CN101036363A

CN101036363A - 无线通信系统中的差分相位编码

Info

Publication number: CN101036363A
Application number: CNA2005800339325A
Authority: CN
Inventors: 德克·瑞夫曼; 拉夫·L·J·罗弗斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-09-12
Also published as: KR20070100683A; US20080205488A1; JP2008516504A; WO2006038151A1; EP1800448A1; EP1646196A1

Abstract

在诸如超宽带通信系统之类的无线通信系统中，数据是借助多个频段中的脉冲相位发射的。该数据是在某一个脉冲与先前发射脉冲之间相位差中编码的。先前发射的脉冲既可以是处于相同频段的前一个脉冲，也可以与当前脉冲相隔多个中间脉冲。

Description

无线通信系统中的差分相位编码

技术领域

本发明涉及无线通信，尤其涉及的是在通信系统中编码数据的方法。特别地，本发明涉及一种对数据进行编码、以便在超宽带(UWB)无线通信系统使用的系统和方法。

背景技术

术语超宽带可用于参考多个不同的无线通信系统。在其中一种超宽带(UWB)通信系统中，发射机通过对数据进行编码来产生一系列在射频上发射的脉冲。然后，接收机的功能是检测这些脉冲，以便能够从发射信号中提取数据。

在已提出的一种特殊形式的UWB通信系统中，可用带宽分为多个频段，数据符号分成多个脉冲，这些脉冲构成了在不同频段中发射的符号。在多个频段中的每个频段内部，数据是通过编码到载波信号相位或极性之上而被传送的。因此，在每个频段内部，以第一相位或极性传送的脉冲代表了第一二进制值，以第二相位或极性传送的脉冲则代表了第二二进制值。

在文献“General Atomics-PHY proposal”，N.Askar，IEEE802.15-03/105r0中概述了一个此类系统。

由此，在这种系统的接收机内部，其中有必要检测每个频段内部的接收脉冲相位，以便能够确定正在该频段中传送的数据。由此出现的一个问题是在发射机与接收机中必须具有极其稳定的参考频率生成器。但在实践中，要想实现这一点是极度困难的。

发明内容

根据本发明的第一个方面，在这里提供了一种通信系统，其中数据是借助在其中一个所述频段上发射的脉冲相位发射的，所述脉冲相位与先前在所述其中一个频段中发射的脉冲信号的相位是相对的。

如果将数据编码到两个脉冲的相对相位中，那么这意味着不必具有高精度地测量各个脉冲的绝对相位的能力。

此外，虽然可能存在益处，但是对于在所述频段的频率上产生信号的本地振荡器来说，这些振荡器是不必耦合在一起的。

根据本发明的第二个方面，在这里提供了一种用于在多频段无线通信系统中发射和接收数据的方法，该方法包括：在至少一个频段中发射一系列脉冲，以便用所述脉冲相对于预先确定的先前发射脉冲的相位来编码发射数据；以及在接收机中确定与先前发射脉冲相位相对的所述脉冲相位，并且解码发射数据。

非常有利的是，该方法可以应用在多频段无线通信系统的每个频段中，例如超宽带(UWB)无线通信系统。

附图说明

图1是形成根据本发明的无线电通信系统一部分的发射机的示意框图。

图2是根据本发明的系统中的接收机的示意框图。

图3是描述根据本发明的系统操作方法的流程图。

具体实施方式

图1是形成无线通信系统一部分的发射机100的示意框图。特别地，这里描述的发明尤其参考的是其在多频段超宽带(UWB)无线通信系统中的应用。对UWB系统来说，其定义是信道在从3.1到10.6GHz的频段中占用大于500MHz的带宽。在其中一种UWB系统中，可用带宽分成多个单个频段。在本发明的这个图示实施例中有九个此类带宽，但是在本发明的不同实施方式中，该带宽的准确数量可以是不同的。

在图1所示的发射机中，所要发射的数据是在发射机100的数字信号处理器(DSP)102中产生和/或处理的。然后，该数据将会传递到定时生成器104，其中该数据会被划分在九个独立频段中。如图1所示，用于第一频段的传输路径106包括一个脉冲整形器108，其中脉冲或突发是由第一传输路径106传送的数据形成的。该第一传输路径106还包括一个第一发射机本地振荡器(TLO1)110，该振荡器将会产生一个处于总体可用带宽中的第一频段的频率。

