[发明专利]高效节能的超宽带脉冲无线电系统和方法

说明书

超宽带(UWB)技术在短距离上以极低功率利用宽频谱上的调制编码脉冲进行数字数据传输。这种UWB系统可以通过其接收器在存在干扰信号的情况下操作，并且可提供稳健的通信。因此，需要一种在低功率下操作的准确且锐利的滤波器，并且有利的是不需要高精度的大功率时钟。此外，许多UWB应用需要其它元件的位置和/或距离测定，且因此提供基于UWB的距离测定和/或位置能力将是有益的，这会去除增加额外设备的复杂性和通常显著功耗的需求。

本案是以申请日为2018-06-29，申请号为201880043724.0，名称为“高效节能的超宽带脉冲无线电系统和方法”的发明专利为母案而进行的分案申请。

技术领域

本发明涉及超宽带无线通信，且更特定而言，涉及利用低能量检测器并且提供距离测定的极低功耗脉冲无线电。

背景技术

超宽带(UWB)技术是一种在短距离上以极低功率将数字数据作为极宽频谱上的调制编码脉冲进行传输的技术。这种基于脉冲的传输是使用调制正弦波传输信息的替代方案，调制正弦波是当前无线通信标准和系统中采用的技术，诸如IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE802.15无线个人区域网(PANs)、IEEE 802.16(WiMAX)、通用移动电信系统(UMTS)、全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线服务(GPRS)以及访问工业、科学和医学(ISM)频带和国际移动电信-2000(IMT-2000)的标准和系统。

来自天线的UWB传输由超过500MHz或中心频率的20％中的较小者的发射信号带宽定义。因此，基于脉冲的系统(其中每个传输的脉冲占用全UWB带宽或至少500MHz窄带载波的集合)例如正交频分复用(OFDM)可以根据规则访问UWB频谱。脉冲重复速率可以是低的或者可以是极高的。基于脉冲的UWB雷达和成像系统倾向于使用低到中等重复速率(通常在每秒1到100兆脉冲的范围内)。另一方面，通信系统支持高重复速率(通常在每秒一千兆到二千兆脉冲的范围内)，从而支持短距离每秒千兆位的通信系统。不同于经受深度衰落和符号间干扰(ISI)两者影响的基于载波调制的系统，由于基于脉冲的UWB系统中的每个脉冲占用大带宽，甚至可能占用整个UWB带宽，这种系统相对不受多路衰落的影响，但是会受符号间干扰的影响。

在考虑诸如无线传感器网络和便携式电子设备等应用时，UWB收发器理想上应在功能上高度集成，以实现小占用面积、支持低成本和高容积制造，并且具能量效益，以便在有限的电源上运行，例如电池、室内太阳能电池、小型室外太阳能电池，或者利用诸如热梯度、流体流、小型燃料电池、压电能量采集器、微加工电池和光纤供电等技术开发的电源。通过使用离散脉冲作为调制，可以在传输器无效时实现有效的工作循环方案，这可以通过使用开-关移位键控(OOK)调制来进一步改进。

此外，例如在3.1GHz和10.6GHz之间的一些UWB操作频率被美国联邦通信委员会批准用于室内UWB通信系统，并且允许用于可以容易地集成到整体减少占用面积解决方案诸如传感器、移动设备或便携式电子设备等中的小型天线中。因此，具有低功耗的UWB系统可以支持广泛的应用，包括(但不限于)传感器网络、智能建筑物、医学设备、遥感、远程监测、远程控制、农业、工业、控制、自动化、个人监测等。

这种UWB系统也可以在干扰信号存在的情况下通过其接收器操作，从而在嘈杂的无线环境和未调节的无线环境中提供稳健的通信。因此，为电路设计者提供在低功率下操作的准确而锐利的滤波器将是有益的。本发明人提出了诸如去除了对接收器内的准确载波的需求的滤波方法。

在UWB设备的许多应用内，准确地测定其它元件的位置和/或距离是期望的或必须的需求。因此，向电路、设备和系统设计者提供基于UWB的距离测定和/或位置能力将是有益的，这会去除由于增加全球定位系统(GPS)接收器或超声波/激光距离测定电路和/或设备而增加额外复杂性和通常显著的功耗的需求。对于这种基于UWB的位置和/或距离测定应用而言，维持UWB脉冲无线电的整体低功耗将更是有益的。

结合附图对本发明的具体实施例描述后，本发明的其它方面和特征对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。