CN101051882B - 用于uwb脉冲型多天线系统的空时编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于包括三个或四个辐射元件的UWB传输系统的空时编码方法。该方法还涉及用于利用该空时编码传输属于PPM调制星座图或PPM-PAM复合调制星座图的多个数据符号的方法。

Description

用于UWB脉冲型多天线系统的空时编码方法

技术领域

本发明既涉及超宽带或UWB远程通信领域，又涉及利用空时编码或STC技术的多天线系统领域。

背景技术

无线多天线远程通信系统在现有技术中是公知的。这些系统使用用于发送和/或接收的多个天线，并且根据所使用的结构类型将这些系统称为MIMO(多输入多输出)、MISO(多输入单输出)、或SIMO(单输入多输出)。下面，将使用同一术语MISO来指代前述的MIMO和MISO方案。发送和/或接收中的空间分集的使用使得这些系统能够提供明显优于传统的单天线系统(或用于单输入单输出的SISO)的信道容量。该空间分集通常是利用时空编码通过时间分集来实现的。在这样的编码技术中，在多个天线上以及多个传输时间对将传输的数据符号进行编码。已知两种主要类型的利用空时编码的MIMO系统是：空时格编码系统或STTC、以及空时块编码系统或STBC。在格编码系统中，空时编码器可以被看作有限态机，该有限状态机用于根据当前状态和将被编码的数据符号将P个传输符号提供给P个天线。利用多维Viterbi算法对所接收的数据进行解码，其中，多维Viterbi算法的复杂性根据状态数按指数规律增加。在块编码系统中，将待传输的数据符号块编码成传输符号矩阵，其中，矩阵的一个维对应于天线的数量，且另一维对应于连续传输时间。

图1示意性地示出了利用STBC编码的MIMO传输系统100。数据符号块S＝(a₁，...，a_b)(例如b位二进制字或更通常为b个M-ary符号)被编码成空时矩阵：

其中，码的系数c_t，p(t＝1，...，T；p＝1，...，P)为通常取决于数据符号的复合系数，P为在传输中使用的天线数量，T为表示码的时间范围的整数，即，信道的使用或PCU(Per Channel Use，每个信道使用)的次数。

用于数据符号的每个向量S的映射空时码字C的函数f称为编码函数。如果函数f是线性的，则空时码也被表示为线性的。如果系数c_t，p为实数，则空时码也被表示为实数。

在图1中，标号110表示空时码。每次使用信道t时，编码器都会将矩阵C的第t条行向量提供给乘法器120。乘法器将行向量的系数传输给调制器130₁，...，130_p，并通过天线140₁，...，140_p传输调制后的信号。

空时码的特征在于其码率，即，在于每信道使用(PCU)所传输的数据符号的数量。如果为高于单天线使用(SISO)的相对码率的P次，则该码被称为以全码率。

空时码的特征还在于其分集，该分集可以被限定为矩阵C的秩。如果对于对应于两个向量S₁和S₂的任何两个码字C₁和C₂，都有矩阵C₁-C₂为满秩，则将存在最大分集。

空时码的特征还在于其编码增益，其中，编码增益表示不同码字之间的最小距离。其可以定义为：

$\underset{C_1\≠C_2}{\min }\det \left({(C_1-C_2)}^H(C_1-C_2)\right)---\left(2\right)$

或以用于线性码的等效方式：

$\underset{C\≠0}{\min }\det \left(C^{H}C\right)---\left(3\right)$

其中，det(C)表示C的行列式且C^H为矩阵C的共轭转置矩阵。对于数据符号传输能量来说，编码增益是受限制的。空时码的编码增益越高，其将越能防衰减。

通常不设置编码增益，但是其随着数据调制的阶数而减少，其中，谱效能(spectral efficacy)取决于码增益。在一些情况下，当谱效能增加时，编码增益不趋向于零，而是趋向一个非零的渐进值。这样的码被称为具有非零行列式。

最后，尽力做到在天线和传输时间之间均匀分布由系统传输的平均能量。

完全码(perfect code)是具有上述最大分集、非零行列式和所分配的能量的全码率码。

在发表在IEEE Transactions on Information Theory上的由Frédérique Oggier等人所著的题为“Perfect space-time block codes”的文章中提出了用于具有2、3、4、或6个传输天线的MIMO系统的完全空时码的实例，且上述文章可以在www.comelec.enst.fr/～helfiore网站找到。

因此，用于具有三个传输天线的MIMO系统的完全空时码由以下矩阵提供：

$C=\frac{1}{\sqrt{7}}\left(\begin{array}{ccc}{u}_0{a}_1+v_0{a}_2+w_0{a}_3& u_0{a}_4+v_0{a}_5+w_0{a}_6& u_0{a}_7+v_0{a}_8+w_0{a}_9\\ j(u_1{a}_7+v_1{a}_8+w_1{a}_9)& u_1{a}_1+v_1{a}_2+w_1{a}_3& u_1{a}_4+v_1{a}_5+w_1{a}_6\\ j(u_2{a}_4+v_2{a}_5+w_2{a}_6)& j(u_2{a}_7+v_2{a}_8+w_2{a}_9)& u_2{a}_1+v_2{a}_2+w_2{a}_3\end{array}\right)---\left(4\right)$

其中：

$u_q=1+j+{\mathrm{\θ}}_q;v_q=(1+j){\mathrm{\θ}}_q+{\mathrm{\θ}}_q^2;w_q=1+2{\mathrm{\θ}}_q+j{\mathrm{\θ}}_q^2;$

${\mathrm{\θ}}_q=2\cos \left(\frac{2(q+1)\mathrm{\π}}{7}\right)\mathrm{forq}=\mathrm{0,1,2};j=\exp \left(\frac{2\mathrm{\πi}}{3}\right);i=\sqrt{-1}$

并且其中a_i，i＝1，...，9为数据符号。

于2005年12月6日发表在IEEE Transactions on InformationTheory上的由Petros Elia所著的题为“Perfect space-time codes withminimum and non-minimum delay for any number of antennas”的文章中已经提出了任意数量的传输天线的完全空时码的方案。

当前值得研究的课题是另一个远程通信领域。其尤其涉及预期用于开发未来无线个人网络(WPAN)的UWB远程通信系统。这些系统具有以超宽带信号直接在基带上运行的特有特征。通常，UWB信号符合2002年2月14日的FCC(在2005年3月修订)的规则中规定的频谱罩(spectral mask)，即，UWB基本上为3.1到10.6GHz频带中的信号，且具有至少500MHz至-10dB的带宽。实际上，存在两种类型的UWB信号：多频带OFDM信号(MB-OFDM)和UWB脉冲型信号。下面，将只讨论后者。

