KR20090095490A

KR20090095490A - 차동 시공간 코딩 방법

Info

Publication number: KR20090095490A
Application number: KR1020090018140A
Authority: KR
Inventors: 챠디 아보우 르제이리
Original assignee: 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2009-09-09
Also published as: EP2099137A2; US8194775B2; JP2009232453A; US20090225809A1; CN101527619A; FR2928509A1; CN101527619B; FR2928509B1; EP2099137A3

Abstract

본 발명은 2, 4 또는 8 전송기 안테나들을 구비하는 펄스 UWB MIMO 시스템에 대해서, 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 2, 4 또는 8 정보 심볼들의 블록들을 차동 시공간 코딩하는 것에 관한 것이다. 제안된 차동 시공간 코드는 펄스들의 극성의 반전을 야기하지 않으면서도, 최대 다이버시티 및 단위 레이트를 제공한다. 또한, 발명은 채널 추정을 요구하지 않는 연관된 수신기 시스템뿐만 아니라, 상기 차동 시공간 코딩을 사용하는 2, 4, 또는 8 안테나들을 구비한 펄스 UWB 전송기 시스템에도 관한 것이다.

방사성 요소, UWB 전송기 시스템, 차동 시공간 코딩 방법, 2-PPM 변조 알파벳, 정보 심볼, 펄스 UWB 신호, PPM 변조 위치, 코드 행렬

Description

차동 시공간 코딩 방법{METHOD OF DIFFERENTIAL SPACE-TIME CODING}

본 발명은, 멀티-안테나 시스템, 특히 초광대역(Ultra-Wide Band;UWB) 통신에 사용하기 위한 시공간 코딩(space-time coding;STC) 분야에 관한 것이다.

멀티-안테나 유형의 무선(wireless) 통신 시스템들이 현 기술에서 잘 알려져 있다. 이들 시스템들은 복수의 전송기 및/또는 수신기 안테나들을 사용하며, 채택된 구성의 유형에 따라, 복수 입력 복수 출력(MIMO; Multiple Input Multiple Output), 복수 입력 단일 출력(MISO;Multiple Input Single Output) 또는 단일 입력 복수 출력(SIMO; Single Input Multiple Output)이라 불리운다. 다음에서는 위에 언급된 MIMO 및 MISO 변형예들을 포함하기 위해서 MIMO라는 한 용어를 채용할 것이다. 전송 및/또는 수신측에서 공간 다이버시티(diversity)의 사용은 이들 시스템들이 통상의 단일-안테나 시스템들(또는 SISO; 단일 입력 단일 출력)에 대한 것들보다 현저하게 더 큰 채널 용량들을 제공할 수 있게 한다. 이러한 공간 다이버시티는 일반적으로 시공간 코딩에 의한 시간 다이버시티에 의해 보충된다. 이러한 시공간에서, 전송될 정보 심볼은 몇개의 안테나들에 대해서 그리고 몇개의 전송 인스턴트들(instant)에 대해 코딩된다.

제 1 유형의 시공간 코드들은 공간 시간 블록 코딩(STBC; Space Time Block Coding) 코드 또는 블록 사용 코딩을 포함한다.

블록들에 의한 코딩을 사용하는 멀티-안테나 시스템에서, 전송될 한 블록의 정보 심볼들은 전송 심볼 행렬로 코딩되는데, 1차원(dimension)의 행렬은 안테나들의 수에 대응하며 다른 것은 연속적인 전송 인스턴트들에 대응한다.

도 1은 STBC 코딩을 사용하는 MIMO 전송기 시스템(100)의 개요도이다. 한 블록의 정보 심볼들 σ = (σ₁,...,σ _b ), 예를 들면 b 비트들의 2진 워드 또는 더 일반적으로는 M-ary 심볼들은 시공간 행렬로 코딩된다.

(1)

여기서, 코드의 계수들(c_t,p, t = 1,..,T; p = 1,..,P)은 일반적으로 정보 심볼에 따르는 복소수 계수들이며, P는 전송을 위해 사용되는 안테나들의 수이고, T는 코드의 시간 확장(temporal extension)을 나타내는 정수(whole number), 즉 채널의 사용들의 수 또는 PCU들(Per Channel Use)이다. 시공간 코드는 계수들 c_t,p가 실수이면 실수라 불리고, 정보 심볼들 σ을 시공간 행렬 C로 변환하는 코딩 함수가 선형이면 선형이라고 불린다.

도 1에서, 시공간 코더(coder)는 110으로 표기되었다. 채널 t의 사용의 각각의 인스턴트에서, 코더는 멀티플렉서(120)에 행렬 C의 t-번째 행 벡터를 공급한다. 멀티플렉서는 변조기들(130₁,...130_P)에 행 벡터의 계수들을 전송하며 변조된 신호들은 안테나들(140₁,...,140_P)에 의해 전송된다.

시공간 코드는 그 레이트(rate), 즉 채널 사용의 인스턴트 당(PCU) 전송하는 정보 심볼들의 수를 특징으로 한다. 코드는 단일 안테나(SISO) 사용을 위한 레이트보다 P배 더 크면 최대 레이트(full rate)라고 한다. 코드는 단일 안테나의 사용에 대응하는 것과 동일하다면 단위 레이트(unit rate)에 있다고 한다.

또한, 시공간 코드는 그 다이버시티를 특징으로 하고, 이것은 행렬 C의 랭크(rank)로 정의될 수 있다. 최대 다이버시티는 2개의 벡터들 S ₁ 및 S ₂에 각각 대응하는 임의의 2개의 코드 워드들 C ₁ 및 C ₂에 대해, 행렬 C ₁-C ₂가 최대(full) 랭크라면 얻어진다.

마지막으로, 시공간 코드는 서로 다른 코드 워드 사이의 최소 거리를 나타내는 상기 코드의 코딩 이득을 특징으로 한다. 이것은 다음처럼 정의될 수 있다.

(2)

또는, 등가적으로, 선형 코드에 대해서:

(3)

det(C)는 C의 행렬식(determinant)이고, C ^H 는 C의 전치된 공액 행렬이다. 정보 심볼 당 한 전송 에너지를 위해서, 코딩 이득은 제한된다. 시공간 코드의 코딩 이득이 높을수록, 페이딩(fading)에 대해 더 내성이 있게 될 것이다.

