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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultrabreitband-(UWB)-Empfänger, und
genauer auf ein Verfahren und Gerät für eine Zeit-Domäne-Spreizung
für einen
(UWB)-Empfänger.
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Die
ultrabreitbandige (UWB)-Technologie (ultra-wide band) stellt eine
gegenwärtige
drahtlose Telekommunikationstechnologie für das drahtlose Übertragen
und Senden von Daten auf kurzer Distanz dar. Die UWB-Technologie
besitzt die Vorteile eines geringen Energieverbrauchs, einer hohen Übertragungsrate
und niedriger Kosten, so dass sie auf die drahtlose Telekommunikation
von hoher Qualität
und Kapazität
angewendet werden kann. Für
die Hochgeschwindigkeits-Kommunikation zwischen digitalen Geräten in Häusern oder Büros stellt
die UWB-Technologie die Verfügbarkeit
und Bequemlichkeit für
eine drahtlose Telekommunikation bereit. Außerdem kann die UWB-Technologie
Kommunikationsdienste auf kurzer Distanz für drahtlose Netzwerke im Personalbereich
(WPAN) bereitstellen, wie z.B. die Übertragung von hochwertigen
Bildern, Musik und Daten von hoher Kapazität. Sie kann ferner auf die
drahtlosen Ortsnetzwerke (WLAN), Heimnetzwerke und das Kurzstreckenradar
angewendet werden.
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In
der drahtlosen UWB-Kommunikationstechnologie schließt die bisherige
Technologie, die verwendet wurde, um die Orthogonalität nach der
schnellen Fourier-Transformation (FFT) aufrechtzuerhalten und um
das Mehrweg-Fading zu verbessern, die folgenden zwei Verfahren ein.
Das eine besteht darin, einen zyklischen Vorsatz (cyclic prefix)
den Frequenzsignalen des FFT hinzuzufügen.
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Dieser
Ansatz ist jedoch dafür
anfällig,
einen harmonischen Verlust vom Sägezahntyp
(saw-type harmonic loss) zu erzeugen. Um den harmonischen Verlust
vom Sägezahntyp
von dem Frequenzsignal zu entfernen, das von dem Sender erzeugt
wurde, wird das Hinzufügen
des zyklischen Vorsatzes durch das Hinzufügen eines zero-padded Vorsatzes
ersetzt, um das Mehrweg-Fading und den harmonischen Signalverlust
zu eliminieren.
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In
dem MB-OFDM-System (multi-band orthogonal-frequency-division-multiplexing)
wird die Frequenz auf 14 Banden aufgeteilt. Jede Bande besitzt eine
Bandbreite von etwa 528 MHz. Die Banden werden sequenziell zwischen
3,1 GHz und 10,6 GHz angeordnet, um eine Reihe von OFDM-Symbolsignalen
an die entsprechenden Banden zu senden. Wobei in der Spezifikation
des UWB-Senders die Signalspanne eines OFDM-Symbolsignals in etwa
312,5 ns für
165 Abtastzeiten beträgt,
die den zero-padded Vorsatz von 60,6 ns für 32 Abtastzeiten, das Datensignal
von 242,4 ns für
128 Abtastzeiten und das Schutzintervall zum Schalten von unterschiedlichen
Banden von etwa 9,5 ns für
5 Abtastzeiten umfasst.
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Die 1 ist eine schematische
Konfiguration, die ein Verfahren des Standes der Technik für eine Zeit-Domäne-Spreizung
für ein
Symbolsignal eines (UWB)-Empfängers zeigt.
Das invertierte FFT wird an einem Symbolsignal S(n) ausgeführt. Das
Symbolsignal wird in ein Zeit-Domäne-Spreizungsgerät 100 eingespeist.
Das Zeit-Domäne-Spreizungsgerät 100 sendet
nicht nur eine Reihe von Symbolsignalen S(n) mit einer Bande, sondern
tauscht auch den Realteil und den Imaginärteil der Symbolsignale S(n)
aus, um weitere Symbolsignale R(n) zu erhalten. Die Symbolsignale
R(n) werden in einer weiteren Bande gesendet, um den Zeit-Domäne-Spreizungsvorgang
praktisch auszuführen.
