CN1757212A - 用于减少在宽带通信系统中传送的信号的离散功率谱密度分量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了用于减少宽带信号中的离散功率谱密度(PSD)分量的方法与装置，该宽带信号用于发送数据块。通过获取伪随机数据的N个符号减少离散分量，每个符号有K个比特；从每个所获取的符号中选择一个比特以产生N个选择比特；响应于选择比特有选择地反转数据块之一中的对应元素；获取伪随机数据的一个或多个比特，以替换所获取的伪随机数据中的N个符号中相应的一个或多个对应比特；对连续的数据块重复操作。

Description

用于减少在宽带通信系统中传送的信号的离散 功率谱密度分量的方法和装置

                交叉引用相关申请

该申请要求享有2003年3月3日申请的题为“使用单个随机序列减少UWB通信系统中由同步字产生的谱线的方法”(“Method forReducing Spectral Lines Generated by Sync Words in UWBCommunication System Using a Single Random Sequence”)的临时申请No.60/451466，2003年4月9日申请的题为“使用线性反馈移位寄存器作为随机序列发生器以抑制在UWB通信系统中由脉冲产生的谱线”(“Using Linear Feedback Shift Registers as Random SequenceGenerators to Suppress Spectral Lines Generated by Pulses in UWBSystems”)的临时申请No.60/461365，以及2004年1月9日申请的题为“用于减少功率谱密度的超宽带加扰器”的临时申请号[尚末分配]的申请日的优先权。每篇内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及宽带通信系统，特别涉及用于减少在诸如超宽带(UWB)通信系统这样的宽带通信系统中传送的信号的离散功率谱密度分量的方法和装置。

背景技术

超宽带(UWB)技术使用持续时间非常短的基带脉冲，从接近零到几GHz非常稀疏地扩展传送信号的能量。UWB技术目前在军事应用中使用，产生UWB信号的技术是公知的。由于最近美国联邦通信委员会(FCC)宣布的决定允许买卖和运作结合UWB技术的消费者产品，所以商业应用不久将成为可能。

FCC决定允许商业应用的关键的动机是UWB传送不需要新的通信频谱，因为，当适当配置时，UWB信号可以与其它应用信号共存于相同的频谱中，而相互干扰几乎可以忽略。FCC已经指定UWB应用的发射限制，以防止干扰其它的通信系统。

可以通过检查UWB信号的功率谱密度(PSD)确定它的发射概况。在Moe等人所著题为“关于存在稳定的定时抖动时由M-ary循环平稳序列产生的数字脉冲流的功率谱密度”(“On the Power SpectralDensity of Digital Pulse Streams Generated by M-ary CyclostationarySequences in the Presence of Stationary Timing Jitter”)的论文中公开了使用随机方法的“时间跳跃扩展频谱”信号传输方案在存在随机定时抖动时的PSD的特征。参见IEEE Tran.On Comm.，Vol.46，no.9，pp.1135-1145，Sept.1998。根据本文，UWB信号的功率谱包含连续和离散分量。甚至当连续分量充分低于FCC发射限制时，离散分量产生的PSD的峰值可以超过FCC发射限制。

不断提出的要求是增加通信系统的通信距离。一种增加通信距离的方法是增加发送功率。为了增加发送功率并且仍然符合FCC关于UWB信号的发射限制，期望减少离散分量，使得增加整体功率的同时仍然符合FCC关于UWB信号的发射限制。在传统的通信系统中，通常利用加扰器减少离散分量(即，数据白化(data whitening))。然而，例如，由于其大约100Mbps至500Mbps的高脉冲重复频率(PRF)，以及时分多址(TDMA)帧结构，导致这些加扰器不足以减少UWB通信系统中的离散PSD分量。因此，需要用于减少UWB信号的离散PSD分量的改进的方法和装置。本发明满足这个需求。

发明内容

本发明具体化为用于减少宽带信号中的离散功率谱密度(PSD)分量的方法和装置，该宽带信号用于传送数据块。通过获取伪随机数据的N个符号减少离散分量，每个符号有K个比特；从每个所获取的符号中选择1个比特以产生N个选择比特；响应于选择比特有选择地反转在数据块之一中的对应元素；获取伪随机数据的一个或多个比特，来替换所获取的伪随机数据的N个符号中相应的一个或多个对应比特；对连续的数据块重复操作。

另外，本发明具体化为用于接收这些被有选择地反转的宽带信号的方法和装置以及伪随机数发生器。

附图说明

根据以下结合附图的详细说明，可以最好地理解本发明，其中相同的组件有相同的参考标号。附图中包括以下各图：

图1是根据本发明的示例性通信系统的框图；

图1A是在图1的示例性通信系统中使用的可替换的发送装置的框图；

图2是在图1的示例性通信系统中使用的示例性伪随机数发生器的框图；

图2A、2B和2C是说明在图2的伪随机数发生器中进行比特处理的框图；

图3是在图1的通信系统中使用的示例性同步装置的框图；

图4是根据本发明的示例性发送步骤的流程图；

图5是根据本发明的示例性接收步骤的流程图；

图6是利用根据本发明的初始化方案的伪随机数发生器的示例性实施例的框图；

图7是利用根据本发明的可替换的初始化方案的伪随机数发生器的示例性实施例的框图；

图8是利用根据本发明另一个可替换的初始化方案的伪随机数发生器的示例性实施例的框图；

图9是说明图1中的伪随机数发生器和反相器的比特流的框图，其中，根据本发明的一个方面，基于一个选择比特反转对应比特；

图10是说明图1中的伪随机数发生器和反相器的比特流的框图，其中，根据本发明的另一个方面，基于一个选择比特反转一个符号中的每一个比特；

图11是说明根据本发明另一个方面，从伪随机数发生器的每个符号进行随机比特选择的框图。

具体实施方式

图1是根据本发明的示例性宽带通信系统100的概念表示。所说明的通信系统100中的一个或多个方框的功能可以通过相同的硬件部件或者软件模块执行。应该理解，本发明的实施例可以在硬件、软件或者硬软件结合的方式下实现。在这种实施例中，如下所述的各个部分和步骤可以在硬件和/或软件中实现。

