專利名稱：一種混合ovsf-th-uwb通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一禾中基于OVSF碼(Orthogonal Variable Spread Factor code)的 混合OVSF-TH-UWB通信方法，具體是一種基于OVSF碼以及TH碼的UWB多址接 入方法。
背景技術(shù)：
超寬帶(UWB)技術(shù)是一種新興的無(wú)線電技術(shù)。它直接發(fā)射脈沖而不需要載 波，因此收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)和硬件電路非常簡(jiǎn)單，另外它的功耗低，數(shù)據(jù)傳輸速率極 高，多徑分辨能力強(qiáng)，擁有厘米級(jí)精度的定位能力。這些特點(diǎn)使得它適合無(wú)線 個(gè)域網(wǎng)(WPAN)，無(wú)線家庭網(wǎng)(WHN)，無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)，以及無(wú)線USB等應(yīng) 用。同時(shí)它也適合作為第4代移動(dòng)通信的物理層接入技術(shù)。
UWB信道多址接入方式有很多，其中直接序列擴(kuò)頻UWB (DS-UWB)是一種簡(jiǎn) 單、高效的多址方法，最常見(jiàn)的是2PPM-TH (跳時(shí)脈位調(diào)制)接入方式。但是這 些單一的信道多址接入方式都存在自身的缺點(diǎn)，其中2PPM-TH由于單極性的脈 沖極容易造成譜線的出現(xiàn)，而DS-UWB系統(tǒng)的調(diào)制由于每個(gè)脈沖是相鄰的，所以 很容易造成符號(hào)間干擾(ISI)以及碼間干擾(ICI)。另外，由于DS-UWB的每 個(gè)脈沖都在幀的同一個(gè)地方出現(xiàn)，因此，如果一個(gè)幀的脈沖發(fā)生沖突，那么接 下來(lái)的脈沖也都會(huì)發(fā)生沖突，也就是說(shuō)DS-UWB的錯(cuò)誤比特將會(huì)成群出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)諸如2PPM-TH和DS-UWB的常見(jiàn)UWB多址 接入系統(tǒng)存在的缺陷，提出一種混合OVSF-TH-UWB通信方法，它為多址接入方
式，利用OVSF碼各個(gè)碼之間完全正交而且速率可以靈活調(diào)整的特性，使系統(tǒng)中 的多用戶干擾大大降低并給系統(tǒng)提供極大的靈活性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述混合0VSF-TH-UWB通信方法為
A.發(fā)射機(jī)工作流程
a. 發(fā)射機(jī)生成待發(fā)送的比特；
b. 每比特信息用A^個(gè)脈沖進(jìn)行重復(fù)編碼并變換為雙極性的脈沖信號(hào)；所
述W與OVSF碼的擴(kuò)頻因子相等，即TV.,SF (SF即OVSF碼的擴(kuò)頻因子 Spread Factor);
c. 用OVSF碼對(duì)這些脈沖進(jìn)行反極性調(diào)制，即將OVSF碼與一個(gè)比特所代
表的脈沖進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算；
d. 用TH碼對(duì)這些脈沖進(jìn)行調(diào)制每個(gè)r,劃分為乂個(gè)碼片時(shí)間7;;對(duì)于一 個(gè)比特的第i個(gè)脈沖，如果與之相對(duì)應(yīng)的TH碼是c,，那么這個(gè)脈沖就在這
個(gè)幀的c,個(gè)chip內(nèi)出現(xiàn)；
e.信號(hào)發(fā)送；
發(fā)射機(jī)發(fā)送的第n個(gè)用戶信號(hào)模型表示為
j~， /-
V") 0) = .g《."L"〃w,」V0 _ / . & —《.)
