JP2003535552A - Ultra wideband spread spectrum communication method and system - Google Patents

Ultra wideband spread spectrum communication method and system

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JP2003535552A JP2002500550A JP2002500550A JP2003535552A JP 2003535552 A JP2003535552 A JP 2003535552A JP 2002500550 A JP2002500550 A JP 2002500550A JP 2002500550 A JP2002500550 A JP 2002500550A JP 2003535552 A JP2003535552 A JP 2003535552A
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Abstract

(57)【要約】 電磁エネルギーのショートウェーブレット(103、104)を使用して壁や地面などの物体を通して情報を送信する超広帯域、高速、スペクトル拡散通信システム。本通信システムは、時間シフト及び反転したウェーブレット(103、104)から形成されたベースバンド符号を使用してRF信号上のデータをエンコードする。通常のウェーブレットパルス幅は100〜1000ピコ秒のレベルであり、帯域幅は約8GHz〜1GHzである。短い幅のウェーブレットとエンコード技術の組み合わせを使用し、エネルギーが特定のエネルギー帯(例:VHF(30〜300MHz)又はUHF(300〜1000MHz))に集中せず従来の狭帯域受信機によって検出されないように極めて広い周波数帯にわたって信号エネルギーを拡散するため、これらの通信システムとは干渉しない。 (57) Abstract: An ultra-wideband, high-speed, spread-spectrum communication system that transmits information through objects such as walls and ground using short wavelets (103, 104) of electromagnetic energy. The communication system encodes data on the RF signal using a baseband code formed from time shifted and inverted wavelets (103, 104). Typical wavelet pulse widths are on the order of 100 to 1000 picoseconds and bandwidths are about 8 GHz to 1 GHz. Uses a combination of short width wavelets and encoding techniques to ensure that energy is not concentrated in a particular energy band (eg, VHF (30-300 MHz) or UHF (300-1000 MHz)) and is not detected by conventional narrowband receivers. Spreads the signal energy over a very wide frequency band and does not interfere with these communication systems.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (関連出願のクロス・レファレンス) 本明細書には、1998年12月11日付けの「超広帯域スペクトル拡散通信
システム(Ultra Wide Bandwidth Spread-spectrum Communications System)」
という名称の同時係属出願中の米国特許出願第09/209,460号、ドケッ
ト番号第10188−0006−8号の2000年5月3日付けの「高集積電子
回路を備えた平面超広帯域アンテナ(Planar Ultra Wide Band Antenna With In
tegrated Electronics)」という名称の同時係属出願中の米国特許出願第09/
563,292号、及びドケット番号第192408US8PROV号の200
0年5月26日付けの「超広帯域スペクトル拡散通信システム(Ultra Wide Ban
dwidth Spread-spectrum Communications System)」という名称の共同所有同時
係属出願中の米国仮特許出願第TBD号に開示されている主題が含まれており、
本引用により、これらそれぞれの内容のすべてが本明細書に包含される。
(Cross Reference of Related Application) In this specification, "Ultra Wide Bandwidth Spread-spectrum Communications System" dated December 11, 1998 is referred to.
Co-pending U.S. patent application Ser. No. 09 / 209,460, Docket No. 10188-0006-8 dated May 3, 2000, entitled "Planar Ultra Wide Band Antenna with Highly Integrated Electronic Circuits ( Planar Ultra Wide Band Antenna With In
co-pending US patent application Ser. No. 09 /
563, 292 and Docket No. 192408US8PROV 200
"Ultra Wide Band Spread Spectrum Communication System (Ultra Wide Ban
dwidth Spread-spectrum Communications System) ", which includes the subject matter disclosed in co-owned co-pending U.S. Provisional Patent Application No. TBD,
All of these respective contents are hereby incorporated by reference.

【0002】 (発明の分野) 本発明は、超広帯域(UWB)信号技術による無線デジタル通信を使用する無
線通信用送信機、受信機、システム、及びその方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to wireless communication transmitters, receivers, systems, and methods thereof that use wireless digital communication with ultra-wide band (UWB) signaling technology.

【0003】 (発明の背景) デジタルデータ用の無線通信技術には多数のものが存在しており、最近では、
携帯電話システム、ポケットベル(登録商標)、遠隔データ収集、及びコンピュ
ータ無線ネットワークなどのアプリケーションに無線デジタル通信が適用されて
いる。この無線デジタル通信を主題とする書籍には、ニュージャージー州エング
ルウッドクリフス(Englewood Cliffs, New Jersey)のプレンティスホール(Pr
entice-Hall)社から発行されたカミロ・フェーヘル(Kamilo Feher)著「無線
デジタル通信、変調、及びスペクトル拡散アプリケーション(Wireless Digital
Communications, Modulation & Spread Spectrum Applications)」及びバーナ
ード・スクラー(Bernard Sklar)著「デジタル通信:基礎と応用(Digital Com
mnications Fundamentals and Applications)」(ISBN 0-13-211939-1)があり
、本引用により、これら両書のすべての内容は本明細書に包含される。これらの
書籍では、例えば、位相や周波数の変調による従来の搬送波変調(即ち、FSK
、MSK、GMSK、BPSK、DBPSK、QPSK、O−QPSK、FQP
SK、π/4−DEQPSK、及びパルス位置変調(PPM))を主に取り扱っ
ている(因みに、米国及び日本のセルラー規格ではπ/4−DEQPSKが使用
されている)。
BACKGROUND OF THE INVENTION There are many wireless communication technologies for digital data, and recently,
Wireless digital communication has been applied to applications such as mobile phone systems, pagers, remote data collection, and computer wireless networks. The book on wireless digital communications includes the Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, New Jersey.
Kamilo Feher, published by entice-Hall, "Wireless Digital Communications, Modulation, and Spread Spectrum Applications (Wireless Digital
Communications, Modulation & Spread Spectrum Applications ”and Bernard Sklar,“ Digital Communications: Fundamentals and Applications (Digital Com
mnications Fundamentals and Applications) (ISBN 0-13-211939-1), the entire contents of both of which are hereby incorporated by reference. In these books, for example, conventional carrier modulation (ie, FSK), such as phase or frequency modulation.
, MSK, GMSK, BPSK, DBPSK, QPSK, O-QPSK, FQP
It mainly deals with SK, π / 4-DEQPSK, and pulse position modulation (PPM) (for reference, π / 4-DEQPSK is used in the US and Japanese cellular standards).

【0004】 これらのシステムにおいては、従来から時分割多元接続(TMDA)又は符号
分割多元接続(CDMA)によって割当帯域幅を複数のユーザー間で共有してお
り、スペクトル拡散技術であるFHSS(周波数ホッピングスペクトル拡散)又
はCDMA符号(直接拡散法)を使用してスペクトルを拡散している。この「ス
ペクトル拡散」とは、複数ユーザー間で帯域幅を共有する方法を提供すると共に
、比較的バックグラウンド雑音に対する耐性が大きい堅牢な信号を提供する技術
である。
In these systems, the allocated bandwidth is conventionally shared among a plurality of users by time division multiple access (TMDA) or code division multiple access (CDMA), and FHSS (frequency hopping), which is a spread spectrum technique, is used. Spread spectrum) or CDMA code (direct spread method) is used to spread the spectrum. This "spread spectrum" is a technique that provides a method for sharing bandwidth among multiple users and provides a robust signal that is relatively resistant to background noise.

【0005】 スペクトル拡散技法では、信号に格納するデータに関連した信号内での所定量
の繰り返しによって送信信号の堅牢性を向上している。この冗長性は、しばしば
データビット当たりの「チップ」数の観点で説明されるが、このような従来のス
ペクトル拡散のシステム、符号、及び技術については、1988年にコンピュー
タサイエンスプレス(Computer Science Press)社から発行されたデーヴィッド
・L・ニコルソン(David L. Nicholson)著「スペクトル拡散の信号設計LPE
及びAJシステム(Spread Spectrum Signal Design LPE and AJ Systems)」(
ISBN 0-88175-102-2)に説明されており、本引用により、そのすべての内容が本
明細書に包含される。
Spread spectrum techniques improve the robustness of a transmitted signal by a certain amount of repetition within the signal related to the data stored in the signal. This redundancy is often described in terms of "chips" per data bit, but such conventional spread spectrum systems, codes, and techniques are described in 1988 by Computer Science Press. By David L. Nicholson, published by The Company, "Signal Design LPE for Spread Spectrum"
And AJ Systems (Spread Spectrum Signal Design LPE and AJ Systems) "(
ISBN 0-88175-102-2), the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

【0006】 かかるスペクトル拡散信号においては、信号分析(即ち、受信)に従来の周波
数分析(FFT技術などのスペクトル分析)を使用できるよう、チップの情報分
割を所定数の搬送波サイクルで実現しており、このような分析及び繰り返し技術
では、最適な検出を行うために時間連続信号の持続性を前提としている。
In such a spread spectrum signal, the information division of the chip is realized by a predetermined number of carrier cycles so that the conventional frequency analysis (spectral analysis such as FFT technique) can be used for signal analysis (that is, reception). , Such analysis and iterative techniques assume the continuity of the time-continuous signal for optimal detection.

【0007】 これらの従来の無線周波数通信体系では、いずれの場合も比較的小型の機器に
よる送信の実行と見通し内(LOS)通信チャネルによる効率的な伝播を可能に
するために、データによって搬送波(通常、マイクロ波周波数である)を変調し
ている。しかしながら、このような高い周波数に送信エネルギーが集中している
と、送信機と受信機間に存在する地形やその他の介在物によってエネルギーが簡
単に遮断されてしまう。通信システムにおいて、かかる無線周波数エネルギーの
遮断が発生する理由を理解するため、無線周波数エネルギーと物体間における相
互作用について、以下に簡単に再検討してみることにする。
In these conventional radio frequency communication systems, in each case, a carrier is carried by the data (data) to enable transmission by a relatively small device and efficient propagation through a line-of-sight (LOS) communication channel. It is usually the microwave frequency). However, when the transmitted energy is concentrated at such a high frequency, the energy is easily blocked by the terrain and other inclusions existing between the transmitter and the receiver. In order to understand why such radio frequency energy blocking occurs in a communication system, the interaction between radio frequency energy and objects will briefly be reviewed below.

【0008】 無線チャネルにより、高データレートで通信しつつ、建物、壁、群葉、土、或
いはトンネルなどの物理的な障壁を通して通信する能力を獲得するには、特定の
周波数(即ち、周波数帯)が遮断されるリスクを最小化するためにスペクトルエ
ネルギーにかなりの量の「色」が含まれていなければならない。送信信号に低周
波数が含まれていると、大きく2つの利点を享受することができる。その第1は
、低周波数は高損失媒体を貫通するというものであり、米国海軍が海水を通して
潜水艦と通信するのに非常に低い周波数の無線周波数伝送を使用しているのはこ
れが理由である。この貫通現象は、減衰がdB単位で送信周波数に比例する「表
皮効果」と見なすことができる。構造体の貫通における高周波数と比べた場合の
低周波数の有効性の例を図1に示している。この図1は、様々な素材における減
衰量(単位:dB)を無線周波数エネルギーの周波数との関係で示したものであ
るが、この図から、低周波数で減衰量が小さいのは反射が最小化されるからだと
いう見方をすることができる。即ち、波を反射するには、普通、物体は大きくな
ければならず(波長の1/4よりも大きくなければならい)、多数の小さな物体
は、周波数の高いマイクロ波は反射するが、低周波数の波の場合には、送信信号
の波長に比べて物体のサイズが小さすぎるため相互作用しないというわけである
To obtain the ability to communicate through a physical barrier such as a building, wall, foliage, soil, or tunnel, while communicating at high data rates over a wireless channel, a particular frequency (ie, frequency band) The spectral energy must contain a significant amount of "color" in order to minimize the risk of being blocked. If the transmission signal contains low frequencies, two major advantages can be enjoyed. The first is that low frequencies penetrate high loss media, which is why the US Navy uses very low frequency radio frequency transmissions to communicate with submarines through seawater. This penetration phenomenon can be regarded as a "skin effect" in which the attenuation is in dB and proportional to the transmission frequency. An example of the effectiveness of low frequencies compared to high frequencies in penetrating a structure is shown in FIG. FIG. 1 shows the amount of attenuation (unit: dB) in various materials in relation to the frequency of radio frequency energy. From this figure, it can be seen that the low attenuation at low frequencies minimizes reflection. You can take the view that it is due to being done. That is, in order to reflect waves, the object usually has to be large (greater than 1/4 wavelength) and many small objects reflect high frequency microwaves but low frequency In the case of the wave, the size of the object is too small as compared with the wavelength of the transmission signal, and thus the waves do not interact with each other.

【0009】 従って、本発明者が認知するところでは、貫通可能なスペクトル成分を含む通
信システムに対するニーズが存在している。現在のスペクトル拡散/狭帯域シス
テムの場合、相互干渉により、同一スペクトルでその他の狭帯域ユーザーと共存
することはできない(CDMAの場合は、ユーザーのスペクトルをオーバーラッ
プしているが、出力制御を厳格に行う必要がある)。これは、非常に激しい干渉
がその他のユーザーに発生すると同時に、こちらの通信システムにもそれらのユ
ーザーからの激しい干渉が発生するからである。又、通常、高速リンクは、地形
や介在物によって簡単に遮断されてしまうマイクロ波搬送波で稼動している。こ
のようなシステムは、使用帯域幅にわたって周波数応答がかなりフラットな構成
要素(例:アンテナ)から構成されており、従って、波形に影響が及ぶことはな
い。又、これらのシステムでは、変調波形の遷移(例:ゼロ交差)間に搬送波の
複数サイクル(数サイクル〜多数サイクル)の存在を前提としている。
Therefore, to the inventor's knowledge, there is a need for a communication system that includes penetrable spectral components. In the current spread spectrum / narrowband system, mutual interference cannot coexist with other narrowband users in the same spectrum (in the case of CDMA, the user's spectrum is overlapped, but the output control is strictly controlled). Must be done). This is because other users experience very heavy interference, and at the same time, our communication system also suffers from such users. Also, high speed links typically operate on microwave carriers that are easily blocked by terrain and inclusions. Such systems are composed of components (eg, antennas) that have a fairly flat frequency response over the bandwidth used, and thus have no effect on the waveform. Also, these systems assume the presence of multiple cycles (several cycles to multiple cycles) of the carrier between transitions (eg, zero crossings) of the modulating waveform.

【0010】 このような従来の狭帯域変調体系(従来の直接拡散及び周波数ホッピングによ
るスペクトル拡散システムをも含む)は、変調波形のスペクトルに最大でも搬送
波周波数の10〜20%しか反映されないことから狭帯域と見なされ、その帯域
幅は、エネルギーの90%を含むFl(最低周波数)とFh(最高周波数)の間の
狭い周波数範囲となっている。中心周波数をFcとし、これを(Fl+/Fh2)
と考えて「搬送波周波数」と呼ぶとすれば、UWBシステムで使用可能な帯域幅
は100%を上回るものであり、これは従来の「狭帯域システム」では不可能な
数値である。貫通可能な低周波数で稼動しつつ、マルチパス(反射信号)の分解
と高速データレートの維持を可能にする本発明は、本発明者によるこの事実の認
知によって実現したものである。
Such a conventional narrow band modulation system (including a conventional spread spectrum system using direct spread and frequency hopping) is narrow because the spectrum of the modulation waveform reflects only 10 to 20% of the carrier frequency at the maximum. It is considered a band and its bandwidth is a narrow frequency range between F l (lowest frequency) and F h (highest frequency) containing 90% of the energy. The center frequency is F c, and this is (F l + / F h 2)
If we call it "carrier frequency", the usable bandwidth of the UWB system exceeds 100%, which is not possible with the conventional "narrowband system". The present invention, which enables the decomposition of multipath (reflected signal) and the maintenance of a high data rate while operating at a low frequency that can be penetrated, has been realized by the recognition of this fact by the present inventors.

【0011】 本発明者がこれらの現象を認知したことにより、低周波数で稼動しつつ、マル
チパスの分解と高速データレートの維持を可能にする本発明が実現したのである
。低周波数はその波長が比較的大きいことから高損失媒体を貫通すると共に物体
による反射が最小化されるため、この組み合わせは大きな利点を備えている。一
方、これとは対照的に、従来システムの場合は、帯域幅が通常10%未満でしか
なく、その低周波数における分解能は乏しいものになっている。
By the recognition of these phenomena by the present inventor, the present invention has been realized which enables multipath decomposition and high data rate maintenance while operating at a low frequency. This combination has significant advantages as low frequencies penetrate high loss media and minimize reflections from objects due to their relatively large wavelength. On the other hand, in contrast, conventional systems typically have a bandwidth of less than 10%, resulting in poor resolution at low frequencies.

【0012】 従来のUWBシステムは、比較的低デューティサイクルの1〜2サイクルのシ
ョートインパルスの生成及び受信に依拠したものになっていた。例えば、デロー
ザ(deRosa)(米国特許第2,671,896号)、ロビンス(Robbins)(米
国特許第3,662,316号)、モレ(Morey)(米国特許第3,806,7
95号)、ロス(Ross)及びマラ(Mara)(米国特許第5,337,054号)
、並びにフラートン(Fullerton)及びコウィー(Kowie)(米国特許第5,67
7,927号)などがその例であり、1nsレベルのインパルスを1〜10MH
zのレートで放出し、デューティサイクルが100:1〜1000:1となって
いる。
Conventional UWB systems have relied on the generation and reception of 1-2 impulses of relatively low duty cycle short impulses. For example, deRosa (US Pat. No. 2,671,896), Robbins (US Pat. No. 3,662,316), Morey (US Pat. No. 3,806,7).
95), Ross and Mara (US Pat. No. 5,337,054).
, And Fullerton and Kowie (US Pat. No. 5,67,671).
No. 7,927) is an example, and 1 ns level impulse is 1 to 10 MH
It emits at a rate of z and has a duty cycle of 100: 1 to 1000: 1.

【0013】 現在既に認知されているように、このような低デューティサイクルでは、2つ
の問題が発生する。その第1は、ピークが大きいために大きな平均電力を効率的
に生成することが難しい(或いは、ほとんど不可能な)ことである。例えば、そ
のピーク電圧は最新技術コンポーネントのバイポーラプロセスによる低電圧(1
.8V)CMOSの破壊電圧よりも高くなっており、このために標準的な低コス
ト実装が制限されている。そして、第2の問題点は、この高ピークによって時間
領域空間に敏感な「鉱石検波器」受信機が破壊されることである。
As currently recognized, two problems arise at such low duty cycles. First, the large peaks make it difficult (or almost impossible) to efficiently generate large average power. For example, its peak voltage is a low voltage (1
. 8V) above the breakdown voltage of CMOS, which limits standard low cost packaging. And the second problem is that this high peak destroys the "ore detector" receiver which is sensitive to the time domain space.

【0014】 一方、これとは対照的に本発明に使用する波形は、単一の滑らかなガウスパル
スに似たエネルギー包絡線を有する形状変調ウェーブレット(即ち、短く空間的
にコンパクトなインパルス性の電磁ウェーブレット(さざ波))のシーケンスか
ら構成されており、この高デューティサイクル波形を送信することにより、前述
の2つの問題はいずれも解決される。これに必要な波形は、低電圧部品によって
簡単に生成可能であり、その送信エネルギーは、すべての領域にわたって時間及
び周波数の両面で拡散され、結果的にノイズのように見える。JTFA(joint
time-frequency analysis)などの分析手順において、時間をX軸、周波数をY
軸として信号エネルギーのイメージをよくプロットするが、明るいスポットは特
定の時間及び周波数における高エネルギーを表しており、しばしば、周波数分解
能と時間分解能の関係を変化させて様々なイメージが作成されている。低デュー
ティサイクルのUWBシステムの場合には、これらのイメージは、間隔が多少ラ
ンダムな垂直バーとして表示される。一方、フレミング(Fleming)及びクシュ
ナー(Kushner)(米国特許第5,748,891号)などのその他の高デュー
ティサイクルのUWBシステムの場合には、これらの画像は、例えば、モアレパ
ターンのような構造化された概観を有している。それに対し、本発明によるバイ
フェーズ波形を使用した場合は、送信信号がこれらの画面に滑らかに表示される
ことになる。
On the other hand, the waveform used in the present invention, in contrast, is a shape-modulated wavelet (ie, a short and spatially compact impulsive electromagnetic wave) with an energy envelope resembling a single smooth Gaussian pulse. It consists of a sequence of wavelets, and by transmitting this high duty cycle waveform, both of the above two problems are solved. The waveforms required for this can easily be generated by low voltage components, the transmitted energy of which is spread in both time and frequency over all areas and consequently looks like noise. JTFA (joint
In analysis procedures such as time-frequency analysis), time is the X axis and frequency is the Y axis.
While plotting the image of signal energy well as an axis, the bright spots represent high energy at a particular time and frequency, often with varying relationships between frequency resolution and time resolution. For low duty cycle UWB systems, these images are displayed as vertical bars with some random spacing. On the other hand, in the case of other high duty cycle UWB systems, such as Fleming and Kushner (US Pat. No. 5,748,891), these images may be structured, for example, like moire patterns. Has a generalized view. On the other hand, when the bi-phase waveform according to the present invention is used, the transmission signal is displayed smoothly on these screens.

【0015】 又、従来システムの場合には、スペクトル拡散と情報伝達のために一定の(本
質的に同一の)パルス間に擬似ランダム時間間隔を使用すると共に、パルス位置
変調(PPM)によって情報を伝達している。しかしながら、現在既に認知され
ているように、この種の情報伝達方法はいくつかの理由から最善のものではない
。例えば、復調器がマルチパス反射による誤った時間シフトを変調器による正式
な時間シフトと誤解する可能性があり、マルチパスチャネルにPPMは最善のも
のとはいえない。一方、これとは対照的に、本発明の場合は、パルス形状を変更
することによって情報を伝達しており、すべてのマルチパスは情報を伝達するパ
ルスと静止した関係にあり、データ変調によってマルチパスが混乱することはな
い。
Also, in the case of the conventional system, pseudo random time intervals are used between constant (essentially the same) pulses for spread spectrum and information transmission, and information is transmitted by pulse position modulation (PPM). It is transmitted. However, as already recognized today, this type of communication is not the best for several reasons. For example, a demodulator may mistake a false time shift due to multipath reflections as a formal time shift due to a modulator, and PPM is not the best choice for multipath channels. On the other hand, in contrast, the present invention conveys information by changing the pulse shape, and all multipaths are in a stationary relationship with the information-carrying pulse, and are multi-modulated by data modulation. The path will not be confused.

【0016】 更に、PPMが最善のものではないもう1つの理由は、ノイズを伴う信号の場
合にPPM検出器の誤り確率が高いことである。コヒーレントBPSKとPPM
を使用する従来システムの分析結果によれば、チャネルの帯域幅が同一でデータ
レートとビット誤り率(BER)が等しい場合には、BPSKの方が約6dBだ
け大きな雑音を許容可能であるとされている。本発明の場合、その最も単純な形
態においてさえ(反転又は非反転によって符号化された単一ウェーブレットの場
合)、これと同じ6dBの優位性を確保している。この理由の1つは、単一のパ
ルスが、パルスを2つの位置で検出可能なウィンドウよりも必ず短いということ
である。即ち、本発明の場合には、単一パルスの幅が、情報を伝達する時間スロ
ットを表しているのに対し、PPMシステムの場合には、情報を伝達する時間ス
ロットが約1.4〜2パルス幅で表されている。更にもう1つの理由は、検出さ
れた「1」及び「0」間の電圧差がBPSK信号よりも小さいという点であり、
この結果、ノイズを克服するためにより大きな信号電力を必要とする。
[0016] Yet another reason why PPM is not the best one is the high error probability of the PPM detector in the case of noisy signals. Coherent BPSK and PPM
According to the analysis result of the conventional system using BPSK, when the channel bandwidth is the same and the data rate and the bit error rate (BER) are equal, BPSK can tolerate a larger noise by about 6 dB. ing. In the case of the present invention, even in its simplest form (in the case of a single wavelet coded by inversion or non-inversion), this same 6 dB advantage is ensured. One reason for this is that a single pulse is always shorter than the window in which the pulse can be detected at two positions. That is, in the case of the present invention, the width of a single pulse represents a time slot for carrying information, whereas in the case of the PPM system, the time slot for carrying information is about 1.4 to 2 It is expressed in pulse width. Yet another reason is that the detected voltage difference between "1" and "0" is smaller than the BPSK signal,
As a result, more signal power is needed to overcome the noise.

【0017】 同一スペクトルの他のユーザーと干渉しないようにするには、UWBシステム
の送信スペクトルの白色化が必要である。従来システムと本発明の間の更なる相
違点は、送信機によって作られる干渉にある。本発明の場合、スペクトル制御の
ために(即ち、出力電力スペクトルを滑らかにするために)パルス位置のランダ
ム化を行ってもよいが、本発明は、これを必要としないものであり、好適な実施
例においても使用してはいない。その代わり、波形全体がランダムに見えるよう
に形状変調パルスのランダムなシーケンスを生成することによってスペクトルを
滑らかにしている。本発明による送信機は、パルス形状シーケンスファミリーの
1つの「シンボル」を送信するが、各「シンボル」は複数ビットの情報を伝達可
能であり、この「シンボル」を有する一連の情報によって従来のシステムよりも
全体的に「白い」波形が生成されるのである。この結果、本発明の送信機による
送信によって発生する干渉レベルは、2つのシステムが本質的に同一の帯域幅で
同一の平均電力をブロードキャストした場合にも従来システムより低い。即ち、
PPMに対する前述の6dBの優位性と併せ、本発明は、はるかに低い干渉レベ
ルで同等の通信レートとビット誤り率(BER)を提供することができるのであ
る。
To avoid interference with other users in the same spectrum, whitening of the UWB system transmission spectrum is required. A further difference between the conventional system and the present invention is the interference created by the transmitter. In the case of the present invention, pulse position randomization may be performed for spectrum control (ie, for smoothing the output power spectrum), but the present invention does not require this and is preferred. It is also not used in the examples. Instead, the spectrum is smoothed by generating a random sequence of shape-modulated pulses so that the entire waveform appears random. The transmitter according to the invention transmits one "symbol" of the pulse-shaped sequence family, each "symbol" being able to carry multiple bits of information, a sequence of information comprising this "symbol" in a conventional system. Rather, it produces a more "white" waveform. As a result, the interference level caused by transmissions by the transmitter of the present invention is lower than conventional systems even when the two systems broadcast the same average power over essentially the same bandwidth. That is,
In combination with the above 6 dB advantage over PPM, the present invention can provide comparable communication rate and bit error rate (BER) at much lower interference levels.

【0018】 UWBシステムの送信スペクトルの白色化に関しては、その受信に対する影響
をも考慮する必要がある。従来のUWBシステムの場合には、送信スペクトルを
白色化するためにパルス間の時間間隔をジッタリングしているが、ジッタリング
には副作用があり、本発明ではこれを回避している。即ち、例を挙げて説明すれ
ば、ランダムな時間でサンプリングした正弦波は、「ノイズ」として表れる。同
様に、従来のUWB受信機に到来するスペクトルのピーク(即ち、トーン、つま
り従来の狭帯域放射などの準正弦波)は、データサンプルにおいてノイズとして
表れる。通信を行うためには、信号は、この「ノイズ」を克服できるだけの十分
な強度を備えていなければならない。一方、本発明の好適な実施例においては、
パルス位置のジッタリングを行っておらず、その代わりに、正確なクロックによ
ってパルスに同一の間隔を付与している。この結果、受信機に到来し取得された
トーンは、データサンプルにおけるパターンとして表れる。以下に本明細書で説
明するように、このパターンを認知、算定、及び減算することにより、トーンに
よって発生した干渉の大部分を除去することが可能である。又、受信機に到来す
るトーンがナイキスト・カットオフ周波数を上回っている場合にも(即ち、デー
タサンプリング周波数の1/2よりも高い周波数の場合にも)、パターンが発生
するように周波数の折り畳みが行われる。この結果、受信機が低ノイズで動作す
るため、本発明は、高ノイズ環境において従来のUWBシステムをはるかに上回
るレンジとデータレートで動作可能である。
Regarding the whitening of the transmission spectrum of the UWB system, it is necessary to consider the influence on the reception. In the case of the conventional UWB system, the time interval between pulses is jittered in order to whiten the transmission spectrum, but the jittering has a side effect, and the present invention avoids this. That is, to give an example, a sine wave sampled at random times appears as “noise”. Similarly, spectral peaks arriving at conventional UWB receivers (ie, tones, or quasi-sinusoids such as conventional narrowband radiation) appear as noise in the data samples. In order to communicate, the signal must be strong enough to overcome this "noise". On the other hand, in the preferred embodiment of the present invention,
It does not jitter the pulse positions and instead gives the pulses the same spacing with an accurate clock. As a result, the tones that arrive at the receiver and are captured will appear as patterns in the data samples. By recognizing, calculating, and subtracting this pattern, as described herein below, it is possible to eliminate most of the interference caused by the tone. Also, if the tone arriving at the receiver is above the Nyquist cutoff frequency (ie, it is higher than half the data sampling frequency), the frequency folds to produce a pattern. Is done. As a result, because the receiver operates with low noise, the present invention is capable of operating at much higher range and data rates than conventional UWB systems in high noise environments.

