CN101141237A - 将承载数据的信号从发射器发送到接收器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在基于脉冲的远程通信系统中将承载数据的信号从发射器发送到接收器的方法，其中承载数据是在检测到表示时间基准模式的脉冲序列时由接收器获得的。该方法包括：信号生成步骤(100)，在此期间，在将要发送的信号中定期插入表示接收器预先已知的信号表征模式(SCP)的脉冲序列，并在将要发送的信号的每个帧中插入表示时间基准模式(TTP)的单一脉冲序列；以及信号表征检测步骤(200)，用于从所接收的信号的观察部分来检测嵌入在所接收的信号帧中的表示信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在；以及当检测到表示信号表征模式(SCP)的脉冲序列时，时间基准检测步骤(300)用于检测由信号帧承载的表示时间基准模式(TTP)的脉冲序列的存在。

Description

将承载数据的信号从发射器发送到接收器的方法

技术领域

本发明涉及用于在基于脉冲的远程通信系统中将承载数据的信号从发射器发送到接收器的方法。根据它的面向硬件的方面之一，还涉及远程通信系统、用于发送该信号的装置和用于接收该信号的装置。最后，涉及在该远程通信系统中的发射器和接收器之间发送的信号。

背景技术

在基于脉冲的远程通信系统中，交换信号由受到在发射器和接收器之间发送的数据、信令或控制信息调制的一连串脉冲形成。经由根据时间定律(temporal law)定义的帧来发送这一连串脉冲。信号帧通常包括尾部和有效负荷，这两者都包括脉冲集合。有效负荷包括用于承载将要发送的数据的脉冲集合，而尾部包括用于承载用于使存在于接收器端的信号的每个帧在时间上同步的一些信息的脉冲集合。

因为接收器在时间上不和发射器同步，所以接收器无法直接获得包含在存在于接收器端的信号帧中的数据。换句话说，接收器不知道信号帧的起始点，因此也不知道用于承载发送数据的脉冲集合的起始点，即有效负荷的起始点。为了解决这种同步问题，通常在尾部包含从模式(即，在下文中的时间基准模式)生成的脉冲集合。注意，发送的信号因此定期承载该脉冲集合。周期值就是帧持续时间。

模式是幅度/位置值对的集合。每对幅度/位置值定义从模式生成的脉冲序列中的脉冲的最大幅度，且同一对中的另一个值定义所述脉冲的时间位置。

当检测到从时间基准模式生成的脉冲序列时，即当接收器在时间上和发射器同步时，接收器能够通过对信号帧的结构的了解精确地确定有效负荷的起始点，然后能够获得发送数据。

在基于脉冲的远程通信系统中，脉冲的持续时间非常短。例如，在所谓的超宽频带远程通信系统(又称为UWB系统)中，脉冲的持续时间小于0.1纳秒，这为这些系统提供了至少大至10千兆赫的带宽，由此使这些系统具有高灵活性以及因此造成的众多可能的应用。

但是，由于这些基于脉冲的远程通信系统中涉及的脉冲存在缺点，所以从时间基准模式生成的单个脉冲序列的检测难以在接收器处执行，这是因为接收器不知道所接收的信号是否承载该序列，并且它也不知道所述信号的帧的起始时间。

一种明显的解决方法是在每个信号帧的尾部中重复从时间基准模式生成的同一个脉冲序列。然后，在接收器端，执行重复检测过程，以便检测这些序列之一。在尾部中重复从时间基准模式生成的同一个脉冲序列显著增大了在接收器端检测到该序列的可能性。但是，当检测到这些重复序列之一时，因为接收器不知道检测到的序列是包含在尾部中的第一个序列、最后一个序列还是任何其它中间的序列，所以会出现时间基准上的不明确性。因此，重复从时间基准模式生成的同一个脉冲序列不是解决同步问题的方法，因为它在接收器端包含时间基准的不明确性。

发明内容

因此，本发明旨在提供用于在如上所述的基于脉冲的远程通信系统中将承载数据的信号从发射器发送到接收器的方法，该方法的特征在于，它包括用于由发射器执行的信号生成步骤，在此步骤期间：

在将要发送的信号中定期插入表示接收器预先已知的信号表征模式的脉冲序列，所述脉冲序列指示将要发送的信号的每个帧承载表示时间基准模式的脉冲序列；以及

在将要发送的信号的每个帧中插入表示所述时间基准模式的单个脉冲序列。

当每个信号帧中包含表示信号表征模式的单个脉冲序列时，在信号中插入表示信号表征模式的脉冲序列的周期的值等于信号帧的总持续时间，或者当在同一个信号帧中包含表示该模式的多个脉冲序列时，上述周期的值等于表示信号表征模式的脉冲序列的持续时间。因此，根据本发明，通过定义允许接收器区分表示时间基准模式的序列和表示信号表征模式的脉冲序列的时间基准模式，即打破表示信号表征模式的序列的周期性的脉冲序列，接收器能够在没有任何不明确性的情况下获得时间基准。

之所以认为根据模式生成的脉冲序列表示该模式是因为，如果与所述序列的脉冲有关的幅度/位置值对的集合等同于该模式的幅度/位置值对的集合，那么认为该脉冲序列等同于该模式，或者如果与所述序列的脉冲有关的幅度/位置值对的集合和该模式的幅度/位置值对的集合略有不同，那么认为该脉冲序列与该模式略有不同。

