CN1751450A - 利用伪随机频率序列降低多频带uwb网络中的微微网干扰 - Google Patents

Abstract

提供无线通信系统和方法，其利用伪随机频率序列来降低多频带超宽带网络中的微微网干扰。利用伪随机频率序列来发射脉冲，以便使用相同技术的邻近微微网可以降低频带重叠，从而降低互相干扰。

Description

利用伪随机频率序列降低多频带UWB网络中的微微网干扰

技术领域

本发明涉及一种多频带通信系统。更特别地，本发明涉及用于降低多频带超宽带(Ultra Wide Band)网络中的微微网干扰的系统和方法。更特别地，本发明涉及利用伪随机频率序列降低多频带UWB网络中的微微网干扰。

背景技术

超宽带(UWB)系统利用脉冲或冲击激励的发射机技术，其中持续时间通常为数十微微秒至几纳秒的超短时长脉冲被直接施加到输出装置，该输出装置随后发送其特征脉冲响应。为此，UWB有时被称作脉冲无线电设备。此外，由于激励脉冲未被调制，因此UWB系统还被称作零载波技术。UWB通信系统工作在相对于中心频率的宽范围频谱上，这通常通过发射短时长(通常为10-1000微微秒)脉冲来实现。中心频率的范围在50MHz至10GHz之间。通常使得占据中心频率的100+％的超宽带宽(通常以GHz为单位来测量)的辐射能量足够小，以便它能够与其它装置共存，而不会对它们造成有害干扰。

目前UWB实施的优点包括低成本、低功率以及对多径干扰的回弹力。对多径效应的UWB抵抗力源于在时间上划分而不是在频率中划分脉冲无线电信号的事实，并且可以分离与时间有关的效应，诸如多径干扰，导致更低的平均功率和对于给定功率电平的更高可靠性。对于其中在时间上充分分隔开发射短脉冲的当前相对低数据率应用，这些优点通常是真实的。

随着FCC采用3.1-10.6GHz频带用于UWB通信，研究人员和专业人员已经开始研究用于高数据速率(＞100Mb/s)无线个人域网(WPAN)应用和建筑物内应用的UWB。市场预测人员还预测几年时间内数百万基于UWB的系统。

大多数UWB相关的现有技术实施和研究报告是以低速数据速率应用为目标的。这种低数据速率系统通常利用低脉冲重复率来设计。结果，可以使脉冲振幅和脉冲间距离很高。这导致UWB的well quotedbenefit，即对于诸如多径干扰的干扰的抵抗力。新应用诸如多媒体视频分布网要求高数据速率系统，例如100Mb/s至500Mb/s。用于这种系统的传统技术需要高脉冲重复率，降低相继脉冲之间的距离。这将使UWB系统容易发生多径干扰。如果UWB系统要竞争过其它的窄带系统的话，则这些UWB系统还需要是低成本的。利用均衡器减轻多径干扰的现有技术增加了UWB系统的成本。

用于UWB系统的一个建议方案是把总频带分割成多个频带的多频带调制方案。然后，在每个频带中发射相应脉冲。由于UWB当前正被考虑用于WPAN环境中，因此简单的多频带方案导致一个微微网对另一个微微网的干扰。

因此，需要一种避免多个微微网干扰的UWB通信系统的解决方案。

发明内容

本发明的系统和方法提供了一种UWB通信系统，该系统利用伪随机频率序列来降低从一个微微网到另一个微微网的多频带UWB网络中的微微网干扰。以伪随机序列发射脉冲，以使相邻网络之间重叠(冲突)的概率非常小。

附图说明

图1a显示了仅通过对等通信进行通信的UWB通信站的无线网络；

图1b显示了由控制点建立和控制的无线网络，其中通信站经由控制点以及在对等基础上进行通信；

图2a是显示UWB通信站的结构的简化方框图，其中显示了一个将应用本发明的实施例的示范性发射机部分；

图2b是显示UWB通信站的结构的简化方框图，其中显示了一个将应用本发明的实施例的示范性接收机部分；和

图3显示了根据本发明的多频带伪随机频率序列UWB调制。

具体实施方式

在以下的描述中，通过示例和非限制性的方式提出诸如特定结构、接口、技术等的特定细节，以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说，显然本发明可以在背离这些特定细节的其它实施例中进行实施。

为了通信，UWB系统利用与单个脉冲相反的脉冲串。对于每个信息比特，输出脉冲串(或序列)，并调制该脉冲串，以便UWB系统可以传送数据。脉冲位置调制是适合的，并通过在时间上向前或向后移动脉冲位置或者完全不移动脉冲位置，改变脉冲重复间隔。其它的调制方案包括数字相位调制，其中利用代表数字数据的这些有限脉冲变化来改变发射波形的相位。在二进制相移键控(BPSK)中，生成可以代表信息的两个二进制比特的具有两个相位变化的相位调制波形。对于正交相移键控(QPSK)，具有可以代表数据的四个二进制比特的四个相位变化，从而有效倍增带宽。其它的调制技术包括正交频分多路复用(OFDM)和正交调幅(QAM)。

