CN1551511A - 用于动态地减少干扰的超宽带收发设备和方法 - Google Patents

用于动态地减少干扰的超宽带收发设备和方法 Download PDF

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Abstract

一种UWB接收机，具有至少一个带有有限工作频带的通信模块，其开/关状态能够被控制。该UWB接收机适用于基于所述至少一个通信模块的开/关状态、检测有限工作频带中的接收无线电信号的功率强度。该UWB接收机适用于基于检测结果，来控制该至少一个通信模块的开/关状态。

Description

用于动态地减少干扰的超宽带收发设备和方法
技术领域
本发明涉及RF收发机设备以及UWB信号收发方法的技术，该RF收发机设备包含带有低噪声放大器(LNA)及滤波器的接收机单元和带有功率放大器及滤波器的发送机单元。更具体地说，本发明涉及用于使用超宽带(ultrawide band，UWB)技术克服在与RF收发机设备当前所使用的无线电通信频带重叠的频带中所产生的干扰的技术。
背景技术
图1是示出相关技术的射频(RF)收发机设备的示意图。如图1所示，当RF系统处于接收模式时，开关被连接到低噪声放大器(LAN)的输入端。输入到被连接到LNA的天线中的RF信号经由LNA被发送到滤波器。当系统使用载波时，RF信号经由滤波器被进一步发送到下变频器。在没有使用载波的情况下，RF信号被直接发送到解调器。
当RF系统处于发送模式时，开关被连接到功率放大器的输出端。当使用载波时，经过上变频器和滤波器之后，信号在功率放大器中被放大。接着，它们作为电能通过天线被发送到空中。当不使用载波时，经过滤波器之后，调制信号在功率放大器中被放大。接着，它们通过天线被发送。
可用于多个无线局域网(WLAN)和无线个人区域网络(WPAN)的无线通信系统，日益需要与有线通信系统中所使用的同样高的数据传输率。只有使用UWB(超宽带)，才能满足这种需求。在当前所使用的WLAN或WPAN无线通信系统中，UWB具有最高的数据率。由于在这种相关技术RF收发机设备中，一般采用最多200到300MHz的带宽，构造LNA、功率放大器和滤波器不是太难。而且，由于使用指定的预定窄带，该频带很少干扰其它系统。
但是，如果使用具有几百MHz或GHz带宽的UWB系统，就会遇到几个问题。使用UWB时的一个严重问题是，UWB使用已经由其它商用无线通信系统所使用的预定频带。因为UWB系统的信号功率较低，并且接收机灵敏度也因此较低，所以UWB系统的故障发生在与其它无线电通信系统所使用的频带重叠的指定频带中的可能性很高。而且，由于用于UWB系统中的LNA、功率放大器、滤波器等要覆盖较宽的带宽，它们不能够在整个感兴趣(interest)的频带内表现出较好的性能。结果，在一些频率上会出现例如信号失真等问题。
因此，需要一种设备，这种设备能够使UWB系统不干扰相邻于该UWB系统运行的无线通信系统，或者被上述无线通信系统干扰。
发明内容
为了克服上述缺陷当中的一些缺陷，提供一种UWB接收机，该接收机包括至少一个具有有限工作频带的通信模块，其开/关状态能够被控制。该UWB接收机适用于基于所述至少一个通信模块的开/关状态，在有限的工作频带中检测接收无线电信号的功率强度。该UWB接收机适用于基于检测结果、控制至少一个通信模块的开/关状态。
在指定的增强(enhancement)中，所检测的功率强度与包括可能发生干扰的频率的频带相对应。
在另一个指定的增强中，接收机具有基带控制器，适用于控制所述至少一个通信模块的开/关状态，以便检测无线电接收信号的功率强度，并且控制所述至少一个通信模块的开/关状态。
更准确地说，提供MAC，用于存储有关检测频带的信息，并且将所存储的有关频带的信息发送给其它UWB接收机。
更准确地说，通过管理帧发送有关频带的信息。
更准确地说，频带被存储在物理层报头(header)中。
在另一个指定的增强中，该至少一个通信模块包括带阻滤波器。
在另一个指定的增强中，该至少一个通信模块包括小信号放大器。
