CN101268648A

CN101268648A - 空时编码的mb-ofdm uwb系统

Info

Publication number: CN101268648A
Application number: CNA2006800347504A
Authority: CN
Inventors: S·-A·塞耶迪-埃斯法哈尼
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: KR101270045B1; JP2009509450A; US20080247483A1; WO2007034448A2; CN101268648B; KR20080049055A; US8149943B2; WO2007034448A3; EP1929693A2

Abstract

提供了用来对多频带0FDM UWB系统进行空时编码的系统、设备和方法，所述系统、设备和方法采用在不同天线(202.1 202.2)的相同副载波(204.i 206.i)上发射与输入信号相应的信道码元的方案。

Description

空时编码的MB-OFDM UWB系统

本发明涉及针对多频带正交频分复用(MB-OFDM)超宽带(UWB)系统的系统、设备和方法，其使用空时编码(STC)来低成本且低功耗地实现发射分集。

在多频带OFDM UWB系统中，信号在多个频带上跳频。在各次跳频中，在这些频道之一上发送一个OFDM码元。通常，跳频图案由不同的频带组成。这种模式称为″时频交错″或TFI模式。如果跳频图案仅仅由一个单一频带(没有跳频)组成，则该模式称为″定频交错″或FFI模式。

可以在发射器或接收器处(或二者处)使用多个天线来获得空间分集。尽管接收分集(例如，最大比接收组合(MRRC))具有较好性能，而发射分集能够以充分低的复杂度和功耗来获得相当大的增益。这主要是因为发射器与接收器相比，通常牵涉到较低的复杂度并且具有较低的功耗。例如，能够以比模拟到数字转换器(ADC)小得多的复杂度和功耗实现数字到模拟转换器(DAC)。

当使用多个发射天线和单独一个接收天线时，接收信号是多个发射信号的干扰混合。空时编码能够将这些信号分离开，同时实现完整意义的发射分集。

为了改善MB-OFDM UWB系统的功耗、范围或数据速率，本发明的系统、设备和方法使用了一种形式的空间分集，即，空时码。例如，本发明的一种空时码(STC)应用是针对各个频带使用Alamouti空时分组码的MB-OFDM UWB系统。

附图1图解说明使用按照Alamouti的空时编码方案的具有一个接收器的双发射器分集方案；

附图2图解说明具有3个频带(跳频图案{1，2，3})和Alamouti空时码的MB-OFDM UWB；和

附图3图解说明具有Alamouti空时码的MB-OFDM UWB系统的BER性能。

本领域技术人员应当理解，下面的介绍是为了解释说明而给出的，而不是为了限定。技术人员知道，在本发明的思想和所附权利要求的范围之内会有很多的变化。在当前的介绍中，可能会省略已知功能和操作的不必要细节，以便不致使得本发明晦涩难懂。

Alamouti空时分组码：

Alamouti空时码是针对两个天线的复正交空时码(STC)，参见S.Alamouti的《A Simple Transmit Diversity Technique Tor WirelessCommunications》(IEEE J.Select.Areas Comm.，第16卷，第1451-1458页，1998年10月)。

现在参照附图1，发射天线0与接收天线之间的信道由h₀100表示，并且发射天线1与接收天线之间的信道由h₁ 101表示。通过在给定的码元周期从两个天线同时发射两个信号，由两个数据码元获得了四个发射码元，

