CN1993896A - 在超宽带收发机中减少谱线的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种减少无线信号中的谱线的方法和设备。首先，产生由多个二进制或三进制编码脉冲组成的码字(320)。然后响应码字产生多个码字调制的子波(330)。这些子波可以是高斯单脉冲，重复周期的正弦波或其他形状激励信号。该多个码字调制的子波然后用发送数据比特调制，以形成多个数据调制子波(1030)。该调制用于白化该信号，因为发射信号是有效随机的。最后，发射该多个数据调制子波到远程装置(120)。
Description
技术领域
本发明通常涉及无线通信系统，例如超宽带(UWB)系统，包括移动收发机、中央收发机、相关设备以及对应的方法。本发明的另一方面涉及能提供高速信号同时能最小化在得到的信号谱中的谱线的无线收发机。本发明的另一方面涉及一种消除发送信号中不期望的谐波的方法和电路。
背景技术
超宽带(UWB)信号允许以非常低的功率快速的传送大量数据。UWB信号使其能量在较大频带上扩展，这就显著降低了在任意特定次要频带上的干扰。然而，希望发送的UWB信号的总功率谱密度以及UWB信号功率谱密度的最高峰都很小。
图1是可用在UWB收发机中的基本超宽带(UWB)发射机电路的框图。如图1所示，该发射机电路100接受一组发送数据并将其提供给信号发生器110。信号发生器110产生在其上编码有发送数据的UWB信号，并提供编码的信号给天线120以供发射。
在图1所示实施例中，可使用UWB天线，例如在授权给McCorkle的名称是“Electrically Small Planar UWB Antenna Apparatus and SystemThereof”的美国专利No.6590545中公开的。然而，替换实施例还能使用不同的天线设计。
为了UWB收发机的运行，它必须产生频率非常高的信号。在UWB收发机的一个建议实施中，必须产生高达10GHz的信号。然而，许多在如此高的频率产生适当的UWB信号的方法都将不期望的谐波引入了信号，这会造成发送信号功率谱密度中的尖峰(被称为谱线)。
不期望的谐波的一种具体原因来自于非理想电路元件中的信号泄漏。此种泄漏的电流和电压会把周期性干扰或噪声引入发射信号。发射信号中的任意周期性噪声都会在该信号中产生不期望的谱线。
这会造成UWB装置运行中的问题，因为在目前的FCC规定下，UWB装置的发射功率是由发射信号的功率谱密度(PSD)限定的。图2显示了FCC当前对UWB装置运行所施行的功率谱密度形状限制的图表。他们在大约3-10GHz范围施加最大限制，而在该范围之外则急剧下降。
FCC不会允许UWB信号的功率谱密度的任何一部分高于它所施加的限制。结果，如果UWB信号在其功率谱密度中包括尖峰，必须降低UWB信号的总发射功率，直到该尖峰低于FCC的功率限制。这会显著降低发射信号的总信号功率。因此，在UWB装置发射的信号中的任何谱线(即功率谱密度中的尖峰)都会降低该装置的效力。因此严格控制并尽可能控制信号发生器110输出的信号以及天线120发射的信号的功率谱密度是非常重要的。
因此，期望降低UWB收发机产生的任何UWB信号功率谱密度中的任何尖峰的幅度。
附图说明
相同参考标记指的是各个视图中相同或功能类似的元件的附随附图和下面的详细说明一起被结合到并形成说明书的一部分，用于显示不同实施例并解释根据本发明的不同原理以及优点。
图1是可用在UWB收发机中的基本超宽带发射机电路的框图；
图2是显示FCC对于目前的UWB装置运行所施加的相对功率谱密度限制的图表；
图3是图1的信号发生器的示范实施例的框图；
图4是图1的码发生器的示范实施例的框图；
图5是图3的子波发生器的第一示范实施例的框图；
图6是图3的子波发生器的第二示范实施例的框图；
图7是根据本发明公开实施例的示范码流、子波流以及信号流的图表；
图8是根据本发明公开实施例的示范信号流的图表；
图9是具有恒定周期偏移泄漏的信号流的功率密度谱和频率的对比图表；
图10是根据本发明实施例的示范无线发射机的框图；
图11是图10的信号发生器的示范实施例的框图；
图12是图11的子波发生器的第一示范实施例的框图；
图13是图10的子波发生器的第二示范实施例的框图；
图14是根据本发明公开实施例的示范信号流的图表；
图15是具有有效随机周期偏移泄漏的信号流的功率密度谱和频率的对比图表；
图16是采用根据本发明实施例的加扰电路的示范无线发射机的框图；
图17是图16的加扰电路的示范实施例的框图；
具体实施方式
为了最大化UWB装置中的发射功率同时仍维持在允许的FCC限制之内，期望产生具有尽可能少以及尽可能小的谱线的信号。
第一示范实施例
图3是图1的信号发生器的第一示范实施例的框图。此种信号发生器可用在如图1所示的UWB收发机中。如图3所示，信号发生器110包括本地振荡器310，码发生器320，以及子波发生器330。
本地振荡器310提供具有参考频率的信号给码发生器320和子波发生器330。在该实施例中，本地振荡器310产生码片频率(即产生码字内的值的频率)的时钟信号。然而，替换实施例能使用不同频率的不同波形。