Wobei S(n) = PI(n) + jPQ(n)
und die realimaginär-ausgetauschten
Symbolsignale R(n) = PQ(n) + jPI(n)
sind und n eine ganze Zahl zwischen 1 bis 128 ist.
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In
dem UWB-Empfänger
ist eine spezielle Technik für
den Entspreizungsvorgang der Zeitdomäne (time domain despreading
operation) erforderlich. Die Entspreizungsschaltung des Standes
der Technik ist von der Entspreizungsschaltung des Senders verschieden.
Die unterschiedliche Entspreizungsschaltung des Senders erhöht die Herstellungskosten.
Außerdem
wird die Komplexität
des Kanalkompensationsmechanismus des Empfängers des Standes der Technik
erhöht.
Fehler ereignen sich leicht und der Empfänger kann nicht normal arbeiten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren für Zeit-Domäne-Spreizung für einen
ultrabreitbandigen (UWB)-Empfänger
ausgerichtet, um die Komplexität
des Mechanismus und der Fehler der Kanalkompensation zu verringern
und um die Signalqualität
zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Zeit-Domäne-Spreizungsgerät für einen
UWB-Empfänger ausgerichtet,
um die Komplexität
des Mechanismus und der Fehler der Kanalkompensation zu verringern
und um die Signalqualität
zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für Zeit-Domäne-Spreizung für einen
UWB-Empfänger bereit.
Der UWB-Empfänger
ist angepasst, um eine Reihe von MB-OFDM-Symbolsignalen (multi-band
orthogonal-frequency-division-multiplexing) zu empfangen, die von
einem UWB-Sender gesendet werden. Der UWB-Sender umfasst ein Zeit-Domäne-Spreizungsgerät, um den
Realteil und Imaginärteil
eines Signals S(n) = PI(n) + jPQ(n)
auszutauschen, um ein weiteres Signal R(n) = PQ(n)
+ jPI(n) zu erhalten, wobei n eine ganze Zahl
ist. Der UWB-Empfänger
empfängt
eine Reihe von empfangenen Symbolsignalen. Das Verfahren für Zeit-Domäne-Spreizung
für den
UWB-Empfänger
umfasst die folgenden Schritte: das Ausführen einer schnellen Fourier-Transformation
(FFT), um eine Reihe von transformierten Signalen Y(m) gemäß einem
der empfangenen Symbolsignale zu erhalten, wobei Y(m) = YI(m) + jYQ(m) und
m eine ganze Zahl ist; und das Austauschen des Realteils und Imaginärteils der
transformierten Signale, das invertierte Ausgeben der ausgetauschten
Signale, um eine Vielzahl von entspreizten empfangenen Datensignalen
X(m) zu erhalten, wobei X(m) = YQ(–m) + jYI(–m)
ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Zeit-Domäne-Spreizungsgerät eines
ultrabreitbandigen (UWB)-Empfängers
bereit. Der UWB-Empfänger
ist angepasst, um eine Reihe von MB-OFDM-Symbolsignalen (multi-band
orthogonal-frequency-division-multiplexing)
zu empfangen, die von einem UWB-Sender gesendet werden. Der UWB-Sender
umfasst ein Zeit-Domäne-Spreizungsgerät, um den
Realteil und Imaginärteil eines
Signals S(n) = PI(n) + jPQ(n)
auszutauschen, um ein weiteres Signal R(n) = PQ(n)
+ jPI(n) zu erhalten, wobei n eine ganze
Zahl größer als
0 ist. Der UWB-Empfänger empfängt eine
Reihe von empfangenen Symbolsignalen. Der UWB-Empfänger
umfasst ferner einen schnellen Fourier-Transformer, der mit dem
Zeit-Domäne-Spreizungsgerät verbunden
ist. Der schnelle Fourier-Transformer führt eine schnelle Fourier-Transformation
aus, um eine Reihe von transformierten Signalen Y(m) gemäß einem
der empfangenen Symbolsignale zu erhalten, wobei Y(m) = YI(m) + jYQ(m) und
m eine ganze Zahl größer als
0 ist. Wobei das Verfahren für Zeit-Domäne-Spreizung
für den
UWB-Empfänger
durch das Austauschen des Realteils und Imaginärteils der transformierten
Signale und durch das invertierte Ausgeben der ausgetauschten Signale
gekennzeichnet wird, um eine Vielzahl von entspreizten empfangenen
Datensignalen X(m) zu erhalten, wobei X(m) = YQ(–m) + jYI(–m)
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist zum Beispiel n eine ganze Zahl von
1 bis 128 und m ist eine ganze Zahl von 1 bis 128.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet das einfache Verfahren und Gerät für Zeit-Domäne-Spreizung. Die
Komplexität
des UWB-Empfängers
kann verringert werden und die Signalfehler können auch verringert werden.
