專利名稱：使用頻帶調(diào)制的超帶寬通信的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超帶寬無線通信的方法和系統(tǒng)，尤其涉及一種使用頻帶調(diào)制(FBM)的超帶寬無線通信的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和無線裝置的迅速增多引起了人們生活方式的極大變化。尤其是，近來已研究超帶寬(縮寫為“UWB”)通信，其使得高速帶寬無線通信與常規(guī)無線通信業(yè)務共存而不需要附加的頻率資源。
UWB通信系統(tǒng)利用具有幾GHz的帶寬的短脈沖(微波)。在UWB通信系統(tǒng)中，傳送數(shù)據(jù)不使用載波，因此比常規(guī)通信中消耗更少的功率。此外，由于以小于頻域中的噪聲的電平檢測在UWB通信中使用的UWB信號，因此可以方便地使用UWB信號而不存在和其他裝置之間的干擾。同時，由于UWB具有非常小的占空比的脈沖，它提供包括高傳輸速率、執(zhí)行多路訪問、和低多徑干擾的多種優(yōu)點。
盡管UWB通信可以適用于多種應用，本研究傾向于重點研究高速率、近程，也就是，在幾到幾十米的范圍內(nèi)的通信方法。由于UWB通信方法能實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸，基于數(shù)字高清晰電視廣播或數(shù)字多功能盤(DVD)的超高質(zhì)量圖像可使用UWB通信方法以流數(shù)據(jù)的形式傳輸。
當前被提議的用于UWB通信的可利用的信號調(diào)制技術(shù)包括脈位調(diào)制(PPM)，使用在UWB脈沖(UWB小波)的時隙上位置的改變；脈幅調(diào)制(PAM)，使用脈沖的振幅；相移鍵控(PSK)，如二進制相移鍵控(BPSK)或正交相移鍵控(QPSK)、正交頻分調(diào)制(OFDM)；和這些技術(shù)的組合，例如，BPSK和PPM的組合。
這些技術(shù)已被提議以嘗試當將要被發(fā)送的(接收的)信息的數(shù)量最大時使噪聲水平最小。然而，使用這些技術(shù)增加要被準確發(fā)送的信息的數(shù)量可能降低信號電平的精確性。另外，現(xiàn)有的技術(shù)不提供在接收端檢測極其短的脈沖和獲得相位信息及同步的足夠令人滿意的方法，它們需要基于脈沖的相位差進行數(shù)據(jù)通信。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于UWB通信的方法和使用其的系統(tǒng)，該UWB通信允許使用減少數(shù)目的UWB脈沖的高數(shù)據(jù)傳輸速率。
本發(fā)明的一方面在于提供了一種用于使用頻帶調(diào)制的超帶寬(UWB)通信的方法，包括以預定數(shù)目n比特為單元將數(shù)字數(shù)據(jù)分組以生成比特組，并調(diào)制這些比特組以生成具有根據(jù)各比特組的類型映射的不同中心頻率的m個子帶的第一UWB信號；通過至少一個無線信道發(fā)送生成的第一UWB信號；和接收通過無線信道發(fā)送的第二UWB信號并使用預定的解調(diào)方法將接收到的UWB信號解調(diào)為數(shù)字數(shù)據(jù)。
分組的數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制可包括生成按照比特組的順序映射到比特組的m個子帶的UWB信號。
第二UWB信號的解調(diào)可包括在檢測接收到的用于相應子帶的UWB信號后，生成映射到各子帶的比特組；和使用生成的比特組生成數(shù)字數(shù)據(jù)。此外，比特組的生成可包括將每個已通過用于各子帶的帶通濾波器的第二UWB信號的能量電平在每個第二UWB信號的長度上積分；和生成映射到其積分值大于預定的幅值的子帶的比特組。
形成比特組的比特的預定的數(shù)目n最好由下述公式定義n＝[log2m]其中，m表示可用的子帶的數(shù)目，log2m的值是自然數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于使用頻帶調(diào)制的超帶寬(UWB)通信的系統(tǒng)，包括發(fā)送機，用于以預定數(shù)目n比特為單元將數(shù)字數(shù)據(jù)分組以產(chǎn)生比特組，將比特組調(diào)制為具有根據(jù)各比特組的類型映射的不同中心頻率的m個子帶的第一UWB信號，并將生成的第一UWB信號通過無線信道發(fā)送；和接收機，用于接收通過無線信道發(fā)送的第二UWB信號，并使用預定的解調(diào)方法將接收到的第二UWB信號解調(diào)為數(shù)字數(shù)據(jù)。
