专利名称：Uwb装置和方法
技术领域：
本发明涉及超宽带(UWB)装置和方法，具体地涉及一种对具 有低误差率的超宽带信号进行解调的超宽带袭置和方法。
背景技术：
超宽带是在整个非常宽的频率范围3.1 GHz-10.6 GHz内传输数 字数据的无线电技术。它使用通常低于-41 dBm/MHz的超低传输功 率，因此该技术可以完全包括在其它现有的例如Wi-Fi、 GSM和蓝 牙的传输频率内。这意味着超宽带可以与其它射频技术共存。然而， 这具有一般为5米到20米的受限通信距离的限制。
有两种实现UWB的方案时域方案，以具有UWB特性的脉 冲波形构造信号，以及频域调制方案，使用传统的基于FFT的多(频) 带正交频分复用(OFDM),即MB-OFDM。两种UWB方案均产生 在频谱内覆盖非常宽的带宽的频谱分量，即术语超宽带，从而该带 宽占中心频率(通常至少500MHz)的20%以上。
超宽带的这些特性加上其非常宽的带宽，意味着UWB是用于 在通信装置之间的距离在20m范围内的家庭或办公环境中提供高速 无线通信的理想纟支术。
图1示出了用于超宽带通信的多带正交频分复用(MB-OFDM ) 系统中的频带布置。MB-OFDM系统包括14个子带，每个子带为528 MHz,并且MB-OFDM系统4吏用在子带之间的每312 ns浪L频作 为4妄入方法。在每个子带内，采用OFDM和QPSK或DCM编码来 传l俞数据。应当注意，空出5GHz左右的子带，通常为5.1 GHz-5.8 GHz,以避免与例如802.11a WLAN系统的现有窄带系统、安全代 理通4言系统、或力亢空工业之间的干护C。
十四个子带组织为五个带组，其中四个带组均具有三个528 MHz的子带， 一个带组具有两个528 MHz的子带。如图1所示， 第一带组包括子带1、子带2和子带3。 一个示例性的UWB系统将 采用带组的子带间的跳频，以使得第 一数据符号在带组的第 一频率 子带中在第一 312.5 ns持续时间间隔内传输，第二数据符号在带组 的第二频率子带中在第二 312.5 ns持续时间间隔内传输，以及第三 数据符号在带组的第三频率子带内在第三312.5 ns持续时间间隔内 传输。因此，在每个时间间隔期间，数据符号在具有528MHz带宽 的各个子带内传输，例如具有以3960 MHz为中心频率的528 MHz 基带信号的子带2。
UWB系统的基本定时结构为超帧。 一个超帧由256个介质访 问槽(MAS )构成，每个MAS具有规定的持续时间，例如256 |iis。 每个超帧以持续一个或多个连续MAS的信标周期开始。信标周期 内的第一个MAS的开始称为"信标周期开始"。
超宽带的技术特性意味着其配置为用于数据通信领域的应用。 例如，存在广泛的各种应用，这些应用集中在以下环境中的电缆替
代
PC与外围设备之间的通信，即，诸如硬盘驱动器、光盘刻 录机、打印机、扫描仪等外围设备。家庭娱乐设备，诸如电视和通过无线装置连接的装置、无 线扬声器等。
手持装置与PC之间的通信，例如移动电话和PDA、数码 相才几和MP3纟番^L器等。
关于在UWB系统中将数据从发射机传输到接收机，为了提高 每比特的能量并还采用分集增益，时间和频率扩展被包括在MBOA UWB规格中。在发射机处，例如一个星座点的两个副本被传送至 信道(按照时间和/或频率分开的)。在4妾收才几处，这些副本^皮重新 合并以使丛点的信噪比(SNR)最佳。已知用来对来自多个分集分 支的信号进行合并的多种技术。 一种这样的技术是最大比合并 (MRC)。图2是利用最大比合并技术来对接收到的信号进行合并 的一种MRC装置简化方案。多个信号分支n至rN各乘以相应的加 权因数3i至3w。然后，在信号5i至5w被传送到接收机解调器9之 前，在加法器7中将加权后的信号5!至5n加到一起。MRC的目的 是对具有强信号的信号分支n至rw进行放大，而同时对具有弱信号 的信号分支n至rw进行衰减。
一种已知的用于对信号分支n至rw进行加权的方法是对所有 信号分支n至rN进行相等的加权。该方法产生具有更高数据率但还 具有相对高的比特误差率的解调数据。
另 一种方法是创建一个特殊电路，该电路用来对接收到的每个 信道的噪声幅度进行估计，然后噪声幅度被用于对接收到的相应信 号进行加权。这具有以下缺点，需要额外的电路来确定噪声幅度， 这使得接收机更加昂贵。额外的电路还具有以下缺点，增大了接收 机装置的功耗。
本发明的目的在于一种改进的UWB装置和方法。
发明内容
根据本发明的第 一方面，提供了 一种对接收到的信号进行处理 的方法，所接收到的信号包括在发射机处利用扩展技术形成的两个
