專利名稱：基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是在不需要借助無(wú)線電載波以及不需要對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理的情況下，通過(guò)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼及波形轉(zhuǎn)換處理后直接放大、發(fā)射以及接收來(lái)實(shí)現(xiàn)第五代(5G-5thgenerati0n)全數(shù)字寬帶無(wú)線通信的方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
信息傳輸特別是信息的無(wú)線傳輸是現(xiàn)代社會(huì)的一個(gè)重要領(lǐng)域。一般情況下，現(xiàn)代信息技術(shù)是把聲音、圖像等模擬信號(hào)(analog signal)信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)(digital signal)進(jìn)行信息處理或者保存。比如，計(jì)算機(jī)中的邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)全部都是采用數(shù)字信號(hào)的形式。在光纖通信系統(tǒng)中，信息也是以數(shù)字信號(hào)的形式加載到光傳播媒介上而進(jìn)行傳播。從而，在計(jì)算機(jī)、光纖通訊、以及圖像、聲音等信號(hào)處理和存儲(chǔ)的很多應(yīng)用領(lǐng)域，信息都是以數(shù)字信號(hào)為基本形式。歷史上，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)通常具有信號(hào)幅度小、頻率低等特點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)的無(wú)線傳輸通常需要把數(shù)字信號(hào)調(diào)制到無(wú)線電信號(hào)(radio frequency RF signal)上，通過(guò)無(wú)線電的發(fā)射、傳輸和接收，而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。這種方法一直是所有無(wú)線電信息傳輸?shù)闹饕Ｊ健?比如，傳統(tǒng)的無(wú)線電廣播系統(tǒng)，就是把聲音信息加載到無(wú)線電載波上，實(shí)現(xiàn)發(fā)射、傳輸和接收；而其中的信息，是通過(guò)調(diào)制方式嵌入到無(wú)線電載波。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)無(wú)線通信的泛在性要求，迫切需要一種無(wú)線通信模式可以兼容數(shù)字信號(hào)、計(jì)算機(jī)信息以及光纖通信等幾種主要模式，并同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)越等特點(diǎn)。下面，我們將在分析傳統(tǒng)無(wú)線電通信系統(tǒng)的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出一種區(qū)別于傳統(tǒng)的無(wú)線電通信模式的新的無(wú)線通信方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)其射頻前端收發(fā)模塊子系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱收發(fā)系統(tǒng))主要包括兩種實(shí)現(xiàn)模式，一種是采用將頻率進(jìn)行變換的調(diào)制載波模式，一種是脈沖無(wú)線電(impulse radio)模式。其中，調(diào)制載波模式是發(fā)展了很多年的成熟系統(tǒng)，其特點(diǎn)是需要無(wú)線電載波來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)線傳輸。其收發(fā)系統(tǒng)的發(fā)射端是利用基帶信號(hào)(包含了需要傳輸?shù)男畔?去調(diào)制載波無(wú)線電信號(hào)，通過(guò)混頻器將低頻基帶信號(hào)和載波信號(hào)進(jìn)行混頻，從而將需要傳送的信息加載到射頻信號(hào)上，然后通過(guò)天線發(fā)射無(wú)線電載波而實(shí)現(xiàn)信息在空間的傳輸。這種模式的幾種典型結(jié)構(gòu)比如直接上變頻發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，超外差式發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)等，都需要無(wú)線電載波以及基帶信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制。調(diào)制載波模式的接收端則將接收的射頻信號(hào)和載波信號(hào)進(jìn)行混頻，從射頻信號(hào)中還原出低頻基帶信號(hào)，再傳送給后續(xù)模塊進(jìn)行處理。這種接收端的典型實(shí)現(xiàn)方法包括如，零中頻接收機(jī)，雙中頻外差接收機(jī)等。請(qǐng)參考“射頻微電子”，Behzad Razavi著，余志平，周潤(rùn)德譯，2006年4月第一版(參考文獻(xiàn)1)。傳統(tǒng)的無(wú)線廣播通信系統(tǒng)，移動(dòng)通信的第二代(second generationlG)，第三代(3G)，以及目前正在開(kāi)發(fā)的第四代GG)系統(tǒng)等是基于以上的調(diào)制載波模式。其中，第三代 (3G)移動(dòng)通信技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)比較完善，產(chǎn)品已經(jīng)普及，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸速率達(dá)到約每秒幾兆比特。而第四代GG)移動(dòng)通信技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)目前還不是很完善，產(chǎn)品還在開(kāi)發(fā)階段，其無(wú)線傳輸速率可達(dá)每秒1百兆比特或以上。雖然技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有完全確定，但國(guó)際上形成的共同認(rèn)識(shí)是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)需要具備可重構(gòu)性，即兼容多種不同的無(wú)線通信模式和標(biāo)準(zhǔn)。第五代(5G)移動(dòng)通信技術(shù)目前國(guó)際上還處于前期研發(fā)階段，相關(guān)技術(shù)還沒(méi)有明確的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)期的無(wú)線傳輸速率將在每秒1千兆比特或者以上。調(diào)制載波模式中一種被廣泛應(yīng)用的技術(shù)是碼分多址(CDMA)技術(shù)，這種技術(shù)可以提高頻譜的有效利用率，提高信息傳輸效率，降低干擾。