通常认为，用于发送源数据的发送装置102在发送之前对源数据进行反转，并可选地对其进行加扰，以减少所发送源数据中的离散功率谱密度(PSD)分量。发送装置102使用改进的反转技术，该技术利用相对短的伪随机序列提供改进的源数据随机化，从而减少离散PSD分量并便于同步。接收装置104接收所发送的源数据，并对上述反转以及可选的加扰进行反转，以恢复原始的源数据。源数据包括由元素组成的数据块。这里使用的术语元素可用于表示块内的数据帧，帧内的数据符号和/或数据符号内的比特。每个数据符号包括一个或多个比特。

现在详细描述发送装置102和接收装置104中的组件。在一个示例性实施例中，将源数据施加到被配置为对源数据进行加扰的可选加扰器106中。加扰器106根据预定的加扰操作对源数据块内的元素进行加扰。加扰器106可以对所有的源数据进行加扰或者对一部分源数据进行加扰，例如，仅对源数据中包含重复数据的帧进行加扰，例如同步字。在可替换的示例性实施例中，不对源数据进行加扰，并且可以省略可选的加扰器106。

在一个示例性实施例中，加扰器106使用加扰字对至少一部分源数据进行加扰。表1中示出了八个示例性加扰字(编号0-7)的列表。

         表1

0：00001：00012：00103：0011

4：01005：01016：01107：0111

可以使用例如XOR(异或)逻辑电路(未显示)将该示例性加扰字与部分源数据进行逻辑组合，来加扰源数据，在下文中对此进行更详细地描述。

在可替换的示例性实施例中，采用诸如电气与电子工程师协会(IEEE)标准IEEE 802.15.3a的建议中描述的加扰器对源数据进行加扰。所建议的加扰器使用15-比特线性反馈移位寄存器(LFSR)产生用于加扰器的伪随机二进制序列(PRBS)。在每帧开始部分，用预定值(种子)加载LFSR，这里称为初始设置。定义了用两比特标识符(b₁，b₀)索引的四个种子，作为初始设置的选择，表2中说明了该初始设置。

                     表2

种子标识符(b1，b0)	种子值(X14…X0)
		0，0	0011 1111 1111 1111
0，1	0111 1111 1111 1111
		1，0	1011 1111 1111 1111
1，1	1111 1111 1111 1111

可使用2比特标识符从种子集合中选择用于加扰的种子值。然后，例如使用XOR逻辑电路(未显示)将所选的种子与源数据进行逻辑组合，对源数据进行加扰。2比特标识符可以在数据包中与源数据一起发送，用于在接收机104中初始化解扰器132。

如列表2描述的，种子值高度相关(即，每个种子值仅开头两比特是唯一的)，因此，产生的伪随机序列也高度相关，由于缺少足够的随机性而导致线状谱。发明者认识到，通过使用不相关的种子，可以获取抑制离散PSD分量的良好效果。表3描述了用于加扰器106的示例性种子集合。

                          表3

种子标识符(b1，b0)	种子值(X27…X0)
		0，0	0100 1100 0000 0101 0001 0000 1110
0，1	1011 1000 0101 1011 1001 1101 1010
		1，0	0101 1111 1101 0010 1000 0001 1001

1，1	0000 1111 0010 1111 0011 0111 1111

在表3中有四个种子值，每个种子值包括28比特。种子值基本上不相关，因此，使用这些种子值产生的伪随机序列基本上不相关。表3所示的种子集合仅用于说明，可以采用具有不同的种子值、或多或少的种子、或者每个种子具有或多或少个比特的种子集合。本领域技术人员根据在此的描述应该理解如何产生种子集合中使用的适合的不相关种子值。

反相器108按照预定的反转操作对源数据块内的元素进行反转。在一个示例性实施例中，反相器108连接到伪随机数发生器110，该伪随机数发生器产生具有均匀分布的二进制数的多个(N)符号，其中，均匀分布的二进制数在例如每个源数据帧之前被周期性地更新。反相器108可以是多路复用器(未显示)，其响应于选择比特，一个元素接一个元素地传递源数据或例如由反转电路(未显示)反转的源数据的反转数据。如下文进一步的描述，反相器108被配置为，从伪随机数发生器110的每个符号中接收一个比特以产生选择比特，并响应于选择比特反转源数据块内的元素。

图2描述了示例性伪随机数发生器200。伪随机数发生器200是包括移位寄存器202和反馈环路203的线性反馈移位寄存器(LFSR)。反馈环路203包括逻辑电路204，逻辑电路204的输入端连接到移位寄存器202内要选择的中间的位寄存器(例如，编号25和28的位寄存器)，逻辑电路204的输出端连接到移位寄存器202内的第一位寄存器。逻辑电路204对选择的中间的位寄存器中的值进行组合，以形成新值，该新值反馈到移位寄存器202中，以更新伪随机数发生器。所说明的一系列位寄存器包括编号为1、2、3、4...25、26、27、28的28个位寄存器(单元)。所说明的逻辑电路204是异或逻辑门(XOR)，其组合两个单独位寄存器(例如单元25和28)的比特值，并将得到的值反馈到移位寄存器202中。在可替换的示例性实施例中，逻辑电路204可以是其它类型的逻辑电路，例如同或门(NXOR)。