细微差别在下文中又称为变化，它们可能发生在定义表示模式的脉冲序列的幅度/位置值对的集合上，它们可能是由发射器产生的，或者可能是在发射器和接收器之间建立的信道上传送所述序列引起的。这些变化与它们的起源无关，它们会在所接收的序列的幅度/位置值对的集合上引入不确定性。然后，模式特征包括幅度/位置值对的集合和与该幅度/位置值对的集合相关的至少一个概率律。每个概率律定义可能发生在幅度/位置值对的集合上的一种类型的变化。多个概率律可以与该值对的集合有关。例如，其中一个概率律可以与一个序列的脉冲的幅度有关，而另一个概率律可以与该序列的脉冲的位置或与该脉冲的脉冲幅度和脉冲位置有关。

当从空中接口发送信号时，该信号上会发生一些微扰，如幅度衰减或传播延迟。这些微扰会略微改变根据模式生成的发送脉冲序列。因此，适于检测表示模式的脉冲序列的接收器，即知道模式特征的接收器，能够检测在通过发射器发送时等同于模式并且已经因为传输信道而略微有所改变的脉冲序列。因此，根据本发明的发送方法具有优势，因为它能够在描述传输信道微扰的模式的概率律的界限内强有力地抵抗这些信道微扰。这之所以具有优势还因为，与接收器用于检测等同于模式的脉冲序列通常所需的材料相比，这涉及比较廉价的材料。

根据本发明，发送方法还包括：信号表征检测步骤，其用于从所接收的信号的观察部分来检测嵌入在所接收的信号帧中的表示信号表征模式的脉冲序列之一的存在；以及当检测到表示信号表征模式的脉冲序列时，进行时间基准检测步骤，该时间基准检测步骤用于检测由所述信号帧承载的表示时间基准模式的脉冲序列的存在。

根据信号表征检测步骤的一个实施例，通过将从所接收的信号的观察部分获得的根据接收器已知的信号表征模式特征定义的信号函数的估算值与预定阈值进行比较，来检测表示信号表征模式的脉冲序列的存在。

幅度/位置值对的集合是任何接收器已知的模式特征。该模式特征是由一个(或多个)概率律完成的。根据一个接收器已知的一个(或多个)概率律，定义信号函数，并供该接收器使用以便检测脉冲序列并获得由该序列承载的一些信息。然后，不知道这些概率律(其中所有各个概率律或其中一些概率律)的另一个接收器只能够部分地获得该信息，因为没有根据这些概率律(其中所有各个概率律)定义信号函数。因此，根据接收器已知的概率律对接收器进行分类。每一类接收器与这些接收器能够根据它们已知的模式特征获得的信息有关。

对于操作员来说，例如对于想要通过向基于脉冲的远程通信系统的一些接收器预先发送对应于不同类别的接收器的同一模式的不同特征来限制这些接收器对数据的访问的操作员来说，这具有优势。

根据一个实例，当接收器已知的模式特征限于幅度/位置值对的集合时，信号函数可以是所接收的脉冲序列和通过该接收器根据根据模式生成的等同于该模式的脉冲序列之间的相关函数。

根据另一个实例，当模式特征是幅度/位置值对的集合和与该幅度/位置值对的集合相关的一些概率律时，信号函数可以是所接收的脉冲序列的能量的函数。

根据本发明的另一个方面，在每个时间周期T执行用于检测表示信号表征模式的脉冲序列的存在的信号表征检测步骤。

影响发射器和接收器之间建立的无线链路的物理现象将会影响接收器检测表示模式的脉冲序列的存在的能力。以强噪声或长距离为特征的链路将最大可能地伴随有通过它发送的信号的显著衰减和/或失真，这意味着所述信号所带的能量将比通过低噪声、短距离信道发送的信号所带的能量更加难以检测和量化。该问题的一个解决方法是由美国的联邦通信委员会(Federal CommunicationsCommission)管制的平均发射功率和峰值发射功率，它根据发射器和接收器的分离距离来增加定义信号的观察部分的积分时间间隔，以便在接收器端达到表示模式的脉冲序列的大检测概率值。因此，尾部可以包括很多个序列，由此允许接收器执行(如果需要)在同时观察的多个信号部分上定义的时间积分间隔上单次估算信号函数。以此方式，可以检测通过位于远距离的发射器发送的脉冲序列。但是，即使从包含在尾部中的这些序列中的第一个序列便检测到表示信号表征模式的脉冲序列，在检测到表示信号表征模式的脉冲序列的时间和检测到表示时间基准模式的脉冲序列的时间之间的等待持续时间仍是一个很大的值。因此，即使接收器很快就检测到表示信号表征模式的脉冲序列，该接收器仍必须等待较长的时间才能考虑表示时间基准模式的脉冲序列，从而对在接收器检测到表示信号表征模式的脉冲序列之后通过发射器发送给靠近它的接收器的数据的访问时间不利。

为了避免该问题，根据本发明，将表示信号表征模式的脉冲序列分布在多个信号帧上。但是，在下文将详述的一些情形中，可能会发生接收器不能够确保可以检测这些脉冲序列的情形。为了确保即使在脉冲序列分布在发送信号的多个帧上的情况下接收器仍能在有限次数的重复中检测到表示信号表征模式的脉冲序列，本发明者论证了应当选择信号帧的总持续时间和时间周期T，以便使信号帧的总持续时间与其中嵌入有脉冲的时间片的持续时间之间的比值和时间周期T与所述时间片持续时间之间的比值是两个相互之间是质数的数值。

对信号帧的持续时间和时间周期T的这种约束条件为时间片的给定持续时间和给定的时间周期T定义了信号帧的总持续时间的集合。以类似方式，它还为时间片的给定持续时间和信号帧的给定总持续时间定义了时间周期T的集合。