UWB脉冲信号由分布在帧中的非常短的脉冲(通常为几百皮秒的数量级)形成。为了减少多路存取干扰(多路存取干扰的缩写为MAI)，将特殊的跳时码(跳时的缩写为TH)分配给每个用户。于是，为用户k生成或欲为用户k所使用的信号可以写成如下形式：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}w(t-n{T}_s-c_k\left(n\right)T_c)---\left(5\right)$

其中，w为基本脉冲的形式，T_c为码片持续时间(chip duration)，T_s为基本间隔的持续时间，其中，N_s＝N_cT_c，而N_c为间隔内码片的数量，且整个帧具有的持续时间为T_f＝N_sT_s，其中，N_s为帧中的间隔的数量。将基本脉冲的持续时间选择为低于所述码片持续时间，即T_w≤T_c。序列c_k(n)(其中，n＝0，...，N_s-1)限定用户k的跳时码。选择跳时序列是为了使属于不同用户的跳时序列的脉冲之间的冲突次数最小化。

图2A示出了与用户k相关的TH-UWB信号。为了传输来自用户k或打算提供给用户k的给定数据符号，通常使用位置调制(用于脉冲位置调制的PPM)对TH-UWB信号进行调制，即，经过调制的信号为：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}w(t-n{T}_s-c_k\left(n\right)T_c-d_k\mathrm{\ϵ})---\left(6\right)$

其中，ε为实际小于码片持续时间T_c的调制延迟(dither，抖动)，且d_k∈{0，...，M-1}为符号的M-ary PPM位置。

可选地，可以利用振幅调制(PAM)来传输数据符号。在这种情况下，可以将调制信号写成：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}^{\left(k\right)\·}w(t-n{T}_s-c_k\left(n\right)T_c)---\left(7\right)$

其中，a^(k)＝2m′-1-M′(其中，m′＝1，...，M′)为PAM调制的M′-ary符号。例如，可以使用BPSK调制(M′＝2)。

还可以将PPM和PAM调制结合为复合M.M′-ary调制。于是经过调制的信号具有下面的一般形式：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_m^{\left(k\right)}\·w(t-n{T}_s-c_k\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(8\right)$

该调制的符号集是基数M.M′，并且已在图3中示出。对于M个时间位置中的每一个，都可以有M′个调制振幅。符号集中的符号(d，a)可以由序列a_m(其中，m＝0，...，M-1，a_m＝δ(m-d)a)来表示，其中，d为PPM调制的位置，而a为PAM调制的振幅，以及δ(.)为狄拉克分布函数。

除了利用跳时码分离不同的用户，还可以诸如在DS-CDMA中通过正交码(例如，Hadamard码)来分离它们。下面，将讨论DS-UWB(直接序列展频UWB)。在这种情况中，对应于式(5)，可以有下面的未调制信号的表达式：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n^{\left(k\right)}w(t-n{T}_s)---\left(9\right)$

其中，b_n ^(k)(n＝0，...，N_s-1)为用户k的展频序列。应该注意，表达式(9)是近似于典型的DS-CDMA信号。然而，其在多个码片没有占据整个帧的情况下是不同的，但其被分配到周期T_s中。图2B示出了与用户k相关的DS-UWB信号。

如上所述，可以利用PPM调制、PAM调制或复合PPM-PAM调制来传输数据符号。可以使用相同的记号表示对应于TH-UWB信号(7)的DS-UWB调幅信号：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}^{\left(k\right)}{b}_n^{\left(k\right)}\·w(t-n{T}_s)---\left(10\right)$

最后，已知的将跳时码和谱展频码(spectral spreading code)结合以向不同的用户提供多条通道。从而，获得了具有以下通用形式的UWB脉冲信号TH-DS-UWB：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n^{\left(k\right)}\·w(t-n{T}_s-c_k\left(n\right)T_c)---\left(11\right)$

图2C示出了与用户k相关的TH-DS-UWB信号。可以通过复合M.M′-ary PPM-PAM调制来调制该信号。于是，可以得到经过调制的信号：

$s_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_m^{\left(k\right)}{b}_n^{\left(k\right)}\·w(t-n{T}_s-c_k\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(12\right)$

从现有技术可以得知，在MIMO系统中使用UWB信号。在这种情况中，每个天线都传输根据数据符号或这些符号的块(STBC)调制的UWB信号。

最初开发用于窄带信号或DS-CDMA的空时编码技术难以用于UWB脉冲信号。实际上，诸如上述的完全码的空时码通常具有复杂的系数，因此具有相位(phase)信息。然而，在具有与UWB脉冲信号的频带一样宽的频带的信号中恢复该相位信息非常困难。该非常窄的脉冲时间支持(time support)非常适于位置调制(PPM)或振幅调制(PAM)。

2005年9月发表在IEEE Transactions on Communications上的由Chadi Abou-Rjeily等人所著的题为“Space-Time coding formultiuser Ulta-Wideband communications”的文章中提出了UWB信号的空时编码，该文章可以在www.tsi.enst.fr中找到。

根据上述的限制，所提出的空时码是实型的。因此，对于在传输时具有三个天线的结构来说，可以写成：

$C=\frac{1}{7}\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{ua}}_1+{\mathrm{va}}_2+{\mathrm{wa}}_3& 2^{\frac{1}{3}}({\mathrm{ua}}_4+{\mathrm{va}}_5+{\mathrm{wa}}_6)& 2^{\frac{2}{3}}({\mathrm{ua}}_7+{\mathrm{va}}_8+{\mathrm{wa}}_9)\\ 2^{\frac{2}{3}}(w{a}_7+{\mathrm{ua}}_8+{\mathrm{va}}_9)& {\mathrm{wa}}_1+{\mathrm{ua}}_2+{\mathrm{va}}_3& 2^{\frac{1}{3}}({\mathrm{wa}}_4+{\mathrm{ua}}_5+{\mathrm{va}}_6)\\ 2^{\frac{1}{3}}({\mathrm{va}}_4+{\mathrm{wa}}_5+{\mathrm{ua}}_6)& 2^{\frac{2}{3}}({\mathrm{va}}_7+{\mathrm{wa}}_8+{\mathrm{ua}}_9)& {\mathrm{va}}_1+{\mathrm{wa}}_2+{\mathrm{ua}}_3\end{array}\right)---\left(13\right)$

其中，u＝-2+2θ₀+3θ₀ ²；v＝-2+2θ₁+3θ₁ ²；w＝-2+2θ₂+3θ₂ ²，值θ₀，θ₁，θ₂之前已经定义过，且其中，S＝(a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉)为数据符号向量PAM，即a_i∈{-M′+1，...，M′-1}。

