專利名稱：用于帶每一子頻帶的接收機(jī)天線選擇的多頻帶ofdm系統(tǒng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法
用于帶每一子頻帶的接收機(jī)天線選擇的多頻帶OFDM系統(tǒng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法本發(fā)明涉及用于多頻帶OFDM系統(tǒng)中每一子頻帶的接收機(jī)天線選擇 的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，其減小了 RF鏈的數(shù)目和與多個(gè)RF鏈相關(guān)聯(lián)的成本。在下一代多頻帶OFDM系統(tǒng)中，空間分集是特別令人感興趣的，因 為它可以通過使用多個(gè)發(fā)送和接收天線(MIMO)來利用豐富散射的信道環(huán) 境。同時(shí)，空間分集可以提供系統(tǒng)性能的顯著改善。為了改善多頻帶OFDM 系統(tǒng)的性能、而同時(shí)保持高的數(shù)據(jù)速率與低的譯碼復(fù)雜性，空間-時(shí)間編碼 的OFDM系統(tǒng)是一個(gè)很好的選擇，諸如使用兩個(gè)發(fā)送天線的Alamouti (阿 拉穆蒂)碼,見S. Alamouti, "A simple transmit diversity technique for wireless communications," IEEE J. Select. Areas Comm, vol. 16,第1451-1458頁， 1998年十月。伴隨使用多天線技術(shù)在性能上的改善， 一同帶來了由于需要 多個(gè)RF鏈被用于實(shí)現(xiàn)而導(dǎo)致成本增加的固有缺點(diǎn)。需要一種減小這個(gè)成本的方法， 一種保持多天線技術(shù)的性能改善的方法。本發(fā)明的系統(tǒng)、設(shè)備和方法提供一種用于執(zhí)行天線選擇的技術(shù)，其減 小所選擇的天線的數(shù)目且從而減小相關(guān)聯(lián)的成本。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是基于固有頻率和多頻帶正交頻分復(fù)用 MB-OFDM系統(tǒng)的不同子頻帶之間的空間分集的簡(jiǎn)單選擇準(zhǔn)則。按照本發(fā)明的天線選擇，保留了多天線系統(tǒng)的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，并減小了 所選擇的天線和相應(yīng)的RF鏈的數(shù)目。天線選擇技術(shù)可以在空間-時(shí)間編碼 的OFDM系統(tǒng)的上下文中被使用于頻率選擇性信道。典型地，這樣的選擇 準(zhǔn)則可能會(huì)由于在天線對(duì)之間的大的子信道數(shù)量而相當(dāng)復(fù)雜。在優(yōu)選實(shí)施例中，選擇度量是基于能量的天線選擇技術(shù)，在其中，天 線是通過觀察在每一子頻帶中所有載波上平均的最大SNR而被選擇的。由于MB-OFDM系統(tǒng)的頻率選擇性質(zhì)，不同的子頻帶可能具有來自多 徑信道的不同的陰影(shadowing)效應(yīng)。通過使用優(yōu)選實(shí)施例的技術(shù)，執(zhí) 行每一子頻帶的基于能量的天線選擇，且仿真結(jié)果確保不但對(duì)具有陰影的 MB-OFDM UWB信道有效，而且也對(duì)相同的不帶有陰影的信道有效。組尺寸和16QAM調(diào)制下，對(duì)于具有陰影的 MB-OFDM UWB信道(CM2)的單天線發(fā)送和Alamouti編碼的兩天線發(fā)送 的PER曲線；圖2圖解在lk字節(jié)的分組尺寸和16QAM調(diào)制下，對(duì)于不帶有陰影的 MB-OFDM UWB信道(CM2)的單天線發(fā)送和Alamouti編碼的兩天線發(fā)送 的PER曲線；圖3圖解具有兩個(gè)天線的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)；以及圖4圖解按照本發(fā)明修改的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，以下的說明被提供用來舉例說明而不 是限制。技術(shù)人員明白，在本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以有 許多變例。已知的功能和結(jié)構(gòu)的不必要的細(xì)節(jié)可以從當(dāng)前的說明中省略， 以免遮蔽本發(fā)明。在優(yōu)選實(shí)施例中，MB-OFDM系統(tǒng)利用兩個(gè)接收天線。優(yōu)選實(shí)施例可 以容易地?cái)U(kuò)展到兩個(gè)以上的接收天線的情形。發(fā)送天線的數(shù)目大于或等于 1。當(dāng)發(fā)送天線的數(shù)目是l時(shí)，執(zhí)行單天線發(fā)送。