【0019】 現在既に認知されているように、高レベルのマルチパスが存在するチャネルに
おいて高データレートを実現することが望ましいが、従来システムの場合には、
マルチパスによって発生するシンボル間干渉による制約が存在している。例えば
、建物の場合、直接伝搬路の信号から約500ns遅延した極めて不良なマルチ
パス(即ち、干渉エコー信号)が発生する。この結果、高データレートを得るべ
く500nsよりも小さい間隔のパルスを送信してもシンボル間干渉が激しくな
るだけである。一方、本発明においては、複数ビットの情報を伝達するシンボル
を送信することにより、この難しい問題を解決している。各シンボル自体がスペ
クトル的に白色であるため(これは、その自己相関が、サイドローブが低いスパ
イクであることを意味している)、シンボル期間にわたってマルチパスが継続的
に分解される。従って、高レベルのマルチパスが存在する場合にも、シンボル間
干渉なしに高データレートを得ることができる。
As is now recognized, it is desirable to achieve high data rates in channels where there are high levels of multipath, but in conventional systems,
There is a constraint due to intersymbol interference caused by multipath. For example, in the case of a building, an extremely bad multipath (that is, an interference echo signal) delayed by about 500 ns from the signal on the direct propagation path is generated. As a result, inter-symbol interference only becomes severe even if pulses with intervals smaller than 500 ns are transmitted in order to obtain a high data rate. On the other hand, the present invention solves this difficult problem by transmitting a symbol that conveys information of multiple bits. Since each symbol is itself spectrally white, which means its autocorrelation is a low sidelobe spike, the multipath is continuously resolved over the symbol period. Therefore, even if there is a high level multipath, a high data rate can be obtained without intersymbol interference.

【0020】 本発明の特徴は、パルス形状ファミリーの1つを送信することにより、各パル
スが、前述のいずれの利点をも失わずに、複数ビットの情報を伝達できることで
ある。PPMシステムの場合、パルス当たり1ビットを超える情報を伝達するに
は更なる時間スロットを使用することになるが、その結果、前述のマルチパスの
影響が更に深刻になると共に、その他の問題も目立つようになってしまう。従来
のUWBシステムの場合、波形形状に対する制御が欠けており、パルス当たり複
数ビットを送信することはできない。
A feature of the invention is that by transmitting one of the pulse shape families, each pulse can carry multiple bits of information without losing any of the advantages described above. For PPM systems, additional time slots are used to convey more than one bit per pulse, which results in more severe multipath effects as described above, as well as other problems. It becomes like this. Conventional UWB systems lack control over the waveform shape and cannot send multiple bits per pulse.

【0021】 又、従来技術によるUWB通信システムでは、同期の取得に要する時間を削減
するため、高精度のクロックを必要としている。しかしながら、正確なクロック
が存在したとしても同期の取得にしばしば数十秒もかかり、この結果、実現可能
なデータレートが低下して装置の使用が困難になる。本発明の特徴の1つは同期
を迅速に取得できることであり、その所要時間は、通常、ミリ秒のレベルである
Further, in the UWB communication system according to the conventional technique, a highly accurate clock is required in order to reduce the time required to acquire synchronization. However, even with the presence of an accurate clock, acquisition of synchronization often takes tens of seconds, which reduces the achievable data rate and makes the device difficult to use. One of the features of the present invention is that the synchronization can be acquired quickly, the duration of which is typically on the order of milliseconds.

【0022】 (発明の要約) 本節のタイトルに従い、選択した本発明の特徴を以下に簡潔に説明する。本発
明の更に詳細な説明については、本明細書全体の主題とするところである。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the title of this section, selected features of the invention are briefly described below. A more detailed description of the invention is the subject of the entire specification.

【0023】 本発明の目的は、超広帯域(UWB)高速デジタル通信システム及びサポート
システムコンポーネント、並びに、短く空間的にコンパクトな電磁ウェーブレッ
ト(即ち、インパルス、或いはエネルギーパケット)を直接生成する方法を提供
することである。これらのウェーブレットの波形は、自由空間を伝播し情報を伝
達するために、例えば、ウェーブレットの反転又は非反転コピーを使用して生成
される。本発明によるシステムにおいては、これらインパルスのシーケンスを送
ることによって情報を伝達可能であり、関連スペクトルは、シーケンス符号化の
選択(シーケンス符号化)とウェーブレット形状(ウェーブレットの選択)の両
方によって制約される。本発明によって生成された波形は、障害となる物体(例
:壁)や媒体(例:土)を貫通することができる。
It is an object of the present invention to provide ultra wideband (UWB) high speed digital communication systems and support system components, as well as methods for directly generating short and spatially compact electromagnetic wavelets (ie impulses or energy packets). That is. The waveforms of these wavelets are generated, for example, using inverted or non-inverted copies of the wavelets to propagate in free space and convey information. In the system according to the invention it is possible to convey information by sending a sequence of these impulses, the relevant spectrum being constrained both by the choice of sequence coding (sequence coding) and by the wavelet shape (wavelet selection). . The waveform generated by the present invention can penetrate obstacles such as walls and media such as soil.

【0024】 それぞれが単一の滑らかなガウス状のパスルに似たエネルギー包絡線を有する
形状変調ウェーブレット(即ち、短く空間的にコンパクトなインパルス性電磁ウ
ェーブレット)のシーケンスからなる区分的に連続した波を直接生成するUWB
高速デジタル通信システム及び方法の構築が本発明の別の目的である。
A piecewise continuous wave consisting of a sequence of shape-modulated wavelets (ie, short and spatially compact impulsive electromagnetic wavelets) each having a single smooth Gaussian pulse-like energy envelope. UWB generated directly
Construction of a high speed digital communication system and method is another object of the present invention.

【0025】 区分的に連続した波をデジタルロジック回路から直接生成することが本発明の
更なる目的であり、この場合、ウェーブレットの特性形状は、集積回路内に形成
されたロジックゲートの電圧上昇時間特性から少なくとも部分的に形成される。
It is a further object of the present invention to generate a piecewise continuous wave directly from a digital logic circuit, where the characteristic shape of the wavelet is the voltage rise time of a logic gate formed in an integrated circuit. Formed at least in part from the characteristic.

【0026】 これらのウェーブレットの波形状は、自由空間を伝播し情報を伝達するように
調整されており、これらのウェーブレットは略直交するマスターウェーブレット
の重み付けされた合計として生成される。
The waveshapes of these wavelets are tuned to propagate in free space and convey information, and these wavelets are generated as a weighted sum of substantially orthogonal master wavelets.

【0027】 即ち、2つのマスターウェーブレットの場合には、送信信号は次のようになる
That is, in the case of two master wavelets, the transmission signal is as follows.

【0028】[0028]

【数7】 [Equation 7]

【0029】 ここで、情報はウェーブレット係数ai及びbiに格納され、関数W1及びW2
マスターウェーブレット関数を表しており、τはウェーブレット間の時間間隔を
表し、iはデータ要素シーケンス内における特定データ要素のインデックスを表
している。
Here, the information is stored in the wavelet coefficients a i and b i , the functions W 1 and W 2 represent the master wavelet functions, τ represents the time interval between the wavelets and i is in the data element sequence. Represents the index of a specific data element in.

【0030】 マスター直交ウェーブレットは、例えば、次の式に示すような奇数次及び偶数
次のガウシアン(即ち、ガウス形状パルス)の導関数であってよい。
The master quadrature wavelet may be, for example, the derivative of an odd and even Gaussian (ie Gaussian shaped pulse) as shown in the following equation:

【0031】[0031]

【数8】 [Equation 8]

【0032】 ここで、r及びsは、それぞれ奇数と偶数であってウェーブレットの相対的な
帯域幅を設定し、tは時間を表し、kは時間のスケーリングパラメータを表して
いる。又、マスターウェーブレットは、次式に示すようにレイリーウェーブレッ
トの実数部及び虚数部であってもよい
Here, r and s are odd and even, respectively, and set a relative bandwidth of the wavelet, t represents time, and k represents a scaling parameter of time. Also, the master wavelet may be the real and imaginary parts of the Rayleigh wavelet as shown in the following equation.

【0033】[0033]

【数9】 [Equation 9]

【0034】 ここで、nは相対的な帯域幅を設定するパラメータであり、前述のように、t
は時間を表し、kは時間スケーリングパラメータである。又、このマスターウェ
ーブレットのセットは、時間スケーリングパラメータk、及び/又は相対的な帯
域幅パラメータr、s、及びnが異なるウェーブレットで構成することも可能で
ある。
Here, n is a parameter for setting the relative bandwidth, and as described above, t
Represents time and k is a time scaling parameter. The set of master wavelets can also consist of wavelets with different temporal scaling parameters k and / or relative bandwidth parameters r, s, and n.

【0035】 各ウェーブレットをマスターウェーブレット形状ファミリーから生成すること
により、ウェーブレット当たり1ビット以上を伝達することが本発明の更なる目
的である。ウェーブレットファミリーの反転又は非反転コピーを送受信するよう
、ウェーブレット係数(例:ai及びbi)の+1及び−1の間での変化を可能に
することによって情報を伝達することが本発明の目的である。
It is a further object of the invention to convey more than one bit per wavelet by generating each wavelet from the master wavelet shape family. It is an object of the present invention to convey information by allowing the variation of wavelet coefficients (eg a i and b i ) between +1 and −1 to send and receive inverted or non-inverted copies of the wavelet family. Is.

【0036】 これらのインパルスウェーブレットのシーケンスを送信することにより、情報
を伝達すると同時に送信スペクトルを制御することが本発明の更なる別の目的で
あり、この場合、スペクトルの成形にシーケンス符号化の選択とウェーブレット
形状の両方を使用する。
It is a further object of the invention to control the transmitted spectrum while transmitting information by transmitting a sequence of these impulse wavelets, where the choice of sequence coding for shaping the spectrum. And both wavelet shapes are used.

【0037】 単一シンボル(即ち、ファミリーの1つのシーケンス)の受信時にP+1ビッ
トの情報が伝達されるよう、1つのシーケンスがシンボルと呼ばれる2Pのスペ
クトル的に白色のシーケンスファミリーを作成することが本発明の更なる目的で
ある。このファミリー用の復号器がP・2Pレベルの計算量で動作できるよう、
Pのシーケンス符号(即ち、シンボル)ファミリーを作成することが本発明の
目的の1つである。
It is possible to create a 2 P spectrally white sequence family, where one sequence is called a symbol, so that P + 1 bits of information are conveyed upon receipt of a single symbol (ie one sequence of the family). It is a further object of the invention. In order for the decoder for this family to operate with the complexity of P · 2 P level,
Creating a 2 P sequence code (ie, symbol) family is one of the objects of the present invention.

【0038】 マルチパス現象を活用してUWB信号の受信性能を改善することも本発明の更
なる目的である。
It is a further object of the present invention to improve the reception performance of UWB signals by utilizing the multipath phenomenon.

【0039】 大規模集積回路(LSI)半導体技術によって大部分を製造可能なデバイスで
前述の目的を提供することも本発明の更なる目的である。
It is a further object of the invention to provide the aforesaid object in a device that can be manufactured in large part by means of large scale integrated circuit (LSI) semiconductor technology.

【0040】 半導体ロジック回路の固有の上昇時間(又は、下降時間、(これらは通常「エ
ッジ」と呼ばれる))から生成された区分的に連続した波形を提供することも本
発明の更なる目的である。
It is also a further object of the invention to provide piecewise continuous waveforms generated from the inherent rise time (or fall time, these are commonly referred to as “edges”) of semiconductor logic circuits. is there.

【0041】 半導体回路の動作速度の関数として広いスペクトルにわたって通信可能なスケ
ーラブル無線を提供することも本発明の更なる目的である。
It is a further object of the invention to provide a scalable radio capable of communicating over a wide spectrum as a function of the speed of operation of semiconductor circuits.

【0042】 更に、本発明の特徴は、新しい半導体回路が導入される際の「処理能力は18
ヶ月ごとに略倍になる」というゴードン・ムーアの仮説に従い、本発明の通信効
率も「ムーアの法則」に従って向上することである。
Further, a feature of the present invention is that the processing capacity is 18 when a new semiconductor circuit is introduced.
According to Gordon-Moore's hypothesis that "it almost doubles every month", the communication efficiency of the present invention is also improved according to "Moore's law".

【0043】 更に、本発明においては、ロジック回路の上昇及び下降時間(エッジ)に基づ
いて波形を生成している。従って、ロジック回路の速度と性能が時間の経過と共
に上昇すれば、本発明による送信で利用可能な帯域幅も拡大し、この結果、本発
明によって実現される電力スペクトル密度の限られたチャネルのデータレートも
上昇する。
Further, in the present invention, the waveform is generated based on the rising and falling times (edge) of the logic circuit. Therefore, as the speed and performance of logic circuits increase over time, so does the bandwidth available for transmission according to the present invention, which results in data for channels with limited power spectral density realized by the present invention. The rate also rises.

【0044】 本発明の前述及びその他の目的と利点に関し、以下に説明によって明らかにす
る。この説明において、本明細書の一部をなす以下の図面を参照するが、これら
の図面は説明のために提示するものであり、好適な実施例に本発明を限定するも
のではない。又、以下の説明は本発明のすべてを表すものではなく、本発明は、
本発明の広さに応じた異なるアレンジによって実施可能である。
The above and other objects and advantages of the present invention will be made clear by the following description. In this description, reference is made to the following drawings, which form a part of the specification, which are presented for purposes of illustration and are not intended to limit the invention to the preferred embodiments. Further, the following description does not represent all of the present invention, and the present invention is
It can be implemented with different arrangements according to the breadth of the invention.

【0045】 (好適な実施例の詳細な説明) (UWBの定義) エネルギー拡散の観点、即ち、分解能の観点では、帯域幅と中心周波数は独立
的に取り扱うことができる。しかしながら、DARPA研究パネルによって造語
されたこのUWBという用語は、その名前には「相対帯域幅」という用語が含ま
れてはいないものの、その定義はこれを必要としている。
(Detailed Description of the Preferred Embodiment) (Definition of UWB) From the viewpoint of energy diffusion, that is, from the viewpoint of resolution, the bandwidth and the center frequency can be treated independently. However, the term UWB coined by the DARPA Research Panel does not include the term "relative bandwidth" in its name, but its definition requires it.

【0046】 本発明者が認知するところでは、このような中心周波数との関連での帯域幅に
基づいた定義を好む理由は、次の3つの望ましい主要特徴によるものである。そ
の第1は、シンチレーションとマルチパスフェージングに対する耐性である。シ
ンチレーション、スペックル、及びマルチパスフェージングを防止する唯一の方
法は、波長に略等しい分解能を備えることである。そして、理由の第2は、広帯
域幅信号による材料への貫通性である。高損失媒体を通して最大データレートで
通信するには(或いは、高損失媒体を通して、又は、高損失媒体内において最大
解像度のレーダーによる画像化を実行するには)、低周波数(貫通性)と広帯域
(分解能)の両方が必要であり、これらをひとまとめにすれば、広い相対帯域幅
が必要だ、ということになる。このようなケースでは、高周波数での損失はあま
りに大きく、そのような高周波数は使用することができない。これらの利点は特
に広い相対帯域幅によってもたらされるものであり、狭帯域システムでは得られ
ないため、UWBの定義は相対帯域幅に基づいたものになるのである。
To the inventor's knowledge, the reason for preferring such a bandwidth-based definition in relation to the center frequency is due to the following three desirable main characteristics. The first is resistance to scintillation and multipath fading. The only way to prevent scintillation, speckle, and multipath fading is to have a resolution approximately equal to the wavelength. And the second reason is the penetration of the material by wide bandwidth signals. To communicate at maximum data rates over high loss media (or through high loss media, or to perform full resolution radar imaging in high loss media), low frequency (penetration) and wide band ( Resolution) is needed, and if these are put together, a wide relative bandwidth is needed. In such cases, the losses at high frequencies are too great to use. These advantages are provided by a particularly wide relative bandwidth and are not available in narrowband systems, so the definition of UWB is based on relative bandwidth.

【0047】 Bを帯域幅、fcを中心周波数、fh及びflを高周波数及び低周波数カットオ
フ(例:ピークから−6dB)とした場合、比帯域幅Bfは次の式によって定義
される。
When B is the bandwidth, f c is the center frequency, and f h and f l are high frequency and low frequency cutoffs (eg, −6 dB from peak), the specific bandwidth B f is defined by the following equation. To be done.

【0048】 Bf=B/fc=(fh−fl)/((fh+fl)/2) (1)B f = B / f c = (f h −f l ) / ((f h + f l ) / 2) (1)

【0049】 UWBシステムとは、0.25〜2.0の範囲の比帯域幅Bfを有するもので
あり、これは、UWBシステムの場合、帯域幅と中心周波数が略一致する(別の
表現をすれば、分解能と波長が一致する)ということを意味している。
A UWB system is one that has a specific bandwidth B f in the range of 0.25 to 2.0, which, in the case of a UWB system, has approximately the same bandwidth and center frequency (another expression). If you do, the resolution and the wavelength match).

【0050】 (分析的なUWB波形) 本発明においては、ガウス形状波形の導関数である分析的な送信励起波形(即
ち、信号)を使用することが望ましいが、この理由は、このような信号が所与の
占有帯域幅に最適な時間分解能を有しているためである。又、これらの信号は、
連続しており無限に弁別可能である。本発明では高次の導関数を使用しており、
図2Aの時間領域に示す1次導関数(ガウスモノサイクル)は、次の式によって
定義される。
Analytical UWB Waveforms In the present invention, it is desirable to use an analytical transmit excitation waveform (ie, signal) that is the derivative of a Gaussian shaped waveform, for this reason. Has the optimal time resolution for a given occupied bandwidth. Also, these signals are
It is continuous and can discriminate infinitely. The present invention uses higher order derivatives,
The first derivative (Gaussian monocycle) shown in the time domain of FIG. 2A is defined by the following equation.

【0051】[0051]

【数10】 (2)[Equation 10] (2)

【0052】 ここで、Aはピークの振幅であり、2tpはピーク間のパルス幅であり、エネ
ルギーは、次の式で表される。
Here, A is the amplitude of the peak, 2t p is the pulse width between the peaks, and the energy is represented by the following equation.

【0053】[0053]

【数11】 (3)[Equation 11] (3)

【0054】 式(4)で与えられる図2Bに示すスペクトルs(t)もガウスである。[0054]   The spectrum s (t) shown in FIG. 2B given by equation (4) is also Gaussian.

【0055】[0055]

【数12】 (4)[Equation 12] (4)

【0056】 スペクトルのピークは、次の位置に発生する。[0056]   The peak of the spectrum occurs at the following position.

【0057】 ωmax=±1/tp rad/s、即ち、fmax=±1/2IItp HzΩ max = ± 1 / t p rad / s, that is, f max = ± 1/2 IIt p Hz

【0058】 帯域幅は、−6dBの電力レベルにおける上位周波数及び低位周波数によって
次のように決定される。
The bandwidth is determined by the upper and lower frequencies at a power level of −6 dB as follows.

【0059】 Flo=0.3191057fmax、fhi=1.9216229fmax (5)F lo = 0.3191057f max , f hi = 1.9216229f max (5)

【0060】 中心周波数は次のとおりである。[0060]   The center frequency is as follows.

【0061】 fc((flo+fhi)/2)=1.12fmax (6)F c ((f lo + f hi ) / 2) = 1.12f max (6)

【0062】 各導関数は電力スペクトルの直流(DC)にゼロを置くため、高次の導関数を
使用すると時間領域に多くのゼロ交差が存在し、帯域幅が狭くなり、低周波数カ
ットオフと中心周波数が押し上げられる。
Since each derivative places a zero in the direct current (DC) of the power spectrum, there are many zero crossings in the time domain with higher order derivatives, which results in a narrow bandwidth and low frequency cutoff. The center frequency is pushed up.

【0063】 (本発明によるXIバイフェーズ変調のピーク電力対平均電力比(波高率)の
算出) 効率の良い送信機を得るには、クラスC又はスイッチングモードで動作させる
ことが望ましい。又、標準的な低電圧高速CMOSで動作するためには、ピーク
電力を最小化することが望ましい。即ち、波高率(ピーク電力対平均電力比)は
低いほうが望ましいのである。本発明において使用する波形の波高率は次のよう
に算出することができる。まず、隣接するパルス間における大きなエネルギーの
オーバーラップを避けるように信号間隔(即ち、パルスの繰り返し周波数(PR
F))を定義する。これは、α=3.0342で|t|>αtpの場合に、|s
(t)|<]0.05で表すことができる。最小パスル振幅をピーク振幅から2
6dB下がったところに設定すれば、最大パルス繰り返しインターバル(PRI
)T、及びパルス繰り返し周波数(PRF)Fprf_maxは次のようになる。
(Calculation of Peak Power to Average Power Ratio (Crest Factor) of XI Bi-Phase Modulation According to the Present Invention) It is desirable to operate in class C or switching mode in order to obtain an efficient transmitter. It is also desirable to minimize peak power in order to operate in standard low voltage high speed CMOS. That is, it is desirable that the crest factor (peak power to average power ratio) is low. The crest factor of the waveform used in the present invention can be calculated as follows. First, the signal interval (that is, the pulse repetition frequency (PR) is set so as to avoid large energy overlap between adjacent pulses.
F)) is defined. If α = 3.0342 and | t |> αt p , then | s
(T) | <] can be represented by 0.05. The minimum pulse amplitude is 2 from the peak amplitude
If it is set 6 dB lower, the maximum pulse repetition interval (PRI
) T and the pulse repetition frequency (PRF) F prf_max are as follows.

【0064】 T=2αtp、Fprf_max=1/T (7)T = 2αt p , F prf_max = 1 / T (7)

【0065】 そして、平均電力は次のように算出することができる。[0065]   Then, the average power can be calculated as follows.

【0066】[0066]

【数13】 (8)[Equation 13] (8)

【0067】 ピーク電力はA2であるため、ピーク対平均比は2.519になる。比較のた
めの参考として、振幅がAの正弦波の場合、A2のピーク電力とA2/2の平均電
力を有しており、ピーク対平均比は2である。
Since the peak power is A 2 , the peak-to-average ratio is 2.519. As a reference for comparison, if the amplitude of the sine wave A, has an average power of peak power and A 2/2 of A 2, the peak-to-average ratio is 2.

【0068】 この分析は、本発明で使用するバイフェーズ信号が効率の面で連続波CWトー
ンと類似していることを示しており、この低い波高率によって大きな利点がもた
らされる。即ち、従来のPPMシステムとは異なり、本発明によるトランシーバ
ー、受信機、又は送信機の場合には、アンテナを低電圧CMOS IC上のピン
に直接装着できるのである。更に、パスル電圧が低く大きなスパイクではないた
め、回路基板上のトレース間のクロストークを簡単に制御することができる。
This analysis shows that the bi-phase signals used in the present invention are similar in efficiency to continuous wave CW tones, and this low crest factor provides significant advantages. That is, unlike the conventional PPM system, in the case of the transceiver, receiver or transmitter according to the present invention, the antenna can be directly attached to the pin on the low voltage CMOS IC. Further, the low pulse voltage and not a large spike allows easy control of crosstalk between traces on the circuit board.

【0069】 (スペクトルの拡散) 従来のシステムが搬送波を使用して動作しているのに対し、本発明ではVSB
技術の一形態を使用しており、搬送波は使用していない。以下に、そのスペクト
ル特性を導き出す。まず、基本的なパルス波形s(t)を前述のとおりとし、ユ
ーザー符号h(t)を、次式により、nでインデックス付けされた等間隔の正及
び負方向のインパルスからなる長さNcのシーケンスによって表現することとす
る。
(Spread Spectrum) While the conventional system operates using a carrier wave, in the present invention, VSB is used.
It uses one form of technology and no carrier. The spectral characteristics will be derived below. First, let the basic pulse waveform s (t) be as described above, and let the user code h (t) be a length N c consisting of equally spaced positive and negative impulses indexed by n according to the following equation. It will be expressed by the sequence of.

【0070】[0070]

【数14】 (9)[Equation 14] (9)

【0071】 ここで、τcは符号変化の間隔である。kでインデックス付けされたデータビ
ット当たり1つの等間隔の正及び負方向のインパルスによってデータd(t)が
表現されるよう、{0,1}→{−1,1}のマッピングを適用して圧縮、前方
誤り訂正、及び白色化スクランブラによって2値データをエンコードすることと
する。更に、データビット当たりNbの符号インパルスが存在することとする(
即ち、Nbのインパルスから構成されるチップが単一ビットを構成する)。例え
ば、dk=[1,−1,1,1,−1,1,−1,・・・・]の場合には次のよ
うになる。
Here, τ c is a code change interval. Applying the mapping {0,1} → {-1,1} such that the data d (t) is represented by one equally spaced positive and negative impulse per data bit indexed by k. Binary data shall be encoded by compression, forward error correction, and whitening scrambler. Furthermore, it is assumed that there are N b code impulses per data bit (
That is, a chip composed of N b impulses constitutes a single bit). For example, when d k = [1, -1,1,1, -1,1, -1, -1, ...], the following is obtained.

【0072】[0072]

【数15】 (10)[Equation 15] (10)

【0073】 ここで、τd=Nbτcはデータ変化の間隔である。符号とデータの組み合わせ
を次のように表すこととする。
Here, τ d = N b τ c is a data change interval. A combination of a code and data will be represented as follows.

【0074】[0074]

【数16】 (11)[Equation 16] (11)

【0075】 従って、放射波形x(t)は次の畳み込みとなる。[0075]   Therefore, the radiation waveform x (t) becomes the following convolution.

【0076】 x(t)=g(t)(X)s(t) (12)[0076] x (t) = g (t) (X) s (t) (12)

【0077】 時間における畳み込みは周波数領域における乗算であるため、送信スペクトル
は次のようになる。
Since convolution in time is a multiplication in the frequency domain, the transmitted spectrum is

【0078】 X(ω)=G(ω)S(ω) (13)[0078] X (ω) = G (ω) S (ω) (13)

【0079】 G(ω)は白色化されるため、送信スペクトルは本質的に基本的なインパルス
波形s(t)のスペクトルである。符号長とチップが同じ長さの最も単純なケー
ス(即ち、Nc=Nb)の場合、g(t)=h(t)(X)d(t)であり、従っ
て、送信スペクトルは次のように簡単である。
Since G (ω) is whitened, the transmission spectrum is essentially the spectrum of the basic impulse waveform s (t). In the simplest case where the code length and the chip are the same length (ie, N c = N b ), g (t) = h (t) (X) d (t), so the transmission spectrum is As easy as.

【0080】 X(ω)=H(ω)D(ω)S(ω) (14)[0080] X (ω) = H (ω) D (ω) S (ω) (14)

【0081】 繰り返しになるが、h(t)及びd(t)の両方が十分に白色であるため、送
信スペクトルは、基本的なインパルス波形s(t)のスペクトルに似ている。従
って、直接拡散法スペクトル拡散(DSSS)及び符号分割多元接続(CDMA
)システムにおいて通常使用される同一の符号(例:Kasami、Gold、
Walsh−Haddamard、PNなど)を本発明の一部として使用するこ
とが可能である。
Once again, the transmission spectrum resembles that of the basic impulse waveform s (t), since both h (t) and d (t) are sufficiently white. Therefore, direct sequence spread spectrum (DSSS) and code division multiple access (CDMA)
) Identical codes commonly used in systems (eg Kasami, Gold,
Walsh-Haddamard, PN, etc.) can be used as part of the present invention.

【0082】 (シャノンの理論的なチャネル容量の限界から恩恵を受ける情報理論) 情報理論及び規制の観点から短距離で高データレートのアプリケーションには
本発明のUWB波形が好適だ、という技術的な根拠は、次のシャノンのチャネル
容量式によるものである。
(Information Theory Benefiting from Shannon's Theoretical Channel Capacity Limit) From the viewpoint of information theory and regulation, it is technical that the UWB waveform of the present invention is suitable for applications of short distance and high data rate. The rationale is based on the following Shannon's channel capacity formula.

【0083】 C=Blog(1+(S/N)) (15)[0083] C = Blog (1+ (S / N)) (15)

【0084】 この式は、ビットレートCをチャネルの帯域幅Bと信号対雑音比(SNR)に
関連付けるものであり、この式(15)から主に2つの情報を得ることができる
。その第1は、SNRが低いレベルではlog関数は略線形であり、電力を倍に
すればデータレートも略倍になるが、SNRが高くなるとlog関数は急激に非
線形となり、電力を大幅に増強してもデータレートはわずかに上昇するのみであ
るという点である。複雑な変調体系(即ち、1ビット/Hzを超えるものを提供
する体系)には高SNRが必要であり、大電力を使用してSNRを向上させなけ
ればならないが、この好ましくないlogの関係で電力がデータレートに変換さ
れるため、狭帯域システムで高データレートを得るのは根本的に困難なことであ
ると結論付けることができる。
This equation relates the bit rate C to the channel bandwidth B and the signal-to-noise ratio (SNR), and mainly two pieces of information can be obtained from the equation (15). First, at low SNR levels, the log function is approximately linear, and if the power is doubled, the data rate is also roughly doubled. However, when the SNR is high, the log function becomes non-linear abruptly, greatly increasing the power. However, the data rate will only increase slightly. Complex modulation schemes (ie, schemes that provide more than 1 bit / Hz) require high SNR and high power must be used to improve SNR, but in this unfavorable log relationship It can be concluded that obtaining high data rates in narrowband systems is fundamentally difficult because power is converted to data rates.

【0085】 第2の主要な観察結果は、信号の電力を定義する方法に関連するものである。
UWBシステムの場合には、Po=watts/Hzという放射に対する規制上
の制限が存在する。従って、信号電力は、帯域幅と比例し、シャノンの式は次の
ようになる。
The second main observation relates to the way in which the power of a signal is defined.
In the case of UWB systems, there is a regulatory limit for radiation of P o = watts / Hz. Therefore, the signal power is proportional to the bandwidth, and Shannon's formula is as follows.

