JP2008523690A - Method and apparatus for performing extended decoding in multiband ultra wideband communication - Google Patents
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Abstract
データ送信及び受信方法は、各パルスで複数の位置データビット及び振幅ビットを伝送することを有する。この方法はまた、位置ビットと振幅ビットとをデコードすることを有する。超広帯域(UWB)システムも記載される。 The data transmission and reception method comprises transmitting a plurality of position data bits and amplitude bits with each pulse. The method also includes decoding position bits and amplitude bits. An ultra-wideband (UWB) system is also described.
Description
超広帯域(UWB:ultra wideband)通信は、大きい帯域を占有する信号の伝送を有する。UWBシステムでは、変調信号はベースバンドパルスとして伝送される(搬送波のない伝送)、或いは特定の搬送周波数までの周波数に上方に変換(ミックス)される。多くのUWBアプリケーションは、レーダー及び軍用通信に制限されている。しかし、高データレートの短距離通信でのUWB技術の使用の可能性のため、FCC(Federal Communications Commission)は、3.1GHzから10.6GHzまでの周波数帯域を認可不要の装置に提供している。 Ultra wideband (UWB) communication involves the transmission of signals that occupy a large band. In UWB systems, the modulated signal is transmitted as a baseband pulse (transmission without a carrier wave) or converted upward (mixed) to a frequency up to a specific carrier frequency. Many UWB applications are limited to radar and military communications. However, due to the possibility of using UWB technology in short-range communications at high data rates, the FCC (Federal Communications Commission) is providing frequency bands from 3.1 GHz to 10.6 GHz for unlicensed equipment.
UWB通信システムは、前述の伝送範囲でデータの短期間パルスを伝送する。理解できるように、時間ドメインでパルスの比較的短い期間のため、周波数成分の数は非常に大きくなる。このことは、比較的広い帯域の信号に関係する。従って、適切に設計されたUWBシステムは、比較的短い時間にかなりの量のデータの伝送を提供し、UWBシステムを高データレートのアプリケーションに魅力的にしている。 UWB communication systems transmit short-term pulses of data in the transmission range described above. As can be seen, the number of frequency components is very large because of the relatively short duration of the pulse in the time domain. This is related to a relatively wide band signal. Thus, a properly designed UWB system provides a significant amount of data transmission in a relatively short time, making the UWB system attractive for high data rate applications.
潜在的に有利であるが、既知のUWBシステムは特定の課題を有する。例えば、1つの種類のUWBシステムでは、(通常ではpsecのオーダーの)短期間パルスは所望のレートで伝送される。このパルスはエンコードデータで変調される。パルス繰り返し率が小さい場合、パルス間距離は非常に大きくなる。このことは、受信機が異なるマルチパス成分を分解することができるため、マルチパスチャネルでは有利である。しかし、高データレートを実現するために、繰り返し率は増加する必要がある。実装の制限のため、この率は制限を超えて増加することができない。 Although potentially advantageous, known UWB systems have certain challenges. For example, in one type of UWB system, short duration pulses (usually on the order of psec) are transmitted at the desired rate. This pulse is modulated with the encoded data. When the pulse repetition rate is small, the distance between pulses becomes very large. This is advantageous in a multipath channel because the receiver can resolve different multipath components. However, in order to achieve a high data rate, the repetition rate needs to increase. Due to implementation limitations, this rate cannot increase beyond the limitations.
更に、既知のシングルバンドUWBシステムでは、信号は大きい帯域を占有するため、何らかの帯域内干渉がノッチフィルタを使用することにより軽減される必要がある。このことは装置のコストを増加させる。シングルバンドシステムの欠点のいくつかを克服するため、最近ではマルチバンドシステムが提案されている。 Furthermore, in known single-band UWB systems, the signal occupies a large band, so any in-band interference needs to be reduced by using a notch filter. This increases the cost of the device. In order to overcome some of the disadvantages of single band systems, multi-band systems have recently been proposed.
マルチバンドパルスのUWBシステムでは、データはパルスに変調され、時間でインターリーブされる異なる周波数帯域で伝送される。これらの帯域のそれぞれは約500MHzの幅であり、従って14までの帯域が割り当てられたスペクトルで使用され得る。シングルバンドシステムに比べて、マルチバンドシステムは、干渉シナリオ及びデータレートの要件に基づく帯域の追加/ドロップに関して柔軟性を提供する。 In a multi-band pulse UWB system, data is modulated into pulses and transmitted in different frequency bands that are interleaved in time. Each of these bands is approximately 500 MHz wide, so up to 14 bands can be used in the allocated spectrum. Compared to single-band systems, multi-band systems provide flexibility in terms of adding / dropping bands based on interference scenarios and data rate requirements.
