CN1996988B - 用于正交频分复用码元的跳频的方法 - Google Patents

用于正交频分复用码元的跳频的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于OFDM(正交频分复用)码元的跳频的方法，包括：接收包括与配置OFDM码元的副载波的类型、跳频模式以及导频的位置相关的映射信息的OFDM码元，以及基于所述映射信息来映射所述类型、跳频模式和导频的位置。

Description

用于正交频分复用码元的跳频的方法
技术领域
本发明的方法涉及一种正交频分复用(OFDM)码元的跳频的方法，特别涉及映射一种方法，该方法在使用OFDM调制方法发送数据之前，与物理层首标(header)中的保留位有关地设置导频的位置和分组副载波以便OFDM码元的跳频。
技术背景
通常，OFDM系统将串行输入的码元(symbol)变换成具有预定大小的并行码元，将该并行码元多路复用成正交副载波频率，并以正交副载波频率发送该并行码元。
多频带(MB)-OFDM方法的特征在于以码元为单位跳过多个OFDM码元的频带来发送信号。例如，MB-OFDM方法是一种在诸如超宽频带(UWB)系统的特定无线通信系统中使用的调制技术。OFDM调制技术和跳频技术相结合形成MB-OFDM调制技术。
MB-OFDM系统将预定的频带划分成多个子频带。MB-OFDM系统能够使用多个子频带发送数据(码元)，从而可以在每个单位时间发送或接收大量的数据。UWB系统选择多个子频带之一并根据所设置的规则使用所选择的子频带，从而改进数据的安全性。
图1A示出了在MB-OFDM系统中使用的多个子频带。如图1A所示，该MB-OFDM系统的频带的中心频率的范围从3432MHz到10296MHz。该MB-OFDM系统的频带被广泛地划分成五组。该五组中的第一到第四组中的每一组都包括三个子频带，第五组包括两个子频带。
第一组的三个子频带的中心频率分别是3432MHz、3960MHz和4488MHz，第二组的三个子频带的中心频率分别是5016MHz、5544MHz和6072MHz。第三组的三个子频带的中心频率分别是6600MHz、7128MHz和7656MHz，和第四组的三个子频带的中心频率分别是8184MHz、8712MHz和9240MHz，第五组的两个子频带的中心频率分别是9768MHz和10296MHz。
下面的表1示出了MB-OFDM系统中的传送速率发送有效载荷的方法。
表1
  传送速率   调制方法   编码率   共轭   TSF   扩展增益
  53.3   QPSK   1/3   0   2   4
  80   QPSK   1/2   0   2   4
  106.67   QPSK   1/3   X   2   2
  160   QPSK   1/2   X   2   2
  200   QPSK   5/8   X   2   2
  传送速率   调制方法   编码率   共轭   TSF   扩展增益
  320   DCM   1/2   X   1   1
  400   DCM   5/8   X   1   1
  480   DCM   3/4   x   1   1
在传送速率范围是从53.3Mbps到200Mbps的情况下，MB-OFDM系统使用正交相移键控(QPSK)方法。在传送速率范围是从320Mbps到480Mbps的情况下，BM-OFDM系统使用双载波调制(DCM)方法。
在传送速率是从53.3Mbps到80Mbps的情况下，BM-OFDM系统传送共轭码元。因此，扩展增益是“4”。换言之，在传送速率范围是从53.3Mbps到80Mbps的情况下，时间扩展因数(TSF)是“2”。因此，一个码元被发送4次，包括共轭码元。
表2示出了在传送速率范围是从53.3Mbps到80Mbps的MB-OFDM系统中发送码元的例子。
表2
  数据   映射数据
  D0   C0
  D1   C1
  …   …
  D49   C49
  D49<sup>*</sup>   C50
