CN100361408C - 用于接收差分超宽带信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

披露了一种超宽带接收机以及相应方法，所述接收机包括：第一滤波器和放大器，用于对一个差分射频信号进行滤波和放大，所述差分射频信号的带宽除以信号中心频率的结果大于0.25；一个连接在所述第一滤波器和放大器与一个低通滤波器之间的差分相关器；所述低通滤波器具有可变带宽；一个连接到所述低通滤波器以从所接收到的差分脉冲信号还原数字数据的数字解调器；以及一个与所述数字解调器连接用以改变所述低通滤波器的带宽特性的差错检测器，所述差错检测器被用于增加所述低通滤波器的带宽。

Description

用于接收差分超宽带信号的方法和装置
技术领域
本发明总体来讲涉及用于还原射频信号的装置和方法，该射频信号可包括超宽带信号。
背景技术
随着无线网络系统，类似例如无线局域网、个人局域网等的出现，受益于这种无线技术的应用不断扩展。典型的，在这些系统中，数字数据流被调制并通过通信信道传送给一个或多个接收者。发射机和接收机可以非常接近或相互分隔开。发送这种数字数据的发射机和接收机总地来说可以包括一个无线网络系统。
由于无线网络系统的应用以及由此带来的需求的增加，因此需要在它们可利用的频率分配范围内提供这些网络系统。因为可利用的频率是有限的，所以对于在可用带宽空间中能够进行通信然而不会过度干扰其它网络系统或者对这种干扰不是过度敏感的系统的需求在日益增高。
发明内容
因此需要这样一种网络系统，其具有在给定的频率分配范围内传送和接收数字信号的能力并具有一些其它益处。
本发明提供了一种超宽带接收机，包括：第一滤波器和放大器，用于对一个差分射频信号进行滤波和放大，所述差分射频信号的带宽除以信号中心频率的结果大于0.25；一个连接在所述第一滤波器和放大器与一个低通滤波器之间的差分相关器；所述低通滤波器具有可变带宽；一个连接到所述低通滤波器以从所接收到的差分脉冲信号还原数字数据的数字解调器；以及一个与所述数字解调器连接用以改变所述低通滤波器的带宽特性的差错检测器，所述差错检测器被用于增加所述低通滤波器的带宽。
本发明还提供了一种接收超宽带射频信号的方法，包括：利用第一滤波器和放大器对差分射频信号进行滤波和放大，所述差分射频信号的带宽除以信号中心频率的结果大于0.25；利用一差分相关器对所述被滤波和放大的差分射频信号进行相关，其中所述相关器连接在所述第一滤波器和放大器与一个低通滤波器之间；利用具有可变带宽的所述低通滤波器对所述相关的差分射频信号进行滤波；以及利用一数字解调器对所述滤波的相关差分射频信号进行解调以从所接收的差分脉冲还原数字数据；以及其中对所述相关差分射频信号进行滤波包括利用一个差错检测器来增加所述低通滤波器的带宽。
附图说明
图1表示根据本发明实施例的超宽带通信系统的方框图；
图2表示根据本发明实施例的超宽带接收机的方框图；
图3表示与根据本发明实施例的超宽带接收机相关联的波形；
图4表示根据本发明实施例的具有可变低通滤波器/积分器的超宽带接收机部分；和
图5表示根据本发明实施例的超宽带差分发射机。
具体实施方式
现在参照图1，描述一种超宽带通信系统，其中第一数字设备101向超宽带发射机103传送数据，该超宽带发射机103顺次将数字数据转换成通过天线105发射的射频信号。在一些实施例中，超宽带信号可以是具有除以中心频率得约0.25的带宽的信号。在一些实施例中，通过使用频谱扩展码字对位进行编码可扩展发送信号的频谱，所述频谱扩展码字可以是常规的或符合其它标准。在其它实施例中，发射信号的频带是通过发射脉冲的宽度进行控制的，也就是脉冲周期越短，带宽越宽。一个超宽带接收机107可与天线109连接，该天线可接收由超宽带发射机103发送的射频数据。超宽带接收机107可接收射频信息并将它转换成数字数据，所述超宽带接收机107可连接到一个第二数字设备111。
数字设备101和111可以是有效连接到超宽带通信系统的任何类型的数字设备。例如，数字设备101和111可以是台式计算机、打印机、网络监视器或其它数字设备。
天线105和109可以是有效地用于发射和接收超宽带信号的任何类型的天线。在操作中，天线105可将来自超宽带发射机103的电压信号转换成射频脉冲，而天线109可以接收射频脉冲并且将它们转换成相应的电压信号。在一些实施例中，射频脉冲可以是正和负(“差分”)脉冲。天线105和109可被构造成接地平面天线、偶极天线、缝隙天线或者是可被有效利用的其它类型的天线。另外，在一些实施例中，虽然天线105被示作发射机天线，但天线105和109可用于接收和发射。