그러나, STBC 코드들의 디코딩은 일관성 있게 달성되는데, 이것은 일반적으로 수신에 관해 수행되는 채널의 추정, 즉 전송기 안테나와 수신기 안테나들간에 복소수 전파(propagation) 계수들의 행렬 H의 결정을 취한다. 이 채널 추정은 전송기 시스템에 의해 보내지는 파일럿 심볼들의 시퀀스들을 통해 가능해지고, 이것은 이에 따라 블록들의 정보 심볼들의 평균 페이로드를 감소시킨다. 또한, 이 추정은 낮은 신호 대 잡음 비 또는 급속 변동들을 나타내는 전송 채널의 경우에 빈번히 수행되어야 한다.

채널 추정을 수행해야만 하는 것을 피하기 위해서, 차동 시공간 코딩을 사용하기 위해 IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 18, No. 7, July 2000, pages 1169~1174에 공개된 V. Tarokh 등의 "A differential detection scheme for transmit diversity" 명칭의 논문에 제안되었다. 이러한 유형의 코딩은 Proc. Of Vehicular Technology Conference, Vol. 1, pages 410~414, Sept. 2002, pages 410~414.에 공개된 C. Gao 등의 "it error probability for space-time block codes with coherent and differential detection" 명칭의 논문에 행렬 형태로 등가적으로 기술되었다.

위에 언급된 논문들에 기술된 차동 시공간 코딩은 P=2 전송기 안테나들을 구비한 MISO 시스템 및 PSK 변조 성상도(constellation)에 속하는 정보 시스템들의 경우로 제한된다. 종래의 STBC 코딩과는 달리, 주어진 블록에 대한 차동 시공간 코드의 행렬은 블록 내 정보 심볼들뿐만 아니라 선행 블록에 대한 시공간 코드에 좌우된다. 보다 구체적으로, 연속한 블록들의 정보 심볼들을 k가 2개의 심볼 시간들 과 동일한 것인, 블록 시간에 대응하는 시간 지수인 σ _k 로 표기하면, 현재 블록 σ _k =(σ_2,k,σ_2,k)에 대한 코드 C _k 의 행렬은 순환(recurrence) 관계에 의해 주어진다.

C _k = S _k C _k-1 (4)

및, 초기 행렬 C ₀의 제공, 여기서

및

는 선행 블록 σ _k-1 에 대한 코드의 행렬에 대응한다.

r_k,1 및 r_k,2가 블록 σ _k 의 제 1 심볼 시간 및 제 2 심볼 시간 동안 수신기에 의해 수신된 신호들에 대응하는 스칼라 값들이고, 다음 행렬들이 구성된다면,

(5)

수신기는 전송된 심볼들을 다음을 사용하여 추정한다.

(6)

여기서 Tr(X)는 행렬 X의 트레이스(trace)이다.

식(6)에서 σ_1,k,σ_2,k의 추정은 전송 채널 행렬 H의 사용을 수반하지 않는 것에 유의한다.

도 2는 차동 시공간 코딩을 사용하는 MIMO 전송기 시스템(200)을 나타낸다. 시공간 코더(210)는 블록들의 정보 심벌 들(σk)을 수신하고, 각 블록 시간(τ_B)에 서 행렬 C _k 를 계산하고, 이 시간 간격에서 C _k 의 행 벡터를 각 시간-심볼(τ_S, 여기서 τ_B= 2τ_s)에서 멀티플렉서(230)에 전송한다. 지연 루프(225)는 순환(4)을 나타내기 위해 도시되었다. 지연 루프(225)는 블록 σ _k 의 코딩 동안에 행렬 C _k-1 을 제공하기 위해서 행 벡터들을 저장한다. 이전과 같이, 멀티플렉서(220)는 행 벡터의 계수들을 변조기(230₁, 230₂)에 전송한다. 이와 같이 하여 변조된 신호들은 안테나들(240₂, 240₂)에 의해 전송된다.

다른 전기통신 분야가 최근에 상당한 연구의 주제였다. 이것은 특히 장래에 무선 개인 네트워크들(WPAN)의 개발에서 역할을 할 것으로 기대되는, UWB 전기통신 시스템들을 수반한다. 이들 시스템들의 구체적인 특성은 이들이 초광대역 신호들을 가진 기저대에서 직접 동작한다는 것이다. 일반적으로 UWB 신호라는 것은 2002년 2월 14일에 FCC 규제에서 규정되고 2005년 3월에 개정된 스펙트럼 마스크에 따르는 신호, 즉 근본적으로 3.1 내지 10.6 GHz의 스펙트럼 대역이고 -10dB에서 적어도 500 MHz의 대역폭을 나타내는 신호이다. 실제로, 2가지 유형들의 UWB 신호들로서, 복수-대역 OFDM(MB-OFDM) 및 펄스-유형의 UWB 신호들이 알려져 있다. 후자만이 이하 고찰될 것이다.

펄스 UWB 신호는 전형적으로 한 프레임 내에 분포된 몇백 피코초 정도의 매우 짧은 펄스들로 구성된다. 복수-액세스 상호간섭(MAI; Multiple Access Interference)을 감소시키기 위해서, 구별되는 시간-호핑 코드(TH; time-hopping) 가 각 사용자에게 할당된다. 사용자 k에 의해 발행된 또는 이에 보내진 신호는 다음 형태로 씌여질 수 있다.

(7)

w는 기본(elementary) 펄스 형태이고, T_c는 칩(chip) 시간이고, T_s는 기본 간격의 기간이며, N_s = N_cT_c이고, N_c는 간격 내 칩들의 수이며, 총 프레임은 기간 T_f = N_sT_s이며, N_s는 프레임 내 간격들의 수이다. 기본 펄스의 기간은 칩 시간 미만이 되게 선택된다. 즉 T_w ≤ T_c이다. n=0,...,N_s-1에 대한 시퀀스 c_k(n)는 사용자 k의 시간 호핑 코드를 정의한다. 시간 호프들(hop)의 시퀀스들은 서로 다른 사용자들의 시간 호핑 시퀀스들에 속하는 펄스들 간에 충돌 수를 최소화하기 위해 선택된다.

사용자 k에 연관된 TH-UWB 신호가 도 3a에 나타나 있다. 주어진 정보 심볼을 사용자 k로부터 또는 이에 전송하기 위해서, TH-UWB 신호는 일반적으로 위치 변조를 사용하여 변조되는데, 즉, 변조된 신호에 대해서:

(8)이며,

여기서, ε는 칩 시간보다 현저하게 작은 변조 지연(디터(dither))이며, μ_k∈{0,..., M-1}는 심볼의 M-ary PPM 위치이다.

