专利名称：用于在传送信道中发射脉冲的方法
技术领域：
本发明的领域是脉冲编码(pulse-coded)通信领域，特别地，是超宽带(UWB)通信领域。
背景技术：
在涉及高比特率的短距离通信的应用中采用脉冲编码通信。此脉冲编码通信具体地应用于无线个域网(WPAN)、传感器网络、射频标识(RFID)系统、入侵检测应用等。如果可以以低成本来实现高比特率，则脉冲编码通信的使用将会增长。在脉冲编码通信的领域中，以码元的形式来对要发送的信息进行编码。用于承载这些码元的信号不是连续的信号，而是采取非常短持续时间的脉冲的形式。向每个码元分配已知为码元时间的传送时间。将码元传送时间划分为已知为用于单独承载脉冲的帧的时间间隔。将每一帧自身划分为已知为时隙的时间间隔。因而，按照在码元时间的帧的特定时隙中所单独发送的脉冲集合的形式来发送码元。超宽带信号具有某些特性。这种信号的频带宽(至少为500兆赫兹(MHz))。UffB信号的每赫兹(Hz)的平均功率谱密度低。例如，美国联邦通信委员会(FCC)针对处于3. 1吉赫兹(GHz)到10. 6GHz 范围中的频率的信号，许可(authorize)-41. 3毫瓦分贝每赫兹(dBm/Hz)数量级的平均功
率谱密度。存在几种用于生成和发送高比特率脉冲编码超宽带信号的方法。这些方法包括开/关调制，其在于通过是否存在脉冲来示出码元；以及相位调制，其在于通过脉冲或其补码来示出码元。该调制还可以是M元脉冲位置调制(M-PPM)，其在于作为码元的值的函数来在发送脉冲的时间处施加时间偏移。虽然脉冲编码通信使得可能获得(480兆比特每秒(Mb/s)数量级的)相对高的比特率，但是它需要复杂的、且因此昂贵的架构，特别是接收机中。虽然该架构的复杂性和成本可以通过使用能量检测超宽带接收机来减小，但是这种接收机不适用于高比特率。对于高比特率而言，除了噪声的能量之外，还必须考虑传送信道所导致的码元间干扰的许多形式的能量。如果UWB接收机包括均衡器，特别是如果UWB 接收机包括概率均衡器(probabilistic equalizer)，则可以减少这种干扰所导致的性能劣化。概率均衡器考虑码元时间的时隙级别处的接收能量的分布。S· Mekki 等人在标题为 〃 Probabilistic equalizer for ultra-wideband energy detection"，IEEE 67th Vehicular Technology Conference (VTC)，pp.1108-1112，May 2008的文献中描述了这种概率均衡器。该均衡器考虑了可能针对有限数目的码元而存在的干扰的所有可能组合。这个解决方案需要传送信道的参数在接收机处可用，以便该接收机实行均衡。在标题为"EM channel estimation in a low-cost uwb receiver based onenergy detection “ ， IEEE International Symposium on Wireless Communications systems 2008(ISWCS 08)，2008的文献中，S. Mekki等人提出了用于根据所接收到的信息来在接收机中估计传送信道参数的解决方案。这个解决方案是基于使用如应用于能量领域的期望最大化(EM)算法。EM算法具有在组合级别(combinatorial level)处很复杂的缺陷。一般地，用于估计信道参数所需的迭代引入了损害系统效力的等待时间(latency time)ο
发明内容
本发明的一个目的在于，补救现有技术的上述缺点。相应地，本发明的第一方面提供了一种用于在传送信道中从发送机装置向接收机装置发送脉冲的方法，该脉冲表现信息码元，其中这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该方法包括训练步骤，该训练步骤包括发送由两个部分组成的训练序列·该训练序列的第一部分包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量的至少一个脉冲；以及·该训练序列的第二部分包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当(equivalent)。本发明的方法基于部分地与有效载荷信息不同的独立训练序列的发送，并因此没有与有效载荷信息的传送发生干扰。