CN1574667A - 利用信道信息的超宽带无线通信方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用信道信息的超宽带(UWB)无线通信方法。该方法包括下列步骤:通过解调接收的UWB信号并执行信道解码来提取包括生成UWB信号的信息的第一信道信息;通过根据第一信道信息执行信道编码和调制而生成UWB信号;以及传送生成的UWB信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于超宽带(在下文称之为“UWB(ultra wideband)”)无线通信的方法和装置,尤其涉及一种用于UWB无线通信的方法和装置,其中,从接收单元接收的信号中获得信道信息然后将其提供给发送单元,从而允许发送单元根据UWB信道的状态来改变数据发送方法。
背景技术
近年来,随着无线通信技术的快速发展,无线通信设备变得普及。这将给人们的生活方式带来巨大的改变。特别地,对于能够实现高速宽带无线通信并同时提供现有的无线通信服务而不需要任何附加频率资源的UWB通信的研究已进行了很多努力。
就UWB通信来说,利用短脉冲(即,子波(wavelet))来发送和接收信息。由于使用了超短脉冲,在频域内UWB脉冲信号的带宽可以是几个GHz宽。由于使用了超宽带,在频域中UWB信号具有低于噪声电平的功率电平,从而它可被使用而不影响其他通信设备。同时,这样的UWB脉冲信号具有非常低的占空比。因此,利用UWB信号的通信的优点在于数据传输率非常高,能够进行多接入以及能够减少由多径引起的干扰效应。
UWB信号能够用于各种领域中。当前考虑的一种领域是在几米至几十米范围内的高速局域网(LAN)通信。利用UWB信号,可以在音频和视频(AV)家电设备之间,利用无线流数据来传输诸如高清晰数字广播或数字通用光盘(DVD)的超高清晰图像。
图1A是举例说明在一个个人区域网(下面称之为“PAN(personal areanetwork)”)中的UWB无线通信环境的示意图。
该PAN A包括三个设备10、12和14,其可以是高清晰电视机(HDTV)或DVD和类似的设备。可以在设备#110和设备#212之间进行数据流动。同样,也可以在设备#110和设备#314之间进行数据流动。不仅可以在设备#1和设备#2之间进行数据流动,而且可以在设备#1和设备#2以及设备#1和设备#3之间同时进行数据流动。当同时传送两个数据流时,考虑到频域一个流对于其它设备变成噪声。如图1A中所示,设备#110和设备#314之间的距离大于设备#110和设备#212之间的距离。在这种情况下,可能发生如CDMA通信中的远近问题。即,当在近距离设备之间进行数据流动的功率强度与在远距离设备之间进行数据流动的功率强度相同时,多于所需的功率将被用于近距离传输并会对其它设备存在不必要的额外干扰信号。在网络中设备之间的数据传输中,一个特定设备可以作为协调器以便协调设备之间的数据传输。然而,如果两个或更多PAN的无线域引起干扰,则不能期望这种协调。
图1B是举例说明无线域中的两个PAN的相互干扰的图。
PAN A包括三个设备10、12和14,以及PAN B包括两个设备20和22。各个设备相互进行无线数据流动。这时,PAN A的设备#314和PAN B的设备#522位于如此位置以至于由于一个进行的数据流动会对另一个存在干扰。当设备#5与设备#420进行数据流动时,设备#5会收到由于设备#314和设备#110之间发送和接收的流数据而导致的干扰。如上所述,较近设备之间的通信会使无线信道环境恶化。
为了避免上述情况,设备必须在一定程度确保差错率的限制下,在发送和接收数据过程中尽可能利用最小功率来传送数据。在大量无线信道中存在大量数据流的情况下,仅仅通过调整功率来控制干扰是不够的。如果这样,需要改变数据传输率。
发明内容
为了提供一种对于上述问题的解决方案而设计了本发明。本发明的一个方面是,提供一种通过允许数据使用UWB无线通信信道信息而根据信道情况的UWB无线通信方法和装置。