マルチバンドパルスUWBシステムの使用は、短期間パルスの伝送に有利であり、データが送信可能な比較的広い帯域を提供する。しかし、伝送レートが増加すると、伝送誤りの確率も増加する。データの伝送における伝送誤りを低減するために、データコーディング及びデコーディング方式が提案されている。これらのコーディング及びデコーディング方式(しばしば前方誤り訂正(FEC:forward error correction)方式と呼ばれる)は、チャネル容量とデータ伝送の信頼性を改善する。FEC方式は、伝送信号に冗長情報を提供する。これはチャネルコーディングとして知られている。 The use of a multi-band pulse UWB system is advantageous for the transmission of short duration pulses and provides a relatively wide band over which data can be transmitted. However, as the transmission rate increases, the probability of transmission errors also increases. In order to reduce transmission errors in data transmission, data coding and decoding schemes have been proposed. These coding and decoding schemes (often referred to as forward error correction (FEC) schemes) improve channel capacity and data transmission reliability. The FEC scheme provides redundant information for transmission signals. This is known as channel coding.
1つの既知のチャネルコーディング技術は、畳み込み符号化である。畳み込み符号化は、シリアルデータで動作し、伝送用にデータを符号化する。受信機では、受信した符号化データをデコードし、情報シーケンスを回復する方法が使用される。1つのこのようなデコーディング方式はViterbiデコーディングである。 One known channel coding technique is convolutional coding. Convolutional coding operates on serial data and encodes the data for transmission. At the receiver, a method of decoding the received encoded data and recovering the information sequence is used. One such decoding scheme is Viterbi decoding.
既知の符号化方法は有利であるが、デコードデータに関して更なる信頼性を提供する必要がある。 Although known encoding methods are advantageous, there is a need to provide additional reliability with respect to the decoded data.
データ送信及び受信方法は、複数の位置データビットと、位置データビットのそれぞれでの複数の振幅データビットとを伝送し、位置データビットと振幅データビットとをデコードすることを有する。 The data transmission and reception method includes transmitting a plurality of position data bits and a plurality of amplitude data bits in each of the position data bits, and decoding the position data bits and the amplitude data bits.
整合フィルタ/相関器(403)を有する超広帯域(UWB)システム(400)は、複数の位置データビットについての情報と複数の振幅データビットについての情報とをデマッピング器/畳み込みデコーダ(406)に提供し、デマッピング器/畳み込みデコーダ(406)は位置データビットと振幅データビットとをデコードする。 An ultra wideband (UWB) system (400) having a matched filter / correlator (403) passes information about multiple position data bits and information about multiple amplitude data bits to a demapping / convolutional decoder (406). And a demapping / convolutional decoder (406) decodes the position data bits and the amplitude data bits.
添付図面と共に読むことで、例示的な実施例は以下の詳細な説明から良く理解される。様々な機能は必ずしも縮尺通りではなく、説明を明瞭にするために任意に拡大又は縮小され得ることを強調する。 The example embodiments are best understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings. It is emphasized that the various functions are not necessarily to scale and can be arbitrarily expanded or reduced for clarity of explanation.
以下の詳細な説明では、限定ではなく説明の目的で、例示的な実施例の完全な理解を提供するために、特定の詳細を開示した例示的な実施例が示される。しかし、この開示を検討することで、記載の例示的な実施例の概念を逸脱しない他の実施例も当業者に明らかになる。更に、例示的な実施例の説明をあいまいにしないように、周知の装置、要素、方法及びシステムの説明は省略される。それにもかかわらず、当業者の視野にあるこのような装置、方法、システム及びプロトコルが例示的な実施例に従って使用され得る。最後に、当てはまる場合には、同様の参照符号は同様の特徴を示す。 In the following detailed description, for purposes of explanation and not limitation, example embodiments disclosing specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the example embodiments. However, upon review of this disclosure, other embodiments that do not depart from the concept of the described exemplary embodiments will become apparent to those skilled in the art. Moreover, descriptions of well-known devices, elements, methods, and systems are omitted so as not to obscure the description of the exemplary embodiments. Nevertheless, such devices, methods, systems and protocols within the purview of those skilled in the art can be used in accordance with the illustrative embodiments. Finally, where applicable, like reference numerals indicate like features.
