專利名稱：用于uwb脈沖類型的多天線系統(tǒng)的空時(shí)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明同時(shí)涉及超大頻帶或UWB(超寬帶)電信領(lǐng)域和多天線空時(shí)編碼STC(空時(shí)編碼)系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，多天線類型的無線電信系統(tǒng)已經(jīng)為眾人所知。這些系統(tǒng)使用多個(gè)用于發(fā)射和/或接收的天線，并且根據(jù)其采用的構(gòu)造類型，這些系統(tǒng)被命名為MIMO(多輸入多輸出)、MISO(多輸入單輸出)或SIMO(單輸入多輸出)系統(tǒng)。下文中，我們將使用同一個(gè)術(shù)語MIMO來表示前面所述的MIMO和MISO中的任意一個(gè)?；诎l(fā)射和/或接收的空間分集(spatial diversity)的研究允許這些系統(tǒng)提供明顯大于傳統(tǒng)單天線(或單輸入單輸出的SISO)系統(tǒng)的信道容量的信道容量。通常通過空時(shí)編碼的方式由時(shí)間分集(time diversity)來完成該空間分集。在這種編碼中，在多個(gè)天線上和在多個(gè)傳輸瞬間來編碼將要傳輸?shù)男畔⒎?hào)。已知兩大類具有空時(shí)編碼的MIMO系統(tǒng)網(wǎng)格編碼(trellis coding)或STTC(空時(shí)網(wǎng)格編碼)系統(tǒng)以及塊編碼或STBC(空時(shí)塊編碼)系統(tǒng)。在網(wǎng)格編碼系統(tǒng)中，空時(shí)編碼器可以被認(rèn)為是根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和根據(jù)將被編碼的信息符號(hào)將P個(gè)傳輸符號(hào)提供到P個(gè)天線的有限狀態(tài)機(jī)。通過多維維特比(Viterbi)算法來實(shí)現(xiàn)基于接收的解碼，該算法的復(fù)雜度作為狀態(tài)數(shù)量的函數(shù)呈指數(shù)增加。在塊編碼系統(tǒng)中，將被傳輸?shù)男畔⒎?hào)塊在傳輸符號(hào)矩陣中被編碼，該矩陣的一個(gè)維度對(duì)應(yīng)于天線數(shù)，并且另一個(gè)維度對(duì)應(yīng)于傳輸?shù)倪B續(xù)時(shí)刻。
圖1示意性地示出了具有STBC編碼的MIMO 100傳輸系統(tǒng)。將例如b位的二進(jìn)制字或者更一般地b個(gè)M進(jìn)制符號(hào)的信息符號(hào)塊S＝(a1，...，ab)在以下空時(shí)矩陣中編碼
其中，編碼的系數(shù)ct，p、t＝1，..，T；p＝1，..，P通常是取決于信息符號(hào)的復(fù)系數(shù)，P是用于發(fā)射的天線數(shù)量，T是表示編碼的時(shí)間擴(kuò)展的整數(shù)，即，信道使用的時(shí)刻數(shù)目或PCU(每信道使用)的數(shù)目。
在信息符號(hào)的任意矢量S和空時(shí)編碼字C之間提供對(duì)應(yīng)(correspondence)的函數(shù)f被稱為編碼函數(shù)。如果函數(shù)f是線性的，則空時(shí)編碼也是線性的。如果系數(shù)ct，p是實(shí)數(shù)，則空時(shí)編碼也是實(shí)數(shù)的。
在圖1中，空時(shí)編碼器用110表示。在信道使用的每個(gè)時(shí)刻t，編碼器向復(fù)用器120提供矩陣C的第t行矢量。復(fù)用器將行矢量的系數(shù)傳送給調(diào)制器1301、...130P并由天線1401、...140P傳輸調(diào)制后的信號(hào)。
空時(shí)編碼的特征在于其吞吐率，即，在每個(gè)信道使用時(shí)刻(PCU)其傳輸?shù)男畔⒎?hào)的數(shù)量。如果其吞吐率為單天線使用(SISO)的相對(duì)吞吐率的P倍，則該編碼被稱為是全速率的。
空時(shí)編碼更進(jìn)一步的特征在于其分集，該分集可以被定義為矩陣C的秩。如果對(duì)于對(duì)應(yīng)于兩個(gè)矢量S1和S2的任意兩個(gè)任意編碼字C1和C2，矩陣C1-C2為滿秩，則將會(huì)有最大分集。
最后，空時(shí)編碼的特征在于其編碼增益，該編碼增益表示在不同的編碼字之間的最小距離。其可以被定義為 或者，等價(jià)地，對(duì)于線性編碼 其中，det(C)是指C的行列式以及CH是C的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。對(duì)于每個(gè)信息符號(hào)的給定的傳輸能量，該編碼增益是有限的。
通常，編碼增益不是固定的，而是隨著信息調(diào)制的次序而減少，頻譜效率取決于該次序。在某些情況下，當(dāng)頻譜效率增加時(shí)，編碼增益不趨近于零，而是朝向一個(gè)漸近的非零值。這種編碼被稱為具有非零行列式。
最后，確保系統(tǒng)傳輸?shù)钠骄芰吭谔炀€和傳輸時(shí)刻之間均勻分布。
完美的編碼被稱為全速率編碼，其具有最大分集，具有非零行列式，并具有按照上述分布的能量。