在公开的实施例中，码发生器320运行以产生对应用于UWB信号发射的一系列码字的码流。每个码字都包含给定码字长度的一系列脉冲，每个脉冲都具有一组特定值中的一个。某些示范性的码字类型是二进制编码(其中脉冲具有+1或-1的值)和三进制编码(其中脉冲具有+1，0，或-1的值)。某些示范码字长度是6，12或24。然而，可在替换实施例中使用改变的码字类型以及长度。
在公开的实施例中，码发生器320产生的码流是用于二进制码的具有对应+1或-1的值，或者用于三进制码的具有+1，0，或-1值的方波。这些正负值对应+α伏特和-α伏特，其中α是指定的码电压。零值对应零电压。
子波发生器330接收来自本地振荡器310的定时信号，来自码发生器320的码字脉冲，以及包含待发送数据比特的发送数据信号。它运行以产生形成由码字以及发送数据调制的子波的一系列子波。子波的方向以及布置对应来自码发生器320的脉冲的方向以及配置，并根据发送数据来调制。子波发生器输出的已调信号流然后被送往天线120以供发射。子波发生器330形成的子波的每一个都应和来自码发生器320的脉冲输出同宽(即该子波应以码片速率产生)，并和码脉冲同步(即每个子波都和一个码脉冲一致)。
在操作中，码发生器320输出包括重复的L脉冲序列的码流，其中L是码字长度。赋予脉冲对应长度L码字的值，该码字脉冲以恒定码流逐一产生。因此当一个码子结束时，码流仅仅简单的重复另一个码字。
码流被作为发送数据流提供给子波发生器330。子波发生器330接受这些信号并产生包含一系列根据码流内的脉冲的值以及发送数据流中的数据的值调制的子波的已调信号流。
码字和当前数据比特都调制子波流。虽然不同实施例中的调制的实际顺序可以变化，但是本操作考虑用码字调制子波流，而该码字用当前数据比特调制。这样，如果数据比特是数字“1”，则用+1乘码字内的脉冲的值，而如果数据比特是数字“0”，则用-1乘。
考虑两个例子。如果使用长度为6的二进制码字-111-1-11，如果当前数据比特是逻辑“1”，数据调制后的码字是-111-1-11，如果当前数据比特是逻辑“0”，则数据调制后的码字是1-1-111-1。类似的，如果使用长度12的三进制码字1-1011-1-10-1101，如果当前数据比特是逻辑“1”，数据调制后的码字是1-1011-1-10-1101，如果当前数据比特是逻辑“0”，则调制后的码字是-110-1-11101-10-1。(一个反相的零子波其反相保持不变)。替换实施例能使用其它码字，并能颠倒码字方向对应逻辑“1”以及颠倒其方向对应逻辑“0”。不管怎样，数据速率是码片速率的
其中L是码字长度。
码发生器320产生的码脉冲以及子波发生器330产生的子波由本地振荡器310产生的定时信号来保持同步。码脉冲以及子波还和发送数据同步，从而各个数据比特都和一个码字重叠。这是可能的，因为码片速率是数据速率的L倍。
在一个实施例中，数据速率是114MHz，本地振荡器运行在1.368GHz，码片速率是1.368GHz。在另一个实施例中，数据速率是228MHz，本地振荡器运行在2.736GHz，码片速率也是2.736GHz。替换实施例能使用不同的定时信号、数据速率以及码片速率。例如，一个替换实施例使用1.3GHz定时信号以及可变的码片速率，分别是1.313，1.326，1.352GHz。
在一个实施例中，每个子波都用高斯单脉冲形成；在另一个实施例中，每个子波都用正弦波的三个连续重复形成。在任何一个例子中，形成子波，从而每个子波具有两个方向相反的不同方向，以允许二进制或三进制调制。然而，替换实施例可使用替换的子波设计。虽然通过方向相反的二相位子波方向获得了某些优点，某些实施例使用信号不倒相的二相位子波方向。
图4是图3的码发生器示范实施例的框图。如图4所示，该码发生器320包括移位寄存器410。
移位寄存器410产生对应选定码字的一系列方波脉冲。这些脉冲被定时信号(例如本地振荡器310产生的定时信号)在时间上同步，并根据码信号来设定。该码信号可指示码长度以及用于该码字的值。在产生一个码字完成之后，移位寄存器410循环回来，并开始再次发送相同码字，重复这一处理必要次数。
在某些实施例中，移位寄存器410具有总被使用的单个码字。此时，不需要码信号输入。在其他实施例中，移位寄存器可响应码信号产生相同或不同长度的多个码字。如果码字长度从不改变，则码信号无需包含关于码字长度的信息。
图5是图3的子波发生器的第一示范实施例的框图。如图5所示，子波发生器330包括第一子波源510，第二子波源520，非反相放大器530，反相放大器540，开关550，以及码转换器560。该特定实施例配置用于使用二进制码字，虽然在替换实施例中也能使用其它码字类型。
在图5公开的实施例中，第一子波源510以及第二子波源520各自产生在第一和第二方向之间(例如向上脉冲，随后是向下脉冲，之后又是向上脉冲等)交替的一系列子波。由于存在两个生成的交替的子波，因此第一和第二子波源510和520各自都有两个可能操作模式，即，在偶数定时周期上产生第一子波，在奇数定时周期上产生第二子波，或在偶数定时周期上产生第二子波，在奇数定时周期上产生第一子波。
