CN1722622A - 正交脉冲极性调制 - Google Patents

Abstract

正交脉冲极性调制包括无线通信，在该无线通信中，调制脉冲的极性根据相应代码序列的正和负符号值相应地被设置。在已有的实现中，数据被变换成码片波形，频谱线被移除，脉冲被适当整形。例如，一个数据比特流采用一个比特流到码元分段器、一个码元到代码序列映射器和一个代码序列到码片波形转换器被变换成码片波形。在给定码片波形中各个单个码片的极性和相应码序列中各个单个字符的符号相匹配。

Description

正交脉冲极性调制

技术领域

本发明一般来说涉及用于无线通信的调制方案和技术，尤其是涉及举例来说但不限于用于超宽带(UWB)系统的功效正交脉冲极性调制(OP²M)。

背景技术

超宽带(UWB)无线通信近年来已经成为具有重大研究兴趣的课题。在传统的单频带UWB系统中，具有非常短的持续时间的脉冲串，典型地大约一纳秒(ns)或更少，被发射用于传送数据。因此UWB对于高数据率无线应用具有非常大的希望。然而，因为非常短的脉宽，UWB信号的频谱常常跨越几千兆赫(GHz)，这将覆盖现有窄带系统的频带。

为了实现对可忽略干扰的现有窄带系统的普遍应用，UWB设备需要符合由联邦通信委员会(FCC)制定的精确的功率谱密度(PSD)规定。因此，单频带UWB系统具有许多缺点。例如，采用整个UWB频谱(例如，3.1GHz到10.6GHz)虽然也符合FCC PSD规定但效率很低。换句话说，传统的方法不能实现整个UWB频谱得到利用同时还伴随着消除了来自和/或到达窄带系统(例如根据IEEE 802.11a操作的一类系统)的干扰。

针对传统方法的不足，提出了一种多频带UWB系统。特别地，为此在一个标准会议中提出了一种结合IEEE 802.15.3a的多频带UWB系统。在这种系统中，与单频带UWB系统相比，整个UWB频带被分成多个分离的子频带。每个子频带占用整个UWB频谱(3.1GHz到10.6GHz)的部分带宽。在每个子频带中具有不同中心频率的载波在传输期间被稍宽的脉冲(例如具有大约3ns宽的脉冲)调制。

由于精确的FCC PSD规定，UWB系统是功率受限系统，无论它们作为单频带系统还是多频带系统被操作。为了减小功率限制在系统范围和/或数据吞吐量方面的影响，可采用功效UWB调制方案。对于UWB系统已经提出了多个调制方案。提出的这些方案包括：脉冲幅度调制(PAM)方案和脉冲位置调制(PPM)方案。PAM方案包括二进制移相键控(BPSK)和开关键控(OOK)调制方案。PPM方案包括M-ary等相关(EC)PPM方案，采用沃尔什编码的M-ary PPM方案，和M-ary正交PPM方案。然而，在这些方案中没有一个方案完全利用了分配给UWB系统的频谱同时还消除了窄带系统的干扰。

因此，需要一种能够在UWB系统中在功效方面调制无线通信的方案和/或技术。

发明内容

正交脉冲极性调制包括无线通信，在其中调制脉冲的极性根据相应码序列的正负特性值来设置。在已有的实现中，数据被变换成码片波形，频谱线被移除，以及脉冲被适当地整形。例如，一个数据比特流可采用一个比特流到码元分段器，一个码元到代码序列映射器，和一个代码序列到码片波形转换器被变换成码片波形。在一个给定的码片波形中各个单独码片的极性与一个相应码片序列中的各个单独码元的符号相匹配。

其它的方法，系统，方案，装置，仪器，媒体，程序，设备等的实现将在下面描述。

附图简述

所有附图中所用的相同的标记表示相同或相应的部件，特征和元件。

图1是由发射设备和接收设备构成的一个示例性无线通信系统，其示出了设备的示例性元件，包括数据信号调制逻辑。

图2是用于描述关于误比特率(BER)特性所增加功效的两条曲线的示意图。

图3示出了示例性数据信号调制逻辑，在其中包括一个数据到码片变换器，一个频谱线移除器和一个脉冲整形器。

图4A是一个示例性数据到码片变换器。

图4B描述了对M比特码元的示例性数据到码片变换，其中M＝2。

图5A描述了通过频谱线移除器执行的示例性频谱线移除。

图5B是具有码片极性平衡器的示例性频谱线移除器。

图5C是具有伪随机数乘法器的示例性码片极性平衡器。

图6A和6B示出了示例性脉冲整形器。

图6C描述了对M比特码元的示例性码片波形的脉冲整形，其中M＝2。

图7示出了用于正交脉冲极性调制的示例性接收机结构。

图8描述了能够(全部或部分)实现在此描述的正交脉冲极性调制的至少一种情形的示例性计算(或普通设备)操作环境。

详细描述

          无线通信系统和关于超宽带无线通信的调制的介绍

图1是由发射设备102(T)和接收设备102(R)构成的示例性无线通信系统100，其示出了设备102的示例性元件，包括数据信号调制逻辑110。在已有的实现中，每一个设备102能够构成无线网络的一部分和/或参与无线交换。如所示的，发射设备102(T)向接收设备102(R)发射无线通信信息或信号116，接收设备102(R)接收无线通信信息116。

每个设备102在大小/形状，预定用途，执行能力，程序设计等方面都可以彼此相似或不同。例如，每个设备102可以是一个膝上电脑，一个移动电话，一个个人数字助理(PDA)，一个输入设备等等。关于设备102其它的示例性实现将在后面通过参考图8进行进一步描述。