或多个分集信号。该方法包括以下步骤对传送所接收到的信号的 信道进行估计；将估计出的信道的逆应用于所接收到的信号，从而 产生每个信道中的噪声估计和补偿后的信号；以及根据信道估计过 程，使用每个信道中的估计出的噪声以对多个输入进行加权以对补 偿后的信号进行解调。
鉴于以上可以看出，每个MBOAUWB信道中的噪声幅度均可 以#皮计算为信道估计过程的副产物。噪声幅度的知识可以:故用于对 输入进行加权以进行解调，从而达到解调后数据中的最低误差几率。
根据本发明的另 一个方面，提供了 一种对接收到的信号进行处 理的接收机，该信号包括在发射机处利用扩展技术所形成的两个或 多个分集信号。该接收机包括信道估计装置，用于对传送信号的 信道进行估计；以及逆装置，用于对从信道估计装置获得的信道估 计求逆，估计出的信道的逆被应用于所接收到的信号以生成补偿后 的信号。该接收机还包括在利用每个信道中的噪声估计来进行解调 之前对补偿后的信号进行加权的装置，每个信道中的噪声估计来源 于信道估计过程的逆。
为了更好地理解本发明，以及更清楚地示出如何实现本发明， 将4又以示例的方式来参照附图，其中
图1示出了由多带OFDM耳关盟(MBOA )i人i正通过的MB-OFDM 系纟克的步贞i普；图2是基础的最大比合并(MRC)的示例性示图；以及 图3是根据本发明的接收机链的一部分的示例性示图。
具体实施例方式
图3是超宽带装置中的接收机链的示例性示图，并示出了从接 收机块12到解调器38的链。虽然描述了关于UWB接收机及方法 的优选实施例，但可以理解，本发明可同样地应用于使用扩展和分 集技术来传输数据的其它无限通信系统，并且具体地，(但是不排他 地)，可应用到大体上使用MBOA标准的OFDM系统。天线10接 收输入信号。输入信号被传输至包括RF阶和模数转换器(ADC) 的接收机块12。假设在ADC的输出14处的接收机噪声是具有标准 偏差(cj = s)的高斯白噪声。ADC 12的llr出处的噪声标准偏差独 立于信道选择，这是因为它是由热噪声和来自接收机低噪声的放大 器(LNA)的噪声支配的。
来自ADC 12的输出14传输至快速傅里叶转换阶段(FFT ) 16。 FFT 16的输出18处的4妻收才几噪声标准偏差增加一个因^tk,(即0 = ks)， ^f旦是其仍然独立于信道。
FFT 16的输出18传输至信道估计块20。信道估计块20产生传 输信号的信道的信道估计信号22,即H(z)。 H(z)是多个复数的矢量， 每个元素表示FFT辅助载波频率的信道增益。信道估计信号22 #皮 输出至逆块24,该逆块产生估计的信道矩阵的逆，1/H(z)， 26。
FFT 16的输出18还输入至信道补偿块28。信道补偿块28使用 从逆块24接收到的估计的逆信道矩阵26在转换的信号18上执行补 偿操作。换言之，将逆信道矩阵26作用到转换的信号18上，从而
补偿信道效应。将估计的逆信道矩阵26作用到转换的信号18上，这样通过因 数| 1/H(z)l增加包括信道噪声的整个信号，该因数是随着不同信道而 不同的。因此，补偿后的信号30具有I1/Hlks的噪声因数。
然后，补偿的信号30输出至最大比合并(MRC)解扩器32。 解扩器32根据上面关于图2描述的最大比合并方法对补偿的信号 30进行解扩，以下将对其进行更详细的描述。
为了使信号-噪声比最优化，要求接收的信号中星座点的标准偏 差(cj)。如上所述，假设在接收机中的快速傅里叶转换(FFT)阶 段16的输入处存在加性高斯白噪声(AWGN),其通过信道补偿块 28在llr出处变形。因此，AWGN音调标准偏差的幅度(在FFT和 信道补偿之后)与1/H(z)(即，估计的信道矩阵的逆)的幅度成比 例。
最大比合并(MRC)技术提供了在时间和频率解扩中利用西格 玛值的数学最佳方式。通过下列等式描述了 MRC技术。注意，采 样值是Xj并且相应的西格玛值是<formula>formula see original document page 9</formula>
通过下式^^出了在MRC解扩器的^r出处的^^桑声的标准偏差
<formula>formula see original document page 9</formula>
才艮据本发明，为了执行该方法，MRC解扩器32还接收来自信 道估计逆块24的幅度为I1/H(z)l的信号34作为l俞入。在信道估计和逆阶l殳20、 24中计算信号26(即，1/H(z)),且作为(信号26的) 信道补偿过程的一部分计算信号34 (即I1/H(z)i)。因此，可以理解， 为产生信号34几乎不需要额外处理。此外，注意，精确地估计信号 |l/H(z)|ks以确保最优的MRC。还可以理解，信号34表示多个加权 因凄t,其中每一个用于多个^皮独立处理的FFT辅助载波频率中的每 一个。