s_0，0＝S₀

s_0，1＝S₁

s_{1,0} = {- S}_{1}^{*}

s_{1,1} = S_{0}^{*}

其中*代表复共轭，S_k 102 103是数据码元，而s_1，m是在时刻1＝0，1在天线m＝0，1上发射的码元。在接收天线处接收到的信号是由下式给出的：

r₀＝h₀s_0，0+h₁s_0，1+n₀

r₁＝h₀s_1，0+h₁s_1，1+n₁，

其中r₁104是在时刻1＝0，1在该天线上接收到的码元，n₁ 105是时刻1＝0，1的白高斯噪声。然后将所接收到的码元组合起来，得到：

{\tilde{S}}_{0} = h_{0}^{*} r_{0} + h_{1} r_{1}^{*}

= ({| h_{0} |}^{2} + {| h_{1} |}^{2}) S_{0} + h_{0}^{*} n_{0} + h_{1} n_{1}^{*}

{\tilde{S}}_{1} = h_{1}^{*} r_{0} - h_{0} r_{1}^{*}

= ({| h_{0} |}^{2} + {| h_{1} |}^{2}) S_{1} + h_{1}^{*} n_{0} + h_{0} n_{1}^{*},

然后将其发送给解码器。附图1图解说明具有一个接收器的两分支发射分集方案。

显然，这种方案的性能与具有两个接收天线的具有最大比接收组合(MRRC)的系统类似，只是具有3dB损耗。这一损耗是由于必须要将发射功率分割到两个天线上而发生的。基带上的计算复杂度与具有两个接收天线的MRRC类似。

具有Alamouti空时分组码的MB-OFDM UWB系统：

在多频带正交频分复用(MB-OFDM)系统的第一种实施方式中，对各个子载波应用Alamouti方案。换句话说，使用Alamouti方案调制两个码元，S₀和S₁。在两个发射天线202.1 202.2上在同一个子载波上同时发射结果得到的s_0，0 203.0.0和s_0，1 203.0.1。在同一个子载波204.3 206.3上并且通过两个不同的天线202.1 202.2发射码元s_1，0 203.1.0和s_1，1203.1.1，但是是通过相对于原始OFDM码元的第(K+1)个OFDM码元发射的，其中K是跳频图案的长度(见附图2)。这使得码元s_0，0 203.0.0和s_1，0203.1.0即使在使用跳频的TFI模式下也能够经历相同的信道系数。类似地，对于s_0，1 203.0.1和s_1，1 203.1.1，如上所述那样在接收器205处对两个接收到的值进行组合。

附图3图解说明这一系统的位错误率(BER)性能。在附图3中，使用3/4比率卷积码和16-QAM调制来实现1Gbps速率。从附图3中可以观察到，在BER为10^-5的情况下，通过使用空时编码MB-OFDM UWB系统，获得了3.7dB的增益。当取代16-QAM而使用DCM或QPSK时，会达到类似的增益。

单次IFFT实现：

在第二优选实施方式中，发射器处所需的处理是在时域内进行的。能够在时域内完成处理是由于针对两个OFDM码元(s_0，0和s_1，1)进行的IFFT的输入彼此只是互为复共轭。这意味着，可以使用一个IFFT计算出所发射的OFDM码元之一，并且通过颠倒输出结果的下标来获得另一个码元。对s_0，1和s_1，0采用同样的办法，同时还要进行额外的符号改变。由此，对于各个OFDM码元(各次跳频)，每OFDM码元仅仅需要一次IFFT运算。

本发明可以应用于MB-OFDM UWB系统来以低成本和低功耗实现空间分集。这在以较高数据速率(例如，1Gbps)达到合理范围方面是很重要的。还能够针对现有的数据速率改善性能(范围)。

虽然图解说明和介绍的是本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将会理解，本文介绍的设备和系统体系结构是说明性的，可以做出各种不同的变化和改造并且可以等同替代它们的要素，而不会超出本发明的真实范围。此外，可以做出很多种改造来使本发明的教导适合于特定的情形，而不会超出本发明的核心范围。因此，我们的意图是，本发明并不局限于作为为了实施本发明而考虑的最佳方式公开的具体实施方式，而是本发明包括落在所附权利要求的范围之内的所有实施方式。

Claims

1.一种MB OFDM系统，包括：

编码器(201.1)，能够对至少一个输入码元的流做出响应，用来由此形成包括与各个至少一个输入码元相应的多个信道码元(203.i.j)的集合，以致使得与各个至少一个输入码元相应的信道码元(203.i.j)包括输入码元、输入码元的负值、输入码元的复共轭和输入码元的复共轭的负值；