發(fā)送機可包括輸入單元，用于接收數(shù)字數(shù)據(jù)；m個UWB信號發(fā)生器，用于生成具有不同中心頻率的m個子帶的UWB信號；比特組映射單元，用于將數(shù)字數(shù)據(jù)以預定數(shù)目的比特為單元的分組以產(chǎn)生比特組，并觸發(fā)UWB信號發(fā)生器，其每個生成被映射到各比特組的m個子帶的UWB信號；和射頻(RF)發(fā)送單元，用于通過無線信道發(fā)送映射的子帶。
接收機可包括信號檢測器，用于具有不同中心頻率的子帶；和比特組映射單元，用于生成被映射到輸入信號檢測器的信號的比特組，并使用生成的比特組生成數(shù)字數(shù)據(jù)。各信號檢測器可包括帶通濾波器，用于將每個子帶的頻率濾波；和能量檢測器。
這里，形成各比特組的比特的預定數(shù)目n最好由下列公式定義n＝[log2m]其中，m表示可利用的子帶的數(shù)目，log2m的值是自然數(shù)。


通過下面組合附圖對說明性的，非限制性的實施例進行的描述，本發(fā)明的上述方面和其他優(yōu)點將會變得更加清楚，其中圖1表示在頻域中具有四個子帶的UWB信號的功率電平；圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明實施例用于映射到比特組的UWB信號的各子帶的示例性映射表；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的用于UWB通信的發(fā)送機和接收機的框圖；圖4是圖3中所示的UWB信號發(fā)生器的框圖；圖5是圖3中所示的信號檢測器的原理框圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的UWB信號的發(fā)送/接收過程的流程圖；圖7表示使用具有四個子帶的UWB信號的實際數(shù)據(jù)發(fā)送/接收過程。
具體實施例方式
將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)點和特性以及實現(xiàn)這些的方法，其中表示了發(fā)明的說明性的、非限制性的實施例。
圖1表示在頻域中具有四個中心頻率分別為f1、f2、f3、和f4的子帶的UWB信號的功率電平。在本實施例中，具有中心頻率f1的UWB信號具有碼元S1。類似地，具有中心頻率f2、f3、和f4的UWB信號分別具有碼元S2、S3、和S4?？梢詺w納為具有m個中心頻率的子帶產(chǎn)生m個碼元S1至Sm。各個碼元可被映射到包括一個或更多比特的不同的比特組。如上所述，這種其中數(shù)據(jù)發(fā)送在各子帶上獨立進行的調(diào)制技術(shù)就叫做頻帶調(diào)制(FBM)。
圖2A和2B根據(jù)本發(fā)明實施例用于被映射到比特組的UWB信號的各子帶的示例性的映射表。
參照圖2A，碼元S1映射到包括2比特“00”的比特組，碼元S2、S3、和S4分別被映射到比特組“01”、“10”、和“11”。圖2B表示分別映射到各包括3或更多比特的比特組的碼元S1至S4。各比特組通過形成各比特組的比特中的最后兩個比特相互區(qū)別。因此，當比特組的最后兩個比特是“00”時，S1被映射到該比特組。當最后兩個比特是“01”時，S2被映射到該比特組。當最后兩個比特是“10”時，S3被映射到該比特組。當最后兩個比特是“11”時，S4被映射到該比特組。例如，由于包括4個比特“1111”的比特組表示為“X11”，S4被映射到其上。類似地，由于包括3個比特“001”的比特組被表示為“X01”，S2被映射到其上。同時，當各碼元將被映射到各包括1個比特的比特組時，碼元S1和S2可被映射到各包括一個比特“0”的比特組，S3和S4可被映射到各包括一個比特“1”的比特組。當然，碼元S1、S2、和S3可能被映射到各包括一個比特“0”的比特組，而碼元S4被映射到包括一個比特“1”的比特組。
本發(fā)明的技術(shù)特征是使用被映射到包括一個或更多比特的比特組的碼元表示具有不同中心頻率的UWB信號用于傳輸。在示例性實施例中，包括n比特的比特組被映射到具有m個不同中心頻率的UWB信號，用下述公式1定義[公式1]n＝log2m其中，m和n分別獨立的是自然數(shù)。