當(dāng)發(fā)送天線的數(shù)目是2 時(shí)，執(zhí)行空間-時(shí)間編碼發(fā)送(例如使用Alamouti碼)?，F(xiàn)有技術(shù)MB-OFDM UWB系統(tǒng)利用時(shí)間頻率碼(TFC)來執(zhí)行在頻帶 上的跳頻。對(duì)于TFC的跳頻圖案可以是1,2,3,1,2,3，這具有六跳的周期， 以及每跳的持續(xù)時(shí)間是一個(gè)OFDM碼元。在接收機(jī)處進(jìn)行天線選擇的優(yōu)點(diǎn) 在于它的低復(fù)雜性，僅僅一個(gè)RF鏈、 一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個(gè) 快速傅立葉變換(FFT)。本發(fā)明的系統(tǒng)、設(shè)備和方法的附加復(fù)雜性是由于在 接收機(jī)的前端包括了開關(guān)401、加上用于天線選擇的度量的某個(gè)計(jì)算403 而導(dǎo)l丈的，例如，參閱A.Gorokhov, M. Collados, D. Gore, A. Paulraj, "Transmit/receive MIMO antenna subset selection," Proc. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP、04),第 13-16頁，vol.2, 2004年5月；X. Shao, J. Yuan, P. Rapajic, "Antenna selection for MIMO-OFDM spatial multiplexing system," Proc. IEEE International Symposium on Information Theory,第90頁，2003年6月；禾口 I. Bahccci, T. M. Duman, Y. Altunbasak， "Performance of MIMO antenna selection for space-time coded OFDM systems," Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC 2004), vol.2,第987-992頁,2004年3月。在優(yōu)選實(shí)施例中，每一子頻帶的所有副載波的功率的和值被用作為選6擇度量。在接收機(jī)處的預(yù)選擇濾波器403按照設(shè)計(jì)的帶寬捕獲信號(hào)，并把 信號(hào)傳送到LNA402中。對(duì)于一個(gè)發(fā)送天線，開關(guān)401通過度量計(jì)算405 ^皮4空制，并一皮才丸4亍為<formula>formula see original document page 7</formula>開關(guān)=其中/2,,,/是關(guān)于副載波W和接收天線/的估計(jì)的信道系數(shù)。對(duì)于使用Alamouti碼的兩個(gè)發(fā)送天線，開關(guān)401通過度量計(jì)算405被_ 控制，并被4丸行為其中A二是關(guān)于在發(fā)送天線m與接收天線/之間的副載波"的估計(jì)的信道系數(shù)。仿真環(huán)境使用當(dāng)前帶有陰影的MB-OFDM UWB信道(CM2), lk字節(jié) 的分組尺寸和16QAM調(diào)制。PER曲線圖解于

圖1A-B。如果信道具有陰影，則顯然，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具有由于不同的接 收天線具有不同接收功率這一事實(shí)而導(dǎo)致的某些增益。對(duì)于當(dāng)前的不帶有陰影的MB-OFDM UWB信道(CM2)才丸行仿真。在 沒有陰影效應(yīng)的情況下，圖2所圖解的仿真結(jié)果表明，本發(fā)明的系統(tǒng)、設(shè) 備和方法仍舊可以通過跟蹤每個(gè)接收天線的功率而利用在三個(gè)子頻帶間 的功率增益。圖3顯示具有兩個(gè)天線的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)300(對(duì)于一個(gè)發(fā)送 天線設(shè)計(jì)，在發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)只使用一個(gè)分支)。優(yōu)選實(shí)施例的接收機(jī)結(jié)構(gòu)400被圖解于圖4，其中開關(guān)401被放置在 LNA單元402之后，這樣，由開關(guān)造成的性能損失可被減小。度量的計(jì)算 (405)可以在來自基帶的信道估計(jì)(CE)后被處理(以實(shí)線箭頭顯示)。直接在 來自前端的LNA(402)之后計(jì)算度量(以虛線箭頭顯示)是有可能的，但不是 有利的。把開關(guān)放置在LNA之后是優(yōu)選實(shí)施例，因?yàn)樗鼘?dǎo)致噪聲指數(shù)的 小得多的降級(jí)(例如，0.2dB對(duì)照在典型技術(shù)下的1.5dB)。