CN1943127A - 无线通信系统中的可重新配置脉冲检测器 - Google Patents
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Abstract
在例如用于在超宽带系统中接收脉冲的接收机结构中,接收到的信号与对应于期望的接收脉冲的脉冲一起被施加给混频器。混频器输出被施加给可以被配置为积分器或滤波器的模块。当没有接收到脉冲时,这个模块被配置为滤波器,允许它快速地锁定到任何新的脉冲序列,而当该系统已锁定到脉冲序列时,该模块被配置为积分器,因此可以实现改善的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信,并且特别涉及用于无线通信系统中的接收机。更特别地,本发明涉及例如用于超宽带(UWB)无线通信系统中的脉冲检测的设备与方法。该通信系统可以是信令系统的形式,其中数据从发射机发送到接收机,或者它可以是雷达或定位系统的形式,其中组合的发射机/接收机检测它自己所发送的信号的反射。
背景技术
术语“Ultra Wideband(超宽带)”用于指许多不同的无线通信系统。在超宽带(UWB)通信系统的一种形式中,发射机生成一系列脉冲,这些脉冲在射频上发送。然后,接收机的功能是检测这些脉冲,以便能够从发送的信号中提取数据。
WO 01/93444公开了一种UWB接收机,用于检测输入信号中的脉冲。接收的信号被放大,并且然后被施加给混频器的一个输入(端)。时钟信号被施加给脉冲整形器,其生成一系列本地脉冲,这些脉冲例如可以是方形脉冲。这些脉冲被施加给混频器的另一个输入,并与接收的信号相乘。
积分器随后在预定的周期上对混频器输出进行累积,并且累积的输出在模数转换器中以对应于源比特率的速率被采样。然后,模数转换器的输出被提供给数字控制器,以便对接收信号进行进一步处理。
然而,这种结构具有的缺点是:对于系统,可能花费显著的时间周期来锁定到新的脉冲序列。
在可能的可供选择的结构中,混频器输出能够不提供给积分器,而提供给低通滤波器。与WO 01/93444中所示的结构相比,这具有的优点在于,低通滤波器可以比积分器更好地跟踪输入信号,并因此系统将可以更快地锁定到新的脉冲序列。然而,它具有的缺点在于,增益低于积分器的增益,并因此接收机可实现的信噪比也可能较低。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供一种接收机结构,其中混频器输出被施加给可以被配置为积分器或者滤波器的(模)块。
根据本发明的第二方面,提供一种操作这样的接收机的方法,其中当没有接收到脉冲时,该模块被配置为滤波器,允许它迅速锁定到任何新的脉冲序列,而当系统已锁定到脉冲序列时,该模块被配置为积分器,从而可以实现改善的信噪比。
附图说明
图1是根据本发明的无线通信系统的方框示意图。
图2是根据本发明一个方面的无线电接收机的方框示意图。
图3是更详细表示图2的接收机的优选实施例中可重新配置积分器/滤波器模块形式的方框示意图。
图4是根据本发明一个方面的可供选择的无线电接收机的方框示意图。
图5是表示图4的接收机的优选实施例中可重新配置积分器/滤波器模块形式的方框示意图。
图6是表示图2或图4的接收机的操作方法的流程图。
具体实施方式
图1是无线通信系统2的方框示意图,其包括无线电发射机6和无线电接收机10。特别地,该系统是其中以脉冲的形式发送信号的类型的超宽带(UWB)无线通信系统。
如图1所示,脉冲可以从单独的装置6中发送,目的是将数据从该单独的装置发送到接收机10。可替换地,发射机6和接收机10可以形成单个装置的一部分,而接收机则用于检测从该装置发送的脉冲的反射,例如,用于雷达或定位的目的。
图2更详细地示出接收机10的形式。信号利用天线12来接收,并且随后在放大器14被放大。放大后的信号被传递到混频器16的第一输入端。
同时,定时发生器18生成时钟信号,该信号被施加给脉冲整形器20。
脉冲整形器20以与接收脉冲的期望形状相对应的形式生成脉冲,并且这个期望形状将取决于接收机将用于其中的通信系统。如一般常规的,接收机具有有关期望脉冲所处的时间位置的信息。因此,定时发生器18可以控制脉冲整形器20,以使这些脉冲与接收信号同步。
在某些情况中,接收机将用于其中发送方形脉冲的通信系统中,而在其他情况下,接收机将预定用于其中发送其他形式的脉冲例如正弦脉冲或部分正弦脉冲的通信系统中。
期望的接收脉冲形状的脉冲然后被施加给混频器16的第二输入端,其中接收信号与脉冲整形器20中生成的脉冲相乘。
