CN1543081A - 用于发送和接收超宽带信号的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超宽带(UWB)收发信机和一种UWB信号发送/接收方法，其中，与相关技术的UWB收发信机相反，通过将从接收信号中获得的信道信息转发给数据发射机并根据所接收的信道条件，改变发射机中的数据传输方案，可以根据信道条件有效地进行数据传输。在UWB收发信机中，从通过UWB信道接收的UWB脉冲信号中计算信道信息，从而可以预测UWB信道条件，并根据所计算的信道信息来改变数据传输方案，从而根据UWB信道条件有效地进行信息传输。因此，就有如下优势：通过根据UWB信道条件改变数据传输方案，可以进行有效的数据发送/接收。

Description

用于发送和接收超宽带信号的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种发送和接收超宽带(下文中称之为“UWB”)信号的装置和方法，并且特别涉及一种发送和接收超宽带信号的装置和方法，其中，通过将从经UWB信道接收的信号中获得的信道信息应用到数据发射机和将在发射机中使用的数据传输方案自适应地改变为UWB信道条件，可以根据信道条件执行有效的数据传输。这里，为了方便，将用于发送和接收UWB信号的装置称为“UWB收发信机”。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，近来无线通信设备越来越普及。这给人们的生活方式带来了大量的变化。特别是，对UWB通信的研究投入了很多的精力，该UWB能够实现高速宽带无线通信，同时提供现有的无线通信服务，而不需要任何附加的频率资源。
对于UWB通信，使用很短的脉冲(其宽度是1至4纳秒)来发送和接收信息。由于使用了极短的脉冲，UWB脉冲信号的带宽在频率域就有大约10GHz那么宽。
这样的UWB脉冲信号具有很低的占空比。从而，就有下列优点：数据传送速率很高，可以进行多址接入，和降低由于多径而产生的干扰影响。
在频率选择性衰落，即由于最坏情况下的强衰落而使得发送信号没有到达接收机的情况下，在目前提出的UWB标准中规定的现有UWB收发信机基于在物理层(PHY)中没有经过任何校正的、来自于媒体接入控制(MAC)层的确认(ACK)信号，确定是否重传给定信号。
更具体地，当发射机已经给接收机发送信号且接收机反过来成功地接收信号，接收机中的MAC层将会给发射机发送指示信号的成功接收的反馈ACK信号。
但是，如果发射机在特定时间段内没有从接收机接收到该反馈ACK信号，发射机将会重复发送数据的同一帧，而不管当前的信道条件如何。
这就存在一个问题：这样一个事件的重复发生将会降低高速、大容量UWB通信系统的性能。
因此，就需要一种方法，其能够执行更加有效的数据传输，通过识别信道条件和将数据传输方案自适应地改变成所识别的信道条件。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于发送和接收UWB信号的UWB收发信机及其方法，其中，与相关技术的UWB收发信机相反，通过将从接收信号中获得的信道信息转发给数据发射机并根据所接收的信道条件改变发射机中的数据传输方案，可以有效地执行数据传输。
本发明的另一目的在于允许发射机基于从接收信号中获得的信道信息来调整信道编码率、调制等级、和数据发送功率中的至少一个。
本发明的再一目的在于提供一种系统，对于该系统可以应用栅格编码调制(TCM)或Turbo编码调制，即信道编码和调制/解调方案的组合。
本发明允许从接收机获得的信噪比(SNR)应用于发射机，和根据所接收的SNR来改变数据传输方案，从而可以根据UWB信道条件来有效地执行数据传输。
数据传输方案意味着：根据可以从所接收的SNR中预测的UWB信道条件，有选择地或者同时改变信道编码率、调制等级和发送功率中的至少一个。此外，信道信息对应于从UWB脉冲信号中获得的信息以允许预测UWB信道条件，并且，例如，将其定义为SNR。
可以将信道编码率定义为信息比特数i与包括信息比特和冗余比特的总比特数N的比i/N，上述冗余比特是为了进行可靠的数据传输而在编码过程中添加的。此外，可以将调制等级定义为与诸如4-PSK、8-PSK、和16-PSK方案的调制方案相关的等级。
