脉冲生成方法和脉冲无线电发射器与流程

脉冲生成方法和脉冲无线电发射器
1.本发明涉及脉冲信号生成方案和脉冲无线电发射器，尤其是脉冲无线电超宽带(ir-uwb)发射器。
2.通常，传统的ir-uwb发射器用无载波或上变频方法执行脉冲调制。无载波发射器使用边沿合并功能，其利用了纳米级cmos中的快速开关数字逻辑，因此是高能效的且不需要专用的本地振荡器(lo)。其载波频率严重依赖于延迟生成，需要额外校准以确保载波稳定性。在无载波发射器中同时执行m-ppm和m-psk也具有挑战性，因为相位和时间两者都需要通过延迟边沿进行调制。
3.经典的基于iq的上变频方法可以执行高阶调制，但是由于上变频链(例如，i/q混频器)导致其高功耗是实现高能效的限制因素。基于极坐标的上变频发射器实现了低功耗，因为脉冲整形是通过延迟单元和数控pa(dpa)异步执行的。但是，它仅限于支持bpsk。
4.例如，文献us 2009/0091400 a1提出了一种用于为uwb信号生成动态变化的跳时序列的方法和装置。
5.因此，本发明的目的是提供能够解决上述限制的方法和ir-uwb发射器。
6.该目的通过方法的第一独立权利要求和第三独立权利要求的特征以及发射器的第二独立权利要求和第四独立权利要求的特征来实现。从属权利要求包含进一步的发展。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种为脉冲无线电传输信号生成脉冲的方法。该方法包括根据时间信息数据或位和幅度信息数据或位分别沿着第一调制路径和第二调制路径分发输入数字数据或位流的步骤。该方法还包括基于时间信息数据沿着第一调制路径执行脉冲位置调制以定义脉冲的定时位置的步骤。
8.该方法还包括基于幅度信息数据沿着第二调制路径执行脉冲幅度调制以定义脉冲的包络的步骤。有利的是，提供了一种混合脉冲调制技术来组合m-ppm和m-pam，这显著提高了给定调制阶数或每符号位数的可用数据率。
9.有利地，该方法还包括以下步骤：根据至少一个附加相位信息数据或位沿着至少第三调制路径分发输入数字数据，以及基于相位信息数据沿着第三调制路径执行相移键控调制以定义脉冲的载波信号的相位。因此，提供了一种替代的混合脉冲调制技术来组合m-ppm、m-pam和m-psk，从而显著提高给定调制阶数或每符号位数的可用数据率。
10.优选地，脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制中的至少一种具有高于二进制的调制阶数，即每符号至少2位或至少4的调制阶数。或者，脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制中的每一种都具有高于二进制的调制阶数，即每符号至少2位或至少4的调制阶数。有利的是，结合了更高阶的调制，尤其是更高阶的ppm、pam和psk调制。
11.优选地，该方法还包括在一个脉冲符号周期内联合执行脉冲位置调制和脉冲幅度调制的步骤。有利的是，所生成的脉冲可以以其时间位置或其包络(幅度)或两者来传递信息。
12.或者，该方法包括在一个脉冲符号周期内联合执行脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制的步骤。有利的是，所生成的脉冲可以以其时间位置、其包络(幅度)、其相位(载波)或其组合来传送信息。
13.优选地，该方法还包括在一个脉冲符号周期内同时执行脉冲位置调制和脉冲幅度调制的步骤。有利的是，所生成的脉冲可以以其时间位置或其包络(幅度)或两者来传递信息。
14.或者，该方法包括在一个脉冲符号周期内联合执行脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制的步骤。有利的是，所生成的脉冲可以以其时间位置、其包络(幅度)、其相位(载波)或其组合来传送信息。
15.还应当理解，脉冲位置调制、脉冲幅度调制以及可选的相移键控调制可以在一个脉冲符号周期内同时一起执行。
