用于多天线脉冲型通信系统的空时编码/解码方法

专利名称：用于多天线脉冲型通信系统的空时编码/解码方法
技术领域：
本发明涉及超宽带UWB通信领域，同时也涉及多天线空时编码STC系统领域。

背景技术：
在本技术领域里，多天线类型的无线通信系统被人们所熟知。这类系统应用多个发射和/或接收天线，并根据所采用的结构类型被称为MIMO(多输入多输出)、MISO(多输入单输出)或SIMO(单输入多输出)。在下文中，我们使用术语MIMO涵盖上述的MIMO和MISO变型。在发射和/或在接收中使用空间分集使这类系统能够提供比传统单天线系统(单输入单输出SISO)更高的信道容量。这种空间分集通常以空时编码方式与时间分集相辅助。在这种编码中，将要发送的信息符号在若干天线上并在若干发送时刻进行编码。已知两个主要类别的具有空时编码的MIMO系统，首先是空时网格编码(STTC)系统，以及空时分组编码(STBC)系统。在网格编码系统中，可以将空时编码器视为有限状态机，其按照当前状态和将被编码的信息符号的函数将P个发送符号提供给P个天线。在接收端的解码是通过多维Viterbi算法完成的，多维Viterbi算法的复杂度按照状态数目的函数成指数增长。在分组编码系统中，在发送符号矩阵中对将要发送的信息符号分组进行编码，该矩阵的一个维度对应天线数，并且另一个维度对应连续发送时刻。
图1以图形方式示出了利用STBC编码的MIMO发送系统100。将诸如b比特二进制字，或更一般地，b位M进制符号的信息符号分组S＝(σ1，...，σb)编码为空时矩阵
其中，根据信息符号，编码的系数ct，p，t＝1，..，T；p＝1，..，P通常是复系数，P为用于发射的天线数，T为指示编码的时间范围的整数，换句话说为信道应用数或PCU(每信道应用)数。
使得空时编码字C与任意信息符号向量S相对应的函数f称为编码函数。如果函数f是线性的，则称空时编码是线性的。如果系数ct，p为实数，则称空时编码为实的。
在图1中，将空时编码器标记为110。在信道t的每个使用时刻，解码器为复用器120提供矩阵C的t-th行向量。复用器将行向量的参数发送给调制器1301，...，130P，并且通过天线1401，...，140P发送该已调制信号。
空时编码是由其速率，换句话说，是由其在每信道应用(PCU)发送的信息符号数来表征的。如果该编码速率比单天线应用(SISO)的速率高出P倍，则称该编码为满速率。
空时编码也可通过其分集来表征，该分集可被定义为矩阵C的秩。如果对应两个向量S1和S2的两个随机码字C1和C2的矩阵C1-C2为满秩矩阵，则具有最大分集。
最后，空时编码是通过其编码增益来表征的，其编码增益反映了不同码字之间的最小距离。其可以如下式定义 其中，对于线性编码等效为 其中det(C)表示C的行列式，并且CH为C的共轭转置矩阵。给定的每信息符号发送能量的编码增益是有限的。
如果空时编码的编码增益较高，则该时空编码将特别抗衰落。
在由S.M.Alamouti在IEEE Journal on selected areas in communications，第16卷，1451-1458页，1998年10月上发表的名称为“A transmit diversitytechnique for wireless communications”的论文中提出了一个用于具有两个发送天线的MIMO系统的空时编码的第一实例。Alamouti编码被定义为2×2空时矩阵 其中σ1和σ2为将要发送的两个信息符号，并且

和

为σ1和σ2对应的共轭。如在表达式(4)中能够看出，该编码发送两个信道应用的两个信息符号，因而，其速度为一符号/PCU。
尽管在上述文章中初始给出的符号属于QAM调制，但是Alamouti编码也可适用于属于PAM或PSK调制的信息符号。然而，其不能简单地扩展到位置调制PPM(脉冲位置调制)。具有M个位置的PPM调制字符表(modulation alphabet)的符号可以由包括M个分量的向量来表示，其中全部分量除了一个等于“1”以外都是零，等于“1”的分量对应于发射脉冲的调制位置。然后，在表达式(4)中使用PPM符号导出2M×2的空时矩阵。在该矩阵中出现的