J-C Belfiore等人在2005年4月的信息理論的IEEE匯刊第51卷第4號(hào)第1432-1436頁上發(fā)表的題為《The Golden codea 2x2full-rate space-time code with non-vanishing determinants(黃金編碼具有非零行列式的2×2全速率時(shí)空編碼)》中提出了MIMO雙天線傳輸系統(tǒng)的這種時(shí)空編碼的一個(gè)實(shí)例。
所提出的編碼，即，所謂的黃金編碼，基于有理數(shù)Q域的雙代數(shù)擴(kuò)展KK＝Q(i，θ)，其中，是多項(xiàng)式X2+1的一個(gè)根以及θ是黃金數(shù)其為多項(xiàng)式X2-X-1的一個(gè)根。黃金編碼可以由以下矩陣表示 其中，S＝(a1，a2，a3，a4)是信息符號(hào)矢量。a1，a2，a3，a4是星座圖(constellation)2b-QAM的復(fù)數(shù)符號(hào)，為Z[i]的子集，其中，Z為整數(shù)環(huán)。是θ的共軛根，α＝1+i(1-θ)以及α1＝1+i(1-θ1)。
在Frédérique Oggier等人提交給信息理論的IEEE匯刊中的出版物的題為《Perfect space time block codes(完美空時(shí)塊編碼)》的文章中可以找到用于具有2、3、4或6個(gè)傳輸天線的MIMO系統(tǒng)的完美空時(shí)編碼的多個(gè)實(shí)例，并且這些實(shí)例也可以在www.comelec.enst.fr/～belfiore站點(diǎn)中找到。
另一電信領(lǐng)域當(dāng)前是大量研究的目標(biāo)。這與UWB電信系統(tǒng)相關(guān)，該UWB電信系統(tǒng)特別適于未來無線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)的開發(fā)。這些系統(tǒng)具有直接工作在具有非常寬的帶寬的信號(hào)的基帶中的特點(diǎn)。UWB信號(hào)通常是指遵守頻譜屏蔽的信號(hào)，在2002年2月14日的FCC條例中規(guī)定了該頻譜屏蔽，并在2005年3月進(jìn)行了評(píng)價(jià)，即，基本上處于從3.1GHz-10.6GHz的頻帶中并具有至少500MHz、-10dB帶寬的信號(hào)。實(shí)際上，已知兩種類型的UWB信號(hào)，多帶OFDM(MB-OFDM)信號(hào)和脈沖類型的UWB信號(hào)。下文中，僅對(duì)后者進(jìn)行介紹。
UWB脈沖信號(hào)包括分布在一個(gè)幀內(nèi)的多個(gè)非常短的脈沖，通常其持續(xù)時(shí)間為幾百皮秒量級(jí)。為減少多址干擾(用MAI代表多址干擾)，為每個(gè)用戶指定了一種獨(dú)特的時(shí)跳碼(time hopping code)(用TH代表時(shí)跳(time hopping))。接下來，來自用戶k或發(fā)送到該用戶的信號(hào)可以被寫為 其中，w是基本脈沖類型，Tc是碼片持續(xù)時(shí)間(chip duration)，Ts是基本間隔的持續(xù)時(shí)間，并且Ns＝NcTc，其中，Nc是間隔中的碼片數(shù)量，總幀持續(xù)時(shí)間Tf＝NsTs，其中，Ns是幀中的間隔的數(shù)量?；久}沖持續(xù)時(shí)間被選擇為小于碼片的持續(xù)時(shí)間，即，Tw≤Tc。對(duì)于n＝0，..，Ns-1的序列ck(n)定義用戶k的時(shí)跳碼。選擇時(shí)跳序列來使屬于不同用戶的時(shí)跳序列的脈沖之間的沖突的數(shù)量最小。
圖2A中示出了與用戶k相關(guān)的TH-UWB信號(hào)。為了從用戶k處傳輸給定信息符號(hào)或者向用戶k傳輸給定信息符號(hào)，通常以位置調(diào)制來調(diào)制TH-UWB信號(hào)(用PPM表示脈沖位置調(diào)制)，即，對(duì)于調(diào)制后的信號(hào) 其中，ε是基本小于碼片持續(xù)時(shí)間Tc的調(diào)制高頻抖動(dòng)(dither)并且dk∈{0，..，M-1}是符號(hào)的M進(jìn)制PPM位置。
可選地，可以以幅度調(diào)制(PAM)的方式來傳輸信息符號(hào)。在這種情況下，調(diào)制后的信號(hào)可以寫作 其中a(k)＝2m′-1-M′且m′＝1，..，M′，是PAM調(diào)制的M’進(jìn)制符號(hào)。例如，可以使用BPSK調(diào)制(M’＝2)。
PPM和PAM調(diào)制可以結(jié)合成一個(gè)單一的M.M’進(jìn)制復(fù)合調(diào)制，通常表示為M-PPM-M’-PAM。則，調(diào)制后的信號(hào)具有通常的以下形式 圖3示出了該基本MM’調(diào)制的字母表。對(duì)于M個(gè)位置中的每一個(gè)，M’個(gè)調(diào)制幅度是可能的。字母表的符號(hào)(d，a)可以由序列am表示，m＝0，..，M-1且am＝δ(m-d)a，其中d是PPM的位置，a是PAM調(diào)制幅度以及δ(.)是狄拉克分布。
除了通過時(shí)跳碼來分開不同的用戶，通過正交編碼的方式來分開不同的用戶也是可能的，例如，諸如在DS-CDMA中的Hadamard編碼。接下來，其被稱為DS-UWB(直接擴(kuò)展UWB)。在這種情況下，對(duì)應(yīng)于(5)的非調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式是 其中，

