CN1768484A - 低干扰uwb无线通信系统及其处理方法和存储介质记录的程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用具有低相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的一种无干扰超宽带(UWB)无线通信系统、该系统的通信处理技术以及通过计算机的该程序的记录介质。

Description

低干扰UWB无线通信系统及其处理方法和存储介质记录的程序

技术领域

本发明涉及使用具有低相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统、该系统的通信处理技术和通过计算机的程序的记录介质。

更具体地，本发明涉及，对恒定时间周期，针对干扰取消特性，产生自相关函数的连续侧瓣或具有可忽略的低或零互相关值的扩展码，而无系统的复杂性，以及使用所产生的具有低相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统、该系统的通信处理技术和通过计算机的程序的记录介质。

背景技术

当前正在发展的所述超宽带(UWB)无线通信技术，是通过利用非常低的功率的超宽频带的划时代的数字数据发射技术。该超宽带(UWB)无线通信系统是利用短脉冲(宽度：ns级)或通信信息直接传递的无线通信系统，其在超过500MHz的带宽之内，利用具有高频的正弦波作为载波的脉冲。

UWB的早期系统大多是跳时(TH)方法的UWB，其通常使用脉位调制(PPM)作为数据调制方法，其在脉冲发出时依赖于数据“1”或“0”的形状来调制瞬时位置。

在具有TH方法的UWB的情况下，在数据调制如PPM之后，通过保持正交性由为每个用户所分配的TH的跳跃码保持时间标度与用户交叉上的正交，复用被使能。

但是，在使用TH方法的UWB系统中，只有在仅加性白高斯噪声(AWGN)存在的理想环境下，比特错误率(BER)性能才能保持令人满意，尽管，在通常应用UWB的实际无线个人区域网络(WPAN)环境下，通信性能被以下降级：坏的数据接收性能、受影响的慢性干扰问题如多径干扰(MPI)和/或多址干扰(MAI)和为人工去除那些干扰而增加的硬件载荷。

发明内容

因此，本发明指向基本上排除由于现有技术的局限和缺点的一个或更多问题的超宽带(UWB)无线通信技术。

本发明的目标是产生新三进制扩展码，其自相关侧瓣为零或对具有最多N-1个码片的零相关持续时间特性的针对所有时间周期的码间的自相关特性；并提供针对无系统复杂性的干扰取消使用具有可忽略的低或零互相关值的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统、该系统的通信处理技术及通过计算机的程序的记录介质。

应理解的是本发明的前述概括描述和本发明下面的详细描述二者是典型的及解释性的并且将提供如权利要求的本发明的进一步说明。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解并说明本发明的原理。在图中：

图1示出说明使用具有低相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统的示意图。

图2示出概念上说明用于使用具有低相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统的本发明的通信处理方法的图。

图3示出说明在两用户多址干扰(MAI)和多径干扰(MPI)环境下的比特错误率(BER)的曲线图。

图4示出显示在多用户多址干扰(MAI)和多径多址干扰(MAI)条件下的单用户检测(SUD)和多用户检测(MUD)结果的曲线图。

图5示出说明应用本发明的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统的性能的曲线图。

图6示出说明应用本发明的使用零相关扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统的BER性能的曲线图。

图7示出显示具有一个或多个用户的系统的BER性能的曲线图。

图8示出说明应用本发明的ZCD UWB系统具有比现存基于Walsh码的UWB系统更好的比特错误率的曲线图。

图9示出比较根据本发明的三进制码的相对族大小特性的ZCD周期与用于CDMA系统的现存二进制和三进制ZCD扩展码的曲线图。

具体实施方式

现在将详细引用附图中所示的实例。在可能的任何地方，在所述图从头至尾将使用相同的引用数字以指示相同或相似部分。

为达到所述目标的本发明的第一实例包括发射信号产生过程，作为本发明的实例，其由以下过程组成以实现上述目的；发射信号产生过程，在具有可忽略的低互相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)扩展码的超宽带无线通信系统中，针对较少的用户，调制的数据符号值，针对校少用户的扩展码，其产生发射信号以具有较低的互相关持续时间或零相关持续时间特征，所述特征利用比特或码片周期来获得短信号的较低或零互相关值；发射信号发送过程，其发送所产生的发射信号，该信号通过上述过程从所发生的发射信号转换成超宽带信号；在用于发射它们的复用方法中，发射过程，其应用多载波方法或多带方法来发射信号，所述方法在将整个UWB频带分成每个通道后使用各种载波来发射信号；接收过程，其在通过多径接收保持零相关持续时间特征的超宽带信号后通过累加统计矢量来执行信号处理过程。

