專利名稱：用于帶每一子頻帶的接收機天線選擇的多頻帶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發(fā)送和接收天線(MIMO)來利用豐富散射的信道環(huán) 境。同時，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、而同時保持高的數(shù)據(jù)速率與低的譯碼復(fù)雜性，空間-時間編碼 的OFDM系統(tǒng)是一個很好的選擇，諸如使用兩個發(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RF鏈被用于實現(xiàn)而導(dǎo)致成本增加的固有缺點。需要一種減小這個成本的方法， 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，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)則可能會由于在天線對之間的大的子信道數(shù)量而相當(dāng)復(fù)雜。在優(yōu)選實施例中，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)果確保不但對具有陰影的 MB-OFDM UWB信道有效，而且也對相同的不帶有陰影的信道有效。組尺寸和16QAM調(diào)制下，對于具有陰影的 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圖解具有兩個天線的發(fā)射機結(jié)構(gòu)；以及圖4圖解按照本發(fā)明修改的接收機結(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)選實施例中，MB-OFDM系統(tǒng)利用兩個接收天線。優(yōu)選實施例可 以容易地擴展到兩個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，執(zhí)行單天線發(fā)送。當(dāng)發(fā)送天線的數(shù)目是2 時，執(zhí)行空間-時間編碼發(fā)送(例如使用Alamouti碼)。現(xiàn)有技術(shù)MB-OFDM UWB系統(tǒng)利用時間頻率碼(TFC)來執(zhí)行在頻帶 上的跳頻。對于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)時間是一個OFDM碼元。在接收機處進(jìn)行天線選擇的優(yōu)點 在于它的低復(fù)雜性，僅僅一個RF鏈、 一個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個 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 接收機的前端包括了開關(guān)401、加上用于天線選擇的度量的某個計算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。在接收機處的預(yù)選擇濾波器403按照設(shè)計的帶寬捕獲信號，并把 信號傳送到LNA402中。對于一個發(fā)送天線，開關(guān)401通過度量計算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/的估計的信道系數(shù)。對于使用Alamouti碼的兩個發(fā)送天線，開關(guān)401通過度量計算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而導(dǎo)致的某些增益。對于當(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接收天線的功率而利用在三個子頻帶間 的功率增益。圖3顯示具有兩個天線的優(yōu)選實施例的發(fā)射機結(jié)構(gòu)300(對于一個發(fā)送 天線設(shè)計，在發(fā)射機結(jié)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)只使用一個分支)。優(yōu)選實施例的接收機結(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。度量的計算 (405)可以在來自基帶的信道估計(CE)后被處理(以實線箭頭顯示)。直接在 來自前端的LNA(402)之后計算度量(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)選實施例，因為它導(dǎo)致噪聲指數(shù)的 小得多的降級(例如，0.2dB對照在典型技術(shù)下的1.5dB)。使用2個LNA 來達(dá)到本目的是為了顯著的好處而付出的小的代價。在兩個LNA的輸出 之間切換的 一個有利方式是使用無源組合器而不是開關(guān)，以及僅僅對相應(yīng) 于要被選擇的天線的LNA選擇性地供電。另一個LNA可以整個地關(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，而同時保持相同的傳輸速率和低的接收機復(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)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會 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物替換它們的要素，而不背離本發(fā)明的真實的范 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 行本發(fā)明的最好模式的具體實施例，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(300)，用來連接到至少一個發(fā)送天線(301)以發(fā)送消息且其利用時間頻率碼(TFC)圖案來執(zhí)行跳頻，以及接收機(400)，包括至少兩個接收天線(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接收天線(404)中的一個天線來接收由發(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)，其中對于一個發(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/的估計的信道系數(shù)。
6.權(quán)利要求4的系統(tǒng)(300-400)，其中對于兩個發(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發(fā)送天線來發(fā)送消息且利用時間頻率碼(TFC)圖案來執(zhí) 行跳頻；由所述至少一個發(fā)送天線發(fā)送消息；提供至少兩個接收天線(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接收天線 (404)中的、觀察到在所有副載波上平均的最大信號噪聲比(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，其中對于一個發(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/的估計的信道系數(shù)。
12.權(quán)利要求10的方法，其中對于兩個發(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(400)，包括接收機(400)，包括至少兩個接收天線(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接收天線(404)的一個天線來接收由發(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噪聲比(SNR)的接收天線被選擇。
14. 權(quán)利要求13的接收機(400)，還包括被安排在所述至少兩個接收 天線(404)的每個天線與開關(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(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接收天線(404)中的一個接收天線。
16. 權(quán)利要求15的接收機(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(400),其中對于一個發(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/的估計的信道系數(shù)。
18.權(quán)利要求16的接收機(400)，其中對于兩個發(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)不但對具有陰影的MB-OFDM UWB信道有效，而且也對相同的不帶有陰影的信道有效。
文檔編號H04B7/08GK101326743SQ200680046635
公開日2008年12月17日 申請日期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 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司