用脈沖位置調(diào)制。脈沖位置調(diào)制是時(shí)間調(diào)制的一種形式，其中調(diào)制信號(hào)的每一個(gè)瞬時(shí)抽樣值導(dǎo)致調(diào)制一個(gè)脈沖在時(shí)間中的位置。
對于脈沖無線電通信，脈沖到脈沖間隔以脈沖接續(xù)脈沖(pulse-by-pulse)為基礎(chǔ)通過兩個(gè)分量改變一個(gè)信息分量和一個(gè)偽隨機(jī)碼分量。擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)利用偽隨機(jī)碼以擴(kuò)展常規(guī)的窄帶信息信號(hào)遍及一個(gè)相當(dāng)寬的頻帶。一個(gè)擴(kuò)展頻譜接收機(jī)使這些信號(hào)相關(guān)以恢復(fù)原始信息信號(hào)。不同于擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)，用于脈沖無線電通信的偽隨機(jī)碼對能量擴(kuò)展并不是必須的，因?yàn)閱沃苊}沖本身擁有固有地寬的信息帶寬(信息帶寬，以下稱為帶寬，是頻率的范圍，其中它的性能相對于某些特性而言，落在特定的界限內(nèi))。代之，偽隨機(jī)碼應(yīng)用于信道化、頻域中能量平滑、以及抗干擾。
該脈沖無線電接收機(jī)是具有一互相關(guān)器前端的一個(gè)零拍(homodyme)接收機(jī)。該前端在單級(jí)內(nèi)相干地將單周脈沖的一個(gè)脈沖序列轉(zhuǎn)換成一個(gè)基帶信號(hào)。(該基帶信號(hào)是基本的脈沖無線電通信系統(tǒng)的基本信息通道，也稱之為信息帶寬。)脈沖無線電傳送的數(shù)據(jù)率僅是用作時(shí)基的周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的小部分。每個(gè)數(shù)據(jù)比特時(shí)間位置調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的許多脈沖。這產(chǎn)生這樣一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，它對每個(gè)單個(gè)數(shù)據(jù)比特包含一個(gè)等同脈沖的序列。該脈沖無線電接收機(jī)的互相關(guān)器對多個(gè)脈沖積分，以恢復(fù)所傳送的信號(hào)。
如同對于電子學(xué)領(lǐng)域的所有方面，所希望的仍然是更小、功率更低且更為靈便的系統(tǒng)。然而，連續(xù)波(CW)無線電技術(shù)中普遍公認(rèn)的原理不輕易地適用于時(shí)域系統(tǒng)，比如脈沖無線電。
下面所討論的一些基本概念的描述可在許多參考文獻(xiàn)中找到，包括Robert C.Dixon，Spread Spectrum Systems(John Wiley & Sons，Inc.，New York，1984，2nd ed.)，和Don J.Torrieri，Principles of MiltaryCommunication Systems(Artech House，Inc.，Dedham Massachusetts，1982，3rd ed.)。
根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電通信系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)副載波，以從一個(gè)脈沖無線電發(fā)射機(jī)向一個(gè)脈沖無線電接收機(jī)傳達(dá)信息。描述脈沖無線電通信系統(tǒng)的三個(gè)實(shí)施方式，包括單信道系統(tǒng)，兩信道系統(tǒng)和三信道系統(tǒng)。射頻脈沖無線電通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用包括蜂窩電話、無線電話、無線PBXs/局域網(wǎng)，等等。該脈沖無線電通信系統(tǒng)是一個(gè)超寬帶時(shí)域系統(tǒng)。時(shí)域中的操作符合下面第II節(jié)所討論的一般的脈沖無線電理論。副載波的使用為脈沖無線電傳送提供附加的信道化、平滑和保真度。不同頻率或波形的副載波可被用于(同時(shí)地)附加脈沖無線電信號(hào)的信道化。于是，一個(gè)脈沖無線電連接可以通過對每個(gè)信道使用不同的副載波同時(shí)傳達(dá)許多獨(dú)立的信道。
有三個(gè)脈沖無線電發(fā)射機(jī)的實(shí)例。第一個(gè)和第二個(gè)發(fā)射機(jī)實(shí)施方式包含這樣一個(gè)副載波發(fā)生器與使用一個(gè)或多個(gè)信息信號(hào)去調(diào)制一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的調(diào)制器。
根據(jù)第一個(gè)實(shí)施方式，脈沖無線電信號(hào)的編碼是通過在周期時(shí)標(biāo)信號(hào)被已調(diào)副載波信號(hào)時(shí)間調(diào)制之前被編碼來完成的。
根據(jù)第二個(gè)實(shí)施方式，脈沖無線電信號(hào)的編碼是通過在已調(diào)副載波信號(hào)被用于時(shí)間調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)之前對已調(diào)副載波編碼來完成的。
第三個(gè)發(fā)射機(jī)實(shí)施方式包括一個(gè)副載波發(fā)生器與調(diào)制器，該調(diào)制器使用一個(gè)或多個(gè)信息信號(hào)與一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的直接數(shù)字調(diào)制組合去調(diào)制一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)。在這個(gè)實(shí)施方式中，已調(diào)副載波信號(hào)被用于時(shí)間調(diào)制該直接數(shù)字調(diào)制的信號(hào)。
脈沖無線電發(fā)射機(jī)通常包括一個(gè)產(chǎn)生周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的時(shí)基，該時(shí)基包括一個(gè)壓控振蕩器或類似物，擁有亞納秒時(shí)標(biāo)要求。周期時(shí)標(biāo)信號(hào)被提供給一個(gè)編碼源和一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器。該編碼源包括一個(gè)用于存儲(chǔ)近乎正交的偽隨機(jī)噪聲(PN)碼的存儲(chǔ)器件和用于將諸PN碼作為一個(gè)編碼信號(hào)輸出的裝置。該編碼源監(jiān)控該周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以容許編碼信號(hào)與編碼時(shí)間調(diào)制器同步。在一個(gè)實(shí)施方式中，該編碼時(shí)間調(diào)制器使用該編碼信號(hào)去調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，以求最終發(fā)射的脈沖無線電信號(hào)的信道化與平滑。該編碼時(shí)間調(diào)制器的輸出稱為編碼的時(shí)標(biāo)信號(hào)。
該編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)被提供給一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器以用于信息調(diào)制?，F(xiàn)有脈沖系統(tǒng)使用無副載波的基帶調(diào)制，換言之，信息本身用于調(diào)制。然而，在本發(fā)明中，一個(gè)信息源提供一個(gè)信息信號(hào)給一個(gè)副載波發(fā)生器與調(diào)制器。該信息信號(hào)可以是任何類型的信息，包括表示聲音、數(shù)據(jù)、圖象等的數(shù)字比特、模擬信號(hào)或復(fù)信號(hào)。
本發(fā)明的副載波發(fā)生器與調(diào)制器產(chǎn)生一個(gè)由信息信號(hào)調(diào)制的已調(diào)副載波信號(hào)，并將該已調(diào)副載波信號(hào)提供給副載波時(shí)間調(diào)制器。于是，該副載波時(shí)間調(diào)制器使用已調(diào)副載波信號(hào)去調(diào)制載波，在這種情況下，該載波為編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)。通過副載波時(shí)間調(diào)制器的編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)的調(diào)制，產(chǎn)生一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，該信號(hào)被送至輸出級(jí)。
該輸出級(jí)使用該已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)作為一個(gè)觸發(fā)脈沖以產(chǎn)生諸單周脈沖。在一個(gè)射頻實(shí)施方式中，諸單周脈沖經(jīng)由一個(gè)連接至那里的傳輸線被送至一發(fā)射天線。諸單周脈沖通過發(fā)射天線被轉(zhuǎn)換為傳播的電磁脈沖。在一個(gè)射頻實(shí)施方式中，所發(fā)射的信號(hào)穿過諸如空氣的傳播媒質(zhì)傳播到一個(gè)脈沖無線電接收機(jī)。在最佳實(shí)施方式中，所發(fā)射的信號(hào)是寬帶或超寬帶信號(hào)。發(fā)射信號(hào)的頻譜可以通過單周脈沖的濾波改變，這種濾波將導(dǎo)致每個(gè)單周脈沖在時(shí)域中擁有多個(gè)過零點(diǎn)。在這種情況下，該脈沖無線電接收機(jī)必須在互相關(guān)器中使用一個(gè)類似波形才有效。
有幾種脈沖無線電接收機(jī)的實(shí)施方式。每個(gè)接收機(jī)通常包括一個(gè)互相關(guān)器、一個(gè)解碼源、一個(gè)解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器與可調(diào)時(shí)基、以及一個(gè)副載波解調(diào)器。
該解碼源產(chǎn)生這樣一個(gè)解碼控制信號(hào)，它與傳送脈沖無線電信號(hào)的一個(gè)脈沖無線電發(fā)射機(jī)所用的PN碼對應(yīng)。該可調(diào)時(shí)基產(chǎn)生這樣一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，它包括擁有基本上等同于接收(脈沖無線電)信號(hào)的每個(gè)脈沖的波形的模板信號(hào)脈沖的一個(gè)序列。
該解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器使用解碼控制信號(hào)對一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)在時(shí)間上定位以產(chǎn)生一個(gè)解碼信號(hào)，于是該解碼信號(hào)在時(shí)間上與發(fā)射機(jī)的已知PN碼匹配，使得接收信號(hào)可以在互相關(guān)器中檢波。
該解碼信號(hào)用于產(chǎn)生一個(gè)擁有被設(shè)計(jì)成與接收信號(hào)匹配的一種波形的模板信號(hào)。根據(jù)發(fā)射機(jī)的已知PN碼在時(shí)間上定位該模板信號(hào)，并將其與接收信號(hào)互相關(guān)。接續(xù)的互相關(guān)輸出信號(hào)被積分以從噪聲中恢復(fù)該脈沖無線電信號(hào)。在以這種方式恢復(fù)之后，該信號(hào)被解調(diào)以去除副載波并產(chǎn)生信息信號(hào)。
該基帶信號(hào)還被輸入到一個(gè)低通濾波器，一個(gè)包括該低通濾波器的控制環(huán)路用于產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)以給可調(diào)時(shí)基提供小相位調(diào)節(jié)，以便關(guān)于接收信號(hào)的位置對周期時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間定位。
在一最佳實(shí)施方式中，脈沖無線電的副載波將基帶信號(hào)搬移(或移位)至較高頻率。副載波發(fā)生器與調(diào)制器產(chǎn)生這樣一個(gè)信號(hào)，它由信息信號(hào)通過頻率調(diào)制(FM)技術(shù)、幅度調(diào)制(AM)、相位調(diào)制、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)、脈沖FM、或諸如此類進(jìn)行調(diào)制。
其它非正弦和/或非連續(xù)波形也可用做與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的副載波。該已調(diào)副載波信號(hào)用于時(shí)間移位編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)或周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的諸脈沖的位置。因此，觸發(fā)輸出級(jí)的信號(hào)是一個(gè)脈沖位置已調(diào)脈沖的序列。在另一個(gè)實(shí)施方式中，使用Manchester編碼的直接數(shù)字調(diào)制被用作為一個(gè)副載波。這些副載波技術(shù)的相互結(jié)合，也將被描述。
使用互相關(guān)函數(shù)作為調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)的結(jié)果是導(dǎo)致接收機(jī)的輸出是輸入幅度的非線性函數(shù)。對于基帶調(diào)制，這是不希望有的。然而，對于副載波，諸如FM、AM、FSK、PSK及Manchester，諧波被濾波從而消除任何失真。當(dāng)使用基帶調(diào)制時(shí)，因?yàn)橹C波存留于基帶，這種濾波不可能去除諧波，因而信號(hào)是不可恢復(fù)的。
與單獨(dú)的基帶調(diào)制相比，副載波的加入還以更寬帶寬和更優(yōu)信噪比形式提供附加的保真度。這一益處歸屬于副載波固有地使信息變得更為不受噪聲影響的事實(shí)。副載波實(shí)施方式提供較小的信號(hào)壓縮，以及通過為高可靠性的話音、數(shù)據(jù)和/或圖象通信減小基帶噪聲而提供較小的信號(hào)失真。
通過使用本發(fā)明的副載波技術(shù)大大地放寬了對使用互相關(guān)器的調(diào)制的線性要求。與基帶調(diào)制相比，副載波在脈沖無線電中的應(yīng)用亦改善了歸因于非線性調(diào)制傳遞函數(shù)的諧波失真。為成功地傳遞低失真的語音或音樂，調(diào)制傳遞特性必須是極度線性的。在無副載波的基帶脈沖系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是非常困難的。
通過以下對圖示于伴隨的附圖中的本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的更為具體的描述，本發(fā)明的前述的以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將十分明了。


圖1A和1B分別顯示時(shí)域和頻域中的根據(jù)本發(fā)明的中心頻率2GHz的單周脈沖。
圖2A和2B分別描述時(shí)域和頻域中的根據(jù)本發(fā)明的采用1ns脈沖的1mpps系統(tǒng)。
圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的正比于調(diào)制而改變脈沖重復(fù)間隔(PRI)的調(diào)制信號(hào)。
圖4描述根據(jù)本發(fā)明的頻域中能量分布的偽隨機(jī)脈動(dòng)的效應(yīng)。
圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的覆蓋脈沖無線電信號(hào)的一窄帶正弦(干擾)信號(hào)的效應(yīng)。
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電接收機(jī)的互相關(guān)器的傳遞函數(shù)。
圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電多徑效應(yīng)。
圖8圖示根據(jù)本發(fā)明的多徑脈沖的相位。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的使用一個(gè)副載波的脈沖無線電電氣系統(tǒng)的示意框圖。
圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電通信系統(tǒng)的一脈沖無線電發(fā)射機(jī)。
圖11顯示根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電發(fā)射機(jī)的另一個(gè)實(shí)施方式。
圖12顯示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的另一個(gè)實(shí)施方式。
圖13顯示根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的可供選擇的實(shí)施方式。
圖14顯示根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電接收機(jī)。
圖15顯示根據(jù)本發(fā)明的對應(yīng)于與接收機(jī)1400相關(guān)聯(lián)的接收信號(hào)的脈沖的示意圖。
圖16圖示根據(jù)本發(fā)明的互相關(guān)過程。
圖17顯示根據(jù)本發(fā)明的擁有3個(gè)副載波發(fā)生器/調(diào)制器的脈沖無線電發(fā)射機(jī)的示意圖。
圖18顯示根據(jù)本發(fā)明的后隨有多個(gè)模擬FM解調(diào)支路的互相關(guān)器的一個(gè)代表性模擬實(shí)施方式。
圖19顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)數(shù)字實(shí)施方式。
圖20是顯示一常規(guī)二進(jìn)制一時(shí)延發(fā)生器的延遲時(shí)間(皮秒)隨二進(jìn)制(即數(shù)值的)輸入值變化的圖形。
圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明的上述線性化方案的一個(gè)高層框圖。
圖22是描述根據(jù)本發(fā)明的線性化ROM 2110的一個(gè)原理圖。
圖23顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)復(fù)合PN碼與線性化E-PROM。
圖24描述根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電接收機(jī)的一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式。
圖25A-25H描述根據(jù)本發(fā)明的圖24中由號(hào)碼標(biāo)注的各種信號(hào)的時(shí)間(t)隨電壓變化的圖形。
圖25I-25L描述根據(jù)本發(fā)明的對應(yīng)圖25E-25H的頻率隨幅度變化圖形。
圖26和27分別顯示根據(jù)本發(fā)明的用于Manchester編碼和解碼的典型波形。
圖28是顯示根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電接收機(jī)為獲得鎖定而執(zhí)行的諸操作的一個(gè)高層框圖。
圖29顯示根據(jù)本發(fā)明的距3米處所測得的信號(hào)以及背景信號(hào)。
圖30顯示這樣一條曲線，它描述根據(jù)本發(fā)明在自由空間范圍與比特率之間所設(shè)計(jì)的折衷的一個(gè)具體示例。
圖31顯示根據(jù)本發(fā)明易于在時(shí)域中去除多徑脈沖信號(hào)。
附圖中，相同的參考數(shù)指示等同的或功能類似的元件。另外，參考數(shù)最左側(cè)的數(shù)字等同于該參考數(shù)首次出現(xiàn)所在的附圖。