相關(guān)專利包括如朱應(yīng)劍，“數(shù)字調(diào)制方式的CDMA—次變頻發(fā)射系統(tǒng)”，東方通信科技發(fā)展有限公司，授權(quán)號(hào)CN1440149， 2003年(參考專利1)；三浦徹也，“CDMA接收機(jī)及其接收方法”，日本電氣株式會(huì)社，授權(quán)號(hào) CN1402911，2003 年(參考專利 2)。通過(guò)以上的分析得知，傳統(tǒng)的主流無(wú)線通信系統(tǒng)模式都需要依靠調(diào)制載波模式， 即通信系統(tǒng)需要依靠基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)無(wú)線電載波的調(diào)制，通過(guò)無(wú)線電載波實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)射和傳輸。而其它的信息儲(chǔ)存和傳輸系統(tǒng)比如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)，其信息形式是數(shù)字信號(hào)。在傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)模式下，計(jì)算機(jī)信息以及光纖信息的無(wú)線傳輸，都需要依靠調(diào)制載波模式。把數(shù)字信號(hào)調(diào)制到無(wú)線電載波信號(hào)，一方面增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，從而提高了系統(tǒng)的成本，另外，也影響了信號(hào)完整性。最近幾年興起的超寬帶(Ultra Wide Band-UffB)無(wú)線通信模式包括兩種主要類型，一種是正交頻分互用模式，一種是脈沖超寬帶模式。在超寬帶通信中，目前比較成熟的技術(shù)比如“多帶-正交頻分互用”(Multi Band-OFDM)系統(tǒng)，也采用了調(diào)制/解調(diào)的模式° 如Behzad Razavi, Han-Chang Kang, Turgut Aytur, RanYan, "Ultrawideband CMOS transceiver", US Patent, Pub. No. 2006/0103473 Al, May 16,2006(參考專利 3) ；Ismail, A. Abidi,"A 3. 1 to 8. 2GHz Direct ConversionReceiver for MB-OFDM UffB Communications",2005 IEEE InternationalSolid-State Circuits Conference, pp. 208-210(參考文獻(xiàn) 2) ；Hui Zheng, et al. ,"A3. 1-8. OGHz MB-OFDM UffB Transceiver in 0. 18 μ m CMOS, "IEEE 2007CustomIntegrated Circuits Conference (CICC)， pp. 651-654(參考文獻(xiàn) 3)。以上模式都涉及到把基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制加載到高頻無(wú)線電載波信號(hào)上，再通過(guò)發(fā)射無(wú)線電載波而實(shí)現(xiàn)信息傳輸。其代表性特征是都需要無(wú)線電載波信號(hào)，并需要進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)化。從電路實(shí)現(xiàn)的角度分析，以上系統(tǒng)均需要混頻器。過(guò)去近20年間，在無(wú)線通信領(lǐng)域兩個(gè)被廣泛研究的技術(shù)是軟件無(wú)線電(software radio)和數(shù)字無(wú)線電(digital radio)技術(shù)。軟件無(wú)線電是一種用軟件實(shí)現(xiàn)物理層連接的無(wú)線通信設(shè)計(jì)，如 Buracchini, E. ；"The software radio concept,，，Communications Magazine, IEEE, Sep 2000，Vol. 38，Issue 9，page : 138-143 (參考文獻(xiàn) 4)。軟件無(wú)線電通常被認(rèn)為是一個(gè)可以進(jìn)行重新配置的系統(tǒng)，它只需要開(kāi)發(fā)一套通用的硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)不同的軟件來(lái)適應(yīng)不同的環(huán)境包括多種業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)、和頻帶等。從而，一個(gè)移動(dòng)終端可以在不同系統(tǒng)和平臺(tái)間暢通無(wú)阻地使用。全波段理想軟件無(wú)線電目前還只是設(shè)想，目前所能實(shí)現(xiàn)的是盡量采用軟件無(wú)線電的設(shè)計(jì)思想，在中頻以下達(dá)到全數(shù)字化，所以也稱為數(shù)字無(wú)線電?！皵?shù)字無(wú)線電”技術(shù)通常被用來(lái)描述那些將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于基帶信號(hào)處理、調(diào)制和解調(diào)、中頻甚至射頻信號(hào)處理的無(wú)線通信系統(tǒng)。請(qǐng)參考Layer，D. H. ；"Digital radio takes to the road,，，，Spectrum, IEEE, Volume :38, Issue :7, Page (s) :40-46(參考文獻(xiàn)5)。從以上分析可以看出，軟件無(wú)線電和數(shù)字無(wú)線電也都是建立在調(diào)制載波以及變頻的基礎(chǔ)上。同調(diào)制載波的無(wú)線通信模式不同，脈沖無(wú)線電(impulse radio)技術(shù)作為超寬帶無(wú)線通信的一種實(shí)現(xiàn)模式是利用數(shù)字信號(hào)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行幅度、位置等“調(diào)制”。這種模式通常被認(rèn)為是一種“無(wú)載波”(carrier-less)模式，但仍然需要基帶信號(hào)對(duì)超寬帶脈沖所形成的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后再進(jìn)行信息傳輸和接收。如Byimghoo Jung et al. ,"Pulse generator design for UWB IR communicationsystems，，，Circuits and Systems，2005， 4381-4384 Vol. 5 (參考文獻(xiàn)6)；馬龍，“一種新的基于混沌脈沖位置調(diào)制的UWB4R通信系統(tǒng)，”解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007年04期(參考文獻(xiàn)7)。綜上所述，傳統(tǒng)的無(wú)線電傳輸系統(tǒng)或者是建立在調(diào)制載波以及變頻的基礎(chǔ)上，或者需要對(duì)超寬帶脈沖的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。