CN1589526A - 产生适于通讯的开关键控信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生不需要使用传统的混频器和振荡电路作为载波源的传输数字数据的开关键控型信号的方法和装置。该方法利用一传输特性由交互的不稳定和稳定工作区域组成的电路，产生相应的非振荡和振荡输出。该电路的进一步特点为，有一基于数字数据的、可驱动电路进入稳定或不稳定工作区域的工作点。最后的输出信号为一适于传输的开关键控型信号。

Description

产生适于通讯的开关键控信号的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2001年12月13日提交的美国临时申请号为：60/304,130的优先权，其名称为“产生幅移键控信号的方法和装置”。
本申请涉及了美国专利6,259,390的相关内容。该申请进一步涉及了2001年3月13日提交的，名称为“从脉冲中恢复数据的方法和装置”的美国申请文件09/805,854的相关内容，用于所有目的作为参考包含在本文中。
背景技术
本发明总体上涉及信号调制，更具体的说，本发明涉及用开关键控调制技术产生信号。
在通讯系统中，一个模拟或数字信息能够在它通过物理通道被传输前，被调制在一个载波信号上。开关键控是一种常用的用于数字通讯系统的调制方法。尽管开关键控被普遍认为并不是一种理想的调制方法，但它是一种非常易于实现的方法，因而有其特定的应用领域。
图9示出了一个产生开关键控调制信号的常用技术。一个典型的非线性三端设备——混频器906作为开关键控调制器。该混频器由三个端子901，902和903组成。提供数据信号905至输入端子901。载波信号由振荡器904产生，并提供给混频器的输入端子902。结果开关键控调制信号在输出端子903上产生。
电子技术的发展提高了开关键控调制器906的性价比，例如美国专利6,087,904中公开了一种能被集成在芯片中的开关键控调制器。混频器通常需要的变压器被省略，以降低设备成本。一种进一步改进后的开关键控调制器在美国专利6,292,067公开，在该专利文件中，该开关键控调制器仅需要一正电压源，从而进一步降低了成本。然而，该产生开关键控调制的波形的方法本质上是相同的。
尽管在使开关键控调制器更廉价和更小型化方面已经取得了重大的进步，传统的方法始终需要一个能量消耗子系统，比如给开关键控调制器提供载波的振荡器904。此外，由于其产生的能量相当的高，该振荡元件可能成为接收器的一个干扰源。例如，在收发器中，由振荡器产生的、用于发射器转换数据信号的载波信号，能干扰更弱的接收信号，因而降低了接收器的灵敏度。
因而，以开关键控调制为基础的通讯系统依然存在着发展的空间。
本发明的简要说明
依照本发明实施例的数字数据传输包括：将基于数字数据流的输入信号应用于配置成产生基于输入信号的振荡信号和非振荡信号的非线性电路。当输入信号达到第一信号振幅时，该非线性电路产生振荡信号；当输入信号达到第二信号振幅时，该非线性电路产生非振荡信号。作为结果，该振荡信号和非振荡信号适于传输。
在本发明的一个实施例中，该输入信号是该数据流本身。在本发明的另一个实施例中，该输入信号是一代替该数据流的脉冲编码调制信号。
附图简要说明
通过下述结合附图的对本发明的详细描述，可更好的理解本发明：
图1是本发明的一个开关键控调制器的高电平结构框图；
图2示出了本发明的用作开关键控调制器的非线性电路；
图3示出了图2所示的非线性电路的转移函数中的交互的稳定和不稳定工作区域；
图4示出了本发明的非线性电路的一个实施例；
图5示出了本发明产生的信号的信号轨迹；
图6示出了适用于本发明的一个典型通讯系统构成；
图7示出了适用于本发明的另一个典型通讯系统构成；
图8示出了适用于本发明的无线电频率判定技术的方框图；
图9示出了现有技术中的一个信号发生系统。
本发明的具体描述
图1是本发明的开关键控调制器102的概图。数字数据进入调制器产生一个代替该数字数据的开关键控型信号。该调制器的输出是一适于传输的调制信号，图例即为传输信号本身。
