用于脉冲位置调制的以限幅器为基础的低功率解调器的制作方法

专利名称：用于脉冲位置调制的以限幅器为基础的低功率解调器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及通信系统，且更明确地说，涉及用于以限幅器为基础的解调的 概念和技术。
背景技术：
对等网络通常用于经由特定连接来连接无线装置。这些网络不同于传统的客户 机_服务器模型，在传统的客户机_服务器模型中，通信通常是与中央服务器的通信。对等 网络仅具有彼此直接通信的同级装置。此些网络用于许多目的。对等网络可(例如)用作用 于短程或室内应用的消费型电线替代系统。这些网络有时被称作无线个人局域网(WPAN)， 且可用于在短距离内在无线装置之间高效地传送视频、音频、语音、文字和其它媒体。WPAN可为家庭或小办公室中的装置提供连接性，或可用来为人所携带的装置提供 连接性。在典型情形中，WPAN可为在大约数10米的范围内的装置提供连接性。在一些应 用中，例如手机等便携式装置可使用(例如)脉冲式超宽带(UWB)通信与头戴式耳机通信。 消耗相对较小量的电力的装置通常是这些和其它类型的应用中所要的。此些装置中的低功 耗允许(例如)较小的电池尺寸和/或延长的电池寿命。为此，举例来说，用脉冲位置调制(PPM)来实施脉冲式UWB技术的物理层设计方法 已被用于低功率和低复杂性系统设计。然而，实施此些架构所需的RF设计面临重大挑战， 例如源于以模拟能量检测器为基础的PPM解调器的挑战。因此，需要简单得多的低功耗设 计方法。

发明内容
在本发明的一个方面中，一种用于无线通信的设备包括限幅器，其经配置以产生 携载信息的信号的样本；以及解调器，其具有经配置以对所述样本进行积分的数字积分器， 所述解调器进一步经配置以从所述经积分的样本恢复表示由所述信号携载的所述信息的 数据。在本发明的另一方面中，一种无线通信方法包括产生携载信息的信号的样本； 对所述样本进行积分；以及从所述经积分的样本恢复表示由所述信号携载的所述信息的数 据。在本发明的又一方面中，一种用于无线通信的设备包括用于产生携载信息的信 号的样本的装置；以及用于以数字方式对所述样本进行积分的装置；以及用于从所述经积 分的样本恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据的装置。在本发明的再一方面中，一种用于无线通信的计算机程序产品包括计算机可读媒 体，所述计算机可读媒体包含代码，所述代码可(例如)由至少一个处理器执行以对携载信 息的信号的样本进行积分，且从所述经积分的样本恢复表示由所述信号携载的所述信息的 数据。在本发明的又再一方面中，一种节点包括模拟前端，其经配置以接收携载信息的信号；限幅器，其经配置以产生所述信号的样本；以及解调器，具有经配置以对所述样本进 行积分的数字积分器，所述解调器进一步经配置以从所述经积分的样本恢复表示由所述信 号携载的所述信息的数据。应理解，所属领域的技术人员从以下详细描述内容将容易明白本发明的其它方 面，在以下详细描述内容中仅作为说明而展示并描述本发明的各种方面。如将认识到，本发 明能够具有其它和不同的方面，且其若干细节能够具有各种其它方面的修改，所有这些都 不脱离本发明的范围。因此，将认为图式和具体描述内容本质上是说明性的而不是限制性 的。


在附图中，作为实例(且并非作为限制)而说明本发明的各种方面，其中图1是说明无线通信系统的实例的概念图；图2A和图2B是说明包括以限幅器为基础的解调器的接收组件的实例的示意性框 图；图3是说明由1位限幅器执行的决策过程的实例的简化图。图4是说明接收器的功能性的实例的概念性框图。
具体实施例方式下文描述本发明的各种方面。将明显的是，本文中的教示可以各种各样的形式来 体现，且本文中所揭示的任何特定结构、功能或两者仅是代表性的。基于本文中的教示，所 属领域的技术人员应了解，本文中所揭示的方面可独立于任何其它方面来实施，且可以各 种方式来组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用任何数目的本文中所陈述 的方面来实施设备或实践方法。此外，可使用除了本文中所陈述的方面中的一者或一者以 上以外或不同于本文中所陈述的方面中的一者或一者以上的其它结构、功能性或结构与功 能性来实施此设备或实践此方法。一方面可包含一技术方案的一个或一个以上元素。现在将呈现接收器的若干方面。接收器可为(例如)移动电话、个人数字助理 (PDA)、膝上型计算机、调制解调器、相机、游戏控制台、数字音频播放器，或任何其它适宜的 视频、音频和/或数据装置等用户装置的一部分。或者，接收器可为提供对其它节点无线网 络(例如，WPAN)的接入权的接入点的一部分。在许多应用中，接收器可为发射并且接收的 装置的一部分。此装置因此将需要发射器，发射器可为单独的组件或与接收器集成为被称 为“收发器”的单个组件。如所属领域的技术人员将容易了解，贯穿本发明而描述的各种概 念可适用于任何适宜的接收器功能，不论接收器是独立装置、集成为收发器，还是无线通信 系统中的节点的一部分。在以下详细描述中，将以脉冲式UWB系统为背景描述接收器的各种方面。UWB是用 于经由极宽的带宽提供高速通信的技术。因为脉冲式UWB信号是在消耗极少功率的极短脉 冲中发射的，所以此技术很适合于WPAN应用。然而，如所属领域的技术人员将容易了解，贯 穿本发明而呈现的各种方面同样可适用于各种其它无线通信系统的接收器。因此，对脉冲 式UWB系统的任何参考仅意在说明各种方面，应理解，此些方面具有广泛应用。举例来说， 贯穿本发明而揭示的各种方面可应用于蓝牙、802. 11和其它无线技术的接收器。