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Die
obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung besser verstanden, die im Zusammenhang mit den begleitenden
Zeichnungen bereitgestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Konfiguration, die ein Verfahren für Zeit-Domäne-Spreizung des Standes der
Technik für
ein Symbolsignal eines UWB-Senders zeigt.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Verfahren für Zeit-Domäne-Spreizung für einen ultrabreitbandigen
(UWB)-Empfänger
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das einen UWB-Empfänger gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen der Paketfehlerrate (packet
error rate, PER) und dem Signal/Rausch-(Eb/No)-Verhältnis
zeigt.
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BESCHREIBUNG
EINIGER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 2 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Verfahren für Zeit-Domäne-Spreizung für einen
ultrabreitbandigen (UWB)-Empfänger
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 3 ist ein
schematisches Blockdiagramm, das einen UWB-Empfänger gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Bezugnehmend
auf die 2 in dem UWB-Daten-Sende/Empfangssystem
des MB-OFDM-Verfahrens
(multi-band orthogonal-frequency-division-multiplexing) wird ein
Symbolsignal S(n) hochfrequenz-gesendet von den Trägerwellen
der drahtlosen Telekommunikationstechnologie und der Realteil und
Imaginärteil
des Symbolsignals S(n) werden ausgetauscht, um den Vorgang der Zeit-Domäne-Spreizung
auszuführen.
Durch den Zeit-Domäne-Spreizungsvorgang 202 wird
eine weitere Reihe von Signalen R(n) erhalten. Das Signal R(n) wird
dann an einen UWB-Empfänger 300 durch
einen Mehrwegkanal 206 gesendet, wie in der 3 gezeigt ist.
Worin S(n) = PI(n) + jPQ(n)
ist, das real-imaginär-ausgetauschte
Signal R(n) = PQ(n) + jPI(n)
ist und n eine ganze Zahl von 1 bis 128 darstellt. Dementsprechend
wird das Datensignal des MB-OFDM-Symbolsignals bei etwa 242,4 ns
für 128
Abtastzeiten aufrechterhalten. Der zero-padded Vorsatz (prefix)
an dem vorderen Ende des Datensignals beträgt in etwa 60,6 ns für 32 Abtastzeiten.
Das Schutzintervall (Gl) der Schaltung für unterschiedliche Frequenzen
an dem hinteren Ende des Datensignals beträgt in etwa von 9,5 ns für 5 Abtastzeiten.
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Der
UWB-Empfänger 300 empfängt die
Reihe von OFDM-Symbolsignalen S(n) und R(n) gemäß der definierten Zeit und
der Startposition des Symbol-Zeitfensters. Die Bandenschaltung ereignet
sich an jeder anfänglichen
Position des Symbol-Zeitfensters,
um eine Reihe von empfangenen Symbolsignalen zu erhalten. Gemäß einem
der empfangenen Symbolsignale wird eine schnelle Fourier-Transformation
(FFT) 210 ausgeführt,
um eine Reihe von transformierten Signalen Y(m) zu erhalten, wobei
Y(m) = YI(m) + jYQ(m)
der Realteil von Y(m) ist, YQ(m) der Imaginärteil von
Y(m) ist und m eine ganze Zahl von 1 bis 128 darstellt. Der Zeit-Domäne-Spreizungsvorgang 202 wird
ausgeführt,
um den Realteil und Imaginärteil
des transformierten Signals Y(m) auszutauschen und um das ausgetauschte
Signal invertiert herauszugeben, um eine Vielzahl von entspreizten
empfangenen Datensignalen X(m) zu erhalten, wobei X(m) = YQ(–m)
+ jYI(–m)
ist.