n＝0，..，Ns-1是用戶k的擴(kuò)展序列。應(yīng)當(dāng)注意，表達(dá)式(9)類似于傳統(tǒng)的DS-CDMA信號(hào)的表達(dá)式。然而，不同點(diǎn)在于碼片沒有占據(jù)整個(gè)幀，而是分布在時(shí)期Ts上。圖2B中示出了與用戶k相關(guān)的DS-UWB信號(hào)。
如前所述，可以通過PPM調(diào)制、PAM調(diào)制或者復(fù)合M-PPM-M’-PAM調(diào)制的方式來傳輸信息符號(hào)。在保持同樣的標(biāo)號(hào)的情況下，對(duì)應(yīng)于TH-UWB信號(hào)(7)的幅度調(diào)制的DS-UWB信號(hào)可以表示為 最后，怎樣結(jié)合時(shí)跳碼和擴(kuò)頻編碼來為不同用戶提供多種接入是眾所周知的。因而可以獲得以下一般形式的TH-DS-UWB脈沖UWB信號(hào) 圖2C中示出了與用戶k相關(guān)的TH-DS-UWB信號(hào)?？梢酝ㄟ^M-PPM-M’PAM復(fù)合調(diào)制來對(duì)該信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。因此可以獲得調(diào)制信號(hào) 從目前技術(shù)中已知在MIMO系統(tǒng)中對(duì)UWB信號(hào)的使用。在這種情況下，每個(gè)天線均傳送UWB信號(hào)，該信號(hào)根據(jù)信息符號(hào)或這種符號(hào)的塊(STBC)而被調(diào)制。
最初為窄帶信號(hào)或DS-CDMA開發(fā)的空時(shí)編碼技術(shù)很少應(yīng)用于UWB脈沖信號(hào)。實(shí)際上，已知的諸如黃金編碼的空時(shí)編碼，通常是復(fù)系數(shù)，并因此傳遞相位信息。目前，恢復(fù)具有與UWB脈沖信號(hào)的帶寬一樣寬的帶的信號(hào)中的相位信息是非常困難的。脈沖的非常窄的持續(xù)時(shí)間(time support)使得其更適于位置調(diào)制(PPM)或者幅度調(diào)制(PAM)。
在Chadi Abou-Rjeily等人于2005年9月提交給通信的IEEE匯刊中的出版物的題為《Space-Time coding for multiuserUltra-Wideband communications(多用戶超寬帶通信空時(shí)編碼)》的文章中提出了UWB信號(hào)的空時(shí)編碼，并且該文章也可以在www.tsi.enst.fr中找到。
根據(jù)上述約束條件，提出的空時(shí)編碼是實(shí)數(shù)的。例如，對(duì)于具有兩個(gè)發(fā)射天線的配置，編碼可以寫作 其中，和S＝(a1，a2，a3，a4)是PAM信息符號(hào)的矢量，即，ai∈{-M′+1，..，M′-1}。
在該同一篇文章中，建議將空時(shí)編碼推廣到屬于PPM-PAM字母表的信息符號(hào)塊的編碼。對(duì)具有兩個(gè)發(fā)射天線的配置，該編碼可以表示為2M×2大小的矩陣 此處，每個(gè)信息符號(hào)ai＝(ai，0，...，ai，M-1)均是代表M-PPM-M’-PAM字母表的元素的矢量，且ai，m＝aiδ(m-di)，其中，ai是M-PAM字母表的元素，di是M’-PPM字母表的元素。由編碼C編碼的信息符號(hào)塊正是S＝(a1，a2，a3，a4)。
更具體地，根據(jù)下文中給出的表達(dá)式，信息符號(hào)塊S引起了UWB信號(hào)的產(chǎn)生。假設(shè)單用戶使用，以簡(jiǎn)化標(biāo)號(hào)(沒有通過k指數(shù)化，也沒有擴(kuò)展序列)。
在第一幀的持續(xù)時(shí)間Tf期間，天線1傳輸信號(hào) 該信號(hào)對(duì)應(yīng)于編碼(14)的前M行的第一個(gè)列矢量。
在第一幀的持續(xù)時(shí)間Tf期間，天線2同時(shí)傳送信號(hào) 該信號(hào)對(duì)應(yīng)于編碼的前M行的第二個(gè)列矢量。
接下來，再次將時(shí)間起點(diǎn)取作幀的起始，在第二幀的持續(xù)時(shí)間期間，天線1再次傳送 該信號(hào)是對(duì)應(yīng)于編碼的最后M行的第一個(gè)列矢量的信號(hào)。
最后，在第二幀的持續(xù)時(shí)間期間，天線2同時(shí)傳送信號(hào) 該信號(hào)是對(duì)應(yīng)于編碼的最后M行的第二個(gè)列矢量的信號(hào)。
上面定義的空時(shí)編碼在分集方面具有非常好的性能。但是，其編碼增益小于由(4)定義的黃金編碼的增益。另外，在矩陣(14)中出現(xiàn)的標(biāo)量項(xiàng)