變頻或者調(diào)制是所有傳統(tǒng)無(wú)線電信號(hào)傳輸系統(tǒng)中所采用的模式。目前國(guó)際上還處于開(kāi)發(fā)階段的第四代GG)移動(dòng)通信技術(shù)，因?yàn)橐笙到y(tǒng)具有在不同無(wú)線通信模式之間的可重構(gòu)性，比如，在長(zhǎng)距離手機(jī)模式與短程無(wú)線連接模式之間的可重構(gòu)，從而相關(guān)系統(tǒng)也需要建立在調(diào)制載波的模式基礎(chǔ)上。因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)以及光纖通信系統(tǒng)的信息都是以數(shù)字信號(hào)的形式存儲(chǔ)或者在光纖中傳輸，4G無(wú)線通信也仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信與全數(shù)字的計(jì)算機(jī)與光纖通信之間的直接互聯(lián)和信息傳輸?；谝陨戏治龅弥裆袥](méi)有一種無(wú)線通信系統(tǒng)是建立在對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼形成傳輸碼后，直接通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)放大、 發(fā)射、傳輸以及接收而實(shí)現(xiàn)信息的全數(shù)字寬帶無(wú)線傳輸。本發(fā)明提出的無(wú)線通信方法和系統(tǒng)是建立在高速基帶數(shù)字信號(hào)的編碼基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及光纖通信系統(tǒng)之間的直接無(wú)線連接，并具有每秒1千兆比特以上無(wú)線傳輸速率的能力。本發(fā)明技術(shù)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、高傳輸速率、兼容性強(qiáng)的無(wú)線通信系統(tǒng)，從而為第五代(5G)全數(shù)字寬帶移動(dòng)通信技術(shù)提供一種可能的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于數(shù)字信號(hào)編碼的全數(shù)字寬帶無(wú)線通信的方法及系統(tǒng)，是在詳細(xì)分析傳統(tǒng)各種無(wú)線通信的方法及系統(tǒng)模式的基礎(chǔ)上，提出一種基于高速基帶數(shù)字信號(hào)編碼后直接放大與傳輸?shù)膶拵o(wú)線通信方法及系統(tǒng)，與目前成熟的無(wú)線通信模式相比，本發(fā)明的無(wú)線通信系統(tǒng)無(wú)載波、無(wú)脈沖、無(wú)需變頻，也不需要調(diào)制處理， 而是通過(guò)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼形成傳輸碼后直接放大、發(fā)射、傳輸和接收，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高傳輸速率的寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是把高速基帶數(shù)字信號(hào)首先進(jìn)行編碼形成擴(kuò)展碼并進(jìn)一步對(duì)波形進(jìn)行變換形成傳輸碼后，利用寬帶無(wú)線射頻系統(tǒng)直接對(duì)傳輸碼進(jìn)行信號(hào)放大與傳輸，而不需要傳統(tǒng)系統(tǒng)中的無(wú)線電載波(包括超寬帶脈沖)、數(shù)字信號(hào)對(duì)載波信號(hào)的調(diào)制/ 解調(diào)等步驟。在本發(fā)明的無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)射端通過(guò)將高速基帶數(shù)字信號(hào)編碼形成傳輸碼，經(jīng)過(guò)寬帶功率放大器放大后，通過(guò)寬帶天線發(fā)射到空間；接收端從寬帶天線接收信號(hào)， 輸入到寬帶低噪聲放大器，信號(hào)經(jīng)過(guò)寬帶低噪聲放大器放大后輸入到高速采樣器或者模數(shù)轉(zhuǎn)化器，再輸入到基帶進(jìn)行信號(hào)處理。本發(fā)明系統(tǒng)不需要把高速基帶數(shù)字信號(hào)加載到另外的無(wú)線電載波或脈沖信號(hào)上之后進(jìn)行發(fā)射和接收，從而本系統(tǒng)的發(fā)射端的射頻部分無(wú)需上變頻混頻器和本振信號(hào)，本系統(tǒng)的接收端的射頻部分無(wú)需下變頻混頻器和本振信號(hào)。本發(fā)明系統(tǒng)方案中對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)的編碼過(guò)程分為如下兩個(gè)步驟第一個(gè)步驟是將高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展后得到擴(kuò)展碼。數(shù)字信號(hào)通常是高、 低電平的一個(gè)隨機(jī)序列，其中高電平通常用1代表，低電平通常用0代表。擴(kuò)展碼是通過(guò)將原來(lái)的數(shù)字信號(hào)代碼1和0分別擴(kuò)展為二位或以上的代碼后形成，其中擴(kuò)展碼中同時(shí)包括高低電平分量，比如，高電平1擴(kuò)展成10的擴(kuò)展碼，低電平0擴(kuò)展成01的擴(kuò)展碼。擴(kuò)展碼解決了長(zhǎng)序列的高電平(或者低電平)所形成的低頻分量(或者近似直流分量)無(wú)法被射頻系統(tǒng)直接發(fā)射、傳輸、和接收的問(wèn)題。除了解決長(zhǎng)序列單一電平頻率過(guò)低無(wú)法被無(wú)線傳輸?shù)膯?wèn)題，擴(kuò)展碼同時(shí)可以將某些情況下的低頻數(shù)字信號(hào)擴(kuò)展為高頻信號(hào)。擴(kuò)展碼的作用是在不影響信號(hào)完整性的情況下，把數(shù)字信號(hào)的低頻分量向高頻端搬移，使需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)的頻帶落在一定的帶寬范圍內(nèi)。第二個(gè)步驟是波形變換。高速基帶數(shù)字信號(hào)形成的擴(kuò)展碼接著經(jīng)過(guò)波形變換處理后得到傳輸碼。傳輸碼是將數(shù)字信號(hào)的擴(kuò)展碼(可被看作是方波脈沖序列)，通過(guò)濾波器對(duì)脈沖波形進(jìn)行變換后得到。這種波形變換是在不影響信號(hào)完整性的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)字信號(hào)波形的高頻分量進(jìn)行取舍。波形變換后的傳輸碼同擴(kuò)展碼相比降低了傳輸信號(hào)(在高頻端) 的帶寬，從而降低了系統(tǒng)對(duì)射頻發(fā)射和接收端的帶寬要求。傳輸碼的形成需要在壓縮擴(kuò)展碼帶寬的同時(shí)，而不引入額外的碼間串?dāng)_，這個(gè)功能是通過(guò)特定的濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明系統(tǒng)的發(fā)射端結(jié)構(gòu)基帶的高速數(shù)字信號(hào)(攜帶了需要傳輸?shù)男畔?