使用2個(gè)LNA 來達(dá)到本目的是為了顯著的好處而付出的小的代價(jià)。在兩個(gè)LNA的輸出 之間切換的 一個(gè)有利方式是使用無源組合器而不是開關(guān)，以及僅僅對(duì)相應(yīng) 于要被選擇的天線的LNA選擇性地供電。另一個(gè)LNA可以整個(gè)地關(guān)斷，+ +上下關(guān)開7或是切換到低的偏壓模式，使得增益與完全供電的LNA相比是最小的。 本發(fā)明的這個(gè)系統(tǒng)300-400、設(shè)備300-400和方法允許現(xiàn)有的MB-OFDM 系統(tǒng)達(dá)到更高的性能增益，而同時(shí)保持相同的傳輸速率和低的接收機(jī)復(fù)雜 性。直接的應(yīng)用之一是下一代(千兆比特)多頻帶OFDMUWB系統(tǒng)。雖然已經(jīng)圖解和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì) 明白，這里描述的系統(tǒng)、設(shè)備和方法是舉例說明性的，并且可以作出各種 改變和修改以及用等價(jià)物替換它們的要素，而不背離本發(fā)明的真實(shí)的范 圍。另外，可以作出許多修改，使得本發(fā)明的教導(dǎo)適應(yīng)于具體的情形，而 不背離它的中心范圍。所以，旨在使本發(fā)明不限于被公開作為預(yù)期用于實(shí) 行本發(fā)明的最好模式的具體實(shí)施例，而是使本發(fā)明包括屬于所附權(quán)利要求 的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于在多頻帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)系統(tǒng)中每一子頻帶的接收天線選擇的系統(tǒng)(300-400)，包括發(fā)射機(jī)(300)，用來連接到至少一個(gè)發(fā)送天線(301)以發(fā)送消息且其利用時(shí)間頻率碼(TFC)圖案來執(zhí)行跳頻，以及接收機(jī)(400)，包括至少兩個(gè)接收天線(404)和開關(guān)(401)，該開關(guān)使用選擇度量(405)來選擇所述至少兩個(gè)接收天線(404)中的一個(gè)天線來接收由發(fā)送天線(301)使用TFC發(fā)送的消息，其中觀察到在每一子頻帶的所有副載波上平均的最大信號(hào)噪聲比(SNR)(405)的接收天線被選擇。
2. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)(300-400)，其中接收機(jī)還包括;波安排在預(yù)選擇 濾波器(403)與開關(guān)(401 )之間的低噪聲放大器(LNA)(402)，以便減小由開關(guān) (401)造成的性能損失。
3. 權(quán)利要求2的系統(tǒng)(300-400)，其中開關(guān)(401)用來自由基于容量的 度量、基于性能的度量和基于能量的度量組成的組的選擇度量(405)來選擇 接收天線。
4. 權(quán)利要求5的系統(tǒng)(300-400),其中選擇度量(405)是每一子頻帶的 副載波功率的和值的函數(shù)，其在從信道估計(jì)后和緊接在LNA(402)后組成 的組中選擇的位置處^皮處理。
5. 權(quán)利要求4的系統(tǒng)(300-400)，其中對(duì)于一個(gè)發(fā)送天線，用于開關(guān) (401)的選擇度量(405)為如下其中/2 ,,是關(guān)于副載波"和接收天線/的估計(jì)的信道系數(shù)。
6.權(quán)利要求4的系統(tǒng)(300-400)，其中對(duì)于兩個(gè)發(fā)送天線和Alamouti 碼，用于開關(guān)(401)的選擇度量(405)為如下其中^二是關(guān)于在發(fā)送天線w與接收天線/之間的副載波"的估計(jì)的信道 系數(shù)。開關(guān)=上，下，EI"、EIU
7. —種用于選擇在多頻帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)系統(tǒng)中每一子頻 帶的接收天線的方法，包括以下步驟提供至少一個(gè)發(fā)送天線來發(fā)送消息且利用時(shí)間頻率碼(TFC)圖案來執(zhí) 行跳頻；由所述至少一個(gè)發(fā)送天線發(fā)送消息；提供至少兩個(gè)接收天線(404),用來接口到開關(guān)(401);通過開關(guān)(401)使用選擇度量(405)來選擇所提供的至少兩個(gè)接收天線 (404)中的、觀察到在所有副載波上平均的最大信號(hào)噪聲比(SNR) (405)的接 收天線，以接收由發(fā)送天線(301)發(fā)送的消息；以及由所述選擇的接收天線(404)來接收由所述至少一個(gè)發(fā)送天線發(fā)送的 消息。
