CN101588639B

CN101588639B - 第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统

Info

Publication number: CN101588639B
Application number: CN2009100320812A
Authority: CN
Inventors: 黄风义; 姜楠; 唐旭升; 张在琛
Original assignee: S-TEK (SHANGHAI) HIGH-FREQUENCY COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd; Southeast University
Current assignee: S-TEK (SHANGHAI) HIGH-FREQUENCY COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd; Southeast University
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: CN101588639A

Abstract

本发明公开了一种第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统，属于无线通信双模式可重构系统集成领域。本系统包括发射机和接收机，发射机选择直接上变频后的第四代移动通信(4G)射频信号或脉冲无线电超宽带(IR-UWB)通信信号，经过可重构功率放大器放大后通过智能天线发射到空间；接收机从智能天线接收信号后输入到可重构低噪声放大器，将4G移动通信信号下变频、模数转换或将IR-UWB信号高速采样，再输入到基带进行信号处理，从而实现两种通信系统的可重构集成。本发明中4G系统为直接变频结构的宽带通信系统，IR-UWB不再具有传统的中频和射频概念，通信过程不需要调制解调，使该系统同时兼容两种通信标准。

Description

第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统

技术领域

本发明涉及一种第四代移动通信(4G)与脉冲无线电超宽带(IR-UWB)通信系统集成的可重构系统，属于无线通信双模式可重构系统集成领域。

背景技术

目前，移动通信发展的一个重要趋势是单个通信终端可以兼容多种通信标准。例如第三代(3G)蜂窝移动通信系统与蓝牙(Bluetooth)或无线局域网(WLAN)等无线通信系统的集成。兼容多个通信标准，如兼容GSM(Global System for Mobile Communications)、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)、蓝牙(Bluetooth)或无线局域网(WLAN)等的通信终端既可以用作移动通信终端，又可以收发其他无线通信信号。

兼容多种通信标准的通信系统具有多频多通道与可重构特性。目前成熟的移动通信终端，如3G手机同蓝牙(Bluetooth，2.4GHz)的系统集成可以实现低于1MHz的数据传输带宽，而同无线局域网(WLAN，2.4GHz或5.2-5.8GHz)的系统集成，可以实现约54MHz的数据传输带宽。

第四代移动通信(4G)技术特征为广带(Broadband)接入和分布网络，包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络。其广带无线局域网能与宽带综合业务服务网(Broad Band Integrated Services Digital Network，B-ISDN)和异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网(Integrated Broadband Communication Network，IBCN)，它还能提供定位定时、数据采集、远程控制等功能。

传统的通信系统是通过射频载波进行信号调制，而IR-UWB是利用时域窄脉冲直接实现调制，超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行，而且以这一过程中所持续的时间来决定带宽所占据的频率范围。

所以，相对来说，目前成熟的系统集成技术中3G仍具有局限性：1、码分多址(CodeDivision Multiple Access，CDMA)难以达到很高的通信速率；2、所能提供服务速率的动态范围不大；3、分配给3G的频率资源已经趋于饱和；4、缺乏全球统一标准；5、采用的语音交换架构非纯IP方式；6、流媒体应用不理想；7、数据传输率只接近于普通拨号接入的水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对基于3G的系统集成技术存在的缺陷而提出一种第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统。