在已有的实现中，每个设备102包括处理器104，收发信机106和媒体108。处理器104能够执行，实行和/或以其它的方式实现可执行的处理器指令。发射机和/或接收机(即，收发信机)106能够从发射设备102(T)发送/发射无线通信信息116。收发信机106还可以在接收设备102(R)接收无线通信信息116。类似的，如虚箭头116’所表示的，收发信机106能够从接收设备102(R)发射无线通信信息116’，而在发射设备102(T)接收无线通信信息116’。因此，每个设备102可用作无线通信116/116’的发射/信号源设备102(T)和接收/目的设备102(R)。

媒体108可以是一个或多个可存取的处理器媒体，例如非永久性/永久性存储器或无线/有线传播信道。媒体108包括由处理器104执行的可执行处理器指令，用于实现特殊设备102功能。特别地，设备102的媒体108包括数据信号调制逻辑110。

一般地说，数据信号调制逻辑110可以包括硬件，软件，固件，模拟元件，以及其中的某些组合等等。另外，对于接收功能来说，数据信号调制逻辑110可以包括用于解调无线通信116的逻辑。

媒体108还包括数据112和调制数据114。将数据信号调制逻辑110应用到数据112产生调制数据114，这将在后面参考图3以及下列等等附图进行进一步描述。设备102的附加的示例性元件、特征等，将参考图8在后面作进一步的描述。

图2是用于描述关于误比特率(BER)特性所增加功效的两条曲线206L和206M的示意图200。在图200中，能量噪声比(EB/NO)以分贝(dB)形式沿着横坐标或“x”轴202被标注，未编码误比特率(BER)以对数刻度形式沿着纵坐标或“y”轴204被标注。较低功效曲线206L和较高功效曲线206M都在图200中示出。

为了达到预定的BER标准208，与需要采用与较低功效曲线206L(由BER点208L指示)相一致的调制的能量噪声比相比较，低能量噪声比需要采用与较高功效曲线206M(由BER点208M指示)相一致的调制。对于一个预定的能量噪声比标准210来说，和与较低功效曲线206L(由能量噪声比点210L指示)相一致的调制相比较，与较高功效曲线206M相一致的调制产生低BER(由能量噪声比点210M指示)。

在此所描述的正交脉冲极性调制实现的应用能够为超宽带(UWB)无线通信获得数据信号的较高功效调制。换句话说，与其它调制方案相比较，在此描述的调制方案能够移除相应功效曲线的左侧部分(例如，从较低功效曲线206L到较高功效曲线206M)。

如上所述，这样的其它调制方案包括：脉冲振幅调制(PAM)方案和脉冲位置调制(PPM)方案。PAM方案包括二进制相移键控(BPSK)和开关键控(OOK)调制方案。PPM方案包括M电平等相关(EC)PPM方案，采用沃尔什编码的M电平PPM方案和M电平PPM正交方案。在这些调制方案中，二进制PPM和BPSK是最通用的。BPSK被有些人称作是在二进制UWB调制方案中功效最高的。另外，从UWB系统的功率谱密度(PSD)角度来看，因为BPSK调制的相对平滑的信号，BPSK调制优于PPM。

虽然当M足够大时，M电平EC-PPM和正交PPM常常比BPSK具有较高的功效，但是在联邦电信委员会(FCC)PSD相关规定下它们所得到的调制信号包含有限制它们性能的频谱线。此外，M电平正交PPM限制了用于多路访问的时跳代码的数量，以及因为实际调制信号脉冲与在相应时间位置的多径和多路访问干扰脉冲相混淆的高危险性，因此在多径和多路访问环境中导致性能大幅恶化。M电平EC-PPM在加性白高斯噪声(AWGN)信道因为其码元设置的非正交性甚至具有比M电平正交PPM更低的功效。

由于典型UWB信号的低功率和宽带宽，几十或几百个脉冲经常被用于为BPSK或二进制PPM UWB系统“加固”单个比特。所有这些脉冲具有相同的极性或脉冲位移。因此，可以利用反应码元极性变化的脉冲极性来传送更多的信息并由此提高系统性能，如下面所述。

为了在UWB系统中实现更高的功效和所需信号PSD特性，描述了一种采用改进的正交可变扩展因子(OVSF)代码的M电平正交脉冲极性调制(OP²M)时跳(TH)UWB系统。虽然采用减少带宽来交换增强的功效对于窄带系统来说是一种不明智的交易因为该系统具有有限的带宽资源，但是采用高级正交调制非常适合于UWB系统因为UWB易于具有(非常)较大的带宽但是具有有限的功率。因此在下面描述的第一方面需要采用正交序列代码来将数据变换成码片波形，其中码元的符号值信息如同码片波形中的极性信息一样被承载/编码。

下面所述的第二方面需要通过修正正交序列代码来平滑PSD包络，以此来平衡正交信号设置中的负极性和正极性的发生。第三方面需要采用一个调谐的高斯脉冲整形机制。在已有的实现中，高斯脉冲整形在FCC PSD规定下获得最大的接收功率。

如下所示，在单频带UWB系统和多频带UWB系统中都应用了所描述的M电平OP²M方案。在下面将参考图3-6C介绍对正交脉冲极性调制的定性描述。其后介绍对正交脉冲极生调制的定性描述包括参考图7的文本。

               正交脉冲极性调制的定性描述

图3示出了示例性数据信号调制逻辑110，其包括一个数据到码片变换器302，一个频谱线移除器304，和一个脉冲整形器306。数据信号调制逻辑110接收数据112作为输入并生成调制数据114作为输出。

在已有的实现中，数据到码片变换器302接收数据112作为输入并采用正交代码序列至少部分的将数据变换成波形。调制波形的任何频谱线都被频谱线移除器304移除。调制信号的脉冲被脉冲整形器306整形，以此确保调制信号符合有关的PSD规定，例如FCC强制实施的PSD规定。在数据到码片变换器302，频谱线移除器304和脉冲整形器306被应用到数据112之后，调制数据114由数据信号调制逻辑110生成。虽然进行了线形的描述，但是数据到码片变换器302，频谱线移除器304和/或脉冲整形器306可以以任何顺序操作，包括以部分或全部重叠(例如，同时的)形式。

