CN101911626A - 跳变超宽带无线 - Google Patents

Abstract

在一些实施例中，收发器包括正交相移键控调制器和/或解调器，以便发送和/或接收频率-跳变超宽带无线电信号。描述了其它实施例并要求其权益。

Description

跳变超宽带无线

技术领域

一般来说，本发明涉及跳变超宽带(hopped untrawideband)(HUWB)无线。

背景技术

超宽带(UWB)是一种在短范围内来提供高速数据传输的新兴无线个人区域网(WPAN)技术。当前UWB标准(WiMedia 1.X或Ecma-368)提供从53.3Mbps至480Mbps的速度。但是，本发明人清楚地知道，UWB技术的一些预期用户实际上对于小型电池供电装置偏好低于53.3Mbps的速度，特别是在可能以更低成本并且用实质上更低的功耗来提供那些速度的情况下。

蓝牙^TM无线技术已经以较低功率来提供较低速度，但是蓝牙的当前最高速度为3Mbps。因此，出现对于在3Mbps与53.3Mbps之间的基于UWB的数据速度的需要，它相对于WiMedia(Ecma-368)解决方案显著地降低功耗和硅成本，并且保持与WiMedia解决方案的紧密兼容性。

附图说明

从以下给出的本发明的一些实施例的具体实施方式和附图，将会更全面地理解本发明，但是，不应将本发明局限于所述的具体实施例，它们仅用于说明和理解。

图1示出现有技术收发器。

图2示出根据本发明的一些实施例的收发器。

图3示出根据本发明的一些实施例的频率映射。

图4示出根据本发明的一些实施例的频率映射。

图5示出根据本发明的一些实施例的序列。

具体实施方式

本发明的一些实施例涉及跳变超宽带(HUWB)无线。

在一些实施例中，收发器包括正交相移键控(QPSK)调制器和/或解调器，以便发送和/或接收频率-跳变超宽带(HUWB)无线电信号。

在一些实施例中，调制和/或解调使用正交相移键控(QPSK)来发送和/或接收频率-跳变超宽带(HUWB)无线电信号。

图1示出现有技术收发器100。收发器100包括耦合到无线电的开关(switch)102，例如以便在收发器的发送器功能与接收器功能之间进行切换。收发器100在接收器侧包括模拟前端(AFE)112、模数转换器(ADC)114、快速傅立叶变换(FFT)116、处理块118和维特比解码器120，以便提供数据输出信号。收发器100在发送器侧包括功率放大器(PA)122、数模转换器(DAC)124、快速傅立叶逆变换(IFFT)126、处理块128和卷积编码器130，以便对数据输入信号进行编码和发送。

图1示出收发器100的高级框图。收发器100是现有技术WiMedia正交频分复用(OFDM)UWB收发器(例如WiMedia MB-OFDM UWB收发器)。收发器100一直使用640Mcps(每秒兆码片)的空中速度。提供给媒体接入控制(MAC)层的数据速度从480Mbps延伸到53.3Mbps。代码、时间和频率扩展用于提供那些速度，使得速度越低，则相对于噪声和干扰的余量(margin)就越高。但是，由于空中速度始终为640Mcps，所以，无论数据速度是什么，图1中采用“X”所标记的块(即，ADC 114、FFT 116、维特比解码器120、DAC 124和IFFT 126)均汲取(draw)全功率。另外，要注意，图1中使用的ADC 114和DAC 124是常用于WiMedia1.X的功耗大的高速6位ADC/DAC。因此，收发器100对于要求降低功耗的低数据速度应用是没有吸引力的。

图2示出根据一些实施例的收发器200。在一些实施例中，收发器200包括耦合到无线电的开关202，例如以便在收发器的发送器功能与接收器功能之间进行切换。收发器200在接收器侧包括模拟前端(AFE)212、模数转换器(ADC)214、差分正交相移键控(DQPSK)解码器216和可选解码块218，以便提供数据输出信号。收发器200在发送器侧包括功率放大器(PA)222、数模转换器(DAC)224、差分正交相移键控(DQPSK)编码器226和可选编码块228，以便发送数据输入信号。在一些实施例中，DQPSK编码器226和DQPSK解码器216也可以分别是QPSK编码器和QPSK解码器。

在一些实施例中，收发器200是跳变超宽带(HUWB)收发器。HUWB是使用QPSK或DQPSK调制的频率-跳变单载波无线电。在一些实施例中，例如，故意将跳变频率选择成使得HUWB从Ecma-368标准中的副载波的指定集合中每个OFDM符号“偷窃”一个载波。在一些实施例中，各跳变载波的持续时间和定时选择成准确匹配WiMedia符号的242.42ns持续时间。所得到的信号引起对任何现有WiMedia传输的最小降级，原因在于跳变载波信号中的频谱零点出现在所有WiMedia副载波的中心频率。