混频器16的输出然后被提供给模块22,其可以被配置为充当积分器或充当滤波器,如下面将详细描述的。模块22在从数字信号处理器(DSP)24提供的控制信号的控制下操作,其中DSP也从定时发生器18接收时钟信号。来自积分器/滤波器模块22的输出被提供给模数转换器26,并且所得到的数字信号被提供在输出线28上,其中该信号可以被进一步处理,例如,以便在数据传输系统中检索接收信号中的信息内容。
图3是示出图2的接收机10中的积分器/滤波器模块22的一种可能形式的示意图。
模块22基于运算放大器30,其非反相输入连接到地,同时反相输入接收从混频器16输出的信号。
从运算放大器30的输出到它的反相输入端的反馈环路包括与可变电阻34并联的电容器32。利用在从数字信号处理器24提供的控制信号的控制下操作的开关36、38,电阻34可以被接入环路和从环路断开。
当电阻34从反馈环路断开时,放大器30当作积分器。当电阻34被接入反馈环路时,放大器30就当作低通滤波器。如图2所示,电阻34具有可变电阻值。该电阻值对于低通滤波器的低频增益和滤波器电极的位置都有影响。根据影响接收信号的噪声电平,在接收机试图与接收信号的脉冲同步的周期期间改变低频增益,这可能是有益的。因此,可以调整电阻值,以提供适当水平的增益。
图4是根据本发明实施例的无线电接收机的替换形式的方框示意图。同样,如图4所示,接收机50适于检测在UWB无线通信系统中发送的脉冲。信号由天线52接收,并且然后在放大器54中被放大。放大后的信号被传递到混频器56的第一输入端。
同时,定时发生器58生成时钟信号,该信号被施加给脉冲整形器60。脉冲整形器60以与接收脉冲的期望波形相对应的形式生成脉冲。同样,这个期望形状将取决于接收机将用于其中的通信系统。这些脉冲然后被施加给混频器56的第二输入端,其中接收信号与脉冲整形器60中生成的脉冲相乘。
混频器56的输出然后被施加给模块62,其可以被配置为当作积分器或滤波器,如下面将详细描述的,但是它也充当模-数转换器。模块62在从数字信号处理器(DSP)64提供的控制信号的控制下工作,其中DSP也从定时发生器58接收时钟信号。
由模块62生成的数字信号被提供在输出线66上,该信号在此可以被进一步处理,例如,以便在数据传输系统中检索接收信号中的信息内容。
图5是一个示意图,表示图4的接收机50中模块62的一种可能形式。
如图5所示,模块62基于当作模数转换器(ADC)的西格马-德尔塔(∑-Δ)调制器70。这是一种传统形式的ADC,它已经包括滤波器。结果,鉴于这种形式的ADC的优点,使用这种形式的ADC可能是更有效的,以及使用ADC内的滤波器功能也可能是更有效的。
在图5中,可以看到,混频器56的输出被施加给第一加法器72的第一输入,该加法器的输出被施加给积分器74。积分器74的输出被施加给第二加法器76的第一输入端,而加法器76的输出被作为输入施加给西格马-德尔塔ADC70。
特别地,加法器76的输出首先被施加给低通滤波器78,并且然后被施加给量化器80,以便在输出线66上以数字形式提供输出。
如同西格马-德尔塔ADC中常规的,量化器80的输出被沿着反馈环路传递回来,首先在数模转换器(DAC)82中被转换回到模拟形式。
反馈环路的操作则依赖于两个利用来自DSP 64的控制信号所控制的开关84、86的动作。
当第一开关84打开而第二开关86被闭合时,接收信号被简单地首先施加给以传统方式动作的积分器74,并且然后被施加给西格马-德尔塔ADC 70,它又以传统方式工作,以便把信号转换为数字形式。
相反,当第一开关84闭合而第二开关86打开时,积分器74出现在反馈环路中。
这种情况中的结果是:模块62有效地作为带有模数转换功能的低通滤波器而起作用。更特别地,模块62当作西格马-德尔塔ADC,其中反馈环路内低通滤波器的阶(order)被增加一。这对于出现在基带上的信号带宽内的信号的影响很小,因为滤波器具有低通特性。然而,在环路内生成的量化噪声被较高阶滤波器过滤,并因此被更强地过滤掉了。结果是:输出信号具有改善的信噪比。
结果是:如果第一开关84闭合而第二开关86打开,则模块62可以快速地锁定到由天线52接收的新脉冲序列上,而如果第一开关84打开以及第二开关86闭合,则模块62提供大的增益,并因此提供好的信噪比。
图6是表示根据本发明的接收机的操作方法的流程图,并且这个方法既可应用于图2和3中所示的接收机,也可以应用于图4和5中所示的接收机。
