專利名稱：用于調(diào)制uwb脈沖序列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在包括至少一臺發(fā)射機(jī)和一臺接收機(jī)的電信系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，所述收發(fā)機(jī)用于發(fā)送由N個脈沖的至少一個序列在N個時間窗上形成的信號，每一個脈沖包含在時間片內(nèi)，該時間片在它相應(yīng)時間窗的位置由片數(shù)來定義。
當(dāng)前正在評價所謂超寬帶電信系統(tǒng)(也稱為UWB系統(tǒng))相關(guān)性的目標(biāo)下研究這種數(shù)據(jù)發(fā)送方法。在這種系統(tǒng)中，每一臺發(fā)射機(jī)由上述的片數(shù)形成的標(biāo)記來識別，該標(biāo)記本身十分強(qiáng)健，因此可以可靠、精確地與所有潛在的接收機(jī)通信。
在UWB系統(tǒng)中使用的脈沖很短，例如，具有低于0.1納秒的持續(xù)時間，其為這種系統(tǒng)提供至少有10千兆赫那樣大的帶寬，承擔(dān)高靈活性，因此具有大量可能用于這種系統(tǒng)的應(yīng)用。
上面描述的信號可以形成載波信號，該載波信號上的信息可以通過調(diào)制所述載波信號來編碼。發(fā)明人已經(jīng)觀察到由于包含的脈沖短，與給定脈沖序列的精確同步在接收機(jī)端將很難實(shí)施，因此為了節(jié)約成本，選擇的調(diào)制方案應(yīng)當(dāng)包括盡可能少的時間相關(guān)參數(shù)。
因此，本發(fā)明旨在提供調(diào)制方案，根據(jù)此方案，在所述接收機(jī)不必就時間而言精確地映象已接收的脈沖序列的情況下，脈沖序列攜帶的信息可以在接收機(jī)端恢復(fù)。
實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的正文首段所描述的發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，其特征在于包括在發(fā)送所述脈沖序列之前執(zhí)行的至少一個碼元編碼步驟，在碼元編碼步驟的過程中，每一脈沖序列乘以表示所述脈沖序列攜帶的碼元的值。
借助于這種調(diào)制方案，根據(jù)本發(fā)明的超帶寬電信系統(tǒng)中發(fā)送的信號所攜帶的信息實(shí)際上可以用這些信號攜帶的功率來表示，該功率是與包括在這種信號內(nèi)的脈沖的振幅有關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的第一變化，給定序列的每一脈沖乘以在碼元編碼步驟過程中隨機(jī)選擇等于+1或-1的值。
本發(fā)明的這個第一變化能夠獲得正脈沖和負(fù)脈沖的隨機(jī)分布，因?yàn)樗鲂畔⑹桥c所述脈沖的矩形形式相關(guān)，所以它不影響所述脈沖攜帶的信息，但允許防止在光譜域里出現(xiàn)高振幅峰值，該峰值可以干擾不包括在電信系統(tǒng)中的設(shè)備。這種頻率干擾通常被是受限的，并且作為歐盟指引的83/336 CEE和美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)定的目標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第二變化，相同脈沖序列的所有脈沖在碼元編碼步驟中提交給時間抖動。
這樣的時間抖動就通信信道引起的延遲傳播而言將更優(yōu)選保持小，通過該通信信道已調(diào)的信號將被發(fā)送。這種時間抖動不影響脈沖序列攜帶的信號，并根據(jù)本發(fā)明主要將靈活性的附加級別增加到調(diào)制方案。
根據(jù)本發(fā)明的第三變化，相同的脈沖序列的所有脈沖基本上都有相同的形狀。
盡管相同的序列的脈沖可能有不同的形狀，假定它們都基本上有相同寬度并攜帶相同數(shù)量的能量，所有屬于相同序列的脈沖的相同形狀的選擇能簡化根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制方案的實(shí)施。例如，脈沖可以具有定義為高斯函數(shù)的第二規(guī)則派生的形狀。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其它形狀當(dāng)然也用于這個相同目的。