本发明的另一实例提出新概念的三进制扩展码及产生该码的方法的建议，其是，对于恒定时间周期，对最多N-1个码片持续时间，自相关函数的侧瓣和互相关特性具有零互相关持续时间特性，对所有时间周期互相关侧瓣完美地为零或码间互相关特性完美地为零并且处理增益是可变的。

针对具有低相关持续时间或零相关持续时间特性的扩展码的超宽带无线通信系统，本发明的另一实例包括发射器和接收器；所述发射器包括发射信号发生器，所述发射信号发生器使用用于用户的调制数据符号值、用于用户的扩展码、比特周期和码片周期，产生具有低相关持续时间或零相关持续时间特性的发射信号以使信号的互相关值低或为零，以及包括发射器以转换由发生器所产生的信号；所述接收器，其通过多径接收保持零相关持续时间特性的超宽带信号、计算统计矢量并处理所述信号。

本发明的另一实例提供发射信号产生过程、发射过程、发射过程和能够被阅读的记录介质；所述发射信号产生过程，使用用于用户的调制数据符号值、用于用户扩展码、比特周期和码片周期，产生具有可忽略低相关持续时间或零相关持续时间特性的发射信号以使信号的互相关值低或为零，以及所述发射器以转换发生器所产生的信号；所述发射过程，其将所产生的信号转换成超宽带信号并发射；所述发射过程，其利用将整个UWB频带分成每个通道的多带或多载波方法作为复用方法来发射信号；所述记录介质，其能够通过具有程序的计算机来阅读，所述程序通过多径接收保持零相关持续时间特性的超宽带信号、计算统计矢量并处理所述信号。

实例1

图1示出说明根据本发明的使用具有零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统的原理图。

如附图1所示，所述使用具有低互相关持续时间或零互相关持续时间特性的扩展码的超宽带无线通信系统，具有发射器(100)和接收器(200)。所述低互相关持续时间指的是可忽略的低互相关持续时间。

所述发射器(100)包括：发射信号发生器(110)，所述发射信号发生器使用用于用户的调制数据符号值、用于用户的扩展码、比特周期和码片周期，产生具有低相关持续时间或零相关持续时间特性的发射信号以使信号的互相关值低或为零；以及发射(120)，以将发生器所产生的信号转换成超宽带信号并发射。

所述接收器(200)通过多径接收保持零相关持续时间特性的超宽带信号、计算统计矢量并处理所述信号。

当多址干扰(MAI)信号和多径干扰(MPI)存在于低互相关或零互相关持续时间中时，所述接收器(200)取消包括于多址干扰(MAI)信号和多径干扰(MPI)中的干扰信号。

在其利用具有针对码的一个周期量的参考信号的匹配滤波器导出相关峰之后，所述接收器(200)通过检测器检测所接收的信号。

在所述接收器(200)中，所述统计矢量包括归一化特征波形矢量的互相关矩阵的值。

由Q函数组成的在无干扰超宽带无线通信系统的多用户检测(MUD)条件下的比特错误率(BER)，是根据单用户检测(SUD)系统的BER的，因此实现无MUD的紧凑系统是可能的。同样，具有低互相关或零互相关持续时间的扩展码使得无干扰蜂窝内(intra-celluar)无线个人区域网络(WPAN)可以无多址干扰(MAI)地内置于无干扰无线通信系统中。

应用本发明的无干扰无线通信系统的低互相关或零互相关持续时间的长度，被设计为覆盖多径干扰(MPI)的主要延迟路径长度。

当多径干扰(MPI)的主要延迟路径长度为0.5×(零互相关-1)时，所述无干扰无线通信系统作为多径干扰(MPI)消除系统来工作，使用低互相关或零互相关特性。将如下说明使用具有低互相关或零互相关持续时间的扩展码的所述无干扰无线通信系统的通信处理技术。

图2示出概念上说明本发明的通信处理方法的图，所述方法用于使用具有低相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统。

如附图2所示，它由以下组成：发射信号产生过程(S100)，使用用于用户的调制数据符号值、用于用户的扩展码、比特周期和码片周期，产生具有可忽略的低相关持续时间或零相关持续时间特性的发射信号以使得信号的互相关值低或为零；发射过程(S200)，其将所产生的信号转换成超宽带信号并发射；以及接收过程(S300)，其通过多径接收保持低相关或零相关持续时间特性的超宽带信号或混合到正弦波形的信号、计算统计矢量并处理所述信号。

所述过程说明如下：

用于使用具有低相关持续时间或零相关持续时间(ZCD)特性的扩展码的无干扰超宽带(UWB)无线通信系统的本发明，是使用具有可忽略的低相关持续时间(LCD)或零相关持续时间(ZCD)的扩展码的基于直接序列的超宽带(UWB)无线通信系统。

