用於無線超寬帶通信的增強頻譜鍵控的製作方法
2023-08-07 08:37:56 1
專利名稱：用於無線超寬帶通信的增強頻譜鍵控的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及無線通信，並且更特別地涉及超寬帶通信中的頻譜鍵控(spectral keying)。
背景技術：
超寬帶(UWB)通信是一種無線電通信的形式，其中信號在大部分的無線電頻譜上進行擴展，以及其中在任何特定頻率上的信號功率因此相對小。這樣的系統的帶寬通常大於500MHz，並且在一些UWB系統中，帶寬可以例如在2GHz和100GHz之間。早期的UWB系統利用脈衝位置調製將信息給予(impart)其信號。這樣的脈衝位置調製在UWB系統的上下文中有時稱為時間調製。
通過稍微改變脈衝位置，即，改變脈衝出現的時間，可以將信息編碼成UWB信號，並且隨後從UWB信號中推導出信息。例如，稍早的脈衝可以被解釋為「零(0)」，而稍延遲的脈衝可以被解釋為「一(1)」。不幸地，這對於每個發送的脈衝只提供一個比特信息。
發明內容
所需要的是用於增加超帶寬信令方案的信息內容的方法和設備。
簡而言之，通過在多個調製符號時間中的至少一個期間同時操作兩個或多個頻帶載波來增加通過頻譜鍵控被編碼為具有多個調製符號時間的UWB符號的信息量。在本發明的一個方面中，一旦在給定的調製符號時間期間已使用了頻率資源諸如載波，則那些頻率資源在那個UWB符號內不再被使用。
圖1是表示用於在公知的超寬帶通信系統中傳輸符號的一個方案的頻率-時間圖。
圖2是表示根據本發明的用於在超寬帶通信系統中傳輸符號的方案的頻率-時間圖。
圖3是表示根據本發明的方法的流程圖。
具體實施例方式
一般地，本發明涉及用於增加超寬帶信令方案的信息內容的方法和設備。更特別地，本發明涉及超寬帶通信系統中的頻譜鍵控，其中在任意給定時間上能接通一個以上的載波。
這裡參照「一個實施例」、「實施例」或類似闡述表示結合實施例描述的具體特性、結構、操作或特徵包括在本發明的至少一個實施例中。因此，在本文中這樣的短語或闡述的出現並不一定全部涉及同一實施例。另外，各種特定特性、結構、操作或特徵可以利用任何合適的方式被結合在一個或多個實施例中。
本發明的實施例由於允許在任意給定時間上接通不止一個的載波而相對於以前的頻譜鍵控方案提供優點。這種以前的頻譜鍵控方案使用可用載波的置換(permutation)來表示UWB符號。本發明的實施例除了置換之外還利用載波頻率的組合，從而允許更多的信息比特被組裝在同一帶寬內。UWB符號能利用相同數量的「on(接通)」載波來表示，除了本發明的實施例允許多個載波在同一時間為「on」。
參照圖1，示出了表示用於在公知的超帶寬通信系統中傳輸符號的一個方案的頻率-時間圖。更具體地，圖1表示其中發送兩個UWB符號的示例，每個UWB符號具有三個頻帶和三個調製符號。這通常被稱為頻譜鍵控。在圖1中可以看到，每個UWB符號由三個調製符號時間(即，t1，t2和t3)組成；並且這些UWB符號利用防護時間被相互隔開。在這個示意性示例中，只有一個載波(即，f1，f2或f3)被接通，以發送調製符號。一旦載波被接通，則該載波不能在那個UWB符號中再次被接通。如圖1所示，第一UWB符號包括在時間t1上的頻帶f3、在時間t2上的頻帶f1和在時間t3上的頻帶f2。這可以利用方便的標記法表示為f3@t1、f1@t2和f2@t3。另一標記簡化方式是將三個調製符號時間表示為{3，1，2}，其中明白三個一組的數字表示三個載波中的哪一個分別在時間t1、t2和t3上被接通。仍參照圖1，示出的第二UWB符號包括在時間t1上的頻帶f2、在時間t2上的頻帶f3和在時間t3上的頻帶f1。根據上述的簡化標記法，第二UWB符號可以被表示為{2，3，1}。
為了計算被組裝在如圖1中示出的一個UWB符號中的比特的數量，假設使用BPSK來調製。能夠顯示出作為BPSK調製的結果，具有三個比特，而作為置換的結果，具有log2(3！)＝2.58比特。因此，信息比特的總數為5.58。如通過前文可以明白的，如圖1中示出的頻譜鍵控給出了附加的log2(n！)比特，假設頻率載波的數量等於UWB符號中調製符號的數量，並且該數量由n來表示。