HUWB收发器、诸如收发器200提供优于WiMedia 1.X的显著功率降低，原因在于不需要FFT和/或IFFT引擎，并且收发器可使用低速(例如1位或2位)ADC 214和/或DAC 224，与常用于WiMedia 1.X的功耗大的高速6位ADC 114和/或DAC 124相反。

在一些实施例中，实现QPSK调制的差分相干检测。这通过避免对复杂信道均衡的需要来进一步简化收发器200。

在一些实施例中，每个符号“偷窃”一个以上载波，和/或实现各载波的高阶调制。这提供更高的数据速度(但是以降低的范围或更高的功率和成本)。

在一些实施例中，使例如WiMedia实现中常用的维特比解码器等维特比解码器成为可选项，这进一步降低功率和成本。

在一些实施例中，实现信道均衡，它考虑到相干检测以及相对噪声略高的余量。

在一些实施例中，实现低功率频率-跳变UWB无线电，它与WiMedia1.X和/或Ecma-368 OFDM技术共存和/或兼容。但是，在一些实施例中，使用跳频器，它与任何基于OFDM的技术兼容，包括但不限于例如IEEE 802.11无线系列、数字用户线、电力线等等。

图3示出根据一些实施例的频率映射300。频率映射300示出根据一些实施例的MB-OFDM符号映射和兼容跳变UWB(HUWB)频率映射。

图4示出根据一些实施例的频率映射400。频率映射400示出幅度对频率图以及设计成保持MB-OFDM与HUWB载波之间的正交性的时间图。在一些实施例中，OFDM和HUWB符号宽度均等于1/4.125MHz＝242.42ns。在一些实施例中，HUWB总符号持续时间时隙(total symbol duration slot)与OFDM的总符号持续时间时隙匹配，在312.5ns。在一些实施例中，OFDM符号包含128个同时数据载波，而HUWB符号包含与一个单载波一样少的载波。在一些实施例中，HUWB仅干扰任何给定OFDM符号中的一个OFDM载波。在一些实施例中，MB-OFDM可采用经修改的基带处理来处理HUWB信号。在一些实施例中，HUWB快速跳变在110×312.5ns＝34.375μs中的110个频率上跳变。在一些实施例中，HUWB慢速跳变按照FCC规则在少于1ms中的所有110个频率上跳变。

在一些实施例中，提供3Mbps与53.3Mbps之间的基于UWB的数据速度，并且相对于WiMedia(Ecma-368)解决方案的功耗和硅成本显著降低，同时保持与WiMedia解决方案的紧密兼容性。对于低于53.3Mbps的数据速度降低了功率，同时保持紧密兼容性并且使用全速设计。

图2、图3和图4示出在一些实施例中如何创建兼容跳变UWB(HUWB)收发器。在跳变载波频率和符号持续时间准确匹配WiMedia MB-OFDM的频率和符号持续时间的意义上，HUWB与WiMedia和/或OFDM实现兼容。因此，所得到的信号可由HUWB收发器或者WiMedia MB-OFDM收发器的任一个来处理。另外，在一些实施例中，每一个跳变载波的频谱将具有与所有其它跳变载波和OFDM副载波的频率对应的频谱零点。这使跳变载波与所有其它跳变或OFDM载波正交，由此降低对于或者来自那些载波的干扰。这在本文中描述为“共存兼容”。

在一些实施例中，使用跳变单载波的HUWB收发器设计(例如图2所示的收发器200)消除了对于FFT和/或IFFT引擎的需要以及对高速和/或多位ADC和/或DAC的需要。在一些实施例中，这种收发器设计还消除了对维特比解码器的需要。这些元件是现有技术WiMedia OFDM收发器100中的最高功耗的元件。

在一些实施例中，单载波经过差分QPSK调制(DQPSK调制)，从而每个符号得到两个位。例如，在一些实施例中，由于符号速率为3.2Mbps，所以未编码数据速率为6.4Mbps。在一些实施例中，可实现高阶调制。例如，在一些实施例中，使用8DPSK调制，从而得到9.6Mbps的数据速度。在一些实施例中，例如，一次使用一个以上跳变载波，从而允许作为上述速度的整数倍的数据速率。但是，在一些实施例中，附加载波要求更高的功耗，原因在于可能需要附加混频器和/或滤波器。因此，多于小整数数量的载波可能不是有利的，原因在于总功率节省可能消失，从而使原始MB-ODFM设计在某个点是更合乎需要的选项。

在一些实施例中，通过与WiMedia OFDM收发器中相似的方式来处理获取、定时和时钟频率偏移校正，从而允许硅设计的再使用以及跳变载波信号的相干检测。在一些实施例中，可使用更简单的获取电路，而如果使用DQPSK，则不需要时钟校正电路。在一些实施例中，使用载波频率的伪随机跳变。这使当多个HUWB收发器极邻近地操作时冲突的机会为最小。