脈沖無線電通信系統(tǒng)是這樣一種超寬帶時(shí)域系統(tǒng)，它工作在時(shí)域內(nèi)并使用一個(gè)或多個(gè)副載波以提供信道化、平滑和保真度。因此，通過使用對每個(gè)信道不同的副載波，單條脈沖無線電傳輸(例如一條鏈路)可同時(shí)傳達(dá)多個(gè)獨(dú)立的信道。
根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電發(fā)射機(jī)使用(諸)已調(diào)副載波，以對一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)或一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間定位。可供選擇地，編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)可與(諸)已調(diào)副載波混合(或相加)，并將合成信號(hào)用以時(shí)間調(diào)制該周期時(shí)標(biāo)信號(hào)。數(shù)據(jù)的直接數(shù)字調(diào)制是副載波對脈沖無線電信號(hào)調(diào)制的另一種形式?？蓡为?dú)使用直接數(shù)字調(diào)制以時(shí)間調(diào)制該周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，或者可使用一個(gè)或多個(gè)已調(diào)載波信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制該直接的數(shù)字已調(diào)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電技術(shù)廣泛地適用于無線通信應(yīng)用中。因?yàn)槊}沖無線電不是連續(xù)波(CW)基于載波的系統(tǒng)，副載波的使用是對時(shí)域脈沖無線電設(shè)計(jì)的漂亮的、基于直覺的補(bǔ)充。與非副載波脈沖無線電傳輸相比，信噪比有相當(dāng)大的提高。
乍一看，對一個(gè)脈沖無線電通信系統(tǒng)增加副載波是多余的。然而，在一個(gè)脈沖無線電通信系統(tǒng)中，在信息調(diào)制之上敷設(shè)副載波調(diào)制以及進(jìn)行PN碼平滑將產(chǎn)生漂亮的結(jié)果。
脈沖無線電一般具有短持續(xù)時(shí)間的脈沖；中心頻率典型地介于50MHz與10吉赫(GHz)之間；100+％中心頻率的超寬頻帶寬度；即便使用低增益天線，在數(shù)英里范圍內(nèi)亦具有亞毫瓦級(jí)的平均功率電平；極低的功率譜密度；費(fèi)用低于其它的無線電設(shè)計(jì)；對來自其它系統(tǒng)的干擾以及多徑衰落具有極佳的抵御能力。
另外，脈沖無線電擁有特別的多徑抵御能力，它們相對簡單并造價(jià)更為低廉，特別是與擴(kuò)展頻譜無線電相比尤為如此。脈沖無線電系統(tǒng)與現(xiàn)行的諸無線電系統(tǒng)相比實(shí)質(zhì)上功耗更低。另外，與現(xiàn)行的便攜式電信收發(fā)信機(jī)相比，脈沖無線電系統(tǒng)占據(jù)更少的空間。
因這些特點(diǎn)，對包括個(gè)人通信系統(tǒng)以及室內(nèi)(in-building)通信系統(tǒng)在內(nèi)的各種不同應(yīng)用來說，脈沖無線電系統(tǒng)是一種最優(yōu)的技術(shù)。
以下的第II至VIII節(jié)是對本發(fā)明的詳細(xì)描述。
第II節(jié)被導(dǎo)向技術(shù)基礎(chǔ)并將脈沖無線電的概念以及通信理論的其它有關(guān)方面的導(dǎo)論提供給讀者。本節(jié)包含若干個(gè)小節(jié)，它們涉及高斯單周脈沖、高斯單周脈沖的脈沖序列、調(diào)制、編碼、以及這些概念的質(zhì)的特性和量的特性。
第III節(jié)被導(dǎo)向副載波對脈沖無線電通信系統(tǒng)的應(yīng)用。本節(jié)包含若干個(gè)小節(jié)，它們涉及副載波用于脈沖無線電發(fā)射機(jī)和脈沖無線電接收機(jī)的工作原理。本描述被分節(jié)，以描述在單獨(dú)的基帶之上有所改進(jìn)的單信道實(shí)施方式以及兩載波信道或多載波信道實(shí)施方式。
第IV節(jié)被導(dǎo)向被用于編碼時(shí)延、副載波時(shí)延以及兩者的結(jié)合的時(shí)間調(diào)制器。描述將該時(shí)間調(diào)制器用于副載波脈沖無線電通信的幾個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)和操作。
第V節(jié)被導(dǎo)向用于脈沖無線電發(fā)射機(jī)和脈沖無線電接收機(jī)的時(shí)間調(diào)制器的線性化。時(shí)間調(diào)制器的線性化允許脈沖無線電發(fā)射機(jī)和脈沖無線電接收機(jī)為脈沖無線電通信產(chǎn)生具有必要精度的時(shí)延。
第VI節(jié)被導(dǎo)向用于使用脈沖無線電通信的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制的偽Manchester編碼。
第VII節(jié)被導(dǎo)向使脈沖無線電接收機(jī)捕獲并保持脈沖無線電信號(hào)鎖定的一種鎖定捕獲方案。
第VIII節(jié)參考發(fā)明人基于原型實(shí)驗(yàn)所搜集的數(shù)據(jù)，描述面市的諸脈沖無線電通信系統(tǒng)的性能。
II技術(shù)基礎(chǔ)本節(jié)被導(dǎo)向技術(shù)基礎(chǔ)并將脈沖無線電的概念以及通信理論的其它有關(guān)方面的導(dǎo)論提供給讀者。本節(jié)包含若干個(gè)小節(jié)，它們涉及高斯單周脈沖、高斯單周脈沖的脈沖序列、調(diào)制、編碼、以及這些概念的質(zhì)的特性和量的特性。
脈沖無線電發(fā)射機(jī)以一個(gè)緊控制的平均脈沖到脈沖時(shí)間間隔發(fā)送短高斯單周脈沖。脈沖無線電發(fā)射機(jī)所使用的脈寬介于20與0.1納秒(ns)之間，脈沖到脈沖時(shí)間間隔介于2與5000ns之間。這些窄單周脈沖具有固有的寬帶頻率特性。
脈沖無線電系統(tǒng)使用脈沖位置調(diào)制，在脈沖接脈沖(pulse-by-pulse)基礎(chǔ)上通過以下兩個(gè)分量改變實(shí)際的脈沖到脈沖時(shí)間間隔一個(gè)信息分量和一個(gè)偽隨機(jī)碼分量。不同于擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)，該偽隨機(jī)碼碼對能量的擴(kuò)展并不必須(這是因?yàn)槊}沖其本身為固有地寬帶的)，但對信道化、頻域內(nèi)能量平滑、以及抵抗干擾卻是必須的。
脈沖無線電接收機(jī)是一個(gè)具有互相關(guān)器前端的零拍接收機(jī)。該前端固有地在一級(jí)內(nèi)將電磁脈沖序列轉(zhuǎn)換成一個(gè)基帶信號(hào)。該脈沖無線電接收機(jī)對多個(gè)脈沖積分以恢復(fù)所發(fā)送信息的每個(gè)比特。
II.1高斯單周脈沖無線電技術(shù)的最基本的要點(diǎn)是實(shí)際實(shí)現(xiàn)高斯單周，在此亦稱為高斯單周脈沖。一個(gè)高斯單周是高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)。圖1A和1B顯示時(shí)域和頻域中的一個(gè)中心頻率為2GHz(即脈寬為0.5ns)的單周脈沖(分別參看102和104)。(實(shí)際上不允許傳輸完純的高斯單周。在頻域中，實(shí)際傳輸導(dǎo)致該信號(hào)帶寬略為減小。)這些單周，它們有時(shí)被稱為脈沖，并不是選通正弦波。
高斯單周的波形自然是一個(gè)寬帶信號(hào)，其中心頻率和帶寬完全取決于脈沖的寬度。在時(shí)域中，高斯單周的數(shù)學(xué)描述為V(t)=A2eτte(-tτ)2---(1)]]>其中，A為脈沖的峰值，t為時(shí)間，以及τ(tau)為時(shí)間衰減常數(shù)。在頻域中，高斯單周的包絡(luò)為V(ω)=Aωτ22πee-ω2τ22---(2)]]>則中心頻率為fc=12πτHz---(3)]]>相當(dāng)于c，3dB跌落點(diǎn)(功率)為flower＝0.319c；fupper＝1.922c.(4)因此，帶寬約為中心頻率的160％。因?yàn)棣?tau)亦定義脈沖寬度，則脈沖寬度標(biāo)明了中心頻率和帶寬。實(shí)際中，一個(gè)單周脈沖的中心頻率約為其長度的倒數(shù)，并且其帶寬約等于中心頻率的1.6倍。因此，對于圖1A和1B所示“0.5ns”的脈沖fc＝2.0GHz；Δfc＝3.2GHz.(5)II.2脈沖串脈沖無線電系統(tǒng)使用脈沖序列，而不是單個(gè)脈沖通信。正如以下在第III節(jié)中所描述的，脈沖無線電發(fā)射機(jī)對應(yīng)信息的每個(gè)比特產(chǎn)生并輸出脈沖的一個(gè)序列。
發(fā)明人所建造的原型所具有脈沖重復(fù)頻率介于0.7與10兆脈沖每秒(mpps，其中每個(gè)兆脈沖是106個(gè)脈沖)。圖2A和2B圖示時(shí)域內(nèi)和頻域內(nèi)使用1ns脈沖的一個(gè)1mpps的系統(tǒng)(分別參看202和204)。在頻域中，這些極為規(guī)則的脈沖序列以1兆赫的間隔產(chǎn)生能量尖峰(energy spike)(梳狀線204)；因此，原已很低的功率散布于諸梳狀線204之中。這一脈沖序列不攜帶信息，并且，因?yàn)槟芰考夥宓囊?guī)則性，它可干擾附近的常規(guī)無線電系統(tǒng)。
脈沖無線電系統(tǒng)具有極低的占空因數(shù)，因此時(shí)域平均功率大大低于其時(shí)域內(nèi)的峰值功率。例如在圖2A和2B的示例中，脈沖發(fā)射機(jī)僅工作0.1％的時(shí)間(即1ns每微秒(μs))。
需要附加處理以調(diào)制該脈沖序列以使得脈沖無線電通信系統(tǒng)可以真正地傳遞信息。附加處理亦平滑頻域內(nèi)的能量分布以使得脈沖無線電傳輸(例如信號(hào))與常規(guī)無線電系統(tǒng)的干擾最小。
II.3調(diào)制對于這種特殊形式的脈沖通信，幅度和頻率/相位調(diào)制是不適宜的；唯一合適的選擇是脈沖位置調(diào)制，它允許在接收機(jī)中使用匹配濾波器(即互相關(guān)器)。如圖3所描述的，一個(gè)調(diào)制信號(hào)正比于調(diào)制改變脈沖重復(fù)間隔(PRI)。
如果該調(diào)制信號(hào)具有三種電平，第一種電平可以在時(shí)間上將該脈沖的發(fā)生從額定位置前移_皮秒(ps)；第二種電平可以在時(shí)間上根本不從額定位值移動(dòng)該脈沖；以及第三種電平可以將該脈沖延遲_ps。這將是一種數(shù)字調(diào)制方案。模擬調(diào)制將允許PRI-_與PRI+_之間的連續(xù)偏離。在該脈沖無線電系統(tǒng)中，_的最大值為t/4，其中t＝脈沖的時(shí)間。
在頻域中，脈沖位置調(diào)制將能量分布于更多的頻率上。例如，1mpps系統(tǒng)的情形下，假如調(diào)制脈動(dòng)(d)為100ps，PRI為1,000,000赫(Hz)，則附加的頻率分量為999,800.04Hz，999,900.01Hz，1,000,100.01Hz，以及1,000,200.04Hz。(脈動(dòng)是脈沖無線電通信系統(tǒng)的術(shù)語，用于在時(shí)間上移動(dòng)脈沖的位置。)現(xiàn)在，所發(fā)送的能量在頻域內(nèi)分布于更多的尖峰(梳狀線)之中。如果總的傳輸能量保持不變，當(dāng)可能的脈沖位置的數(shù)目增加時(shí)，每個(gè)頻率尖峰中的能量減小，因此在頻域中能量分布更為平滑。
因?yàn)榻邮諜C(jī)是一個(gè)互相關(guān)器，百分之一的調(diào)制所需的時(shí)間位置調(diào)制量可由fc/4求倒數(shù)計(jì)算出(其中fc是中心頻率)。例如，對于中心頻率為1.3GHz的單周，這相當(dāng)于±157ps的時(shí)間位置調(diào)制。在時(shí)間脈動(dòng)的這一水平上，頻譜平滑的效果是可以忽略的。
脈沖無線電通過對每個(gè)脈沖施加比調(diào)制脈動(dòng)幅值大得多的PN碼脈動(dòng)達(dá)到最優(yōu)的平滑。圖4是描述偽隨機(jī)脈動(dòng)對頻域內(nèi)能量分布的影響一個(gè)圖形。與圖2相比，圖4顯示使用256個(gè)位置的PN碼的效果與未編碼的信號(hào)的對比。
PN脈動(dòng)還提供信道化(信道化是用以將一個(gè)通信路徑劃分成多個(gè)信道的過程)。在未編碼的系統(tǒng)中，分辨諸分立的發(fā)射機(jī)將是很困難的。如果編碼本身是相對正交的，則PN碼建立起若干信道。
II.5接收與解調(diào)明顯地，如果一個(gè)有限的區(qū)域內(nèi)存在大批的脈沖無線電用戶，則可能存在相互干擾。進(jìn)一步地，盡管PN編碼使這種干擾最小，但隨著用戶數(shù)量的增加，來自一個(gè)用戶之序列的單個(gè)脈沖與來自另一個(gè)用戶之序列的一脈沖同時(shí)被接收的機(jī)率將增加。所幸地，根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電的實(shí)現(xiàn)并不依賴接收每個(gè)脈沖。該脈沖無線電接收機(jī)實(shí)現(xiàn)這樣一種相關(guān)、同步的接收功能(在RF級(jí)別上)，它使用許多脈沖的統(tǒng)計(jì)抽樣來恢復(fù)所發(fā)送的信息。
典型地，脈沖無線電接收機(jī)積分200個(gè)或更多的脈沖以產(chǎn)生解調(diào)輸出。接收機(jī)進(jìn)行積分所用及的脈沖的最優(yōu)個(gè)數(shù)取決于多個(gè)變量，包含脈沖率、比特率、干擾電平、以及范圍。
II.6干擾抵抗除信道化和能量平滑之外，PN編碼還使得脈沖無線電能夠高度抵抗來自包括其它脈沖無線電系統(tǒng)在內(nèi)的所有無線電通信系統(tǒng)的干擾。這一點(diǎn)極為重要，因?yàn)槊}沖信號(hào)所占據(jù)的頻帶之內(nèi)的任何其它信號(hào)是對該脈沖無線電的干擾。因?yàn)椴淮嬖?GHz以上(1+GHz)的可用頻帶以供脈沖無線電使用，在不受不利影響的前提下，脈沖無線電必須與其它常規(guī)的以及其它脈沖無線電共用頻譜。PN碼幫助脈沖無線電區(qū)分想得到的脈沖傳輸與來自其它系統(tǒng)的傳輸。
圖5圖示一窄帶正弦接收干擾(干擾)信號(hào)502覆蓋一脈沖無線電信號(hào)504的結(jié)果。在脈沖無線電接收機(jī)處，互相關(guān)器的輸入將包含接收超寬帶脈沖無線電信號(hào)504，以及這個(gè)窄帶信號(hào)502。若沒有PN編碼，互相關(guān)器將以這樣的規(guī)則抽樣干擾信號(hào)502，使得干擾信號(hào)可能對脈沖無線電接收機(jī)產(chǎn)生有影響的干擾。然而，當(dāng)使用PN碼脈動(dòng)編碼所發(fā)送的脈沖信號(hào)時(shí)(并且使脈沖無線電接收機(jī)同步于等同的PN碼脈動(dòng))，互相關(guān)器隨機(jī)地抽樣該干擾信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，對許多脈沖進(jìn)行積分將消除干擾的影響。
從統(tǒng)計(jì)的角度看，接收過程在時(shí)間上的偽隨機(jī)化產(chǎn)生一個(gè)具有零均值(對干擾信號(hào))的隨機(jī)分布量值的流。消除干擾的影響所必要的一切僅是對足夠多的脈沖進(jìn)行抽樣(即，對足夠大數(shù)量的脈沖進(jìn)行積分)，以迫使干擾信號(hào)的影響趨于零。
脈沖無線電是抗干擾的，這歸因于其高處理增益。對于擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)，處理增益是信道帶寬與信息信號(hào)的帶寬之比，在使用寬帶通信時(shí)它定量表征信道干擾的減小。例如一個(gè)直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)，具有10kHz的信息帶寬和16MHz的信道帶寬，則獲得的處理增益為1600或者說32dB。然而，采用脈沖無線電系統(tǒng)可達(dá)到更大的處理增益，其中對于同樣的10kHz的信息帶寬以及2GHz的信道帶寬，處理增益為200,000或者說53dB。
占空因數(shù)(例如0.5％)產(chǎn)生28.3dB的處理增益。(處理增益通常是接收信號(hào)的帶寬與接收信息信號(hào)的帶寬之比。)有效的附加抽樣，它來自對多個(gè)脈沖積分以恢復(fù)信息(例如對200個(gè)脈沖進(jìn)行積分)產(chǎn)生28.3dB的處理增益。因此，由發(fā)送50千比特每秒(kbps)的一個(gè)10mpps鏈路所劃分的2GHz將擁有49dB的處理增益，(即0.5ns的脈沖寬度除以100ns的脈沖重復(fù)間隔將得到0.5％的占空因數(shù)，并且10mpps除50,000bps將得到200脈沖每比特)。
II.8容量理論分析表明脈沖無線電每小區(qū)可擁有數(shù)以千計(jì)的話音信道。為理解脈沖無線電系統(tǒng)的容量，必須仔細(xì)考察互相關(guān)器的性能。圖6顯示“互相關(guān)器傳遞函數(shù)”602。這表示脈沖無線電接收機(jī)互相關(guān)器對任何給定的接收脈沖的輸出值。如604所示，當(dāng)諸脈沖到達(dá)互相關(guān)窗口606的之外時(shí)互相關(guān)器的輸出為0伏。當(dāng)接收脈沖608滑動(dòng)穿越該窗口時(shí)，互相關(guān)器的輸出發(fā)生變化。當(dāng)該脈沖以τ/4超前于窗口的中心時(shí)，如610所示它達(dá)到其最大值(例如1伏)，當(dāng)處于窗口的中心時(shí)為0伏；以及以τ/4滯后于窗口的中心時(shí)，達(dá)到其最小值(例如-1伏)。
當(dāng)使系統(tǒng)同步于意想的發(fā)射機(jī)時(shí)，該互相關(guān)器的輸出在±1之間擺動(dòng)(為發(fā)射機(jī)調(diào)制的函數(shù))。其它的帶內(nèi)傳輸將對該互相關(guān)器的輸出導(dǎo)致一個(gè)方差。該方差是一個(gè)隨機(jī)變量并可被建模為0均值的高斯白噪聲信號(hào)。隨著干擾的數(shù)目的增加，該方差線性增長。通過對大數(shù)目的脈沖進(jìn)行積分，接收機(jī)獲得傳輸信號(hào)的調(diào)制值的一個(gè)估計(jì)，因此
其中N＝干擾的數(shù)目，σ是所有干擾對單一互相關(guān)的方差，以及Z是脈沖的個(gè)數(shù)，于其上接收機(jī)進(jìn)行積分以恢復(fù)調(diào)制。
這對于通信系統(tǒng)是一個(gè)正確的關(guān)系，這是因?yàn)殡S著同時(shí)用戶數(shù)量的增加，鏈路的質(zhì)量逐漸下降。
II.9多徑與傳播多徑衰落——正弦系統(tǒng)的禍根，對脈沖系統(tǒng)來說該問題遠(yuǎn)小于(即小若干個(gè)數(shù)量級(jí))常規(guī)無線電系統(tǒng)。事實(shí)上，在蜂窩通信中如此引人注目的瑞利衰落是連續(xù)波的現(xiàn)象，而不是脈沖通信的現(xiàn)象。
在一個(gè)脈沖無線電系統(tǒng)中，為使多徑效應(yīng)出現(xiàn)，必須堅(jiān)持特殊的條件。散射脈沖所傳經(jīng)的路徑長度必須小于脈沖寬度乘以光速，和/或發(fā)射機(jī)連續(xù)發(fā)射的脈沖(在序列中)同時(shí)到達(dá)接收機(jī)。
一個(gè)納秒脈沖對于前一個(gè)條件來說，等于0.3米或約1英尺(即1ns×300,000,000米/秒)。(參看圖7，其中傳經(jīng)“路徑1”的脈沖比直接路徑脈沖遲半個(gè)脈沖寬度到達(dá))。
一個(gè)1吉脈沖每秒的系統(tǒng)對于后一個(gè)條件來說，將等于額外傳播300、600、900等米。然而，因?yàn)槊總€(gè)單個(gè)脈沖經(jīng)歷了偽隨機(jī)脈動(dòng)，這些脈沖是去相關(guān)的。
在這些間隔之間傳播的諸脈沖不會(huì)引起自干擾(圖7中，這一點(diǎn)由沿線路徑2的脈沖描述)。當(dāng)脈沖傳經(jīng)臨界視距路徑時(shí)，如圖7中由最窄的橢圓所示的，將產(chǎn)生脈沖無線電多徑效應(yīng)。
如圖8中802所示，如果多徑脈沖的傳播遠(yuǎn)出半個(gè)脈沖寬度，它將增加接收信號(hào)的功率電平(多徑脈沖的相位將被反射面倒相)。如果該脈沖的傳播遠(yuǎn)出不足半個(gè)脈沖寬度，則它將產(chǎn)生有害的干擾，如804所示。例如，對于1ns脈沖，如果多徑脈沖的傳播0到15cm(0到6英尺)之間，則出現(xiàn)有害的干擾。