根据本发明的一个实施例，在满足预定条件之前，一直执行信号表征检测步骤。例如，当检测到表示信号表征模式的脉冲序列时，或者当定期执行的信号表征检测步骤的累积持续时间不超过预定时间值时，或者当发生来自例如应用层的协议的外部事件时，满足预定条件。该协议在本发明的范围之外。

根据信号表征检测步骤的一个实施例，信号表征检测步骤包括：

a)时间窗口定义子步骤，在此期间，根据信号表征模式的特征定义时间窗口的集合，该时间窗口的集合确定观察信号的时间间隔；

b)模式定位子步骤，在此期间，将时间窗口集合的起始点定位在当前时刻；

c)估算子步骤，在此期间，估算信号函数；

d)比较子步骤，在此期间，将所述信号函数估算值与预定阈值进行比较；以及

e)当信号函数估算值小于预定阈值时，进行时刻更新，在此期间，通过将当前时刻加上时间周期T来获得新的当前时刻，然后通过考虑所述新的当前时刻来重复步骤b)。

根据它的面向硬件的方面，本发明还涉及基于脉冲的远程通信系统、用于发送该信号的装置和用于接收该信号的装置。最后，它涉及在该基于脉冲的远程通信系统中的发射器和接收器之间发送的信号。

附图说明

通过阅读以下关于附图给出的描述后，上文提到的本发明特性以及其它特性将变得更加清晰，附图中：

图1是描绘根据本发明的UWB远程通信系统SYST的一个实例的功能图；

图2是描绘可以经过选择用于组成信号Tsg(t)的可能形状p(t)的计时图；

图3以图表方式示出信号表征模式的一个实例和表示该信号表征模式的脉冲序列的一些实例；

图4示出表示根据本发明的发送方法的步骤的图；

图5以图表方式示出根据本发明的信号帧的两个实例；

图6表示根据本发明的一个实施例的发送方法的一个实施例；

图7示出根据信号表征模式定义的窗口集合的一个实例；

图8示出描绘当在接收器端存在信号时连续重复信号表征检测步骤的一个实例的计时图；

图9示出描绘当在接收器端存在信号时连续重复信号表征检测步骤的一个实例的计时图，其中通过连续重复信号表征检测步骤，在有限次数的重复之后检测到表示信号表征模式的脉冲序列；

图10是表示根据本发明的信号生成部件的框图；以及

图11是表示根据本发明的用于使接收器和发射器在时间上同步的部件的框图。

具体实施方式

图1示出描绘根据本发明的基于脉冲的远程通信系统SYST的一个实例的概要图。系统SYST包括发射器TRD和接收器RCD，其可以由例如诸如移动电话的装置组成。发射器TRD包括用于生成信号Tsg(t)的信号生成部件SGM，该信号Tsg(t)由用于承载将要发送的数据的脉冲序列D(t)、均表示接收器RCD预先已知的信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)和表示接收器预先已知的时间基准模式TTP的脉冲序列TT(t)形成。然后，分别借助于天线TANT和RANT以及没有在图l中描绘的其它发送部件来将信号Tsg(t)从发射器TRD发送到接收器RCD。

接收器RCD包括部件SYNCM，该部件SYNCM用于通过首先检测表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)之一、接着检测表示时间基准模式TTP的脉冲序列TT(t)来使接收器RCD与发射器TRD在时间上同步。接收器RCD还包括部件DM，该部件DM用于在接收器RCD与发射器TRD在时间上同步时从存在于接收器端的信号Tsg(t)中检索发送的数据。当接收器RCD从天线RANT接收信号Tsg(t)或者接收器RCD之前已经从天线RANT接收到所述信号Tsg(t)时，认为所述信号Tsg(t)存在于接收器端。

图2是描绘可以经过选择以便组成信号Tsg(t)的可能形状p(t)的计时图。信号Tsg(t)的脉冲p(t)可以具有不同形状，只要它们都具有基本相同的宽度且携带相同的能量。但是，属于表示模式的同一个脉冲序列的所有脉冲p(t)可以具有相同的形状，如这里描绘的形状p(t)，它是在持续时间T_c是一个整数值的时间片上根据高斯函数的二阶导数定义的，其在数学上可以表示成p(t)＝β.[1-4π(t/Tw)²].exp(-2π(t/Tw)²)。当然，本领域的技术人员已知的其它脉冲形状也可以用于该相同的目的。

在下文中，假定每个时间片中包含单个脉冲。然后，将信号Tsg(t)的每个脉冲与幅度/位置值对相关联，该幅度/位置值对定义时间片中的脉冲的最大幅度β和信号Tsg(t)中的时间片的时间位置。

从数学上来说，表示模式(SCP或TTP)的脉冲序列由下式给出：

$M\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_j\·p(t-m_j\·T_c)$

其中，与序列M(t)的脉冲p(.)相关的值β_j和m_j(j∈[1，...，N_S])分别是表示该脉冲的幅度的实数值和表示该脉冲的位置的整数值。注意，与序列的第一个脉冲相关的位置m₁是任选的，并且位置m_j(j≠1)是根据前一个脉冲的位置m_j-1定义的。

此外，幅度/位置值对的集合(β_j，m_j)j∈[1，....，N_S]可能与至少一个概率律相关。幅度/位置值对的集合和可能的相关概率律是模式SCP和TTP的特征。

如开头段落中提到的那样定义模式TTP的特征，以便使表示模式TTP的脉冲序列TT(t)打破表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)的周期性。

