正交脈衝極性調製的製作方法

2023-05-05 11:35:31 2

專利名稱：正交脈衝極性調製的製作方法
技術領域：
本發明一般來說涉及用於無線通信的調製方案和技術，尤其是涉及舉例來說但不限於用於超寬帶(UWB)系統的功效正交脈衝極性調製(OP2M)。
背景技術：
超寬帶(UWB)無線通信近年來已經成為具有重大研究興趣的課題。在傳統的單頻帶UWB系統中，具有非常短的持續時間的脈衝串，典型地大約一納秒(ns)或更少，被發射用於傳送數據。因此UWB對於高數據率無線應用具有非常大的希望。然而，因為非常短的脈寬，UWB信號的頻譜常常跨越幾千兆赫(GHz)，這將覆蓋現有窄帶系統的頻帶。
為了實現對可忽略幹擾的現有窄帶系統的普遍應用，UWB設備需要符合由聯邦通信委員會(FCC)制定的精確的功率譜密度(PSD)規定。因此，單頻帶UWB系統具有許多缺點。例如，採用整個UWB頻譜(例如，3.1GHz到10.6GHz)雖然也符合FCC PSD規定但效率很低。換句話說，傳統的方法不能實現整個UWB頻譜得到利用同時還伴隨著消除了來自和/或到達窄帶系統(例如根據IEEE 802.11a操作的一類系統)的幹擾。
針對傳統方法的不足，提出了一種多頻帶UWB系統。特別地，為此在一個標準會議中提出了一種結合IEEE 802.15.3a的多頻帶UWB系統。在這種系統中，與單頻帶UWB系統相比，整個UWB頻帶被分成多個分離的子頻帶。每個子頻帶佔用整個UWB頻譜(3.1GHz到10.6GHz)的部分帶寬。在每個子頻帶中具有不同中心頻率的載波在傳輸期間被稍寬的脈衝(例如具有大約3ns寬的脈衝)調製。
由於精確的FCC PSD規定，UWB系統是功率受限系統，無論它們作為單頻帶系統還是多頻帶系統被操作。為了減小功率限制在系統範圍和/或數據吞吐量方面的影響，可採用功效UWB調製方案。對於UWB系統已經提出了多個調製方案。提出的這些方案包括脈衝幅度調製(PAM)方案和脈衝位置調製(PPM)方案。PAM方案包括二進位移相鍵控(BPSK)和開關鍵控(OOK)調製方案。PPM方案包括M-ary等相關(EC)PPM方案，採用沃爾什編碼的M-ary PPM方案，和M-ary正交PPM方案。然而，在這些方案中沒有一個方案完全利用了分配給UWB系統的頻譜同時還消除了窄帶系統的幹擾。
因此，需要一種能夠在UWB系統中在功效方面調製無線通信的方案和/或技術。

發明內容
正交脈衝極性調製包括無線通信，在其中調製脈衝的極性根據相應碼序列的正負特性值來設置。在已有的實現中，數據被變換成碼片波形，頻譜線被移除，以及脈衝被適當地整形。例如，一個數據比特流可採用一個比特流到碼元分段器，一個碼元到代碼序列映射器，和一個代碼序列到碼片波形轉換器被變換成碼片波形。在一個給定的碼片波形中各個單獨碼片的極性與一個相應碼片序列中的各個單獨碼元的符號相匹配。
其它的方法，系統，方案，裝置，儀器，媒體，程序，設備等的實現將在下面描述。
附圖簡述所有附圖中所用的相同的標記表示相同或相應的部件，特徵和元件。


圖1是由發射設備和接收設備構成的一個示例性無線通信系統，其示出了設備的示例性元件，包括數據信號調製邏輯。
圖2是用於描述關於誤比特率(BER)特性所增加功效的兩條曲線的示意圖。
圖3示出了示例性數據信號調製邏輯，在其中包括一個數據到碼片變換器，一個頻譜線移除器和一個脈衝整形器。
圖4A是一個示例性數據到碼片變換器。
圖4B描述了對M比特碼元的示例性數據到碼片變換，其中M＝2。
圖5A描述了通過頻譜線移除器執行的示例性頻譜線移除。
圖5B是具有碼片極性平衡器的示例性頻譜線移除器。
圖5C是具有偽隨機數乘法器的示例性碼片極性平衡器。
圖6A和6B示出了示例性脈衝整形器。
圖6C描述了對M比特碼元的示例性碼片波形的脈衝整形，其中M＝2。
圖7示出了用於正交脈衝極性調製的示例性接收機結構。
圖8描述了能夠(全部或部分)實現在此描述的正交脈衝極性調製的至少一種情形的示例性計算(或普通設備)操作環境。
詳細描述無線通信系統和關於超寬帶無線通信的調製的介紹圖1是由發射設備102(T)和接收設備102(R)構成的示例性無線通信系統100，其示出了設備102的示例性元件，包括數據信號調製邏輯110。在已有的實現中，每一個設備102能夠構成無線網絡的一部分和/或參與無線交換。如所示的，發射設備102(T)向接收設備102(R)發射無線通信信息或信號116，接收設備102(R)接收無線通信信息116。
每個設備102在大小/形狀，預定用途，執行能力，程序設計等方面都可以彼此相似或不同。例如，每個設備102可以是一個膝上電腦，一個行動電話，一個個人數字助理(PDA)，一個輸入設備等等。關於設備102其它的示例性實現將在後面通過參考圖8進行進一步描述。
在已有的實現中，每個設備102包括處理器104，收發信機106和媒體108。處理器104能夠執行，實行和/或以其它的方式實現可執行的處理器指令。發射機和/或接收機(即，收發信機)106能夠從發射設備102(T)發送/發射無線通信信息116。收發信機106還可以在接收設備102(R)接收無線通信信息116。類似的，如虛箭頭116』所表示的，收發信機106能夠從接收設備102(R)發射無線通信信息116』，而在發射設備102(T)接收無線通信信息116』。因此，每個設備102可用作無線通信116/116』的發射/信號源設備102(T)和接收/目的設備102(R)。