當log2m的值大于n時，比特組最好構(gòu)造為滿足n＝[log2m]，這里兩個或更多碼元被映射到比特組以具有數(shù)據(jù)比特的冗余位。
如圖2B中所示，當log2m的值小于n時，只用FBM不能精確表示形成比特組的所有比特，必須將不同調(diào)制技術(shù)組合使用。例如，將BPSK和FBM組合使用的UWB通信能夠使比子帶多兩倍的比特組被相互區(qū)別。換句話說，當具有8個子帶的UWB信號使用FBM方法時，使用一個UWB脈沖可發(fā)送3-比特數(shù)據(jù)。當UWB將FBM和BPSK技術(shù)的組合使用時，可發(fā)送4-比特數(shù)據(jù)。
因此，根據(jù)本發(fā)明使用FBM的UWB通信可以和任何一種適用于多頻帶UWB通信方法的調(diào)制技術(shù)相組合。在這種情況下，可通過單個UWB脈沖發(fā)送相應于通過調(diào)制技術(shù)發(fā)送的比特數(shù)和通過FBM技術(shù)發(fā)送的比特數(shù)的總和的信息。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的用于UWB通信的發(fā)送機100和接收機200的框圖。
發(fā)送機100包括數(shù)據(jù)輸入單元110，作為用于輸入外部數(shù)字數(shù)據(jù)的接口；比特組映射單元120，用于將通過數(shù)據(jù)輸入單元110輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)分組并映射以產(chǎn)生比特組；UWB信號發(fā)生器130，用于生成具有被映射到從比特組映射單元120輸出的比特組的碼元的UWB信號；和射頻(RF)發(fā)送單元140，用于通過無線信道發(fā)送生成UWB信號。將在后面參照圖4描述UWB信號發(fā)生器130的示例性的圖解。
接收機200包括RF接收單元240，用于接收通過無線信道發(fā)送的UWB信號；信號檢測器230，用于檢測由RF接收單元240接收的UWB信號是從哪些子帶提取出來的；比特組映射單元220，用于產(chǎn)生比特組，將比特組映射到從信號檢測器230檢測到的UWB信號的子帶，并生成數(shù)字數(shù)據(jù)；和數(shù)據(jù)輸出單元210，作為用于將從比特組映射單元220輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)輸出到外部的接口。將在后面參照圖5描述信號檢測器230的示例性的圖解。
圖4是圖3中所示的UWB信號發(fā)生器130的框圖。
信號發(fā)生器130包括信號合成器134，用于生成具有不同中心頻率的m個UWB信號；和多路復用器132，用于選擇輸出信號合成器134生成的m個UWB信號中的一個。
UWB信號發(fā)生器130的操作如下。當數(shù)字數(shù)據(jù)輸入到比特組映射單元120時，比特組映射單元120以n個比特為單元的將數(shù)字數(shù)據(jù)分組并映射。當輸入n比特的數(shù)字數(shù)據(jù)時，比特組映射單元120將輸入的比特分組并發(fā)送具有n比特的控制信號，即b1至bn，至多路復用器132。響應于控制信號，多路復用器132輸出具有相應中心頻率(＝fi)的UWB信號。圖4表示只使用FBM的UWB通信方法，其中當FBM技術(shù)與BPSK組合時，比特組映射單元120發(fā)送控制信號例如bn至信號合成器134，從而根據(jù)控制信號如bn的比特序列的類型在信號合成器134生成的UWB信號的相位變?yōu)?或180度。類似地，當FBM技術(shù)和其他UWB調(diào)制技術(shù)組合時，一些比特用于與FBM技術(shù)組合的相應的UWB調(diào)制技術(shù)，另一些比特用于FBM技術(shù)。
圖5是圖3中所示的信號檢測器的原理框圖。