參照圖2，示出了根據本發明的用於UWB符號的發送的方案的頻率-時間圖。更具體地，圖2示出了其中發送兩個UWB符號的示例，每個UWB符號具有三個頻帶和三個調製符號。這通常被稱為增強頻譜鍵控。在圖2中可以明白，每個UWB符號包括三個調製符號時間(即，t1、t2和t3)；並且UWB符號利用防護時間相互隔開。在本發明的這個示意性示例中，不止一個的載波(即，f1，f2或f3)能被接通，以發送調製符號。在本發明的這個實施例中，一旦載波在給定的UWB符號中已經被接通，則它不能在那個UWB符號中再次被接通。如圖2所示，第一UWB符號包括在時間t1上的頻帶f2和頻帶f3；在時間t2上的頻帶f1；並且沒有一個頻帶載波在時間t3上被接通。這可以利用方便的標記法表示為{(2，3)，1，0}，其中理解這個標記法的數字代表三個載波中的哪一個或多個分別在時間t1、t2和t3上被接通，且其中0表示所有的頻帶載波處於「off(斷開)」狀態。仍參照圖2，示出的第二UWB符號不包括在時間t1上被接通的頻帶載波；包括在時間t2上的頻帶f3；以及包括在時間t3上的頻帶f1和頻帶f2。根據上述的簡化標記法，第二UWB符號可以表示為{0，3，(1，2)}。
注意，雖然本發明的增強頻譜鍵控設想其中沒有頻率載波被接通的UWB符號時間內的調製符號時間，但是結果沒有調製信息丟失，這是因為在每個UWB符號中仍然有三個「on」載波。注意，載波f1、f2和f3可以在相互鄰接的頻帶上發送，或者它們可以相互隔開任一隨意量。還注意，三個載波和三個時隙的選擇是用於示意目的，並且不打算對載波或時隙的數量進行限制。
為了計算根據本發明的增強頻譜鍵控形成的一個UWB符號中的信息比特的數量，且其中為了說明的目的，具有三個頻率載波和三個調製符號時間，確定與在某一時間被接通的僅一個頻率載波的組合，確定與在某一時間被接通的最多兩個頻率載波的組合，和確定與在某一時間被接通的最多三個頻率載波的組合。組合的數量被添加，以生成「total(總數)」，並確定log2(total)的值。
上述的組合列舉如下。與在某一時間被接通的唯一一個頻率載波的組合為{1，2，3}，{1，3，2}，{2，1，3}，{2，3，1}，{3，1，2}和{3，2，1}，總數為六。與在某一時間接通的最多兩個頻率載波的組合為{(1，2)，3，0}，{(1，2)，0，3}，{3，(1，2)，0}，{0，(1，2)，3}，{3，0，(1，2)}，{0，3，(1，2)}{(1，3)，2，0}，{(1，3)，0，2}，{2，(1，3)，0}，{0，(1，3)，2}，{2，0，(1，3)}，{0，2，(1，3)}{(2，3)，1，0}，{(2，3)，0，1}，{1，(2，3)，0}，{0，(2，3)，1}，{1，0，(2，3)}，和{0，1，(2，3)}總數為18。與在某一時間接通的最多三個頻率載波的組合為{(1，2，3)，0，0}，{0，(1，2，3)，0}和{0，0，(1，2，3)}，總數為3個。增加6、18和3給出組合的總數為27。因此，與以前的頻譜鍵控方案的2.58相比，附加信息比特的總數為log2(27)＝4.75。
本領域普通技術人員通過受益於本公開內容而將認識到，根據本發明在UWB符號中編碼的數據量在頻率載波的數量增加時顯著增加。
在本發明的一個實施例中，如圖3所示，利用具有一組n個頻率載波的發射機發送符號的方法(其中每個符號具有n個調製符號時間)包括提供302待發送的數據；至少部分基於提供的數據，確定304在n個頻率載波中的那一些將在n個調製符號時間的每一個期間被接通，每個調製符號時間具有預定時間量；和在每個調製符號時間期間，接通306如上確定的每個頻率載波；其中每個頻率載波被接通的時間周期大致與調製符號時間相同；以及其中每個頻率載波在符號的發送期間只接通一次。通過在符號的特定部分期間指定不同的頻率載波待接通，將數據編碼為待發送的符號，這些部分在這裡被稱為調製符號時間。根據本發明的發送符號的方法可以被稱為用於UWB符號的增強頻譜鍵控。
根據本發明，符號可以具有一個或多個其中沒有頻率載波被接通的調製符號時間。同樣，根據本發明，符號可以具有至少一個調製符號時間，在該時間中至少兩個頻率載波被接通。在典型的實施例中，被發送的符號佔用大於500MHz的頻率帶寬。在本發明的一些實施例中，被發送的符號佔用大於2GHz的頻率帶寬。典型的實施例包括在發送一個符號之後等待一時間周期，其被稱為防護時間，直到下一個符號的發送開始為止。
本發明的一個實施例是生成信息符號的方法，包括(a)在第i時間周期期間，對於第i個預定長度的時間，將xi頻率載波接通，其中0≤xi≤n，且1≤i≤n；(b)確定是否n-∑xi＝0；和(c)如果(b)的確定為否，則重複(a)至(b)；其中xi表示整數量的頻率載波。在這樣的實施例中，每個第i時間周期也被稱為調製符號時間，並且信息符號包括n個調製符號時間。在本發明的這個實施例中，頻率載波的數量和調製符號時間的數量相同。在替換的實施例中，頻率載波的數量可以利用整數n來表示，且調製符號時間周期的數量可以利用整數m來表示，其中n和m是不相同的。在這樣的實施例中，不確定是否n-∑xi＝0，而將確定調製符號時期的數量是否已達到每個USB符號總數m個時間周期。