脈沖無線電系統(tǒng)的試驗(yàn)(包括脈沖雷達(dá)試驗(yàn))表明實(shí)際工作中多徑將不引入任何嚴(yán)重問題。另外，已設(shè)想了更短的脈沖寬度，它將進(jìn)一步減小有害的干擾的機(jī)率(因?yàn)榉瓷涓蓴_所要求的反射路徑長度將被縮短)。
III副載波發(fā)明本節(jié)被導(dǎo)向副載波對脈沖無線電通信系統(tǒng)的應(yīng)用。本節(jié)包含若干個(gè)小節(jié)，它們涉及副載波用于脈沖無線電發(fā)射機(jī)和脈沖無線電接收機(jī)的工作原理。本描述被分節(jié)，以描述在單獨(dú)的基帶之上有所改進(jìn)的單信道實(shí)施方式以及兩載波信道或多載波信道實(shí)施方式。
III.1工作原理根據(jù)本發(fā)明，為獲得附加的信道化、平滑、以及保真度，脈沖無線電已被發(fā)展成為包含一個(gè)或多個(gè)副載波。以下的超寬帶時(shí)域脈沖無線電通信總體結(jié)構(gòu)依照以上第II節(jié)中所述的脈沖無線電的一般理論而工作?，F(xiàn)描述以下三種
具體實(shí)施例方式單信道系統(tǒng)、兩信道系統(tǒng)、以及三信道或多信道系統(tǒng)。
以下所提出的脈沖無線電接收機(jī)的三個(gè)實(shí)施方式是作為示例而不是限制而使用的，以便描述本發(fā)明，并且使那些對相關(guān)技術(shù)熟練人員們能夠制造、并應(yīng)用本發(fā)明，這些技術(shù)至少包含通信領(lǐng)域、模擬離散、數(shù)字和集成電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)字信號(hào)處理以及PN碼理論。對那些相關(guān)技術(shù)熟練人員們，各種元件和塊的實(shí)現(xiàn)將變得十分明了。
III.2單獨(dú)的基帶之上有所改進(jìn)的單信道本節(jié)描述一種使用單副載波信道——它具有單獨(dú)基帶之上的改進(jìn)性能——的脈沖無線電通信的總體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的射頻(RF)實(shí)施方式是最為普通的。典型的RF脈沖無線電系統(tǒng)應(yīng)用包含蜂窩電話、無線電話、無線PBXs/局域網(wǎng)、以及類似物。
傳播被定義為這樣一個(gè)過程，通過它信號(hào)從一個(gè)發(fā)射機(jī)行進(jìn)到一個(gè)接收機(jī)，RF脈沖無線電信號(hào)的傳播典型地是通過空氣或空間從發(fā)射天線到接收天線。這被認(rèn)為是無線的RF脈沖無線電。U.S.Patent Application No.07/368,831中描述了用于脈沖無線電的各種優(yōu)選天線。
然而，本發(fā)明以適合通過同軸電纜的傳輸。本實(shí)施方式中略去發(fā)射天線和接收天線。
圖9顯示使用單副載波信道的脈沖無線電電系統(tǒng)的一個(gè)代表性的框圖。描述了使用單副載波超寬帶脈沖無線信道的一個(gè)發(fā)射機(jī)901和一個(gè)接收機(jī)903。發(fā)射機(jī)901與接收機(jī)903被諸如空氣、空間、以及能夠傳播超寬帶信號(hào)的其它媒質(zhì)的傳播媒質(zhì)905隔開。被發(fā)送的脈沖無線電信號(hào)907通過傳播媒質(zhì)905從發(fā)射機(jī)901傳播至接收機(jī)903。
III.2.a發(fā)射機(jī)現(xiàn)在將參看圖10，描述具有一個(gè)副載波信道的脈沖無線電通信系統(tǒng)的脈沖無線電發(fā)射機(jī)901的一個(gè)最佳實(shí)施方式。
發(fā)射機(jī)901包括這樣一個(gè)時(shí)基1002，它產(chǎn)生一個(gè)周期性的時(shí)標(biāo)信號(hào)1004。時(shí)基1002包括一個(gè)壓控振蕩器或類似物，具有皮秒級(jí)的高時(shí)標(biāo)精度。調(diào)節(jié)VCO中心頻率的電壓控制被設(shè)定校準(zhǔn)用以確定該發(fā)射機(jī)的非分頻的脈沖重復(fù)率的欲求中心頻率。周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004被提供給一個(gè)編碼源1006和一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器1008。
編碼源1006包括一個(gè)諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、或類似物的存儲(chǔ)器件，用于存儲(chǔ)正交PN碼以及輸出這些PN碼作為一個(gè)編碼信號(hào)1010?？晒┻x擇地，最大長度移位寄存器可被用以產(chǎn)生這些PN碼。編碼源1006監(jiān)測周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004以允許編碼信號(hào)1010被同步于編碼時(shí)間調(diào)制器1008。編碼時(shí)間調(diào)制器1008使用編碼信號(hào)1010調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004以獲得最終發(fā)射信號(hào)1012的信道化和平滑。編碼時(shí)間調(diào)制器1008的輸出被稱為編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014。
編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014被提供給一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器1016以便在那里進(jìn)行信息調(diào)制。在現(xiàn)有的脈沖系統(tǒng)中，信息調(diào)制是使用信息本身作為調(diào)制源而完成的。然而，在本發(fā)明中，一個(gè)信息源1018將一個(gè)信息信號(hào)1020提供給副載波發(fā)生器與調(diào)制器1022。信息信號(hào)1020可以是任何類型的信息，包括表示話音、數(shù)據(jù)、圖象、或類似物的若干數(shù)字比特，模擬信號(hào)，或者復(fù)信號(hào)。編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014和副載波時(shí)間調(diào)制器1016均可使用電壓、電流、或者數(shù)字源作為調(diào)制輸入來完成，這對相關(guān)技術(shù)熟練人員將是十分明了的。
正如Dixon所定義的，一個(gè)副載波是“一個(gè)載波，被與載波調(diào)制相分離的信息調(diào)制，再來調(diào)制一載波。”本發(fā)明的副載波發(fā)生器與調(diào)制器1022產(chǎn)生一個(gè)被信息信號(hào)1020調(diào)制的已調(diào)副載波信號(hào)1024，并且將已調(diào)副載波信號(hào)1024提供給副載波時(shí)間調(diào)制器1016。因此，已調(diào)副載波信號(hào)1024被副載波時(shí)間調(diào)制器1016使用以調(diào)制載波，此情形下該載波是編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014。副載波時(shí)間調(diào)制器1016對編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014的調(diào)制產(chǎn)生一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026——該信號(hào)被送往一個(gè)輸出級(jí)1028。
輸出級(jí)1028使用已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026作為一個(gè)觸發(fā)以產(chǎn)生電單周脈沖。這些電單周脈沖通過連接在那里的一條傳輸線1032被送往發(fā)射一個(gè)天線1030。電單周脈沖由發(fā)射天線1030轉(zhuǎn)換成傳播的電磁脈沖。本實(shí)施方式中，電磁脈沖被稱為發(fā)射信號(hào)1012，它通過一種傳播媒質(zhì)905，比如射頻實(shí)施方式中的空氣，傳播至一個(gè)脈沖無線電接收機(jī)(未示出)。該最佳實(shí)施方式中，發(fā)射信號(hào)1012是寬帶或超寬帶信號(hào)。然而，可以通過對單周脈沖濾波使發(fā)射信號(hào)1012頻譜改變。這個(gè)帶通濾波器將使每個(gè)單周脈沖在時(shí)域內(nèi)具有更多的過零點(diǎn)。這種情形下，脈沖無線電接收機(jī)必須在互相關(guān)器中使用相似的波形以便有效。
將副載波發(fā)生與調(diào)制“級(jí)”1022加入脈沖無線電接收機(jī)901具有諸多的益處。信息信號(hào)所調(diào)制的副載波給系統(tǒng)提供了附加的信道化和平滑，允許增加諸多新的、互不相同的脈沖無線電信道。與單獨(dú)的基帶調(diào)制相比，副載波的加入還以更寬的帶寬和更優(yōu)信噪比的形式給信息信號(hào)1020提供了額外的保真度。
與基帶調(diào)制相比，副載波對脈沖無線電的應(yīng)用還改善了歸因于非線性調(diào)制傳遞函數(shù)的諧波失真。以下與脈沖無線電接收機(jī)所執(zhí)行的互相關(guān)處理相聯(lián)系，描述非線性調(diào)制傳遞函數(shù)。
因?yàn)槊}沖無線電不是CW載波基的系統(tǒng)，副載波的使用是對時(shí)域脈沖無線電設(shè)計(jì)的漂亮的、非直覺的補(bǔ)充。與非副載波脈沖無線電傳輸相比，信噪比提高5-20dB(有賴于窄帶脈沖已調(diào)載波的信噪比。)脈沖無線電中副載波的使用將基帶信號(hào)搬移(或移位)至更高的頻率。在一最佳實(shí)施方式中，副載波發(fā)生器與調(diào)制器1022產(chǎn)生這樣一個(gè)信號(hào)，它通過調(diào)頻(FM)技術(shù)、調(diào)幅(AM)技術(shù)、調(diào)相技術(shù)、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)、脈沖FM、或類似者，被信息信號(hào)1020調(diào)制。在另一個(gè)實(shí)施方式中，使用直接數(shù)字調(diào)制作為副載波技術(shù)。此可供選擇的實(shí)施方式中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的Manchester編碼產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字已調(diào)副載波信號(hào)1024。副載波時(shí)間調(diào)制器1016使用已調(diào)副載波1024以脈沖位置調(diào)制該編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014。
其它的非正弦的和/或非連續(xù)的波形亦可被用作與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的副載波。已調(diào)副載波信號(hào)1024被副載波時(shí)間調(diào)制器1016使用，以時(shí)間移位編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014的脈沖的位置。因此，觸發(fā)輸出級(jí)的信號(hào)(此情形下為已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026)是脈沖位置已調(diào)脈沖的一個(gè)序列。
可使用不同頻率或波形的副載波來增加脈沖無線電信號(hào)的信道化。因此，通過對每個(gè)信道使用不同的副載波，一條脈沖無線電鏈路可同時(shí)傳達(dá)許多獨(dú)立的信道。
為描述這一點(diǎn)，考慮使用相同的PN碼工作的隔離的兩對脈沖無線電用戶。第一對用戶借助于擁有產(chǎn)生第一離散頻率的正弦波副載波的副載波發(fā)生器/調(diào)制器1022的脈沖無線電通信。第二對用戶借助于擁有產(chǎn)生第二離散頻率的正弦波副載波的副載波發(fā)生器/調(diào)制器1022的脈沖無線電通信，其中第二頻率與第一頻率相隔離。通過配置這兩對用戶的接收機(jī)(如以下討論的)以僅復(fù)制適當(dāng)?shù)母陛d波頻率所傳達(dá)的信息，每個(gè)用戶對可實(shí)現(xiàn)與另一的方隔離通信。從這一描述的觀點(diǎn)看，通過使用脈沖無線電副載波技術(shù)，許多附加的脈沖無線電信道成為可用的。
可供選擇地，如果每對用戶使用不同的PN碼以及相同的副載波，這兩對脈沖無線電用戶可實(shí)現(xiàn)隔離的通信。另外，通過使若干臺(tái)無線電工作在不同的脈沖重復(fù)率上可實(shí)現(xiàn)信道化，與PN碼和/或副載波無關(guān)。
新穎的副載波級(jí)的結(jié)果是提高的信息信道保真度。這一益處歸屬于副載波固有地使信息變得更為不受噪聲影響的事實(shí)。正如將在以下的III.2.(b)節(jié)中所討論的，在脈沖無線電接收機(jī)中產(chǎn)生這樣一個(gè)模板信號(hào)，它具有被設(shè)計(jì)以匹配所接收的單周脈沖的一種波形。該模板信號(hào)被根據(jù)發(fā)射機(jī)的已知PN碼在時(shí)間上定位，并隨后與所接收的脈沖無線電信號(hào)互相關(guān)。將互相關(guān)輸出積分以從噪聲中恢復(fù)脈沖無線電信號(hào)。一旦以這種方式恢復(fù)后，則將該信號(hào)解調(diào)以去除副載波并獲得信息信號(hào)。
圖11顯示根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電發(fā)射機(jī)的另一個(gè)實(shí)施方式。該實(shí)施方式中，倒置了編碼時(shí)間調(diào)制器1008與副載波時(shí)間調(diào)制器1016的位置。如圖11所示，信息源1018將信息信號(hào)1020輸出至副載波發(fā)生器與調(diào)制器1022。而副載波發(fā)生器與調(diào)制器1022則將已調(diào)副載波信號(hào)1024輸出至副載波時(shí)間調(diào)制器1016。副載波時(shí)間調(diào)制器1016使用已調(diào)副載波信號(hào)1024以時(shí)間位置調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004來產(chǎn)生一個(gè)已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)1140?？梢允褂靡陨辖Y(jié)合圖10所描述的任何副載波調(diào)制技術(shù)。
編碼源1006接收周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004以獲得同步，并將編碼信號(hào)1010輸出至編碼時(shí)間調(diào)制器1008。編碼時(shí)間調(diào)制器1008使用編碼信號(hào)1010以進(jìn)一步時(shí)間位置調(diào)制該已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)1140來輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1142。以類似于圖10所示實(shí)施方式的方法，將圖11所示的已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1142提供給輸出級(jí)1028。如同結(jié)合圖10所描述的，該脈沖無線電發(fā)射機(jī)隨即輸出一個(gè)發(fā)射信號(hào)1012。
以上對圖11的描述是對脈沖無線電發(fā)射機(jī)實(shí)施的許多種修改的范例，以上修改旨在提供所需的、即將通過脈沖無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)的編碼和副載波調(diào)制。結(jié)合圖10和11所描述的以上實(shí)施方式僅以示例的方式提供，并非限制。對相關(guān)技術(shù)熟練人員，基于以上所公開的，不離開本發(fā)明的范圍，脈沖無線電發(fā)射機(jī)的類似于圖10和11中的諸塊的布局將是十分明了的。
圖12顯示另一個(gè)發(fā)射機(jī)實(shí)施方式。該實(shí)施方式中，使用一個(gè)相加器1202或類似物，以將編碼信號(hào)1010與信息已調(diào)副載波信號(hào)1204相加。相加器1202將一個(gè)編碼已調(diào)副載波信號(hào)1206輸出至一個(gè)編碼與時(shí)標(biāo)調(diào)制器1208。編碼與時(shí)間調(diào)制器1208執(zhí)行圖10的編碼時(shí)間調(diào)制器和副載波時(shí)間調(diào)制器1016的功能。編碼與時(shí)標(biāo)調(diào)制器1208使用編碼已調(diào)副載波信號(hào)1206來調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004并由此產(chǎn)生已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026。圖12的接收機(jī)的剩余元件如同結(jié)合圖10所討論的一樣工作?？梢允褂媒Y(jié)合圖10所描述的任何副載波調(diào)制技術(shù)。
一個(gè)進(jìn)一步可供選擇的實(shí)施方式中，可使用信息信號(hào)1020直接調(diào)制編碼信號(hào)1010來完成調(diào)制。這一點(diǎn)在圖13中描述。相加器1202被配置來調(diào)制(相加)編碼信號(hào)1010與信息信號(hào)1020以籍此產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號(hào)1302。一個(gè)編碼與時(shí)標(biāo)調(diào)制器1208使用調(diào)制信號(hào)1302來調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004，并產(chǎn)生已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026。圖13的接收機(jī)的剩余元件如同結(jié)合圖10所討論的一樣工作。
未經(jīng)信息調(diào)制的副載波亦可被用來調(diào)制編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，或者編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)自己可不經(jīng)任何調(diào)制而被發(fā)送。這后兩個(gè)實(shí)施方式可被用以僅僅傳達(dá)一個(gè)脈沖無線電的存在，比如一個(gè)信標(biāo)或詢問機(jī)。給不同的脈沖無線電單元指定不同的代碼和不同的副載波來實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。
III.2.b.接收機(jī)現(xiàn)在參看圖14描述用于單信道副載波脈沖無線電通信系統(tǒng)的一個(gè)脈沖無線電接收機(jī)903。
一個(gè)脈沖無線電接收機(jī)(此后稱為接收機(jī))1400包括一付接收天線1402，用于接收所傳播的脈沖無線電信號(hào)1204。通過一條連接至接收天線1402的接收機(jī)傳輸線1410將一個(gè)接收信號(hào)1406輸入一個(gè)互相關(guān)器1408。
接收機(jī)1400還包括一個(gè)解碼源1410和一個(gè)可調(diào)時(shí)基1414。解碼源1410產(chǎn)生與發(fā)送傳播信號(hào)1404的相聯(lián)脈沖無線電發(fā)射機(jī)所使用的PN碼對應(yīng)的一個(gè)解碼控制信號(hào)1412?？烧{(diào)時(shí)基1414產(chǎn)生這樣一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1416，它包括一列具有實(shí)質(zhì)上等同于接收信號(hào)1406之每個(gè)脈沖的波形的模板信號(hào)脈沖。接收信號(hào)1406的每個(gè)脈沖形似高斯單周脈沖的導(dǎo)數(shù)。