通过示意和非限制性方式，图1a显示了将应用本发明的实施例的代表性无线网络。如图1a所示，通信单元100仅仅经由无线链路110在对等基础上通信。图1b显示了也将应用本发明的实施例的代表性网络。如图1b所示，通信单元100不仅经由无线链路110在对等基础上通信，而且经由至/自最初建立微微网的控制点130的无线链路120进行通信。本发明的关键原理是提供一种机制，从而在通信单元100的两种类型的UWB微微网彼此邻近时，使这两种类型的UWB微微网最低限度地彼此干扰。

图2a-b提供了示范性的发射机和接收机结构，其每一个采用天线。仅仅通过示意而非任何限制意义，包括天线。可以通过任何手段，比如经由电缆或者可以充当天线的集成电路来发送和接收信号。包括图2a-b的结构以辅助讨论和描述本发明。

现在参见图2a的发射机子系统(235)，图1a或图1b的UWB网络的无线通信单元100可以包括发射机子系统(235)，具有如图2a的方框图所示的发射机结构，本发明的实施例将被应用于其。如图2a所示，通信单元可以包括接口200、缓存器210、调制器220、UWB无线发射机230、控制器240、数据存储器250、天线260和伪随机噪声源270。控制器240检测缓存器210中的信息信号的表目，并且然后基于子带信道条件确定将被采用的时间、振幅和相位调制，而且把确定的调制指示给调制器220。图2a的实例性系统用于说明。UWB无线发射机230耦合到天线260，以发射希望数据。

现在参见图2b的接收机子系统(295)，图1a-图1b的UWB网络的无线通信单元100可以包括接收机子系统(295)，具有如图2b的方框图所示的接收机结构，本发明的实施例将应用于其。如图2b所示，通信单元可以包括接口200、缓存器210、解调器280、UWB无线接收机290、控制器240、数据存储器250、天线260和伪随机噪声源270。天线260耦合到UWB无线接收机290，用于接收传播的脉冲无线电信号。控制器240检测接收机290对发射信号的接收，并且然后根据子带信道条件确定被采用的时间、振幅和相位调制，而且把确定的调制指示给解调器280。图2b的示范性系统用于说明目的。

尽管此描述可以涉及一般用于描述特定收发信机系统的术语，但是这些描述和概念同样适用于其它的处理系统，包括具有不同于图2a-图2b所示的结构的系统。

假定UWB信道被划分成N个频带，其中总频带被划分为这些N个频带。在优选实施例中，随后在每个频带内使用伪随机频率序列来发射脉冲串中的相应脉冲，即，使用伪随机数序列来选择N个频带的排序。

例如，如果具有4个频带，每个频带表示为f1、f2、f3、f4，则由一个网络发射的脉冲序列可以是f1、f3、f4、f2。另一个邻近网络随后可以使用f3、f2、f4、f1来发射。这确保最大重叠仅被限于一个频带，即f4。尽管如此，这样的重叠(冲突)的概率是非常小的。其它的频带完全不重叠。利用传统的解决方案，固定用于所有微微网的频率序列，并使其彼此相同。结果，所有频带中的干扰是一种可能性。这样的干扰导致降低整个网络的容量。

在优选实施例中，通过调制每个脉冲来传递数据。脉冲位置、二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、正交频分多路复用(OFDM)和正交调幅(QAM)是可能的各种调制技术。

在优选实施例中，接收机事先知道发射频率的顺序。此序列由建立微微网的UWB通信单元100确定，并被传送给加入该微微网的每个UWB通信单元100。是否具有控制点实在是无关紧要的，对于每个通信单元100来说，具有知道该序列和如何同步的手段就可以了。接收机随后在特定时间知道预期频率。在任何给定时刻，接收机解调经由已知的子带发送的信号并忽略其它的频带。

图3显示了其中脉冲的中心频率的顺序是f1、f3、f2、f4的UWB脉冲。邻近网络利用不同的频率序列，以降低多个微微网之中的最大冲突。邻近网络生成与任何其它微微网序列不相同的N数量的随机序列，以确定其脉冲相对于其N个频带的排序。

图3所示的实例把时间划分成重复相同频率序列的80ns(纳秒)周期。这个80纳秒时间被进一步划分成用于每个单独频带的20纳秒周期。在每个20纳秒间隔内，调制脉冲，以传递数据。然而，80纳秒周期只是一个实例，并且也可以是300纳秒或20纳秒。还有，利用其它的调制方案，例如正交频分多路复用(OFDM)，图3将有可能是不同的。