簡潔には、例示的な実施例は、通信システムで前方誤り訂正を行う方法及び装置に関する。ビット誤り率(BER:bit error rate)の改善により伝送データの信頼性を改善するため、前方誤り訂正方法は、トレースバック動作での振幅データビット又は符号ビットの使用を有する。例示的に、畳み込みコーダは、1ビットを2ビットに符号化する。1つの振幅ビットと共に符号化ビットがパルスを変調するために使用される。 Briefly, exemplary embodiments relate to a method and apparatus for forward error correction in a communication system. In order to improve the reliability of transmitted data by improving the bit error rate (BER), the forward error correction method has the use of amplitude data bits or code bits in the traceback operation. Illustratively, the convolutional coder encodes 1 bit into 2 bits. A coded bit along with one amplitude bit is used to modulate the pulse.
受信機はパルスを復調し、位置ビットについての情報と符号ビットとをデコーダに入力する。このように、位置ビットのみの情報を使用するコーディング/デコーディング方法に比べて約1.5dB〜約2.0dBのオーダーで利得を増加し、データの信頼性が改善される。 The receiver demodulates the pulse and inputs information about the position bits and the sign bit to the decoder. As described above, the gain is increased on the order of about 1.5 dB to about 2.0 dB as compared with the coding / decoding method using only the information of position bits, and the reliability of data is improved.
例示的な実施例はUWB無線通信及び関連の要素に関して説明する点に留意すべきである。例示的な実施例の方法及び装置の用途は単に説明目的に過ぎないことを強調する。明らかに、例示的な実施例の方法及び装置は、他の通信用途に実装され得る。更に、記載される変調及びコーディング技術も例示的な実施例の例である。例えば、例示的にコーディングはViterbi形式コーディング/変調である。しかし、他のトレリスコーディング変調(TCM:trellis coding modulation)が実装されてもよい。当然に、他のコーディング変調技術も当業者に容易に明らかになる。このような技術は、例示的な実施例と調和するように実装され得る。 It should be noted that the exemplary embodiments are described with respect to UWB wireless communication and related elements. It is emphasized that the use of the method and apparatus of the exemplary embodiments is for illustrative purposes only. Obviously, the method and apparatus of the example embodiments can be implemented for other communication applications. Furthermore, the modulation and coding techniques described are also examples of illustrative embodiments. For example, the coding is illustratively Viterbi format coding / modulation. However, other trellis coding modulation (TCM) may be implemented. Of course, other coding modulation techniques will be readily apparent to those skilled in the art. Such techniques can be implemented in harmony with the exemplary embodiments.
図1は、本発明の実施例による時間−周波数インターリーブされたマルチバンドUWBシステム100の概念図である。この例示的な実施例では、データ変調パルスは第1のタイムスロットの間に周波数帯域F1101で伝送される。同様に、第2のタイムスロットで、変調パルスが帯域F3102で伝送され、第3のタイムスロットの間に、変調パルスが帯域F5103で伝送され、第4のタイムスロットの間に、変調パルスが帯域F4104で伝送され、第5のタイムスロットの間に、変調パルスが帯域F2で伝送される。理解できるように、処理は帯域F1106での他の変調パルスの伝送で繰り返される。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a time-frequency interleaved
前述のように、システムのデータレートを増加させるために、パルス繰り返し率を増加させることが有用である。更に、パルス毎に伝送されるビット数を増加させることにより、データレートを増加させることが有用なことがある。このことは、当該技術分野において周知の振幅変調及び/又は位置変調技術を使用することで実現され得る。マルチバンドUWBシステムでパルス振幅変調(PAM:pulse amplitude modulation)とパルス位置変調(PPM:pulse position modulation)とを組み合わせたシステムが、チャネルのスループットを増加させるためにかなり望ましい。PPM-PAMシステムでは、いくつかのビットはパルスの位置を変調するために使用されるが、残りのビットはパルスの振幅を変調するために使用される。このことは図2の検討からわかる。図2は、4PPM/BPSK(Binary Phase Shit Keying)変調UWBシステムのタイミング図である。 As mentioned above, it is useful to increase the pulse repetition rate in order to increase the data rate of the system. Further, it may be useful to increase the data rate by increasing the number of bits transmitted per pulse. This can be achieved by using amplitude modulation and / or position modulation techniques well known in the art. A system that combines pulse amplitude modulation (PAM) and pulse position modulation (PPM) in a multi-band UWB system is highly desirable to increase channel throughput. In a PPM-PAM system, some bits are used to modulate the position of the pulse, while the remaining bits are used to modulate the amplitude of the pulse. This can be seen from the examination of FIG. FIG. 2 is a timing diagram of a 4PPM / BPSK (Binary Phase Shit Keying) modulation UWB system.