本发明的第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统，包括发射机和接收机，所述发射机包括4G基带模块、上变频同相混频器、上变频正交混频器、第一移相器、第一频率综合器、IR-UWB脉冲发生器、IR-UWB数字模块、第一控制总线、第一双向选通开关、功率放大器、第一双工器和开关和第一智能天线，其中：4G基带模块和第一移相器的输出端均分别连接上变频同相混频器和上变频正交混频器的输入端，第一频率综合器输出端连接第一移相器的输入端，上变频同相混频器和上变频正交混频器的输出端均连接第一双向选通开关的一个选通端，IR-UWB数字模块输出端串接IR-UWB脉冲发生器后连接第一双向选通开关的另一个选通端，第一双向选通开关的固定端串接功率放大器后连接第一双工器和开关，第一双工器和开关连接第一智能天线，第一双向选通开关、功率放大器和第一双工器和开关均接入第一控制总线；所述接收机包括第二控制总线、第二智能天线、第二双工器和开关、低噪声放大器、第二双向选通开关、下变频同相混频器、下变频正交混频器、第二移相器、第二频率综合器、第一自动增益控制放大器、第二自动增益控制放大器、第一模数转换器、第二模数转换器、第三自动增益控制放大器、1比特采样器、第三双向选通开关和接收机基带信号处理模块，其中：第二智能天线连接第二双工器和开关，第二双工器和开关输出端串接低噪声放大器后连接第二双向选通开关的固定端，第二双向选通开关的一个选通端和第二移相器的输出端均分别连接下变频同相混频器和下变频正交混频器的输入端，第二频率综合器的输出端连接第二移相器的输入端，下变频同相混频器输出端串接第一自动增益控制放大器后连接第一模数转换器的输入端，下变频正交混频器输出端串接第二自动增益控制放大器后连接第二模数转换器的输入端，第一模数转换器和第二模数转换器的输出端均连接第三双向选通开关的一个选通端，第二双向选通开关的另一个选通端依次串接第三自动增益控制放大器和1比特采样器后连接第三双向选通开关的另一个选通端，第三双向选通开关固定端连接接收机基带信号处理模块的输入端，第二双工器和开关、低噪声放大器、第二双向选通开关和第三双向选通开关均接入第二控制总线。

本发明集成了第四代移动通信(4G)系统与脉冲无线电超宽带(IR-UWB)通信系统，并可在两者间切换，其集成可达到480MHz的理论带宽，带宽将近第三代蜂窝移动通信系统和无线局域网的系统集成带宽的10倍，因此能提供更丰富的无线通信服务；第四代移动通信系统为宽带通信系统，系统为直接变频结构，脉冲无线电超宽带不再具有传统的中频和射频概念，冲击脉冲通常采用单周期高斯脉冲，单周期脉冲的宽度在ns级，具有很宽的频谱，通信过程中不需要调制解调，可重构特性实现在同一移动终端兼容4G与IR-UWB两种通信标准。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图中标号名称：11、4G基带模块；12、上变频同相混频器；13、上变频正交混频器；14、第一移相器；15、第一频率综合器；21、IR-UWB脉冲发生器；22、IR-UWB数字模块；31、第一控制总线；32、第一双向选通开关；33、功率放大器；34、第一双工器和开关；35、第一智能天线；41、第二控制总线；42、第二智能天线；43、第二双工器和开关；44、低噪声放大器；45、第二双向选通开关；51、下变频同相混频器；52、下变频正交混频器；53、第二移相器；54、第二频率综合器；55、第一自动增益控制放大器；56、第二自动增益控制放大器；57、第一模数转换器；58、第二模数转换器；61、第三自动增益控制放大器；62、1比特采样器；46、第三双向选通开关；71、接收机基带信号处理模块。

图2是本发明中的发射机的相关信号示意图，其中：图2(a)是4G信号波形图；图2(b)是超宽带信号波形图；图2(c)是控制信号波形图；图2(d)是发射信号波形图。

图3是本发明中的接收机的相关信号示意图，其中：图3(a)是接收信号波形图；图3(b)是控制信号波形图；图3(c)是4G信号波形图；图3(d)是超宽带信号波形图。

具体实施方式

当通信标准不同时，发射和接收机的结构也是不同的。例如，蓝牙(Bluetooth)和UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)的接收机是零中频(直接变频)结构，而无线局域网(WLAN)的接收机是超外差(二次变频)结构，要求兼容这两类通信模式的发射和接收机结构是可重构的。类似的，第四代移动通信(4G)系统采用直接变频结构，而脉冲无线电超宽带(IR-UWB)系统不包括调制解调过程。为了实现第四代移动通信系统的直接变频结构与脉冲无线电超宽带的脉冲调制结构的兼容，本发明提出如下技术实施方案：

由于4G移动通信系统采用零中频结构，而IR-UWB通信系统不需要调制解调，因此系统方案中包括不同的电路单元部分，分别处理两种通信信号。同时，两种通信系统在各自的发射末端和接收前端都需要对信号进行放大和滤波等处理，因此系统方案中对这部分电路单元采用可重构的设计，通过控制总线改变同一可重构电路单元配置(如增益，带宽等)处理不同通信信号。