대안적으로, 정보 심볼들은 진폭 변조(PAM)를 사용하여 전송될 수 있다. 이 경우, 변조된 신호는 다음으로서 주어질 수 있다.

(9)

여기서 m' = 1,..., M'인 a^(k)= 2m'-1-M'은 PAM 변조의 M'-ary 심볼이다. 예를 들면 BPSK(M'=2) 변조가 사용될 수도 있을 것이다.

PPM 및 PAM 변조들은 복합 M.M'-ary 변조로 결합될 수도 있다. 변조된 신호는 다음 일반적인 형태를 갖는다.

(10)

여기서,

요소들은 기본적인 Q = M.M'의 M-PPM-M'-PAM 변조 알파벳 내 요소들이다. 이 알파벳은 도 4에 나타내었다. M 시간 위치들의 각각에 대해서, M' 변조 진폭들이 가능하다. 이 알파벳으로부터 심볼 (μ,a)는 시퀀스 a_m, m=0,...,M-1로 표현될 수 있고 a_m=δ(m-μ)a이고, 여기서 μ는 PPM 변조의 위치이고, a는 M'-PAM 알파벳의 성분이며 δ(.)는 디락(Dirac) 분포이다.

시간-호핑 코드들을 사용하여 여러 사용자들을 분리하는 대신에, 이들은 직교 코드들, 예를 들면 DS-CDMA에서와 같이 아다마드(Hadamard) 코드들을 사용하여 분리될 수도 있다. 이것은 DS-UWB(직접 확산 UWB)로서 알려져 있다. 이 경우, (7)에 대응하여, 비-변조된 신호에 대한 표현은 다음과 같다.

(11)

여기서,

, n=0,..., N_s-1은 사용자 k에 대한 스펙트럼 확산 시퀀스이다. 식(11)은 통상의 DS-CDMA 신호의 식과 유사함을 알 수 있다. 이것은 칩들이 전체 프레임을 점유하지 않으나 간격 T_s에서 확산한다는 사실에 의해 그와 다르다. 사용자 k에 연관된 DS-UWB 신호가 도 3b에 나타나 있다.

전처럼, 정보 심볼들은 PPM 진폭 변조를 사용하여 전송될 수 있다. TH-UWB 신호(8)에 대응하는 위치 변조된 DS-UWB 신호는 동일 표기를 유지하여, 다음처럼 표현될 수 있다.

(12)

마지막으로, 여러 사용자들에게 복수의 액세스를 제공하기 위해서 시간 호핑 및 스펙트럼 확산 코드들을 결합하는 것이 공지되어 있다. 이에 따라 TH-DS-UWB 펄스 UWB 신호가 얻어지며, 이의 일반적인 형태는 다음과 같다.

(13)

사용자 k에 연관된 TH-DS-UWB 신호를 도 3c에 나타내었다. 이 신호는 자체가 (10)에서처럼, M-PPM-M'-PAM 변조를 사용하여 변조될 수 있다. 그러므로, 변조된 신호에 대해 다음이 얻어진다.

(14)

MIMO 시스템들에서 UWB 신호의 사용이 현 기술에 공지되어 있다. 이 경우, 각각의 안테나는 정보 심볼 또는 한 블록의 이러한 심볼들(STBC)의 함수로서 변조된 UWB 신호를 전송한다.

Proc. of IEEE Conference on Ultra-Wide Band, Zurich, Sept. 2005, pages 248-253에 공개된 C. Abou-Rjeily 등의 "differential space-time ultra-wideband communications" 명칭의 논문에서, 2개의 전송기 안테나들을 사용하는 MIMO 시스템에서 UWB 신호들을 변조하기 위해 차동 시공간 코드를 사용하는 것이 제안되었다. 정보 심볼들은 M-PPM-M'-PAM 변조 알파벳에 속한다. 한 블록의 이러한 심볼들을 σ _k,1 =s_k,1 v(d_k,1), σ _k,2 =s_k,2 v(d_k,2)인 σ _k =(σ _k,1 ,σ _k,2 )이라 하면, v(d_k,1),v(d_k,2)은 성분들이 각각 δ(m-d_k,1), m=0,...,M-1 및 δ(m-d_k,2), m=0,...,M-1인 차원 M의 벡터들이고, 여기서 δ는 디락 심볼이다. 시공간 코드는 크기 2M x 2의 행렬에 의해 정의된다.

(15)

여기서, v(μ_k,1) 및 v(μ_k,2)는 차원 M의 벡터들이고, 이의 각각의 성분들은 δ(m-d_k,1), m=0,...,M-1 및 δ(m-d_k,2), m=0,...,M-1이다. 코드의 행렬 C _k 는 순환 관계들을 사용하여 계산된다.

A _k = S _k A _k-1 (16)

μ_k,i= d_k,i+ μ_k-1,i mod M (17)

여기서, mod M은 모듈로(modulo) M 연산을 나타내며

(18)

이다.

시공간 코드(15)의 요소들은 각각의 진폭들이 순환 관계(16), 및 순환 관계(17)에 의한 이들의 각각의 PPM 위치들에 의해 주어지는 심볼들이다.

변조 알파벳 M-PPM에 속하는 정보 심볼들인 특별한 경우에, 즉 M'= 0에 있어서, 행렬들(18)에서 일어나는 부호 반전들(sign inversion)의 결과는, 시공간 코드의 요소들이 음의 진폭들을 가질 수 있어서, M-PPM 알파벳에 속하지 않는다는 것이다. 이 결과는 시공간 코드에 의해 변조된 UWB 신호들이 부호(signed) 펄스들을 내포한다는 것이다. 이들 펄스들의 매우 짧은 기간 및 따라서 매우 넓은 UWB 펄스 신호 대역이 주어진 경우, 수신시 위상 정보 아이템을 복구하는 것, 및 특히 부호 반전을 검출하는 것은 과도하게 어렵다. 또한, 어떤 MIMO 시스템들은 전혀는 아닐지라도 부호 펄스들의 전송에 그다지 적합하지 않다. 예를 들면, 광학 UWB MIMO 시스템들은 당연히 부호 정보가 결여된 TH-UWB 광 세기 신호들만을 전송한다.

