CN101416407A - 增强型全息通信装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于使用用于包括通讯、测距和检测的各种用途全息波形的改时后的装置和方法。在一示例性实施方式中，全息波形在RF承载介质上传送，以尤其提供高隐蔽性通讯、测距、雷达系统、和微波数据链接。为了进一步提高通讯的效率和隐蔽性，对承载(即载波)可选地进行跳频并且施加各种脉冲调制技术。本发明还公开了一种提供多址访问和高带宽数据传输的方法。本发明还公开了使用这些特征的改进装置，即无线微型隐蔽收发器/定位器。

Description

增强型全息通信装置和方法

优先权以及相关申请

本申请要求享有2003年8月4日提交的题目为“ENHANCEDHOLOGRAPHIC COMMUNICATIONS APPARATURS AND METHOD”的共有美国临时专利申请序列号Nos.60/492,628和2004年8月3日提交的同名正规专利申请No.10/______以及2003年12月11日提交的题目为“WIDEBANDHOLOGRPHIC COMMUNICATIONS APPARATUS AND METHODS”申请号为60/529,152的优先权，在此引入其全部内容作为参考，并且本申请还涉及以下共同待审以及共有美国专利申请，题目为“FREQUENCY-HOPPEDHOLOGRAPHIC COMMUNICATIONS APPARATUS AND METHOD”(代理案号HOLOWAVE.002A)的专利申请号Nos.10/______、题目为“PULSE-SHAPED HOLOGRAPHIC COMMUNICATIONS APPARATUSAND METHOD”(代理案号HOLOWAVE.002DV1)的专利申请号Nos.10/______、题目为“MULTIPLE ACCESS HOLOGRAPHICCOMMUNICATIONS APPARATUS AND METHOD”(代理案号HOLOWAVE.002DV2)的专利申请号Nos.10/______、题目为“EPOCH-VARIANT HOLOGRAPHIC COMMUNICATIONS APPARATUSAND METHOD”(代理案号HOLOWAVE.002DV3)的专利申请号Nos.10/______、题目为“REAL DOMAIN HOLOGRAPHIC COMMUNICATIONSAPPARATUS AND METHOD”(代理案号HOLOWAVE.002DV4)的专利申请号Nos.10/______、题目为“MULTIPATH-ADAPTED HOLOGRAPHICCOMMUNICATIONS APPARATUS AND METHOD”(代理案号HOLOWAVE.002DV5)的专利申请号Nos.10/______、题目为“MINATURIZED HOLOGRAPHIC COMMUNICATIONS APPARATUS ANDMETHOD”(代理案号HOLOWAVE.002DV6)的专利申请号Nos.10/______、题目为“HOLOGRAPHIC RANGING APPARATUS AND METHOD”(代理案号HOLOWAVE.002DV7)的专利申请号Nos.10/______，所有这些申请均于2004年8月3日提交，并在此引入作为参考。本申请还涉及2004年1月21日提交的题目为“HOLOGRAPHIC NETWORK APPARATURS ANDMETHODS”的共有美国专利申请No.10/763,113、2004年1月15日提交的题目为“APPARATURS AND METHODS FORCOMMAND，CONTROL，COMMUNICATIONS，AND INTELLIGENCE”的美国临时专利申请No.60/537,166，以及在2004年1月14日提交的题目为“SCALABLE TRANSFORM WIDEBAND HOLOGRAPHICCOMMUNICATIONS APPARATUS AND METHODS”(代理案号HOLOWAVE.004DV1)的共有美国专利申请No.10/868,433、题目为“ADAPTIVE HOLOGRAPHIC WIDEBAND COMMUNICATIONSAPPARATUS AND METHODS”(代理案号HOLOWAVE.004DV2)共有美国专利申请No.10/868,293、题目为“DIRECT CONVERSION HOLOGRAPHICCOMMUNICATIONS APPARATUS ANDMETHODS”(代理案号HOLOWAVE.004DV3)共有美国专利申请No.10/868,271、题目为“SOFTWARE-DEFINED WIDEBAND HOLOGRAPHICCOMMUNICATIONS APPARATUS ANDMETHODS”(代理案号HOLOWAVE.DV4)共有美国专利申请No.10/867,995、题目为“ERROR-CORRECTED WIDEBAND HOLOGRAPHIC COMMUNICATIONSAPPARATUS AND METHODS”(代理案号HOLOWAVE.004DV5)共有美国专利申请No.10/867,794、题目为“HOLOGRAPHIC COMMUNICATIONSUSING MULTIPLE CODE STAGES”(代理案号HOLOWAVE.004DV6)共有美国专利申请No.10/868,316，在此引入上述每个申请的全部内容作为参考。

技术领域

本发明主要涉及通信领域，并尤其涉及安全而且隐蔽的调制通信系统，诸如具有随机噪声特性的通信系统。

背景技术

市场上存在多种射频通信系统，通常可以把这些系统分为窄带系统或者宽带系统。正如名称包含的意思，窄带系统采用一个或者多个比较窄的RF频谱部分，而宽带系统采用一个或者多个较宽的频谱频带。

在窄带和/或宽带系统中采用多种空中接口(air interface)和谱接入技术，这些系统包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、无冲突检测的载波检测多址(CSMA-CD)、跳频式扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、正交频分复用(OFDM)、以及时间调制超宽带(TM-UMB)。

上述的方法在应用中都存在某些优点和缺点，但尤其存在以下几个共同缺点：1)在时域和/或频域中缺乏隐蔽性；2)在时域和/或频域中缺乏固有健壮性；以及3)缺乏固有安全性。在本文中使用的，术语“固有”表示没有诸如加密、正向纠错(FEC)等其它(例如更高层)技术。

例如，在隐蔽性方面，时间调制系统的发射机采用以基本上固定的时间间隔(虽然存在微小调整)发送的脉冲，FDMA和OFDM系统发射机很容易地检测到频域中的“带”(分别对应于各种分配的频带或者快速傅立叶反变换(FFT^-1)处理的输出)和时域内的时序特征。DS/CDMA系统通常在他们的辐射信号中具有导引信道或者可识别的人为信号。FHSS系统在预知的波段上以准确的间隔和预定数量的离散信道进行跳频，从而使其非隐蔽。即使在较低的传输级也可以很容易地检测到TM-UWB系统的规则高斯单脉冲。公知的相关型接收机和分析器采用这些空中接口可以有效缩短检测设备的工作。

在安全性方面，诸如CDMA的DSSS系统使用没有经过高层加密易于发现的展频码(包括XOR掩码)。同样地，由于大多数FHSS系统使用种子化的(seeded)伪随机序列发生器算法，因此可以确定FHSS系统的跳频序列。OFDM和TM-UWB也需要用于任意重要安全级的高层加密协议。如果没有高层加密或者类似协议，TDMA和FDMA用固定分配的时隙和频带不能有效地提供安全性。

而且，不论是在时域中还是在频域中上述的现有技术均不具有固有健壮性或冗余。当时域或者频域中部分信号丢失时(诸如窄带或者宽带干扰器、瑞利衰落、信号丢失、干扰等)每个技术均遇到相当大的问题。另一方面，在时域和/或频域中需要诸如公知的里德-所罗门编码或者增强编码的纠错协议使这些设备运行方面更加健壮。

在现有技术中还存在许多其他隐蔽和/或安全通信系统。在此分别引入如下专利的全部内容作为参考。例如，1976年5月25日公告的题目为“Methodand apparatus for transmitting and receiving electrical speech signals transmitted inciphered or coded form”美国专利No.3,959,592公布了用于发送和接收以密码形式传输的电子语音信号的方法和装置，在发射机端通过频率分析从要发送的语音信号分几部分或者间隔地形成信号分量或者包含频谱、有声/无声信息和基音系数的参数信号，对这些信号分量进行加密，将加密后的信号分量或者参数信号转化为传输信号并且在传输信道中发送这些传输信号，在接收机端再次获得该传输信号，并解密该加密后的信号分量或参数信号，并且从由此获得的解密后的信号分量或者参数信号通过合成产生和原始语音信号相似的语音信号。

1977年10月4日公告的题目为“Walsh function signal scramble”的美国专利No.4,052,565公开了一种数字话音扰频装置，其通过在低通顺序滤波器中顺序限制模拟语音并在其后将该顺序限制后的语音与位于发射机的沃尔什(Walsh)函数的周期性循环集相乘从而允许受扰频后的语音在窄频带中传输，该专利发明人为Baxter等人。在接收机，通过将Walsh扰频后话音与以前用于扰频该话音的同一Walsh函数相乘破译该Walsh扰频话音。将该解扰频Walsh函数与接收到的扰频信号同步，从而使得在接收机乘法器处该解扰频Walsh信号与在发射机乘法器处与该话音信号相乘的Walsh函数一样并且相位相同。可以通过时分多路同步信号实现与Walsh扰频话音同步。以这种方式添加同步信号还可以掩码该发送的话音并因此有助于防止对于发送出的话音进行未授权解密。

1987年9月15日公告的题目为“Modem for use in multipath communicationsystems”的美国专利No.4,694,467公开了一种调制解调器，其中该专利发明人为Mui，发射机采用适用于连续施加输入位的扩频技术，其第一群具有一个扩频序列特性而其第二群具有不同的扩频序列特性，调制并发送该扩频位。接收机产生以基带频率的接收到的调制信号的复采样并使用用于提供复采样的信号采样的检测器，该复采样彼此之间具有时间延迟。解扩并解调所选择数量的时间延迟采样，然后该解扩和解调的采样组合从而形成解调后的接收机输出信号。

1989年3月28日公告的题目为“Confidential communication system”由Taguchi发明的美国专利No.4,817,141公开了若干装置，在通过分频话音信号频带获得的第一频带中把从话音信号中提取的各特征参数转化为相应的线性频谱数据。提前将各线性频谱数据分配给各特征参数其中之一，在除第一频带以外的其他分频频带进一步将该提取的特征参数转化为相应的线性频谱数据。该转化的线性频谱数据进行多路复用以用于传输。逻辑添加在分配给同一特征参数的分频频带中相应线性频谱数据从而恢复该特征参数。

1989年7月25日公告的题目为“Analogue scrambling system with dynamicband permutation”由Masson发明的美国专利No.4,852,166中公开了一种具有动态带置换(dynamic band permutation)的模拟扰频系统，对话音信号进行滤波并且以速率f_e采样数字化，通过分析滤波器组将该话音信号转化为以f_e/N进行采样的N子带信号，并以某一改变后的次序将话音信号传输给合成滤波器组，实现以f_e速率采样的扰频信号的计算。在存储器中保护了一系列的置换并且通过改变读取存储器的地址可以及时获得具有动态置换的扰频。通过模拟信道将再次转化为模拟信号的扰频信号发送给预处理的解扰频器从而实现同步和补偿功能，并且该实现的步骤和在扰频器中执行的步骤一样，区别在于恢复了N个子带信号的置换顺序。

1993年11月23日公告的题目为“Memory access method and apparatus”由Ueda发明的美国专利No.5,265,226公开了一种再生数据的方法，该方法采用通过单独量(individual quantities)相位平移后的最大序列码对复数数据进行卷积并将该卷积数据写入循环存储器。数据再生装置采用相应最大序列码从循环存储器中读取所需数据。再生数据的另一方法采用通过权重因数获得的序列码和通过单独量进行相位平移得到的最大序列码对复数数据进行卷积并将该卷积后的数据写入循环存储器。另一数据再生装置采用相应的最大序列码从循环存储器中读取所需数据。再一再生数据的方法采用通过单独量进行相位平移得到的最大序列码对复数数据进行卷积并将该卷积后的数据写入循环存储器。再一数据再生装置采用通过权重因数的获得序列码和通过单独量(individual quantities)进行相位平移得到的最大序列码从循环存储器中读取所需数据。

2004年4月6日公告的题目为“Cryptographic method using modifiedfractional fourier transform kernel”由Cusmario发明的美国专利No.6,718,038公开了一种使用用户可以限定次数的修正分数阶傅立叶变换内核的至少一分量的加密方法。加密时，接收信号；建立至少一个加密密钥，其中每个加密密钥包括表示旋转角度、时间指数、相位和采样率至少四个用户可限定变量；选择分数阶傅立叶变换内核的至少一分量，其中每个分量均由多个密钥其中之一限定的，并且将该信号与选出的分数阶傅立叶变换内核的至少一分量进行乘积算法。解密时，接收要解密的信号；建立至少一解密密钥，其中每个解密密钥对应于并且和用于加密信号的加密密钥一致；选择修正分数阶傅立叶变换内核的至少一分量，其中每个分量均对应于并且和用于加密信号的修正分数阶傅立叶变换内核的一分量一致；并通过所选出的修正分数阶傅立叶变换内核的至少一分量分频该信号。

2004年4月27日公告的题目为“Method and apparatus for synchronizing aDS-CDMA receiver”、Shi的美国专利No.6,728,306公开了采用和具体训练序列相反的实际数据使DS-CDMA接收机与接收到的信号同步的系统。为了从接收信号中消除位符号信息的痕迹，将块与块的乘法算法应用到一系列接收到的块复值。为了降低随机噪声，上述方法允许组合从实际数据中提取的多位长度序列，例如平均。然后可以使用从实际数据中得到的低噪声矢量用于以所需的精度同步接收器。

全息

全息是一种在媒介内既捕捉强度又捕捉相位信息的公知科学，即使用参考和目标激光束捕捉来自三维目标的基本上随机的散射光。在许多诸如雷达和加密的不同应用中都已经开始使用全息技术，这一点在以下的专利和出版物中可以得到证明，在此引入作为参考。例如，1990年5月8日公告题目为“Holographic radar”的由Fujisaka等人的美国专利No.4,924,235公开了一种全息雷达，该全息雷达具有用于在通过天线单元接收到的范围门(range bin)中的RF信号进行放大、检测和A/D转换的接收机和用于对这些接收机的输出执行数字操作以产生和天线单元数量相等的波束的数字波束生成器。以不同方向定向三个或者四个天线阵(D0到D3)以提供360度覆盖范围，其中每个阵由多个天线单元形成，并且设置开关以根据脉冲打击数和距离门数切换天线单元和接收机之间的连接。因此只需要通过和单独天线阵所需接收机、存储器元件和数字波束生成器一样多的小型而且廉价的装置就可以实现360度覆盖范围。还可以通过对于每组K个阵列单元指定一个接收机、以对应于天线单元的数量设置存储器元件，并且和发送脉冲同步操作开关以及在各存储器元件中存储该视频信号来进一步减少接收机数量。