现在将参看图1呈现无线通信系统的实例。展示无线通信系统100具有与各 种其它无线节点104通信的膝上型计算机102。在此实例中，计算机102可接收来自数 码相机104A的数字照片，将文档发送到打印机104B以用于打印，与智能创可贴(smart band-aid) 104C通信，与个人数字助理(PDA) 104D上的电子邮件同步，将音乐文件传送到数 字音频播放器(例如，MP3播放器)104E，将数据和文件备份到大容量存储装置104F，设置 表104G上的时间，且接收来自感测装置104H(例如医学装置，例如生物计量传感器、心率监 视器、计步器、EKG装置等)的数据。还展示头戴式耳机106 (例如，头戴耳机、耳机等)，其 接收来自数字音频播放器104E的音频。在无线通信系统100的一种配置中，计算机102提供到达广域网(WAN)(即，覆盖 地区性、全国性或甚至全球性区域的无线网络)的接入点。WAN的一个常见实例是因特网。 WAN的另一实例是支持CDMA2000(—种使用码分多址(CDMA)在移动订户之间发送语音、数 据和信令的电信标准)的蜂窝式网络。蜂窝式网络有时被称作无线广域网(WWAN)。WffAN 的另一实例是向移动订户提供宽带因特网接入(例如，演进数据优化(EV-DO)或超移动宽 带(UMB)，两者都是CDMA2000系列空中接口标准的一部分)的蜂窝式网络。替代地或另外， 计算机102可具有到达以太网调制解调器的UWB连接，或到达局域网(LAN)(即，通常在家 庭、办公楼、咖啡店、交通枢纽、旅馆等中覆盖数十到数百米的网络)的某一其它接口。现在将参看图2A和图2B呈现适合用于上文所描述的无线通信系统以及其它系统 中的接收器的若干实例。参看图2A，信号源202产生包含经编码符号的信息，且用所述信息来调制载波信 号。可用卷积码、涡轮码(Turbo code)或任何其它适宜的编码方案来编码所述信息。接着 经由无线信道204将经调制的载波信号发射到接收器206。在接收器206处，通过前端的模拟电路来处理经调制的载波信号。模拟电路的 概念性实例展示于图2中，模拟电路包括天线208、带通滤波器(BPF) 210、低噪声放大器 (LNA) 212、方波形成器214、低通滤波器(LPF)216以及可变增益放大器(VGA) 217。在此实例 中，在天线208处接收经调制的载波信号，且将其提供给BPF 210以移除从无线信道204接 收到的带外噪声和干扰。将来自BPF 210的经滤波的信号提供给LNA 212,LNA 212提供具 有良好噪声性能的放大。接着将来自LNA 212的经放大的信号提供给方波形成器214。使 用方波形成器214从经放大的信号获得信号量值。方波形成器214可直接以RF (在降频转 换(未图示)之后)或以中频来实施。接着将来自方波形成器214的信号提供给LPF 216。 或者，LPF 216可为方波形成器214中固有的。LPF 216的响应可为固定的或被自适应地控 制。将来自LPF 216的经滤波的信号输出提供给VGA 217以用于进一步放大。通过限幅器218对来自VGA 217的信号输出进行取样。限幅器218在此实例中为 1位限幅器，但其可为N位限幅器，其中N是额外的系统设计参数。1位限幅器以取样频率 fs作出关于信号的1位决策。所述取样频率可为固定的或被自适应地控制以实现性能优 化。如图3中所示，1位限幅器基于在时间上以Ι/fs的间隔隔开的离散点处的信号的量值 来作出决策。如果决策点处的信号的量值高于阈值，那么将所述样本的位值设置为“1”。如 果量值不大于阈值，那么将所述样本的位值设置为“0”。LNA增益、VGA增益和/或限幅器阈值可自适应地修改，以在接收信息期间获得适 当的性能。
将来自限幅器218的经取样的输出提供给解调器220以恢复表示信号源202所发 射的信号所携载的信息的数据。很快将更详细地描述解调器220的功能性。将由解调器 220恢复的数据提供给解码器224，以将由经编码符号组成的数据转换成数字位流，以供数 据汇226进一步处理。数据汇226的特定实施方案将视特定应用而定。举例来说，数据汇 可为用于头戴式耳机的变换器、用于表的用户接口以及用于感测装置的传感器。解调器220的配置将视信号源202处所实施的调制方案而定。如所属领域的技术 人员将容易了解，信号源202所发射的信号可通过大量众所周知的调制方案中的任一者来 调制。尽管本文中所描述的各种概念可延伸到M元PPM或可使用非相干能量检测来完全或 部分地解调的任何格局，但适宜的调制方案的实例是二元PPM(BPPM)。