一種提高UWB帶寬的方法與流程

本發(fā)明涉及超寬帶（ultra?wide?band，uwb）無(wú)線通信技術(shù)，特別是涉及一種提高uwb帶寬的方法。

背景技術(shù)：

1、超寬帶（uwb）技術(shù)是一種無(wú)線載波通信技術(shù)，其不采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。uwb技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號(hào)功率譜密度低，對(duì)信道衰落不敏感，截獲能力低，定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線接入。uwb通信技術(shù)可應(yīng)用于手機(jī)、可穿戴設(shè)備、標(biāo)簽、定位器、數(shù)字鑰匙、智能家居、汽車以及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域等各種設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測(cè)距、定位和短距離無(wú)線連接市場(chǎng)等各種解決方案。

2、uwb技術(shù)需要應(yīng)用在一定的頻率和帶寬下工作，各國(guó)均有發(fā)射頻率、帶寬、以及發(fā)射雜散要求。以中國(guó)的超寬帶（uwb）無(wú)線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求為例，工作頻率范圍7163-8812mhz，發(fā)射信號(hào)帶寬要求不少于500mhz。各國(guó)對(duì)uwb發(fā)射的10db帶寬要求為至少500mhz，等效全向輻射功率譜密度限值不大于-41dbm/mhz，帶外發(fā)射功率限值：5.925-7.125ghz，限值為-70dbm/mhz；7.125-7.163ghz，限值為-51dbm/mhz；8.812-9ghz，限值為-51dbm/mhz；9-10.6ghz，限值為-65dbm/mhz。

3、現(xiàn)有技術(shù)一般是固定脈沖信號(hào)發(fā)射，通過(guò)控制數(shù)字功放對(duì)該脈沖成型加窗實(shí)現(xiàn)發(fā)射一定帶寬的信號(hào)?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)主要包括：

4、1.?在典型的uwb系統(tǒng)中，如圖1所示，通常采用數(shù)字化發(fā)射機(jī)架構(gòu)，這種架構(gòu)不包含獨(dú)立的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。信號(hào)的幅度成型是通過(guò)并聯(lián)多個(gè)數(shù)字功放實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)控制并聯(lián)功放的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)輸出幅度。為了濾除高頻諧波信號(hào)，系統(tǒng)使用由電感和電容構(gòu)成的濾波器。在這種設(shè)計(jì)中，數(shù)字功放的數(shù)量n限制了可調(diào)節(jié)的最高輸出幅度。

5、2.?為了降低uwb集成電路芯片的功耗，設(shè)計(jì)者會(huì)在確保滿足輸出雜散要求的前提下，盡可能降低采樣率。在當(dāng)前的uwb系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)至少500mhz的帶寬，業(yè)界普遍采用2gsps的采樣率。然而，更高的采樣率會(huì)導(dǎo)致芯片功耗增加。

6、3.?現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)時(shí)域成型脈沖信號(hào)，這在效果上等同于增加了一個(gè)有限沖激響應(yīng)（fir）濾波器。該濾波器的響應(yīng)受到采樣率、濾波器長(zhǎng)度和定點(diǎn)化精度的影響。在采樣率和精度受限的情況下，輸出信號(hào)的頻率響應(yīng)（包括帶寬和阻帶抑制度）之間存在權(quán)衡。特別是在頻域響應(yīng)帶寬增加時(shí)，如果采樣率和定點(diǎn)精度保持不變，就不得不犧牲阻帶的抑制度。

7、此外，現(xiàn)有技術(shù)在調(diào)整脈沖成型模塊的系數(shù)以改變頻率響應(yīng)時(shí)面臨挑戰(zhàn)。在數(shù)字功放數(shù)量和采樣率有限的情況下，很難同時(shí)滿足頻譜寬度和帶外雜散抑制的要求。要么在達(dá)到頻譜寬度要求時(shí)無(wú)法滿足帶外雜散抑制的要求，要么在滿足帶外雜散抑制要求時(shí)無(wú)法達(dá)到頻譜寬度的要求。