8. 權(quán)利要求7的方法，還包括以下步驟低噪聲放大器(LNA)(402),以便減小由開關(guān)(401)造成的性能損失；以及在從信道估計(jì)后和緊接在LNA(402)后組成的組中選擇的位置處確定 選擇度量(405)為每一子頻帶的副載波功率和值的函數(shù)。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中選擇度量(405)是從由基于容量的度量、 基于性能的度量和基于能量的度量組成的組中選擇的。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中選擇度量(405)是每一子頻帶的副載波功 率的和值的函數(shù)。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中對(duì)于一個(gè)發(fā)送天線，用于開關(guān)(401)的 選擇度量(405)為如下其中/^,是關(guān)于副栽波"和接收天線/的估計(jì)的信道系數(shù)。
12.權(quán)利要求10的方法，其中對(duì)于兩個(gè)發(fā)送天線和Alamouti碼，用 于開關(guān)(401)的選擇度量(405)為如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中A二是關(guān)于在發(fā)送天線m與接收天線/之間的副載波"的估計(jì)的信道系數(shù)。'之間安排
13. —種用于多頻帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)信道中每一子頻帶的 接收天線(404)選擇的接收機(jī)(400)，包括接收機(jī)(400)，包括至少兩個(gè)接收天線(404)和開關(guān)(401)，該開關(guān)使用 選擇準(zhǔn)則來選擇所述至少兩個(gè)接收天線(404)的一個(gè)天線來接收由發(fā)送天 線(301)使用TFC發(fā)送的消息，其中該至少兩個(gè)接收天線(404 )中的、觀察到在每一子頻帶的所有 副載波上平均的最大信號(hào)噪聲比(SNR)的接收天線被選擇。
14. 權(quán)利要求13的接收機(jī)(400)，還包括被安排在所述至少兩個(gè)接收 天線(404)的每個(gè)天線與開關(guān)(401 )之間的低噪聲放大器(LNA)(402)，以便減 小由開關(guān)(401)造成的性能損失。
15. 權(quán)利要求14的接收機(jī)(400),其中開關(guān)(401)用從由基于容量的度 量、基于性能的度量和基于能量的度量組成的組中選擇的選擇度量(405) 來選擇所述至少兩個(gè)接收天線(404)中的一個(gè)接收天線。
16. 權(quán)利要求15的接收機(jī)(400)，其中選擇準(zhǔn)則(405)是每一子頻帶的 副載波功率的和值的函數(shù)，其在從由信道估計(jì)后和緊接在LNA(402)后組 成的組中選擇的位置處被處理。
17. 權(quán)利要求16的接收機(jī)(400),其中對(duì)于一個(gè)發(fā)送天線，用于開關(guān) (401)的選擇準(zhǔn)則(405)為如下<formula>formula see original document page 4</formula>其中/7 ,/是關(guān)于副載波W和接收天線/的估計(jì)的信道系數(shù)。
18.權(quán)利要求16的接收機(jī)(400)，其中對(duì)于兩個(gè)發(fā)送天線和Alamouti 碼，用于開關(guān)(401)的選擇準(zhǔn)則(405)為如下<formula>formula see original document page 4</formula>其中是關(guān)于在發(fā)送天線w與接收天線/之間的副載波"的估計(jì)的信道系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于基于能量的天線選擇技術(shù)的系統(tǒng)(300-400)、設(shè)備(300-400)和方法，其中觀察到在每一子頻帶(405)的所有副載波上平均的最大SNR(405)的天線被選擇用于空間時(shí)間編碼的MB-OFDM系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的頻率選擇性質(zhì)，不同的子頻帶可以具有來自多徑信道的不同的信道增益效應(yīng)。我們可以執(zhí)行每一子頻帶的基于能量的天線選擇，且仿真結(jié)果表明，所提出的技術(shù)不但對(duì)具有陰影的MB-OFDM UWB信道有效，而且也對(duì)相同的不帶有陰影的信道有效。
文檔編號(hào)H04B7/08GK101326743SQ200680046635
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者C·拉澤爾, D·比魯, J·楊, S·-A·塞耶迪-埃斯法哈尼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司