，其信號(hào)幅度通常在幾十個(gè)毫伏(mV)或者以下的量級(jí)。通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)編碼進(jìn)行擴(kuò)展處理并形成傳輸碼后，直接通過(guò)寬帶的功率放大器將傳輸碼數(shù)字信號(hào)的幅度放大到數(shù)百毫伏或者以上的量級(jí)，然后通過(guò)寬帶天線發(fā)射出去。本發(fā)明系統(tǒng)的接收端結(jié)構(gòu)寬帶天線接收到無(wú)線電信號(hào)后，通過(guò)寬帶低噪聲放大器放大，然后輸入到高速采樣器進(jìn)行采樣和模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化，最后輸入到基帶進(jìn)行信號(hào)處理。通過(guò)以上系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速基帶數(shù)字信號(hào)直接無(wú)線發(fā)送、傳輸和接收的全數(shù)字、 無(wú)載波、無(wú)變頻、無(wú)調(diào)制寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。在多數(shù)應(yīng)用情況下，基帶數(shù)字信號(hào)是采用二進(jìn)制的0和1表示。其中，0代表低電平(比如通常采用的零電壓)，1代表高電平。高位進(jìn)制如三進(jìn)制的1，0，和-1也在某些情況下被使用。其中，-1代表幅度的絕對(duì)值和1的電平相同，但極性相反的電平。通過(guò)上述的高速基帶數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)以及相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)字信號(hào)的無(wú)線發(fā)射、傳輸和接收。為了進(jìn)一步增加系統(tǒng)容量、增加頻帶利用效率，可以利用高速數(shù)字信號(hào)系列的不同時(shí)段、不同形狀，包括不同的信號(hào)幅度、上升/下降沿的時(shí)間常數(shù)、波形的相位及位置等，構(gòu)成不同的信息傳輸通道，從而實(shí)現(xiàn)多用戶、多通道的無(wú)線通信
6系統(tǒng)。通過(guò)以上分析可知，本發(fā)明系統(tǒng)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼后直接經(jīng)過(guò)寬帶功率放大器放大，通過(guò)寬帶天線發(fā)射；在系統(tǒng)的接收端，傳輸?shù)臒o(wú)線電信號(hào)被寬帶天線接收后，經(jīng)過(guò)寬帶低噪聲放大器放大，再通過(guò)高速采樣器或模數(shù)轉(zhuǎn)化器送到基帶進(jìn)行信號(hào)處理。 本發(fā)明避免了傳統(tǒng)無(wú)線通信模式中調(diào)制解調(diào)結(jié)構(gòu)所必須的器件如混頻器以及脈沖無(wú)線電模式中的脈沖發(fā)生器，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低成本，高傳輸速率的寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明系統(tǒng)中主要部分的框圖；圖2是傳統(tǒng)的直接上變頻發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)(參考文獻(xiàn)1)；圖3是傳統(tǒng)的零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)(參考文獻(xiàn)1)；圖4是數(shù)字信號(hào)未經(jīng)波形變換在系統(tǒng)中的傳輸情況，方波信號(hào)速率mbps，系統(tǒng)最高頻率IGHz ；圖5隨機(jī)數(shù)字信號(hào)未經(jīng)波形變換在系統(tǒng)中的傳輸情況，方波信號(hào)速率mbps，系統(tǒng)最高工作頻率IGHz ；圖6隨機(jī)數(shù)字信號(hào)未經(jīng)波形變換在系統(tǒng)中的傳輸情況，方波信號(hào)速率mbps，系統(tǒng)工作帶寬l-5GHz ；圖7隨機(jī)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)波形變換形成傳輸碼后在系統(tǒng)中的傳輸情況，方波信號(hào)速率l(ibps，系統(tǒng)最高工作頻率IGHz。以上圖1中有
10-基帶數(shù)字信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)
11-傳輸碼
12-發(fā)射端的寬帶功率放大器
13-發(fā)射端的寬帶天線
14-接收端的寬帶天線
15-接收端的寬帶低噪聲放大器
16-接收端的高速采樣器模塊
17-接收端的數(shù)字處理模塊
圖2中有
20-數(shù)字信號(hào)
21-無(wú)線電載波
22-調(diào)制變頻后的信號(hào)
23-本振信號(hào)
24-移相器
25-混頻器
圖3中有
30-本振信號(hào)
31-移相器
32-混頻器。
具體實(shí)施例方式圖1顯示本發(fā)明的寬帶無(wú)線通信的系統(tǒng)發(fā)射端部分(左邊)和接收端部分(右邊)。在本發(fā)明系統(tǒng)的發(fā)射端部分，攜帶了需要傳輸信息的高速基帶數(shù)字信號(hào)，以方波信號(hào)或其他的脈沖信號(hào)形式，輸入到發(fā)射端。該高速基帶數(shù)字信號(hào)的頻率可以包括幾百兆赫茲以上的射頻、微波、毫米波頻率等。數(shù)字信號(hào)中，同一種電平的長(zhǎng)序列信息對(duì)應(yīng)了低頻或者接近直流信息，為了實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)線收發(fā)，首先對(duì)原始的基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，即對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展與形狀調(diào)整處理，從而將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為一定頻率寬度的傳輸碼。在接收機(jī)部分，寬帶天線接收到的信號(hào)被寬帶低噪聲放大器放大后，利用高速采樣器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化，再傳送給后續(xù)基帶電路進(jìn)行信號(hào)處理。整個(gè)系統(tǒng)中，功率放大器，低噪聲放大器，以及天線的頻率響應(yīng)帶寬需要滿足相應(yīng)的系統(tǒng)帶寬要求。在以上的系統(tǒng)中，采用以下幾種模式可實(shí)現(xiàn)多用戶、多通道通信。利用數(shù)字信號(hào)序列的不同時(shí)間段，可實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用(TDM)系統(tǒng)。利用數(shù)字信號(hào)(如方波以及其他脈沖)的不同形狀，包括幅度，上升/下降沿的時(shí)間，位置(或相位)的不同，可攜帶更多的信息。