太阳城集团

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用于UWB脉冲型多天线通信系统的低PAPR空时编码方法.pdf

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用于 UWB 脉冲 天线 通信 系统 PAPR 编码 方法
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摘要
申请专利号:

CN200980103476.5

申请日:

2009.01.29

公开号:

太阳城集团CN101933238B

公开日:

2014.09.17

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):H04B 1/69申请日:20090129授权太阳城集团日:20140917终止日期:20160129|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04B 1/69申请日:20090129|||公开
IPC分类号: H04B1/69(2011.01)I; H04L1/06 主分类号: H04B1/69
申请人: 法国原子能及替代能源委员会
发明人: 沙迪·阿布里耶伊利
地址: 法国巴黎
优先权: 2008.01.31 FR 0850598
专利代理机构: 北京康信知识产权代理有限责任公司 11240 代理人: 余刚;吴孟秋
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法律状态
申请(专利)号:

CN200980103476.5

授权太阳城集团号:

|||101933238B||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.03.22|||2014.09.17|||2011.03.23|||2010.12.29

法律状态类型:

太阳城集团专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种用于包含多个辐射元(4301,4302,..,430P)的UWB传输系统的空时编码方法,该方法将属于M-PPM-M’-PAM调制字母表的太阳城集团符号S=(σ1,σ2,...,σP)的块编码为从以下矩阵元素中获得的向量的序列:太阳城集团矩阵的行对应于使用的传输信道,矩阵的列对应于辐射元,矩阵C定义在其行和/或其列的置换内,Ω定义为M-PPM字母表的调制位置的置换(ω)与调制位置中的一个位置(m±)的M’-PAM调制字母表的对称运算(π)的结合。

权利要求书

1.一种用于包含数量为P的多个辐射元的UWB传输系统的空时编码方法,所述方法将属于M-PPM-M’-PAM调制字母表的太阳城集团符号S=(σ1,σ2,...,σP)的块编码为向量的序列,其中M≥2,所述向量的分量用于对使用的传输信道和所述系统的给定辐射元的脉冲UWB信号进行位置调制和幅度调制,所述向量的每个分量均对应于PPM调制位置,其特征在于,所述向量从以下矩阵的元素中获得:所述矩阵的行对应于所述使用的传输信道,所述矩阵的列对应于辐射元,矩阵C定义在所述矩阵的行和/或列的置换内,Ω定义为M-PPM字母表的所述调制位置的置换(ω)与所述调制位置中的一个位置(m±)的M’-PAM调制字母表的对称运算(π)的结合。2.根据权利要求1所述的空时编码方法,其特征在于,所述置换运算(ω)是所述调制位置的循环置换。3.根据权利要求2所述的空时编码方法,其特征在于,所述循环置换是所述调制位置的循环移位。4.根据前述权利要求中的任一项所述的空时编码方法,其特征在于,所述辐射元的数量P和所述调制位置的数量M确定M-d(M)≥P,其中,在M是2的幂的情况下,d(M)由d(M)=0进行限定,而在其它情况下d(M)定义为M的最大约数,以使M/d(M)比是奇数。5.根据前述权利要求中的任一项所述的空时编码方法,其特征在于,M’=1,则所述符号σ1,σ2,...,σP属于所述M-PPM调制字母表,所述符号σ2,...,σP可以占据除了应用所述对称运算的调制位置(m±)之外的所有的所述调制位置。6.根据前述权利要求中的任一项所述的空时编码方法,其特征在于,所述辐射元是UWB天线。7.根据权利要求1至5中任一项所述的空时编码方法,其特征在于,所述辐射元是激光二极管或发光二极管。8.根据权利要求6或7所述的空时编码方法,其特征在于,所述脉冲信号是TH-UWB信号。9.根据权利要求6或7所述的空时编码方法,其特征在于,所述脉冲信号是DS-UWB信号。10.根据权利要求6或7所述的空时编码方法,其特征在于,所述脉冲信号是TH-DS-UWB信号。11.一种包含多个辐射元(4301,4302,..,430P)的UWB传输系统,其特征在于,所述系统包含:-编码装置(410),用于将属于M-PPM-M’-PAM调制字母表的太阳城集团符号S=(σ1,σ2,...,σP)的块编码为向量的序列,其中M≥2,每个所述向量均与给定的传输信道的使用和辐射元关联,所述向量的每个分量均对应于PPM调制位置,所述向量从以下矩阵的元素中获得:所述矩阵的行对应于所述使用的所述传输信道,所述矩阵的列对应于辐射元,矩阵C定义在所述矩阵的行和/或列的置换内,Ω定义为M-PPM字母表的所述调制位置中的置换(ω)与所述调制位置中的一个位置(m±)的M’-PAM调制字母表的对称运算(π)的结合;-多个调制器(4201,4202,..,420P),用于对脉冲UWB信号进行位置调制和幅度调制,每个调制器均与辐射元关联,并在所述使用的传输信道期间,通过与所述辐射元和所述使用的信道关联的向量的分量来对所述信号进行位置调制和幅度调制;-辐射元,每个辐射元均用于发射由关联的所述调制器调制的所述信号。12.根据权利要求11所述的UWB传输系统,其特征在于,所述辐射元的数量P和所述调制位置的数量M确定M-d(M)≥P,其中,在M是2的幂的情况下,d(M)定义为d(M)=0,而在其它情况下定义为M的最大约数,以使M/d(M)比是奇数。