16.优选地，该方法还包括在与系统时钟同步之后沿着第一调制路径和第二调制路径分发输入数字数据的步骤。或者，该方法包括在与系统时钟同步之后，沿着第一调制路径、第二调制路径和第三调制路径分发输入数字数据的步骤。有利的是，不同的信息数据或位在时间上对齐，以便在给定的符号周期内执行相应的调制。
17.优选地，该方法还包括以下步骤：从系统时钟生成单位脉冲以触发脉冲符号的开始，基于时间信息数据调制单位脉冲的延迟，以及基于相位信息数据在脉冲符号的开始处设置载波信号的相位。有利的是，通过在每个脉冲符号的开始处设置载波相位，避免了ppm和psk之间的互调制。
18.优选地，该方法还包括基于时间信息数据定义单位脉冲的占空比的步骤。有利地，通过基于ppm数据设置占空比，并且进一步通过基于所述ppm数据调制单位脉冲的延迟，可以实现ppm的精确顺序。
19.在这点上，该方法可以包括生成具有比系统时钟的频率更高频率的载波信号的步骤。有利的是，载波生成方案，尤其是与调制单位脉冲延迟的容易性一起，允许以更精细的步骤控制脉冲位置。这导致ppm的高调制阶数(例如皮秒级的脉冲位置控制)。
20.优选地，所述脉冲是超宽带宽脉冲信号。因此，超宽带(uwb)技术有利于所提出的脉冲生成。
21.根据本发明的第二方面，提供了一种脉冲无线电超宽带发射器。该发射器包括数据分发器、第一调制路径和第二调制路径。在这点上，数据分发器被配置为根据时间信息数据和幅度信息数据来分别沿着第一调制路径和第二调制路径分发输入数字数据。
22.此外，第一调制路径包括脉冲位置调制器，其被配置为基于时间信息数据执行脉冲位置调制，以定义脉冲的定时位置。此外，第二调制路径包括脉冲幅度调制器，其被配置为基于幅度信息数据执行脉冲幅度调制，以定义脉冲的包络。
23.优选地，发射器包括至少第三调制路径。在这点上，数据分发器被配置为根据至少一个附加相位信息数据沿着第三调制路径分发输入数字数据。此外，第三调制路径包括相移键控调制器，其被配置为基于相位信息数据执行相移键控调制，以定义脉冲的载波信号的相位。
24.优选地，脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制中的至少一种具有高于二进制的调制阶数。或者，脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制中的每一种都具有高于二进制的调制阶数。
25.优选地，脉冲位置调制器和脉冲幅度调制器在一个脉冲符号周期内分别联合执行脉冲位置调制和脉冲幅度调制。或者，脉冲位置调制器、脉冲幅度调制器和相移键控调制器
在一个脉冲符号周期内分别联合执行脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制。
26.优选地，脉冲位置调制器和脉冲幅度调制器在一个脉冲符号周期内分别同时执行脉冲位置调制和脉冲幅度调制。或者，脉冲位置调制器、脉冲幅度调制器和相移键控调制器在一个脉冲符号周期内分别同时执行脉冲位置调制、脉冲幅度调制和相移键控调制。
27.优选地，发射器包括系统时钟，并且数据分发器被配置成在与系统时钟同步之后沿着第一调制路径和第二调制路径分发输入数字数据。或者，数据分发器被配置为在与系统时钟同步之后，沿着第一调制路径、第二调制路径和第三调制路径分发输入数字数据。
28.优选地，发射器包括振荡器，优选地为注入锁定环形振荡器，其被配置为生成载波信号，并且还基于相位信息数据生成相移键控调制器的相位。
29.优选地，振荡器被配置为生成频率高于系统时钟频率的载波信号。
30.优选地，发射器包括脉冲生成器，该脉冲生成器被配置为从系统时钟产生单位脉冲，以触发脉冲符号的开始。
31.优选地，发射器包括控制电路，该控制电路被配置为基于时间信息数据定义单位脉冲的占空比，基于时间信息数据调制单位脉冲的延迟，以及基于相位信息数据在脉冲符号的开始处设置载波信号的相位。