  …   …
  D1<sup>*</sup>   C98
  D0<sup>*</sup>   C99
参看表2，一个数据被发送两次，包括共轭(conjugate)数据。换言之，发射机将数据D0到D49与共轭数据D0*到D49*一起发送。通常，如果使用QPSK方法，则发射机将一个数据划分成实数和虚数分量并发送该实数和虚数分量。
如上运行的MB-OFDM系统被用在对用于快速短距离通信的UWB信号进行调制的方法中。联邦通信会议(FCC)将用于UWB通信的功率发射限制在-41.3dBm/MHz，并限制级别以减少不同频带当中的干扰。根据IEEE802.15.3a，在110Mbps的传送速率处，功耗被要求是110mW或更少，而在200Mbps的传送速率处，功耗被要求是250mW或更少。
因此，必须以低功率发送OFDM码元，以便使用MB-OFDM调制方法进行UWB通信。由此，需要降低OFDM码元的发送功率的技术。另外，需要一种低功率UWB技术，以便将UWB技术应用到移动设备上。
发明内容
本发明所示出的非限定实施例克服了上述的缺点和/或上面没有描述的其它缺点。另外，本发明并不没有被要求去克服上述的缺点，和本发明所示出的非限定实施例也可以不克服上述的任何问题。
因此，本发明的一个方面是提供一种方法，该方法在使用OFDM调制方法发送数据之前映射所配置副载波的类型并与在PHY层首标中保留位相关地设置导频的位置，以便OFDM码元的跳频。
根据本发明的一个方面，提供了一种OFDM码元的跳频的方法，该方法包括接收正交频分复用码元，其包括与配置正交频分复用码元的副载波的类型、正交频分复用码元的跳频的模式和导频的位置相关的映射信息；和基于所述映射信息来映射配置正交频分复用码元的副载波的类型、正交频分复用码元的跳频的模式以及导频的位置，其中，映射信息被设置在正交频分复用码元的物理层首标的保留位中，在正交频分复用码元中副载波被分组为块形式或在正交频分复用码元中被分布，导频以分布形式或分组形式被固定，或者根据来自正交频分复用码元的接收机的请求而被配置在与副载波的位置相关的位置处。
经过组合正交频分复用码元的最小一个副载波到副载波的最大总数来分组副载波。
副载波的分组包括重叠副载波。
如果在正交频分复用码元中分布副载波，则该副载波以相同的间隔或不同的间隔被分布。
不考虑配置副载波的类型，所述导频被配置在其中将发送下一个正交频分复用码元的副载波的位置。
提供正交频分复用码元的跳频的模式，从而使副载波在正交频分复用码元中具有固定的频率，或者副载波的频率被跳频，而不必考虑配置该副载波的类型，其中，配置副载波的类型包括分布副载波的类型和分组副载波的类型。
如果副载波被分组成相同的大小且彼此不重叠以及当分组副载波的数量是“n”时，所产生的跳频模式的数量是“nn-1”。
当副载波位于频域扩展中时，跳频是在考虑到对称特征的情况下执行的。
当副载波彼此相互重叠、或被分组成不同的大小和分组副载波的数量是“m”时，所产生的跳频模式的数量是“mm-1”。
以相同或不同的间隔保持跳频。
当以相同或不同间隔执行跳频时，执行或不执行重叠副载波。
附图说明
通过下面结合附图对本发明范例性实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面将会变得更加明显，其中：
图1A示出了将在相关技术的MB-OFDM系统中使用的多个子频带，图1B示出了用于相关技术OFDM码元的频谱和功耗；
图2A的示意性框图示出了根据本发明范例性实施例的适用于OFDM码元的跳频方法的MB-OFDM发射机的内部结构；
图2B示出了根据本发明范例性实施例的在OFDM码元的跳频方法中分组副载波；
图3示出了根据本发明另一范例性实施例的在OFDM码元的跳频方法中被映射成分布副载波和固定导频的OFDM码元；
图4示出了根据本发明再一范例性实施例的在PFDM码元的跳频方法中被映射成以块的形式分组的副载波和固定导频的OFDM码元；
图5示出了根据本发明又一范例性实施例的在OFDM码元的跳频方法中被映射成以块的形式分组的副载波和移动的导频的OFDMA码元；