非反相放大器530接收发送数据并提供第一控制信号给第一子波源510。反相放大器540接收发送数据，将其反相，并提供第二控制信号给第二子波源520。在该实施例中，反相放大器530和非反相放大器540如此配置，从而它们对发送数据信号提供相同延迟。
开关550响应开关控制信号操作，选择第一和第二子波源510和520之一用于各个定时信号周期。
码转换器560用于将码字转换成为命令开关550选择正确子波来产生作为信号流的期望已调子波流的开关控制信号。
在操作中，第一和第二子波源510和520分别接收发送数据信号的非反相副本以及发送数据信号的反相副本。因为每一个都接收了另一个接收的信号的反相，第一子波源510和第二子波源520运行在两种不同操作模式。换句话说，当第一子波源510产生具有第一子波方向(例如向上脉冲)的子波时，第二子波源520产生具有第二子波方向(向下脉冲)的子波。以及当第一子波源510产生具有第二子波方向的子波时，第二子波源520产生具有第一子波方向的子波。
开关控制信号被创建，从而该信号使得开关550选择子波源510和520的正确顺序以创建具有方向上对应正确的数据调制后的码字的子波的子波流。换句话说，如果长度是6的二进制码字是1-1-1-111，则开关控制信号应当是这样，从而它连续选择能提供该已调子波序列的第一和第二子波源之一(码字中的“1”指示第一子波方向，码字中的“-1”指示第二子波方向)。例如，该码字的开关控制信号是11-111-1(即对第一码片选择第一子波源510，对第二码片选择第一子波源510，第二子波源520，对第四码片选择第一子波源510，对第五码片选择第一子波源510，对第六码片选择第二子波源520)。
因为第一和第二子波源510和520的操作是可预测的，因此码转换器560能将码字转换成为开关控制信号。
虽然在该实施例中，第一和第二子波源510和520以码片速率变换子波方向，但是替换实施例能与此不同的实施。在一个替换实施例中，第一子波源510能产生第一方向子波的恒定流，而第二子波源520产生第二方向子波的恒定流。在另一个实施例中，第一和第二子波源510和520各自在产生第一方向子波和第二方向子波之间交替，但是以不同于码片时钟各个周期的频率。
不管如何，只要第一和第二子波源510和520的输出是不同的并可预测，码转换器560都能产生正确的开关控制信号，选择第一和第二子波源510和520的正确顺序来产生包括由码字和发送数据调制的子波的期望信号流。
虽然图5的实施例配置用于采用二进制码字，可通过包括接地的第三输入到开关550而将其修改用于采用三进制码字。在此种替换实施例中，开关控制信号也可以是三进制的。当开关控制信号具有+1或-1的值时，能选择对应正确的子波源510、520的输入，当开关控制信号是0值时，能选择地电压。
图6是图3的码发生器的第二示范实施例的框图。如图6所示，子波发生器330包括子波源610，第一子波混合器620以及第二子波混合器630。该特定实施例被配置用于使用二进制或三进制码字。
子波源610产生和定时信号同步的一系列子波。在一个实施例中，每个子波都包括正弦波的一个或多个连续周期，该正弦波的频率是码片速率的N倍，其中N是每子波的周期数。在该实施例中，子波源620可以是xN锁相环(PLL)。然而，替换实施例能使用其它电路创建用于子波的期望正弦波。此外，在其他实施例中可使用其它类型子波源来用于不同的子波类型(例如高斯单脉冲，单周期正弦波，或其他形状的激励信号)。
第一子波混合器620将从码发生器320输出的码流和发送数据信号混合，产生数据调制的码字流。因为码片速率是数据速率的L倍(其中L是码字长度)，每个来自发送数据信号的数据比特都将调制码流中的L个脉冲，即整个码字。
第二子波混合器630混合从第一子波混合器620输出的数据调制的码字输出和来自子波源610的子波流。因为码流以及子波流都和定时信号同步，因而各个子波最终和来自码流的单个脉冲组合。这具有创建包括首先通过使用的码字调制，然后用发送数据比特调制的子波流的信号流的效果。在使用三进制编码的示范实施例中，这些已调子波包括对应来自码流的+1脉冲的非反相子波，对应来自码流的0脉冲的零子波以及对应来自码流的-1脉冲的反相子波。
虽然图6所示的第一子波混合器620被放在第二子波混合器630之前，但是这些元件能在替换设计中交换位置。此外，某些实施例能将这两个元件组合到单个电路中。
图7是根据本发明公开实施例的示范码流、子波流以及信号流的图表。更具体的，图7显示了使用三进制编码的单个长度是12码字的流。该实施例可是用图6的子波发生器实现，用正弦波的三个周期作为一个子波。
如图7所示，码流710指示组成码字的12个连续值(例如在图7公开的实施例中的1-1011-1-10-10101)。
子波流720显示了12个连续子波。在公开实施例中，每个子波包括正弦波的三个连续周期。结果，子波流仅仅是在码流三倍频率上的正弦波(即三倍的码片速率)。然而，在替换实施例中，能使用其它子波类型(例如高斯单脉冲，单周期正弦波，或其他形状的激励信号)。