32.根据本发明的第三方面，提供了一种为脉冲无线电传输信号生成脉冲的方法。该方法包括根据相位信息数据或位和时间信息数据或位分别沿着第一调制路径和第二调制路径分发输入数字数据或位流的步骤。该方法还包括基于相位信息数据沿着第一调制路径执行相移键控调制以定义脉冲的载波信号的相位的步骤。
33.该方法还包括基于时间信息数据沿着第二调制路径执行脉冲位置调制以定义脉冲的定时位置的步骤。有利的是，提供了一种混合脉冲调制技术来组合m-psk和m-ppm，这显著提高了给定的调制阶数或每符号位数的可用的数据率。
34.有利的是，该方法还包括以下步骤：根据至少一个附加幅度信息数据或位沿着至少第三调制路径分发输入数字数据，以及基于幅度信息数据沿着第三调制路径执行脉冲幅度调制以定义脉冲的包络。因此，提供了一种替代的混合脉冲调制技术来组合m-psk、m-ppm和m-pam，其显著提高了给定调制阶数或每符号位数的可用数据速率。
35.根据本发明的第四方面，提供了一种脉冲无线电超宽带发射器。该发射器包括数据分发器、第一调制路径和第二调制路径。在这点上，数据分发器被配置为根据相位信息数据和时间信息数据分别沿着第一调制路径和第二调制路径来分发输入数字数据。
36.此外，第一调制路径包括相移键控调制器，其被配置为基于相位信息数据执行相移键控调制，以定义脉冲的载波信号的相位。此外，第二调制路径包括相移键控调制器，其被配置为基于时间信息数据执行相移键控调制，以定义脉冲的定时位置。
37.优选地，发射器包括至少第三调制路径。在这点上，数据分发器被配置为根据至少一个附加幅度信息数据沿着第三调制路径分发输入数字数据。此外，第三调制路径包括脉冲幅度调制器，其被配置为基于幅度信息数据执行脉冲幅度调制，以定义脉冲的包络。
38.根据本发明的第五方面，提供成像探头，优选可植入的成像探头，用于体内和/或体外成像。成像探头包括根据本发明第二方面和/或第四方面的脉冲无线电超宽带发射器，以及可操作地耦合到脉冲无线电超宽带发射器的接口模块或单元。接口模块被配置为向脉冲无线电超宽带发射器提供待调制的输入数据，其中所述脉冲无线电超宽带发射器被配置
为与至少一个脉冲无线电超宽带接收器通信，尤其是通过无线遥测。在这点上，成像探头包括高信道数，优选大于100个信道。
39.应当注意，根据第二方面的发射器对应于根据第一方面的方法及其实现形式。因此，第二方面的发射器实现了与第一方面的方法及其相应实现形式相同的优点和效果。此外，根据第四方面的发射器对应于根据第三方面的方法及其实现形式。
40.本发明的示例性实施例现在参照仅仅作为示例而非限制的附图来进一步解释。在附图中：
41.图1示出了根据本发明的第一方面的方法的示例性实施例；
42.图2示出了根据本发明的第二方面的发射器的示例性实施例；
43.图3详细示出了发射器的功能块和示例性操作；
44.图4示出了用于脉冲位置调制的控制电路的示例性实施例；
45.图5示出了图3的发射器操作的示例性时序图；
46.图6显示了各种调制类型的解调要求；
47.图7示出了根据本发明的第三方面的方法的示例性实施例；
48.图8示出了根据本发明的第四方面的发射器的示例性实施例；以及
49.图9示出了根据本发明的第五方面的成像探头的示例性实施例和示例性无线遥测方案。
50.现在将详细参考本发明的各实施例，其示例在各附图中示出。然而，本发明的以下实施例可被各种修改并且本发明的范围不受以下实施例的限制。不同实施例中的类似实体的附图标记被部分地省略。
51.在图1中，示出了根据本发明的第一方面的方法100的示例性实施例。在第一步骤101中，根据时间信息数据和幅度信息数据，分别沿着第一调制路径和第二调制路径分发输入数字数据。在第二步骤102中，根据至少一个附加相位信息数据，沿着至少第三调制路径进一步分发输入数字数据。
52.在第三步骤103中，基于时间信息数据沿第一调制路径执行脉冲位置调制，以定义脉冲的定时位置。在第四步骤104中，基于幅度信息数据沿着第二调制路径执行脉冲幅度调制，以定义脉冲的包络。最后，在第五步骤105中，基于相位信息数据沿着第三调制路径执行相移键控调制，以定义脉冲的载波信号的相位。
