專利名稱：空時編碼的mb-ofdm uwb系統(tǒng)的制作方法
空時編碼的MB-OFDM UWB系統(tǒng)本發(fā)明涉及針對多頻帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)超寬帶(UWB)系 統(tǒng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，其使用空時編碼(STC)來低成本且低功耗地實 現(xiàn)發(fā)射分集。在多頻帶OFDMUWB系統(tǒng)中，信號在多個頻帶上跳頻。在各次跳頻中， 在這些頻道之一上發(fā)送一個OFDM碼元。通常，跳頻圖案由不同的頻帶組 成。這種模式稱為"時頻交錯"或TFI模式。如果跳頻圖案僅僅由一個單一 頻帶(沒有跳頻)組成，則該模式稱為"定頻交錯"或FFI模式?？梢栽诎l(fā)射器或接收器處(或二者處)使用多個天線來獲得空間分 集。盡管接收分集(例如，最大比接收組合(MRRC))具有較好性能， 而發(fā)射分集能夠以充分低的復(fù)雜度和功耗來獲得相當(dāng)大的增益。這主要 是因為發(fā)射器與接收器相比，通常牽涉到較低的復(fù)雜度并且具有較低的 功耗。例如，能夠以比模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)小得多的復(fù)雜度和功耗 實現(xiàn)數(shù)字到^t擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。當(dāng)使用多個發(fā)射天線和單獨一個接收天線時，接收信號是多個發(fā)射 信號的干擾混合?？諘r編碼能夠?qū)⑦@些信號分離開，同時實現(xiàn)完整意義 的發(fā)射分集。為了改善MB-OFDM UWB系統(tǒng)的功耗、范圍或數(shù)據(jù)速率，本發(fā)明的系 統(tǒng)、設(shè)備和方法使用了一種形式的空間分集，即，空時碼。例如，本發(fā) 明的一種空時碼(STC)應(yīng)用是針對各個頻帶使用Alamouti空時分組碼 的MB—OFDM UWB系統(tǒng)。附圖
l圖解說明使用按照Alamouti的空時編碼方案的具有一個接 收器的雙發(fā)射器分集方案；附圖2圖解說明具有3個頻帶(跳頻圖案{1, 2, 3))和Alaraouti空 時碼的MB-OFDM UWB;和附圖3圖解說明具有A1 amou t i空時碼的MB-OFDM UWB系統(tǒng)的BER性本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面的介紹是為了解釋說明而給出的， 而不是為了限定。技術(shù)人員知道，在本發(fā)明的思想和所附權(quán)利要求的 范圍之內(nèi)會有很多的變化。在當(dāng)前的介紹中，可能會省略已知功能和 操作的不必要細節(jié)，以便不致使得本發(fā)明晦澀難懂。Alamouti空時分組碼Alamouti空時碼是針對兩個天線的復(fù)正交空時碼(STC ),參見S. Alamouti的《A Simple Transmit Diversity Technique Tor Wireless Communications》(IEEE J. Select. Areas Comm.,第16巻,第1451-1458 頁，1998年10月)。現(xiàn)在參照附圖l,發(fā)射天線O與接收天線之間的信道由h。 IOO表示，并 且發(fā)射天線l與接收天線之間的信道由h, 101表示。通過在給定的碼元周 期從兩個天線同時發(fā)射兩個信號，由兩個數(shù)據(jù)碼元獲得了四個發(fā)射碼元，<formula>formula see original document page 6</formula>其中*代表復(fù)共軛，Sk 102 103是數(shù)據(jù)碼元，而s^是在時刻l = 0， 1 在天線m-O, l上發(fā)射的碼元。在接收天線處接收到的信號是由下式給出 的<formula>formula see original document page 6</formula> ,其中r, 104是在時刻1 = 0， l在該天線上接收到的碼元，105是時 刻l-O, l的白高斯噪聲。然后將所接收到的碼元組合起來，得到<formula>formula see original document page 6</formula>然后將其發(fā)送給解碼器。附圖i圖解說明具有一個接收器的兩分支發(fā) 射分集方案。顯然，這種方案的性能與具有兩個接收天線的具有最大比接收組合(MRRC)的系統(tǒng)類似，只是具有3 dB損耗。這一損耗是由于必須要將發(fā) 射功率分割到兩個天線上而發(fā)生的。基帶上的計算復(fù)雜度與具有兩個接 收天線的MRRC類似。具有Alamouti空時分組碼的MB- OFDM UWB系統(tǒng)在多頻帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)系統(tǒng)的第一種實施方式中，對各 個子載波應(yīng)用Alaraouti方案。換句話說，4吏用Alamouti方案調(diào)制兩個碼 元，S。和Si。在兩個發(fā)射天線202. 1 202. 2上在同一個子載波上同時發(fā)射 結(jié)果得到的So,o 203. 0. O和S(u 203. 0. 1 。
