CN101164240A

CN101164240A - 超宽带架构

Info

Publication number: CN101164240A
Application number: CNA2006800137578A
Authority: CN
Inventors: 特古特·艾特; 斯蒂芬·坦恩布林克; 拉维尚卡·H·马哈德瓦帕; 颜仁鸿
Original assignee: Wionics Res
Current assignee: Wionics Res
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2008-04-16
Also published as: WO2006091916A3; TW200642384A; US20060212773A1; WO2006091916A2

Abstract

包括并行处理链的超宽带发送器和接收器的架构。一些实施例包括与MAC的两字节接口，并且一些实施例包括从分开的解码器映射I－信道和Q－信道信息的映射器。

Description

超宽带架构

技术领域

本发明一般涉及无线通信系统，并且更具体地涉及超宽带正交频分复用通信系统。

背景技术

无线通信系统，一般来说射频(RF)通信系统，被广泛使用。这种系统经常利用关于指定(specific)的预定载波频率的信号通信。不幸地，仅使用单个载波频率可能导致不利效应。指定频率的信号可能特别由于多径效应、其它发送器或其它因素造成的干扰而遭受破坏。指定频率的信号还可能支配有关该指定频率的带宽使用，留下更少的频谱可由他人使用。其它指定频率的信号可能对特定通信提供不足的带宽。

超宽带(UWB)通信系统一般利用宽频带上的信号通信。使用宽频带可考虑装置之间增加的有效频宽。使用宽频带还可以最小化关于任何特定频率的干扰效应。

出于许多原因，通信系统使用正交频分复用(OFDM)方法还可以是有益的。在OFDM系统中，信息经常经过不同频率的多个通信信道发送，每个信道包括经多个子频带发送的信息，每个子频带处于稍微不同的频率。

然而，UWB-OFDM通信系统可能需要对发送与接收的信息的重要处理。处理这种信息可能引起困难，其可能通过使用多个发送和/或接收天线来混合。

发明内容

本发明提供一种超宽带发送器与接收器以及相关联的方法。在一方面中，本发明提供一种用于数据通信中的方法，包括：编码数据流；交织该数据流的编码码元；将交织的编码码元划分到第一数据流以及第二数据流中；以及独立地处理该第一数据流以及该第二数据流。

在另一个方面中，本发明提供一种用于数据通信中的方法，包括：接收数据流；将该数据流划分到第一数据流以及第二数据流中，该第一数据流包括第一接收的正交频分复用(OFDM)码元、以及随后接收的每隔一个(everyother)的OFDM码元，并且该第二数据流包括第二接收的OFDM码元、以及随后接收的每隔一个的OFDM码元；以及分别地对该第一数据流与该第二数据流执行处理。

在另一个方面中，本发明提供一种发送处理系统，包括：编码器，被配置来提供编码码元；多个处理链，该多个处理链的每个与该编码器数据耦合，该多个处理链的每个包含交织器、耦合至该交织器的映射器、以及耦合至该映射器的逆快速傅利叶变换块。

在另一个方面中，本发明提供一种接收处理系统，包括：射频(RF)接收器，其被配置来接收射频信号并且将该射频信号转换为基带信号；多个处理链，该多个处理链的每个与该RF接收器数据耦合，该多个处理链的每个包含快速傅利叶变换块、耦合至该快速傅利叶变换块的解映射器、以及耦合至该解映射器的解交织器。

在查看本公开时更完整地理解本发明的这些和其他方面。

附图说明

图1是根据本发明各方面的发送系统的框图；

图2是根据本发明各方面的接收系统的框图；

图3是根据本发明各方面的通信系统的框图，并且包括可一起用作收发器的另一发送系统以及另一接收系统；

图4示出根据本发明各方面使用的16-QAM星座；

图5示出根据本发明各方面的、用于MAC-PHY接口的帧结构；

图6示出根据本发明各方面的速率表；

图7是根据本发明各方面的另一通信系统的框图，其包括发送部分与接收部分；以及

图8是根据本发明各方面的另一通信系统的另一框图，其包括发送部分与接收部分。

具体实施方式

图1是根据本发明各方面的发送系统的框图。优选地，该发送系统用于正交频分复用(OFDM)码元的超宽带传输。编码器111编码比特流用于纠错。一般来说，该比特流由介质访问控制器(MAC)(未示出)提供。在大部分实施例中，该编码器例如利用存储器6(a memory of6)，使用卷积码编码该比特流。优选地，该编码器依据一般由MAC指示给该编码器的信息率的选择，在不同编码率编码数据。在各种实施例中，可以使用不同编码方案。然而，一般来说，该编码器接收比特流并且提供编码码元块。