如图1所示，本发明的第四代移动通信(4G)与脉冲无线电超宽带(IR-UWB)集成的可重构系统，包括发射机和接收机，所述发射机包括4G基带模块11、上变频同相混频器12、上变频正交混频器13、第一移相器14、第一频率综合器15、IR-UWB脉冲发生器21、IR-UWB数字模块22、第一控制总线31、第一双向选通开关32、功率放大器33、第一双工器和开关34和第一智能天线35，其中：4G基带模块11和第一移相器14的输出端均分别连接上变频同相混频器12和上变频正交混频器13的输入端，第一频率综合器15输出端连接第一移相器14的输入端，上变频同相混频器12和上变频正交混频器13的输出端均连接第一双向选通开关32的一个选通端，IR-UWB数字模块22输出端串接IR-UWB脉冲发生器21后连接第一双向选通开关32的另一个选通端，第一双向选通开关32的固定端串接功率放大器33后连接第一双工器和开关34，第一双工器和开关34连接第一智能天线35，第一双向选通开关32、功率放大器33和第一双工器和开关34均接入第一控制总线31；所述接收机包括第二控制总线41、第二智能天线42、第二双工器和开关43、低噪声放大器44、第二双向选通开关45、下变频同相混频器51、下变频正交混频器52、第二移相器53、第二频率综合器54、第一自动增益控制放大器55、第二自动增益控制放大器56、第一模数转换器57、第二模数转换器58、第三自动增益控制放大器61、1比特采样器62、第三双向选通开关46和接收机基带信号处理模块71，其中：第二智能天线42连接第二双工器和开关43，第二双工器和开关43输出端串接低噪声放大器44后连接第二双向选通开关45的固定端，第二双向选通开关45的一个选通端和第二移相器53的输出端均分别连接下变频同相混频器51和下变频正交混频器52的输入端，第二频率综合器54的输出端连接第二移相器53的输入端，下变频同相混频器51输出端串接第一自动增益控制放大器55后连接第一模数转换器57的输入端，下变频正交混频器52输出端串接第二自动增益控制放大器56后连接第二模数转换器58的输入端，第一模数转换器57和第二模数转换器58的输出端均连接第三双向选通开关46的一个选通端，第二双向选通开关45的另一个选通端依次串接第三自动增益控制放大器61和1比特采样器62后连接第三双向选通开关46的另一个选通端，第三双向选通开关46固定端连接接收机基带信号处理模块71的输入端，第二双工器和开关43、低噪声放大器44、第二双向选通开关45和第三双向选通开关46均接入第二控制总线41。所述功率放大器33为可重构功率放大器，所述低噪声放大器44为可重构低噪声放大器；所述第一双工器和开关34及第二双工器和开关43根据控制信号，其工作状态可以为双工器或开关状态。

在本发明的发射机中，基带4G信号经过上变频同相混频器12和上变频正交混频器13上变频，IR-UWB脉冲发生器21产生脉冲超宽带信号，两种信号通过第一双向选通开关32接入后级电路，两者共用后端的功率放大器33。通信终端使用者通过第一控制总线31改变第一双向选通开关32和功率放大器33及第一双工器和开关34的配置，使系统适用于不同的通信标准，实现可重构，两种通信信号通过第一智能天线35将信号能量传播到空间中。

在本发明的接收机中，第二智能天线42将空间信号收集起来，经第二双工器和开关43送入由第二控制总线41控制的低噪声放大器44。4G信号经过下变频同相混频器51和下变频正交混频器52下变频，通过第一自动增益控制放大器55和第二自动增益控制放大器56对应进入后端的第一数模转换器57和第二数模转换器58变成基带信号；而IR-UWB信号则经第三自动增益控制放大器61放大后送入1比特采样器62变成数字基带信号，两种信号均送入接收机基带信号处理模块71进行处理。第二控制总线41改变第二双工器和开关43、低噪声放大器44、第二双向选通开关45及第三双向选通开关46的配置，使系统适用于不同的通信标准，实现可重构。

图2是本发明中的发射机的相关信号示意图，其中：图2(a)是4G信号Vt4g波形图；图2(b)是超宽带信号Vtuwb波形图；图2(c)是控制信号Vc波形图；图2(d)是发射信号Vtx波形图。