该同一篇文章提出将该空时码归纳为属于PPM-PAM符号集的数据符号块的编码。对于三个天线的传输结构，该码可以以规模为3M×3的矩阵来表示：

在该情形中，每个数据符号a_i＝(a_i，0，...，a_i，M-1)都是表示具有符号集a_i，m＝a_iδ(m-d_i)(其中，a_i是PAM符号集的元素，d_i是PPM符号集的元素)的PPM-PAM符号集的元素的向量。通过码C编码的数据符号的块就是S＝(a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉)。

更具体地，数据符号的块S为根据下面给出的表达式的UWB信号的生成所代替。为了简化符号，将考虑单用户的使用(从而没有利用k进行索引，以及没有展频序列)。

天线1传输下面的信号，传输持续第一帧T_f的持续时间：

$s^1\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{ua}}_{1,m}+{\mathrm{va}}_{2,m}+{\mathrm{wa}}_{3,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(15\right)$

该信号对应于码(14)的M个第一行的第一列向量。

天线2同时传输下面的信号，传输持续第一帧Tf的持续时间：

$s^2\left(t\right){=2}^{\frac{1}{3}}\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{ua}}_{4,m}+{\mathrm{va}}_{5,m}+{\mathrm{wa}}_{6,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(16\right)$

该信号对应于所述码的M个第一行的第二列向量。

最后，天线3同时传输下面的信号，传输持续第一帧T_f的持续时间：

$s^3\left(t\right)=2^{\frac{2}{3}}\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{ua}}_{7,m}+{\mathrm{va}}_{8,m}+{\mathrm{wa}}_{9,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(17\right)$

该信号对应于所述码的M个第一行的第三列向量。

然后，天线1再次以帧的开始处为时间起点进行传输，传输持续第二帧的持续时间：

$s^1\left(t\right){=2}^{\frac{2}{3}}\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{wa}}_{7,m}+{\mathrm{ua}}_{8,m}+{\mathrm{va}}_{9,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(18\right)$

该信号对应于所述码的M个第二行的第一列向量。

天线2同时传输下面的信号，传输持续第二帧的持续时间：

$s^2\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{wa}}_{1,m}+{\mathrm{ua}}_{2,m}+{\mathrm{va}}_{3,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(19\right)$

该信号对应于所述码的M个第二行的第二列向量。

最后，天线3同时传输下面的信号，传输持续第二帧的持续时间：

$s^3\left(t\right)=2^{\frac{1}{3}}\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{wa}}_{4,m}+{\mathrm{ua}}_{5,m}+{\mathrm{va}}_{6,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(20\right)$

该信号对应于所述码的M个第二行的第三列向量。

类似地，在第三帧的持续时间内，分别由所述的三个天线传输的信号分别由下列等式表示：

$s^1\left(t\right){=2}^{\frac{1}{3}}\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{va}}_{4,m}+{\mathrm{wa}}_{5,m}+{\mathrm{ua}}_{6,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(21\right)$

$s^2\left(t\right){=2}^{\frac{2}{3}}\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{va}}_{7,m}+{\mathrm{wa}}_{8,m}+{\mathrm{ua}}_{9,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(22\right)$

$s^3\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{va}}_{1,m}+{\mathrm{wa}}_{2,m}+{\mathrm{ua}}_{3,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(23\right)$

上述信号分别对应于所述码的M个最后一行的第一、第二、和第三列向量。

上述的空时码在分集方面具有优良的性能。然而，其编码增益小于由(4)所限定的完全码的编码增益。此外，在每一帧中，出现在矩阵(14)中的标量项

在天线之间产生能量不平衡。

本发明的目的在于提出一种用于利用UWB脉冲信号的MIMO系统的实型空时码，其中，UWB脉冲信号具有大于对于这些系统已知的码(特别是由(14)限定的码)的增益的增益。此外，本发明的目的还在于提供一种在每一帧中都具有天线之间能量平衡分布的空时码。

发明内容

本发明由包括三个辐射元件的UWB系统的空时码方法限定，其中，属于PPM调制星座图(constellation)或PPM-PAM复合调制星座图的且具有等于3、或者大于或等于5的时间位置数量的9个数据符号的块(S＝(a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉))，被编码成9个向量(c₁ ⁰，c₂ ⁰，c₃ ⁰；c₁ ¹，c₂ ¹，c₃ ¹；c₁ ²，c₂ ²，c₃ ²)，其中，每个向量的多个分量都用于调制用于所述系统的辐射元件的UWB脉冲信号并持续给定的传输间隔(T_f)，每个向量都由三个所述数据符号的不同线性组合得到，且在调制所述UWB脉冲信号前对所述向量(c₁ ²，c₁ ¹，c₂ ²)的子集进行多个分量的置换。

本发明还涉及用于实现上述方法的空时编码装置，该装置包括：

-三个基本模块，其中，每个模块都适于接收三个数据符号，每个数据符号(a_i)都由M个分量构成(其中，M＝3，或M≥5)，每个分量都可以取M′个值(其中，M′≥1)，每个基本模块都包括至少一个线性组合模块，且每个线性组合模块都适于执行所述三个符号的等秩的分量的三个不同线性组合，以生成三个中间向量的等秩的三个相应分量；

-多个置换模块，其中，每个置换模块都适于对所述中间向量的多个分量执行置换；

-多路分配装置，用于接收所述多个中间向量的多个分量或由置换模块置换的这些向量的多个分量，以利用三个连续时间提供三个一组的所述九个向量。

本发明还由用于包括四个辐射元件的UWB传输系统的空时编码方法来限定，其中，属于PPM调制星座图或PPM-PAM调制星座图的且具有等于3或5、或者甚至大于或等于7的时间位置数的16个数据符号的块(S＝(a₁，...，a₁₆))，被编码成16个向量(c_p ^q，p＝1，...，4；q＝0，...，3)，其中，每个向量的多个分量都用于调制用于所述系统的辐射元件的UWB脉冲信号并持续给定的传输间隔(T_f)，每个向量都由4个所述数据符号的不同线性组合得到，且在调制所述UWB脉冲信号前对所述向量(c₁ ³，c₁ ²，c₂ ³，c₁ ¹，c₂ ²，c₃ ³)的子集进行多个分量的置换。

本发明最后还涉及用于实现上述方法的空时编码装置，该装置包括：

-四个基本模块，其中，每个基本模块都适于接收四个数据符号，每个数据符号(a_i)都由M个分量构成(其中，M＝3，或M＝5，或M≥7)，每个分量都可以取M′个值(其中，M′≥1)，每个基本模块都包括至少一个线性组合模块，且每个线性组合模块都适于执行所述四个符号的等秩的分量的四个不同线性组合，以生成四个中间向量的等秩的四个相应分量；