圖15顯示對應(yīng)與接收機(jī)1400相關(guān)聯(lián)的接收信號(hào)1406的脈沖1502的一個(gè)代表性的圖形。脈沖1502對應(yīng)具有類似圖3中脈沖302的波形的一個(gè)發(fā)射信號(hào)(單周脈沖)。當(dāng)具有類似脈沖302的波形的一個(gè)電磁單周脈沖入射接收天線1402時(shí)，該接收天線具有這樣一種固有特性，該特性使得在天線輸出端引起的電波形具有脈沖1502的形狀。如果該脈沖無線電天線倒裝，則脈沖1502將被電壓倒相。
圖16圖示互相關(guān)處理。圖16以時(shí)間增量Δt顯示模板信號(hào)脈沖1602的波形以及一個(gè)接收(脈沖無線電的脈沖)信號(hào)1406的波形。曲線1604不是一個(gè)連續(xù)波形，但表示當(dāng)接收信號(hào)1406失鎖滑動(dòng)經(jīng)過模板信號(hào)脈沖1602時(shí)在每個(gè)Δt的時(shí)間隊(duì)列上所獲的相關(guān)電壓。(注意，與脈沖1502相比，接收信號(hào)1406的每個(gè)Δt被電壓倒相。)一個(gè)解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器1418建立被用于與接收信號(hào)1406互相關(guān)的模板信號(hào)脈沖的時(shí)間定位。
使用互相關(guān)函數(shù)對于調(diào)制傳遞函數(shù)的效果是使接收機(jī)的輸出為輸入幅度的一個(gè)非線性函數(shù)。對于基帶調(diào)制，這一點(diǎn)是不受歡迎的。然而，對于副載波，諸如FM、PSK、FSK、以及Manchester，諧波可被輕易濾除從而消除任何失真。當(dāng)使用基帶調(diào)制時(shí)，因?yàn)橹T諧波存留于基帶，這種過濾不可能去除諧波，因而信號(hào)是不可恢復(fù)的。
再次轉(zhuǎn)向圖14，解碼控制信號(hào)1412以及周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1416為解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器1418所接收。解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器1418使用解碼控制信號(hào)1412以在時(shí)間上定位周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1416，來產(chǎn)生一個(gè)解碼信號(hào)1420。因而，在時(shí)間上使解碼信號(hào)1420與發(fā)射機(jī)的已知PN碼相匹配，使得接收信號(hào)1406可在互相關(guān)器1408內(nèi)被檢波。
互相關(guān)器1408所執(zhí)行的檢波處理包括接收信號(hào)1406與解碼信號(hào)1420的一個(gè)互相關(guān)運(yùn)算。在互相關(guān)的時(shí)間上的積分產(chǎn)生一個(gè)基帶信號(hào)1422。如同以上在第II.A節(jié)中所討論的，在互相關(guān)信號(hào)的時(shí)間上的積分從噪聲中抽取出脈沖無線電信號(hào)。
本實(shí)施方式中，副載波解調(diào)器1424解調(diào)基帶信號(hào)1422以去除副載波并產(chǎn)生一個(gè)已解調(diào)的信息信號(hào)1426。已解調(diào)的信息信號(hào)1426實(shí)質(zhì)上等同于發(fā)射機(jī)的信息信號(hào)(參看圖10的1018)。
基帶信號(hào)1422亦被輸入一個(gè)低通濾波器1428。包括低通濾波器1428的一個(gè)控制環(huán)1429被用來產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)1430以將一個(gè)小相位調(diào)節(jié)提供給可調(diào)時(shí)基1414，以便關(guān)于接收信號(hào)1406的位置時(shí)間定位周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1416。
副載波實(shí)施方式提供較小的信號(hào)壓縮，以及通過為高可靠性的話音、數(shù)據(jù)和/或圖象通信減小基帶噪聲提供較小的信號(hào)失真。通過使用本發(fā)明的副載波技術(shù)大大地放寬了對使用互相關(guān)器的調(diào)制的線性要求。為成功地傳遞低失真的語音或音樂，調(diào)制傳遞特性必須是極度線性的。在非副載波的基帶脈沖系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是非常困難的。
信息信號(hào)易于被噪聲破壞。大多數(shù)噪聲集中于基帶而隨頻率不斷升高而減小，直至Nyquest頻率。例如，使用1.4兆脈沖每秒的速率的一個(gè)脈沖無線電，其Nyquest頻率約為700kHz。本例中，可使用高達(dá)約700kHz的副載波以使該脈沖無線電系統(tǒng)變得實(shí)質(zhì)上不受噪聲的影響。
在一個(gè)FM副載波的實(shí)施方式中，使用一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)頻率解調(diào)器。鎖相環(huán)的特性決定了帶寬捕獲以及接收信號(hào)的其它基本方面。在鎖相環(huán)之前可以串聯(lián)使用一個(gè)可選的帶通濾波器以使鎖相環(huán)所執(zhí)行解調(diào)的頻譜變窄。
III.3兩個(gè)或更多副載波信道(如話音、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與控制信息)本副載波脈沖無線電的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可將多重副載波堆砌在同一編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)上以供同時(shí)傳輸。圖17-19中描述三個(gè)副載波處于一個(gè)脈沖無線電超寬帶傳輸之上的示例的模擬和數(shù)字實(shí)現(xiàn)。
圖17顯示擁有三個(gè)副載波發(fā)生器/調(diào)制器(SC GEN/MOD)1702、1704和1706的脈沖無線電發(fā)射機(jī)的一個(gè)代表性的例解，其中每個(gè)副載波發(fā)生器/調(diào)制器具有不同的副載波頻率。該發(fā)射機(jī)的基本總體結(jié)構(gòu)基于圖10的實(shí)施方式。例如，主副載波發(fā)生器/調(diào)制器1720(顯示為虛線框)類似于副載波發(fā)生器/調(diào)制器1022。然而，此例可被修改以便與以上所公開的任何發(fā)射機(jī)或它們的同等物一起工作。
通過一條線路1722，一個(gè)話音信息源(VIS)1708被饋送給一個(gè)副載波發(fā)射器/調(diào)制器(圖17中縮略為SC GEN/MOD)1072，用于第一副載波信號(hào)(未示出)的調(diào)制。第一副載波信號(hào)由副載波發(fā)生器/調(diào)制器1702在內(nèi)部產(chǎn)生，或在外部產(chǎn)生并作為輸入提供給副載波發(fā)生器/調(diào)制器1702。
類似地，通過一條線路(總線)1724，一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源(DDS)1710，比如一個(gè)調(diào)制解調(diào)器的輸出或傳真的傳輸，被饋送給第二副載波發(fā)生器/調(diào)制器(圖17中縮略為SC GEN/MOD)1704，用于第二副載波的調(diào)制。最后，通過一條線路1726，一個(gè)數(shù)字控制信息源(CIS)1712被饋送給第三副載波發(fā)射器/調(diào)制器(圖17中縮略為SC GEN/MOD)1076，用于第三副載波信號(hào)的調(diào)制。第二和第三副載波信號(hào)分別由副載波發(fā)生器/控制器1704和1706產(chǎn)生，或作為輸入外部提供給副載波發(fā)生器/調(diào)制器1720。
數(shù)字CIS1712給一個(gè)脈沖無線電接收機(jī)提供控制信息。蜂窩電話收發(fā)信機(jī)類型的系統(tǒng)中，該數(shù)字控制信息可以包括路由選擇信息、調(diào)度信息、振鈴信號(hào)、或類似物。事實(shí)上，任何類型的控制信號(hào)，或就此而言，情報(bào)，均可被用于調(diào)制一個(gè)副載波信號(hào)。
三個(gè)副載波發(fā)生器/調(diào)制器1702、1704和1706輸出三個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)，它們通過線路1728、1730和1732，在相加器1714相加。合成信號(hào)1716被送往副載波時(shí)間調(diào)制器1016，在那里它被用于調(diào)制編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1014以產(chǎn)生已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026。如上所述，副載波時(shí)間調(diào)制器1016所輸出的已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026被饋送給輸出級(jí)1028，并且作為發(fā)射信號(hào)1012被發(fā)送。
圖18和19中顯示兩個(gè)代表性的多副載波信道脈沖無線電接收機(jī)。每個(gè)接收機(jī)擁有用于解調(diào)比如圖17的發(fā)射機(jī)所發(fā)送的三副載波信道的部件。圖18中的接收機(jī)的基本總體結(jié)構(gòu)基于圖14的實(shí)施方式或它的同等物。
圖18是這樣一個(gè)代表性的模擬實(shí)施方式，它顯示互相關(guān)器1408之后跟隨多個(gè)模擬FM解調(diào)支路。如同結(jié)合圖14(使用未在圖18和19中示出的控制環(huán)的若干個(gè)元件)所討論的，由接收信號(hào)1406產(chǎn)生互相關(guān)的基帶信號(hào)1422。每個(gè)支路使用一個(gè)帶通濾波器1082(例如L-C或開關(guān)電容濾波器)和一個(gè)鎖相環(huán)塊1804解調(diào)一個(gè)副載波。因此，三個(gè)隔離的、同時(shí)發(fā)送到的信息信號(hào)被恢復(fù)并在OUTPUTs1-3成為可用的。
圖19所示的數(shù)字實(shí)施方式中，使用一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD/C)1902將互相關(guān)基帶信號(hào)1422轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。使用一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)1904，比如型號(hào)TMS320C40 DSP插件(Texas Instruments，Dallas，Texas制造)，以及利用Fourier變換或類似物的眾知的數(shù)字信號(hào)處理器算法，將被編碼在信號(hào)1903內(nèi)的三個(gè)分隔副載波數(shù)字解調(diào)。使用一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/AC)1906可將數(shù)字解調(diào)的信息轉(zhuǎn)換回它的模擬對應(yīng)。使用一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/AC)1906將話音信號(hào)轉(zhuǎn)換回它的模擬對應(yīng)，并使它在OUTPUT1可用。輸出該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，或者，直接由數(shù)字信號(hào)處理器使其在OUTPUT2可用。最后，輸出該控制信號(hào)，或者，直接從數(shù)字信號(hào)處理器或在數(shù)模轉(zhuǎn)換器1906所執(zhí)行的數(shù)模轉(zhuǎn)換之后使其在OUTPUT3可用。多個(gè)副載波的加入不影響脈沖無線電信號(hào)的寬帶特性。
IV時(shí)間調(diào)制器本節(jié)被導(dǎo)向被用于編碼時(shí)延、副載波時(shí)延以及兩者的結(jié)合的時(shí)間調(diào)制器。描述將該時(shí)間調(diào)制器用于副載波脈沖無線電通信的幾個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)和操作。
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，脈沖無線電發(fā)射機(jī)包含編碼時(shí)間調(diào)制器(比如1008)和副載波時(shí)間調(diào)制器(比如1208)。這些調(diào)制器的每個(gè)根據(jù)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)(比如編碼信號(hào)1010或已調(diào)副載波信號(hào)1024)所傳達(dá)的信息，起到時(shí)延一個(gè)信號(hào)(比如周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004)的作用。因此，每個(gè)調(diào)制器(比如1008、1016或1208)被認(rèn)為是一個(gè)延遲發(fā)生器。具有數(shù)值輸入的延遲發(fā)生器被稱為二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器。
使用當(dāng)前現(xiàn)有的商品ICs可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器。一種具有數(shù)值輸入的優(yōu)選延遲發(fā)生器是Schaumburg，IL的Motorola制造的MC100E196ECL型(發(fā)射極耦合邏輯)器件。然而，與根據(jù)本發(fā)明的脈沖無線電信號(hào)相聯(lián)系，這種常規(guī)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器不提供精確的時(shí)延以允許在脈沖無線電接收機(jī)精確地恢復(fù)脈沖無線電信號(hào)。換言之，使用常規(guī)的二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器不能精確地產(chǎn)生157ps(皮秒)級(jí)的時(shí)延，而這是單周脈沖典型的脈沖持續(xù)時(shí)間。
V線性化第V節(jié)被導(dǎo)向用于脈沖無線電發(fā)射機(jī)和脈沖無線電接收機(jī)的時(shí)間調(diào)制器的線性化。時(shí)間調(diào)制器的線性化允許脈沖無線電發(fā)射機(jī)和脈沖無線電接收機(jī)為脈沖無線電通信產(chǎn)生具有必要精度時(shí)延。
為解決以上第IV節(jié)中所述的時(shí)延問題，發(fā)明人對二進(jìn)制-時(shí)延的制造商所提供的指標(biāo)(例如性能曲線)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析?；谶@項(xiàng)工作，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果該器件的非線性工作特性是已知的，則常規(guī)的二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器的非線性工作特性可被補(bǔ)償。因此，根據(jù)本發(fā)明深一層的一個(gè)方面，脈沖無線電發(fā)射機(jī)包括一個(gè)線性化查閱只讀存儲(chǔ)器(ROM)(未圖示)，與常規(guī)的二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器相聯(lián)系以補(bǔ)償任何非線性。這允許脈沖無線電發(fā)射機(jī)產(chǎn)生具有遠(yuǎn)低于157ps精度要求的時(shí)延。
圖20是顯示常規(guī)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器的延遲時(shí)間(皮秒)隨二進(jìn)制(即數(shù)值的)輸入值變化的圖形。曲線2002顯示一個(gè)常規(guī)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器的真實(shí)的時(shí)延輸出特性。曲線2004顯示用于本發(fā)明的一個(gè)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器的所需求的輸出。
比如，對于18的二進(jìn)制輸入值，曲線2002上的一個(gè)點(diǎn)2010代表常規(guī)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器的真實(shí)輸出。典型地，為在常規(guī)的二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器的輸出產(chǎn)生一個(gè)157ps的時(shí)延，應(yīng)輸進(jìn)10的二進(jìn)制值。然而，輸進(jìn)10的二進(jìn)制值，如點(diǎn)2006處所示，常規(guī)的二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器可能會(huì)產(chǎn)生約為15ps的真實(shí)輸出值，而不是想要得到的157ps。在此例中為產(chǎn)生157ps的延遲，如曲線2002上的點(diǎn)2010處所示，將需要輸進(jìn)18的數(shù)值輸入值來產(chǎn)生想要得到的157ps的延遲。
盡管通?？芍竿麑l(fā)射機(jī)和接收機(jī)的脈動(dòng)發(fā)生器線性化，但真正所必需的僅是擁有相同的脈動(dòng)-數(shù)值輸入映射線性，而它不必是一條直線。
根據(jù)本發(fā)明，圖20所顯示類型的線性化數(shù)據(jù)被用于將常規(guī)的二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器的真實(shí)響應(yīng)映射到想要得到的時(shí)延上。這個(gè)線性化數(shù)據(jù)或映射被存儲(chǔ)在一個(gè)線性化只讀存儲(chǔ)器(ROM)內(nèi)。
為發(fā)送諸個(gè)1和0，將脈沖時(shí)間調(diào)制，時(shí)間上或者向前或者向后。換言之，脈沖無線電信號(hào)——當(dāng)被脈沖無線電接收機(jī)接收到時(shí)被用來被接收為邏輯值1，被脈沖無線電發(fā)射機(jī)時(shí)間定位得稍許提前。用來產(chǎn)生邏輯值0的脈沖無線電信號(hào)被脈沖無線電發(fā)射機(jī)時(shí)間移位得稍許置后。
脈沖無線電接收機(jī)中的互相關(guān)器1408將這個(gè)時(shí)間位置轉(zhuǎn)換成附加的正電壓增量或附加的負(fù)電壓增量。使用一個(gè)帶通數(shù)據(jù)濾波器使數(shù)據(jù)流的信噪比最大。此帶通數(shù)據(jù)濾波器的帶寬被設(shè)置成約為傳輸波特率的一半，這對于相關(guān)技術(shù)熟練人員將是十分明了的。隨后一個(gè)比較器將這些電壓轉(zhuǎn)換成1和0的邏輯同等物。有必要給1和0均提供脈沖，這是因?yàn)槿绻麤]有脈沖，比較器閾值附近的噪聲將產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的輸出。正負(fù)信息樣值之間的間隔(電壓的差別)愈大，則信噪比愈優(yōu)且比特差錯(cuò)率愈低。
因?yàn)橹T1和0使信號(hào)時(shí)間移位，線性化ROM必須存儲(chǔ)對應(yīng)邏輯1的脈沖無線電信號(hào)的分隔線性化信息以及對應(yīng)邏輯0的脈沖無線電信號(hào)的分隔線性化信息。對于一個(gè)預(yù)定的信息(數(shù)據(jù))發(fā)送速率，脈沖無線電傳輸邏輯1和邏輯0必須分別在時(shí)間上被向前或向后移位一個(gè)有限的量，使得脈沖無線電接收機(jī)中的互相關(guān)器能適當(dāng)?shù)貐^(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流中的1與0。