图6示出了根据本发明范例性实施例的用于OFDM码元的频谱和功耗的图形；
图7示出了根据本发明另一范例性实施例的用于OFDM码元的频谱和功耗的图形；
图8示出了根据本发明再一范例性实施例的用于OFDM码元的频谱和功耗的图形。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的某些范例性实施例。
在下面的描述中，即使是在不同的附图中，相同的附图标记也被用于相同的元件。不存在与诸如细节结构和元件的描述中所定义的事项，即便是有也仅仅是为了增强对本发明的理解。因此，很明显，可以在没有这些规定事项的情况下执行本发明。另外，公知的功能和结构不载详细描述，因为不必要的详细将使本发明变得晦涩。
图2A的示意性框图示出了根据本发明范例性实施例的适用于OFDM码元的跳频的方法的MB-OFDM发射机的内部结构。参看图2A，MB-OFDM发射机包括扰频器(scrambler)201、编码器202、穿孔器204、交织器206、星座(constellation)映射器208、逆快速傅立叶变换器(IFFT)210、数模转换器(DAC)212和214、乘法器216和218、时间-频率码发生器220和天线222和224。
扰频器201接收需要发送的数据。MB-OFDM发射机存储表2所示的内容。因此，MB-OFDM发射机发送与将被发送给扰频器201的数据相对应的映射数据。MB-OFDM接收机也存储表2中所示的内容。
扰频器201对所接收的数据扰频并向编码器202发送扰频的数据。编码器202对扰频的数据进行编码。编码器202使用卷积码、里德-索罗门码、低密度奇偶检查(LDPC)码和turbo码等编码经过扰频的数据。编码器202的编码率如表1所示。
穿孔器204从编码器202接收编码码元并收缩该编码码元。由于该穿孔处理，MB-OFDM发射机能够减少发送码元的位数。
交织器206交织从穿孔器204接收的码元的位。由于该交织处理，MB-OFDM接收机能够恢复在无线信道中发生的误差。换言之，MB-OFDM发射机执行交织，从而使得MB-OFDM系统能够防止块误差(block error)的发生。
星座映射器208根据与每个传送速率对应的调制方法调制码元。换言之，星座映射器208使用与每个调制方法对应的星座执行调制。星座映射器208将多个导频插入到所接收的码元中并将循环前缀(CP)和保护间隔(GI)添加到所接收的码元中。GI被插入在连续的块之间以防止码元间的干扰，插入CP是为了解决所接收的码元被延迟从而导致不正交的问题。
根据本发明范例性实施例的星座映射器208设置分组副载波并与在所接收码元的首标中保留位相关地定位导频的方法。例如，星座映射器208可以分布副载波。可替换地，星座映射器208可以以块的形式分组副载波。而且，星座映射器208可以固定在分组副载波内的导频的位置或相对每个副载波改变导频的位置。
IFFT210对所接收的码元执行IFFT。
DAC212将与所接收的实数分量对应的数字信号转换成模拟信号，DAC214将与所接收的虚数分量对应的数字信号变换成模拟信号。时间-频率码发生器220产生时间-频率码，以便获得时间和频率的多样性效果。
时间-频率码被发送给乘法器216和218。乘法器216将所接收的模拟信号乘以时间-频率码并将乘法结果发送给天线222。乘法器218将所接收的模拟信号乘以时间-频率码并将该乘法结果发送给天线224。
天线222使用无线信道将从乘法器216接收的信号发送给MB-OFDM接收机，天线224使用无线信道将从乘法器218所接收的信号发送给MB-OFDM接收机。MB-OFDM接收机具有与MB-OFDM发射机相反的结构，因此，这里将不再描述MB-OFDM接收机的结构。
根据MB-OFDM方法发射和接收的物理层收敛过程(PLCP)首标的分组结构包括物理(PHY)首标(40位)、尾标位(6位)、扰频媒体接入控制(MAC)首标/首标检查顺序(HCS)(96位)、尾标位(6位)、里德-索罗门奇偶字节(48位)和尾标位(4位)等。