媒體108可以是一個或多個可存取的處理器媒體，例如非永久性/永久性存儲器或無線/有線傳播信道。媒體108包括由處理器104執行的可執行處理器指令，用於實現特殊設備102功能。特別地，設備102的媒體108包括數據信號調製邏輯110。
一般地說，數據信號調製邏輯110可以包括硬體，軟體，固件，模擬元件，以及其中的某些組合等等。另外，對於接收功能來說，數據信號調製邏輯110可以包括用於解調無線通信116的邏輯。
媒體108還包括數據112和調製數據114。將數據信號調製邏輯110應用到數據112產生調製數據114，這將在後面參考圖3以及下列等等附圖進行進一步描述。設備102的附加的示例性元件、特徵等，將參考圖8在後面作進一步的描述。
圖2是用於描述關於誤比特率(BER)特性所增加功效的兩條曲線206L和206M的示意圖200。在圖200中，能量噪聲比(EB/NO)以分貝(dB)形式沿著橫坐標或「x」軸202被標註，未編碼誤比特率(BER)以對數刻度形式沿著縱坐標或「y」軸204被標註。較低功效曲線206L和較高功效曲線206M都在圖200中示出。
為了達到預定的BER標準208，與需要採用與較低功效曲線206L(由BER點208L指示)相一致的調製的能量噪聲比相比較，低能量噪聲比需要採用與較高功效曲線206M(由BER點208M指示)相一致的調製。對於一個預定的能量噪聲比標準210來說，和與較低功效曲線206L(由能量噪聲比點210L指示)相一致的調製相比較，與較高功效曲線206M相一致的調製產生低BER(由能量噪聲比點210M指示)。
在此所描述的正交脈衝極性調製實現的應用能夠為超寬帶(UWB)無線通信獲得數據信號的較高功效調製。換句話說，與其它調製方案相比較，在此描述的調製方案能夠移除相應功效曲線的左側部分(例如，從較低功效曲線206L到較高功效曲線206M)。
如上所述，這樣的其它調製方案包括脈衝振幅調製(PAM)方案和脈衝位置調製(PPM)方案。PAM方案包括二進位相移鍵控(BPSK)和開關鍵控(OOK)調製方案。PPM方案包括M電平等相關(EC)PPM方案，採用沃爾什編碼的M電平PPM方案和M電平PPM正交方案。在這些調製方案中，二進位PPM和BPSK是最通用的。BPSK被有些人稱作是在二進位UWB調製方案中功效最高的。另外，從UWB系統的功率譜密度(PSD)角度來看，因為BPSK調製的相對平滑的信號，BPSK調製優於PPM。
雖然當M足夠大時，M電平EC-PPM和正交PPM常常比BPSK具有較高的功效，但是在聯邦電信委員會(FCC)PSD相關規定下它們所得到的調製信號包含有限制它們性能的頻譜線。此外，M電平正交PPM限制了用於多路訪問的時跳代碼的數量，以及因為實際調製信號脈衝與在相應時間位置的多徑和多路訪問幹擾脈衝相混淆的高危險性，因此在多徑和多路訪問環境中導致性能大幅惡化。M電平EC-PPM在加性白高斯噪聲(AWGN)信道因為其碼元設置的非正交性甚至具有比M電平正交PPM更低的功效。
由於典型UWB信號的低功率和寬帶寬，幾十或幾百個脈衝經常被用於為BPSK或二進位PPM UWB系統「加固」單個比特。所有這些脈衝具有相同的極性或脈衝位移。因此，可以利用反應碼元極性變化的脈衝極性來傳送更多的信息並由此提高系統性能，如下面所述。
為了在UWB系統中實現更高的功效和所需信號PSD特性，描述了一種採用改進的正交可變擴展因子(OVSF)代碼的M電平正交脈衝極性調製(OP2M)時跳(TH)UWB系統。雖然採用減少帶寬來交換增強的功效對於窄帶系統來說是一種不明智的交易因為該系統具有有限的帶寬資源，但是採用高級正交調製非常適合於UWB系統因為UWB易於具有(非常)較大的帶寬但是具有有限的功率。因此在下面描述的第一方面需要採用正交序列代碼來將數據變換成碼片波形，其中碼元的符號值信息如同碼片波形中的極性信息一樣被承載/編碼。
下面所述的第二方面需要通過修正正交序列代碼來平滑PSD包絡，以此來平衡正交信號設置中的負極性和正極性的發生。第三方面需要採用一個調諧的高斯脈衝整形機制。在已有的實現中，高斯脈衝整形在FCC PSD規定下獲得最大的接收功率。
如下所示，在單頻帶UWB系統和多頻帶UWB系統中都應用了所描述的M電平OP2M方案。在下面將參考圖3-6C介紹對正交脈衝極性調製的定性描述。其後介紹對正交脈衝極生調製的定性描述包括參考圖7的文本。
正交脈衝極性調製的定性描述圖3示出了示例性數據信號調製邏輯110，其包括一個數據到碼片變換器302，一個頻譜線移除器304，和一個脈衝整形器306。數據信號調製邏輯110接收數據112作為輸入並生成調製數據114作為輸出。
在已有的實現中，數據到碼片變換器302接收數據112作為輸入並採用正交代碼序列至少部分的將數據變換成波形。調製波形的任何頻譜線都被頻譜線移除器304移除。調製信號的脈衝被脈衝整形器306整形，以此確保調製信號符合有關的PSD規定，例如FCC強制實施的PSD規定。在數據到碼片變換器302，頻譜線移除器304和脈衝整形器306被應用到數據112之後，調製數據114由數據信號調製邏輯110生成。雖然進行了線形的描述，但是數據到碼片變換器302，頻譜線移除器304和/或脈衝整形器306可以以任何順序操作，包括以部分或全部重疊(例如，同時的)形式。
圖4A是示例性數據到碼片變換器302。數據到碼片變換器302接收一個數據比特流112當作輸入並生成代碼序列410當作輸出。如所述的，數據到碼片變換器302包括一個比特流到碼元分段器402和碼元到代碼序列映射器404。