在本發明的典型實施例中，頻率載波在調製符號時間的開始被接通，並且在那個調製符號時間結束時被斷開。但是，在本發明的替換實施例中，可以不要求頻率載波操作和調製符號時間邊界的相同時間對準，而是提供用於識別符號的某種適應性，其中在頻率載波操作的時間與調製符號時間邊界之間存在一定程度的不對準。
本發明的各種實施例包括比利用脈衝位置調製UWB而可能的情況相比，用於在UWB符號中提供更多的信息的方法和設備，並且還提供與利用以前提出的頻譜鍵控方案而可能實現的情況相比，在UWB符號中提供更多的信息。通過利用頻率載波的組合，能夠增加在給定時間內能被發送的UWB信息的數量，而不需要額外的頻率資源。
本發明的一些實施例的優點在於在根據本發明的通信系統中能實現更高的數據率。
本發明的一些實施例的優點在於這些比例隨著可用載波的數量增加而呈指數增長。
還將理解，本發明不限於上述的實施例，而是包括在所附權利要求書的範圍內的任意和所有的實施例。
權利要求
1.一種生成信息符號的方法，包括(a)在第i個時間周期期間，將xi頻率載波接通第i個預定長度的時間，其中0≤xi≤n，和1≤i≤n；(b)確定是否n-∑xi＝0；和(c)如果(b)的確定為否定的，則重複(a)至(b)；其中xi表示整數個頻率載波，和n表示可用頻率載波的總數。
2.如權利要求1所述的方法，還包括(d)如果(b)的確定為肯定的，則等待一時間周期。
3.如權利要求2所述的方法，還包括在等待該時間周期之後，重複(a)至(c)。
4.如權利要求3所述的方法，其中該時間周期是設置在信息符號之間的預定防護帶。
5.如權利要求4所述的方法，其中信息符號佔用大於500MHz的頻率帶寬。
6.一種利用具有一組n個頻率載波的發射機發送符號的方法，每個符號具有n個調製符號時間，該方法包括提供(302)待發送的數據；和至少部分基於提供的數據，確定(304)在n個調製符號時間的每一個期間將接通n個頻率載波組中的哪一些頻率載波，如果有的話，每個調製符號時間具有預定的時間量；和在每個調製符號時間期間，接通(306)在(b)中確定的每個頻率載波；其中每個頻率載波必須被接通不大於調製符號時間的一時間周期；並且其中每個頻率載波在符號的傳輸期間只被接通一次。
7.如權利要求6所述的方法，其中至少一個調製符號時間沒有頻率載波被接通。
8.如權利要求7所述的方法，其中至少一個調製符號時間具有至少兩個頻率載波被接通。
9.如權利要求8所述的方法，其中使用BPSK調製。
10.如權利要求6所述的方法，其中如果在一個調製符號時間內接通n個頻率載波，則在其他的n-1個調製符號時間內沒有頻率載波被接通。
11.如權利要求6所述的方法，其中發送的符號佔用大於500MHz的頻率帶寬。
12.如權利要求6所述的方法，其中發送的符號佔用大於2GHz的頻率帶寬。
13.如權利要求11所述的方法，其中n個頻率載波在n個鄰接頻率帶寬中發送信號，並且n為整數。
14.如權利要求11所述的方法，其中n個頻率載波在n個非鄰接頻率帶寬中發送信號，並且n為整數。
15.一種發送超寬帶符號的方法，包括(a)在第i個時間周期期間，將xi頻率載波接通第i個預定長度的時間，其中0≤xi≤n，和1≤i≤m；(b)確定m個時間周期是否過期；和(c)如果(b)的確定為否定的，則重複(a)至(b)；其中xi表示整數個頻率載波，n表示可用頻率載波的總數，並且m表示包含在每個超寬帶符號內的時間周期的總數。
全文摘要
提供方法，用於通過同時在多個調製符號時間中的至少一個期間操作兩個或多個頻帶載波增加通過頻譜鍵控而被編碼為具有多個調製符號時間的UWB符號的信息量。在本發明的一個方面中，在給定的調製符號時間期間，一旦已使用諸如載波的頻率資源，則在該UWB符號期間不再使用那些頻率資源。一種發送符號的方法包括提供(302)待發送的數據；至少部分基於提供的數據，確定(304)在n個調製符號時間的每一個期間將接通n個頻率載波組中的哪一些頻率載波，如果有的話；和在每個調製符號時間期間，接通(306)每個確定頻率載波，以及其中每個頻率載波在該符號的傳輸期間只被接通一次。
文檔編號H04L27/30GK1914815SQ200580003437
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月27日 優先權日2004年1月29日
發明者P·C·李 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司