在每個(gè)幀中均造成了天線中能量的不均衡。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種用于具有UWB脈沖信號(hào)的MIMO系統(tǒng)的實(shí)數(shù)空時(shí)編碼，該空時(shí)編碼具有大于前述的實(shí)數(shù)空時(shí)編碼的編碼增益的編碼增益。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可以應(yīng)用于具有任意數(shù)量天線的MIMO系統(tǒng)的實(shí)數(shù)空時(shí)編碼。最后，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種空時(shí)編碼，該空時(shí)編碼在每個(gè)幀處在不同天線上具有均勻的能量分布。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明由用于包括至少兩個(gè)發(fā)射元件的UWB傳輸系統(tǒng)的空時(shí)編碼方法定義，該方法將屬于2-PPM調(diào)制或2-PPM-M’-PAM復(fù)合調(diào)制字母表的信息符號(hào)塊編碼為矢量(si，j，Ωsi，j)的序列，其中M’≥2，矢量的分量用于在一個(gè)給定的傳輸間隔(Tf)上調(diào)制用于該系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)射元件的UWB脈沖信號(hào)。該矢量定義為以下矩陣的元素
該矩陣被定義為在其行和/或其列的一個(gè)置換內(nèi)，一行對(duì)應(yīng)于傳輸間隔，并且一列對(duì)應(yīng)于一個(gè)發(fā)射元件，其中，P是發(fā)射元件的數(shù)量，Ω是大小為M×M的矩陣，其由