53.要注意的是，方法100可以仅执行步骤101、103和104来，尤其是在一个脉冲符号周期内，同时和/或联合执行ppm和pam。或者，方法100可以执行步骤101-105，以，尤其是在一个脉冲符号周期内，同时和/或联合执行ppm、pam和psk调制。
54.在图2中，示出了根据本发明的第二方面的发射器200的示例性实施例。
55.发射器200包括用于输入输入数字数据或突发数据或输入位流201以及用于输入时钟信号214的装置(未示出)，其中后者优选地被发射器200用作系统时钟。发射器200还包括数据分发器(dd)202，其被配置为根据时间信息数据203、幅度信息数据205和相位信息数据207分别沿着第一调制路径、第二调制路径和第三调制路径分发输入数字数据201。
56.在这点上，第一调制路径可以被视为脉冲位置调制(ppm)路径，第二调制路径可以被视为脉冲幅度调制(pam)路径，而第三调制路径可以被视为相移键控(psk)调制路径。
57.此外，输入数字数据201的分发可以通过从输入数字数据201中选择定义的位数来
执行，或者从最高有效位(msb)开始，或者从最低有效位(lsb)开始，对应于针对ppm、pam和psk调制所定义的调制阶数或所定义的每符号位数。
58.例如，dd 202可以包括串行到并行数据转换器和同步电路。在这点上，dd202可以，特别是通过执行串行到并行数据转换，并且进一步通过将并行数据与系统时钟214在时间上同步，来分发输入数字数据201。这样，在与系统时钟214时间同步之后，输入数字数据201沿着ppm、pam和psk调制路径分发。
59.因此，并且为了生成将由发射器200发射的发射脉冲，ppm路径包括脉冲位置调制器(ppm)204，其基于时间信息数据203执行脉冲位置调制，以定义脉冲的定时位置。此外，pam路径包括脉冲幅度调制器(pam)206，其基于幅度信息数据205执行脉冲幅度调制，以定义脉冲的包络。
60.此外，psk调制路径包括相移键控调制器(psk)208，其基于相位信息数据207执行相移键控调制，以定义脉冲的载波信号的相位。此外，发射器200包括生成载波信号216的注入锁定环形振荡器(ilro)215，其中所述注入机制基于系统时钟214。
61.发射器200还包括脉冲生成器(pg)217，它生成单位脉冲218，特别是来自系统时钟214的占空比脉冲，并利用所述单位脉冲218作为设置每个脉冲符号开始处的载波相位的触发器。这有效地消除了ppm和psk之间的互调制，这将在后面详细讨论。
62.发射器还包括脉冲整形和放大单元(psa)212，其对生成的脉冲213进行脉冲整形和幅度控制。psa 212可以包括脉冲整形单元和数控功率放大器。脉冲整形单元可以用延迟单元来实现，以形成有限脉冲响应(fir)滤波器，从而借助于数控功率放大器对每个fir抽头的幅度控制来合成脉冲形状，例如三角形脉冲。
63.在这点上，数控功率放大器可以用多个开关电容放大器来实现，每个开关电容放大器形成在脉冲整形单元的相应fir抽头上操作的单位单元。可以实现的单位单元的数量优选地基于pam 206的调制阶数。
64.优选地，ppm 204根据时间信息数据203调制单位脉冲218的延迟，并且其输出209被馈送到psa 212，尤其是馈送到脉冲整形单元，以合成脉冲的形状。pam 206基于幅度信息数据205提取pam的幅度信息，并且其输出210被馈送到psa 212，尤其是馈送到相应单位单元的每个放大器，以执行脉冲包络的幅度控制。
65.此外，psk 208基于相位信息数据207生成脉冲载波的相位，并且其输出211被馈送到psa 212，尤其是馈送到相应单位单元的每个放大器，以定义脉冲载波的相位。在这点上，psk 208可以包括相位复用器，该相位复用器利用由ilro 215生成的载波216，并且相应地基于相位信息数据207执行相位选择。
66.这样，第一调制路径或ppm路径可以包括ppm 204，并且可选地包括pg 217和psa 212。第二调制路径或pam路径可以包括pam 206和可选的psa 212。第三调制路径或psk路径可以包括psk 208和可选的psa 212。