-多个置换模块，其中，每个置换模块都适于对所述中间向量的分量执行置换；

-多路分配装置，用于接收所述中间向量的多个分量或由置换模块置换的这些向量的多个分量，以利用四个连续时间提供四个一组的所述的16个向量。

附图说明

参照附图，阅读了本发明的优选实施例后，本发明的其他特征和优点将会变得显而易见，附图中：

图1示意性地示出了利用现有技术的STBC码的MIMO传输系统；

图2A～图2C示出了TH-UWB、DS-UWB、TH-DS-UWB信号的相应形式；

图3示出了PPM-PAM星座图的实例；

图4示意性地示出了根据本发明的使用第一空时编码的MIMO传输系统；

图5示意性地示出了根据本发明实施例的第一空时编码器的结构；

图6示意性地示出了用于构成图5的空时编码器的基本模块的结构；

图7示意性地示出了用于构成图5的空时编码器的置换模块的结构；

图8示意性地示出了根据本发明的使用第二空时编码的MIMO传输系统；

图9示意性地示出了根据本发明的实施例的第二空时编码器的结构；以及

图10示意性地示出了用于构成图9的空时编码器的基本模块的结构。

具体实施方式

本发明旨在生成空时码，在通过多个天线的能量的不平衡分布的起始处，该空时码不具有出现在完全码(4)中的复杂值(如所述，与UWB脉冲信号的使用不一致)且不具有在码(13)和(14)中出现的标量值

。

所提出来的空时码被用于具有使用UWB脉冲信号的三个或四个传输天线的MIMO系统，在UWB脉冲信号中，使用具有对PPM调制的基数M的某些约束的PPM-PAM调制对数据符号进行调制。很显然，对于本领域技术人员来说，在相同约束条件下，这种类型的调制特别地只包括PPM调制。我们将考虑具有三个传输天线的情况以及具有四个传输天线的情况。

对于3-天线系统，所提出的码可以由如下的规模为3M×3的矩阵来表示：

$C=\frac{1}{7}\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{ua}}_1+v{a}_2+w{a}_3& {\mathrm{ua}}_4+{\mathrm{va}}_5+{\mathrm{wa}}_6& {\mathrm{ua}}_7+{\mathrm{va}}_8+{\mathrm{wa}}_9\\ \mathrm{\Ω}({\mathrm{wa}}_7+{\mathrm{ua}}_8+{\mathrm{va}}_9)& {\mathrm{wa}}_1+{\mathrm{ua}}_2+v{a}_3& {\mathrm{wa}}_4+{\mathrm{ua}}_5+{\mathrm{va}}_6\\ \mathrm{\Ω}({\mathrm{va}}_4+w{a}_5+{\mathrm{ua}}_6)& \mathrm{\Ω}({\mathrm{va}}_7+{\mathrm{wa}}_8+{\mathrm{ua}}_9)& {\mathrm{va}}_1+{\mathrm{wa}}_2+{\mathrm{ua}}_3\end{array}\right)---\left(24\right)$

其中的符号规则与表达式(13)相同。向量a_i＝(a_i，0，...，a_i，M-1)(其中，i＝1，...，9)是数据符号，且Ω是规模为M×M的置换矩阵。例如，Ω为单循环移位(simple circular shift)矩阵：

其中，I_M-1×M-1是规模为M-1的单位矩阵，0_1×M-1是规模为M-1的零行向量，以及0_M-1×1是规模为M-1的零列向量。

如上所述，矩阵C是实型的，并且不具有根据天线的非对称权重。对于(25)中给出的Ω的表达式，例如可以更清楚地写出：

根据(26)，我们看到以矩阵Ω相乘的结果包括对M个第二行和M个最后一行的第一列向量的置换，以及矩阵C的M个最后一行的第二列向量的置换。在第一帧(C的M个第一行)期间，三个天线的PPM位置的时间顺序是相同的，而对于第二帧(C的M个第二行)和第三帧(C的M个第三行)来说，与符号a₇，a₈，a₉有关的PPM位置和与符号a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉有关的那些PPM位置相对于符号a₁，a₂，a₃的PPM位置进行置换。在上述实例中，置换是单循环移位。换句话说，在该特定实例中，所发生的一切就好像在第二帧期间符号a₇，a₈，a₉的PPM-PAM星座图以及在第三帧期间符号a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉的PPM-PAM星座图(如图3所示)被向右循环旋转了一个位置。

通常，矩阵Ω是M阶的置换矩阵。给定在三个连续帧期间由三个天线生成的UWB信号，则表达式(15)至(23)将被下列表达式(27)至(35)代替，而不考虑归一化因子1/7：

第一帧：

$s^1\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{ua}}_{1,m}+{\mathrm{va}}_{2,m}+{\mathrm{wa}}_{3,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(27\right)$

$s^2\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{ua}}_{4,m}+{\mathrm{va}}_{5,m}+{\mathrm{wa}}_{6,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(28\right)$

$s^3\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{ua}}_{7,m}+{\mathrm{va}}_{8,m}+{\mathrm{wa}}_{9,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(29\right)$

第二帧：

$s^1\left(t\right)=\stackrel{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}\stackrel{M-1}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{wa}}_{7,\mathrm{\σ}\left(m\right)}+{\mathrm{ua}}_{8,\mathrm{\σ}\left(m\right)}+{\mathrm{va}}_{9,\mathrm{\σ}\left(m\right)})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(30\right)$

$s^2\left(t\right)=\stackrel{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}\stackrel{M-1}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{wa}}_{1,m}+{\mathrm{ua}}_{2,m}+{\mathrm{va}}_{3,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(31\right)$

$s^3\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{wa}}_{4,m}+{\mathrm{ua}}_{5,m}+{\mathrm{va}}_{6,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(32\right)$

第三帧：

$s^1\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{va}}_{4,\mathrm{\σ}\left(m\right)}+{\mathrm{wa}}_{5,\mathrm{\σ}\left(m\right)}+{\mathrm{ua}}_{6,\mathrm{\σ}\left(m\right)})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(33\right)$

$s^2\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{va}}_{7,\mathrm{\σ}\left(m\right)}+{\mathrm{wa}}_{8,\mathrm{\σ}\left(m\right)}+{\mathrm{ua}}_{9,\mathrm{\σ}\left(m\right)})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(34\right)$