说明书

用于UWB脉冲型多天线通信系统的低PAPR空时编码方法

技术领域

本发明涉及超宽带(UWB)电信领域和具有空时编码(STC)的多天线系统领域。

背景技术

多天线型无线电信系统在现有技术中已广为人知。这些系统使用多个天线进行发射和/或接收,并根据采用的配置类型被指定为MIMO(多输入多输出)、MISO(多输入单输出)或SIMO(单输入多输出)。下文会采用相同术语MIMO来包括上面提到的MIMO和MISO变体(variants)。在发射和/或接收时利用空间分集(space diversity)使这些系统能够提供显著超过那些常规单天线系统(或单输入单输出的SISO)的信道能力。该空间分集通常通过空时编码的方式由太阳城集团分集完成。在这样的编码中,在若干天线和若干传输瞬时(instant)上编码要传输的太阳城集团符号。已知空时编码MIMO系统的两个主要种类:空时格状编码(trellis coding)或STTC系统,以及空时分组编码(block coding)或STBC系统。在格状编码系统中,空时编码器可看作有限状态机,该机器向P个天线供给作为要被编码的太阳城集团符号和当前状态的函数的P个传输符号。由多维Viterbi算法执行接收端的解码,该算法的复杂度以作为状态个数的函数的指数方式增加。在分组编码系统中,将要传输的太阳城集团符号的块编码为传输符号的矩阵,该矩阵的一维对应于天线的数量,而另一维对应于连续(consecutive)传输瞬时。

太阳城集团图1示意性地示出使用STBC编码的MIMO传输系统100。太阳城集团符号S=(σ1,...,σb)的块(例如b位的二进制字,或更通常的b个M元(M-ary)符号的二进制字)被编码为空时矩阵:

其中,代码的系数ct,p,t=1,...,T;p=1,...,P是取决于太阳城集团符号的一般规则的复合系数,P是用于发射的天线的数量,T是表示代码的太阳城集团扩展的整数(integer),即,每个信道使用(或PCU)的数量。

在太阳城集团符号的任意向量S使空时码C的字对应的函数f称为编码函数。如果函数f是线性的,那么空时码为线性的。如果系数ct,p是实数,那么空时码为实数。

太阳城集团在图1中,110叫做空时编码器。在使用信道t的每个瞬时时刻,编码器都向复用器120提供矩阵C的第t行向量。复用器向调制器1301,...,130p传输行向量的系数,并且调制信号由天线1401,..,140p传输。

太阳城集团空时码的特征在于其分集,该分集可定义为矩阵C的秩。如果对于对应两个向量S1和S2的任意两个码字C1和C2,矩阵C1-C2具有满秩,则会有最大分集。

太阳城集团此外,空时码的特征还在于其编码增益,该编码增益反映不同码字之间的最小距离。它可定义为:

minC1C2det((C1-C2)H(C1-C2))---(2)]]>

太阳城集团或者,对于线性码,等效方式为:

minC0det(CHC)---(3)]]>

太阳城集团其中,det(C)表示C的行列式,CH是从C转置的共轭矩阵。对于每太阳城集团符号的传输能量,编码增益是有限的。

太阳城集团空时码的编码增益越高,其阻抗就越高,从而导致衰减。

最后,空时码的特征在于其速率,即,在信道使用(PCU)的每个瞬时进行传输的太阳城集团符号的数量。如果编码的速率是相对于单天线使用(SISO)的速率的P倍,则称编码处于全速率。如果编码速率与相对于单天线使用的速率相同,则编码称为单速率。