本发明可以在不背离本发明的精神或基本特征的条件下以其它特定形式来实施。所提供的实施例仅仅是举例，而没有任何限制意义。本发明的范围由所附的权利要求书而不是由上述描述来指示，并因此落入权利要求书的等效物的含义和范围内的所有修改都预定被包含在本发明之中。

Claims (16)

1、一种用于多频带超宽带(UWB)通信系统的设备，包括：

发射机子系统，包括：

(a)控制器，被配置成把UWB信道划分成N个子带的伪随机序列；

(b)调制器，被配置成提供调制脉冲的序列；和

(c)发射机，被配置成经由所述序列的N个子带之一发射所述序列中的每个调制脉冲；和

接收机子系统，包括：

(d)接收机，被配置成接收经由所述N个子带发射的UWB信号；

(e)控制器，被配置成把根据所述N个子带的伪随机序列接收的信号组合成调制脉冲的序列；和

(f)解调器，被配置成解调调制脉冲的序列。

2、根据权利要求1所述的设备，其中：

所述发射机(c)进一步包括从由天线、电缆和充当天线的集成电路(IC)组成的组中选择出的用于发送的装置；和

所述接收机(d)进一步包括从由天线、电缆和充当天线的集成电路(IC)组成的组中选择出的用于接收的装置。

3、根据权利要求1所述的设备，其中调制器(b)进一步被配置成(b.1)使用由脉冲位置、二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、正交频分多路复用(OFDM)和正交调幅(QAM)组成的组中的调制技术来调制每个脉冲。

4、根据权利要求1所述的设备，其中：

控制器(a)进一步被配置成：

(a.1)在预定时间周期上重复频率序列；和

(a.2)对于序列中的每个频率，把预定时间周期划分成至少一个子周期；和

调制器(b)进一步被配置成：

(b.1)在至少一个子周期内调制每个脉冲，以传递数据。

5、根据权利要求4所述的设备，其中：

调制器(b)进一步被配置成：

(b.2)使用由脉冲位置、二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、正交频分多路复用(OFDM)和正交调幅(QAM)组成的组中的调制技术来调制每个脉冲。

6、根据权利要求4所述的设备，其中从由20ns、80ns、300ns组成的组中选择所述预定时间周期，并且所述至少一个子周期是该周期被N除。

7、根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器使用发射机来将伪随机频率序列传送给接收机子系统，以使接收机子系统在任何给定时间上知道将经由所述N个子带之中的已知子带发送的信号。

8、根据权利要求7所述的设备，其中在任何给定时间上，接收机子系统被配置成使用传送的伪随机频率序列来解调已发射的脉冲，知道经由所述N个子带之中的已知子带发送该脉冲。

9、根据权利要求7所述的设备，其中接收机子系统是另一个微微网的创始者，并且被配置成利用不同的伪随机频率序列来避免与发射机子系统的微微网重叠。

10、根据权利要求1所述的设备，其中接收机子系统是另一个微微网的创始者，并且被配置成利用不同的伪随机频率序列来避免与发射机子系统的微微网重叠。

11、一种用于使用超宽带技术传送数据的方法，所述方法包括：

(a)提供被配置成执行以下步骤的发射机子系统：

(a.1)把UWB信道划分成N个子带的伪随机序列；

(a.2)把信号调制为脉冲序列；和

(a.3)经由所述序列的N个子带之一发射所述序列中的每个调制脉冲；和

(b)提供被配置成执行以下步骤的接收机子系统：

(b.1)接收经由所述N个子带发射的UWB信号；

(b.2)根据伪随机序列组合接收的N个子带；和

(b.3)从组合的N个子带中解调UWB脉冲的系列。

12、根据权利要求11所述的方法，其中发射机子系统进一步被配置成执行以下步骤：

(a.4)在预定时间周期上重复该频率序列；

(a.5)对于该序列的每个频率，把预定时间周期划分成至少一个子周期；和

调制步骤(a.2)进一步包括以下步骤：

(a.2.1)在子周期内调制每个脉冲，以传递数据。

13、根据权利要求12所述的方法，其中调制步骤(a.2)进一步包括从由脉冲位置、二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、正交频分多路复用(OFDM)和正交调幅(QAM)组成的组中选择调制技术的步骤(a.2.2)。

14、根据权利要求12所述的方法，其中从由20ns、80ns、300ns组成的组中选择所述预定时间周期，并且所述至少一个子周期是该周期被N除。

15、根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤(a.6)：把伪随机频率序列传送给接收机子系统，以使接收机子系统在任何给定时间上知道经由已知子带发送的信号。

16、根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤(c)：在任何给定时间上，由接收机子系统使用传送的随机频率序列来解调发射的脉冲，知道经由已知子带发送该脉冲。

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