$s^3\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{va}}_{1,m}+{\mathrm{wa}}_{2,m}+{\mathrm{ua}}_{3,m})w(t-n{T}_s-c\left(n\right)T_c-\mathrm{m\ϵ})---\left(35\right)$

其中，σ为集合{0，1，...，M-1}的置换。

所提出的码的矩阵Ω还可以是与其元素中的任何一个或多于一个的正负号的改变相关的置换矩阵(循环或非循环)。在(25)中给出的实例中，下面的矩阵也可以用于根据本发明的码C：

其中，x_i＝±1。应该注意，与正负号翻转相关的置换相当于在PPM-PAM星座图(参照图3)中执行PPM位置的混合，并关于用于与该翻转有关的位置的PAM星座图的零振幅轴对称。

此外，空时码的矩阵(24)的行和/或列的任何置换都相当于执行关于传输间隔和/或天线的简单的置换，并同样产生本发明意义上的空时码。

此外，需要注意的是，不管所设想的码的形式如何，对符号a_i的指数的任何置换仍然是本发明意义上的空时码，这是由于这样的置换相当于在块S中的简单时间重排。

矩阵(24)的系数u，v，w由u＝-2+2θ₀+3θ₀ ²、v＝-2+2θ₁+3θ₁ ²、w＝-2+2θ₂+3θ₂ ²限定。然而，与这些系数成比例的值导致码的相同性能。可以靠损害编码增益来去除该比例性(proportionality)的约束。然而，重要的是，系数u，v，w之间的比率为无理数，即：u，v，w∈R-Q。可以看出比例性的±10％的偏差(换句话说，如果：u＝λ₀(-2+2θ₀+3θ₀ ²)；v＝λ₁(-2+2θ₁+3θ₁ ²)；w＝λ₂(-2+2θ₂+3θ₂ ²)，其中， $0.9\≤\frac{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_{i^{\′}}|}{{\mathrm{\λ}}_i}\≤1.1,i,i^{\′}\∈\left\{\mathrm{0,1,2}\right\})$ 不会明显损害空时码的性能。

该容许量特别地可以以量化系数(例如，8位字节)来工作。

不管所设想的码的形式如何，都是实型的。其使得可以通过用于一信道三用的三个天线来传输9个数据符号，因此以全码率进行传输。还可以看出对于M＝3或≥5以及M′≥1，码具有最大分集。最后，其编码增益高于由表达式(13)和(14)所限定的码的编码增益。

图4示出了根据本发明的使用空时编码的传输系统的实例。

系统400接收块S＝(a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉)表示的数据符号，其中，a_i是PPM-PAM星座图的符号。可选地，在数据符号首先被映射到PPM-PAM星座图的条件下，该数据符号可以来自另一个M.M′-ary星座图。当然，数据符号可以由本领域技术人员已知的一个或多个运算得出，这些运算诸如信源编码法、卷积型信道编码法(convolutional-type channel coding)、利用块、或利用串行或并行级联卷积编码(turbocoding)、交插编码等。

数据符号块在空时编码器410中进行编码运算。更具体地，模块410根据(24)或根据上述所选择的表达式来计算矩阵C的系数。由用于第一帧的C的M个第一行构成的三个列向量c₁ ⁰，c₂ ⁰，c₃ ⁰、由用于第二帧的C的M个下一行构成的三个列向量c₁ ¹，c₂ ¹，c₃ ¹、以及由用于第三帧的C的M个最后一行的最后三个列向量c₁ ²，c₂ ²，c₃ ²被分别传输至UWB调制器420、425、427。本实例中的上部的指数表示帧，而下部的指数表示辐射元件430、435、或437。UWB调制器420基于向量c₁ ⁰，c₁ ¹，c₁ ²生成相应的经过调制的UWB脉冲信号。类似地，UWB调制器425和427分别基于向量c₂ ⁰，c₂ ¹，c₂ ²和c₃ ⁰，c₃ ¹，c₃ ²生成相应的经过调制的UWB脉冲信号。例如，如果我们使用如图所示的空时编码矩阵(24)，则UWB调制器420连续地提供信号(27)、(30)、和(33)，而UWB调制器425连续地提供信号(28)、(31)、和(34)，UWB调制器427连续地提供信号(29)、(32)、和(35)。通常，用于支持调制的UWB脉冲信号可以是TH-UWB、DS-UWB、或TH-DS-UWB类型。如此调制的UWB脉冲信号于是被传输给辐射元件430、435、和437。这些辐射元件可以是UWB天线或用于红外线领域中的与电光调制器相关的激光二极管或LED。于是所提出的传输系统可以用于无线光远程通信领域。

图5示出了图4的空时编码器410的优选实施例。编码器使用具有三个输入端和三个输出端的基本模块510、515、517；置换模块520以及具有9个输入端和三个输出端的多路分配器530。基本模块510、515、517中的每一个都具有图6中所示的结构。该基本模块包括三个串-并转换器610、三个并-串转换器630和M个线性组合模块620。根据一个实施例，这些模块620中的每一个都执行下列的线性运算：

X＝ux+vy+wz

Y＝wx+uy+vz         (37)

Z＝vx+wy+uz

其中，所有值都是标量；x，y，z是输入值；X，Y，Z是输出值。

模块620可以由有线的乘法器和加法器构成，或可以利用微层序运算(microsequenced operation)来生成。

串-并转换器610将M个连续的PAM符号的序列转换为规模为M的向量。反过来，并-串转换器630将规模为M的向量(PPM-PAM符号)转换成M个连续的PAM符号的序列。

图5的置换模块520具有图7所示的结构。每个置换模块都具有输入端和输出端。串-并转换器将M个PAM输入符号的序列变换为由M个符号组成的字，该字表示PPM-PAM符号。相反，在输出端，在模块720中已经对字的符号进行了置换以后，并-串转换器将字变换为M个连续的PAM符号的序列。

根据在模块520中进行置换(因此，在置换后得到符号c₁ ²，c₁ ¹，c₂ ²)之后的情况，图5的多路分配器530接收来自基本模块510、515、和517的空时码的PPM-PAM符号(更具体的，为相应的PAM符号)，并在所需的时间将其传输至UWB调制器。为此，多路分配器530可以包括FIFO(先入先出)缓冲器，以延迟在第二和第三帧期间将被传输的符号的分量。

如果在矩阵Ω中存在正负号翻转，则可以通过在模块515和517中相对于有关分量来改变系数u，v，w的正负号进行考虑。更具体地，正负号的改变将在模块515和517的线性组合模块620中进行。