所述发射器(100)，其被包括在使用具有低互相关持续时间或零互相关持续时间的扩展码的无干扰超宽带无线通信系统中，具有针对发射二进制符号的对极调制(antipodal)。

所述发射器(100)，其被包括在使用具有低互相关持续时间或零互相关持续时间的扩展码的无干扰超宽带无线通信系统中，产生(S100)具有可忽略的低互相关持续时间或零互相关持续时间的发射信号(S^k(t))，(S^k(t))以下面的等式(1)表示。

$S^K\left(t\right)=\underset{t=\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{N_r-1}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_K}{b}_i^k{a}_n^{k}z(t-i{T}_b-n{T}_c)---\left(1\right)$

其中，N_r代表所述扩展码的周期，b_i ^k∈{±1}代表用于第k个用户的调制数据符号，a_n ^k∈{±1}代表用于第k个用户的扩展码，z(t)代表发射脉冲波，Tb代表比特周期而Tc代表码片周期。

所述使用具有低互相关持续时间或零互相关持续时间的扩展码的超宽带无线通信系统的超宽带信号，由超宽带脉冲的形式或超宽带脉冲混入正弦波的混合形式组成，假设超宽带脉冲(w(t))，由于所述接收器所接收的信号包括信号的微分形式，超宽带脉冲(w(t))成为2^nd微分高斯脉冲，其以等式(2)表示。

$w\left(t\right)=[1-4\mathrm{\π}\left(\frac{t}{T_m}\right)]\exp [-2\mathrm{\π}{\left(\frac{t}{T_m}\right)}^2]---\left(2\right)$

其中，T_m代表脉冲周期。

利用具有低互相关持续时间或零互相关持续时间的其他扩展码，通过所述宽带脉冲(W(t))或混入正弦波的超宽带脉冲，即用于超宽带的正弦脉冲，变换后的频率，被发射(S200)到超宽带无线通信系统。

当多径分量达到最小路径分辨时间的整数多重倍数(integral multipletimes)时，利用具有可忽略的低互相关持续时间或零互相关持续时间的其他扩展码的超宽带无线通信系统的所述接收器(200)，接收(S300)该信号，所接收的信号，假定最小路径分辨时间Tm(Tm～l/Bs)用如下等式(3)表示。

$r\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{{c_1}^{0}s}^0(t-l{T}_m-{\mathrm{\τ}}^0)+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_k}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{c_1}^k{s}^k(t-l{T}_m-{\mathrm{\τ}}^k)+n\left(t\right)---\left(3\right)$

其中，L代表多路径的数目，c₁ ⁱ代表第一路径的振幅，n(t)～N(0，1)代表加性白高斯噪声(AWGN)。

所述多径延迟表示为τ^k＝q_kT_m，其中q_k代表整数，其对周期[0，NrNc-l]均匀分布，Nr代表扩展码的处理增益而Nc＝Tc/Tm。结果，路径延迟存在于0≤τ^k＜T_r内，最大时间延迟是T_r。在这种情况下，所述接收器(200)使用码匹配滤波器而不是脉冲匹配滤波器来检测所接收的信号。

所述接收器(200)利用总计为每个K片的码的一个周期的参考信号，收集从所述匹配滤波器到用于一个符号的输入r(t)的输出并计算充分统计矢量y，y以如下的等式(4)表示。

y＝RWCb+n                                            (4)

其中，R代表归一化特征波形矢量的互相关矩阵并以如下的等式(5)表示。

$R={\∫}_0^{\mathrm{Tr}}d\left(t\right)d^H\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(5\right)$

其中，n代表具有协变矩阵的高斯0-均值k-矢量，所述协变矩阵相当于矩阵R，C代表瑞利(Rayleigh)随机变量的多通道矩阵。所述矩阵C和W每个可以如下的等式(6)和等式(7)来表示。

所述矢量d表示为：

$\left(t\right)={\left[\begin{array}{ccc}{a}_0^T\left(t\right)& a_1^T\left(t\right)& a_k^T\left(t\right)\end{array}\right]}^T$

其中，

其中，

$c_k={\left[\begin{array}{cccc}{c_0}^k& {c_1}^k& ...& {c_{L-1}}^k\end{array}\right]}^T,$

a_k(t)＝[α₀ ^kz(t) a₁ ^kz(t-T_c) … a_Nr ^kz(t-(Nr-1)T_c)]^T。

互相关矩阵R的分量，其在等式(5)中限定，可以表示成如下的等式

$R_{i,j}={\mathrm{\ρ}}_{i,j}=E\left\{\tilde{d}\left(t\right){\tilde{d}}^H\left(t\right)\right\}---\left(8\right)$