1998年3月31日公告的题目为“Digital holographic radar”的由McEligot的美国专利No.5,734,347公开了根据雷达的类型和应用通过在距离/多普勒平面、距离/方位平面、和/或距离/仰角平面中记录雷达图像产生光学全息雷达模拟的装置。该发明包括通过缩放、加权、滤波、旋转、倾斜或者其他修改矩阵的方式产生某些所需结果的修改距离多普勒数据矩阵的方法。具体实施例为通过滤波和旋转/倾斜重构的图像去除在多普勒频谱中存在的公知杂波分量以提供一可用图像。在第一实例中，在对傅立叶频谱进行滤波之后形成的重构图像会表现为原始距离/PRI物体目标空间的无杂波复制。还可以修改该噪声“地”使得在重建图像上仅显示在该“地”上产生反馈信号的目标空间中的信号。

1998年8月11日公告的题目为“Optical encryption interface”的由Jackson的美国专利No.5,793,871公开了基于二维光学图像相位扰频的模拟光学加密系统和用于实现大加密密钥和高加密速度的全息转换。加密界面采用将数字数据流转化为二维光学图像的空间光调制器。进一步将光学图像转化为具有随机相位分布的全息图。然后将全息图转化为在共享信息信道上传输的数字形式。位于接收机的各解密界面通过采用对相位扰频后的全息图进行相位共扼重构进行逆加密处理。

1999年8月17日公告的题目为“Encrypted holographic data storage basedon orthogonal phase code multiplexing”Heanue等人的美国专利No.5,940,514公开了一种加密方法以及用于全息图数据存储的装置。在采用正交相位编码多工的系统中，通过采用由保范算子表示的加密密钥K调制基准光束对数据进行加密。实际上，该加密密钥K相当于位于基准光束路径的扩散器或者其他相位调制元件，或者相当于正交相位函数的代码和相位空间光调制器的相应像素之间的对应关系统的滑移。由于缺少垂直方向的布拉格选择性，因此优选地用于相位编码多工的相位函数为一元函数。该相位函数可以是一元Walsh函数。该加密方法保持基准光束的正交性，并且因此不会降低串音性能。

2001年9月11日公告题目为“Holographic radar”Asano等的美国专利No.6,288,672公开了通过功率分配器和开关从多个传输天线(T1、T2、T3)发送来自振荡器的高频信号的若干装置。通过接收天线(R1、R2)接收由目标反射的反射波，并在此后经由开关施加给混频器。向混频器施加来自功率分配器的传输高频信号以从中得到拍频信号分量，依次将该拍频信号分量转化为在信号处理电路中进行处理的数字信号。顺序开关传输天线(T1到T3)以及接收天线(R1、R2)，从而可以获得等效于具有一个传输天线和六个接收天线的雷达所获得的信号。

2002年9月17日公布题目为“Apparatus and method for microwaveinterferometry radiating incrementally accumulating holography”的Grisham的美国专利No.6,452,532公开了一种卫星体系结构和一种用于发射累加全息图的微波干涉方法，该发明用于建立高增益、窄带宽的有效发光干涉收发分置的SAR(合成孔径雷达)，该SAR的VLBI(特长基线干涉仪)在其每个在不同卫星上的两个收发分置的间隙之间具有基线，和干涉仪基线短于FOV的现有技术中收发分置SAR相比，该发明中SAR的基线大大长于FOV。通过三个一组的VLA(超大天线阵列)卫星VLBI形成三个、六个和12个卫星结构，每个三个一组的卫星位于其自身名义圆形轨道上，该圆形轨道处于和三个一组中的其他卫星彼此正交的轨道平面中。通过位于各三个一组VLA中成对卫星组形成VLBI对，将第三卫星用作接收相位回路的迈克逊干涉仪测量数据和记录于全息光盘中的Fizeau干涉仪测量图像数据的控制卫星，并保持相位。

2002年10月22公告题目为“Method and system for time domain antennaholography”Marti-Canales等人的美国专利No.6,469,672公开了允许确定天线电子特征的方法。通过超短电压脉冲激励该天线，并测量该天线的远场辐射图形。然后采用时域全息术重构经过天线孔径产生的时变的场分布。全息图直接分析允许确定大范围的天线电子特性。

2003年8月19日公告的题目为“System and method for using a holographicoptical element in a wireless telecommunication system receiver”的Amadon等人的美国专利No.6,608,708公开了安装于诸如无线光通讯信系统接收机的接收机单元中的全息光学元件(HOE)设备。该HOE设备包括具有其上记录干涉图的显影感光乳状材料，将该材料夹在一对元件之间诸如一对清洁的玻璃板之间。在操作过程中，HOE设备采用记录的干涉图向系统接收机的光处理单元散射入射光线。该光处理单元包括检测该散射光线的光电探测器。该系统接收机可以包括各种其他部件和/或可以具有不同的结构。在一结构中，使用多个反射镜控制来自HOE设备光线的方向，并且校准光学组件校准这些光线。可以使用光束分离光学组件将该光线分为跟踪信道和通信信道。

2003年9月25日公布的题目为“HOLOGRAPHIC LABEL WITH A RADIOFREQUENCY TRANSPONDER”的Adair等人的美国专利申请公布号No.20030179150公开了用于识别包括射频转发器和全息图的目标的标签。射频转发器具有天线和夹在形成转发器外表面的两层材料之间的转发器电路。该全息图包括涂敷于其中之一外表面的非金属材料的第一层并且形成光的非金属反射器。通常透明的第二层包含全息图像并延伸经过第一层。由于可反射第一层由非金属材料构成，因此其靠近射频转发器时不会像当金属全息图位于靠近该转发器时可能会发生的误调谐该转发器的情况。因此该全息图在不影响射频转发器操作的情况下阻止对标签的未授权使用。

2003年10月2日公布的题目为“APPARATUS AND METHOD FORHOLOGRAPHIC DETECTION AND IMAGING OF A FOREIGN BODY IN ARELATIVELY UNIFORM MASS”Collins的美国专利公布号No.20030184467公开了以具有和外来物体相似的电磁阻抗的相对均匀的量显示外来物体的装置和方法，其包括至少两个超宽频带全息雷达单元，该超宽频带雷达单元适于在具有倾斜角度照明的对偶线性天线中产生、发送和接收多个12-20GHz频率的信号。可以采用该发明获得关于检测目标成分的定性和定量的数据。

尽管以上阐述了多种射频通信的方法，但是还没有研发出同时具有下述三个特性的实用系统：(i)在时域和/或频域中的隐蔽性；(ii)在时域和/或频域中的固有健壮性；以及(iii)固有安全性。

因此，迫切需要一种具有上述各特征和优点的改进型通信系统。该改进型装置和方法理论上允许多址以及在空中接口上具有较高的数据传输速率，完全不需要高层协议支持，并且易于在现有硬件上实现。理论上该方案还可以适用于其他媒体和包括诸如声学、有线应用甚至物质波的范例。

发明内容

本发明通过提供采用全息信号处理的改进型通信装置和方法满足上述需求。

在本发明的一方面，公开了用于全息编码基带数据并发送该编码后数据的改进型射频通信装置。在一实施方式中，在发送期间在作为至少时间函数的多个频率上分配(例如跳频)全息编码后的数据。在另一实施方式中，该全息编码包括产生位于基本上不重叠的第一和第二频带中的实际和虚拟波形，跨越作为至少时间的函数的多个频率的分配包括分别在位于第一和第二未重叠频带中的第一多个频率和第二多个频率上跳频各实际波形和虚拟波形。

在本发明的第二方面，公开了一种用于接收和解码在多个频率上跳频的全息编码后的信号的改进型射频通信装置。在一实施方式中，该跳频步骤包括在各不同组频率上分配实际和虚拟波形，并且解跳频包括恢复分布的波形。

在本发明的第三方面，公开了一种适于全息编码来自第一多个数据源和第二多个数据源的基带数据并且发送该编码数据的改进型射频装置。在一实施方式中，使用来自第一多个数据源的数据形成第一全息编码后的波形，并且使用来自第二多个数据源的数据形成第二全息编码后的波形。在发送期间第一和第二全息编码波形分别分配为跨越至少是时间的函数的多个频率上。

附图说明

结合附图通过以下详细说明将使本发明的特征、目的和优点更加显而易见。

图1a和1b所示分别为根据本发明的高斯脉冲和示例性二元脉冲波形图；

图2a和2b所示分别为根据本发明的高斯脉冲和示例性“尖”(持续时间短)脉冲的波形图；

图3a和3b所示分别为根据本发明示例性多用户全息发射机和接收机的处理的功能框图；

图3c-3e所示为用于发送和接收本发明的全息编码后的波形的收发器装置的三个不同实施方式的功能框图；

图4a和4b所示分别为根据本发明的示例性多数据页全息发射机和接收机处理的功能框图；

图4c所示为在采用功率谱的接收机中用于配准数据结构(例如框架)的示例性方法的功能框图；

图5所示为根据本发明的示例性“全实数”相位编码器的示图；

图6a和6b所示分别为根据本发明的一个信道(一个数据，一个基准)和示例性两信道(两个具有Sin(x)/x分布的数据信道)的示图；

图7a和7b所示为根据本发明多重路径失真去除技术的示例性实施方式的示图；

图8所示为根据本发明的便携式微型收发器设备的示例性实施方式的前视图；

图8a所示为图8收发器设备的示例性元件体系结构的功能框图；以及

图8b所示为结合本发明使用的示例性软件控制无线通信体系结构示图。

具体实施方式

现在参照附图进行说明，其中在整个附图中相同的附图标记表示同一部件。

这里所用到的，术语“全息图”和“全息技术”指的是和具有全息属性的物理媒介(例如，电磁、声/次声或者超声、物质波、重力波等)无关的任何波形。

这里所用到的，术语“数字处理器”通常表示包括各种类型的数字处理设备，包括但不限于数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)、通用(CISC(复杂指令集计算机))处理器、可重配置计算机结构(RCF)、处理器阵列、微处理器、专用集成电路(ASIC)以及甚至所有采用激光的全光学处理器。可以将该数字处理器包含在单一整体IC块上，或者分布在多个元件上。典型DSP包括例如Motorola MSC-8101/8102“DSP farms”、MotorolaMRC6011 RCF、Texas Instruments TMS320C6x、或者Lucent(Agere)DSP16000系列。

这里用到的，术语“显示”表示用于显示信息的任何类型设备，包括但不限于CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)、TFT(薄膜晶体管)、等离子体显示器、LED(发光二极管)和荧光设备。

这里用到的，术语“基带”指的是表示要传达的原始信号的频带或者任意部分或者其衍生部分。

这里用到的，术语“载波”指的是载有该原始信号的电磁波或者其它波。该波具有选自适于通信传输或者其它功能(诸如检测、测距等)的合适频带的一频率或者频带(例如在扩展频谱中)。

这里用到的，术语“上转换”和“下转换”分别指信号频率中的任何上升和下降。

注意尽管以下说明书部分主要针对RF(无线)通信应用，但是本发明也可以与任意数量的载体媒介和拓扑使用(以下将更详细的对此进行说明)结合在一起使用。因此，以下仅是对本发明更宽泛概念的示例性讨论。

概述

1990年11月20日公告的共有美国专利号4,972,480，其题目为“Holographic Communications Device and Method”(以下称为“专利480”)，在此引入其全部内容作为参考，该专利公开了一种全息性质的增强安全和隐蔽的调制射频通信系统。该系统设计为使其产生具有高斯特性、零平均值且平稳的随机噪声的传输以及高度信息冗余特性的漫射全息图像。实际上，该系统产生在时域和频域中都表现为噪声的信号。基本全息技术的理想特性包括：(i)高度隐蔽性；(ii)缺少数据帧配准(即，F(t)的傅立叶反变换为f(w)，因此F(t-T)的反变换为f(w)e^iwT，F(t-T)为延迟后的全息帧，f(w)e^iwT是进行频率平移后的配准基带帧)；(iii)快速接收机获取并且de＝spreading(由于上述缺少配准步骤)；(iv)强大的信道健壮性(即，全息RF信号通过由代码和基带频谱卷积提供的固有冗余可以免于很高的损失百分比(50％-90％))；以及(v)接收和解码多重全息图部分的能力(即，在接收机时间窗t接收的全息图为F’₁(t-T₁)+F’₂(t-T₂)，带宽为f₁(w)e^iwT ₁+f₂(w)e^iwT ₂；e^-1Code1的乘积解展频帧1，而帧2作为宽带噪声出现，并且使用窄带滤波器恢复帧1)。

尽管很明显专利480的技术是很有用的并且如上所述可以提供许多固有优点，但是仍然可以进一步改进该技术，并且在其应用范围和类型方面可以进行扩展。

因此，本发明对于专利480中公开的基础技术提供了一些增强和改进，及其一些新的应用。该增强尤其包括展频技术(例如，跳频式展频，或者FHSS)的应用以及多重基带调制的应用，该多重基带调制包括例如频率调制、振幅调制和各种类型的脉冲调制等，实现在单独隐蔽的且类噪声的传输内添加大量同时用户和大量信息同时“页”的目的。

而且，本发明还提出了一种改进型技术，通过指定dc基带信道(专利480中所述)为信息调制波形使得可以在波形上载有更多信息。

然而，其它的改进包括使用随机时间加抖(random time-dithered)波形，从而防止采用基于相关性的中途截取接收机偷听。

全息技术的新用途包括应用于其他携带能量源的信息，这些能量源诸如相干光源和不相干光源、x射线、甚至γ射线、机械能量源(诸如声学和人类听力范围以外的其他声波)以及诸如亚原子粒子束的物质波，诸如中子。宽范围的媒介使得该技术可以应用于例如任意数量的通信、雷达、基于声纳的设备以及甚至通过诸如钢板或者建筑结构的固体材料的传输。