8、同時(shí)，不同國(guó)家的uwb通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)時(shí)域信號(hào)模板有特定要求，如圖2所示。在嘗試擴(kuò)大帶寬和提高帶外雜散抑制的同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)域波形以滿足這些標(biāo)準(zhǔn)變得更加困難。

9、需要說(shuō)明的是，在上述背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于對(duì)本申請(qǐng)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服上述背景技術(shù)中存在的缺陷，提供一種提高uwb帶寬的方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種提高uwb帶寬的方法，包括以下步驟：

4、s1.根據(jù)所需的帶寬和時(shí)域波形要求，確定uwb信號(hào)的脈沖成型系數(shù)，以定義信號(hào)的基本形狀和頻率特性；

5、s2.基于uwb信號(hào)的功率和帶寬擴(kuò)展需求，設(shè)計(jì)注入信號(hào)的脈沖參數(shù)，用于與步驟s1配置的脈沖成型系數(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)信號(hào)帶寬的擴(kuò)展，并確保注入信號(hào)滿足功率和雜散要求；

6、s3.根據(jù)脈沖成型系數(shù)和注入信號(hào)的脈沖參數(shù)，計(jì)算原始uwb信號(hào)和注入信號(hào)合成后的總功率，確保其滿足預(yù)定的功率要求以及信號(hào)在頻譜上的分布要求；

7、s4.發(fā)射經(jīng)過(guò)合成的uwb信號(hào)，其結(jié)合了原始信號(hào)和注入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)帶寬的擴(kuò)展，其中注入信號(hào)是在原始uwb信號(hào)的空閑時(shí)段作為冗余信號(hào)被注入發(fā)射，從而注入信號(hào)參與脈沖成型以得到合成的uwb信號(hào)。

8、進(jìn)一步地，所述注入信號(hào)為雙邊帶的單音雜散信號(hào)，即基帶信號(hào)為1,0,1,0,1,0的脈沖的信號(hào)。

9、進(jìn)一步地，所述注入信號(hào)為類uwb的寬頻基帶信號(hào)，其峰值功率比原uwb信號(hào)的實(shí)際發(fā)射功率低。

10、進(jìn)一步地，所述注入信號(hào)為數(shù)字發(fā)射機(jī)架構(gòu)或非數(shù)字發(fā)射機(jī)架構(gòu)的信號(hào)。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s3中計(jì)算合成的uwb信號(hào)功率具體包括：

12、基于uwb信號(hào)的預(yù)定帶寬和功率密度，確定總功率；

13、根據(jù)總功率和注入信號(hào)的設(shè)計(jì)要求，計(jì)算注入信號(hào)的功率，以確保其功率分布滿足預(yù)定的功率控制標(biāo)準(zhǔn)；

14、根據(jù)uwb信號(hào)的幀格式和psdu的比特?cái)?shù)，確定注入信號(hào)的持續(xù)時(shí)間范圍，以保證其在uwb信號(hào)的空閑時(shí)段內(nèi)注入；

15、調(diào)整注入信號(hào)的長(zhǎng)度，以符合脈沖幅度系數(shù)的要求，通過(guò)實(shí)測(cè)調(diào)整，確保合成信號(hào)的功率和頻譜分布滿足設(shè)計(jì)要求。

16、進(jìn)一步地，注入信號(hào)的功率被控制在低于原始uwb信號(hào)的總功率ptotal的一個(gè)設(shè)定功率范圍內(nèi)均勻分布。

17、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序由處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的提高uwb帶寬的方法。

18、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序由處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的提高uwb帶寬的方法。