不是字符表中的PPM符号。其涉及由正负号变化引起的脉冲发送。换句话说，这等效于使用属于PPM调制字符表扩展的PPM符号。
更一般地，在空时编码中，特别是在由V.Tarokh et al.在IEEE Trans.onInformation Theory，Vol.45，No.5，1999年7月，1456-1567页上发表的名称为“Space-time block codes from orthogonal designs”的文章中定义的实正交编码中使用PPM符号，导致PPM调制字符表的扩展。
当信息符号是实数时，在本文中介绍的实正交编码可以被视为是Alamouti编码的一般化。然而，仅对于P＝2，4，8个发送天线才存在这种编码。更精确地 对于P＝2， 对于P＝4， 以及对于P＝8， 其中σp，p＝1，...，8为实信息符号，例如PAM符号。如对于Alamouti编码，可以看出使用PPM符号的仅有的方法是引入带符号脉冲，其等效于使用扩展PPM字符表，其中的元素可以是具有M个分量的向量，M个分量中除了一个分量等于±1以外全部分量都等于零。
目前，正在对名为UWB系统的另一通信领域进行大量地研究，其可以显著的促进未来无线个域网(WPAN)的发展。这些系统的特别之处在于，它们可以在基带中直接利用具有很宽带宽的信号来工作。UWB信号通常是指遵循FCC于2002年二月14日制定，2005年三月修订的规章中规定的频率限制，也就是说，UWB信号是指一个在10.6GHz处频带为3.1，并且在-10dB上带宽至少为500MHz的信号。在实际应用中，公知有两类UWB信号，即多带OFDM(MB-OFDM)和UWB脉冲型信号。在下面的描述中，仅关注UWB脉冲型信号。
UWB脉冲信号由多个极短的脉冲组成，通常以几百皮秒的量级分布在帧中。为每个用户分配不同的跳时(TH)码，从而减小多址干扰(MAI)。然后，输出信号或寻址到用户k的信号可如下写出 其中w为基本脉冲形式，Tc为码片持续时间，Ts为基本间隔Ns＝NcTc持续时间，其中Nc为在间隔中的码片数，总的帧持续时间为Tf＝NsTs，其中Ns为帧中的间隔数。选择基本脉冲的持续时间小于码片持续时间，即Tw≤Tc。序列ck(n)，n＝0，..，Ns-1定义用户k的跳时码。选择跳时码序列，以便最小化属于不同用户的跳时码序列的脉冲之间的冲突数。
图2A示出了与用户k相关的TH-UWB信号。通常，TH-UWB信号是以位置调制方式调制的，以便从或向用户k发送给定的信息符号，即对于已调制信号 其中ε为明显小于码片持续时间的抖动，并且μk∈{0，..，M-1}为符号的M进制PPM位置，在该描述中将第一位置视为引入了零延时。
除了通过跳时码的方式分离不同用户，也可以通过正交码例如DS-CDMA中的Hadamard码来分离不同的用户。下面说明DS-UWB(直接扩频UWB)。在这种情况下，对于对应(6)式的未调制信号，得到下列表达式 其中

，n＝0，..，Ns-1为用户k的扩频序列。应当注意，表达式(8)与传统DS-CDMA信号的表达式相似。然而，其区别于DS-CDMA信号表达式的地方在于码片并不占据整个帧，而是分布在周期Ts处。图2B示出了与用户k相关的DS-UMB信号。
如上，可以使用PPM调制发送信息符号。在对应TH-UMB(7)的信号的位置中调制的DS-UWB信号可以使用相同的标记表达如下 最后，众所周之，可以结合跳时码和扩频码来向不同用户提供多址接入。其结果为具有以下一般形式的UWB脉冲信号TH-DS-UWB 图2C示出了与用户k相关的TH-DS-UWB信号。可以通过位置调制对该信号进行调制。其结果为以下已调制信号 在本领域里公知UWB信号可用于MIMO系统中。在这种情况下，每个天线发射按照信息符号或这种符号分组(STBC)的函数进行调制的UWB信号。然而，正如上文所述，在空时编码中使用PPM信息符号需要使用带符号的脉冲，也就是说需要使用2-PAM-M-PPM扩展调制字符表。考虑到相位翻转，还需要发射和接收中的RF结构，这将比使用常规的脉冲系统更加复杂。最后，一些UWB系统完全不能用于或难于用于带符号的脉冲发送。例如，光学UWB系统只能发送具有光强度TH-UWB的信号，必须没有任何符号信息。
本发明的目的在于提出一种用于多天线UWB系统的特别简单并且健壮的空时编码方法。当使用位置调制时，根据本发明的编码方法不需要对调制字符表进行扩展。具体地，其意味着当调制支持的信号属于TH-UWB类型时，不需要使用带符号的脉冲发送。
本发明的第二个目的在于提出一种用于估计根据上述方法发送的符号的解码方法。