根據(jù)本發(fā)明的第四變化，將要發(fā)送的每一個信號由一個預(yù)定數(shù)目的脈沖序列的疊加構(gòu)成，每一組脈沖序列已經(jīng)提交到碼元編碼步驟并對應(yīng)于其中可用于發(fā)送的總帶寬事先已經(jīng)劃分成的多個子帶之一。
本發(fā)明的這個第四變化能通過相同通信信道同時發(fā)送幾個碼元，并因此有效地提高包括本發(fā)明的這種變化的電信系統(tǒng)的吞吐量。
根據(jù)其面向硬件的其中一個方面，本發(fā)明也涉及包括至少一臺發(fā)射機(jī)和一臺接收機(jī)的電信系統(tǒng)，所述發(fā)射機(jī)用于發(fā)送由N個脈沖的至少一個脈沖序列在N個時間窗上形成的信號，每一脈沖包括在時間片內(nèi)，該時間片在相應(yīng)時間窗的位置是由片數(shù)來定義，系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)包括用于用表示所述脈沖序列攜帶的碼元的值乘以每一脈沖序列的碼元編碼裝置。
根據(jù)該面向硬件方面的第一變化，發(fā)射機(jī)還包括用于隨機(jī)產(chǎn)生等于+1或-1的值的隨機(jī)二進(jìn)制發(fā)生器，脈沖序列的連續(xù)脈沖乘以該值。
根據(jù)該硬件相關(guān)方面的第二變化，發(fā)射機(jī)還包括用于將相同脈沖序列的所有脈沖提交到時間抖動的時間延遲裝置。
根據(jù)該硬件相關(guān)方面的又一變化，發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括用于接收預(yù)定數(shù)目的脈沖序列的信號組合裝置，每一脈沖序列已經(jīng)由碼元編碼裝置產(chǎn)生并對應(yīng)于可用于發(fā)送的總帶寬事先已經(jīng)劃分成的多個子帶之一，所述信號組合裝置用于將所有所述脈沖序列組合成信號以便發(fā)送。
根據(jù)其面向硬件的又一個方面，本發(fā)明還涉及用于發(fā)送由N個脈沖的至少一個序列在N個時間窗上形成的信號的設(shè)備，每一脈沖包括在時間片內(nèi)，該時間片在相應(yīng)時間窗的位置是由片數(shù)來定義，該發(fā)射機(jī)包括用于用表示所述脈沖序列攜帶的碼元的值乘以每一個脈沖序列的碼元編碼裝置。
從閱讀下面給定關(guān)于附圖的描述中，上面提到的本發(fā)明的特征和其它特征顯得更加清楚，其中

圖1是描述使用本發(fā)明的電信系統(tǒng)的功能圖；圖2是描述構(gòu)成在這樣的電信系統(tǒng)中發(fā)送的載波信號的脈沖序列的計(jì)時圖；圖3是描述可以用于產(chǎn)生這樣序列的脈沖模式的計(jì)時圖；以及圖4是描述包括多個脈沖序列的數(shù)據(jù)幀的計(jì)時圖。
圖1描述實(shí)施本發(fā)明的電信系統(tǒng)SYST。這種系統(tǒng)SYST包括至少一臺發(fā)射機(jī)TRD和一臺接收機(jī)RCD，例如，它們可以由諸如移動電話的設(shè)備構(gòu)成。發(fā)射機(jī)TRD用于發(fā)送由N個脈沖pj(從j＝1到N)的至少一個序列在N個時間窗Tf上形成的信號Tsg，每一個脈沖包括在時間片Tc內(nèi)，該時間片在相關(guān)時間窗內(nèi)的位置由片數(shù)cj(從j＝1到N)來定義。例如，包括在該序列中的脈沖數(shù)HN可以選擇等于128，而每一時間窗Tf的寬度可以選擇等于100納秒，同時每一時間片Tc的寬度為1納秒。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射機(jī)TRD包括用于用表示所述脈沖序列攜帶的碼元的值(優(yōu)選整數(shù)值)乘以每一脈沖序列的碼元編碼裝置ENC。
因此，發(fā)送信號Tsg攜帶的信息實(shí)際上可以用該信號Tsg攜帶的功率表示，該功率是與包括在所述信號Tsg中的脈沖的振幅相關(guān)。然后，在所述接收機(jī)RCD不必就時間而言精確地映象接收脈沖序列的情況下，該信息可以由接收機(jī)RCD恢復(fù)。
圖2以計(jì)時圖形式描述發(fā)送信號Tsg，據(jù)此，每一脈沖序列具有分成具有每一持續(xù)時間Tf的時間窗的整個持續(xù)時間Ts，每一時間窗被再分成時間片Tc，每一窗口中的單個時間片用于包括脈沖pj(從j＝1到N)，該單個時間片通過片數(shù)cj來識別。因此，這個發(fā)送的信號Tsg的發(fā)射機(jī)由所有上面提到的片數(shù)ci(從j＝1到N)結(jié)合形成的標(biāo)記Sg＝(c1，c2...cN)識別，該標(biāo)記Sg本身十分強(qiáng)壯，因此可以可靠、精確地與所有潛在接收機(jī)通信。