用于具有任意数量天线的MIMO系统的具有最大分集和单速率的空时码的实例已在B.A.Sethuraman等人的论文中提出,该论文标题为“Full-diversity,high-rate space time block codes from division algebras”,发表于IEEE Trans.on Information Theory,vol.49,N°10,2003年10月,第2596~2616页。该编码由以下空时矩阵定义:

其中,σ1,...,σp是太阳城集团符号,例如PAM符号。对于由矩阵(4)定义的空时码要为实数,需要系数γ自身是实数,并且此外,如果期望与单天线系统相比,不增加峰均功率比(或称为PAPR),则假设γ=±1。然而,在天线P的数量是2的幂的情况下,编码的最大分集在γ=1时损失,而仅在γ=-1时获得。

太阳城集团电信的另一领域是目前大量研究的主题。其涉及UWB电信系统,更具体地,用于开发未来的无线个人区域网(WPAN)。这些系统具有以下特性,即以非常宽的宽带信号直接在基带上工作。UWB信号通常用来表示遵守在2002年2月14日的FCC条例中规定并在2005年3月修订的频谱掩码(mask)的信号,即基本在频带3.1GHz到10.6GHz中,并具有至少500MHz到-10dB的带宽的信号。实际上,已知两类UWB信号,多波段(multi-band)OFDM信号(MB-OFDM)和脉冲型UWB信号。下面仅讨论后者。

太阳城集团脉冲UWB信号由在帧内传播开(spread out)的、通常约为数百皮秒的非常短的脉冲组成。为降低多址干扰(MAI),向每个用户分配分离的跳时(time hopping,TH)码。然后,来自或去往用户k的信号可写作以下形式:

sk(t)=Σn=0NS-1w(t-nTS-ck(n)Tc)---(5)]]>

太阳城集团其中,w是基本脉冲(elementary pulse)的形式,Tc是码片太阳城集团(chip time),Ts是Ns=NcTc情况下的基本间隔(interval)的太阳城集团,其中Nc是间隔中的码片的数量,全部帧具有太阳城集团Tf=NsTs,其中Ns是帧中间隔的数量。基本脉冲的太阳城集团被选择为少于码片太阳城集团,即,Tw≤Tc。n=0,..,Ns-1的序列ck(n)定义用户k的跳时码。选择跳时序列以使属于不同用户的跳时序列的脉冲之间的冲突(collisions)的次数最小化。

在图2A中示出了与用户k关联的TH-UWB信号。为传输来自或去往用户k的给定太阳城集团符号,TH-UWB信号通常用位置调制(脉冲位置调制,即PPM)来进行调制,即,对于经调制的信号:

sk(t)=Σn=0Ns-1w(t-nTs-ck(n)Tc-dkϵ)---(6)]]>

其中,ε是基本少于码片太阳城集团Tc的调制延迟(dither,振动),而dk∈{0,..,M-1}是符号的M元PPM位置。

太阳城集团备选地,太阳城集团符号可用幅度调制(PAM)进行传输。在此情况下,经调制的信号可写作:

sk(t)=Σn=0Ns-1a(k)·w(t-nTs-ck(n)Tc)---(7)]]>

其中,a(k)=2m’-1-M’(其中m’=1,..,M’),是PAM调制的M’元符号。例如,可使用BPSK调制(M’=2)。

太阳城集团PPM和PAM调制也可结合在M.M’元复合调制中。然后,经调制的信号具有以下一般形式:

sk(t)=Σn=0Ns-1Σm=0M-1am(k)·w(t-nTs-ck(n)Tc-)---(8)]]>

在图3中示出了基数(cardinal)Q=M.M’的该M-PPM-M’-PAM调制的字母表(alphabet)。对于每一个M太阳城集团位置,M’调幅都是可能的。该字母表的符号(μ,a)可由序列am表示,m=0,..,M-1而am=δ(m-μ)a,其中μ是PPM调制的一个位置,a是M’-PAM字母表的一个元素,而δ(.)是狄拉克广义函数。