现在参照图2，其示出了例如可以并入一个超宽带接收机(例如超宽带接收机107)的接收设备的方框图。天线109可连接到一个滤波器203。在一些实施例中，滤波器203可以是将那些会干扰所期望的超宽带信号的频带信号拒之门外的带通滤波器。在其它实施例中，滤波器203可以是匹配滤波器，利用该滤波器可与输入的波形进行匹配，或者可以是拒绝带内干扰的陷波滤波器。
一低噪声放大器(LNA)205可连接到所述滤波器203和自动增益控制电路(AGC)207。该低噪声放大器205可对从滤波器接收的超宽带信号进行放大。滤波器203和LNA 205整体可被看作是射频(“RF”)前端。自动增益控制电路207可用于放大或降低从低噪声放大器205耦合来的超宽带信号以获得期望的信号电平。可利用AGC 207来补偿所接收到的超宽带信号的平均幅度的动态波动。在一些实施例中，AGC电路207可提供一个输出信号，该输出信号可针对模数转换器(ADC)209的动态范围进行优化。
差分相关器211可连接到AGC电路207的输出端和低通滤波器或积分器217的输入端。差分相关器211可包括一个宽带延迟元件213和一个混合器元件215。延迟元件213可用于将来自超宽带信号的输入RF波形延迟一个量，在一些实施例中，其近似等于符号周期。然后该延迟的波形可通过混合器215与当前接收的波形进行混合以提供一混合信号，该信号被输入到低通滤波器217。
低通滤波器217可以对来自相关器211的输入信号提供滤波-积分功能。该滤波器可以是固定带宽滤波器，或者(在某些实施例中)可以是可变带宽滤波器。低通滤波器217的输出端可连接到模数转换器209。模数转换器209可被连接到数字解调器221和取样时钟219。可利用ADC209、数字解调器221和取样时钟219来将接收的超宽带信号转换成数字数据。
在某些实施例中，接收机201可被用作对短脉冲序列进行解调的差分脉冲偏移键控接收机，所述每一个短脉冲代表一个单个位。在该情况下，应该注意所述超宽带信号本质上为能够分别通过发射机和接收机(例如发射机103和接收机107)发送和接收的脉冲。
可选择地，接收机201可以用作对扩展频谱信号进行解调的差分脉冲偏移键控接收机，其中扩展序列在图3中示出。作为例子，可使用每符号四个码片来实现波形的扩展。
现在参照图3，将根据本发明实施例详细介绍差分相关器211和低通滤波器/积分器217的操作。在该说明中，Ts表示符号周期，St为可以在差分相关器211的输入端处接收的超宽带信号，S(t-T)为出现在混合器215处的信号，该信号来自于宽带延迟元件213的输出。当用在扩展频谱差分信号应用中时，在某些实施例中，差分相关器211可通过将信号s(t)301与延迟信号s(t-T)302进行混合从而产生一混合信号303来起作用。混合信号303可被一低通滤波器/积分器217处理以产生一积分波形305。与波形303进行比较，我们能够在波形305中看到，波形303中的峰值已经在波形305中最终达到平衡。接收机部分201可对扩展频谱超宽带信号实现解扩并且允许模数转换器209以符号率Ts的输入带宽进行取样。在该例子中，可以使用每时隙四(4)个脉冲。然而，在超宽带差分信号应用中，在某些实施例中，每时隙可使用单个脉冲。
如前所述，低通滤波器/积分器217可以是固定带宽滤波器，或者在某些实施例中，可以是可变带宽滤波器。在一些实施例中，低通滤波器/积分器217的带通特性可被动态地调节以获得接收的超宽带信号的最佳信噪比。在一些实施例中，由于脉冲重复频率(Bp)远小于实际信号带宽(W)，所以低通滤波器/积分器带宽(Bf)或积分时间(Tp)可在Bp＜Bf(或1/Tp)＜W之间变化。这提供了机会来改变超宽带接收机的复杂度和性能。
在某些实施例中，低通滤波器/积分器的最佳带宽可以不必等于W。超宽带信号可被看作是占用比符号率大得多的带宽的波形。根据超宽带信号的发射环境，具有高带宽的低通滤波器/积分器比具有低带宽的低通滤波器/积分器的执行性能好。例如，在具有很少的信号反射的环境中，高带宽低通滤波器/积分器可完全执行低带宽低通滤波器/积分器。这是因为低带宽低通滤波器/积分器可在差分相关器211的输出端处除去多数的宽带信号能量。
然而，在伴有显著的多路径反射的超宽带环境中，低带宽低通滤波器/积分器可完全执行较高带宽的低通滤波器。这是因为低带宽低通滤波器/积分器可捕获和计算来自多路径反射的其它路径的一部分能量，而高带宽低通滤波器只能捕获来自一个路径的能量。因此，在特定的超宽带信号的情形下，或高或低的改变低通滤波器/积分器的带宽可以改善性能。