图5～图7所示的实施例利用了不同模块之间的PPM-PAM符号的分量(特别是模块515、517和520之间，以及模块520和530之间)的串行化。然而，很明显，对于本领域技术人员来说，多个结构实施例可以根据所需要的并行度来进行设计。例如，可以在不同的模块之间逐个符号进行交换，在此情况中，可以完全或部分取消串-并和并-串转换器。还通过以三倍于所述分量的码率来对多个输入进行多路复用，同时对多个输出进行多路分配，从而可以在基本模块中使用单个的线性组合模块620。

下面将考虑用于具有四个传输天线的MIMO系统的空时编码的实例。所提出的空时码由下面的规模为4M×4的矩阵限定：

$C=\frac{1}{\sqrt{15}}\left(\begin{array}{cccc}{c}_1^0& c_2^0& c_3^0& c_4^0\\ c_1^1& c_2^1& c_3^1& c_4^1\\ c_1^2& c_2^2& c_3^2& c_4^2\\ c_1^3& c_2^3& c_3^3& c_4^3\end{array}\right)---\left(38\right)$

其中：

$c_1^0=u_0{a}_1+v_0{a}_2+w_0{a}_3+t_0{a}_4$ $c_2^0=u_0{a}_5+v_0{a}_6+w_0{a}_7+t_0{a}_8$

$c_1^1=\mathrm{\Ω}(u_1{a}_{13}+v_1{a}_{13}+w_1{a}_{15}+t_1{a}_{16})$ $c_2^1=u_1{a}_1+v_1{a}_2+w_1{a}_3+t_1{a}_4$

$c_1^2=\mathrm{\Ω}(u_2{a}_9+v_2{a}_{10}+w_2{a}_{11}+t_2{a}_{12})$ $c_2^2=\mathrm{\Ω}(u_2{a}_{13}+v_2{a}_{13}+w_2{a}_{15}+t_2{a}_{16})$

$c_1^3=\mathrm{\Ω}(u_3{a}_5+v_2{a}_6+w_3{a}_7+t_3{a}_8)$ $c_2^3=\mathrm{\Ω}(u_2{a}_9+v_3{a}_{10}+w_3{a}_{11}+t_3{a}_{12})$

$c_3^0=u_0{a}_9+v_0{a}_{10}+w_0{a}_{11}+t_0{a}_{12}$ $c_4^0=u_0{a}_{13}+v_0{a}_{13}+w_0{a}_{15}+t_0{a}_{16}$

$c_3^1=u_1{a}_5+v_1{a}_6+w_1{a}_7+t_1{a}_8$ $c_4^1=u_1{a}_9+v_1{a}_{10}+w_1{a}_{11}+t_1{a}_{12}$

$c_3^2=u_2{a}_1+v_2{a}_2+w_2{a}_3+t_2{a}_4$ $c_4^2=u_2{a}_5+v_2{a}_6+w_2{a}_7+t_2{a}_8$

$c_3^3=\mathrm{\Ω}(u_3{a}_{13}+v_3{a}_{13}+w_3{a}_{15}+t_3{a}_{16})$ $c_4^3=u_3{a}_1+v_3{a}_2+w_3{a}_3+t_3{a}_4$

u_q＝1； $v_q=-1-3{\mathrm{\φ}}_q+{\mathrm{\φ}}_q^2+{\mathrm{\φ}}_q^3;$ $w_q=-1-2{\mathrm{\φ}}_q+{\mathrm{\φ}}_q^2+{\mathrm{\φ}}_q^3;$ $t_q=-1+3{\mathrm{\φ}}_q-{\mathrm{\φ}}_q^3;$ ${\mathrm{\φ}}_q=2\cos \left(\frac{2(q+1)\mathrm{\π}}{15}\right),$ 其中，q＝0，...，3，且指数q表示传输帧。向量a_i＝(a_i，0，...，a_i，M-1)(其中，i＝1，...，16)是S的数据符号，且Ω是规模为M×M的置换矩阵。

考虑了空时码的可选方案具有如上(即，在矩阵Ω中的系数正负号翻转、在C中行和列的置换、以及数据符号指数a_i的置换)应用的三个传输天线。此外，可以选择与值u_q、v_q、w_q、t_q成比例(大于或基本与这些值成比例(具有±10％的误差范围))的系数，而对码的性能基本无损害。

不管所考虑的码的形式如何，其均是实型的。它还使16个数据符号能够通过用于一通道四用的四个天线来传输，因此，可以以全码率进行传输。还可以看出，对于M＝3，M＝5或M≥7及M′≥1，该码具有最大分集。最后，其编码增益高于现有技术中已知的编码增益。

图8示出了根据本发明的具有四个天线的使用空时编码的传输系统的实例。

系统800接收16个符号的块S的数据符号。在空时编码器810中对数据符号块进行编码运算。更具体地，模块810根据(38)或根据以上所考虑的可选方案来计算矩阵C的系数。由用于第一帧的C的M个第一行构成的四个列向量c₁ ⁰，c₂ ⁰，c₃ ⁰，c₄ ⁰、由用于第二帧的C的M个下一行构成的四个列向量c₁ ¹，c₂ ¹，c₃ ¹，c₄ ¹、由用于第三帧的C的下一M个行构成的四个列向量c₁ ²，c₂ ²，c₃ ²，c₄ ²、以及由用于第四帧的C的M个最后一行构成的四个列向量c₁ ³，c₂ ³，c₃ ³，c₄ ³分别传输至UWB调制器UWB 820、823、825、827。在该实例中，上部指数表示帧，而下部指数表示辐射元件830、833、835、或837。UWB调制器820基于向量c₁ ⁰，c₁ ¹，c₁ ²，c₁ ³生成相应的经过调制的UWB脉冲信号。类似地，UWB调制器823、825和827分别基于向量c₂ ⁰，c₂ ¹，c₂ ²，c₂ ³、c₃ ⁰，c₃ ¹，c₃ ³，c₄ ⁰和c₄ ⁰，c₄ ¹，c₄ ²，c₄ ³生成相应的经过调制的UWB脉冲信号。用于支持调制的UWB脉冲信号可以是TH-UWB、DS-UWB、或TH-DS-UWB类型。如此调制的UWB脉冲信号于是被传输给辐射元件830、833、835、和837。

图9示出了图8的空时编码器810的优选实施例。编码器使用具有四个输入端和四个输出端的基本模块910、913、915、和917；置换模块920以及具有十六个输入端和四个输出端的多路分配器930。基本模块910、913、915、和917中的每一个都具有图10所示的结构。该基本模块包括四个串-并转换器1010、四个并-串转换器1030、以及M个线性组合模块1020。根据一个实施例，这些模块1020中的每个都执行下列的线性计算：