与DS-CDMA中相同,也可能通过正交码(例如Hadamard码)而不是用跳时码来分开不同用户。然后,参照DS-UWB(直接扩频UWB)。在此情况下,获得对应于(5)的、未经调制的信号的表达式:

sk(t)=Σn=0Ns-1bn(k)w(t-nTs)---(9)]]>

其中,(n=0,..,Ns-1)是用户k的扩频序列(spread sequence)。应注意,表达式(9)与传统DS-CDMA信号的表达式相似。然而,根据码片不占据所有帧却在周期中展开的事实,表达式(9)与常规DS-CDMA信号的表达式仍是不同。在图2B中示出了与用户k关联的DS-UWB信号。

如上所述,太阳城集团符号可用PPM调制、PAM调制或复合PPM-PAM调制进行传输。对应于TH-UWB信号(7)的、经调幅的DS-UWB信号可用保持相同标记(notation)的方式进行表达:

sk(t)=Σn=0Ns-1a(k)bn(k)·w(t-nTs)---(10)]]>

太阳城集团最终,已知结合跳时码和扩频谱码,以向不同用户供应多址(multiple access)。因此,得出TH-DS-UWB脉冲UWB信号的一般形式:

sk(t)=Σn=0Ns-1bn(k)·w(t-nTs-ck(n)Tc)---(11)]]>

在图2C中示出了与用户k关联的TH-DS-UWB信号。该信号可由PPM-PAM M.M’元复合调制来调制。然后,获得经调制的信号的以下公式:

sk(t)=Σn=0Ns-1Σm=0M-1am(k)bn(k)·w(t-nTs-ck(n)Tc-)---(12)]]>

在现有技术中可知,在MIMO系统中使用UWB信号。在此情况下,每个天线都传输作为太阳城集团符号或这样的符号(STBC)的块的函数、经调制的UWB信号。

最初为窄带信号或DS-CDMA开发的空时编码技术在应用于脉冲UWB信号时表现欠佳。实际上,已知的空时码(例如在B.A.Sethuraman的上述论文中公开的那些)通常具有复杂系数并因此携带相位太阳城集团。然而,利用与脉冲UWB信号宽度相同的频带来恢复信号中的该相位太阳城集团是很困难的。

太阳城集团使用实码(real code),例如通过为在(4)中定义的编码选择γ=±1,可导致与所见相同的最大分集的损失。相反,保持最大分集的特性可导致编码的元素(例如|γ|≠1的矩阵σγ的元素)属于与太阳城集团符号所属的组(constellation)相比较的放大和/或翻转(flipped)的调制组,导致高于单天线配置的PAPR值。

太阳城集团本发明的目的是提出没有上述缺点(特别是与单天线配置相比提高的PAPR水平)的实空时码。本发明的次要目的是提出无论天线数量多少都还会具有最大分集的编码。

发明内容

太阳城集团本发明由用于包含数量为P的多个发射元的UWB传输系统的空时编码的方法限定,该方法将属于M-PPM-M’-PAM(其中M≥2)调制字母表的太阳城集团符号S=(σ1,σ2,..,σP)的块编码为向量序列,向量分量旨在用于对该系统的给定发射元和使用传输信道的脉冲UWB信号进行位置和幅度调制,根据从以下矩阵的元素中获得该多个向量中的哪一个,向量的每个分量均对应于PPM调制位置:

该矩阵的行对应于使用的传输信道,该矩阵的列对应于发射元,矩阵C定义在其行和/或其列的置换(permutation)内,Ω定义为M-PPM字母表的调制位置的置换与调制位置中的一个位置的M’-PAM调制字母表的对称运算(symmetry operation)的结合。

太阳城集团例如,该置换运算是该调制位置的循环置换,具体是该调制位置的循环移位。

太阳城集团根据一个实施例,发射元的数量P和调制位置的数量M确定M-d(M)≥P,其中,在M是2的幂的情况下,d(M)由d(M)=0进行限定,而在其它情况下定义为M的最大约数,以使M/d(M)比是奇数。

根据备选实施例,M’=1,符号σ1,σ2,..,σP属于该M-PPM调制字母表。然后符号σ2,..,σP可占据除了应用该对称运算的调制位置(m±)之外的所有调制位置。

太阳城集团辐射元可以是UWB天线、激光二极管或发光二极管。

太阳城集团该脉冲信号可以是TH-UWB信号、DS-UWB信号或TH-DS-UWB信号。

本发明也涉及包含多个辐射元的UWB传输系统,包含:

-编码装置,用于将属于M-PPM-M’-PAM调制字母表(其中M≥2)的太阳城集团符号S=(σ1,σ2,..,σP)的块编码为向量序列,每个向量均与给定使用的传输信道和辐射元关联,向量的每个分量均对应于PPM调制位置,该向量从以下矩阵元素中获得:

该矩阵的行对应于使用的传输信道,该矩阵的列对应于辐射元,矩阵C定义在其行和/或其列的置换内,Ω定义为M-PPM字母表的调制位置中的置换与调制位置中的一个位置的M’-PAM调制字母表的对称运算的结合;

太阳城集团-多个调制器,用于对脉冲UWB信号进行位置和幅度调制,每个调制器都与辐射元关联,并在使用传输信道期间通过与该辐射元和该使用的信道关联的向量分量来对该信号进行位置与幅度调制;

太阳城集团-辐射元,每个辐射元均适于发射信号,从而由该关联的调制器调制该信号。

太阳城集团根据一个实施例,辐射元的数量P和调制位置的数量M确定M-d(M)≥P,其中,在M是2的幂的情况下,d(M)定义为d(M)=0,而在其它情况下定义为M的最大约数,以使M/d(M)比是奇数。

附图说明

参照附图,通过阅读本发明的优选实施例,本发明的其它特征和优点将变得显而易见,其中:

图1示意性地示出具有在现有技术中已知的STBC编码的MIMO传输系统;

太阳城集团图2A~图2C示出TH-UWB、DS-UWB和TH-DS-UWB信号的各自形式;

太阳城集团图3示出M-PPM-M’-PAM组的实例;以及

图4示意性地示出根据本发明的一个实施例的多天线UWB传输系统。

具体实施方式

本发明的基本思想是使用属于M-PPM-M’-PAM调制组(其中M≥2并且M’≥1)的太阳城集团符号,并根据M-PPM字母表的调制位置的置换运算和PAM字母表的对称运算构造空时码。

太阳城集团具有P个传输天线的UWB传输系统,并更一般地,如下文所述,具有P个辐射元的UWB传输系统会在下文中考虑。保持相同标记约定(notation convention),通过以下PM×P维的矩阵,定义系统使用的空时码:

其中σ1,σ2,..,σP是将要传输的M-PPM-M’-PAM太阳城集团符号,以维度M的列向量的形式表示,该向量的分量全为零,除了单独分量属于M’-PAM字母表的情况。

一般来说,根据本发明,C的行(这里行指向量的行)和/或列的任意置换是空时码,行置换等效于信道使用的瞬时的置换(PCU),列置换等效于传输天线的置换。

具有尺寸M×M的矩阵Ω表示调制位置中的一个的M’-PAM字母表的对称(或倒置)运算π和M-PPM字母表的调制位置的置换运算ω的结合。倒置运算可在置换运算之前或之后,即分别为Ω=ωοπ或Ω=ποω。调制位置的置换指定其自身上的所有调制位置{0,..,M-1}的任何双向单射(bijection),除恒等(identity)的情况外。M’-PAM字母表的对称或倒置运算指定运算π,以使:π(a)=-a,其中a∈{2m’-1-M’|m’=1,...,M’}。在图3中示出M’-PAM字母表对称轴Δ,应理解,仅为PPM位置中的一个而执行围绕该轴的倒置。

给定矩阵Ω是一元的(unitary),每个传输天线的平均能量对于所有传输天线来说是相同的。

由于太阳城集团符号的分量σl是实数,因此(13)定义的空时码是实数。由于太阳城集团符号缺少约束条件,因此独立符号P在P个PCU期间传输,因而空时码速率是一元的。

例如,如果上述置换运算ω是简单的循环移位,那么矩阵Ω可写作:

太阳城集团其中,IM-1×M-1是尺寸为M-1的一元矩阵(identity matrix),01×M-1是尺寸为M-1的零行向量,0M-1×1是尺寸为M-1的零列向量。如果倒置运算在置换之前执行,则这里倒置运算在位置M-1上执行,如果倒置运算在置换之后执行,则在位置1上执行。

太阳城集团通过说明,在ω是简单循环移位(14)的情况下,空时矩阵(13)的形式可解释:

其中,σl=(σl,0 σl,1…σl,M-1)T,l=1,..,P,而σl,m=alδ(m-μl),其中al是M’-PAM字母表的元素,即al∈{-M′+1,..,M′-1},μl是相对于符号σl的调制位置,δ是狄拉克符号。给定-al也是M’-PAM字母表的元素,Ωσl也是M-PPM-M’-PAM调制字母表的元素。

