CN108900256A - 超宽带信号发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种UWB信号发生器，包括：正弦波源，连接到第一开关和第一乘法器的第一输入端，伪噪声序列预分频器，伪噪声序列预分频器与开关的输出同步，计数器与开关的输出同步，计数器至少驱动多路复用器以串行化伪噪声序列码的子集，其中开关的输出是与由正弦波源产生的正弦波同步的方波脉冲，并具有脉冲宽度等于时域中的正弦波的一个周期，开关输出连接到第一乘法器的第二输入，使得乘法器的输出是正弦单周期。

Description

超宽带信号发生器
背景技术
UWB有两种主要技术。一种是基于使用调制信号落入所需带宽的多频带技术，另一种是这里考虑的，使用亚纳秒脉冲来传输数据的脉冲无线电(UWB-IR)技术。高斯脉冲提供了出色的时频分辨率产品，已经发表了几篇论文来提出产生UWB-IR脉冲的新方法，例如高斯单脉冲。这些脉冲类型具有非常宽带频谱的共同特征。然而，传统设备复杂且难以在集成电路上实现。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种超宽带(UWB)信号发生器，包括：正弦波源，连接第一开关和第一乘法器的第一输入端，伪噪声序列预分频器，伪噪声序列预分频器与开关的输出同步，计数器与开关的输出同步，计数器驱动至少一个多路复用器以串行化一个伪噪声序列码的子集，其中输出开关是与正弦波源产生的正弦波同步的方波脉冲，其脉冲宽度等于时域中正弦波的一个周期，开关输出连接到第一乘法器的第二输入端，使得乘数的输出是正弦单脉冲。
在一个实施例中，至少一个第一延迟连接到正弦波形发生器的输出，使得产生具有相移的至少一个正弦波形，至少一个第二延迟具有连接到第一延迟的输出的输入。开关和控制输入连接到第一个延迟之一。
在一个实施例中，信号发生器还包括至少两个多路复用器，其各自的输出连接到正弦单周期发生器的第一开关的控制输入，使得分离每个方波脉冲的正弦波形的周期数是变化的函数。伪噪声序列码的序列化子集的值。
在一个实施例中，两个开关分别具有等于正弦波形数量的数量输入，控制输入接收要发送的数据，以及一个输出连接到第一乘法器的输入，使得取决于值在要发送的数据中，特定的相移正弦波形及其相应的方波脉冲被发送到第一乘法器，从而产生脉冲位置调制(PPM)信号。
在一个实施例中，开关是具有时钟输入和控制输入的同步计数器，正弦波是计数器的时钟，控制输入定义分隔从计数器输出的每个方波脉冲的时钟周期数。
在一个实施例中，串行化数据和串行化伪噪声序列码是第二乘法器的输入，第二乘法器的输出和正弦单周期发生器的输出是第三乘法器的输入，使得第三乘法器的输出乘法器是双相移键控(BPSK)调制信号。
在一个实施例中，伪噪声序列预定标器包括至少两个多路复用器，其各自的输出连接到正弦单周期发生器的第一开关的控制输入；其中信号发生器的输出是用于代码和数据的脉冲位置调制信号。
在一个实施例中，正弦单脉冲发生器的输出和要发送的串行化数据是乘法器的输入，使得乘法器产生调制脉冲信号，其中根据脉冲位置调制来调制伪噪声序列码。并且根据双相移位键控调制来调制数据。
附图说明
参考参考以下结合附图的更详细的描述和权利要求，将更好地理解本发明的优点和特征，在附图中，相同的元件用相同的符号标识，并且其中：
图1是具有BPSK-PPM调制的信号发生器的框图(用于代码的BPSK和用于数据的PPM)；
图2是具有PPM-BPSK调制的信号发生器的框图(用于代码的PPM和用于数据的BPSK)。
具体实施方式
图1是具有BPSK-PPM调制的信号发生器的框图(用于代码的BPSK和用于数据的PPM)。PPM调制基于以两个时间位置编码信息的原理，称为标称脉冲位置。在标称位置处发送的脉冲表示0，并且在标称位置之后发送的脉冲表示1。在所描述的实施例中，一个位在一个脉冲中被编码，但是，通常，附加位置可以用于提供更多位每个符号。位置之间的时间延迟通常是几纳秒，而标称位置之间的时间通常要长得多，以避免脉冲之间的任何干扰。该调制中使用的原理是实时改变取决于每个PN序列码值的分频比。该比率将定义脉冲之间的时间，从而确定它们在帧中的位置。
通过在时钟和计数器输出上固定相同长度的延迟来实现数据调制。
正弦单脉冲发生器4包括延迟器50，以产生正弦波信号或I信号的二次相位信号或Q信号。延迟块51具有连接到开关/计数器6的输出的输入和连接到二次相位信号Q的控制延迟输入，使得开关51的输出是具有与产生的方波脉冲相同的特性的方波脉冲。由计数器6进行，但在二次相位信号上同步。