其中， $\tilde{d}\left(t\right)={\left[\begin{array}{ccc}{p}_0^T\left(t\right)& p_1^T\left(t\right)...& p_K^T\left(t\right)\end{array}\right]}^T$

波形pk(t)如下表示：

$p_k^T\left(t\right)={\left[\begin{array}{ccc}{\tilde{s}}_k\left(t\right)& {\tilde{s}}_k(t-\mathrm{Tc})& {\tilde{s}}_k(t-\mathrm{LTc})\end{array}\right]}^T$

其中，

${\tilde{s}}_k\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N_r-1}{\mathrm{\Σ}}}{a_n}^{k}z(t-n{T}_c)$

如等式(8)中所示，如果所述可忽略的低相关持续时间(LCD)或零相关持续时间(ZCD)得以保持，用于LCD或ZCD的任何信号的互相关是可忽略的或为零。

在多址干扰(MAI)信号和多径干扰(MPI)信号存在于LCD或ZCD内的情况下，干扰信号在本发明的接收器(200)中被完美地去除。

为了说明用于利用具有可忽略的互相关持续时间或零互相关持续时间的其他扩展码的超宽带无线通信系统的本发明的比特错误率(BER)，在单用户检测中，第k个用户的BER值以如下的等式(9)表示。

$Q\left(x\right)=\underset{x}{\overset{\∞}{\∫}}\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{-t^2/2}\mathrm{dt}---\left(10\right)$

其中，Q(x)代表单位归一化变量的互补累积分布函数，该互补累积分布函数以如下的等式(10)表示：

$P^{\mathrm{Fk}}\left(\mathrm{\σ}\right)=\frac{1}{2}(1-\frac{c_k}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}^2+{\mathrm{\Σ}}_j{c}_j}{{\mathrm{\ρ}}^2}_{\mathrm{jk}}})---\left(11\right)$

在多径衰落(具有延迟曲线的可变无线通道是可观的并且当考虑到瑞利(Raylight)衰落通道时)中，BER在等式(11)中表示。

在用于利用具有可忽略的互相关持续时间或零互相关持续时间的其他扩展码的超宽带无线通信系统的本发明中，因为所述互相关极低或特别当应用就单用户情况来说好的ZCD时所述互相关为零，AWGN(加性白高斯噪声)的BER(比特错误率)和多径衰落(可变衰落环境是可观的，在这种情况下考虑瑞利衰落)条件下的BER可以每个以如下的等式(12)、等式(13)表示。

$P^k\left(\mathrm{\σ}\right)=\frac{1}{2}Q\left(\frac{c_k}{\mathrm{\σ}}\right)---\left(12\right)$

$P^{\mathrm{Fk}}\left(\mathrm{\σ}\right)=\frac{1}{2}(1-\frac{c_k}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}^2+c_k}})---\left(13\right)$

其中，函数Q(x)是依据变量x的Q函数，使用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统的概率，总是小于使用具有互相关的码的系统的概率。

实例2

当多用户检测(MUD)应用于使用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统中时，AWGN的BER以如下等式(14)表示。

${P^k}_d\left(\mathrm{\σ}\right)=\frac{1}{2}Q\left(\frac{c_k}{\mathrm{\σ}}\sqrt{1-r_k^t{R}_k^{-1}{r}_k}\right)---\left(14\right)$

其中，r_k代表没有对角线分量的矩阵R的第k列，R_k代表矩阵R的第k个行和列被删除的(KL-1)乘(KL-1)的矩阵。通过系统的所述ZCD特性，r_k ^TR^-1r_k变成零，以致应用MUD的使用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统的BER以如下等式(15)表示。

${P^k}_d\left(\mathrm{\σ}\right)=\frac{1}{2}Q\left(\frac{c_k}{\mathrm{\σ}}\right)---\left(15\right)$

该错误率和单用户检测系统的错误率是相同的。

同样，当多径衰落(可变通道是可观的并且在这种情况下考虑瑞利衰落通道)通道条件下的MUD被应用到使用具有零互相关的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统时，该系统的BER以等式(16)表示。

${P^k}_d\left(\mathrm{\σ}\right)=\frac{1}{2}(1-\frac{1}{\sqrt{1-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{c_k}^2}\frac{1}{(1-r_k^1{R}_k^{-1}{r}_k)}}})=\frac{1}{2}(1-\frac{c_k}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}^2+c_k}})---\left(16\right)$

因此，应用MUD系统的系统的BER性能与单用户检测系统的BER性能是相同的。

为了比较应用MUD的系统和应用SUD的系统，当MUD系统被取消时，使用具有低互相关或零互相关持续时间的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统保持与MUD相同的功能。

实例3

使用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统被应用于具有无多址干扰的微微小区(pico-cell)的无线个人区域网络(WPAN)系统的情况如以下表示。