码元交织器113接收编码码元，并且交织该码元。交织码元是优选的，以便降低突发错误的效应，如可能在通信介质的信道上的传输期间发生。

将一些交织的码元提供给第一处理链115，并将一些交织的码元提供给第二处理链117。处理链并行地运行。优选地，每个处理链接收每隔一个的码元，例如第一处理链接收码元序列的奇数码元，并且第二处理链接收该码元序列的偶数码元。两个处理链的使用考虑降低用于驱动该处理链的有效时钟率，例如利用两个处理链考虑时钟率降低期望时钟率的一半，以便单个处理链以相似的数据率处理数据。

如图示，每个处理链包括音调(tone)交织器、映射器121a与121b、以及逆快速傅利叶变换(iFFT)块123a与123b。音调交织器119a与119b交织码元位，优选地降低通信介质信道的特定子载波上突发错误的可能效应。映射器例如利用四相移位键控(QPSK)或双载波调制(DCM)(优选地，对应于在用于OFDM码元的发送的信道的两个子载波上的两个移位QPSK星座)方案，进行比特组的映射。优选地，该映射器对较低选择的信息率进行QPSK调制，而对较高选择的信息率进行DCM调制。iFFT将映射的各比特变换到复杂时域。

处理链将数据提供给在图1中表示为发送FIR-RF块125的部分，其利用天线127放射信息。图1的FIR-RF块包括与RF发送器相关联的有限脉冲响应(FIR)滤波器以及上转换(upconversion)混频器、放大器等。优选地，FIR滤波器同时对4个复杂时间采样操作。在一些实施例中，FIR滤波器被实现为4x多相滤波器。

在一些实施例中，在操作中编码器从MAC接收比特流，并且使用纠错码(例如存储器6(memory 6)的卷积码)编码该比特流。编码器例如在66MHz被时钟门控(clocked)。取决于由MAC提供的速率选择指示，编码器使用选择的编码率(例如在1/2编码率、5/8编码率、3/4编码率或4/5编码率)编码比特流。

编码的比特流由码元交织器交织，然后划分成两个分隔的比特流，每个比特流接收每隔一个的OFDM码元各比特。划分比特流允许进一步的处理(如音调交织、映射、以及IFFT)在降低的时钟率进行，例如在264 MHz而不是528 MHz。

每个分隔的比特流被分别地音调交织和映射。使用的映射方案为QPSK或DCM方案，QPSK或DCM的使用基于由MAC提供的速率选择信号。

在映射后，每个信号分别地分组为形成OFDM码元的128个子载波，并且使用例如128点iFFT从频域转换到时域。在iFFT后，信号在FIR滤波的时间采样级别上，例如利用优选地由4X多相滤波器实现的FIR滤波，使用264 MHz而不是1056 MHz的时钟率，由因子4并行分析(paralyze)。

图2是根据本发明各方面的接收器的框图。在图2示出为单个块的部分中，RF接收器与信号处理器块211经由天线213接收信号。RF接收器放大天线接收的信号，并且将该信号下转换(downconvert)为基带。信号处理器对该基带信号操作，并且例如进行分组检测、帧同步、以及通常由信号处理器进行的其它功能。图2的信号处理器还提供两个码元流，每个流优选地包括该时域中每隔一个的码元。优选地，该码元流还在该时域中对准。在许多实施例中，在信号处理器的迭加(overlap-and-add)单元移除空前缀(其可实现为空后缀)之后，将码元分离为并行码元流发生。