全息技术的改进

通常将专利480的输出射频波形限定为通过基带信号和调制噪声波形建立的带宽。尽管这样可以满足许多应用，但是某些应用(例如军事、或者诸如应用于大城市区域的高密度民用通信系统)通常需要更宽的带宽。因此，本发明的一方面对无线全息输出波形施加跳频方法。跳频是公知RF频谱扩展技术，例如通过播种算法产生的伪随机跳频序列，该序列主要取决于种子。因此载波从一个频率跳频到下一个频率，设置多于(“快”FHSS)或者少于(“慢”FHSS)每次跳频的数据临时“码片”(例如比特、字节等，通常以临时跳频持续时间测量)。通过采用类似伪随机算法和“种子”使该接收机与同一序列同步。

在本发明的正文中，和没有跳频相比，全息输出波形的跳频有利于扩展频带，如果需要总带宽最多可以达到1GHz。通过与跳频后的带宽和全息波形带宽的比率成比例的因子，这可以增加全息波形的处理增益。由于以有效离散时间“码片”在跨越宽范围的频率上分布该全息信号(已经LPI)，因此该跳频后的全息信号增强了抗干扰能力以及掩蔽性。在典型实施方式中，采用每秒钟进行多次跳频(跳频周期＝1/n秒)，在每个S MHz的频段内具有R个离散跳频频带(在频谱上可以是连续的也可以是非连续的)，还可以使用其它值。例如，n、R、S可以分别是1000、100和1，如果需要的话可以使用其它数值(包括在“慢”跳频域内的数值)。在典型实施方式中，将S选定为包括全部或者几乎全部非跳频全息信号带宽。可以使用符合本发明的任意不同的跳频算法，算法的建立和使用在通信领域属于公知技术，因此在此不作说明。

而且，在全息编码后的波形的实际和虚拟频带中的一个或者两个内可以独立发生跳频。例如，如以上参考专利480中所述，本发明的一个实施方式编码两个波形；即实际和虚拟波形。可以在基本不重叠的且分别具有多个分配载波的频带上发送这些波形(或者甚至在重叠频带发送，这样在频率-时间空间中会发生某些“碰撞”，从而产生一些数据丢失，这种丢失在传统FHSS系统中是可以接受的并不会产生明显的不利影响，其中在传统FHSS系统中分配不同跳频代码的多个用户偶尔在频率-时间空间发生碰撞)。

在不重叠变码中，甚至可以对实际和虚拟波形同时使用同样的跳频代码或序列；但是，通常优选使用不同跳频代码，从而在两个分别包含用于实际和虚拟波形的载波的偏移频率带宽之间可以避免出现任何差拍或者其它相关性。

在重叠变码中，尽管他们必须在时间或者频率上偏移或者交错以防止连续碰撞，但是跳频代码可以一样。但是，该方法会产生差拍或者相关性；因此，优选地采用两个相互之间没有关联的伪随机代码，如上所述这样就会仅仅偶尔发生碰撞。

此外，应该认识到采用不同跳频代码可以提供多“用户”访问。在现有技术FHSS系统中这一点是公知的，分别对系统中的多个用户指定不同的pn(伪随机)或者跳频码，并且只会发生有限或者偶然的碰撞(至少合理的用户数量)。因此，每个用户波形只是以不同时间和不同序列在和其他用户一样的载波组上跳频。随着达到信道容量，开始发生越来越多的碰撞，从而在质量上产生某种程度的“平稳的”下降。以下将对此进行详细说明，在转换之前采用基带频率偏移和/或不同的相位代码可以提供本发明的全息发射机系统中的多址接入。但是，实际上该转换的和发送的(全息)波形看上去和只有一个用户转换的和发送的波形一样。因此，如果作为典型实施方式一部分的上述“单用户”波形可以在载波频域上跳频，那么“多址接入”全息图在功能上也一样可以做到这一点。从跳频算法的观点看，全息图为单用户或者多用户，这一事实并不重要。同样，作为扩展，上述的载波域多址接入方案和全息图是单用户还是多用户无关。因此，本发明可以提供在“多址接入上进行多址接入(MA²)”性能；具体地，要在基带域中进行多址接入的多组波形一起跳频到载波域中。

在一这种变码中，给定第一组用户(U1_a....U1_n)第一共同相位代码，如下所述每个用户具有不同基带频率偏移。给定第二组用户(U2_a....U2_n)第二共同相位代码，每个用户具有不同基带频率偏移。对于两组用户中的每一组采用不同或者同样基带处理器实现的基带处理将每组用户数据转换为各全息波形H1和H2(根据需要每个全息波形仅具有实部或者具有实部和虚部)。然后H1和H2根据各跳频代码pn1和pn2(pn1和pn2至少部分正交)跳频到一组或者多组载波上。对H1和H2的基带处理可以包括同样或者连通的物理设备(诸如U1和U2包括以下所述的多组数据“页”)，或者可选地可以跨越两个或者多个离散硬件环境(诸如每个单独用户的不同发射机)分配U1和U2。

还应该认识到可以使用符合本发明的其他类型的跳频技术，例如包括所谓的“自适应跳频技术”(AFH)。AFH是一种用于避开固定频率干扰信号的方法。用于本发明的跳频技术可以包括例如一个或者多个三准素分量；即(i)信道分类-在一个信道接一个信道基上检测干扰；(ii)跳频序列修正-通过选择性地减少跳频信道数量或者改变序列避免干扰；以及(iii)信道维护-周期性重新评测该信道。信道分类包括检测该干扰网络。在通信领域中存在多种实现该过程的方法，诸如RSSI(接收信号强度指示)测量、连续包误差数量、包误差平均值等。例如参加2004年7月4公告的由Kleider等人的美国专利No.6,084,919，其题目为“Communication unit having spectral adaptability”并且该专利已经转让给Motorola Inc.，在此引入其全部内容作为参考。

和分类技术无关，诸如在信道接信道基上存储信道质量度量。然后使用这些度量分类每个信道(例如，这一点或者是可接受的或者是不可接受的，或者根据某些其他非模糊或者模糊评量表或者计分算法)。一旦已经确定新的优良信道(信道池)，则每个设备修改其“跳频设置”以消除无法接受的噪声或者干扰信道。在任何希望进行通信的设备之间该跳频设定的修正(例如通过其种子)同步(在时间和频率上)。可以周期性执行上述信道分类和修正步骤(信道维护)，诸如预定的间隔、或者在发生一个或者多个事件时，诸如遇到“噪声”信道密度增加的情况等。

如图1a所示，基本发送的全息波形100具有宽带高斯噪声的外观。作为全息图信号，包含在其中的信息主要位于信号的过零点102上。本发明提供的另一改进包括在传输之前削波(或者包络)输出波形，并将该波形转换为等幅但具有随机持续时间106的正负脉冲的随机、二进制信号104(见图1b)。通过本领域技术人员公知的任意数量的不同装置(高速的模拟或者数字)可以实现削波或者包络，因此这里不作进一步说明。如果需要的话可以在基带中完全实施削波或者包络，或者可选择地至少部分在模拟IF或者RF域中实施削波或者包络(诸如采用包络跟踪系统和脉冲形成电路)。有益的是，保留完整地该过零点102。以这种形式，如果需要的话将该传输和其他非隐蔽性电子传输混和以隐藏或者甚至中断其他传输。基于和全息图相关的信号冗余，可以克服由该“混频”造成的信号降级，同时仍然可以恢复基带数据。

本发明提供的另一改进包括采用了前面讨论过的二进制信号发生器，但是将以前的恒定正(+)和负(—)幅值变更为根据在过零点之间非二进制全息波形的平均值改变幅值的二进制脉冲。因此，每个脉冲的幅值变为过零点之间的全息图波形的函数。

现在参照图2a和2b，说明本发明所提供的再一改进。具体地，在图2b的所述实施方式中，采用在原始输出波形的过零点202出现的包含“尖”(短持续时间，例如10ns、1ns、0.1ns)、均匀或者可变幅值的高带宽脉冲210的波形。如前所述，改变脉冲幅值可以是，例如与连续过零点之间的非二进制全息波形的平均值的差值成比例。该方法提高了扩展带宽。当接收到该信号时，可以将该信号重构为二进制全息信号，从该全息信号可以找出基带。这些尖脉冲210并不位于基带信号上，而是位于全息发送的波形上。该方法采用有点类似于当前时间调制超宽频带(TM-UWB)技术的尖脉冲及其高斯单脉冲，但是在全息波形的内容中与在时间上调制脉冲位置相对以编码数据。应该认识到尽管在所述实施方式中说明了“尖”脉冲，但是也可以使用符合本发明的其他脉冲，并由于此原因，因此要调整发送的带宽或者波形。例如，可以采用短持续时间高斯脉冲以及其他脉冲波形。随着需要还可以改变或调制该脉冲幅值。

还应该认识到根据需要上述技术可以单独或者结合在一起使用。例如，可以使用应用如上所述波形削波/包络的FHSS系统。可选择地，也可以采用“尖”脉冲FHSS系统。

还可以暂时混和上述技术，诸如在一个时间段采用“尖”脉冲，然后采用削波/包络脉冲等。通过和如上所述光谱接入展频中所采用的算法类似的第二(甚至第三)伪随机算法控制不同脉冲形式(每个实例的持续时间)之间的“跳频”，从而随机化转换和每个间隔的持续时间。这样，和FHSS方法的情况相比，发射机和接收机之间的同步难度大大降低。因此，设想该三域跳频方法，(i)如前所述跳频载波频率(第一域)；(ii)在两个或者两个以上调制类型中跳频脉冲调制类型(第二域)；以及(iii)跳频每个调制类型的时距(第三域)。如果需要的化，出于简便考虑还可以通过一个跳频算法控制该三个跳频域。

如果有必要的话还可以选择性地采用CDMA或其它系统中公知的置换或者译码类型，以降低脉冲调制转换上的BER(误比特率)(即，在从一个调制方案向另一个调制方案转换的发射机/接收机上丢失一位或者多位数据)；通过在发送的数据流中来回移动该“丢失”的位，其影响是微不足道的。而且，随着相位编码速率的提高，由于在不同的谱值将每一位的多重“拷贝”编码为全息波形，因此更减轻这种影响。

还可以单独或者结合使用符合本发明的公知交错复用器方案(诸如所谓的“自然序”交错复用器，以及经由pn或者可比较序列实施的交错的装置)。例如，2002年3月7日公布的Edmonston等人的美国专利申请20020029364，题目为“System and method for high speed processing of turbo codes”，在此引入其全部内容作为参考，与在上述专利中公开的类似的伪随机固定关系交错复用器也可以和本发明一起使用。应该认识到可以符合本发明使用传统Turbo编码，诸如1995年8月29日公告的题目为“Error-correction coding method withat least two systematic convolutional coding in parallel，corresponding iterativedecoding method，decoding module and decoder”的美国专利No.5,446,747所述，在此引入该专利的全部内容作为参考，该专利公开了对于要发送或者广播的信源数字数据元编码的纠错方法，尤其针对存在高传输噪声的情况。Berrou(Turbo代码)方法包括系统卷积编码的至少两个独立步骤，每个编码步骤均考虑所有的信源数据元、修改信源数据的顺序，在各编码步骤中以该顺序考虑信源数据元，至少一步骤用于信源数据元的时间交错，以及相应的迭代解码方法，在每次迭代中，通过将接收到的数据元和在前一次迭代过程中估计出的数据元的组合获得中间数据元。

当通过基本全息技术与固有地类噪声信号结合时，事实上该处理为潜在拦截者提供了一种难以理解的通信信号混合状态。只有明确熟知全部三种跳频算法知识(以及所使用的任何置换和卷积代码)才能进行检测和解码。由于实际上该跳频序列是完全随机化的，因此该发射能量也基本表现为“白”。

上述说明仅是示例性的；可以对本发明的这些特征进行不同的置换，熟悉本公开指定的无线扩频通信领域的普通技术人员可以很容易的实施这些组合。

同时添加多用户和多页

在扩频带宽中同时具有多用户通信的过程是诸如CDMA(码分多址)的现代蜂窝技术的主要特征，并且也是本发明的特征。在本发明的典型实施方式中，实际上每个用户产生他们自己的波形，具有为每个用户指定的不同pn和伪随机扰频码。这些代码至少基本正交，从而提供(i)随着达到信道容量出现所谓的“性能降级”，并且(ii)在低于容量进行工作时用户彼此之间容易分离。因此，根据不同序列相位编码各用户基带数据，然后添加并进行傅立叶(或者其他)变换以产生全息波形。在接收机处，对这些波形进行逆转换，然后采用同样的相位代码进行解展频。

在本发明的另一典型实施方式中(图3a和3b)，对通信系统中的一组用户(该组可以包括系统用户总数的全部或者子组)提供同一相位代码或者扰频码，但是提供不同的基带频率偏移使得所有用户的窄基带频谱至少基本正交(不重叠)。这些偏移可以包括预定组频率(足够大从而可以分开单独用户的基带，例如音频为10KHz间隔，视频为10MHz间隔，等)，或者可以确定一个或者多个其它参数(诸如选择“中心”频率等)。这种方法对于使用可用扩展带宽和有限可用代码的情况更有效，并且还可以避免“友好代码拥塞”问题，即，当所有用户同时通信时。换句话说，指定用户不能与其通信的那些用户的扩展信号不会用作用于指定用户正与其通信的一用户的主要噪声。这一点和传统的DSSS/CDMA不同，传统DSSS/CDMA采用更大的信道利用会导致信号质量发生某种程度的降级。现有技术和多个个体在小房间以各自不同语言进行单独会话相似，仅是通过不同语言，但是每个附加会话都倾向于提高房间的“喧闹”背景，从而在听力所及范围内降低所有其他会话的质量。相反，本发明的频率偏移方法通过有效地隔离不同的会话以足以使每组会话人员都不会听到其他人的会话来避免提高背景喧闹。

除了降低交叉降级以外，该方法还有利于为每个附加用户像为单用户传输一样地保持(或者限定)恒定处理增益。

作为本发明的另一实施方式，每个不同用户数据结构(例如协议数据包、帧等)均包含明确识别用户的二进制或者其他前缀。在在传输过程中由于延迟偏移频率改变的情况下，频率偏移和帧/数据包前缀均可以提供用户的冗余识别。