现在参照图4，201中的接收机部分被示出附加了一个位差错检测器401。该位差错检测器401可连接到数字解调器221和低通滤波器/积分器217。在某些实施例中，位差错检测器401可响应所检测的位差错率来调节低通滤波器/积分器217的带宽。部分的基于该位差错率，位差错检测器401可增加或降低低通滤波器/积分器217的带宽以减少所检测的差错率。低通滤波器/积分器217可具有离散的带宽设置，在某些实施例中，其可通过位差错检测器401选择。在其它实施例中，低通滤波器/积分器217通常可在带宽上限和带宽下限之间变化并且位差错检测器401在那些参数的范围内控制低通滤波器/积分器的带宽。在其它实施例中，位差错检测器401可由数字或模拟符号差错检测器代替。
由于波形的短脉冲性质，超宽带信号的采集和同步是复杂的。通过使低通滤波器的带宽小于ADC的取样频率(Rs)的一半(也就是Bf＜Rs/2)，数字解调器可执行直接数字匹配滤波，以便检测具有单个前同步序列的分组。例如，可通过200MHz ADC和相关的数字解调器来检测100MHz PRF(Bp)并且允许逐个分组地解调。一个相对低的取样率可减少接收机107所消耗的能量。
在一个实施例中，一个相对低的取样率可导致接收机107所消耗的能量减少。当通过一固定带宽低通滤波器/积分器接收到一超宽带信号时，带宽在某些实施例中可以在从大约Bp的值到显著高于Bp之间。然而，在前述不同的信号环境中，可变带宽低通滤波器/积分器可允许提高的接收性能。另外，在某些实施例中，宽带延迟元件213基于接收的数据率可被调节以改变延迟长度。以这种方式，在某些实施例中，数据率的增加或降低可再次在一些实施例中导致改进的性能。例如，在有很少或没有多路信号反射的环境中，接收机107可支持较高的数据率。
现在参照图5，一个超宽带差分脉冲发射机103可包括一个数字块501，其包括一个前置发生器、一个时钟控制和一个差分编码器。该数字决可连接到一双极性调制器和脉冲产生器503和一时钟电路505。该调制器503可被连接到一带通或高通滤波器507，该滤波器被连接到天线105。如参照图1所描述的，发射机103可将数字数据编码成超宽带差分脉冲。
虽然就有限数量的实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应该意识到可对其做出多种修改和变化。后附的权利要求预定覆盖所有这些修改和变化，它们都落在本发明实际的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种超宽带接收机，包括：
第一滤波器和放大器，用于对一个差分射频信号进行滤波和放大，所述差分射频信号的带宽除以信号中心频率的结果大于0.25；
一个连接在所述第一滤波器和放大器与一个低通滤波器之间的差分相关器；
所述低通滤波器具有可变带宽；
一个连接到所述低通滤波器以从所接收到的差分脉冲信号还原数字数据的数字解调器；以及
一个与所述数字解调器连接用以改变所述低通滤波器的带宽特性的差错检测器，所述差错检测器被用于增加所述低通滤波器的带宽。
2.如权利要求1所述的接收机，其中所述差分相关器包括一个延迟元件，用于将第一接收脉冲近似延迟一个符号周期。
3.如权利要求1所述的接收机，所述数字解调器包括一个连接到所述低通滤波器的模数转换器，用于以所述接收脉冲的符号率对所述低通滤波器的输出进行取样。
4.如权利要求3所述的接收机，所述差错检测器用于降低所述低通滤波器的带宽。
5.一种接收超宽带射频信号的方法，包括：
利用第一滤波器和放大器对差分射频信号进行滤波和放大，所述差分射频信号的带宽除以信号中心频率的结果大于0.25；
利用一差分相关器对所述被滤波和放大的差分射频信号进行相关，其中所述相关器连接在所述第一滤波器和放大器与一个低通滤波器之间；
利用具有可变带宽的所述低通滤波器对所述相关的差分射频信号进行滤波；以及
利用一数字解调器对所述滤波的相关差分射频信号进行解调以从所接收的差分脉冲还原数字数据；以及
其中对所述相关差分射频信号进行滤波包括利用一个差错检测器来增加所述低通滤波器的带宽。
6.如权利要求5所述的方法，其中对所述差分射频信号进行相关的步骤包括延迟第一接收脉冲并将延迟后的脉冲与第二接收脉冲进行混合。
7.如权利要求6所述的方法，其中延迟所述第一接收脉冲的步骤包括将所述第一脉冲延迟近似一个符号周期。
8.如权利要求6所述的方法，其中对所述低通滤波的相关差分射频信号进行解调的步骤包括利用连接到所述滤波器的模数转换器以近似接收脉冲的符号率对所述滤波的相关差分脉冲进行取样。
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