在一些实施例中，即使WiMedia UWB收发器使用OFDM而HUWB收发器没有使用，HUWB收发器和WiMedia UWB收发器也能够相互通信。在一些实施例中，为了保持同步，HUWB收发器和WiMedia UWB收发器都使用Ecma-368标准中相同的“PLCP”前同步码序列。

图5示出根据一些实施例、来自Ecma-368的PLCP(物理层转换协议)前同步码序列500。如图5所示，PLCP前同步码序列500包括分组/帧同步序列和信道估计序列。

在根据一些实施例的HUWB实现中，分组/帧同步序列具有与WiMedia UWB中使用的相同形式，但是代码集扩展到包括HUWB的代码。在一些实施例中，HUWB通过与WiMedia UWB相同的方式来得到其定时信息。该定时信息加上导频音(例如图3所示)中存在的相位校正信息允许根据一些实施例的HUWB收发器通过相干的差分编码DQPSK调制进行操作。

在WiMedia UWB中，信道估计序列包含用于训练OFDM收发器的复合存储波形。在根据一些实施例的HUWB中，这种训练不是必要的，原因在于HUWB收发器使用差分调制(例如DQPSK)。在一些实施例中，而是例如信道估计序列的6个312.5ns段用于传送通常在WiMedia MAC中“信标周期”中发现的信息，并且还用于传递跳变序列信息。这样，HUWB能可选地作为WiMedia MAC标准中所描述的“信标组”的成员。

在一些实施例中，通过消除对于OFDM实现中所需的FFT和/或IFFT引擎的需要，和/或通过在收发器中采用一位或二位ADC和/或DAC子系统，和/或通过可选地从收发器消除维特比解码器，HUWB以比全WiMedia OFDM实现低许多的功率来提供3Mbps至24Mbps数据传输。

在一些实施例中，通过使HUWB跳变频率与WiMedia OFDM副载波的频率匹配，并且通过使用与WiMedia OFDM符号相同的符号持续时间，HUWB提供对WiMedia 1.X无线电的最小干扰，原因在于各跳变频率载波名义上正交于所有其它WiMedia频率以及HUWB无线电的其它跳变载波。

在一些实施例中，通过只发送一个单HUWB载波而不是100+个基于OFDM的载波，FCC规则允许那个单HUWB载波上的平均功率比OFDM中各个载波要高多达20dB(as much as 20dB higher than)。因此，实质更长范围的传输是可能的。但是要注意，在一些情况下，FCC所定义的峰值功率限制可能不允许完全20dB增加。

在一些实施例中，WiMedia收发器可传递高速数据传输，并且同时接收来自较低速度的HUWB无线电的数据。这允许低功率HID(人接口装置)或其它装置与较高速度、较高功率的WiMedia无线电交互作用。这允许在越来越多地被多种无线技术挤满的膝上型、台式、超移动PC(UMPC)、数字家用平台和/或其它平台中必须支持的无线电数量的减少。

在一些实施例中，低比特率和/或低成本收发器包括比全ODFM实现低许多的功耗，同时仍然保持与全速基于OFDM的实现的兼容性。

虽然一些实施例在本文中已经描述为通过某种方式来实现，但是根据一些实施例，可以不要求这些具体实现。

虽然一些实施例参照具体实现来描述，但是根据一些实施例，其它实现是可能的。另外，附图所示和/或本文所描述的电路元件或其它特征的布置和/或顺序无需按照所示和所描述的特定方式来设置。根据一些实施例，许多其它布置是可能的。

在附图所示的各系统中，一些情况下的元件分别可具有相同的参考标号或者不同的参考标号，以便建议所表示的元件可能是不同的和/或相似的。但是，元件可以足够灵活，以便具有不同实现，并且与本文所示或所描述的系统的部分或全部配合工作。附图所示的各个元件可以是相同或不同的。哪一个称作第一元件和哪一个称作第二元件是任意的。

在说明书和权利要求书中，可使用术语“耦合”和“连接”及其派生。应当理解，这些术语不是要作为彼此的同义词。相反，在具体实施例中，“连接”可用来指明两个或更多元件相互直接物理或电接触。“耦合”可表示两个或更多元件直接物理或电接触。但是，“耦合”也可表示两个或更多元件不是相互直接接触，但是仍然相互合作或交互。

算法在此一般被认为是产生预期结果的自相一致的动作或操作序列。这些包括物理量的物理操控。这些量通常但不一定采取能够被存储、传送、组合、比较或者以其它方式操控的电或磁信号的形式。主要为了一般使用的原因，将这些信号称作位、值、元素、符号、字符、项、编号等，已经证明有时非常便利。但应当理解，所有这些及类似的项均与适当的物理量关联，并且只是应用于这些量的方便标签。