以上所述的全數(shù)字無(wú)載波寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)，具有實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的無(wú)線連接的功能。同時(shí)，在光纖通信中因?yàn)樾畔⒌膫鬟f也是采用數(shù)字化模式，本系統(tǒng)也具有同光纖通信直接兼容的特性，從而實(shí)現(xiàn)光纖通信之間的無(wú)線連接。此外，數(shù)字集成電路芯片的片上互連 (interconnect)，也可以通過(guò)本系統(tǒng)模式實(shí)現(xiàn)無(wú)線片上互聯(lián)。以上所述的實(shí)施例僅是為說(shuō)明本發(fā)明專利的技術(shù)思想及特點(diǎn)，而不能以之限定本發(fā)明的專利范圍，凡是依本發(fā)明專利所揭示的思想所做的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本專利權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍內(nèi)。圖1為本發(fā)明所提出的全數(shù)字寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心部分。本發(fā)明的寬帶無(wú)線通信的系統(tǒng)發(fā)射端及接收端如圖1所示，其中發(fā)射端包括基帶數(shù)字信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)10、 編碼后形成的傳輸碼11、發(fā)射端的寬帶功率放大器12和發(fā)射端的寬帶天線13 ；接收端包括接收端的寬帶天線14、接收端的寬帶低噪聲放大器15、接收端的高速采樣器模塊16和接收端的數(shù)字處理模塊17 ；系統(tǒng)的發(fā)射端是將高速基帶數(shù)字信號(hào)10 (如方波信號(hào))經(jīng)過(guò)編碼形成擴(kuò)展碼和波形變換后形成傳輸碼11后，直接輸入到發(fā)射端的寬帶功率放大器12。圖2為傳統(tǒng)的直接上變頻發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。其中數(shù)字信號(hào)20加載無(wú)線電載波21形成調(diào)制變頻后的信號(hào)22發(fā)射，本振信號(hào)23通過(guò)移相器M調(diào)整，再通過(guò)混頻器25加載到射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)混頻和調(diào)制的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，通過(guò)天線發(fā)射出去。圖3為傳統(tǒng)的零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)。其中天線接收到的射頻信號(hào)通過(guò)低噪聲放大器后，本振信號(hào)30通過(guò)移相器31調(diào)整，通過(guò)混頻器32，轉(zhuǎn)化為低頻信號(hào)，再傳送給后續(xù)電路進(jìn)行處理。將圖1和圖2、圖3進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，采用變頻的傳統(tǒng)調(diào)制載波模式，其特征都是需要無(wú)線電載波信號(hào)，并需要進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)化；而本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)不需要變頻，并且不需要另外的無(wú)線電載波。下面，我們以二進(jìn)制為例，詳細(xì)分析本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案以及技術(shù)新穎性。對(duì)于高位進(jìn)制的情況，可根據(jù)二進(jìn)制做類似拓展。本發(fā)明的編碼技術(shù)所具有的技術(shù)新穎性，主要體現(xiàn)在對(duì)無(wú)線系統(tǒng)的射頻帶寬的控制。其中，擴(kuò)展碼可以避免數(shù)字信號(hào)中的低頻(或者接近直流)分量，而波形轉(zhuǎn)換則避免了方波數(shù)字信號(hào)中的高頻分量。關(guān)于數(shù)字信號(hào)的高頻分量，下文以嚴(yán)格周期性方波信號(hào)為例進(jìn)行說(shuō)明。在0和1的二進(jìn)制體系下，嚴(yán)格周期性的方波信號(hào)用("'01010101"*)的無(wú)窮序列來(lái)表示。為了能夠在接收端還原嚴(yán)格周期性的方波信號(hào)而保持波形大致不變，接收端至少需包含方波基頻分量的5次諧波分量。例如，若基帶方波信號(hào)基頻是1GHz，則系統(tǒng)發(fā)射端的放大器、天線，以及接收端的放大器需覆蓋1-5GHZ的頻帶范圍。否則，當(dāng)系統(tǒng)帶寬達(dá)不到相應(yīng)要求時(shí)，方波信號(hào)高頻分量將丟失，信號(hào)發(fā)生失真，進(jìn)而引起前后碼元之間的互相干擾，即產(chǎn)生所謂的碼間串?dāng)_(Inter-symbol interference, ISI)。而如果采用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)，多路信號(hào)合并傳輸導(dǎo)致基帶數(shù)字信號(hào)頻率進(jìn)一步上升，所要求帶寬將以5倍的速度增長(zhǎng)，將引起更嚴(yán)重的ISI。以上說(shuō)明周期性方波信號(hào)對(duì)系統(tǒng)帶寬在高頻端的要求。而系統(tǒng)的帶寬在低頻端對(duì)應(yīng)了另外一個(gè)極端。當(dāng)遇到一個(gè)很長(zhǎng)的同一電平序列時(shí)，比如1000個(gè)高電平(…11111111…)，其對(duì)應(yīng)的方波的寬度將很寬(是單個(gè)信號(hào)的1000 倍)，這種情況下會(huì)導(dǎo)致頻率過(guò)低而超出系統(tǒng)帶寬范圍。這樣的信號(hào)因?yàn)轭l率過(guò)低甚至有可能無(wú)法通過(guò)天線進(jìn)行發(fā)射。從而，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)任意組合的數(shù)字基帶信號(hào)特別是長(zhǎng)序列的同一電平的信號(hào)或者接近周期性的方波信號(hào)進(jìn)行無(wú)線傳輸，并且將系統(tǒng)的射頻帶寬控制在一定的帶寬范圍，成為本發(fā)明的一個(gè)核心技術(shù)難題。本發(fā)明中通過(guò)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼來(lái)完成相應(yīng)信號(hào)帶寬的控制。其中對(duì)數(shù)字信號(hào)的編碼分為擴(kuò)展和波形變換兩個(gè)步驟。以上過(guò)程，可以看成是將傳統(tǒng)無(wú)線傳輸系統(tǒng)中射頻部分的變頻及調(diào)制過(guò)程，轉(zhuǎn)化成基帶數(shù)字信號(hào)的編碼處理。