信號檢測器230最好是，而非必須是，用于將特定頻帶中的電磁波轉(zhuǎn)換為熱能的能量檢測器。在本發(fā)明示例性的實施例中，為了檢測具有m個具有不同中心頻率的子帶的UWB信號，使用了m個能量檢測器。信號檢測器230包括m個用于各子帶的帶通濾波器232-1至232-m；m個平方裝置234-1至234-m，用于將輸入的信號平方；m個積分器236-1至236-m，用于將平方的信號在給定的周期單元積分；和確定器238，用于確定積分器236-1至236-m中的哪一個積分器在給定周期單元中的值最大。例如，假定具有碼元S2的UWB信號被輸入到信號檢測器230，具有中心頻率f2的UWB信號通過帶通濾波器232-2而只有噪聲通過其他帶通濾波器。通過帶通濾波器232-2的UWB信號被平方然后施加到相應的積分器。在積分器236-1至236-m中，被施加將UWB信號而不是噪聲信號的積分器236-2將具有最大值。因此，確定器238確定具有中心頻率f2的UWB信號被輸入到比特組映射單元220。然后，確定器238通知比特組映射單元220具有碼元S2的UWB信號輸入到其中的事實。比特組映射單元220輸出相應于碼元S2的數(shù)字數(shù)據(jù)。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的一方面UWB信號的發(fā)送/接收過程的流程圖。
首先，在步驟S10，輸入比特流形式的數(shù)字數(shù)據(jù)。在步驟S20，輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)被以n比特為單元分組以生成比特組。在步驟S30，生成根據(jù)形成比特組的比特確定的輸入的比特組的類型即碼元映射的UWB信號。在步驟S40，通過無線信道發(fā)送生成的UWB信號。以這種方式，在步驟S10至S40使用FBM發(fā)送UWB信號。
在接收端，在步驟S50，通過天線接收經(jīng)無線信道發(fā)送的UWB信號。在步驟S60，確定出接收到的UWB信號的從哪些子帶提取。在步驟S70，根據(jù)確定結(jié)果生成比特組。然后在步驟S80，將比特組轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)然后輸出。
圖7表示使用具有四個子帶的UWB信號的實際數(shù)據(jù)的發(fā)送過程，其中分別具有中心頻率f1至f4的UWB信號具有碼元S1至S4。UWB信號的碼元按照S1、S2、S3、S3、S1、S3、S4和S2的順序發(fā)送。在如圖2A所示碼元被映射到比特組的情況下，由圖7中所示的UWB信號發(fā)送的比特組是“00”、“01”、“10”、“10”、“00”、“10”、“11”、“01”。因此，發(fā)送的數(shù)字數(shù)據(jù)流的模式為“0001101000101101”。
如上所述，可以理解圖7中所示的用于發(fā)送和接收碼元的FBM方法可以和另一種調(diào)制技術(shù)如BPSK相組合，從而每個碼元可比只使用FBM方法時包括更多比特。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，在不脫離僅被所附權(quán)利要求所限定的發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行上述和其他形式上和細節(jié)上的改動。例如，盡管說明性的優(yōu)選實施例表明可用能量檢測器實現(xiàn)信號檢測器，它也可以用與常規(guī)技術(shù)中相似的混合器，合成方法和積分器實現(xiàn)。
因此，上面描述的發(fā)明的優(yōu)選實施例只是用于一般的和描述性的理解，而不是為了限制。描述的實施例應被認為只是對各方面的描述而不是限制，因此，發(fā)明的范圍被所附權(quán)利要求而不是上述描述所限制。在等同于權(quán)利要求的意思和范圍內(nèi)的改動將包括在其范圍內(nèi)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的多頻帶UWB通信方法可實現(xiàn)與頻帶數(shù)目成比例的高數(shù)據(jù)傳輸速率。
權(quán)利要求
1.一種用于使用頻帶調(diào)制的超帶寬(UWB)通信的方法，包括將數(shù)字數(shù)據(jù)以預定數(shù)目n比特為單元分組以產(chǎn)生第一比特組，并調(diào)制第一比特組以生成根據(jù)每個第一比特組的比特映射的具有不同中心頻率m個子帶的第一UWB信號；經(jīng)至少一個無線信道發(fā)送生成的第一UWB信號；和接收第二UWB信號，并使用預定的解調(diào)方法將接收到的第二UWB信號解調(diào)為數(shù)字數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，調(diào)制第一比特組的步驟包括生成按照第一比特組的順序映射到第一比特組的m個子帶的第一UWB信號。