图2是依照本发明的实施例的含有开关键控调制器102的电路201的高电平原理图。该实施例示出了一个有N形I-V传输特性的电路元件201。数据信号206被提供给该电路的输入端204，电感202连接该电路的输出端205。
必须简要说明的是，该电路201产生代替数据信号206的调制信号，该信号能从输出端205获得。如果需要，电容(未示出)可横跨连接电感202，以消除该调制信号中的峰值或其他高频成分。同样的，滤波器(未示出)可连接端口205，以消除产生波形的高频成分。该数据信号206包括两个编进数字信号振幅中的信息区域206a，206b。
图4示出了电路201的一个实施例。在该特例中，隧道二极管401(比如零件号为MP1605)作为电路元件201。电感402的值大约是10微亨。如上所述，电感402上可增加并连电容403使产生的波形平滑。该实施例中的电容值大约是10皮法。将该数据信号206应用于数据输入端口404。适合传输的开关键控型调制信号能由信号输出端405敲出。
作为图4的补充，图3示出了电路201的转移函数301--I＝Ψ(v)。为了本发明的这个目的，电路的“转移函数”(特性)引用了电路中的任意两个状态变量的关系。电子电路的特性可通过相关的电流和电压这两个状态变量的I-V曲线的特征来表现。该曲线显示出一个状态变量(例如电流)如何随着另一个状态变量(电压)的值的变化而变化。如图3所示，图4中电路的转移函数包括位于在这里被认为是“不稳定”区域的区域307的部分。该不稳定区域受到在这里被认为是“稳定”区域的区域306和308的限制。
图4的电路有位于转移函数301的相关联的“工作点”303，该电路的输出端405的特性依赖于该工作点的位置。如果该工作点被置于转移函数位于307区域的部分，该电路的输出将会是振荡的。由于这个原因，称区307为不稳定的工作区域。如果放置该工作点于位于区域306或区域308的转移函数的部分，该电路的输出通常将会是时变的、非振荡的，由于这个原因，称区域306和308为稳定工作区域。
该电路的工作点303是提供给电路的输入端404的信号的函数。图3进一步显示出这样一种有一第一区域305a及一第二区域305b的控制信号305。为了阐明控制信号305Vs的振幅与转移函数301的关系，引出了线302。线302与转移函数301的交叉点即电路201的工作点303。因而，当控制信号的幅值在305a和305b之间变动时，可以看作是图4中电路的工作点在其稳定的和不稳定的工作区域间移动，电路的输出端405的行为也会产生相应的改变。关于该问题的其他讨论和其他电路在美国专利6,259,390中提供。
因而，如果控制信号305被数据信号206取代，电路201的工作点303将随着第一信息区206a和第二信息区206b的振幅而改变。当驱动电路进入稳态的和不稳态的工作区域产生依照数据信号206的非振荡和振荡输出时，开关键控型的调制信号随后产生。如果该数据信号的脉冲频宽比为50％，该电路的输出为一开关键控信号。
图5为输入数据信号500a和输出开关键控调制信号500b的信号轨迹。该输入信号包括信息区域502(如二进制的0)，以及信息区域503(如二进制的1)。当信息区域503将电路401的工作点置于非稳定区域307，信息区域502则将电路401的工作点置于稳定区域(如图3中的306或308)。当该工作点位于稳定区域时，无信号区504可在输出500b上观察到。当工作点位于非稳定区域时，振荡505可在输出上观察到。如果没有电容403，振荡频率主要由电感402的值决定。如果有电容403，振荡频率由该表达式fosc＝(2π)-1(LC)-1/2决定，其中的L和C分别为电感402和电容403的值。因而，该振荡频率能被转换为适于传输的传输信号。
图6为适用于本发明的调制技术的超宽频(UWB)传输系统的高电平方框图。数字源606提供连续的数字数据流601，并构成了将被传输的数字信息。该数字数据由脉冲编码调制器606a编码。例如，该脉冲编码调制器可使用脉冲位置调制技术(PPM)。另一种脉冲编码技术为脉冲振幅调制(PAM)。还有一种被广泛使用的脉冲编码调制技术为脉冲宽度调制(PWM)。另外，脉冲编码调制器606a还可能有如正序扩展频谱(DSSS)的扩展频谱能力。