在具有10个同时用户的图3a和3b(分别为反射器和接收机)的典型结构中示出上述原理，但是应该认识到本发明可以存在更多或者更少的用户。如图3a所示，传输处理300通常包括首先采用同一展频码302对用户消息数据进行第一编码，然后对各304分别指定频率偏移。具体地，当用户发送信号时，单个调制器采用共同相位码q(t)和各自的频率偏移(F₁、F₂、...F_N)将信号同时转换为调制信号。在一实施方式中，采用二相相移键控(BPSK)调制。

应该认识到还可以使用其他数字调制器技术，包括但不限于其他相移键控(PSK)技术、幅移键控(ASK)、频移键控、连续相位调制(CMP)以及“混和”。其他PSK技术包括但不限于四相相移键控(QPSK)、π/4相移QPSK，以及差分四相相移键控(DQPSK)。ASK技术包括但不限于正交幅度调制(QAM)和n状态正交幅度调制(nQAM，其中n可以等于不同数量的群值诸如64)。CPM技术包括但不限于最小频移键控(MSK)和高斯最小频移键控(GMSK)。混和调制技术包括但不限于残留边带(VSB)。同样，还可以使用四相相移键控(QPSK)将复数全息信号的实部和虚部结合为在空中信道中传输的实信号。

然后对改变频率偏移的信号进行快速傅立叶变换(FFT)306，当然也可以使用其他变换技术(诸如以下将要进行详细说明的余弦变换)。假如数模转换是必不可少的，则采用软件或者硬件DAC转换该信号(见图3c-3e的典型结构)。然后采用发射机308发送该信号，如果需要的话进行如前所述的FHSS展频。在所述实施方式中，采用了射频发射机。但是，如下所述，也可以使用其他发射机，包括但不限于微波(雷达)、声纳、以及物质波发射机。

所述RF发射机可以是任意类型，包括在技术领域中公知的外差或者超外差类型发射机、直接转换结构(诸如由Norsworthy等人于2003年3月4日提交的WIPO公开No WO03077489(PCT/US03/06527)中所述内容，其题目为“RESONANT POWER CONVERTER FOR RADIO FREQUENCYTRANSIMISSION AND METHOD”，以及在2003年3月4日提交的并于2004年2月26日公布的同名对应美国专利公开No.20040037363，在此引入其全部内容作为参考)，或者甚至简化的UWB结构，后者可以避免任何上变换，以及在某些环境中的功率放大器。图3c-3e所示为用于本发明的各种典型发射机结构，当然也可以使用其他结构。这里列出本发明的主要优点，即，全息信号产生过程和发射机结构无关(并且和接收机结构相逆)。

一旦发射，接收机(图3b)接收信号并且如果有必要的话采用模数转换器(A/D转换器)将模拟信号转换为数字信号。使用硬件、固件或者软件及其组合对信号316进行快速傅立叶反变换(FFT^-1)。该接收机系统在确定预期用户目标前通过选择用户偏移频率解展频该信号。然后对该信号进行低通滤波并解调以从数据中提取载波。如图3b所示，所有用户通过一个代码同时进行“解展频”传输，并且接收机中的低通滤波器320将用户彼此隔离。接收机中的其他处理单元允许所有用户同时接收。

尽管对于实际传输指定不同频带是公知广播和通信技术，但是在现有技术中一直用于实际传输波形。但是，在本实施方式的全息技术中，在代码扰频以前在基带信号中指定偏移频带。该发送的全息波形还包括和以前实施方式一样的展频(如果需要，以及跳频)频带；在传输中没有出现上述偏移频带，从而提高了传输的隐蔽性。同样，在逆FFT后直到对变换后信号进行第一代码解展频在接收机才出现偏移频带。因此，本通信系统的实施方式特别适用于军事专用操作以及其他小群体通信(例如相关飞机的飞行)，其中在这些通讯中有限量的用户对隐蔽通信有更高的要求。

还应该认识到可以在固定或者可变大小的块中执行结合本发明一起使用的傅立叶或者其他变换。例如，在一实施方式中，将使用2的幂次方作为变换的基。可选择地，另一实施方式根据变化方案改变块的大小。一典型变化方案包括通过伪噪声(pn)或者其他伪随机化/随机化代码对变换块的大小(诸如在选自2的幂次方的两个或者多个备选项之间)进行有效地随机化。后面的方法有利于提高隐蔽性并防止偷听，由于连续改变变换块的大小(i)在全息信号中进一步消除了“差拍”或者其他容易识别的图案；并且(ii)随机化FFT参数使得即使有人知道正在使用傅立叶变换构建该信号，但是由于无法预测在发射机内使用的变换参数，因此他们很难从逆变换信号中获得有用信息。也可以根据图案(例如在简单实施例中块大小“X”为0，块大小“Y”为1)调制块的大小，从而有效编码其中的信息。该技术对训练用于随后接收的接收机很有用；即，通过块大小调制发送数据序列，其中该块大小调制唯一地识别在上述改变块大小中由接收机和发射机使用的多个可用pn序列其中之一。

此外，指定给多个用户的偏移频率不需要是固定集，而是如果需要根据诸如上述的预定代码图案按逐帧或者按其他基进行变化。该技术有利于进一步随机化发送的信号并将在发送全息信号中产生的可识别的差拍降低到最小程度。在由于信号转变时间导致的发射机和接收机之间出现未知延迟以及出现多径信号的情况还可以允许在接收机更好的识别单独用户。例如，如果向多个用户指定固定组的偏移，多重传播路径的出现会潜在地导致和一个或者多个用户相关的信号降级。相反，通过改变指定给这些用户的频率偏移，给定组的多径信号的影响会随着偏移频率函数而改变，从而限制了发生特定影响的周期。换句话说，每个新的偏移都可以在多径环境中至少产生一些变化。

在再一实施方式中，以素数(即，只能被本身或者1整除的数，包括1、3、5、7、11...n)比对同一扰频码的每个用户指定偏移频率。该技术有助于在发送波形中将可识别的差拍图案降低到最小程度。同样，可以采用其他“低可观测”偏移指定方案，诸如通过如上所述参照频谱跳频频带分配(FHSS)或其它公知方案说明的算法的随机和伪随机分配。作为再一替代，可以使用自适应方法，在自适应算法中根据对信道噪声、多径、干扰、阻塞等的估计进行频率偏移分配。这样，系统可以智能而且动态地向用户分配频率偏移，从而优化信道质量、隐蔽性和其他所需衡量标准。

还应该认识到向多个用户分配相同扰频码和在接收机采用偏移频率将所述多个用户彼此分开的上述特征也适用于实现少数几个或者一个用户大数据量的高带宽通信。在一典型实施方式(图4a和4b)中，通过同时发送的多个“帧”或者数据包的波形数据表示信息。还要注意该帧可以包括逻辑内容流，诸如MPEG视频流。每帧具有同样的扰频码但是具有不同的偏移频率。在一典型传输处理方案中，在执行图4a的傅立叶变换操作(FFT)406之前，一起添加全部不同帧以形成单一混合“超级帧”。

还可以在逻辑信道基上采用每个页或者频率偏移的数据，类似于网络领域中异步传输模式(ATM)系统中使用的公知虚拟路径/虚通道(VPI/VCI)方法。例如，在一实施方式中，采用高层分配算法可以控制给定信息包在不同频率偏移上的分配。在这一点上，实际上每个不同频率偏移均包括不同的数据窄带载波。在逆变换并解展频为基带中的多偏移频率后，采用分包或者成帧协议构建数据包或者其它数据结构使其包含允许在接收机重构信息包逻辑流的标识符(诸如流或者用户ID或者其他机制)。

在再一实施方式中，分别具有大量数据帧的大量用户采用相同的扰频码但是对每个用户采用不同偏移频率，并且每个信息帧均不同。再一次，选择所有的偏移频率以消除发送信号中的差拍或者其他可识别图案(例如，使用如上所述的素数或者其他可比较的机制)。

还可以由系统动态应用上述方法。例如，当需要多(组)用户之间的通信时，每个用户可以分配一频率偏移。但是，在一个或者多个用户希望发送更大数据量的情况，实际上可用频率偏移可以当作带宽，同时一个或者多个用户具有指定给他们的多个偏移。然后如果需要的话这些用户可以继续进行语音通讯，以及使用其他指定偏移进行数据传输，直到达到系统的可用通讯带宽。

这种“数据页偏移”方法还可以用于“突发”通信，例如用户希望在短期内发送大量数据信息。这一特征对于保持隐蔽性(即，传输持续时间越短通常意味着中间截取的可能性越低)是非常有用的，或者关于诸如大建筑物或者隧道的地理或者结构冲突保持通信的连续性。而且，采用延迟突发通信可以降低通信设备的信号处理阈值要求，由于可以更慢地进行信号处理并且实际上可以对以后传输的数据进行“批”处理，这一点不同于要求时间连续性的连续流环境。由于相对于可能仅在有限环境(诸如连续流或者高数据传输速率)需要使用设备的较高性能来说，可以在突发通信模式中可以使用性能较低以及表面积更小而且更便宜的设备，所以该信号处理要求的降低必然会产生功耗和/或成本的节约。

应该认识到在所有上述用于多用户和每用户的多数据页的频率偏移技术中，处理增益可以保留与用于单用户的增益一样并且仅由总展频带宽和单一数据页的带宽的比例决定。还应该认识到用于每数据页和用户的数据速率可以不同并且事实上可以逐帧地动态改变。

通过时间加抖防御拦截

和‘480专利方案典型实施方式相关的发送全息波形主要具有宽带、零均值、静态高斯噪声的外部特征。他们表现为自然背景或者热噪声。这些波形中含有非常少的内容，其中信号的拦截方可以将该内容认为是除有限功率之外的人为内容。但是，在一实施方式中‘480专利方案采用以确定或者可预测的码片时钟率采样的信号。果断而且有经验的拦截者采用在通信领域中公知类型的用于设法识别展频全息频谱内的码片时钟标签的相关接收机，从而以一定可靠性检测传输的出现(虽然可能并不是正在发送的内容)。在许多情况，例如在战争期间对降落飞行员的搜索和营救，或者其他特殊军事行动，甚至除通信内容以外的通信侦察能够提供敌方军队的军事基地以DF或者定位发射机或者至少对于这些的出现发出警告。

对于更隐蔽或者隐秘的全息信号，本发明的典型实施方式通过诸如一小部分基础码片速率(或者加基于素数方案的其他参数)对码片时钟的相位延迟进行加抖。该加抖处理可以明显降低相关接收机在检测全息信号的出现方面的效率，有效消除在可能存在的发送信号中任何规则或者可预测的“人为”分量。如果需要的话，码片速率的加抖可以是完全决定性的，并且依赖于全息信号发射机和接收机公知的随机或者伪随机数序列(诸如通过采用上述伪随机数算法)。可以使用许多商用设备对时钟进行加抖，熟悉本公开的普通技术人员可以很容易地实施这些设备。

在另一实施方式中，通过上述基础扰频码可以导出序列，从而仅需要采用一个代码序列(从而简化通过基带或者其它数字域处理器所需的处理)。然后该接收机“解加抖”该接受到的信号，并恢复具有该保真度的基带消息。实数据和实变换的使用

复数波形(两个分量，实部和虚部)通常需要专用硬件和软件，从而增加了全息方案的成本和复杂性。因此，在本发明典型实施方式中，采用全“实”信号(即没有复数或者虚分量)。这有利于在硬件和软件实施中降低成本以及复杂性。根据需要还可以通过从复数到全实域的适应或者“智能”转换混合两个方法，并且反之亦然。

例如，由于全实处理在计算上需要较少的集成硬件(以及软件)，因此可以关闭基带处理器(或者关闭部分，诸如存储器子系统和/或部分指令流水线)或者基带处理器进入“休眠模式”以省电。考虑以下所述的多核处理器阵列；由于可以降低处理器的复杂性；例如，通过实/复相位编码和变换转换到全实处理，采用诸如“休眠”指令的任何数量的公知技术可以使若干内核甚至全部内核在几个处理循环内进入休眠状态。参见2003年4月10日公布的题目为“Method and apparatus for reducing power consumption in a digital processor”Hansson的美国专利申请No.20030070013，在此引入作为参考，在该专利申请中公开了一种在数字处理器中控制功耗的示例性方法。

傅立叶变换(FFT)代表一种本发明可以使用的从时域到频域的变换技术，虽然也可以使用保持FFT卷积特征的其它类型变换(包括但不限于哈达马(Hadamard)变换和数论变换)。在实数据域中完全可以使用某些其它转换，诸如余弦变换。该全实FFT和余弦变换不但采用实数输入，而且对于变换产生实数输出波形。通常比复数傅立叶变换更快，而且在硬件/软件上实现起来更便宜。但是，众所周知，如果需要的话，还可以使用复数傅立叶变换来同时变换两个实数信号。例如，2002年12月19日公布的题目为“Data processor withenhanced instruction execution and method”Morris的美国待审专利申请No.20020194236A1中公开了一种增强型FFT处理方法和装置，在此引入作为参考，该处理方法和装置甚至允许嵌入式RISC设备以高速执行所需的FFT操作。

在专利‘480中所述的示例性相位码调制器实施方式中通过引入从-π到π全角度产生复数基带信号。但是，通过操作仅具有两个可随机选择的角度例如0和π的调制器，该产生的相位码为由1s和-1s构成的实数(见图5)。然后相位码调制器500实际上作为“直接序列发生器”工作。具体地，如果去除DC基准信号，只保留PSK信号，该转换器操作产生可以和直接序列发生器相比的全实基带信号。实施该方法的代价是损失了在示例性专利‘480接收机中用于在代码解展频以后定位频率偏移信号的DC谱尖峰信号。

因此，在一典型实施方式中，本发明的接收机的配置为从实PSK波形定位Sin(x)/x型分布的谱峰。这可以通过在接收机的处理器上(例如DSP或者阵列处理器)上运行软件算法来实现，虽然也可以使用适用于确定谱峰的其它方法(包括定制ASIC或者硬件逻辑电路)。该峰值检测算法为信号处理领域中公知技术，并因此在此不作详细说明。

在另一相位码调制器实施方式中，通过DC基准代替每个PSK波形的一部分(例如10％-50％)。该方法的优点在于实质上该变换器输入基带仍然是实数(并因此如前所述在处理中可以使用附带降低(attendant reduction))，但是接收机监视谱峰以定位频率偏移信号。实施该方法的代价是数据容量降低。