例如，對于一個(gè)選定中心頻率為1.3GHz的單周脈沖，想要得到的邏輯1的前向移位和邏輯0的后向移位為157ps的一個(gè)移位值；如果中心頻率加倍，時(shí)間移位則減半。因此，線性化ROM必須存儲(chǔ)一個(gè)代表線性化數(shù)值的(8比特)數(shù)字值，使得當(dāng)從線性化ROM輸出至編碼時(shí)間調(diào)制器1408時(shí)，可實(shí)現(xiàn)該恰當(dāng)?shù)?57ps時(shí)間移位。一個(gè)最佳實(shí)施方式中，線性化ROM將存儲(chǔ)一個(gè)8比特的數(shù)值用于一個(gè)157ps的前向移位并存儲(chǔ)第二個(gè)個(gè)8比特的數(shù)值用于一個(gè)157ps的后向移位。為完成除157ps的時(shí)間移位之外的其它時(shí)間移位的前向和后向移位，線性化ROM必須進(jìn)一步存儲(chǔ)8比特?cái)?shù)值用于前向或后向時(shí)間移位。注意，如果使用一個(gè)采用零時(shí)間移位(額定的)和兩倍的157ps對應(yīng)調(diào)制值(分別對應(yīng)數(shù)字的0和1)，則這對于解調(diào)接收機(jī)來說將是一樣的。
V.1發(fā)射機(jī)圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明的上述線性化方案的高層框圖。然而，例如對比于圖10的編碼時(shí)間調(diào)制器1008所產(chǎn)生的編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)1026，如圖21中框圖所描述的，編碼時(shí)間調(diào)制器1008產(chǎn)生一個(gè)直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)2102。
此實(shí)施方式中，時(shí)基1002將時(shí)標(biāo)信號(hào)1004輸出給編碼源1006。周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004還被提供給編碼時(shí)間調(diào)制器1008——此實(shí)施方式中它是一個(gè)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器。
此實(shí)施方式中，編碼源1006包括一個(gè)地址計(jì)數(shù)器2104以及兩個(gè)只讀存儲(chǔ)器(ROM)2106和2110。
周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004增值輸出多比特地址2105的地址計(jì)數(shù)器2104。此例實(shí)施方式中，地址計(jì)數(shù)器2104對周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004的每個(gè)脈沖輸出15比特寬的地址。
地址計(jì)數(shù)器2104所提供的地址2105被用于讀取一個(gè)PN碼ROM2106。ROM2106存儲(chǔ)一個(gè)預(yù)定模數(shù)的PN(偽隨機(jī)噪聲)碼。(可供選擇地，可使用諸如EEPROM、RAM移位寄存器或類似物的其它存儲(chǔ)器件。)由地址計(jì)數(shù)器2104輸出的每個(gè)地址2105訪問ROM2106中的一個(gè)存儲(chǔ)位置，對那里作出響應(yīng)該ROM輸出一個(gè)PN碼2108(首選地一個(gè)15比特的PN碼)。(如上所述，為信道化和擴(kuò)展脈沖無線電信號(hào)的單周脈沖，該P(yáng)N碼被用以在時(shí)間上向前或向后時(shí)間位置調(diào)制諸脈沖(例如周期時(shí)間信號(hào)脈沖或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)脈沖))。
線性化數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在線性化ROM2110中的可尋址的位置上。使用一個(gè)地址(比如一個(gè)16比特地址)定址線性化ROM2110的輸入，讀取線性化數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方式，比如，該16比特的地址是通過ROM2106所輸出的15比特的PN碼2108與信息源1018所提供的一個(gè)1比特的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源(由虛線2107示出，它是圖10中1024的對應(yīng)物)鏈接而形成的。
可供選擇地，如在此所述的，使用副載波/發(fā)生器1022，信息源1018所提供的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可被用以調(diào)制一個(gè)副載波。此情形下，副載波/發(fā)生器1022應(yīng)將1比特?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(參看實(shí)線2109)提供給線性化ROM2110。
響應(yīng)于一個(gè)完整的輸入地址(此例中為16比特)的同步接收，線性化ROM2110輸出一個(gè)線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)2112(它是圖12中1206以及圖13中1302的對應(yīng)物)。線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)2112最好是8比特寬，并且被提供給編碼時(shí)間調(diào)制器(即二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器)1008。編碼時(shí)間調(diào)制器1008使用該已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)2112來時(shí)延周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004并籍此輸出直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)2102。
線性化ROM2110存儲(chǔ)線性化數(shù)據(jù)以便適當(dāng)?shù)貙N碼ROM2106所提供的時(shí)延線性化。提供給線性化ROM2110的每一個(gè)15比特偽隨機(jī)碼2108代表一個(gè)用以時(shí)間調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)比特2107的脈動(dòng)時(shí)延，其中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)比特2107被同時(shí)提供給線性化ROM2110。此實(shí)施方式中，可使用215(23768)個(gè)不同的時(shí)延來時(shí)間調(diào)制邏輯1的前向時(shí)間移位或邏輯0的后向時(shí)間移位。脈沖無線電接收機(jī)中，互相關(guān)之前PN噪聲碼所構(gòu)成的時(shí)延的調(diào)制允許數(shù)據(jù)恢復(fù)。以下討論說明這一操作的脈沖無線電接收機(jī)的最佳實(shí)施方式。
圖22是說明線性化ROM2110的原理圖。圖22中位置2202和2204代表線性化ROM2110內(nèi)部的存儲(chǔ)位置，分別由高階地址和低階地址編址。此例中，每個(gè)存儲(chǔ)位置能存儲(chǔ)8比特?cái)?shù)據(jù)。因此，此例中，存儲(chǔ)于線性化ROM2110之內(nèi)的數(shù)據(jù)被分為兩組位置2202上的數(shù)據(jù)以及位置2204上的數(shù)據(jù)。比如，第一組數(shù)據(jù)(位置2202)代表當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源2107為邏輯1時(shí)所使用的線性化數(shù)據(jù)，而存儲(chǔ)在第二組(位置2204)中的線性化數(shù)據(jù)代表當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源2107為邏輯0時(shí)所使用的線性化數(shù)據(jù)。因此，構(gòu)成ROM地址中最為重要的比特的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源2107的邏輯值指示是從塊2202輸出線性化數(shù)據(jù)還是從塊2204輸出線性化數(shù)據(jù)。
PN碼2108的被提供給線性化ROM2110的15個(gè)最低(leastsignificant)地址輸入的那15個(gè)比特被用以在選中的位置組2202或2204內(nèi)選擇哪一個(gè)具體ROM位置將被線性化ROM2110輸出。
本發(fā)明的一個(gè)深一層的實(shí)施方式中，可將PN碼與線性化數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)地合并，并且可將合成的數(shù)值信息直接存儲(chǔ)在單個(gè)ROM或類似物內(nèi)。這個(gè)深一層的實(shí)施方式不需要兩個(gè)ROM。地址計(jì)數(shù)器2104應(yīng)簡單地直接將諸地址輸入單個(gè)的PN碼/線性化ROM。(擴(kuò)展頻譜理論中，將PN碼的每個(gè)元稱為“片”。因此具有模數(shù)N的長度的PN碼總計(jì)包括N個(gè)片。)勝過對應(yīng)每個(gè)碼片輸出一個(gè)想要得到的延遲值并且隨后線性化每個(gè)延遲值的第一ROM，單個(gè)ROM可被用以存儲(chǔ)對應(yīng)每個(gè)碼片想要得到的延遲的一個(gè)已線性化的副本。
圖23用框圖顯示脈沖無線電發(fā)射機(jī)的一個(gè)再深一層的實(shí)施方式。圖23中，一個(gè)復(fù)合PN碼以及線性化E-PROM2302被用以產(chǎn)生一個(gè)8比特的編碼信息信號(hào)2304，該信號(hào)代表即將由編碼時(shí)間調(diào)制器1008產(chǎn)生的一個(gè)時(shí)延?？梢杂靡粋€(gè)代碼開關(guān)2306來開關(guān)PN碼的使用。該碼可因多種原因被去除，比如允許脈沖無線電接收機(jī)中加速信號(hào)捕獲與鎖定的分隔操作模式。代碼開關(guān)2306可由一個(gè)簡單的開關(guān)、分隔的控制邏輯、微處理器、或類似物來控制。在接通該代碼的條件下，如圖23所示，時(shí)基1002被用以同步地址發(fā)生器2104，如同以上結(jié)合圖21所描述的。然而，圖23中，時(shí)基被顯示成是由一個(gè)VCO2308和一個(gè)可編程分頻器2310所實(shí)現(xiàn)的。VCO2308和可編程分頻器2310所執(zhí)行的功能對于相關(guān)技術(shù)熟練人員將是十分明了的。
根據(jù)圖23所描述的實(shí)施方式，包含了一個(gè)計(jì)數(shù)器起始頁面塊2312、一個(gè)計(jì)數(shù)器終止頁面塊2314、以及一個(gè)計(jì)數(shù)器極限比較器塊2316。計(jì)數(shù)器起始頁面塊2312將一個(gè)地址(最好為15比特-)提供給地址發(fā)生器2104以指示起始地址。計(jì)數(shù)器終止頁面塊2314將一個(gè)地址(也最好為比特)提供給計(jì)數(shù)器極限比較器塊2316以指示終止地址。計(jì)數(shù)器極限比較器塊2316包括邏輯，以比較地址發(fā)生器所產(chǎn)生的地址與計(jì)數(shù)器終止頁面2314所提供的終止頁面地址。當(dāng)這些地址的比較結(jié)果為相等時(shí)，計(jì)數(shù)器極限比較器塊2316產(chǎn)生一個(gè)負(fù)載信號(hào)2317并將負(fù)載信號(hào)2317轉(zhuǎn)送給地址發(fā)生器2104。響應(yīng)于負(fù)載信號(hào)2317的接收，地址發(fā)生器2104被復(fù)位并重新從計(jì)數(shù)器起始頁面2312所指定的那個(gè)15比特地址開始計(jì)數(shù)。連續(xù)不斷地重復(fù)從起始頁面地址到終止頁面地址的計(jì)數(shù)。這些地址的重復(fù)允許PN碼與線性化E-PROM2306用這樣一個(gè)PN碼模數(shù)調(diào)制該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該P(yáng)N碼模數(shù)具有計(jì)數(shù)器起始頁面與計(jì)數(shù)器終止頁面之差所確定的長度。
如同以上所指出的，被合并的PN與線性化E-PROM2302被用以產(chǎn)生一個(gè)8比特的編碼信息信號(hào)2304，該信號(hào)代表將由編碼時(shí)間調(diào)制器1008產(chǎn)生的一個(gè)時(shí)延。編碼時(shí)間調(diào)制器1008使用周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1004，時(shí)間位置調(diào)制編碼信息信號(hào)2304。如以上結(jié)合圖21所描述的，編碼時(shí)間調(diào)制器1008直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)2102。
圖23所描述的實(shí)施方式還包含一個(gè)FM副載波調(diào)制器2318。FM副載波調(diào)制器2318產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)2320。在相加器2322，正弦信號(hào)2320與基帶音頻源2344所提供的基帶音頻信號(hào)2342相加。須指出，基帶音頻源是信息源1018的一個(gè)示例。
相加器2322輸出一個(gè)調(diào)制器信號(hào)2324，該信號(hào)被副載波時(shí)間調(diào)制器1016以類似于以上結(jié)合圖10所描述的方式使用。當(dāng)被脈沖無線電接收機(jī)解碼時(shí)，所恢復(fù)的正弦信號(hào)2320可被脈沖無線電接收機(jī)用作一個(gè)控制信號(hào)。因此，圖23所描述的脈沖無線電發(fā)射機(jī)的實(shí)施方式在一個(gè)脈沖無線電傳輸中發(fā)送三個(gè)隔離的信息傳達(dá)信號(hào)。這三個(gè)信息傳達(dá)信號(hào)包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)2107、正弦信號(hào)2320、以及基帶音頻信號(hào)2342。
可供選擇地，如以上結(jié)合圖10所描述的，圖23中塊2344可被一個(gè)副載波發(fā)生器與調(diào)制器1022替代，或者如以上結(jié)合圖17所描述的，塊1018和2318每個(gè)可被副載波發(fā)生器與調(diào)制器1702、1704、1706之一替代。
根據(jù)更深一層的實(shí)施方式，直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)2102可被直接輸入給輸出級(jí)1028。此實(shí)施方式中，Manchester編碼是所實(shí)現(xiàn)的副載波調(diào)制的唯一形式。閱讀本公開之后，其它的配置對相關(guān)技術(shù)熟練人員將是十分明了的。
V.2接收機(jī)圖24描述脈沖無線電接收機(jī)的一個(gè)深一層的實(shí)施方式。脈沖無線電接收機(jī)的此實(shí)施方式類似于以上結(jié)合圖14所描述的接收機(jī)。圖24中所描述的接收機(jī)包括一個(gè)互相關(guān)器1408、一個(gè)副載波解調(diào)器1424、一個(gè)低通濾波器1428、一個(gè)可調(diào)時(shí)基1414、一個(gè)解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器/解碼源2402、一個(gè)偽Manchester解碼器2404、以及一個(gè)微處理器2406。
根據(jù)此實(shí)施方式，脈沖無線電接收機(jī)天線1402接收一個(gè)傳播信號(hào)(1404)，該天線將接收信號(hào)傳達(dá)給一個(gè)RF放大器2408。RF放大器2408將接收信號(hào)放大并傳達(dá)給互相關(guān)器1408。
互相關(guān)器1408可包含一個(gè)乘法器2410、一個(gè)觸發(fā)的波形發(fā)生器2412、一個(gè)放大器2414、一個(gè)積分器2416、一個(gè)抽樣與保持單元2418、以及一個(gè)延遲單元2420。乘法器2410是適配于工作在線性模式的一個(gè)雙倍均衡混頻器。乘法器2410用觸發(fā)的波形發(fā)生器2412所產(chǎn)生的一個(gè)模板信號(hào)2422線性倍乘接收信號(hào)。乘法器2410的乘積信號(hào)2415被放大器2414緩沖存儲(chǔ)，并隨后被積分器2416對時(shí)間積分。積分器基本上是一個(gè)一階低通濾波器，它被適配以在類似于單周的寬度(即157ps)的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。積分器2416將一個(gè)信號(hào)2417輸出給保持信號(hào)2417峰值的抽樣與保持單元2418。
延遲單元2420用作抽樣與保持單元的適當(dāng)?shù)挠|發(fā)。延遲單元2420考慮了由乘法器2410以及放大器2414引起的延遲，也考慮了積分器的穩(wěn)定時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方式中，延遲單元2420將觸發(fā)延遲至積分器2416所產(chǎn)生的峰值之后約10-15ns。結(jié)果，抽樣出現(xiàn)于積分值降低之前。
根據(jù)脈沖無線電接收機(jī)的該實(shí)施方式，解碼信號(hào)1420以類似于以上結(jié)合圖21所討論的產(chǎn)生直接數(shù)字編碼時(shí)間信號(hào)2102的方式產(chǎn)生。與脈沖無線電發(fā)射機(jī)相比，脈沖無線電接收機(jī)中涉及塊2402的差別在于不使用數(shù)據(jù)源讀取PN碼/線性化ROM。
解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器/解碼源2402包括一個(gè)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器2424、一個(gè)PN碼與線性化ROM2426、以及一個(gè)地址計(jì)數(shù)器與極限邏輯塊2428。從微處理器2406將起始地址和終止地址信號(hào)分別通過線路2430和2432提供給地址計(jì)數(shù)器與極限邏輯塊2428。地址由地址計(jì)數(shù)器與極限邏輯塊2428通過一條總線2434輸出。當(dāng)被可調(diào)時(shí)基所提供的周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1416觸發(fā)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器與極限邏輯塊2428提供地址以讀取PN碼與線性化ROM2426。地址計(jì)數(shù)器與極限邏輯塊2428提供一條總線2436輸出一個(gè)PN碼(它與一個(gè)脈沖無線電發(fā)射機(jī)所使用的一個(gè)已知PN碼一致)，并將它提供給二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器2424。二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器2424時(shí)間調(diào)制周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1416(從可調(diào)時(shí)基1414接收到的)，以產(chǎn)生解碼信號(hào)1420。
此例中，可調(diào)時(shí)基1414包括一個(gè)可編程分頻器2438以及一個(gè)壓控振蕩器(VCO)2440，它們被用以輸出周期時(shí)標(biāo)信號(hào)1416。從微處理器2406通過線路2442將一個(gè)電壓控制信號(hào)提供給VCO2440以調(diào)節(jié)VCO的輸出，這對于相關(guān)技術(shù)熟練人員是十分明了的。
