CN114650067B - 一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路与解调电路 - Google Patents

一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路与解调电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路与解调电路，基带调制电路包括：边沿触发脉冲发生器，用于产生基于触发信号和延时触发信号且具有固定脉冲宽度的同步脉冲；基于延时链的脉冲发生器，用于产生基于开关键控的调制方法、与同步脉冲具有预设延时间隔且具有预设脉冲宽度的数据脉冲；脉冲合成单元，用于将同步脉冲和数据脉冲进行合成，以产生自同步脉冲超宽带信号；时域中，数据脉冲的脉冲宽度远大于同步脉冲的脉冲宽度，频域中，数据脉冲通过跳频的方式分布在同步脉冲两侧。所述基带解调电路用于检测同步脉冲和数据脉冲，不仅实现与发射机之间的基带同步，并且提高接收机的抗噪声性能。

Description

一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路与解调电路
技术领域
本发明涉及低功耗无线通信领域，特别涉及一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路与解调电路。
背景技术
脉冲超宽带信号是依据时间-频率域变换原理，信号在时间域的脉冲越窄，则在频率域的带宽越宽，数据通过调制短脉冲的物理参数，如：幅度、相位、位置等产生脉冲超宽带射频信号。其优势在于电路可以通过间歇式工作来节省系统功耗，提高系统能量利用率，适用于低功耗无线通信领域。
由于超宽带脉冲信号脉冲宽度极窄，发射机和接收机之间的基带同步困难。为了解决脉冲超宽带收发机基带同步困难的问题，发射机在每一帧的起始位置发送一段预先定义好的前导码，接收机对前导码进行相关运算从而实现基带同步。但是利用前导码实现基带同步增加了系统功耗和设计复杂度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路与解调电路，在不过多损失能量利用率的前提下，通过简单结构电路解决脉冲超宽带收发机基带同步困难的问题。
本发明提供一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路，该基带调制电路包括：
固定延时单元，用于对所述触发信号进行固定时间的延时，产生延时触发信号；
边沿触发脉冲发生器，用于产生基于触发信号和延时触发信号且具有固定脉冲宽度的同步脉冲；
数据采样单元，用于对基带数据进行采样，并将采样数据输入所述基于延时链的脉冲发生器；
基于延时链的脉冲发生器，用于基于开关键控的调制方法，产生与同步脉冲具有预设延时间隔且具有预设脉冲宽度的数据脉冲；
脉冲合成单元，用于将所述同步脉冲和所述数据脉冲进行合成，以产生自同步脉冲超宽带信号；
时域中，所述数据脉冲的脉冲宽度远大于所述同步脉冲的脉冲宽度，频域中，所述数据脉冲通过跳频的方式分布在所述同步脉冲两侧。
优选地，所述基于延时链的脉冲发生器包括延时单元和多路选择器；
所述延时单元，用于对所述采样数据产生延时，输出多路不同延时后的所述采样数据；
所述多路选择器，用于基于两路不同延时后的所述采样数据产生与所述同步脉冲具有预设延时间隔且具有预设脉冲宽度的数据脉冲。
优选地，所述延时单元相邻两路输出之间的延时为固定值。
优选地，所述同步脉冲用于实现发射机和接收机之间的基带同步。
与现有技术相比，本发明提供的一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路具有如下有益效果：边沿触发脉冲发生器根据触发信号和延时触发信号产生固定脉冲宽度的同步脉冲；基于延时链的脉冲发生器产生基于开关键控的调制方法且与同步脉冲具有预设延时间隔的数据脉冲；脉冲合成单元将同步脉冲和数据脉冲进行合成，以产生自同步脉冲超宽带信号。时域中，数据脉冲的脉冲宽度远大于同步脉冲的脉冲宽度，本申请提供的基带调制电路产生的自同步脉冲超宽带信号在不过多损失能量利用率的前提下，有效地解决脉冲超宽带发射机和接收机之间基带同步困难的问题。频域中，由于数据脉冲宽度长，带宽相对较窄，通过跳频的方式分布在同步脉冲频谱的两侧，使本申请产生的自同步脉冲超宽带信号具有更加理想的频谱形状，提高了频谱利用效率。
本发明还提供一种自同步脉冲超宽带信号基带解调电路，该解调电路包括：
包络检测器，用于检测自同步脉冲超宽带信号中同步脉冲包络，并将同步脉冲包络传递至同步控制器；
同步控制器，用于接收同步脉冲包络，并检测相邻同步脉冲包络之间的时间间隔，将相邻同步脉冲包络之间的时间间隔与基带解调电路的时钟周期比较，通过动态调整基带解调电路的时钟周期，以实现发射机和接收机之间基带同步，并将动态调整后的基带解调电路的时钟周期传递至窗口生成器；