根據(jù)本發(fā)明，屬于顯示在該圖片中的脈沖序列的每一脈沖pj(從j＝1到N)乘以表示所述脈沖序列攜帶的碼元的相同整型值Vi，以該序列攜帶的功率形式，參考“i”表示分配給要考慮的脈沖序列的參考數(shù)。
此外，脈沖pj(從j＝1到N)乘以在碼元編碼步驟過程中隨機(jī)選擇等于+1或-1的值αj，使得在這里示出的例子中，第二脈沖p2是負(fù)的。
這種因?yàn)樗鲂畔⑴c所述脈沖的矩形相關(guān)，所以這種正脈沖和負(fù)脈沖的隨機(jī)分布不影響所述脈沖攜帶的信息，但允許在光譜域中防止出現(xiàn)高振幅峰值。
這里描述的脈沖序列的所有脈沖pj(j＝1到N)在碼元編碼步驟過程中可以附加地提交給時間抖動dti。
由時間延遲裝置引起的時間抖動就通信信道引起的延遲傳播而言將保持較小，通過該通信信道已調(diào)制的信號將被發(fā)送。例如，延遲傳播可以具有100納秒的值。這樣的時間抖動不影響每一脈沖序列攜帶的信息，并主要將靈活性的附加級別增加到根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制方案中。
發(fā)送的信號Tsg可以這樣以下面形式表述Tsg(t)=Σi,jVi.aj.pj(t-cj-j.Tf-dti)]]>本發(fā)明的可選實(shí)施例沒有在這里示出，發(fā)送的信號Tsg可以由預(yù)定數(shù)目脈沖序列的疊加構(gòu)成，每一脈沖序列提交到碼元編碼步驟并對應(yīng)于可用于發(fā)送的總帶寬事先已經(jīng)劃分成的多個子帶的一個。
在這種實(shí)施例中，對應(yīng)于等級k(具有k＝1到K，其中K是子帶的總數(shù))的給定子帶的每一脈沖序列將表述如下Tsgk(t)=Σi,jVki.akj.pkj(t-ckj-j.Tf-dtki)]]>具有Tsg(t)=ΣkTsgk(t)]]>本發(fā)明的第四變化能夠通過相同通信信道同時發(fā)送多個碼元，并因此有效地提高包括本發(fā)明變化的電信系統(tǒng)的吞吐量。
圖3是另一個描述可以選擇作為構(gòu)成上述脈沖的可能形狀p(t)的計(jì)時圖。相同序列的脈沖pj(t)(從j＝1到N)可以具有不同形狀，假定它們實(shí)際上具有相同寬度并攜帶相同數(shù)量的能量。然而，屬于相同序列的所有脈沖pj(t)(從j＝1到N)可以具有相同的形狀，例如這里描述的形狀p(t)，該形狀被定義為高斯函數(shù)的第二規(guī)則的派生，這可以算術(shù)表示為p(t)＝A.[1-4π(t/Tw)2].exp(-2π(t/Tw)2)。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它脈沖形狀當(dāng)然也用于相同目的。
圖4也是另一描述諸如上面描述的連續(xù)脈沖序列形成的數(shù)據(jù)幀DF的計(jì)時圖，每一個具有總持續(xù)時間Ts，為了防止由下面一個脈沖序列形成的給定序列的變更而周期性插入在兩個這樣序列之間的保護(hù)間隔GI，例如，該變更可以由在所述脈沖序列之間的相互調(diào)制引起。因此該數(shù)據(jù)幀DF由具有每一持續(xù)時間Tr的連續(xù)幀構(gòu)成，具有Tr＝Ts+GI，以及包括如上面描述的每一脈沖序列。
在特定的應(yīng)用中，任何給定發(fā)射機(jī)的標(biāo)記可以在所述發(fā)射機(jī)內(nèi)動態(tài)產(chǎn)生并可以從一脈沖序列變化到另一序列。例如，這種標(biāo)記通過預(yù)編程可移位寄存器的特定控制產(chǎn)生。在這種應(yīng)用中，任何給定接收機(jī)必須能重新產(chǎn)生對應(yīng)于每一脈沖序列的每一標(biāo)記，該標(biāo)記可以通過給所述接收機(jī)提供可移位寄存器來獲得，該可移位寄存器根據(jù)電信系統(tǒng)的控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)預(yù)先發(fā)送到所述接收機(jī)的指令(例如媒介訪問控制信號的形式)來預(yù)編程和控制。
為了鑒別數(shù)據(jù)幀DF的信息內(nèi)容，用于接收這樣數(shù)據(jù)幀DF的設(shè)備必須僅能測量表示連續(xù)脈沖序列攜帶功率的連續(xù)量的數(shù)量，而沒有必要就時間方面精確地映象接收的脈沖序列。
權(quán)利要求