根据本发明的一个方面，提供了一种UWB收发信机，包括：接收单元，其被配置为从通过UWB信道接收的UWB脉冲信号中计算信道信息，从而可以预测UWB信道条件和根据所计算的信道信息改变数据传输方案，由此可以根据UWB信道条件有效地进行信息传输。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种UWB信号发送/接收方法，包括步骤：通过UWB信道接收UWB脉冲信号，分析所接收的UWB脉冲信号和提供信道信息，使用它可以预测UWB信道的状态，和根据信道信息，确定与要发送的信息相关的信息发送方法。
附图说明
通过下面结合附图对示范实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明的一个实施例的UWB收发信机的结构的示意图；
图2是示出根据本发明的一个实施例的发射机和接收机的结构的示意图；
图3是示出根据本发明的一个实施例的UWB信号发送/接收过程的方框图；
图4是示出根据本发明的一个实施例的、发射机中的解码4-PSK过程的示意图；
图5是示出了根据本发明实施例的、发射机中的2/3编码4-PSK过程的示意图；和
图6是示出了根据本发明实施例的、发射机中的2/3编码8-PSK过程的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细描述根据本发明的、用于发送和接收UWB信号的UWB收发信机及其方法。
在解释使用根据本发明的UWB收发信机的UWB信号发送/接收方法的过程中，由于对于每个设备，可以执行通过设备自身的UWB收发信机而在设备之间执行的UWB信号发送/接收过程，所以仅描述一个设备的操作过程。
在解释根据本发明的UWB收发信机的配置和操作的过程中，已经描述了在家庭网络环境中实现本发明，该家庭网络环境与无线个人局域网(PAN)的一个示例相对应。但是，其仅用于说明性的目的，并且本领域技术人员应该明白：可以对能够根据UWB信道条件有效改变数据传输方案的模块做各种变化和其它等效改变。
因此，应该认为：本发明的实际技术范围由所附权利要求限定。
图1是示出根据本发明的一个实施例的UWB收发信机的结构的示意图。
参照图1，本发明的UWB收发信机通常包括发射机100、接收机200、基带控制器300和MAC 400。为了实现本发明的一个示范实施例，UWB收发信机还包括定时同步器500，用于根据从基带控制器300发送的控制信号，使发射机100和接收机200同步；T/R开关600，用于在发射机和接收机电路之间进行切换；和天线700，用于发射和接收UWB脉冲信号。
发射机100对特定信息的二进制数据执行信道编码和调制以便适于经UWB信道的传输，放大二进制数据的发送功率，并输出该放大后的二进制数据，上述特定信息是从基带控制器300输出的并要被发射的信息。
接收机200使用所接收的UWB脉冲信号来计算SNR，将接收信号解码成原始信号，并将解码后的信号输出到基带控制器300。
基带控制器300执行用于处理经发射机100和接收机200进行的UWB脉冲的发送和接收的总体操作控制，并且包括：信道信息处理器310，用于提取由接收机200计算的SNR，并将所提取的SNR应用于发射机100；定时控制器320，用于生成定时控制信号并将所生成的控制信号发送给定时同步器500，上述定时控制信号与要发送的信号的调制等级相结合，用于在发射机100和接收机200之间进行同步；和功率控制器330，用于响应于由信道信息处理器310提取的SNR，生成另一控制信号，并控制UWB脉冲信号的发送功率。
由于基带控制器300的各个部件独立操作，可以根据数据传输方案来不同地构造基带控制器300。
例如，在仅允许数据传输方案调整信道编码率和/或调制等级的情况下，基带控制器300包括信道信息处理器310和定时控制器320。如果还允许数据传输方案调整发送功率，基带控制器300还包括功率控制器330。
MAC 400管理UWB数据通信，其在无线个人局域网(WPAN)IEEE802.15.3中规定的物理层部分中进行。
图2是示出根据本发明的一个实施例的发射机和接收机的结构的示意图。
参照图2，发射机100包括信道编码器110，用于以适于经UWB信道进行的传输的预定信道编码率(i/N)对从基带控制器300输出的并要被发送的特定信息的二进制数据进行信道编码；调制器120，用于使用预定的调制等级(M-相)来调制由信道编码器110编码的信号，以生成UWB脉冲信号；和放大器130，用于放大从调制器120输出的UWB脉冲信号的发送功率，以使之适于UWB信道传输。