在一个示例性实施例中，每次移位之后检查移位寄存器202内的每个寄存器。当XOR门在反馈环路203中时，移位寄存器202中所有比特都是“0”值的情况是非法的，因为伪随机数发生器200不能脱离该状态。类似地，如果NXOR门处于反馈环路203中，则全“1”值是非法的。如果出现非法情况，则反转移位寄存器202内的至少一个比特。

所说明的移位寄存器202可以分成预定数目(N)个指定符号区。例如，如果一个符号定义为4个比特，则移位寄存器202实际分成7个指定符号区，即，位寄存器1-4、5-8、9-12、13-16、17-20、21-24和25-28。每个指定符号区中的一个比特例如经由另一个移位寄存器(未显示)连接到反相器，用于对源数据的元素进行反转。例如，对应于由伪随机数发生器产生的N个符号中的每个选择比特，反相器可以反转源数据中的一个比特(参见图9，利用从这些比特伸出的向上箭头指示的选择比特)，反转对应于每个选择比特的符号内的每一比特(参见图10)，或反转对应于每个选择比特的帧内的每一比特。如图9和10所示，每个符号内选择比特可以在同样的相对位置上，或者如图11所示，在不同的(随机)位置上。指定的符号区中，每个符号区可以包括统一数目的位寄存器或不同数目的位寄存器。各种可替换的实施例对于本领域的技术人员来说是很显然的。

在产生伪随机数之前，用比特值(例如，均匀分布的“1”和“0”比特流)初始化LFSR内的移位寄存器202。可以以诸如每个符号、帧(例如，每个同步字之前)或者数据块之后这样的预定间隔用新比特值重新初始化移位寄存器202。以下描述用于初始化移位寄存器202的适当方法。

图2A、2B和2C示出了对伪随机数发生器200内的移位寄存器202进行一次更新的操作。移位寄存器202包括比特串(这里表示为sign_ctl_array)。首先，如图2A所示，源数据中各个元素与移位寄存器202的指定符号区中的一个比特关联。接下来，如图2B所示，移位寄存器中的sign_ctl_array右移(即，向低有效位位置)L比特(其中L是一个或多个比特)。最后一步，如图2C所示，产生L个新的随机比特(例如，3个随机比特)，并将其插入到移位寄存器202的开始L比特中。

再参考图1，在所说明的实施例中，反相器108设置在加扰器104之后，使得反相器108在加扰后对源数据进行反转。在可替换的示例性实施例中，加扰器106可以设置在反相器108之后，在加扰器106进行加扰之前，反相器108反转部分源数据。

发射机114连接到脉冲发生器116，该脉冲发生器116产生由诸如超宽带(UWB)信号脉冲这样的一系列信号脉冲构成的宽带脉冲信号。发射机114将数字格式的源数据调制在宽带脉冲信号上，以经由天线108发送。发射机114可以是所示的脉冲调制器，或者是具有脉冲整形电路(未显示)的数-模转换器(未显示)，甚至可以认为其是天线118的一部分。

图1A描述了可替换的示例性发送装置102a。除了用位于加扰器106与反相器108a之间的脉冲发生器116a(图lA)替换脉冲发生器116(图1)之外，发送装置102a类似于图1中的发送装置102。在该实施例中，脉冲发生器116a可选择地将加扰后的数字的源数据调制到宽带信号脉冲上，以生成模拟信号。反相器108a对模拟域中的源数据进行反转，以通过发射机114a发送。发射机114a可以是脉冲整形电路、简单地将反相器108a连接到天线118的连接器，或者甚至可以被认为是天线118的一部分。根据这里的描述，本领域的技术人员应该理解用于对模拟域中的源数据进行反转的适当的反相器108a。另外，通过分别对图1和图1A的发送装置102和102a的描述，本领域的技术人员应该理解根据本发明的发送装置的各种可替换的示例性实施例。

再参考图1，接收装置104中的接收机120通过另一个天线122接收被反转的，以及可选地被加扰后的宽带脉冲信号。接收机120中的相关器124将接收数据与发送装置102使用的脉冲波形进行相关，以识别脉冲并将其转换为数字脉冲。在一个示例性实施例中，相关器124是被配置为对输入的诸如UWB脉冲这样的宽带脉冲进行识别和相关的匹配滤波相关器。

反相器-1126根据基于反相器108的反转操作的预定反转操作对由反相器108引入源数据中的反转进行反转。在一个示例性实施例中，反相器-1126连接到伪随机数发生器128，该伪随机数发生器128与以上详细描述的伪随机数发生器110基本上相同(因此，不在这里进一步详细描述)。反相器-1126可以是多路复用器(未显示)，其响应于伪随机数发生器128产生的选择比特，传递源数据或例如由反转逻辑电路(未显示)所反转的源数据的反转。

两个伪随机数发生器110和128产生相同的比特串。在一个示例性实施例中，为了同步，发生器110和128被配置为，在发送或者接收序列中的第一比特时的一个共同点开始动作。在一个可替换的示例性实施例中，不是在每帧产生一组随机数，而是可以预先产生一组随机数并将其存储在阵列中。在发送装置102和接收装置104的伪随机数发生器110、128中保存相同的阵列。产生一个随机数作为已存储阵列的索引，并将该随机数发送，以用于在发送装置102和接收装置104之间建立同步。