图4A是示例性数据到码片变换器302。数据到码片变换器302接收一个数据比特流112当作输入并生成代码序列410当作输出。如所述的，数据到码片变换器302包括一个比特流到码元分段器402和码元到代码序列映射器404。

在已有的实现中，比特流到码元分段器402接收一个二进制数据比特流112作为输入并生成一系列码元408作为输出。码元408的每一个具有“M”个二进制数字的长度，其中M可以是一个选定的整数。比特流到码元分段器402提供分段的码元408给码元到代码序列映射器404。

码元到代码序列映射器404接收来自比特流到码元分段器402的每个码元408作为输入。码元到代码序列映射器404将每一个码元408映射到相应的代码序列410。每一个码元408映射到2^M个正交代码序列410中的一个。每个代码序列410具有2^M个字符的长度。码元到代码序列映射器404将映射后的代码序列410提供给(图3的)脉冲整形器306。

图4B示出了对M比特码元的示例性数据到码片变换302’，其中M＝2。在阶段402’，数据比特流被分段成M比特码元。在所描述的实例中，数据比特流112是下面的二进制比特流：“...01110010...”。当M＝2时，对于2比特码元来说，二进制比特流112被分段成下列四组2比特码元408：01，11，00和10。

在阶段404’，每个码元被映射到2^M个正交代码序列的一个代码或码片序列上。因此每个码元408被映射到四组正交代码序列410的一个上。每个代码序列410包括2^M个字符，该字符或许是+1或许是-1。在所描述的实例中，码元“00”映射到代码序列“+1+1+1+1”；码元“01”映射到代码序列“+1+1-1-1”；码元“10”映射到代码序列“+1-1+1-1”；和码元“11”映射到代码序列“+1-1-1+1”。从这个实例中可以非常明显的看出，所描述的代码序列设置为正交是因为在任何两个代码序列410的字符间的乘积的总和为零(0)。这些代码序列410在脉冲整形器306的脉冲整形过程中被转换成码片波形(例如，图6C的码片波形608)，这将在下面特别地参考图6A-6C作进一步的描述。

图5A描述了通过频谱线移除器304进行的示例性频谱线移除510。在此示出了两个图例502：具有频谱线的图例502WSL和不具有频谱线的图例502WOSL。如上所示，(图1的)设备102可以在存在有功率谱密度(PSD)限制504的环境下操作。该功率谱密度限制504在具有频谱线的图例502WSL和不具有频谱线的图例502WOSL中都有示出。

在具有频谱线的图例502WSL中，标注出了具有频谱线508的功率谱密度506WSL。因为频谱线508，功率谱密度506WSL不满足功率谱密度限制504。整个功率谱密度506WSL可能会为了使频谱线508的峰值落在功率谱密度限制504的范围内而被降低。然而，这种方法会降低整体发射功率。

相反的，在已有的实现中，由频谱线移除器304执行的移除过程510将频谱线508从功率谱密度506WSL中移除，以此得到了不具有频谱线的功率谱密度506WOSL。如不具有频谱线的图例502WOSL所示，功率谱密度506WOSL由于移除过程510而不具有频谱线。因此，功率谱密度506WOSL覆盖了功率谱密度限制504的绝大部分而不会超出/违反限制。

图5B是示例性的具有码片极性平衡器512的频谱线移除器304。换句话说，频谱线移除器304可以用码片极性平衡器512来实现。码片极性平衡器512采用通过码元408和/或从中生成的码片波形的具有负极性的码片来平衡具有正极性的码片。例如，码片极性平衡器512确保(图4的)代码序列410和/或从中(如图6C所示)生成的码片波形的各个成分码片的极性随着时间的过去至少具有大约一半正极性和一半负极性。通过平衡代码序列410各个字符的符号值来平滑功率谱密度506以此来移除频谱线508。

图5C是示例性的具有伪随机数乘法器514的码片极性平衡器512。为了平衡码片极性，伪随机数乘法器514将映射后的代码序列410的每个字符与伪随机选择的+1或-1相乘。这在码片波形的各个码片成分中产生了平衡，该码片波形是从其相应的代码序列410得到的转换结果，代码序列包括具有“+1+1+1+1”字符序列的代码序列或其它具有所有“+1”的代码序列，而不会破坏整个代码序列410设置的正交性。

图6A和6B分别示出了示例性脉冲整形器306A和306B。一般来说，脉冲整形器306A根据响应于PSD规定的基带波形和接收到的功率电平来对脉冲进行整形，如框图602所示。更具体地说，脉冲整形器306B根据与第5级导数高斯脉冲相一致的基带波形对脉冲进行整形，这由框图604表示。在下面将结合对数据到码片变换器302和频谱线移除器304的定性描述，对应用示例的第5级导数高斯脉冲的定性描述进行说明。

继续定性描述，脉冲整形器306A和306B每个包括一个代码序列到码片波形转换器606作为对基带波形的脉冲整形处理的一部分。代码序列到码片波形转换器606接收来自(图4的)码元到代码序列映射器404的每个代码序列410作为输入。代码序列到码片波形转换器606将每个代码序列410转换成相应的码片波形608。在相应码片波形608中的码片极性包括/传递/承载包含在代码序列410和为此包含在码元408中的信息。更具体地说，在一给定代码序列410中的符号信息通过其中各个码片的极性被保留在相应的码片波形608中。