发明内容
本发明限定了一种用于UWB发送系统的空时编码方法，包括P个辐射单元，其中P＝2，4或8，所述方法将属于2-PPM调制字符表的信息符号分组S＝(σ1，σ2，...，σP)编码为向量序列，向量的分量用于对所述系统的给定辐射单元的UWB脉冲信号的位置以及传输信道的应用进行调制，每个分量对应一个PPM调制位置。所述向量由矩阵的元素得出 对于P＝2， 对于P＝4， 对于P＝8， 矩阵中的每一行对应于一种传输信道的应用，并且矩阵的每一列对应于辐射单元，矩阵C被定义为不是其行和/或列的置换，而Ω是两个PPM调制位置的置换。
根据第一变量，所述脉冲信号为TH-UWB信号。
根据第二变量，所述脉冲信号为DS-UWB信号。
根据第三变量，所述脉冲信号为TH-DS-UWB信号。
本发明还设计一种UWB发送系统，包括P个辐射单元，其中P＝2，4或8，包括 — 编码模块，用于将属于2-PPM调制字符表的信息符号分组S＝(σ1，σ2，...，σP)编码为向量序列，每个向量与给定的传输信道的应用和给定的辐射单元相关，向量的每个分量对应PPM调制位置，所述向量由矩阵的元素得出 对于P＝2， 对于P＝4， 对于P＝8， 矩阵的一行对应一种传输信道的应用，而矩阵的一列对应一个辐射单元，将矩阵C被限定于其行和/或列的一个置换中，并且Ω是两个PPM调制位置的置换； — 多个调制器，用于调制UWB脉冲信号的位置，由于向量的分量与所述辐射单元和所述信道的应用相关，因此每个调制器与辐射单元相关，并在传输信道的应用过程中，对所述信号的位置进行调制； — 各个辐射单元，其适于发射由所述相关的调制器调制的信号。
根据第一实施例，辐射单元为UWB天线。
根据第二实施例，辐射单元为激光二极管或发光二极管。
本发明还涉及一种用于具有Q个传感器的UWB接收系统的空时解码方法，其设计用来估计由上面定义的发送系统发送的信息符号，该方法包括 — 获得与2QL个接收信道相关的2QL个决策变量的步骤，每个接收信道涉及传感器、发送和接收系统之间的传播路径、以及2-PPM调制字符表的调制位置，对于传输信道的P种连贯应用，重复所述获得步骤，以提供2QLP大小的向量Y，其分量是为所述P种应用获得的2QL个决策变量； — 计算向量的步骤，其中IP为P×P的单位矩阵，H为代表传输信道的矩阵，Γ为代表编码的常向量，而

为Kronecker积； — 计算

向量的步骤，其中

，并且其中I2为2×2的单位矩阵，h为使的简化信道矩阵，并且

为下述矩阵 对于P＝2，
对于P＝4，
以及附录中对于P＝8的矩阵； — 用于比较适用于每个符号的两个PPM位置的向量

的分量的步骤，所估计的PPM位置是对应最大振幅分量的位置。
最后，本发明涉及一种UWB接收系统，其包括Q个传感器，以及对应每个传感器的相关的Rake接收机，其特征在于每个Rake接收机包括2L个支路，每个支路对应一个传播路径和2-PPM调制字符表的一个调制位置，该系统还包括 — 串并转换模块，用来形成具有2QLP大小的向量Y，向量Y的分量是来自用于传输信道P个连贯应用的Rake接收机支路的2QL个输出； — 计算模块，首先计算向量，其中IP为P×P单位矩阵，H为表示传输信道的矩阵，Γ为表示编码的常向量，并且

为Kronecker积，然后计算向量

，其中

，并且其中I2为2×2单位矩阵，h为使的简化信道矩阵，并且

为以下矩阵 对于P＝2，
对于P＝4，
以及附录中对于P＝8的矩阵； — 比较模块，其适于针对每个符号比较该符号的两个PPM位置的向量

的两个分量，所估计的PPM位置是对应最大振幅分量的位置。
根据第一实施例，传感器为UWB天线。
根据第二实施例，传感器为光电探测器。



通过参照附图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更加清晰，在附图中 图1以图形方式示出了本领域公知的利用STBC编码的MIMO发送系统； 图2A至2C分别示出了TH-UWB、DS-UWB和TH-DS-UWB信号的形态； 图3以图形的方式示出了使用根据本发明一个实施例的空时编码方法的多天线发送设备； 图4示出了一种接收设备，用来对图3中根据本发明一个实施例的设备发送的信息符号进行解码。