本发明的另一个方面是一种UWB发送机，该发送机包括至少一个具有有限工作频带的通信模块，其开/关状态能够被控制。该UWB发送机控制至少一个通信模块的开/关状态，以便滤出(filter out)相应频带中的无线电发送信号。
本发明的另一个方面是一种UWB收发机，该收发机包括至少一个通信模块。UWB收发机适用于根据至少一个具有预定有限工作频带的通信模块的开/关状态，来按频带检测无线电接收信号的功率强度。它还适用于基于检测结果控制至少一个通信模块的开/关状态，以便滤出相应频带中的无线电接收/发送信号。
本发明的另一个方面是一种接收UWB信号的方法，该方法包括根据至少一个具有有限工作频带的通信模块的开/关状态，来检测无线电接收信号的功率强度。根据检测结果控制该至少一个通信模块的开/关状态。滤出频带中的无线电接收信号。
本发明的另一个方面是一种发送UWB信号的方法，该方法包括：控制至少一个通信模块的开/关状态，并且滤出频带中的无线电发送信号。
特别地，控制至少一个通信模块的开/关状态还包含：设置通信模块的开/关状态，并且关于确定结果，与至少一个正在通信的其它UWB接收机达成协议。
更准确地说，关于确定结果达成协议包含：存储关于确定结果的信息，并且将所存储的信息发送给其它UWB接收机。
本发明的另一个方面是一种收发UWB信号的方法，该方法包括根据至少一个具有有限工作频带的通信模块的开/关状态，来检测无线电接收信号的功率强度。根据检测结果控制该至少一个通信模块的开/关状态。滤出频带中的无线电接收/发送信号。
附图说明
通过以下结合附图所给出的对示例实施方式的描述，本发明的上述特征及优点将会变得更清楚，其中：
图1是示出传统RF收发机设备的结构的示意图；
图2是示出UWB收发机设备的非限制性的示范性结构的方框图，该收发机包含按频带具有多个滤波器的滤波器单元；
图3是示出体现本发明的一些方面的基带控制器的结构的示意图；
图4是示出UWB收发机设备的非限制性的示范性结构的方框图，该收发机包含按频带具有多个LNA的LNA单元和具有多个功率放大器的功率放大器单元；
图5是示出用于动态地确定频带的非限制性的示范性技术的流程图，该频带不在按频带具有多个滤波器的UWB收发机设备中使用；
图6是示出用于动态地确定频带的非限制性的示范性技术的流程图，该频带不在按频带包含多个LNA和多个功率放大器的UWB收发机设备中使用；和
图7是示出用于确定将不使用的频带，并且在使用所有多个滤波器、LNA和功率放大器的UWB系统之间收发信号的非限制性的示范性技术的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明本发明的示例实施方式。
图2是示出UWB收发机设备的非限制性的结构示例的方框图。根据本发明，该收发机包含具有多个滤波器的滤波器单元，每个滤波器都能够对指定频带进行滤波。参照图2，UWB收发机具有覆盖UWB系统的所有频带的宽带LNA 220、宽带功率放大器270、包括多个滤波器的滤波器单元230、解调器240、调制器280、基带控制器250和媒体访问控制(MAC)260。
现在将详细说明该设备的每个部件。LNA是典型的小信号放大器。小信号放大器的示例是对信号进行变换所需的RF装置。这种信号，可解释地，当该信号在空中经过多个路径时具有增强的噪声和降低的强度。该小信号放大器是不仅接收增益而且接收噪声分量的放大器。在本示例中，使用覆盖UWB系统的所有频带的宽带LNA。
构成滤波器单元的每个滤波器是带阻滤波器，用于选择性地滤出现有RF系统中所使用的指定频带。当信号被输入到UWB接收机时，每个带阻滤波器需要滤出指定频谱。因为指定频带被滤出，UWB系统就不会干扰现有的无线通信系统。
而且，由于新通信设备的出现，很可能出现与现有频率重叠的新频带。带阻滤波器需要动态地处理由于这种最新重叠的频带所引起的干扰。例如，根据现有无线通信系统中所使用的频带范围按照如下方式来安排滤波器，即第一带阻滤波器用于全球定位系统(GPS)频带，并且第二带阻滤波器用于5GHz无线LAN频带等。