图6C描述了示例性的对M比特码元的码片波形608的脉冲整形，其中M＝2。在阶段306’，每个代码序列被转换成2^M个不同码片波形的一个码片波形，以及一个调制数据波形114结合脉冲整形被生成。图4B的每个代码序列410因此被转换成四个码片波形608中的一个。在已有实现中，每个码片波形608包括2^M个码片成分，这些码片成分或者具有正极性或者具有负极性。特别地，代码序列“+1+1+1+1”转换成具有四个正极性码片的码片波形；代码序列“+1+1-1-1”转换成具有两个正极性码片然后是两个负极性码片的码片波形；代码序列“+1-1+1-1”转换成具有一个正极性码片然后是一个负极性码片再是另一个正极性码片最后是另一个负极性码片的码片波形；代码序列“+1-1-1+1”转换成具有一个正极性码片，然后是两个负极性码片最后是一个正极性码片的码片波形。

因此，代码序列410中单个字符的符号值反应在相应码片波形608的单个码片成分的极性中。例如，代码序列410中单个字符的正的符号值被反应为相应码片波形608中单个码片成分的正极性。类似的，代码序列410中单个字符的负的符号值被反应为相应码片波形608中的单个码片成分的负极性。可替换地，这种正到正和负到负的反应可以分别被转换成正到负和负到正的反应。换句话说，代码序列410的单个字符的正的符号值可以反映为相应码片波形608的单个码片成分的负极性，以及代码序列410的单个字符的负的符号值可以反应为相应码片波形608的单个码片成分的正极性。

在已有的实现中，每个码片包括一个单独的脉冲或由一个单独的脉冲来实现。然而，替换地两个或更多个脉冲可以构成码片波形608的每个码片。不考虑码片的极性，这样脉冲可以存储/反应/承载存在于给定的相应的码元408中的附加信息。因此，一个单独的数据比特，即使凭借是M比特码元的一部分，都能采用两个或更多个具有不同极性的码片来调制。如此调制的信号可以根据在无线通信中接收到的脉冲的脉冲极性解调。

因此，对于(图4B的)数据到码片变换302’和连带的脉冲整形306’来说，一个给定的代码序列410在阶段306’被转换成一个相应的码片波形608。在阶段404’，一个特定的码元408被映射到给定的代码序列410。因此，该特定的码元408和相应于给定代码序列410的码片波形608相关联。

                正交脉冲极性调制的定性描述

在此将对在时跳超宽带(TH-UWB)通信系统中采用改进的正交可变扩展因子(OVSF)代码(例如一组正交沃尔什编码)的功效M电平正交脉冲极性调制(OP²M)进行定性的描述。该M电平OP²M可应用于单频带和多频带UWB系统。

对于UWB系统来说，为了满足FCC PSD的覆盖范围，可以采用两种技术。首先，M电平OP²M方案中的OVSF代码可被调整来移除PSD频谱线。其次，通过估计相关频率路径损耗和FCC PSD覆盖范围，为单频带UWB系统导出一个增加接收信号功率的调谐高斯脉冲波形，和为多频带UWB系统提供一个根升余弦脉冲。

利用谱线移除以及调谐脉冲整形，所述的M电平OP²M方案比(i)BPSK调制方案和(ii)二进制和M电平PPM方案具有更高的功效。根据分析和仿真结果，当在单频带和多频带UWB系统在AWGN或多径信道中指标未编码BER为10^-3时，获得的增益可以大于2-3dB。M电平OP²M方案中增加的功效可以被转换为UWB通信系统的范围扩大和/或更高的吞吐量。

                   单频带UWB调制的信号模型

                   码片波形变换和频谱线移除

在已描述过的实现中，OVSF码被用于调制方案中。OVSF码可以作为码树第log₂(M)层的具有M个正交M码片码序列的一组沃尔什码被实现。在已描述的M电平OP²M方案的实现中，每log₂(M)比特包括一个码元，该码元对应于OVSF码树的第log₂(M)层的特定码序列。因此，和其中码元内所有脉冲具有相同极性的BPSK调制方案不同，对于OP²M方案来说码元内的脉冲极性可以改变。在给定的OVSF码序列中的每个码片的极性决定相应脉冲的极性。

为了消除违反PSD的频谱线，信号码片的平均值被强制为零，以此在码片级转换成+1和-1的平衡。在已有的关于M电平OP²M方案的实现中，这种情形适用于除OVSF码树每一层的第一个码之外的所有OVSF码。在每一层的第一个码具有所有为正极性(+1)的码片。

为了消除应用到M电平OP²M中的原始OVSF码的不足，采用了伪随机乘法。特别地，在将log₂(M)比特分段构成一个码元和将该分段的码元映射到OVSF码序列之后，该码元和一个长伪随机序列的一个元素相乘。因为该伪随机序列的每个元素具有相同概率的+1或-1的值，因此发射信号至少平均地具有关于+1和-1的平衡的脉冲。该乘法调制是要维持已被映射成码序列而没有移除频谱线的码元之间的正交性。

在发射机部分，让C_M，I ^OVSF(J)来表示在OVSF码树的第log₂(M)层中由I标引的OVSF码序列的第J个码片，其中0≤I≤M-1，0≤J≤M-1和C_M，I ^OVSF(J)∈{-1，1}。那么，跨越整个时间轴的用户k的信号用等式(1)来给出：

其中

表示关于用户k的第 个码元的码序列标引；而 表示x的整数部分，N_C表示用于发射相应于M电平码元的OVSF码序列的单个码片的脉冲数量。N_S＝N_CM表示用于发射包括有M个码片的码元的脉冲数量。再有，b_i ^(k)表示和用户k的第i个码元相乘的伪随机序列元素。