式中
發(fā)射機(jī)n發(fā)送的信號(hào)模型； 7> —個(gè)幀持續(xù)的時(shí)間； t; 一個(gè)碼片的持續(xù)時(shí)間； gx是第n個(gè)用戶發(fā)送的一個(gè)脈沖的能量； P。 W 為能量歸 一化脈沖波形；
《是第n個(gè)用戶的第j個(gè)0VSF碼字，周期為7V、.，可能的取值為 《=±1;
《是第n個(gè)用戶的第j個(gè)TH碼字，周期也是W，且。"e[O,乂 -1]; 《/w,」是第n個(gè)用戶的第j個(gè)脈沖代表的信息，其中L」為向下取 整，如果在某個(gè)幀內(nèi)要傳輸?shù)男畔閎二l，則《w廣l，如果要傳 遞的信息為b二0，則《，」=-1; B.接收機(jī)工作流程
a. 得到發(fā)射機(jī)送來(lái)的脈沖信號(hào)；
b. 信號(hào)經(jīng)過(guò)相關(guān)器與相關(guān)掩模進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得出輸出信號(hào)；
c. 對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行軟判決。
本發(fā)明中，所述所述變?yōu)殡p極性的脈沖信號(hào)的一種具體做法是如果原 脈沖是+1，則變換后的脈沖仍是+1,如果原來(lái)脈沖是0，則變換后的脈沖是 -l;
本發(fā)明中，所述內(nèi)積運(yùn)算是，假設(shè)0VSF碼為"={+1,-1,+1,-1}，而且原 始比特是0，那么產(chǎn)生的重復(fù)脈沖變?yōu)殡p極性脈沖后變?yōu)?={-1,-1,-1,-1}，
因此內(nèi)積的輸出為g, = 1，+1,-1,+1};如果原始的比特是l，那么產(chǎn)生的
重復(fù)脈沖變?yōu)殡p極性信號(hào)后變?yōu)?={+1,+1,+1,+1}，此時(shí)內(nèi)積的輸出為
g2=W.a) = {+l,-1,+1,-1};由此可見(jiàn)，a和g2的極性剛好相反。
應(yīng)用本發(fā)明方法，在單用戶的情況下，系統(tǒng)的誤碼率為
<formula>formula see original document page 7</formula>2… 見(jiàn) '2 其中各符號(hào)的含義如下
SF為擴(kuò)頻因子；4為接收機(jī)收到的來(lái)自發(fā)射機(jī)1的信號(hào)能量；iV。為 高斯白噪聲的功率譜密度；i 。為基本的速率單位；^為鏈路的信息速率； /(x) = er/c(;c)為補(bǔ)誤差函數(shù)；
應(yīng)用本發(fā)明方法，在多用戶的情況下，系統(tǒng)的誤碼率為
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，施為活躍的發(fā)射機(jī)的個(gè)數(shù)；E^為接收機(jī)收到的發(fā)射機(jī)w的信號(hào) 能量；《的表示式如下
(〖'《00(卜0 。(,2^"= f w2(#
其中i ("是脈沖波形p。(r)的自相關(guān)函數(shù)。
本發(fā)明可有效降低錯(cuò)誤比特成群出現(xiàn)的概率。并且，由于未來(lái)通信的多樣 性，可變速率將是一個(gè)基本的需求。0VSF碼是在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA以 及TD-SCDMA中都廣泛應(yīng)用的一種擴(kuò)頻碼。它最顯著的特點(diǎn)是各個(gè)碼之間完全 正交而且速率可以靈活調(diào)整。這樣就可以大大降低系統(tǒng)中的多用戶干擾并且給 系統(tǒng)提供了極大的靈活性。采用OVSF的目的是為了適合不同用戶的速率要求的 各種業(yè)務(wù)以及調(diào)節(jié)鏈路的信噪比。當(dāng)某條鏈路擁有較好的信噪比時(shí)，可以用較 少的脈沖來(lái)代表一個(gè)比特的信息，也就是采用擴(kuò)頻因子小的OVSF碼。當(dāng)鏈路的 質(zhì)量較差的時(shí)候，就可以適當(dāng)增加一個(gè)比特的脈沖數(shù)目以增加比特信噪比，這 時(shí)就相應(yīng)采用擴(kuò)頻因子較大的OVSF碼。因此，通過(guò)將這兩種碼的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一 起，形成了基于OVSF碼的混合OVSF-TH-UWB通信方法，在此基礎(chǔ)上建立起相應(yīng)
的通信系統(tǒng)。另外，TH的引入使得成群的突發(fā)錯(cuò)誤得到抑制，它將突發(fā)錯(cuò)誤有 效地隨機(jī)分散到整個(gè)時(shí)間內(nèi)。因?yàn)殄e(cuò)誤分散了，所以通過(guò)一定的信道編碼方式 可以更容易地糾正錯(cuò)誤。