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Bezugnehmend
auf die 3 umfasst der UWB-Empfänger 300 eine
Antenne 310, einen Frequenzsprunggenerator 320 (frequency
hopping generator), einen Frequenzmischer 330 (frequency
mixer), einen Analog/Digital-Wandler 340, einen Symbolsequenz-Fensteradapter 350 (symbol
sequence window adapter), einen schnellen Fourier-Transformer 360,
ein Zeit-Domäne-Entspreizungsgerät 370 und
einen Kanal-Equalizer 380. Wobei die Antenne 310 des
UWB-Empfängers 300 eine
Reihe von MB-OFDM-Symbolsignalen S(n) und R(n) von dem UWB-Sender
empfängt
(nicht gezeigt). Die MB-OFDM-Signale werden dem Frequenzmischer 330 eingespeist,
um das zentrale Frequenzsignal frequenzzuvermischen, das von dem
Frequenzsprunggenerator 320 erzeugt wird, um die Trägerwellen
zu entfernen und um den Realteil der MB-OFDM-Signale zu erhalten.
Die Ausgabe des Frequenzmischers 330 wird an den Analog/Digital-Wandler 340 gesendet, um
in digitale Signale umgewandelt zu werden. Der Symbolsequenz-Fensteradapter 350 empfängt die
Ausgabe aus dem Analog/Digital-Wandler 340, um die zero-padded
Vorsatz-Sequenz und die Schutzintervall-Sequenz zu entfernen. Der
Kanaleffektausläufer
wird an das vordere Ende des empfangenen Datensignals hinzugefügt, um das
hinzugefügte
empfangene Datensignal auszugeben. Das empfangene Signal besitzt
somit die kreisförmige
Wellencharakteristik.
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Das
empfangene Datensignal wird dem schnellen Fourier-Transformer
360 eingespeist,
um die Frequenz-Domäne-Transformation
auszuführen
und um eine Reihe des transformierten Signals Y(m) zu erhalten. Worin
ist.
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Gemäß den Formeln
(1) und (2) kann das entspreizte empfangene Datensignal X(m) durch
Einspeisung des transformierten Signals in das Zeit-Domäne-Entspreizungsgerät 370,
das Austauschen des Realteils und des Imaginärteils des transformierten
Signals und durch das invertierte Ausgeben des ausgetauschten Signals
X(m) = YQ(–m) + jYI(–m) erhalten
werden.
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Schlussendlich
wird das empfangene Datensignal an den Kanal-Equalizer 380 gesendet.
Der Kanal-Equalizer 380 kompensiert gewöhnlich den harmonischen Verlust,
der sich aus Interferenzen mit Nachbarsymbolen (intersymbol interference,
ISI) ergibt. Der Kanal-Equalizer 380 kompensiert die Amplitude
und die Verzögerung
des empfangenen Signals, um die Qualität des Sendekanals zu verbessern,
ohne die Leistung für
die Datenübertragung
und die Bandbreite des Kanals zu erhöhen.
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Die 4 ist
ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen der Paketfehlerrate (packet
error rate, PER) und dem Signal/Rausch-(Eb/No)-Verhältnis
zeigt. Durch Simulation in dem UWB-System mit der MB-OFDM-Übertragungsrate
von 200 Mbps kann das PER die Anforderung der Spezifikation des
UWB in den Umgebungen des hinzugefügten weißen Gauss'schen Rauschens (AWGN) und den UWB-Kanälen CM 1–4 erfüllen.
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Dementsprechend
verwendet die vorliegende Erfindung das einfache Verfahren und Gerät für Zeit-Domäne-Spreizung.
Das FFT des UWB wird an das Zeit-Domäne-Entspreizungsgerät gesendet, um den Realteil und
den Imaginärteil
der Daten auszutauschen und um die Ausgabesequenz der Daten zu verändern. Dementsprechend
kann die Komplexität
des Kompensationsmechanismus des UWB-Empfängers verringert werden und
die Signalfehler werden auch verringert.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter den Bedingungen von beispielhaften
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist sie nicht darauf beschränkt. Vielmehr
sollten die angefügten
Ansprüche
breit ausgelegt werden, um andere Varianten und Ausführungsformen
der Erfindung einzuschließen,
die von einem Fachmann gemacht werden können, ohne von dem Schutzumfang
und der Variationsbreite an Äquivalenten
der Erfindung abzuweichen.