具体实施例方式 本发明的基本思想是引入一种基于运用在信息符号的调制位置上的置换运算符的编码分集。
下面，我们将讨论具有P＝2，4，8个发送天线，或更一般地，具有P＝2，4，8个辐射单元的UWB发送系统。信息符号属于位置调制字符表。如上所述，M表示这个字符表的基数(cardinal)。
根据本发明的发送设备所使用的空时编码由下列矩阵定义， 对于P＝2， 对于P＝4， 对于P＝8， 其中σ1，σ2，...，σP为将要发送的信息符号，其以具有维度2的列向量的形式来表示，并且其分量除了一个等于1以外，其余全部为零，等于1的分量定义了调制位置。Ω为2×2置换矩阵，即 还句话说，Ω是将符号的两个PPM位置进行置换运算符。因此，如果σ是PPM调制字符表中的符号，则Ωσ也是。
应当注意，矩阵(12)的维度为2P×P，并且它们是通过由置换运算符Ω取代正负号变化而从实正交编码(5)的矩阵中形式得出的。该运算符很方便的引入了一种空时分集，而不需要使用正负号变化，也就是说，其不需要对PPM调制字符表进行扩展。可以看出，矩阵C的分量仅仅是0和1，而不是带符号数值。这种空时编码适用于超宽带信号的调制。
矩阵C在其行和/或列的置换之外进行定义。对矩阵C的行(在这种情况下，行表示具有维度2的向量的行)和/或列的任意置换是根据本发明的空时编码，对行的置换等效于信道应用时刻的置换，而对列的置换等效于对发送天线的置换。信息符号σ1，σ2，...，σP的顺序是随机的，不必参照它们在P个符号的分组中对应的位置。换句话说，矩阵(12)中符号σ1，σ2，...，σP的置换不改变空时编码的定义。
此外，矩阵C在其各列中分别具有相同数量的“1”，从而导致能量有利地平均分布在不同的天线上。
由于在信道的P种应用中送P个信息符号，所以空时编码C还是满速率的。空时编码C的编码增益还高于现有技术中公知编码的增益。
可以看出，由矩阵(12)定义的空时编码，以及由矩阵(5)定义的空时编码具有最大分集。
通过定义可知，对于每一对不同的编码矩阵C，C′，如果ΔC＝C-C′是满秩的，则编码具有最大分集，换句话说，如果 其中，ap＝σp-σ′p，对于p＝1，...，P是满秩的。
从结构上说，向量ap的两个分量为零或者具有相反的正负号。
矩阵ΔC能够以展开形式写为 其中al，m＝σl，m-σ′l，m，l＝1，2，3，4，m＝0，1并且al，m∈{-1，0，1} 如果这两个列向量是共线性的，则矩阵ΔC不是满秩的，也就是说，如果这些列向量相等或相反，则考虑它们分量的值。在这种情况下，由于al,0＝al，1，当且仅当al，0＝al，1＝0时，能够容易地证明a1和a2向量必为零，也就是说C＝C′。
例如，下面我们将描述当P＝4时的发送方法，P＝2和P＝8的情况显然是相似的。
假设系统使用如(6)式中定义的TH-UWB信号。空时编码对该信号进行调制，并经由信道的两个连贯应用(PCU)进行发送。在第一应用中，p＝1，...，4的天线分别发送第一帧 在第二信道应用中，天线p＝1，3发送第二帧 其中μp为μp的位置置换，也就是说，如果μp＝0则μp=1且如果μp＝1则μp＝0，并且天线p＝2，4发送第二帧 基于相同的原则得到由天线发射的第三和第四帧。
本领域技术人员可以看出，通过使用根据表达式(8)的DS-UWB信号，或者甚至是根据表达式(10)的DS-TH-UWB信号，取代TH-UWB信号，可得到相似的表达式。
图3示出了使用根据本发明的时空编码方法的发送系统的实例。
图3示出了P＝4的情况，对于P＝2和P＝8的情况是相似的。
系统300接收每个分组S＝(σ1，σ2，σ3，σ4)的信息符号，其中σ1，σ2，σ3，σ4是具有两个位置的PPM星座图的符号。可选地，信息符号可能源自另一个二进制星座图，例如二进制或BPSK符号，假设它们最初映射到所述PPM星座图中。可以通过本领域技术人员公知的一个或多个运算得出信息符号，所述运算例如源编码、卷积类信道编码、分组或串联或并联turbo编码、交织等。
然后，在时空编码器310中对信息符号分组S＝(σ1，σ2，σ3，σ4)进行编码运算。更具体地，模块310计算矩阵C的系数，其满足对于P＝4的表达式(12)或如上所述通过置换矩阵C的行和/或列得到的变型。矩阵C的第一行的四个列向量代表四个PPM符号，分别被发送到UWB调制器3201，3202，3203，3204，以便形成第一帧，然后处理C的第二行的四个列向量以便形成第二帧，如此继续，直到第四帧。
UWB调制器3201由PPM符号σ1，σ2，σ3，σ4生成相应的已调制UWB脉冲信号。同样，UWB调制器3202对向量Ωσ2，σ1，Ωσ4，σ3进行同样的操作，以及UWB调制器3203对Ωσ3，σ4，σ1，Ωσ2和UWB调制器3204对Ωσ4，Ωσ3，σ2，σ1。
虽然在本发明的框架中优势较少，但是UWB脉冲信号可用于支持调制，以及可选的，可以属于DS-UWB或TH-DS-UWB类型。在所有情况中，然后将如上调制的UWB脉冲信号发送到辐射单元3301到3304。这些辐射单元可以是例如运行在与光电调制器相关的红外区的UWB天线或激光二极管或LED。从而所述发送系统能够用于无线光通信领域。
由图3所示系统发送的UWB信号，可以根据下面给出的解码方法，由多天线接收机进行接收和处理。
根据本发明的解码方法能够用于简单地可靠地估计由通过Rake类型多天线接收机接收的UWB信号发出的信息符号，比传统球解码算法更简便。
在余下的内容中，假设在发射机和接收机之间的传输信道具有比两个调制位置的时间间隔，即ε，更短的脉冲响应。当预先选择足够大的ε，以使得该约束遵循在统计上显著的多路径条件时，在实践中将会满足这种假设。当通过光进行发送时，信道的时间扩展一般是可以忽略的。但是，将要检查光脉冲的持续时间是小于ε。
根据前面的假设，在第一调制位置发射并沿第一路径传播的UWB信号的脉冲，不能与与来自沿第二路径传播的同一信号的脉冲同时存在，即在调制位置间将不存在多路干扰。
同样假设接收机属于多天线类型和Rake类型。更具体地，每个天线1，...，Q将其接收的信号输出到与其关联的Rake接收机。每个Rake接收机具有2L个支路，换句话说2L个支路适配到L个路径以及每个路径的两个调制位置。Rake接收机的2QL个支路对于Q个天线的输出是该接收机使用的决策变量。对于对应P个发送帧的P个间隔，对这2QL个决策变量进行观测。最终，所有这些观测结果可以由2QL×P矩阵X表示，矩阵X表示在P个间隔中接收的信号的穷尽和(exhaustive summary)，可以用如下形式表示 X＝HC+N (19) 其中C是由发送系统使用空时编码的2P×P矩阵，如(12)所给出的或通过置换行和/或列得到等效式；N是2QL×P矩阵，表示对于P个观测间隔在2QL个支路输出处的噪音样本；H是2QL×2P的传输信道矩阵。假设接收机是相干的，换句话说假设能够进行信道估计，例如通过经由P个发送天线发送的导频符号的方式。通常，接收机可以通过估计常规多天线信道来估计信道矩阵H。
可以等价地将表达式(19)写为向量形式 其中，对于P×R任意矩阵A，vec(A)是通过依次垂直连接矩阵A的列向量得到的大小为PR的向量，并且其中