系统600包括一依照本发明的各种实施例的开关键控调制器602。将脉冲编码调制器606a的脉冲编码输出603传送至开关键控调制器602。其特征在于，脉冲编码输出603包括第一和第二信息区域。开关键控调制器602产生一开关键控型信号605，以响应接收的、拥有符合脉冲编码输出的第一和第二信息区域的部分的脉冲编码信号。利用传统的和已知的传输技术，通过天线604将开关键控型信号传输到空中频道。如上所述，开关键控型信号能够在没有使用自由运转的振荡器子系统和混频器子系统的组合的情况下产生。
图6中的发射机能用于连接一超宽频接收器，例如揭示在美国专利申请09/847,777的共同所有和共同代审中，或如美国专利申请09/970,385所公开的那样，以形成收发器对。为了与图6中的超宽频发射机兼容，将一封装的检波器应用作如美国专利申请09/847,777的图1所示的整波电路。
图7示出了依照本发明的幅移键控(ASK)收发器的方框图。在发射器端，数字源706产生连续的数字数据701，其构成了被传输的数字信息。将该连续的数字数据送到开关键控调制器702的输入端。如图6所示，调制信号705在开关键控调制器的输出端产生。将该调制信号通过天线704a发射到空中频道，传递给接收器端。放大器(未示出)可在开关键控调制器702与天线704a间随意插入，以便在发射前放大调制信号。
在接收器端，通过天线704b接收包含噪声及其他干扰信号的来自空中的调制信号705。该接收的信号可在输入一封装的检波器722前，通过一可选择的放大器(未示出)被放大。该封装的检波器722将从调制信号705中移除载波，以产生一模拟波形715。由于噪声及传送介质的其他干扰作用，该模拟信号类似于原始的连续数字数据流701，但有些变形。
而后将波形715送入有N形I-V传输特性的脉冲发生器724。例如，这样的电路在美国专利6,259,390中有描述。该脉冲发生器724的输出为一信号，其由与模拟波形715相关联的尖峰脉冲713组构成。该尖峰脉冲组能被计数器或其他判读装置726解码，以重新生成数字信息711。当传输被很好的实现时，数字信息711与数字数据流701是同一的。用于判断装置726的运算法则的例子已充分公开在美国专利申请09/805,854中。
作为另一种选择，通过对模拟波形715执行严格的判断分析能够恢复数字信息711，例如使用比较仪。虽然这种方式得到的结果与使用脉冲发生器724和判断装置726的结果接近，但由于诸如系统执行、系统耐久性之类的原因，并不能适用于所有的情况。
图8示出了本发明中的另一种传输系统——无线电频率判定(RFID)系统的高电平方框图。无线电频率判定系统使用了无源终端，即不需要电池和类似电源驱动的电子设备终端。作为替代，无线电频率判定设备的终端从传送给该终端的接收信号中得到其能源。
在该系统中，读出器8010(也称作询问者)以频率FT通过天线8020传送一问讯信号以鉴别在其范围内的终端身份。终端1到终端N，每一台终端将接收该闻讯信号并通过以下方式处理。终端通过其天线8030接收信号，将该信号通过硅整流二极管天线(整流天线)电路8040转换为产生直流能量。该直流能量可提供能量给微控制器8050及开关键控调制器。该微控制器8050产生一包含第一和第二信息区域的数字位流。将这些第一和第二信息区域输入开关键控调制器8060以产生一开关键控调制信号。每一终端的开关键控调制器8060可在不同的频率产生振荡，例如，可通过为每一终端的电感402(见图4)设定不同的值来实现。在这种情况下，对每一终端而言，开关键控调制信号有一不同的中心频率。例如，终端1使用中心频率F1，而终端N使用中心频率FN。每一终端使用不同频率的优点在于在空中不会产生信息冲突。
将由开关键控调制器8060传送的调制信号通过天线8070发射，在本发明实施例中，可将天线8070和8030组合为一个双波段天线。读出器8010可接收到由终端经由其天线8020传送的信号。该天线8020可相应的设定为接收信号F1到FN。读出器8010可快速处理信号F1+...+FN以识别哪个终端在线以及每个终端包含什么信息。例如，如果识别F3，那么终端3肯定在线，中心频率F3传递的信息对应于包含在终端3中的信息。