그러므로 본 발명의 목적은, 부호 펄스들의 전송에 의존하지 않는 펄스 UWB 신호들을 사용하는 MIMO 시스템을 위한 차동 시공간 코드를 제안하는 것이다. 본 발명의 부차적인 목적은, 연관된 수신기 시스템뿐만 아니라, 상기 시공간 코드를 사용하는 UWB MIMO 전송기 시스템을 제안하는 것이다.

제 1 실시예에 따라서, 발명은 2개의 방사성(radiactive) 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템을 위한 차동 시공간 코딩 프로세스에 의해 정의되며, 여기서 상기 절차는 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k =(s _k,1 ,s _k,2 )의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 2개의 벡터들로 코딩하며, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응한다. 상기 벡터들은 코드 행렬의 원소들로부터 얻어진다.

이고,

여기서,

,

, u₁ = (1 1), ⓧ는 크로넥커 곱(Kronecker product)이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널(null) 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고, 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열이다.

제 2 실시예에 따라서, 발명은 4개의 방사성 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템을 위한 차동 시공간 코딩 프로세스에 의해 정의되며, 여기서 상기 절차는 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 )의 4개의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 4개의 벡터들로 코딩하며, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응한다. 상기 벡터들은 코드 행렬의 원소들로부터 얻어진다.

여기서,

,

, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 한 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열이다.

제 3 실시예에 따라서, 발명은 8개의 방사성 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템을 위한 차동 시공간 코딩 프로세스에 의해 정의되며, 여기서 상기 절차는 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 , s _k,5 , s _k,6 , s _k,7 , s _k,8 )의 8개의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 8개의 벡터들로 코딩하며, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응한다. 상기 벡터들은 코드 행렬의 원소들로부터 얻어진다.

여기서,

,

, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 한 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록 의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

또한, 발명은 제 1 실시예에 따른 절차를 구현하기 위해, 2개의 방사성 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템에 관한 것이다. 이 전송기 시스템은,

- 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 2개의 벡터들에서, 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 )의 2개의 정보 심볼들을 코딩하는 코딩수단으로서, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하고, 상기 코딩 수단은 상기 벡터들을 코드 행렬의 원소들로부터 얻는 것으로,

이고,

,

, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인 것인, 상기 코딩 수단;

- 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 2개의 변조기들로서, 각각의 변조기는 상기 방사성 요소 그리고 채널의 상기 사용에 연관된 벡터의 성분들을 사용함으로써, 전송 채널의 사용 동안에, 방사성 요소에 연관되고 상기 신호 위치를 변조하는 것인, 상기 2개의 변조기들을

포함하고,

- 각각의 방사성 요소는 이와 같이 하여 상기 연관된 변조기에 의해 변조된 신호를 전송하기에 적합하다.

또한, 본 발명은, 제 2 실시예에 따른 절차를 구현하기 위해 4개의 방사성 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템에 관한 것이다. 이 전송기 시스템은,

- 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 4개의 벡터들에서, 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 )의 4개의 정보 심볼들을 코딩하는 코딩 수단으로서, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하고, 상기 코딩 수단은 상기 벡터들을 코드 행렬의 원소들로부터 얻으며,

이고,

여기서,

,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인 것인, 상기 코딩수단;

- 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 4개의 변조기들로서, 각각의 변조기는 상기 방사성 요소 그리고 채널의 상기 사용에 연관된 벡터의 성분들을 사용함으로써, 전송 채널의 사용 동안에, 방사성 요소에 연관되고 상기 신호 위치를 변조하는 것인, 상기 4개의 변조기들을

포함하고,

또한, 발명은 제 3 실시예에 따른 공정을 구현하기 위해서 8개의 방사성 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템에 관한 것이다. 이 전송기 시스템은,

- 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 8개의 벡터들에서, 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 , s _k,5 , s _k,6 , s _k,7 , s _k,8 )의 8개의 정보 심볼들을 코딩하기 위한 코딩수단으로서, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사 성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하고, 상기 코딩수단은 상기 벡터들을 코드 행렬의 원소들로부터 얻어지며,

이고,

여기서,

,

이고,

- 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 8개의 변조기들로서, 각각의 변조기는 상기 방사성 요소 그리고 채널의 상기 사용에 연관된 벡터의 성분들을 사용함으로써, 전송 채널의 사용 동안에, 방사성 요소에 연관되고 상기 신호 위치를 변조하는 것인, 상기 8개의 변조기들을

포함하고,

제 1 변형예에 따라서, 전송기 시스템의 방사성 요소들은 UWB 안테나들이다. 제 2 변형예에 따라서, 전송기 시스템의 방사성 요소들은 레이저 다이오드들 또는 전장발광 다이오드들이다.

상기 펄스 신호는 TH-UWB 신호, DS-UWB 신호 또는 TH-DS-UWB 신호일 수 있다.

마지막으로 발명은 위에 정의된 바와 같은 전송기 시스템에 의해 전송되는 펄스 UWB 신호를 수신하게 의도된 복수(Q')의 센서들로 구성된 UWB 수신기 시스템에 관한 것으로, 이 시스템에서,

- 각각의 센서는 복수(L)의 핑거들(finger)을 포함하는 레이크(Rake) 필터에 접속되며, 각각의 핑거는 이 센서에 연관된 전파 채널의 다중-경로에 대응하며, 여기서 각각의 핑거 q = 1,..,Q'L은 k 번째 블록 시간의 i 번째 심볼 시간 동안 m 번째 변조 위치에 대해, 판정 변수 값 y_k,i,q,m을 제공한다.

- 상기 판정 변수 값들을 수신하며, 다음을 계산하는 계산 모듈:

. 각각의 블록 시간 k 그리고 각각의 심볼 시간 i=1,..., P에 대해서,

에 의해 정의되는 행 벡터 Y _k,i , 여기서 e _q 는 크기 Q x Q의 단위(identity) 행렬 I _Q 의 q번째 행 벡터이며;

. 각각의 블록 시간 k에 대해서, 크기 P x 2QP의 행렬 Y _k , 여기서 P는 다음에 의해 정의되는, 전송기 시스템의 안테나들의 수:

P = 2이면,

P = 4이면,

P = 8이면,

여기서, Ω _Q 는 Ω _Q = Ω ⓧ I _Q 에 의해 주어지는 행렬이며 I _Q 는 크기 Q x Q의 단위 행렬이며 Ω는 2개의 PPM 변조 위치들의 순열 행렬이며,

- 다음에 의해서 블록 시간 동안 전송된 P 정보 심볼들을 추정하는 검출 모듈,

, 여기서 ⓧ는 크로넥커 곱이며,

P = 2이면, S _k 는

에 의해 주어지며,

P = 4이면, S _k 는

에 의해 주어지며,

P = 8이면, S _k 는

에 의해 주어지며,

여기서, s _k,1 , s _k,2 ,...,s _k,P 는 가능한 2-PPM 정보 심볼들이다.