$\begin{array}{c}A=u_{0}a+v_{0}b+w_{0}c+t_{0}d\\ B=u_{1}a+v_{1}b+w_{1}c+t_{1}d\\ C=u_{2}a+v_{2}b+w_{2}c+t_{2}d\\ D=u_{3}a+v_{3}b+w_{3}c+t_{3}d\end{array}---\left(39\right)$

其中，所有值都是标量；a，b，c，d是输入值；A，B，C，D，是输出值。

如上所述，模块1020可以由有线乘法器和加法器构成，或可以利用微层序运算来生成。

串-并转换器1010将M个连续的PAM符号的序列转换为规模为M的向量。反过来，并-串转换器1030将规模为M的向量(PPM-PAM符号)转换成M个连续的PAM符号的序列。

图9的置换模块920具有图5所示的结构，因此，将不再赘述。

根据在模块920中进行置换(因此，在置换后得到符号c₁ ³，c₁ ²，c₂ ³，c₁ ¹，c₂ ²，c₃ ³)之后的情况，图9的多路分配器930接收来自基本模块910、913、915、和917的空时码的PPM-PAM符号(更具体地，为相应的PAM符号)，并在所需的传输时间将其传输至UWB调制器。为此，多路分配器930可以包括FIFO缓冲器，以延迟在第二、第三、和第四帧期间将被传输的符号的分量。

如果在矩阵Ω中存在正负号翻转，则翻转可以通过在模块913、915和917中相对于有关分量来改变系数u_k，v_k，w_k，t_k的正负号来进行考虑。更具体地，正负号的改变将在后者的线性组合模块1020中进行。

当然，在本实例中同样根据所需的串行化，可以完全或部分取消串-并和并-串转换器。还通过以四倍于所述分量的码率来对多个输入端处的分量进行多路复用，同时对多个输出处的分量进行多路分配，从而可以在基本模块中使用单个线性组合模块1020。

由图4或图8所示的系统传输的UWB信号可以通过多天线接收机以传统方式来进行处理。接收机可以例如包括Rake相关级(stage)，其后有使用本领域技术人员已知的球译码器的决定级(decision stage)。

Claims (18)

1.用于包括三个辐射元件的UWB传输系统的空时编码方法，其特征在于，属于PPM调制星座图或PPM-PAM复合调制星座图的九个数据符号的块S＝(a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉)被编码成九个向量

且所述星座图具有等于3、或者大于或等于5的时间位置数量，其中，每个向量的多个分量都用于调制用于所述系统的辐射元件的UWB脉冲信号，并持续给定时帧T_f，每个所述向量都由所述数据符号中的三个数据符号的不同线性组合得到，且在调制所述UWB脉冲信号之前对所述向量

的子集进行多个分量的置换。

2.根据权利要求1所述的空时编码方法，其特征在于，在调制所述UWB脉冲信号之前，对均已经过所述置换的所述多个向量进行一个或多个分量的正负号翻转。

3.根据权利要求1所述的空时编码方法，其特征在于，所述多个向量由以下其中相邻的多行和/或多列进行置换、规模为3M×3的矩阵的多个M×1块分量限定：

$\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{ua}}_1+{\mathrm{va}}_2+{\mathrm{wa}}_3& {\mathrm{ua}}_4+{\mathrm{va}}_5+{\mathrm{wa}}_6& {\mathrm{ua}}_7+{\mathrm{va}}_8+{\mathrm{wa}}_9\\ \mathrm{\Ω}({\mathrm{wa}}_7+{\mathrm{ua}}_8+{\mathrm{va}}_9)& {\mathrm{wa}}_1+{\mathrm{ua}}_2+{\mathrm{va}}_3& {\mathrm{wa}}_4+{\mathrm{ua}}_5+{\mathrm{va}}_6\\ \mathrm{\Ω}({\mathrm{va}}_4+{\mathrm{wa}}_5+{\mathrm{ua}}_6)& \mathrm{\Ω}({\mathrm{va}}_7+{\mathrm{wa}}_8+{\mathrm{ua}}_9)& {\mathrm{va}}_1+{\mathrm{wa}}_2+{\mathrm{ua}}_3\end{array}\right)$

其中，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉为所述数据符号，M是PPM调制的阶数，Ω为所述多个向量的所述多个分量的M×M置换矩阵，所述Ω已经过或没有经过其一个或多个系数的正负号翻转，系数u，v，w的比值均为无理数。

4.根据权利要求3所述的空时编码方法，其特征在于，所述系数u，v，w为u＝λ₀(-2+2θ₀+3θ₀ ²)；v＝λ₁(-2+2θ₁+3θ₁ ²)；w＝λ₂(-2+2θ₂+3θ₂ ²)，

其中， $0.9\≤\frac{|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_i|}{{\mathrm{\λ}}_i}\≤1.1,$ i，i′∈{0，1，2}， ${\mathrm{\θ}}_q=2\cos \left[\frac{2(q+1)\mathrm{\π}}{7}\right],$ q＝0，1，2。

5.用于传输属于PPM调制星座图或PPM-PAM复合调制星座图的多个数据符号的方法，且所述星座图具有等于3、或者大于或等于5的时间位置数量，其中，通过根据前述权利要求中的任一项所述的空时编码方法将所述多个数据符号编码成九个向量，其中，所述九个向量中的每一个的多个分量都对组成UWB脉冲信号的多个脉冲的位置、或所述位置和振幅进行调制，以获取九个经过调制的UWB脉冲信号，在三个连续的时帧期间，利用所述三个辐射元件分别传输所述九个信号。

6.用于包括四个辐射元件的UWB传输系统的空时编码方法，其特征在于，属于PPM调制星座图或PPM-PAM复合调制星座图的十六个数据符号的块S＝(a₁，...，a₁₆)被编码成16个向量

p＝1，...，4；q＝0，...，3，且所述星座图具有等于3或5、或者大于或等于7的时间位置数量，其中，每个向量的多个分量都用于调制用于所述系统的辐射元件的UWB脉冲信号并持续给定时帧T_f，每个所述向量都由所述数据符号中的四个数据符号的不同线性组合得到，且调制所述UWB脉冲信号前对所述向量

的子集进行多个分量的置换。

7.根据权利要求6所述的空时编码方法，其特征在于，在调制所述UWB脉冲信号之前，对均已经过所述置换的所述多个向量进行一个或多个分量的正负号翻转。

8.根据权利要求6所述的空时编码方法，其特征在于，所述多个向量由以下其中相邻的多行和/或多列进行置换、规模为4M×4的矩阵的多个M×1块分量限定：

$C=\left(\begin{array}{cccc}{c}_1^0& c_2^0& c_3^0& c_4^0\\ c_1^1& c_2^1& c_3^1& c_4^1\\ c_1^2& c_2^2& c_3^2& c_4^2\\ c_1^3& c_2^3& c_3^3& c_4^3\end{array}\right)$ 其中，