被发射的脉冲整形由w(t)来表示。被发射的脉冲整形在接下来的部分被调谐用于增大(例如，提高，最大化等等)接收功率。T_f是成帧时间或脉冲重复时间，其典型的是脉宽的几十倍或几百倍。为了避免因为多路访问而引起的严重的跳跃，对第j个脉冲进行一个附加的C_j ^(k)T_C秒的移位，其中C_j ^(k)是特定用户时间移位部分(术语为时跳序列)，以及T_C是可选址的时间延迟二进制位。该附加的脉冲移位C_j ^(k)T_C小于成帧时间，是因为考虑到在接收器读出脉冲相关器的输出所需的时间。下面将参考图7对示例的接收机作进一步的描述。

上面的等式(1)简化为下面的等式(2)，其用于用户k的第一个码元并且将每个码片具有的脉冲的数量设为1(N_C＝1)，这在普遍性上没有造成任何损失。在这种情况下，信号可被简化为如等式(2)：

$S_{I^{\left(k\right)}}^{\left(k\right)}\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{b_0}^{\left(k\right)}{C}_{M,I_0^{\left(k\right)}}^{\mathrm{OVSF}}\left(j\right)w(t-{\mathrm{jT}}_f-c_j^{\left(k\right)}{T}_c),---\left(2\right)$

其中I₀ ^(k)表示和用户k的第一个码元相应的OVSF码序列的标引。

           在接收设备对正交脉冲极性调制信号的解调

在接收机部分，接收到的信号和M个可能的OVSF码序列相关，并且具有最大相关值的一个被选择为/被确定为将被发射信号。应该理解虽然在发射设备每个码元都和伪随机序列元素相乘，但是接收机可忽略该倍增因为它并不影响由于非相干检测而得到的相关器输出的幅度。

图7示出了一个用于正交脉冲极性调制的示例的接收机结构700。接收机结构700包括一个脉冲相关器702，一个OVSF极性控制器704，和M个求和电路706(0)…706(I)…706(M-1)。接收到的信号r^(k)(t)被提供给脉冲相关器702。脉冲相关器702还接收被发射的脉冲整形波形w(t)。相关输出α_j从脉冲相关器702被发送到OVSF极性控制器704。

OVSF极性控制器704基于每个代码序列的当前标引特性(例如，+/-号)对相关器输出α_j做出调整。然后被极性调整的各个相关器输出被提供给各个求和电路706。然后求和电路706(0…I…M-1)分别对被极性调整的各个相关器输出系列求和得到可能的数据D(D₀…D_I…D_M-1)。具有最大幅值的可能的数据D被选择为/被确定为正确的恢复数据112。

换句话说，当采用正交脉冲极性调制解调被发射信号时，每一个接收机分支的相关器实际上是相同脉冲相关器的负或正输出的总和。因此，接收机结构700可以被简化(如图7所示)，因为仅有一个脉冲波形相关器702来完成解调，这使得易管理设备复杂化。如图7所示，OVSF极性空制器704的第i个分支输出是基于C^OVSF _M，I(j)的极性的负或正版本的相关器输出α_j。

                           脉冲整形

在UWB通信中由FCC强制实施的PSD规定对关于基带波形w(t)的正确选择产生了影响。在已有的实现中，基带波形w(t)被实现为一个高斯脉冲和它的导数。更具体的，第5级导数高斯脉冲被实现为用于增加单频带UWB系统的接收功率的基带波形w(t)。它由等式(3)给出：

$w\left(t\right)=\frac{A}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}(-\frac{t^5}{{\mathrm{\σ}}^{11}}+\frac{{10t}^3}{{\mathrm{\σ}}^9}-\frac{15t}{{\mathrm{\σ}}^7})\×\exp (-\frac{t^2}{2{\×\mathrm{\σ}}^2}),---\left(3\right)$

其中A为表示幅值的常量，t的单位为纳秒，以及σ为脉冲宽度参数。因为FCC PSD覆盖范围在检测中不规则以致于没有最佳表示形式，因此在FCCPSD的限制下通过在整个频率带内将信号PSD置于FCC限制以下来获得一个数值上的调谐的σ，用于获得如果不是最大的则是增大的接收功率。用于获得该接收功率的示例σ值为0.0645纳秒。尽管σ也可替换的采用其它值，但是下面的σ的范围可以获得良好的接收功率结果：0.055到0.065纳秒。

                   用于多频带UWB调制的信号模型

                     码片波形变换和频谱线移除

对于多频带UWB系统来说，基带脉冲可被用来调制每个子频带中中心频率的正弦波形。因此，M电平OP²M方案被扩展以及被应用于多频带UWB系统的每个子频带的基带脉冲中。另外，时跳可仍旧被用于作为每个子频带中的多路访问技术。

因此，多频带系统的子频带中的基带信号格式基本上类似于上面关于单频带系统的等式(1)和(2)的格式，除了更窄脉冲被调制多频带系统的子频带中心频率的正弦波形的更宽脉冲波形所代替。虽然多频带的脉冲宽度比单频带波形的宽，但是对于多频带UWB系统来说需要更长的T_f因为每个子频带的功率小于单频带情形的功率。这防止或至少减轻了时跳多路访问性能的恶化。

因此在多频带TH UWB系统中用于M电平OP²M方案的信号采用等式(4)给出：

其中f_i为第l个子频带的中心频率，其中1≤l≤k(k为子频带的数量)。

在此所述的(图7的)接收机结构700的原理还可以应用到多频带UWB系统的被发射信号的解调中。

                           脉冲整形

对于多频带UWB系统来说，脉冲被用于调制每个子频带中的载波。在此采用了根升余弦基带脉冲整形，该基带脉冲由等式(5)给出：

$w\left(t\right)=\frac{\sin [(1-\mathrm{\α})\mathrm{\πt}/T]+4\mathrm{\α}(t/T)\cos \left[(1+\mathrm{\α})\mathrm{\πt}/T\right]}{(\mathrm{\πt}/T)[1-{(4\mathrm{\αt}/T)}^2]},---\left(5\right)$