제 1 변형예에 따라서, 센서들은 UWB 안테나들이다. 제 2 변형예에 따라서, 센서들은 광(photo)-검출기들이다.

본 발명은, 2, 4 또는 8 전송기 안테나들을 구비하는 펄스 UWB MIMO 시스템 에 대해서, 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 2, 4 또는 8 정보 심볼들의 블록들을 차동 시공간 코딩하는 것에 관한 것이다. 제안된 차동 시공간 코드는 펄스들의 극성의 반전을 야기하지 않으면서도, 최대 다이버시티 및 단위 레이트를 제공한다. 또한, 발명은 채널 추정을 요구하지 않는 연관된 수신기 시스템뿐만 아니라, 상기 차동 시공간 코딩을 사용하는 2, 4, 또는 8 안테나들을 구비한 펄스 UWB 전송기 시스템에도 관한 것이다.

발명의 근간을 이루는 기본적인 생각은 2진 PPM으로서도 알려진, 2-PPM 알파벳에 속하는 정보 심볼들의 변조 위치들에 작용하는 순열 연산자(permutation operator)를 통해 코딩 다이버시티가 얻어지는 차동 시공간 코드를 설계하는 것이다.

다음에서 P 전송기 안테나들, 그리고 보다 일반적으로는 P 방사성 요소들을 사용하는 펄스 UWB 전송기 시스템이 고찰될 것이다. 시스템에 의해 사용되는 시공간 코드는 차원 P x 2P의 다음 행렬에 의해 정의된다.

P = 2에 대해서:

(19)

P = 4에 대해서:

(20)

P = 8에 대해서:

(21)

여기서, c _k,1 , i=1,...,P는 차원 2의 행 벡터들이고 Ω은 순열 행렬이다.

(22)

차동 시공간 코드 C _k 의 행렬은 순환 관계를 통해 얻어진다.

(23)

여기서, S _k 는 정보 심볼들 u ₁ =(1 1)에만 좌우되는 크기 2P x 2P의 행렬이며, ⓧ는 크로넥커 곱이며 sgn(X)는 원소 x에 대해서 x의 부호를 주는 행렬로서, x > 0이면 sgn(x) = -1이고 x < 0이면 sgn(0) = 0이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬로서, 즉 X가 크기 P x 2P의 행렬이면 Min(X)는 원소들이 다음과 같은 것인 크기 P x P의 행렬에 의해 정의되며,

(24)

X는 크기 1 x 2의 P² 행렬들 x _i,j = (x_i,j,1x_i,j,2)로 구성되는 블록 행렬로서 간주된다.

예를 들면, 행렬

이면, x _1,1 =(0 1); x _1,2 =(-1 7); x _2,1 =(4 1);σ x _2,2 =(2 3),

이며, 따라서,

및

이다.

행렬 S _k 는 한 블록의 정보 심볼들 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 ,..., s _k,P )의 함수이며 여기서 s _k,P = (s _k,p,1 s _k,p,2 )는 제 1 변조 위치들에 대응하는 (1 0)과, 그리고 제 2 변조 위치에 대응하는 (0 1)과 동일한 심볼 2-PPM이다.

P = 2에 대해서, 블록 σ _k 는 2개의 2-PPM 심볼들로 구성되며 S _k 는 다음에 의해 주어지는 크기 4 x 4의 행렬이다.

(25)

P = 4에 대해서, 블록 σ _k 는 4개의 2-PPM 심볼들로 구성되고 S _k 는 다음에 의해 주어진 크기 8 x 8의 행렬이다.

(26)

P = 8에 대해서, 블록 σ _k 는 8개의 2-PPM 심볼들로 구성되고 S _k 는 다음에 의해 주어진 크기 16 x 16의 행렬이다.

(27)

순환 관계식(23)을 초기화하는 행렬 C ₀ 는 c _k,1 ,..., c _k,P 에 대해서 2-PPM 심볼들의 값들로서, 예를 들면 c _k,1 = c _k,2 = ...= c _k,P = (1 0)을 선택함으로써 식(19), (20) 또는 (21)에 의해 주어질 수 있다. 그러나, 당업자에게, c _k,1 ,...c _k,P 의 다른 값들도 똑같이 생각되어질 수 있을 것임이 명백할 것이다.

행렬 C _k 가 형태 (10), (20) 또는 (21)이고 S _k 가 각각 형태 (25), (26) 또는 (27)이라면, 순환 관계식 (21)에 의해 얻어지는 행렬 C _k,1 은 다시 형태 (19), (20) 또는 (21)임을 알 수 있다. 또한, 행렬

의 원소들이 행렬

의 원소들보다 크거나 같다고 할 때, (23)에 의해 주어지는 행렬 C _k 은 0과 1로 구성된다. 즉, 차동 시공간 코드 C _k 는 변조된 신호 펄스들의 극성(polarity)의 반전을 야기하지도, 이들 펄스들의 증폭도 야기하지 않는다.

시공간 코드 C _k 는 채널의 P 사용들 동안 P 정보 심볼들이 전송되기 때문에 단위 레이트를 갖는다. 또한, 이것이 최대 다이버시티임이 증명될 수 있다.

일반적으로, 행들(여기에서 행이라는 용어는 한 행의 벡터들 1 x 2를 말한다) 및/또는 식들 (19), (20), (21)에서 C _k 의 컬럼들에 관한 어떠한 순열이든 발명에 따른 시공간 코드이며, 행들에 관한 순열은 채널의 사용의 인스턴트들(PCU들)의 순열과 같으며 컬럼들의 순열은 전송 안테나들의 순열과 같다.

예시로서, 예를 들면 P = 2에 대해서, 행렬 C _k 가 전개될 수 있다.