同步装置130对接收数据进行同步，以便可选的解扰器132进行解扰。在一个示例性实施例中，在同步之后，解扰器132对由加扰器106引入的加扰进行反转，以产生原始的源数据。解扰器132按照基于加扰器106使用的加扰操作的预定解扰操作对该加扰进行反转。在所说明的实施例中，同步装置130在对被加扰的源数据进行同步时接收解扰器132的反馈。以下描述关于被加扰的源数据的同步的更多细节。在一个可替换的示例性实施例中，省略加扰器106，则可以省略解扰器132。

图3描述了与本发明示例性实施例一致的同步装置300，其用作图1中的同步装置130。所说明的同步装置300是基于用于对源数据进行加扰的四个种子I-IV的四模式同步装置。第一模式S1包括顺序从I至IV的四个种子。第二模式S2包括从IV开始，之后依次为I、II和III的四个种子。第三模式S3是III、IV、I、II，第四模式S4是II、III、IV、I。利用XOR逻辑电路302a-d对接收的序列r与四个模式S1-S4中的每一个进行异或，XOR。由绝对值组件(ABS)304a-d得到由XOR逻辑电路302a-d产生的结果值的绝对值。然后，最大值电路306确定当与接收序列r组合时模式S1-S4中哪一个产生最大绝对值，并控制多路复用器308，使其传递所确定的模式，以用于对接收序列进行解扰。在同步字全部是一个值的实施例中，例如全部是1(1)，反相器108(图1)对全部同步字进行随机反转，在同步装置300中使用绝对值组件304a-d能够在由反相器-1126(图1)进行反转之前，例如在初始的系统信道存取期间，检测接收数据中的有效同步字。检测出的同步字然后可以作为初始化伪随机数发生器128(图1)的基础。

在一个可替换的示例性实施例中，加扰器106利用由从索引的种子集合中选择的种子初始化的LFSR对源数据进行加扰，同步装置130(图1)利用从发送数据中接收的索引值来同步解扰器132。根据该实施例，解扰器132可以包括LFSR(未显示)和对应于LFSR的种子集合以及在加扰器106中的种子集合。同步装置130识别从发送数据中接收的索引值，并将其传递到解扰器132，其选择合适的种子来初始化解扰器132。

再参考图1，在所说明的实施例中，解扰器132设置在反相器^-1126之后，使得源数据先被反转，然后被解扰。在一个可替换的实施例中，反相器^-1126设置在解扰器132之后，以相反的顺序执行反转和解扰。

图4描述了用于减少诸如UWB通信系统这样的宽带通信系统中的离散PSD分量的示例性发送步骤的流程图400。参考图1和2中的部件描述流程图400的步骤。

在方框402中，可选的加扰器106对源数据进行加扰。源数据可以包括包含有效负载数据和诸如同步数据这样的非有效负载数据的数据帧。在一个示例性实施例中，根据预定的加扰操作对源数据进行加扰，例如，利用下文中将进一步详细说明的加扰字。同步数据可以全部是一个符号，例如全部为正(+)1。在一个可替换的示例性实施例中，不对源数据进行加扰，可以省略方框402。

在方框404中，移位寄存器202在初始化期间首先获取伪随机数据(即，比特串sign_ctl_array)的N个符号。在初始化期间接收的伪随机数据的N个符号可以是从寄存器或伪随机数发生器提供的，这将在下文中进一步详细描述。

在方框406中，反相器108从所获取的伪随机数据的每个符号中选择1个比特来产生N个选择比特。通过将来自移位寄存器202的指定符号区内的单元的选择比特传送至与反相器108关联的寄存器(未显示)，可以选出选择比特。

在方框408中，反相器108响应于该选择比特对数据块之一中的相应元素进行反转。在一个示例性实施例中，反相器108响应于选择比特中的每一比特，对单个比特、符号内的每一比特或者帧内的每一比特进行反转。例如，如果有7个选择比特，反相器108响应于每个选择比特对一个符号内的每一比特进行反转，第一个选择比特确定是否反转第一符号内的每一比特，第二个选择比特确定是否反转第二符号内的每一比特，等等。同样地，如果反相器108反转一帧内的每一比特，则第一比特确定是否反转第一帧内的每一比特，第二比特确定是否反转第二个帧内的每一比特，等等。

在所说明的流程图400中，首先对源数据进行加扰(方框402)然后对其进行反转(方框408)。本领域技术人员应该理解，在其它的实施例中，可以首先对源数据进行反转，然后对其进行加扰，而在这样情况下，方框402的步骤发生在方框404至412的步骤之后。

在方框410中，准备发送被反转的和可选地被加扰的源数据。可以通过使用源数据对由诸如脉冲发生器116这样的脉冲发生器提供的脉冲进行调制来准备发送源数据。在方框412中，发射机114从天线118发射被反转的和可选地被加扰的源数据。

在方框414中，响应于存在要发送的另外的源数据来决定重复方框406-412。如果存在要发送的另外源数据，则处理进入方框416以获取另外的伪随机数据，并重复方框406至412中的步骤。如果全部要发送的源数据已经被有选择地反转，则在方框418中结束处理。

在方框416中，移位寄存器202获取伪随机数据的一个或多个比特，以替换所获取的伪随机数据的符号中相应的一个或多个对应比特。在一个示例性实施例中，移位寄存器202在源数据的每个帧或者块已经被反转之后，移出一个或多个比特(例如单个数据比特、一个符号的数据比特或对应于每个选择比特的一个数据比特)。相应数目的数据比特同时移入移位寄存器202中，以替换移出的比特。可以由逻辑电路204响应移位寄存器202内的中间寄存器中的一个或多个比特值，向移位寄存器202提供新的伪随机数据。