BPSK変調パルスでは、各パルスは1つのみの振幅ビットを伝搬する。従って、振幅の符号がそのビットについての情報を提供する。従って、BPSK変調パルスの振幅ビットは、符号ビットと呼ばれることがある。対照的に、4-PAM変調パルスでは、各パルスは2つの振幅ビットを伝搬する。このことは、パルスが4レベルを取ることを生じる。従って、受信機では、2つの送信ビットを決定するために振幅が決定されなければならない。 In a BPSK modulated pulse, each pulse propagates only one amplitude bit. Thus, the sign of the amplitude provides information about that bit. Therefore, the amplitude bit of the BPSK modulation pulse may be referred to as a sign bit. In contrast, with a 4-PAM modulated pulse, each pulse propagates two amplitude bits. This results in the pulse taking 4 levels. Therefore, at the receiver, the amplitude must be determined in order to determine the two transmitted bits.
第1の周波数帯域F1の変調パルス201は第1のタイムスロット202の間に伝送される。パルス201は図示のパルス期間Tpを有する。同様に、第3の周波数帯域F3の変調パルス203は第2のタイムスロット204で伝送され、第5の周波数帯域F5の変調パルス205は第3のタイムスロット206で伝送され、第4の周波数帯域F4の変調パルス207は第4のタイムスロット204で伝送され、第2の周波数帯域F2の変調パルス208は第5のタイムスロット209で伝送される。処理が繰り返され、第1の周波数帯域F1の変調パルス211がシーケンスの第1のスロットで伝送される。
The
設計要件に基づいて、PPMシフトTcはパルス期間Tpより小さくてもよく、パルス期間より大きくてもよい。PPMシフトは受信機の性能に影響を及ぼす。例えば、パルス201、203、205、207、209及び211のデータを変調するために相関に基づく受信機が使用される場合、振幅ビット及びPPMビットの性能はシフトに依存する。シフト期間がパルス期間より大きい場合、PPMビットの性能は振幅ビットの性能より良くなる。シフト期間がパルス期間より小さい場合、振幅ビットの性能はPPMビットの性能より良くなる。
Based on design requirements, the PPM shift T c may be smaller than the pulse period T p or larger than the pulse period. PPM shift affects receiver performance. For example, if a correlation-based receiver is used to modulate the data of
受信機で、相関器は、全ての可能な位置と受信パルスとの相関を計算する。異なるパルス位置の間に重複が存在しない場合(すなわち、シフト期間がパルス期間より大きい場合)、相関値は明確になる(クリーンなチャネルを仮定する)。伝送されたパルスの位置に対応する相関は実質的に最大になるが、残りの相関値は比較的小さくなる。 At the receiver, the correlator calculates the correlation between all possible positions and the received pulse. If there is no overlap between different pulse positions (ie if the shift period is greater than the pulse period), the correlation value is clear (assuming a clean channel). The correlation corresponding to the position of the transmitted pulse is substantially maximized, but the remaining correlation values are relatively small.
しかし、異なるパルス位置の間に重複が存在する場合、何らかのパルス位置での相関は隣接の位置から或る程度の寄与を有する。従って、この場合の位置情報は他の場合の位置情報ほど信頼性はない。 However, if there is an overlap between different pulse positions, the correlation at any pulse position will have some contribution from neighboring positions. Therefore, the position information in this case is not as reliable as the position information in other cases.
振幅ビットでは、パルス幅より大きいシフト期間の場合の積分期間は他の場合より大きい。このことは、更なる雑音の追加を生じるため、性能が他の場合よりわずかに悪くなる。 For amplitude bits, the integration period for shift periods greater than the pulse width is greater than for other cases. This results in slightly worse performance than the other cases because it adds further noise.
通常では、マルチパス干渉を考慮するため、PPMシフト期間はパルス期間より小さい。前述のように、この例では、振幅ビットは位置ビットよりロバストである。位置ビットの性能を改善し、この性能を振幅ビットの性能と同程度にするために、チャネルコーディングがPPMビットで使用され得る。 Normally, the PPM shift period is smaller than the pulse period in order to consider multipath interference. As described above, in this example, the amplitude bits are more robust than the position bits. Channel coding may be used with PPM bits to improve the performance of position bits and make this performance comparable to the performance of amplitude bits.
前述のように、チャネルをコーディングする1つの方法は、畳み込みエンコーダ又は同様のトレリス型コーディング方式を使用することである。ここで説明する例示的な実施例では、トレリスコーディング/デコーディングと共に使用される変調方式は、4-PPM/BPSKシステムである。4-PPM/BPSKはPPM-PAM変調システムの一例である。ここでも同様に、これは単なる例であり、他の種類及び組み合わせの振幅変調及びm-PPM変調方式が使用され得ることを強調する。 As mentioned above, one way to code the channel is to use a convolutional encoder or similar trellis type coding scheme. In the exemplary embodiment described herein, the modulation scheme used with trellis coding / decoding is a 4-PPM / BPSK system. 4-PPM / BPSK is an example of a PPM-PAM modulation system. Again, this is merely an example and it is emphasized that other types and combinations of amplitude modulation and m-PPM modulation schemes may be used.