在MAI条件下的上行链路的情况下微微小区内对到达接入点(AP)的信号，产生延迟时间差，因为该延迟时间差不同于移动站和接入点之间的信号延迟。

因此，利用具有低或零互相关持续时间的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统支持建立无MAI的内小区(intra-cell)。取消MAI的微微小区以如下的等式(17)表示。

$R=\frac{c\·\mathrm{\δ}}{2}=\left(\frac{c\·(\mathrm{ZCD}-1)}{(4\·R_C)}\right)=\frac{c\·T_p\·\mathrm{PF}\·(\mathrm{ZCD}-1)}{4}---\left(17\right)$

其中，R代表无MAI的微微小区的半径，δ代表所述小区的最大信号延迟时间，Rc代表码片速率，c代表光速，T_p代表脉冲宽度，PF代表脉冲因子(每单元码片的脉冲数目)。

实例4

对利用具有低或零互相关持续时间的本发明的超宽带无线通信系统，通过设计所述LCD或ZCD长度以覆盖MPI的主要延迟路径长度，可实现无MPI的系统。

当MPI的主要延迟路径长度存在于0.5(ZCD-1)或0.5(LCD-1)持续时间之内时，在利用具有低或零互相关持续时间的扩展码的本发明的超宽带无线通信系统中，可以估计峰比特率，该峰比特率以如下等式(18)表示。

$\mathrm{Rb}=\frac{\mathrm{Mr}\·\mathrm{rT}\·M\·B_N}{N_r\·T_p\·\mathrm{PF}}---\left(18\right)$

其中，当系统规范如以下表1所示来选择时，峰比特率可以不同地被计算并且即使当选择了实现相当简单的BPSK体制时，数据发射速度也从100Mbps到700Mbps变化。

[表1]

	系统A	系统B	系统C
				接入，双工	多带三进制DS-UWB，TDD

给定BW(带宽)	低带(3.15到5GHz)+高带(5.825到10.6GHz)[2]
				BW/通道	500MHz加保护带/通道
数据调制	BPSK
				错误校正码	无
脉冲宽度TP	2ns
				Rake结合	EGC或MRC
网络，小区半径R	微微网(pico-net)，在10m内
				对Ch.BN的BW数目	14(4Ch./低带+10Ch./高带)
单脉冲类型	2ns的高斯脉冲
				脉冲因子	1
码片速率Rc	500Mcps
				扩展序列	增强的三进制ZCD优选对[附录]
Nr＝12ZCD＝11	Nr＝32ZCD＝31	Nr＝72ZCD＝71
			到延迟路径的可接受的时间/小区半径		10nsec/1.5m	30nsec/4.5m	70nsec/10.5m
峰比特率Rb	700Mbps	263Mbps		117Mbps
			ZCD：零相关持续时间，δ：最大传播延迟时间，Gc：保护码片，M：序列的族大小，Tp：脉冲宽度PF：脉冲因子，即，脉冲数目/码片，Nr：扩展因子＝序列周期N，Rc：码片速率，Mr：M进制相位级别因子；即，BPSK情况的Mr＝1，rT：TDD的时间分享比率，如0.6，R：小区半径，Rb：峰比特率，BN：用于通道化的BW数目。

利用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的无干扰超宽带无线通信系统的BER性能可以从图3和/或6获知。

如附图3所示，当路径数目随存在的MPI增加时，利用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的无干扰超宽带无线通信系统的BER性能超过基于沃尔什-哈德曼(walsh-hadmard)码的超宽带无线通信系统的BER性能。

如附图4所示，为了比较在2-用户MAI和多路径MAI条件下的BER性能，所述利用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的无干扰超宽带无线通信系统具有比基于仅在一点如沃尔什-哈德曼码上正交交叉的扩展码的超宽带系统性能更好的性能。

如附图5所示，所述利用具有零互相关持续时间的扩展码的本发明的无干扰超宽带无线通信系统，根据在多用户MAI和多路径MAI条件下利用SUD和MUD的结果，具有比超宽带无线通信系统的性能更好的性能以及与在SUD和MUD两个条件下相同的BER性能，其代表MPI的取消可以利用具有零互相关持续时间的扩展码，建立本发明的无干扰超宽带无线通信系统。

附图6是每个系统的BER性能的比较，以便确认本发明所提出的校正三进制扩展码的处理增益校正的意义，在产生具有可变处理增益的三进制码并应用到ZCD-UWB系统之后，根据图6，校正处理增益的三进制码是原始地保持所述系统的性能。

图7示出具有从1个到6个的多个用户的BER性能分析的曲线图，以强调本发明的ZCD-UWB系统具有比基于一点正交交叉的码如沃尔什-哈德曼码或OVSF码的CDMA方法的现存UWB系统的性能更优秀的性能。