PHY首标包括用于指出在PHY层中恢复信号所必须的MAC帧的传送速率的传送速率信息以及用于指出有效载荷长度的长度信息。PHY首标还包括扰频器信息、突发模式前置信息、传送TFC信息、频带组信息以及保留位信息。
根据本发明范例性实施例，在PHY首标中的保留位被用来指示关于分组副载波、跳频模式和导频位置的方法的信息。
图2B示出了根据本发明范例性实施例的在用于OFDM码元跳频的方法中分组副载波。在图2B中，粗的垂直实线表示分布的副载波，细的垂直实线表示分组的副载波和垂直虚线表示导频(pilot)。
如果根据本发明范例性实施例的MB-OFDM发射机接收包括指出分组副载波、跳频模式和导频位置的方法的保留位的OFDM码元，那么，星座映射器208与保留位相关地分组副载波。
在本发明的范例性实施例中，OFDM码元的副载波被以块的形式分组，以便进行低功率传送，即，分组为如图2B所示的对称的五个副载波组。
当副载波被分组时，OFDM码元的每个副载波都被确定为一个元素，因而能够经过可能的组合分组所述副载波。例如，如果OFDM码元包括128个副载波，那么，经过最小一个元素到最大128个元素的组合可以分组为128个副载波，并且彼此之间不重叠。
OFDM码元的副载波可以被分组地分布。这里，副载波以相同的间隔或不同的间隔被分布。
根据本发明范例性实施例的MB-OFDM发射机映射副载波的分组、跳频模式和有关保留位的导频的位置。
在根据本发明范例性实施例的跳频模式的情况下，MB-OFDM发射机具有OFDM码元的副载波被设置在固定频率的模式，或者用于跳频而不必考虑副载波是被分组还是被分布的模式。
如果在跳频期间副载波被划分成相同的大小且相互之间没有重叠以及分组副载波的数量是“n”，那么，将产生nn-1个跳频模式。这里，如果副载波被用于频域扩展，则星座映射器208在考虑到对称特征的情况下跳频。
如果副载波彼此相互重叠或以不同的大小被分组并且在跳频期间副载波的分组数为“m”，那么，可以产生mm-1个跳频模式。
这里，当在OFDM码元中分布副载波时所执行的跳频可以是用于保持相同间隔的跳频或者是用于保持不同间隔的跳频。另外，可以在不考虑是以相同的间隔还是以不同的间隔执行跳频的情况下执行或不执行重叠。
导频可以被配置在其中将要发送下一个OFDM码元的副载波的位置处，不必考虑分组副载波或分布副载波的配置。
在导频的位置被固定在OFDM码元中的情况下，导频可以分布形式或分组形式固定。
导频可以根据MB-OFDM接收机的请求配置在OFDM码元中所期望的副载波的位置处。
图3示出了在根据本发明另一范例性实施例的用于OFDM码元的跳频的方法中与分布副载波和固定导频映射的OFDM码元。
参看图3到5，粗垂直实线表示分布副载波，细垂直实线表示分组副载波，而垂直虚线表示导频。
如果副载波根据分布方法被分组，则跳频率，并对于保留位固定导频的位置，根据本发明这一范例性实施例的MB-OFDM发射机的星座映射器280执行映射，从而以相同的间隔分布副载波，当时间从1经过时间2改变到时间n时，在每个时间处副载波跳频，并在每个时间处将导频配置在固定的位置中，如图3所示。
关于本发明范例性实施例的图6所示映射的OFDM码元的频谱，功率仅仅消耗于在时间1、时间2和时间n中的固定导频和分布、分组的副载波。因此，在副载波被根据分布方法分组的情况下，用于OFDM码元的功耗可以大大少于用于图1B所示的相关技术OFDM码元的持续功耗。
图4示出了根据本发明另一个范例性实施例的在用于OFDM码元的频率的方法中被映射为以块形式分组的副载波和固定导频的OFDM码元。
在本发明的该范例性实施例中，在时间1发送以块形式分组的第一副载波组，在时间2发送具有跳频的第二副载波组，和在第n时间发送具有跳频的第四副载波组。这里，每个副载波组的导频是在固定位置，即，在相同的位置。
关于本发明该范例性实施例的图7所示映射的OFDM码元的频谱，功率仅仅被消耗于在时间1、时间2和时间n中被分组成预定大小的副载波和均匀间隔的导频。因此，即使在导频被固定和以块形式分组副载波，用于OFDM码元的功耗也远低于图1B所示用于相关技术OFDM码元的功耗。