然后，来自脉冲整形器108的脉冲与来自本地振荡器110的第一本地振荡器信号将会施加到门电路112，在这里，脉冲或突发将会用于调制本地振荡器信号。

其他传输路径是以相同方式工作的，但是为了清楚起见，在图1中只显示了九条传输路径116。因此，为在这九个频段上的传输所分配的数据将会传递到脉冲整形器118，最终得到的脉冲则会在门电路122中与来自九个发射机本地振荡器(TLO9)120的本地振荡器信号结合，从而形成处于这九个频段中的某个频率的信号。

原则上，本地振荡器TLO1～TLO9的相位和频率可以是独立的，并且可以是单独产生的。但在实践中，对本地振荡器的相位和频率来说，较为有利的是使之至少具有一定关联。例如在本发明的一个优选实施例中，本地振荡器频率TLO1～TLO9全都可以从唯一一个标准的本地振荡器中获取，锁相环则在本地振荡器信号之间建立预期关联，但是这种处理并不是必需的。

此外，根据本发明，由脉冲整形器108、118产生的脉冲相位将用于编码所要传送的数据。

具体的说，在本发明的这个图示实施例中，在每个频段中，数据都是用发射脉冲相位与紧挨的先前发射脉冲相位之间的相位差编码的。

更具体的说，在本发明的这个图示实施例中，在每一个频段中，数据都是用发射脉冲相位与前一个发射脉冲相位之间的相位差编码的。

例如对二进制编码方案来说，与前一个脉冲具有第一相位差Φ₁的脉冲可以代表二进制“1”，而与前一个脉冲具有第二相位差Φ₂的脉冲则表示二进制“0”。

其他更为复杂的多相位编码方案同样是可行的。例如，某一种编码方案可以在发射脉冲相位与先前脉冲相位之间定义任意数量N的可能相位差Φ_k，例如kπ/N，其中k＝0，1，...，N-1，并且这其中的每个相位差都会编码一个不同的多比特二进制值。

应该指出的是，在这里选择的只是介于0°与180°之间的相位差Φ，由此在相位差Φ与-Φ之间不会出现歧义。

虽然在本实施例中描述了本发明，由此可以使用两个连续脉冲之间的相位差来编码发射数据，但是所述数据也可以借助某一个脉冲与先前传送的任何一个脉冲之间的相位差来编码。例如在脉冲序列pi，i＝0，1，2，3，...中，发射数据可以用脉冲p_i与p_(i-4)之间的相位差来编码。也就是说，发射数据是用两个脉冲之间的相位差编码并且这两个脉冲是由三个中间脉冲分离的。这样则允许在一个频段中传送四个交织脉冲流。此外，使用两个脉冲之间的相位差编码发射数据并且这两个脉冲由任意数量的中间脉冲分离的处理同样是可以实现的。但是，该数目不应该选择得过大。

本发明的一个优点在于：如果在相位差被用于编码发射数据的两个脉冲之间保持足够恒定的不确定性，那么没有必要知道发射脉冲相位的绝对值。如果发射数据用两个脉冲之间的相位差编码并且这两个脉冲是用多个中间脉冲分离的，那么这将对发射机和接收机的稳定性提出较高的要求。

然后，门电路在九个传输路径中产生的信号会在加法器124中合并，最终得到的信号会在传递到发射天线128之前在功率放大器126中放大。

图2是显示接收机200的形态的示意框图，其中该接收机200被适配成接收从图1所示类型的发射机100发射的信号。

该信号是在天线202上接收的，然后，所述信号会在放大器204中放大。所获取的信号包含了处于所有频段中的成分，随后，该信号将会传递到九条接收路径中，其中每一条路径都会在这些频段中的某个相应频率检测信号。

由此，在第一接收路径206中，第一接收机本地振荡器(RLO1)208将会在处于第一频段内部的频率上产生一个本地振荡器信号，这个本地振荡器信号将会传递到第一混频器210，并且还会通过一个90°移相器传递到第二混频器214。混频器210、214被连接成接收传递到第一接收路径206的接收信号，由此在第一振荡器频率上检测该信号的同相和正交分量。在这里，所述同相和正交分量都会被检测，以免接收信号相位与本地振荡器信号相位相差90°，而在该情况下未必能够检测到接收信号。

混频器210、214的输出传递到相应积分器216、218，积分输出则传递到各自执行采样保持功能和模数转换功能的相应部件220、222。由于在UWB通信系统中可以实现高数据速率，因此，这些部件需要在恰当高频上采样信号。其中举例来说，该采样周期有可能需要是大约100ps～1ns。