图8所示的曲线图强调，当在具有两个用户的系统的MAI和MPI发生的构造条件下多个RAKE分支(RAKE finger)从4到32时，本发明的ZCD-UWB系统具有比基于沃尔什-哈德曼码的现存UWB系统的BER性能显著的BER性能，

图9示出曲线图以强调为验证所述用于处理增益系数的校正三进制码的扩大的能力的新产生的三进制码具有比CDMA方法的现存二进制和三进制码的特性更好的相对族大小的ZCD持续时间特性。

实例5

具有用于ZCD-UWB的优秀相关特性的用于ZCD-UWB的增强扩展码的产生方法；当具有周期N的两个随机扩展码存在时，

$S_N^{\left(x\right)}=(s_0^{\left(x\right)},...,s_{N-1}^{\left(x\right)})\mathrm{and}{S}_N^{\left(y\right)}=(s_0^{\left(y\right)},...,s_{N-1}^{\left(y\right)})$

用于时间移动的周期性相关和非周期性相关函数以等式(19)和等式(20)给出。

$\mathrm{Periodic}{R}_{x,y}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_n^{\left(x\right)}{s}_{(n+r,\mathrm{mod}N)}^{\left(y\right)}---\left(19\right)$

$\mathrm{Aperiodic}{R}_{x,y}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{n=0}{\overset{N-\mathrm{\τ}-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_n^{\left(x\right)}{s}_{(n+\mathrm{\τ})}^{\left(y\right)}---\left(20\right)$

根据本发明，两类新增强的三进制ZCD扩展码得以产生。本发明中提出的三进制码，利用选择的到二进制种子码的零填塞法，可以得到具有可变码周期的三进制优选对(TPP)和最大ZCD。前述三进制扩展码的产生方法的说明如以下陈述。

为产生对所有时间持续时间具有零第一周期性相关特性及(N-1)码片-ZCD特性的周期性和非周期性相关特性的所述三进制ZCD码，在选择性插入零到等式(21)的二进制码和p的处理增益校正后，具有N_r的码片周期的三进制优选对(TPP){A_Nr ^(a)，A_Nr ^(b)}由等式(22)导出。

种子集1＝{(+-)，(++)，(-+)，(--)}                      (21)

$A_N^{\left(a\right)},A_N^{\left(b\right)}=\±P_a\×(+Z_i-Z_i),\±P_a\×(+Z_i+Z_i)---\left(22\right)$

其中，±P_a表示+P_a或-P_a，+和-限定为1和-1。Z_i代表多个数字零(0)，i代表零的数目。P_a是本发明中提出的所述三进制扩展码的处理增益校正系数，该处理增益被校正且范围从1到

例如，当所述处理增益校正系数是 $P_a=\sqrt{i+1}$ 时，所述扩展码的处理增益变成1，1是归一化的最大值。例如限定于扩展因子Nr、正整数i的最大ZCD持续时间的系列(series)循环，和ZCD_max具有如以下等式(23)、(24)的关系。

N_r＝2·(i+1)(i＝1，2，3…)                             (23)ZCD_max＝N_r-1＝1+2·i                                 (24)

另外，利用A_N ^(a)、A_N ^(b)，在应用所述方法通过固定一个码来计算相互保持ZCD的扩展码集并对恒定时间应用其他码的船移运动(ship shiftmovement)的可变尺寸之后，产生具有各种族大小和最大(N-1)码片的扩大的ZCD持续时间的三进制码。

对于新三进制ZCD码的集、各种系列的周期和特性，具有最大(N-1)码片的ZCD持续时间的所产生的三进制ZCD码的相关特性可以如下表示。

Aperiodic ZCD＝Periodic ZCD＝(Nr-1) chip                (25)

Periodic Rx，y(T)＝0，_T                                 (26)

具有以上等式(25)和等式(26)的特性的TPPA₄ ^(a)、A₄ ^(b)和A₁₀ ^(a)、A₁₀ ^(b)，如下陈述。

具有处理增益2的A₄ ^(a)、A₄ ^(b)’是{(+z-z)，(+z+z)}或{(-z+z)，(-z-z)}，具有处理增益4的A₄ ^(a)、A₄ ^(b)是 $\{\sqrt{2}\×(+Z-Z),(+Z+Z)\}$ 或 $\{\×\sqrt{2}(-Z+Z),$

具有处理增益2的A₁₀ ^(a)、A₁₀ ^(b)是{(+zzzz-zzzz)，(+zzzz+zzzz)}或{(-zzzz+zzzz)，(-zzzz-zzzz)}，而具有处理增益10的止A₁₀ ^(a)、A₁₀ ^(b)是{2×(+zzzz-zzzz)，(+zzzz+zzzz)}或(2×(-zzzz+zzzz)，(-zzzz-zzzz)}。