能够被接通或断开的开关以并联方式被附加到每个滤波器中。在这种结构中，如果开关处于接通(ON)状态，所输入的信号就不经过具有预定阻抗的滤波器，而只沿着短路开关被发送。于是，带阻滤波器处于关(OFF)状态。另一方面，如果开关处于断开(OFF)状态，所输入的信号就通过具有预定阻抗的滤波器被发送。于是，带阻滤波器处于开(ON)状态。
基带控制器250用于控制收发机中处理UWB脉冲信号的发送和接收的全部操作。如图3所示，基带控制器250包括功率测量单元251、开关控制单元252和功率控制单元253。后面将参照图3详细说明这些部件的功能。
MAC 260位于物理层的上层，并且用于根据UWB通信来管理数据通信。MAC 260通过基带控制器接收二进制信号，或者将要发送的二进制信号传送给基带控制器。而且，解调器240用于将通过天线接收的UWB脉冲信号的数据序列解调成原始信号。调制器280将原始信号的二进制数据调制成UWB脉冲信号。功率放大器270对经由滤波器从调制器280输入的UWB脉冲信号的强度进行放大，以便它们适合于UWB信道传输。
在该设备的接收端，滤波器和LNA之间的顺序可以被改变，并且所有滤波器都可以位于LNA之前或之后。在使用载波的外差系统或直接变换系统的情况下，信号可以被转移到原始信号的基带上。如果这些信号经过下变频器，接着，信号就被解调。另一方面，在不使用载波的基带系统或UWB系统的情况下，信号可以不经过下变频器而被直接解调。
在该设备的发送端，滤波器和功率放大器之间的顺序可以被改变，并且所有滤波器都可以位于功率放大器之前或之后。在使用载波的外差系统或直接变换系统的情况下，调制基带信号被上变频到载波频率附近的频带上。这里，经过上变频的RF信号具有将被发送到指定频带空间的频带。在不使用载波的系统中，调制信号可以不执行上变频过程而被直接发送到滤波器。
图3是示出体现本发明的一些方面的基带控制器250的示范性结构的示意图。基带控制器250的功率测量单元251测量RF信号的功率强度，该RF信号随着每个滤波器被打开或被关闭而进入该频带范围，从而打开或关闭每个相应的LNA。作为测量结果，如果功率变化大于预定值，功率测量单元251就确定另一个无线通信系统正在使用该频带。
开关控制单元252用于滤出将不使用的频带中的信号。这通过控制打开或关闭每个滤波器来完成。更准确地说，开关控制单元252能够通过打开与在功率测量单元251中被确定为由其它无线通信系统所使用的频带相应的带阻滤波器并且关闭其它带阻滤波器，来动态地接通或断开开关。而且，开关控制单元252用于通过控制打开或关闭每个LNA的操作，来滤出将不使用的频带中的信号。更准确地说，开关控制单元252能够通过关闭与在功率测量单元25 1中已被确定为由其它无线通信系统所使用的频带相应的LNA并且打开其它LNA，来动态地接通或断开开关。
而且，功率控制单元253根据接收信号的信噪比(SNR)，来控制UWB脉冲信号的传输功率的强度。由于如此构造的基带控制器250的各部件彼此独立地操作，附加部件可以依赖于数据传输方法被添加到其中，或者其中只包含图3所示的部件中的一部分。例如，基带控制器250可以只包括功率测量单元251和开关控制单元252。如果还有控制传输功率的强度的附加需要，功率控制单元253还可以被添加到基带控制器250中。
图4是示出UWB收发机设备的示范性结构的方框图，该收发机包含具有多个LNA的LNA单元和具有多个功率放大器的功率放大器单元，多个LNA和多个功率放大器是按频带安排的。这里只对与图2所示的UWB收发机设备不同的部分进行详细地说明。
参照图4，该示范性UWB收发机设备包括具有多个LNA的LNA单元420、具有多个功率放大器的功率放大器单元470、覆盖UWB系统的所有频带的宽带滤波器430、解调器240、调制器280、基带控制器250和MAC 260。LNA单元420包含多个LNA和LNA合成器421，LNA合成器421用于收集来自多个LNA的输出，接着将该输出发送到单独的端口。功率放大器单元470包含多个功率放大器和功率放大器合成器471，功率放大器合成器471用于收集来自多个功率放大器的输出，接着将该输出发送到单独的端口。而且，宽带滤波器430覆盖UWB系统中所使用的所有频带