无线电频率判定系统的一个更简单的方案可通过除去每台终端的微控制器8050得到。在该方案中，整流天线8040连接开关键控调制器8060。这种变换的连接在图中用虚线8050′表示。当接收到信号FT，整流天线8040转换该信号产生直流，并驱动开关键控调制器8060。在该图中，开关键控调制器8060的工作点303(见图3)固定在非稳定区域307中。调制器将仅在其振荡频率振荡，并通过其天线8070传送。读出器能够通过识别空中的振荡频率来识别哪个终端在线。无线电频率判定终端的这种变形可适用于只需要简单判定的场所。

Claims (28)

1.一种产生适于传输数字信号的传输信号的方法，其中包括：
接收所述数据信号；
利用基于所述数字信号的控制信号控制一非线性信号发生电路，当所述控制信号位于第一信号振幅时，所述非线性信号发生电路产生一振荡信号成分，当所述控制信号位于第二信号振幅时，所述非线性信号发生电路产生一非振荡信号成分，所述传输信号由一组或多组所述振荡和非振荡信号成分组成。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的非线性信号发生电路有一转移函数，由相邻近的稳定工作区域和非稳定工作区域组成，所述控制信号控制所述非线性电路在稳定工作区域或非稳定工作区域工作取决于所述控制信号的振幅，当所述非线性电路运行在非稳定工作区域时，所述的振荡信号成分产生，当所述非线性电路运行在稳定工作区域时，所述非振荡信号成分产生。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述控制信号为一基于上述数字信号的脉冲编码调制信号。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲位置调制信号。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲振幅调制信号。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲位宽调制信号。
7.一种产生适于传输数字信号的传输信号的方法，其中包括：
接收所述数据信号；
产生一基于所述数据信号的脉冲编码调制信号；
及将所述脉冲编码调制信号应用于信号产生电路，以产生一传输信号；
所述信号发生电路的特征在于，转移函数有一由稳定工作区域限定任一边的不稳定工作区域部分；
所述信号发生电路有一位于所述转移函数的工作点，所述位置由所述脉冲编码调制信号决定；其中，当所述工作点位于所述不稳定区域时，所述信号发生电路产生一振荡信号，当所述工作点位于所述任一稳定工作区域时，所述信号发生电路产生一非振荡信号；
当所述脉冲编码调制信号位于第一振幅时，所述工作点位于所述不稳定工作区域，因而在所述传输信号中产生一振荡信号成分；
当所述脉冲编码调制信号位于第二振幅时，所述工作点位于所述任一稳定工作区域，因而在所述传输信号中产生一非振荡信号成分。
8.如权利要求7所述方法，进一步包括发送所述传输信号。
9.如权利要求7所述方法，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲位置调制信号。
10.如权利要求7所述方法，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲振幅调制信号。
11.如权利要求7所述方法，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲位宽调制信号。
12.一种传输数字数据流的方法，包括：
接收包含有第一信号振幅及第二信号振幅的、作为数据信号的该数据流；
将所述数字信号应用于一信号发生电路，以产生一传输信号；
以及传送所述传输信号；
所述信号发生电路的特征在于转移函数有一由稳定工作区域限定任一边的不稳定工作区域部分；
所述信号发生电路有一位于所述转移函数的工作点，所述位置由所述数字信号决定；当所述工作点位于所述不稳定区域时，所述信号发生电路产生一振荡信号，当所述工作点位于所述任一稳定工作区域时，所述信号发生电路产生一非振荡信号；
当所述数字信号位于第一信号振幅时，所述工作点位于所述不稳定工作区域，因而在所述传输信号中产生一振荡信号成分；