接收机200包括相关检测器210，用于计算通过天线700经UWB信道接收的UWB脉冲信号的SNR值；和解码器220，用于将所接收的UWB脉冲信号的数据序列解码成原始信号。
如果通过发射机100初始发送UWB脉冲信号，那么接收机200将接收到从用于接收所发送的UWB脉冲信号的特定设备发送的反馈信号，例如ACK信号，然后使相关检测器210计算SNR值。
如图2所示，发射机100和接收机200与基带控制器300相连。因此，通过基带控制器300的信道信息处理器310，发射机100将接收到在接收机200中计算的SNR值。
发射机100通过根据从基带控制器300接收的信道信息来确定信道编码器110的信道编码率和/或调制器120的调制等级，来处理要发送的信息。
例如，如果确定可以基于SNR值进行预测的UWB信道条件好，那么以诸如“1/4-＞1/2-＞3/4-＞1”的方式将信道编码率适当地增加到“1”，或者以提高调制等级的方式将调制方案从4-PSK(相移键控)调制方案改变为16-PSK调制方案，或者同时提高信道编码率和调制等级。
另一方面，如果确定UWB信道条件差，通过降低编码率或调制等级来处理信号。
此外，基于信道条件，根据从基带控制器300发送的功率控制信号来调整放大器130的发送功率。
在根据本发明的一个实施例的UWB收发信机中，由接收单元200计算SNR，但是可以构造它以便由发射单元100、接收单元200和基带控制器中的至少一个模块来计算SNR，以供参考。
因此，以硬件或软件来构造根据本发明的一个实施例的UWB收发信机属于本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，对其做各种变化和修改也是显而易见的。
下面，将参照附图详细描述使用根据本发明构造的UWB收发信机的UWB信号发送/接收方法。
根据本发明的UWB信号发送/接收方法通常包括：通过UWB信道接收UWB脉冲信号；分析所接收的UWB脉冲信号；和提供信道信息，使用它可以预测UWB信道的状态；和根据信道信息确定与要发送的信息相关的信息发送方法。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的UWB信号发送/接收方法。
图3是示出根据本发明的一个实施例的UWB信号发送/接收过程的方框图。
参照图3，如果特定网络设备(第一设备)中的UWB收发信机(第一UWB收发信机)想要与在另一预定网络设备(第二设备)中的UWB收发信机(第二UWB收发信机)进行通信，第一设备中的第一UWB收发信机可以经预定微微网协调器(PicoNet Coordinator，PNC)以信标信号的形式给第二设备发送用于请求数据通信的消息，以便确认是否可以与第二网络设备进行数据通信，然后，基于从第二设备中的第二UWB收发信机发送的ACK信号，确认是否可以进行数据通信。
从上述过程中，如果确定可以在第一和第二设备之间进行数据通信，将从基带控制器300输出的并要被发送的信息的二进制信号输入到第一UWB收发信机的发射机100中(S1)。然后，处理输入的二进制信号，从而可以经UWB信道将其发送给第二设备。
也就是说，发射机100中的信道编码器110以预定编码率对从基带控制器300输入的二进制信号执行信道编码(S2)，然后，调制器120以预定调制等级对信道编码后的二进制信号进行调制(S3)。
此时，由于要发送的二进制信号是初始发送的信号，所以，以最低的编码率将其编码到一个信道，然后以最低的调制等级对进行调制。
然后，将调制后的UWB脉冲信号输出到天线700，从而可以经UWB信道将其发送到第二设备(S4)。
下面，第二设备中的第二UWB收发信机接收从第一设备通过天线700经UWB信道发送的UWB脉冲信号，并向第一设备发送所接收的UWB脉冲信号的ACK信号。
如果在第二设备中的第二UWB收发信机接收到从第一网络设备通过天线700经UWB信道发送的UWB脉冲信号(S5)，第一UWB收发信机中的接收机使相关检测器210从所接收的UWB脉冲信号中计算SNR值(S6)，并使解码器220解码信道编码后的数据序列(S7)，并将解码后的数据序列输出给基带控制器300(S8)。
基带控制器300将解码后的二进制信号输出到MAC 400，并提取接收机200计算的SNR值并将该SNR值作为信道信息转发给发射机100，从而基于信道信息在发射机100中确定信道编码率和调制等级(S9)。
在从基带控制器300接收到要发送的二进制信号之后，发射机100基于从基带控制器300输入的SNR值来预测UWB信道条件，并根据所预测的信道条件来选择确定信道编码率、调制等级或发送功率。