此例中，副載波解調(diào)器1424，包括一個(gè)帶通濾波器2444、一個(gè)鎖相環(huán)2446、以及一個(gè)低通濾波器2448。鎖相環(huán)2446所執(zhí)行的功能等同于圖18的鎖相環(huán)(2004)所執(zhí)行的功能。類似地，帶通濾波器2444執(zhí)行一個(gè)類似圖18的帶通濾波器1802的功能。此情形下，帶通濾波器2444將一個(gè)濾波信號(hào)2445輸出給鎖相環(huán)2446。鎖相環(huán)2446通過一個(gè)進(jìn)一步的低通濾波器2449將一個(gè)同相估計(jì)信號(hào)2447輸出給微處理器2406。同相估計(jì)信號(hào)2447給微處理器2406提供副載波幅度的一個(gè)估計(jì)，使得微處理器2406能評估信號(hào)鎖定的質(zhì)量。鎖相環(huán)2446的解調(diào)輸出信號(hào)2450經(jīng)低通濾波器2448濾波，而該濾波器則輸出解調(diào)信息信號(hào)1426。
圖24中副載波解調(diào)器1424的總體功能和操作實(shí)質(zhì)上與以上結(jié)合圖14所描述的相同。鎖相環(huán)1429具有與以上結(jié)合圖14所描述的相同的功能。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的偽隨機(jī)Manchester編碼完成附加的載波調(diào)制。之所以將它稱為“偽”是因?yàn)槌Ｒ?guī)的Manchester編碼執(zhí)行數(shù)字解碼。然而，根據(jù)本發(fā)明，Manchester編碼將數(shù)字信息從基帶移位至等同于可調(diào)時(shí)基的一個(gè)整分諧波或時(shí)基的整數(shù)倍的頻率。這對于脈沖無線電接收機(jī)中適當(dāng)?shù)幕謴?fù)完成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一個(gè)相干移位。
此實(shí)施方式中，偽Manchester解碼器2404包括一個(gè)帶通濾波器2450以及一個(gè)模擬Manchester解碼器2452。帶通濾波器2450從互相關(guān)器1408接收基帶信號(hào)1422。一個(gè)濾波基帶信號(hào)2454被提供給模擬Manchester解碼器2452。模擬Manchester解碼器2452所執(zhí)行的解碼在對發(fā)射機(jī)處所執(zhí)行的真實(shí)編碼的解釋之后得到最好的描述。
另外，在圖24中號(hào)碼標(biāo)注的各種信號(hào)均被描述為時(shí)間(t)對電壓的圖形25A-25H。附加的圖25I-25L是對應(yīng)于圖25E-25H的頻率對幅度(P或log P)的圖形。
VI偽Manchester調(diào)制本節(jié)被導(dǎo)向用于使用脈沖無線電通信的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制的偽Manchester編碼。
采用直接數(shù)字調(diào)制的方法，如以上結(jié)合圖24所描述的，當(dāng)數(shù)據(jù)源產(chǎn)生一個(gè)多個(gè)邏輯“1”或多個(gè)邏輯“0”組成的長字符串時(shí)將出現(xiàn)問題。因?yàn)閿?shù)據(jù)是使用鎖相環(huán)恢復(fù)的，這種多個(gè)“1”或“0”的字符串中的低頻能量出現(xiàn)于低通濾波器1428中，因此在誤差環(huán)路1429中引入一個(gè)相位差。在誤差環(huán)路1429中分離調(diào)制頻率分量與所期望的頻率分量的方法是必要的。
相應(yīng)地，發(fā)明人已發(fā)展了深一層的副載波實(shí)施方式。這個(gè)深一層的副載波實(shí)施方式包括這樣一個(gè)調(diào)制方案，其中數(shù)據(jù)以Manchester編碼方式與一個(gè)頻率至少是兩倍數(shù)據(jù)信號(hào)頻率(2x時(shí)鐘)的方波同步地異或(XOR)。脈沖無線電系統(tǒng)中Manchester編碼的使用是一種副載波技術(shù)，這是因?yàn)槭褂?x時(shí)鐘將數(shù)據(jù)調(diào)制到了更高的頻率。
脈沖無線電接收機(jī)以模擬而不是數(shù)字方式去除這種調(diào)制，這是使用真Manchester碼而完成的。來自抽樣與保持(2418)的電壓被一個(gè)同步的2x時(shí)鐘調(diào)制，并接下來被一個(gè)后隨有比較器(未示出)的低通濾波器處理。最為簡單的實(shí)施方式是一個(gè)截至頻率設(shè)為約高于比特率一半的低通濾波器；然而為使用其它的轉(zhuǎn)換方法將需求更為復(fù)雜的濾波。因此，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，偽Manchester碼調(diào)制技術(shù)將非歸零(NRZ)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成歸零(RZ)信號(hào)，以避免脈沖無線電接收機(jī)的鎖相環(huán)中的誤差。歸零編碼器可以是一個(gè)偽Manhster直接數(shù)字編碼器、一個(gè)移頻鍵控編碼器、一個(gè)n相相位調(diào)制編碼器(例如四相移相鍵控(QPSK))或一個(gè)相位幅度調(diào)制編碼器，或者其它的頻率轉(zhuǎn)換方法，這對于相關(guān)技術(shù)熟練人員將是十分明了的。
根據(jù)本發(fā)明的偽Manchester編碼方案使用脈沖無線電發(fā)射機(jī)中Manchester編碼的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。例如(參看圖23)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流在被用以尋址PN碼與線性化E-PROM 2302之前被Manchester編碼。實(shí)施數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的Manchester編碼的電路對于相關(guān)技術(shù)熟練人員將是十分明了的。
圖26和27分別顯示根據(jù)本發(fā)明的用于Manchester編碼和解碼的典型波形。圖26中，波形2602一般性顯示一個(gè)由若干個(gè)1或0組成的簡單數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。脈沖無線電發(fā)射機(jī)中，如波形2604所顯示的，將數(shù)據(jù)與一個(gè)頻率至少是兩倍數(shù)據(jù)信號(hào)頻率(2x時(shí)鐘)的方波異或。波形2604必須是同步的并且使諸過渡點(diǎn)對準(zhǔn)數(shù)據(jù)比特的沿。波形2606一般性地顯示波形2602與2604異或的結(jié)果。這一處理保證每個(gè)比特周期中有一個(gè)0到1或1到0的過渡，這消除了與多個(gè)1或0的長過程相關(guān)聯(lián)的各種問題。
與偽Manchester編碼實(shí)施方式關(guān)聯(lián)，脈沖無線電接收機(jī)執(zhí)行偽Manchester解碼以恢復(fù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。圖27顯示一組波形，它們描述為恢復(fù)數(shù)據(jù)而執(zhí)行的各種功能。所接收的脈沖無線電信號(hào)在脈沖無線電接收機(jī)中被互相關(guān)之后，它通過帶通濾波器2450。帶通濾波器2450的輸出2454形似于2702一般性顯示的典型波形。
濾波基帶信號(hào)2454被饋送給一個(gè)模擬乘法器(未示出)的第一輸入。該模擬乘法器的第二輸入接收一個(gè)同步的、2x時(shí)鐘的信號(hào)(2704)。模擬乘法器反轉(zhuǎn)脈沖無線電發(fā)射機(jī)所執(zhí)行的處理。乘積(輸出)信號(hào)被低通濾波并與一個(gè)預(yù)定的比較電平比較，如同由波形2708一般性顯示，因此產(chǎn)生一個(gè)比較數(shù)據(jù)信號(hào)2710。經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)選通信號(hào)(由波形2712一般性顯示)的上升沿，比較數(shù)據(jù)信號(hào)2710被保持在濾波器脈沖/響應(yīng)點(diǎn)的峰值上(使用抽樣保持單元)，以產(chǎn)生恢復(fù)數(shù)據(jù)2465，由波形2714一般性顯示。根據(jù)本發(fā)明，該模擬恢復(fù)技術(shù)利用相干鏈路，即同步恢復(fù)，以借助濾波將噪聲減小到理論極限。
VII鎖定捕獲方案本節(jié)被導(dǎo)向使脈沖無線電接收機(jī)捕獲并保持脈沖無線電信號(hào)鎖定的一種鎖定捕獲方案。
如同采用所有的通信接收機(jī)，在能恢復(fù)數(shù)據(jù)之前，脈沖無線電接收機(jī)必須首先獲得并保持信號(hào)的“鎖定”。圖28是脈沖無線電接收機(jī)為獲得鎖定而執(zhí)行的諸操作的高級(jí)框圖。
一旦打開發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，如步驟2802和2804分別所示，微處理器2406對VCO2440施加偏壓(如步驟2806所示)來使鎖定環(huán)1429以快于(或慢于)遠(yuǎn)程發(fā)射機(jī)的發(fā)送周期的一個(gè)程控速率偏移，如步驟2808所示。幾個(gè)部分(parts)每兆為典型的偏置offset。
其次，微處理器2406數(shù)字化來自互相關(guān)器1408的電壓(通過濾波器1428而接收的)，尋找非0平均電壓，該非0平均電壓指示模板信號(hào)近乎對準(zhǔn)接收信號(hào)，如步驟2808所示。微處理器隨后減小速率上的(接收機(jī)VCO與發(fā)射機(jī)VCO之間的)差別來開始掃描檢測出能量的認(rèn)知時(shí)間周圍的時(shí)間，如步驟2810所示。
可供選擇地，微處理器2406所執(zhí)行的數(shù)字化可使用分離的A/D轉(zhuǎn)換器硬件來完成。同樣，濾波可由微處理器、離散部件或有源濾波器來完成，這對于技術(shù)熟練人員將是十分明了的。
當(dāng)檢測到對應(yīng)最大相關(guān)能量的時(shí)間時(shí)，微處理器切換到這樣一個(gè)跟蹤算法，其中相關(guān)器的平均電壓被保持為0，如步驟2812所示。這個(gè)跟蹤是常規(guī)CW鎖相環(huán)設(shè)計(jì)中所使用的正交鎖定算法的類似物，這對于技術(shù)熟練人員將是十分明了的。因此，一旦進(jìn)行跟蹤算法，即可開始由偽Manchester解碼器2402和副載波解調(diào)器1424所執(zhí)行的數(shù)據(jù)的副載波解調(diào)。
實(shí)際性能本節(jié)參考發(fā)明人基于原型實(shí)驗(yàn)所搜集的數(shù)據(jù)，描述面市的諸脈沖無線電通信系統(tǒng)的性能。
發(fā)明者所建立的一個(gè)脈沖無線電的原型，擁有平均輻射功率450微瓦(μW)。中心頻率為675MHz，并由具有256個(gè)位置的偽隨機(jī)碼平滑。圖29顯示在3米處所測得的信號(hào)(參看圖形2902)和背景信號(hào)(參看圖形2904)。未曾調(diào)節(jié)這些圖形的測量來補(bǔ)償天線特性，并且曾在平均輸出功率為33W條件下使用1.3MHz/2的mpps原型。一個(gè)正好在900MHz之下的功率尖峰來自兩個(gè)蜂窩基站，一個(gè)約相距400米而另一個(gè)約相距1.6千米。360MHz與720MHz之間的若干個(gè)尖峰2908主要是UHF電視臺(tái)。720MHz的尖峰是一個(gè)2.2兆瓦的EIRP頻道的54臺(tái)，位于Alabama的Huntsville，約相距7英里。(脈沖頻譜測量的“崎嶇不平”反映出頻域中多徑的影響。移動(dòng)接收天線引起零點(diǎn)和峰值的移動(dòng)。這不影響脈沖系統(tǒng)的性能)。
已測得一個(gè)1.3GHz/2mpps的原型(平均輸出功率為33μW)經(jīng)過兩條路徑的脈沖無線電的性能1)采用埋置在高導(dǎo)電性媒質(zhì)中的一付-9.6dBi的發(fā)射天線，該媒質(zhì)在6cm的路徑上具有36dB的總損耗，發(fā)明者使用脈沖無線電發(fā)送125kbps的偽隨機(jī)比特流經(jīng)由附加的4米空氣到達(dá)一個(gè)10dBi的接收天線。比特差錯(cuò)率優(yōu)于0.5×10-5。
2)采用同樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)置和同樣的地點(diǎn)，將比特率降低至7.8kbps，并將范圍擴(kuò)大至10米，比特差錯(cuò)率低于10-6。
可使用標(biāo)準(zhǔn)的傳播建模假定，設(shè)計(jì)自由空間中的1.3GHz/2mpps單工鏈路的性能。圖30顯示一條曲線3002，它描述在自由空間的范圍與比特率之間所設(shè)計(jì)的折中，假定平均功率為100μW(-10dBm)，10dBi的接收天線(波束約90度)，2dBi的發(fā)射天線(全向的類似歐極子的方向圖)，信噪比為19.5dB(BER約為10-6)，以及余量為6dB。
轉(zhuǎn)向圖31，該圖形顯示在時(shí)域中易于消除多徑脈沖。圖形3102所示的測量是在單層辦公綜合結(jié)構(gòu)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室里作出的。該實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有許多鋼質(zhì)板材底座、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、檔案櫥柜。相鄰的一間辦公室由一家金屬制造公司占用。其它由一家個(gè)人計(jì)算機(jī)銷售部占用，連同這家公司的倉庫(使用鋼質(zhì)板材)。
第一到達(dá)脈沖(在3ns與6ns之間)具有較低幅度，這是因?yàn)樗群蟮竭_(dá)的某些脈沖傳播經(jīng)過更多的屏障。
盡管以上已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，應(yīng)被理解的是，它們是以例示的方式給出的。因此，本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)受限于以上所述的任何典型的實(shí)施方式，而應(yīng)僅根據(jù)以下的權(quán)利要求書及其同等物來定義。
權(quán)利要求
1.一種脈沖無線電發(fā)射機(jī)，包括a.一個(gè)時(shí)基，以輸出一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；b.一個(gè)編碼源，它使用所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼信號(hào)；c.一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器，以使用所述編碼信號(hào)時(shí)間調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供所要產(chǎn)生的一個(gè)脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；d.一個(gè)副載波調(diào)制器，以接收一個(gè)副載波信號(hào)和一個(gè)信息信號(hào)，并使用所述信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)，以及輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；e.一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器，以使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及f.一個(gè)輸出級(jí)，以使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
2.一種脈沖無線電發(fā)射機(jī)，包括a.一個(gè)時(shí)基，以輸出一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；b.一個(gè)副載波調(diào)制器，以接收一個(gè)副載波信號(hào)和一個(gè)信息信號(hào)，并使用所述信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)，以及輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；c.一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器，以使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)；d.一個(gè)編碼源，它使用所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼信號(hào)；e.一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器，以使用所述編碼信號(hào)時(shí)間調(diào)制所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供所要產(chǎn)生的一個(gè)脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；以及f.一個(gè)輸出級(jí)，以使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
3.一種脈沖無線電發(fā)射機(jī)，包括a.一個(gè)副載波調(diào)制器，以接收一個(gè)副載波信號(hào)和一個(gè)信息信號(hào)，并使用所述信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)，以及輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；b.一個(gè)編碼源，它使用所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼信號(hào)；c.一個(gè)相加器，以接收所述已調(diào)副載波信號(hào)和所述編碼信號(hào)，并輸出一個(gè)編碼已調(diào)副載波信號(hào)；d.一個(gè)編碼與時(shí)間調(diào)制器，以使用所述編碼已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及e.一個(gè)輸出級(jí)，以使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述副載波調(diào)制器頻率調(diào)制所述副載波信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述輸出級(jí)發(fā)送這樣的單周脈沖——它們是寬帶信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述輸出級(jí)發(fā)送這樣的單周脈沖——它們是帶限信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼時(shí)間調(diào)制器響應(yīng)于一個(gè)電壓源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼時(shí)間調(diào)制器響應(yīng)于一個(gè)電流源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼時(shí)間調(diào)制器響應(yīng)于一個(gè)數(shù)字源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述副載波時(shí)間調(diào)制器響應(yīng)于一個(gè)電壓源。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述副載波時(shí)間調(diào)制器響應(yīng)于一個(gè)電流源。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述副載波時(shí)間調(diào)制器響應(yīng)于一個(gè)數(shù)字源。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，進(jìn)一步包括一個(gè)相加器，以接收并相加多個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)，并且輸出一個(gè)合成信號(hào)；其中，所述副載波調(diào)制器接收多個(gè)副載波信號(hào)，并使用多個(gè)信息信號(hào)之一調(diào)制所述多個(gè)副載波信號(hào)的每個(gè)，并且輸出多個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)，而所述副載波時(shí)間調(diào)制器使用所述合成信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述副載波調(diào)制器直接數(shù)字調(diào)制所述多個(gè)副載波信號(hào)之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述副載波調(diào)制器頻率調(diào)制所述多個(gè)副載波信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源包括用于偽噪聲編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)以產(chǎn)生所述編碼信號(hào)的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述數(shù)據(jù)信號(hào)被一個(gè)歸零直接數(shù)字編碼器編碼。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述歸零編碼器包括一個(gè)偽Manchester編碼器、一個(gè)移頻鍵控編碼器、一個(gè)n相相位調(diào)制編碼器、以及一個(gè)相位幅度調(diào)制編碼器之中的一個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，進(jìn)一步包括用于所述直接數(shù)字已調(diào)副載波信號(hào)的偽Manchester編碼的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼信號(hào)是二進(jìn)制的，以及所述編碼時(shí)間調(diào)制器是這樣一個(gè)二進(jìn)制-時(shí)延發(fā)生器，它根據(jù)所述編碼信號(hào)時(shí)間定位所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼信號(hào)是一個(gè)偽噪聲碼。
