[发明专利]有效的多波段通信系统

说明书

本申请要求享有于2008年3月10日提交的美国临时申请号61/035,136以及于2009年2月27日提交的美国临时申请号61/156,107的优先权。

本发明一般涉及多波段通信系统，并且尤其涉及由此类系统执行的编码技术。

WiMedia Ultra-Wideband(超宽带)(UWB)标准基于多波段正交频分复用(MB-OFDM)定义媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层的规范。WiMedia标准允许以低功耗、速率为480Mbps的短距离多媒体文件传送，并且该标准工作在UWB频谱中的3.1GHz-10.6GHz范围中。UWB信道被划分为若干个子波段，每个子波段具有528MHz的带宽。

图1显示根据WiMedia规范工作的常规的多波段通信系统的框图。该系统包括经由无线媒体通信的发射机100和接收机200。发射机100包括信道编码器110、比特交织器120、符号映射单元130以及OFDM调制器140。通常，发射机100实施比特交织编码调制(BICM)技术来克服UWB信道的频率选择性衰落。由于这个目标，信道编码器110对输入信息比特进行编码，这些输入信息比特稍后由比特交织器120在比特级上进行交织，并随后由符号映射单元130映射至符号。通常，比特交织器120执行三个步骤：1)OFDM符号间交织，其中连续的比特被分布到不同的OFDM符号，这些符号可以在不同的子波段中进行发送；2)符号内音调交织，其中在OFDM符号的数据子载波上排列(permute)比特，以利用频率分集；以及3)符号内循环移位交织，其中在相继的OFDM符号中循环移位比特，以便在只使用一个子波段时利用更多频率分集。

通过由OFDM调制器140执行的IFFT操作，OFDM符号被生成并通过发射天线150被发射。这些OFDM符号或在一个子波段中或在多个子波段中通过跳频进行发射，其由时间频率码(TFC)来控制。TFC指定应在其中发射OFDM符号的一个或多个子波段。

OFDM符号由接收机200接收，该接收机200从接收的符号中提取信息。接收机200包括接收天线210、OFDM解调器220、符号去映射单元(demapping unit)230、比特解交织器(deinterleaver)240以及信道解码器250。OFDM解调器220对接收到的符号执行FFT操作，这些符号稍后由符号去映射单元230转换成比特。比特解交织器240恢复被发射机100交织的数据，并且所恢复的数据由信道解码器240进行处理，以输出原始的信息比特。

发射机100和接收机200能以高达480Mbps的数据率来发射和接收单个UWB信道的数据。这是一个限制因数，因为能够由例如WiMedia标准支持的应用的数量受到限制。实际上，未来版本的WiMedia标准讨论以1Gbps和更高的速率来传送数据。由诸如UWBMB-OFDM系统之类的常规多波段通信系统以这样的速率来实施BICM技术不是切实可行的。

除了解码速度限制之外，常规的多波段通信系统还遭受效率低的链路和信道适配的困扰。这归因于超宽的带宽属性，其中不同UWB子波段的信道通常是不相关的。此外，不同的子波段可具有不同的传递损耗(pass loss)。如IEEE 802.15.3所规定的传递损耗模型是一个自由空间传播模型，并且被定义为如下：

PL(fg,d)=20log10[4πfgdc]]]>

其中f_d表示子波段的较低频率和较高频率的几何平均数。例如，根据上面的公式，子波段1与子波段3之间的传递损耗差可以是2.3dB。如图2所示，2.3dB的传递损耗在带宽是528MHz时能够导致高达308Mbps的容量差，并且平均信噪比是高的。在部署多个天线时，理论上的能力差可能甚至更大。