太阳城集团现在考虑系统是双天线(P=2)的特殊情况。然后矩阵C具有以下形式:

C=σ1σ2Ωσ2σ1---(16)]]>

太阳城集团根据定义,如果对于代码的任意分离矩阵对C,C’,ΔC=C-C’具有满秩,即如果下式具有满秩,则代码处于最大分集:

ΔC=a1a2Ωa2a1---(17)]]>

其中,a1=σ1-σ’1并且a2=σ2-σ’2。

太阳城集团矩阵ΔC可写作以下扩展形式:

ΔC=a1,0a2,0......a1,M-1a2,M-1-a2,M-1a1,0......a2,M-2a1,M-1---(18)]]>

太阳城集团其中,不失一般性地,假设Ω具有(14)中给定的形式,并且al,m=σl,m-σ′l,m,l=1,2,m=0,..,M-1。

如果这两个列向量共线,则矩阵ΔC不处于满秩,即如果非零标量λ存在,以使:

太阳城集团a1,m=λa2,m,m=0,..,M-1以及

太阳城集团a2,M-1=-λa1,0,a2,0=λa1,1,...,a2,M-2=-λa1,M-1        (19)

从该等式推得:

a2,M-1=-λ2a2,0=-λ4a2,1=…=-λ2Ma2,M-1

以及,在更一般的形式下:

a2,m=-λ2Ma2,m,m=0,...,M-1                                  (20)

即,给定事实λ是实数,向量a1和a2必须为零,即C=C’。

太阳城集团因此,P=2时,空时码处于最大分集,无论是否M≥2和M’≥1。

在更一般的形式中,可以示出,对于给定数量的P个天线,获得最大分集,该最大分集在M-PPM-M’-PAM字母表的调制位置M的数量足够高的时刻获得,更准确地在以下时刻获得:

太阳城集团M-d(M)≥P                            (21)

太阳城集团其中,d(M)定义为:

太阳城集团·d(M)=0,当M是2的幂;

太阳城集团·d(M)是M的最大约数(除M之外),以使M/d(M)比是奇数;

例如,对于M=2K,最大分集在PPM位置的数量M高于或等于天线的数量P时获得。

太阳城集团根据第二实例,如果M是质数,则d(M)=1并且最大分集在M≥P+1时获得。

太阳城集团应注意,受遵守约束条件(21)影响,由(13)(对于在其行和列的置换之内)定义的空时码处于最大分集,无论是否值M’≥1。

必需注意,矩阵Ω在M’≥2时使M-PPM-M’-PAM调制组留下不变量。该性质确保了使用由(13)(对于在其行和列的置换之内)定义的空时码的MIMO系统的PAPR的水平与使用相同配置的单天线系统的水平一致。

太阳城集团在M’=1的特殊情况下,M-PPM-M’-PAM符号事实上是M-PPM字母表的元素,即,向量具有M个分量,除了一个等于1之外全部为零。给定矩阵Ω不仅执行M个调制位置的置换,也执行对称运算,矩阵C的某些元素可具有等于-1的分量,导致与单天线配置相比的初始调制组的扩展和PAPR水平增加。然而,PAPR水平可在系统速率稍降的情况下保持恒等。

实际上,如果注意到应用倒置运算π的PPM位置m±,那么足以提供在位置m±不可具有等于1的分量的符号σ2,..,σP。相反,符号σ1没有与矩阵Ω相乘,其不受该约束条件影响。例如,如果矩阵Ω具有在(14)中给定的形式,则符号σ2,..,σP不能占据调制位置m±=M-1。

然后,用每PCU的位的数量表示的码率降低到:

R=log2(M)+(P-1)log2(M-1)Plog2(M)---(22)]]>

分母中的项表示与P个单天线系统的相对速率。分子中的项(P-1)log2(M-1)对应于符号σ2,..,σP的基值(contribution),项log2(M)对应于符号σ1的基值。

太阳城集团应注意,R≤1并且R是M的递增函数和P的递减函数。因此,对于给定数量P的天线,如果空时码C使用M-PPM符号(即,如果M’=1),那么对于大量调制位置,码率实际上是一元的。例如,对于双天线MIMO系统,对于8-PPM调制字母表而言,得到速率R=0.97。