由于该训练序列不同于有效载荷信息，所以可以使用该训练序列来进行操作的集合。由于该训练序列的第一部分承载了高能量，所以它可以容易地被接收机装置检测到。此第一部分可以包括多个脉冲，其每一个具有非常高的能量。该训练序列的第二部分与有效载荷信息相似。根据优选的特征，在发送该训练序列的第一部分的至少一个脉冲与发送下一脉冲之间的时隙的数目是这样的，使得在对应的码元之间不生成干扰。该训练序列的第一部分的一个或多个脉冲的发送是这样的，使得在对应的码元之间不产生干扰，因而使得能够在没有干扰的情况下对这个序列进行处理。根据优选的特征，该训练序列的第二部分事先已知，与有效载荷信息相似，并且生成码元间干扰。由于该训练序列的第二部分与有效载荷信息相似，所以用于处理训练序列此部分的接收机装置的配置与正常操作中的其配置、乃至更加复杂的配置相似，并因此，由于所生成干扰的数目而更为丰富。本发明的另一方面提供了一种用于估计用以承载从发送机装置向接收机装置发送的脉冲的传送信道的参数的方法，该脉冲表现信息码元，其中这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该方法包括·接收由两个部分组成的训练序列；·该训练序列的第一部分包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量的至少一个脉冲；·该训练序列的第二部分包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当；以及
·作为该训练序列的函数来估计该传送信道的参数。由于该训练序列包括两个不同的部分，所以可能作为所涉及的训练序列的部分的函数来实行不同种类的处理。根据优选的特征，在接收到该训练序列的第一部分时，估计可能彼此干扰的多个码元。由于该训练序列的第一部分具有非常高的能量，所以该接收机装置可以容易地观测出该信道的冲击响应，并根据它来推导可能干扰的码元的数目。根据优选的特征，在接收到该训练序列的第一部分时，实行能量系数的第一估计。由于该训练序列的第一部分具有非常高的能量并且不生成干扰，所以它使得可能获得可用于非常嘈杂的传送中的能量系数的第一估计。该训练序列的第一部分可以包括多个脉冲，从而改善所实行的估计的结果。根据优选的特征，在接收到该训练序列的第二部分时，实行该传送信道的噪声的能量电平的第一估计。已知该噪声使得可能将信号中的噪声与有效载荷信息相区别。根据优选的特征，在接收到该训练序列的第二部分时，实行能量系数的第二估计。在接收到该训练序列的第一部分时实行的能量系数的第一估计加上噪声的知识使得以下成为可能，在接收到该训练序列的第二部分时，产生能量系数的精化(refined) 估计。与诸如EM算法之类的算法相比，使用训练序列使得可能，在较低级别的复杂性和等待时间的情况下，生成针对许多应用足够的能量系数的估计。根据优选的特征，本发明的估计方法包括用于对该发送机装置和该接收机装置进行同步的预备步骤，该接收机装置具有低放大增益。由于该训练序列的第一部分具有非常高的能量，所以极大地促进了对该发送机和该接收机进行同步。使用具有低放大增益的接收机装置使得可能，首先保证接收机装置在等待消息时的低功耗，并其次预防噪声所生成的假同步。该训练序列的第一部分可以包括多个脉冲，从而进一步降低假同步的可能性。本发明还提供了一种用于在传送信道中发送脉冲的装置，该脉冲表现信息码元， 其中这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该发送机装置包括用于发送由两个部分组成的训练序列的部件·该训练序列的第一部分包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量的至少一个脉冲；以及·该训练序列的第二部分包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当。本发明还提供了一种终端，适于容纳如上所述的发送装置。本发明还提供了一种用于在传送信道中接收脉冲的装置，该装置提供有概率均衡器，该脉冲表现信息码元，其中这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该接收机装置包括·用于接收由两个部分组成的训练序列的部件·该训练序列的第一部分包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量
