[发明专利]一种超宽带通信系统与方法

说明书

本发明涉及通信领域，尤其涉及应用副载波的超宽带脉冲通信系统与方法。

用于个人通信设备、医疗设备、军用设备等的无线电技术的设计者们目前面临几种发展的挑战。低功耗、现有频谱的重复使用、信道化和成本是其中的四个主要问题。

这些问题部分地由一种正在出现的、革命性的技术，称为脉冲无线电通信(以下称为脉冲无线电)提出。脉冲无线电首先在一系列专利中被全面描述，这些专利中包括美国专利4,641,317(1987年2月3日发布)、4,813,057(1989年3月14日发布)、4,979,186(1990年12月18日发布)及美国专利No.5,363,108(1994年11月8日发布)，全部属于Larry W.Fullerton。将这些专利文献插入此中作为参考。

基本脉冲无线电发射机以紧控制的平均脉冲到脉冲(pulse-to-pulse)间隔发射短高斯单周期脉冲。脉冲无线电系统使用脉冲位置调制。脉冲位置调制是时间调制的一种形式，其中调制信号的每一个瞬时抽样值导致调制一个脉冲在时间中的位置。

对于脉冲无线电通信，脉冲到脉冲间隔以脉冲接续脉冲(pulse-by-pulse)为基础通过两个分量改变：一个信息分量和一个伪随机码分量。扩展频谱系统利用伪随机码以扩展常规的窄带信息信号遍及一个相当宽的频带。一个扩展频谱接收机使这些信号相关以恢复原始信息信号。不同于扩展频谱系统，用于脉冲无线电通信的伪随机码对能量扩展并不是必须的，因为单周脉冲本身拥有固有地宽的信息带宽(信息带宽，以下称为带宽，是频率的范围，其中它的性能相对于某些特性而言，落在特定的界限内)。代之，伪随机码应用于信道化、频域中能量平滑、以及抗干扰。

该脉冲无线电接收机是具有一互相关器前端的一个零拍(homodyme)接收机。该前端在单级内相干地将单周脉冲的一个脉冲序列转换成一个基带信号。(该基带信号是基本的脉冲无线电通信系统的基本信息通道，也称之为信息带宽。)脉冲无线电传送的数据率仅是用作时基的周期时标信号的小部分。每个数据比特时间位置调制周期时标信号的许多脉冲。这产生这样一个已调的、编码时标信号，它对每个单个数据比特包含一个等同脉冲的序列。该脉冲无线电接收机的互相关器对多个脉冲积分，以恢复所传送的信号。

如同对于电子学领域的所有方面，所希望的仍然是更小、功率更低且更为灵便的系统。然而，连续波(CW)无线电技术中普遍公认的原理不轻易地适用于时域系统，比如脉冲无线电。

下面所讨论的一些基本概念的描述可在许多参考文献中找到，包括Robert C.Dixon，Spread Spectrum Systems(John Wiley & Sons，Inc.，New York，1984，2nd ed.)，和Don J.Torrieri，Principles of MiltaryCommunication Systems(Artech House，Inc.，DedhamMassachusetts，1982，3rd ed.)。

根据本发明的脉冲无线电通信系统使用一个或多个副载波，以从一个脉冲无线电发射机向一个脉冲无线电接收机传达信息。描述脉冲无线电通信系统的三个实施方式，包括：单信道系统，两信道系统和三信道系统。射频脉冲无线电通信系统的典型应用包括蜂窝电话、无线电话、无线PBXs/局域网，等等。该脉冲无线电通信系统是一个超宽带时域系统。时域中的操作符合下面第II节所讨论的一般的脉冲无线电理论。副载波的使用为脉冲无线电传送提供附加的信道化、平滑和保真度。不同频率或波形的副载波可被用于(同时地)附加脉冲无线电信号的信道化。于是，一个脉冲无线电连接可以通过对每个信道使用不同的副载波同时传达许多独立的信道。

有三个脉冲无线电发射机的实例。第一个和第二个发射机实施方式包含这样一个副载波发生器与使用一个或多个信息信号去调制一个周期时标信号的调制器。

根据第一个实施方式，脉冲无线电信号的编码是通过在周期时标信号被已调副载波信号时间调制之前被编码来完成的。

根据第二个实施方式，脉冲无线电信号的编码是通过在已调副载波信号被用于时间调制周期时标信号之前对已调副载波编码来完成的。  第三个发射机实施方式包括一个副载波发生器与调制器，该调制器使用一个或多个信息信号与一个数字数据信号的直接数字调制组合去调制一个周期时标信号。在这个实施方式中，已调副载波信号被用于时间调制该直接数字调制的信号。