根据本发明的一个方面,提供一种利用信道信息的超宽带无线通信方法,包括下列步骤:通过解调和信道解码接收的UWB信号,从接收的UWB信号中提取包括信息的第一信道信息,通过根据第一信道信息执行信道编码和调制而生成UWB信号,以及传送生成的UWB信号。
生成的UWB信号可以进一步包括第二信道信息,可以根据接收的UWB信号的SNR来获得该第二信道信息,以及可以根据接收的UWB信号的误码率来确定该第二信道信息。
可以通过利用第一信道信息来确定生成的UWB信号的发射功率,可以通过利用第一信道信息来确定生成的UWB信号的信道编码率,可以通过利用第一信道信息来确定生成的UWB信号的调制级数,以及可以通过利用第一信道信息来确定生成的UWB信号的脉冲之间的间隔。
根据本发明的另一个方面,提供一种UWB无线通信装置,包括:信道编码器,通过将冗余比特添加到数据和信道信息来执行信道编码;调制单元,通过使用预定的调制方式来调制信道编码后的数据和信道信息而生成UWB信号;RF模块,接收和发送生成的UWB信号;解调单元,解调接收的UWB信号;信道解码器,通过对解调后的UWB信号进行信道解码而提取信道信息和数据;以及控制单元,通过使用信道信息来控制所述信道编码器、调制单元和RF模块。
控制单元可以根据接收的信道信息来确定将被发送到RF模块的UWB信号的发射功率,基于接收的信道信息来确定信道编码器的信道编码率,通过使用接收的信道信息来确定调制单元的调制级数,以及通过使用接收的信道信息来确定由调制单元生成的UWB信号的脉冲之间的间隔。
装置的控制单元可以基于接收的UWB信号,生成将被包括在生成的UWB信号中的信道信息。
附图说明
从下面结合附图的典型实施例的详细描述中,本发明的上述和其他目的、特征和优点将会变得更加清楚,其中:
图1A是举例说明存在个人局域网的UWB无线通信环境的示意图;
图1B是举例说明存在两个PAN的相互干扰UWB无线通信环境的图;
图2是根据本发明实施例的UWB无线通信装置的方框图;
图3是示出根据本发明实施例的UWB无线通信处理的流程图;和
图4是示出根据本发明实施例的被发送数据的帧结构的图。
具体实施方式
在下文中,将参考附图详细描述根据本发明详述的基于设备的UWB通信。
图2是根据本发明的一个实施例的UWB无线通信装置的方框图。
图2中示出的UWB无线通信装置大致包括发射模块、接收模块和控制单元100。
发射模块包括:信道编码器210,执行数据的信道编码以生成比特流;调制单元220,将信道编码器210中生成的比特流调制为UWB信号;以及RF模块400,以无线方式发射调制后的UWB信号。
接收模块包括:RF模块400,接收无线发送的UWB信号;解调单元320,解调由RF模块400接收的UWB信号以生成比特流;以及信道解码器310,用于从比特流中再现数据。
控制单元100生成用于发射模块和接收模块的控制信号,以便使UWB无线通信装置根据信道情况自适应地进行操作。
下面将描述发射处理。为了纠正在发射数据过程中产生的一个或多个比特差错和通过UWB信道发射通过预定方式获得的信道信息,通过对其添加适当的冗余比特来执行数据的信道编码。由信道编码器210执行信道编码,该编码器根据预定的信道编码率进行信道编码。信道编码率被定义为信息比特与包括冗余比特的信息比特的百分比。因此,当信道编码率是一(1)时,它意味着没有冗余比特。信道编码率越小,冗余比特的百分比增加越高,因此,纠正无线信道环境中产生的比特差错的似然性增加。