由此，部件220、222会在第一振荡器频率上产生代表信号同相和正交分量的相应数字输出。然后，这些信号将会传递到数字信号处理器224。对这些代表了处于第一振荡器频率的信号所具有的同相和正交分量的数字输出而言，这些数字输出合在一起即为在该频率接收的信号的恰当量度。

同样，接收机200包含了九个接收路径，为了简明起见，在图2中只显示了其中的第一和第九个路径。

在第九个接收路径226中，第九接收机本地振荡器(RLO9)228在处于第九频段的一个频率上产生一个本地振荡器信号，这个信号将会传递到相应的第一混频器230，以及经由一个90°移相器232传递到相应的第二混频器234。与先前一样，第一和第二混频器230、234的输出将会传递到相应积分器236、238，然后则会传递到执行采样保持以及模数变换功能的部件240、242。

由此，与在第一接收路径206中一样，部件240、242产生的是代表第九频段中的信号所具有的同相和正交分量的数字信号。同样，这些信号将会传递到数字信号处理器224。

为了确保正确检测接收信号，接收机中的本地振荡器RLO1～RLO9有必要与发射机100中的本地振荡器TLO1～TLO9具有足够接近的频率和相位。由此，如上文中参考发射机中的本地振荡器频率TLO1～TLO9的生成过程所述，在这里必须采取步骤来确保本地振荡器频率RLO1～RLO9满足这些必要条件。与发射机中一样，举例来说，本地振荡器频率RLO1～RLO9全都可以从一个标准的本地振荡器获取。在这种情况下，锁相环可以用于在本地振荡器信号之间建立预期关联。

根据本发明的这个实施例，所检测的信息取决于在每个频段中接收的脉冲相位差值，由此相位绝对值并不是非常重要。

图3是描述在接收机200中检测发射数据的当前优选方法的流程图。

在该处理的步骤301，在系统的频段中将会检测接收信号。在下文描述中，其中只对第一频段进行进一步的考虑，但是相同的处理是可以在依靠其他频段或是独立于其他频段的情况下为每一个频段执行的。

在步骤302，其中将会检测处于第一频段中的接收脉冲相位。如上所述，部件220、222、240、242产生的是表示处于相应频段中的信号所具有的同相和正交分量的数字信号。然后，在数字信号处理部件224中可以使用这些信号来检测相应信号的相位角。

在步骤303，在第一频段中检测的接收脉冲相位角将会与先前接收的脉冲的相位角相比较。如上所述，先前接收的有关脉冲既可以是紧挨的前一个脉冲，也可以是与当前脉冲相隔已知数量的中间脉冲的脉冲。

如上所述，发射机使用这些相位差来编码用于传输的数据，由此接收机可以从检测到的相位差中发觉发射数据。

由此，如上所述，根据发射机中使用的编码方案，所确定的相位差代表了一个特定的二进制值，其中这个值可以是多比特二进制值。

由此，在步骤304中，对接收脉冲来说，接收机将会对用检测到的相位差表示的二进制值进行检测。

该处理可以为在九个频段中的每个频段接收的脉冲执行，所述执行既可以依赖于其他频段，也可以独立于其他频段，并且发射数据将可以重建。

由此，这里描述的系统和方法允许精确检测发射数据。此外，本方案的优点还在于极大地减小了对于频率生成方面的需要。也就是说，处于发射机内部的本地振荡器的任何适度变化都不会影响到接收机中的数据检测。同样，在接收机内部的本地振荡器中，对于绝对频率精度的要求也会降低。

概括的说，本发明涉及一种无线通信系统，例如多频段超宽带通信系统，其中数据是借助多个频段中的脉冲相位发射的。该数据是用某一个脉冲与先前发射的脉冲之间的相位差编码的。先前发射脉冲既可以是相同频段中的紧挨的前一个脉冲，也可以与当前脉冲相隔多个中间脉冲。

Claims

1.一种通信系统，在该系统中，数据是通过多个频段中的脉冲进行发射的，以及数据是在一个频段中的脉冲相位中编码的，其中该脉冲相位与先前发射脉冲的相位是相对的。

2.如权利要求1所述的通信系统，其中数据是在第一频段的一个脉冲相位中编码的，其中该脉冲相位与先前在所述第一频段中发射的脉冲的相位是相对的。

3.如权利要求2所述的通信系统，其中数据是在每一个所述频段的脉冲相位中编码的，所述脉冲相位与所述相应频段中的先前发射脉冲相位是相对的。

4.如权利要求2所述的通信系统，其中数据是在第一频段的脉冲相位中编码的，其中该脉冲相位与所述第一频段中的紧挨的前一个脉冲相位是相对的。

5.如权利要求2所述的通信系统，其中数据是在第一频段的第一脉冲相位中编码的，该脉冲相位与所述第一频段中的第二脉冲相位是相对的，并且所述第二脉冲与所述第一脉冲相隔多个中间脉冲。