【0086】[0086]

【数17】 [Equation 17]

【0087】 この分析結果は、データレートが帯域幅と比例することを示している。又、こ
れは、低SNR変調技術を使用する場合には、データレートが電力と比例するこ
とをも示しており、これは本発明の特徴である。帯域幅が必要なデータレートを
上回るため、CDMA符号と組み合わせ、データレートを電力の削減又はレンジ
の拡大とトレードするのである。長さが異なる符号を使用することにより、本発
明によるUWBシステムは、すべてをソフトウェアで制御しつつ、100Kビッ
ト/秒〜100Mビット/秒の(並びに、少数ユーザーから多数のユーザーに及
ぶ)範囲の拡張性を有している。
The results of this analysis show that the data rate is proportional to the bandwidth. It also shows that the data rate is proportional to the power when using the low SNR modulation technique, which is a feature of the invention. Since the bandwidth exceeds the required data rate, it is combined with a CDMA code to trade the data rate for power reduction or range extension. By using codes of different lengths, the UWB system according to the present invention can be controlled entirely in software while in the range of 100 Kbits / sec to 100 Mbits / sec (and ranging from a few users to many users). It has expandability.

【0088】 (WPANに対する本来的な適合性) UWBは、WPANのような近距離で高データレートのアプリケーションにお
いては競争上の優位性を有しているが、携帯電話システムのような長距離で低デ
ータレートのアプリケーションの場合には、同様の優位性を保持していない。即
ち、いつくかの理由から、従来のシステムは屋外における優位性を保っているの
である。その理由の第1として、従来の携帯電話システムは非常に大きな電力を
有しており、これが1/R2伝搬路損失を克服するのに極めて重要であるという
点である。UWBシステムの場合には、その他のユーザーと干渉せずに共存しな
ければならないため、電力面で厳しい制約が存在する。このため、建物による自
然な遮蔽は、屋内のUWBアプリケーションにとって理想的であるのに対し、屋
外のブロードキャスト・アプリケーションは、干渉が極大化するために最も不適
なものになるのである。
(Intrinsic Compatibility with WPAN) UWB has a competitive advantage in short-range, high-data-rate applications such as WPAN, but in long-distance such as mobile phone systems. For low data rate applications, it does not retain the same advantage. That is, for some reason, conventional systems retain their superiority outdoors. The first reason is that the conventional mobile phone system has a very large power, which is extremely important for overcoming the 1 / R 2 channel loss. In the case of the UWB system, since it has to coexist without interfering with other users, there are severe restrictions in terms of power. This makes natural shielding by buildings ideal for indoor UWB applications, while outdoor broadcast applications are the least suitable for maximizing interference.

【0089】 第2の理由は、狭帯域システムの場合には、前述の大電力に加え、高いアンテ
ナ利得(狭帯域に最適化された指向性アレイ及びパラボラ)を享受できることで
ある。UWBシステムのアンテナ利得は、FCC(又はその他の国の同等規制)
により、送信電力の制限ではなく、ピークのV/mがすべての角度において3m
に制限されているため、逆に作用する。即ち、送信アンテナ利得を上げても、U
WBシステムの場合には遠距離での稼動が可能にならず、それでなくても低レベ
ルの送信機の出力要件を低下させるだけなのである。又、UWBシステムの場合
には、分散的であることから最も実績のあるアンテナ構造(例:対数周期やスパ
イラルなど)を使用するという恩恵を受けることもできない。
The second reason is that in the case of a narrow band system, high antenna gain (a directional array and parabola optimized for a narrow band) can be enjoyed in addition to the above-mentioned large power. UWB system antenna gain is FCC (or equivalent regulation in other countries)
Therefore, instead of limiting the transmission power, the peak V / m is 3m at all angles.
It has the opposite effect because it is limited to. That is, even if the transmission antenna gain is increased, U
In the case of WB systems, it is not possible to operate over long distances, which would only reduce the power requirements of low level transmitters. Also, the UWB system cannot benefit from using the most proven antenna structure (eg, log period, spiral, etc.) because it is decentralized.

【0090】 第3の理由として、屋内環境で一般的な間隔の狭いマルチパスの分解における
UWBシステムの優位性は、屋外システムの場合には、マルチパス遅延の広がり
がはるかに大きいために有効ではない。そして、狭帯域のRAKE処理は、(U
WBに有利な)屋内には適用できないが、屋外には適用できる。即ち、UWB技
術の、非常に狭い間隔のマルチパスにおける優れた能力と高データレートを提供
する優れた能力は、WPANのような近距離で高データレートの非常に低電力の
アプリケーションにおいて発揮されるものであり、UWB技術は、これが可能な
屋内アプリケーションにおいて競争上の優位性を享受できるのである。
Thirdly, the advantage of UWB systems in the decomposition of closely spaced multipaths, which is common in indoor environments, is not effective in the case of outdoor systems because the spread of the multipath delay is much larger. Absent. And the narrow band RAKE processing is (U
Not applicable indoors (advantageous for WB), but can be applied outdoors. That is, the superior ability of UWB technology to provide high data rates and very good performance in very closely spaced multi-paths is demonstrated in short range, high data rate, very low power applications such as WPAN. However, UWB technology can enjoy a competitive advantage in indoor applications where this is possible.

【0091】 (本発明によるバイフェーズUWB波形の変調の利点) 本発明に含まれているモデムは、低電力CMOS回路に主に実装するべく設計
された、完全にコヒーレントなバイフェーズベースバンド直接拡散法によるスペ
クトル拡散無線とでも表現可能なものである。この実装は、従来のシステムに実
装されているビデオインパルスペア及びパルス位置変調(PPM/時間ホッピン
グ)とは対照的なものであり、本発明のいくつかの利点を以下に列挙する。
Advantages of Bi-Phase UWB Waveform Modulation According to the Present Invention Modems included in the present invention are fully coherent bi-phase baseband direct spreaders designed primarily for implementation in low power CMOS circuits. It can also be expressed as spread spectrum wireless technology. This implementation is in contrast to the video impulse pair and pulse position modulation (PPM / time hopping) implemented in conventional systems and some of the advantages of the invention are listed below.

【0092】 1)バイフェーズ変調により、次節で説明するごとく、マルチパスの存在しな
い環境においてPPM(時間ホッピング)に比べ、前提条件に応じて3〜6dB
の優位性がもたらされる。更に、PPMシステムのデータ変調などにマルチパス
がしばしば出現するため、これを考慮すると、更に大きな優位性が実現する。
1) By bi-phase modulation, as described in the next section, 3-6 dB depending on the preconditions as compared with PPM (time hopping) in an environment without multipath.
Brings the advantage of. Further, since multipath often appears in data modulation of PPM system, etc., when this is taken into consideration, an even greater advantage is realized.

【0093】 2)バイフェーズ変調の場合、最も低いスペクトルを使用することにより、所
与のマルチパスの分解及びデータレートを実現しつつ、最適な素材貫通性がもた
らされる。即ち、バイフェーズ変調とPPMが等しいデータレートを有している
と仮定すれば、両者の変調技術が1ビットをエンコードするのに所要する時間は
同じである。しかしながら、PPMの場合には、1つのバイフェーズパルスを格
納するものと同じ時間ウィンドウ内に2つのパルスを嵌め込まなければならない
ため(図3A、3B、4A、及び4Bを参照されたい)、バイフェーズパルスは
PPMパルスの1/2の帯域幅(即ち、2倍の幅)を有することになる。半分の
帯域幅とは、UWBシステムの場合には、半分の中心周波数に等しく、この結果
、バイフェーズ変調は貫通性の良い低い周波数で動作可能になり、高損失素材を
通してデータレートにおける優位性がバイフェーズ変調にもたらされる。
2) For bi-phase modulation, using the lowest spectrum results in optimal material penetration while achieving a given multipath decomposition and data rate. That is, assuming that bi-phase modulation and PPM have equal data rates, both modulation techniques require the same time to encode 1 bit. However, in the case of PPM, two pulses must be fit within the same time window that stores one biphase pulse (see FIGS. 3A, 3B, 4A, and 4B). The pulse will have a bandwidth (i.e., twice as wide) as half the PPM pulse. Half bandwidth is equal to half the center frequency in the case of UWB systems, which allows the bi-phase modulation to operate at lower frequencies with good penetration, giving a superior data rate advantage through high loss material. Brought to bi-phase modulation.

【0094】 3)バイフェーズ変調は、最適なマルチパス分解能を実現する。バイフェーズ
システムがパルス幅に一致する1ビットの時間ウィンドウを有しているのに対し
、PPMの1ビットの時間ウィンドウはパルス幅の2倍になっている。PPMシ
ステムの場合には、マルチパスによってパルス位置が曖昧になるため、マルチパ
ス反射に敏感であり、マルチパス反射は、実際には、データ変調領域に現れる。
一方、これとは対照的に、バイフェーズシステムの場合には、「1」及び「0」
がまったく同一の伝搬路を使用し、その伝搬路が単一パルス幅の時間ウィンドウ
内で分解されるため、マルチパスの影響が最適に最小化される。図5A及び図5
Bを参照されたい。
3) Bi-phase modulation achieves optimum multipath resolution. Bi-phase systems have a 1-bit time window that matches the pulse width, whereas the 1-bit time window of PPM is twice the pulse width. In the case of PPM systems, multipath obscures the pulse position and is thus sensitive to multipath reflections, which actually appear in the data modulation domain.
On the other hand, in contrast, in the case of the bi-phase system, “1” and “0” are set.
Use the exact same propagation path and are resolved within a time window of a single pulse width, so that the effects of multipath are optimally minimized. 5A and FIG.
See B.

【0095】 4)前述の3)と同様に、バイフェーズ変調は、パスル波形のゼロ交差数に敏
感ではない。PPMシステムの場合には、余分なゼロ交差が存在する場所の関数
として「1」のエネルギーが任意の位相で「0」位置内に塗布されるため、フィ
ルタ、マルチパス、アンテナなどによって発生する余分なゼロ交差によって混乱
する。一方、これとは対照的に、バイフェーズシステムの位相検出器は、位相が
すべて線形プロセス(即ち、フィルタ、マルチパス、アンテナなど)によって維
持されるため、位相エンコードされたデータを継続的に検出する。
4) Similar to 3) above, bi-phase modulation is not sensitive to the number of zero crossings in the pulse waveform. In the case of PPM systems, the energy of "1" is applied in the "0" position at any phase as a function of where the extra zero crossings are, so that the extra power generated by filters, multipaths, antennas etc Confused by a naive zero crossing. In contrast, phase detectors in bi-phase systems, in contrast, continuously detect phase-encoded data because the phases are all maintained by a linear process (ie, filters, multipath, antennas, etc.). To do.

【0096】 5)バイフェーズ変調のピーク電力対平均電力比は3未満である(参考として
、正弦波の場合は2である)。この結果、効率的な「スイッチング」送信機が得
られ、当然、安価な低電圧CMOS実装に適合する。アンテナで必要なのはわず
かに1Vのピーク間電圧であり、これは、低電圧CMOSの性能範囲内である。
5) The peak power to average power ratio for bi-phase modulation is less than 3 (for reference, it is 2 for a sine wave). This results in an efficient "switching" transmitter, which is naturally compatible with inexpensive low voltage CMOS implementations. The antenna requires only 1V peak-to-peak voltage, which is within the performance range of low voltage CMOS.

【0097】 6)バイフェーズ変調の場合には、ジッタリング要件が軽減されるため、クロ
ック生成のための無線ジッタリング要件をCMOSによって満たすことができる
。PPMの場合には、高速で(即ち、パルスからパルス)任意の時間位置を正確
に制御しなければならず、このためにジッターを蓄積する一連の広帯域回路が必
要である。これとは対照的に、バイフェーズシステムの場合には、パスルが一定
の間隔で発生するため、必要なのは安定したクロック(安価で高Qの低ジッター
クロック)のみである。
6) In the case of bi-phase modulation, the jittering requirement is reduced, so that the wireless jittering requirement for clock generation can be satisfied by CMOS. In the case of PPM, it is necessary to accurately control arbitrary time positions at high speed (that is, from pulse to pulse), which requires a series of wide band circuits for accumulating jitter. In contrast, in a bi-phase system, only stable clocks (cheap, high-Q, low-jitter clocks) are needed because the pulses occur at regular intervals.

【0098】 (PPMに対するバイフェーズの優位性の理論的実証) 以下に、PPMに対するバイフェーズ変調の優位性を数学的に実証する。両者
の変調技術が帯域幅と平均電力が等しい高ピークRFを生成する時間パックされ
たパルスを備えており、PPMパルスはオーバーラップせず、バイフェーズ変調
はデータレートで3dBの優位性を有しPPMに比べて3dB少ないピーク電力
を必要とすると仮定する。まず最初に、非コヒーレントPPMについて検討し、
結果的に相関係数によって性能が劣化することを指摘する。次に、最適なPPM
の非実用的な実装について検討する。このケースの場合も、両者の変調技術が帯
域幅と平均電力が等しい高PRFを生成する時間パックされたパルスを備えてい
ると仮定するが、この場合には、PPMパスルが相互相関の値を最小化するべく
オーバーラップしているものとする。この検討の結果、最適なPPMは、バイフ
ェーズ変調より性能で0.9dB劣っており、0.8dBだけ大きなピーク電力
が必要であることが判明する。そして、最後の比較例は、両方の変調技術の帯域
幅、平均電力、及びピーク電力が等しく、PRFが低いケース、即ち、低デュー
ティサイクルの送信機であり、このような状況下では、バイフェーズ変調がPP
Mよりも3dBだけ優れていることが示される。そして、分析をスペクトル白色
化の実用的な問題を考慮した変調技術の比較によって締め括るが、白色化技術の
違いにより、PPMシステムに対するバイフェーズシステムの実装上の大きな優
位性がもたらされるのである。
(Theoretical Demonstration of Superiority of Biphase over PPM) The superiority of biphase modulation over PPM will be mathematically demonstrated below. Both modulation techniques have time-packed pulses that produce high peak RF with equal bandwidth and average power, PPM pulses do not overlap, and bi-phase modulation has a 3 dB advantage in data rate. Suppose we need 3 dB less peak power than PPM. First, consider non-coherent PPM,
As a result, it is pointed out that the performance deteriorates due to the correlation coefficient. Next, the optimum PPM
Consider an impractical implementation of. Again, assume that both modulation techniques have time-packed pulses that produce a high PRF with equal bandwidth and average power, but in this case, the PPM pulse has a cross-correlation value. It is assumed that they overlap so as to be minimized. As a result of this examination, it is found that the optimum PPM is inferior in performance to the bi-phase modulation by 0.9 dB and needs a peak power as large as 0.8 dB. And the last comparative example is a transmitter with a low PRF, that is, a low duty cycle transmitter with equal bandwidth, average power and peak power for both modulation techniques. Modulation is PP
It is shown to be 3 dB better than M. The analysis is then concluded by comparing modulation techniques that take into account the practical issues of spectral whitening, and the differences in whitening techniques provide a significant implementation advantage for bi-phase systems over PPM systems.

【0099】 尚、以下の分析では、ランダムなマルチパスの影響が考慮されていない。実際
には、PPMシステムの変調領域にマルチパスが現れるため、マルチパスチャネ
ルのケースでは、バイフェーズシステムに更なる優位性があるものと予想される
In the following analysis, the influence of random multipath is not taken into consideration. In practice, due to the appearance of multipaths in the modulation domain of PPM systems, it is expected that biphase systems will have an additional advantage in the case of multipath channels.

【0100】 (理論の構築) 通常のUWBシステムの送信信号は次のようにモデル化することができる。[0100]   (Construction of theory)   The transmitted signal of a typical UWB system can be modeled as follows.

【0101】 x(t)=Vts(t,b) (17)X (t) = V t s (t, b) (17)

【0102】 ここで、tは時間、bはビット値(b∈{0,1})、Vtは送信波形の振幅
、s(t,b)はエネルギーを基準にした波形をそれぞれ表している。従って、
信号アルファベットは{s(t,0),s(t,1)}であり、これは次の内積
(即ち、相互相関)を備えている。
Here, t is time, b is a bit value (bε {0,1}), V t is the amplitude of the transmission waveform, and s (t, b) is the energy-based waveform. . Therefore,
The signal alphabet is {s (t, 0), s (t, 1)}, which has the following dot product (ie, cross-correlation).

【0103】 <s(t,0),s(t,0)>=1 <s(t,1),s(t,1)>=1 <s(t,0),s(t,1)>=ρ (18)[0103] <S (t, 0), s (t, 0)> = 1 <S (t, 1), s (t, 1)> = 1 <S (t, 0), s (t, 1)> = ρ (18)

【0104】 これらの相互相関は、ピークでサンプリングされたコヒーレント検出器の出力
を表している(即ち、理想的なマッチドフィルタ受信機である)。前述の送信モ
デルは、バイフェーズとパルス位置変調(PPM)技術の両方に適用され、バイ
フェーズ変調の場合は、s(t,0)=−s(t,1)でρ=<s(t,1)>
、s(t,1)>=−1であり、パルス位置変調の場合は、2つのパルスがオー
バーラップしないと仮定すれば、ρ=0である。
These cross-correlations represent the output of the peak-sampled coherent detector (ie, an ideal matched filter receiver). The transmission model described above applies to both bi-phase and pulse position modulation (PPM) techniques, where for bi-phase modulation s = (t, 0) =-s (t, 1) and ρ = <s (t. , 1)>
, S (t, 1)> = − 1, and in the case of pulse position modulation, ρ = 0, assuming that the two pulses do not overlap.

【0105】 付加白色ガウス雑音(AWGN)チャネルを仮定すると、受信信号は次のよう
になる。
Assuming an additive white Gaussian noise (AWGN) channel, the received signal is

【0106】 r(t)=Vts(t,b)+n(t) (19)R (t) = V t s (t, b) + n (t) (19)

【0107】 ここで、n(t)は、平均が0で標準偏差がσのAWGNである。受信信号r
(t)のビットbを誤って識別する確率は次のとおりである。
Here, n (t) is AWGN having an average of 0 and a standard deviation of σ. Received signal r
The probability of erroneously identifying bit b of (t) is as follows.

【0108】[0108]

【数18】 (20)[Equation 18] (20)

【0109】 この式20は、1989年にホルトラインハートアンドウィンストン(Holt,
Rinehart, and Winston)社から発行されたB.P.ラティ(B. P. Lathi)著「
新しいデジタル及びアナログ通信システム(Modern digital and analog commun
ication systems)」、及び1968年にジョンワイリーアンドサンズ(John Wi
ley and Sons, Inc.)社から発行されたH.L.ツリーズ(H.L. Van Trees)著
「検出、算定、及び変調理論第1部(Detection, Estimation, and Modulation
theory Part 1)」に示されており、本引用により、それぞれのすべての内容が
本明細書に包含される。ここで、Q()は次のように定義される誤差関数である
This formula 20 was calculated in 1989 by Holtline Heart and Winston (Holt,
Rinehart, and Winston) company. P. By BP Lathi "
Modern digital and analog commun
ication systems ”, and John Wiley and Sons in 1968.
ley and Sons, Inc.). L. HL Van Trees, "Detection, Estimation, and Modulation Part 1 (Detection, Estimation, and Modulation)
theory Part 1) ”, and the entire contents of each are incorporated herein by this reference. Here, Q () is an error function defined as follows.

【0110】[0110]

【数19】 (21)[Formula 19] (21)

【0111】 誤り確率の式20を使用すれば、バイフェーズとパルス位置変調の相対的な性
能を検討することができる。
The error probability equation 20 can be used to study the relative performance of bi-phase and pulse position modulation.

【0112】 図3A及び図3Bは、バイフェーズシステムの信号波形を示している。バイフ
ェーズの場合には、ρ=−1であり、誤り確率は次のとおりである。
3A and 3B show signal waveforms of the biphase system. In the case of bi-phase, ρ = −1, and the error probability is

【0113】[0113]

【数20】 (22)[Equation 20] (22)

【0114】 以下の節では、式(16)を様々なPPM送信体系と比較する。[0114]   In the following section, equation (16) is compared with various PPM transmission schemes.

【0115】 (PPMとバイフェーズの比較−ケース1) これら2つの変調形態を比較するにはいくつかの方法がある。例えば、ピーク
電力又は平均電力が同一であることを前提とすることができ、理論的な観点では
平均電力が意味を持つが、実装効率はピーク電力によって決定される。又、性能
比較はPPM信号波形の相関係数に依存しており、データレートを同一にするの
か、或いは帯域幅を同一にするのかも選択しなければならない。前述のとおり、
システムのデータレートが等しい場合は、バイフェーズパルスはPPMパルスの
半分の帯域幅(即ち、2倍の時間幅)を得ることができる。この結果、高損失素
材を介する場合のデータレートの優位性がバイフェーズにもたらされるのである
(Comparison of PPM and Bi-Phase-Case 1) There are several methods for comparing these two modulation forms. For example, it can be assumed that the peak power or the average power is the same, and the average power is significant from a theoretical point of view, but the mounting efficiency is determined by the peak power. Further, the performance comparison depends on the correlation coefficient of the PPM signal waveform, and it is necessary to select whether the data rate is the same or the bandwidth is the same. As mentioned above,
If the system data rates are equal, the bi-phase pulse can get half the bandwidth of the PPM pulse (ie, twice the duration). As a result, the data rate advantage over high loss material is brought to the bi-phase.

【0116】 このケース1では、バイフェーズとPPMシステムの帯域幅が等しく(即ち、
パルス幅が等しい)、PPM波形はオーバーラップしないものと仮定する。この
結果、バイフェーズの2ビットがPPMの1ビットと同じ時間ウィンドウに嵌め
込まれるため、PPMシステムのデータレートはバイフェーズシステムのデータ
レートの半分となる。PPM波形が図4A及び図4Bに示されているが、PPM
の時間軸は図3A及び図3Bに示すバイフェーズ波形の時間軸の2倍になってい
る。バイフェーズシステムは、1つのPPMパルスの期間に2つのパルスを送っ
ているため、等しい平均電力を維持するのに、PPMパルスの2倍の電力を使用
する。これらの2つのパルスは直交しており(p=0)、誤り確率は次のとおり
である。
In this case 1, the bandwidths of the bi-phase and the PPM system are equal (that is,
Pulse widths are equal), and the PPM waveforms are assumed not to overlap. As a result, the data rate of the PPM system is half the data rate of the bi-phase system because the two bits of the bi-phase are fitted into the same time window as the one bit of the PPM. The PPM waveform is shown in FIGS. 4A and 4B.
The time axis of is double the time axis of the biphase waveform shown in FIGS. 3A and 3B. Bi-phase systems use two times the power of a PPM pulse to maintain an equal average power because they are sending two pulses during the duration of one PPM pulse. These two pulses are orthogonal (p = 0) and the error probabilities are:

【0117】[0117]

【数21】 (23)[Equation 21] (23)

【0118】 式(22)及び(23)からは同一の結果が得られる。従って、バイフェーズ
とPPM信号技術の誤り確率は等しいが、バイフェーズ技術のデータレートはP
PMのデータレートの2倍になっており、この2倍のデータレートは電力におけ
る3dBの優位性と等しい。
Identical results are obtained from equations (22) and (23). Therefore, the bi-phase and PPM signal technologies have the same error probability, but the bi-phase technology has a data rate of P.
It is twice as high as the PM data rate, which is equal to a 3 dB advantage in power.

【0119】 PPMが必要とするピーク電力は、バイフェーズ信号に必要なピーク電力より
も3dB大きいことに留意されたい。即ち、平均電力の代わりにピーク電力を基
準にすると、バイフェーズ変調はPPMよりも6dBだけ優れている。
Note that the peak power required by the PPM is 3 dB higher than the peak power required for the bi-phase signal. That is, based on peak power instead of average power, bi-phase modulation is 6 dB better than PPM.

【0120】 (PPMとバイフェーズの比較−ケース2及び3) 前述の内容は妥当な比較基準ではあるが、この分析内容を調整して特定の実装
を評価するができる。例えば、非コヒーレント検出を使用すると(ケース2)、
ビデオフィルタ設定時間のためにρ>0となり、PPMの性能のほうがわずかに
悪くなる。一方、PPMパルスをオーバーラップさせることによって(ケース3
)コヒーレント検出器の性能を最適化し相関係数ρを最小化することもできる。
但し、フィルタとアンテナによって性能が位相ジッター及びパルス拡散に敏感に
なるため、PPMの最適な形態は、通常、使用されない。又、UWBパルスのピ
ークを取得するのに十分な帯域幅を有するサンプラが必要になる。
(Comparison of PPM and Bi-Phase-Cases 2 and 3) While the above is a valid comparison criterion, this analysis can be adjusted to evaluate a particular implementation. For example, using non-coherent detection (Case 2),
Due to the video filter setting time, ρ> 0, and the performance of PPM is slightly worse. On the other hand, by overlapping PPM pulses (Case 3
It is also possible to optimize the performance of the coherent detector and minimize the correlation coefficient ρ.
However, the optimum form of PPM is typically not used because the filter and antenna make the performance sensitive to phase jitter and pulse spreading. It also requires a sampler with sufficient bandwidth to capture the peak of the UWB pulse.

【0121】 しかしながら、完全を期するため、図5A及び5Bに、所与の波形の好適なパ
ルス配置を示している。この構成の場合には、ρ=−0.6183であり、波形
はバイフェーズ変調に必要なものと比べ、1.2倍長い。従って、振幅が√1.
2だけ大きくなって平均電力が同一に維持されている。この結果、誤り確率は次
のようになる。
However, for completeness, FIGS. 5A and 5B show a preferred pulse constellation for a given waveform. In the case of this configuration, ρ = −0.6183, and the waveform is 1.2 times longer than that required for biphase modulation. Therefore, the amplitude is √1.
The average power is kept the same by increasing by 2. As a result, the error probability is as follows.

【0122】[0122]

【数22】 (24)[Equation 22] (24)

【0123】 この最適なPPMのSNRは、バイフェーズ変調よりも0.1486dBだけ
劣り、データレートはバイフェーズ変調よりも0.7712dB劣っている。即
ち、バイフェーズ変調は、この最適なPPM構成よりも0.9298dB優れて
いるのである。更に、バイフェーズ変調のピーク電力要件は、PPMのピーク電
力要件よりも0.7712dBだけ小さい。即ち、ピーク電力を基準にすれば、
バイフェーズ変調は最適なPPMよりも1.7dBだけ優れている。
The SNR of this optimum PPM is 0.1486 dB inferior to the bi-phase modulation, and the data rate is 0.7712 dB inferior to the bi-phase modulation. That is, bi-phase modulation is 0.9298 dB better than this optimal PPM configuration. Furthermore, the peak power requirement for bi-phase modulation is 0.7712 dB less than the peak power requirement for PPM. That is, based on the peak power,
Bi-phase modulation is 1.7 dB better than the optimal PPM.

【0124】 (PPMとバイフェーズの比較−ケース4) PPMとバイフェーズ信号の最後の比較例として、両方のシステムが同一のパ
ルス幅、同一のピーク電力、同一の平均電力、同一の帯域幅、同一のデータレー
トを有し、PPMパルスがオーバーラップしないケースを取り上げる。従って、
両方の技術においてデューティサイクルとPRFは低く、等価である。このケー
スでは、PPMの場合はρ=0で、バイフェーズの場合はρ=−1であり、この
結果、誤り確率は次のとおりである。
(Comparison of PPM and Bi-Phase-Case 4) As a final comparison example of PPM and bi-phase signal, both systems have the same pulse width, the same peak power, the same average power, the same bandwidth, Take the case with the same data rate and non-overlapping PPM pulses. Therefore,
The duty cycle and PRF are low and equivalent in both techniques. In this case, ρ = 0 for PPM and ρ = −1 for bi-phase, so that the error probabilities are:

【0125】[0125]

【数23】 (25)[Equation 23] (25)

【0126】 従って、このシナリオの場合には、バイフェーズがPPMに比べて3dBの優
位性を有している。
Therefore, in this scenario, bi-phase has a 3 dB advantage over PPM.

【0127】 (PPMのデューティサイクルとPRFの制約) バイフェーズシステムは、データの白色化/拡散符号による変調によってスペ
クトルを白色化しており、実現可能なPRFにはなんの影響も及ばない。一方、
これとは対照的に、PPMの場合は、パルス位置を時間的にジッタリングするこ
とによってスペクトルの白色化を実現しており、この時間ジッターを可能にする
ため、UWB PPMシステムは低デューティサイクルで動作しなければならな
い。例えば、PPMシステムは公称1/2nsパルスと公称10MHz PRF
(1/2nsオン、99.5nsオフ)で動作する。従って、ピーク対平均比2
00で1mWの平均電力を得るには、送信パルスは200mWのピーク電力(+
23dB)(50Ωに対する9Vのピーク間正弦波に等しい)を必要とする。一
方、これとは対照的に、本発明のバイフェーズシステムは3未満のピーク対平均
比で動作する(参考として、連続正弦波のピーク対平均比は2である。)従って
、本発明による無線の場合には、1mWの平均電力を送信するのに必要とされる
のは、わずかに3mWのピーク電力(4.8dB)(50Ωに対して1.1Vの
ピーク間正弦波と等しい)でしかない。即ち、等価なバイフェーズシステムに比
べ、PPMのピーク電力要件が格段に大きいことは明らかである。尚、重要な点
は、高帯域幅の1.1Vのスイングが低電圧の.18u CMOS部品によって
得られることであり、高帯域幅の9Vのスイングには、外付けのスナップリカバ
リダイオード又はトンネルダイオード及び外付けのマイクロ波回路が必要である
(PPM Duty Cycle and PRF Constraints) The bi-phase system whitens the spectrum by modulating the data with a whitening / spreading code and has no effect on the realizable PRF. on the other hand,
In contrast, PPM achieves spectral whitening by jittering the pulse position in time, which allows the UWB PPM system to operate at low duty cycles. Must work. For example, the PPM system has a nominal 1/2 ns pulse and a nominal 10 MHz PRF.
Operates at (1/2 ns on, 99.5 ns off). Therefore, the peak-to-average ratio of 2
To obtain an average power of 1 mW at 00, the transmit pulse should have a peak power of 200 mW (+
23 dB) (equivalent to 9 V peak-to-peak sine wave for 50 Ω). On the other hand, in contrast, the bi-phase system of the present invention operates with a peak-to-average ratio of less than 3 (for reference, the peak-to-average ratio of a continuous sine wave is 2.) and thus the radio according to the present invention. In the case of, only 3mW of peak power (4.8dB) (equal to 1.1V peak-to-peak sine wave for 50Ω) is needed to transmit 1mW of average power. Absent. That is, it is clear that the peak power requirement of PPM is significantly higher than that of an equivalent bi-phase system. It is important to note that the 1.1 V swing of the high bandwidth has a low voltage. The high bandwidth 9V swing required by the 18u CMOS component requires an external snap recovery or tunnel diode and an external microwave circuit.