窗口生成器，用于根据动态调整后的基带解调电路的时钟周期产生积分窗口，并将积分窗口传递至积分器；
积分器，用于根据积分窗口对自同步脉冲超宽带信号中数据脉冲的能量进行积分；
比较器，用于对积分器输出幅度进行判决，以获得解调数据。
优选地，所述包络检测器包括增益可编程放大器和锁存器，
所述增益可编程放大器，用于放大同步脉冲的包络；
所述锁存器，用于对放大后的同步脉冲的包络进行锁存。
与现有技术相比，本发明提供的一种自同步脉冲超宽带信号基带解调电路具有如下有益效果：利用包络检测器检测自同步脉冲超宽带信号中同步脉冲的包络；利用窗口生成器和同步控制器产生积分窗口，实现发射机和接收机之间基带同步；利用积分器和比较器组成能量检测器检测自同步脉冲超宽带信号中数据脉冲的能量，提高接收机抗噪声性能。而且，本申请提供的基带调制电路与基带解调电路结构简单，易于实现。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种自同步脉冲超宽带信号示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种自同步脉冲超宽带信号基带解调电路示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例中提到的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明，旨在以具体方式呈现相关概念，不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。
本发明实施例提供一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路，图1示出了本发明实施例所提供的一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路示意图。如图1所示，该基带调制电路1包括：固定延时单元10、边沿触发脉冲发生器20、数据采样单元30、基于延时链的脉冲发生器40以及脉冲合成单元50。
固定延时单元10，用于对触发信号进行固定时间的延时，产生延时触发信号。具体地，固定延迟单元10可以由D触发器构成，D触发器的时钟信号可以由1GHz频率的锁相环产生，以实现1ns的延时精度。
边沿触发脉冲发生器20，与锁相环电路中的鉴频鉴相器结构相似，用于产生基于触发信号和延时触发信号具有固定脉冲宽度的同步脉冲。即触发信号和经过固定延时单元10延时的触发信号通过边沿触发脉冲发生器20产生固定脉冲宽度的同步脉冲。
与此同时，数据采样单元30对基带数据进行采样，并将采样数据送入基于延时链的脉冲发生器40中，基于延时链的脉冲发生器40包括延时单元和多路选择器，基带数据经过采样后输入延时单元。延时单元具有多路输出，用于对采样数据产生延时，并输出多路不同延时后的采样数据。应理解，开关键控可以是通过单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭，即发送数据“1”时产生脉冲，发送数据“0”时不产生脉冲。具体地，发送数据为1时，即采样数据为1，相当于有信号进入延时单元，此时会产生数据脉冲。反之，发送数据为0时，采样数据为0，相当于没有信号进入延时单元，此时不会产生数据脉冲，从而实现开关键控调制。
多路选择器通过选择延时单元的两个输出，基于两路不同延时后的采样数据，经过逻辑运算产生与同步脉冲具有预设延时间隔且具有预设脉冲宽度的数据脉冲。例如，通过选择延时单元的两路输出，这两路输出并不限于相邻两路，也可以为不相邻的两路输出，产生所需要的预设延时间隔，进而产生与同步脉冲具有预设延时间隔的数据脉冲。并通过选择延时单元两路输出之间的距离实现对数据脉冲的脉冲宽度进行调节，例如，实现1ns的时间分辨率。应理解，所述延时单元相邻两路输出之间的延时为固定值。应理解，所述数据脉冲包含需要发送的数据信息。
进一步地，所述同步脉冲用于实现发射机和接收机之间的基带同步，无论发送数据“0”或“1”时，同步脉冲始终存在。
脉冲合成单元50，用于将同步脉冲和数据脉冲进行合成，以产生自同步脉冲超宽带信号。
图2示出了本发明实施例所提供的一种自同步脉冲超宽带信号示意图。如图2所示，自同步脉冲超宽带信号的每比特数据由两个脉冲组成，第一个脉冲为短脉冲：同步脉冲，脉冲宽度较短，信号带宽较宽，用于实现发射机和接收机之间的基带同步。第二个脉冲为长脉冲：数据脉冲，由基带数据经过开关键控的调制方式形成，脉冲宽度较长，信号带宽较窄，用于发送数据。在时域中，由于数据脉冲的脉冲宽度远大于同步脉冲的脉冲宽度，本申请实施例提供的基带调制电路产生的自同步脉冲超宽带信号在不过多损失能量利用率的前提下，有效地解决脉冲超宽带发射机和接收机之间基带同步困难的问题,提高了能量利用率。同时，在频域中，由于数据脉冲宽度长，带宽相对较窄，通过跳频的方式使数据脉冲频谱分布在同步脉冲频谱的两侧，使本申请实施例产生的自同步脉冲超宽带信号具有更加理想的频谱形状，提高了频谱利用效率。