当UWB接收机接收信号时，它被如此设计，以便LNA和功率放大器不用于指定频带频谱。于是，因为由于其与其它通信系统重叠而在发送和接收时将不使用的频带、不经过通过相关LNA和功率放大器所进行的放大过程，所以UWB系统就不会干扰现有无线通信系统，并且能够动态地处理由于现有重叠频带以及由于新通信设备的出现而导致将来可能出现的重叠频带所引起的干扰。例如，可以根据现有无线通信系统中所使用的频带范围来以此方式安排滤波器，即例如，第一LNA和功率放大器用于全球定位系统(GPS)频带，并且第二LNA和功率放大器用于5GHz无线LAN频带等。
还可以创建组合图2和4的结构的示范性实施方式，其中图2和4的结构被相互组合。在这种组合结构中，组合出包括具有多个滤波器的滤波器单元、具有多个LNA的LNA单元和具有多个功率放大器的功率放大器单元的收发机系统。这里，如果只有由于与现有无线通信系统重叠的频带而引起的干扰成为问题，这个问题就能够分别通过图2或图4所示的实施例来解决。
用于UWB系统中的LNA、功率放大器、滤波器等需要覆盖宽频带。因此，即使使用宽带LNA、滤波器和功率放大器，也不能够在整个频带内均衡地获得较好的性能。而且，在特定频带内会产生其它问题，例如信号失真。另一方面，正如在体现本发明的示范性实施方式中所述，如果在每个频带内提供LNA、滤波器和功率放大器，将不会出现例如信号失真等问题。
图5是示出用于使用多个滤波器动态地确定不在的UWB收发机设备中使用的频带的技术的流程图。图5的流程图中的步骤是以规则的时间间隔或者是在UWB收发机设备被打开时执行的。首先，关闭图2所示的所有滤波器(S510)。接着，打开一个滤波器，并且其余滤波器保持关闭。接下来，打开下一个滤波器，并且其它滤波器保持关闭。对于所有滤波器执行该过程(S520)。
通过上述过程，有可能确定干扰关于哪个频带发生。例如，在第二滤波器能够覆盖当前由其它设备所使用的5GHz无线LAN频带的情况下，以规则的时间间隔或者是在UWB收发机设备被打开时，一个接一个地相继打开第一到第n滤波器。接着，当第二滤波器被打开时，进入该频带范围中的RF信号的总强度将会明显降低。因此，通过上述过程，UWB系统能够觉察到5GHz无线LAN频带的存在。
一般而言，如果在指定带阻滤波器被打开时，进入该频带范围内的RF信号的功率明显降低(S530)，就确定用于该频带的滤波器被打开(S540)。否则，确定相关滤波器被关闭(S550)。随后，检测相关滤波器是否是最后的第n滤波器(S560)。如果是，该过程就进入下一个步骤S570。否则，该过程返回到步骤S520。根据确定结果，UWB收发机设备只打开用于可能出现干扰的频带的相关滤波器，并且关闭其它滤波器(S570)。于是，即使通过干扰频带输入了较高的功率，也不会损坏UWB板。
而且，有关如此确定的相关频带的信息被发送到正在通信的UWB收发机设备(S580)。两个UWB收发机设备相互达成它们将不使用该相关频带的协议(S590)。在两个UWB收发机设备之间达成它们将不使用特定频带以互相通信的协议的方法可以包含如下方法，即在MAC中生成管理帧并且在设备之间收发该帧。可替换地，该信息能够被包含在物理层报头中，并且在无线数据发送/接收期间被传送给彼此。在这种情况下，可以生成新的帧，或者使用现有帧的“保留比特”。
图6是示出用于动态地确定不在包含多个LNA和多个功率放大器的UWB收发机设备中使用的频带的示范性技术的流程图。图6的流程图中的步骤是以规则的时间间隔或者是在UWB收发机设备被打开时执行的。首先，打开图4所示的所有滤波器(S610)。接着，关闭一个滤波器，并且其余滤波器保持打开。接下来，关闭下一个滤波器，并且其它滤波器保持打开。对于所有滤波器执行该过程(S620)。通过上述过程，有可能确定干扰关于哪个频带发生。