【0128】 (UWBの現象面における利点) 通信の特定クラス及び遠隔検出問題の解決におけるUWBの重要度を高める物
理的な要素が4つ存在している。それは、散乱現象、貫通深度、分解能と帯域幅
の結合、及び干渉パターンである。超広帯域実装におけるこれらの要素を以下に
まとめておく。
UWB Phenomenon Advantages There are four physical elements that increase the importance of UWB in solving a particular class of communication and remote detection problems. It is scattering phenomena, penetration depth, resolution and bandwidth coupling, and interference patterns. These elements in ultra-wideband implementation are summarized below.

【0129】 (散乱現象) 照射された物体からの散乱は、その物体のサイズと波長(λ)の比率によって
支配される。物体のサイズがλ/4未満の場合には、物体はレイリー領域内にあ
り、この場合には、波は物体とほとんど相互作用せず、散乱もほとんど発生しな
い。又、散乱に方向性はなく、散乱の振幅は、通常、f2(fは周波数)に比例
する。次に、物体のサイズがλ/2〜6λの範囲にある場合は、物体は共振領域
内にあり、この場合には、散乱の振幅は周波数の掃引に伴って振動し、ピークで
拡大する。散乱エネルギーは、通常、方向性を備えるが、いくつかの広いビーム
となる。そして、物体が6λよりも大きい場合は、振動現象が減衰し、物体は光
学領域にあるといわれる。散乱エネルギーは多数のビームとなり、高度な方向性
を持つようになる。単一ビームの振幅は、通常、Faの形態をとり、散乱を引き
起こす物体の形状と特徴に応じてa=−1、−0.5、0、0.5、又は1であ
る。周波数スペクトルを利用するUWBレーダーの場合、周波数スペクトルを使
用して「a」を評価し、散乱メカニズムを識別している。
(Scattering Phenomenon) Scattering from an illuminated object is dominated by the size-to-wavelength (λ) ratio of the object. If the size of the object is less than λ / 4, then the object is in the Rayleigh region, in which case the waves interact with the object very little and little scattering occurs. Further, there is no directivity in scattering, and the amplitude of scattering is usually proportional to f 2 (f is frequency). Then, if the size of the object is in the range of λ / 2 to 6λ, the object is in the resonance region, in which case the amplitude of the scattering oscillates with the frequency sweep and widens at the peak. The scattered energy is usually directional, but in several broad beams. Then, when the object is larger than 6λ, the vibration phenomenon is attenuated and the object is said to be in the optical region. The scattered energy becomes many beams and becomes highly directional. The amplitude of a single beam is typically in the form of F a , where a = −1, −0.5, 0, 0.5, or 1, depending on the shape and features of the object causing the scattering. For UWB radars that utilize the frequency spectrum, the frequency spectrum is used to evaluate "a" to identify the scattering mechanism.

【0130】 周波数が低下すると散乱ローブが広くなり物体による散乱が減少又は停止する
ため、レーダー及び通信にとってこれら3つの領域は重要である。即ち、レーダ
ーの場合には、この現象(周波数の低下による散乱の減少又は停止)によってク
ラッターが軽減される。一方、通信システムの場合には、この現象により、マル
チパス反射の密度が低下する共に、広い散乱ローブによるマルチパスの変動も軽
減される。
These three regions are important for radar and communication, because as the frequency decreases, the scattering lobes widen and scattering by objects is reduced or stopped. That is, in the case of radar, this phenomenon (decrease or stop of scattering due to decrease in frequency) reduces clutter. On the other hand, in the case of a communication system, this phenomenon reduces the density of multipath reflections and reduces multipath variations due to wide scattering lobes.

【0131】 (貫通深度) 高損失素材/媒体内への貫通深度はλに比例する。従って、例えば、地中に埋
まっている障害物を検出、或いはこれと通信する場合には非常に低い周波数が必
須であり、同様に、壁や床を介して通信する場合にも、高周波数よりも低周波数
のほうが適している。計測結果によれば、例えば、コンクリート壁による減衰は
約10fdB/m(fの単位はGHz)である(例えば、1997年にニューヨ
ークのプレナムプレス(Plenum Press)社から発行されたジョン・オーランド(
John Aurand)著「超広帯域ショートパルス電磁気学第3巻(Ultra-Wideband Sh
ort Pulse electromagnetics 3)」(監修ボームほか(Baum et al))の239
〜246頁「コンクリート壁を介したショートパルス伝搬の計測(Measurement
Of Short Pulse Propagation Through Concrete Walls)」を参照されたい。尚
、本引用により、この内容は本明細書にすべて包含される。又、図1も参照され
たい)。従って、これらの素材を貫通するには、可能な限り低い周波数を使用し
なければならないが、マルチパス反射の分解や物体の画像化には最良の分解能が
必要である。即ち、コンクリート壁を介した通信や画像化に最適な装置は、可能
な限り低い周波数で稼動すると共に、それらの低周波数で最良の分解能を提供す
るものである。
(Penetration Depth) The penetration depth into the high loss material / medium is proportional to λ. Therefore, for example, a very low frequency is essential when detecting or communicating with an obstacle buried in the ground, and similarly when communicating through a wall or floor, Also, low frequencies are more suitable. According to the measurement results, for example, the attenuation due to the concrete wall is about 10 fdB / m (where f is a unit of GHz) (for example, John Orlando (Plenum Press) of New York in 1997 (
John Aurand) "Ultra Wide Band Short Pulse Electromagnetics Vol. 3 (Ultra-Wideband Sh
ort Pulse electromagnetics 3) ”(supervised Baum et al) 239
~ 246 "Measurement of short pulse propagation through concrete wall (Measurement
Of Short Pulse Propagation Through Concrete Walls) ". All contents are included in the present specification by the present citation. See also Figure 1). Therefore, the lowest possible frequency must be used to penetrate these materials, but the best resolution is required for multipath reflection resolution and object imaging. That is, the optimum device for communication and imaging through concrete walls is one that operates at the lowest frequencies possible and provides the best resolution at those low frequencies.

【0132】 (帯域幅と分解能) 時間の分解能と周波数の分解能は反比例関係で結合している。即ち、高精細の
時間分解能を得るためには広帯域が必要であり、逆に、周波数の高分解能を得る
には、長いタイムスケールが必要である。同様に、周波数スペクトルにノッチを
入れるには、時間サイドローブを時間領域波形内に入れなければならない。低周
波数で広帯域を得て結果的に高精細な時間分解能を得る唯一の方法は、UWBの
属性である広い相対帯域幅を備えることである。
(Bandwidth and Resolution) The time resolution and the frequency resolution are inversely proportional to each other. That is, a wide band is required to obtain high-definition time resolution, and conversely, a long time scale is required to obtain high frequency resolution. Similarly, to notch the frequency spectrum, time sidelobes must be included in the time domain waveform. The only way to get a wide band at low frequencies and consequently a fine time resolution is to have a wide relative bandwidth which is an attribute of UWB.

【0133】 (UWBのマルチパスチャネルモデル(即ち、UWBの干渉特性)) パルス(圧縮/マッチドフィルタ処理されたもの)内に複数サイクルを許容す
るほどに相対帯域幅が小さい場合には、干渉プロセスは混沌としている(複数の
ピーク及び零点が存在する)。繰り返しになるが、この現象は、相対帯域幅が広
いというUWBの定義に戻る。パスル幅よりも時間シフトが小さい複数の波形が
到来すると、常に干渉パターンが発生する。図6A〜図6Cには、1GHz帯域
幅のUWB信号と1GHz帯域幅の狭帯域信号(即ち、中心周波数が10GHz
である)とを比較することによってこの現象が示されている。図6Cは、合計さ
れた反転及び非反転パルスを示しているが、両者が明確に分離されるよう時間シ
フトされている。UWB波形がXバンド波形(多数のサイクルを有している)上
に重ね合わせられており、図6A及び図6Bは、2つのパルスが正確にオーバー
ラップした状態からオーバーラップしない状態にシフトする際の検出器からの出
力を示している。狭帯域信号との複数のフェードが存在し、短いタイムスケール
による変動の発生が明らかである。一方、これとは対照的に、検出されたUWB
信号はゆっくりと変動しており、深い零点や複数のピークは存在しない。
Multipath Channel Model of UWB (ie UWB Interference Characteristics) If the relative bandwidth is small enough to allow multiple cycles within the pulse (compressed / matched filtered), then the interference process Is chaotic (there are multiple peaks and zeros). Again, this phenomenon reverts to the UWB definition of high relative bandwidth. When a plurality of waveforms having a time shift smaller than the pulse width arrive, an interference pattern is always generated. 6A to 6C, a UWB signal having a 1 GHz bandwidth and a narrow band signal having a 1 GHz bandwidth (that is, the center frequency is 10 GHz).
This phenomenon is shown by comparing with. FIG. 6C shows the summed inverted and non-inverted pulses, but time-shifted so that they are clearly separated. The UWB waveform is superimposed on the X-band waveform (which has a large number of cycles), and FIGS. 6A and 6B show how the two pulses shift from exactly overlapping to non-overlapping. The output from the detector is shown. There are multiple fades with the narrowband signal, and it is clear that variations occur due to the short time scale. On the other hand, in contrast, the detected UWB
The signal is slowly varying with no deep zeros or multiple peaks.

【0134】 このシンチレーション及び変動レートの軽減により、通信システムにおけるU
WBシステムの低リンクマージンでの動作が可能になっているのであり、単純な
ハードウェアによる複数信号伝搬路のトラッキングとRAKE処理の適用もこれ
によって可能になっているのである。レーダーシステムの場合には、狭帯域シス
テムの特徴である高速の複数フェード(例:レーダーシンチレーション)の大部
分がUWBシステムによって緩和され、複数ローブの干渉パターンは存在しない
。例えば、通常の狭帯域SAR(合成開口レーダー)画像には、スペックルが存
在している(1992年4月に発行されたジョン・マコークル(John McCorkle)
著「陸軍研究所の超広帯域群葉貫通SARの速報(Early Results from the Arm
y Research Laboratory Ultra Wide Bandwidth Foliage Penetration SAR)」S
PIE第1942巻(ISBN 0-8194-1178-7/93)の88〜92頁を参照されたい
。尚、本引用により、このすべての内容が本明細書に包含される)。スペックル
とは、加算された複数の時間シフト波形によって発生する干渉パターンであり、
あるときは同じ位相で加算されてピークが拡大し、あるときは異なる位相で加算
されてキャンセルされる。しかしながら、互いに時間的にスライドする単一サイ
クル波形の加算の場合には、正確に整合しない限り加算されても複数の零点やピ
ークが生成されないため、UWBのSAR画像にはスペックルが存在しない。
By reducing the scintillation and the fluctuation rate, the U in the communication system is reduced.
Since the WB system can operate with a low link margin, the tracking of a plurality of signal propagation paths by simple hardware and the application of RAKE processing are also possible. In the case of radar systems, most of the fast multiple fades (eg radar scintillation) that are characteristic of narrowband systems are mitigated by the UWB system and there is no multiple lobe interference pattern. For example, speckles are present in normal narrowband SAR (Synthetic Aperture Radar) images (John McCorkle, published April 1992).
Written "Early Results from the Arm
y Research Laboratory Ultra Wide Bandwidth Foliage Penetration SAR) "S
See PIE 1942 (ISBN 0-8194-1178-7 / 93) pages 88-92. All the contents are included in the present specification by this reference). Speckle is an interference pattern generated by a plurality of added time shift waveforms,
In some cases, the peaks are expanded by adding in the same phase, and in other cases, they are added in different phases and canceled. However, in the case of addition of single-cycle waveforms that slide in time with respect to each other, speckles do not exist in the UWB SAR image because multiple zeros and peaks are not generated even if they are added unless they are accurately matched.

【0135】 (無線実装上の利点:無線実装に対するUWBの伝播物理特性の影響) 本発明者の認知するところでは、前述のUWBの伝播に関する各種側面は、建
物やその他の高クラッターエリア内で稼動するように構築された通信システムの
最適化に重要なものである。但し、屋内チャネルの計測とシステム開発の観点か
ら、以下のとおり、無線エンジニアリングに影響を及ぼす主要な課題が3つ存在
している。
(Advantages on Wireless Implementation: Effect of UWB Propagation Physical Characteristics on Wireless Implementation) It is recognized by the present inventor that the various aspects related to UWB propagation described above operate in a building or other high clutter area. It is important in optimizing a communication system built to do so. However, from the viewpoint of indoor channel measurement and system development, there are three main issues that affect wireless engineering as follows.

【0136】 1)送信機と受信機間には多数の分解可能な伝搬路長が存在しており、それら
の伝搬路長のそれぞれを使用して通信が可能である。これらの伝搬路長は時間的
な分解が可能であるため、それらを組み合わせて使用することによってSNRを
改善することができる。
1) A large number of resolvable propagation path lengths exist between the transmitter and the receiver, and communication can be performed using each of these propagation path lengths. Since these propagation path lengths can be decomposed in time, the SNR can be improved by using them in combination.

【0137】 2)RFエネルギーの複数サイクルを有していない1つのパルスによって1ビ
ットが表現されているため、特定マルチパスの「位相」を導き出すのになにも必
要ではなく、ピークを検出すると位相も検出される。
2) One bit is represented by one pulse that does not have multiple cycles of RF energy, so it is not necessary to derive the “phase” of a particular multipath, and when a peak is detected The phase is also detected.

【0138】 3)マルチパスが固有の条件を満足して特定の伝搬路長上のUWB信号をキャ
ンセルする(又はフェードを引き起こす)可能性は低い。送信機と受信機間に存
在するすべての伝搬路長において同時に深いフェード状態に陥る可能性は更に少
なく、これとは対照的に、強い信号をもたらす複数の伝搬路長が存在する可能性
が高い。
3) It is unlikely that the multipath will satisfy the unique condition and cancel (or cause a fade) the UWB signal on the specific propagation path length. It is even less likely that a deep fade will occur at the same time for all channel lengths that exist between the transmitter and receiver, in contrast, there are likely to be multiple channel lengths that result in a strong signal. .

【0139】 前述の1)の結果として、本発明には1つ以上のRAKEチャネルを含むこと
が望ましい。2)の結果として、チャネルモデルの取り消し(元に戻す)に必要
な逆畳み込みが不要であり、それらのRAKEチャネルの実装に必要な回路と電
力処理ハードウェアは単純である。即ち、各伝搬路長の信号が分解されるため、
DSPなしにチャネルモデルが直接提供され、必要な唯一の処理は重み付けと加
算だけである。3)の結果として、本発明の無線は、狭帯域無線に比べて低いR
F電力で動作可能である。マルチパスの零点が深くないため、最悪のケースのリ
ンクマージンを格段に低くできる。そして、平均的なケースのリンクマージンも
、屋内の伝播損失が1/R3.5曲線ではなく標準的な自由空間の1/R2曲線に従
うため、低くなる。
As a result of 1) above, it is desirable for the present invention to include one or more RAKE channels. As a result of 2), the deconvolution needed to undo (or undo) the channel model is not needed and the circuitry and power handling hardware required to implement those RAKE channels is simple. That is, since the signal of each propagation path length is decomposed,
The channel model is provided directly without DSP, the only processing required is weighting and addition. As a result of 3), the radio of the present invention has a low R compared to narrow band radio.
It can operate at F power. Since the zero point of multipath is not deep, the link margin in the worst case can be significantly reduced. And the link margin in the average case is also low because the indoor propagation loss follows the standard free space 1 / R 2 curve instead of the 1 / R 3.5 curve.

【0140】 図7は、12階建て鉄筋コンクリートオフィスビルの7階における損失対距離
の計測結果を示している。送信信号が1つの部屋から放出され、金属のキャビネ
ット、複写機、及びプリンタに囲まれた大きな構造コンクリート支柱を通過し、
ドア(点線のところ)を通って会議室に入っている。送信機をそれぞれの距離に
物理的に移動させ、受信機によってシーケンスを取得/トラッキングした。この
シーケンスにおいて、受信機は最良の伝搬路(即ち、最大の信号)を検出した後
に通信を開始している。図7は、ビット決定を行うのに使用するA/Dコンバー
タによって計測された受信電力レベル対距離を単純にプロットしたものである。
FIG. 7 shows the measurement results of loss versus distance on the 7th floor of a 12-story reinforced concrete office building. The transmitted signal emanates from one room and passes through a large structural concrete pillar surrounded by metal cabinets, copiers and printers,
Enter the meeting room through the door (at the dotted line). The transmitter was physically moved to the respective distance and the sequence was acquired / tracked by the receiver. In this sequence, the receiver starts communication after detecting the best propagation path (ie, maximum signal). FIG. 7 is a simple plot of received power level versus distance measured by the A / D converter used to make the bit decision.

【0141】 このプロットと狭帯域システムのプロットの違いは注目に値する。2.4GH
zの屋内システムの同一のプロットは、ランダムな数インチ間隔の深いフェード
を示している。狭帯域システムの場合は、分解されないマルチパスの干渉フィー
ルドで動作しているため、受信機の移動に伴って高速のフェードとピークが発生
している。自由度を追加するべく、設計者は複数のアンテナを使用することは可
能であるが、無線が格段に複雑なものになってしまう。2.4GHzの屋内チャ
ネルは、通常、1/R3.5に比例する平均受信電力対距離を備えるものとしてモ
デル化し、マルチパスフェージングを概略的に表している(図7には、1/R3. 5 及び標準的な自由空間の1/R2の曲線が参考として含まれている)。一方、こ
れとは対照的に、本発明によるUWBシステムの場合は、ほとんど常に時間スロ
ット(即ち、伝搬路)を検出できるため(この場合、直接伝搬路がクリアである
か、又はマルチパス信号が同じ位相で加算される)、滑らかな伝搬路−損失関数
を示している。
The difference between this plot and the plot for a narrowband system is notable. 2.4GH
The same plot for an indoor system of z shows deep fades with random inches spacing. Narrowband systems operate in unresolved multipath interference fields, resulting in fast fades and peaks as the receiver moves. Designers can use multiple antennas to add additional degrees of freedom, but at the expense of radio complexity. A 2.4 GHz indoor channel is typically modeled as having an average received power versus distance that is proportional to 1 / R 3.5 , schematically representing multipath fading (1 / R 3. 5 and standard free space 1 / R 2 curves are included for reference). On the other hand, in the case of the UWB system according to the invention, by contrast, the time slot (ie the propagation path) can almost always be detected (in this case the direct propagation path is clear or the multipath signal is (Added in the same phase), a smooth channel-loss function is shown.

【0142】 注目に値する観測結果が2つ存在している。第1は、平均伝搬路損失が1/R2 より劣っておらず、実際にはそれよりも優れているということである。ランダ
ムにトランシーバを配置すると、損失が1/R2を下回る確率が高い。第2の注
目点は、受信電力に落ち込みがあっても、それほど深い落ち込みではないという
ことである(数dBに過ぎない)。これらの特性により、本発明による無線は、
狭帯域無線と比べて低電力で動作可能であると共に、堅牢である。
There are two observations that deserve attention. The first is that the average channel loss is not inferior to 1 / R 2 and is actually superior to it. If the transceivers are randomly arranged, the loss is likely to be less than 1 / R 2 . The second point of interest is that even if the received power falls, it does not fall so deeply (only a few dB). Due to these characteristics, the radio according to the present invention is
It can operate at lower power and is more robust than narrowband wireless.

【0143】 図8は、すべてのフィルタを搭載した本発明の実装によって実施したチャネル
サウンディングである。X軸は、X=0で示す最大信号を基準にしている。X軸
上の距離は、代替伝搬路長のオフセット距離(X=0からの距離)を示している
。X軸は周期的であるため、5mは−1mでもある。A/D値は、所定の伝搬路
長における信号強度を示している。128未満のA/D値は負であり、パルスが
反転していることを示しており、128を上回るA/D値は正であり、パルスが
反転していないことを示している。通常、信号は、伝搬路において偶数回バウン
ドすると反転しないが、奇数回バウンドした場合は反転する。非常に有用な信号
を有する複数の伝搬路(特に、X=0及びX=2.8に位置しているもの)が存
在していることが明らかである。この振動は、零点特定周波数に適用されたフィ
ルタ処理によるものである。このシステムをフィルタなしで動作させると、チャ
ネルはもっと先端の尖ったものになる。フィルタを付加するとマルチパスに対す
る堅牢性が低下するが、強力なRF干渉(RFI)に対する耐性を損なうほどの
ものではない。本発明の実施例は前述の物理的な要素のすべてを活用したもので
あり、その結果、本発明の実施例により、その他の方法では得られない性能上の
優位性がもたらされることをこれらの2つのプロットは明瞭に示している。図9
Aは、本発明による受信機が複数のマルチパス信号伝搬路を分解する方法を示し
ており、図9Bは、マルチパスが発生すると、狭帯域信号は深くフェードするこ
とを示している。
FIG. 8 is the channel sounding performed by the implementation of the invention with all filters mounted. The X-axis is based on the maximum signal indicated by X = 0. The distance on the X-axis indicates the offset distance (distance from X = 0) of the alternative propagation path length. Since the X axis is periodic, 5m is also -1m. The A / D value indicates the signal strength in a predetermined propagation path length. A / D values below 128 are negative, indicating that the pulse is inverted, and A / D values above 128 are positive, indicating that the pulse is not inverted. Normally, the signal does not invert after an even number of bounds in the propagation path, but it does invert when it does an odd number of bounds. It is clear that there are multiple channels with very useful signals, especially those located at X = 0 and X = 2.8. This vibration is due to the filtering applied to the zero-point specific frequency. When this system is operated without a filter, the channels are much sharper. The addition of the filter reduces multi-path robustness, but not to the extent that it resists strong RF interference (RFI). It is noted that embodiments of the present invention utilize all of the physical elements described above, resulting in performance advantages not otherwise obtainable by the embodiments of the present invention. The two plots are clearly shown. Figure 9
A shows how the receiver according to the present invention decomposes multiple multipath signal propagation paths, and FIG. 9B shows that the narrowband signal deeply fades when multipath occurs.

【0144】 (ダイナミックレンジ) 本発明による一実施例において8ビットのTLV5580 A/Dを使用可能
であるが、ダイナミックレンジ要件に影響を与えるいくつかの課題が存在してい
る。(1)観測されたRFIレベルはかなり一定しており、通常、午後の一般の
オフィス空間エリアでは+/−3dBしか変動していない。これは、想像ほどに
激しい変動ではなく、ガウスではあるが白色ではない。(2)2.4GHzの電
子レンジ又はその他のトーンが2GHzの受信機帯域全体のノイズと競合する。
従って、感度は予想よりも小さい。(3)本発明によるRFIの実施例では、主
要な干渉源をアナログ及びデジタル領域の両方でノッチ処理している。8ビット
のA/D値で20dBのRFI電力抽出を示すUWBレーダーのシミュレーショ
ンにおいて、32ビットの浮動小数点値で36dBに改善されている。従って、
A/Dダイナミックレンジは単純なモデル化よりも優位性を備えていることがわ
かる。
Dynamic Range Although an 8-bit TLV5580 A / D can be used in one embodiment according to the present invention, there are some issues that impact the dynamic range requirements. (1) Observed RFI levels are fairly constant, typically varying by only +/− 3 dB in the general office space area in the afternoon. This is not as volatile as you might imagine, it is Gaussian but not white. (2) A 2.4 GHz microwave oven or other tone competes with noise throughout the 2 GHz receiver band.
Therefore, the sensitivity is less than expected. (3) In the RFI embodiment according to the present invention, the main interference sources are notched in both the analog and digital domains. In a simulation of a UWB radar showing an RFI power extraction of 20 dB with an 8-bit A / D value, it is improved to 36 dB with a 32-bit floating point value. Therefore,
It can be seen that the A / D dynamic range has advantages over simple modeling.

【0145】 (干渉の緩和とノッチフィルタ) 本発明の特徴は、通信距離とBERに影響を与えることなく、受信アンテナか
ら1フィート以内の900MHz及び1.8MHzの携帯電話の動作を可能にす
る受信機フロントエンドのノッチメカニズムを使用していることである。一実施
例においては、本発明による時間変調UWBパルス及びその時間遅延された反転
に対して成熟したインパルス応答を生成し複数周期信号をセルフキャンセルする
アクティブスタブを使用している。適応的又は静的にノッチ処理を実装する機能
的に等価なその他の回路も同様に使用可能である。本発明では、アナログ及びデ
ジタルの干渉緩和法を使用しており、これらのノッチメカニズムは、GPS受信
機に対する干渉を防止するべく、送信波形にも適用可能である。送信波形は、こ
のメカニズムによる影響を受けるが、受信機フィルタの場合と同様に、システム
性能の低下はごくわずかである。
(Mitigation of Interference and Notch Filter) A feature of the present invention is that reception that enables the operation of a 900 MHz or 1.8 MHz mobile phone within 1 foot from the receiving antenna without affecting the communication distance and BER. The notch mechanism of the machine front end is used. In one embodiment, an active stub is used that produces a mature impulse response to the time-modulated UWB pulse and its time-delayed inversion according to the present invention to self-cancel the multi-period signal. Other functionally equivalent circuits implementing adaptive or static notching can be used as well. The present invention uses analog and digital interference mitigation methods, and these notch mechanisms are also applicable to the transmit waveform to prevent interference to the GPS receiver. The transmitted waveform is affected by this mechanism, but as with the receiver filter, the degradation in system performance is negligible.

【0146】 本通信システムは、変調搬送波ではなく、短いRFウェーブレットを時間シフ
トし反転したレプリカの符号配置の組み合わせによるものであり、従来の狭帯域
送信システム(従来のスペクトル拡散システムを含む)とは一線を画している。
This communication system is based on a combination of code arrangements of replicas obtained by time-shifting and inverting a short RF wavelet, not a modulated carrier, and is different from a conventional narrowband transmission system (including a conventional spread spectrum system). It sets the line.

【0147】 図10は、周波数対エネルギーの概略的なプロットを示するものであり、UW
Bスペクトル、従来の狭帯域、及びスペクトル拡散通信信号のプロットを比較し
ている。従来の狭帯域通信信号NB3は6MHz程度の比較的小さなスペクトル
帯域幅を占有しており、スペクトル拡散通信信号SS2の場合は、占有する帯域
幅はこれよりも広いがスペクトル密度は小さい。一方、UWB信号UB1は、格
段に大きな帯域幅を占めると共に、スペクトルエネルギー密度はSS2又はNB
3のいずれよりも小さい。その他のパルス化波形システムと比較すると、本発明
によるUWB信号は、ウェーブレットの形状、方向、及びグループ化を活用して
送信波形を生成しており、革新的である。この特徴により、本システムはスペク
トル及び時間領域波形の両方のピーク対平均電力比を滑らかに変化させると共に
、様々なベースバンド信号のエンコードに使用する大きな符号のコレクションを
生成することができるのである。
FIG. 10 shows a schematic plot of frequency versus energy, UW
B plots, conventional narrowband, and spread spectrum communication signal plots are compared. The conventional narrow band communication signal NB3 occupies a relatively small spectrum bandwidth of about 6 MHz, and in the case of the spread spectrum communication signal SS2, the occupied bandwidth is wider but the spectrum density is smaller. On the other hand, the UWB signal UB1 occupies a remarkably large bandwidth and has a spectral energy density of SS2 or NB.
It is smaller than any of the three. Compared to other pulsed waveform systems, the UWB signal according to the invention is innovative because it takes advantage of the shape, direction and grouping of the wavelets to generate the transmitted waveform. This feature allows the system to smoothly change the peak-to-average power ratio of both the spectral and time domain waveforms, as well as generate a large collection of codes for use in encoding various baseband signals.

【0148】 本発明による通常のパルス幅は100〜1000ピコ秒のレベルであり、帯域
幅はそれぞれ約8GHz〜1GHzであるが、無論、もっと大きな値のレンジも
同様にサポート可能である。図11は、本発明による500psの幅を有する通
常のバイフェーズパルスを示している。この図11のパルスは、正弦波ではなく
、むしろ離散時間領域信号であり、周期的ではないが、これらの離散パルスは数
百万パルス/秒で送信される。
Typical pulse widths according to the invention are on the order of 100-1000 picoseconds, and bandwidths are respectively around 8 GHz to 1 GHz, but of course larger value ranges can be supported as well. FIG. 11 shows a normal biphase pulse having a width of 500 ps according to the present invention. The pulses in this FIG. 11 are not sinusoidal, but rather discrete time domain signals and are not periodic, but these discrete pulses are transmitted at millions of pulses per second.