信道编码后的比特流由调制单元220调制为UWB信号。可以通过使用诸如BPSK(二相相移键控)的2相调制方式、诸如QPSK(正交相移键控)的4相调制方式或多相调制方式、或者脉位调制方式来生成UWB信号;另外,也可以用上述方法的组合进行调制。由一个脉冲表示的信息量依据调制的级数而改变。例如,2相调制可以表示1比特,4相调制可以表示2比特,而8相调制可以表示3比特。通过使用脉位调制方式甚至可以表示一个比特,而在脉位调制方式和2相调制方式的组合中,2比特可被表示为1比特。此外,有几种方式来将信息包括在脉冲中。在下文中,调制的级数指包括在一个脉冲中的信息量(比特数)。当调制的级数高时,可以传送更多的信息;但是在这种情况下,在无线信道中产生比特差错的可能性就高。因此,在它们之间需要适当的权衡。例如,在用64QAM(正交幅度调制)方式调制数据时,可以一次传送16比特数据,但这比传送1比特数据的BPSK引起比特差错的概率要高。
由于UWB信号使用非常短的周期,每单位时间可以传送多个脉冲。在一个脉冲和下一个脉冲之间在时间上存在一个小的间隔(下文中被称为“子波间空间”)时,可以传送大量的信息;但由于带内功率电平被抬高会导致问题。这意味着干扰其它设备的通信的信号的电平增加,导致整个无线信道环境恶化。因此,需要适当地调整脉冲间的间隔。
调制后的UWB信号通过RF模块400被传送到其它设备。为此,它们首先经过放大器430。放大器430用于放大或减小UWB信号以使它们具有适当的强度。例如,当信道由于设备离得远而处于较差情况下时,应当增加放大率;当信道处于较好情况下时,应当减小放大率。当开关420闭合时,经过放大器430的UWB信号通过天线410被传送到无线信道。
下面将描述接收处理。经过无线信道传送的UWB信号通过RF模块400被接收。通过天线410接收的UWB信号经过开关420被传送到解调单元320。解调单元320用与调制方式相同的方式解调传送的UWB信号以产生比特流。解调后的比特流通过信道解码器310用与信道编码处理相反的方式被解码为数据和信道信息。
控制单元100利用包括在接收的信号中的信道信息,确定信道编码器210的信道编码率、调制单元220的调制级数、脉冲间的间隔以及放大器430的放大率,并控制信道编码器210、调制单元220和放大器430。同时,控制单元100基于接收的UWB信号生成信道信息,并且在发射数据时一起发送生成的信道信息。根据上述实施例,UWB无线通信装置可以由硬件或软件构成。
图3是示出根据本发明的一个实施例的UWB无线通信处理的流程图。
在该图中,数据#1表示要被发送到设备#2的信息,以及数据#2表示要由设备#2传送到设备#1的信息。信道信息#1表示由设备#1生成的信道信息,其与设备#2的信道编码和UWB调制处理有关。信道信息#2表示由设备#2生成的信道信息,其与设备#1的信道编码和UWB调制处理有关。
设备#1首先对要被传送到设备#2的数据#1连同信道信息#1进行信道编码。由于数据#1由设备#1传送到设备#2,在这种情况下可以采用预定的方法执行信道编码。例如,可以利用1/4信道编码率来生成比特流。另外,信道信息#1可以具有预先确定的值。信道编码后的比特流被调制为UWB信号:可以用预先确定的任意方法来确定调制的级数和脉冲间的间隔。用预先确定的初始放大率来放大UWB信号并传送到无线信道。
当设备#2收到传送到无线信道的UWB信号时,最初设备#2以预定的方法解调该UWB信号。解调后的比特流被解码为数据#1和信道信息#1。同时,设备#2基于接收的UWB信号而生成信道信息#2。可以有几种方法来生成信道信息。例如,可以基于接收的UWB信号的功率强度来确定信道信息,或使用信噪比(下文被称为“SNR”)。可以通过使用在信道编码处理中插入的冗余比特来确定比特差错。可替换地,可以通过在数据传送过程中生成一个测试比特而利用产生的差错比特来识别信道信息。
当设备#2向设备#1传送数据#2时,传送信道信息#2。在发送前,基于信道信息#1来确定信道编码率并执行信道编码。通过基于信道信息#1来选择一种UWB调制方式而将信道编码的比特流调制为UWB信号,并基于信道信息#1适当地将其放大,然后将USB信号传送到无线信道。