加倍数据速率

在本发明的再一实施方式中，采用了一种基准的改进方法。具体地，避免使用一个输入信道作为基准信号(用于编码产生容易识别的尖的频谱峰值的定值信号，如图6a所示)，从而通信的数据速率明显增加(例如，在双信道系统中有效加倍)。在典型实施方式中，和其他非基准信道一样，对于实际PSK型数据采用前面基准信道。不是产生接收机用于定位的谱峰，而是产生更宽的Sin(x)/x或者可比较型分布，通过该分布峰值的定位与从原始“尖峰”谱进行峰值定位一样(见图6b)。因此，实现了增强型数据输出。

在本发明再一实施方式中，采用了两种方法的混合版本，在以前用作基准信号的各输入信道的一部分(例如50％-70％)中填入数据。仍然产生用于基准的低幅值谱尖峰，但是和将整个信道投入到产生尖峰的情况相比现在可以发送更多的数据。

从延迟后的全息信号测量距离和其他动态变量

在接受到的全息信号中存在延迟主要是由于从发射机到接收机的全息信号的有限发送时间T。因此，如果测量T为500ns，从发射机到接收机的距离大约为500英尺(电磁波大约以3E08m/s的速度传播)。本领域中公知的谱估计方法允许接收器以通史确定T的精确度测量基带信号的频率偏移，误差大约为50ns数量级或者更低。使用本领域中公知的傅立叶分析直接将在全息信号中的时间偏移(延迟)与解展频谱的偏移频率相关联。因此，本发明提供了采用接受信号估计到发射机的距离的能力。在测量精度为50ns的上述实施例中，范围或者距离精度大约为50ft(15米)。在精度为10ns时，距离分辩能力为约10ft(3米)。而且，通过两个独立的接收机，通过公知的三角测量方法可以很快地定位(在二维中)该发射机。

在一典型实施方式中，为了识别DC尖峰或者其他非数据信号(诸如Sin(x)/x分布，或者其他类型数学分布)的出现以及当前偏移，将该接收机还配置有适于分析解展频接受到的信号的功率谱的装置。见图4c的典型接收机结构。那么该偏移与时间延迟相关，并通过传输速度确定距离。

一旦测量了到发射机的距离，以及建立距离测量的固定时间序列，通过各阶导数的有穷近似还可以确定诸如发射机和接收机彼此之间相对速度和加速度的其他动态参数。例如，如果R1和R2表示在时间上相距时间dt秒的两个连续距离计算，则该发射机和接收机之间的相对速度大约为(R1-R2)/dt。

校正多径失真

在本发明的另一方面，提供了若干用于校正多径失真的装置和方法。图7a和7b描述了方法700的一个实施方式，其中使用滤波分离并去除该时间延迟多路信号。有益的是，在接收机中进行傅立叶反变换后，该多径信号全部进行时间配准，但是多径信号具有他们在空中信道渡越中的时间延迟的频率偏移特性。这是傅立叶变换算法的公知特性。本发明的附加好处在于可以通过单代码(原始扰频相位码的逆)同时解展频所有多径信号。基带的谱显示示出了每个多径信号的单独的功率谱。通过诸如除去指定窗口(例如与原来的传输模式相对应)之外部分的带通滤波去除没有重叠的频谱。可选择地，各种多径传播模式的功率谱具有足够的间隔时，在接收机中，在解展频之后将这些功率谱孤立并相加在一起以形成单一功率谱(如果需要的话，或者可以分成多组或者多个子集)。因此，那些在发射机中以其它方式浪费的发射能量在接收机是至少部分可恢复的。因此，在这种情况下，可以减少除多径附加之外以其它方式所需的发射机功率，从而提供了许多优点，诸如延长发射机电池寿命、降低拦截的可能性、降低和其它RF频带设备的干扰等。

当多径延迟很小而且很多时，则上述频谱带重叠并且通过简单滤波不能分离。该重叠的频带产生表现为信号衰落的重构基带干扰。当前无线技术的缺点在于多径信号不但以上述方式彼此干扰，而且还不能及时登记。这使得和全息技术相比，多径衰落更为严重。为了校正该重叠干扰，本发明采用了许多不同的方法，包括：(i)为了改变多径环境以及因此恢复后的基带谱改变传输频率，或者(ii)以多个频率或者频带(多路技术)同时发送基带信息。另一可以实施的方案是单独或者与频移或频率多路复用使用卷积编码以校正由于多路衰落导致的误差。

另一减少或者消除多径失真的方案是改变基带调制，并且采用不相干模量(绝对值)检测。代替使用相干、正负(+/-)PSK调制，使用单极(0/1)信号表示“0”和“1”位。例如，由直接传输方式和一次反射构成的多径主要由于180度相位反转失真。通过正负PSK，该反转导致0变为1，而1变为0。通过单极(0/1)信号和模量检测，该相位反转不会产生比特误差。该信号的模值根据数据位为0或1，而用PSK，模值恒定为1而和该位无关。

减少或者消除多径失真的再一方案为测量已知发送信号上的失真信号并使用针对该计算出的失真的逆滤波器。这可以通过采用已知的固定幅值基准信号作为接收机信号配准处理的一部分实现，其中该固定幅值基准信号是每个数据页的一部分。

还应该很容易地认识到上述技术可以应用到在改变操作条件的情况下共同和/或动态地在接收机内外进行切换。例如，在一实施方式中，接收机配置为为了动态施加选择过滤和/或增加如上所述的信号，使用高速过滤硬件并且支持在接收机基带处理器或者共用处理器上运行的算法，以使其检测基带中存在的多径模式之间的分离度(例如，不同单个模式之间的重叠度)。可以强制实施阈值标准，从而使得当满足标准(或者多个标准)时，使用过滤和/或附加将该基带功率谱“清理”为单一功率谱。关于信号增加，该方法还可以采用AGC反转信道通信(如下所述)以控制或者建议发射机功率变化。如果在接收机成功地执行模式添加，显然需要更少的发射机功率。

同样，当多径模式高度重叠时，可以切入基带基准信号测量失真以帮助分离原来的传输模式，和/或切入单极调制以帮助清理该基带功率谱。

AGC

在本发明另一方面，为了控制设备发射机的发射功率，根据本发明的全息收发设备(见图8的设备)可选地配备有通常在RF领域公知类型的自动增益控制(AGC)。在现有CDMA系统中，主要使用AGC控制来自移动发射机的功率，从而理想地保持该发射机处于用于到基站的主要距离、环境条件等的最佳功率。这样，不但节约了移动设备功率，而且移动单元不会“淹没”或者冲掉其他低功率或者低信号强度的发射机。

在本发明的上下文中，可以出于不同的原因使用该AGC，诸如保持高隐蔽度。显然，在大多数可能的环境下，较大的发射机功率水平会降低隐蔽性，希望将发射机增益保持在仅仅在空中接口足够维持适当的误码率/SNR(信噪比)的水平。通常来说，这可以按以下方式确定：(a)独立地；即通过测量周围“噪声”环境以及诸如基于关于要以该增益发送信号的增益的在先或者在后信息确定；(b)和接收机相呼应；即等待来自接收机或者诸如公共发射机的其他实体发送的反馈或者AGC指令；或者结合(a)和(b)。为了确定给定发射机增益设定下(或者其他设定，诸如代码展频带宽等)信道的降级水平，可以使用各种信道质量度量，诸如已知信息内容的BER、CRC的使用等。但是由于全息波形的固有冗余，根据各种设计和操作因素即使在时域和/或频域中存在严重的损失也是可以容许的；因此AGC较少发生信道误差并且具有更大的隐蔽性/LPI中之一。

本发明陈述的简单形式“AGC”仅仅是来自接收机的确认；例如开始单路通信(诸如来自图8中设备800中的预先格式化后的消息)。在充分接收并解码该信息时，该接收机可以返回表示结束进一步发送的ACK(确认)消息。如果没有从接收机收到ACK，那么该信息发射机自动增加增益和/或改变波形的其他参数并且再发送消息，希望接受到ACK。直到接受到ACK或者可选择地直到达到预定增益阈值(相当于例如增加拦截可能性的EIRP超出阈值)才停止执行该过程，在该点可以调用改变通信信道和/或参数。类似，远距离接收机使用NACK以识别没有完全接收到到消息、用户确认失败以及其他诸如此类的情况。还可以使用ACK或者NACK选择性地禁止设备，以下将关于图8的典型设备进行详细说明。

微型全息技术

当今的高速(每秒钟进行10亿次浮点运算的处理速度)、低功耗的数字处理器和ScC技术允许以非常小的形状系数集成和构建整个全息发射机和接收机。这里提供了多个采用上述一些或者全部改进的小型化技术的典型实施方式，但是应该认识到也可以结合本发明使用多种其他类型和结构。

现在参照图8和8a，公开了一种微型发射机/接收机的典型实施方式。所述设备800的形状系数大约为3×3×1/4英寸，该设备800包括电池802、存储器804、天线806、显示器808等，但是应该认识到形状因素可以根据需要而改变。该设备800包括可以由单人携带并易于连接到设备和车辆上并且用于识别标志、标识、地理跟踪、时刻准备好的安全和掩蔽通信、搜索和营救无线通信设备、以及“识别敌我(IFF)”的通信设备的微型全息通信系统，该系统包括可选的键区LCD或者电容性“触摸”屏810。还可以将该设备伪装为用于对人和设备进行隐蔽或者秘密跟踪的其他设备。如图8所示的设备在反恐行动和禁止毒品走私活动中是非常有用的，目标恐怖分子和毒品走私人员常常拥有通信拦截设备或者“告诉他们”军队或者执法人员出现的装置。

图8a为说明设备800的典型硬件结构850的功能框图。应该认识到，由于预先说明的全息编码后的信号基本上和载体媒介无关，因此该结构可以使用任意形式的RF接口852。例如，可以对收发器854采用传统外差或者超外差方法，或者可选择地，可以采用直接转换(例如，具有噪声整形编码器的德耳塔-西格马(delta-sigma)调制器)。超宽频带收发器凭借其相对比较简单和低发射功率(从而提高电池寿命或者可选择地允许降低电池尺寸和容量)得到广泛的需求；但是和外差或者其他方法相比主要由于高频UWB信号的传播机制导致该UWB系统在范围上物理有限。2003年12月11日提交的共同待审和共有临时申请序列号No.60/529,152题目为“WIDEBAND HOLOGRAPHICCOMMUNICATIONS APPARATUS AND METHODS”及其后续专利，所有内容在此引入作为参考，该临时申请说明了可以结合本发明使用的典型UWB发射机和接收机，当然结合本发明也可以其他方法使用。

而且，为了符合设备的空间和功耗限制，可以结合本发明使用两个或者多个收发器范例或者空中接口。例如，设备850可以包括UWB和基于外差的收发器，并且诸如基于收发器的范围、所需隐蔽性级别、窄带阻塞的出现等在他们之间选择性地切换。还可以通过诸如这里其它地方所述的SD/CR的软件/固件处理控制该切换或者选择性应用。

图8a的典型设备850还包括基带处理器851(还可以集成微处理器和微控制器功能)、程序和数据存储设备856、直接存储存取(DMA)设备858、GPS接收机电路860、显示单元862和驱动器864、用户接口(例如触摸板或者键区)870和驱动器872、电源874。这些设备的结构和操作对于熟悉电子领域的普通技术人员来说都是公知的，因此这里不作说明。应该认识到图8a的结构仅是结合图8的设备800使用的一种可能结构；也可以采用各种其他特征和结构。

图8的设备800还可选地提供有发送预先格式化或者标准化的消息的附加功能，诸如帮助、受伤的提取或者通知以及任何性质和内容的“停播”记录的。预先计算全息波形编码的消息并在存储器(例如设备的RAM)中存储该消息，以及通过诸如按下设备上的单个按钮立即发送该消息。还可以自动激活发送步骤，诸如当(i)来自外部源(或其它通信)的适当编码并验证后的全息波形，(ii)经过某一时间段；(iii)缺少任何由设备800的收发器接收到的检测到的RF波形，(iv)实现预定位置和坐标组(例如由GPS接收器确定的)；(v)收到来自父用户的生物特征信号(及其丢失，诸如“心跳”监控)；(vi)超出指定环境温度或者其他环境参数；(vii)通过外部和集成检测设备检测抗原和化学制剂；(viii)从武器接收到指示出现故障、弹药用尽等的信号；(ix)靠近另一全息收发器；或者(x)在超出指定阈值时体验到地心引力(诸如可以通过通过电子加速计测量)。该停播记录和分离传输可以明显降低工作量和设备处理器的数据传输速率容量，并且降低成本和功耗要求。

在一实施方式中，在半导体制造领域中公知的专用集成电路(ASIC)的全集成低压“片上系统(SoC)”上执行各种全息通信(该SoC ASIC尤其包括数字处理器内核、嵌入式程序和数据随机访问存储器、射频(RF)收发器电路、调制器、模数转换器(ADC)以及模拟接口电路)。还可以使用闪存存储器，以允许重新编程并下载新代码，这一点在嵌入式设备领域中是众所周知的。

在一典型变形中，该ASIC包括含有一个或者多个嵌入式RISC处理器的超低门数ASIC，该RISC处理器诸如混合由加利福尼亚州圣何塞市的ARCIntenational制造的A600或者A700的16/32位混合ISA处理器内核。这些设备具有高速的处理性能，而保持非常低的门数(并因此功耗较低)。并且在单一芯片中这些设备还已经集成有其他外围设备和设备800的组件，从而将尺寸和功耗降低到绝对最小值。而且，对于更高的处理要求(诸如需要和突发通信相对的“连续”流模式)，可以采用阵列方式的多RISC内核；可以将附加阵列式RISC内核选择性地作为所需处理的函数从而最小化功耗。有益的是，这里所述的全息信号处理的典型FFT(和逆FFT)在硅中具有高可规模化(例如2的幂次方)；因此，可以将诸如16K pt.FFT的给定的“大”FFT打碎为可以动态地分配到阵列中不同内核上的多个子操作，从而最大化地应用ASIC的并行结构。