其中α为滚降系数。尽管α和T可以替换的采用其它值，但是α应在0.2-0.5的范围内，T应该由T＝(1+α)/BW来确定，其中的BW表示各个子频带的带宽。

            用于正交脉冲极性调制的设备的典型实现

图1-7的设备，操作，特征，部件，步骤，元件，等等已在被分成多个框图和其它部分的附图中被阐明。然而，在图1-7中所描述/或示出的顺序，相互连接，相互关系，排列，等等都不应被解释为限制，任何数量的框图或其它部分都可以以任何一种方式被修改，组合，重新安排，增加，省略等等，来实现关于正交脉冲极性调制实现的一个或多个系统，方法，设备，步骤，媒体，装置，电路等。更进一步的，虽然在此的描述中包括有对于具体实现(以及下面图8中的典型的操作环境/设备)的参考，但所阐明的/或所描述的实现可以以任何合适的模拟元件，硬件，软件，固件，或其中的组合以及采用任何合适的设备结构，无线网络协议，脉冲生成机制，无线空中接口等等来实现。

图8示出了典型的计算(或一般设备)操作环境800，其能够(全部或部分地)实现关于上述正交脉冲极性调制实现的至少一个系统，设备，装置，元件，电路，步骤，方法，程序，媒体，以及某些其中的组合等。操作环境800可以在下述的计算机和网络结构中被利用。

典型的操作环境800仅是一个环境的举例，不应被认为是对可应用设备(包括计算机，网络节点，娱乐设备，移动设备，普通电子设备等)结构的应用范围或功能的任何限制。操作环境800(或其中的设备)也不应被解释为具有任何的依赖性或需要和如图8所示的任何一个或任何元件的组合相关联。

另外，正交脉冲极性调制实现可以采用大量的其它通用的或专用的设备(包括计算或无线系统)环境或结构来实现。适用于使用的熟知的设备，系统，环境，和/或结构的实例包括，但并不局限于，个人电脑，服务器计算机，瘦客户机，粗客户机，个人数字助理(PDAs)或移动电话，监视器，手提或膝上设备，多处理器系统，基于微处理器的系统，机顶盒，可编程消费电子产品，视频游戏机，游戏控制台，便携式或手提式游戏装置，网络PC机，小型计算机，大型计算机，有线或无线网络节点(包括通用或专用路由器)，包括有上述任何一种系统或设备的分布式或多重处理计算环境，以及某些其中的组合等等。

正交脉冲极性调制过程的实现可在通常的可执行处理器指令的情况下被描述。一般说来，可执行处理器指令包括执行和/或启动特殊任务和/或实现特殊抽样数据类型的例行程序，方案，模块，协议，目标程序，接口程序，元件，数据结构等等。正交脉冲极性调制过程，如在此根据某些具体实施例所述的，还可以在分布式处理环境中实行，在该环境中任务由通过通信链路和/或网络被连接的远程连接处理设备来执行。特别地，但并不是唯一地，在分布式计算环境中，可执行处理器指令还可以位于单独的存储媒体中，由不同的处理器来执行，和/或通过传输媒体传播。

典型操作环境800包括一个以计算机802的形式的通用计算设备，其可包括具有计算/处理性能的任何(例如，电子)设备。计算机802的元件可以包括，但并不局限于，一个或多个处理器或处理单元804，一个系统存储器806，和一个将包括有处理器804的多个系统元件耦合到系统存储器806的系统总线808。

处理器804并不受限于构成它们的材料或其中采用的处理机制。例如，处理器804可以由一个半导体(或多个)和/或多个晶体管(例如，多个电子集成电路(IC))组成。在这样一种情况下，可执行处理器指令可以为电子可执行指令。替换地，处理器804的机制或用于处理器804的机制，以及因此计算机802的机制或用于计算机802的机制可包括，但并不受限于，量子处理，光处理，机械处理(例如，采用纳米技术)等等。

系统总线808表示任何多种类型的有线或无线总线结构的一个或多个，包括存储器总线或存储器控制器，点到点连接器，开关结构，外围总线，加速图解端口和采用任何一种总线结构的处理器或本地总线。举例来说，这种结构可包括工业标准结构(ISA)总线，微通道结构(MCA)总线，增强ISA(EISA)总线，视频电子标准协会(VESA)本地总线，外围部件互连(PCI)总线还被称为Mezzanine总线，以及其中的某些组合，等等。

计算机802典型地包括多种可存取处理器媒体。这种媒体可以是任何一种可由计算机802或另一种(例如，电子)设备可存取的现有媒体，以及该媒体包括非永久性媒体和永久性媒体，可移去和不可移去媒体，以及存储器和传输媒体。

系统存储器806包括以非永久性存储器形式的可存取处理器存储媒体，例如随机存取存储器(RAM)840，和/或永久性存储器形式的可存取处理器存储媒体，例如只读存储器(ROM)812。包含有例如在启动期间有助于在计算机802内的元件间传递信息的基本程序的基本输入输出系统(BIOS)814，典型的存储在ROM812中。RAM 810典型的包含有可立即被处理单元804存取的和/或正由处理单元804操作的数据和/或程序模块/指令。

计算机802还可包括有其它可移去的/不可移去的和/或非永久性的/永久性的存储媒体。举例来说，图8描述了用于从(典型地)不可移去的，永久性磁性媒体(没有单独示出)读出或写入其中的一个硬盘驱动或磁盘驱动阵列816；一个用于从(典型地)可移去的，永久性磁盘820(例如，“软盘”)读出或写入其中的磁盘驱动818；和一个用于从(典型地)可移去的、永久性光盘824，例如CD，DVD，或其它光媒体中读出和/或写入其中的光盘驱动822。硬盘驱动816，磁盘驱动818和光盘驱动822中的每一个通过一个或多个存储媒体接口826被连接到系统总线808。替换地，硬盘驱动816，磁盘驱动818和光盘驱动822可通过一个或多个其它的单独或合并的接口(未示出)被连接到系统总线808。