信号处理器提供两个时域码元流中的一个给第一处理链213，而将两个时域码元流中的另一个提供给第二处理链215。与仅利用单个处理链所需的时钟率相比，使用两个并行操作的处理链考虑在减小的时钟率处理。

如图2所示，每个处理链包括：快速傅利叶变换(FFT)块217a与217b、解映射器219a与219b、以及音调解交织器221a与221b。FFT块将时域信号变换为频域，解映射器恢复该编码的码元流的软可靠性比特估计，并且音调解交织器音调解交织该比特流。解映射器优选地利用QPSK或DCM方案解映射信息，一般由相关联的MAC表示。在许多实施例中，在FFT块之后，该处理链还包括用以进行信道估计的电路、以及用以进行相位估计的电路，结果用来补偿多径衰减信道以及相位/频率偏置。此外，在由解映射器解映射之前，每个处理链还可包括用以进行频率和/或结合对称解扩频的电路。

该两个处理链的每个提供数据流给码元解交织器223。码元解交织器合并该两个数据流，并且从该数据流解交织码元。优选地，在使该码元的编码比特解收缩(depuncture)之后，码元解交织器还提供数据块给两个Viterbi解码器块225a与225b。应该注意到，为Viterbi解码器解收缩以及合并数据流与划分数据块可以不必被视为由码元解交织器进行，但在图2中出于方便的目的如此图示。

该Viterbi解码器解码该数据，将Viterbi解码器的输出提供给MAC(未示出)。提供给Viterbi解码器的数据具有部分重叠的窗口，特别是对其中已经利用单个编码器编码数据的实施例。使用该部分重叠的窗口例如来预同步以及后同步该Viterbi解码器，每个解码器的数据块包括与提供给另一编码器的数据块共同的比特。

在一些实施例中，在操作中由天线接收的信号被放大并下转换到基带。根据由MAC指示的时间-频率模式，下转换可以跳频方式执行。基带信号由信号处理器处理，执行各功能如分组检测、帧同步、自动增益控制判决和其他通常由基带信号处理器执行的功能。优选地，信号处理器将时域采样流分隔为两个流，每个流包含每隔一个的OFDM码元。在这样的实现中，信号处理器可很大程度上或完全并入并行处理流，从模拟-数字转换电路接收的数据划分为由信号处理器分别操作的两个流，每隔一个的OFDM由每个并行处理流处理。然而，在许多实施例中，并行化在分组检测后并且在时域中移除空前缀(其可以是后缀)后完成。

每个并行流被提供给分开的处理链，包括例如128点FFT块、解映射器、以及音调解交织器。每个处理链分别地将它们各自的信号从时域转换到频域，解映射OFDM码元以获得软比特估计，并且使用音调解交织器解交织。假定接收器的ADC在528MHz时钟门控，则每个处理链例如在264MHz时钟门控。由分开的处理链提供的各比特(其每个提供每隔一个的OFDM码元)由码元解交织器合并并且解交织。优选地，解交织的各比特由并行Viterbi解码器解码。

图3是根据本发明各方面的另一发送器以及另一接收器的框图。图3的发送器与接收器分别与图1的发送器以及图2的接收器类似。例如，发送器包括：产生并行数据流的码元交织器、在分别的数据流上运行的音调交织器、在(至少部分)该分别的数据流上映射运行的映射器、以及变换(至少部分)该分别的数据流的iFFT块。类似地，接收器的信号处理器提供并行数据流，每个由分别的FFT块和分别的映射器、以及(至少部分地)分别的音调解交织器操作。

然而，图3的发送器包括两个编码器311a与311b，其每个对不同的数据操作。该数据由例如MAC(未示出)来提供。优选地，MAC提供以字而非字节形式的数据，且第一编码器对该字的低字节操作，并且第二编码器对该字的高字节操作。每个编码器将编码的数据提供给码元交织器313a与313b，其如关于图1的发送器讨论的操作。如图1的码元交织器，每个码元交织器提供并行数据流给两个分别的音调交织器315a至315d，该并行数据流分别包含偶数以及奇数的OFDM码元。该音调交织器还如关于图1的发送器讨论地操作，每个音调交织器提供分别的数据流。