注意到，信道估计的逆以下列方式提供了噪声水平的指示。假 设加性高斯白噪声(AWGN)在信道补偿之前是非常"平的"(即在 所有水平上能量相等)。在信道补偿之后(频率域中，FFT之后)， 该恒定噪声功率根据每个FFT辅助载波频率上的逆信道估计的幅度 增力口或减弱。
MRC解扩器32将解扩的信号36输出至解调器38,其还输出 解调的#:据。
从上述可以看到，每个MBOA UWB信道中噪声的幅度可以作 为信道估计过程的副产物:故计算。然后，然后噪声幅度的知识被用 于对多个输入进行加权以进行解调，以达到解调的数据中的最低误 差几率。
因此，本发明提供了对接收到的信号进行解调的方法，其在解 调后的信号上产生很低的误差率。因为噪声的幅度已被计算为信道 估计过程的一个自然部分，所以达到了该性能优势而无需大量额外 的成本。换言之，对于最大比合并运算的噪声幅度被作为信道估计 过程的一部分而被"无偿地"计算。
本发明具有能够达到高性能的优点，通过给定范围的较低误差 率，或给定误差率的更大范围，但是没有附加的花费或功率损耗。应当注意，上述实施例示出而非限制了本发明，并且在不背离 所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员能够设计出多种 可选实施例。词语"包括"并不排除不同于4又利要求中所列出的元 件或步艰《的存在，并且"一个，，并不排除多个，以及单一的处理器 或其他单元可以完成权利要求所述的多个功能。权利要求中的任何 参考标号均不应当解释为限制其范围。
权利要求
1.一种用于对接收到的信号进行处理的方法，所述接收到的信号包括在发射机处利用扩展技术形成的两个或多个分集信号，所述方法包括以下步骤对传送所述接收到的信号的信道进行估计；将估计出的信道的逆应用于所述接收到的信号，从而生成每个信道中的噪声估计和补偿后的信号；以及根据信道估计过程，利用每个信道中的估计出的噪声来对多个输入进行加权来对所述补偿后的信号进行解调。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤执行最大 比合并过程以在解调之前对所述两个或多个分集信号进行合 并，每个信道中的所述估计出的噪声被用于在所述最大比合并 过程期间对所述两个或多个分集信号进行加权。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个信道中的所述噪 声估计是基于所述估计出的信道的逆的近似值。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述接收到 的信号是超宽带信号。
5. —种用于对接收到的信号进行处理的接收机，所述接收到的信 号包括在发射机处利用扩展技术形成的两个或多个分集信号， 所述接收机包括信道估计装置，用于对传送所述信号的信道进行估计；逆装置，用于对从所述信道估计装置获得的信道估计求 逆，估计出的信道的逆被应用于所述接收到的信号以生成补偿后的信号；以及用于在利用每个信道中的噪声估计进行解调之前对#卜偿 后的信号进行加权的装置，每个信道中的所述噪声估计来源于 信道估计过程的逆。
6. 根据权利要求5所述的接收机，进一步包括用于在解调之前 执行最大比合并过程以对所述两个或多个分集信号进行合并 的装置，每个信道中的估计出的噪声被用于在所述最大比合并 过程期间对所述两个或多个分集信号进行加权。
7. 根据权利要求5或6所述的接收机，其中，每个信道中的所述 噪声估计是基于所述估计出的信道的逆的近似值。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的接收机，其中，所述接收 机是用于接收超宽带信号的超宽带接收机。
全文摘要
一种用于对接收到的信号进行处理的超宽带接收机，接收到的信号包括在发射机处利用扩展技术形成的两个或多个分集信号，该接收机包括信道估计装置，用于对传送信号的信道进行估计。该接收机包括逆装置，该逆装置用于对从信道估计装置获得的信道估计求逆，估计出的信道的逆被应用于接收到的信号以产生补偿后的信号。该接收机包括在利用每个信道中的噪声估计进行解调之前对补偿后的信号进行加权，每个信道中的噪声估计来源于信道估计处理的逆。
文档编号H04B1/69GK101518000SQ200780035898
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月25日 优先权日2006年9月26日
发明者菲利普斯·德斯蒙德 申请人:Iti苏格兰有限公司