22.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述輸出級(jí)使用一付天線將所述脈沖無線電信號(hào)發(fā)送進(jìn)入一種傳播媒質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，進(jìn)一步包括連接于所述輸出級(jí)與所述天線之間的一條傳輸線。
24.一種脈沖無線電發(fā)射機(jī)，包括a.一個(gè)時(shí)基，以輸出一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；b.一個(gè)直接數(shù)字調(diào)制器，它使用所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)和一個(gè)信息信號(hào)以輸出一個(gè)直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；c.一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器，擬接收一個(gè)副載波信號(hào)以使用所述副載波信號(hào)調(diào)制所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及d.一個(gè)輸出級(jí)，以使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供所述脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；
25.根據(jù)權(quán)利要求24的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，進(jìn)一步包括一個(gè)副載波調(diào)制器以接收一個(gè)深一層的信息信號(hào)，并使用所述深一層的信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)，其特征在于所述已調(diào)副載波信號(hào)被所述副載波時(shí)間調(diào)制器使用以輸出所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述直接數(shù)字調(diào)制器包括一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器，以使用一個(gè)信息信號(hào)時(shí)間調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)并輸出所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其特征在于所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述時(shí)間調(diào)制提供深一層的信道化和所述脈沖無線電信號(hào)的頻譜平滑。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述直接數(shù)字調(diào)制器包括偽隨機(jī)碼的一個(gè)源以脈動(dòng)(dither)所述信息信號(hào)，籍此輸出所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述直接數(shù)字調(diào)制器進(jìn)一步包括線性化數(shù)據(jù)的一個(gè)源以線性化所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述線性化數(shù)據(jù)和所述偽隨機(jī)碼被存儲(chǔ)在一起。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述線性化數(shù)據(jù)被作為修改的偽隨機(jī)碼存儲(chǔ)。
31.一種脈沖無線電發(fā)射機(jī)，包括a.一個(gè)時(shí)基，以輸出一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；b.一個(gè)編碼源，它使用所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼信號(hào)；c.一個(gè)線性化編碼源，以接收所述編碼信號(hào)和一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)并輸出一個(gè)線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)；d.一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器，以接收所述線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)和所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述編碼時(shí)間調(diào)制器用所述線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及e.一個(gè)輸出級(jí)，以使用所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源包括用于存儲(chǔ)被使用以產(chǎn)生所述編碼信號(hào)的偽隨機(jī)噪聲碼的裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述數(shù)據(jù)信號(hào)被一個(gè)歸零直接數(shù)字編碼器編碼。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述歸零編碼器包括一個(gè)偽隨機(jī)Manchester編碼器、一個(gè)移頻鍵控編碼器、一個(gè)n相相位調(diào)制編碼器、以及一個(gè)相位幅度調(diào)制編碼器之中的一個(gè)。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源和所述線性化編碼源被存儲(chǔ)在分離的存儲(chǔ)器單元中。
36.根據(jù)權(quán)利要求31的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源和所述線性化編碼源被合并并存儲(chǔ)在分離的存儲(chǔ)器單元中。
37.根據(jù)權(quán)利要求31的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源和所述線性化編碼源被合并并存儲(chǔ)在單個(gè)存儲(chǔ)器單元中。
38.根據(jù)權(quán)利要求31的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，進(jìn)一步包括a.一個(gè)副載波調(diào)制器，以接收一個(gè)副載波信號(hào)和一個(gè)信息信號(hào)，并使用所述信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)，以及輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；以及b.一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器，以使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；其特征在于所述輸出級(jí)使用已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)。
39.一種脈沖無線電發(fā)射機(jī)，包括a.一個(gè)時(shí)基，以輸出一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；b.一個(gè)編碼源，它使用所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼信號(hào)；c.一個(gè)線性化編碼源，以接收所述編碼信號(hào)和一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)并輸出一個(gè)線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)；d.一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器，以接收所述線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)和所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述編碼時(shí)間調(diào)制器用所述線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及e.一個(gè)輸出級(jí)，以使用所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源包括用于存儲(chǔ)被使用以產(chǎn)生所述編碼信號(hào)的偽隨機(jī)噪聲碼的裝置。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述數(shù)據(jù)信號(hào)被一個(gè)歸零直接數(shù)字編碼器編碼。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述歸零編碼器包括一個(gè)偽隨機(jī)Manchester編碼器、一個(gè)移頻鍵控編碼器、一個(gè)n相相位調(diào)制編碼器、以及一個(gè)相位幅度調(diào)制編碼器之中的一個(gè)。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源和所述線性化編碼源被存儲(chǔ)在分離的存儲(chǔ)器單元中。
44.根據(jù)權(quán)利要求39的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源和所述線性化編碼源被合并并存儲(chǔ)在分離的存儲(chǔ)器單元中。
45.根據(jù)權(quán)利要求39的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，其特征在于所述編碼源和所述線性化編碼源被合并并存儲(chǔ)在單個(gè)存儲(chǔ)器單元中。
46.根據(jù)權(quán)利要求39的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，進(jìn)一步包括a.一個(gè)副載波調(diào)制器，以接收一個(gè)副載波信號(hào)和一個(gè)信息信號(hào)，并使用所述信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)，以及輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；以及b.一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器，以使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；其特征在于所述輸出級(jí)使用已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)。
47.一種供一脈沖無線電通信用、用于直接數(shù)字編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的系統(tǒng)，包括a.一個(gè)歸零編碼器，以直接數(shù)字編碼該數(shù)據(jù)信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)直接數(shù)字編碼數(shù)據(jù)信號(hào)；b.一個(gè)用于偽隨機(jī)噪聲編碼所述直接數(shù)字編碼數(shù)據(jù)信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)編碼信號(hào)的裝置；以及c.一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器，以使用所述編碼信號(hào)時(shí)間調(diào)制一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)并輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制為脈沖無線電通信提供信道化和頻譜平滑。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其特征在于所述歸零編碼器包括一個(gè)偽隨機(jī)Mancbester編碼器、一個(gè)移頻鍵控編碼器、一個(gè)n相相位調(diào)制編碼器、以及一個(gè)相位幅度調(diào)制編碼器之中的一個(gè)。
49.一種脈沖無線電接收機(jī)，包括a.一個(gè)解碼源，以輸出一個(gè)解碼控制信號(hào)；b.一個(gè)解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器，它使用所述解碼控制信號(hào)和異或周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)解碼信號(hào)；c.一個(gè)互相關(guān)器，以用所述解碼信號(hào)互相關(guān)一個(gè)接收脈沖無線電信號(hào)來輸出一個(gè)基帶信號(hào)；d.一個(gè)低通濾波器，它使用所述基帶信號(hào)以輸出一個(gè)誤差信號(hào)；e.一個(gè)可調(diào)時(shí)基，響應(yīng)于所述誤差信號(hào)，以輸出所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)并調(diào)節(jié)所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的相位以控制所述互相關(guān)的鎖定；以及f.一個(gè)副載波解調(diào)器，響應(yīng)于所述基帶信號(hào)，以輸出一個(gè)解調(diào)信息信號(hào)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的脈沖無線電接收機(jī)，其特征在于所述互相關(guān)器進(jìn)一步包括一個(gè)可觸發(fā)波形發(fā)生器。
51.根據(jù)權(quán)利要求49的脈沖無線電接收機(jī)，其特征在于所述互副載波解調(diào)器是一個(gè)頻率解調(diào)器。
52.根據(jù)權(quán)利要求49的脈沖無線電接收機(jī)，其特征在于所述互副載波解調(diào)器是一個(gè)直接數(shù)字解調(diào)器。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的脈沖無線電接收機(jī)，其特征在于所述直接數(shù)字解調(diào)器包括一個(gè)偽隨機(jī)Manchester解碼器。
54.根據(jù)權(quán)利要求49的脈沖無線電接收機(jī)，進(jìn)一步包括一個(gè)連接于所述互相關(guān)器與一個(gè)放大器與一個(gè)接收天線之間的一條傳輸線。
55.一種脈沖無線電接收機(jī)，包括a.一個(gè)解碼源，以輸出一個(gè)解碼控制信號(hào)；b.一個(gè)解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器，響應(yīng)于所述解碼控制信號(hào)，一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)和一個(gè)可觸發(fā)波形發(fā)生器以輸出一個(gè)解碼信號(hào)；c.一個(gè)互相關(guān)器，以用所述解碼信號(hào)互相關(guān)一個(gè)接收脈沖無線電信號(hào)來輸出一個(gè)基帶信號(hào)；d.多個(gè)帶通濾波器，響應(yīng)于基帶信號(hào)，以輸出多個(gè)副載波信號(hào)；e.多個(gè)鎖相環(huán)，分別響應(yīng)于所述多個(gè)帶通濾波器，以輸出多個(gè)信息信號(hào)。
56.一種脈沖無線電收發(fā)信機(jī)，包括一個(gè)這樣的脈沖無線電發(fā)射機(jī)，它擁有a.一個(gè)時(shí)基，以輸出一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；b.一個(gè)編碼源，它使用所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼信號(hào)；c.一個(gè)編碼時(shí)間調(diào)制器，以使用所述編碼信號(hào)時(shí)間調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供即將產(chǎn)生的一個(gè)脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；d.一個(gè)副載波調(diào)制器，以接收一個(gè)副載波信號(hào)和一個(gè)信息信號(hào)，并使用所述信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)，以及輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；e.一個(gè)副載波時(shí)間調(diào)制器，以使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，并輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及f.一個(gè)輸出級(jí)，以使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖；以及一個(gè)接收所述脈沖無線電信號(hào)的脈沖無線電接收機(jī)，其中所述脈沖無線電接收機(jī)擁有a.一個(gè)解碼源，以輸出一個(gè)解碼控制信號(hào)；b.一個(gè)解碼時(shí)標(biāo)調(diào)制器，它使用所述解碼控制信號(hào)和一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)解碼信號(hào)；c.一個(gè)互相關(guān)器，以互相關(guān)所述脈沖無線電信號(hào)與所述解碼信號(hào)以輸出一個(gè)基帶信號(hào)；d.一個(gè)低通濾波器，它使用所述基帶信號(hào)以輸出一個(gè)誤差信號(hào)；e.一個(gè)可調(diào)時(shí)基，響應(yīng)于所述誤差信號(hào)，以輸出所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)并調(diào)節(jié)所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的相位以控制所述互相關(guān)的鎖定；以及f.一個(gè)副載波解調(diào)器，響應(yīng)于所述基帶信號(hào)，以輸出一個(gè)解調(diào)信息信號(hào)，其中所述解調(diào)信息信號(hào)實(shí)質(zhì)上與所述信息信號(hào)相同。