图5描述了用于接收根据本发明被反转和可选地被加扰的宽带信号的示例性接收步骤的流程图500。参考图1、2和3中的组件描述流程图500的步骤。

在方框502中，接收装置104中的接收机120通过天线122接收被反转和可选地被加扰的源数据，在方框504中，接收机120中的相关器124对源数据进行相关，以识别承载源数据的宽带脉冲信号。在方框506中，同步装置130对接收的被加扰的源数据进行同步，以便对由加扰器106所施加的加扰进行反转。在一个示例性实施例中，同步装置130基于来自解扰器132的反馈对被加扰和被反转的源数据进行同步。

在方框508中，反相器^-1126响应于由伪随机数发生器128产生的伪随机数序列或者伪随机数流，对由反相器108引入的反转进行反转。在一个示例性实施例中，伪随机数发生器128被配置为，当接收到诸如接收序列的第一比特这样的指定比特时开始动作。在方框510中，解扰器132对由加扰器106引入的加扰进行反转，以导出原始的源数据。在不对源数据进行加扰的实施例中省略方框510中的步骤。

在所说明的流程图500中，首先通过反相器^-1126对源数据进行反转(方框508)，然后由解扰器132进行解扰(方框510)。本领域技术人员应该理解，在可替换的示例性实施例中，可以首先对源数据进行加扰，然后对其进行反转，在这样情况下，方框508的步骤发生在方框510的步骤之后。

现在描述图2中的示例性伪随机数发生器200的初始化方案。图6示出了上述参考图2描述的伪随机数发生器200和用于向伪随机数发生器200的移位寄存器202提供随机数以进行初始化的随机数寄存器600。寄存器600存储了在初始化伪随机数发生器200时使用的一个或多个伪随机数序列。在一个示例性实施例中，伪随机数序列彼此不相关，每个伪随机数包括对应于伪随机数发生器200内的移位寄存器202的每个单元内的一个比特值。例如，如果采用28比特的移位寄存器202，则每个种子值有28比特。

图7示出了上述参考图2描述的伪随机数发生器200和诸如第二LFSR这样的第二伪随机数发生器700(省略LFSR的反馈环路和逻辑电路以简化例图并便于讨论)。第二伪随机数发生器700的位寄存器连接到伪随机数发生器200内的移位寄存器202的位寄存器上，以提供用于初始化的随机比特。在一个示例性实施例中，第二伪随机数发生器700和伪随机数发生器200可以以相似的方式操作，但是在反馈环路中可能使用不同比特或者不同的逻辑电路。在一个可替换的示例性实施例中，第二伪随机数发生器700可以是不同于伪随机数发生器200的随机或者伪随机数发生器。

在一个示例性实施例中，在每帧开始时，加载在第二伪随机数发生器700内产生的比特串sign_ctl_orig，作为第一伪随机数发生器200中的比特串sign_ctl_array的初始设置。对于所发送的每一比特更新比特串sign_ctl_array，并且每帧更新一次比特串sign_ctl_orig。通过以下四个步骤描述该操作。

1.在每帧开始时将比特串sign_ctl_orig右移n比特；

2.将sign_ctl_orig复制到sign_ctl_array；

3.利用sign_ctl_array产生符号控制比特；

4.转到步骤1进行下一帧操作。

可见，第n+1帧的比特串sign_ctl_array的初始状态是第n帧的比特串sign_ctl_array的n比特延迟。

从上述操作中注意到，因为比特串sign_ctl_orig在每帧开始时指定比特串sign_ctl_array的初始状态，所以仅需要同步比特串sign_ctl_orig，从而对接收装置104及其发送装置102进行同步。

图8示出了用于初始化伪随机数发生器200的另一个示例性结构，该结构表现出更高的随机性。这个结构采用第二伪随机数发生器800，第三伪随机数发生器802和逻辑电路804。第二和第三伪随机数发生器可以是LFSR(省略了LFSR的反馈环路和逻辑电路以简化例图并便于讨论)，逻辑电路可以是XOR或XNOR门。逻辑电路404组合第二和第三伪随机数发生器800和802中的相应比特，以产生第一伪随机数发生器200的初始值。

在一个示例性实施例中，在每帧开始时，分别由第二和第三伪随机数发生器800和802产生的比特串sign_ctl_orig1和sign_ctl_orig2被组合，以形成第一伪随机数发生器200的比特串sign_ctl_array的初始设置。通过以下5个步骤描述该操作。

1.每帧开始时，将sign_ctl_orig1右移n1比特，将sign_ctl_orig2右移n2比特；

2.在XOR门804中，对sign_ctl_orig1和sign_ctl_orig2的相应比特进行异或，以形成输入值sign_ctl_orig，即sign_ctl_orig＝sign_ctl_orig1sign_ctl_orig2；

3.将sign_ctl_orig复制到sign_ctl_array；

4.利用sign_ctl_array产生用于反转的选择比特；

5.转到步骤1进行下一帧的操作。

现在描述利用上述初始化方案的伪随机数发生器202的同步。在一个示例性实施例中，有两个同步阶段。这两个同步阶段包括初始系统信道存取阶段和初始通信信道存取阶段。在初始系统信道存取阶段期间，接收装置102不知道发送装置102中的伪随机数发生器200的状态。此后，在初始通信信道存取阶段期间，接收装置102知道发送装置102中伪随机数发生器200的状态，从而允许将序列号用于同步。