4-PPM/BPSKシステムは、PPMビット及び振幅/符号ビットとして情報ビットを分割する。PPMビットは畳み込みエンコーダを使用してエンコードされる。既知のように、通常では畳み込みエンコーダは2つのパラメータ(符号化率及び拘束長)に関して記述される。符号化長(k/n)は、所定のサイクルでエンコーダにより出力されるチャネル信号の数に対する畳み込みエンコーダへのビット数の比として表現される。例えば、1ビットを受信して2つのチャネル信号を出力する畳み込みエンコーダは、2分の1(1/2)レートの畳み込みコーダと呼ばれる。 The 4-PPM / BPSK system divides the information bits as PPM bits and amplitude / code bits. PPM bits are encoded using a convolutional encoder. As is known, convolutional encoders are usually described in terms of two parameters (code rate and constraint length). The coding length (k / n) is expressed as a ratio of the number of bits to the convolutional encoder with respect to the number of channel signals output by the encoder in a predetermined cycle. For example, a convolutional encoder that receives one bit and outputs two channel signals is called a 1/2 rate convolutional coder.
拘束長パラメータKは、畳み込みエンコーダの長さを示す。すなわち、拘束長パラメータは、出力シンボルを作る組み合わせ論理に供給するのに何段階が利用可能であるかを示す。最後に、Kに密接に関係するパラメータ(m)は、エンコーダの入力に最初に現れた後に入力ビットが保持されてエンコードに使用されるエンコーダのサイクル数である。これは、しばしばエンコーダのメモリと呼ばれる。 The constraint length parameter K indicates the length of the convolutional encoder. That is, the constraint length parameter indicates how many steps are available to supply to the combinational logic that creates the output symbol. Finally, a parameter (m) closely related to K is the number of encoder cycles that are used for encoding with the input bits held after first appearing at the encoder input. This is often referred to as the encoder's memory.
この例示的な実施例では、畳み込みエンコーダは、1/2レートの畳み込みコーダである。コーダの拘束長は性能要件に基づいて選択され得る。コーダの性能を指定する1つの方法は、所定の信号対雑音比(SNR:signal to noise ratio)についてのビット誤り率(BER)による。例えば、1つのエンコーダがSNR=5dBでBER=0.0001を提供し、他のものが同じSNRで0.001のBERを提供する場合、性能の観点からは最初のコーダが有利である。しかし、この性能は、コストに影響を与えるいくつかの要因のみを挙げると、更なる複雑性/ハードウェアのコストを生じる。従って、エンコーダが選択されるときに、多くの検討が行われる。 In this exemplary embodiment, the convolutional encoder is a 1/2 rate convolutional coder. The coder constraint length may be selected based on performance requirements. One way to specify coder performance is by bit error rate (BER) for a given signal to noise ratio (SNR). For example, if one encoder provides a BER = 0.0001 with SNR = 5 dB and the other provides a BER of 0.001 with the same SNR, the first coder is advantageous from a performance standpoint. However, this performance results in additional complexity / hardware costs to name only a few factors that affect costs. Thus, many considerations are made when an encoder is selected.
畳み込みコーダの出力は、図3の表1に示すように、2ビットを4つの位置のうちの1つにマッピングするGrayコーダを通過する。このマッピングは図2及び3の検討から理解され得る。例えば、第1のタイムスロット202について検討する。位置ビットは2つの符号化ビット‘11’に符号化され、Gray符号化されると表1の‘2’を生じる。従って、パルスは位置2で伝送される。また、この場合の符号/振幅ビットは1である。従って、正の振幅を有するパルスが伝送される。
The output of the convolutional coder passes through a Gray coder that maps 2 bits to one of four positions, as shown in Table 1 of FIG. This mapping can be understood from a review of FIGS. For example, consider the
位置はパルスの位置の相対的シフトを決定する。マッピング器の出力はPPM変調器に送信され、ここでパルスの位置をシフトするために使用される。パルスはBPSK変調された符号ビットにより乗算される。2つの情報ビットが3つのデータビット(2つの位置ビット(b0、b1)及び1つの符号又は振幅ビット(b2))に符号化されるため、このシステムの実効レートは2/3である。 The position determines the relative shift in the position of the pulse. The output of the mapper is sent to the PPM modulator, where it is used to shift the position of the pulses. The pulses are multiplied by BPSK modulated code bits. Since the two information bits are encoded into three data bits (two position bits (b 0 , b 1 ) and one sign or amplitude bit (b 2 )), the effective rate of this system is 2/3 is there.