图3以图表方式示出信号表征模式SCP的一个实例和表示该信号表征模式SCP的脉冲序列的三个实例SC₁(t)、SC₂(t)和SC₃(t)。在该实例中，信号表征模式SCP是四对值(β₁，0)、(β₂，3)、(β₃，2)和(β₄，2)的集合。在该实例中，每个脉冲位于时间片的中部。当然，也可以考虑时间片中的其它脉冲位置。

脉冲序列SC₁(t)等同于信号表征模式SCP。因此，在该序列的时间片中插入第一脉冲P₁，在比这晚三个时间片的时间片中插入第二脉冲P₂，在比这晚两个时间片的时间片中插入第三脉冲P₃，并在比这晚两个时间片的时间片中插入第四脉冲P₄。

脉冲序列SC₂(t)与信号表征模式SCP略有不同。与脉冲序列SC₁(t)的脉冲相比，该序列的脉冲上发生三种类型的变化。

第一种变化是脉冲P₁和P₂的位置改变，这两个脉冲P₁和P₂分别在时间上偏移了正的实数值δt₁和负的实数值δt₂，这两个实数值都属于时间间隔

其中定义ε值以便确保脉冲留在同一个时间片中，并且其中可能的随机值δt₁和δt₂遵循概率律。然后，信号表征模式SCP的最小特征是可能可以通过该概率律完成的幅度/位置值对的集合。因此，根据该实例，可以定义两类接收器。一类接收器与模式的最小特征有关，另一类接收器与通过跟随机值δt₁和δt₂相关的概率律完成的最小特征有关。

第二种变化是将脉冲序列SC₁(t)的每个脉冲乘以值+1或值-1。乘数值的确定是遵循另一个概率律完成的，这里定义该另一个概率律以便使得将脉冲乘以值+1的概率等于将脉冲乘以值-1的概率。然后，信号表征模式SCP的最小特征是幅度/位置值对的集合和脉冲都具有相同极性的事实，这些特征可能可以通过与极性相关的概率律来完成。因此，根据该实例，可以定义两类接收器。一类接收器与模式的最小特征有关，另一类接收器与通过跟极性相关的概率律完成的最小特征有关。

第三种变化是脉冲幅度的衰减，这些脉冲幅度被乘以一个衰减值B(这里，B＝0.5)。然后，信号表征模式SCP的最小特征是幅度/位置值对的集合和固定衰减值B，这些特征可能可以通过用于估算该衰减值的概率律来完成。因此，根据该实例，可以定义两类接收器。一类接收器与模式的最小特征有关，另一类接收器与通过用于估算衰减值B的概率律完成的最小特征有关。

脉冲序列SC₃(t)也表示信号表征模式SCP，但其信号表征模式的最小特征限于脉冲P₁、P₂、P₃和P₄的位置的集合，这些特征可能可以通过用于估算每个脉冲的幅度的概率律来完成。因此，根据该实例，可以定义两类接收器。一类接收器与模式的最小特征有关，另一类接收器与通过用于估算幅度的概率律完成的最小特征有关。

图4示出表示根据本发明的发送方法的步骤的图。

用于将信号Tsg(t)从发射器TRD发送到接收器RCD的方法包括信号生成步骤100。在信号生成步骤100期间，根据用于形成信号Tsg(t)的信号帧的结构，在信号Tsg(t)中定期插入表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)。在信号生成步骤100期间，在每个信号帧中还包含表示时间基准模式TTP的脉冲序列TT(t)。在信号生成步骤100之后进行信号表征检测步骤200，该信号表征检测步骤200用于从所接收的信号Tsg(t)的观察部分来检测嵌入在所接收的信号帧F中的表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)之一的存在。当检测到表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)时，在信号表征检测步骤200之后进行时间基准检测步骤300，该时间基准检测步骤300用于检测由信号帧F携带的表示时间基准模式TTP的脉冲序列TT(t)的存在。

图5以图表方式示出用于形成信号Tsg(t)的帧F的两个实例。信号Tsg(t)遵循由用于定义信号帧F的下式给出的时间定律：

TRA₀(t)+TT(t)+D(t)

其中TRA₀(t)是包括至少一个表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)的尾部。表达式TRA₀(t)中的下标“0”表示在信号Tsg(t)的传输过程中脉冲序列SC(t)的数量可以发生改变。在尾部TRA₀(t)之后是表示时间基准模式TTP的单个脉冲序列TT(t)，在该脉冲序列TT(t)之后是用于承载将要发送的数据的脉冲序列D(t)。注意，虽然图5中描绘了单个脉冲序列D(t)，但在信号帧F中可以包含几个用于承载将要发送的每个数据的脉冲序列D(t)。

当在尾部TRA₀(t)中包含单个脉冲序列SC(t)时，接着根据表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)的持续时间、脉冲序列TT(t)的持续时间和脉冲序列D(t)的持续时间的总和来定义帧F的总持续时间Ps。则在信号Tsg(t)中插入脉冲序列SC(t)的周期等于帧F的总持续时间Ps。

优选地，在尾部TRA₀(t)中包含几个脉冲序列SC(t)。然后，根据表示信号表征模式SCP的M个脉冲序列SC(t)的持续时间、脉冲序列TT(t)的持续时间和脉冲序列D(t)的持续时间的总和来定义帧F的总持续时间Ps。则来自所述M个脉冲序列的在信号Tsg(t)中插入脉冲序列SC(t)的周期等于脉冲序列SC(t)的持续时间T_s。