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼并形成具有一定帶寬的可無(wú)線傳輸?shù)膫鬏敶a，是本發(fā)明的核心技術(shù)，也是該無(wú)線傳輸系統(tǒng)同其它傳統(tǒng)無(wú)線傳輸系統(tǒng)的根本區(qū)別。對(duì)數(shù)字信號(hào)的擴(kuò)展而形成擴(kuò)展碼，是將高速基帶數(shù)字信號(hào)的原始代碼序列，進(jìn)行擴(kuò)展后形成相應(yīng)擴(kuò)展碼。比如，原始代碼的電平擴(kuò)展成含有高、低電平(零電壓)組合的一個(gè)組合序列，形成擴(kuò)展碼。最簡(jiǎn)單的一種組合序列是將原始代碼1擴(kuò)展為高低電平組成的二位傳輸碼10，原始代碼0擴(kuò)展為二位傳輸碼01。擴(kuò)展碼的位數(shù)不限于二位，相對(duì)于原始碼，同時(shí)含有高低電平的代碼組合都可作為擴(kuò)展碼。以這種方式形成的擴(kuò)展碼，接收端將以電平變化情況來(lái)決定接受的實(shí)際電平電平由高電平躍至低電平則代表接收到的信號(hào)是 1，反之則代表接收到的信號(hào)是0。在原始代碼進(jìn)行上述的短序列擴(kuò)展形成擴(kuò)展碼后，因?yàn)閿U(kuò)展碼中含有高低電平， 可保證長(zhǎng)序列的原始數(shù)字信號(hào)在轉(zhuǎn)化成擴(kuò)展碼后含有高低電平，而不會(huì)發(fā)生過(guò)長(zhǎng)的高電平或者低電平序列。雖然擴(kuò)展碼序列其速率變?yōu)樵鶐?shù)字信號(hào)的兩倍，但是擴(kuò)展碼的最低頻率是擴(kuò)展前原始基帶信號(hào)的傳輸速率。這樣便解決了過(guò)長(zhǎng)單一序列導(dǎo)致頻率過(guò)低的問(wèn)題，有利于射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。形成擴(kuò)展碼的另外一種方法是引入分隔符。當(dāng)遇到一個(gè)很長(zhǎng)的高電平信號(hào)1時(shí)， 每隔一個(gè)或者幾個(gè)信號(hào)寬度，插入一個(gè)低電平的分隔符信號(hào)S。這種分隔符s的電平和代表原始代碼的電平0，具有不同的特性，比如，電平的時(shí)間寬度不同。從而，系統(tǒng)將根據(jù)這種不同寬度的低電平判斷出分隔符。比如，一個(gè)基帶信號(hào)序列(01101111111001)，通過(guò)分隔符的引入表達(dá)成(OllOllsllsllslOOl)。這里，是每隔兩個(gè)高電平引入一個(gè)分隔符。通過(guò)分隔符的引入，一個(gè)很長(zhǎng)的高電平將可以被分隔成短序列信號(hào)，并被無(wú)線發(fā)射和接收。在形成擴(kuò)展碼后，下一個(gè)步驟是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行波形變換。這個(gè)過(guò)程用頻帶窄的波形來(lái)代替對(duì)頻帶要求高的方波，形成最終的傳輸碼。用來(lái)代替方波的脈沖波形根據(jù)Nyquist Signaling規(guī)則，可以與前后其他脈沖重疊，但是需保證某一脈沖達(dá)到峰值時(shí)，其他脈沖在該點(diǎn)的值為0。通過(guò)以上方法，一方面擴(kuò)展了脈沖的時(shí)域?qū)挾冉档推漕l帶寬度，另一方面成功的避免了碼間串?dāng)_。滿足上述條件的波形均被稱為耐奎斯特信號(hào) (Nyquist Signal)，而升余弦(RaisedCosine)信號(hào)因?yàn)槠湓诟鞣矫孢_(dá)到較好的均衡，成為了應(yīng)用最為廣泛的信號(hào)形式。而且該方法實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)中發(fā)射端和接收端加入 “Root-fciised-Cosine”濾波器即可實(shí)現(xiàn)上述波形變換。波形變換在不影響傳輸性能的情況下，可大大降低系統(tǒng)所需的帶寬。與擴(kuò)展處理共同作用，完成了對(duì)原始基帶數(shù)字信號(hào)的處理。以上的擴(kuò)展處理和波形變換的組合完成了對(duì)原始基帶數(shù)字信號(hào)的編碼過(guò)程。編碼過(guò)程將對(duì)原始代碼進(jìn)行擴(kuò)展和波形調(diào)整，從而形成可以被具有一定帶寬的射頻系統(tǒng)發(fā)射、 傳輸和接收的傳輸碼。具體實(shí)施例一為了證明本發(fā)明的可行性，我們對(duì)本發(fā)明所提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。本發(fā)明的核心技術(shù)思想包括兩個(gè)主要方面第一個(gè)方面，是高速基帶數(shù)字信號(hào)直接由寬帶功率放大器放大后送至天線發(fā)射傳輸，在接收端由寬帶放大器接收后直接采樣恢復(fù)原信號(hào)，整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有傳統(tǒng)的載波調(diào)制過(guò)程，一定程度上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第二個(gè)方面，是通過(guò)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)的編碼與變換形成傳輸碼，從而降低射頻系統(tǒng)的帶寬，實(shí)現(xiàn)低誤碼率的無(wú)線傳輸系統(tǒng)。其中，對(duì)數(shù)字信號(hào)的編碼包含兩個(gè)步驟，第一個(gè)步驟是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展形成擴(kuò)展碼，第二個(gè)步驟是對(duì)擴(kuò)展碼進(jìn)行波形變換形成傳輸碼。其中擴(kuò)展碼的作用是把低頻的數(shù)字信號(hào)，或者長(zhǎng)序列單一電平，比如高電平序列(接近直流信號(hào))擴(kuò)展后，把數(shù)字信號(hào)的低頻分量搬移到高頻端而形成一定帶寬的無(wú)線電射頻信號(hào)。波形變換的作用是壓縮數(shù)字信號(hào)的帶寬(壓縮信號(hào)的高頻分量)，從而，使射頻系統(tǒng)的速率在不需要幾倍于基帶數(shù)字信號(hào)速率的情況下，比如，在接近數(shù)字信號(hào)速率的帶寬情況下，就可以實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)誤碼率(或者低誤碼率)傳輸。下面，我們結(jié)合一個(gè)具體的系統(tǒng)，對(duì)以上步驟進(jìn)行驗(yàn)證。在系統(tǒng)的發(fā)射端，首先將高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼形成擴(kuò)展碼，并進(jìn)一步對(duì)波形進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理形成傳輸碼后，利用一個(gè)寬帶功率放大器將傳輸碼的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行放大， 放大后的信號(hào)由寬帶天線發(fā)射到空間。在系統(tǒng)的接收端，從發(fā)射端發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)過(guò)空間傳輸衰減后被接收端的天線接收，然后被寬帶低噪聲放大器放大。