67.发射器还可以包括输出装置，以发射所生成的脉冲213。所述输出装置可以包括天线端口和匹配的网络和/或平衡-不平衡变换器，以及可选的天线，例如rf天线。输出装置可以包括驱动电路和至少一个发光二极管，其中驱动电路通过生成的脉冲213驱动发光二极管，以光(例如ir或uv)的形式发送数据。
68.在图3中，示出了发射器300的实施例，其中详细示出了示例性操作。发射器300被
图示为片上数字极化ir-uwb发射器。发射器300包括低压差分信号接收器(lvds-rx)301，其输入数字输入数据data in和时钟信号clk。数字输入数据data in被描述为7位238mbps数据，即对于要生成的每个脉冲符号有7位信息的猝发。系统时钟sys_clk被描述为476mhz时钟信号。
69.串行到并行转换器302将7位输入数据转换成分别对应于脉冲幅度调制、相移键控调制和脉冲位置调制的2位、3位和2位的并行数据。换句话说，pam、psk和ppm相应的调制阶数分别定义为4(即4pam)、8(即8psk)和4(即4ppm)。因此，同步电路303使用系统时钟(sys_clk)来对并行数据位进行时间同步。
70.系统时钟sys_clk被进一步馈送到ilro 215，特别是用以从时钟信号sys_clk中为对应于8psk调制的振荡器的8个相位生成注入脉冲。ilro 215优选地用锁频环(fll)来实现，该锁频环被实现在外部或者在发射器芯片，其锁定由系统时钟sys_clk提供的参考频率。
71.因此，期望的频率fd被从振荡器提供给fll，并且来自fll的控制字被馈送给振荡器以实现稳定的dco频率。相位复用器或相位选择器307然后能够通过从ilro 215中选择8个相位之一来执行8psk。
72.此外，脉冲生成器(pg)217从系统时钟sys_clk生成238mhz的25％占空比的单位脉冲unit_pul。例如在ppm 204内提供了控制电路306，其根据ppm的调制阶数(即，4ppm)来调制单位脉冲unit_pul的延迟，并且其输出ppm_out被馈送到脉冲整形器304，以在数控功率放大器(dpa)305的帮助下合成三角形脉冲。dpa 305还使用pam数据(即4pam)来执行幅度控制，并使用相位复用器307的输出ph_out来选择脉冲载波的相位。
73.发射器300还配备有匹配网络或平衡-不平衡变换器308，这里图示为集总电路，后面是天线309，以便发射所生成的脉冲。优选地，天线309不包括在发射器芯片内。可选地，天线309用微机电系统(mems)技术实现，即rf-mems天线，并且与发射器芯片结合。
74.在图4中，示出了用于脉冲位置调制的控制电路306的示例性实施例。控制电路306包括分频器，该分频器划分载波，即ilro 215的输出dco_out，以通过包括多个延迟元件的延迟电路402来调制单位脉冲unit_pul的延迟。延迟元件的数量，即脉冲在时间上的位置数量，由pmm的调制阶数来定义。来自每个延迟抽头和的输出被馈送到多路复用器403，基于ppm数据从多路复用器403中选择相应的时间位置。在图4的底部，示出了dco_out、unit_pul和ppm_out之间的时序关系。这里，ppm数据被选为十进制1。
75.要注意的是，dco_out处的载波信号，尤其是在频率方面，比sys_clk高得多。这连同向延迟电路402添加延迟元件的容易性(例如，通过dco_out的分频因子)，允许以更精细的步长来控制脉冲位置，从而允许高调制阶数ppm。此外，具有延迟链的实现也易于缩放。在这点上，dco频率可以以6到9ghz为目标，即uwb的高频带。为了便于mpsk的多个延迟级，可以采用负时滞(negative skewing)技术来减少每一级的延迟。