现在考虑根据本发明使用空时码以使的双天线MIMO传输系统的情况。此外,假设系统使用TH-UWB信号,如(8)中定义。空时码调制该信号并在信道(PCU)的两次连续使用期间传输。在第一次使用期间,天线1传输第一帧,即用标记(8)和(15):

s1(t)=Σn=0Ns-1Σm=0M-1σ1,mw(t-nTs-ck(n)Tc-)=Σn=0Ns-1σ1,μ1w(t-nTs-c(n)Tc-μ1ϵ)---(23)]]>

其中,μ1是相对于符号σ1的调制位置;

太阳城集团并且天线2同时传输第一帧;

s2(t)=Σn=0Ns-1Σm=0M-1σ2,mw(t-nTs-c(n)Tc-)=Σn=0Ns-1σ2,μ2w(t-nTs-c(n)Tc-μ2ϵ)---(24)]]>

太阳城集团其中,μ2是相对于符号σ2的调制位置。

太阳城集团在第二次使用信道期间,天线1传输第二帧:

s1(t)=Σn=0Ns-1Σm=0M-1-σ2,ω(m)w(t-nTs-c(n)Tc-)]]>(25)

=Σn=0Ns-1-σ2,ω(μ2)w(t-nTs-c(n)Tc-ω(μ2)ϵ)]]>

其中,ω是与Ω=ωοπ(其中“ο”是复合运算)和ω’=ω-1有关的组{0,1,..,M-1}的置换;

并且天线2同时传输第二帧:

s2(t)=Σn=0Ns-1Σm=0M-1σ1,mw(t-nTs-c(n)Tc-)=Σn=0Ns-1σ1,μ1w(t-nTs-c(n)Ts-μ1ϵ)---(26)]]>

太阳城集团对于本领域技术人员来说,很明显地,通过使用根据表达式(9)的DS-TH-UWB信号而不是根据表达式(8)的TH-UWB信号可以获得相似表达式。

太阳城集团图4示出根据本发明的使用空时编码的传输系统的实例。

系统400通过块S=(σ1,σ2,...,σP)接收太阳城集团符号,其中,σl(l=1,..,P,P>1)是M-PPM-M’-PAM组的符号。备选地,如果先前在该M-PPM-M’-PAM组中进行译码(映射),太阳城集团符号可来自具有Q=MM’的另一Q元组。太阳城集团符号也可来自本领域技术人员熟知的一个或多个运算,例如源编码、卷积型信道编码、通过块或串行或并行turbo编码、交错(interlacing),等等。

太阳城集团太阳城集团符号的块S=(σ1,σ2,...,σP)在空时编码器410中进行编码运算。更准确地,模块410遵照表达式(13)或由上文描述的其行和/或列的倒置获得的变量来计算矩阵C的系数。表示P个PPM符号的C的第一行的P个列向量(具有M个分量的向量)分别传输到UWB调制器4201,...,420p,从而生成第一帧,然后传输C的第二行的P个列向量,从而生成第二帧,等等,直到传输列向量的最终行,从而生成最终帧。UWB调制器4201根据列向量σ1,ΩσP,ΩσP-1,...,σ2生成对应的经调制的脉冲UWB信号。用相同方式,UWB调制器4202根据向量σ2,σ1,ΩσP,...,Ωσ3生成对应的经调制的脉冲UWB信号,等等,直到UWB调制器420P根据向量σp,σp-1,...,σ1生成对应的调制脉冲UWB信号。

太阳城集团例如,对于双天线系统(P=2),如果使用具有在(14)中定义的矩阵Ω的空时编码矩阵(13)和TH-UWB型调制支持信号,那么UWB调制器3201会成功提供信号(23)和(25),而UWB调制器3202会成功提供信号(24)和(26)。用作支持调制的脉冲UWB信号可以备选地是DS-UWB或TH-DS-UWB类型。因此在所有情况下,脉冲UWB信号被调制,然后传输到辐射元4301至430p。这些辐射元可以是在例如红外域工作、与电光调制器有关的激光二极管和LED,或替代地为UWB天线。然后,提出的传输系统可用于无线光通信领域中。

太阳城集团由图4中示出的系统传输的UWB信号可由多天线接收器以传统方式进行处理。例如,接收器可包括RAKE型关联(correlation)级,继之以判断(decision)级,使用例如本领域技术人员已知的球形解码器。

太阳城集团本文
本文标题:用于UWB脉冲型多天线通信系统的低PAPR空时编码方法.pdf
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