由以上可知，本發(fā)明為一種混合0VSF-TH-UWB通信方法，它為多址接入方 式，利用OVSF碼各個(gè)碼之間完全正交而且速率可以靈活調(diào)整的特性，使系統(tǒng)中 的多用戶干擾大大降低并給系統(tǒng)提供極大的靈活性。


圖l發(fā)射機(jī)工作流程圖2接收機(jī)工作流程圖3發(fā)射機(jī)產(chǎn)生原始比特(5 bits);
圖4經(jīng)過(guò)重復(fù)編碼后的信號(hào)(iV,=4);
圖5變?yōu)殡p極性信號(hào)的脈沖；
圖6經(jīng)過(guò)OVSF調(diào)制后的信號(hào)； 圖7經(jīng)過(guò)TH調(diào)制后的信號(hào)；
圖8經(jīng)過(guò)AWGN信道后接收機(jī)收到的信號(hào)，ebno =5 dB 。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖l，該圖為發(fā)射機(jī)的工作流程圖，具體的步驟如下 1) 發(fā)射機(jī)生成待發(fā)送的比特；
2 ) 每比特信息用iV,個(gè)脈沖進(jìn)行重復(fù)編碼并并變換為雙極性的脈沖信號(hào)；
3) 用0VSF碼對(duì)這些脈沖進(jìn)行反極性調(diào)制；
4) 用TH碼對(duì)這些脈沖進(jìn)行調(diào)制；
5) 信號(hào)發(fā)送；
參見(jiàn)圖2，該圖是接收機(jī)的工作流程圖，具體步驟是
1) 得到發(fā)射機(jī)送來(lái)的脈沖信號(hào)；
2) 信號(hào)在相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得出輸出信號(hào)，相關(guān)掩模是
Z々D-K.T;) k(-oo，+oc);
>氣
3)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行判決(判決該信息比特是0還是1)，采用軟判決。 圖3是發(fā)射機(jī)產(chǎn)生原始的比特。由圖中可以看到，原始比特分別是 (1， l，O， 1).
圖4是將每個(gè)比特經(jīng)過(guò)重復(fù)編碼后形成的信號(hào)，在這里W、二4，因此每個(gè)比 特都用4個(gè)脈沖來(lái)表示。接收機(jī)只有接收完這四個(gè)脈沖后，才能得到一個(gè)完整
的比特信息。由圖中可以看到，原始比特經(jīng)過(guò)重復(fù)編碼后變成1111， 11 11， 0000， 1111。
圖5是變?yōu)殡p極性的脈沖信號(hào)。由圖5可以知道，若原來(lái)的脈沖是1，則 經(jīng)過(guò)這一步后變?yōu)?l;如果原來(lái)的脈沖是O，則經(jīng)過(guò)這一步變?yōu)?1。因此上面的 脈沖變?yōu)槭甽 +1 +1 +1 ， +1十l +1十l， 一l 一l —1 —1 ，+l +1 +1 +1。
圖6是經(jīng)過(guò)OVSF調(diào)制后的信號(hào)。OVSF調(diào)制的具體過(guò)程是發(fā)射機(jī)有一個(gè)本 地的OVSF碼，OVSF的長(zhǎng)度SF二W,.，因此， 一個(gè)比特的所有脈沖與OVSF碼進(jìn)行 內(nèi)積運(yùn)算。比如OVSF碼為"ffl，-l,+l,-l)，而且原始比特是O，那么產(chǎn)生的重復(fù) 脈沖變?yōu)殡p極性脈沖后變?yōu)?={-1,-1,-1,-1}，因此內(nèi)積后的結(jié)果為 g,"".。)^-i,H-L+U。如果原始的比特是1，那么產(chǎn)生的重復(fù)脈沖變?yōu)殡p極性信號(hào)
后變?yōu)?={+1,+1,+1,+1}，此時(shí)內(nèi)積的輸出為&=(".") = {+1,-1}。由此可見(jiàn)，g,和
^的極性剛好相反。因此，圖5中的雙極性脈沖經(jīng)過(guò)0VSF編碼后變成+1-1+1-1 ，
+i _i +1 -1 ， -i +1 -1 +1 ， +1 -1 +1 -i。
圖7是經(jīng)過(guò)TH調(diào)制后的信號(hào)。TH調(diào)制的具體過(guò)程是另外每個(gè)r,劃分為^
個(gè)碼片時(shí)間7;。對(duì)與一個(gè)比特的第i個(gè)脈沖，如果與之相對(duì)應(yīng)的TH碼是。，那 么這個(gè)脈沖就在這個(gè)幀的c,個(gè)chip內(nèi)出現(xiàn)。由圖7中可以看到，這個(gè)TH碼是
c = {1,o，2,i}。另外為了便于分析假設(shè)每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間為rm = t;。