信号流730是子波流720被码流710调制的结果。如图7所示，信号流包括，连续的非反相脉冲，反相脉冲，零脉冲，非反相脉冲，非反相脉冲，反相脉冲，反相脉冲，零脉冲，反相脉冲，非反相脉冲，零脉冲，非反相脉冲，它们对应码流710形成的码字1-1011-1-10-10101值。
虽然长度12的码字的12个脉冲及其对应子波如图7所示，但是码流710，子波流720以及信号流730可根据需要或长或短以传送期望数量的数据，包括多个码字以及采用不同长度的码字。并且尽管公开的是长度12的码字，但是根据需要可以使用其他码字长度。
图8是根据本发明公开实施例的示范信号流的图表。更具体的，图8显示了使用二进制编码的四个长度六码字的信号流。使用图5的子波发生器330实施该实施例，其中第一和第二子波源510和520以预定模式选定(由开关控制信号所确定)以产生期望的已调子波。
如图8所示，组成码字的六个连续值是1-1-1-111。发送数据流中的每个数据比特被加在单个码字上，对于逻辑“1”保持不变，而对于逻辑“0”则反相。然后使用数据调制的码字产生命令子波发生器330构成数据调制以及码字调制(如以上参考图3到5所述的)的子波的信号流830的开关控制信号。在图8的实施例中，使用高斯单脉冲作为子波，但是替换实施例能使用不同的子波长度。
图8的示范信号流830包含四个比特(1001)，每个比特用六个调制后的子波表示，这些子波用非反相码字(对于一个数据值)或反相码字(对于其它数据值)调制。
然而，因为没有两个电路是相同的，所以在第一和第二码源510和520之间存在至少较小的偏移。这可能是因为第一和第二码源510和520输出的信号的电流或电压值中的偏移造成的。不管原因是什么，因为由开关550选择来自第一和第二子波源510和520的子波，并在信号流中传送，该小偏移会一直存在并在天线120发射的信号的最终频谱中表现出来。该信号偏移显示在图8的信号流830中，因为子波相互之间的电压总是稍稍偏移。然而，为便于理解，还显示了单独的偏移电压840的图表。该偏移电压840显示了连续子波的电压是如何系统差异的。
偏移电压840的模式由从码转换器560输出的开关控制信号的值设定。因为开关控制信号设定何时使用第一子波源510以及何时使用第二子波源520，所以它还设置哪些偏移会在哪里出现。
可通过偏移电压840的图表看出，偏移电压840是在整个信号流中的恒定幅度重复信号。该重复信号的结果就是出现在等待天线120发射的信号中的谱线(即频率上的谱功率密度的尖峰)。
虽然该例显示了电压偏移，相同类型的周期谐波可由轻微的幅度差异、相位差异或任何能产生对待发射信号的重复干扰的其他因素而引起。
图9是具有恒定周期偏移泄漏的功率谱密度和信号流频率的示范对比图表。如图9所示，功率谱密度900包括由偏移泄漏引起的尖峰910(即谱线)。
这些谱尖峰910可限制必须满足FCC设定的限制的装置内的总可用功率。因为功率谱密度的任何一部分都不能超过FCC限制，尖峰910的最高点必须保持在允许的最大功率谱密度之内。结果，功率谱密度的大部分都非常低，极大限制了得到的传输的总功率。
此外，不期望的谱线即使在不采用图5的子波发生器的实施例中也会出现。这是因为在任何实施例中都必须使用的混合器的非理想特性。如上所述，没有任何电路元件、混合器是理想的。任何到混合器的输入信号内的DC偏移都会引起通过该元件的不期望泄漏。
考虑有两个输入信号S1和S2的混合器。理想的，输出应当是S1*S2。然而，每个输入信号都具有与之相关联的DC偏移，因此输入信号实际上是S1+Voff-1和S2+Voff-2，其中Voff-1是第一DC偏移电压，Voff-2是第二DC偏移电压。两个信号的乘积因此是：
(S1+Voff-1)(S2+Voff-2)＝S1*S2+S1*Voff-2+S2*Voff-1+Voff-1*Voff-2(1)
如果偏移电压Voff-1和Voff-2都非零，那么项S1*Voff-2和S2*Voff-1会对混合器的输出添加规则偏移值。正如图8的偏移电压840一样，当偏移电压是规则的时，它会引起得到的信号的功率谱密度中的不期望尖峰。
如上所述，由于信号的相位和幅度或能得到重复的信号元素的轻微差异也会引起相同类型的周期干扰。
第二示范实施例
替换实施例通过有效随机化信号发生器110的输出来限制了谱线的出现。图10是根据本发明实施例的无线发射机的框图。如图10所示，发射机1000包括信号发生器1010，信号混合器1030以及天线120。
信号发生器1010和图1的信号发生器110相类似地运行。然而，和图1电路不同，图10的信号发生器1010产生未经发送数据流调制的子波流。换句话说，信号发生器1010仅产生由重复的码字调制的子波流。
信号混合器1030接收来自信号发生器1010输出的未调制信号流，并用发送数据流进一步调制码字调制的子波，以产生要发射的信号流。因此，当信号发生器1010的输出被称为“未调制”时，它指的是由发送数据流调制，而非码字调制。
