[发明专利]用于具有本地化的同步检测和保持的、基于PCO的UWB脉冲无线电的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年12月23日提交的、题为“SYATEMS AND METHODS FOR PCO BASED UWB IMPULSE RADIO WITH LOCALIZED SYNCHRONIZATION DETECTION&RETENTION”的第61/140,143号美国临时专利申请的优先权，该专利申请整体地在此通过引用而并入。

政府权益的声明

本发明是在由陆军研究办公室授予的、资助代码为IDW911NF-05-10515的政府支持下做出的。美国政府对本发明拥有一定的权益。

发明背景

本发明总体上涉及无线通信节点，具体来说，涉及具有形成通信网络的独立能力的这样的设备。

超宽带(UWB)无线电是利用短持续时间的脉冲、而不是连续正弦波来发送信息的RF/无线通信方法。连续波信号在数据传输期间以及在之后都是持续激活的，而UWB信号只有在数据传输期间才激活，这允许RF前端在未激活的期间内被关断。

众所周知，在UWB中，时间有限的宽频谱信号传输与传统的无线电架构相比保证了更大的网络容量，允许在短距离上以相近的功耗实现更高的数据速率和空间容量。短脉冲信号传输还允许RF前端轮休(duty cycling)，以节省功率。然而，实现超宽带通信的这些好处是以在发射机与接收机之间完成精确同步以接收到所发送的脉冲为前提的。例如，如果发射机和接收机没有被同步到同一时钟，并且发送脉冲，则接收机可能会不工作并丢失数据。然而，如果这两者被同步到一起，则即使在减小接收轮休周期的情况下接收机也能够截获脉冲。

流行的实际同步实施方案是使用与数字脉冲跟踪后端相结合的高速DLL/PLL，它在整个通信时间段内保持同步。这种方法的缺点在于，接收机和发射机时钟必须具有以十万分之一到万分之一的数量级相匹配的中心频率，以保持足够的同步，因此必须使发射机和接收机的本地振荡器以非常匹配的晶体为参照，从而使它们之间的频率漂移最小化。这种对于晶体的要求使系统增加了很大的开销，这是制造商一般想要避免的。

发明概述

本发明的一个实施例提供了用于在无线通信网络中操作的独立的节点，所述无线通信网络包含多个所述独立的节点，所述节点包括：适于在节点之间无线地发送和接收脉冲的RF电路；内部脉冲耦合的振荡器(PCO)，其具有在PCO触发时结束的周期性的状态函数，并被耦合到所述RF电路以便在PCO触发时发送同步脉冲；被耦合以响应于从其它节点接收到的外部同步脉冲使所述状态函数递增的电路；以及适于响应于从其它节点接收到的同步脉冲在同步操作与非同步操作之间进行切换的状态机，并包括第一电路，其被耦合以识别在PCO触发之间是否以及何时从其它节点接收到外部同步脉冲，以使所述状态机响应于该识别结果来选择非同步操作模式，或者选择同步的从属操作模式或主操作模式。

所述第一电路可被耦合以当在PCO触发之间以及在PCO触发之前的一个预定时间段内从其它节点接收到一单个的外部同步脉冲时识别出第一事件。所述第一电路可包括计数器，该计数器被耦合以判断是否发生预定数目的第一事件，以使所述状态机响应于该判断结果而选择同步的从属操作模式。所述节点还可包括锁相环(PLL)，其被耦合到PCO以生成在PCO触发之间的时间间隔信号，其中所述第一电路适于指示何时在从属操作模式下没有从另一节点接收到外部同步脉冲，以及其中该PLL被耦合以当在PCO触发之间没有从另一节点接收到外部同步脉冲时，在所选的从属操作模式下将内部同步脉冲提供给PCO。

所述第一电路可被耦合以当在PCO触发之间、除跟随在PCO触发之后的一个预定窗口以外，没有从其它节点接收到外部同步脉冲时识别出第二事件。所述第一电路可包括计数器，该计数器被耦合以判断是否出现预定数目的第二事件，以使所述状态机响应于该判断结果而选择同步的主操作模式。

所述节点还可包括被耦合到RF电路的、用于在接收和发送同步脉冲与数据脉冲的不同频段之间切换的电路。所述节点还可包括被耦合到RF电路的脉冲整形或发送电路，其适于在脉冲传输期间使从节点发送的脉冲的中心频率抖动，以帮助对脉冲的传输频谱进行整形。