为Kronecker积。
向量vec(C)可以表示为大小为2P的向量σ的函数，向量vec(C)是通过将向量σ1，σ2，...，σP垂直连接得到的，即 vec(C)＝Φ(Ω)σ (21) 其中Φ(Ω)为2P2×2P矩阵，其给出了空时编码符号和信息符号之间的线性相关性，即 对于P＝2， 其中O2、I2和Ω分别为2×2大小的零矩阵、单位矩阵和置换矩阵， 对于P＝4， 对于P＝8的矩阵Φ(Ω)是以从C的表达式(12)开始的相同的方式得到的。例如，可以理解，Φ(Ω)的第(9k+1)k＝0，..，7个行向量是(I2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2)，并且倒数第二行是(O2 Ω O2 O2 O2 O2 O2 O2)。在附录中给出了Φ(Ω)的行向量集。
考虑到，对于随机2-PPM符号σp，具有下式 Ωσp＝-σp+12 (23) 其中12＝(1 1)T，Φ(Ω)σ向量可以由下面的方式表示 Φ(Ω)σ＝Φ(-I2)σ+Γ(24) 其中，Φ(-I2)是通过以-I2取代Ω得到的矩阵，而Γ是大小为2P2的常向量，即独立于信息符号。向量Γ是通过以02＝(0 0)T取代信息符号σp并且以12置换位置符号Ωσp而从空时编码矩阵C得到的。更具体地 Γ＝vec(C0) (25) 其中，对于P＝2具有，并且对于P＝4具有 以及最后对于尸＝8具有 此外，公式(24)中的矩阵Φ(-I2)也可以用下面的方式表达，使用其分组形态
其中