在已有的實現中，比特流到碼元分段器402接收一個二進位數據比特流112作為輸入並生成一系列碼元408作為輸出。碼元408的每一個具有「M」個二進位數字的長度，其中M可以是一個選定的整數。比特流到碼元分段器402提供分段的碼元408給碼元到代碼序列映射器404。
碼元到代碼序列映射器404接收來自比特流到碼元分段器402的每個碼元408作為輸入。碼元到代碼序列映射器404將每一個碼元408映射到相應的代碼序列410。每一個碼元408映射到2M個正交代碼序列410中的一個。每個代碼序列410具有2M個字符的長度。碼元到代碼序列映射器404將映射後的代碼序列410提供給(圖3的)脈衝整形器306。
圖4B示出了對M比特碼元的示例性數據到碼片變換302』，其中M＝2。在階段402』，數據比特流被分段成M比特碼元。在所描述的實例中，數據比特流112是下面的二進位比特流「...01110010...」。當M＝2時，對於2比特碼元來說，二進位比特流112被分段成下列四組2比特碼元40801，11，00和10。
在階段404』，每個碼元被映射到2M個正交代碼序列的一個代碼或碼片序列上。因此每個碼元408被映射到四組正交代碼序列410的一個上。每個代碼序列410包括2M個字符，該字符或許是+1或許是-1。在所描述的實例中，碼元「00」映射到代碼序列「+1+1+1+1」；碼元「01」映射到代碼序列「+1+1-1-1」；碼元「10」映射到代碼序列「+1-1+1-1」；和碼元「11」映射到代碼序列「+1-1-1+1」。從這個實例中可以非常明顯的看出，所描述的代碼序列設置為正交是因為在任何兩個代碼序列410的字符間的乘積的總和為零(0)。這些代碼序列410在脈衝整形器306的脈衝整形過程中被轉換成碼片波形(例如，圖6C的碼片波形608)，這將在下面特別地參考圖6A-6C作進一步的描述。
圖5A描述了通過頻譜線移除器304進行的示例性頻譜線移除510。在此示出了兩個圖例502具有頻譜線的圖例502WSL和不具有頻譜線的圖例502WOSL。如上所示，(圖1的)設備102可以在存在有功率譜密度(PSD)限制504的環境下操作。該功率譜密度限制504在具有頻譜線的圖例502WSL和不具有頻譜線的圖例502WOSL中都有示出。
在具有頻譜線的圖例502WSL中，標註出了具有頻譜線508的功率譜密度506WSL。因為頻譜線508，功率譜密度506WSL不滿足功率譜密度限制504。整個功率譜密度506WSL可能會為了使頻譜線508的峰值落在功率譜密度限制504的範圍內而被降低。然而，這種方法會降低整體發射功率。
相反的，在已有的實現中，由頻譜線移除器304執行的移除過程510將頻譜線508從功率譜密度506WSL中移除，以此得到了不具有頻譜線的功率譜密度506WOSL。如不具有頻譜線的圖例502WOSL所示，功率譜密度506WOSL由於移除過程510而不具有頻譜線。因此，功率譜密度506WOSL覆蓋了功率譜密度限制504的絕大部分而不會超出/違反限制。
圖5B是示例性的具有碼片極性平衡器512的頻譜線移除器304。換句話說，頻譜線移除器304可以用碼片極性平衡器512來實現。碼片極性平衡器512採用通過碼元408和/或從中生成的碼片波形的具有負極性的碼片來平衡具有正極性的碼片。例如，碼片極性平衡器512確保(圖4的)代碼序列410和/或從中(如圖6C所示)生成的碼片波形的各個成分碼片的極性隨著時間的過去至少具有大約一半正極性和一半負極性。通過平衡代碼序列410各個字符的符號值來平滑功率譜密度506以此來移除頻譜線508。
圖5C是示例性的具有偽隨機數乘法器514的碼片極性平衡器512。為了平衡碼片極性，偽隨機數乘法器514將映射後的代碼序列410的每個字符與偽隨機選擇的+1或-1相乘。這在碼片波形的各個碼片成分中產生了平衡，該碼片波形是從其相應的代碼序列410得到的轉換結果，代碼序列包括具有「+1+1+1+1」字符序列的代碼序列或其它具有所有「+1」的代碼序列，而不會破壞整個代碼序列410設置的正交性。
圖6A和6B分別示出了示例性脈衝整形器306A和306B。一般來說，脈衝整形器306A根據響應於PSD規定的基帶波形和接收到的功率電平來對脈衝進行整形，如框圖602所示。更具體地說，脈衝整形器306B根據與第5級導數高斯脈衝相一致的基帶波形對脈衝進行整形，這由框圖604表示。在下面將結合對數據到碼片變換器302和頻譜線移除器304的定性描述，對應用示例的第5級導數高斯脈衝的定性描述進行說明。
繼續定性描述，脈衝整形器306A和306B每個包括一個代碼序列到碼片波形轉換器606作為對基帶波形的脈衝整形處理的一部分。代碼序列到碼片波形轉換器606接收來自(圖4的)碼元到代碼序列映射器404的每個代碼序列410作為輸入。代碼序列到碼片波形轉換器606將每個代碼序列410轉換成相應的碼片波形608。在相應碼片波形608中的碼片極性包括/傳遞/承載包含在代碼序列410和為此包含在碼元408中的信息。更具體地說，在一給定代碼序列410中的符號信息通過其中各個碼片的極性被保留在相應的碼片波形608中。