天线120用于传送信号混合器1030的输出到远程装置。在图10所示实施例中可以使用UWB天线，例如在授权给McCorkle名称是“Electrically Small Planar UWB Antenna Apparatus and SystemThereof”的美国专利No.6590545中公开的。然而，替换实施例能使用不同的天线设计。
虽然没有显示，发射机1000能包括多种其他电路以将信号准备好发射。例如，它能包括多个滤波器、放大器、以及其他后端电路。
图11是图10的信号发生器的示范实施例的框图。此种信号发生器能用在图10所示的UWB收发机中。如图11所示，信号发生器1010包括本地振荡器310，码发生器320以及子波发生器1130。
本地振荡器310以及码发生器320和上述参考图3公开相同地操作。
子波发生器1130接收来自本地振荡器310的定时信号以及来自码发生器320的码字流。它运行以产生形成码字调制子波的一系列子波。子波的方向以及布置对应来自码发生器320的脉冲的方向以及配置。子波发生器输出的码字调制的子波作为稍后会被发送数据调制的未调制(被数据)信号流向上发送。由子波发生器330形成的子波宽度应当和从码发生器320输出的脉冲相同(即子波应当以码片速率产生)，并应当和码脉冲同步(即每个子波应当和一个码脉冲一致)。
在操作中，码发生器320输出包括用于各个码字的一系列L编码脉冲的码流。组成码字的脉冲被赋予对应长度L的码字内的值的值。
提供该码流给子波发生器1130，子波发生器反过来产生由码字调制而非发送数据调制的子波流。由相同方向的相同码字重复来形成该组子波。
码字调制的子波流和发送数据流在信号混合器1030混合，以产生由码字和发送数据流调制的数据调制信号流。因为数据速率是码片速率的
所以发送数据流中的各个数据比特在等于所用的码字长度的数目的子波中保持活跃(即如果码字长度是12，那么各个数据比特会对12个子波保持活跃)。
此外，将发送数据比特流和信号流对齐，从而各个数据比特对应单个码字。这样，输出自信号发生器1010的码字调制的子波流(根据基本码字调制)会进一步由数据流调制。
码发生器320产生的码脉冲以及子波发生器1030产生的子波由本地振荡器310产生的定时信号保持同步。
在一个实施例中，数据是114MHz，本地振荡器运行在1.368GHz，码片速率是1.368GHz。在另一个实施例中，数据速率是228MHz，本地振荡器运行在2.736GHz，码片速率是2.736GHz。替换实施例能使用不同的定时信号，数据速率以及码片速率。例如，一个替换实施例能使用1.3GHz定时信号以及变化的码片速率，1.313，1.326，1.352GHz。
在一个实施例中，各个子波用高斯单脉冲形成；在另一个实施例中，各个子波用N个连续的重复正弦波形成(其中N是正整数)。在这两种情形中，形成子波，从而他能具有两个各自反向的不同方向，以允许二进制或三进制调制。然而替换实施例还能使用替换的子波设计。尽管通过具有相互表示其反向的二相位子波方向获得某些优点，但是某些实施例能使用相互不是各自反向的二相位子波方向。
在图10的实施例中，因为发送数据流是有效随机的，它用于白化得到的已调数据流并消除不期望的谐波，因此减少谱尖峰在得到的传输中的出现。结果，虽然已调信号流中仍然有信号偏移，但是它们被发送数据流白化，这样就减少了信号偏移产生的谱线。因此，偏移不会引起如图1中的发射机内出现的频谱的相同尖峰。这就反过来允许发射机使用较高发射功率，同时仍然保持在FCC规定的谱限制之内。
此外，虽然公开了偏移，但是该降低谱线的方法对于任何重复的信号元素或谐波很有效。
图12是图11的子波发生器的第一示范实施例的框图。如图12所示，子波发生器1130包括第一子波源1210，第二子波源1220，开关550以及码转换器560。该特定实施例配置用于使用二进制码字，虽然替换实施例能使用其他码字类型。
在图12公开的实施例中，第一子波源1210和第二子波源1220各自产生在第一和第二方向之间交替的一系列子波(例如向上脉冲，随后是向下脉冲，接着是向上脉冲等)。由于产生了两个交替的子波，因而第一和第二子波源1210和1220均有两种可能操作模式，即在偶数定时周期上产生第一子波以及在奇数定时周期上产生第二子波，或者在偶数定时周期上产生第二子波，在奇数定时周期上产生第一子波。不管如何，操作模式不会根据发送数据动态变化。操作模式是固定的，或者和发送数据无关地变化。
开关550和码转换器560和上述参考图5相同地操作。
在操作中，第一子波源1210和第二子波源1220以两种不同操作模式进行。换句话说，当第一子波源1210产生具有第一子波方向(例如向上脉冲)的子波时，第二子波源1220产生具有第二子波方向(例如向下脉冲)的子波。以及当第一子波源1210产生具有第二子波方向的子波时，第二子波源1220产生具有第一子波方向的子波。
虽然在该实施例中，第一和第二子波源1210和1220以码片速率交替子波方向，但是替换实施例能不同的实施。在一个替换实施例中，第一子波源1210能产生第一方向子波的恒定流，第二子波源1220能产生第二方向子波的恒定流。在另一个实施例中，第一和第二子波源1210和1220在产生第一方向子波和第二方向子波之间交替，但是以不同于码片时钟各个周期的频率。