PPM変調器の出力は、指定の周波数までミックスされ、周知の伝送技術及び装置を使用して伝送される。周波数帯域のオーダーは予め決められており(図1のオーダー)、伝送期間に変更しない。伝送信号は以下のように表され得る。 The output of the PPM modulator is mixed to a specified frequency and transmitted using well known transmission techniques and equipment. The order of the frequency band is determined in advance (the order in FIG. 1) and does not change during the transmission period. The transmission signal can be expressed as:
4-PPM変調では、cn=0,1,2,又は3であり、 For 4-PPM modulation, c n = 0, 1, 2, or 3;
はTb秒毎に変化する搬送周波数である。搬送周波数はサブセット{F1、F3、F5、F2及びF4}から選択される。1つのセットの搬送周波数は、fn=3.5×109+500×106*(n-1)で与えられる。
Is the carrier frequency that changes every Tb seconds. The carrier frequency is selected from the subset {F 1 , F 3 , F 5 , F 2 and F 4 }. One set of carrier frequencies is given by f n = 3.5 × 10 9 + 500 × 10 6 * (n−1).
伝送パルスは、図4に示す例示的な実施例による受信機400で受信される。受信機400は、パルスの周波数に応じてF1-F5の1つを実質的に入力する局部発信器402に結合されたミキサ401を有する。ミキサ401の出力は整合フィルタ/相関器403に入力される。相関器403は相関値mk404を出力し、振幅/符号情報ak405はデマッピング器/畳み込みデコーダ406に入力される。整合フィルタ/相関器402は、パルステンプレートのシフト版と受信信号とを相関し、以下の相関値を提供する。
The transmission pulses are received at a
図5は、図示のコーディングでの例示的な入力パルスについての相関器403の出力500を示している。例えば、第1の周波数帯域の変調パルス501は、符号化ビット10と振幅/符号ビット1とを有し、第3の周波数帯域のパルス502は符号化ビット01と振幅/符号ビット1とを有し、第5の周波数帯域の変調パルス503は符号化ビット00と振幅/符号ビット0とを有する。式2から、相関器403は、図5に示す各結果でm0〜m3を計算する。
FIG. 5 shows the output 500 of the
パルスの位置及び伝送パルスの符号ビットは、それぞれ式3及び4に示すmkから導かれる。
The position of the pulse and the sign bit of the transmission pulse are derived from m k shown in
例示的な実施例によれば、PPMビット及び振幅ビットの性能を改善する方法及び装置は、ソフトメトリックの使用を組み込み、トレリス・トレースバック・シーケンスに符号ビットを組み込む。前記のコーディング方式では、送信機は、位置ビットに全てのコーディング利得を提供し、基本的に符号ビットにコーディング利得を提供しない。符号ビットの性能を改善するために、受信機400はトレリス・トレースバックにも符号ビットを含める。このことは、パスメモリ(トレースバック)にPPMビットのみを有するソフト判定デコード受信機に比べて、システムの性能で約1.5-2.0dBの改善を提供する。
According to an exemplary embodiment, a method and apparatus for improving the performance of PPM bits and amplitude bits incorporates the use of soft metrics and incorporates a sign bit in a trellis traceback sequence. In the above coding scheme, the transmitter provides all coding gains for position bits and essentially no coding gain for sign bits. To improve the performance of the sign bit, the
図4の例示的な実施例の受信機400では、整合フィルタ/相関器403で判定が行われない。むしろ、相関器403は、相関値及び符号値を含み、デマッピング器/デコーダ406についての全ての関連情報を生成する。このため、k=0,1,2及び3について整合フィルタは式2により与えられる相関値mkを計算する。更に、整合フィルタは以下の式を使用してmkから導かれる対応する符号情報akを計算する。
In the
この例示的な実施例では、第(i-1)のノードのパスメトリックはpmi-1(s’)で示され、第iのノードのパスメトリックはpmi(s)で示される。ただし、s’及びsは、それぞれ第(i-1)及び第iのノードでの一般的な状態である。パスメトリックは以下の式を使用して計算される。 In this illustrative example, the path metric of the nodes of the (i-1) is represented by pm i-1 (s') , the path metric of the nodes of the i is represented by pm i (s). Here, s ′ and s are general states at the (i−1) -th and i-th nodes, respectively. The path metric is calculated using the following formula:
例示的な実施例では、トレリスは以下のように状態0から始まる。
In the exemplary embodiment, the trellis starts at
例示的な実施例では、生き残り符号ビットは以下のように導かれる。 In the exemplary embodiment, the surviving code bits are derived as follows:
を状態sの生き残り状態とし、 Is the surviving state of state s,
を The
からsへの状態遷移の分岐出力ワードとする。表1に記載のマッピングを使用して、 The branch output word for the state transition from to s. Using the mapping described in Table 1,
が But
から導かれ、生き残り符号ビットが The surviving sign bit is derived from
で式5のセットakから決定される。生き残り符号ビット Is determined from the set a k of Equation 5. Survival sign bit
は生き残り状態 Survived
と共に状態sのパスメモリに格納される。 And stored in the path memory of state s.