圖6C描述了示例性的對M比特碼元的碼片波形608的脈衝整形，其中M＝2。在階段306』，每個代碼序列被轉換成2M個不同碼片波形的一個碼片波形，以及一個調製數據波形114結合脈衝整形被生成。圖4B的每個代碼序列410因此被轉換成四個碼片波形608中的一個。在已有實現中，每個碼片波形608包括2M個碼片成分，這些碼片成分或者具有正極性或者具有負極性。特別地，代碼序列「+1+1+1+1」轉換成具有四個正極性碼片的碼片波形；代碼序列「+1+1-1-1」轉換成具有兩個正極性碼片然後是兩個負極性碼片的碼片波形；代碼序列「+1-1+1-1」轉換成具有一個正極性碼片然後是一個負極性碼片再是另一個正極性碼片最後是另一個負極性碼片的碼片波形；代碼序列「+1-1-1+1」轉換成具有一個正極性碼片，然後是兩個負極性碼片最後是一個正極性碼片的碼片波形。
因此，代碼序列410中單個字符的符號值反應在相應碼片波形608的單個碼片成分的極性中。例如，代碼序列410中單個字符的正的符號值被反應為相應碼片波形608中單個碼片成分的正極性。類似的，代碼序列410中單個字符的負的符號值被反應為相應碼片波形608中的單個碼片成分的負極性。可替換地，這種正到正和負到負的反應可以分別被轉換成正到負和負到正的反應。換句話說，代碼序列410的單個字符的正的符號值可以反映為相應碼片波形608的單個碼片成分的負極性，以及代碼序列410的單個字符的負的符號值可以反應為相應碼片波形608的單個碼片成分的正極性。
在已有的實現中，每個碼片包括一個單獨的脈衝或由一個單獨的脈衝來實現。然而，替換地兩個或更多個脈衝可以構成碼片波形608的每個碼片。不考慮碼片的極性，這樣脈衝可以存儲/反應/承載存在於給定的相應的碼元408中的附加信息。因此，一個單獨的數據比特，即使憑藉是M比特碼元的一部分，都能採用兩個或更多個具有不同極性的碼片來調製。如此調製的信號可以根據在無線通信中接收到的脈衝的脈衝極性解調。
因此，對於(圖4B的)數據到碼片變換302』和連帶的脈衝整形306』來說，一個給定的代碼序列410在階段306』被轉換成一個相應的碼片波形608。在階段404』，一個特定的碼元408被映射到給定的代碼序列410。因此，該特定的碼元408和相應於給定代碼序列410的碼片波形608相關聯。
正交脈衝極性調製的定性描述在此將對在時跳超寬帶(TH-UWB)通信系統中採用改進的正交可變擴展因子(OVSF)代碼(例如一組正交沃爾什編碼)的功效M電平正交脈衝極性調製(OP2M)進行定性的描述。該M電平OP2M可應用於單頻帶和多頻帶UWB系統。
對於UWB系統來說，為了滿足FCC PSD的覆蓋範圍，可以採用兩種技術。首先，M電平OP2M方案中的OVSF代碼可被調整來移除PSD頻譜線。其次，通過估計相關頻率路徑損耗和FCC PSD覆蓋範圍，為單頻帶UWB系統導出一個增加接收信號功率的調諧高斯脈衝波形，和為多頻帶UWB系統提供一個根升餘弦脈衝。
利用譜線移除以及調諧脈衝整形，所述的M電平OP2M方案比(i)BPSK調製方案和(ii)二進位和M電平PPM方案具有更高的功效。根據分析和仿真結果，當在單頻帶和多頻帶UWB系統在AWGN或多徑信道中指標未編碼BER為10-3時，獲得的增益可以大於2-3dB。M電平OP2M方案中增加的功效可以被轉換為UWB通信系統的範圍擴大和/或更高的吞吐量。
單頻帶UWB調製的信號模型碼片波形變換和頻譜線移除在已描述過的實現中，OVSF碼被用於調製方案中。OVSF碼可以作為碼樹第log2(M)層的具有M個正交M碼片碼序列的一組沃爾什碼被實現。在已描述的M電平OP2M方案的實現中，每log2(M)比特包括一個碼元，該碼元對應於OVSF碼樹的第log2(M)層的特定碼序列。因此，和其中碼元內所有脈衝具有相同極性的BPSK調製方案不同，對於OP2M方案來說碼元內的脈衝極性可以改變。在給定的OVSF碼序列中的每個碼片的極性決定相應脈衝的極性。
為了消除違反PSD的頻譜線，信號碼片的平均值被強制為零，以此在碼片級轉換成+1和-1的平衡。在已有的關於M電平OP2M方案的實現中，這種情形適用於除OVSF碼樹每一層的第一個碼之外的所有OVSF碼。在每一層的第一個碼具有所有為正極性(+1)的碼片。
為了消除應用到M電平OP2M中的原始OVSF碼的不足，採用了偽隨機乘法。特別地，在將log2(M)比特分段構成一個碼元和將該分段的碼元映射到OVSF碼序列之後，該碼元和一個長偽隨機序列的一個元素相乘。因為該偽隨機序列的每個元素具有相同概率的+1或-1的值，因此發射信號至少平均地具有關於+1和-1的平衡的脈衝。該乘法調製是要維持已被映射成碼序列而沒有移除頻譜線的碼元之間的正交性。
在發射機部分，讓CM，IOVSF(J)來表示在OVSF碼樹的第log2(M)層中由I標引的OVSF碼序列的第J個碼片，其中0≤I≤M-1，0≤J≤M-1和CM，IOVSF(J)∈{-1，1}。那麼，跨越整個時間軸的用戶k的信號用等式(1)來給出 其中 表示關於用戶k的第 個碼元的碼序列標引；而 表示x的整數部分，NC表示用於發射相應於M電平碼元的OVSF碼序列的單個碼片的脈衝數量。NS＝NCM表示用於發射包括有M個碼片的碼元的脈衝數量。再有，bi(k)表示和用戶k的第i個碼元相乘的偽隨機序列元素。
被發射的脈衝整形由w(t)來表示。被發射的脈衝整形在接下來的部分被調諧用於增大(例如，提高，最大化等等)接收功率。Tf是成幀時間或脈衝重複時間，其典型的是脈寬的幾十倍或幾百倍。為了避免因為多路訪問而引起的嚴重的跳躍，對第j個脈衝進行一個附加的Cj(k)TC秒的移位，其中Cj(k)是特定用戶時間移位部分(術語為時跳序列)，以及TC是可選址的時間延遲二進位位。該附加的脈衝移位Cj(k)TC小於成幀時間，是因為考慮到在接收器讀出脈衝相關器的輸出所需的時間。下面將參考圖7對示例的接收機作進一步的描述。