对于初始信道系统存取，对于利用以上参考图6-9所述的初始化的不同伪随机数发生器可以使用不同的方法。

利用一组预先产生并保存在阵列中的随机数获的参考图6所述方法的初始信道存取。在发送装置102和接收装置104的伪随机数发生器110、128中保存相同的阵列。产生一个随机数作为存储阵列的索引，并发送该随机数以用于在发送装置102和接收装置104之间建立同步。

通过从发送装置102向接收装置104发送第二伪随机数发生器700的位寄存器的状态，获得参考图7所描述方法的初始信道存取。对于长度为n的寄存器，发送n比特数据。然而，如果仅为要发送的寄存器状态保留较少比特(例如，仅4比特数据)，则仅将寄存器1-4的状态与数据一起发送。在这个例子中，在7帧(即，28比特)之后，可以得到整个比特串sign_ctl_array 100。在初始同步之后，在这个字段中的数据可用于检验在相应的发送装置102和接收装置104之间比特串sign_ctl_orig是否仍然保持同步。

参考图8描述的方法的初始信道存取类似于图7中方法的初始信道存取，除了需要发送两倍数据，因为要发送两个伪随机数发生器800和802的两个寄存器中的比特(假定每个伪随机数发生器800和802的移位寄存器与伪随机数发生器700的移位寄存器具有相同比特数)。

对以上参考图1、2、3、4和5描述的示例性通信系统100的另外的实施细节进行说明。在一个示例性实施例中，定义一个加扰器阵列SA，其包括M个独立的符号，每个符号包括n个脉冲。例如，该符号可以是数字0至M-1的二进制表示。现在描述基于符号操作的完整过程。

1.设置初始值m(1≤m≤M)，并设置sign_tx_array的初始值。

2.设置m＝m+1模算(mod)M。

3.利用m作为加扰器阵列SA的索引，得到一个符号；

4.转到2，直到获得N个符号为止。利用这N个符号构造一个新加扰字SW，如式1所示。

SW＝[SA(m)，SA(m+1mod M)，SA(m+2mod M)，...，SA(m+(N-1)mod M)]                                               (1)

5.对要发送的源数据的符号和所产生的SW进行XOR操作，产生新数据块SSW1，如式2所示。

SSW1(n)＝symbol(n)SW(n)n＝1，...，N             (2)

6.从sign_tx_array得到N个均匀分布的二进制数cn(1，-1)，利用这些数产生新数据块SSW2，如式(3)所示：

SSW2(n)＝SSW1(n)sign_tx_array(n*K)n＝1，...，N  (3)

7.将SSW2用于发送。

8.更新sign_tx_array。

9.转到2进行下一帧操作。

如式4所示计算SW中下一个符号的开始索引：

m＝m+N mod M                              (4)

在接收机处，对接收序列SSW2执行以下操作，以使接收机与发射机同步，并在基于符号的操作中恢复原始符号：

1.如果是初始采集，则对初始值m和随机序列发生器进行同步，使得sign_tx_array(n)＝sign_rx_array(n)。

2.从sign_rx_array获得N个均匀分布的的二进制数，利用这些数产生数据SSW1，如式5所示：

SSW1(n)＝SSW2(n)sign_rx_array(n*K)  n＝1，...，N    (5)

3.形成SW并利用SW解扰SSW1，以得到原始数据 如式6和7所示；

SW＝[SA(m)，SA(m+1 mod M)，SA(m+2 mod M)，...，SA(m+(N-1)mod M)]                                          (6)

$\mathrm{sy}\hat{m}\mathrm{bol}\left(n\right)=\mathrm{SSW}1\left(n\right)\⊕\mathrm{SW}\left(n\right)----\left(7\right)$

4.计算下一个字的索引m，m＝m+N mod M；

5.更新sign_rx_array；

6.转到步骤2进行下一个帧的操作。

如果sign_tx_array和sign_rx_array同步，则式8、9和10有效。

sign_tx_array(n)＝sign_rx_array(n)                 (8)

$S\hat{S}W1\left(n\right)=\mathrm{SSW}1\left(n\right)\⊕\mathrm{sign}\_\mathrm{tx}\_\mathrm{array}\left(n\right)\⊕\mathrm{sign}\_\mathrm{rx}\_\mathrm{array}\left(n\right)$

$=\mathrm{SSW}1\left(n\right)\⊕(\mathrm{sign}\_\mathrm{tx}\_\mathrm{array}\left(n\right)\⊕\mathrm{sign}\_\mathrm{rx}\_\mathrm{array}\left(n\right))$

$=\mathrm{SSW}1\left(n\right)----\left(9\right)$

$\mathrm{Sy}\hat{m}\mathrm{bol}\left(n\right)=S\hat{S}W\left(n\right)\⊕\mathrm{SW}\left(n\right)$

$=\mathrm{SSW}1\left(n\right)\⊕\mathrm{SW}\left(n\right)$

$=\mathrm{Symbol}\left(n\right)\⊕\mathrm{SW}\left(n\right)\⊕\mathrm{SW}\left(n\right)$

$=\mathrm{Symbol}\left(n\right)----\left(10\right)$

虽然根据具体的组件描述了本发明的组件，但是可以预期的是，可以利用在计算机中运行的软件来实现一个或多个组件。在该实施例中，可以利用控制计算机的软件来实现各种组件的一个或多个功能。该软件可以包含在计算机可读载体中，例如磁盘或光盘、存储卡或音频、射频或光载波。

另外，虽然在此参考具体实施例来说明和描述本发明，但是不意味着本发明局限于所示的细节。尤其，在与权利要求等价的范围内、以及在不脱离本发明的情况下，可以对细节进行各种修改。

Claims (40)