其中，+、z和-定义为1、0和-1。

为了利用第二(N-1)或(N-3)码片的ZCD来产生周期性ACF侧瓣完美地为零的所述三进制ZCD码，在用于表示来自等式(21)的不同二进制种子码的等式(27)的选择性零衰落过程之后，具有Nr＝N＝2·(i+2)的周期TPP C_N ^(a)、C_N ^(b)由等式(28)产生。

种子集2＝{(+++-)，(++-+)，(+-++)，(-+++)(---+)，(--+-)，{-+--)，(+---)}                    (27)

$C_N^{\left(a\right)},C_N^{\left(b\right)}=\±P_c\×(++Z_i\±Z_i),\±P_c\×(\±Z_i++Z_i)\mathrm{or}$

                                               (28)

其中，±Pc代表+Pc或-Pc。Pc是处理增益校正因子且范围从1到 特别是等式(28)，通过应用

到TPP{C_N ^(a)，C_N ^(b)}，处理增益的归一化变成最大值1。在通过应用码片移动操作所产生的TPP{C_N ^(a)，C_N ^(b)}的使用中，具有各种ZCD码片持续时间和族大小的所述三进制ZCD码集得以组成。

如上述产生的三进制ZCD码的互相关特性、所述三进制ZCD码的集和各种系列的周期如下陈述。

非周期性的ZCD＝(N_r-3)码片                       (29)

周期性的ZCD＝(N_r-1)码片                         (30)

Periodic R_x，x(τ)＝0，τ≠0                    (31)

又例如，通过均衡TPP{C₁₀ ^(a)，C₁₀ ^(b)}、等式(27)、等式(28)和等式(29)的实例的特性，具有处理增益4的 $\{C_{10}^{\left(a\right)},C_{10}^{\left(b\right)}\}=$ 是

$\{(++\mathrm{zzz}+-\mathrm{zzz}),(+-\mathrm{zzz}++\mathrm{zzz})\}$ 或

$\{(++\mathrm{zzz}-+\mathrm{zzz}),(+-\mathrm{zzz}--\mathrm{zzz})\}$ 或

$\{(--\mathrm{zzz}-+\mathrm{zzz}),(-+\mathrm{zzz}--\mathrm{zzz})\}$ 或

$\{(--\mathrm{zzz}+-\mathrm{zzz}),(-+\mathrm{zzz}++\mathrm{zzz})\}$ 或

而具有处理增益10的

$\{\sqrt{2.5}\×(++\mathrm{zzz}+-\mathrm{zzz}),\sqrt{2.5}\×(+-\mathrm{zzz}++\mathrm{zzz})\}$ 或

$\{\sqrt{2.5}\×(++\mathrm{zzz}-+\mathrm{zzz}),\sqrt{2.5}\×(+-\mathrm{zzz}--\mathrm{zzz})\}$ 或

$\{\sqrt{2.5}\×(--\mathrm{zzz}-+\mathrm{zzz}),\sqrt{2.5}\×(-+\mathrm{zzz}--\mathrm{zzz})\}$ 或

$\{\sqrt{2.5}\×(--\mathrm{zzz}+-\mathrm{zzz}),\sqrt{2.5}\×(-+\mathrm{zzz}++\mathrm{zzz})\}$

为了比较用于具有128周期的所述现存三进制ZCD的ZCD持续时间的族大小特性与用于通过本发明所产生的ZCD码的ZCD持续时间的族大小特性，如附图9所示，通过本发明所产生的ZCD码的族大小，比现存二进制或三进制码的族大小扩大了。

应理解本发明不限于上述实例，而可以被有关制造者改变并调整，并被包括于本发明的目标中，其在下面的权利要求中陈述。

如前所述，由本发明实现的使用具有零互相关持续时间的扩展码的超宽带无线通信系统，通过对恒定时间来产生变成零的扩展码，有效地具有干扰取消特征而没有系统的复杂性。

而且，通过将新发明的扩展码校正三进制扩展序列与非周期性零相关持续时间(ZCD)特性、直接序列超宽带(DS-UWB)和具有可忽略的低或零相关持续时间的扩展码结合，本发明成功地提供具有减少的比特错误率的卓越的无噪声灵敏度。

本发明还与MAI和MPI条件下的MUD系统兼容。

Claims (18)

1.使用具有可忽略的低互相关持续时间或零互相关持续时间的扩展码的超宽带无线通信系统的应用方法，该应用方法包括以下步骤：

发射信号产生过程，其利用用于用户的调制数据符号值、用于用户的扩展码、比特周期和码片周期，产生具有可忽略的低相关持续时间或零相关持续时间特性的发射信号以使信号的互相关值低或为零；