不论如何，只要第一和第二子波源1210和1220的输出是不同的且可预测，码转换器560就能产生正确的开关控制信号，选择第一和第二子波源1210和1220的正确顺序来产生包含码字调制的子波的期望信号流。
虽然图12的实施例配置用于采用二进制码字，但是通过将接地的的第三输入包括到开关550，从而将其修改以采用三进制码字。在该替换实施例中，开关控制信号也是三进制的。当开关控制信号具有+1或-1值时，它选择对应正确的子波源1210或1220的开关550的输入，当开关控制信号是0值时，它会选择连接至地电压的开关的输入。
图13是图10的子波发生器的第二示范实施例的框图。如图13所示，子波发生器1330包括子波源610和子波混合器1330。该特定实施例配置用于使用二进制或三进制码字。
子波源610根据上述参考图6所述的操作。
子波混合器1330混合来自码发生器320输出的码流和来自子波源610的子波流。因为码流和子波流都和定时信号同步，所以各个子波和来自码流的单个脉冲组合。这具有创建包括由使用的码字调制的子波流的信号流的效果。在用三进制编码的示范实施例中，这些已调子波包括对应来自码流的+1脉冲的非反相子波，对应来自码流的0脉冲的零子波，以及对应来自码流的-1脉冲的反相子波。
图14是根据本发明公开实施例的示范信号流的图表。更具体的，图13显示了使用二进制编码的4个长度6码字的信号流。该实施例使用图12的子波发生器实现，其中依次选择第一和第二子波源1210和1220以产生期望的子波。
如图14所示，组成码字的六个连续值是1-1-1-111。发送数据流中的每个数据比特被加到单个码字上，对于逻辑“1”保持不变，对于逻辑“0”则反相。然后使用数据调制后的码字产生数据调制和码字调制的子波的信号流1430。在图14的实施例中，使用高斯单脉冲作为子波，但是替换实施例使用不同的子波类型。
图14的信号流1430包含四个比特(1001)，每个比特用六个子波表示，这些子波或者用非反相码字(对于一个数据值)或反相码字(对于其它数据值)调制。
如上所述，因为没有两个电路是相同的，在第一和第二字码源1210和1220的输出之间至少存在极小偏移。然而，因为发送数据(是有效随机的)在形成子波之后而非之前调制到数据流中，所以偏移值会逐码字的随机朝向。为便于理解，单独显示了偏移电压1440的图表。该偏移电压1440显示了偏移电压的分布是怎样不具有可分辨模式的。
偏移电压1440的模式由从码转换器560输出的开关控制信号的值设定。因为开关控制信号设定何时使用第一子波源1210以及何时使用第二子波源1220，所以它还设置哪些偏移会在哪里出现。
然而，可从偏移电压1440中看出，偏移电压1440的幅度也随发送数据而变化。当发送数据具有一个值(例如逻辑“1”)时，对于给定码字的偏移电压模式具有第一方向。以及当发送数据具有另一值(例如逻辑“0”)时，对于给定码字的电压偏移模式具有第二方向。
因为发送数据的值是有效随机的，所以偏移模式也是有效随机的。作为偏移的随机分布的结果，该偏移不具有重复模式，因此也不会引起天线120要发射的得到的信号中的任何显著的谱线(例如在频率的功率密度谱上的尖峰)。
虽然该例显示了电压偏移，但是相同类型的周期谐波还可能由微小的幅度差异、相位差异、或任何能引起待传送信号重复干扰的其他事物。然而，任何出现在发送数据被混合到信号之前的谐波都能通过在发送数据之中进行混合的白化效果来减少。
图15是具有有效随机周期偏移泄漏的信号流的功率密度谱和频率的示范对比图表。如图15所示，功率谱密度1500不包括由于偏移泄漏而引起的任何尖峰(即谱线)。
由于没有谱尖峰，所以发射信号的总功率可以提高，直到功率谱密度1500到达允许的最大功率谱密度。结果，得到的传输的总功率大于根据图1的比较电路。
图16是根据本发明实施例的采用加扰电路的替换发射机设计。如图16所示，发射机1600包括第一信号发生器1010，天线120，加扰电路1630，第一混合器1640，放大器1650以及第二混合器1660。
第一信号发生器1010和参考图10和11所述的信号发生器1010相同地操作。
天线120和图1的天线相同地操作。更具体的，它可以是UWB天线，例如在授权给McCorkle名称是“Electrically Small Planar UWBAntenna Apparatus and System Thereof”的美国专利No.6590545中公开的。然而，替换实施例能使用不同的天线设计。
加扰电路1650接收发送数据流并产生两个信号：加扰发送数据信号以及解扰信号。加扰数据信号是发送数据信号的白化版本，解扰信号是可以和加扰的发送数据信号相混合以提取发送数据的信号。
第一混合器1640如图10的混合器1030一样运行。如上所述，第一混合器1640从第一信号发生器1010接收由码字调制但未被发送数据调制的子波流。结果，当该码字调制子波流和加扰发送数据信号混合时，结果是码字调制子波流的非反相或反相版本，这取决于加扰发送数据信号的值。因为加扰发送数据信号以数据速率(是码片速率的)提供，加扰发送数据信号的每个比特会调制形成码字的所有子波。