设备#1接收传送到无线信道的UWB信号并对其进行解调。这时,基于先前由设备#1传送的信道信息#1来解调调制级数。解调的比特流被解码为数据#2和信道信息#2。同时,设备#1基于接收的UWB信号而生成至设备#2的传送处理所需的信道信息#1,基于从接收的UWB信号传送的信道信息#2,根据生成的信道信息#1和将要传送的数据#1执行信道编码,然后将它们调制为UWB信号从而将其传送到无线信道。
以相同方式,设备#2在接收处理期间基于由设备#2传送的信道信息#2来提取数据#1和信道信息#1,并在传送过程中使用提取的信道信息#1。
图4是示出根据本发明的一个实施例,被发送的数据的帧结构的图。
设备#1能够以帧为单位传送要通过UWB信号被传送的数据,并且一帧被分为信道信息和数据。通过使用由设备#1接收的UWB信号来生成信道信息。生成的信道信息用于设备#2的传送处理和设备#1的接收处理,以便从设备#2所接收的信号中再现数据。在图4中,示出了信道信息包括信道编码率和调制级数。该信道信息也可以包括功率放大率或脉冲间的间隔。图4中示出的帧不包含识别设备的信息,例如MAC地址,但是也可以包括这样的信息。
如上所述,根据本发明,可以选择一种适合于传送UWB信号的无线信道中的信道环境的传送方法,从而最小化其它设备之间的干扰并提高通信的可靠性。
虽然结合本发明的典型实施例详细描述了本发明,对于本领域技术人员来说显然其中所产生的各种改变和修改不脱离本发明的精神和范畴。因此,对本发明的实施例的简单的修改落在本发明的范围内。
Claims (14)
1.一种利用信道信息的超宽带(UWB)无线通信方法,包括下列步骤:
通过将接收的UWB信号解调为解调的UWB信号并对解调的UWB信号进行信道解码,提取包括生成UWB信号的信息的第一信道信息;
通过根据第一信道信息进行信道编码和调制而生成UWB信号作为生成的UWB信号;和
传送生成的UWB信号。
2.如权利要求1所述的方法,其中,生成的UWB信号进一步包括第二信道信息。
3.如权利要求2所述的方法,其中,根据接收的UWB信号的信噪比(SNR)来获得所述第二信道信息。
4.如权利要求2所述的方法,其中,根据接收的UWB信号的误码率来确定所述第二信道信息。
5.如权利要求1所述的方法,其中,通过利用所述第一信道信息来确定生成的UWB信号的传输功率。
6.如权利要求1所述的方法,其中,通过利用所述第一信道信息来确定生成的UWB信号的信道编码率。
7.如权利要求1所述的方法,其中,通过利用所述第一信道信息来确定生成的UWB信号的调制级数。
8.如权利要求1所述的方法,其中,通过所述第一信道信息来确定生成的UWB信号的脉冲之间的间隔。
9.一种用于超宽带(UWB)无线通信的装置,包括:
信道编码器,通过向第一数据和第一信道信息添加冗余比特而执行信道编码;
调制单元,通过使用预定的调制方式来调制信道编码后的数据和第一信道信息,生成第一UWB信号;
第一RF模块,发送所述第一UWB信号并接收第二UWB信号;
解调单元,将所述第二UWB信号解调为解调的UWB信号;
信道解码器,通过对解调的UWB信号进行信道解码来提取第二信道信息和第二数据;和
控制单元,通过使用所述第二信道信息来控制所述信道编码器、调制单元和RF模块。
10.如权利要求9所述的装置,其中,所述控制单元根据所述第二信道信息,确定将向第二RF模块发送的第一UWB信号的传输功率。
11.如权利要求9所述的装置,其中,所述控制单元基于所述第二信道信息,确定所述信道编码器的信道编码率。
12.如权利要求9所述的装置,其中,所述控制单元基于所述第二信道信息,确定所述调制单元的调制级数。
13.如权利要求9所述的装置,其中,所述控制单元基于所述第二信道信息,确定所述调制单元所生成的第一UWB信号的脉冲之间的间隔。
14.如权利要求9所述的装置,其中,所述控制单元基于所述第二UWB信号,生成将被包括在第二UWB信号中的第一信道信息。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100526 Termination date: 20110503 |