本发明发射机的信号发射方式：第一控制总线31的控制信号Vc选择4G信号Vt4g或超宽带信号Vtuwb，发射端发射信号Vtx。

图3是本发明中的接收机的相关信号示意图，其中：图3(a)是接收信号Vrx波形图；图3(b)是控制信号Vc’波形图；图3(c)是4G信号Vr4g波形图；图3(d)是超宽带信号Vruwb波形图。

本发明接收机的信号接收方式：接收端接收信号Vrx，第二控制总线41的控制信号Vc’选择4G信号Vr4g或超宽带信号Vruwb送入后级电路做信息处理。

通过以上方式，实现了4G通信系统和IR-UWB通信系统在一个通信终端上的集成。

Claims

1.一种第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统，包括发射机和接收机，其特征在于：所述发射机包括4G基带模块(11)、上变频同相混频器(12)、上变频正交混频器(13)、第一移相器(14)、第一频率综合器(15)、IR-UWB脉冲发生器(21)、IR-UWB数字模块(22)、第一控制总线(31)、第一双向选通开关(32)、功率放大器(33)、第一双工器和开关(34)和第一智能天线(35)，其中：4G基带模块(11)和第一移相器(14)的输出端均分别连接上变频同相混频器(12)和上变频正交混频器(13)的输入端，第一频率综合器(15)输出端连接第一移相器(14)的输入端，上变频同相混频器(12)和上变频正交混频器(13)的输出端均连接第一双向选通开关(32)的一个选通端，IR-UWB数字模块(22)输出端串接IR-UWB脉冲发生器(21)后连接第一双向选通开关(32)的另一个选通端，第一双向选通开关(32)的固定端串接功率放大器(33)后连接第一双工器和开关(34)，第一双工器和开关(34)连接第一智能天线(35)，第一双向选通开关(32)、功率放大器(33)和第一双工器和开关(34)均接入第一控制总线(31)；所述接收机包括第二控制总线(41)、第二智能天线(42)、第二双工器和开关(43)、低噪声放大器(44)、第二双向选通开关(45)、下变频同相混频器(51)、下变频正交混频器(52)、第二移相器(53)、第二频率综合器(54)、第一自动增益控制放大器(55)、第二自动增益控制放大器(56)、第一模数转换器(57)、第二模数转换器(58)、第三自动增益控制放大器(61)、1比特采样器(62)、第三双向选通开关(46)和接收机基带信号处理模块(71)，其中：第二智能天线(42)连接第二双工器和开关(43)，第二双工器和开关(43)输出端串接低噪声放大器(44)后连接第二双向选通开关(45)的固定端，第二双向选通开关(45)的一个选通端和第二移相器(53)的输出端均分别连接下变频同相混频器(51)和下变频正交混频器(52)的输入端，第二频率综合器(54)的输出端连接第二移相器(53)的输入端，下变频同相混频器(51)输出端串接第一自动增益控制放大器(55)后连接第一模数转换器(57)的输入端，下变频正交混频器(52)输出端串接第二自动增益控制放大器(56)后连接第二模数转换器(58)的输入端，第一模数转换器(57)和第二模数转换器(58)的输出端均连接第三双向选通开关(46)的一个选通端，第二双向选通开关(45)的另一个选通端依次串接第三自动增益控制放大器(61)和1比特采样器(62)后连接第三双向选通开关(46)的另一个选通端，第三双向选通开关(46)固定端连接接收机基带信号处理模块(71)的输入端，第二双工器和开关(43)、低噪声放大器(44)、第二双向选通开关(45)和第三双向选通开关(46)均接入第二控制总线(41)；

该可重构系统的重构实现方式为：在发射机中通过第一控制总线(31)改变第一双向选通开关(32)和功率放大器(33)及第一双工器和开关(34)的配置，使系统适用于不同的通信标准，实现可重构；在接收机中通过第二控制总线(41)改变第二双工器和开关(43)、低噪声放大器(44)、第二双向选通开关(45)及第三双向选通开关(46)的配置，使系统适用于不同的通信标准，实现可重构。

2.根据权利要求1所述的第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统，其特征在于：所述功率放大器(33)为可重构功率放大器，所述低噪声放大器(44)为可重构低噪声放大器；所述第一双工器和开关(34)及第二双工器和开关(43)根据控制信号，其工作状态为双工器或者开关状态。