(28)

c_k,1,1et c_k,1,2, c_k,1,1 및 c_k,1,2는 k번째 블록 시간의 제 1 심볼 시간(또는 제 1 PCU)에 대해서 그리고 제 1 안테나에 대해서 제 1 및 제 2 변조 위치들에서 펄스들의 진폭들에 각각 대응한다. c_k,2,1 및 c_k,2,2는 k번째 블록 시간의 제 1 심볼 시간들에 대해서 그리고 제 2 안테나에 대해서 제 1 및 제 2 변조 위치들에서 펄스들의 진폭들에 각각 대응한다. k번째 블록 시간의 제 2 심볼 시간(또는 제 2 PCU) 동안에, 제 1 안테나는 제 1 및 제 2 변조 위치들에 대해 각각의 진폭들 c_k,2,2 및 c_k,2,1의 펄스들을 연속적으로 전송하며 반면 이 시간 동안에 제 2 안테나는 동일 변조 위치들에 대해서 각각 진폭 c_k,1,1 및 c_k,1,2의 펄스들을 연속적으로 전송한다.

여기에서는 시스템이 (7)에 정의된 바와 같이, TH-UWB 신호를 사용하는 것으로 가정될 것이다. 차동 시공간 코드는 이 신호를 변조하며 변조된 신호는 채널의 2번의 연속한 사용들(PCU들) 동안 전송된다. 즉, 한 블록의 2-PPM 심볼들 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 )이다. 채널의 제 1 사용 동안에, 제 1 안테나는 제 1 프레임을 전송한다. 즉, (8)의 표기를 사용하여:

(29)

여기서 0 및 ε는 2개의 변조 위치들에 대응하며, 제 2 안테나는 동시에 제 1 프레임을 전송한다:

(30)

채널의 제 2 사용 동안에, 제 1 안테나는 제 2 프레임을 전송한다.

(31)

그리고 제 2 안테나는 동시에 제 2 프레임을 전송한다.

(32)

위에 보인 바와 같이, c_k,1,1, c_k,1,2, c_k,2,1, c_k,2,2는 0 또는 1과 같은 값들이며 결국 극성 반전도 펄스 증폭도 야기하지 않는다. 이 시공간 코드는 초광대역 신호의 변조에 적합하다.

식(9)에 따라 DS-UWB 신호를 사용하거나 또는 TH-UWB 신호 대신에 식(10)에 따른 DS-TH-UWB 신호를 사용해서 유사한 표현식들이 얻어질 것임이 당업자에게 명백할 것이다.

도 5는 발명의 제 1 실시예에 따른 차동 시공간 코드를 사용하여 멀티-안테나 전송기 시스템을 나타낸다. 이 실시예에서, P = 2 및 시공간 코드는 (19)에 의해 주어진다.

시스템(500)은 2 정보 심볼들의 블록들 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 )을 수신하며 여기서 s _k,1 , s _k,2 은 2-PPM 심볼들이다. 일반적으로, 시스템(500)은 2비트의 워드들을 수신하며, 1비트의 값은 PPM 위치를 주며, 예를 들면 0은 제 1 PPM 위치에 대응하고 1은 제 2 PPM 위치에 대응한다.

한 블록의 정보 신호들 σ _k = (s _k,1 , s _k,2 )은 차동 시공간 엔코더(510)에서 코딩 동작이 받는다. 보다 정밀하게 코더(510)는 우선 첫째로 (25)를 사용하여 행렬 S _k 의 원소들을 결정하며, 이어서 순환 관계식(23)을 사용하여 S _k 및 C _k-1 로부터 행렬 C _k 를 계산한다. 행렬 C _k-1 의 계수들은 지연 요소(525)에 저장되며 따라서 이들은 블록 σ _k 의 코딩 동안 사용될 수 있다.

C _k 의 제 1 행의 2개의 1 x 2 행 벡터들, 즉 (c_k,1,1 c_k,1,2), (c_k,1,1 c_k,1,2)는 (29) 및 (30)에 따라 제 1 프레임을 생성하기 위해서 멀티플렉서(520)를 통해 UWB 변조기들(530₁, 530₂)에 각각 전송되며, 이어서 C _k 의 제 2 행의 C _k 의 제 1 행의 2개 의 1 x 2 행 벡터들, 즉 (c_k,2,2 c_k,2,1), (c_k,1,1 c_k,1,2)는 (31) 및 (32)에 따라 제 2 프레임을 생성하기 위해서 전송된다. 이러한 식으로 변조된 펄스 UWB 신호들은 이어서 방사성 요소들(540₁, 540₂)에 전송된다. 이들 방사성 요소들은 UWB 안테나들, 또는 예를 들면 적외 필드에서 동작하는, 전자-광학 변조기들에 연관된 레이저 다이오드들 또는 전장발광 다이오드들일 수 있다.

도 5에 도시된 시스템에 의해 전송되는 UWB 신호들은 발명에 따른 모노(mono)-안테나 또는 멀티-안테나 수신기에 의해 취급될 수 있고, 이는 도 6을 참조하여 기술될 것이다.

수신기(600)는 Q' 센서들(610), 예를 들면 Q' 광-수신기들, 또는 여기 나타낸 바와 같이 Q' UWB 수신기 안테나들을 포함한다. 각각의 안테나(또는 센서)는 이 안테나에 관계된 전파 채널의 L 다중 경로들에 따르게 하기 위한 L 핑거들을 가진 레이크 필터(620)에 접속된다. 레이크 필터 핑거들로부터 출력되는 Q = Q'L 판정 변수들이 계산 모듈(630)에 공급된다. 주어진 안테나 q' = 1,...,Q' 및 경로 l = 1,...,L에 대해서, y_k,i,q,m은 k번째 블록 시간의 i번째 심볼 시간 동안 m번째 변조 위치에 대한 판정 변수이며, q = (q'-1)L +

이다.

계산 모듈(630)은 먼저, 각각의 블록 시간 k 및 각각의 심볼 시간 i = 1,...,P에 대해서, 크기 1 x 2Q의 행 벡터들 Y _k,i 의 성분들은 다음에 의해 정의된다.

(33)

여기서 e _q 는 크기 Q x Q의 단위 행렬 I _Q 의 q번째 행 벡터로서 정의되는 크기 Q의 행 벡터, 즉 e _q = (δ_jq )_j=1,..,Q이며, j = q이면 δ_jq= 1이고 그렇지 않으면 δ_jq= 0이다.

계산 모듈(630)은 다음에 의해 정의되는 크기 P x 2QP의 행렬 Y _k 를 구성한다.