76.在图5中，示出了发射器300的示例性操作的时序图。第一输入数据位流0100001被示例性地呈现为第一脉冲周期的猝发数据。从msb到lsb，两位(01)被定义为pam数据，三位(000)被定义为psk数据，并且两位(01)被定义为ppm数据。位数的选择是基于相应的调制阶数来确定的。然而，可以任意确定相应的分配方向，例如从lsb到msb和/或以不同的分配作为ppm、pam和psk数据。
77.单位脉冲unit_pul触发第一脉冲周期的开始。如沿着图4所描述的，unit_pul根据ppm数据(如这里所示的十进制1)被延迟以生成ppm_out，该ppm_out被馈送到脉冲整形器304以合成三角形脉冲。使用pam数据(十进制1，如此处所示)控制脉冲的包络，即幅度控制。另一方面，相位多路复用器307根据psk数据在第一脉冲周期的开始处设置载波相位(此处示为0度)。
78.第二输入数据位流1110011被示例性地呈现为第二脉冲周期的猝发数据。从msb到lsb，两位(11)被定义为pam数据，三位(100)被定义为psk数据，两位(11)被定义为ppm数据。位数的选择是基于相应的调制阶数来确定的。然而，可以任意确定相应的分发方向，例如从lsb到msb和/或以不同的分发作为ppm、pam和psk数据。
79.单位脉冲unit_pul触发第二脉冲周期的开始。如沿着图4所描述的，unit_pul根据ppm数据(如这里所示的十进制3)被延迟以生成ppm_out，该ppm_out被馈送到脉冲整形器304以合成三角形脉冲。使用pam数据(十进制3，如此处所示)控制脉冲的包络，即幅度控制。另一方面，相位多路复用器307根据psk数据在第二脉冲周期的开始处设置载波相位(此处示为180度)。
80.因此，生成的脉冲输出在其包络(幅度)、其载波相位和其时间位置中传递信息。因此，所提出的调制方案描述了一种混合脉冲调制方案，该方案采用基于灵活数字极化的ir-uwb发射器来在一个脉冲符号周期内组合4pam、8psk和4ppm。脉冲的脉冲宽度(t
pulse
)由脉冲整形器设置为大约2ns，而符号周期(t
symbol
)由两个周期的系统时钟sys_clk设置为4.2ns。
81.这确保了足够的时间范围(t
ppm
)来执行4ppm，并避免了来自符号间干扰或多径的潜在影响。600ps的ppm时间步长(t
ppm
_
step
)是根据目标eb/n0要求，这将在后面描述，和ppm控制复杂性来选择的。延迟步长(t
dco
)是dco_out的四分之一周期，并且只要振荡器dco被sys_clk注入锁定，就不需要额外的延迟校准。
82.在图6中，示出了针对本调制方案的不同传统调制类型的解调要求。横轴表示调制阶数(位/符号)，而纵轴表示eb/n0要求，单位为分贝(db)。带圆点的线表示传统的ppm，带菱形点的线表示传统的pam，带方形点的线表示传统的psk，而带三角形点的线表示提出的混合调制。
83.可以看出，每符号7位的传统ppm具有大约40db的eb/n0要求。所提出的调制技术使用在一个符号周期内组合4pam、8psk和4ppm的混合调制方案来取代通过减少m-ppm的时间步长来增加调制阶数。这实现了每符号7位的高数据率，同时与传统m-ppm相比，eb/n0要求显著降低了约20db。
84.在图7中，示出了根据本发明第三方面的方法700的示例性实施例。在第一步骤701中，根据相位信息数据和时间信息数据，分别沿着第一调制路径和第二调制路径分发输入数字数据。在第二步骤702中，根据至少一个附加幅度信息数据，沿着至少第三调制路径进一步分发输入数字数据。
85.在第三步骤703中，基于相位信息数据沿着第一调制路径执行相移键控调制，以定义脉冲的载波信号的相位。在第四步骤704中，基于时间信息数据沿第二调制路径执行脉冲位置调制，以定义脉冲的定时位置。最后，在第五步骤705中，基于幅度信息数据沿着第三调制路径执行脉冲幅度调制，以定义脉冲的包络。
86.要注意的是，方法700可以仅执行步骤701、703和704来，尤其是在一个脉冲符号周
期内，同时和/或联合执行psk和ppm。或者，方法700可以执行步骤701-705以，尤其是在一个脉冲符号周期内，同时和/或联合执行psk、ppm和pam调制，。