57.一種用于傳輸脈沖無線電信號(hào)的方法，包括如下步驟(1)使用一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)提供一個(gè)編碼信號(hào)；(2)使用所述編碼信號(hào)時(shí)間調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供即將產(chǎn)生的一個(gè)脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；(3)使用所述信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)副載波信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；(4)使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及(5)使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
58.一種用于傳輸脈沖無線電信號(hào)的方法，包括如下步驟(1)使用所述信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)副載波信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；(2)使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)；(3)使用所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)編碼的、已調(diào)信號(hào)；(4)使用所述編碼的、已調(diào)信號(hào)時(shí)間調(diào)制所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供即將產(chǎn)生的一個(gè)脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；以及(5)使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
59.一種用于傳輸脈沖無線電信號(hào)的方法，包括如下步驟(1)使用一個(gè)信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)副載波信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；(2)使用一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)編碼信號(hào)；(3)將所述已調(diào)副載波信號(hào)與所述編碼信號(hào)相加以輸出一個(gè)編碼已調(diào)副載波信號(hào)；(4)使用所述編碼已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及(5)使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖。
60.根據(jù)權(quán)利要求57或58的方法，進(jìn)一步包括頻率調(diào)制所述副載波的步驟。
61.根據(jù)權(quán)利要求57或58的方法，進(jìn)一步發(fā)送單周脈沖的步驟——這些單周脈沖是寬帶信號(hào)。
62.根據(jù)權(quán)利要求57或58的方法，進(jìn)一步發(fā)送單周脈沖的步驟——這些單周脈沖帶是限信號(hào)。
63.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，進(jìn)一步包括以下步驟使用多個(gè)信息信號(hào)的一個(gè)調(diào)制多個(gè)副載波信號(hào)的每個(gè)以輸出多個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；將多個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)相加以輸出一個(gè)合成信號(hào)；以及使用所述合成信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出所述已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)。
64.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，進(jìn)一步包括頻率調(diào)制所述多個(gè)副載波信號(hào)的一個(gè)的步驟。
65.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，進(jìn)一步包括直接數(shù)字調(diào)制所述多個(gè)副載波信號(hào)的一個(gè)的步驟。
66.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，進(jìn)一步包括偽隨機(jī)噪聲編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)以產(chǎn)生所述編碼信號(hào)的步驟。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的方法，進(jìn)一步包括將所述數(shù)據(jù)信號(hào)作為一個(gè)歸零直接數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的步驟。
68.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，進(jìn)一步包括使用偽隨機(jī)Manchester編碼、移頻鍵控編碼、n相相位調(diào)制編碼、以及相位幅度調(diào)制編碼之中的一種，編碼所述歸零直接數(shù)字信號(hào)的步驟。
69.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，進(jìn)一步包括偽隨機(jī)噪聲編碼所述信息信號(hào)的步驟。
70.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，進(jìn)一步包括線性化所述編碼已調(diào)副載波信號(hào)的步驟。
71.一種用于傳輸脈沖無線電信號(hào)的方法，包括如下步驟(1)提供一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；(2)使用一個(gè)信息信號(hào)直接數(shù)字調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；(3)使用一個(gè)副載波信號(hào)調(diào)制所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及(4)使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供所述脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；
72.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括使用一個(gè)深一層的信息信號(hào)調(diào)制所述副載波信號(hào)以輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)的步驟，其特征在于所述已調(diào)副載波信號(hào)被所述副載波時(shí)間調(diào)制器使用以輸出所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)。
73.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括使用一個(gè)編碼信息信號(hào)調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)的步驟。
74.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括偽隨機(jī)編碼所述信息信號(hào)的步驟。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，進(jìn)一步包括線性化所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)的步驟。
76.根據(jù)權(quán)利要求75的方法，其特征在于偽隨機(jī)編碼所述信息信號(hào)與線性化所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)是同時(shí)執(zhí)行的。
77.根據(jù)權(quán)利要求71的方法，進(jìn)一步包括將所獲信息信號(hào)作為歸零直接數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的步驟。
78.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，進(jìn)一步包括使用偽隨機(jī)Manchester編碼、移頻鍵控編碼、n相相位調(diào)制編碼、以及相位幅度調(diào)制編碼之中的一種，編碼所述歸零直接數(shù)字信號(hào)的步驟。
79.一種用于傳輸脈沖無線電信號(hào)的方法，包括如下步驟(1)使用一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)編碼信號(hào)；(2)使用一個(gè)線性化編碼源，基于所述編碼信號(hào)和一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)；(3)用所述線性化的、已調(diào)時(shí)標(biāo)信號(hào)調(diào)制所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，以輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及(4)使用所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)脈沖無線電信號(hào)。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，進(jìn)一步包括偽隨機(jī)編碼所述數(shù)據(jù)信號(hào)的步驟。
81.根據(jù)權(quán)利要求80的方法，其特征在于偽隨機(jī)編碼所述數(shù)據(jù)信號(hào)與線性化所述直接數(shù)字編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)是同時(shí)執(zhí)行的。
82.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，進(jìn)一步包括將所獲數(shù)據(jù)信號(hào)作為歸零直接數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的步驟。
83.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，進(jìn)一步包括使用偽隨機(jī)Manchester編碼、移頻鍵控編碼、n相相位調(diào)制編碼、以及相位幅度調(diào)制編碼之中的一種，編碼所述歸零直接數(shù)字信號(hào)的步驟。
84.一種供脈沖無線電通信用、用于直接數(shù)字編碼一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的方法，包括如下步驟(1)歸零編碼數(shù)據(jù)信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)直接數(shù)字編碼數(shù)據(jù)信號(hào)；(2)偽隨機(jī)噪聲編碼所述直接數(shù)字編碼數(shù)據(jù)信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)編碼信號(hào)；以及(3)使用所述編碼信號(hào)時(shí)間調(diào)制一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制為脈沖無線電通信提供信道化和頻譜平滑。
85.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其特征在于所述歸零編碼包括偽隨機(jī)Manchester編碼、移頻鍵控編碼、n相相位調(diào)制編碼、以及相位幅度調(diào)制編碼之中的一種。
86.一種用于接收脈沖無線電信號(hào)的方法，包括以下步驟(1)提供一個(gè)解碼控制信號(hào)；(2)提供一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；(3)使用所述解碼控制信號(hào)和所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)解碼信號(hào)；(4)用所述解碼信號(hào)互相關(guān)一個(gè)接收脈沖無線電信號(hào)以輸出一個(gè)基帶信號(hào)；(5)解調(diào)所述基帶信號(hào)以輸出一個(gè)解調(diào)信息信號(hào)。
87.根據(jù)權(quán)利要求86的方法，其特征在于所述解調(diào)步驟包括頻率解調(diào)所述基帶信號(hào)以輸出一個(gè)解調(diào)信息信號(hào)的一個(gè)步驟。
88.根據(jù)權(quán)利要求86的方法，其特征在于所述解調(diào)步驟包括直接數(shù)字解調(diào)所述基帶信號(hào)以輸出一個(gè)解調(diào)信息信號(hào)的一個(gè)步驟。
89.根據(jù)權(quán)利要求88的方法，其特征在于所述直接數(shù)字解調(diào)的步驟進(jìn)一步包括偽Manchester解碼的一個(gè)步驟。
90.一種用于接收脈沖無線電信號(hào)的方法，包括以下步驟(1)提供一個(gè)解碼控制信號(hào)；(2)提供一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；(3)使用所述解碼控制信號(hào)和所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)解碼信號(hào)；(4)用所述解碼信號(hào)互相關(guān)一個(gè)接收脈沖無線電信號(hào)以輸出一個(gè)基帶信號(hào)；(5)低通濾波所述基帶信號(hào)以輸出多個(gè)副載波信號(hào)；(6)解調(diào)所述多個(gè)基帶信號(hào)以輸出多個(gè)解調(diào)信息信號(hào)。
91.一種用于接收脈沖無線電信號(hào)的方法，包括以下步驟通過(1)使用一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)提供一個(gè)編碼信號(hào)；(2)使用所述編碼信號(hào)時(shí)間調(diào)制一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)，以輸出一個(gè)編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，其中所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)的所述調(diào)制提供即將產(chǎn)生的一個(gè)脈沖無線電信號(hào)的信道化和頻譜平滑；(3)使用一個(gè)信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)副載波信號(hào)，以輸出一個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)；(4)使用所述已調(diào)副載波信號(hào)調(diào)制所述編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)，以輸出一個(gè)已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)；以及(5)使用所述已調(diào)的、編碼時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生所述脈沖無線電信號(hào)，其中所述脈沖無線電信號(hào)包括若干個(gè)在時(shí)間上相隔的單周脈沖發(fā)送脈沖無線電信號(hào)；以及通過(6)提供一個(gè)解碼控制信號(hào)；(7)提供一個(gè)深一層的周期時(shí)標(biāo)信號(hào)；(8)使用所述解碼控制信號(hào)和所述深一層的周期時(shí)標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)解碼信號(hào)；(9)用所述解碼信號(hào)互相關(guān)所述接收脈沖無線電信號(hào)以輸出一個(gè)基帶信號(hào)；(10)解調(diào)所述基帶信號(hào)以輸出一個(gè)解調(diào)信息信號(hào)接收所述脈沖無線電信號(hào)。
92.根據(jù)權(quán)利要求86或91的方法，步驟進(jìn)一步包括以下一個(gè)步驟低通濾波所述基帶信號(hào)以輸出一個(gè)誤差信號(hào)；以及調(diào)節(jié)所述周期時(shí)標(biāo)信號(hào)以籍此使用所述誤差信號(hào)控制鎖定所述互相關(guān)。
全文摘要
一種脈沖無線電通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)副載波以從一個(gè)脈沖無線電發(fā)射機(jī)(901)到一個(gè)脈沖無線電接收機(jī)(1400)傳播信息。副載波的使用為脈沖無線電傳輸提供附加的通信波道的選擇、平滑和保真度。不同頻率或波形的副載波可被用于脈沖無線電信號(hào)的附加通信波道的選擇。該脈沖無線電設(shè)備將調(diào)制副載波用于時(shí)間定位一個(gè)周期時(shí)標(biāo)信號(hào)或一個(gè)編碼的時(shí)標(biāo)信號(hào)。可選擇地，該編碼的時(shí)標(biāo)信號(hào)可與調(diào)制的副載波信號(hào)疊加或混合并且所得的信號(hào)用于時(shí)間調(diào)制該周期時(shí)標(biāo)信號(hào)。數(shù)據(jù)的直接數(shù)字調(diào)制是用于脈沖無線電信號(hào)的副載波調(diào)制的另一種形式。直接數(shù)字調(diào)制可單獨(dú)用于時(shí)間調(diào)制該周期時(shí)標(biāo)信號(hào)或該直接數(shù)字調(diào)制的周期時(shí)標(biāo)信號(hào)可進(jìn)一步與一個(gè)或多個(gè)調(diào)制的副載波信號(hào)調(diào)制。
文檔編號(hào)H04B1/69GK1169220SQ95195805
公開日1997年12月31日 申請日期1995年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月20日
發(fā)明者拉瑞·W·福勒頓, 伊萬·A·寇衛(wèi) 申請人:時(shí)間范疇公司