图5中描绘信号帧的第一实例，参照F₁。信号帧F₁包括M个脉冲序列SC₁(t)、...、SC_M(t)，在此之后是单个脉冲序列TT(t)，然后是脉冲序列D(t)。

注意，为了使接收器RCD具有足够长的持续时间以便从检测表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)转换为检测表示时间基准模式TTP的脉冲序列TT(t)，可以选择时间基准模式TTP的前几对幅度/位置值的幅度使其等于零，以便例如保留一些时间片用于该转换持续时间。

用于定义帧F的时间定律没有将脉冲序列D(t)限制在正好插入在脉冲序列TT(t)之后。因此，可以在脉冲序列TT(t)的最后一个脉冲和脉冲序列D(t)的第一个脉冲之间观察到静默持续时间SD。在静默持续时间SD期间，可以发送一些信令或控制信息。然后，参照图5中的信号帧F₂，根据M个脉冲序列SC(t)的持续时间、脉冲序列TT(t)的持续时间、静默持续时间SD和脉冲序列D(t)的持续时间的总和来定义信号帧的总持续时间Ps。

为清楚起见，下文不考虑与本发明的目的没有直接关系的脉冲序列D(t)的传输。

根据信号表征检测步骤200的一个实施例，通过将从所接收的信号的观察部分获得的根据接收器RCD已知的信号表征模式特征定义的信号函数SF的估算值与预定阈值THv进行比较，来检测表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)的存在。

定义阈值THv以便当信号函数SF的估算值小于阈值THv时，在给定错误检测概率的情况下，在信号的观察部分中不存在表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)，并且通过考虑信号的另一个观察部分来重复信号表征检测步骤200。当信号函数估算值大于或等于阈值THv时，即在信号的观察部分中检测到脉冲序列SC(t)时，停止重复信号表征检测步骤200。

根据一个实例，当脉冲序列SC(t)等同于信号表征模式SCP时，即接收器RCD已知的模式SCP的特征限于幅度/位置值对的集合(β_j，m_j)j∈[1，...，N_S]时，信号函数SF是嵌入在信号的观察部分中的脉冲和等同于信号表征模式SCP的脉冲序列(即，由接收器RCD根据模式SCP的特征生成的脉冲序列)之间的相关函数。则当该相关函数提供高分时，即当等同于信号表征函数SCP的脉冲序列与嵌入在信号的观察部分中的脉冲在时间上精确匹配时，检测到脉冲序列SC(t)。

根据另一个实例，当某个概率律完成接收器RCD已知的模式特征时，信号函数SF是一个基于信号的观察部分的能量的函数。

当重复信号表征检测步骤200时，通过将信号的观察部分在第(i)次重复时所在的时刻θ_i加上时间周期T来根据观察部分在第(i)次重复时的位置来定义观察部分在第(i+1)次重复时的位置。注意，在第一次重复时的时刻θ₁任意确定，并且时间周期T与时间片持续时间T_c之比是整数值。

例如，时间周期T等于时间片持续时间T_c模脉冲序列SC(t)的持续时间T_s。

在满足预定条件PC之前，一直重复信号表征检测步骤200。例如，为了避免在所接收的信号Tsg(t)不包含表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)时重复该检测步骤，当信号表征检测步骤的累积持续时间不超过预定时间值时，满足该条件。

当发生来自在例如应用层实施的协议的外部事件时，也可以满足该条件。

根据信号表征检测步骤200的一个实施例，如图6所描绘，信号表征检测步骤200包括时间窗口定义子步骤201，在此期间，根据信号表征模式SCP的特征定义时间窗口的集合TW(j)＝1、...、N_s)，该时间窗口的集合确定观察信号的时间间隔。

图7示出根据信号表征模式SCP的上述实例定义的时间窗口的集合TW(j)的一个实例。每个时间窗口TW(j)具有至少等于时间片持续时间T_c的持续时间，且其通过信号表征模式SCP的幅度/位置对(β_j+1，m_j+1)中的位置值定义在与另一个时间窗口TW(j+1)独立的时间片上。

现在参照图6，接着在子步骤201之后进行模式定位子步骤202，在此期间，将时间窗口集合TW(j)(j＝1、...、Ns)的起始点定位在当前时刻θ_i。当将第一时间窗口TW(j＝1)定位在时刻θ_i时，即当该时间窗口TW(j＝1)覆盖包含时刻θ_i的时间片时，根据定义定位窗口集合中的所有其它时间窗口。因此，根据时刻θ_i定义信号Tsg(t)的观察部分的位置。接着，在子步骤202之后进行估算子步骤203，在此期间，估算信号函数SF。接着，在子步骤203之后进行比较子步骤204，在此期间，将信号函数的估算值与预定阈值THv进行比较。当信号函数SF的估算值小于预定阈值THv时，在子步骤204之后进行时刻更新子步骤205，在此期间，通过将时刻θ_i加上时间周期T来获得时刻θ_i+1。接着，如果在子步骤206期间检查时不满足条件PC，那么在子步骤205之后进行子步骤202，子步骤202之前已经描述过，其中时刻θ_i现在等于时刻θ_i+1。

为了确保可以在有限次数的重复之后检测到脉冲序列SC(t)(如果存在于所接收的信号Tsg(t)中)，应当考虑可能嵌有脉冲序列SC(t)的尾部的每个时间片来定位第一时间窗口TW(1)，无需考虑同一个时间片两次。