为P2×P矩阵，其通过形式上在矩阵(22)中以0取代O2、以1取代I2、并以-1取代Ω得到的。例如 对于P＝2，
对于P＝4，
对于P＝8，附录中给出了

的行向量。
通过合并等式(20)、(21)、(24)和(27)，可以得出
考虑到两个PPM位置之间没有任何多径干扰，信道矩阵可以表示如下 其中h为QL×P矩阵。从而表达式(28)变为
如果定义通过kronecker积的结合律得出下式
即
并且，当标记

时
可以看出

为PQL×P矩阵，其满足
其中

为

的共轭转置，并且α为正实数。
(33)和(34)的结果为在接收机端处维护了如(12)式中定义的空时编码的正交性。
空时编码的解码方法，即对由决策变量的向量Y发射的信息符号的估计，包括以下步骤 使用决策变量Y的向量以及由接收机估计的信道矩阵H，可以计算出 其中Γ＝vec(C0)是只取决于编码的常量，因此对接收机是已知的。
使用矩阵z和由

得出的矩阵

，其中，可以计算出在正交信号空间中的投影
最后，第p个发送信息符号，通过确定下式得到σp 其中

为向量

的第(2p+m-1)个分量，并且其中

给出了估计

的PPM调制位置，即其中δ(.)为Dirac分布。
图4示出了根据本发明一个实施例的接收设备。该设备用于估计由前面所描述的例如图3中所示的对于P＝4的发送设备发射的信息符号σ1，σ2，...，σP。
该设备包括Q个天线4101，4102，...，410Q或多个用于光学设备的光电探测器。
每个天线410q被连接至Rake接收机420q，Rake接收机420q具有2L个支路430qlm l＝1，...，2L，对于q＝1，..，Q的支路430qlm并且与路径l和脉冲位置m相关。将2QL个支路的输出yqlm提供至串行-并行转换器440作为向量y′，其分量为y′(2l+m-1)+2qL＝yqml。通过串行并行转换器440将对应P个发送间隔所观测的向量y′1，...，y′P连接到大小为2QLP的向量Y中。
计算模块450首先接收串行/并行转换器440的向量Y和信道估计器445的简化矩阵h。此外，将向量Γ和矩阵