定義，其中，并且O2x2是大小為2×2的零矩陣，定義為位于±10％的余量?jī)?nèi)，其中，IM是大小為M×M的單位矩陣，

是張量積，al，l＝1，..，P2是信息符號(hào)，Rj是對(duì)應(yīng)于正交矩陣R的P維的行矢量，該正交矩陣產(chǎn)生點(diǎn)陣(llattice ofpoint，陣點(diǎn))Λ＝{uΘ|u∈ZP}其中

其中，其中，N是正整數(shù)，以使

其中，

是歐拉指示符并且其中，N′是正整數(shù)以使

并且N、N’均是素?cái)?shù)。
根據(jù)可選實(shí)施例，該正交矩陣表示為R＝ΘV其中，V是矩陣，該矩陣的列由矢量p＝0，..，P-1構(gòu)成，該矩陣的系數(shù)為有理數(shù)。
本發(fā)明還涉及一種用于傳輸屬于M-PPM調(diào)制或M-PPM-M’-PAM復(fù)合調(diào)制字母表的多個(gè)信息符號(hào)的方法，其中M為偶數(shù)。通過上述的空時(shí)編碼的方式對(duì)該信息符號(hào)進(jìn)行編碼以提供M維的P2個(gè)矢量，其為矩陣C的元素，這些矢量中每個(gè)矢量的分量對(duì)組成UWB脈沖信號(hào)的脈沖的位置或脈沖的位置和幅度進(jìn)行調(diào)制，以獲得P2個(gè)對(duì)應(yīng)的已調(diào)制的UWB脈沖信號(hào)，該信號(hào)分別在P個(gè)傳輸間隔期間由P個(gè)發(fā)射元件傳輸。
該發(fā)射元件可以是UWB天線、激光二極管或發(fā)光二極管。
有利地，該脈沖信號(hào)可以是TH-UWB信號(hào)、DS-UWB信號(hào)或者進(jìn)一步是TH-DS-UWB信號(hào)。