如此，如果在指定LNA被关闭时，进入该频带范围内的RF信号的功率明显降低(S630)，就确定用于该频带的LNA被关闭(S640)。否则，确定相关滤波器和功率放大器被打开(S650)。随后，检测相关LNA是否是最后的第nLNA(S660)。如果是，该过程就进入步骤S670。否则，该过程返回到步骤S620。根据确定结果，UWB收发机设备只关闭用于干扰频带的相关LNA，并且打开其它LNA(S670)。而且，有关如此确定的相关频带的信息被发送到正在通信的UWB收发机设备(S680)，接着，两个UWB收发机设备相互达成它们将不使用该相关频带的协议(S690)。
图7是示出如下过程的流程图，即确定将不使用的频带，并且在使用所有多个滤波器、LNA和功率放大器的UWB系统之间收发信号。首先，基于如在图5和图6所示的实施例中所描述的协议过程，设置滤波器单元、LNA单元和功率放大器单元(S710)。接着，第一UWB收发机设备的调制器从基带控制器接收要被发送的二进制信号(S720)。接下来，所接收的二进制信号通过调制器被调制成UWB脉冲信号(S730)。
在使用载波的情况下，信号应该首先经过下变频器，然后经历调制过程。否则，信号被直接发送给调制器。调制信号经过UWB系统发送端的滤波器单元，其中在滤波器单元中滤出或阻止不使用的频带中的信号(S740)。以后，只有所使用的频带中的信号通过功率放大器单元被放大(S750)，接着UWB脉冲信号通过天线被发送(S760)。
发送信号通过UWB信道在空中传播，并且通过第二个UWB收发机设备的天线被接收(S770)。接着，接收信号通过LNA单元被放大(S780)，并且通过UWB系统的接收端的滤波器单元滤出或阻止不使用的频带中的信号(S790)。只有经过滤波的脉冲信号被解调成二进制信号(S795)。在使用载波的情况下，脉冲信号应该经过滤波器单元，接着被发送到下变频器。在不使用载波的情况下，脉冲信号被直接发送到解调器。经过解调器的二进制信号被发送到基带控制器(S799)。
虽然已结合本发明的公开实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于这些实施例。因此，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的实质和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
本申请要求韩国专利申请No.10-2003-0029130的优先权，该申请于2003年5月7日提交到韩国知识产权局，其内容以引用方式包含在本文的内容中。

Claims (32)

1.一种超宽带接收机，包括：
至少一个具有有限工作频带的通信模块，其开/关状态能够被控制，
其中，所述超宽带接收机适用于基于所述至少一个通信模块的开/关状态，检测有限工作频带中接收无线电信号的功率强度，并且
其中，所述超宽带接收机适用于基于检测结果、控制所述至少一个通信模块的开/关状态。
2.如权利要求1所述的超宽带接收机，其中所检测的功率强度与包括可能发生干扰的频率的频带相对应。
3.如权利要求1所述的超宽带接收机，还包括：
基带控制器，适用于控制所述至少一个通信模块的开/关状态，以检测所述无线电接收信号的功率强度，并且控制所述至少一个通信模块的开/关状态。
4.如权利要求3所述的超宽带接收机，还包括：
媒体访问控制器，用于存储有关检测频带的信息，并且将所存储的有关频带的信息发送给其它超宽带接收机。
5.如权利要求4所述的超宽带接收机，其中通过管理帧发送所述有关频带的信息。
6.如权利要求4所述的超宽带接收机，其中所述有关频带的信息被存储在物理层报头中。
7.如权利要求1所述的超宽带接收机，其中所述至少一个通信模块包括带阻滤波器。
8.如权利要求1所述的超宽带接收机，其中所述至少一个通信模块包括小信号放大器。
9.一种超宽带发送机，包括：
至少一个具有有限工作频带的通信模块，其开/关状态能够被控制，
其中，所述超宽带发送机控制所述至少一个通信模块的开/关状态，以便滤出相应频带中的无线电发送信号。
10.如权利要求9所述的超宽带发送机，其中所述频带包括可能发生干扰的频率。