【0149】 図12Aは、ランダム化された信号パルス時間符号化の時間領域グラフであり
、時間符号自身がノイズのように見えるように生成されている。この図12Aに
示す時間領域信号シーケンスに対応する電力スペクトルが図12Bに示されてい
る。図示のごとく、送信信号のスペクトル密度は5GHzにわたって拡散してお
り、電力スペクトル密度が非常に低いため、従来の狭帯域通信システムに対する
干渉源にはならない。このため、本発明によるUWBシステムは、狭帯域システ
ムに対して目立ったマイナスの影響を及ぼすことなく、狭帯域信号と同時に使用
することができる。使用する短い幅のパルスと符号化技術の組み合わせにより、
あらゆる狭帯域ユーザーの帯域にほとんどエネルギーが表れない、このような広
い周波数帯にわたって信号エネルギーが拡散しており、この結果、UWB送信信
号は、従来の狭帯域受信機の検出しきい値未満となっているのである。
FIG. 12A is a time domain graph of randomized signal pulse time coding, where the time code itself is generated to look like noise. The power spectrum corresponding to the time domain signal sequence shown in FIG. 12A is shown in FIG. 12B. As shown in the figure, the spectral density of the transmitted signal is spread over 5 GHz, and the power spectral density is very low, so that it does not become an interference source for the conventional narrow band communication system. Thus, the UWB system according to the invention can be used simultaneously with a narrowband signal without a noticeable negative effect on the narrowband system. Depending on the combination of the short pulse used and the encoding technique,
The signal energy is spread over such a wide frequency band, where almost no energy appears in the band of any narrowband user, which results in the UWB transmitted signal being below the detection threshold of conventional narrowband receivers. -ing

【0150】 本発明のシステムは、従来システムにマルチパスフェージングを引き起こす障
害物を分解するのに十分な空間的分解能を備えた信号を使用し、様々な障害物、
壁、トンネル、建物、及びその他の障害物を通して非常に高いデータレートで情
報を送信することができる。
The system of the present invention uses signals with sufficient spatial resolution to resolve obstacles that cause multipath fading in conventional systems, and uses a variety of obstacles,
Information can be transmitted at very high data rates through walls, tunnels, buildings, and other obstacles.

【0151】 マルチパスは、送信波形の時間遅延及び減衰した複数のコピーが受信機に同時
に到来した場合に発生するものである。図13Aは、電磁波が樹木などの様々な
障害物によって反射又は貫通し、マルチパス現象を引き起こす例を示している。
この図13Aに示すごとく、信号は樹木と相互作用し、ある大きさで直接帰還伝
搬路(伝搬路1)に反射されると共に(図13Bに伝搬路1で示されている)、
図13Bに示す別の反射伝搬路(伝搬路2)においては、伝搬路1よりも時間的
に遅延し位相が伝搬路1の信号とは反転している。このような現象は、都市環境
の場合には、かなりの部分が壁、床、天井、及び窓などの建築的な特徴による反
射及び伝搬によって引き起こされる。
Multipath occurs when multiple time delayed and attenuated copies of the transmitted waveform arrive at the receiver at the same time. FIG. 13A shows an example in which electromagnetic waves are reflected or penetrated by various obstacles such as trees and cause a multipath phenomenon.
As shown in FIG. 13A, the signal interacts with the tree and is reflected by the direct return propagation path (propagation path 1) with a certain size (shown as propagation path 1 in FIG. 13B).
In another reflection propagation path (propagation path 2) shown in FIG. 13B, it is delayed with respect to the propagation path 1 in time and the phase is inverted from the signal of the propagation path 1. In the case of urban environments, such phenomena are caused to a large extent by reflection and propagation by architectural features such as walls, floors, ceilings, and windows.

【0152】 受信機の距離分解能がマルチパスの差と比べて大きい場合には、システム性能
を低下させる建設的及び破壊的な干渉が発生する。これがマルチパスフェージン
グである。一方、本発明のケースと同様に、受信機がマルチパスの成分を分解す
る場合は、干渉は発生せず、マルチパスの成分を使用してシステム性能を向上さ
せることができる。
If the distance resolution of the receiver is large compared to the difference of multipaths, constructive and destructive interference that degrades system performance occurs. This is multipath fading. On the other hand, as in the case of the present invention, when the receiver decomposes multipath components, no interference occurs and the multipath components can be used to improve system performance.

【0153】 受信機の距離分解能は、送信信号の帯域幅に略反比例している。従って、10
MHzシステムの場合には、次の距離分解能を有している。
The range resolution of the receiver is approximately inversely proportional to the bandwidth of the transmitted signal. Therefore, 10
In the case of MHz system, it has the following range resolution.

【0154】 Rres=c/BW=(3x108m/sec)/10MHz=30mR res = c / BW = (3 × 10 8 m / sec) / 10 MHz = 30 m

【0155】 同様に、100MHzシステムの場合は3m(10フィート)、1GHzシス
テムでは0.3m(1フィート)の分解能を備えている。建築的な特徴(壁や床
など)は、10フィートレベルの距離で分離されるため、それらを十分に分解す
るシステムには1フィートレベルの分解能が必要である。
Similarly, a 100 MHz system has a resolution of 3 m (10 ft) and a 1 GHz system has a resolution of 0.3 m (1 ft). Architectural features (such as walls and floors) are separated by a distance of 10 feet, so a system that resolves them well requires 1 foot resolution.

【0156】 本発明のシステムで使用するパルス符号は、基礎となるショートウェーブレッ
トパルスをバイフェーズ変調し時間シフトしたレプリカから構成されている。受
信機は、マッチドフィルタ(相関処理)を使用して送信パルス符号を圧縮する。
その結果、圧縮された符号の幅は、公称的には単一パルスの幅である。この結果
、マルチパスのマイナスの影響を回避するのに十分であると共に時間領域のRA
KE処理を可能にする1フィートレベルの空間的分解能が本発明の無線に付与さ
れている。
The pulse code used in the system of the present invention is composed of a replica of the underlying short wavelet pulse that is bi-phase modulated and time-shifted. The receiver uses a matched filter (correlation process) to compress the transmitted pulse code.
As a result, the width of the compressed code is nominally the width of a single pulse. As a result, it is sufficient to avoid the negative effects of multipath and RA in the time domain.
The one foot level spatial resolution that allows KE processing has been imparted to the radio of the present invention.

【0157】 一例として、本発明において使用する相互相関フィルタ処理操作を図14に示
している。バイフェーズテンプレート波形1402は、到来RF信号1401と
ミキサー1403でミキシングするために、メモリに保存されるか或いは受信機
で直接再生成される。様々な時間領域波形状の形態が判明しており、決まったア
ルファベットに保持されている(通常、2値システムの場合は2つの形状のみで
あり、チャネルシンボル当たり2ビットのシステムの場合は4つの形状である)
。例えば、2値通信体系の場合は、本発明のバイフェーズ通信アーキテクチャを
使用すれば、「1」は特定位相設定のバイフェーズパルスによって表され、「0
」は「1」を表すのに使用するパルスと形状は同じであるが位相(即ち、方向)
が反転したパルスによって表される。QPSKやM−ARY信号の場合のように
チャネルシンボル当たり多数のビットを提供するよう、更に多くの位相及び振幅
を使用することも同様に可能である。
As an example, the cross-correlation filtering operation used in the present invention is shown in FIG. The bi-phase template waveform 1402 is either stored in memory or regenerated directly at the receiver for mixing with the incoming RF signal 1401 at the mixer 1403. Various time domain wave shape morphologies are known and are kept in a fixed alphabet (usually only two shapes for binary systems and four for systems with 2 bits per channel symbol). Is the shape)
. For example, in the case of a binary communication system, using the bi-phase communication architecture of the present invention, "1" is represented by a bi-phase pulse with a specific phase setting and "0".
"Has the same shape as the pulse used to represent a" 1 "but with a phase (ie direction)
Is represented by the inverted pulse. It is likewise possible to use more phases and amplitudes to provide a larger number of bits per channel symbol as in the case of QPSK and M-ARY signals.

【0158】 ミキサー1403の出力は出力信号1404であり、これが積分器1405に
印加されてオーバーラップするエネルギーが蓄積される。検出回路は、この積分
器の出力1406を使用して1又は0のいずれ(複数レベルの信号を使用する場
合は、これよりも大きな量のデータになる)が送信されたのかを判定する。
The output of mixer 1403 is an output signal 1404, which is applied to integrator 1405 to accumulate overlapping energy. The output of this integrator 1406 is used by the detection circuit to determine whether a 1 or a 0 (a larger amount of data when using a multi-level signal is sent).

【0159】 本発明の特徴は、コヒーレントなパルス積分を使用できることであり、この結
果、隣接パルスのエネルギーを蓄積して処理利得を拡大し、比較的小さなエネル
ギー密度で強力な通信リンクを生成することができる。更に、単一ビットを表す
パルス数の冗長性を受信機でコヒーレントに再取得できるため、送信する特定シ
ンボルを所定数のパルスにエンコードすることにより、処理利得を信号に内蔵す
る能力を備えている。例えば、10Kbpsを送信する10Mbpsシステムの
場合には、1データビットが1,000パルスにわたって拡散する。この結果、
30dBの更なる処理利得(10log1000)が提供される。従って、合計
処理利得は、デューティサイクル、シンボルの繰り返し、並びにパルス積分の各
利得の加算結果となり、この例の場合には、合計処理利得53dBのうち、パル
ス積分利得が30dBでデューティサイクル利得が23dBである。この結果、
図15に示すように、本発明による時間変調UWBを使用し、通信信号、レーダ
ーアプリケーション、位置測定アプリケーション、及び画像化システムをまとめ
ることができる。
A feature of the present invention is the ability to use coherent pulse integration, which results in the storage of energy in adjacent pulses to increase processing gain and to produce strong communication links with relatively small energy densities. You can In addition, the redundancy of the number of pulses representing a single bit can be coherently re-acquired at the receiver, thus providing the ability to incorporate processing gain into the signal by encoding the particular symbol to be transmitted into a predetermined number of pulses. . For example, for a 10 Mbps system transmitting 10 Kbps, one data bit spreads over 1,000 pulses. As a result,
An additional processing gain of 30 dB (10 log 1000) is provided. Therefore, the total processing gain is the result of addition of the respective gains of the duty cycle, symbol repetition, and pulse integration. In this example, the pulse integration gain is 30 dB and the duty cycle gain is 23 dB out of the total processing gain 53 dB. Is. As a result,
As shown in FIG. 15, the time-modulated UWB according to the present invention can be used to combine communication signals, radar applications, positioning applications, and imaging systems.

【0160】 以下に、本UWB通信システムの実施例に関連する時間及び周波数領域の課題
について簡単に検討する。
In the following, the time and frequency domain issues associated with the embodiments of the present UWB communication system will be briefly discussed.

【0161】 良好な帯域幅と導関数特性を有する波形はガウスモノサイクルであり、ガウス
波形の1次導関数を取得することによって形成される。ガウスモノサイクルは、
次のようなガウス包絡線の傾斜形態を有している。
A waveform with good bandwidth and derivative properties is a Gaussian monocycle and is formed by taking the first derivative of the Gaussian waveform. The Gaussian Monocycle
It has the following sloped form of the Gaussian envelope.

【0162】[0162]

【数24】 (26)[Equation 24] (26)

【0163】 パルス幅は定数kの関数であり、ガウス包絡線の減衰速度を制御する。図16
は、約1.5ナノ秒のパルス幅を生成するように定数kが選択された場合を示し
ている。式(28)〜(30)はパルス幅を帯域幅に関連付けるものである。
The pulse width is a function of the constant k and controls the decay rate of the Gaussian envelope. FIG.
Shows the case where the constant k was chosen to produce a pulse width of about 1.5 nanoseconds. Equations (28)-(30) relate pulse width to bandwidth.

【0164】 前述のガウスの1次導関数以外に、単一のゼロ平均インパルス波形を含むその
他のウェーブレットも同様に使用可能である。更には、2つのマスターウェーブ
レットの加算された組み合わせを含むようにインパルス波形を変調することも可
能である。この場合、それらのマスターウェーブレットは直交ウェーブレットで
あり、1つはガウス形状パルスの偶数次導関数であり、第2のマスターウェーブ
レットはガウス形状パルスの奇数次導関数である。
In addition to the Gaussian first derivative described above, other wavelets containing a single zero-mean impulse waveform can be used as well. Furthermore, it is also possible to modulate the impulse waveform to include an added combination of two master wavelets. In this case, those master wavelets are orthogonal wavelets, one is the even derivative of the Gaussian shaped pulse and the second master wavelet is the odd derivative of the Gaussian shaped pulse.

【0165】 これらの信号を生成する回路には、アバランシェ・トランジスタ、くし形フィ
ルタ回路のステップリカバリーダイオード(SRD)、高速ロジック及びトラン
ジスタが含まれる。模範的な実施例においては、本システムは、信号調節と共に
高速個別ロジックのパスル形成ネットワークを使用している。このロジックは、
例えば、CMOS(通常、単一チップ)に実装可能である。
The circuits that generate these signals include avalanche transistors, step recovery diodes (SRDs) in comb filter circuits, high speed logic and transistors. In the exemplary embodiment, the system uses a pulse forming network of high speed discrete logic with signal conditioning. This logic is
For example, it can be mounted on a CMOS (usually a single chip).

【0166】 (周波数領域の表現) UWB信号の重要な特性は、パルス幅と帯域幅の関係である。通常、時間的に
パルスを狭くすればするほど、エネルギーが拡散する周波数帯が広くなる。従っ
て、Hz当たりのエネルギーを固定すると、帯域幅の広いパルスは帯域幅の狭い
ものよりも多くのエネルギーを送信する。この観点で、パルス幅は、時間的に短
ければ短いほど常に優れているということになる。パスル幅の選択に影響を与え
るその他の基準としては、その結果である帯域の伝播特性も含まれる。通常、高
い周波数帯よりも低い周波数(HF(3〜30MHz)、VHF(30〜300
MHz)、及びUHF(300〜1000MHz))のほうが優れた素材(建物
及び群葉)貫通性を有するとされている。屋内稼動用の選択肢としては、VHF
及びUHF帯にまたがる周波数帯が優れている。これは、伝播モデル及び工学的
な実行可能性に対するエネルギー拡散のトレードオフである。
(Frequency Domain Representation) An important characteristic of UWB signals is the relationship between pulse width and bandwidth. Generally, the narrower the pulse in time, the wider the frequency band in which energy is spread. Thus, with a fixed energy per Hz, a wide bandwidth pulse will transmit more energy than a narrow bandwidth one. From this viewpoint, the shorter the pulse width is, the better the pulse width is. Other criteria that influence the choice of pulse width include the resulting band propagation characteristics. Usually, frequencies lower than the high frequency band (HF (3 to 30 MHz), VHF (30 to 300)
MHz) and UHF (300-1000 MHz)) are said to have better material (building and foliage) penetration. As an option for indoor operation, VHF
And the frequency band spanning the UHF band is excellent. This is a trade-off of energy diffusion for propagation model and engineering feasibility.

【0167】 パルス幅を帯域幅に結び付けるために(26)のガウスモノサイクルについて
検討する。これは周波数領域の表現もガウス形であり、次の式によって与えられ
る。
Consider the Gaussian monocycle of (26) to link pulse width to bandwidth. The expression in the frequency domain is also Gaussian, and is given by the following equation.

【0168】[0168]

【数25】 (27)[Equation 25] (27)

【0169】 VHF及びUHF帯にまたがる1GHzのガウスモノサイクルのスペクトルが
図17に示されている。時間幅と帯域幅は両方ともパラメータkによって制御さ
れており、稼動周波数は、次の電力スペクトルのピークによって最もうまく説明
される。
The spectrum of the 1 GHz Gaussian monocycle spanning the VHF and UHF bands is shown in FIG. Both the time width and the bandwidth are controlled by the parameter k, and the working frequency is best described by the next peak of the power spectrum.

【0170】[0170]

【数26】 (28)[Equation 26] (28)

【0171】 帯域幅は、電力レベルが6dB低下した(−6dB)上位及び下位周波数によ
って次のように決定される。
The bandwidth is determined by the upper and lower frequencies with the power level reduced by 6 dB (-6 dB) as follows.

【0172】 flo=0.3191057fmaxhi=1.9216229fmax (29)F lo = 0.3191057f max f hi = 1.9216229f max (29)

【0173】 中心周波数は次のとおりである。[0173]   The center frequency is as follows.

【0174】 fc=(flo+fhi)/2=1.12fmax (30)F c = (f lo + f hi ) /2=1.12f max (30)

【0175】 √k=2.5x109であれば、fmax=560MHzであり、帯域幅は1GH
z、パルス幅は1.5ナノ秒である。通常のUWB信号の場合には、電力は稼動
周波数の100%を超える帯域にわたって広がっている。
If √k = 2.5 × 10 9 , then f max = 560 MHz and the bandwidth is 1 GH
z, the pulse width is 1.5 nanoseconds. For a typical UWB signal, power is spread over a band that exceeds 100% of the operating frequency.

【0176】 (積分及びチャネル化用の符号) 本発明によるトランシーバは、積分利得、チャネル化、白色化、及びノッチフ
ィルタ処理用のパルス符号を使用している。このパルス符号化送信信号は、基礎
となる超広帯域ショートパルスをシフト(時間ホッピング)し、反転された(バ
イフェーズ)コピーから構成されている。
Codes for Integration and Channelization Transceivers according to the present invention use pulse codes for integration gain, channelization, whitening, and notch filtering. This pulse-coded transmitted signal consists of a shifted (time-hopping) and inverted (bi-phase) copy of the underlying ultra-wideband short pulse.

【0177】 この時間のシフトと位相の反転は、固定及びプログラム可能な遅延、位相イン
バータ(ハイブリッドティー)、スプリッタ及びコンバイナ、GaAsスイッチ
、及び制御を生成するデジタル回路などのアナログ及びデジタル回路の組み合わ
せによって実現する。
This time shift and phase reversal is achieved by a combination of analog and digital circuits such as fixed and programmable delays, phase inverters (hybrid tees), splitters and combiners, GaAs switches, and digital circuits that generate control. To be realized.

【0178】 バイフェーズ時間ホッピングした符号h(t)のテンプレートは、次のように
重み付け及びシフトしたインパルスの加算として表現可能である。
The template of code h (t) that is bi-phase time hopping can be expressed as the addition of weighted and shifted impulses as follows.

【0179】[0179]

【数27】 (31)[Equation 27] (31)

【0180】 ここで、Tnはチップnの相対位置であり、Ncは符号の長さであり、符号係数
は、バイフェーズ(対蹠)稼動の場合はhn∈{−1,1}である。符号h(t
)の周波数領域表現は次のとおりである。
Here, T n is the relative position of chip n, N c is the length of the code, and the code coefficient is h n ε {−1,1} in the case of biphase (antipodal) operation. Is. Code h (t
) Is the frequency domain representation of

【0181】[0181]

【数28】 (32)[Equation 28] (32)

【0182】 パルス符号は式(26)のショートパルス及び式(31)の符号テンプレート
から、次のように、基礎をなすパルスをシフト及び反転させた(±1の重み付け
をした)レプリカのコレクションとして形成される。
The pulse code is a collection of replicas (shifted and weighted by ± 1) of the underlying pulse from the short pulse of equation (26) and the code template of equation (31) as follows: It is formed.

【0183】[0183]

【数29】 (33)[Equation 29] (33)

【0184】 この式(33)に示されているパルス符号の周波数領域表現は次のとおりであ
る。
The frequency domain representation of the pulse code shown in equation (33) is as follows.

【0185】 P(ω)=H(ω)S(ω) (34)[0185] P (ω) = H (ω) S (ω) (34)

【0186】 データを等間隔のインパルスセットとして取り扱うと、それらは次の時間及び
周波数領域の表現を有している。
Treating the data as equidistant impulse sets, they have the following time and frequency domain representations.

【0187】[0187]

【数30】 (35)[Equation 30] (35)

【0188】 一時的に本システムを式(33)のパルス符号のバイフェーズ変調にのみ限定
すると、送信信号は次のようになる。
Temporarily limiting the system to only bi-phase modulation of the pulse code of equation (33), the transmitted signal becomes:

【0189】[0189]

【数31】 (36)[Equation 31] (36)

【0190】 これは次のスペクトルを有している。[0190]   It has the following spectrum:

【0191】 X(ω)=D(ω)P(ω)=D(ω)H(ω)S(ω) (37)[0191] X (ω) = D (ω) P (ω) = D (ω) H (ω) S (ω) (37)

【0192】 データが白色であるか、又は処理によって白色化されると仮定すれば、送信波
のスペクトルは式(33)の符号化パルスのスペクトルとなる。パルス符号の遅
延と重みを適切に選択すれば、パルスのスペクトル及び帯域幅が保持され、本質
的に式(26)のショートパルスの送信波形になる。即ち、スペクトルは、稼動
帯域幅にわたって公称的に白色である。
Assuming the data is white or is whitened by the process, the spectrum of the transmitted wave will be that of the coded pulse of equation (33). With proper selection of the pulse code delay and weight, the pulse spectrum and bandwidth are preserved, essentially resulting in the short pulse transmit waveform of equation (26). That is, the spectrum is nominally white over the operating bandwidth.

【0193】 本発明において使用するUWB受信機は、同期していないトランシーバクロッ
ク、同期していないトランシーバ符号、正確に同一の周波数でないか或いは時間
、温度、及び相対位置の関数として解離するクロックに直面することになる。ト
ランシーバクロックを同期化する問題は、要するに、相関の最大値に対応する未
知の時間遅延を発見するということである。本発明では時間変調信号と相関検出
器を使用しているため、相関のピークは望ましい観測地点である。時間変調パル
スは時間的に狭いため、観測される相関のピークも非常に狭い。現在既に観察さ
れているように、この狭さにより、マルチパス環境で稼動する(マルチパスを分
解できることによる)能力が本発明のUWB通信システムに付与されているので
ある。
The UWB receiver used in the present invention faces an out-of-sync transceiver clock, an out-of-sync transceiver code, a clock that is not exactly the same frequency or dissociates as a function of time, temperature, and relative position. Will be done. The problem of synchronizing the transceiver clocks is, in short, finding an unknown time delay that corresponds to the maximum value of the correlation. Since the present invention uses a time-modulated signal and a correlation detector, the peak of correlation is a desirable observation point. Since the time-modulated pulse is narrow in time, the peak of the observed correlation is also very narrow. As already observed today, this narrowness gives the UWB communication system of the present invention the ability to operate in a multipath environment (by being able to decompose multipath).

【0194】 時間変調及び符号化パルスシーケンスと相関受信機の使用、並びにマルチパス
の使用と異なるマルチパスを分解する能力により、その他のUWBシステムや狭
帯域システムに比べて全般的に優れた性能を獲得する機会が提供されているので
ある。この改善効果は、複数の信号伝搬路のエネルギーを互いに合成するべく、
複数の信号伝搬路の情報をコヒーレントに合成することによるものと考えられる
The use of time-modulated and coded pulse sequences and correlation receivers, as well as the ability to resolve multipaths different from the use of multipaths, provides overall superior performance over other UWB and narrowband systems. The opportunity to win is provided. The improvement effect is to combine the energies of multiple signal propagation paths with each other.
It is considered that this is due to the coherent synthesis of the information of a plurality of signal propagation paths.

【0195】 (スライディング相関器DLL(遅延ロックループ)) 通常、相関関数全体を単一のシーケンスで実行することはない。即ち、相関関
数の単一期間を形成した後に時系列でスライドさせるのである。従って、スライ
ディング相関器を実現する。このスライディング相関器は、クロックの取得、ク
ロックのトラッキング、データの検出、及び最大信号位置の走査に使用する。こ
の位置は、モバイルアプリケーションなどのように環境内で移動する物体、或い
は送信機と受信機間における動きによって動的に変化する。スライディング相関
器は、異なる相対的な時間遅延における受信信号及びローカル符号の内積を形成
する(信号を乗算(ミキシング)した後に積分する)。
(Sliding Correlator DLL (Delay Locked Loop)) Usually, the entire correlation function is not executed in a single sequence. That is, after forming a single period of the correlation function, the slides are made in time series. Therefore, a sliding correlator is realized. The sliding correlator is used for clock acquisition, clock tracking, data detection, and maximum signal position scanning. This position changes dynamically due to moving objects in the environment, such as mobile applications, or movement between the transmitter and receiver. The sliding correlator forms the dot product of the received signal and the local code at different relative time delays (multiplying the signals and then integrating).

【0196】 クロックを取得する(未知の遅延を判定する)1つの方法は、最大の絶対値を
有する内積を探しつつ符号長によって時間遅延を増分することであり、遅延を選
択したら、内積の符号と大きさをビット検出の統計値として使用する。そして、
クロックのトラッキングは遅延ロックループ(DLL)によって実装される。相
関は対称的であるため、受信機は先行及び遅延の内積間の差を使用して送信クロ
ックをトラッキングすることができ、受信機が同期すると、この差がゼロになる
。さもなければ、タイミングの先行又は遅延に応じて差が正又は負になる。
One way to obtain the clock (determine the unknown delay) is to increment the time delay by the code length while looking for the inner product with the largest absolute value, once the delay is selected, the sign of the inner product And magnitude are used as bit detection statistics. And
Clock tracking is implemented by a delay locked loop (DLL). Since the correlation is symmetric, the receiver can track the transmitted clock using the difference between the lead and delay dot products, and when the receiver is synchronized, this difference will be zero. Otherwise, the difference will be positive or negative depending on the timing advance or delay.

【0197】 (無線周波数干渉) UWBシステムの観点では、都市環境におけるノイズは狭帯域干渉によって支
配される。UWB信号は「時間的に短く」、「周波数的に長い」ため、「時間的
に長く」、「周波数的に短い」従来の狭帯域信号との区別は容易である。図18
は、アレクサンドリアのバージニア研究所における電力スペクトル密度を示して
いる。これらの信号の種類の違いを活用し、RFI(無線周波数干渉)抽出アル
ゴリズムを開発してUWB送信を改善する。図19A及び図19Bは、開発した
RFI抽出アルゴリズムの収集データに対する結果を示している。繰り返しにな
るが、RFI抽出は、ウェーブレットを反転及び時間シフトしたコピーと組み合
わせた送信ウェーブレットに整合するインパルス応答を示す無線フロンドエンド
によって実行することができる。
Radio Frequency Interference From a UWB system perspective, noise in an urban environment is dominated by narrowband interference. Since the UWB signal is “short in time” and “long in frequency”, it is easy to distinguish it from the conventional narrow band signal which is “long in time” and “short in frequency”. FIG.
Shows the power spectral density at the Virginia Research Institute in Alexandria. Taking advantage of these signal type differences, we develop RFI (Radio Frequency Interference) extraction algorithms to improve UWB transmission. 19A and 19B show the results for the collected data of the developed RFI extraction algorithm. Again, RFI extraction can be performed by a radio front end that exhibits an impulse response that matches the transmitted wavelet combined with the inverted and time-shifted copy of the wavelet.

【0198】 図20は、バイフェーズ時間変調UWB信号をバイフェーズ時間変調コヒーレ
ント受信機2001に伝送する本発明によるバイフェーズ超広帯域送信機200
0のブロックダイアグラムである。この送信機2000は、データを受け付け、
エンコーダ2003でデータにソース及びチャネルのエンコーディング処理を実
行する。このエンコーダ2003においては、任意選択で従来のソースエンコー
ディング技術によって生データの冗長性を削減すると共に、無線通信リンクを介
して送信されるデータの信号性能を向上させるためにチャネルエンコーディング
を実行して前方誤り訂正や差分符号化などのその他のソースエンコーディング体
系を実行している。エンコーダ2003の出力は、デジタルエンコーダ2005
に供給され、ここで、エンコーダ2003から供給されたデータを個別のユーザ
ー又はサービス用の特定ユーザーコードでエンコードする長さ及びデジタル符号
が生成される。この長さ及び符号の種類は、例えば、Walsh−Hadamm
urdシーケンスのようなCDMAシステムで使用するものなどの通常の符号で
あってよい。デジタルエンコーダ2005の出力は、バイフェーズウェーブレッ
トセレクタ及びアナログエンコーダ2007に供給される。このセレクタ及びエ
ンコーダ2007は、デジタルエンコーダ2005のそれぞれの出力を特定のア
ナログエンコードされたウェーブレットの時間シーケンスにマッピングする。バ
イフェーズウェーブレットセレクタは、前述の正及び負のガウスウェーブレット
などのウェーブレット候補セットの中から異なるウェーブレットを選択可能であ
る。又、グループ当たりのウェーブレット数が多い信号体系のアレイを使用でき
るよう、更にハイレベルの信号を使用することもできる。アナログエンコーダは
、ウェーブレットセレクタで選択されたバイフェーズウェーブレットを時間的に
分散する。セレクタ及びエンコーダ2007の出力は、先程参照した米国特許出
願第09/563,292号に開示されているものなどの信号の通過フィルタ処
理とクリーニングを実行可能な予備条件付け回路2009に供給された後に、増
幅器2010を介して送信アンテナ2011から送信される。
FIG. 20 shows a bi-phase ultra wideband transmitter 200 according to the present invention for transmitting a bi-phase time modulated UWB signal to a bi-phase time modulated coherent receiver 2001.
It is a block diagram of 0. This transmitter 2000 accepts data,
The encoder 2003 executes a source and channel encoding process on the data. In this encoder 2003, channel encoding is performed forward to optionally reduce the redundancy of raw data by conventional source encoding techniques and to improve the signal performance of data transmitted over a wireless communication link. Performs other source encoding schemes such as error correction and differential encoding. The output of the encoder 2003 is the digital encoder 2005.
And a length and a digital code for encoding the data supplied from the encoder 2003 with a specific user code for an individual user or service are generated. The length and the type of the code are, for example, Walsh-Hadamm.
It may be a conventional code such as those used in CDMA systems such as urd sequences. The output of the digital encoder 2005 is supplied to the biphase wavelet selector and the analog encoder 2007. The selector and encoder 2007 maps each output of the digital encoder 2005 to a particular analog encoded time sequence of wavelets. The bi-phase wavelet selector can select different wavelets from the set of wavelet candidates such as the positive and negative Gaussian wavelets described above. It is also possible to use higher level signals so that an array of signal systems with a large number of wavelets per group can be used. The analog encoder temporally disperses the biphase wavelet selected by the wavelet selector. The output of the selector and encoder 2007, after being provided to a preconditioning circuit 2009 capable of performing pass-filtering and cleaning of signals such as those disclosed in previously referenced US patent application Ser. No. 09 / 563,292, It is transmitted from the transmission antenna 2011 via the amplifier 2010.