也就是说，发射机100中的信道编码器110使从基带控制器300输入的二进制信号以根据所预测的UWB信道条件所确定的信道编码率被编码，调制器120使信道编码后的二进制信号以根据所预测的UWB信道条件所确定的调制等级被调制，或者同时执行信道编码和调制。
或者，根据所预测的UWB信道条件来调整放大器130的发送功率，从而可以通过天线700经UWB信道发送UWB脉冲信号。
这样，根据从发送给接收机200的UWB脉冲信号中获得的SNR值，重复改变根据UWB信道条件的发射机100中的数据调制方案。
通过示例，当通过数字电视和数字视频盘播放器之间的UWB数据通信在数字电视(DTV)上播放来自数字视频盘(DVD)播放器的电影时，DVD播放器经UWB收发信机中的发射机100将用于请求与DTV进行数据通信的消息作为信标信号发送给PNC。
然后，PNC将用于请求数据通信的接收信号发送给DTV，并同时将从DTV的UWB收发信机中的发射机100接收的ACK信号转发给DVD播放器，从而识别是否可以进行DVD播放器和DTV之间的数据通信。
已经从DTV接收到ACK信号的DVD播放器通过基带控制器300将根据UWB通信协议已经将其分成了预定大小的帧并将被发送给DTV的电影数据输出到UWB收发信机中的发射机100。
为了发送输入到UWB收发信机的发射机100中的电影数据，在信道编码器110中将输入的电影数据编码到信道，并在调制器120中调制信道编码后的信号，并在放大器130中将其放大到预定的发送功率。
在此过程中，基于UWB信道条件确定输入数据的信道编码、调制和放大中的至少一个，上述UWB信道条件是根据从接收机200从DTV接收的ACK信号中计算的SNR值预测的。
将首先讨论下述情况：确定基于初始计算的SNR值预测的UWB信道条件差并因此执行解码4-PSK调制方案。如果将要发送的二进制信号给定为“0001 01 11”，调制器120使2个比特组成1个码元，然后如图4所示，将每个码元调制成相应的模拟信号(S0 S1 S1 S3)。
或者，将讨论另一个情况：确定基于初始计算的SNR值预测的UWB信道条件差并因此执行2/3编码率(即：2个信息比特和1个冗余比特)的信道编码和4-PSK调制方案。如果将要发送的二进制信号给定为“00 01 01 11”，信道编码器110将二进制信号信道编码成“000 011 011 111”，并且调制器120使编码后的信号“000 011 011 111”的2个比特组成1个码元，然后，将每个码元调制成相应的模拟信号(S0 S0 S3 S1 S3 S3)。
换言之，根据基于由接收机200计算的SNR值预测的UWB信道条件，DVD播放器中的发射机100执行选择信道编码，使用4-PSK调制方案调制编码后的信号，并通过天线经UWB信道发送调制后的信号。另一方面，DTV中的UWB收发信机接收电影数据，然后向DVD播放器发送接收信号的ACK信号，上述电影数据是经UWB信道接收的并在接收机200中被调制成UWB脉冲信号。
在DVD播放器中，UWB收发信机的接收机200基于从DTV发送的ACK信号计算SNR值，并且基带控制器300将计算的SNR值转发给发射机100。
发射机100根据基于输入的SNR值预测的UWB信道条件，确定最近要发送的电影数据的信道编码率、调制等级或输出电压电平。
在根据UWB信道条件仅改变调制等级的情况下，如果UWB信道条件已经转好，就提高调制等级并选择8-PSK调制方案。
也就是说，如果如图6所示将要发送的二进制信号给定为“00 01 01 11”，信道编码器110使二进制信号被信道编码成“000 011 011 111”，并且调制器120使编码后的信号“000 011 011 111”的3个比特组成1个码元，并将每个码元调制成相应的模拟信号(S0 S3 S3 S7)。
因此，由于本发明通过根据UWB信道条件调整调制器中的调制等级，允许改变用于数据传输的码元的大小，所以可以有效地发送UWB脉冲信号。
根据本发明的上述实施例，改变信道编码率、调制等级和数据发送功率中的至少一个，从而有效发送UWB脉冲信号。但是，也可以根据通信模式或通信设备的配置，调整适当选择的预定参数从而提高传输信号的效率。
根据本发明，通过根据UWB信道条件来改变数据传输方案，可以进行有效的数据发送/接收。
此外，可以正确调整信道编码率、调制等级和数据发送功率中的至少一个，从而有效发送UWB脉冲信号。