多个天线(202.i)；

输出级(201.2)，构成为用来：

a.当信道码元(203.i.j)中的两个彼此互为复共轭时，该输出级此外还构成为用来：

i.将两个信道码元之一变换为单次IFFT的输出，并且通过颠倒该输出的下标来变换两个信道码元中的另一个；

ii.由使用IFFT变换之后的码元创建OFDM码元，使得两个经过变换的OFDM码元彼此互为颠倒下标的副本；和

否则，将信道码元转换到时域，

其中将信道码元的流转换为OFDM码元；和

b.将OFDM码元施加给多个天线(202.i)来形成传输媒介上的多个截然不同的信道(024 206)，以致使得与输入码元相应的多个OFDM码元的子集由所述多个天线(202.i)中的不同天线(202.1)(202.2)在所述多个截然不同的信道(204)(206)中的不同信道(204)(206)的相同副载波(204.i)(206.i)上同时发射出去；和

接收器，该接收器具有单独一个天线，该接收器适合于接收和解码由所述输出级发射的信号，其中所述流被空时编码以进行发射。

2.按照权利要求1所述的系统，此外还包括具有单独一个天线的接收器，该接收器适合于接收和解码由所述输出级发射的信号。

3.按照权利要求1所述的系统，其中多个截然不同的信道由此直接传输到单独一个接收器天线。

4.按照权利要求1所述的系统，其中编码器将输入码元编码为n个信道码元的块。

5.按照权利要求1所述的系统，其中：

该编码器将输入码元编码成2个信道码元的块，使得各个2个信道码元{s₀s₁}的块编码为2个码元{s₀，-s₁*}的第一序列并且编码为2个信道码元{s₁，s₀*}的第二序列，其中s_i*是s_i的复共轭；

多个天线由第一天线和第二天线组成；和

输出级将第一序列施加给第一天线并且将第二序列施加给第二天线。

6.一种MB OFDM发射器(201)，包括：

多个天线(202.i)；

输出级(201.2)，用来：

i.将两个信道码元之一变换为单次IFFT的输出，并且通过颠倒该输出的下标来变换两个信道码元中的另一个；和

否则，将信道码元转换到时域，

其中将信道码元的流转换为OFDM码元；和

7.一种通过传输媒介发射与多个输入码元相应的信息的方法，包括步骤：

将多个输入码元编码成至少一个n个码元的块，以形成n*m信道码元，其中m是截然不同的空间分集信道203.i.j的个数，所述码元是在这些空间分集信道上发射的，其中所述编码过程生成与所述多个输入码元中的各个输入码元相应的多个信道码元(203.i.j)，使得这多个信道码元(203.i.j)包括输入码元、输入码元的负值、输入码元的复共轭和输入码元的复共轭的负值；

当信道码元中的两个彼此互为复共轭时，用单次I FFT的输出代替这两个信道码元中的一个，并且用通过颠倒所述输出的下标而获得的码元代替这两个信道码元中的另一个；和

使用IFFT由信道码元创建OFDM码元，使得与输入码元中的复共轭相应的OFDM码元彼此互为下标颠倒的副本；和

通过所述m个信道发射所述n*m个信道码元，使得各个输入码元在所述m个信道的相同副载波(204.i)(206.i)中具有相应的信道码元。

8.按照权利要求7所述的方法，此外还包括具有单独一个天线的接收器(205)进行下列步骤的步骤：

接收所发射的n*m个信道码元；和

解码所接收的n*m个信道码元。

9.按照权利要求8所述的方法，其中

n＝m＝2；

编码步骤此外还包括步骤：将输入码元编码成2个信道码元的块，使得各个2个信道码元{s₀ s₁}的块编码为2个信道码元{s₀，-s₁*}的第一序列并且编码为2个信道码元{s₁，s₀*}的第二序列，其中s_i*是s_i的复共轭；和

发射步骤此外还包括将第一序列施加给第一信道并且将第二序列施加给第二信道的步骤。