通過參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中 圖1示意性地示出了當(dāng)前技術(shù)中已知的STBC編碼的MIMO傳輸系統(tǒng)； 圖2A到圖2C分別示出了TH-UWB、DS-UWB以及TH-DS-UWB信號(hào)的形狀； 圖3示出了PPM-PAM調(diào)制的示例性星座圖；以及 圖4示意性地示出了使用根據(jù)本發(fā)明的空時(shí)編碼的MIMO傳輸系統(tǒng)。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明基于的思想是建立一種空時(shí)編碼，這種空時(shí)編碼同時(shí)去除了在黃金編碼(4)中出現(xiàn)的與如前所述的使用UWB脈沖信號(hào)不相容的復(fù)數(shù)值α和α1，以及在天線上的不均衡的能量分布的原點(diǎn)(origin)去除了在編碼(13)和(14)中出現(xiàn)的標(biāo)量

。
提出的空時(shí)編碼應(yīng)用于使用UWB脈沖信號(hào)的具有任意數(shù)量P的傳輸天線的MIMO系統(tǒng)，其中，信息符號(hào)是M-PPM-M’-PAM調(diào)制或M-PPM調(diào)制的元素，其中M為偶數(shù)。
提出的編碼由大小為MP×P的矩陣表示
其中，項(xiàng)si，j，i＝1，..，P，j＝1，..，P是M維的矢量，后面將對(duì)其分量進(jìn)行介紹，并且Ω是由下式定義的大小為M×M的矩陣
其中，矩陣O2x2是大小為2×2的矩陣，其所有的元素均為零，并且ω是旋轉(zhuǎn)了角度θ的矩陣，接下來將對(duì)該矩陣進(jìn)行介紹，即 根據(jù)(20)，通過在其對(duì)角線上的初等矩陣ω的M/2倍復(fù)制(其他元素為零)來獲得矩陣Ω。
通過以下方式獲得矢量si，j 其中，IM是大小為M×M的單位矩陣，

是張量(或Kronecker)積，并且項(xiàng)al，l＝1，..，P2是代表將被編碼的P2個(gè)信息符號(hào)的M維矢量。應(yīng)該記得，這些符號(hào)是M-PPM-M’-PAM或M-PPM調(diào)制星座圖的元素，即，al＝(a0，l a1，l…aM-1，l)T，其中，該矢量的系數(shù)在第一種情況下是M’-PAM調(diào)制字母表的元素，并且在第二種情況下等于1。大小為1×P的相應(yīng)行矢量Rj對(duì)應(yīng)于以下矩陣R的第j行 其中，對(duì)于p＝0，..，P-1和q＝0，..，P-1，項(xiàng)

是有理數(shù)并且值θp，p＝0，..，P-1由下式定義 其中，N是選擇的正整數(shù)以使

其中，

是歐拉指示符，對(duì)每個(gè)整數(shù)N，正整數(shù)的數(shù)目小于或等于N并與N互質(zhì)。
表達(dá)式(20’)中的角度θ被選擇使得且