圖8經(jīng)過(guò)AWGN信道后接收機(jī)收到的信號(hào)。這些信號(hào)，是發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào) 經(jīng)過(guò)路徑衰減和AWGN噪音污染以后的信號(hào)。
權(quán)利要求
1 本專利是一種混合OVSF-TH-UWB通信系統(tǒng)，它包括A.發(fā)射機(jī)工作流程a.發(fā)射機(jī)生成待發(fā)送的比特；b.每比特信息用Ns個(gè)脈沖進(jìn)行重復(fù)編碼并變換為雙極性的脈沖信號(hào)；所述Ns與OVSF碼(Orthogonal Variable Spread Factor code)的擴(kuò)頻因子相等，即Ns＝SF；SF即OVSF碼的擴(kuò)頻因子(Spread Factor)；c.用OVSF碼對(duì)這些脈沖進(jìn)行反極性調(diào)制，即將OVSF碼與一個(gè)比特所代表的脈沖進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算；d.用TH碼對(duì)這些脈沖進(jìn)行調(diào)制每個(gè)Tf劃分為Nc個(gè)碼片時(shí)間Tc；對(duì)于一個(gè)比特的第i個(gè)脈沖，如果與之相對(duì)應(yīng)的TH碼是ci，那么這個(gè)脈沖就在這個(gè)幀的ci個(gè)chip內(nèi)出現(xiàn)；e.信號(hào)發(fā)送；發(fā)射機(jī)發(fā)送的第n個(gè)用戶信號(hào)模型表示為id="icf0001" file="S2007100361777C00011.gif" wi="80" he="9" top="5" left = "5" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>式中s(n)(t)發(fā)射機(jī)n發(fā)送的信號(hào)模型；Tf一個(gè)幀持續(xù)的時(shí)間；Tc一個(gè)碼片的持續(xù)時(shí)間；ETXn是第n個(gè)用戶發(fā)送的一個(gè)脈沖的能量；p0(t)為能量歸一化脈沖波形；djn是第n個(gè)用戶的第j個(gè)OVSF碼字，周期為Ns，可能的取值為
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述混合OVSF-TH-UWB通信方法，其特征是，所述變?yōu)?雙極性的脈沖信號(hào)的變換為，如果原脈沖是+1，則變換后的脈沖仍是+1，如果原來(lái)脈沖是0，則變換后的脈沖是-i。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述混合OVSF-TH-UWB通信方法，其特征是，所述內(nèi)積 運(yùn)算是，假設(shè)OVSF碼為J^+l,-l,+l,-l)，而且原始比特是0，那么產(chǎn)生的重 復(fù)脈沖變?yōu)殡p極性脈沖后變?yōu)?={-1,-1,-1,-1}，因此內(nèi)積的輸出為 &=^.") = {-1,+1,-1,+1};如果原始的比特是l，那么產(chǎn)生的重復(fù)脈沖變?yōu)殡p極性 信號(hào)后變?yōu)?={+1,+1,+1,+1}，此時(shí)內(nèi)積的輸出為&=(") = {+1，-1,+1,-1}。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種混合OVSF-TH-UWB通信方法，發(fā)射機(jī)工作流程有生成待發(fā)送的比特；每比特信息用N_s個(gè)脈沖進(jìn)行重復(fù)編碼，將這些重復(fù)的脈沖變換為雙極性的脈沖信號(hào)；用OVSF碼對(duì)這些脈沖進(jìn)行反極性調(diào)制；用TH碼進(jìn)行跳時(shí)調(diào)制，最后發(fā)送出去；接收機(jī)流程是得到發(fā)射機(jī)接收信號(hào)；將接收到的信號(hào)與相關(guān)掩模進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得出輸出信號(hào)；對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行軟判決。它利用OVSF碼各個(gè)碼之間完全正交而且速率可以靈活調(diào)整的特性，使系統(tǒng)中的多用戶干擾大大降低并給系統(tǒng)提供極大的靈活性。
文檔編號(hào)H04B1/69GK101179289SQ20071003617
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者曾凡仔, 李仁發(fā), 梁華林, 娟 羅, 凡 鄧 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)