上面的等式(1)簡化為下面的等式(2)，其用於用戶k的第一個碼元並且將每個碼片具有的脈衝的數量設為1(NC＝1)，這在普遍性上沒有造成任何損失。在這種情況下，信號可被簡化為如等式(2)SI(k)(k)(t)=j=0M-1b0(k)CM,I0(k)OVSF(j)w(t-jTf-cj(k)Tc),---(2)]]>其中I0(k)表示和用戶k的第一個碼元相應的OVSF碼序列的標引。
在接收設備對正交脈衝極性調製信號的解調在接收機部分，接收到的信號和M個可能的OVSF碼序列相關，並且具有最大相關值的一個被選擇為/被確定為將被發射信號。應該理解雖然在發射設備每個碼元都和偽隨機序列元素相乘，但是接收機可忽略該倍增因為它並不影響由於非相干檢測而得到的相關器輸出的幅度。
圖7示出了一個用於正交脈衝極性調製的示例的接收機結構700。接收機結構700包括一個脈衝相關器702，一個OVSF極性控制器704，和M個求和電路706(0)…706(I)…706(M-1)。接收到的信號r(k)(t)被提供給脈衝相關器702。脈衝相關器702還接收被發射的脈衝整形波形w(t)。相關輸出αj從脈衝相關器702被發送到OVSF極性控制器704。
OVSF極性控制器704基於每個代碼序列的當前標引特性(例如，+/-號)對相關器輸出αj做出調整。然後被極性調整的各個相關器輸出被提供給各個求和電路706。然後求和電路706(0…I…M-1)分別對被極性調整的各個相關器輸出系列求和得到可能的數據D(D0…DI…DM-1)。具有最大幅值的可能的數據D被選擇為/被確定為正確的恢復數據112。
換句話說，當採用正交脈衝極性調製解調被發射信號時，每一個接收機分支的相關器實際上是相同脈衝相關器的負或正輸出的總和。因此，接收機結構700可以被簡化(如圖7所示)，因為僅有一個脈衝波形相關器702來完成解調，這使得易管理設備複雜化。如圖7所示，OVSF極性空制器704的第i個分支輸出是基於COVSFM，I(j)的極性的負或正版本的相關器輸出αj。
脈衝整形在UWB通信中由FCC強制實施的PSD規定對關於基帶波形w(t)的正確選擇產生了影響。在已有的實現中，基帶波形w(t)被實現為一個高斯脈衝和它的導數。更具體的，第5級導數高斯脈衝被實現為用於增加單頻帶UWB系統的接收功率的基帶波形w(t)。它由等式(3)給出w(t)=A2(-t511+10t39-15t7)exp(-t222),---(3)]]>其中A為表示幅值的常量，t的單位為納秒，以及σ為脈衝寬度參數。因為FCC PSD覆蓋範圍在檢測中不規則以致於沒有最佳表示形式，因此在FCCPSD的限制下通過在整個頻率帶內將信號PSD置於FCC限制以下來獲得一個數值上的調諧的σ，用於獲得如果不是最大的則是增大的接收功率。用於獲得該接收功率的示例σ值為0.0645納秒。儘管σ也可替換的採用其它值，但是下面的σ的範圍可以獲得良好的接收功率結果0.055到0.065納秒。
用於多頻帶UWB調製的信號模型碼片波形變換和頻譜線移除對於多頻帶UWB系統來說，基帶脈衝可被用來調製每個子頻帶中中心頻率的正弦波形。因此，M電平OP2M方案被擴展以及被應用於多頻帶UWB系統的每個子頻帶的基帶脈衝中。另外，時跳可仍舊被用於作為每個子頻帶中的多路訪問技術。
因此，多頻帶系統的子頻帶中的基帶信號格式基本上類似於上面關於單頻帶系統的等式(1)和(2)的格式，除了更窄脈衝被調製多頻帶系統的子頻帶中心頻率的正弦波形的更寬脈衝波形所代替。雖然多頻帶的脈衝寬度比單頻帶波形的寬，但是對於多頻帶UWB系統來說需要更長的Tf因為每個子頻帶的功率小於單頻帶情形的功率。這防止或至少減輕了時跳多路訪問性能的惡化。
因此在多頻帶TH UWB系統中用於M電平OP2M方案的信號採用等式(4)給出 其中fi為第l個子頻帶的中心頻率，其中1≤l≤k(k為子頻帶的數量)。
在此所述的(圖7的)接收機結構700的原理還可以應用到多頻帶UWB系統的被發射信號的解調中。
脈衝整形對於多頻帶UWB系統來說，脈衝被用於調製每個子頻帶中的載波。在此採用了根升餘弦基帶脈衝整形，該基帶脈衝由等式(5)給出w(t)=sin[(1-)t/T]+4(t/T)cos[(1+)t/T](t/T)[1-(4t/T)2],---(5)]]>其中α為滾降係數。儘管α和T可以替換的採用其它值，但是α應在0.2-0.5的範圍內，T應該由T＝(1+α)/BW來確定，其中的BW表示各個子頻帶的帶寬。
用於正交脈衝極性調製的設備的典型實現圖1-7的設備，操作，特徵，部件，步驟，元件，等等已在被分成多個框圖和其它部分的附圖中被闡明。然而，在圖1-7中所描述/或示出的順序，相互連接，相互關係，排列，等等都不應被解釋為限制，任何數量的框圖或其它部分都可以以任何一種方式被修改，組合，重新安排，增加，省略等等，來實現關於正交脈衝極性調製實現的一個或多個系統，方法，設備，步驟，媒體，裝置，電路等。更進一步的，雖然在此的描述中包括有對於具體實現(以及下面圖8中的典型的操作環境/設備)的參考，但所闡明的/或所描述的實現可以以任何合適的模擬元件，硬體，軟體，固件，或其中的組合以及採用任何合適的設備結構，無線網絡協議，脈衝生成機制，無線空中接口等等來實現。