在替换实施例中，第一混合器1640可放在第一信号发生器1010内。第一混合器1640可放在码发生器320和子波混合器630(如果使用子波混合器630)之间，或它可与子波混合器630作为单独模块形成。
放大器1650执行信号流的后端放大，以将其准备好用于发射。在公开的实施例中，放大器1650是微分放大器。然而，因为第一混合器1640以及子波发生器330内的子波混合器620(如果使用子波混合器620)的潜在时钟泄漏，可能会有某些能引起发射信号中的谱线的信号部分。
第二混合器1660从放大器1650接收输出并将其和来自加扰电路1630的解扰信号混合。由于解扰信号被设定为当和加扰发送数据混合时给出发送数据信号，所以第二混合器1660的输出实际是发送数据信号和信号发生器的输出相混合(即发送数据的反相或非反相版本)。
虽然图10的发射机通过将其和有效随机的发送数据相混合而消除了不期望偏移的谱效果，但是图16的实施例添加了更进一步的随机性到信号流中，进一步减少了不期望谐波对发射信号谱的影响。
该白化的引入还可用于多种装置实现。例如，可考虑第一信号发生器1010和第一混合器1640的组合，从而用作第二信号发生器1670运行。该第二信号发生器1670和图13的信号发生器110一样运行，除了不是接收发送数据信号，它接收加扰发送数据信号。
第二信号发生器1670能使用上述参考图3至6所述的电路以产生由码字和加扰数据信号调制的子波流。该扰的数据调制子波流虽然具有图8的例子所述的所有周期信号元素，但是有效的随机解扰信号会白化该信号，显著减少在得到的发射信号中的谱线。
在操作中，第一信号发生器1010产生由码流中的码字调制的子波流。使用图10实施例的信号发生器，该子波流被相同的重复码字调制，但不被发送数据调制。
发送数据被提供给加扰电路1630，该电路产生加扰发送数据信号和解扰信号。通过利用随机或伪随机序列白化发送数据来创建加扰的发送数据信号。该加扰的发送数据信号随后和第一信号发生器1010输出的信号流混合，以产生随机序列。
该随机序列通过放大器1650，并到达第二混合器1660，在此它和解扰信号混合，以提取发送数据信号。因为加扰发送数据是有效的随机序列，所以解扰信号也是随机的，或至少是伪随机的。
图17是根据本发明实施例的图16的加扰电路的框图。如图17所示，加扰电路1700包括延迟1710和加扰混合器1720。
延迟1710可以是简单的触发器延迟(例如D型触发器)或可以是更复杂的延迟电路。它操作用于将发送数据信号延迟一个数据比特以产生延迟的发送数据信号。
加扰混合器1720用于将发送数据信号和延迟的加扰数据信号混合，以产生加扰的发送数据信号。由于该数据是有效随机的，所以将第n个比特和第(n-1)个比特混合实际会白化得到的加扰发送数据信号。
延迟的发送数据信号也可被用作解扰信号。这会有效的将延迟信号与其自身混合，这会将加扰的发送数据信号恢复为它的原始形式(即将其恢复为发送数据)。这是真的，因为延迟的发送数据信号中的各个数据比特用相同幅度的或正或负的电压表示。结果，当发送数据的当前比特和相同延迟比特的两个副本(如在第二混合器1600发生的)相乘时，结果是原始信号的值乘以1(即未变化)。如果用正电压表示延迟数据的比特，那么两个正电压的乘积是幅度的正平方。如果延迟数据的比特用负电压表示，则两个负电压的乘积也是幅度的正平方。
结论
该公开意图解释怎样形成以及使用根据本发明的不同实施例，而非限制本发明的真实的、期望的以及公平的范围和精神。上述说明不是穷尽的，也不是将本发明限定在公开的精确形式上。通过上述教导可能有多种修改和变化。选择并说明这些实施例以提供对本发明原理及其实际应用的最佳显示，并使得本领域普通技术人员能在不同实施例中使用本发明，并根据预期的特定用途使用本发明的修改。当根据公正、合法以及平等的授权这些权利要求时，根据其宽度进行解释，所有这些修改和变化都落入由附随权利要求及其等同物确定的本发明的范围，这些权利要求在本申请的未决期间会被修改。
Claims (23)
1.一种减少无线信号中的谱线的方法，包括：
产生包括多个脉冲的码字；
响应该码字，产生多个码字调制的子波；
用发送数据的比特调制该多个码字调制的子波以形成多个数据调制子波；
发射该多个数据调制的子波。
2.如权利要求1所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中产生多个码字调制的子波的步骤包括对于该多个脉冲中的每一个选择性地选择第一子波源和第二子波源之一的输出。
3.如权利要求1所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中产生多个码字调制的子波的步骤进一步包括：
产生多个未调制子波；以及
将该多个未调制子波的每一个和多个脉冲之一混合。