图8示出描绘当接收器端存在信号Tsg(t)时连续重复信号表征检测步骤200的一个实例的计时图。

在图8描绘的实例中，脉冲序列SC(t)表示如图3所描绘的信号表征模式SCP(Ns＝4)，并且信号帧F在尾部TRA₀(t)中包含多个脉冲序列SC(t)，且其包括静默持续时间SD。没有描绘如上所述的脉冲序列D(t)。然后，窗口集合包括四个(Ns个)时间窗口TW(j)。为清楚起见，图8中只描绘了第一时间窗口TW(1)和可能嵌入有脉冲序列(这里是5个)的第一个脉冲的时间片。在该实例中，时间周期T等于6.T_c，且脉冲序列TT(t)由单个脉冲组成。

在第一次重复信号表征检测步骤200时，将第一时间窗口TW(1)定位在任意时刻θ₁，在图8描绘的实例中，该时刻θ₁位于时间片po1的中部。接着，估算时间窗口TW(j)(j＝1-Ns)上的信号函数SF。在图8描绘的实例中，假定没有一个时间窗口或有一些时间窗口不包含脉冲序列SC(t)的脉冲。然后，信号函数估算值小于阈值THv，并重复信号表征检测步骤200。

注意，在图8中，当在重复信号表征检测步骤200的过程中已经考虑过一个时间片时，在表示所述时间片的长方形上打上叉。

在第二次重复信号表征检测步骤200期间，将第一时间窗口TW(1)定位在时刻θ₂，该时刻θ₂是通过将时刻θ₁加上时间周期T获得的。在这里描绘的实例中，时刻θ₂位于时间片po2的中部。

在该实例中，当将第一时间窗口TW(1)定位在时间片po2上时，估算信号函数SF，并将估算值与阈值THv进行比较。这里假定，信号函数估算值小于阈值THv，然后重复信号表征检测步骤200。

在第三次重复信号表征检测步骤200期间，将第一时间窗口TW(1)定位在时刻θ₃处，在这里描绘的实例中，时刻θ₃位于时间片po3的中部。时刻θ₃是通过将时刻θ₂加上时间周期T获得的。在该实例中，假定信号函数估算值仍然小于阈值THv。

因此，在该实例之后，已经考虑了潜在地嵌入有序列SC(t)的第一个脉冲的三个不同的时间片po1、po2和po3。在静默持续时间SD期间，假定不满足条件PC，则接收器RCD仍然在每个时间周期T重复信号表征检测步骤200。在该实例中，假定静默持续时间SD的持续时间T1等于尾部TRA₀(t)的总持续时间Te，则执行三个新的信号表征检测步骤。在静默持续时间SD之后，将第一窗口TW(1)定位在时刻θ₄处，在这里描绘的实例中，该时刻θ₄位于新帧的时间片po2的中部。虽然之前已经在第二次重复信号表征检测步骤200期间考虑过时间片po₂，但是尚未考虑过时间片po₀(举例来说)。因此，当将脉冲序列SC(t)的第一个脉冲嵌入在时间片po₀中时，无法检测到所述脉冲序列SC(t)。

从数学上来说，该问题可以由下式表示：

θ∈[0，Ps[，m，n∈N且q∈[0，Q-1](其中 $Q=\frac{\mathrm{Te}}{\mathrm{Ts}}$ )，从而

$|\mathrm{\&theta;}+\mathrm{mT}-\mathrm{nPs}-\mathrm{qTs}|<\frac{T_c}{x}$

其中θ是用于定义信号的观察部分的时刻，x表示数学变量，N表示自然数的集合。假定

和

都是整数值，那么可以证实，如果比值

和比值

相互之间是质数，则验证该式。

在图8描绘的实例中，因为 $\frac{P_s\left(k\right)}{T_c}=30$ 且 $\frac{T}{T_c}=6,$ 所以违反该约束条件。

图9示出描绘当在接收器端存在信号Tsg(t)时连续重复信号表征检测步骤200的一个实例的计时图，其中通过连续重复信号表征检测步骤200，在有限次数的重复之后检测到表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)。这里也使用关于用于图8的描述的信号帧和信号表征模式SCP的假定。

在如图8所描绘的那样前三次重复信号表征检测步骤200之后，考虑了三个时间片po₁、po₂和po₃。在静默持续时间SD期间，接收器RCD仍然在每个时间周期T执行信号表征检测步骤。这如图9中的虚线所描绘。

在如图9所描绘的实例中，因为比值等于45，且比值等于6，由于这两个比值相互之间是质数，因而满足上述约束条件。

因此，在就在静默持续时间SD之后立即重复信号表征检测步骤200期间，将第一窗口TW(1)设置在时刻θ₅，在这里描绘的实例中，时刻θ₅位于时间片po₀的持续时间的中部。这里假定，信号函数估算值大于或等于阈值THv，并且认为检测到表示信号表征函数SCP的脉冲序列SC(t)。

图10是表示根据本发明的信号生成部件SGM的框图。

信号生成部件SGM包括用于生成具有短持续时间的脉冲的脉冲发生器IG。脉冲的形状与例如如图2所描绘的形状类似。信号生成部件SGM还包括用于从生成的脉冲形成表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)的部件SCPGM和用于从生成的脉冲形成表示时间基准模式TTP的脉冲序列TT(t)。此外，信号生成部件SGM还包括用于形成承载将要发送的数据D的脉冲序列D(t)的部件DGM。信号生成部件SGM还包括用于根据时间定律TL通过在信号Tsg(t)的帧F中插入至少一个脉冲序列SC(t)、单个脉冲序列TT(t)和多个脉冲序列D(t)来形成所述信号帧的部件SFGM。