$c_1^0=u_0{a}_1+v_0{a}_2+w_0{a}_3+t_0{a}_4$ $c_0^2=u_0{a}_5+v_0{a}_6+w_0{a}_7+t_0{a}_8$

$c_1^1=\mathrm{\Ω}(u_1{a}_{13}+v_1{a}_{14}+w_1{a}_{15}+t_1{a}_{16})$ $c_2^1=u_1{a}_1+v_1{a}_2+w_1{a}_3+t_1{a}_4$

$c_1^2=\mathrm{\Ω}(u_2{a}_9+v_2{a}_{10}+w_2{a}_{11}+t_2{a}_{12})$ $c_2^2=\mathrm{\Ω}(u_2{a}_{13}+v_2{a}_{14}+w_2{a}_{15}+t_2{a}_{16})$

$c_1^3=\mathrm{\Ω}(u_3{a}_5+v_3{a}_6+w_3{a}_7+t_3{a}_8)$ $c_2^3=\mathrm{\Ω}(u_3{a}_9+v_3{a}_{10}+w_3{a}_{11}+t_3{a}_{12})$

$c_3^0=u_0{a}_9+v_0{a}_{10}+w_0{a}_{11}+t_0{a}_{12}$ $c_4^0=u_0{a}_{13}+v_0{a}_{14}+w_0{a}_{15}+t_0{a}_{16}$

$c_3^1=u_1{a}_5+v_1{a}_6+w_1{a}_7+t_1{a}_8$ $c_4^1=u_1{a}_9+v_1{a}_{10}+w_1{a}_{11}+t_1{a}_{12}$

$c_3^2=u_2{a}_1+v_2{a}_2+w_2{a}_3+t_2{a}_4$ $c_4^2=u_2{a}_5+v_2{a}_6+w_2{a}_7+t_2{a}_8$

$c_3^3=\mathrm{\Ω}(u_3{a}_{13}+v_3{a}_{14}+w_3{a}_{15}+t_3{a}_{16})$ $c_4^3=u_3{a}_1+v_3{a}_2+w_3{a}_3+t_3{a}_4$

其中，a₁，...，a₁₆为所述数据符号，M是PPM调制的阶数，Ω为所述多个向量的所述多个分量的M×M置换矩阵，所述Ω的已经过或没有经过一个或多个系数的正负号翻转，且所述系数u_q，v_q，w_q，t_q为u_q＝1； $v_q=-1-3{\mathrm{\φ}}_q+{\mathrm{\φ}}_q^2+{\mathrm{\φ}}_q^3;$ $w_q=-1-2{\mathrm{\φ}}_q+{\mathrm{\φ}}_q^2+{\mathrm{\φ}}_q^3;$ $t_q=-1+3{\mathrm{\φ}}_q-{\mathrm{\φ}}_q^3;$ ${\mathrm{\φ}}_q=2\cos \left(\frac{2(q+1)\mathrm{\π}}{15}\right),$ 其中，q＝0，...，3。

9.用于传输属于PPM调制星座图或PPM-PAM复合调制星座图的多个数据符号的方法，且所述星座图具有等于3或5、或者大于或等于7的时间位置数量，其中，利用根据权利要求6至8中的任一项所述的空时编码方法对所述多个数据符号进行编码以获取十六个向量，其中，所述十六个向量中的每一个的所述多个分量都对组成UWB信号的多个脉冲的位置、或所述位置和振幅进行调制，以获取十六个经过调制的UWB脉冲信号，在四个连续的时帧期间，利用所述四个辐射元件分别传输所述十六个信号。

10.根据权利要求5或9所述的传输方法，其特征在于，所述辐射元件是UWB天线。

11.根据权利要求5或9所述的传输方法，其特征在于，所述辐射元件是激光二极管或电致发光二极管。

12.根据权利要求5或9所述的传输方法，其特征在于，所述脉冲信号是TH-UWB信号。

13.根据权利要求5或9所述的传输方法，其特征在于，所述脉冲信号是DS-UWB信号。

14.根据权利要求5或9所述的传输方法，其特征在于，所述脉冲信号是TH-DS-UWB信号。

15.用于实现根据权利要求1至4中任一项的所述方法的空时编码装置，其特征在于，包括：

三个基本模块(510、515、517)，其中，每个模块都适于接收三个数据符号；每个所述数据符号a_i，i＝1，...，9，都由M个分量构成，其中，M＝3，或M≥5；每个所述分量都可以取M′个值，其中，M′≥1；每个所述基本模块都包括至少一个线性组合模块(620)，且每个所述线性组合模块都适于执行所述三个符号的等秩的多个分量的三种不同线性组合，以生成三个中间向量的等秩的三个相应分量；

多个置换模块(520)，其中，每个所述置换模块都适于对所述中间向量的多个分量执行置换；以及

多路分配装置(530)，用于接收所述多个中间向量的所述多个分量或由所述多个置换模块(520)置换的这些向量的多个分量，以利用三个连续时间提供三个一组的所述九个向量。

16.用于实现根据权利要求6至8中任一项所述的方法的空时编码装置，其特征在于，包括：

四个基本模块(910、913、915、917)，其中，每个所述基本模块都适于接收四个数据符号，每个所述数据符号a_i，i＝1，...，16，都由M个分量构成，其中，M＝3、或M＝5、或M≥7；每个所述分量都可以取M′个值，其中，M′≥1；每个所述基本模块都包括至少一个线性组合模块(920)，且每个所述线性组合模块都适于执行所述四个符号的等秩的多个分量的四种不同线性组合，以生成四个中间向量的等秩的四个相应分量；

多个置换模块(920)，其中，每个所述置换模块都适于对所述多个中间向量的多个分量执行置换；

多路分配装置(930)，用于接收所述多个中间向量的所述多个分量或由所述置换模块(920)置换的这些向量的多个分量，以利用四个连续时间来提供四个一组的十六个向量。

17.根据权利要求15或16所述的编码装置，其特征在于，每个所述基本模块和每个所述置换模块均在输入端处包括用于将M个分量的序列转换为由所述M个分量构成的M个符号所构成的字的串-并转换装置(610、710、1010)，且均在输出端处包括用于执行逆向操作的并-串转换装置(630、730、1030)。

18.根据权利要求15或16所述的编码装置，其特征在于，每个所述置换模块都包括用于存储至少一个中间向量的缓冲器，以及用于混合所述缓冲器的读和写地址的装置。

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