4.如权利要求1所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中产生码字、产生多个码字调制的子波、调制该多个码字调制的子波以及发射该多个数据调制的子波的步骤对于发送数据中的多个连续数据值重复。
5.如权利要求1所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中该多个脉冲使用下列之一编码：二进制调制方案以及三进制调制方案。
6.如权利要求1所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中数据调制子波的每一个是以下之一：多个连续周期的正弦波、高斯单脉冲、单周期正弦波以及成形激励信号。
7.如权利要求1所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中在集成电路中实施该方法。
8.如权利要求1所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中在超宽带收发机中实施该方法。
9.一种减少无线信号中的谱线的方法，包括：
产生包括多个脉冲的码字；
响应该码字，产生多个码字调制的子波；
将加扰发送数据信号和该多个码字调制的子波混合，以形成多个加扰子波；
放大该多个加扰子波，以形成多个放大的子波；
将解扰信号和该多个放大的子波混和，以形成多个数据调制的子波；以及
发射该多个数据调制的子波。
10.如权利要求9所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中产生多个码字调制的子波的步骤包括对于该多个脉冲的每一个，选择性地选择第一子波源和第二子波源之一的输出。
11.如权利要求9所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中产生多个码字调制的子波的步骤进一步包括：
产生多个未调制子波；以及
将该多个未调制子波的每一个和多个脉冲之一混合。
12.如权利要求9所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中产生码字、产生多个码字调制的子波、将该多个码字调制的子波与加扰的发送数据信号混合、放大该多个加扰的子波、将该多个放大的子波与解扰信号混合以及发射该多个数据调制的子波的步骤对于发送数据中的多个连续数据值重复。
13.如权利要求9所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中该多个脉冲使用下列之一编码：二进制调制方案以及三进制调制方案。
14.如权利要求9所述的减少无线信号中的谱线的方法，进一步包括：
将原始发送数据信号和该发送数据信号的延迟版本混合，以形成加扰的发送数据信号，
其中加扰的发送数据信号是原始发送数据信号的延迟版本。
15.如权利要求9所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中在集成电路中实施该方法。
16.如权利要求9所述的减少无线信号中的谱线的方法，其中在超宽带收发机中实施该方法。
17.一种减少无线信号中的谱线的电路，包括：
数据加扰器，用于接收数据比特流，对数据比特执行加扰功能，并提供加扰的数据比特流和解扰信号；
第一混合器，用于将多个第一载波脉冲和该加扰比特流混合以产生加扰数据流；
放大器，用于放大该加扰数据流以提供放大的数据流；以及
第二混合器，用于混合放大的数据流和解扰信号以产生解扰的数据流。
18.一种如权利要求17所述的减少无线信号中的谱线的电路，进一步包括用于产生多个第一载波脉冲的信号发生器。
19.一种如权利要求18所述的减少无线信号中的谱线的电路，其中该信号发生器进一步包括：
第一子波源，用于产生多个第二载波脉冲；
第二脉冲形成网络，用于产生多个第三载波脉冲；以及
通过重复选择多个第一载波脉冲之一或多个第二载波脉冲之一以产生多个第一载波脉冲的开关。
20.一种如权利要求17所述的减少无线信号中的谱线的电路，其中加扰电路进一步包括：
延迟电路，用于接收数据比特流并输出延迟比特流作为解扰信号；以及
第三混合器，用于将数据比特流和延迟的比特流混合以产生加扰信号。
21.一种如权利要求17所述的减少无线信号中的谱线的电路，进一步包括发射解扰数据流的天线。
22.一种如权利要求17所述的减少无线信号中的谱线的电路，其中在集成电路中实施该电路。
23.一种如权利要求17所述的减少无线信号中的谱线的电路，其中在超宽带收发机中实施该电路。
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| C06 | Publication | ||
| 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 |
Granted publication date: 20140604 Termination date: 20150726 |
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