P = 2이면,

(34)

P = 4이면,

(35)

P = 8이면,

(36)

여기서 Ω _Q 는 Ω _Q =ΩⓧI _Q 에 의해 주어지는 행렬이며 I _Q 는 크기 Q x Q의 단위 행렬이며 Ω는 (20)에 의해 정의되는 순열 행렬이다.

각각의 블록 시간 k에서, 계산 모듈(630)은 행렬 원소들 Y _k,i , i=1,..., P 및 Y _k 를 검출 모듈(640)에 전송한다. 검출 모듈은 다음 판정을 사용하여 블록 σ _k 의 심볼들 s _k,1 , s _k,2 ,.., s _k,P 을 추정한다.

(37)

여기서

는 Y _k 의 전치이며 S _k 는 P의 값에 따라 (25), (26), 또는 (27)에 의해 정의된다.

식들 (33) 내지 (27) 중 어느 것도 전파 채널 추정을 사용함을 알 수 있고, 시공간 코드의 디코딩은 판정 변수 값들 y_k,i,q,m을 사용함으로써만 달성된다.

도 7a는 전파 채널은 펄스들간에 상호간섭을 야기하지 않는 것으로, 발명에 따른 시공간 코딩을 사용하는 UWB MIMO 시스템에 대한 신호 대 잡음 비(SNR)의 함수로서 2진 오류 레이트 곡선들(BER)을 도시한 것이다. 2개의 PMM 위치들간에 분리는 UWB 채널의 시간 확산(100ns 미만)보다 큰 100ns이다. 레이크 필터들은 차수 L = 5이다.

2개의 전송 안테나들 (2 x 1)을 구비하는 MISO 시스템에 대해서, 그리고 4개의 전송기 안테나들 (4 x 1)을 구비하는 MISO 시스템에 대한 오류 레이트 곡선들(720, 730)이 도시되었다. 비교로서, 종래의 모노-안테나 시스템 (1 x 1)에 대한 오류 레이트 곡선이 710으로 도시되어 있다. 종래의 모노-안테나 시스템에 대한 BER 이득은 두 경우들에서 알 수 있다.

도 7b는 펄스들간에 상호간섭을 야기하는 전파 채널을 갖고, 발명에 따른 시공간 코딩을 사용하는 UWB MIMO 시스템에 대한 신호 대 잡음 비(SNR)의 함수로서 2진 오류 레이트 곡선들(BER)을 도시한 것이다. 2개의 PMM 위치들 간에 분리는 5ns이며, UWB 채널의 시간 확산(100 ns 미만)보다 작다. 레이크 필터들은 차수 L = 5이다.

2개의 전송기 안테나들 (2 x 1)를 구비하는 MISO 시스템에 대해서, 그리고 2개의 전송기 안테나들 및 2개의 수신기 안테나들 (2 x 2)를 구비하는 MISO 시스템에 대한 오류 레이트 곡선들(725, 735)이 도시되었다. 비교로서, 종래의 모노-안테나 시스템 (1 x 1)에 대한 오류 레이트 곡선이 715로 도시되어 있다. 또한, 이 경우에 종래의 모노-안테나에 대한 BER 이득이 얻어지는 것도 알 수 있다.

도 1은, 현 기술로부터 공지된 STBC 코드를 사용하는 MIMO 전송기 시스템의 개요도.

도 2는, 현 기술로부터 공지된 차동 시공간 코드를 사용한 MIMO 전송기 시스템의 개요도.

도 3a 내지 도 3c는, TH-UWB, DS-UWB, 및 TH-DS-UWB 신호 형태들을 나태는 도면.

도 4는, M-PPM-M'-PPM 변조 알파벳을 나타낸 도면.

도 5는, 발명의 일 실시예에 따른 멀티-안테나 UWB 전송기 시스템의 개요도.

도 6은, 발명의 일 실시예에 따른 수신기 시스템의 개요도.

도 7a 및 도 7b는, 펄스들간에 상호간섭의 유무 각각에서, 발명에 따른 펄스 UWB MIMO 시스템의 신호 대 잡음 비의 함수로서 2진 오류 레이트 곡선도.

Claims

2개의 방사성(radiactive) 요소들을 구비하는 UWB 전송기 시스템에 대한 차동 시공간 코딩 방법에서, 상기 방법은 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k =(s _k,1 , s _k,2 )의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 2개의 벡터들로 코딩하며, 벡터의 상기 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하는 것으로, 상기 벡터들은 다음 코드 행렬의 원소들로부터 얻어지는 것으로서,

이고,

여기서,
,
, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱(Kronecker product)이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널(null) 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 한 행의 행렬 X의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열(permutation) 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인 것을 특징으로 하는, 차동 시공간 코딩 방법.
4개의 방사성 요소들을 구비하는 UWB 전송기 시스템용 차동 시공간 코딩 방법으로서,

상기 방법은 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k =(s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 )의 4개의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 4개의 벡터들로 코딩하며, 벡터의 상기 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하는 것으로, 상기 벡터들은 다음 코드 행렬의 원소들로부터 얻어지는 것으로서,

이며,

여기서,
,
, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 한 행의 행렬 X의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록 의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인 것을 특징으로 하는, 차동 시공간 코딩 방법.
8개의 방사성 요소들을 구비하는 UWB 전송기 시스템용 차동 시공간 코딩 방법으로서,

상기 방법은 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k =(s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 , s _k,5 , s _k,6 , s _k,7 , s _k,8 )의 8개의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 8개의 벡터들로 코딩하며, 벡터의 상기 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하며 상기 벡터들은 다음 코드 행렬의 원소들로부터 얻어지는 것으로서,

여기서,
,
, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 한 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 의 행은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이 내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인 것을 특징으로 하는, 차동 시공간 코딩 방법.
2개의 방사성 요소들(540₁, 540₂)을 구비한 UWB 전송기 시스템에 있어서,

- 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k =(s _k,1 , s _k,2 )의 2개의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 2개의 벡터들로 코딩하는 코딩수단(510)으로서, 벡터의 상기 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하고, 상기 코딩 수단은 상기 벡터들을 다음 코드 행렬의 원소들로부터 얻는 것으로서,

이고,

여기서,
,
, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 상기 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인 것인, 상기 코딩 수단;