1.一种用于减少宽带信号中的离散功率谱密度(PSD)分量的方法，所述宽带信号用于发送多个数据块，每个所述数据块包括N个元素，该方法包括步骤：

(a)获取伪随机数据的N个符号，每个符号有K个比特；

(b)从每个所获取的符号中选择一个比特，以产生N个选择比特；

(c)响应于所述选择比特，有选择地反转所述数据块之一中的对应元素；

(d)获取伪随机数据的一个或多个比特，以替换所述获取的伪随机数据的N个符号中的相应的一个或多个对应比特；以及

(e)对所述数据块中的连续块，重复步骤(b)至(d)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对应元素是一个比特，所述有选择地反转步骤包括步骤：

响应于所述选择比特，有选择地反转所述数据块之一中的比特。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对应元素是一个符号，所述有选择地反转步骤包括步骤：

响应于所述选择比特，有选择地反转所述数据块之一中的符号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对应元素是一个帧，有选择地反转步骤包括步骤：

响应于所述选择比特，有选择地反转所述数据块之一中的帧。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取伪随机数据的N个符号的步骤包括步骤：

产生伪随机数据；以及

将所产生的伪随机数据移入移位寄存器，其中，所述移位寄存器包括多个指定的符号区；以及

其中，所述从每个所获取的符号中选择一个比特的步骤包括步骤：

从所述移位寄存器的每个指定符号区内的固定位置选择一个比特。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述从固定位置选择一个比特的步骤包括步骤：

从第一指定符号区中的第一固定位置选择第一比特，从第二指定符号区中的第二固定位置选择第二比特，其中，所述第一和第二固定位置相对于各自的指定符号区处于不同的位置。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述获取伪随机数据的一个或多个比特以替换所获取的伪随机数据的N个符号中相应的一个或多个比特的步骤包括步骤：

产生所述伪随机数据的一个或多个比特；以及

将所产生的一个或多个比特移入移位寄存器中，以替换同时移出该移位寄存器的、所获取的伪随机数据的N个符号中的相应数量的比特。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

在所述有选择地反转步骤之前，对每个数据块中的一个或多个元素进行加扰。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述加扰步骤包括步骤：

从包括多个伪随机序列的伪随机数序列组中选择一个伪随机数序列，以对每个数据块中的一个或多个元素进行加扰。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个伪随机序列基本上不相关。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取伪随机数据的N个符号的步骤包括利用至少一个线性反馈移位寄存器产生伪随机数据的步骤，其中，该方法还包括步骤：

用伪随机数据初始化所述至少一个线性反馈移位寄存器。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述初始化步骤包括步骤：

从包括多个伪随机序列的伪随机数序列组中选择一个伪随机数序列。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个伪随机序列基本上不相关。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述初始化步骤包括步骤：

利用至少一个其它线性反馈移位寄存器产生其它伪随机数序列；以及

将所述其它伪随机数序列传送到所述至少一个线性反馈移位寄存器中。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述获取伪随机数据的N个符号的步骤包括步骤：

利用第一线性反馈移位寄存器产生第一伪随机数序列；

利用第二线性反馈移位寄存器产生第二伪随机数序列；

对所述第一和第二随机数序列进行逻辑组合；以及

利用所述逻辑组合的第一和第二随机数序列初始化第三线性反馈移位寄存器，该第三线性反馈移位寄存器产生所获取的伪随机数据。

16.一种用于减少宽带信号中的离散功率谱密度(PSD)分量的装置，所述宽带信号用于发送多个数据块，每个所述数据块包括N个元素，该装置包括：

移位寄存器，其具有被配置为接收伪随机数据的N个符号的单元；以及

反相器，连接到所述移位寄存器的选择单元，该反相器被配置为，响应于所述选择单元中的比特，有选择地反转所述数据块之一中的对应元素。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，从包含比特、符号和帧的集合中选择所述对应元素。

18.根据权利要求16所述的装置，其中，所述移位寄存器包括多个指定符号区，并且，其中，所述反相器连接到每个指定符号区中的一个单元。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述反相器连接到第一指定符号区中的第一固定位置中的第一单元和第二指定符号区中的第二固定位置中的第二单元，其中，所述第一和第二固定位置相对于各自的指定符号区处于不同的位置。

20.根据权利要求16所述的装置，还包括：

连接到所述移位寄存器的伪随机数发生器，其中，该伪随机数发生器被配置为，提供伪随机数据以初始化所述移位寄存器。

21.根据权利要求16所述的装置，还包括：

连接到所述移位寄存器的至少一个线性反馈移位寄存器，所述至少一个线性反馈移位寄存器被配置为，向所述移位寄存器提供伪随机数据。

22.根据权利要求21所述的装置，还包括：

连接到所述至少一个线性反馈移位寄存器的寄存器，该寄存器存储一组伪随机数序列。

23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述伪随机数序列组中的所述伪随机数序列基本上不相关。

24.根据权利要求16所述的装置，还包括：

连接到所述移位寄存器的第一线性反馈移位寄存器；以及

连接到所述第一线性反馈移位寄存器的第二线性反馈移位寄存器；

其中，所述第二线性反馈移位寄存器被配置为，向所述第一线性反馈移位寄存器提供第一伪随机数序列，以及，所述第一线性反馈移位寄存器被配置为，向所述移位寄存器提供第二伪随机数序列。

25.根据权利要求16所述的装置，还包括：

被配置为产生第一伪随机数序列的第一线性反馈移位寄存器；

被配置为产生第二伪随机数序列的第二线性反馈移位寄存器；

连接到所述第一和第二线性反馈移位寄存器的组合器，该组合器被配置为组合所述第一和第二随机数序列；以及

连接到所述组合器和所述移位寄存器的第三线性反馈移位寄存器，所述第三线性反馈移位寄存器被配置为，响应于所组合的第一和第二随机数序列，产生被所述移位寄存器接收的伪随机数据。