在另一典型实施方式中，Motorola MRC6011可重配置计算结构(RCF)用作设备处理器的基础。24Giga-MAC MRC6011非常适用于MIPS-intensive和重复性任务(诸如变换处理)，并且对于诸如这里所述的全息编码的计算上密集应用程序提供资源有效利用方案。MRC6011是高度可编程的并且有益的是提供可编程DSP的系统级灵活性和可测性同时还提供和基于传统ASIC的方法相比在成本、功耗和处理性能方面的可预测的好处。具体地，MRC6011在250MHz最高可以达到24Giga-MACS(16比特)，并且在250MHz最高可以达到每秒钟48个4千兆比特复数相关(CC)(0.13微米工艺)。MRC6011采用可扩充的三RCF模数结构，该三RCF模数结构具有16个在软件控制下快速重新配置的重新配置处理单元。该MRC6011还可以处理块交错多路复用数据输入(MDI)数据，并功耗通常小于3W。

而且，该处理器内核(实际上整个SoC设备)可选地包括数字处理器领域公知类型的一个或者多个“休眠”模式(见前面引入的Hansson)，为了进一步保存设备中能量，在非操作期间，该“休眠”模式允许关闭诸如流水线和存储器子系统的内核部分，和/或外围设备。在处理器很少的内激活该休眠模式，从而提高效率。在处理器内核和/或设备800的其他元件中还可以采用半导体领域中公知类型的格雷编码。通过允许在指定时间仅一位发生改变，降低了在IC内消耗的附加能量，从而有利于更多的功率效率(虽然比较慢)操作。

该微型收发器800还可以含有技术领域中公知的微型GPS接收器812(可以是独立部件，或者在硅中配置)，并将微型收发器800配置为以包括具有隐蔽传输消息或者数据的准确位置数据，并提供其它功能(诸如显示当前的用户坐标，自动产生如前所述的消息等)。从其他诸如卫星、高空飞行器附近船只等资源向设置于设备800中的内置“寻呼机”接收器发送诸如那些要求用户执行具体行动或者警告他们附近存在敌军的警报信息。如前所述，设置设备存储器的大小和配置使其包含预先格式化后的信息(例如，具有附加位置数据的“降落飞行员”或者“救伤直升机”，具有所需打击位置的“空中打击请求”，请求所需位置的“高空资源”任务分配等)使得操作者仅需要按下专用按钮就可以激活传输。存储器的大小还可以适于捕捉由可选CMOS或者CCD镜头设备产生的预定量实时视频数据，该CMOS或者CCD镜头设备可以选择性包含在以下将要说明的设备800中。

为了自动确定靠近用户的其他配备有全息技术设备的位置，该设备800还配备有诸如如上所述的测距和三角测量能力。这在GPS定位数据既不可用又不可靠的情况下是非常有用的，诸如在地下或者洞穴系统或者其他自然建造(或者可选地，不适于通过GPS群提供的基于空间的应用)。在设备800的变形中，参照相对或者绝对罗盘方向或者直观上参考用户的其他帧在TFT或者LCD显示器上显示其他用户的位置。还可以将这些数据填入或者流向诸如远程现场指挥官的第三方。

图8的设备800还可以选择性包括增强设备安全性并防止由诸如敌人的第三方秘密使用的一个或者多个验证机制。这些验证机制从简单密码到更复杂的生物特征技术到上述技术的组合。具体地，由于大量陆海空三军、警戒部队等都可以携带该设备800，设计的一个目的是阻止秘密使用并因此由敌人尝试“请求援助”或者将友方军队引入危机安全的位置。操作需要考虑的因素包括(i)拷问威胁；(ii)在由拥有者正常或者非战斗应用期间丢失；以及(iii)在战斗期间来自已故拥有者找回。因此，在拥有者的拷问和死亡情况下可以令人信服地避开纯生物特征方法(诸如指纹)。同样地，单独基于用户知识的那些方法可以从用户“拷问出”；因此纯自由支配的方法是不可取的。

相反，本发明的许多实施方式采用混合不同措施以帮助消除这种秘密使用。在一实施方式中，该混合包括在信号处理领域公知的扬声器识别算法(和麦克风/音频编解码器)。参见2002年7月23日由Trischler等人提交的美国专利申请No.6,424,946，其题目为“Methods and apparatus for unknown speakerlabeling using concurrent speech recognition，segmentation，classification andclustering”，该申请已转让给IBM Corp.，并在此引入其全部内容作为参考。

这种类型的算法与话音识别(即，基本上与发话方无关的词的识别和语言或者语调识别)的区别在于发明的本实施方式识别拥有者声音采样中的特定图案以肯定地识别作为拥有者的发话方，和他们话音的内容无关(根据语言结构)，虽然以下将发话方识别和话音识别有益结合会更加安全。在该实施方式中，该发话方必须不但(i)基于作为配准的拥有者所存储的话音印迹能够明确地被识别为拥有者；而且(ii)背诵恰当的内容(例如仅他们知道的口令用语)。设备800的传输、接收和其他操作都被锁定直到完成适当的验证，并且在验证失败(诸如两次或者三次失败后)甚至可能永久或者半永久性地禁止该设备。

用户还可以自动或者手动调用该(半)永久禁止特征，并在敌人捕捉到期间使用他们的优点。例如，拥有者可以表面上服从逮捕者，说口令用语(但是必须是不正确的)两次或者三次，从而永久性地禁止该设备。甚至可以编程该设备800使其在禁止时(诸如通过存储在闪存存储器中的程序)以表面上发送信号，从而使逮捕者认为该拥有者完全服从并成功地启动了该设备。作为另一变形，可以在该环境下编程该设备800使其向接收机发送“潜在不友好”或者向接收方表示调用错误口令用语的等效消息，从而警告接收机发射机设备800的拥有者可能已经被捕。因此该方法允许拥有者完全以被动方式让接收机知道他/她已经被捕并且仍然活着(由于在发送发生之前必须成功通过话音识别确认)。

同样，可以使用具体消息序列或者消息内容(或者输入命令)禁止该设备或者警告远距离接收机存在秘密使用该设备800的企图。例如，如果失序或者不完全，拥有者可以预编程该设备800以发送预先格式化后的消息的某一序列，如果不是该序列或者该序列不完整可以表示未授权使用。尝试使用该设备的逮捕者或者敌人不会知道序列的内容，并且因此可以发生一系列的传输，接收机可以很容易地识别出他们不符合所需的协议。

在另一变形中，需要用户“周期性”复位该设备；如果没有完成复位，该设备会自动禁止。这里，术语“周期性”表示任何固定或者不固定序列的事件，包括但不限于已用时间、诸如消息发送或者接收的一定事件的“计数”、在附加计程计上登记的英里数等。

在再一变形中，诸如在战场上观测到被捕或者死亡时，使用外部源发送可以远程地禁止设备的全息波形或者其他通信(甚至包括在通过设备800的GPS接收机获得的GPS数据内嵌入代码)。这样，可以立刻并且甚至远程地永久禁止该设备800以阻止敌人使用该设备。可以进一步编程设备中的IC或者ASIC使其“自毁”，诸如擦除采用闪存/非永久性存储器方法的所有程序存储器，向存储器单元的某部分施加电压等。

根据生物特征，可以使用拥有者的话音数据、指纹或者视网膜数据辅助验证。例如，通过使用其输出验证或者使用户无效的外部设备获得视网膜或者指纹数据。进行充分小型化，还可以将这些设备集成到设备本身中，诸如在提供具有足够分辨率和发光源的上述CMOS传感器从而在将设备800(尤其是CMOS传感器)放置于拥有者眼前时“读取”拥有者的视网膜。还可以将摄取或者其他微型无源或者有源RFID设备移植到拥有者体内(例如，在拥有者的皮下注入或者移植“米粒”大小设备，这一点关于人员识别和访问控制的现有技术中是公知的)。然后可以使用RFID设备作为电子钥匙通过将其人体内部分靠近设备800来激活该设备800。该设备800可用发送“唤醒”无源RFID设备的询问场以发送与预先存储或者接收数值相匹配的预编码数据结构或者协议。

为了控制存取和/或信息发送或者和设备800相关的其他功能，还可以单独使用或者结合生物特征使用其他参数或者条件(诸如以上列出的(i)-(x)项)。熟悉本公开的普通技术人员应该认识到还有许多组合。

设备800还可以配置有可以获得本地用户图像并将该图像发送给远程位置的微型CMOS或者CCD照相机(以及支持处理，诸如采样和保持电路、ADC、用于减少存储尺寸和存储以及发送所需的带宽的压缩算法等)。可选择地，该设备800可以通过全息数据链接接收外部视频或者图像数据并在微型显示单元上显示。和传统数码相机类似，还可以对该设备800进行编程从而在该设备内存储一个或者多个用于以后恢复的图像。还可以远程获得该视频和/或“静态图片”，诸如设备800从远程设备接收全息编码后的信号，该接收到的信号编码命令以开始某一事件(例如，“在T＝00:00:00UTC时间开始数据获取”)。这样，拥有者可以简单地将该设备放在指定位置，并随后远程地监控那个位置。

该设备800还可以配置有微型太阳能电池(组)以为设备的至少某些功能提供充足的能量。可以使用该电池或者组“浮动”上述的电池；即在电池输出电压足以驱动正向电流时补充和/或减少电池的消耗。在一实施方式中，使用公知的齐纳二极管；当电池电压向该二极管施加正向偏压时，电流从太阳能电池流向电池端或者设备800的其他部分。该方法在现有技术中普遍存在，并因此这里不作详细说明。

在本发明另一变形中，可以将设备800配置为包括两个或者两个以上空中接口或者RF模系。例如，该设备800配置有适当的信号处理和算法(诸如在上述ASIC或者SoC上的)以识别适当的无线接口和结构，并使其自身适应在空中采用该接口。该限定或者控制无线通信(SD/CR)的软件有助于避免搜寻专用类型的无线通信、频率、协议等(尤其在全息接收机可能存在也可能不存在的战争期间)，并且在一实施方式中，该软件是在由美国军队执行的联合战术无线电系统(JTRS)需求限定的。JTRS建立在软件通信体系结构(SCA)上。该SCA是一种告诉设计者在JTRS中怎样操作不同硬件和软件的各部件的开放式体系结构框架。该SCA使能可编程无线通信以加载波形，运行应用程序，并连网成集成系统。在JTRS中，术语“波形”描述了从用户输入到RF输出的完整射频功能集并且反之亦然。将JTRS波形实施为可再用、便携式、可执行软件应用程序，该软件应用程序独立于JTR系统操作系统、中间设备和硬件。包括宽带网络波形(WNW)、网络服务和可编程无线电组(即，传统收音机盒)的软件应用程序形成JTR组。当与其他JTR组连成网络时，该JTR组变为JTRS。图8b描述了这种关系。该SCA硬件(HW)框架保证在SCA兼容硬件上运行按SCA标准编写的软件。同样地，对于软件应用程序提供一组软件说明书。图8b所示的内核框架提供了位于波形应用和JTR组之间的提取层，使应用程序通过端口进入多提供者JTR组。

在2003年6月19日公布的美国专利申请公开No.20030114163中详细说明了JTRS无线SCA的典型结构，该申请题目为“Executable radio softwaresystem and method”，在此引入其全部内容作为参考，该申请公开了包括对于一个或者多个应用程序作出响应的内核框架层和中间固件层的可执行无线软件系统。该内核框架层包括孤立的平台，该平台与用于多个不同平台的一个或者多个文件中的代码相关，通过指令选择性编译各平台以降低内核框架层具体平台的依赖性。参见2003年9月18日公布的Hanse的美国专利申请No.20030177245，并且题目为“Intelligent network interface”，这里引入作为参考，该专利申请描述了基于SCA的JTRS网络接口，并且在此引入作为参考的2004年7月8日公布的Linn等人的美国专利申请No.20040133554，其题目为“Efficient file interface and method for providing access to files using a JTRSSCA core framework”，该专利申请公开了在JTRS SCA系统环境内改进型文件存取的系统和方法。

随着硅工艺技术、集成度和存储器性能和尺寸的进步，在单个集成电路或者集成电路(芯片集)相关组中可以包含整个(虽然有限)SD/CR，上述SCA的部分或者全部驻留在或者集成有该IC或者独立的存储器设备的存储设备上。在软件、固件和硬件中包含对于在所选空中接口下的识别和随后操作必不可少的SD/CR算法，以适于在图8的设备内，但是应该认识到如果需要的话可以使用其他形状因素。例如，在以毫米为量级的组件中可以应用能有效用作RF收发器前端的公知微型RF SoC设备。因此，本发明描述了和多个不同RF收发器硬件配套硬件连接的共用基带处理器(例如DSP、RCF或者定制ASIC)的使用，全部位于设备800内。该基带处理器还承担SD/CR功能管理的任务，该功能管理包括接收、分析和选择正确的收发器元件和所需通信的空中接口。信息的其它载波的应用

通常，本发明的全息技术可以应用于可以被调制以载有信息的任何类型的能量波或者光束。

例如，除了射频(RF)电磁能以外，本发明易于适用于诸如声纳和其他水下声源的“声”能(例如，在传播媒介中形成压力波)。通过本发明全息技术声波可以制成类噪声，并因此大大增加检测和获取的难度。本发明的这种声学变形的具体应用包括诸如水下声纳技术(例如主动声纳阵列)、声纳浮标、鱼雷(例如Mk-48ADCAP等)、空降导航鱼雷、水下或者浮动水雷以及水下通信(诸如船与船之间隐蔽通信系统)的军事应用，这种情况很难收听、识别和检测噪声调制后的波形。例如，在水下通信(UWC)系统，全息编码后波形的产生完全和在上述RF域中波形的产生类似。使用电子领域普遍应用的声音合成机/编解码器将用户声音(或者其他数据流)编码为数字基带数据集。然后用相位码(或者为全实数或者为复数)对该数据进行相位编码，再然后进行变换以形成全息波形。存储这些波形并且为了LPI抵抗诸如水下宽带被动球面阵或者拖曳基阵的宽带检测系统突发式发送该波形，或者与此相反以低功率电平并且高代码展频带宽连续地发送这些波形(例如，基本上和除了UWC以外的UWB等效)。