【0199】 受信機2001は、送信機2000から超広帯域送信信号2013を受信する
。アンテナ2013(前述のアンテナのいずれかであってよい)で受信したエネ
ルギーは、低雑音増幅器2015を介して無線周波数干渉RFI抽出器2017
に印加される。このRFI抽出器は、相関及び検出処理の実行に先立ち、狭帯域
ノイズの影響を軽減する。そして、RFI抽出器2017の出力はnアームを含
むRAKE2021に供給される。このRAKEは、シンクロナイザ2019か
ら同期情報を受信し、出力を相関器2025に供給する。そして、相関器202
5においてRAKE2021の出力をバイフェーズウェーブレット生成器202
3と関連付けることによって相関受信が提供される。相関のピークを検出すると
出力が検出器2027に供給され、個別のシンボルが識別された後に、復号器2
029を介して出力される。RAKE2021は、受信したマルチパスの成分ご
とに少なくとも1つのアームと、マルチパス成分の最適セットを適応的に選択す
るための任意選択のサーチチャネルを含んでいる。
The receiver 2001 receives the ultra wideband transmission signal 2013 from the transmitter 2000. The energy received at antenna 2013 (which may be any of the antennas described above) is passed through low noise amplifier 2015 to radio frequency interference RFI extractor 2017.
Applied to. This RFI extractor reduces the effects of narrow band noise prior to performing the correlation and detection processing. Then, the output of the RFI extractor 2017 is supplied to the RAKE 2021 including the n-arm. This RAKE receives the synchronization information from the synchronizer 2019 and supplies its output to the correlator 2025. Then, the correlator 202
5 outputs the output of RAKE 2021 to the biphase wavelet generator 202.
Correlation reception is provided by associating with 3. The output is provided to the detector 2027 upon detection of the peak of the correlation, and after the individual symbols have been identified, the decoder 2
It is output via 029. RAKE 2021 includes at least one arm for each received multipath component and an optional search channel for adaptively selecting an optimal set of multipath components.

【0200】 送信機2000のブロックダイアグラムが図1に示されている。この送信機の
機能は、前述の式(36)(再度、次に示す)の波形を生成することである。
A block diagram of transmitter 2000 is shown in FIG. The function of this transmitter is to generate the waveform of equation (36) above (again, shown below).

【0201】[0201]

【数32】 (38)[Equation 32] (38)

【0202】 この式では、送信波形は、符号h(t)を備えるデータストリームd(t)と
基礎をなすパルスs(t)の畳み込みとして定義されている。
In this equation, the transmitted waveform is defined as the convolution of the underlying pulse s (t) with the data stream d (t) with the code h (t).

【0203】 送信機は、データ入力115からデータを受信する。数学的に2値データd(
t)は、kでインデックス付けされたデータビットごとに1つの等間隔のインパ
ルスストリームで表現される。図23は、データビット当たり1つの正及び負方
向のインパルスとしてのデータdk=[1,0,1,1,0,1,0]の例であ
り、{0,1}→{−1,1}というマッピングが施されている。
The transmitter receives data from the data input 115. Mathematically binary data d (
t) is represented by an equidistant impulse stream, one for each data bit indexed by k. FIG. 23 is an example of data d k = [1,0,1,1,0,1,0] as one positive and negative direction impulse per data bit, {0,1} → {−1. , 1} is applied.

【0204】 本実施例においては、データに対して2つの条件が設定されている。第1の条
件は、データが事前に白色化されている(即ち、関連付けられないようにスクラ
ンブルされている)というものである。これは、スペクトルが公称的に平ら(即
ち、白色)になるようにデータを処理済みであることを意味している。この制約
を課す理由は、畳み込み定理によって送信信号(38)のスペクトルが、次のよ
うにパルスS(ω)、符号H(ω)、及びデータD(ω)の積であるためである
In this embodiment, two conditions are set for the data. The first condition is that the data has been previously whitened (ie scrambled so that it is not associated). This means that the data has been processed so that the spectrum is nominally flat (ie white). The reason for imposing this constraint is that the spectrum of the transmission signal (38) is a product of the pulse S (ω), the code H (ω), and the data D (ω) by the convolution theorem as follows.

【0205】 X(ω)=D(ω)H(ω)S(ω) (39)[0205] X (ω) = D (ω) H (ω) S (ω) (39)

【0206】 符号とパルスはいずれもH(ω)及びS(ω)がシステムの帯域幅にわたって
公称的に平らになるように送信機で生成されるため、出力のスペクトルはデータ
のスペクトルと似ている。即ち、データが、あるインターバルにわたって白色で
あれば、出力もそのインターバルにわたって白色になる。例えば、すべてが1の
ようにデータが一定であれば、d(t)は定期的な単位インパルスTcの行列に
なり、この結果、fc=l/Tcによって間隔を置いた周波数ビンにおけるライン
スペクトルになり、すべての送信エネルギーがfcの倍数に集中し、それらの周
波数の狭帯域ユーザーと干渉する結果になることを考慮されたい。
Both the code and the pulse are generated at the transmitter such that H (ω) and S (ω) are nominally flat over the bandwidth of the system, so the spectrum of the output is similar to that of the data. There is. That is, if the data is white for an interval, the output will also be white for the interval. If the data are constant, eg all ones, then d (t) will be a matrix of periodic unit impulses T c , so that in frequency bins spaced by f c = l / T c Consider that it results in a line spectrum and all transmitted energy is concentrated in multiples of f c , resulting in interference with narrow band users at those frequencies.

【0207】 図21を参照すれば、データ入力115からのデータに対し、このデータスク
ランブル処理を白色化エンコーダ117が適用している。又、この段階で、イン
ターリービング、Reed−Solomonブロック符号、及び畳み込み符号の
組み合わせなどの前方誤り訂正(FEC)を適用することもできる。尚、FEC
については、1983年にプレンティスホール(Prentice-Hall)社から発行さ
れたS.リン(S. Lin)及びD.コステロ・ジュニア(D. Costello, Jr.)著「
誤り制御の符号化:基礎と応用(Error Control Coding: Fundamentals and App
lications)」(ISBN 0-13-283796-X)及び1988年にプレンティスホール(P
rentice-Hall)社から発行されたB.スクラー(B. Sklar)著「デジタル通信(Di
gital Communication)」(ISBN 0-13-211939-0)など、多数の書籍が入手可能
であり、本引用により、これら両書の内容のすべてが本明細書に包含される。
Referring to FIG. 21, the whitening encoder 117 applies this data scrambling process to the data from the data input 115. In addition, forward error correction (FEC) such as a combination of interleaving, Reed-Solomon block code, and convolutional code can be applied at this stage. In addition, FEC
S. was published by Prentice-Hall in 1983. S. Lin and D.L. Costello, Jr. "
Error Control Coding: Fundamentals and App
(ISBN 0-13-283796-X) and Prentice Hall (P) in 1988.
B. Sklar, published by rentice-Hall) "Digital Communications (Di
gital communication) "(ISBN 0-13-211939-0), and the contents of both of these books are incorporated herein by reference.

【0208】 第2の条件は、データをエンコーダ119によって差分符号化するということ
である。この制約を課す理由は、送信波形か環境によって任意に反転可能である
ためである。この結果、受信機は、反転又は非反転ウェーブレットのいずれが送
信されたのかはわからないが、2つのウェーブレットが同じであるか正反対であ
るかはわかり、差分符号化により、受信機は隣接パルスとの関連でデータを回復
できるのである。送信に先立ってデータを差分符号化することにより、パルス符
号の生成に位相情報とパルス位置(2つの自由度)を利用できるようになる。
The second condition is that the encoder 119 differentially encodes the data. The reason for imposing this restriction is that it can be arbitrarily inverted depending on the transmission waveform or environment. As a result, the receiver does not know whether the inverted or non-inverted wavelet was transmitted, but it knows if the two wavelets are the same or the opposite, and differential coding allows the receiver to distinguish between adjacent pulses. You can recover the data in a related way. By differentially encoding the data prior to transmission, the phase information and pulse position (two degrees of freedom) can be used to generate the pulse code.

【0209】 本実施例においては、データは、搬送波の変調ではなく、符号のバイフェーズ
変調によって送信される。符号生成器111は、デジタル符号を表す擬似ランダ
ムビットの循環的なストリームを生成する。サイクルが繰り返すごとに同期信号
112が差分エンコーダ119をトリガし、この結果、ライン120のデータ変
調が整合する。排他ORゲート114は113上のデジタル符号を変調し、ライ
ン121上に変調符号シーケンスを生成する。ロードポート131から異なるシ
ード変数を入力し、ユーザー固有の符号を生成することができる。
In this embodiment, the data is transmitted by the bi-phase modulation of the code, not the modulation of the carrier. The code generator 111 generates a circular stream of pseudo-random bits representing a digital code. Each cycle the sync signal 112 triggers the differential encoder 119 so that the data modulation on line 120 is aligned. Exclusive-OR gate 114 modulates the digital code on 113 and produces a modulation code sequence on line 121. Different seed variables can be input from the load port 131 to generate a user-specific code.

【0210】 図22は、変調能力を有する回路の別のブロックダイアグラムを示している。
これらの回路は、次のようにパルス波形から独立してデータ変調された符号を生
成する。
FIG. 22 shows another block diagram of a circuit having modulation capability.
These circuits generate a data modulated code independent of the pulse waveform as follows.

【0211】[0211]

【数33】 (40)[Expression 33] (40)

【0212】 この式は、データストリームのビットdkごとにパルス符号h(t)を生成し
た後に、符号全体にdkを乗算することを示している。この効果は、dkがそれぞ
れ−1又は1であることにより、符号h(t)を反転させたり反転させなかった
りすることである。これらの符号生成及び変調の大部分はデジタル的に処理され
ており、ASIC、或いはCPU上に実装したソフトウェアによるプロセスで実
装可能である。これらの回路では、モジュロ2加算(否定排他的論理和)で従来
の乗算を置換し、{1,−1}は{1.0}にマッピングされる。図23は、符
号シンボル間にTc(又はTn)の時間間隔を有するデータストリームを示してい
る。
This equation shows that after generating the pulse code h (t) for each bit d k of the data stream, the entire code is multiplied by d k . The effect is to invert or not invert the code h (t) because d k is −1 or 1, respectively. Most of these code generation and modulation are processed digitally, and can be implemented by a process by software installed on an ASIC or CPU. In these circuits, modulo 2 addition (negative exclusive OR) replaces conventional multiplication and {1, -1} is mapped to {1.0}. FIG. 23 shows a data stream having a time interval of T c (or T n ) between code symbols.

【0213】 デジタル符号の係数hnは、符号の開始から時間Tnのところに発生する1及び
0の2値シーケンスである。サンプルの7長さ符号が図24に示されている。こ
の場合の係数は、Tp秒離れた等間隔であり、従ってTn=nTpである。図2
5は、式(40)を図23及び図24のデータ及び符号に適用した結果のデータ
変調符号を示している。
The coefficient h n of the digital code is a binary sequence of 1s and 0s occurring at time T n from the start of the code. A sample 7-length code is shown in FIG. The coefficients in this case are evenly spaced Tp seconds apart, so Tn = nTp. Figure 2
5 shows a data modulation code as a result of applying the equation (40) to the data and code in FIGS. 23 and 24.

【0214】 図22のブロックダイアグラムと式(40)を参照すれば、符号係数がメモリ
40に保存され、カウンタ30によってアドレス指定される。このカウンタ30
は符号インデックスnを生成し、0からNc−1まで計数するが、これはクロッ
クパルス2に続くコードの長さである。カウンタ30は、Tn秒の間隔で符号の
係数ごとに1回ずつ増分される。そして、カウンタの毎回の増分時に、対応する
係数がメモリからライン13に放出される。
Referring to the block diagram of FIG. 22 and equation (40), the code coefficients are stored in memory 40 and addressed by counter 30. This counter 30
Produces a code index n and counts from 0 to Nc-1, which is the length of the code following clock pulse 2. Counter 30 is incremented once for each coefficient of code at intervals of T n seconds. Then, each time the counter is incremented, the corresponding coefficient is ejected from the memory on line 13.

【0215】 式(40)では、1符合語が各データビットに適用される。これらの符号語は
、並直列変換レジスタ10及びワードカウンタ42によって同期化される。単一
符号語の計数を完了すると、カウンタ30は、どの信号レジスタ10が1ビット
を出力するのかをライン41にアサートする。アサートされると、ライン41も
、シフトアウトされたデータビットの計数を進めるようワードカウンタ42に対
して信号を送る。このカウンタは、(白色化及び差分符号化された)データ語の
ビット単位の幅Npまで計数するようにプログラムされている。このカウンタは
、Nl回進むと、どの信号レジスタ10が別のデータ語をロードするかをライン
12にアサートする。例えば、線形フィードバックシフトレジスタによって稼動
中に符号係数を演算することも可能である。
In equation (40), one codeword is applied to each data bit. These code words are synchronized by the parallel-serial conversion register 10 and the word counter 42. Upon completion of counting a single codeword, counter 30 asserts on line 41 which signal register 10 outputs one bit. When asserted, line 41 also signals the word counter 42 to advance the counting of shifted out data bits. This counter is programmed to count up to the bitwise width N p of the (whitened and differentially encoded) data word. This counter asserts on line 12 which signal register 10 will load another data word after N l advancements. For example, it is possible to calculate the code coefficient during operation by a linear feedback shift register.

【0216】 図21を再び参照すれば、符号係数とデータビットが排他的論理和(XOR)
ゲート114に提示され、符号変調されたデータy(t)が生成されてライン1
21上のパルス形成ネットワークに提示される。スイッチ107はライン121
の変調符号に応答し、選択的に正(非反転)又は負(反転)のウェーブレットを
108上に出力する。正のウェーブレット生成器103と負のウェーブレット生
成器104が送信クロック信号102に応答してウェーブレットを生成し、出力
をライン105及び106上にそれぞれ供給する。このウェーブレット形状は、
ライン132を介して外部制御ロジックによって選択される。
Referring to FIG. 21 again, the code coefficient and the data bit are exclusive OR (XOR).
The code-modulated data y (t) presented to gate 114 is generated to produce line 1
21 is presented in the pulse forming network. Switch 107 is line 121
In response to the modulation code of, the positive (non-inverted) or negative (inverted) wavelet is selectively output on 108. Positive wavelet generator 103 and negative wavelet generator 104 generate wavelets in response to transmit clock signal 102 and provide outputs on lines 105 and 106, respectively. This wavelet shape is
Selected by external control logic via line 132.

【0217】 ショートパルスを生成する回路としては、アバランシェ・トランジスタ、くし
形フィルタ回路のステップリカバリダイオード(SRD)、及び高速の個別ロジ
ックとトランジスタが含まれる。本発明による実施例においては、個別のロジッ
クゲートと受動遅延ラインから構成された回路を使用してショートパルスを生成
している。図26は、ガウスの1次導関数を近似するウェーブレットを生成する
差動ECL実装の概略図であり、図27は、図26に対応するタイミング図であ
る。
Circuits that generate short pulses include avalanche transistors, step recovery diodes (SRDs) in comb filter circuits, and high speed discrete logic and transistors. In an embodiment according to the present invention, a circuit consisting of individual logic gates and passive delay lines is used to generate short pulses. 26 is a schematic diagram of a differential ECL implementation for generating wavelets approximating a Gaussian first derivative, and FIG. 27 is a timing diagram corresponding to FIG.

【0218】 図26は、ウェーブレット生成回路の差動ECL実装を示している。クロック
300は、ライン302及び303を介してクロックパルスをバッファ304及
び反転バッファ306に供給する。そして、それぞれのバッファ304及び30
6は、クロックパルスをそれぞれ遅延ライン310及び308を介して渡す。遅
延ライン308はライン310よりも長い遅延効果(X)を有している。これら
の遅延ラインからの出力はライン312及び314を介してANDゲート316
に供給される。このANDゲートの出力は、ライン318を介してバッファ32
0及び反転バッファ322の第2のセットに供給され、遅延ライン310及び3
08と同一の遅延(任意選択)を有する更なる遅延ラインセット324に渡され
る。この遅延ラインの各出力は、非反転及び反転バージョンをそのカウンターパ
ートと共にバッファ332、334、及び336を介して供給するよう、分割さ
れる。そして、それぞれのバッファの出力は、ライン340、342、129、
及び346を介して加算回路348及び350に供給される。
FIG. 26 shows a differential ECL implementation of a wavelet generation circuit. Clock 300 provides clock pulses to buffer 304 and inverting buffer 306 via lines 302 and 303. And the respective buffers 304 and 30
6 passes clock pulses through delay lines 310 and 308, respectively. Delay line 308 has a longer delay effect (X) than line 310. The outputs from these delay lines are coupled to AND gate 316 via lines 312 and 314.
Is supplied to. The output of this AND gate is output to the buffer 32 via line 318.
0 and a second set of inverting buffers 322 to provide delay lines 310 and 3
It is passed to a further delay line set 324 with the same delay (optional) as 08. Each output of this delay line is split to provide non-inverting and inverting versions along with its counterparts via buffers 332, 334, and 336. The outputs of the respective buffers are the lines 340, 342, 129,
And 346 to adder circuits 348 and 350.

【0219】 各ライン340、342、129、及び346は、図27に示すパルス360
などの個別パルスの正方向又は負方向の半分である異なる構成要素を供給する。
そして、加算回路348及び350の出力は、それぞれライン352及び354
を介してスイッチ356に供給される。制御回路358は、スイッチ356が第
1の設定のときに所定位相「0」のバイフェーズ波形を供給し、スイッチが反対
の状況である「1」になったときには、その反対のバイフェーズウェーブレット
を供給するよう、加算回路348及び350の出力を切り換える切換処理を実行
する。図28は図26に対応しており、700、702、704、706、71
0、711、712、714、716、107、726、722、720、72
4、728、734、748、750、752、756、758、759、76
0、762、777、776、774、772、770、768、766、76
4、778、780、781、782、786、784、及び788の各要素は
、図26に示す同様の構造に対応している。しかしながら、図示のごとく、4つ
のチャネルが実装されており、スイッチ736、738、及び737による異な
る入力信号の切り換えに使用する形状セレクタ・ライン739も含まれている。
このようにスイッチを制御することにより、異なるパルス形状を使用できるよう
になり、多相信号やM−ary信号を使用することができる。
Each line 340, 342, 129, and 346 has a pulse 360 shown in FIG.
, Etc. to provide different components that are positive or negative halves of individual pulses such as.
The outputs of the adder circuits 348 and 350 are the lines 352 and 354, respectively.
Is supplied to the switch 356 via. In the control circuit 358, the switch 356 is the first
Adder circuits 348 and 350 are provided to supply a biphase waveform of a predetermined phase "0" when set to 1 and to supply the opposite biphase wavelet when the switch is in the opposite situation of "1". The switching process for switching the output of is executed. FIG. 28 corresponds to FIG. 26 and includes 700, 702, 704, 706, 71.
0, 711, 712, 714, 716, 107, 726, 722, 720, 72
4, 728, 734, 748, 750, 752, 756, 758, 759, 76
0, 762, 777, 776, 774, 772, 770, 768, 766, 76
Each element of 4, 778, 780, 781, 782, 786, 784, and 788 corresponds to a similar structure shown in FIG. However, as shown, four channels are implemented and also include a shape selector line 739 used to switch different input signals with switches 736, 738, and 737.
By controlling the switches in this way, different pulse shapes can be used and polyphase signals and M-ary signals can be used.

【0220】 図29Aは、ガウスの2次導関数を生成するべくスイッチを選択した図28の
タイミング図を示している。スイッチ784は、786のデータ変調符号によっ
て送信ウェーブレットの極性を選択する。スイッチ736、738、及び737
(図28)は、ガウスの0次、1次、又は2次導関数を選択するように駆動され
る。図28のブロックダイアグラムにおいて、信号2は異なるライン長によって
遅延されANDゲート106のポート104及び105に入力される。図27及
び図29Aに示されているタイミング図は、分かりやすくするために理想的な波
形を示しているが、デバイスの実際の上昇及び降下時間によって図示の「フィル
タ処理」された出力波形は生成される。通常、送信機と受信機の波形関数は同一
ではなく、受信機で使用するウェーブレット形状は、普通、送信機において使用
する形状の導関数又はヒルベルト変換になっている。
FIG. 29A shows the timing diagram of FIG. 28 with the switches selected to produce the Gaussian second derivative. The switch 784 selects the polarity of the transmission wavelet according to the data modulation code of 786. Switches 736, 738, and 737
(FIG. 28) is driven to select the 0th, 1st, or 2nd derivative of Gauss. In the block diagram of FIG. 28, signal 2 is delayed by different line lengths and input to ports 104 and 105 of AND gate 106. The timing diagrams shown in Figures 27 and 29A show ideal waveforms for clarity, but the actual "rise and fall" time of the device produces the illustrated "filtered" output waveform. To be done. Usually, the transmitter and receiver waveform functions are not the same, and the wavelet shape used in the receiver is usually the derivative or Hilbert transform of the shape used in the transmitter.

【0221】 本発明の特徴は、符号を連結する能力であり、技術の異なる2つの符号を実装
することができる。図21を参照すれば、アナログ符号生成器109は広帯域マ
イクロ波部品で実装されており、これには半導体技術の制約は存在しない(但し
、半導体の実施例を使用することも可能である)。従って、本発明による送信機
は、デジタル部及びアナログ部の両方からなる符号を生成することができる。デ
ジタル符号hd(t)及びアナログ符号ha(t)は次の式によって与えられる。
A feature of the present invention is the ability to concatenate codes, and it is possible to implement two codes of different technologies. Referring to FIG. 21, the analog code generator 109 is implemented with a wideband microwave component, which does not have semiconductor technology limitations (although it is possible to use a semiconductor embodiment). Therefore, the transmitter according to the invention is able to generate codes consisting of both digital and analog parts. The digital code h d (t) and the analog code h a (t) are given by the following equations.

【0222】[0222]

【数34】 (41)[Equation 34] (41)

【0223】 式(40)を定式化する効果は、h(t)を次のように結合符号で置換するこ
とである。
The effect of formulating equation (40) is to replace h (t) with a coupling code as follows.

【0224】[0224]

【数35】 (42)[Equation 35] (42)

【0225】 本システムは、デジタル符号のみ又はアナログ符号のみで稼動させることがで
きる。アナログ符号の目的は、デジタル的に都合よく処理可能なパルスが高速に
発生する波形を生成することである。このアナログ符号のレプリカにより、デジ
タル的に生成された符号の各パルスを高精細の時間スケールで置換する。このア
ナログ部分に適する符号としては、Barker符号のように自己相関サイドロ
ーブが低いものである。この理由は、結合符号のサイドローブ構造にコンポーネ
ント符号のメイン及びサイドローブのすべての組み合わせが格納されるためであ
る。一方、デジタル符号から直接ウェーブレットを生成可能な回路を使用する場
合は、アナログ符号は不要であり、図29Bは、そのような回路を示している。
The system can be operated with digital code only or analog code only. The purpose of the analog code is to produce a waveform with rapidly occurring pulses that can be conveniently processed digitally. The replica of the analog code replaces each pulse of the digitally generated code on a high-definition time scale. A code suitable for this analog part has a low autocorrelation side lobe like the Barker code. The reason for this is that the sidelobe structure of the joint code stores all combinations of main and sidelobes of the component code. On the other hand, if a circuit that can directly generate a wavelet from a digital code is used, the analog code is unnecessary, and FIG. 29B shows such a circuit.

【0226】 図29Bは、模範的な直接パルス形成集積回路2900のブロックダイアグラ
ムである。この集積回路の一実施例はCMOSであり、パルス形成集積回路29
00は、区分的に連続した出力波形をクロックパルスレートの所定の倍数又は分
数で生成する。この集積回路に入力されたデータは、内蔵されている反転制御回
路2902に供給される。この反転制御回路2902は、個別のロジックゲート
として実装してもよい。N符号チップのユーザー固有の符号シーケンスが「符号
入力」ピンに入力される。このN符号チップはレジスタ2901にバッファ処理
され、クロックレート(の倍数又は分数)に比例したレートでレジスタ2901
からクロック出力される。一実施例においては、事前選択可能な数の符号チップ
をデータに対して適用する(これは、所定数のデータビットをウェーブレットに
設定するためである)。
FIG. 29B is a block diagram of an exemplary direct pulse forming integrated circuit 2900. One example of this integrated circuit is CMOS, and pulse forming integrated circuit 29
00 generates a piecewise continuous output waveform at a predetermined multiple or fraction of the clock pulse rate. The data input to this integrated circuit is supplied to the built-in inversion control circuit 2902. The inversion control circuit 2902 may be implemented as a separate logic gate. A user-specific code sequence of N code chips is input to the "code input" pin. This N code chip is buffered in the register 2901 and is registered in the register 2901 at a rate proportional to the clock rate (multiple or fraction thereof).
Is output from the clock. In one embodiment, a preselectable number of code chips is applied to the data (to set a predetermined number of data bits in the wavelet).

【0227】 データ及びレジスタ2901の出力は反転制御デバイス2902に印加され、
データビットが第1ロジック状態にある場合は符号シーケンスが反転され、デー
タビットが第2ロジック状態にある場合には符号シーケンスがそのままパスされ
る。マルチレベルのウェーブレットを使用する場合は(例えば、Nセットの中か
ら選択されたウェーブレット(Nは3以上の数))、隣接ビットのデータによっ
て送信ウェーブレットを選択することができる。本発明では、(反転又は非反転
)符号シーケンスが区分的に連続したウェーブレット生成器2903に印加され
、ここで、ロジック回路内のロジック遷移エッジを使用して反転制御回路290
2から供給されたロジックレベルパルスに対応するウェーブレットが生成される
。本実施例の実装は電力スペクトル密度が制限された環境で稼動するため、出力
ピン2904の低CMOS電圧レベルをアンテナ2905に直接供給することが
できる。
The data and output of register 2901 is applied to inversion control device 2902,
If the data bit is in the first logic state, the code sequence is inverted, and if the data bit is in the second logic state, the code sequence is passed as is. When using a multi-level wavelet (for example, a wavelet selected from N sets (N is a number of 3 or more)), a transmission wavelet can be selected by data of adjacent bits. In the present invention, a (inverted or non-inverted) code sequence is applied to a piecewise continuous wavelet generator 2903, where a logic transition edge in the logic circuit is used to invert control circuit 290.
A wavelet corresponding to the logic level pulse supplied from 2 is generated. Since the implementation of this embodiment operates in a limited power spectral density environment, the low CMOS voltage level on output pin 2904 can be directly supplied to antenna 2905.

【0228】 図30は、アナログ符号を生成する回路の概略ブロックダイアグラムを示して
いる。この図30のアナログ符号生成器には、図示のごとく、コンバイナ101
6及び1020と、これらに4つの個別ライン1004、1006、1008、
及び1010を提供する1:4スプリッタ1016と、これに供給される入力1
00が含まれている。コンバイナの出力1040は、図31に示すように、3つ
のパルスを供給し、コンバイナ1020の出力は、ライン1012に単一のパル
スを供給する。加算回路1060の非反転及び反転入力によってそれぞれの信号
が合成され、合成信号としてライン1080に4つのパルスが供給されるが、図
31に示すように3番目のパルスは反転パルスである。
FIG. 30 shows a schematic block diagram of a circuit for generating an analog code. The analog code generator of FIG. 30 includes a combiner 101 as shown in the drawing.
6 and 1020 with four individual lines 1004, 1006, 1008,
And 1010 to provide a 1: 4 splitter 1016 and an input 1 supplied to it.
00 is included. The combiner output 1040 provides three pulses, as shown in FIG. 31, and the combiner 1020 output provides a single pulse on line 1012. The respective signals are synthesized by the non-inverting and inverting inputs of the adder circuit 1060, and four pulses are supplied to the line 1080 as a synthesized signal. As shown in FIG. 31, the third pulse is an inverting pulse.

【0229】 図31は、図30に関連するタイミング図である。信号1000のデジタル変
調ウェーブレットパルス符号がスプリッタ1002に入力される。本発明の実装
では受動電力スプリッタを使用しているが、この代わりにコスト、サイズ、電力
に応じて抵抗分割器や能動ネットワークなども使用可能である。電力スプリッタ
出力1004〜1010のライン長L1〜L4を選択し、パルスを時間的に遅延さ
せる。図の(b)の遅延Tnを生成するために必要なライン長は次のとおりであ
る。
FIG. 31 is a timing diagram related to FIG. The digitally modulated wavelet pulse code of signal 1000 is input to splitter 1002. Although the implementation of the present invention uses a passive power splitter, a resistive divider, active network, etc. could be used instead, depending on cost, size and power. Select line length L 1 ~L 4 power splitter output from 1004 to 1010, temporally delaying the pulse. The line length required to generate the delay T n in (b) of the figure is as follows.