- 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 2개의 변조기들(530₁, 530₂)로서, 각각의 변조기는 방사성 요소 그리고 채널의 사용에 연관된 벡터의 성분들을 사용함으로써, 전송 채널의 사용 동안에, 방사성 요소에 연관되고 상기 신호 위치를 변조하는 것인, 상기 2개의 변조기들을

포함하고,

- 각각의 방사성 요소(540₁, 540₂)는 이와 같이 하여 상기 연관된 변조기에 의해 변조된 신호를 전송하기에 적합한, UWB 전송기 시스템.
4개의 방사성 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템에 있어서,

- 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k =(s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 )의 4개의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 4개의 벡터들로 코딩하는 코딩 수단(510)으로서, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하고, 상기 코딩 수단은 상기 벡터들을 다음 코드 행렬의 원소들로부터 얻는 것으로서,

이고,

여기서,
,
, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 한 행의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 상기 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인, 상기 코딩수단;

- 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 4개의 변조기들로서, 각각의 변조기는 방사성 요소 그리고 채널의 사용에 연관된 벡터의 성분들을 사용함으로써, 전송 채널의 사용 동안에, 방사성 요소에 연관되고 상기 신호 위치를 변조하는 것인, 상기 4개의 변조기들을

포함하고,

- 각각의 방사성 요소는 이와 같이 하여 상기 연관된 변조기에 의해 변조된 신호를 전송하기에 적합한, UWB 전송기 시스템.
8개의 방사성 요소들을 구비한 UWB 전송기 시스템에 있어서,

- 2-PPM 변조 알파벳에 속하는 한 블록 σ _k =(s _k,1 , s _k,2 , s _k,3 , s _k,4 , s _k,5 , s _k,6 , s _k,7 , s _k,8 )의 8개의 정보 심볼들을 2개의 성분들을 가진 한 시퀀스의 8개의 벡터들로 코딩하기 위한 코딩수단으로서, 벡터의 성분들은 상기 시스템의 주어진 방사성 요소 및 주어진 전송 채널 사용을 위해 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 것이며, 각 성분은 하나의 PPM 변조 위치에 대응하고, 상기 코딩수단은 상기 벡터들을 다음 코드 행렬의 원소들로부터 얻어지는 것으로,

이고,

여기서,
,
, u₁ = (1 1)이고, ⓧ는 크로넥커 곱이고, sgn(X)는 X의 원소들의 부호 값들을 주는 행렬이며, 원소가 음이거나 널 값이거나 양이면 부호 값은 각각 -1, 0, 1이고, Min(X)는 원소들이 행렬 X의 한 행 의 2개의 연속한 원소들 중 더 낮은 값들을 주는 행렬이며, C _k-1 은 이전의 한 블록의 정보 심볼들에 대한 코드 행렬이며,

이고,

한 행의 행렬 C _k 은 전송 채널의 사용에 대응하고 한 컬럼의 행렬은 방사성 요소에 대응하며, 여기서 상기 행렬 C _k 는 이의 행들 및/또는 이의 컬럼들의 순열 이내로 정의되며 Ω은 2개의 PPM 변조 위치들의 순열인, 상기 코딩수단;

- 펄스 UWB 신호를 위치 변조하기 위한 8개의 변조기들로서, 각각의 변조기는 방사성 요소 그리고 채널의 사용에 연관된 벡터의 성분들을 사용함으로써, 전송 채널의 사용 동안에, 방사성 요소에 연관되고 상기 신호 위치를 변조하는 것인, 상기 8개의 변조기들을

포함하고,

- 각각의 방사성 요소는 이와 같이 하여 상기 연관된 변조기에 의해 변조된 신호를 전송하기에 적합한, UWB 전송기 시스템.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사성 요소들은 UWB 안테나인, UWB 전송기 시스템.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사성 요소들은 레이저 다이오드들 또는 전장발광 다이오드인, UWB 전송기 시스템.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 신호는 TH-UWB 신호인, UWB 전송기 시스템.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 신호는 DS-UWB 신호인, UWB 전송기 시스템.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 신호는 TH-DS-UWB 신호인, UWB 전송기 시스템.
제 4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 전송기 시스템에 의해 전송되는 펄스 UWB 신호를 수신하도록 의도된 복수(Q')의 센서(610)를 포함하는 UWB 수신기 시스템에 있어서,

- 각각의 센서는 복수(L)의 핑거들(finger)을 포함하는 레이크(Rake) 필터에 접속되며, 각각의 핑거는 이 센서에 연관된 전파 채널의 다중-경로에 대응하며, 여기서 각각의 핑거 q = 1,.., Q'L은 k번째 블록 시간의 i번째 심볼 시간 동안 m번째 변조 위치에 대해, 판정 변수 값 y_k,i,q,m을 제공하며;

- 상기 판정 변수 값들을 수신하며, 다음을 계산하는 계산 모듈(630),

. 각각의 블록 시간 k 그리고 각각의 심볼 시간 i=1,..., P에 대해서,
에 의해 정의되는 행 벡터 Y _k,i , 여기서 e _q 는 크기 Q x Q의 단위(identity) 행렬 I _Q 의 q 번째 행 벡터이며;

. 각각의 블록 시간 k에 대해서, 크기 P x 2QP의 행렬 Y _k , 여기서 P는 다음에 의해 정의되는, 전송기 시스템의 안테나들의 수:

P = 2이면,

P = 4이면,

P = 8이면,

여기서, Ω _Q 는 Ω _Q =ΩⓧI _Q 에 의해 주어지는 행렬이며 I _Q 는 크기 Q x Q의 단위 행렬이며 Ω는 2개의 PPM 변조 위치들의 순열 행렬이며;

- 다음에 의해서 블록 시간 동안 전송된 P 정보 심볼들을 추정하는 검출 모듈(640),

, 여기서 ⓧ는 크로넥커 곱이며,

P = 2이면, S _k 는

에 의해 주어지며,

P = 4이면, S _k 는

에 의해 주어지며,

P = 8이면, S _k 는

에 의해 주어지며,

여기서, s _k,1 , s _k,2 ,..., s _k,P 는 가능한 2-PPM 정보 심볼들인 것을 특징으로 하는, UWB 수신기 시스템.
제 12항에 있어서, 센서는 UWB 안테나인 것을 특징으로 하는, UWB 수신기 시스템.
제 12항에 있어서, 센서는 광(photo)-검출기인 것을 특징으로 하는, UWB 수신기 시스템.