并且N，N′均為素?cái)?shù)。
矩陣R被選擇為正交的，即，RRT＝IP，其中，IP是大小為P×P的單位矩陣。
應(yīng)當(dāng)注意，R＝ΘV，其中，Θ是范德蒙矩陣
并且V是矩陣，其列由矢量構(gòu)成。
如果考慮通過由Θ的列矢量構(gòu)成的基產(chǎn)生的p維點(diǎn)陣即，Λ＝{uΘ|u∈ZP}則矩陣R的確定相當(dāng)于尋找Λ的正交基。正交基可以例如通過Lenstra-Lovász-Lenstra(也稱為L(zhǎng)LL)算法獲得，在1982年出版的Math.Ann.第261卷，515-534頁，A.K.Lenstra等人的題為《Factoring polynomials with rational coefficients(有理數(shù)系數(shù)的多項(xiàng)式因式分解)》的文章中可找到該算法的描述。在E.Bayer-Fluckiger等人在信息理論的IEEE匯刊第50卷，第4期，2004年，702-714頁，出版的題為《New algebraic constructions of rotatedZn-lattice constellations for the Rayleigh fading channel(瑞利衰落信道旋轉(zhuǎn)Zn晶格星座圖的新代數(shù)結(jié)構(gòu))》的文章中可以找到旋轉(zhuǎn)矩陣R的實(shí)例。
如從表達(dá)式(22)中可以看到的那樣，矩陣R是實(shí)數(shù)的并且因此在(19)中定義的空時(shí)編碼矩陣C也是實(shí)數(shù)的。同樣，考慮到矩陣R的正交性，不同天線上的空時(shí)編碼的能量分布是均勻的。另外，當(dāng)使用P個(gè)天線和P個(gè)信道使用(PCU)時(shí)，空時(shí)編碼C能夠編碼P2個(gè)信息符號(hào)。因此，其以最大的吞吐率執(zhí)行。
這可以表明，編碼具有最大的分集 最后，這也可以表明，其具有的增益大于當(dāng)前技術(shù)中已知的實(shí)數(shù)空時(shí)編碼的增益。
應(yīng)當(dāng)特別注意，矩陣C的行和/或列的置換不會(huì)影響空時(shí)編碼的特性。實(shí)際上，列置換相當(dāng)于天線的簡(jiǎn)單置換并且行置換(這里的行理解為M維矢量的行)相當(dāng)于信道使用時(shí)刻的簡(jiǎn)單置換。
實(shí)際上，矩陣C的元素量化為數(shù)字元素。但是，可以看出，超出或欠缺小于10％的量化誤差基本不會(huì)影響編碼的性能。
圖4示出了利用根據(jù)本發(fā)明的空時(shí)編碼的示例性傳輸系統(tǒng)的例子。
系統(tǒng)400通過塊來接收信息符號(hào)，其中，符號(hào)al，l＝1，..，P2是示出M-PPM或M-PPM-M’-PAM調(diào)制星座圖的元素的M維矢量?？蛇x地，信息符號(hào)可以來自M.M′進(jìn)制星座圖，只要它們預(yù)先在2-PPM-M’-PAM星座圖中經(jīng)受自動(dòng)譯碼(transcoding)(映射)。當(dāng)然，信息符號(hào)可以來自一個(gè)或多個(gè)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的運(yùn)算，例如源編碼、卷積類型的信道編碼，每塊或者其它甚至串行或并行的Turbo編碼、交叉(interlacing)等。
信息符號(hào)塊在空時(shí)編碼器410中經(jīng)受編碼運(yùn)算。更具體地，模塊410根據(jù)(19)或上述等價(jià)表達(dá)式中的一個(gè)來計(jì)算矩陣C的項(xiàng)。
對(duì)于第一幀，首先將形成C的第一行的P列矢量分別傳輸?shù)経WB調(diào)制器4201，...，420P，接下來，對(duì)于第2幀，傳輸形成第二行的P列矢量，并且這樣直到對(duì)于第P幀傳輸C的最后一行的P列矢量為止。
每個(gè)列矢量均具有對(duì)應(yīng)于PPM調(diào)制的M個(gè)位置的M個(gè)分量。UWB調(diào)制器4201，...，420P從其接收到的列矢量產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制后的UWB脈沖信號(hào)。通常，用作調(diào)制載體(support)的UWB脈沖信號(hào)可以是TH-UWB、DS-UWB或者TH-DS-UWB類型。例如，對(duì)于與矩陣的第p列相關(guān)的TH-UWB類型的UWB調(diào)制器420P，第一傳輸間隔的調(diào)制的UWB脈沖信號(hào)將是(比照等式8) 其中值