26.根据权利要求16所述的装置，还包括：

加扰器，其被配置为，在所述反相器进行有选择地反转之前，对每个数据块内的一个或多个元素进行加扰。

27.根据权利要求26所述的装置，还包括：

连接到所述加扰器的寄存器，该寄存器被配置为，存储一组伪随机数序列，并向所述加扰器提供所述伪随机数序列，其中，所述伪随机数序列组中的所述多个伪随机数序列基本上不相关。

28.一种伪随机数发生器，包括：

用于存储一组伪随机数序列的寄存器；以及

连接到所述寄存器的线性反馈移位寄存器，该线性反馈移位寄存器被配置为，响应于所述伪随机数序列组，提供伪随机数据。

29.根据权利要求28所述的伪随机数发生器，其中，所述伪随机数序列组中的所述伪随机数序列基本上不相关。

30.一种伪随机数发生器，包括：

第一线性反馈移位寄存器；以及

连接到所述第一线性反馈移位寄存器的第二线性反馈移位寄存器；

其中，所述第二线性反馈移位寄存器被配置为，向所述第一线性反馈移位寄存器提供第一伪随机数序列，所述第一线性反馈移位寄存器被配置为，响应于所述第一伪随机数序列，提供第二伪随机数序列。

31.一种伪随机数发生器，包括：

被配置为产生第一伪随机数序列的第一线性反馈移位寄存器；

被配置为产生第二伪随机数序列的第二线性反馈移位寄存器；

连接到所述第一和第二线性反馈移位寄存器的组合器，该组合器被配置为组合所述第一和第二随机数序列；以及

连接到所述组合器的第三线性反馈移位寄存器，所述第三线性反馈移位寄存器被配置为，响应于所组合的第一和第二随机数序列，产生伪随机数据。

32.一种用于将数据块作为超宽带(UWB)信号进行发送的装置，所述超宽带信号具有减少的离散功率谱密度(PSD)分量，每个所述数据块包括N个元素，该装置包括：

移位寄存器，其具有被配置为接收伪随机数据的N个符号的单元；

反相器，其连接到所述移位寄存器的选择单元，以从所述伪随机数据的每个符号中接收一个比特，该反相器被配置为，响应于所述选择单元中的比特，有选择地反转所述数据块之一中的对应元素；以及

连接到所述反相器的发射机，该发射机被配置为，发送所述被有选择地反转的对应元素。

33.根据权利要求32所述的装置，还包括：

连接到所述反相器的加扰器，该加扰器被配置为，在所述反相器进行有选择的反转之前，对每个数据块内的一个或多个元素进行加扰。

34.根据权利要求32所述的装置，还包括：

反馈环路，其连接在所述移位寄存器的中间单元与所述移位寄存器的第一单元之间，该反馈环路包括一个逻辑电路，该逻辑电路响应于所述中间单元中的比特值，在所述第一单元产生新的比特值，以替换用于连续数据块的所述移位寄存器中的所述伪随机数据的N个符号的一个或多个比特。

35.一种用于接收被有选择地反转的数据块的超宽带(UWB)信号传输的装置，每个所述数据块包括N个元素，该装置包括：

接收机，其被配置为接收被有选择地反转的数据块的宽带信号传输；

连接到所述接收机的移位寄存器，该移位寄存器具有被配置为接收伪随机数据的N个符号的单元；以及

反相器，其连接到所述移位寄存器的选择单元，从所述伪随机数据的每个符号中接收一个比特，该反相器被配置为，响应于所述选择单元中的比特，有选择地反转所述接收数据块之一中的对应元素。

36.根据权利要求35所述的装置，还包括：

连接到所述反相器的解扰器，该解扰器被配置为，对所述接收数据块之一中的一个或多个元素进行解扰。

37.一种用于减少宽带信号中的离散功率谱密度(PSD)分量的系统，所述宽带信号用于发送多个数据块，每个所述数据块包括N个元素，该系统包括：

用于获取伪随机数据的N个符号的装置，每个符号有K个比特；

用于从每个所获取的符号中选择一个比特以产生N个选择比特的装置；

响应于所述选择比特而有选择地反转所述数据块之一中的对应元素的装置；以及

用于获取伪随机数据的一个或多个比特以替换所获取的伪随机数据的N个符号中相应的一个或多个对应比特的装置。

38.根据权利要求37所述的系统，还包括：

加扰装置，用于在所述有选择地反转步骤之前对每个数据块中的一个或多个元素进行加扰。

39.一种包括软件的计算机可读载体，所述软件被配置为，控制计算机去执行具体体现在计算机可读介质中的用于减少宽带信号中的离散PSD分量的方法，所述宽带信号用于发送多个数据块，每个所述数据块包括N个元素，所述方法包括步骤：

(a)获取伪随机数据的N个符号，每个符号有K个比特；

(b)从每个所获取的符号中选择一个比特，以产生N个选择比特；

(c)响应于所述选择比特，有选择地反转所述数据块之一中的对应元素；

(d)获取伪随机数据的一个或多个比特，以替换所获取的伪随机数据的N个符号中相应的一个或多个对应比特；以及

(e)对所述数据块中的连续块，重复步骤(b)至(d)。

40.根据权利要求39所述的计算机可读载体，其中，由所述计算机实现的所述方法还包括步骤：

在有选择地反转步骤之前，对每个数据块中的一个或多个元素进行加扰。

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