19、本發(fā)明具有如下有益效果：

20、本發(fā)明提供了一種提高uwb帶寬的方法，創(chuàng)新地在uwb信號(hào)的空閑時(shí)段注入設(shè)計(jì)的冗余發(fā)射信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)脈沖成型過(guò)程，對(duì)形成新的脈沖系數(shù)起到重要作用，有效擴(kuò)展了帶寬。本發(fā)明的方法不僅能夠滿足uwb系統(tǒng)對(duì)10db帶寬的指標(biāo)要求，而且通過(guò)降低對(duì)頻譜雜散的設(shè)計(jì)難度，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。本發(fā)明在uwb系統(tǒng)需要同時(shí)滿足帶寬，帶外抑制度和時(shí)域模版三個(gè)指標(biāo)的情況下，通過(guò)獨(dú)立調(diào)節(jié)帶寬，使得對(duì)時(shí)域信號(hào)模板的調(diào)節(jié)更加容易，能夠更好地滿足不同國(guó)家對(duì)uwb通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過(guò)本發(fā)明的方法，可以在保持信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更寬的帶寬，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，在室內(nèi)等密集多徑環(huán)境中提供更可靠的高速無(wú)線接入。本發(fā)明的方法使得系統(tǒng)在優(yōu)化時(shí)域波形和帶外雜散抑制更加靈活，具有很好的靈活性和有效性，為uwb技術(shù)在手機(jī)、可穿戴設(shè)備、智能家居、汽車以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

21、本發(fā)明實(shí)施例中的其他有益效果將在下文中進(jìn)一步述及。

技術(shù)特征：

1.一種提高uwb帶寬的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的提高uwb帶寬的方法，其特征在于，所述注入信號(hào)為雙邊帶的單音雜散信號(hào)，即基帶信號(hào)為1,0,1,0,1,0的脈沖的信號(hào)。

3.如權(quán)利要求1所述的提高uwb帶寬的方法，其特征在于，所述注入信號(hào)為類uwb的寬頻基帶信號(hào)，其峰值功率比原uwb信號(hào)的實(shí)際發(fā)射功率低。

4.如權(quán)利要求1所述的提高uwb帶寬的方法，其特征在于，所述注入信號(hào)為數(shù)字發(fā)射機(jī)架構(gòu)或非數(shù)字發(fā)射機(jī)架構(gòu)的信號(hào)。

5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的提高uwb帶寬的方法，其特征在于，所述步驟s3中計(jì)算合成的uwb信號(hào)功率具體包括：

6.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的提高uwb帶寬的方法，其特征在于，注入信號(hào)的功率被控制在低于原始uwb信號(hào)的總功率ptotal的一個(gè)設(shè)定功率范圍內(nèi)均勻分布。

7.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序由處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的提高uwb帶寬的方法。

8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序由處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的提高uwb帶寬的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種提高UWB帶寬的方法，包括：確定UWB信號(hào)的脈沖成型系數(shù)以定義信號(hào)的基本形狀和頻率特性；設(shè)計(jì)注入信號(hào)的脈沖參數(shù)，以擴(kuò)展信號(hào)帶寬并滿足功率和雜散要求；計(jì)算原始UWB信號(hào)和注入信號(hào)合成后的總功率，確保滿足功率要求及頻譜分布；發(fā)射合成的UWB信號(hào)，實(shí)現(xiàn)帶寬擴(kuò)展。該方法通過(guò)在UWB信號(hào)空閑時(shí)段注入冗余信號(hào)，有效擴(kuò)展帶寬，同時(shí)降低頻譜雜散設(shè)計(jì)難度，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性。本發(fā)明滿足了UWB系統(tǒng)對(duì)10dB帶寬的要求，適用于多種設(shè)備，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，特別適用于室內(nèi)高速無(wú)線接入，為UWB技術(shù)在多種應(yīng)用場(chǎng)景提供了技術(shù)支持。

技術(shù)研發(fā)人員：毛孟達(dá),陳煊,張為民,趙少華,黃源良
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳捷揚(yáng)微電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30