1.一種用于在包括至少一臺發(fā)射機(jī)和一臺接收機(jī)的電信系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，所述發(fā)射機(jī)用于發(fā)送由N個脈沖中的至少一個脈沖序列在N個時間窗上形成的信號，每一脈沖包括在時間片內(nèi)，該時間片在相應(yīng)時間窗內(nèi)的位置是由片數(shù)來定義，該方法包括在發(fā)送所述脈沖序列之前執(zhí)行的至少一個碼元編碼步驟，在碼元編碼步驟過程中，每一個脈沖序列乘以表示所述脈沖序列攜帶的碼元的值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，根據(jù)此方法，在所述碼元編碼步驟過程中每一個脈沖乘以隨機(jī)選擇等于+1或-1的值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，根據(jù)此方法，在所述碼元編碼步驟過程中相同脈沖序列的所有脈沖提交到時間抖動。
4.如權(quán)利要求1到3中的任何一個的方法，根據(jù)此方法，相同脈沖序列的所有脈沖實(shí)際上具有相同形狀。
5.如權(quán)利要求1到4中的任何一個的方法，根據(jù)此方法，每一個將要發(fā)送的信號由預(yù)定數(shù)目脈沖序列的疊加構(gòu)成，每一組脈沖序列提交到碼元編碼步驟和對應(yīng)于可用于發(fā)送的總帶寬事先已經(jīng)劃分成的多個子帶的一個。
6.一種包括至少一臺發(fā)射機(jī)和一臺接收機(jī)的電信系統(tǒng)，所述發(fā)射機(jī)用于發(fā)送由N個脈沖的至少一個脈沖序列在N個時間窗上形成的信號，每一脈沖包括在時間片內(nèi)，該時間片在相應(yīng)時間窗內(nèi)的位置是由片數(shù)來定義，系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)包括用于用表示所述脈沖序列攜帶的碼元的值乘以每一脈沖序列的碼元編碼裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的電信系統(tǒng)，其中，發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括用于隨機(jī)產(chǎn)生等于+1或-1的值的隨機(jī)二進(jìn)制發(fā)生器，所述值乘以脈沖序列的連續(xù)脈沖。
8.如權(quán)利要求6或7所述的電信系統(tǒng)，其中，發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括用于將相同脈沖序列的所有脈沖提交到時間抖動的時間延遲裝置。
9.如權(quán)利要求6到8中的任何一個的電信系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括用于接收預(yù)定數(shù)目脈沖序列的信號組合裝置，每一個脈沖序列已經(jīng)由碼元編碼裝置產(chǎn)生并對應(yīng)于可用于發(fā)送的總帶寬事先已經(jīng)劃分成的多個子帶中的一個，所述信號組合裝置用于將所有所述脈沖序列組合成信號以便發(fā)送。
10.一種用于發(fā)送由N個脈沖序列的至少一個序列在N個時間窗形成的信號的設(shè)備，每一脈沖包括在時間片內(nèi)，該時間片在相應(yīng)時間窗內(nèi)的位置是由片數(shù)來定義的，其中發(fā)射機(jī)包括用于用表示所述脈沖序列攜帶的碼元的值乘以每一脈沖序列的碼元編碼裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于以N個脈沖的至少一個序列Tsg的形式發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，每一個脈沖包含在預(yù)定時間片Tc中。根據(jù)本發(fā)明的方法包括至少一個碼元編碼步驟，在該碼元編碼步驟期間第i個脈沖序列Tsg的每一個脈沖pj(從j＝1到N)乘以表示所述序列攜帶的碼元的值Vi。通過本發(fā)明，脈沖序列Tsg攜帶的信息實(shí)際上由這個序列Tsg攜帶的功率來表示。該功率與脈沖pj的振幅有關(guān)。然后，在所述接收機(jī)不必就時間而言精確地映象已接收的脈沖序列情況下，該信息可以由接收機(jī)來恢復(fù)。
文檔編號H04B1/69GK1606250SQ20041009216
公開日2005年4月13日 申請日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月9日
發(fā)明者S·帕凱萊特, L·M·奧伯特 申請人:三菱電機(jī)株式會社