【0230】 Ln=nεrd、 n=1,...,4L n = nε r T d , n = 1 ,. . . , 4

【0231】 ここで、εrは媒体内の伝播速度であり、Tdの倍数の遅延が必要であった。通
常、遅延は公倍数に制限されない。反転されない時間スロット内のすべてのパル
スは電力コンバイナ1016内で加算され、反転される時間スロット内のすべて
のパルスは電力コンバイナ1020内で加算される。そして、反転されるパルス
がハイブリッド1060によって非反転セットから減算され、その差が信号ライ
ン1080に出力される。
Here, ε r is the propagation velocity in the medium, and requires a delay that is a multiple of T d . Delays are usually not limited to common multiples. All pulses in non-inverted time slots are added in power combiner 1016, and all pulses in inverted time slots are added in power combiner 1020. The inverted pulse is then subtracted from the non-inverted set by hybrid 1060 and the difference is output on signal line 1080.

【0232】 図21を再び参照すれば、最終的な増幅及び送信の前に信号をフィルタ122
で帯域通過フィルタ処理し、受信機の稼動帯域外の周波数帯エネルギーを抑制す
ることも可能である。又、出力信号をフィルタ124でノッチフィルタ処理し、
その他の狭帯域信号エネルギーを必要に応じて除去することもできる。尚、出力
スペクトル内にノッチを生成するためのもう1つの方法は、望ましくない周波数
がパルス符号p(t)=s(t)*h(t)で減衰するよう、符号h(t)を構
成することである。アンテナ128が増幅器126によって駆動され、ウェーブ
レットシーケンスをブロードキャストする。
Referring again to FIG. 21, the signal is filtered 122 before final amplification and transmission.
It is also possible to suppress the frequency band energy outside the operating band of the receiver by performing band pass filter processing at. Further, the output signal is subjected to notch filter processing by the filter 124,
Other narrow band signal energies can be removed if desired. It should be noted that another way to generate a notch in the output spectrum is to configure the code h (t) so that the unwanted frequencies are attenuated by the pulse code p (t) = s (t) * h (t). It is to be. Antenna 128 is driven by amplifier 126 and broadcasts the wavelet sequence.

【0233】 図32は、カプラーとプリント回路基板上に送信ラインを実装可能にする格子
構造を使用するプログラム可能な分散アナログ符号の実施例を示している。ライ
ン長は、2値長さ式に準拠して最小化されている。
FIG. 32 shows an example of a programmable distributed analog code using a grating structure that allows the transmission lines to be implemented on a coupler and a printed circuit board. The line length is minimized according to the binary length formula.

【0234】 図33は、プログラム可能な極性を得るべく、ハイブリッドカプラの代わりに
反転増幅器を使用するプログラム可能な分散アナログ符号の実施例を示している
FIG. 33 shows an example of a programmable distributed analog code that uses an inverting amplifier instead of a hybrid coupler to obtain programmable polarity.

【0235】 図34は、モノリシック集積回路内に内蔵するのに適したタップ付き送信ライ
ンと能動ネットワークを使用するプログラム可能な分散アナログ符号の実施例を
示している。
FIG. 34 shows an example of a programmable distributed analog code using a tapped transmission line and active network suitable for embedding in a monolithic integrated circuit.

【0236】 図35は、同一の分散アナログ符号ハードウェアメカニズム924を共有する
トランシーバの実施例において、分散アナログ符号構造が双方向である場合に、
送信機と受信機間で共通アンテナを切り換える実施例を示している。この機能は
、プログラム可能な分散アナログ符号構造内に増幅器を埋め込む場合に有用であ
る。
FIG. 35 illustrates an embodiment of a transceiver sharing the same distributed analog code hardware mechanism 924, where the distributed analog code structure is bidirectional.
7 illustrates an embodiment in which a common antenna is switched between a transmitter and a receiver. This feature is useful when embedding an amplifier within a programmable distributed analog code structure.

【0237】 次に受信機部分に目を転じれば、受信機は、図36及び図37のブロックダイ
アグラムの2つの受信機の実施例に示すように、ショートパルス波形を収容する
ためのスライディング相関器遅延ロックループを実装している。これら2つの受
信機の違いは、アナログ符号を挿入する位置である。即ち、図36の場合には、
アナログ符号はミキサー/乗算器相関器の「LO」に入るウェーブレットシーケ
ンスに作用しており、図37の場合には、アナログ符号は圧縮マッチドフィルタ
として使用されている。送信機内のアナログ符号は単一パルスをパルスシーケン
スに拡散するが、受信側のアナログ符号は、その逆、即ち、パルスシーケンスを
単一パルスに圧縮する。
Turning now to the receiver part, the receiver is shown to have a sliding correlation for accommodating short pulse waveforms as shown in the two receiver embodiments of the block diagrams of FIGS. 36 and 37. Implements an instrument delay lock loop. The difference between these two receivers is the position where the analog code is inserted. That is, in the case of FIG. 36,
The analog code acts on the wavelet sequence entering the "LO" of the mixer / multiplier correlator, and in the case of Figure 37 the analog code is used as a compression matched filter. The analog code in the transmitter spreads a single pulse into a pulse sequence, whereas the analog code on the receiving side does the opposite, ie compresses the pulse sequence into a single pulse.

【0238】 本受信機は、(1)取得、並びに(2)トラッキング及び検出、という2つの
メイン動作モードを有している。以下に、本システムに実装されているスライデ
ィング相関器DLLについて説明する。
This receiver has two main operation modes: (1) acquisition and (2) tracking and detection. The sliding correlator DLL implemented in this system will be described below.

【0239】 図36は、本発明において使用する受信機のアーキテクチャである。この受信
機は、例えば、図21の送信機と共に単一の装置に収容してトランシーバ機能を
実装してもよい。まず、受信信号は、図示の平面アンテナ200を介して受信す
る。このアンテナは、前述の米国特許出願第09/563,292号に開示され
ている種類のものであってよい。アンテナ200のエネルギーは、図示のごとく
、取得・トラッキング・検出・RFI・AGC・制御回路203から自動利得制
御(AGC)ライン202を介して調整信号を受信する低雑音増幅器201に供
給される。この増幅器201の出力信号は、受信機の通過帯域から狭帯域干渉を
除去するRFI抽出回路203に供給される。この対象となる干渉は、携帯電話
送信やオフィス又は家庭環境内部の無線通信などの狭帯域干渉である。そして、
この出力信号がライン204を介してスプリッタ205に供給される。RFI抽
出回路203に続くこのスプリッタは、信号の個別部分を生成するものであり、
ライン206からダイオード209及びライン207を介してコンデンサ208
で短絡された受信信号用の1つの経路が設けられている。この信号は、取得・ト
ラッキング・RFI・AGC制御回路234に供給される前にA/Dコンバータ
236によってデジタル化されるRF−AGCラインとして機能している。制御
回路234は、ライン202によってLNA201のフロントエンド利得を調整
するために、受信信号の大きさと信号に関連するその他の一時的及び統計的な特
性を識別する。
FIG. 36 is a receiver architecture used in the present invention. This receiver may be housed in a single device together with the transmitter of FIG. 21, for example, to implement the transceiver function. First, the received signal is received via the illustrated planar antenna 200. This antenna may be of the type disclosed in the aforementioned US patent application Ser. No. 09 / 563,292. The energy of the antenna 200 is supplied to a low noise amplifier 201 which receives an adjustment signal from an acquisition / tracking / detection / RFI / AGC / control circuit 203 via an automatic gain control (AGC) line 202 as shown. The output signal of the amplifier 201 is supplied to the RFI extraction circuit 203 which removes narrow band interference from the pass band of the receiver. The interference of interest is narrowband interference such as mobile phone transmissions and wireless communications within office or home environments. And
This output signal is supplied to splitter 205 via line 204. This splitter, which follows the RFI extraction circuit 203, produces the individual parts of the signal,
Capacitor 208 from line 206 via diode 209 and line 207
There is one path for the received signal shorted at. This signal functions as an RF-AGC line digitized by the A / D converter 236 before being supplied to the acquisition / tracking / RFI / AGC control circuit 234. The control circuit 234 identifies the magnitude of the received signal and other temporal and statistical characteristics associated with the signal in order to adjust the front end gain of the LNA 201 via line 202.

【0240】 個別の遅延ライン210、211、212、及びスプリッタ259からの関連
ライン219〜221内のミキサー213〜215は、図38に示す遅延ライン
310〜312及びミキサー320、392、及び390と対応しており、これ
については後述する。それぞれのミキサー213〜215の出力は、信号をライ
ン223〜225を介して積分・ダンプ回路226〜228に供給する増幅器2
16〜218に供給される。積分・ダンプ回路226〜228は、制御ライン2
60を介し、図示のごとく、同期ロード符号/長さNデジタル符号メカニズム2
45を介して制御信号を受信する積分・ダンプタイミング回路229からタイミ
ング信号を受信する。積分・ダンプ回路の出力は、A/Dコンバータ230〜2
32によってデジタル化され、無線UWBチャネルを介して送信された異なるシ
ンボルを検出するために取得・トラッキング・検出・RFI・AGC制御回路2
34に供給される。そして、取得・トラッキング・検出・RFI・AGC制御回
路234の出力ポートから検出データが復号器237に供給され、差分復号され
た後に、I/O回路239内のデータ白色化FEC復号器238で処理されて出
力データ240として出力される。
The individual delay lines 210, 211, 212 and the mixers 213-215 in the associated lines 219-221 from the splitter 259 correspond to the delay lines 310-312 and mixers 320, 392, 390 shown in FIG. This will be described later. The outputs of the respective mixers 213 to 215 are amplifiers 2 which feed the signals via lines 223 to 225 to integration and dump circuits 226 to 228.
16-218. The integration / dump circuits 226 to 228 are connected to the control line 2
Via 60, as shown, synchronous load code / length N digital code mechanism 2
A timing signal is received from an integration / dump timing circuit 229 which receives a control signal via 45. The output of the integration / dump circuit is the A / D converter 230-2.
Acquisition, tracking, detection, RFI, AGC control circuit 2 for detecting different symbols digitized by 32 and transmitted over a wireless UWB channel
34. Then, the detection data is supplied to the decoder 237 from the output port of the acquisition / tracking / detection / RFI / AGC control circuit 234, and after being differentially decoded, processed by the data whitening FEC decoder 238 in the I / O circuit 239. And output as output data 240.

【0241】 コントーラ234の制御機能には、それぞれのウェーブレット符号生成器28
2及び264による各RAKEアームでのウェーブレット生成のトリガに使用す
る出力波形の供給に加え、位相遅延回路241、262、及び280での位相遅
延量を調整する出力制御ラインも含まれている。更に、図36の受信機には、R
AKE受信機の2つのアームも含まれている(但し、遅延ライン270から供給
を受けるアームはサーチチャネルを実装している)。ライン281に入力ポート
を有するアームは、ウェーブレット生成器282に接続され、この生成器がライ
ン283を介して積分・A/D・ダンプタイミング回路284に出力を提供し、
この回路がライン286を介して積分・ダンプ回路289に入力を供給している
。積分・ダンプ回路289の出力は、図示のごとく、ライン285を介してサン
プリング入力の供給を受けるA/Dコンバータ287でデジタル化される信号を
供給し、この信号がライン288を介して取得・トラッキング・検出・RFI・
AGC制御回路234にフィードバックとして供給される。同様に、積分・A/
D・ダンプタイミング回路284もコントローラ234に入力を供給している。
生成器264、ライン271、タイミング回路265、ライン272、積分・ダ
ンプ回路266、ライン273、A/Dコンバータ267、及びライン274は
、RAKEの第2アームに同様の機能を提供している(但し、このアームはサー
チチャネルとしても使用可能である)。
The control function of the controller 234 includes the respective wavelet code generators 28.
In addition to providing output waveforms used by 2 and 264 to trigger wavelet generation in each RAKE arm, output control lines for adjusting the amount of phase delay in phase delay circuits 241, 262, and 280 are also included. Furthermore, the receiver of FIG.
Two arms of the AKE receiver are also included (although the arm fed by delay line 270 implements the search channel). The arm having an input port on line 281 is connected to a wavelet generator 282, which provides the output via line 283 to the integration A / D dump timing circuit 284.
This circuit feeds the integration and dump circuit 289 via line 286. The output of the integration / dump circuit 289 supplies a signal which is digitized by the A / D converter 287 which receives the sampling input via the line 285 as shown in the figure, and this signal is acquired / tracked via the line 288.・ Detection ・ RFI ・
It is supplied as feedback to the AGC control circuit 234. Similarly, integration / A /
The D-dump timing circuit 284 also supplies an input to the controller 234.
The generator 264, the line 271, the timing circuit 265, the line 272, the integration / dump circuit 266, the line 273, the A / D converter 267, and the line 274 provide the same function to the second arm of the RAKE (however, it is not necessary). , This arm can also be used as a search channel).

【0242】 例えば、ウェーブレット符号生成器282の出力はライン293を介してミキ
サー294に供給され、図示のごとく、ライン297、遅延ライン296、及び
ライン295を介して供給されるスプリッタ205からの信号とミキシングされ
る。このように、ウェーブレット生成器の出力とアンテナ200を介して受信し
た信号の遅延バージョンとをミキシングすることが可能であり、遅延量はコント
ローラ234の制御下にある遅延ライン296及び位相遅延280の影響を受け
る。そして、ライン292のミキサー294の出力は、ライン290を介して信
号を積分・ダンプ回路289に供給するべく増幅器291に供給される。同様に
、第2RAKEアーム用の信号は、ライン298、遅延ライン270、ミキサー
269、ライン275、及び増幅器268を介してスプリッタ205から供給さ
れる。クロック235は、コントローラ234にタイミングを供給している。
For example, the output of wavelet code generator 282 is provided to mixer 294 via line 293 and, as shown, the signal from splitter 205 provided via line 297, delay line 296, and line 295. To be mixed. In this way, it is possible to mix the output of the wavelet generator and the delayed version of the signal received via the antenna 200, the amount of delay being influenced by the delay line 296 and the phase delay 280 under the control of the controller 234. Receive. The output of mixer 294 on line 292 is then provided to amplifier 291 via line 290 to provide the signal to integration and dump circuit 289. Similarly, the signal for the second RAKE arm is provided from splitter 205 via line 298, delay line 270, mixer 269, line 275, and amplifier 268. The clock 235 supplies timing to the controller 234.

【0243】 メイン受信機ウェーブレット符号生成器は、コントローラ234からクロック
信号の供給を受けると共に、送信機でも使用されている長さNデジタル符号用の
ロード符号をもライン243を介して受け取る。この符号は、図示のとおり、ゲ
ート246を介して供給され、生成器251及びライン254又は252及び2
53による正又は負のウェーブレットを選択するための制御信号スイッチ255
に供給される。同期信号ライン244が符号回路245から積分・ダンプタイミ
ング回路229に接続されている。メイン受信ウェーブレット符号生成器242
は、図21の送信機の場合と同様に、類似のウェーブレット符号を選択し、その
符号が、送信機の場合と同様に、アナログ符号回路257及びロードライン25
8によって更に変更される。
The main receiver wavelet code generator is supplied with the clock signal from the controller 234 and also receives via line 243 the load code for the length N digital code which is also used in the transmitter. This code is provided through the gate 246, as shown, and the generator 251 and lines 254 or 252 and 2
Control signal switch 255 for selecting positive or negative wavelet by 53
Is supplied to. The sync signal line 244 is connected from the encoding circuit 245 to the integration / dump timing circuit 229. Main reception wavelet code generator 242
Selects a similar wavelet code as in the case of the transmitter of FIG. 21, and the code is the analog code circuit 257 and the load line 25 as in the case of the transmitter.
It is further modified by 8.

【0244】 図37の受信機の実施例は、図36のものと似ているが、圧縮マッチドフィル
タを実装するためにアナログ符号がRFI抽出処理の直後に加えられているとこ
ろが異なっている。図36の実施例の場合には、アナログ符号はミキサー/乗算
器相関器の「LOポート」に入力されるウェーブレットシーケンスに作用してい
る。
The receiver embodiment of FIG. 37 is similar to that of FIG. 36, except that an analog code is added immediately after the RFI extraction process to implement the compression matched filter. In the case of the embodiment of FIG. 36, the analog code acts on the wavelet sequence input to the "LO port" of the mixer / multiplier correlator.

【0245】 図38は、本システムの受信機において使用する遅延ロックループ(DLL)
回路の詳細なブロックダイアグラムである。増幅、フィルタ処理、任意選択のR
FI抽出の後に、受信信号はライン300でDLLに入力される。スプリッタ4
00は、受信信号をそれぞれ異なる量だけ遅延した3つのコピーに分割する。L
+Y、L−Y、及びLのライン長を使用してDLL用のこれらの先行、遅延、及
びオンタイム信号を形成しており、これらのライン長の違いにより、オンタイム
信号をパルス符号自己相関関数の最大値に配置し先行及び遅延信号をその前後に
対称的に配置するよう取得の際に選択される時間遅延が実現されている。「ロー
カル発振器」と呼ばれるものは、この場合、ライン10rの受信ウェーブレット
符号である。本UWB高速通信システムに固有であるが、この信号は、アンテナ
の送信効果を表すために送信波形とは異なっている。この信号は、データライン
をロジックロー状態に駆動することを除き、送信システムと同様に生成される。
ノイズ識別能力を改善するために、送信機で使用しているものと同様の帯域通過
及びノッチフィルタ処理を信号10rに適用することも可能であり、フィルタの
整合性を向上させる効果がある。受信信号と同様に、10rのローカル符号もス
プリッタ402によって3つに分割されるが、この場合には、ライン長と経路遅
延はミキサー320、390、及び392に対して同一に維持されている。これ
は、ミキサー及びゲート積分器によって形成される先行、遅延、及びオンタイム
内積がすべて同一の制御信号で動作できるようにするためである。
FIG. 38 is a delay locked loop (DLL) used in the receiver of this system.
It is a detailed block diagram of a circuit. Amplification, filtering, optional R
After FI extraction, the received signal is input to the DLL on line 300. Splitter 4
00 divides the received signal into three copies, each delayed by a different amount. L
+ Y, LY, and L line lengths are used to form these lead, delay, and on-time signals for the DLL, and the difference in these line lengths causes the on-time signal to be pulse code autocorrelated. A time delay selected at the time of acquisition has been realized, which is arranged at the maximum value of the function and symmetrically arranged the leading and delayed signals before and after it. What is called the "local oscillator" is in this case the received wavelet code on line 10r. Although unique to the present UWB high speed communication system, this signal is different from the transmit waveform to represent the transmit effect of the antenna. This signal is generated similar to the transmit system except that it drives the data line to a logic low state.
Bandpass and notch filtering similar to that used in the transmitter can be applied to the signal 10r in order to improve the noise discrimination capability, which has the effect of improving the integrity of the filter. Similar to the received signal, the 10r local code is also split into three by splitter 402, where the line length and path delay are kept the same for mixers 320, 390, and 392. This is so that the lead, delay, and on-time dot products formed by the mixer and gate integrator can all operate with the same control signal.

【0246】 取得のプロセスとは、オンタイム信号とローカル符号の内積を最大化する時間
遅延を見つけることである。受信信号300は、オンタイム遅延312によって
遅延された後にミキサー390のRFポートに入力され、ローカル符号はミキサ
ーのLOポートに印加される。この結果生成される積がオンタイムIF信号であ
り、これがゲート積分器380に入力される。ローカル符号が積分器の入力に到
来したときに積分が始まるよう、積分器に対する積分制御信号403がコントロ
ーラ500によって同期化されている。そして、ローカル符号が終了すると、コ
ントローラ500は制御ライン404を介してA/Dコンバータ370にエンコ
ード命令を発行する。これによって内積の形成が完了し、その値がデジタルライ
ン405に出力される。コントローラ500は積分器に対してダンプ信号を発行
し、積分された値がクリアされて次の内積用に積分器の準備が整えられる。この
ゲート積分器は、連続時間ゲート積分を可能にするピンポン技術を使用して作成
可能である。
The process of acquisition is to find the time delay that maximizes the dot product of the on-time signal and the local code. Received signal 300 is delayed by on-time delay 312 and then input to the RF port of mixer 390 and the local code is applied to the LO port of the mixer. The resulting product is the on-time IF signal, which is input to the gate integrator 380. The integration control signal 403 for the integrator is synchronized by the controller 500 so that integration begins when the local code arrives at the input of the integrator. Then, when the local code ends, the controller 500 issues an encode command to the A / D converter 370 via the control line 404. This completes the formation of the inner product, and the value is output to the digital line 405. The controller 500 issues a dump signal to the integrator, clears the integrated value and prepares the integrator for the next dot product. This gate integrator can be made using ping-pong technology that allows continuous time gate integration.

【0247】 図39は、連続時間積分器の実装を示すブロックダイアグラムである。デジタ
ル化されたオンタイム内積の値は、ライン405(図38)を介してコントロー
ラ500(図38)に入力される。取得プロセスの開始時点で、コントローラ5
00はこの値を保存する。そして、コントローラ500は前進命令を位相遅延回
路520に対して発行し、既に適用済みの前進数の計数を増分する。尚、コント
ローラは、収集したばかりの内積に対応する前進数も保存する。
FIG. 39 is a block diagram showing an implementation of a continuous time integrator. The digitized on-time dot product value is input to controller 500 (FIG. 38) via line 405 (FIG. 38). At the start of the acquisition process, controller 5
00 stores this value. Then, the controller 500 issues a forward command to the phase delay circuit 520 and increments the count of the number of forward steps already applied. Note that the controller also stores the number of advancements corresponding to the dot product just collected.

【0248】 遅延回路520(520a及び520b)の効果は、受信信号に対してローカ
ル符号を時間的にスライドさせることである。
The effect of the delay circuit 520 (520a and 520b) is to slide the local code in time with respect to the received signal.

【0249】 図40及び図41は、クロックをスライドさせる能力を有する回路のブロック
ダイアグラムである。図40の回路は、クロックの位相をスライドさせるために
、短時間だけ基準発振器の周波数を上昇又は降下させることによって動作し、図
41のものは遅延時間を直接プログラムすることによって稼動する。いずれの場
合も、図22を実装した回路によって生成される符号の開始時間を変化させる。
コントローラ500は、オンタイム信号に関して継続的に位相を前進させ、内積
及びそれらに関連する前進計数を取得する。そして、形成された各内積を直前に
保存したものと比較し、大きい場合には置換し、その前進計数を記録する。ロー
カル符号をスライドした合計時間量が単一符号の幅と等しくなれば、符号が一回
転したということであり、符号の何回かの回転の後に取得プロセスを停止する。
送信機及び受信機の発振器と符号間の未知の位相は、この検出した最大のオンタ
イム内積の遅延として解釈される。この時点で、本システムはトラッキング及び
検出モードに切り換わる。
40 and 41 are block diagrams of circuits having the ability to slide a clock. The circuit of FIG. 40 operates by raising or lowering the frequency of the reference oscillator for a short period of time to slide the phase of the clock, while the one of FIG. 41 operates by directly programming the delay time. In either case, the start time of the code generated by the circuit that implements FIG. 22 is changed.
The controller 500 continuously advances the phase with respect to the on-time signal to obtain dot products and their associated advance counts. Then, each inner product formed is compared with the one stored immediately before, and if it is larger, it is replaced and its advance count is recorded. If the total amount of time sliding the local code equals the width of a single code, then the code has made one rotation, stopping the acquisition process after several rotations of the code.
The unknown phase between the transmitter and receiver oscillators and codes is interpreted as the maximum detected on-time dot product delay. At this point, the system switches to tracking and detection mode.

【0250】 図38を再び参照すれば、オンタイム信号と同様に、先行及び遅延の内積もそ
れぞれ遅延310及び311並びにミキサー320及び392によって形成され
る。積分・ダンプ回路330及び333がこれらの信号の積分を実行するが、こ
れらは、オンタイム信号と同様の方法でコントローラ500によってローカル符
号と同期している。内積が形成されると、回路340及び342はそれらの絶対
値を取得する。
Referring back to FIG. 38, like the on-time signal, the inner products of the lead and delay are also formed by delays 310 and 311 and mixers 320 and 392, respectively. Integrating and dumping circuits 330 and 333 perform the integration of these signals, which are synchronized with the local code by controller 500 in a manner similar to the on-time signals. Once the dot products are formed, circuits 340 and 342 obtain their absolute values.

【0251】 これらの差が加算器350によって形成され、コントローラからのエンコード
命令に基づいてA/Dコンバータ360によってデジタル化される。このエンコ
ード命令のタイミングは、先行及び遅延の内積の差がA/Dまで伝搬するのに十
分な時間が確保されるよう設定されている。
These differences are formed by the adder 350 and digitized by the A / D converter 360 based on the encode command from the controller. The timing of this encode command is set so that a sufficient time is ensured for the difference between the inner product of the lead and the delay to propagate to A / D.

【0252】 先行及び遅延信号は、オンタイム信号の前後の対称的な時間遅延によって形成
されている。相関関数も対称であるため、ローカル符号が受信信号と同期してい
れば、これらの値は等しくなる。ゼロ以外の値を検出すると、コントローラは、
誤差をゼロにするために位相を前進又は後退させる。この誤差信号のSNRを改
善する方法として、前進又は後退の決定を下す前にこれらの多数のものを加算す
ることも可能である。
The lead and delay signals are formed by symmetrical time delays before and after the on-time signal. Since the correlation function is also symmetrical, these values will be equal if the local code is synchronized with the received signal. Upon detecting a non-zero value, the controller
The phase is moved forward or backward to bring the error to zero. As a way to improve the SNR of this error signal, it is also possible to add many of these before making a forward or backward decision.

【0253】 検出は、オンタイム内積のウィンドウ比較によって実行する。ゼロよりも大き
い値は1にマッピングし、ゼロ未満のものはゼロにマッピングする。同様に、消
去ゾーンを追加してもよい。検出データには、差分復号、白色復号、及び前方誤
り訂正が実行される。
Detection is performed by window comparison of on-time dot products. Values greater than zero are mapped to one and less than zero are mapped to zero. Similarly, erase zones may be added. The detection data is subjected to differential decoding, white decoding, and forward error correction.

【0254】 図36を参照すれば、要素262〜270で示す第2RAKEアームとも呼ば
れる「サーチ」チャネルにより、現在使用中の1つ(又は複数)のものよりも強
いマルチパス信号を継続的に走査している。より強い相関ピークを234が検出
すると、位相遅延241又は280を調整し、メインチャネル(即ち、補助RA
KEチャネル)を移動させ、そのより大きなピークをトラッキングする。この処
理によって、システムは動的なマルチパス状態において動作可能になる。
Referring to FIG. 36, the “search” channel, also referred to as the second RAKE arm, shown at elements 262-270, continuously scans for stronger multipath signals than the one (or more) currently in use. is doing. When 234 detects a stronger correlation peak, it adjusts the phase delay 241 or 280 to adjust the main channel (ie, the auxiliary RA).
KE channel) and track its larger peak. This process allows the system to operate in dynamic multipath conditions.

【0255】 要素280〜297で示す第1RAKEチャネルを使用し、次に強い相関をメ
インチャネル信号に加算するべく、2番目に強い信号をトラッキングする。この
加算は、マルチパスを活用してBER性能を向上させる時間領域RAKEフィル
タにおける第1のものである。即ち、図36では、1つのRAKEと1つのサー
チチャネルのみを示しているが、両方ともRAKEチャネルとして使用可能であ
り、或いは、様々な数のマルチパス信号を処理するべく、更に多くのRAKEチ
ャネル(マルチパス信号当たり1つのRAKEチャネル)を含むことも可能であ
る。
The first RAKE channel, shown at elements 280-297, is used and the second strongest signal is tracked to add the next strongest correlation to the main channel signal. This addition is the first in a time domain RAKE filter that takes advantage of multipath to improve BER performance. That is, although only one RAKE and one search channel are shown in FIG. 36, both RAKE channels can be used as RAKE channels, or more RAKE channels can be used to process various numbers of multipath signals. It is also possible to include (one RAKE channel per multipath signal).

【0256】 従来のRAKE受信機については、1996年にプレンティスホール(Prenti
ce-Hall)社から発行されたV.ガーグ(V. Garg.)及びウィルクス(Wilkes)
著「無線及びパーソナル通信システム(Wireless and Personal Communication
Systems)」(ISBN 0-13234626-5)の151〜152頁に説明されており、本引
用により、そのすべての内容が本明細書に包含される。RAKE受信機は、個別
のフェージングチャネルに分解し、受信信号を送信信号の複数の時間シフトバー
ジョンと相互相関させる能力を有している。この結果、RAKE受信機の異なる
アームを介して受信されたそれぞれの信号をダイバーシティコンバイナによって
合成し、単一の出力を供給することができる。
As for the conventional RAKE receiver, in 1996, Prentice Hall (Prenti
ce-Hall) issued by V. V. Garg. And Wilkes
By "Wireless and Personal Communication
Systems) "(ISBN 0-13234626-5), pages 151-152, the entire contents of which are hereby incorporated by reference. The RAKE receiver has the ability to decompose into separate fading channels and cross-correlate the received signal with multiple time-shifted versions of the transmitted signal. As a result, the respective signals received via the different arms of the RAKE receiver can be combined by the diversity combiner to provide a single output.

【0257】 図42は、図36の受信機における相関器の信号出力の振幅対時間を示すグラ
フである。この相関器は制御回路234内に形成されており、図示のように、相
関のピークが時間的に非常に狭く、従って、実際に相関が得られたときの有効な
インジケータとなっている。
FIG. 42 is a graph showing the amplitude of the signal output of the correlator in the receiver of FIG. 36 versus time. This correlator is formed in the control circuit 234 and, as shown in the figure, the peak of the correlation is very narrow in time, and therefore it is an effective indicator when the correlation is actually obtained.