双位开关52的两个数据输入分别连接到由计数器6产生的窗口脉冲和由开关51产生的窗口脉冲。双位开关52具有连接到串行数据以进行发送的控制输入。
并行地，第二双位开关53具有分别连接到正弦波形信号和二次相位信号的两个数据输入。双位开关53具有连接到相同串行数据的控制输入，以作为开关52发送。
因此，取决于数据的值，即0或1，由计数器6直接产生的窗口脉冲和正弦波形信号被输入到乘法器7，或者相应的二次信号用于产生正弦曲线。
PN序列预定标器10包括由计数器11并行驱动的三个多路复用器12A，12B，12C。多路复用器12A，12B和12C的三个输出14A，14B，14C是PN序列码的序列化部分和用于控制计数器6的控制输入8的三个位线。因此，脉冲重复频率由PN序列码的串行化部分14A，14B，14C的值确定，从而定义脉冲的位置。
图2是具有PPM-BPSK调制的信号发生器的框图(用于代码的PPM和用于数据的BPSK)。图2是具有PPM-BPSK调制的单周期发生器的框图(代码为PPM，数据为BPSK)。该配置也是先前配置BPSK-PPM之间的关联。要发送的数据被输入到乘法器22。
在正弦单脉冲发生器的优选实施例中，开关6是计数器。正弦波信号x(t)用作计数器的时钟，其具有控制输入8以对其进行参数化。控制输入8用于控制脉冲重复频率。例如，通过控制输入8，预定值N。在时钟的每个周期，计数器递增1直到它达到值N。然后产生“命中”信号，其是用作乘法器7的输入的方波脉冲信号g(t)，并且计数器6是重置以开始新的计数周期。技术人员可以使用其他类型的计数器来达到相同的目标，即定期产生与正弦波同步的方波脉冲。
在发送信息之前，使用扩频调制技术。这种技术不仅具有平滑信号功率谱密度的优点，而且还可以为其他(未授权)接收器提供类似噪声的外观。因此，假设每个用户的信号已经使用唯一的伪随机码(也称为伪噪声(PN)序列码)进行扩展，则多个用户传输可以同时占用具有保证消息隐私的相同频带。PN序列码必须与发送的脉冲同步，以避免诸如在单周期期间具有代码转换的错误。
信号发生器3还包括伪噪声序列预定标器10，如图2所示。在一个优选实施例中，计数器11是16的计数器。计数器11驱动至少一个多路复用器12。每个多路复用器12接收唯一的伪随机码13作为输入，并在14中输出，串行地，与计数器11同步的唯一伪码13。多路复用器从存储器15接收伪随机码13。
通过将伪噪声序列预定标器10的时钟信号输入16连接到通断开关6的输出，使伪噪声序列预定标器10与正弦单脉冲发生器4同步，以便使用方波脉冲。作为伪噪声序列预定标器10的时钟，如图2中所示。
存储器15隔离16位代码的任何不合时宜的变化。对于计数器的每个上升时间，多路复用器12从b0到b15中选择一个代码值，然后由计数器发出“加载”信号。该缓冲化可以通过本领域技术人员公知的其他手段来实现，目的是避免多路复用器12输出的PN序列码的串行化流程中的任何中断。
根据所使用的调制类型，串行伪代码和要发送的数据被多路复用并调制正弦单周期，如下所述。
在UWB传输中，可以通过使用不同的方法来编码信息。这里描述的信号发生器的实施例特别适合与两种类型的调制一起使用：对于代码或数据独立的双相移键控调制(BPSK)和脉冲位置调制(PPM)。
以下将说明四种配置：BPSK-BPSK，PPM-PPM，PPM-BPSK，BPSK-PPM分别发送伪噪声(PN)序列码和数据。
PN序列预定标器10控制BPSK调制。在该配置中，利用脉冲的相位(0或180°)对信息进行编码，即，切换脉冲的相位以编码0或1。为了实现该功能，序列化的PN序列码(14)和要发送的数据20在第二乘法器21中相乘。结果再次乘以第三乘法器22中的正弦信号发生器4输出的脉冲y(t)。系统的输出是经过调制的双相脉冲信号。
为解决上述问题，本发明提供一种超宽带(UWB)信号发生器，包括：正弦波源，连接第一开关和第一乘法器的第一输入端，伪噪声序列预分频器，伪噪声序列预分频器与开关的输出同步，计数器与开关的输出同步，计数器驱动至少一个多路复用器以串行化一个伪噪声序列码的子集，其中输出开关是与正弦波源产生的正弦波同步的方波脉冲，其脉冲宽度等于时域中正弦波的一个周期，开关输出连接到第一乘法器的第二输入端，使得乘数的输出是正弦单脉冲。
在一个实施例中，至少一个第一延迟连接到正弦波形发生器的输出，使得产生至少一个具有相移的正弦波形，至少一个第二延迟具有连接到第一个输出的输入。开关和控制输入连接到第一个延迟之一。