6的至少一个脉冲；·该训练序列的第二部分包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当；以及·用于作为该训练序列的函数来估计该传送信道的参数的部件。本发明还提供了一种终端，适于容纳如上所述的接收机装置。本发明还提供了一种包括指令的计算机程序，当计算机执行如上所述的用于估计传送信道的参数的方法时，该指令用于执行该方法。
一旦阅读了参考附图所给出的用于在传送信道中发送脉冲的方法的优选实现的描述，本发明的其他特征和优点就变得明显，在附图中·图1示出了用于在传送信道中发送脉冲的方法； 图2a和2b示出了分别用于发送和接收的本发明的训练序列； 图3a、3b、3c、3d和3e示出了在传送信道中以高比特率传送的脉冲形式的信号所承载的码元之间生成的干扰；·图4示出了估计用于脉冲形式的信号的传送信道的参数的方法；·图5示出了发送机装置和接收机装置；以及·图6、7和8示出了模拟如图4所示的方法的质量的结果。
具体实施例方式用于支持高比特率的短距离超宽带脉冲编码通信的传送信道是扩散信道 (dispersive channel)，即同一信号在发送机装置和接收机装置之间占用多条不同的路径。存在许多用于对超宽带信道中的信号的传播进行建模的方式。它们包括在 J. Foerster 编著的标题为〃 Channel modeling sub-committee report final ", IEEEP802. 15-02/368r5-SG3a, Tech. Rep.，18November 2002 的文献中描述的、IEEE 标准 802. 15. 3a所定义的模型。该模型在以下四种类型的信道之间存在区别CM1 (最不扩散)、 〇12、010、和0114(最扩散)。虽然下面使用这个模型来说明用于在传送信道中发送脉冲的本发明方法的实现的描述，但是不得将它看作对本发明进行限制。以下描述考虑了脉冲形式的超宽带信号的有噪信道上的传送。用于生成和发送此信号的方法是M-PPM调制，其每隔码元时间的M个时隙而发送脉冲。码元对应于10&(M)个信息比特。本描述的剩余部分考虑了包括用于承载一个脉冲的一帧的码元时间。本发明同样可以应用于包括多个帧的码元时间。图1示出了用于在传送信道中发送脉冲的方法。该方法包括训练步骤El。此训练步骤El在发送有效载荷信息(步骤E2)之前进行。在训练步骤El期间，发送机装置经由有关的传送信道来向装备有概率均衡器的接收机装置发送被称作训练序列的特定信息。接收机装置已知该训练序列。该训练序列包括两个部分T1和T2。训练序列的第一部分T1采取非常高能量的至少一个脉冲的形式。在训练序列的此部分T1中发送的能量满足最大平均能量约束，UffB信号必须符合该最大平均能量约束。在发送时，此脉冲的能量大于用于承载有效载荷信息的脉冲的能量。用于生成此脉冲的M-PPM调制使得M很大。因而，脉冲时间由大量时隙组成。在发送此脉冲与发送下一脉冲之间的时隙的数目使得在对应的码元之间不生成干扰。替换地，训练序列的第一部分T1包括多个脉冲，其每一个具有非常高的能量。在发送两个脉冲之间时隙的数目使得，在包括在训练序列的第一部分T1中发送的最后脉冲的对应码元之间不生成干扰。训练序列的第二部分T2采取事先已知的且与用于承载有效载荷信息的那些脉冲相似的一连串脉冲。在进行发送时，这些脉冲中每一个脉冲的能量与有效载荷信息的能量相当。用于生成训练序列的第二部分T2的脉冲集合的M-PPM调制比用于生成训练序列的第一部分T1的一个或多个脉冲的M-PPM调制具有更小的M值，因而使得生成码元间干扰。针对训练序列的此部分T2，脉冲的数目(并结果，对应码元的数目)使得生成大量的干扰。已知此训练序列使得接收机装置能够估计码元间干扰的各种可能性。图2a和图2b示出了分别在发送时和在接收时的、如上所述的训练序列。图2a示出了作为训练序列的第一部分T1的一部分所发送的非常高能量的脉冲、 以及作为训练序列的第二部分T2的一部分所发送的比前一脉冲能量更低的一连串脉冲。图2b示出了在用于训练序列的两个部分T1和T2的每一个的时隙C中接收到的能量。如在现有技术的描述中提及的，在扩散信道(例如，CM4信道)上以(例如，几十 MHz数量级的)高比特率发送信号生成了大量的码元间干扰。例如，图3a、3b、3c、3d和3e示出了在传送信道中以高比特率(100Mb/S)发送的脉冲形式的信号所承载的码元之间生成的干扰。