BPPM是其中在每个 帧中发射一位信息的调制技术。举例来说，可将帧划分成两半，每一半具有多个时隙。在此 实例中，信号源202在所述位为“0”的情况下，在帧的第一半中的若干时隙中的一者中发射 脉冲，且在所述位为“1”的情况下，在帧的第二半中的若干时隙中的一者中发射脉冲。在一些配置中，可结合BPPM使用跳时(time hopping)技术。跳时是其中信号源 在每一帧中的不同时隙中进行发射的扩频技术。举例来说，信号源202可在每一帧中的不 同时隙中发射脉冲。通过伪随机排列序列或伪随机噪声(PN)码来改变或随机化其中信号 源202在每一帧中发射脉冲的特定时隙。信号源202与接收器206之间的同步可能是确定帧的开始点所必需的。可使用时 间跟踪算法来维持同步。在一些配置中，信号源202将同步脉冲发送到接收器206，以与之 维持同步。同步脉冲可用来操作接收器206中的定时电路(未图示)。转向解调器220，数字积分器221和减法器222可用于执行解调功能。数字积分 器221累加两个位置假设处来自限幅器218的样本。第一位置假设发生在帧中在所发射的 位为“0”时将预期有脉冲的时隙期间，且第二假设发生在同一帧中在所发射的位为“1”时 将预期有脉冲的时隙期间。时间跟踪算法(未图示)可用来基于跳时序列而确定第一和第 二假设发生在每一帧内的何处。用于每一假设的窗长度(即，累加周期)视特定应用而定。 替代地或另外，窗长度可为固定的或被自适应地控制。在解调器221的一种配置中，使用两个累加器221A和221B:—个累加器用于第 一位置假设，且另一累加器用于第二位置假设。减法器222用于根据两个假设位置处的累 加值之间的差(S2-S1)来计算软决策。解码器224使用所述软决策来解码最初由信号源 202发射的数据位。所使用的解码器224的类型将视信号源202处所使用的编码方案而定。 举例来说，如果在信号源202处分别用卷积码或涡轮码来编码信息，那么可能需要维特比 (Viterbi)或涡轮解码器。转向图2B，现在将呈现用于接收来自信号源202的未经编码的经调制载波信号的 接收器206的实例。除了在解调器220处作出硬决策之外，接收器206在此实例中的操作 基本上与此前结合图2A所描述的接收器相同。在解调器220的至少一种配置中，可使用比 较器223来确定最初由信号源202发射的数据位。更具体地说，可将减法器的输出与“0” 进行比较。如果两个累加值之间的差(S2-S1)大于“0”，那么作出所发射的位为“1”的硬决 策。相反，如果两个累加值之间的差(S2-S1)小于“0”，那么作出所发射的位为“0”的硬决 策。解调器220可用以下装置来实施或执行通用处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置、控制器、状态 机、离散硬件组件或其任一组合，或其它可执行贯穿本发明而描述的各种功能的适宜实体。 解调器220还可包括用于存储软件的一个或一个以上机器可读媒体或由用于存储软件的 一个或一个以上机器可读媒体支持。软件将被广泛地解释为表示指令、数据或其任一组合， 不论其被称作软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其它。指令可包括代码(例如， 呈原代码格式、二进制代码格式、可执行代码格式，或任何其它适宜的代码格式)。机器可读媒体包括促进软件从一处到另一处的传送的任何媒体。举例来说，机器 可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性 存储装置，或可用来以指令或数据结构的形式携载或存储软件且可由处理系统存取的任何 其它媒体。另外，严格地说，任何连接件都被称作机器可读媒体。举例来说，如果使用同轴 电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电和微波等无线技术从网 站、服务器或其它远程来源传输软件，那么所述同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红 外线、无线电和微波等无线技术包括在媒体的定义中。上述各项的组合也应包括在机器可 读媒体的范围内。图4是说明接收器206的功能性的实例的概念性框图。在此实例中，接收器206 包括用于产生携载信息的信号的样本的装置402。此功能可由上文所描述的限幅器218或 由某一其它装置来执行。接收器206还包括用于以数字方式对所述样本进行积分的装 置404 ；以及用于从所述经积分的样本恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据的装置 406。这些功能可由上文所描述的解调器220或由某一其它装置来执行。提供前面的描述是为了使所属领域的技术人员能够实践本文中所描述的各种方 面。所属领域的技术人员将容易明白对这些方面的各种修改，且本文中所定义的一般原理 可适用于其它方面。因此，所附权利要求书无意限于本文中所展示的方面，而是应被赋予与 语言权利要求书一致的完整范围，其中除非明确地这样陈述，否则以单数形式对元件的参 考无意表示“有且只有一个”，而是表示“一个或一个以上”，且其中对两个元件(即，第一和 第二元件)中的“至少”一者的参考表示第一元件、第二元件，或第一和第二元件。所属领 域的技术人员已知或稍后将知道的贯穿本发明而描述的各种方面的元件的所有结构和功 能均等物以引用的方式明确地并入本文中，且既定由所附权利要求书涵盖。此外，不管在所 附权利要求书中是否明确陈述此揭示内容，本文中所揭示的任何内容都不是既定献给公众 的。除非使用词组“用于…的装置”来明确地陈述权利要求书元素，或在方法权利要求的情 况下使用词组“用于…的步骤”来陈述权利要求书元素，否则不应根据35U. S. C. § 112第六 段的条款来解释权利要求书元素。