当所述数字信号位于第二信号振幅时，所述工作点位于所述任一稳定工作区域，因而在所述传输信号中产生一非振荡信号成分。
13.如权利要求12所述方法，被用于无线电频率判定设备(RFID)，该方法进一步包括：
在第一无线电频率判定设备中接收一问讯信号；
及从所述问讯传输信号中产生直流能量，所述直流能量提供给一控制器，所述控制器产生所述数字数据流，其中所述传输信号在第一频率。
14.如权利要求13所述方法，用于无线电频率判定设备(RFID)，该方法进一步包括：
在第二无线电频率判定设备中接收所述问讯信号；
及从所述问讯传输信号中产生直流能量，所述直流能量提供给一控制器，所述控制器产生所述数字数据流，其中所述传输信号在第二频率。
15.一种传输数字信息的传输装置，其中包括：
有一接收数字数据流的输入端的脉冲编码调制器，可产生所述数字数据流的脉冲编码调制信号；
一信号发生电路连接接收所述脉冲编码调制信号，所述信号发生电路产生一对应于所述脉冲编码调制信号的传输信号，当所述脉冲编码调制信号位于第一信号振幅时，所述信号发生电路产生一振荡信号，当所述脉冲编码调制信号位于第二信号振幅时，所述信号发生电路产生一非振荡信号。
16.如权利要求15所述传输装置，所述脉冲编码调制信号为一脉冲位置调制信号。
17.如权利要求15所述传输装置，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲振幅调制信号。
18.如权利要求15所述传输装置，其中所述脉冲编码调制信号为一脉冲位宽调制信号。
19.一种传输数字数据的的传输装置，其中包括：
一有接收数据信号的输入端的信号发生电路，所述数字数据信号包括第一信号振幅的信号部分及第二信号振幅的信号部分，所述信号发生电路产生具有振荡信号部分及替代稳态信号部分的传输信号；
一天线元件连接接收所述传输信号，设定发送所述传输信号作为发射信号，所述信号发生电路的特征在于，其转移函数有一由稳定工作区域限定任一边的不稳定工作区域部分，当所述数字数据信号位于所述第一信号振幅时，所述信号发生电路产生一振荡信号，当所述数据信号位于所述第二信号振幅时，所述信号发生电路产生一非振荡信号。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述信号发生电路包括一具有连接接收所述数字数据信号的第一端子和第二端子的隧道二极管，及一具有连续连接于所述第二端子和接地之间的感应元件。
21.如权利要求19所述的装置，其中所述信号发生电路包括一具有连接接收所述数字数据信号的第一端子和第二端子的隧道二极管，一连接所述第二端子和接地的感应元件，及一电容元件连接所述第二端子和接地。
22.如权利要求19所述的用于无线电频率判定的装置，进一步包括：
一具有一接收问讯信号的输入端和直流输出端的整流二极管天线模块，
及一连接所述直流驱动的控制器模块，
所述控制器模块有一输出端输出所述数字数据流。
23.一数字数据传输装置包括：
接收一数字数据流和产生取代所述数据流的数字信号的方法；
及产生响应所述数字信号的传输信号的电路，当所述数字信号在第一信号振幅时，所述传输信号产生一振荡信号，当所述数字信号在第二信号振幅时，所述传输信号产生一非振荡信号；
所述电路有一有交互的稳定和非稳定工作区域的转移函数，当所述电路在不稳定工作区域工作时，产生一振荡信号，当所述电路在稳定工作区域工作时，产生一非振荡信号，当所述数字信号在所述第一信号振幅时，所述电路方法工作在稳定区域；
当所述数字信号在所述第二信号振幅时，所述电路工作在不稳定区域。
24.如权利要求23所述的装置，所述接收方法包括连接所述数据流到所述电路的方法。
25.如权利要求23所述的装置，所述接收方法包括产生一脉冲编码信号作为所述数字信号的方法。
26.如权利要求23所述的装置，所述脉冲编码信号为一脉冲位置调制信号。
27.如权利要求23所述的装置，所述脉冲编码信号为一脉冲振幅调制信号。
28.如权利要求23所述的装置，所述脉冲编码信号为一脉冲宽度调制信号。
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