该过程开始于步骤100,这时没有接收到脉冲。在步骤102,模块22(在图2和3的实施例中)或62(在图4和5的实施例中)被设定为充当滤波器。也就是说,在图2和3所示的实施例中,从数字信号处理器24发送控制信号,以闭合开关36、38。在图4和5所示的实施例中,从数字信号处理器64发送控制信号,以闭合第一开关84并打开第二开关86。
在步骤104,则确定是否可以检测到任何接收的脉冲,并重复这个步骤,直到检测到脉冲,此时该过程转到步骤106。
在步骤106,确定接收机是否已经锁定到接收的脉冲序列。这个确定可以利用本领域的熟练技术人员公知的方法例如在WO00/14910中记载的方法来进行。然后,重复步骤106,直至接收机已锁定到接收的脉冲序列。这时,该过程转到步骤108,并且模块22(在图2和3所示的实施例的情况中)或62(在图4和5所示的实施例的情况中)被设定为充当积分器。
即,在图2和3所示的实施例的情况中,从数字信号处理器24发送控制信号,以打开开关36、38。在图4和5所示的实施例的情况中,从数字信号处理器64发送控制信号,以打开第一开关84和闭合第二开关86。
因此,在初始获取阶段,相关器输出被提供给滤波器,以允许快速锁定到接收的脉冲序列。此后,在累计阶段期间,相关器输出被提供给积分器,其提供高增益,以最大化接收信号中的信噪比,并从而允许更准确的脉冲检测。
Claims (14)
1、一种无线电接收机,包括:
脉冲发生器,用于根据期望的接收信号生成脉冲;
乘法器,用于将接收的信号与生成的脉冲相乘;以及
用于接收乘法器输出的电路,其中所述电路可操作在第一模式中,以充当低通滤波器,并且其中所述电路可操作在第二模式中,以充当积分器。
2、根据权利要求1的接收机,包括模数转换器,用于接收来自所述电路的输出。
3、根据权利要求1的接收机,其中所述电路包括模数转换器。
4、根据权利要求3的接收机,其中所述电路包括具有反馈环路的西格马—德尔塔模数转换器以及积分器,其中在所述第一模式中,所述积分器被包括在所述西格马—德尔塔模数转换器的所述反馈环路中,并且在所述第二模式中,乘法器的输出被连接到积分器,并且积分器的输出被连接到西格马—德尔塔模数转换器。
5、根据前面任一权利要求的接收机,包括装置,用于检测何时接收机已经同步到接收的脉冲序列,以及用于控制所述接收机,以便在所述接收机同步到接收的脉冲序列之前操作在所述第一模式中,并且在所述接收机同步到接收的脉冲序列时操作在第二模式中。
6、一种操作无线电接收机的方法,包括:
将接收的信号乘以生成的脉冲序列;
在第一模式中,将乘法输出施加给低通滤波器,以及
在第二模式中,将乘法器输出施加给积分器。
7、根据权利要求6的方法,进一步包括:
检测何时接收机已经同步到接收的脉冲序列;
在该接收机同步到接收的脉冲序列之前,以所述第一模式操作该接收机;和
在该接收机已经同步到接收的脉冲序列时,以第二模式操作该接收机。
8、根据权利要求6或7的方法,包括以对应于期望的接收信号中的脉冲的形式生成所述脉冲序列。
9、根据权利要求6-8之一的方法,用于接收超宽带无线电信号。
10、一种无线通信系统,包括:
无线电发射机,用于生成和发送无线电信号;以及
无线电接收机,其中该无线电接收机包括:
脉冲发生器,用于根据期望的接收信号生成脉冲;
乘法器,用于将接收的信号与生成的脉冲相乘;以及
用于接收乘法器输出的电路,其中所述电路可操作在第一模式中,以充当低通滤波器,和其中所述电路可操作在第二模式中,以充当积分器。
11、根据权利要求10的无线通信系统,其中所述接收机进一步包括模数转换器,用于接收来自所述电路的输出。
12、根据权利要求10的无线通信系统,其中所述电路包括模数转换器。
13、根据权利要求12的无线通信系统,其中所述电路包括具有反馈环路的西格马—德尔塔模数转换器以及积分器,其中在所述第一模式中,所述积分器被包括在所述西格马—德尔塔模数转换器的所述反馈环路中,并且在所述第二模式中,乘法器的输出被连接到积分器,并且积分器输出被连接到西格马—德尔塔模数转换器。
14、根据权利要求10的无线通信系统,其中所述接收机进一步包括装置,用于检测何时接收机已经同步到接收的脉冲序列,以及用于控制所述接收机,以便在它已经同步到接收的脉冲序列之前操作在所述第一模式中,并且当它已经同步到接收的脉冲序列时操作在第二模式中。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091014 Termination date: 20170411 |