87.在图8中，示出了根据本发明第四方面的发射器800的示例性实施例。
88.发射器800包括用于输入输入数字数据或猝发数据或输入位流201以及用于输入时钟信号214的装置(未示出)，其中后者优选地被发射器800用作系统时钟。发射器800还包括数据分发器(dd)802，其被配置为根据相位信息数据803、时间信息数据805和幅度信息数据807分别沿着第一调制路径、第二调制路径和第三调制路径分发输入数字数据201。
89.在这点上，第一调制路径可以被视为相移键控(psk)调制路径，第二调制路径可以被视为脉冲位置调制(ppm)路径，而第三调制路径可以被视为脉冲幅度调制(pam)路径。
90.此外，输入数字数据201的分发可以通过从输入数字数据201中选择限定数量的位来执行，或者从最高有效位(msb)开始或者从最低有效位(lsb)开始，对应于psk、ppm和pam调制的限定的调制阶数或者限定的每个符号的位数。
91.例如，dd 802可以包括串到并数据转换器和同步电路。在这点上，dd 802可以分发输入数字数据201，特别是通过执行串到并数据转换，并且进一步通过将并行数据与系统时钟214在时间上同步。这样，在与系统时钟214时间同步之后，输入数字数据201沿着psk、ppm和pam调制路径分发。
92.因此，并且为了生成将由发射器800发射的发射脉冲，psk调制路径包括相移键控调制器(psk)804，其基于相位信息数据803执行相移键控调制，以定义脉冲的载波信号的相位。此外，ppm路径包括脉冲位置调制器(ppm)806，其基于时间信息数据805执行脉冲位置调制，以定义脉冲的定时位置。
93.此外，pam路径包括脉冲幅度调制器(pam)808，其基于幅度信息数据807执行脉冲幅度调制，以定义脉冲的包络。此外，发射器800包括生成载波信号216的注入锁定环形振荡器(ilro)215，其中注入机制基于系统时钟214。
94.发射器800还包括脉冲生成器(pg)217，它生成单位脉冲218，特别是来自系统时钟214的占空比脉冲，并利用所述单位脉冲218作为设置每个脉冲符号的开始处的载波相位的触发器。如沿图4所示，这有效地消除了ppm和psk之间的互调制。
95.发射器还包括脉冲整形和放大单元(psa)212，其对生成的脉冲213进行脉冲整形和幅度控制。psa 212可以对应于图2的psa及其在此描述的其操作。
96.优选地，psk 804基于相位信息数据803生成脉冲载波的相位，并且其输出809被馈送到psa 212，尤其是馈送到相应单位单元的每个放大器，以定义脉冲载波的相位。在这点上，psk 804可以包括相位复用器，该相位复用器利用由ilro 215生成的载波216，并且相应地基于相位信息数据803执行相位选择。
97.此外，ppm 806根据时间信息数据805调制单位脉冲218的延迟，并且其输出810被馈送到psa 212，尤其是馈送到脉冲整形单元，以合成脉冲的形状。此外，pam 808基于幅度信息数据807提取pam的幅度信息，并且其输出811被馈送到psa 212，尤其是馈送到相应单位单元的每个放大器，以执行脉冲包络的幅度控制。
98.这样，psk路径可以包括psk 804和可选的psa 212。ppm路径可以包括ppm 806，并且可选地包括pg 217和psa 212。pam路径可以包括pam 808和可选的psa 212。
99.发射器800还可以包括输出装置，以发射所生成的脉冲213。所述输出装置可以包
括天线端口和匹配网络和/或平衡-不平衡变换器，以及可选的天线，例如rf天线。输出装置可以包括驱动电路和至少一个发光二极管，其中所述驱动电路通过所生成的脉冲213驱动发光二极管，以光(例如ir或uv)的形式发送数据。
100.应当注意，发射器800的dd、ilro、pg和psa分别对应于发射器200和300的dd、ilro、pg和psa。这样，如图2和图3所描述的dd、ilro、pg和psa的结构和操作细节类似地分别适用于发射器800的dd、ilro、pg和psa。