而且，在本技术中可以采用于诸如适用于海洋等高线绘制、深度检测、流速分布线、海洋生命检测(例如，所谓的“鱼探仪”)或者甚至用于对接估计的高频近似检测声纳的其他类型声纳系统。例如，可以很容易地修改由加利福尼亚州圣地亚哥的Rowe-Deines Instrument，Inc.(RD Instrument)提供的声学多普勒剖面流速仪(ADCP)使其包括根据本发明的LPI信号处理，从而提供为诸如军事水下应用提供出色LPI剖面流速仪。在此引入1996年1月9日公告的Brumley等人的美国专利No.5,483,499的全部内容作为参考，其题目为“Broadband acoustic Doppler current profiler”，该专利申请描述了与全息编码波形兼容的典型宽带声学多普勒剖面流速仪系统。具体地，对通过该设备产生的宽带波形进行全息编码(即，相位编码然后进行数学变换)以产生宽带“噪声”谱，然后将该谱调制到换能器输出上。因此通过全息编码后的更具隐蔽性的“烂泥”可以替代现有技术的尖宽带脉冲。如其他部分所述，可以使用这些波形的基带谱确定范围(大概为2x，由于输出并返回传播路径)；即，采用一个或者多个诸如DC尖峰或者Sin(x)/x分布的非数据信号来确定基带频率偏移(以及因此具有公知的传播速度的距离)。还可以采用许多方法通过全息编码波形恢复多普勒信息；包括(i)对已知持续时间的脉冲进行关于时间压缩或者扩展的分析；或者(ii)分析基带的功率谱以观察对在脉冲传输上的基带中编码的非数据信号的影响(例如，在与发射脉冲相对的接收脉冲中功率谱的上移和下移)。

而且，由于该全息编码是独立于承载介质，因此父辈声学系统可以包括任意数量的换能器配置，例如包括相控阵列、球面阵列、宽孔阵列(WAA)、拖曳基阵等。

而且，为了进一步适应辐射声学标签或者本地声学环境本发明介绍了声学“覆盖”的应用。例如，该覆盖可以包括附加和通信信号同时发送的伪装信号或者干扰信号。这些重叠可以是(i)提高LPI通信信号传播中的环境或者背景噪声级别，和/或(ii)提供扰乱或者干扰信号，意欲使倾听任何实体认为是另一信源或者用于LPI信号的原因。

作为第一应用的实施例，可以同时发射低强度宽带(例如宽频谱)信号或者引入LPI信号。从而提高海洋背景“噪声”。然而，在该方法中必须采用维护以避免在倾听主体的宽带传感器(例如潜水艇声纳“DIMUS”迹线)中产生表现为象声“辉点”的内容，实际上是一种比从方位角/仰角坐标发出的噪声突出的水声信标。

作为第二应用的实施例，可以复制诸如鲸、海豚或者小虾(所谓的“生物”)发出的海上自然声音并通过LPI信号发送，以尝试欺骗收听方认为(或者，最少分析)检测到的声能的信源为原始自然源。该生物声音还可以执行上述(i)的功能；即，由于提高了背景或者环境的声级(db)造成某种程度上他们的能量可以伪装LPI信号。

而且，欺骗性覆盖不必要限于生物。例如，一个国家的潜水艇或者船可以辐射另一个国家或者另一类潜水艇或者船只的宽带和/或窄带噪声信号特征，以关于船的真实实体欺骗收听实体。由于如果不是所有潜水艇/水面潜艇分类系统那么就是大多数这类实体是都以声学信号工作(例如，宽带特征、窄带“音调”、推进叶片速率、瞬时、等)，因此这些系统可以被完全无声平台所欺骗，该无声平台具有第一特征外形但是辐射第二、更加突出的欺骗特征。例如，在收听者正希望收听到或者检测到具有特定特征的潜水艇的情况，并且如果没有“伪装”则可能检测到LPI信号，由于收听者几乎不可能对表面上友好船只的声学信号中的LPI信号进行分析，因此希望和LPI信号同时发送欺骗性的声学信号。

在本发明的另一方面，为了建立通过拦截技术无法检测的类噪声信号，可以将这里所述的全息技术应用于调制微波(诸如用于雷达中)或者在数据传输链接使用的所谓“毫米波”。在雷达环境中，该掩蔽发送的功用是不言而喻的。例如，由于许多军事平台采用信号检测设备检测RF/电磁信号并评估威胁性(所谓的“ELINT(电子情报)”和“SIGINT(通信情报)”)，因此以基本无源方式扫描或者询问的能力可提供巨大的战术利益。

例如假设在沿海水域操作上述潜水艇。许多防御或者军事设置(或者他们的巡逻水面舰船)采用海面搜索雷达扫描靠近的轮船、小舟或者其他异常物(诸如潜水艇潜望镜)。当前态的技术雷达(包括合成孔径雷达或者SAR，如下所述)可以检测到非常小的非数据信号，包括例如鸟、表面波等。然而，所有现有技术的系统还要受到有源辐射的能线图，即如果适当装配产生非数据信号的船只(例如潜水艇)，则该船只可以检测到沿岸雷达的电子特征并减轻其的雷达反射截面(RCS)，诸如通过马上降低其传感器/潜望镜。因此，在现有技术中，该潜水艇具有“打完就跑”RCS优点(即，仅在非常短的时间周期存在小的RSC)，从而限制了其被检测到的机会。

但是，要是通过使用不可检测到的(最小LPI)的雷达系统可以战胜潜水艇ELINT/SIGINT传感器的效用，那么为该潜水艇提供安全性错觉，从而该潜水艇可能较长时间周期暴露其传感器/潜望镜。由于这些通常位于桅杆上的传感器不能达到完全“掩人耳目”(即，RCS永远不会完全消除)以在某种程序上防御SAR和其他可比较雷达，因此在这种情况本发明的LPI雷达系统改变从潜水艇到扫描雷达的战术利益平衡。

还可以很容易地设想到本发明LPI雷达的其他应用。例如，诸如F-117夜鹰机、F-22猛禽战斗机和B-2Spirit的低空侦察(秘密行动)机为了保持其隐蔽性通常在操作期间严格限制“有源”RF发送。这里尤其对于导航和侦察传感器，与其使用有源RF雷达，倒不如用诸如FLIR的无源系统替代。但是，在某些环境中，如果能够保持隐蔽性则希望具有雷达系统(尤其对于远距离威胁侦察)。由于本发明的LPI雷达系统有效消除了传统雷达能量特征，因此该LPI雷达系统能提供这些性能。同样地，可以向上述潜水艇或者水平舰艇(诸如在随后用Aegis相位的阵列武器系统的SPY-1A/D变型)提供现有潜水艇和海军雷达技术所缺乏的“无源”雷达性能。

在一典型实施方式中，本发明的全息技术适用于具有天线/孔径、发射机模块、接收机模块、信号转换器(根据需要，例如ADC)、以及信号处理模块的基于多普勒的雷达系统。可以在软件、固件或者硬件及其组合中执行上述的全息信号处理。本发明具有重大意义的优点在于执行基带全息信号处理与载波和载体介质无关。在一实施方式中，在信号处理模块中的信号处理器(例如DSP)内一起执行全息处理(包括傅立叶或者余弦变换等)以及多普勒处理。在傅立叶变换的情况，采用本技术领域中公知的FFT信号算法来实现。有益的是，这种方法对现有系统只需作最小程度的修改，因此加强了改进性能。

如以上所述，简单的雷达测距可以通过测量基带功率频谱里的频率偏移来完成。很容易将以上描述的声学领域中诸如用于ADCP声纳的测距和多普勒测量技术扩展到射频或微波系统。

如果需要本发明还可以用于脉冲波和CW(连续波)系统，根据本发明所公开的每一种系统的修改都很容易实现。

本发明也适用于合成孔径雷达(SAR)系统，如加利福尼亚州圣地亚哥通用原子公司制造的AN/APY-8Lynx^TM SAR。合成孔径雷达(SAR)是指一种通过组合当雷达天线沿着它的飞行轨迹移动时接收到的信号(反射波)来合成一个长天线的技术。孔径这个术语是指用于收集用于形成图像的反射能量的孔。在雷达的情况下，孔径包含天线。合成孔径是通过沿着父平台的飞行轨迹的一系列位置移动真正的孔径或天线构成的。当雷达移动时，在每一个位置发射一个或多个射频脉冲；返回的反射波通过接收器并且保存在“回波仓库”里。因为雷达是相对目标移动的，返回的反射波是多普勒偏移的。多普勒频移和已知频率或基准频率相比而言允许返回的信号“聚集”在唯一一点上，有效地增加了成像这一点的天线的长度。通常被称为SAR处理的这种聚集操作是数字化的并且符合图像中每一点的多普勒频率的变化。这种处理需要关于在平台和成像目标之间的相对运动的非常精确的知识。然而，本发明所需的LPI信号处理同时易于适应SAR处理(如：使用任意多个方便的高速数字处理器)，从而适用于并行孔隙合成和全息处理。

LPI雷达也适用于武器系统，如那些使用用于终端导航的有源雷达系统，以增加他们的“隐形性”。例如，可以很容易地修改如AAMRAAM，HARM，AIM—7麻雀，AIM-54C凤凰等的有源空对空系统以合并有这里所公开的LPI全息波形和雷达技术。利用有源终端相位自导导弹的如战斧反舰导弹(TASM)或UGM-84鱼叉的反舰(Anti-ship)武器也可以非常受益。根据本发明，甚至利用GPS，地形学的等高线和/或“现场”匹配(如TERCOM，DSMAC)等技术的如ALCM，战斧(TLAM)或者联合直接攻击军火(JDAM)的传统无源系统也可以适于包括根据本发明的“无源”雷达系统。例如，无源LPI雷达能够用在中间路线或是终端导航系统(如开/关收集用于分析及比较GPS/TERCOM/DSMAC数据的周期性“快照”)，威胁检测和避免(如基于发射之后到达终端之前检测到的威胁动态地改变路由)，武器及其父平台(或路由到相同或不同目标的其它精密制导武器)之间的“隐形”通信或遥感勘测；参见在此引入作为考的共有美国临时专利申请序列号60/537166，该专利申请是2004年1月15日提交、题目为“APPARATUS AND METHODS FORCOMMAND，CONTROL，COMMUNICATIONS，AND INTELLIGENCE”，或者无源LPI雷达能够用于到或来自精密制导武器等的安全GPS通信。本发明的LPI雷达类似地可以用于补充甚至替换在ALCM/TLAM或类似系统中出现的TERCOM无线高度计。

此外，远程有人驾驶机(RPVs)和无人空中机(UAV/UCAV)，如通用原子捕食者(Prrdator)，蚋蚊(Gnat)，徘徊者(Prowler)，奥特斯(Altus)单元或者Teledyne RQ-4全球鹰，可以配备本发明的全息雷达和通信系统.这样就提供了一种目前船上雷达或通信系统所不能提供的具有加强的隐形和隐蔽性的机型。

在低轨道空间系统中部署的防地面/空中武器，如航天飞机或卫星也可以利用本发明的LPI雷达，用于隐形和无源雷达目标获取或导航。例如，空对空武器能够利用LPI系统以预防目标或终端导航雷达的检测。基于雷达的轨道智能卫星(如Lacrosse系统)或地球测绘/资源检测也可以从本发明的应用中获益，即对于总资产操作方(overhead asset operator)可能需要隐蔽雷达测绘或控地雷达扫描。

从以上所述可以认识到本发明的LPI雷达可以找到上万个不同的应用，所有这些应用根据本发明公开的雷达领域中的那些普通的技术人员就可以实现。

在毫米波或卫星数据系统(如用于高速数字网中的长距离点对点主干数据传输或卫星电视网中DSS内容信号的传输)中，本发明也可以用于增加这些传输的隐蔽性，由此越来越多地挫败偷偷侵入或修改数据流的企图。本发明的LPI及其它特性都可以减少检测和“入侵”数据的可能性，从而加强了安全性。而且，使用本发明的LPI方法发送的数据可以诸如通过使用公知的加密技术(公钥/私钥，数据加密标准)或任何其它公知的技术进行加密并且进行保护以防止被破坏、窃取等。本发明也与卷积及其它误差校正技术(如系统的或非系统的“增强(turbo)”编码)兼容，这就加强了通信信道的健壮性.

另一方面，本发明的全息技术还适用于包括可见光、不可见光、伽马射线、X射线的高频电磁辐射(EMR)。因此LPI光/伽马/X射线扫描或通信系统易于制造。这些EMR源可能是相关的也可能不相关。例如，激光(相关)系统可以使用本技术以产生用于扫描或其它用途的LPI光束，诸如用于诸如手持反装甲或防空武器如TOW，标枪(Javelin)或毒刺(Stinger)，战斗坦克(像M1A2，布拉德利(Bradley)，斯托瑞克(Stryker))，飞行器(如AH-64ApacheLongbow，AC-130Spectre等)或船等的激光测距器或目标指示器(画笔)。

集成了无人地面和空中机的诸如计划未来作战系统的集成作战系统也能从使用本发明获益。这些设备和现有的“脏的”或非LPI系统相比具有更好的隐形性和致命性的优势，从而为父平台或用户提供了更具有战术性的优势。

本发明的另一方面，亚原子粒子光束(如电子/正电子，中子，质子甚至微中子)可以根据上述的全息技术进行调制。由于使用粒子光束和其它物质波已经非常普遍，信息也可以通过各种调制技术如二进制脉冲振幅调制来调制到光束上。由于这些光束以相对论的速度移动，信息也能够像传统无线电波那样以几乎同样的速度传送。而且，这些粒子多数可以以非常低的相互影响的概率穿透行星大小的物体。

示例性有线应用

虽然本发明上述的实施方式都是与无线通信系统相关的，但是本发明的应用并不限于此。例如，已经认证到，包括但不限于：射频同轴电缆系统，跨海电缆，NAVY SOSUS光纤电缆矩阵，光学系统，甚至标准“POTS(光学地面模拟器)”电话系统的有线通信系统都可以用来作为全息信号的承载介质。

在电缆应用中(即，HFC(高频电流)网络)，本发明优点在于便于使用更有效的调制技术。例如，目前256或64QAM(正交幅度调制)的效率支持在一个6MHz信道上达到28mbps的峰值传输速率，所以256或64QAM主要用来通过同轴网络发送下行数字数据。但是，它对干扰的敏感性使它不适用于上行传输。本发明减少了这种敏感性。同样，由于VSB(残留边带调制)比通常所用的QPSK速度更快，所以传统上VSB也被用于在混合网络进行上行数字传输。但是VSB也比QPSK对噪音更加敏感，所以它的使用也有限。同样本发明减少其敏感性。参见先前引入的2004年1月21日提交的共有美国临时专利申请序列号10/763,113，题目为“HOLOGRAPHIC NETWORKAPPARATUS”。