图3a示出了以与码元00、10和00对应的脉冲形式所发送的信号e (t)。图3b、3c和3d分别示出了用于码元00、10和00的信道CM4的冲击响应。图3e示出了所接收到的信号s (t)。此信号对应于该信道的冲击响应之和。所接收到的实际信号还包含一般认为是高斯白噪声的噪声。在100Mb/S处，用于4-PPM调制的码元时间是20纳秒(ns)，时隙的持续时间是 5ns，并且信道CM4的冲击响应的扩展时间是160ns。此持续时间使得生成了码元间干扰，其在图3e中通过所接收到的信号s (t)来图示出。如上面所提及的，为了减轻此缺陷，必须使用提供有概率均衡器的接收机装置。接收机装置不能管理彼此干扰的有限数目的码元。这里认为，接收机装置管理彼此干扰的K个码元。针对M-PPM调制，可能受到码元间干扰影响的时隙的数目P定义如下P = M* (K-I)+1其中· M对应于有关的M-PPM调制的类型，并且可以等于2、4等；以及· K对应于彼此干扰的码元的数目。依照惯例，表达干扰时隙是指可能受到码元间干扰影响的时隙。数目P还对应于均衡器考虑的潜在干扰时隙的最大数目。使用概率均衡器需要知道或者估计信道的参数。这些参数包括可能彼此干扰的码元的数目、噪声功率谱密度、以及码元间干扰的所有可能性的合成(resultant)能量。在接收到训练序列的两个部分T1和T2中的每一个时，接收机装置可以进行某些操作，并且估计传送信道的参数。图4示出了估计用于脉冲形式的信号的传送信道参数的方法。此方法的步骤Fl是接收如上所述的训练序列的第一部分T1的步骤。步骤F2是同步步骤。接收机装置的放大器作为所接收信号的函数来调整其放大级别。当接收机装置正在等待消息时，放大增益低。在接收到训练序列的第一部分T1时， 情形如此。当接收机装置正在接收消息时，放大增益高。例如，在接收训练序列的第二部分T2 时，或者在接收有效载荷信息的步骤E2期间，情形如此。在接收到训练序列的第一部分T1时，接收机装置可以进行与发送机装置同步的操作。等待同步的步骤对应于等待消息的步骤，并且放大增益低以便检测噪声。由于训练序列的第一部分T1的脉冲具有非常高的能量，所以它可容易地检测到，并且极大地促进了同步操作。步骤F3估计可能彼此干扰的码元的数目。接收机装置可以测量表达为多个时隙的信道的深度P。在已知时隙的长度并且观测出信道的冲击响应的扩展的情况下，接收机装置推导出信道的深度P。然后，接收机装置可以推导出可能彼此干扰的码元的数目K。接收机装置已知时隙的持续时间以及等于时隙持续时间的M倍的码元时间的持续时间。它还已知信道的深度P，并因此，它能够根据上面给出的公式来推导出可能彼此干扰的码元的数目K:P = M* (K-I)+1由于第一部分T1的一个脉冲(或者几个脉冲)具有非常高的能量，所以接收机装置容易地检测到信道的所有冲击响应，并因此，极大地促进了上面的测量。下一步骤F4是能量系数的第一估计。为了符合UWB信号的每赫兹的平均能量，将训练序列的脉冲隔开很宽。由于训练序列的第一部分T1包括单个脉冲或者几个隔开的脉冲，所以在对应的码元之间不生成干扰。因而，可能估计用于给定时隙i的信号的能量系数βρ此估计直接根据接收机装置的模拟/数字转换器所给出的能量值来推导。相应地，在ε i是在第i时隙中接收到的能量的情况下在此阶段处，还可能根据在没有干扰情况下获得的能量系数β i来产生用于彼此干扰的两个码元的信号的能量系数的第一估计。在考虑到受到两个码元之间干扰影响的两个时隙i和j的情况下，通过下式来给出对应的能量系数β .. = β .+ β .+ 误差下表示出了 4-ΡΡΜ中的彼此干扰的两个码元(ΧρΧΜ)(即，令k = 2)的组合。所得到的码元是一系列的四个能量系数Bijtl因而，虽然对于16种可能的组合而言存在64个 Bij的值，但是仅仅15个干扰电平Bu是不同的。
权利要求
1.一种用于在传送信道中从发送机装置向接收机装置发送脉冲的方法，该脉冲表现信息码元，其中这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该方法的特征在于，它包括训练步骤，该训练步骤包括发送由两个部分(TpT2)组成的训练序列 该训练序列的第一部分(T1)包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量的至少一个脉冲；以及 该训练序列的第二部分(T2)包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在发送该训练序列的第一部分(T1)的至少一个脉冲与发送下一脉冲之间的时隙的数目使得在对应的码元之间不生成干扰。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，该训练序列的第二部分(T2)事先已知，与有效载荷信息相似，并且生成码元间干扰。