的分量存储在存储器457中。该计算模块进行运算(35)然后是(37)，即和

其中

最后，将

的2P个分量提供至比较器460，比较器460对于每个p＝1，...，P确定

和

，以便推导出以及估计
附录 以下给出对于P＝8，矩阵

的64个行向量。将它们标记为

至

































































权利要求
1、用于UWB发送系统的空时编码方法，包括P个辐射单元，其中P＝2，4或8，所述方法将属于2-PPM调制字符表的信息符号组S＝(σ1，σ2，...，σP)编码为向量序列，向量的分量用来对于所述系统的给定辐射单元和给定传输信道的应用，对UWB脉冲信号的位置进行调制，每个分量对应一个PPM调制位置，其特征在于所述向量是从下列矩阵的元素中得到的
对于P＝2，
对于P＝4，
对于P＝8，
所述矩阵中的每行对应所述传输信道的一种应用，并且所述矩阵的每列对应一个辐射单元，所述矩阵C在其行和/或列的置换之外进行定义，并且Ω是所述两个PPM调制位置的置换。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲信号为TH-UWB信号。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲信号为DS-UWB信号。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲信号为TH-DS-UWB信号。
5、UWB发送系统，包括P个辐射单元，其中P＝2，4或8，其特征在于还包括
—编码模块(310)，用于将属于2-PPM调制字符表的信息符号组S＝(σ1，σ2，...，σP)编码为向量序列，每个向量与传输信道的一种给定应用和一个给定辐射单元相关，向量的每个分量对应一个PPM调制位置，所述向量是从下列矩阵的元素中得到的
对于P＝2，
对于P＝4，
对于P＝8，
所述矩阵的一行对应所述传输信道的一种应用，而且所述矩阵的一列对应一个辐射单元，所述矩阵C在其行和/或列的一个置换内进行定义，并且Ω为两个PPM调制位置的置换；
—多个调制器(3201，3202，..，320P)，用于对UWB脉冲信号的位置进行调制，每个调制器与一个辐射单元相关，并且在所述传输信道的应用过程中，每个调试器通过与所述辐射单元和所述信道的所述应用相关的向量的分量，对所述信号的位置进行调制；
—每个辐射单元，其适于发射由所述相关调制器如上调制的所述信号。
6、根据权利要求5所述的发送系统，其特征在于，所述辐射单元为UWB天线。
7、根据权利要求5所述的发送系统，其特征在于，所述辐射单元为激光二极管或发光二极管。
8、用于具有Q个传感器的UWB接收系统的空时解码方法，其设计用于估计由根据权利要求5至7中一个权利要求所述的发送系统发送的信息符号，其特征在于包括
—获得与2QL个接收信道相关的2QL个决策变量的步骤，每个接收信道涉及传感器、发送和接收系统之间的传播路径、以及2-PPM调制字符表的调制位置，对于所述传输信道的P个连贯应用，重复所述获得步骤，以便提供大小为2QLP的向量Y，其分量是为所述P个应用获得的2QL个决策变量；
—计算向量的步骤，其中IP为P×P单位矩阵，H为表示所述传输信道的矩阵，Γ为表示所述编码的常向量，并且
为Kronecker积；
—计算向量
的步骤，其中
并且其中I2为2×2单位矩阵，h为使得的简化信道矩阵，并且
为下列矩阵
对于P＝2，
对于P＝4，
以及附录中对于P＝8的矩阵；
—对于每个符号，比较可用于该符号的两个PPM位置的向量
的分量的步骤，所估计的PPM位置是对应最大振幅分量的位置。
9、UWB接收系统，包括Q个传感器，并且对于每个传感器，包括一个相关的Rake接收机，其特征在于每个Rake接收机包括2L个支路，每个支路对应一个传播路径和2-PPM调制字符表的一个调制位置，所述系统还包括
—串行-并行转换模块，用于形成大小为2QLP的向量Y，向量Y的分量是来自所述Rake接收机支路的2QL个输出，其用于所述传输信道的P个连贯应用；
—计算模块，首先计算向量其中IP为P×P单位矩阵，H为表示所述传输信道的矩阵，Γ为表示所述编码的常向量，并且
为Kronecker积，然后计算向量
其中
并且其中I2为2×2单位矩阵，h为使得的简化信道矩阵，并且
为下列矩阵
对于P＝2，
对于P＝4，
以及附录中对于P＝8的矩阵；
—比较可用于每个符号的两个PPM位置的向量
的两个分量的模块，所估计的PPM位置是对应最大振幅分量的位置。
10、根据权利要求9所述的接收系统，其特征在于，所述传感器为UWB天线。
11、根据权利要求9所述的接收系统，其特征在于，所述传感器为光电探测器。
全文摘要
本发明涉及一种用于UWB脉冲类型发送/接收系统的空时编码方法。假定对于P＝2，4或8个发送天线，该空时编码使其能够在不需要调制字符表扩展的情况下，对2-PPM信息符号进行编码以及使用已编码符号对UWB脉冲信号的位置进行调制。该时空编码是具有最大分集的实数型，并且是满速率的。本发明还涉及一种可以估计如上发送的信息符号的空时解码方法。
文档编号H04B1/69GK101394258SQ20081021098
公开日2009年3月25日 申请日期2008年8月15日 优先权日2007年8月16日
发明者C·阿布耶利 申请人:原子能委员会