101.在图9中，示出了根据本发明的第五方面的成像探头900的示例性实施例。图9还示出了在成像探头900和脉冲无线电超宽带接收器(rx)904之间的示例性无线遥测方案。
102.成像探头900包括接口模块(im)901或单元以及脉冲无线电超宽带发射器(tx)902，其中im 901可操作地耦合到tx 902。tx 902对应于发射器200、300和800，并且可以包括针对它们描述的天线，例如天线309(mems天线)。然而，如果tx 902不包括天线，则成像探头可以另外包括天线903，优选地为mems天线，以便与rx 904通信，尤其是经由rx 904的天线905。天线903和天线905之间的通信是一种无线通信形式，例如rf、ir、uv等。
103.im 901可以向tx 902提供输入数据201，其中tx 903可以执行如沿着发射器200、300和800所讨论的后续调制，并且可以与rx 904通信，尤其是经由无线遥测，以便发送所生成的脉冲213。
104.因此，所提出的发明的一个实际方面是实现用于高信道计数神经感测的高速经皮(transcutaneous)无线发射器。随着感测信道的数量每6年增加一倍，皮质内细胞外神经传感正在迅速和广泛地应用于一些临床研究和脑-机交互(bcis)。通过在大脑中体内分布多个高密度细胞外微电极阵列(meas)，每个阵列都有100个感测信道，神经科学家已经开始绘制具有单个神经元的精度的跨不同大脑区域的神经元活动的相关性。
105.`由于每个神经感测信道的采样速率通常为20-50ksps，其adc》10b，因此多个mea需要高达gbps的数据传输速率。然而，由于缺乏可以植入头皮下(即经皮)的高数据速率和微型无线遥测解决方案，这些bci在许多临床应用中受到严重阻碍。由于解剖学和神经外科植入的限制，无线遥测模块的面积应该小型化到大约～3cm2。
106.此外，高达10cm的传输范围是非常期望的，以便提高无线链路防范，例如天线未对准等，的可靠性。最后，无线遥测的功耗应限制在约～10mw，以最大限度地减少来自模块表面区域的热通量，避免过度加热组织。
107.最后，大多数传统的经皮无线电遥感技术采用电感耦合，但所述数据率受限为几个mbps。现今的ir-uwb发射器通过采用数字化多脉冲位置调制(d-mppm),其具有～60ps的精细时间步长，实现了1.125gbps的数据率。然而，基于欧几里德距离，需要高eb/n0来区分两个相邻的ppm位置。这在目标植入场景中是不可行的，在所述目标植入场景中，uwb频率处的微型天线和组织会引入高达60db的路径损耗。
108.此外，d-mppm所需的数字到时间转换器的非线性和对pvt变化的敏感性引入了位误差，需要复杂的校准。或者，可以用更短的脉冲实现更高的数据速率，但由于q因子和面积的权衡，这需要更大的天线。
109.所提出的发射器可以用作经皮ir-uwb发射器，其具有创纪录的高数据速率，同时实现了高达10倍的更长传输范围，并且在体积和散热的限制下性能优良。具体而言，所提出的包括m-ppm、m-psk和m-pam，以及用于免校准m-ppm的低功耗免校准延迟生成器的混合多
级脉冲调制导致了在能够传输高达10cm的距离的同时也实现更高的数据速率的协同效应。
110.重要的是要注意，单词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个元件或其他单元可完成权利要求中所记载的若干实体或项目的功能。此外，关于任何方面的描述也与本发明的其他方面相关。
111.尽管本发明已经针对一个或多个实施方式进行了说明和描述，但本领域的其他技术人员在阅读和理解本说明书和附图后将想到等效的改变和修改。另外，虽然本发明的特定特征可能仅相对于几种实现中的一种被公开，但是这种特征可以与其他实现的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能是需要的和有利的。