[发明专利]数字信号的无线通信方法及系统

说明书

技术领域

本发明公开一种基于数字信号编码的无线通信方法及系统，特别是对数字信号通过引入周期序列进行重整化，形成数字信号的赝周期序列，高速数字信号赝周期序列作为一种赝载波，通过具有一定带宽的射频系统直接进行放大、发射和接收，实现数字信号的无线传输。

背景技术

数字信号是现代信息与通信技术中应用最广泛的一种信号形式。在计算机、信息处理和存储的很多领域，原始的数据信息都是被数字化(digitization)后转换成数字信号的形式。在光纤通信系统中，需要传输的声音、图像等原始数据信息，也是以数字信号的形式调制到光导纤维中传导的光波信号上再进行传输。

计算机中的逻辑运算和信息存储全部都是采用数字信号的形式，而且，大多数的计算机系统是采用二进制的形式。代表两个不同的二进制码元(如用1和0表示)的脉冲信号，在晶体管和集成电路中可以很容易地被实现，例如，利用晶体管元件或者集成电路的开启和断开形成的高电平状态和低电平状态，可以分别代表1和0两个码元。

信息的无线传输是现代信息技术的一个重要领域。因为数字信号通常具有幅度小、频率低等特点，传统的无线通信方法需要把数字信号调制到无线电射频信号的模拟载波(analog carrier)上，通过对模拟载波信号的发射和接收来实现信息传输。请参考“射频微电子”，Behzad Razavi著，余志平，周润德译，2006年4月第一版(参考文献1)。

无线移动通信领域的一个重要突破，是多用户通信的码分多址(code divisionmultiple access-CDMA)技术。CDMA的基本思想是在需要传输的原始数据经过数字化之后，对不同用户的数字信号在发射端用不同的伪随机编码的扩频序列去调制，这种伪随机信号的带宽远大于原始数字信号的带宽。利用伪随机码自相关性大而互相关性小的特点作为地址码，将信道中不同用户的宽带信号相互叠加在一起之后，调制到无线电射频的模拟载波上进行宽带传输。在系统的接收端，使用与发射端完全相同的伪随机码与接收到的宽带信号做相关处理，把宽带信号解扩为原始数据信号。相关专利包括如：美国专利申请号07/991841，名称为“Despreading technique for CDMA systems”(参考专利1)；美国专利申请号09/265204，名称为“CDMA signal transmission control”(参考专利2)。

当数字信号如针对二进制码元中的1和0，利用时间域(简称为时域)的波形进行表达时，对应了在某个时间间隔(或者称为时间步长，或简称为步长)内的高电平或者低电平的电脉冲信号波形状态。通常情况下，数字信号的脉冲波形是方波信号。

由原始数据信息经过数字化后形成的数字信号序列，在时域的分布不是严格的周期性序列，而是近似的随机序列。对这种数字信号近似随机序列的时域波形进行傅立叶(Fourier)变换得到的频谱，在频域的分布并不呈现单一的振荡频率，而是接近白噪声的宽带无规分布。实现CDMA的多用户功能的数字信号伪随机序列，是对序列的相互关系做限制，即不同的伪随机序列之间具有自相关性大、而互相关性小的特点。这种伪随机序列的频谱也不呈现单一的振荡频率，而是接近白噪声的宽带无规分布。

而无线电的模拟信号，是在空间传播的、并且随时间周期性变换的一种振荡(如正弦波)。这种振荡信号的频谱呈现特定的振荡频率，在有限带宽的射频收发系统(简称射频系统)中，是在某个特定振荡频率附近呈现峰状分布。

包含有需要传输的原始数据信息的数字信号通常是低速信号，其频谱分布并不显示特定的振荡频率。这种信号因为带宽远超出无线电射频系统的带宽而无法进行无线传输。所以，传统无线通信技术是把原始数字信号调制到无线电射频的模拟载波信号上，通过射频信号来实现信息的传输，其中的调制过程通常利用混频器实现。

在CDMA系统中，对多用户的原始数字信号做伪随机序列扩频后形成的伪随机数字信号，因为其频谱分布并不呈现特定的振荡频率，所以，同样需要调制到无线电模拟载波上进行无线电发射、传输和接收。

通过以上分析得知，对于包含有原始数据信息的数字信号，以及经过高速信号伪随机序列编码后形成的数字信号，其频谱分布都不呈现特定的振荡频率，这种信号因为带宽远超出无线电射频系统的带宽而无法直接进行无线传输。

发明内容