图5示出了根据本发明又一个范例性实施例的在用于OFDM码元的跳频的方法中被映射为以块形式分组的副载波和可移动的导频的OFDM码元。
在本发明的该范例性实施例中，以块形式分组副载波，从而使其具有预定的大小，并且被分组成预定大小的导频可以在每个时间处移动。
如图5所示，在时间1，发送以块形式分组的第一副载波组和被分组为预定大小的导频。在时间2，发送具有跳频的第二副载波组和以比在时间1发送的导频更加均匀的间隔移动的预定大小的分组导频。在时间n发送具有跳频的第四副载波组和以均匀间隔移动的预定大小的分组导频。
关于在本发明该范例性实施例的图8所示映射的OFDM码元的频谱，功率仅仅被消耗于在时间1、时间2和时间n中被分组成预定大小的副载波和被分组成预定大小的导频。
因此，即使在导频被移动和副载波被以块形式分组的情况下，OFDM码元的功耗也远远低于图1B所示相关技术OFDM码元的功耗。另外，当由于多个设备而形成多个皮网络(piconet)时，只经过OFDM码元的某些副载波发送信息。因此，虽然在OFDM码元中会发生冲突，但是减少了信息被损坏的概率。结果是，可以改进能够不受干扰地执行通信的同时操作皮网络(SOP)的性能。
如上所述，根据本发明的该范例性实施例，可以减少由发送OFDM码元所引起的功耗。另外，SOP的性能能够得到改善。
另外，可以实现低功率UWB模式。因此，可以将UWB技术应用于移动电话。
前述的实施例仅仅用于解释而不是限制本发明。本发明的技术可以很容易地应用到其它类型的装置上。另外，本发明范例性实施例的描述仅仅是试图示出而不是权利要求的范围，对于本领域的普通技术人员来讲很明显，可以做出很多选择、修改和变化。

Claims (11)

1.一种用于正交频分复用码元的跳频的方法，包括：
接收正交频分复用码元，其包括与配置正交频分复用码元的副载波的类型、正交频分复用码元的跳频的模式和导频在正交频分复用码元中的位置相关的映射信息；和
基于所述映射信息来映射配置正交频分复用码元的副载波的类型、正交频分复用码元的跳频的模式以及在正交频分复用码元中导频的位置，
其中，所述映射信息被设置在正交频分复用码元的物理层首标的保留位中，
副载波在正交频分复用码元中被分组为块形式或在正交频分复用码元中被分布，
所述导频以分布形式或分组形式被固定，或者根据来自正交频分复用码元的接收机的请求而被配置在与副载波的位置相关的位置处。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过组合正交频分复用码元的最小为一个副载波到最大为副载波的总数来分组副载波。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述副载波的分组包括重叠副载波。
4.如权利要求1所述的方法，其中，如果在正交频分复用码元中分布副载波，则该副载波以相同的间隔或不同的间隔被分布。
5.如权利要求1所述的方法，其中，可以不考虑配置副载波的类型，所述导频被配置在其中将发送下一个正交频分复用码元的副载波的位置，和
其中，配置副载波的类型包括分布副载波的类型和分组副载波的类型。
6.如权利要求1所述的方法，其中，提供正交频分复用码元的跳频的模式，从而使副载波在正交频分复用码元中具有固定的频率，或者副载波的频率被跳频，而不必考虑配置该副载波的类型，
其中，配置副载波的类型包括分布副载波的类型和分组副载波的类型。
7.如权利要求6所述的方法，其中，如果副载波被分组成相同的大小且彼此不重叠以及当分组副载波的数量是“n”时，所产生的跳频模式的数量是“nn-1”。
8.如权利要求6所述的方法，其中，如果副载波彼此重叠，或者被分组成不同的大小以及分组副载波的数量是“m”，则所产生的跳频模式的数量是“mm-1”。
9.如权利要求6所述的方法，其中，保持相同的间隔或不同的间隔执行所述跳频。
10.如权利要求9所述的方法，其中，如果以相同间隔或不同间隔执行跳频，则副载波重叠。
11.如权利要求9所述的方法，其中，当以相同的间隔或不同间隔执行跳频时，副载波不重叠。
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