发射过程，其将所产生的信号转换成超宽带信号并发射；

发射过程，其利用将整个UWB频带分成每个通道的多带或多载波方法作为复用技术来发射信号；

接收过程，其通过多径接收保持零相关持续时间特性的超宽带信号、计算统计矢量并处理所述信号。

2.根据权利要求1的应用方法，其中所述扩展码特征在于：对恒定时间，持续时间自相关函数和互相关的侧瓣是连续的且可忽略地低；最大N-1码片的零互相关特性为零；对所有时间码间互相关特性完美地为零或者所述三进制扩展码的处理增益是可变的。

3.根据权利要求1的应用方法，其中接收过程进一步包括干扰信号的取消过程，当MAI和MPI存在于低互相关持续时间或零互相关持续时间内时，所述干扰信号包括于多址干扰(MAI)信号和多径干扰(MPI)信号中。

4.根据权利要求1的应用方法，其中所述接收过程利用具有针对码的1周期量的参考信号的匹配滤波器来检测所接收的信号。

5.根据权利要求1的应用方法，其中所述接收过程中的统计矢量包括归一化特征波形矢量的互相关矩阵的值。

6.根据权利要求1的应用方法，其中根据单用户检测系统的BER，所述发射信号的产生过程中的比特错误率(BER)由Q函数组成。

7.根据权利要求1的应用方法，其中具有低互相关持续时间或零互相关持续时间特性的扩展码，使得无干扰超宽带无线通信通过无干扰超宽带无线通信基于无多址干扰(MAI)的内小区或无线家庭网络系统来内置WPAN变为可能。

8.根据权利要求1的应用方法，其中所述零互相关持续时间的长度被设计为覆盖多径干扰(MPI)的延迟路径长度。

9.根据权利要求8的应用方法，其中当多径干扰(MPI)的主要延迟路径长度是0.5×(零互相关-1)时，所述无干扰超宽带无线通信系统进一步包括利用低互相关或零互相关特性的MPI信号的取消过程。

10.一种利用具有可忽略的低互相关持续时间或零互相关持续时间的扩展码的无干扰超宽带无线通信系统，该系统包括：

发射器，包括发射信号发生器，所述发射信号发生器利用用于用户的调制数据符号值、用于用户的扩展码、比特周期和码片周期产生具有低相关持续时间或零相关持续时间特性的发射信号以使信号的互相关值低或为零，及包括发射器以转换所述发生器所产生的信号；

接收器，通过多径接收保持零相关持续时间特性的超宽带信号、计算统计矢量并处理所述信号。

11.根据权利要求10的系统，其中当MAI和MPI信号存在于低互相关持续时间或零互相关持续时间内时，所述接收器取消包括于多址干扰(MAI)和多径干扰(MPI)中的干扰信号。

12.根据权利要求10的系统，其中所述接收器利用具有针对码的1周期量的参考信号的匹配滤波器检测所接收的信号。

13.根据权利要求10的系统，其中所述统计矢量包括归一化特征波形矢量的互相关矩阵的值。

14.根据权利要求10的系统，其中根据单用户检测系统的BER，所述无干扰超宽带无线通信系统的比特错误率(BER)由Q函数组成。

15.根据权利要求10的系统，其中具有低互相关持续时间或零互相关持续时间特性的扩展码，使得无干扰超宽带无线通信系统基于无多址干扰(MAI)的内小区来构造WPAN变为可能。

16.根据权利要求10的系统，其中所述无干扰超宽带无线通信系统中零互相关持续时间的长度被设计为覆盖多径干扰(MPI)的延迟路径长度。

17.根据权利要求16的系统，其中当多径干扰(MPI)的主要延迟路径长度是0.5×(零互相关-1)时，所述无干扰超宽带无线通信系统利用低互相关持续时间或零互相关持续时间特性来操作MPI信号的取消系统。

18.对利用具有可忽略的低互相关持续时间或零互相关持续时间的扩展码的所述无干扰超宽带无线通信系统的操作程序，能够由所述程序的计算机阅读的一种记录介质：

发射信号产生过程，其利用用于用户的调制数据符号值、用于用户的扩展码、比特周期和码片周期，产生具有可忽略的低相关持续时间或零相关持续时间特性的发射信号以使信号的互相关值低或为零；

传递过程，其将所产生的信号转换成超宽带信号并发射；

发射过程，其利用将整个UWB频带分成每个通道的多带或多载波方法作为复用技术来发射信号；

接收过程，其通过多径接收保持零相关持续时间特性的超宽带信号、计算统计矢量并处理所述信号。

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