圖8示出了典型的計算(或一般設備)操作環境800，其能夠(全部或部分地)實現關於上述正交脈衝極性調製實現的至少一個系統，設備，裝置，元件，電路，步驟，方法，程序，媒體，以及某些其中的組合等。操作環境800可以在下述的計算機和網絡結構中被利用。
典型的操作環境800僅是一個環境的舉例，不應被認為是對可應用設備(包括計算機，網絡節點，娛樂設備，行動裝置，普通電子設備等)結構的應用範圍或功能的任何限制。操作環境800(或其中的設備)也不應被解釋為具有任何的依賴性或需要和如圖8所示的任何一個或任何元件的組合相關聯。
另外，正交脈衝極性調製實現可以採用大量的其它通用的或專用的設備(包括計算或無線系統)環境或結構來實現。適用於使用的熟知的設備，系統，環境，和/或結構的實例包括，但並不局限於，個人電腦，伺服器計算機，瘦客戶機，粗客戶機，個人數字助理(PDAs)或行動電話，監視器，手提或膝上設備，多處理器系統，基於微處理器的系統，機頂盒，可編程消費電子產品，視頻遊戲機，遊戲控制臺，可攜式或手提式遊戲裝置，網絡PC機，小型計算機，大型計算機，有線或無線網絡節點(包括通用或專用路由器)，包括有上述任何一種系統或設備的分布式或多重處理計算環境，以及某些其中的組合等等。
正交脈衝極性調製過程的實現可在通常的可執行處理器指令的情況下被描述。一般說來，可執行處理器指令包括執行和/或啟動特殊任務和/或實現特殊抽樣數據類型的例行程序，方案，模塊，協議，目標程序，接口程序，元件，數據結構等等。正交脈衝極性調製過程，如在此根據某些具體實施例所述的，還可以在分布式處理環境中實行，在該環境中任務由通過通信鏈路和/或網絡被連接的遠程連接處理設備來執行。特別地，但並不是唯一地，在分布式計算環境中，可執行處理器指令還可以位於單獨的存儲媒體中，由不同的處理器來執行，和/或通過傳輸媒體傳播。
典型操作環境800包括一個以計算機802的形式的通用計算設備，其可包括具有計算/處理性能的任何(例如，電子)設備。計算機802的元件可以包括，但並不局限於，一個或多個處理器或處理單元804，一個系統存儲器806，和一個將包括有處理器804的多個系統元件耦合到系統存儲器806的系統總線808。
處理器804並不受限於構成它們的材料或其中採用的處理機制。例如，處理器804可以由一個半導體(或多個)和/或多個電晶體(例如，多個電子集成電路(IC))組成。在這樣一種情況下，可執行處理器指令可以為電子可執行指令。替換地，處理器804的機制或用於處理器804的機制，以及因此計算機802的機制或用於計算機802的機制可包括，但並不受限於，量子處理，光處理，機械處理(例如，採用納米技術)等等。
系統總線808表示任何多種類型的有線或無線總線結構的一個或多個，包括存儲器總線或存儲器控制器，點到點連接器，開關結構，外圍總線，加速圖解埠和採用任何一種總線結構的處理器或本地總線。舉例來說，這種結構可包括工業標準結構(ISA)總線，微通道結構(MCA)總線，增強ISA(EISA)總線，視頻電子標準協會(VESA)本地總線，外圍部件互連(PCI)總線還被稱為Mezzanine總線，以及其中的某些組合，等等。
計算機802典型地包括多種可存取處理器媒體。這種媒體可以是任何一種可由計算機802或另一種(例如，電子)設備可存取的現有媒體，以及該媒體包括非永久性媒體和永久性媒體，可移去和不可移去媒體，以及存儲器和傳輸媒體。
系統存儲器806包括以非永久性存儲器形式的可存取處理器存儲媒體，例如隨機存取存儲器(RAM)840，和/或永久性存儲器形式的可存取處理器存儲媒體，例如只讀存儲器(ROM)812。包含有例如在啟動期間有助於在計算機802內的元件間傳遞信息的基本程序的基本輸入輸出系統(BIOS)814，典型的存儲在ROM812中。RAM 810典型的包含有可立即被處理單元804存取的和/或正由處理單元804操作的數據和/或程序模塊/指令。
計算機802還可包括有其它可移去的/不可移去的和/或非永久性的/永久性的存儲媒體。舉例來說，圖8描述了用於從(典型地)不可移去的，永久性磁性媒體(沒有單獨示出)讀出或寫入其中的一個硬碟驅動或磁碟驅動陣列816；一個用於從(典型地)可移去的，永久性磁碟820(例如，「軟盤」)讀出或寫入其中的磁碟驅動818；和一個用於從(典型地)可移去的、永久性光碟824，例如CD，DVD，或其它光媒體中讀出和/或寫入其中的光碟驅動822。硬碟驅動816，磁碟驅動818和光碟驅動822中的每一個通過一個或多個存儲媒體接口826被連接到系統總線808。替換地，硬碟驅動816，磁碟驅動818和光碟驅動822可通過一個或多個其它的單獨或合併的接口(未示出)被連接到系統總線808。
磁碟驅動以及與它們相關的可存取處理器媒體為計算機802提供了可執行處理器指令，例如數據結構，程序模塊，和其它數據的永久性存儲。雖然示例的計算機802示出了一個硬碟816，一個可移去磁碟820和一個可移去光碟824，應該可以意識到其它類型的可存取處理器媒體可以存儲由設備可存取的指令，例如磁帶盒或其它磁性存儲設備，快閃記憶體，只讀光碟(CD)，數位化視頻光碟(DVD)或其它光存儲器，RAM，ROM，電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)，等等。這種媒體還可以包括所謂的專用的或固定布線的IC晶片。換句話說，任何一種可存取處理器媒體都可以被用來實現典型操作環境800的存儲媒體。