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，解調(diào)接收到的第二UWB信號的步驟包括在檢測接收到的用于相應子帶的第二UWB信號后生成映射到各子帶的第二比特組，和使用生成的第二比特組生成數(shù)字數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中生成第二比特組的步驟包括將已通過用于各子帶的帶通濾波器的第二UWB信號的能量電平在每個第二UWB信號長度上積分，和生成映射到其積分值大于預定幅值的子帶的第二比特組。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成第一比特組的比特的預定數(shù)目n由下述公式定義n＝[log2m]其中，m表示可利用的子帶的數(shù)目。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，log2m的值是自然數(shù)。
7.一種用于使用頻帶調(diào)制的超帶寬(UWB)通信的系統(tǒng)，包括發(fā)送機，用于以預定數(shù)目n比特為單元將數(shù)字數(shù)據(jù)分組以產(chǎn)生第一比特組，將第一比特組調(diào)制為具有根據(jù)各第一比特組的比特映射的不同中心頻率的m個子帶的第一UWB信號，并經(jīng)至少一個無線信道發(fā)送生成的第一UWB信號；和接收機，用于接收第二UWB信號并使用預定的解調(diào)方法將接收到的第二UWB信號解調(diào)為數(shù)字數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，發(fā)送機包括輸入單元，用于接收數(shù)字數(shù)據(jù)；UWB信號發(fā)生器，用于生成具有不同中心頻率的m個子帶的第一UWB信號；比特組映射單元，用于以預定數(shù)目的比特為單元將數(shù)字數(shù)據(jù)分組以產(chǎn)生第一比特組，并激活UWB信號發(fā)生器，其每個生成映射到各第一比特組的m個子帶的第一UWB信號；和射頻(RF)發(fā)送單元，用于經(jīng)至少一個無線信道發(fā)送映射的子帶。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，接收機包括信號檢測器，用于具有不同中心頻率的m個子帶；和比特組映射單元，用于生成映射到輸入信號檢測器的信號的第二比特組，并使用生成的第二比特組生成數(shù)字數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，每個檢測器包括用于將每個子帶的頻率濾波的帶通濾波器；和能量檢測器。
11.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，形成各比特組的比特的預定數(shù)目n由下列公式定義n＝[log2m]其中，m表示可利用的子帶的數(shù)目。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中l(wèi)og2m的值是自然數(shù)。
全文摘要
一種用于使用頻帶調(diào)制(FBM)的超帶寬(UWB)無線通信的方法和系統(tǒng)。該方法包括以預定數(shù)目n比特為單元將數(shù)字數(shù)據(jù)分組以產(chǎn)生比特組，并調(diào)制比特組以生成具有根據(jù)各比特組的類型映射的不同中心頻率的m個子帶的UWB信號；經(jīng)至少一個無線信道發(fā)送生成的UWB信號；和接收經(jīng)無線信道發(fā)送的UWB信號，并使用預定的解調(diào)方法將接收到的UWB信號解調(diào)為數(shù)字數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括發(fā)送機和接收，一起使用執(zhí)行上述方法。用于使用多頻帶的UWB通信的方法和系統(tǒng)能實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。
文檔編號H04L25/49GK1578286SQ20041006924
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者崔倫華 申請人:三星電子株式會社