是矢量sp，1的PAM分量。
接下來，將這樣調(diào)制后的UWB脈沖信號(hào)傳輸?shù)桨l(fā)射元件4301到430P。這些發(fā)射元件可以是UWB天線或例如工作在紅外線范圍的和電光調(diào)制器相關(guān)的LED或激光二極管。因此，提出的傳輸系統(tǒng)可以應(yīng)用于無線光電信領(lǐng)域中。
通過圖4所示的系統(tǒng)傳輸?shù)腢WB信號(hào)可以被傳統(tǒng)的多天線接收器處理。接收器可以包括例如Rake類型相關(guān)級(jí)，其后跟隨著使用例如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的球型解碼器的確定級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種用于UWB傳輸系統(tǒng)的空時(shí)編碼方法，所述UWB傳輸系統(tǒng)包括至少兩個(gè)發(fā)射元件，所述方法將屬于M-PPM調(diào)制或M-PPM-M’-PAM復(fù)合調(diào)制字母表的信息符號(hào)塊編碼為矢量(si，j，Ωsi，j)的序列，其中M為偶數(shù)，矢量的分量用于在給定的傳輸間隔(Tf)內(nèi)調(diào)制用于所述系統(tǒng)的發(fā)射元件的UWB脈沖信號(hào)，其特征在于，所述矢量被定義為以下矩陣的元素
所述矩陣定義為在所述矩陣的行和/或列的一個(gè)置換內(nèi)，行對(duì)應(yīng)于傳輸間隔，列對(duì)應(yīng)于發(fā)射元件，其中，P是發(fā)射元件的數(shù)量，并且Ω是大小為M×M的由下式限定的矩陣
其中，并且O2 x 2是大小為2×2的零矩陣，位于±10％的余量?jī)?nèi)，其中，IM是大小為M×M的單位矩陣，
是張量積，al，l＝1，..，P2是信息符號(hào)，Rj是對(duì)應(yīng)于正交矩陣R的第j行的P維行矢量，所述正交矩陣R產(chǎn)生點(diǎn)陣其中，
其中，其中，N是正整數(shù)，使得
其中，
是歐拉指示符并且其中，N′是正整數(shù)，以使
并且N、N’均是素?cái)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空時(shí)編碼方法，其特征在于，所述正交矩陣被表示為其中，V是矩陣，所述矩陣的列由矢量p＝0，..，P-1構(gòu)成，所述矩陣的系數(shù)為有理數(shù)。
3.一種用于傳輸屬于M-PPM調(diào)制或M-PPM-M’-PAM調(diào)制字母表的多個(gè)信息符號(hào)的方法，其中M為偶數(shù)，其特征在于，通過根據(jù)權(quán)利要求1或2的空時(shí)編碼對(duì)所述信息符號(hào)進(jìn)行編碼，以提供P2個(gè)M維矢量，其為所述矩陣C的元素，這些矢量中的每個(gè)矢量的分量對(duì)組成UWB脈沖信號(hào)的脈沖的位置或所述脈沖的位置和幅度進(jìn)行調(diào)制，以獲得P2個(gè)對(duì)應(yīng)的已調(diào)制的UWB脈沖信號(hào)，所述信號(hào)分別在P個(gè)傳輸間隔期間由P個(gè)發(fā)射元件傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳輸方法，其特征在于，所述發(fā)射元件UWB是天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳輸方法，其特征在于，所述發(fā)射元件是激光二極管或發(fā)光二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述脈沖信號(hào)是TH-UWB信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述脈沖信號(hào)是DS-UWB信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述脈沖信號(hào)是TH-DS-UWB信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于UWB傳輸系統(tǒng)的空時(shí)編碼方法，該傳輸系統(tǒng)包括至少兩個(gè)發(fā)射元件。該方法將屬于M-PPM調(diào)制或M-PPM-M’-PAM復(fù)合調(diào)制字母表的信息符號(hào)塊(S＝(a1，a2…，aP2))編碼為矢量序列(si，j，Ωsi，j)，其中M為偶數(shù)，矢量的分量用于在一個(gè)給定的傳輸間隔(Tf)上調(diào)制用于該系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)射元件的UWB脈沖信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B1/69GK101523741SQ200780036948
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月3日
發(fā)明者沙迪·阿布里耶伊利 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能委員會(huì)