放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)高速采樣器采樣以及模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化后輸入到基帶進(jìn)行信號(hào)處理。對(duì)于系統(tǒng)的傳輸端，我們首先考慮如何利用擴(kuò)展碼來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)序列碼或者低頻信號(hào)的傳輸。對(duì)于基帶數(shù)字信號(hào)，一種可能情況是長(zhǎng)序列或者接近無(wú)窮長(zhǎng)序列的高電平(…… 111111……)。這種序列可以看作是頻率很低的無(wú)線電信號(hào)(或者接近直流信號(hào))，而在傳統(tǒng)的無(wú)線傳輸系統(tǒng)中，這種序列必須調(diào)制到高頻射頻信號(hào)上才能發(fā)射。這種長(zhǎng)序列的高電平所對(duì)應(yīng)的低頻信號(hào)是無(wú)法直接作為無(wú)線電信號(hào)被發(fā)射和傳輸?shù)?。為了解決長(zhǎng)序列的高電平碼的直接傳輸，我們首先對(duì)這種碼進(jìn)行擴(kuò)展，從而形成擴(kuò)展碼。擴(kuò)展碼的形成是在原來(lái)的高電平1中，引入二位10(或者01)編碼擴(kuò)展，形成(……10101010101010……)序列的擴(kuò)展碼。通過(guò)擴(kuò)展碼，使原來(lái)的高電平序列(……111111……)的低頻信號(hào)，擴(kuò)展成一個(gè)高頻無(wú)線電信號(hào)，從而可以被發(fā)射端發(fā)射。我們接下來(lái)考慮長(zhǎng)序列的高電平(……111111……)在擴(kuò)展后的發(fā)射情況。一種簡(jiǎn)單的考慮，是將擴(kuò)展后的高頻(無(wú)線電)信號(hào)直接發(fā)射，而不經(jīng)過(guò)波形變換步驟。對(duì)擴(kuò)展碼信號(hào)輸入速率為IGbps的仿真結(jié)果如圖4所示。在圖4-圖7中，縱坐標(biāo)軸Vin是擴(kuò)展碼信號(hào)時(shí)域波形，Vs是經(jīng)過(guò)發(fā)射端的功率放大器信號(hào)放大后發(fā)射至空間的信號(hào)，Vout是接收端低噪聲放大器的輸出信號(hào)，其中，電壓 Vin, Vs、Vout的單位是mV。圖中的橫坐標(biāo)軸為時(shí)間，單位是納秒(ns)。因?yàn)殚L(zhǎng)序列的擴(kuò)展碼對(duì)應(yīng)了一個(gè)嚴(yán)格周期性方波序列(…… 10101010101010……)，理論上它包含了無(wú)窮多的奇次諧波分量，如果希望失真度較低地恢復(fù)方波信號(hào)，至少需要包含其5次諧波分量。若基帶方波信號(hào)基頻是1GHz，則系統(tǒng)帶寬要達(dá)到5GHz。從而，對(duì)于一個(gè)特定帶寬的發(fā)射端和接收端，比如，射頻系統(tǒng)的帶寬接近數(shù)字信號(hào)的情況下，由于高頻分量丟失將產(chǎn)生碼間串?dāng)_以及波形失真。比如，對(duì)于一個(gè)最高工作頻率為IGHz的發(fā)射端和接收端系統(tǒng)，信號(hào)的高頻部分被濾除，編碼形成擴(kuò)展碼后經(jīng)過(guò)功率放大器放大的發(fā)射信號(hào)Vs，以及在接收端經(jīng)過(guò)低噪聲放大器放大的接收信號(hào)Vout，其波形都是近似規(guī)則的正弦波形，而不是編碼后形成的方波。在以上情況下，系統(tǒng)存在失真但在接收端仍然可以恢復(fù)所需要傳輸?shù)脑夹畔?。以上案例，說(shuō)明在需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)中，當(dāng)含有長(zhǎng)序列高電平情況下，如何通過(guò)擴(kuò)展碼而形成一個(gè)高頻的無(wú)線電信號(hào)，從而被本發(fā)明的系統(tǒng)所發(fā)射、傳輸和接收。對(duì)于一個(gè)無(wú)窮長(zhǎng)序列的高電平，擴(kuò)展后將形成一個(gè)嚴(yán)格的無(wú)窮長(zhǎng)高低電平(10或者01)周期序列。以上這種情況只對(duì)應(yīng)了一種極限情況，基帶數(shù)字信號(hào)更通常的形式是近似的無(wú)規(guī)則序列。我們接下來(lái)驗(yàn)證對(duì)應(yīng)近似無(wú)規(guī)則序列的擴(kuò)展碼的傳輸問(wèn)題。當(dāng)擴(kuò)展碼為一近似無(wú)規(guī)則序列(……010010110101……)，而不再是規(guī)則的方波時(shí)，對(duì)于Vin輸入速率為IGbps 的擴(kuò)展碼的信號(hào)時(shí)域波形，在最高工作頻率為IGHz的無(wú)線發(fā)射端接收端系統(tǒng)中，仿真結(jié)果如圖5所示。這時(shí)由于傳輸過(guò)程中高頻分量被濾除，在此帶寬的射頻系統(tǒng)下將產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間串?dāng)_造成波形失真。不同于上面討論的嚴(yán)格周期性方波，在接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣恢復(fù)后在某些點(diǎn)將會(huì)出現(xiàn)誤碼。而為了避免出現(xiàn)這種誤碼，一種方法是提高系統(tǒng)的射頻帶寬，包括發(fā)射端的放大器、天線以及接收端的放大器。比如，當(dāng)我們把射頻系統(tǒng)的帶寬提高到5GHz時(shí)，系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖6所示。由于帶寬增加，這時(shí)傳輸以及接收信號(hào)基本上包含了所需的頻率分量，時(shí)域波形上升下降沿變陡，接近方波。以上結(jié)果說(shuō)明，對(duì)于編碼后形成一個(gè)近似無(wú)規(guī)則序列的擴(kuò)展碼，可以通過(guò)將射頻系統(tǒng)(包括發(fā)射端、天線、接收端)的工作頻率提高到數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸速率的5倍或者以上，在帶寬足夠?qū)挄r(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信號(hào)的無(wú)誤碼傳輸。10/10 頁(yè)但隨著射頻系統(tǒng)帶寬的增加，系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本也相應(yīng)大幅度增加。本發(fā)明的另外一個(gè)重要技術(shù)思想，是通過(guò)波形變換的技術(shù)，用帶寬較小的脈沖代替擴(kuò)展碼的方波脈沖形成傳輸碼，從而降低射頻系統(tǒng)所需要的帶寬。本發(fā)明中對(duì)擴(kuò)展碼進(jìn)行波形變換形成傳輸碼的功能是通過(guò)在系統(tǒng)中加入“升余弦濾波器(Root-Raised-Cosine Filter) ”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)引入符號(hào)速率為數(shù)字信號(hào)傳輸速率兩倍的升余弦濾波器，通過(guò)對(duì)擴(kuò)展碼進(jìn)行濾波形成傳輸碼后再進(jìn)行傳輸。