图3的发送器还包括两个映射器317a与317b。该映射器根据映射方案映射音调交织的数据。优选地，每个映射器接收来自与第一编码器相关联的音调交织器的一些数据、以及来自与第二编码器相关联的音调交织器的一些数据，例如从音调交织器315a与音调交织器315c接收数据的映射器317a。在一实施例中，各映射器利用16正交振幅调制(QAM)星座映射数据，且每个映射器使用来自与第一编码器相关联的音调交织器的数据用于I-信道映射、以及来自与第二编码器相关联的音调交织器的数据用于Q-信道映射。优选地，各映射器利用基于由MAC选择的信息率而选择的方案，使用QPSK调制方案、DCM方案、或16QAM星座来映射数据。

参照图4的QAM星座，示出了16-QAM星座。16-QAM星座包括16点，每个点代表I-Q平面中的不同位置，且对应于例如不同强度与相位偏置。每个点映射四位，例如位b0、b1、b2和b3。位b0与b1确定I维度中的位置，而位b2与b3确定Q维度中的位置。优选地，由与第一编码器相关联的音调交织器提供位b0与b1，并且由与第二编码器相关联的音调交织器提供位b2与b3(或反之还然)。

返回图3，每个映射器提供码元以划分iFFT块319a与319b，其如关于图1的发送器讨论地对码元操作，并且提供时域数据给FIR滤波器/RF块321，用于经过天线323发送。

图5示出从MAC接收的数据的示例发送帧结构、以及提供给MAC的数据的示例帧结构。MAC根据第一帧结构511提供数据给第一编码器。第一帧结构包括MAC头部513、MAC帧负载515、以及帧检查序列(FCS)位517。此外，在一些实施例中，MAC头部的位R3还提供长度信息。MAC根据第二帧结构519提供数据给第二编码器。优选地，当期望较高数据率发送时，第二编码器仅接收数据。第二帧结构在布置上相似于第一帧结构。然而，在第二帧结构中，MAC头部中的数据为零。在一些实施例中，将对第一与第二帧结构(例如以包括位16:23与0:7的第二帧结构以及包括位24:31与8:15的第一帧结构)计算出单个四字节FCS。

再回到图3，图3的接收器与图2的接收器类似。例如，接收器利用天线331接收信号，且包括如图2中的信号接收电路与信号处理器333。同样如图2中，信号处理器提供并行数据流，其分别地由分别的FFT块335a与335b转换为频域。还由分别对应的解映射器337a与337b接收每个FFT块的输出。

每个解映射器例如根据图4的16-QAM星座解映射数据。在图4的接收器中，与图2的接收器相反，每个解映射器输出的部分提供给与第一码元解交织器341a相关联的音调交织器339a与339b，并且每个解映射器输出的部分提供给与第二码元解交织器341b相关联的音调交织器339a与339b。优选地，将来自每个解映射器的I-信道位提供给与第一码元解交织器相关联的音调解交织器，并且将来自每个解映射器的Q-信道位提供给与第二码元解交织器相关联的音调解交织器。

该第一码元解交织器与第二码元解交织器的每个与两个Viterbi解码器343a至343d相关联。每组码元解交织器以及两个Viterbi解码器的操作，如关于图3的接收器的两个Viterbi解码器以及码元解交织器讨论地操作。

然而，优选地，根据图5的接收帧结构提供提供给MAC(未示出)的输出，其包括第三帧结构521以及第四帧结构523(关于发送帧结构描述的该第一帧结构与第二帧结构)。第三帧结构包括MAC头部525、MAC帧负载527、FCS位529、以及接收信号强度指示符(RSSI)与接收器错误531位。与第一码元解交织器相关联的Viterbi解码器的输出为第三帧的MAC帧负载提供数据。第四帧结构类似于第三帧结构，除了MAC头部为零以外。由与第二码元解交织器相关联的Viterbi解码器提供用于第四帧结构的MAC帧负载的数据。