任何數量的編程模塊(或其它單元或指令/代碼組)都可被存儲在硬碟816，磁碟820，光碟824，ROM812，和/或RAM 840上，該程序模塊包括，一般地舉例來說，一個作業系統828，一個或多個應用程式830，其它編程模塊832和編程數據834。這種指令可包括多個用於加入和/或參與無線網絡的模塊，多個用於根據正交脈衝極性調製方案調製和/或解調信號的模塊，等等。
用戶可通過輸入設備向計算機802輸入命令和/或信息，輸入設備例如可以是鍵盤836和一個指示器838(例如，「滑鼠」)。其它輸入設備840(沒有具體示出)可以包括麥克風，遊戲杆，遊戲臺，圓盤式衛星電視天線，串行口，掃描儀和/或類似的東西。這些或其它輸入設備通過耦合到系統總線808的輸入/輸出接口842被連接到處理單元804。然而，輸入設備和/或輸出設備可替換前面的連接方式通過其它接口和總線結構被連接，該其它接口和總線結構可以是例如，並行口，遊戲埠，通用串行總線(USB)埠，紅外線埠，IEEE 1394(「火線」)接口，IEEE 802.11或802.15或其它通用無線接口，藍牙無線接口等等。
一個監視器/可視屏幕844或其它類型的顯示設備也可通過一個接口被連接到系統總線808，該接口可以是例如，視頻適配器846。視頻適配器846(或另一個元件)可以是或可以包括一個用於處理密集圖形計算和用於處理查詢顯示要求的圖形卡。典型地，圖形卡包括一個圖形處理單元(GPU)，視頻RAM(VRAM)等，用來促進圖形的快速顯示和提高圖形操作的性能。除監視器844之外，其它輸出外圍設備可包括多個元件例如揚聲器(未示出)和一個印表機848，其可以通過輸入/輸出接口842被連接到計算機802。
計算機802可採用邏輯連接到一個或多個遠端計算機，例如遠端計算設備850的方式在網絡化環境中工作。舉例來說，遠端計算設備850可以是一個個人電腦，一個可攜式計算機(例如，膝上電腦，桌上電腦，PDA，移動站，等)，一個掌上型或袖珍型電腦，一個監視器，一個遊戲設備，一個伺服器，一個路由器，一個網絡計算機，一個對等設備，另一個網絡節點，或另一個如上面所列的設備類型，等等。然而，對於計算機802，遠端計算設備850作為一個可攜式計算機被示出，可包括在此描述的多個或所有的元件和特徵。
在計算機802和遠端計算機850之間的邏輯連接被表示為一個區域網(LAN)852和一個通用廣域網(WAN)854。這樣的網絡環境在辦公室，企業內部計算機網絡，內聯網，網際網路，固定和行動電話網絡，ad-hoc和基礎設施無線網絡，其它無線網絡，遊戲網絡，其中的某些組合等等中是普遍現象。這些網絡和通信連接是傳輸媒體連同傳播信道的實例。
當在LAN網絡環境中執行時，計算機802通常通過網絡接口或適配器856被連接到LAN852。當在WAN網絡環境中執行時，計算機802典型地包括一個數據機858或用於在WAN854上建立通信的其它元件。數據機858，其可以位於計算機802的內部或外部，可通過輸入/輸出接口842或任何其它合適的機制被連接到系統總線808。應該可以意識到所描述的網絡連接是示例性的，在計算機802和850之間也可以採用其它的方式用於建立通信鏈路，包括具有收發信機的無線鏈路。
在網絡化的環境中，例如已闡述的操作環境800中，程序模塊或和計算機802有關的已描述的其它指令，或其中的部分，可被全部或部分地存儲到一個遠端媒體存儲設備中。舉例來說，遠端應用程式860存在於遠端計算機850的存儲元件上，但是可以通過計算機802可使用或採用其它方式可存取。另外，為了說明的目的，應用程式830和其它可執行處理器指令例如作業系統828，在此作為分離的框圖被示出，但是應該認識到這些程序，元件和其它指令存在於計算設備802(和/或遠端計算設備850)的不同存儲元件的不同時段並被計算機802的處理器804(和/或遠端計算設備850的處理器)執行。
雖然系統，媒體，儀器，方法，程序，裝置，技術，方案，步驟，過程，設備以及其它實現已經在結構上，邏輯上，算法上，和功能性特徵和/或示意圖上採用了具體的語言進行了描述，但是應該理解由附加的權利要求所定義的發明並不僅僅局限於所描述的具體的特徵或示意圖。相反的，具體的特徵和示意圖被以作為執行所申請發明示例的形式被公開。
權利要求
1.一種能夠發射無線通信的設備，該設備適合於採用正交代碼序列來調製數據，用於將數據變換成具有碼片極性信息的碼片波形，該碼片極性信息對來自正交代碼序列的符號值信息進行編碼。
2.如權利要求1所述的設備，其中給定代碼序列中的符號值信息通過相應碼片波形的各個碼片的碼片極性承載在相應的碼片波形中。
3.如權利要求2所述的設備，其中關於給定代碼序列的單個符號的符號值信息通過相應碼片波形的各個單獨碼片的碼片極性反應在相應的碼片波形中。
4.如權利要求1所述的設備，其中該設備還適合於通過從承載調製數據的無線信號的功率譜密度中移除至少一條頻譜線的方法來調製數據。
5.如權利要求4所述的設備，其中該設備進一步適合於通過平衡碼片波形的碼片極性來移除至少一條頻譜線。
6.如權利要求5所述的設備，其中該設備進一步適合於通過將正交代碼序列的符號和偽隨機數相乘來平衡碼片波形的碼片極性。
7.如權利要求1所述的設備，其中該設備還適合於採用得到的響應於功率譜密度約束的脈衝整形基帶波形和接收到的功率電平來調製數據。