比如，對(duì)于碼速率為mbps的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)符號(hào)速率為2GHz的升余弦濾波器后所形成的傳輸碼，在射頻系統(tǒng)的最高工作頻率為IGHz的發(fā)射端以及接收端的信號(hào)仿真結(jié)果如圖7所示。我們比較經(jīng)過(guò)升余弦濾波器處理(圖7)與沒(méi)有經(jīng)過(guò)升余弦濾波器處理的情況(圖幻的結(jié)果，可見(jiàn)升余弦濾波器在不產(chǎn)生碼間串?dāng)_的情況下對(duì)擴(kuò)展碼頻帶進(jìn)行了壓縮，減少了系統(tǒng)所需的帶寬。從而，通過(guò)本發(fā)明的升余弦濾波器的引入，可以把本來(lái)需要5倍帶寬的射頻系統(tǒng)才可以實(shí)現(xiàn)的低誤碼率傳輸，在接近1倍帶寬的射頻系統(tǒng)中就可以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)降低射頻系統(tǒng)的帶寬，可以大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。此外，考慮到不同頻率的信號(hào)在空間衰減程度的不同，通過(guò)升余弦濾波器對(duì)波形進(jìn)行變換形成傳輸碼而降低射頻系統(tǒng)的帶寬，比單純?cè)黾酉到y(tǒng)帶寬，在降低誤碼率方面更具優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于該寬帶無(wú)線通信方法是通過(guò)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼處理形成傳輸碼后，直接通過(guò)高速基帶數(shù)字信號(hào)的放大、發(fā)射、傳輸和接收而實(shí)現(xiàn)高速基帶數(shù)字信號(hào)無(wú)線傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于該寬帶無(wú)線通信方法的發(fā)射端數(shù)字信號(hào)編碼分為擴(kuò)展和波形變換兩個(gè)步驟，先后得到擴(kuò)展碼與傳輸碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于擴(kuò)展碼是將數(shù)字信號(hào)的原始代碼進(jìn)行擴(kuò)展，原始代碼的電平擴(kuò)展成含有高、低電平組合的一個(gè)組合序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于擴(kuò)展碼是在原始代碼中引入分隔符，每連續(xù)規(guī)定數(shù)目的相同電平后插入與基本碼元均不相同的分隔符。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于傳輸碼是對(duì)擴(kuò)展碼進(jìn)行波形變換后，用窄頻帶的脈沖波形來(lái)代替寬頻帶的方波。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于用來(lái)替代方波的脈沖波形為耐奎斯特信號(hào)，使波形變換不引入額外的碼間串?dāng)_。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于波形變換通過(guò)在基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中加入升余弦濾波器而實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法，其特征在于擴(kuò)展和波形變換的處理完成了對(duì)原始基帶數(shù)字信號(hào)的編碼過(guò)程，編碼過(guò)程將對(duì)原始代碼進(jìn)行擴(kuò)展和波形轉(zhuǎn)換，形成可被具有一定帶寬的射頻系統(tǒng)發(fā)射、傳輸和接收的傳輸碼。
9.一種基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)，其特征在于該基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)射端，通過(guò)將高速基帶數(shù)字信號(hào)編碼形成傳輸碼，經(jīng)過(guò)寬帶功率放大器放大后，通過(guò)寬帶天線發(fā)射到空間；該寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的接收端，從寬帶天線接收的信號(hào)輸入到寬帶低噪聲放大器，經(jīng)過(guò)寬帶低噪聲放大器放大后輸入到高速采樣器或者模數(shù)轉(zhuǎn)化器，再輸入到基帶進(jìn)行信號(hào)處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)，其特征在于該寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)射端部分包括基帶數(shù)字信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)、寬帶功率放大器和寬帶天線；該寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的接收端部分包括寬帶天線、寬帶低噪聲放大器、高速采樣器模塊和數(shù)字處理模塊。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于數(shù)字信號(hào)編碼的第五代寬帶無(wú)線通信的方法及系統(tǒng)，涉及寬帶無(wú)線通信領(lǐng)域，本發(fā)明通過(guò)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼形成傳輸碼后直接發(fā)送、傳輸和接收，而不需要傳統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)的射頻載波或者射頻脈沖、無(wú)需變頻，也不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)處理，本發(fā)明系統(tǒng)發(fā)射端通過(guò)對(duì)高速基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展與波形變換的編碼而形成傳輸碼，傳輸碼經(jīng)過(guò)放大后通過(guò)天線發(fā)射；在系統(tǒng)接收端被寬帶天線接收到的信號(hào)，被低噪聲放大器放大后輸入到高速采樣器或者模數(shù)轉(zhuǎn)化器，再輸入到基帶進(jìn)行信號(hào)處理。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳輸速率高，低成本的特點(diǎn)，可應(yīng)用于第五代(5G)全數(shù)字寬帶無(wú)線通信。
文檔編號(hào)H04L25/03GK102387102SQ20101026825
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者姜楠, 尤肖虎, 張?jiān)阼? 李滔, 黃風(fēng)義 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 愛(ài)斯泰克(上海)高頻通訊技術(shù)有限公司