虽然已经结合本发明的示范实施例详细地描述了本发明，但是，对本领域技术人员而言其是显而易见的：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做各种改变和修改。因此，对本发明实施例所做的简单改变仍然属于本
发明的范围。

Claims (17)

1.一种超宽带(UWB)收发信机，包括：
接收单元，其被配置成从经UWB信道接收的UWB脉冲信号中计算信道信息，从而可以预测UWB信道条件和根据所计算的信道信息改变数据传输方案，由此可以根据UWB信道条件有效地进行信息传输。
2.如权利要求1所述的超宽带收发信机，其中，可以根据数据传输方案选择改变信道编码率、调制等级和数据发送功率中的至少一个。
3.如权利要求2所述的超宽带收发信机，其中，信道编码率是信息比特数与包括信息比特和冗余比特的总比特数的比值，上述冗余比特是为了进行可靠的数据传输而通过信道编码器在编码过程中添加的。
4.如权利要求2所述的超宽带收发信机，其中，调制等级是与诸如4-PSK、8-PSK和16-PSK方案的、在调制器中使用其来调制数据的调制方案相关的等级。
5.如权利要求1所述的超宽带收发信机，其中，信道信息是从所接收的UWB脉冲信号中计算的信噪比(SNR)。
6.如权利要求1所述的超宽带收发信机，其中，该超宽带收发信机还包括：
发射机，其包括处理装置，用于通过使用根据信道信息确定的数据传输方案，将预定信息调制成UWB脉冲信号并通过UWB信道发送调制后的信号；和
基带控制器，其分别与发射机和接收机相连，用于生成在发射机和接收机之间进行同步的定时控制信号和从接收机提取信道信息并将该信道信息转发给发射机；
其中，发射机包括处理装置，用于通过UWB信道接收UWB脉冲信号，并计算能够预测UWB信道条件的信道信息，从而获得原始的二进制信息。
7.如权利要求6所述的超宽带收发信机，其中，该发射机包括：
信道编码器，用于以适于通过UWB信道进行的传输的预定信道编码率对要被发送的信息的进行信道编码；
调制器，用于使用预定的调制等级来调制信息，其被信道编码器编码成模拟形式的UWB脉冲信号；和
放大器，用于调整从调制器输出的UWB脉冲信号的发送功率，以使之适于UWB信道传输。
8.如权利要求6所述的超宽带收发信机，其中，该接收机包括：
相关检测器，用于从通过UWB信道接收的UWB脉冲信号中计算信道信息；和
解码器，用于将UWB脉冲信号的数据序列解码成原始信号。
9.如权利要求6所述的超宽带收发信机，其中的基带控制器包括：
信道信息处理器，用于提取由接收机计算的信道信息，并将该信道信息转发给发射机；和
定时控制器，用于生成定时控制信号并将所生成的控制信号发送给定时同步器，所述定时控制信号用于在发射机和接收机之间进行同步。
10.如权利要求9所述的超宽带收发信机，其中，该基带控制器还包括功率控制器，用于根据由信道信息处理器所提取的信道信息，生成另一控制信号，并控制UWB脉冲信号的发送功率。
11.一种超宽带信号发送/接收方法，包括步骤：
通过UWB信道接收UWB脉冲信号；
分析所接收的UWB脉冲信号和提供信道信息，使用它可以预测UWB信道的状态；和
根据信道信息，确定与要发送的信息相关的信息的传输方案。
12.如权利要求11所述的方法，其中，根据信息传输方案选择改变信道编码率、调制等级和数据发送功率中的至少一个。
13.如权利要求12所述的方法，其中，信道编码率是信息比特数与包括信息比特和冗余比特的总比特数的比值，上述冗余比特是为了进行可靠的数据传输而通过信道编码器在编码过程中添加的。
14.如权利要求12所述的方法，其中，调制等级是与诸如4-PSK、8-PSK、和16-PSK方案的、在调制器中使用其来调制数据的调制方案相关的等级。
15.如权利要求11所述的方法，其中，信道信息是从所接收的UWB脉冲信号中计算的信噪比(SNR)。
16.如权利要求11所述的方法，其中，如果要发送的信息包括初始传输信号，信息传输方案就以最低的信道编码率对信息进行信道编码，并以最低的调制等级确定其调制。
17.如权利要求11所述的方法，其中，信道信息是由配备在接收机中的相关检测器提供的。
CNA2004100342819A 2003-05-03 2004-04-05 用于发送和接收超宽带信号的装置和方法 Pending CN1543081A (zh)

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