8.如權利要求7所述的設備，其中該設備進一步適合於採用包括有第五級高斯導數波形的脈衝整形基帶波形來調製數據。
9.如權利要求8所述的設備，其中第五級高斯導數波形的脈衝寬度參數被設置在0.055和0.065納秒之間，兩個端點包括在內。
10.如權利要求9所述的設備，其中第五級高斯導數波形的脈衝寬度參數被設置為0.0645納秒。
11.如權利要求1所述的設備，其中該設備還適合於採用包括有將滾降係數設置在0.2到0.5之間，包括兩個端點在內的根升餘弦波形的脈衝整形基帶波形來調製數據。
12.一種設備包括一個收發信機，能夠從該設備該發射無線通信；一個處理器；和包括有至少部分地由處理器來執行的數據信號調製邏輯的媒體，該數據信號調製邏輯能夠通過平衡為傳輸數據信號而產生的碼片波形中的碼片極性，來移除將由收發機發射的數據信號的功率譜密度中的至少一條頻譜線。
13.如權利要求12所述的設備，其中該數據信號調製邏輯進一步能夠通過將偽隨機數序列和相應於碼片波形的代碼序列相乘來移除數據信號的功率譜密度中的至少一條頻譜線。
14.如權利要求13所述的設備，其中和代碼序列相乘的偽隨機數序列的偽隨機數從包含有「+1」和「-1」的組中選出。
15.如權利要求12所述的設備，其中該數據信號調製邏輯還能夠採用得到的響應於功率譜密度約束和相關頻率路徑損耗的脈衝整形基帶波形來調製數據信號。
16.如權利要求12所述的設備，其中該數據信號調製邏輯還能夠採用響應於相應代碼序列的正和負符號值被設置的具有正極性和負極性脈衝的碼片波形來調製數據信號。
17.如權利要求12所述的設備，其中該數據信號調製邏輯由至少一個模擬元件，硬體、軟體或固件的一個或多個組成。
18.一個或多個可存取處理器媒體，包括當被執行時可指導設備來執行下列步驟的可執行處理器指令，該步驟包括將數據比特流分段成多個碼元；將分段碼元映射到多個相應代碼序列上；和將被映射的代碼序列轉換成相應碼片波形，在該碼片波形中碼片極性和相應代碼序列的符號值相匹配。
19.如權利要求18所述的一個或多個可存取處理器媒體，其中碼片極性通過將正碼片極性匹配於正符號值和負碼片極性匹配於負符號值來和符號值相匹配。
20.如權利要求18所述的一個或多個可存取處理器媒體，其中碼片極性通過將正碼片極性匹配於負符號值和負碼片極性匹配於正符號值來和符號值相匹配。
21.如權利要求18所述的一個或多個可存取處理器媒體，其中相應代碼序列彼此正交。
22.如權利要求18所述的一個或多個可存取處理器媒體，包括有當被執行時指導設備來執行進一步步驟的可執行處理器指令，該進一步步驟包括通過平衡碼片波形中的碼片極性來從功率譜密度中移除至少一條頻譜線。
23.如權利要求22所述的一個或多個可存取處理器媒體，其中移除步驟包括步驟將多個代碼序列與偽隨機數序列相乘。
24.如權利要求18所述的一個或多個可存取處理器媒體，其中每個碼片波形的每個碼片被看作為至少一個脈衝。
25. 如權利要求24所述的一個或多個可存取處理器媒體，包括有當被執行時指導設備來執行進一步步驟的可執行處理器指令，該進一步步驟包括採用包括有第五級高斯導數的脈衝整形基帶波形對每個碼片的至少一個脈衝進行整形。
26.如權利要求25所述的一個或多個可存取處理器媒體，其中整形步驟包括步驟採用包括有第五級高斯導數的脈衝整形基帶波形對每個碼片的至少一個脈衝進行整形，其中第五級高斯導數的脈衝寬度參數被設置在0.055到0.065納秒之間，包括兩個端點在內。
27.如權利要求18所述的一個或多個可存取處理器媒體，其中該一個或多個可存取處理器媒體包括(i)一個或多個存儲媒體或(ii)一個或多個傳輸媒體的至少其中之一。
28.一種用於正交脈衝極性調製的裝置，包括變換裝置，用於將數據變換為代碼序列；整形裝置，用於對構成被調製數據的傳輸中所採用碼片波形的碼片的脈衝進行整形；和移除裝置，用於從傳輸調製數據的功率譜密度中移除頻譜線；其中給定碼片波形的碼片極性隨著相應代碼序列的符號值而變化。
29.如權利要求28所述的裝置，進一步包括收發機裝置，用於採用整形脈衝發射不具有頻譜線的被調製的數據。
30.如權利要求28所述的裝置，其中變換裝置包括分段裝置，用於將數據分段成M個比特碼元。
31.如權利要求30所述的裝置，其中變換裝置進一步包括映射裝置，用於將M比特碼元映射到一組2M個代碼序列的相應的代碼序列上。
32.如權利要求28所述的裝置，其中整形裝置進一步包括轉換裝置，用於將代碼序列轉換為相應的碼片波形。
33.如權利要求28所述的裝置，其中移除裝置包括平衡裝置，用於平衡每個碼片波形的碼片極性。
34.如權利要求28所述的裝置，其中該裝置包括(i)一個或多個可存取處理器媒體或(ii)至少一個設備的至少其中之一。
全文摘要
正交脈衝極性調製包括無線通信，在該無線通信中，調製脈衝的極性根據相應代碼序列的正和負符號值相應地被設置。在已有的實現中，數據被變換成碼片波形，頻譜線被移除，脈衝被適當整形。例如，一個數據比特流採用一個比特流到碼元分段器、一個碼元到代碼序列映射器和一個代碼序列到碼片波形轉換器被變換成碼片波形。在給定碼片波形中各個單個碼片的極性和相應碼序列中各個單個字符的符號相匹配。
文檔編號H04L25/03GK1722622SQ20051009132
公開日2006年1月18日 申請日期2005年5月17日 優先權日2004年5月17日
發明者R·Y·姚, W·徐, W·朱, Z·郭 申請人:微軟公司