11.如权利要求9所述的超宽带发送机，还包括：
基带控制器，用于控制所述至少一个通信模块的开/关状态，以便控制所述频带中的所述无线电发送信号的发送。
12.如权利要求11所述的超宽带发送机，其中所述基带控制器包括功率控制单元，用于基于指定频带来控制所述无线电发送信号的发送功率的强度。
13.如权利要求9所述的超宽带发送机，其中所述至少一个通信模块包括带阻滤波器。
14.如权利要求9所述的超宽带发送机，其中所述至少一个通信模块包括小信号放大器。
15.一种超宽带收发机，包括：
至少一个通信模块；
其中，所述超宽带收发机适用于根据至少一个具有预定有限工作频带的通信模块的开/关状态，来按频带检测无线电接收信号的功率强度，并且
还适用于基于检测结果控制至少一个通信模块的开/关状态，以便滤出相应频带中的无线电接收/发送信号。
16.如权利要求15所述的超宽带收发机，其中所述频带包括可能发生干扰的频率。
17.如权利要求15所述的超宽带收发机，包括：
基带控制器，适用于控制所述至少一个通信模块的开/关状态，并且
还适用于根据所述控制来检测所述无线电接收信号的功率强度，以及根据检测结果来控制所述至少一个通信模块的开/关状态。
18.如权利要求17所述的超宽带收发机，其中所述基带控制器包括功率控制单元，用于根据所述无线电接收信号的信噪比(SNR)来控制所述无线电发送信号的发送功率的强度。
19.如权利要求17所述的超宽带收发机，还包括：
媒体访问控制器，用于存储有关频带的信息，并且将所存储的有关频带的信息发送给其它超宽带接收机。
20.如权利要求19所述的超宽带收发机，其中通过管理帧发送所述有关频带的信息。
21.如权利要求19所述的超宽带收发机，其中所述有关频带的信息被存储在物理层报头中。
22.如权利要求15所述的超宽带收发机，其中所述至少一个通信模块包括带阻滤波器。
23.如权利要求15所述的超宽带收发机，其中所述至少一个通信模块包括小信号放大器。
24.一种接收超宽带信号的方法，包括：
根据至少一个具有有限工作频带的通信模块的开/关状态，来检测无线电接收信号的功率强度；
根据检测结果控制所述至少一个通信模块的开/关状态；并且
滤出所述频带中的所述无线电接收信号。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述频带包括可能发生干扰的频率。
26.如权利要求24所述的方法，其中所述控制所述至少一个通信模块的开/关状态的步骤包含根据功率强度的检测结果来设置开或关状态。
27.一种发送超宽带信号的方法，包括：
控制至少一个通信模块的开/关状态；并且
滤出频带中的无线电发送信号。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述控制所述至少一个通信模块的开/关状态的步骤还包含：
设置所述通信模块的开/关状态，并且
关于确定结果，与至少一个正在通信的其它超宽带接收机达成协议。
29.如权利要求28所述的方法，所述关于确定结果达成协议的步骤包含：
存储关于确定结果的信息；并且
将所存储的信息发送给所述其它超宽带接收机。
30.一种收发超宽带信号的方法，包括：
根据至少一个具有有限工作频带的通信模块的开/关状态，来检测无线电接收信号的功率强度；
根据检测结果控制所述至少一个通信模块的开/关状态；以及
滤出频带中的无线电接收/发送信号。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述控制多个通信模块的开/关状态的步骤包含：
根据功率强度的检测结果来设置所述至少一个通信模块的开/关状态；并且
关于确定结果，与至少一个正在通信的其它超宽带系统达成协议。
32.如权利要求31所述的方法，所述关于设置结果达成协议的步骤包含：
存储关于确定结果的信息；并且
将所存储的信息发送给所述其它超宽带接收机。
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