在一个实施例中，信号发生器还包括至少两个多路复用器，其各自的输出连接到正弦单周期发生器的第一开关的控制输入，使得分离每个方波脉冲的正弦波形的周期数是变化的函数。伪噪声序列码的序列化子集的值。
在一个实施例中，两个开关分别具有与正弦波形的数量相等的多个数据输入，接收要发送的数据的控制输入，以及连接到第一乘法器的输入的一个输出，使得取决于值在要发送的数据中，特定的相移正弦波形及其相应的方波脉冲被发送到第一乘法器，从而产生脉冲位置调制(PPM)信号。
在一个实施例中，开关是具有时钟输入和控制输入的同步计数器，正弦波是计数器的时钟，控制输入定义分隔从计数器输出的每个方波脉冲的时钟周期数。
在一个实施例中，串行化数据和串行化伪噪声序列码是第二乘法器的输入，第二乘法器的输出和正弦单周期发生器的输出是第三乘法器的输入，使得第三乘法器的输出乘法器是双相移键控(BPSK)调制信号。
在一个实施例中，伪噪声序列预定标器包括至少两个多路复用器，其各自的输出连接到正弦单周期发生器的第一开关的控制输入；其中信号发生器的输出是用于代码和数据的脉冲位置调制信号。
在一个实施例中，正弦单脉冲发生器的输出和要发送的串行化数据是乘法器的输入，使得乘法器产生调制脉冲信号，其中根据脉冲位置调制来调制伪噪声序列码。并且根据双相移位键控调制来调制数据。
需要说明的是，通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所揭露的仅为本发明实施例中的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种超宽带(UWB)信号发生器，其特征在于，包括：
连接到第一开关和第一乘法器的第一输入端的正弦波源；
伪噪声序列预分频器，伪噪声序列预分频器与开关输出同步；
计数器与开关的输出同步，计数器至少驱动多路复用器以串行化伪噪声序列码的子集；
其中，所述开关的输出是方波脉冲，所述方波脉冲与由正弦波源产生的正弦波同步并且具有等于时域中的正弦波的一个周期的脉冲宽度；
所述开关输出连接到所述正弦波的第二输入端，第一个乘数使乘数的输出是正弦单周期。
2.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，其中
至少一个第一延迟连接到所述正弦波形发生器的输出，使得产生至少一个具有相移的正弦波形，
至少一个第二延迟具有连接到所述正弦波形的波形，
第一开关的输出和连接到第一延迟之一的控制输入。
3.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，还包括：
至少两个多路复用器，其各自的输出连接到正弦单周期发生器的第一开关的控制输入，使得分离每个方波脉冲的正弦波形的周期数是伪噪声的串行子集的值的变化函数序列码。
4.根据权利要求3所述的信号发生器，其特征在于，其中两个开关分别具有等于正弦波形数量的数据输入，控制输入接收要发送的数据，以及一个输出连接到第一乘法器的输入，使得根据要发送的数据的值，特定的相移正弦波形式及其相应的方波脉冲被发送到第一乘法器，从而产生脉冲位置调制(PPM)信号。
5.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，
所述开关是具有时钟输入和控制输入的同步计数器；
所述正弦波是所述计数器的时钟；
所述控制输入定义分离所输出的每个方波脉冲的时钟周期数。
6.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，其中串行化数据和串行化伪噪声序列码是第二乘法器的输入，第二乘法器的输出和正弦单周期发生器的输出是第三乘法器的输入，使得第三乘法器的输出是双相移位键控(BPSK)调制信号。
7.根据权利要求6所述的信号发生器，其特征在于，
其中，所述伪噪声序列预定标器包括至少两个多路复用器；
所述多路复用器的各自的输出连接到所述正弦单周期发生器的第一开关的控制输入；
其中信号发生器的输出是用于代码和数据的脉冲位置调制信号。
8.根据权利要求7所述的信号发生器，其特征在于，
其中正弦单脉冲发生器的输出和要发送的串行化数据是乘法器的输入，使得乘法器产生调制脉冲信号；
其中根据以下方式调制伪噪声序列码；
脉冲位置调制和数据根据双相移位键控调制进行调制。
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