在同一個子載波204. 3 206. 3上 并且通過兩個不同的天線202. 1 202. 2發(fā)射碼元su 203. l.O和s,', 203.1.1,但是是通過相對于原始OFDM碼元的第(K+l)個OFDM碼元發(fā)射 的，其中K是跳頻圖案的長度(見附圖2)。這使得碼元s。,。 203. 0. O和s,.。 203. 1. O即使在使用跳頻的TFI模式下也能夠經(jīng)歷相同的信道系數(shù)。類似 地，對于So,, 203. 0. 1和Sm 203.1.1，如上所述那樣在接收器205處對兩 個接收到的值進行組合。附圖3圖解說明這一系統(tǒng)的位錯誤率(BER)性能。在附圖3中，使用 3/4比率巻積碼和16-QAM調(diào)制來實現(xiàn)lGbps速率。從附圖3中可以觀察到， 在BER為10 —的情況下，通過使用空時編碼MB-OFDM UWB系統(tǒng)，獲得了 3. 7dB 的增益。當(dāng)取代16-QAM而使用DCM或QPSK時，會達到類似的增益。單次IFFT實現(xiàn)在第二優(yōu)選實施方式中，發(fā)射器處所需的處理是在時域內(nèi)進行的。 能夠在時域內(nèi)完成處理是由于針對兩個OFDM碼元(s。,。和s^)進行的IFFT 的輸入彼此只是互為復(fù)共軛。這意味著，可以使用一個IFFT計算出所發(fā) 射的OFDM碼元之一，并且通過顛倒輸出結(jié)果的下標(biāo)來獲得另一個碼元。 對s。j和s,.。采用同樣的辦法，同時還要進行額外的符號改變。由此，對于 各個OFDM碼元(各次跳頻)，每OFDM碼元僅僅需要一次IFFT運算。本發(fā)明可以應(yīng)用于MB-OFDM UWB系統(tǒng)來以低成本和低功耗實現(xiàn)空間分 集。這在以較高數(shù)據(jù)速率(例如，1Gbps)達到合理范圍方面是很重要的。 還能夠針對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)速率改善性能(范圍)。雖然圖解說明和介紹的是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會理解，本文介紹的設(shè)備和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是說明性的，可以做出 各種不同的變化和改造并且可以等同替代它們的要素，而不會超出本發(fā)明的真實范圍。此外，可以做出很多種改造來使本發(fā)明的教導(dǎo)適合于特 定的情形，而不會超出本發(fā)明的核心范圍。因此，我們的意圖是，本發(fā) 明并不局限于作為為了實施本發(fā)明而考慮的最佳方式公開的具體實施方 式，而是本發(fā)明包括落在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的所有實施方式。
權(quán)利要求
1.一種MB OFDM系統(tǒng)，包括編碼器(201.1)，能夠?qū)χ辽僖粋€輸入碼元的流做出響應(yīng)，用來由此形成包括與各個至少一個輸入碼元相應(yīng)的多個信道碼元(203.i.j)的集合，以致使得與各個至少一個輸入碼元相應(yīng)的信道碼元(203.i.j)包括輸入碼元、輸入碼元的負值、輸入碼元的復(fù)共軛和輸入碼元的復(fù)共軛的負值；多個天線(202.i)；輸出級(201.2)，構(gòu)成為用來a.當(dāng)信道碼元(203.i.j)中的兩個彼此互為復(fù)共軛時，該輸出級此外還構(gòu)成為用來i.將兩個信道碼元之一變換為單次IFFT的輸出，并且通過顛倒該輸出的下標(biāo)來變換兩個信道碼元中的另一個；ii.由使用IFFT變換之后的碼元創(chuàng)建OFDM碼元，使得兩個經(jīng)過變換的OFDM碼元彼此互為顛倒下標(biāo)的副本；和否則，將信道碼元轉(zhuǎn)換到時域，其中將信道碼元的流轉(zhuǎn)換為OFDM碼元；和b.將OFDM碼元施加給多個天線(202.i)來形成傳輸媒介上的多個截然不同的信道(024 206)，以致使得與輸入碼元相應(yīng)的多個OFDM碼元的子集由所述多個天線(202.i)中的不同天線(202.1)(202.2)在所述多個截然不同的信道(204)(206)中的不同信道(204)(206)的相同副載波(204.i)(206.i)上同時發(fā)射出去；和接收器，該接收器具有單獨一個天線，該接收器適合于接收和解碼由所述輸出級發(fā)射的信號，其中所述流被空時編碼以進行發(fā)射。
2. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，此外還包括具有單獨一個天線的 接收器，該接收器適合于接收和解碼由所述輸出級發(fā)射的信號。
3. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中多個截然不同的信道由此直 接傳輸?shù)絾为氁粋€接收器天線。
4. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中編碼器將輸入碼元編碼為n個 信道碼元的塊。
5， 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該編碼器將輸入碼元編碼成2個信道碼元的塊，使得各個2個信道碼 元(s。 sj的塊編碼為2個碼元(s。， -s^的第一序列并且編碼為2個信道碼 元(s,，s。"的第二序列，其中s,是Si的復(fù)共軛；多個天線由第一天線和第二天線組成；和輸出級將第一序列施加給第一天線并且將第二序列施加給第二天線。
6. —種MB 0FDM發(fā)射器(201)，包括編碼器(201.1),能夠?qū)χ辽僖粋€輸入碼元的流做出響應(yīng)，用來由 此形成包括與各個至少一個輸入碼元相應(yīng)的多個信道碼元(203. i. j )的 集合，以致使得與各個至少一個輸入碼元相應(yīng)的信道碼元(203. i. j )包 括輸入碼元、輸入碼元的負值、輸入碼元的復(fù)共軛和輸入碼元的復(fù)共軛的負值；多個天線(202. i); 輸出級(201.2),用來a. 當(dāng)信道碼元(203. i. j )中的兩個彼此互為復(fù)共軛時，該輸出級此 外還構(gòu)成為用來i. 將兩個信道碼元之一變換為單次IFFT的輸出，并且通過顛倒該輸出的下標(biāo)來變換兩個信道碼元中的另一個；和ii. 由使用IFFT變換之后的碼元創(chuàng)建OFDM碼元，使得兩個經(jīng)過變 換的OFDM碼元彼此互為顛倒下標(biāo)的副本；和否則，將信道碼元轉(zhuǎn)換到時域， 其中將信道碼元的流轉(zhuǎn)換為OFDM碼元；和b. 將OFDM碼元施加給多個天線(202. i )來形成傳輸媒介上的多個截 然不同的信道(024 206 ),以致4吏得與輸入碼元相應(yīng)的多個OFDM碼元的 子集由所述多個天線(202. i )中的不同天線(202， 1 ) ( 202. 2 )在所述 多個截然不同的信道(204 ) ( 206 )中的不同信道(204 ) ( 206 )的相 同副載波(204. i) ( 206. i )上同時發(fā)射出去；和接收器，該接收器具有單獨一個天線，該接收器適合于接收和解碼 由所述輸出級發(fā)射的信號，其中所述流被空時編碼以進行發(fā)射。
7. —種通過傳輸媒介發(fā)射與多個輸入碼元相應(yīng)的信息的方法，包 括步驟將多個輸入碼元編碼成至少一個n個碼元的塊，以形成r^m信道碼元， 其中m是截然不同的空間分集信道203. i. j的個數(shù)，所述碼元是在這些空 間分集信道上發(fā)射的，其中所述編碼過程生成與所述多個輸入碼元中的 各個輸入碼元相應(yīng)的多個信道碼元(203. i. j)，使得這多個信道碼元 (203. i.j)包括輸入碼元、輸入碼元的負值、輸入碼元的復(fù)共軛和輸入 碼元的復(fù)共軛的負值；當(dāng)信道碼元中的兩個彼此互為復(fù)共軛時，用單次IFFT的輸出代替這 兩個信道碼元中的一個，并且用通過顛倒所述輸出的下標(biāo)而獲得的碼元 代替這兩個信道碼元中的另一個；和使用IFFT由信道碼元創(chuàng)建OFDM碼元，使得與輸入碼元中的復(fù)共軛相 應(yīng)的OFDM碼元彼此互為下標(biāo)顛倒的副本；和通過所述m個信道發(fā)射所述r^ra個信道碼元，4吏得各個輸入碼元在所 述m個信道的相同副載波(204， i ) ( 206. i )中具有相應(yīng)的信道碼元。
8, 按照權(quán)利要求7所述的方法，此外還包括具有單獨一個天線的 接收器(205 )進行下列步驟的步驟接收所發(fā)射的rn個信道碼元；和 解碼所接收的n承m個信道碼元。
9. 按照權(quán)利要求8所述的方法，其中 n=m=2j編碼步驟此外還包括步驟將輸入碼元編碼成2個信道碼元的塊，使 得各個2個信道碼元(s。 sj的塊編碼為2個信道碼元{s。， -Sl*}的第一序列 并且編碼為2個信道碼元^，sW的第二序列，其中s^是Si的復(fù)共軛；和發(fā)射步驟此外還包括將第 一序列施加給第 一信道并且將第二序列施 加給第二信道的步驟。
全文摘要
提供了用來對多頻帶0FDM UWB系統(tǒng)進行空時編碼的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，所述系統(tǒng)、設(shè)備和方法采用在不同天線(202.1 202.2)的相同副載波(204.i 206.i)上發(fā)射與輸入信號相應(yīng)的信道碼元的方案。
文檔編號H04L1/06GK101268648SQ200680034750
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者S·-A·塞耶迪-埃斯法哈尼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司