在一些实施例中，图3的系统支持在53.3Mbps与1024Mbps之间的数据率的通信。图6示出在53.3Mbps与1024Mbps之间的离散信息率通信的速率表。例如根据选择的信息率，不同调制(映射)由映射器/解映射器实现，并且不同码率由编码器/解码器实现。

在一些实施例的操作中，数据在两字节接口上从MAC接收并提供给MAC，并且编码/解码和交织/解交织元件的数量倍增。因此，在一些实施例中，高字节由第一编码器编码，而低字节由第二编码器编码。码元交织器和双音调交织器与每个编码器相关联。两个编码器的每个分别地映射与编码器相关联的交织的编码比特。与第一编码器相关联的交织的编码比特被映射到16 QAM星座的I-信道上，并且与第二编码器相关联的交织的编码比特被映射到16 QAM星座的Q-信道上。在发送侧其后的处理如关于图1的实施例的操作所述执行。在接收侧的处理直到解映射并且其后的处理如关于图2所述，其是如上讨论的两倍。

在一些实施例中，接收器包括多个接收天线。例如，图7是类似于图2的接收器的接收器的框图。然而，图7的接收器包括多个接收天线711a与711b，图示了两个接收天线。每个接收天线与对应的接收器电路以及信号处理器713a与713b相关联，且将信号提供给对应的接收器电路与信号处理器713a与713b。每个天线的信号处理器进行例如分组检测、帧同步、且在各种实施例中与接收器的自动增益控制特征的控制相关联的处理。每个天线的信号处理器还提供并行数据流，优选地如关于图2的接收器所述。例如，由多个FFT块715中的FFT块接收每个并行数据流的数据流，与特定信号处理器相关联的第一FFT块提供偶数OFDM码元，并且与特定信号处理器相关联的第二FFT块提供奇数OFDM码元。

由并行最大比率合成(MRC)块717a与717b接收FFT块的输出。为了方便将FFT块的输出指示为偶数或奇数码元，由第一MRC块717a接收提供偶数码元的FFT块的输出，并且由第二MRC块717b接收提供奇数码元的FFT块的输出。因此，每个MRC块接收相同信号的表示，如由不同天线所接收。每个MRC块进行多样合成函数，优选地求和各信号，并且这样做以将每个要求和的信号用它们各自的信噪比加权。

图8还示出利用多个接收天线的另一接收器的框图。除了使用多个接收天线以及相关的处理之外，如关于图7的接收器所述，图8的接收器类似于图3的接收器。此外，在一些实施例中，关于图8以及图1、3和7，发送用多个天线并且优选地相关联的上转换电路(如优选地以交叉极化配置的两个天线，每个可能具有相关联的上转换电路)执行。

因此，本发明提供超宽带收发器以及收发器部件架构。虽然已关于某些特定实施例描述本发明，但是应该认识到，本发明包含由本公开以及其想象的变体支持的新颖以及非显而易见的权利要求。

Claims

1.一种用于数据通信中的方法，包括：

编码数据流；

交织该数据流的编码码元；

将该交织的编码码元划分为第一数据流以及第二数据流；以及

独立地处理该第一数据流以及该第二数据流。

2.如权利要求1所述的方法，其中编码该数据流包括卷积编码该数据流。

3.如权利要求1所述的方法，其中该第一数据流包含该数据流的每隔一个的码元，并且该第二数据流包含非第一数据流部分的数据流的码元。

4.如权利要求1所述的方法，其中独立地处理该第一数据流以及该第二数据流包含下列至少之一：分别地音调交织该第一数据流以及音调交织该第二数据流；分别地映射该第一数据流以及该第二数据流；分别地对该第一数据流与该第二数据流进行逆快速傅利叶变换iFFT。

5.如权利要求4所述的方法，其中该第一数据流与该第二数据流的码元的处理同时发生。

6.一种用于数据通信中的方法，包含：

接收数据流；

将该数据流划分为第一数据流以及第二数据流，该第一数据流包括第一接收的正交频分复用OFDM码元、以及随后接收到的每隔一个的OFDM码元，并且该第二数据流包括第二接收的OFDM码元、以及随后接收的每隔一个的OFDM码元；以及