磁盘驱动以及与它们相关的可存取处理器媒体为计算机802提供了可执行处理器指令，例如数据结构，程序模块，和其它数据的永久性存储。虽然示例的计算机802示出了一个硬盘816，一个可移去磁盘820和一个可移去光盘824，应该可以意识到其它类型的可存取处理器媒体可以存储由设备可存取的指令，例如磁带盒或其它磁性存储设备，闪存，只读光盘(CD)，数字化视频光盘(DVD)或其它光存储器，RAM，ROM，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，等等。这种媒体还可以包括所谓的专用的或固定布线的IC芯片。换句话说，任何一种可存取处理器媒体都可以被用来实现典型操作环境800的存储媒体。

任何数量的编程模块(或其它单元或指令/代码组)都可被存储在硬盘816，磁盘820，光盘824，ROM812，和/或RAM 840上，该程序模块包括，一般地举例来说，一个操作系统828，一个或多个应用程序830，其它编程模块832和编程数据834。这种指令可包括多个用于加入和/或参与无线网络的模块，多个用于根据正交脉冲极性调制方案调制和/或解调信号的模块，等等。

用户可通过输入设备向计算机802输入命令和/或信息，输入设备例如可以是键盘836和一个指示器838(例如，“鼠标”)。其它输入设备840(没有具体示出)可以包括麦克风，游戏杆，游戏台，圆盘式卫星电视天线，串行口，扫描仪和/或类似的东西。这些或其它输入设备通过耦合到系统总线808的输入/输出接口842被连接到处理单元804。然而，输入设备和/或输出设备可替换前面的连接方式通过其它接口和总线结构被连接，该其它接口和总线结构可以是例如，并行口，游戏端口，通用串行总线(USB)端口，红外线端口，IEEE 1394(“火线”)接口，IEEE 802.11或802.15或其它通用无线接口，蓝牙无线接口等等。

一个监视器/可视屏幕844或其它类型的显示设备也可通过一个接口被连接到系统总线808，该接口可以是例如，视频适配器846。视频适配器846(或另一个元件)可以是或可以包括一个用于处理密集图形计算和用于处理查询显示要求的图形卡。典型地，图形卡包括一个图形处理单元(GPU)，视频RAM(VRAM)等，用来促进图形的快速显示和提高图形操作的性能。除监视器844之外，其它输出外围设备可包括多个元件例如扬声器(未示出)和一个打印机848，其可以通过输入/输出接口842被连接到计算机802。

计算机802可采用逻辑连接到一个或多个远端计算机，例如远端计算设备850的方式在网络化环境中工作。举例来说，远端计算设备850可以是一个个人电脑，一个便携式计算机(例如，膝上电脑，桌上电脑，PDA，移动站，等)，一个掌上型或袖珍型电脑，一个监视器，一个游戏设备，一个服务器，一个路由器，一个网络计算机，一个对等设备，另一个网络节点，或另一个如上面所列的设备类型，等等。然而，对于计算机802，远端计算设备850作为一个便携式计算机被示出，可包括在此描述的多个或所有的元件和特征。

在计算机802和远端计算机850之间的逻辑连接被表示为一个局域网(LAN)852和一个通用广域网(WAN)854。这样的网络环境在办公室，企业内部计算机网络，内联网，因特网，固定和移动电话网络，ad-hoc和基础设施无线网络，其它无线网络，游戏网络，其中的某些组合等等中是普遍现象。这些网络和通信连接是传输媒体连同传播信道的实例。

当在LAN网络环境中执行时，计算机802通常通过网络接口或适配器856被连接到LAN852。当在WAN网络环境中执行时，计算机802典型地包括一个调制解调器858或用于在WAN854上建立通信的其它元件。调制解调器858，其可以位于计算机802的内部或外部，可通过输入/输出接口842或任何其它合适的机制被连接到系统总线808。应该可以意识到所描述的网络连接是示例性的，在计算机802和850之间也可以采用其它的方式用于建立通信链路，包括具有收发信机的无线链路。

在网络化的环境中，例如已阐述的操作环境800中，程序模块或和计算机802有关的已描述的其它指令，或其中的部分，可被全部或部分地存储到一个远端媒体存储设备中。举例来说，远端应用程序860存在于远端计算机850的存储元件上，但是可以通过计算机802可使用或采用其它方式可存取。另外，为了说明的目的，应用程序830和其它可执行处理器指令例如操作系统828，在此作为分离的框图被示出，但是应该认识到这些程序，元件和其它指令存在于计算设备802(和/或远端计算设备850)的不同存储元件的不同时段并被计算机802的处理器804(和/或远端计算设备850的处理器)执行。

虽然系统，媒体，仪器，方法，程序，装置，技术，方案，步骤，过程，设备以及其它实现已经在结构上，逻辑上，算法上，和功能性特征和/或示意图上采用了具体的语言进行了描述，但是应该理解由附加的权利要求所定义的发明并不仅仅局限于所描述的具体的特征或示意图。相反的，具体的特征和示意图被以作为执行所申请发明示例的形式被公开。

Claims (34)

1、一种能够发射无线通信的设备，该设备适合于采用正交代码序列来调制数据，用于将数据变换成具有码片极性信息的码片波形，该码片极性信息对来自正交代码序列的符号值信息进行编码。