一些实施例可通过硬件、固件和软件其中之一或者它们的组合来实现。一些实施例还可作为机器可读介质上存储的指令来实现，所述指令可由计算平台读取和运行以便执行本文所描述的操作。机器可读介质可包括用于存储或发送机器(例如计算机)可读形式的信息的任何机构。例如，机器可读介质可包括：只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪速存储装置；电、光、声或其它形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号、发送和/或接收信号的接口等)以及其它。

实施例是本发明的实现或示例。说明书中提到“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或者“其它实施例”表示结合这些实施例所描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一些实施例但不一定是全部实施例中。各种出现“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”不一定都表示相同的实施例。

并非本文所述和所示的所有组件、特征、结构、特性等都需要包含在一个或多个具体实施例中。例如，如果说明书提到组件、特征、结构或特性“可”、“可能”或者“能够”被包含，则不要求包含那个特定组件、特征、结构或特性。如果说明书或权利要求书提到“一个(a或an)”元件，则并不表示只有一个这种元件。如果说明书或权利要求书提到“附加”元件，则不排除存在一个以上这种附加元件。

虽然本文中可使用流程图和/或状态图来描述实施例，但是，本发明并不局限于那些简图或者本文中的对应描述。例如，流程无需经过每个所示的框或状态，或者按照与本文所示和所述完全相同的顺序。

本发明并不局限于本文所列的具体细节。实际上，获益于本公开的本领域的技术人员会理解，在本发明的范围内可从以上描述和附图进行其它许多变更。相应地，以下包含对本发明的任何修改的权利要求书定义本发明的范围。

Claims (26)

1.一种收发器，包括：

正交相移键控(QPSK)调制器和/或解调器，以便发送和/或接收频率-跳变超宽带无线电信号。

2.如权利要求1所述的收发器，其中，在任何时刻的所述无线电信号是单载波无线电信号。

3.如权利要求1所述的收发器，其中，使所述单载波的频率在一组频率上跳变。

4.如权利要求1所述的收发器，其中，所述正交相移键控调制器和/或解调器是差分正交相移键控调制器和/或解调器。

5.如权利要求2所述的收发器，其中，所述正交相移键控调制器和/或解调器是差分正交相移键控调制器和/或解调器。

6.如权利要求1所述的收发器，还包括：低速和/或低比特率模数转换器和/或低速和/或低比特率数模转换器。

7.如权利要求1所述的收发器，其中，所述正交相移键控调制器和/或解调器包括正交相移键控的差分相干检测。

8.如权利要求1所述的收发器，其中，所述收发器不需要维特比解码器。

9.如权利要求1所述的收发器，其中，所述收发器不需要快速傅立叶变换引擎或者快速傅立叶逆变换引擎。

10.如权利要求1所述的收发器，其中，所述无线电信号与正交频分复用技术兼容。

11.如权利要求1所述的收发器，其中，每一个跳变载波的频谱将具有与所有其它跳变载波和正交频分复用副载波的频率对应的频谱零点。

12.如权利要求1所述的收发器，其中，跳变超宽带跳变频率与WiMedia正交频分复用副载波的频率匹配。

13.如权利要求1所述的收发器，其中，相同的符号持续时间用作WiMedia正交频分复用符号。

14.如权利要求1所述的收发器，其中，所述收发器是低比特率、低成本和/或低功耗的收发器。

15.一种方法，包括：

使用正交相移键控进行调制和/或解调，以便发送和/或接收频率-跳变超宽带无线电信号。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述无线电信号在任何时刻是单载波无线电信号。

17.如权利要求16所述的方法，其中，使所述单载波的频率在一组频率上跳变。

18.如权利要求15所述的方法，其中，所述正交相移键控调制和/或解调是差分正交相移键控调制和/或解调。

19.如权利要求16所述的方法，其中，所述正交相移键控调制和/或解调是差分正交相移键控调制和/或解调。

20.如权利要求15所述的方法，还包括：以低速和/或低比特率进行模数转换和/或数模转换。

21.如权利要求15所述的方法，其中，所述正交相移键控调制和/或解调包括正交相移键控的差分相干检测。

22.如权利要求15所述的方法，其中，所述无线电信号与正交频分复用兼容。

23.如权利要求15所述的方法，还包括：包含具有与所有其它跳变载波和正交频分复用副载波的频率对应的频谱零点的每一个跳变载波的频谱。

24.如权利要求15所述的方法，还包括：使跳变超宽带跳变频率与WiMedia正交频分复用副载波的频率匹配。

25.如权利要求15所述的方法，还包括：使用与WiMedia正交频分复用符号相同的符号持续时间。

26.如权利要求15所述的方法，还包括：以低比特率、低成本和/或低功耗来发送和/或接收所述无线电信号。

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