本发明实施例提供一种自同步脉冲超宽带信号基带解调电路，图3示出了本发明实施例所提供的一种自同步脉冲超宽带信号基带解调电路示意图。如图3所示，该基带解调电路2又可以称为脉冲触发包络/能量检测器，包括：包络检测器100、窗口生成器200、同步控制器300、积分器400以及比较器500。
包络检测器100用于检测自同步脉冲超宽带信号中同步脉冲包络，并将同步脉冲包络传递至同步控制器。进一步地，包络检测器100包括增益可编程放大器和锁存器，增益可编程放大器用于放大同步脉冲包络，满足锁存器对包络幅度的要求。锁存器，用于对放大后的同步脉冲包络进行锁存，避免噪声和干扰信号对同步脉冲信号的干扰。
同步控制器300，基于累加器实现，用于接收同步脉冲包络，并检测相邻同步脉冲包络之间的时间间隔，也就是图1所示的基带调制电路中触发信号的周期，将相邻同步脉冲包络之间的时间间隔与基带解调电路的时钟周期比较，通过动态调整基带解调电路的时钟周期，以实现发射机和接收机之间基带同步。
窗口生成器200，用于根据动态调整后的基带解调电路的时钟周期产生积分窗口，并将积分窗口传递至积分器400；。
积分器400，用于根据积分窗口对自同步脉冲超宽带信号中数据脉冲的能量进行积分；
比较器500，用于对积分器输出幅度进行判决，以获得解调数据。
积分器400和比较器500组成能量检测器，可以检测自同步脉冲超宽带信号中数据脉冲的能量，提高接收机抗噪声性能。
传统的脉冲超宽带一般采用能量检测或包络检测的方式实现基带信号解调。本发明中的能量检测通过对固定的时间内解调信号的积分结果进行判决，能有效减少由于噪声干扰带来的误判，提高接收机的灵敏度。但是积分时间窗口的选取需要实现基带同步。而包络检测器直接检测基带脉冲的包络，无需实现基带同步，但是解调性能容易受到噪声的干扰。因此本发明实施例利用包络检测器检测同步脉冲；利用窗口生成器和同步控制器产生积分窗口，实现发射机和接收机之间基带同步；利用积分器和比较器组成能量检测器检测数据脉冲的能量，提高接收机抗噪声性能。而且，本申请提供的基带调制电路与基带解调电路结构简单，易于实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路，其特征在于，包括：
固定延时单元，用于对触发信号进行固定时间的延时，产生延时触发信号；
边沿触发脉冲发生器，用于产生基于触发信号和延时触发信号且具有固定脉冲宽度的同步脉冲；
数据采样单元，用于对基带数据进行采样，并将采样数据输入所述基于延时链的脉冲发生器；
基于延时链的脉冲发生器，用于基于开关键控的调制方法，产生与所述同步脉冲具有预设延时间隔且具有预设脉冲宽度的数据脉冲；
脉冲合成单元，用于将所述同步脉冲和所述数据脉冲进行合成，以产生自同步脉冲超宽带信号；
时域中，所述数据脉冲的脉冲宽度远大于所述同步脉冲的脉冲宽度，频域中，所述数据脉冲通过跳频的方式分布在所述同步脉冲两侧。
2.根据权利要求1所述的一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路，其特征在于，所述基于延时链的脉冲发生器包括延时单元和多路选择器；
所述延时单元，用于对所述采样数据产生延时，输出多路不同延时后的所述采样数据；
所述多路选择器，用于基于不同延时后的所述采样数据产生与所述同步脉冲具有预设延时间隔和预设脉冲宽度的数据脉冲。
3.根据权利要求2所述的一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路，其特征在于，所述延时单元相邻两路输出之间的延时为固定值。
4.根据权利要求1所述的一种自同步脉冲超宽带信号基带调制电路，其特征在于，
所述同步脉冲用于实现发射机和接收机之间的基带同步。
5.一种自同步脉冲超宽带信号基带解调电路，其特征在于，包括：
包络检测器，用于检测自同步脉冲超宽带信号中同步脉冲包络，并将同步脉冲包络传递至同步控制器；
同步控制器，用于接收同步脉冲包络，并检测相邻同步脉冲包络之间的时间间隔，将相邻同步脉冲包络之间的时间间隔与基带解调电路的时钟周期比较，通过动态调整基带解调电路的时钟周期，以实现发射机和接收机之间基带同步，并将动态调整后的基带解调电路的时钟周期传递至窗口生成器；
窗口生成器，用于根据动态调整后的基带解调电路的时钟周期产生积分窗口，并将积分窗口传递至积分器；
积分器，用于根据积分窗口对自同步脉冲超宽带信号中数据脉冲的能量进行积分；
比较器，用于对积分器输出幅度进行判决，以获得解调数据。
6.根据权利要求5所述的一种自同步脉冲超宽带信号基带解调电路，其特征在于，
所述包络检测器包括增益可编程放大器和锁存器，
所述增益可编程放大器，用于放大所述同步脉冲的包络；
所述锁存器，用于对放大后的所述同步脉冲的包络进行锁存。
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