4.一种用于估计用以承载从发送机装置向接收机装置发送的脉冲的传送信道的参数的方法，该脉冲表现信息码元，其中这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该方法的特征在于，它包括 接收由两个部分0\、T2)组成的训练序列； 该训练序列的第一部分(T1)包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量的至少一个脉冲； 该训练序列的第二部分(T2)包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当；以及 作为该训练序列的函数来估计该传送信道的参数。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，它包括在接收到该训练序列的第一部分(T1) 时，估计可能彼此干扰的多个码元。
6.根据权利要求4或权利要求5的方法，其特征在于，它包括在接收到该训练序列的第一部分(T1)时，能量系数的第一估计。
7.根据权利要求4到6中任一项的方法，其特征在于，它包括在接收到该训练序列的第二部分(T2)时，该传送信道的噪声的能量电平的第一估计。
8.根据权利要求4到7中任一项的方法，其特征在于，它包括在接收到该训练序列的第二部分(T2)时，能量系数的第二估计。
9.根据权利要求4到8中任一项的方法，其特征在于，它包括用于对该发送机装置和该接收机装置进行同步的预备步骤，该接收机装置具有低放大增益。
10.一种用于在传送信道中发送脉冲的装置(DE)，该脉冲表现信息码元，其中这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该装置的特征在于，它包括用于发送由两个部分(TpT2)组成的训练序列的部件； 该训练序列的第一部分(T1)包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量的至少一个脉冲；以及 该训练序列的第二部分(T2)包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当。
11.一种终端(Dl)，适于容纳根据权利要求10的发送机装置。
12.一种用于在传送信道中接收脉冲的装置(DR)，该装置(DR)提供有概率均衡器，该脉冲表现信息码元，并且这些脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，该装置的特征在于，它包括 用于接收由两个部分0\、T2)组成的训练序列的部件； 该训练序列的第一部分(T1)包括比用于承载有效载荷信息的脉冲的能量更大的能量的至少一个脉冲； 该训练序列的第二部分(T2)包括脉冲的集合，这些脉冲中每一个的能量与用于承载有效载荷信息的脉冲的能量相当；以及 用于作为该训练序列的函数来估计该传送信道的参数的部件(BE)。
13.—种终端(D2)，适于容纳根据权利要求12的接收机装置。
14.一种包括指令的计算机程序，当计算机执行根据权利要求4到9中任一项的方法时，该指令用于实现该方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于在传送信道中从传送装置向接收机装置传送脉冲的方法，所述脉冲表现信息码元，并且所述脉冲中的每一个与码元时间中的时隙相关联，所述方法包括学习步骤，该学习步骤包括传送由两个部分组成的学习序列，该学习序列的第一部分包括具有比用于承载有用信息的脉冲的能量更高能量的至少一个脉冲；该学习序列的第二部分包括一系列脉冲，所述脉冲中每一个的能量与用于承载有用信息的脉冲的能量相当。
文档编号H04B1/7163GK102301613SQ200980155585
公开日2011年12月28日 申请日期2009年11月24日 优先权日2008年11月28日
发明者B.米斯科派因, J-L.丹格尔, S.梅基 申请人:法国电信公司