本发明无需安装整个新系统就可以扩展目前通信系统的能力。通过本发明还可以增强包括非数字、模拟调幅或是频率调制等任何类型的基带调制的能力。例如，目前电话调制解调器(即，1200比特调制解调器)和寻呼系统使用频移键控(FSK)信号。通过这些系统更安全的传输数据更有利于扩展使用。此外，由于全息通信方法也可以用于幅移键控(ASK)信号，所以光纤系统也可采用这种技术。

全息技术还可用于互联网或其它“非可信”网络交易来增强其安全性，增加冗余(通过卷积)等。除了上述的用于部分骨干网的毫米波系统，隐蔽全息通信可以在网络中的其它点开始，甚至远在网络外的终点(如用户终端)。因此，本发明可以用于完善或者替代传统安全范例如虚拟专用网(VPN)，其中在一个安全子网内的用户可以通过一个不可信的网络以安全的方式向另一个安全的子网发送封装打包的数据。

本发明的某几个方面是按照一个方法的步骤的顺序来描述的，这些描述仅仅说明本发明更广泛的方法，可以根据具体的应用的需要进行修改。某些步骤在特定环境下可能不需要或可选。此外，在公开的实施方式中可以增加某些步骤或功能，可以改变性能的一步或多步顺序。所有这些变化在本发明公开和权利要求中都考虑到了。

以上详细描述已经显示、描述和指出了本发明的新颖性，适用于各种实施方式，在不背离本发明精神的情况下，可以理解熟悉本领域的技术人员可以对说明的设备或过程的形式和细节进行各种省略、替换和改变。以上的描述是目前可以预期的实施本发明最好的模式。以上描述作为本发明一般原理的说明，但不作为对本发明的限定。本发明的保护范围由所附的权利要求决定。

Claims (101)

1、一种射频装置，适用于全息编码基带数据和传输所述编码后的数据。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述编码包含至少使用相位码对所述基带数据进行相位编码，并且随后对所述相位编码后的数据进行数学变换。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置适用于对所述编码后的数据中至少一非数据信号进行全息编码，所述至少一非数据信号用于在接收机中测定所述装置和接收机之间的距离。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一非数据信号包含所述基带数据中出现的直流尖峰信号。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述全息编码后的数据在所述传输过程中，是依照至少时间的函数分布在多个频率中。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的多个频率总共包括大于1GHz的频率带宽。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基带数据包含多个信信源数据元，所述装置还设定成：

实施采用系统卷积编码的至少两个独立且并行的步骤，每个所述编码步骤考虑所有所述信信源数据元，并且提供编码后数据元的不同系列的并行输出；以及

临时交错所述信信源数据元，来修改所述信信源数据元的次序，考虑将所述信信源数据元以该次序用于至少一个所述编码步骤。

8、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的依照至少时间的函数在多个频率中的分布包含快跳频。

9、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的依照至少时间的函数在多个频率中的分布包含慢跳频。

10、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述全息编码包含产生分布在完全无重叠的第一和第二频带上的实波和虚波，所述依照至少时间函数在多个频率中的分布包含在各自的所述第一和第二无重叠频带内，每个所述实波和虚波分别在第一多个频率和第二多个频率中跳频。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的所述实波和虚波跳频包含各自用与其它跳频码基本上正交的跳频码进行跳频。

12、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的全息编码包含产生分布在基本上无重叠的第一和第二频带的实波和虚波，所述的依照至少时间的函数在多个频率中的分布包含所述实波和虚波中每一个在第一多个频率和第二多个频率上分别跳频，所述第一和第二多个频率占有的总带宽彼此基本上重叠。

13、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的基带数据来自第一多个数据信源和第二多个数据信源；

其中，来自所述第一多个数据信源的数据用于形成第一全息编码波形，而来自所述第二多个数据信源的数据用于形成第二全息编码波形；

其中，所述第一和第二全息编码波形在所述传输过程中每一个都依照至少时间的函数分布在多个频率上。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的波形分布至少部分是通过为所述第一和第二波形中每个分配与所有其它跳频码基本上正交的跳频码来实现的。

15、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述数据信源中至少一部分包含基本上打包后的数据流。

16、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述全息编码后的数据包含多个整形后的脉冲。

17、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个整形脉冲包含整形后的振幅的脉冲。

18、根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述多个脉冲中单独之一是振幅相等但是极性变化的脉冲，所述极性是至少部分地基于与其相对应的全息编码后的波形的值确定。

19、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置产生全息编码后的波形，而所述多个脉冲中单独之一是持续时间变化的脉冲，所述持续时间至少部分是和所述波形的过零点相关。

20、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个脉冲中单独之一是持续时间变化和等振幅的脉冲。

21、根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述整形振幅包含参照方案改变各脉冲的振幅。

22、根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述装置产生全息编码后波形，并且所述方案包含根据所述全息编码后的波形的过零点之间的平均值改变振幅。

23、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置产生全息编码后的波形，所述多个脉冲中单独之一包含基本上设置在所述波形中每个过零点处的短持续时间脉冲。

24、根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述短持续时间脉冲具有基本上一致的持续时间。

25、根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述短持续时间脉冲具有基本上一致的振幅。

26、根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述脉冲的振幅依照所述在全息编码波形过零点之间的平均值而变化。

27、根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述短持续时间脉冲具有一致的极性。

28、根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置产生全息编码后的波形，所述多个脉冲之一包含基本上设置在所述波形各过零点处的宽带高斯单脉冲。

29、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基带数据来自多个信源。

30、根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述装置为至少部分所述多个信源的每个部分分配一偏移频率。

31、根据权利要求30所述的装置，其特征在于，每个所述分配的偏移频率是不同的。

32、根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述偏移频率是至少部分基于质数序列来分配的。

33、根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述偏移频率是依照时间函数变化的。

34、根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述全息编码后的波形是通过对所述基带数据进行编码以产生第一相位编码数据以及随后对所述第一相位编码后的数据上执行至少一数学变换产生的。

35、根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述相位编码包含使用共用相位码对所述多个信源中每个的基带数据进行相位编码。

36、根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述相位编码包含使用不同的相位码对所述多个信源中每个的基带数据进行相位编码。

37、根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述多个信源包含单独用户。

38、根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述多个信源中至少部分包含逻辑数据信道。

39、根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述逻辑数据信道包含打包后的协议流。

40、根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述全息编码包含对所述基带数据进行相位编码以产生第一相位编码后的数据，并且随后对所述第一相位编码后的数据进行至少一数学变换。

41、根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述全息编码包含使用共用相位码对每个信源的所述基带数据进行相位编码以产生每个信源的第一相位编码后的数据，随后所述信源中至少一些的相位编码后的数据进行频率偏移以产生第二相位编码后的数据，随后利用至少一数学变换对所述第二相位编码后的数据进行变换。

42、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置适用于使用至少一种加抖后的时钟信源对基带数据进行全息编码。

43、根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述加抖包含改变所述至少一时钟信源的相位延迟。

44、根据权利要求43所述的装置，其特征在于，所述相位延迟的改变是确定性地执行。

45、根据权利要求43所述的装置，其特征在于，所述改变包含基于质数序列的改变。

46、根据权利要求43所述的装置，其特征在于，所述改变包含依照第一伪随机序列改变。

47、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时间加抖应用在用于对所述基带数据进行相位编码的时钟源上。

48、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据将在实域内唯一编码。

49、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述编码包含至少只用实相位码对所述基带数据进行相位编码。

50、根据权利要求49所述的装置，其特征在于，所述实相位码包含圆周率π的整数倍。

51、根据权利要求49所述的装置，其特征在于，所述编码还包含对所述相位编码后的数据上执行全实快速傅立叶操作。

52、根据权利要求49所述的装置，其特征在于，所述编码还包含对所述相位编码后数据执行全实余弦变换操作。

53、根据权利要求49所述的装置，其特征在于，所述相位编码包含用共用全实相位码对多个信源的每个基带数据相位编码。

54、根据权利要求49所述的装置，其特征在于，所述只有实部的相位码是依照完全随机的序列选出来的。

55、根据权利要求48所述的装置，其特征在于，所述装置还可以配置为在实域和复数域内对所述基带数据选择性编码。

56、根据权利要求55所述的装置，其特征在于，所述在实域和复数域内的编码包含(i)用实数和复数相位码对所述基带数据相位编码产生相位编码后的数据，以及(ii)对所述相位编码后的数据进行复数变换。

57、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置基本上微型化和便携化。

58、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，所述装置是电池提供动力的。

59、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，所述基带数据包含在所述装置的存储器中存储的预定格式消息。

60、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，还包含一种适用于接收用户输入的触摸式用户界面。

61、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，更包含一种适用于分辨至少一个用户的发话方识别系统。

62、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，所述装置包含至少一种LPI突发传输模式。

63、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，所述装置还可以配置为对至少一个生物特征参数求值从而验证其用户。

64、根据权利要求63所述的装置，其特征在于，所述生物特征参数包含所述用户的发声。

65、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，还包含一个适用于对全息编码信号接收和解码的接收机。

66、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，所述装置包含一种超宽频带发射机。

67、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，所述装置包含一个直接转换德耳塔-西格马发射机。

68、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，所述全息编码包含用只有实部的相位码和数学变换对所述基带数据编码。

69、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，还包含一个适用于产生和地理位置相关数据的全球定位系统接收器。

70、根据权利要求69所述的装置，其特征在于，所述装置适用于包含至少部分和预定格式消息内的地理位置相关的所述数据。

71、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，还包含一个带有至少一休眠模式的数字处理器。

72、根据权利要求57所述的装置，其特征在于，还包含集成电路，其适用于在包含所述集成电路的多个单独精简指令集内核中，选择性地进行大规模数学变换操作。

73、一种射频通信装置，适用于接收和解码全息编码信号。

74、根据权利要求73所述的装置，其特征在于，所述信号在多个频率中跳频。

75、根据权利要求74所述的装置，其特征在于，所述解码包含(i)解跳频所述跳频后的信号，(ii)在所述全息编码后的信号上应用至少一种数学反变换，然后(iii)采用第一相位码解码以产生基带数据。

76、根据权利要求75所述的装置，其特征在于，所述跳频包含在各自的不同频率组中分布每个实波形和虚波形，以及所述逆跳频包含由每个实波形和虚波形恢复分布的波形。

77、根据权利要求75所述的装置，其特征在于，所述跳频包含在基本上相似的频率组中用不同的跳频码分布每个实波形和虚波形，所述逆跳频包含从每个实波形和虚波形恢复分布的波形。

78、根据权利要求73所述的装置，其特征在于，所述编码信号包含多个整形脉冲。

79、根据权利要求78所述的装置，其特征在于，所述解码包含(i)探测所述脉冲，(ii)在所述全息编码信号上应用至少一种数学逆变换，然后(iii)用第一相位码解码产生基带信号。

80、根据权利要求79所述的装置，其特征在于，所述多个整形脉冲包含具有恒定振幅但持续时间改变的多个脉冲，所述改变持续时间是和用于产生所述脉冲的全息编码后的波形的过零点相关。

81、根据权利要求79所述的装置，其特征在于，所述多个整形脉冲包含具有基本上恒定的持续时间的多个脉冲，所述脉冲基本上分布在用于产生所述脉冲的全息编码后的波形的过零点。

82、根据权利要求79所述的装置，其特征在于，多个整形脉冲包含具有依照用于产生所述脉冲的全息编码后的波形的平均振幅改变的振幅的多个脉冲，所述平均振幅在所述波形的过零点之间测得的。

83、根据权利要求73所述的装置，其特征在于，所述编码后的信号包含来自多个信源的数据。

84、根据权利要求83所述的装置，其特征在于，所述解码包含(i)对所述全息编码后的信号执行至少一数学逆变换；(ii)采用第一相位码解码以产生基带数据；以及(iii)识别在所述基带数据中来自所述多个信源的所述数据。

85、根据权利要求84所述的装置，其特征在于，所述识别包含分析和所述基带数据相关的功率谱。

86、根据权利要求83所述的装置，其特征在于，所述解码包含(i)对所述全息编码后的信号执行至少一数学逆变换；(ii)采用多个相位码解码以产生来自多个信源的各自的多组基带数据。

87、根据权利要求73所述的装置，其特征在于，所述全息编码后的信号至少部分是用第一加抖后的时钟源编码的。

88、根据权利要求87所述的装置，其特征在于，所述解码包含使用具有第二加抖后的时钟源的相位解码器。

89、根据权利要求88所述的装置，其特征在于，所述第一和第二时钟源依照基本上相同的加抖序列进行加抖。

90、根据权利要求73所述的装置，其特征在于，所述全息编码后的信号通过多重传播路径到达的。

91、根据权利要求90所述的装置，其特征在于，所述解码更包含取回基带数据，并且基本上基于所述数据产生功率谱。

92、根据权利要求91所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于至少部分基于所述功率谱对所述基带数据进行滤波。

93、根据权利要求91所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于至于部分基于所述功率谱组合所述基带数据的至少两部分。

94、根据权利要求93所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于至少部分基于所述组合行为向发射机传输增益控制信号。

95、根据权利要求91所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于至少部分基于所述功率谱在过滤还是添加至少部分所述基带数据之间进行选择性地挑选。

96、根据权利要求91所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于至少部分基于所述功率谱传输用于变更所述编码信号的传输频率的信息。

97、根据权利要求91所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于传输用于变更用于传输所述编码数据的发射机的调制模式的信息。

98、根据权利要求97所述的装置，其特征在于，所述调制模式的变更包含使用绝对值调制。

99、根据权利要求91所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于探测用不相干模数调制后的信号。

100、根据权利要求91所述的装置，其特征在于，所述编码后的信号编码是用一公知的基准信号编码的，所述装置还适用于识别所述已知基准信号。

101、根据权利要求100所述的装置，其特征在于，所述装置还适用于至少部分基于所述已知基准信号对所述编码信号施加逆过滤。

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