ノードiの全ての状態のパスメモリを更新した後に、最小のメトリックを有する状態からのトレースバックシーケンスが始まる(デコーダが定常状態であることを仮定する)。トレースバックは標準的な方法で進み、トレースバック長の終了時に、デコードされたPPMビット407が出力される。更に、トレースバック長の終了時の状態に対応する符号/振幅ビット408が出力される。従って、式6、7(a)及び7(b)のソフトメトリックを使用して、符号/振幅ビット408を含み、トレースバックが実行され得る。
After updating the path memory of all states of node i, the traceback sequence starts from the state with the smallest metric (assuming the decoder is in steady state). Traceback proceeds in a standard way, and the decoded
例示的な実施例は、既知の受信機に比べて、受信機の複雑性をあまり増加させない点に留意すべきである。パスメモリの符号ビットの格納は(K*L)ビットだけメモリサイズを増加させる。ただし、Kは状態の数であり、Lはトレースバック長である。 It should be noted that the exemplary embodiment does not significantly increase the receiver complexity compared to known receivers. The storage of the sign bit in the path memory increases the memory size by (K * L) bits. Where K is the number of states and L is the traceback length.
を計算するロジックも非常に小さくなる。 The logic for calculating is also very small.
図6は、例示的な実施例によるUWBネットワーク600を示している。ネットワークは、アクセスポイント(AP)又はホスト601を有する。例示的に、UWBネットワーク600は、AP601内で集中型MACレイヤを有する無線ネットワーク600である。特に、AP601は、前述の複数の例示的なプロトコルのうち1つに従って動作する。AP601は、選択されたプロトコルに従って複数の無線局602にサービス提供する。
FIG. 6 shows a
例示的に、ネットワーク600はWLAN又は無線パーソナルエリアネットワーク(WPAN)であり、STA(装置)601、602は、コンピュータ、移動電話、携帯情報端末(PDA)又は典型的にこのようなネットワークで動作する同様の装置である。双方向の矢印で示すように、装置601、602は相互に通信してもよく、ホスト601及び装置602は相互に通信してもよい。
Illustratively,
特定のMACレイヤプロトコルに従って、STA602の1つの装置からSTA602の他の装置への通信は必ずしも直接的であるとは限らない点に留意すべきである。むしろ、このような通信はホスト601を通過し、ホスト601が(既知のスケジューリング方法を使用して)通信を正確な受信STA602に伝送する。
It should be noted that according to a specific MAC layer protocol, communication from one device of
数個のSTA602のみが図示されているが、これは単に説明を簡潔にするためのものである点に更に留意すべきである。明らかに、他の多数の装置602が使用されてもよい。最後に、装置602は必ずしも同じである必要はない点に留意すべきである。実際に、選択されたプロトコルで機能する大量の異なる装置がネットワーク600内で使用されてもよい。前記の例示的な実施例に沿って、例示的な実施例に従って符号化されたUWBパルスを送信する送信機はAP601及びSTA602に配置されてもよい。更に、前記の例示的な実施例の受信機400はネットワーク600のAP601及びSTA602に含まれる。
It should be further noted that although only a
前記の例示的な実施例の検討からわかるように、デコードデータの信頼性という利点が実現される。既知のPPM/PAMシステムでは、PAMビットが相関器でデコードされ、PPMビットは畳み込みデコーダのブロックでデコードされる。このことは、PAMビットとPPMビットとで不平等な誤り性能を生じる。対照的に、例示的な実施例によれば、PAMビットをトレリスデコーダのパスメモリに含めて、トレースバックの後にPPMビットと共にこれらのビットに基づいて判定を行うことにより、PAMビットの性能が改善される。例示的に、例示的な実施例の受信機は、PPMビットのソフト判定デコード受信機に比べて約1.5dB〜約2.0dBの利得を提供する。 As can be seen from the discussion of the exemplary embodiment above, the advantage of reliability of the decoded data is realized. In known PPM / PAM systems, PAM bits are decoded by a correlator and PPM bits are decoded by a block of a convolutional decoder. This results in unequal error performance between the PAM bit and the PPM bit. In contrast, according to an exemplary embodiment, the performance of the PAM bits is improved by including the PAM bits in the trellis decoder path memory and making a decision based on these bits along with the PPM bits after the traceback. Is done. Illustratively, the receiver of the exemplary embodiment provides a gain of about 1.5 dB to about 2.0 dB compared to a soft decision decoding receiver of PPM bits.