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权利要求
一种设备，其包含限幅器，其经配置以产生携载信息的信号的样本；以及解调器，其具有经配置以对所述样本进行积分的数字积分器，所述解调器进一步经配置以从所述经积分的样本中恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号是脉冲位置经调制信号。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述数字积分器经配置以基于所述脉冲位置经调 制信号而累加第一和第二位置假设处的所述样本。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述数字积分器包含第一累加器，其经配置以累 加所述第一位置假设处的所述样本；以及第二累加器，其经配置以累加所述第二位置假设 处的所述样本。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述解调器进一步包含减法器，所述减法器经配 置以计算所述第一位置假设处的所述经累加样本与所述第二位置假设处的所述经累加样 本之间的差。
6.根据权利要求5所述的设备，其中由所述信号携载的所述信息经编码，且其中由所 述解调器恢复的所述数据包括包含由所述减法器计算的所述差的软决策。
7.根据权利要求5所述的设备，其中由所述信号携载的所述信息未经编码，且其中由 所述解调器恢复的所述数据包括基于由所述减法器计算的所述差的硬决策。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述解调器进一步包含比较器，所述比较器经配 置以通过将由所述减法器计算的所述差值与阈值进行比较来产生所述硬决策。
9.根据权利要求3所述的设备，其中所述数字积分器进一步经配置以改变用于所述第 一和第二位置假设中的至少一个者的时间周期。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述限幅器经配置以改变用于对所述信号进行 取样的取样频率。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述限幅器包含1位限幅器。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述限幅器包含N位限幅器，N是大于一的整数。
13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含方波形成器，所述方波形成器经配置以 对所述信号执行方波形成操作，其中所述样本是从所述经方波形成的信号产生的。
14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含低通滤波器，所述低通滤波器经配置 以对所述经方波形成的信号进行滤波。
15.一种用于无线通信的方法，所述方法包含产生携载信息的信号的样本；对所述样本进行积分；以及从所述经积分的样本中恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述信号是脉冲位置经调制信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述样本的所述积分包含基于所述脉冲位置 经调制信号而累加第一位置假设处的所述样本和累加第二位置假设处的所述样本。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述数据的所述恢复包含计算所述第一位置假 设处的所述经累加样本与所述第二位置假设处的所述经累加样本之间的差。
19.根据权利要求18所述的方法，其中由所述信号携载的所述信息经编码，且其中所述数据的所述恢复包括作出包含所述经计算的差的软决策。
20.根据权利要求18所述的方法，其中由所述信号携载的所述信息未经编码，且其中 所述数据的所述恢复包括基于所述经计算的差而作出硬决策。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述硬决策的所述作出包含将所述经计算的差 与阈值进行比较。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述样本的所述积分进一步包含改变用于所 述第一和第二位置假设中的至少一个者的时间周期。