图11是表示根据本发明的用于使接收器RCD与发射器TRD在时间上同步的部件SYNCM的框图。部件SYNCM包括用于存储信号表征模式SCP的特征和时间基准模式TTP的特征的部件MEM、用于从所接收的信号的观察部分检测表示信号表征模式SCP的脉冲序列SC(t)的部件SCPDM以及用于检测表示时间基准模式TTP的脉冲序列TT(t)的部件TTPDM。

根据接收器RCD的一个实施例，部件SCPDM包括用于根据存储在部件MEM中的信号表征模式SCP的特征定义时间窗口集合TW(j)的部件TWGM、用于将时间窗口集合的第一时间窗口TW(1)定位在由时刻定义的时间片上的部件SCPPM、用于在时间窗口集合上估算信号函数SF的部件SFEM以及用于将信号函数估算值与预定阈值THv进行比较的部件SFCM。

根据接收器RCD的一个实施例，在每个时间周期T使用用于从所接收的信号的观察部分来检测嵌入在所接收的信号帧F中的表示信号表征模式SCP的脉冲序列之一的存在的部件SCPDM的情况下，选择信号帧F的总持续时间Ps和时间周期T，以便使信号帧的总持续时间Ps与所述时间片的持续时间T_c之间的比值和所述时间周期T与所述时间片的持续时间T_c之间的比值是两个相互之间是质数的数值。

根据接收器RCD的一个实施例，在满足预定条件PC之前，在每个时间周期T使用用于从所接收的信号的观察部分来检测嵌入在所接收的信号帧F中的表示信号表征模式SCP的脉冲序列之一的存在的部件SCPDM。

根据接收器RCD的一个实施例，当检测到表示信号表征模式的脉冲序列时，满足预定条件PC。

根据接收器RCD的一个实施例，当用于从所接收的信号的观察部分检测表示信号表征模式SCP的脉冲序列之一的存在的累积持续时间不超过预定时间值时，满足预定条件PC。

根据接收器RCD的一个实施例，当发生来自在例如应用层实施的协议的外部事件时，满足预定条件PC。

Claims (18)

1.一种用于在基于脉冲的远程通信系统(SYST)中将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的方法，所述承载数据是在所接收的信号在时间上同步时由所述接收器获得的，所述所接收的信号在时间上同步是在从所发送的信号的接收帧中检测到根据所述接收器预先已知的时间基准模式(TTP)生成的脉冲序列时实现的，所述方法的特征在于，它包括：

由所述发射器执行的信号生成步骤(100)，在此期间：

在将要发送的信号中定期插入表示信号表征模式(SCP)的脉冲序列，所述信号表征模式(SCP)的特征是幅度/位置值对的集合，所述幅度/位置值对的集合是由与所述幅度/位置值对的集合相关的至少一个概率律完成的，所述信号表征模式(SCP)的所述特征由所述接收器预先已知，并且所述脉冲序列指示将要发送的信号的每个帧承载表示所述时间基准模式(TTP)的脉冲序列，以及

在将要发送的信号的每个帧中插入表示所述时间基准模式(TTP)的单一脉冲序列；

信号表征检测步骤(200)，用于通过将从所接收的信号的观察部分获得的根据所述接收器(RCD)已知的所述至少一个概率律定义的信号函数(SF)的估算值与预定阈值进行比较，从所接收的信号的观察部分来检测嵌入在所接收的信号帧中的表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在；以及

当检测到表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列时，进行时间基准检测步骤(300)，所述时间基准检测步骤(300)用于检测由所述信号帧承载的表示所述时间基准模式(TTP)的脉冲序列的存在。

2.如权利要求1所述的用于在基于脉冲的远程通信系统(SYST)中将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的方法，在时间片中嵌入所述信号的单个脉冲，在每个时间周期T执行所述信号表征检测步骤，所述方法的特征在于，选择所述帧的总持续时间(Ps)和所述时间周期T，以便使所述信号帧的总持续时间(Ps)与所述时间片的持续时间(T_c)之间的比值和所述时间周期T与所述时间片的持续时间(T_c)之间的比值是两个相互之间是质数的数值。

3.如权利要求2所述的用于在基于脉冲的远程通信系统(SYST)中将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的方法，其特征在于，在满足预定条件(PC)之前，一直执行所述信号表征检测步骤。

4.如权利要求3所述的用于在基于脉冲的远程通信系统(SYST)中将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的方法，其特征在于，当检测到表征所述信号表征模式的脉冲序列时，满足所述预定条件(PC)。

5.如权利要求3所述的用于在基于脉冲的远程通信系统(SYST)中将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的方法，其特征在于，当定期执行的信号表征检测步骤的累积持续时间不超过预定时间值时，满足所述预定条件(PC)。

6.如权利要求3所述的用于在基于脉冲的远程通信系统(SYST)中将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的方法，其特征在于，当发生来自协议的外部事件时，满足所述预定条件(PC)。

7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的用于在基于脉冲的远程通信系统(SYST)中将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的方法，其特征在于，所述信号表征检测步骤(200)包括：

a)时间窗口定义子步骤(201)，在此期间，根据所述信号表征模式(SCP)的特征定义时间窗口的集合，所述时间窗口的集合确定观察所述信号的时间间隔；

b)模式定位子步骤(202)，在此期间，将所述时间窗口的集合的起始点定位在当前时刻(θ_i)；

c)估算子步骤(203)，在此期间，估算所述信号函数；

d)比较子步骤(204)，在此期间，将所述信号函数估算值与所述预定阈值进行比较；以及

e)当所述信号函数估算值小于所述预定阈值时，进行时刻更新子步骤(205)，在此期间，通过将当前时刻(θ_i)加上所述时间周期T来获得新的当前时刻(θ_i+1)，然后通过考虑所述新的当前时刻(θ_i+1)来重复步骤b)。