2、如权利要求1所述的设备，其中给定代码序列中的符号值信息通过相应码片波形的各个码片的码片极性承载在相应的码片波形中。

3、如权利要求2所述的设备，其中关于给定代码序列的单个符号的符号值信息通过相应码片波形的各个单独码片的码片极性反应在相应的码片波形中。

4、如权利要求1所述的设备，其中该设备还适合于通过从承载调制数据的无线信号的功率谱密度中移除至少一条频谱线的方法来调制数据。

5、如权利要求4所述的设备，其中该设备进一步适合于通过平衡码片波形的码片极性来移除至少一条频谱线。

6、如权利要求5所述的设备，其中该设备进一步适合于通过将正交代码序列的符号和伪随机数相乘来平衡码片波形的码片极性。

7、如权利要求1所述的设备，其中该设备还适合于采用得到的响应于功率谱密度约束的脉冲整形基带波形和接收到的功率电平来调制数据。

8、如权利要求7所述的设备，其中该设备进一步适合于采用包括有第五级高斯导数波形的脉冲整形基带波形来调制数据。

9、如权利要求8所述的设备，其中第五级高斯导数波形的脉冲宽度参数被设置在0.055和0.065纳秒之间，两个端点包括在内。

10、如权利要求9所述的设备，其中第五级高斯导数波形的脉冲宽度参数被设置为0.0645纳秒。

11、如权利要求1所述的设备，其中该设备还适合于采用包括有将滚降系数设置在0.2到0.5之间，包括两个端点在内的根升余弦波形的脉冲整形基带波形来调制数据。

12、一种设备包括：

一个收发信机，能够从该设备该发射无线通信；

一个处理器；和

包括有至少部分地由处理器来执行的数据信号调制逻辑的媒体，该数据信号调制逻辑能够通过平衡为传输数据信号而产生的码片波形中的码片极性，来移除将由收发机发射的数据信号的功率谱密度中的至少一条频谱线。

13、如权利要求12所述的设备，其中该数据信号调制逻辑进一步能够通过将伪随机数序列和相应于码片波形的代码序列相乘来移除数据信号的功率谱密度中的至少一条频谱线。

14、如权利要求13所述的设备，其中和代码序列相乘的伪随机数序列的伪随机数从包含有“+1”和“-1”的组中选出。

15、如权利要求12所述的设备，其中该数据信号调制逻辑还能够采用得到的响应于功率谱密度约束和相关频率路径损耗的脉冲整形基带波形来调制数据信号。

16、如权利要求12所述的设备，其中该数据信号调制逻辑还能够采用响应于相应代码序列的正和负符号值被设置的具有正极性和负极性脉冲的码片波形来调制数据信号。

17、如权利要求12所述的设备，其中该数据信号调制逻辑由至少一个模拟元件，硬件、软件或固件的一个或多个组成。

18、一个或多个可存取处理器媒体，包括当被执行时可指导设备来执行下列步骤的可执行处理器指令，该步骤包括：

将数据比特流分段成多个码元；

将分段码元映射到多个相应代码序列上；和

将被映射的代码序列转换成相应码片波形，在该码片波形中码片极性和相应代码序列的符号值相匹配。

19、如权利要求18所述的一个或多个可存取处理器媒体，其中码片极性通过将正码片极性匹配于正符号值和负码片极性匹配于负符号值来和符号值相匹配。

20、如权利要求18所述的一个或多个可存取处理器媒体，其中码片极性通过将正码片极性匹配于负符号值和负码片极性匹配于正符号值来和符号值相匹配。

21、如权利要求18所述的一个或多个可存取处理器媒体，其中相应代码序列彼此正交。

22、如权利要求18所述的一个或多个可存取处理器媒体，包括有当被执行时指导设备来执行进一步步骤的可执行处理器指令，该进一步步骤包括：

通过平衡码片波形中的码片极性来从功率谱密度中移除至少一条频谱线。

23、如权利要求22所述的一个或多个可存取处理器媒体，其中移除步骤包括步骤：

将多个代码序列与伪随机数序列相乘。

24、如权利要求18所述的一个或多个可存取处理器媒体，其中每个码片波形的每个码片被看作为至少一个脉冲。

25、  如权利要求24所述的一个或多个可存取处理器媒体，包括有当被执行时指导设备来执行进一步步骤的可执行处理器指令，该进一步步骤包括：

采用包括有第五级高斯导数的脉冲整形基带波形对每个码片的至少一个脉冲进行整形。

26、如权利要求25所述的一个或多个可存取处理器媒体，其中整形步骤包括步骤：

采用包括有第五级高斯导数的脉冲整形基带波形对每个码片的至少一个脉冲进行整形，其中第五级高斯导数的脉冲宽度参数被设置在0.055到0.065纳秒之间，包括两个端点在内。

27、如权利要求18所述的一个或多个可存取处理器媒体，其中该一个或多个可存取处理器媒体包括(i)一个或多个存储媒体或(ii)一个或多个传输媒体的至少其中之一。

28、一种用于正交脉冲极性调制的装置，包括：

变换装置，用于将数据变换为代码序列；

整形装置，用于对构成被调制数据的传输中所采用码片波形的码片的脉冲进行整形；和

移除装置，用于从传输调制数据的功率谱密度中移除频谱线；

其中给定码片波形的码片极性随着相应代码序列的符号值而变化。

29、如权利要求28所述的装置，进一步包括：

收发机装置，用于采用整形脉冲发射不具有频谱线的被调制的数据。

30、如权利要求28所述的装置，其中变换装置包括：

分段装置，用于将数据分段成M个比特码元。

31、如权利要求30所述的装置，其中变换装置进一步包括：

映射装置，用于将M比特码元映射到一组2^M个代码序列的相应的代码序列上。

32、如权利要求28所述的装置，其中整形装置进一步包括：

转换装置，用于将代码序列转换为相应的码片波形。

33、如权利要求28所述的装置，其中移除装置包括：

平衡装置，用于平衡每个码片波形的码片极性。

34、如权利要求28所述的装置，其中该装置包括(i)一个或多个可存取处理器媒体或(ii)至少一个设备的至少其中之一。

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