23.根据权利要求15所述的方法，其中所述样本的所述产生包含改变用于对所述信号 进行取样的取样频率。
24.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含对所述信号进行方波形成，其中从所 述经方波形成的信号产生所述样本。
25.根据权利要求24所述的设备，其进一步包含对所述经方波形成的信号进行低通滤波。
26.一种设备，其包含用于产生携载信息的信号的样本的装置； 用于以数字方式对所述样本进行积分的装置；以及用于从所述经积分的样本中恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据的装置。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述信号是脉冲位置经调制信号。
28.根据权利要求27所述的设备，其中所述用于以数字方式对所述样本进行积分的装 置包含用于累加第一和第二位置假设处的所述样本的装置。
29.根据权利要求28所述的设备，其中所述用于以数字方式对所述样本进行积分的装 置进一步包含用于累加所述第一位置假设处的所述样本的装置；以及用于累加所述第二 位置假设处的所述样本的装置。
30.根据权利要求28所述的设备，其中所述用于恢复所述数据的装置包含用于计算 所述第一位置假设处的所述经累加样本与所述第二位置假设处的所述经累加样本之间的 差的装置。
31.根据权利要求30所述的设备，其中由所述信号携载的所述信息经编码，且其中所 述用于所述恢复所述数据的装置进一步包含用于作出包含所述经计算的差的软决策的装置。
32.根据权利要求30所述的设备，其中由所述信号携载的所述信息未经编码，且其中 所述用于所述恢复所述数据的装置进一步包含用于基于所述经计算的差而作出硬决策的直ο
33.根据权利要求32所述的设备，其中所述用于作出硬决策的装置包含用于将所述 经计算的差与阈值进行比较的装置。
34.根据权利要求28的设备，其进一步包含用于改变用于所述第一和第二位置假设中 的至少一个者的时间周期的装置。
35.根据权利要求26所述的设备，其中所述用于产生所述样本的装置包含用于改变 用于对所述信号进行取样的取样频率的装置。
36.根据权利要求26所述的设备，其中所述用于产生样本的装置包含1位限幅器。
37.根据权利要求26所述的设备，其中所述用于产生样本的装置包含N位限幅器，N是 大于一的整数。
38.根据权利要求26所述的设备，其进一步包含用于对所述信号执行方波形成操作的 装置，其中所述样本是从所述经方波形成的信号产生的。
39.根据权利要求38所述的设备，其进一步包含用于对所述经方波形成的信号进行低 通滤波的装置。
40.一种用于无线通信的计算机程序产品，其包含计算机可读媒体，其包含代码，所述代码可执行以对携载信息的信号的样本进行积分， 且从所述经积分的样本中恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据。
41.一种头戴式耳机，其包含限幅器，其经配置以产生携载信息的信号的样本；解调器，其具有经配置以对所述样本进行积分的数字积分器，所述解调器进一步经配 置以从所述经积分的样本中恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据；以及变换器，其 经配置以基于所述数据而产生声音。
42.—种表，其包含限幅器，其经配置以产生携载信息的信号的样本；解调器，其具有经配置以对所述样本进行积分的数字积分器，所述解调器进一步经配 置以从所述经积分的样本恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据；以及用户接口，其经配置以基于所述数据而提供指示。
43.一种感测装置，其包含限幅器，其经配置以产生携载信息的信号的样本；解调器，其具有经配置以对所述样本进行积分的数字积分器，所述解调器进一步经配 置以从所述经积分的样本恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据；以及传感器，其配 置成适于基于来自所述解调器的所述数据而产生数据。
全文摘要
本发明揭示一种用于解调PPM信号的设备和方法。所述设备包括限幅器(218)，其经配置以产生携载信息的信号的样本；以及解调器(220)，其具有经配置以累加两个位置假设处的所述样本的数字积分器(221)，所述解调器进一步经配置以从所述经累加样本的差(222)中恢复表示由所述信号携载的所述信息的数据(224)。
文档编号H04B1/69GK101981881SQ200880128407
公开日2011年2月23日 申请日期2008年4月10日 优先权日2008年4月8日
发明者戴维·乔纳森·朱利安, 石峻, 苏皮萨·莱斯特韦辛, 重·U·李, 阿迈勒·埃克巴尔 申请人:高通股份有限公司