[发明专利]生成用于UWB信号的动态变化时间跳频序列的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及扩展频谱无线电(radio)通信系统，更具体地涉及在既能够通过相干超宽带接收器又能够通过非相干超宽带接收器来接收信号的无线通信系统中所使用的调制格式。

背景技术

在美国，联邦通信委员会(Federal Communications Commission，FCC)对于将超宽带宽(UWB)信号用于无线通信系统的非授权使用做了严格限制，“First Report and Order”，2002年2月14日。UWB信号必须在频率为3.1～10.6GHz的范围内，且最小带宽为500MHz。FCC命令限制了UWB信号的功率谱密度和最大发射功率，例如，小于-41.3dBm/MHz。

一种调制UWB的方法使用极短时间脉冲来生成带宽大于500MHz(例如一秒的1/1000000000或更少，其对应于大约600mm的波长)的信号。使用短脉冲的系统通常被称为冲激无线电(impulse radio，IR)系统。

如图1所示，可以将四种不同的调制格式用于无线通信系统，即，脉冲位置调制(PPM)11、脉冲幅度调制(PAM)12、开关键控(OOK)13和二相相移键控(BPSK)14。

作为优势，UWB系统实现了高数据率，并得益于大的处理增益而对于多路径衰减(impairment)具有抵抗性。此外，基于IR的UWB技术能够实现低成本、低占空比、低功率的收发器，而不需要用于外差的本地振荡器。因为UWB收发器主要是数字电路，所以可以将收发器容易地集成到半导体电路中。在UWB系统中，多个用户可以彼此无冲突地同时共享同一频谱。UWB系统对于高速家用和商用网络设备以及传感器网络是非常理想的。

M.Win等人在“Ultra-Wide Band Width Time-HoppingSpread-Spectrum Impulse Radio for Wireless Multiple-AccessCommunications”(IEEE Trans.On Communications，Vol.48，No.4，pp.679-691，2000年4月)中描述了时间跳频冲激无线电(TH-IR)系统。在TH-IR系统中，每一位或每个符号都由N_f个脉冲来表示，其中N_f是正整数。传输符号的时间为T_s。这被称为符号持续时间。符号时间T_s进一步被分割为多个帧T_f，而这些帧又被分割为通常与脉冲持续时间相对应的码片(chip)T_c。如果N_c表示一帧中码片的数量，N_f表示一个符号中帧的数量，那么T_s、T_f和T_c有以下关系

T_s＝N_fT_f＝N_fN_cT_c    (1)

图2示出了对于脉冲204，符号时间T_s201、帧时间T_f202以及码片时间t_c203之间的关系，脉冲204例如是表示“0”位的现有技术TH-IR波形210和表示“1”位的波形220。通常，按照“时间跳频”序列在一帧中利用所有可用码片将脉冲伪随机分隔开以最小化多用户干扰的影响。

如上所述，调制可以是二相相移键控。对于BPSK，每个位b都被表示为正脉冲或负脉冲，即，b∈{-1，1}。t时刻发射的信号s的格式为

其中c_j表示TH码的第j个值，取值范围为{0，1，...，N_c-1}，b是第i个调制符号。此外，可以对发射信号中的每个脉冲应用可选的极性加扰序列，表示为h_i，j，以对发射信号的频谱进行整形并减少谱线。极性加扰序列h_i，j的值是+1或-1。对于发射信号频谱的形状来说各种不同的振幅都是可能的。