6.如前述任一权利要求所述的通信系统，其中数据是借助二进制编码方案编码的，由此与先前发射脉冲具有第一相位差Φ₁的脉冲代表二进制‘1’，而与先前发射脉冲具有第二相位差Φ₂的脉冲则代表二进制‘0’。

7.如权利要求1～5中任一权利要求所述的方法，其中数据是借助多相位编码方案编码的，在发射脉冲相位与先前发射脉冲相位之间定义了数量为N的多个可能的相位差，Φ_k＝kπ/N，其中k＝0，1，...，N-1，并且每一个可能的相位差都对一个不同的多比特二进制值进行编码。

8.如前述任一权利要求所述的通信系统，其中该通信系统是超宽带无线通信系统。

9.一种用于在多频段无线通信系统中发射数据的方法，该方法包括：将数据编码在一个频段的脉冲相位中，其中该脉冲相位与先前发射脉冲的相位是相对的。

10.如权利要求9所述的方法，其中数据被编码在第一频段的一个脉冲相位中，该脉冲相位与先前在所述第一频段中发射的脉冲的相位是相对的。

11.如权利要求10所述的方法，其中数据被编码在每一个所述频段的脉冲相位中，该脉冲相位与所述相应频段中的先前发射脉冲的相位是相对的。

12.如权利要求10所述的方法，其中数据被编码在第一频段的一个脉冲相位中，该脉冲相位与所述第一频段中的紧挨的前一个脉冲的相位是相对的。

13.如权利要求10所述的方法，其中数据被编码在第一频段的第一脉冲相位中，该脉冲相位与所述第一频段中的第二脉冲相位是相对的，并且所述第二脉冲与所述第一脉冲间隔了多个中间脉冲。

14.如权利要求9～13中任一权利要求所述的方法，其中数据是借助二进制编码方案编码的，由此与先前发射脉冲具有第一相位差Φ₁的脉冲代表二进制‘1’，而与先前发射脉冲具有第二相位差Φ₂的脉冲则代表二进制‘0’。

15.如权利要求9～13中任一权利要求所述的方法，其中数据是借助多相位编码方案编码的，在发射脉冲相位与先前发射脉冲相位之间定义了数量为N的多个可能的相位差，Φ_k＝kπ/N，其中k＝0，1，...，N-1，并且每一个可能的相位差都对一个不同的多比特二进制值进行编码。

16.如前述任一权利要求所述的方法，其中通信系统是超宽带无线通信系统。

17.一种接收发射数据的方法，该方法包括：

确定在至少一个频段中接收的脉冲的相位，其中该脉冲相位与先前在所述频段中接收的脉冲相位是相对的；以及

根据这个相对相位来解码发射数据。

18.如权利要求17所述的方法，其中通信系统是超宽带无线通信系统。

19.一种在多频段无线通信系统中使用的发射机，该发射机包括：

频率生成器，用于在相应频段中的多个频率上产生信号；

多个调制器，用于在所述多个频率上产生调制脉冲；

其中所述多个调制器被适配成产生调制脉冲，由此处于所述多个频率上的第一频率的脉冲相位是由所要发射的数据决定的，其中所述脉冲相位与先前在所述第一频率上发射的脉冲的相位是相对的。

20.如权利要求19所述的发射机，其中所述频率生成器包括单个本地振荡器参考频率生成器，以及用于在从中得来的相应频段中的所述多个频率上产生所述信号的装置。

21.一种在多频段无线通信系统中使用的接收机，该接收机包括：

频率生成器，用于在相应频段中的多个频率上产生信号；

用于对在所述多个频率上发射的脉冲的相位进行检测的装置，其中所述检测相位的装置被适配成确定相对于先前在所述第一频率上发射的相应脉冲相位的、处于所述多个频率中的第一频率上的脉冲相位之间的相位差。

22.如权利要求21所述的接收机，其中所述频率生成器包括单个的本地振荡器基准频率生成器，以及用于在从中得到的相应频段中的所述多个频率上产生所述信号的装置。