この開示を鑑みて、例示的な実施例のUWBシステムと共に記載した様々な方法及び装置はハードウェア及びソフトウェアで実装され得る点に留意すべきである。更に、様々な方法、装置及びパラメータは一例として含まれており、限定の意味ではない。この開示を鑑みて、特許請求の範囲内に留まりつつ、当業者は、これらの技術を実施するために自分の技術及び必要な装置を決定する際に、様々な例示的な装置及び方法を実装し得る。 In view of this disclosure, it should be noted that the various methods and apparatus described with the exemplary embodiment UWB system may be implemented in hardware and software. In addition, various methods, devices, and parameters are included as examples and are not meant to be limiting. In view of this disclosure, while remaining within the scope of the claims, those skilled in the art will implement various exemplary devices and methods in determining their technology and the equipment needed to implement these technologies. Can do.
Claims (20)
前記位置データビットと前記振幅データビットとをデコードする;
ことを有するデータ送信及び受信方法。 Transmitting a plurality of position data bits and a plurality of amplitude data bits in each of said position data bits;
Decoding the position data bits and the amplitude data bits;
Data transmission and reception method.
前記振幅データビットは、符号ビットである請求項1に記載のデータ伝送方法。 The data bits are modulated using pulse position modulation (PPM) / 2 phase shift keying (BPSK) modulation techniques;
The data transmission method according to claim 1, wherein the amplitude data bit is a sign bit.
sm0=mb00-mb01
sm1=mb10-mb11
により決定される請求項5に記載の方法。 Metric mb xy, except for bit x = y, the soft metric sm 0 and sm 1 bit b 0 and b 1 is
sm 0 = mb 00 -mb 01
sm 1 = mb 10 -mb 11
6. The method of claim 5, determined by:
mb00=max(abs(m0),abs(m3))
mb01=max(abs(m1),abs(m2))
mb10=max(abs(m0),abs(m1))
mb11=max(abs(m2),abs(m3))
により与えられる請求項6に記載の方法。 For the output m k of the correlator at multiple pulse positions, mb xy is
mb 00 = max (abs (m 0 ), abs (m 3 ))
mb 01 = max (abs (m 1 ), abs (m 2 ))
mb 10 = max (abs (m 0 ), abs (m 1 ))
mb 11 = max (abs (m 2 ), abs (m 3 ))
7. A method according to claim 6 provided by:
akは
ak=sign(mk)
により与えられる請求項10に記載の方法。 The amplitude data bits are derived from the sign a k of the output from the correlator,
a k
a k = sign (m k )
11. A method according to claim 10 provided by:
前記デマッピング器/畳み込みデコーダは、前記位置データビットと前記振幅データビットとをデコードする超広帯域(UWB)システム。 A matched filter / correlator that provides information about the plurality of position data bits and information about the plurality of amplitude data bits to the demapping / convolutional decoder;
The demapping / convolutional decoder is an ultra wideband (UWB) system that decodes the position data bits and the amplitude data bits.
sm0=mb00-mb01
sm1=mb10-mb11
により与えられる請求項16に記載のUWBシステム。 For metric mb xy of x = y, the soft metric sm 0 and sm 1 bit b 0 and b 1 is
sm 0 = mb 00 -mb 01
sm 1 = mb 10 -mb 11
17. A UWB system according to claim 16 provided by:
mb00=max(abs(m0),abs(m3))
mb01=max(abs(m1),abs(m2))
mb10=max(abs(m0),abs(m1))
mb11=max(abs(m2),abs(m3))
により与えられる請求項18に記載のUWBシステム。 For the correlator output m k at different pulse positions, mb xy is
mb 00 = max (abs (m 0 ), abs (m 3 ))
mb 01 = max (abs (m 1 ), abs (m 2 ))
mb 10 = max (abs (m 0 ), abs (m 1 ))
mb 11 = max (abs (m 2 ), abs (m 3 ))
The UWB system of claim 18 provided by:
前記STAは、コンピュータ、移動電話及び携帯情報端末(PDA)のうち1つ以上である請求項19に記載のUWBシステム。 The UWB system is a wireless network having a plurality of wireless stations (STA),
The UWB system according to claim 19, wherein the STA is one or more of a computer, a mobile phone, and a personal digital assistant (PDA).
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