8.一种用于将承载数据的信号发送到接收器(RCD)的基于脉冲的远程通信系统的发射器，所述承载数据是在所接收的信号在时间上同步时由所述接收器获得的，所述所接收的信号在时间上同步是在从所发送的信号的接收帧中检测到根据所述接收器预先已知的时间基准模式(TTP)生成的脉冲序列时实现的，所述发射器的特征在于，它包括用于根据信号表征模式(SCP)形成表示所述信号表征模式的脉冲序列的部件(SCPGM)，所述信号表征模式(SCP)的特征是幅度/位置值对的集合，所述幅度/位置值对的集合是由与所述幅度/位置值对的集合相关的至少一个概率律完成的。

9.一种用于接收由发射器(TRD)发送的承载数据的信号的基于脉冲的远程通信系统的接收器，所述承载数据是在所接收的信号在时间上同步时由所述接收器获得的，所述所接收的信号在时间上同步是在从所发送的信号的接收帧中检测到根据所述接收器预先已知的时间基准模式(TTP)生成的脉冲序列时实现的，所述接收器包括用于从所接收的信号的观察部分检测嵌入在所接收的信号帧中的表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在的部件(SCPDM)，所述接收器的特征在于，用于从所接收的信号的观察部分检测表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在的所述部件(SCPDM)包括用于在所接收的信号的所述观察部分上估算信号函数(SF)的部件(SFEM)，所述信号函数(SF)是根据所述接收器(RCD)已知的所述至少一个概率律定义的。

10.如权利要求9所述的基于脉冲的远程通信系统的接收器，其特征在于，用于从所接收的信号的观察部分检测表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在的所述部件(SCPDM)包括：

用于根据所述信号表征模式(SCP)的幅度/位置值定义时间窗口的集合TW(j)的部件(TWGM)，所述时间窗口的集合TW(j)定义所接收的信号的所述观察部分；

用于将所述时间窗口的集合的第一时间窗口TW(1)定位在由时刻定义的时间片上的部件(SCPPM)；

用于在所述时间窗口的集合上估算所述信号函数(SF)的部件(SFEM)；以及

用于将所述信号函数估算值与预定阈值(THv)进行比较的部件(SFCM)。

11.如权利要求9-10中任一权利要求所述的基于脉冲的远程通信系统的接收器，时间片中包含所述信号的单个脉冲，在每个时间周期T使用用于从所接收的信号的观察部分检测嵌入在所接收的信号帧(F)中的表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在的所述部件(SCPDM)，所述接收器的特征在于，选择所述信号帧(F)的总持续时间(Ps)和所述时间周期T，以便使所述信号帧的总持续时间(Ps)与所述时间片的持续时间(T_c)之间的比值和所述时间周期T与所述时间片的持续时间(T_c)之间的比值是两个相互之间是质数的数值。

12.如权利要求11所述的基于脉冲的远程通信系统的接收器，其特征在于，在满足预定条件(PC)之前，在每个时间周期T使用用于从所接收的信号的观察部分检测嵌入在所接收的信号帧(F)中的表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在的所述部件(SCPDM)。

13.如权利要求12所述的基于脉冲的远程通信系统的接收器，其特征在于，当检测到表征所述信号表征模式的脉冲序列时，满足所述预定条件(PC)。

14.如权利要求12所述的基于脉冲的远程通信系统的接收器，其特征在于，当用于从所接收的信号的观察部分检测表示所述信号表征模式(SCP)的脉冲序列之一的存在的累积持续时间不超过预定时间值时，满足所述预定条件。

15.如权利要求12所述的基于脉冲的远程通信系统的接收器，其特征在于，当发生来自协议的外部事件时，满足所述预定条件。

16.一种用于将承载数据的信号从发射器(TRD)发送到接收器(RCD)的基于脉冲的远程通信系统，所述承载数据是在所接收的信号在时间上同步时由所述接收器获得的，所述所接收的信号在时间上同步是在从所发送的信号的接收帧中检测到根据所述接收器预先已知的时间基准模式(TTP)生成的脉冲序列时实现的，所述系统的特征在于，所述发射器符合权利要求8，且所述接收器符合权利要求9-15中的任一权利要求。

17.一种由基于脉冲的远程通信系统(SYST)的发射器(TRD)发送且由接收器(RCD)接收的承载数据的信号，所述承载数据是在所述信号在时间上同步时由所述接收器(RCD)获得的，所述信号在时间上同步是在从所述信号的接收帧中检测到根据所述接收器预先已知的时间基准模式(TTP)生成的脉冲序列时实现的，所述承载数据的信号的特征在于，所述信号帧包括：

多个表示信号表征模式(SCP)的脉冲序列，所述信号表征模式(SCP)的特征是幅度/位置值对的集合，所述幅度/位置值对的集合是由与所述幅度/位置值对的集合相关的至少一个概率律完成的，所述脉冲序列中的每个脉冲序列指示将要发送的所述信号的每个帧承载表示所述时间基准模式(TTP)的脉冲序列；以及

表示所述时间基准模式的单个脉冲序列。

18.如权利要求17所述的由基于脉冲的远程通信系统(SYST)的发射器(TRD)发送且由接收器(RCD)接收的承载数据的信号，其特征在于，所述信号帧还包括位于表示所述时间基准模式的所述脉冲序列的最后一个脉冲和用于承载将要发送的数据的脉冲序列中的第一个脉冲之间的静默持续时间(SD)。

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