分别地对该第一数据流与该第二数据流进行处理。

7.如权利要求6所述的方法，其中该处理包括快速傅利叶变换FFT处理、解映射、以及音调解交织。

8.如权利要求7所述的方法，还包含合并该第一数据流以及该第二数据流用于码元解交织。

9.如权利要求8所述的方法，还包含利用多个Viterbi解码器解码该解交织的码元。

10.如权利要求9所述的方法，其中利用多个Viterbi解码器解码该解交织的码元包含：为每个Viterbi解码器提供不同的解交织码元的块，在至少一些该不同的块之间，码元至少部分重叠。

11.一种发送处理系统，包含：

被配置来提供编码码元的编码器；

多个处理链，该多个处理链的每个与该编码器数据耦合，该多个处理链的每个包含：交织器、耦合至该交织器的映射器、以及耦合至该映射器的逆快速傅利叶变换块。

12.如权利要求11所述的发送处理系统，其中该交织器包含音调交织器，且还包含码元交织器，该码元交织器耦合以从该编码器接收码元，并且将码元提供给该多个处理链。

13.如权利要求12所述的发送处理系统，其中该码元交织器被配置来给不同处理链提供不同的交织码元。

14.如权利要求13所述的发送处理系统，其中该码元交织器被配置来以时间交织的方式提供不同的交织码元给不同的处理链。

15.如权利要求14所述的发送处理系统，还包含耦合至该处理链的发送器，该发送器被配置来发送由该处理链处理的数据。

16.如权利要求15所述的发送处理系统，其中该映射器被配置来根据调制方案调制数据。

17.如权利要求16所述的发送处理系统，其中该调制方案为QPSK方案、DCM方案、以及映射方案中的至少一个。

18.如权利要求11所述的发送处理系统，还包含另一个编码器以及数据耦合至该另一个编码器的另外多个交织器，其中该另外多个交织器中的第一交织器提供由第一处理链的映射器操作的数据，而第二音调交织器提供由一第二处理链的映射器操作的数据。

19.如权利要求18所述的发送处理系统，其中该第一处理链的映射器使用来自该第一处理链的交织器、以及另外该多个交织器中的第一交织器的数据，并且该第二处理链的映射器使用来自该第二处理链的交织器、以及另外该多个交织器中的第二交织器的数据。

20.如权利要求19所述的发送处理系统，其中该第一处理链的交织器以及该第二处理链的交织器，提供用于I-信道或Q-信道之一的数据，且该另外多个交织器中的第一与第二交织器，提供用于该I-信道或Q-信道中的另一个的数据。

21.一种接收处理系统，包含：

射频RF接收器，其被配置来接收射频信号并且将该射频信号转换为基带信号；

多个处理链，该多个处理链的每个与该RF接收器数据耦合，该多个处理链的每个包含快速傅利叶变换块、耦合至该快速傅利叶变换块的解映射器、以及耦合至该解映射器的解交织器。

22.如权利要求21所述的接收处理系统，其中该解交织器包含音调解交织器，且还包含码元解交织器，该码元解交织器耦合以从该多个处理链的各音调解交织器接收码元，并且将码元信息提供给至少一个解码器。

23.如权利要求22所述的接收处理系统，其中该码元解交织器被配置来提供码元信息给多个Viterbi解码器。

24.如权利要求23所述的接收处理系统，其中该码元解交织器被配置来对每个Viterbi解码器提供具有重叠窗口的码元信息。

25.如权利要求21所述的接收处理系统，其中与该RF接收器相关联的信号处理器被配置来处理该基带信号，并且被配置来对不同处理链提供不同信号。

26.如权利要求25所述的接收处理系统，其中该信号处理器被配置来以时间交织的方式对不同处理链提供不同信号。

27.如权利要求21所述的接收处理系统，还包含另一解码器以及数据耦合至该另一解码器的另外多个解交织器，其中该另外多个解交织器中的第一解交织器接收由第一处理链的解映射器操作的数据，并且该另外多个解交织器中的第二解交织器接收由第二处理链的解映射器操作的数据。