【0258】 図22〜図24は、前述のジッタリングされたクロック信号を供給する別の実
施例を説明している。
22 to 24 describe another embodiment for supplying the aforementioned jittered clock signal.

【0259】 大部分の通信システム(狭帯域、又はその他の種類の超広帯域通信システム)
においては、通常、マルチパスは性能の低下を引き起こす。このようなシステム
の問題点は、搬送波と受信機間に多数の分解可能な伝搬路リンクが存在し、時間
連続信号において異なる伝搬路の信号エネルギーが別のものと重なったときに、
それらの信号がしばしば異なった位相で加算されることである。この現象を、例
えば、図46及び図47の比較において見ることができる。図46は、本UWB
システム用のパルスごとに離散時間変調された信号の時間領域信号を示している
。図示のとおり、1つの伝搬路(伝搬路1)から受信したパルスは、反転伝搬路
と見られる伝搬路2のパルスとは受信時間(及び、恐らく方角)が異なっている
。しかしながら、本発明におけるUWBウェーブレット信号の時間変調特性によ
り、2つの異なる伝搬路を分解することが可能であり、一旦分解すれば、異なる
伝搬路のエネルギーは互いに関連していると見なすことができるため、RAKE
によって異なる伝搬路のエネルギーをオーバーラップさせることが可能であり、
この結果、エネルギーをコヒーレントに加算して信号受信性能を向上させること
ができる。
Most communication systems (narrowband or other types of ultra-wideband communication systems)
In general, multipath causes performance degradation. The problem with such a system is that when there are many resolvable channel links between the carrier and the receiver, and the signal energy of different channels in a time-continuous signal overlaps with another,
That is, the signals are often added in different phases. This phenomenon can be seen, for example, in the comparison of FIGS. 46 and 47. Figure 46 shows this UWB
Figure 3 shows a time domain signal of a pulse-by-pulse discrete time modulated signal for the system. As shown in the figure, the pulse received from one propagation path (propagation path 1) has a different reception time (and possibly direction) from the pulse of the propagation path 2 which is regarded as an inverted propagation path. However, the time modulation characteristics of the UWB wavelet signal according to the present invention make it possible to decompose two different propagation paths, and once decomposed, it can be considered that the energies of the different propagation paths are related to each other. , RAKE
It is possible to overlap the energy of different propagation paths by
As a result, the energy can be coherently added to improve the signal reception performance.

【0260】 一方、図47は、時間連続信号(複数の搬送波)を有する狭帯域信号を使用し
た従来の信号体系に伴う問題を示している。図示のとおり、図47の2つの軌跡
は従来の狭帯域システムの通信チャネルで発生する通常のフェードの例を単に示
すものであり、信号受信において非常に深いフェードが発生している(300M
Hz付近など)。このような深いフェードの場合、信号性能が劇的に低下し、こ
の結果、ビット誤り率が劇的に上昇してチャネル品質が劣化する。例えば、携帯
電話のような種類のシステムの場合には、信号フェードの際に信号が消失し、通
話が切れてしまうこともある。
On the other hand, FIG. 47 shows a problem associated with a conventional signal system using a narrowband signal having a time continuous signal (a plurality of carriers). As shown, the two trajectories in FIG. 47 merely show an example of a normal fade that occurs in a communication channel of a conventional narrow band system, and a very deep fade occurs in signal reception (300M).
Near Hz). With such deep fades, signal performance drops dramatically, resulting in a dramatic increase in bit error rate and degraded channel quality. For example, in the case of a system such as a mobile phone, the signal may disappear during a signal fade and the call may be disconnected.

【0261】 この問題を克服する技法の1つは、従来の送信システムの信号レベルを上げる
ことである。しかしながら、これを実行すれば、隣接チャネルの干渉に大きな影
響を与え、その他のシステムのその他のユーザーの通信を妨害することになる。
即ち、本発明の特徴は、複数信号伝搬路の分解が可能であり、従って、直接通信
伝搬路とコヒーレントに合成することができ、その結果、その他のマルチパスの
信号エネルギーによる拡大(即ち、加算)によって実際の受信信号をエンハンス
することが可能なオフィス環境などの屋内環境においてマルチパスを実際に使用
して利益を享受することである。
One technique to overcome this problem is to increase the signal level of conventional transmission systems. However, doing this would have a significant impact on adjacent channel interference and interfere with the communication of other users of other systems.
That is, the feature of the present invention is that the multiple signal propagation paths can be decomposed, and therefore can be coherently combined with the direct communication propagation path, and as a result, expansion (that is, addition) by other multipath signal energy ) Is to actually use multipath in an indoor environment, such as an office environment, where it is possible to enhance the actual received signal to benefit.

【0262】 図48は、本発明によるトランシーバ機能を「無線ASIC」に内蔵する方法
を示している(ASICは、特定用途向け集積回路の略号である)。無線ASI
Cとは、スタックされたプロトコルアーキテクチャの一部として、異なるアプリ
ケーションとインターフェイスするための無線伝送機能を遂行するものである。
この無線ASICは、有線IOポートのように、データを送受信するアプリケー
ションに対する通信サービスとして信号生成、送信、及び受信機能を実行する。
例えば、特定アプリケーション5100は、オフィス環境におけるカメラからの
ビデオ信号であり、無線ASICに対してホームアプリケーションプログラムイ
ンターフェイス(API)5101を介してデータストリームを提供する。ホー
ムAPI5101は、このデータを受信し、通信プロトコルスタックの次のコン
ポーネント5102が使用できるよう、そのデータをフォーマット化する(この
例の場合、このコンポーネントに相当するのは、マイクロソフト(Microsoft)
社のユニバーサルプラグアンドプレイ(UPnP)又はサンマイクロシステムズ(Su
n Microsystem)社のJINIアプリケーションである)。これらの機能により
、無線ASICが使用する入力データストリームを提供するべく、ホームAPI
5101を介してアプリケーション5100から取得したデータがフォマット化
される。そして、図示のとおり、このデータはメディアアクセス制御(MAC)
コンポーネント、及びデータを変換して信号アンテナに供給する物理層のサービ
スによってフォーマット化される。
FIG. 48 shows a method of incorporating the transceiver function according to the present invention into a “wireless ASIC” (ASIC is an abbreviation for application-specific integrated circuit). Wireless ASI
C performs the wireless transmission function to interface with different applications as part of the stacked protocol architecture.
This wireless ASIC performs signal generation, transmission, and reception functions as a communication service for an application that transmits and receives data, such as a wired IO port.
For example, the specific application 5100 is a video signal from a camera in an office environment and provides a data stream to a wireless ASIC via a home application program interface (API) 5101. The home API 5101 receives this data and formats it for use by the next component 5102 of the communication protocol stack (in this example, this component corresponds to Microsoft).
Universal Plug and Play (UPnP) or Sun Microsystems (Su
n Microsystem) JINI application). These features allow the home API to provide the input data stream used by the wireless ASIC.
The data acquired from the application 5100 via 5101 is formatted. And, as shown, this data is Media Access Control (MAC)
It is formatted by components and physical layer services that transform and provide data to the signal antenna.

【0263】 この流れにおいて、無線ASICはOSIプロトコルスタックと類似したプロ
トコルスタックのベースと見なすことができる。このように、無線ASICは近
距離通信を拡張するための様々な物理層の基礎として機能することが可能であり
、あらゆる装置に無線通信機能を提供することができる。即ち、無線ASICは
、家庭の冷蔵庫や電力計、或いは、オフィス環境内のコンピュータや無線テレフ
ォニーシステムのようなデジタル装置など、各種装置の情報をルーティングする
のに使用可能であり、この結果、装置が家庭内に分散している場合に、それら様
々な装置をワイヤで接続する必要がなくなる。
In this flow, the wireless ASIC can be regarded as the base of a protocol stack similar to the OSI protocol stack. Thus, the wireless ASIC can serve as the basis for various physical layers to extend near field communication and can provide wireless communication capabilities to any device. That is, a wireless ASIC can be used to route information for various devices, such as home refrigerators and power meters, or digital devices such as computers and wireless telephony systems in office environments. When distributed in the home, it is not necessary to wire these various devices together.

【0264】 この無線統合の例が図49に示されている。図49は、ゲーム、ホームオート
メーション、セキュリティ機能、ラジオなどのオーディオ装置、ホールハウスオ
ーディオ、テレフォニーやテレコンファレンスなどの音声アプリケーション、イ
ンターネットアプリケーション、又はDVDアプリケーションのようなビデオア
プリケーションなどの様々な装置を家庭内で使用する方法を示している。これら
様々な装置のそれぞれに、有線技術による、或いは本発明の無線ASICを使用
する相互接続を内蔵することができる。又、住居ゲートウェイ5200も、本発
明により情報を受信して融合し、例えば、ケーブル接続、デジタル加入者ライン
、又は無線マイクロ波リンクを介して外部ソースに濃縮したデータを供給する本
発明による無線ASICを含むトランシーバを内蔵している。この結果、家庭又
はオフィス内の安価な無線インフラストラクチャが構築され、装置間又は外部と
の間で分散データをルーティングするメカニズムが提供される。
An example of this wireless integration is shown in FIG. FIG. 49 shows various devices for home use such as games, home automation, security functions, audio devices such as radio, hall-house audio, voice applications such as telephony and teleconference, Internet applications, or video applications such as DVD applications. Shows the method used in. Each of these various devices may incorporate interconnects either by wire technology or using the wireless ASIC of the present invention. The residential gateway 5200 also receives and fuses information in accordance with the present invention and provides the wireless ASIC of the present invention with concentrated data to an external source, eg, via a cable connection, digital subscriber line, or wireless microwave link. It has a built-in transceiver. As a result, an inexpensive wireless infrastructure within the home or office is built, providing a mechanism to route distributed data between devices or to the outside world.

【0265】 図52は家庭又はオフィス環境を示しているが、本発明は特定用途向け集積回
路などの比較的小さな装置に実装可能であるため、車両内や、例えば、パームコ
ンピューティング装置などの携帯装置にも内蔵することが可能である。
Although FIG. 52 shows a home or office environment, the present invention can be implemented in a relatively small device such as an application specific integrated circuit, and thus may be used in a vehicle or in a portable device such as a palm computing device. It can also be built into the device.

【0266】 又、無線ASICは、画像化に加え、測距アプリケーションにも使用可能であ
る(車両又は携帯アプリケーション用)。測距アプリケーションにおいては、無
線を使用し、特定の物体からの反射の帰還速度と位置を観測することによって特
定トランシーバからの距離を判定することができる。この結果、本発明による無
線ASICは、侵入者の検出と監視用の測距センサーを提供するべく、ホームセ
キュリティシステムの一部として内蔵することが可能である。
In addition to imaging, the wireless ASIC can also be used for ranging applications (for vehicle or mobile applications). In range finding applications, radio can be used to determine the distance from a particular transceiver by observing the return velocity and position of the reflection from a particular object. As a result, the wireless ASIC of the present invention can be incorporated as part of a home security system to provide a ranging sensor for intruder detection and monitoring.

【0267】 更に、無線ASICは、移動物体がその他の物体に対して危険なレベルにまで
接近したことが感知されたときに可聴又は視覚的な警報をトリガしたり、是正措
置を取るよう、車両、或いは車両が接近する固定構造物に内蔵することができる
In addition, the wireless ASIC is designed to trigger audible or visual alerts or take corrective action when a moving object is detected approaching other objects to dangerous levels. Alternatively, it can be built into a fixed structure that the vehicle approaches.

【0268】 又、無線ASICは、アンテナ試験及びその他の通信シナリオへの適用性に対
するUWBの適性を判定する安価な方法として、アンテナ試験やチャネルサウン
ディング用の試験機器に使用することもできる。通信システムの場合には、無線
ASICは、例えば、公衆交換電話ネットワークにテレフォニーインターフェイ
スを提供するよう、例えば、無線セキュリティシステム、プロセス制御用の無線
ファクトリ設定、様々な異なる電話を使用するための無線公衆ブランチ交換、又
は無線ローカルループアプリケーションに内蔵することも可能である。
Wireless ASICs can also be used in test equipment for antenna testing and channel sounding as an inexpensive way to determine suitability of UWB for applicability to antenna testing and other communication scenarios. In the case of a communication system, a wireless ASIC may, for example, provide a telephony interface to a public switched telephone network, eg, a wireless security system, a wireless factory setting for process control, a wireless public for using a variety of different phones. It can also be built into a branch exchange or wireless local loop application.

【0269】 又、無線ASICは、様々な高速インターフェイスの無線による代替物として
使用することも可能である。例えば、無線ASICは、100BaseT、ファ
イヤワイヤ(IEEE1394)、ユニバーサルシリアルバスなどのローカルエ
リアネットワーク用のインターフェイスとして使用可能である。更に、無線AS
ICは、デジタルビデオレコーダ、ビデオカメラ、DVD、MP3プレーヤ、汎
用コンピュータなどにおける通信を促進するよう、無線リンクを提供することが
できる。この結果、近くに所在する装置及びインターネットに対する接続用の単
純で便利なメカニズムが無線によって提供される。
The wireless ASIC can also be used as a wireless alternative to various high speed interfaces. For example, the wireless ASIC can be used as an interface for a local area network such as 100BaseT, Firewire (IEEE1394), and universal serial bus. Furthermore, wireless AS
The IC can provide a wireless link to facilitate communication in digital video recorders, video cameras, DVDs, MP3 players, general purpose computers, etc. As a result, wireless provides a simple and convenient mechanism for connecting to nearby devices and the Internet.

【0270】 更に、本無線ASICは、家庭電話ネットワークアソシエーション(ホームP
NA)、ホームプラグ(電力ライン上で10Mbit/秒で稼動する)、及び1
0又は100BaseTイーサネット(登録商標)ネットワークにまたがるUW
B WPANの一部として含んでもよい。本発明者の認知するところでは、コン
ピュータやデジタルビデオレコーダなどの従来システムに伴う制約のために情報
記録装置から別の装置への情報伝達が難しく且つ時間を要するものになっている
。従って、本無線ASICは、ファイル転送を促進するよう、例えば、デジタル
スチールカメラ(DSC)、デジタル光プロジェクタ(DLP)、ゲーム装置、
ボイスオーバーIP、MP3オーディオアプリケーション、ストーミングビデオ
、又は携帯情報端末装置の情報を伝達するのに使用することができる。
Further, this wireless ASIC is a home telephone network association (home P network).
NA), home plug (runs on the power line at 10 Mbit / s), and 1
UW spanning 0 or 100 BaseT Ethernet networks
It may be included as part of B WPAN. To the present inventor's knowledge, it is difficult and time-consuming to transmit information from an information recording device to another device because of the restrictions associated with conventional systems such as computers and digital video recorders. Thus, the wireless ASIC can be used to facilitate file transfer, such as digital still cameras (DSC), digital light projectors (DLP), gaming devices,
It can be used to convey voice over IP, MP3 audio applications, storming video, or personal digital assistant information.

【0271】 本発明によるASIC UWB無線を使用すれば、高速広帯域パーソナルエリ
アネットワークによってローカルエリアネットワークを拡張することができる。
更に、WPANトポロジーを使用すれば、無償のマルチメディア情報ソースを使
用して加入費を節約することができる。即ち、本無線ASICは、無線セルラー
などの加入ベースのサービスの代替品として機能することができる。従来のイン
ターフェイスを使用し、デジタルカメラからキオスクへのデータ転送、カメラ間
の転送、カメラからプリンタへのデータ転送、カメラからPCへのデータ転送、
又は、後でテレビモニタなどの表示装置で視聴するためにカメラからセットトッ
プボックスに転送するなどの機能を無線ASICによって提供することができる
The ASIC UWB radio according to the present invention can be used to extend a local area network with a high speed broadband personal area network.
In addition, the WPAN topology can be used to save subscription costs using free multimedia information sources. That is, the wireless ASIC can function as a replacement for subscription-based services such as wireless cellular. Using conventional interface, digital camera to kiosk data transfer, camera to camera transfer, camera to printer data transfer, camera to PC data transfer,
Alternatively, the wireless ASIC can provide a function such as transfer from the camera to the set-top box for later viewing on a display device such as a television monitor.

【0272】 又、本発明者の認知するところでは、本発明による無線ASICを使用するト
ランシーバは、本発明による無線システムとのみ連動するだけでなく、複数の動
作モードで機能することができる。例えば、本発明の一実施例には、「ブルート
ゥース」仕様によって送信された信号を受信する受信機メカニズムが含まれる。
例えば、1999年12月1日に発行された「ブルートゥースシステム仕様(Sp
ecification of the Blue Tooth System)」バージョン1.0Bの第1巻「コア
仕様(Core Specification)」及び第2巻「プロファイル仕様(Profiles Speci
fication)」を参照されたい。尚、本引用により、その内容のすべてが本明細書
に包含される。このためには、「ユニバーサル」な無線稼動を提供するべく、U
WB動作モードのみではなく、その他の無線通信モードでも動作するトランシー
バを本発明に内蔵する。
It will also be appreciated by the inventor that a transceiver using a wireless ASIC according to the present invention can function not only in conjunction with the wireless system according to the present invention, but also in multiple modes of operation. For example, one embodiment of the present invention includes a receiver mechanism that receives signals transmitted according to the "Bluetooth" specification.
For example, “Bluetooth System Specification (Sp
ecification of the Blue Tooth System) version 1.0B Volume 1 "Core Specification" and Volume 2 "Profiles Speci"
fication) ”. All the contents are included in this specification by this citation. To this end, in order to provide "universal" wireless operation, U
The present invention incorporates a transceiver that operates not only in the WB operation mode but also in other wireless communication modes.

【0273】 本発明のその他の実施例においては、無線電話、携帯情報端末、又はパームト
ップコンピュータなどの携帯コンピュータ装置にトランシーバ(即ち、無線AS
IC)を埋め込む。この結果、携帯コンピュータ装置を使用する個人は、携帯コ
ンピュータ装置に保存されている情報を迅速且つ簡単にほかのトランシーバ(又
は受信機)に伝達することができる。例えば、携帯通信装置は、無線アクセスメ
カニズム、カレンダー関連メカニズム(例えば、なにかの行事について互いに合
意可能な日時を識別するためにユーザーのカレンダー内容を別のユーザーに送る
もの)、地図配布メカニズム(オフィスや自宅などの所定の場所への行き方を別
の個人に対して説明する便利な方法)、個人プロファイル配布メカニズム(電子
名刺情報の伝達と類似)などを提供することができる。
In another embodiment of the present invention, a transceiver (ie, wireless AS) is provided in a portable computing device such as a wireless telephone, personal digital assistant, or palmtop computer.
IC) is embedded. As a result, an individual using the portable computing device can quickly and easily transfer information stored on the portable computing device to another transceiver (or receiver). For example, mobile communication devices may include wireless access mechanisms, calendar-related mechanisms (eg, sending one user's calendar content to another user to identify mutually agreeable dates and times for certain events), map distribution mechanisms (office or A convenient method of explaining how to reach a predetermined place such as home to another individual), a personal profile distribution mechanism (similar to transmission of electronic business card information), etc. can be provided.

【0274】 一構成においては、本発明によるUWBバイフェーズパルスと協働しそれらに
よって送信された情報を受信する無線トランシーバを含む有線ネットワークによ
ってオフィス環境を確立する。この結果、データ収集無線をパーソナルエリアネ
ットワーク(PAN)の一部として使用することができる。即ち、無線ASIC
の1つから情報が発信されると、部屋又は建物内に分散している様々なデータ収
集トランシーバを有するネットワークは、その他の装置が受信できるよう、その
エネルギーを再ブロードキャストする。
In one configuration, an office environment is established by a wired network that includes wireless transceivers that cooperate with UWB bi-phase pulses according to the present invention to receive the information transmitted by them. As a result, the data collection radio can be used as part of a personal area network (PAN). That is, the wireless ASIC
When the information originates from one of the two, the network with the various data collection transceivers distributed in the room or building rebroadcasts its energy for reception by other devices.

【0275】 更に、この通信ネットワークにより、隣接する建物を相互接続することができ
る。即ち、部屋の中に存在するブロードキャストトランシーバを備えたそれぞれ
のネットワークをワイヤライン(通常、FDDIネットワーク)で相互接続する
のである。例えば、特定の部屋又は建物内部のポータブル無線ASICからの無
線送信を受信し、ASIC無線によって受信したそのデータをワイヤラインを介
して隣接するオフィス空間(通常は、例えば、別の町のオフィス、場合によって
は別の州に所在するオフィス)に送る少なくとも1つの無線トランシーバを1つ
の部屋が備えているとする。向こう側でトランシーバがデータを受信すると、そ
のトランシーバは、その遠隔地に存在するその他の装置が受信できるよう、本発
明による超広帯域送信によってエネルギーを再ブロードキャストするのである。
この結果、1つの場所から別の場所に情報を伝達する無線「ポータルエリア」が
提供される。
Furthermore, this communication network enables interconnection of adjacent buildings. That is, the networks with broadcast transceivers present in the room are interconnected by wirelines (typically FDDI networks). For example, a wireless transmission from a portable wireless ASIC inside a particular room or building is received, and the data received by the ASIC radio is transmitted over the wireline to an adjacent office space (typically, for example, in another town office, Some rooms have at least one wireless transceiver that sends to some offices located in different states. Once the transceiver receives the data on the other side, the transceiver rebroadcasts the energy by the ultra-wideband transmission according to the present invention for reception by other devices at the remote location.
This provides a wireless "portal area" that conveys information from one location to another.

【0276】 或いは、空港などの公的なエリアの場合には、例えば、特定の電話室を設ける
のではなく(この場合、個人は空港の施設として提供された専用電話システムを
使用しなければならない)、本発明によるバイフェーズ通信情報を送受信する個
人用通信装置を使用するユーザーとの間で情報をやり取りする無線トランシーバ
ネットワークを空港に備えればよい。この結果、本発明によってUWB通信の使
用が促進され、通信するために個人が特定の場所に出向くのではなく、近隣エリ
アに所在した状態で(その間に障害物があってもよい)通信相手と通信状態に維
持される。
Alternatively, in the case of a public area such as an airport, for example, rather than providing a specific telephone room (in this case, an individual must use a private telephone system provided as an airport facility) ), The airport may be provided with a wireless transceiver network for exchanging information with a user who uses the personal communication device for transmitting and receiving bi-phase communication information according to the present invention. As a result, the present invention facilitates the use of UWB communications, where an individual does not go to a particular location to communicate with a communication partner in a nearby area (with possible obstructions between them). Communication status is maintained.

【0277】 本発明によるUWBバイフェーズ広帯域通信を使用する1つの利点は、特定の
無線周波数スペクトルを共有する従来のセルラー技術やその他の多元接続技術に
比べ、多元接続ユーザー数がはるかに大きいことである。例えば、本発明で提供
されるUWB符号は、従来のスプリットスペクトル符号に比べて100倍以上も
長い。従って、数百万にも及ぶ一意のアドレスを比較的小さい空間内の異なる個
人に割り当てることが可能である。この結果、これら数百万もの一意の全アドレ
スは、ラウンドロビン法やスペクトル拡散システムによる制限的な接続とは異な
り、同時に使用することができる。
One advantage of using UWB bi-phase wideband communication according to the present invention is that it has a much larger number of multiple access users compared to conventional cellular and other multiple access technologies that share a particular radio frequency spectrum. is there. For example, the UWB code provided by the present invention is 100 times longer than the conventional split spectrum code. Thus, millions of unique addresses can be assigned to different individuals in a relatively small space. As a result, all these millions of unique addresses can be used at the same time, unlike restrictive connections by round robin or spread spectrum systems.

【0278】 本発明によるバイフェーズ変調体系の別の特徴は、サーチするのに格段に大き
な符号空間が必要であり、信号が空間及び時間の両面で滑らかに表れることから
、盗聴されにくいというセキュリティが提供されることである。更に、サーチす
るためのエッジも存在していない。
Another feature of the bi-phase modulation system according to the present invention is that a significantly large code space is required for searching, and the signal appears smoothly in both space and time, which makes it difficult to eavesdrop. To be provided. Furthermore, there are no edges to search.

【0279】 図50は、本発明のコントローラ及びアプリケーションインターフェイスの実
施例を実装可能なプロセッサシステム801を示している。このプロセッサシス
テム801には、情報を伝達するバス802又はその他の通信メカニズムと、バ
ス802に接続された情報処理用のプロセッサ803が含まれている。更に、プ
ロセッサシステム801には、バス802に接続されプロセッサ803によって
実行される情報と命令を保存するランダムアクセスメモリ(RAM)やその他の
動的ストレージ装置(例:ダイナミックRAM(DRAM)、スタティックRA
M(SRAM)、及び同期DRAM(SDRAM))などのメインメモリ804
も含まれてる。このメインメモリ804は、プロセッサ803による実行の際に
一時的な変数やその他の中間情報を保存するためにも使用可能である。更に、プ
ロセッサシステム801には、バス802に接続されプロセッサ803用の静的
な情報と命令を保存する読み取り専用メモリ(ROM)805又はその他の静的
ストレージ装置(例:プログラム可能ROM(PROM)、消去可能PROM(
EPROM))、及び電子的消去可能PROM(EEPROM))も含まれてい
る。
FIG. 50 illustrates a processor system 801 in which embodiments of the controller and application interface of the present invention may be implemented. The processor system 801 includes a bus 802 or other communication mechanism for transmitting information, and a processor 803 for information processing connected to the bus 802. Further, the processor system 801 is connected to a bus 802 and stores random access memory (RAM) for storing information and instructions executed by the processor 803 and other dynamic storage devices (eg, dynamic RAM (DRAM), static RA).
Main memory 804 such as M (SRAM) and synchronous DRAM (SDRAM)
Is also included. This main memory 804 can also be used to store temporary variables and other intermediate information during execution by the processor 803. Further, the processor system 801 may include a read only memory (ROM) 805 connected to the bus 802 for storing static information and instructions for the processor 803 or other static storage device (eg, programmable ROM (PROM), Erasable PROM (
EPROM)), and electronically erasable PROM (EEPROM)).

【0280】 更に、プロセッサシステム801には、バス802に接続された磁気ハードデ
ィスク807及びリムーバブルメディア駆動装置808(例:フロッピー(登録
商標)ディスク駆動装置、読み取り専用コンパクトディスク駆動装置、読み取り
/書き込みコンパクトディスク駆動装置、コンパクトディスクジュークボックス
、テープ駆動装置、及びリムーバブル光磁気駆動装置)などの情報と命令を保存
する1つ以上のストレージ装置を制御するディスクコントローラ806も含まれ
ている。ストレージ装置は、適切な装置インターフェイス(例:SCSI(smal
l computer system interface)、IDE(integrated device electronics)、
E−IDE(enhanced-IDE)、DMA(direct memory access)、又はultr
a−DMA)を使用してプロセッサシステム801に追加することができる。
Further, the processor system 801 includes a magnetic hard disk 807 connected to the bus 802 and a removable medium drive 808 (eg, floppy (registered trademark) disk drive, read-only compact disk drive, read / write compact disk). Also included is a disk controller 806 that controls one or more storage devices that store information and instructions, such as drives, compact disc jukeboxes, tape drives, and removable magneto-optical drives. The storage device must have an appropriate device interface (eg SCSI (smal
l computer system interface), IDE (integrated device electronics),
E-IDE (enhanced-IDE), DMA (direct memory access), or ultr
a-DMA) can be used to add to the processor system 801.

【0281】 又、プロセッサシステム801は、特殊目的のロジックデバイス(例:ASI
C(application specific integrated circuit))又は構成可能なロジックデ
バイス(例:SPLD(simple programmable logic device)、CPLD(comp
lex programmable logic device)、及びFPGA(field programmable gate a
rray))も含むことができる。
The processor system 801 is a special purpose logic device (eg, ASI).
C (application specific integrated circuit) or configurable logic device (eg SPLD (simple programmable logic device), CPLD (comp
lex programmable logic device) and FPGA (field programmable gate a
rray)) can also be included.

【0282】 更に、プロセッサシステム801は、バス802に接続されCRT(cathode
ray tube)やLCDディスプレイなどの情報をコンピュータユーザーに表示する
ディスプレイ810を制御するディスプレイコントローラ809を含むことがで
きる。このコンピュータシステムには、キーボード811及びポインティング装
置812などの、コンピュータユーザーとやり取りして情報をプロセッサ803
に提供する入力装置が含まれている。例えば、ポインティング装置812は、方
向情報と命令の選択をプロセッサ803に伝達しディスプレイ810上のカーソ
ルの動きを制御するマウス、トラックボール、又はポインティングスティックで
あってよい。更に、プリンタにより、プロセッサシステム801によって保存及
び/又は生成されたデータ構造/情報の印刷リストを出力することができる。
Further, the processor system 801 is connected to the bus 802, and a CRT (cathode
A display controller 809 may be included that controls a display 810 that displays information to a computer user, such as a ray tube) or LCD display. This computer system includes a processor 803 for communicating information with a computer user, such as a keyboard 811 and pointing device 812.
It includes an input device provided by. For example, pointing device 812 may be a mouse, trackball, or pointing stick that conveys direction information and command selections to processor 803 and controls cursor movement on display 810. In addition, the printer can output a printed list of data structures / information stored and / or generated by the processor system 801.

【0283】 プロセッサシステム801は、プロセッサ803に応答し、メインメモリ80
4などのメモリ内に格納された1つ以上の命令の1つ以上のシーケンスを実行し
、本発明の一部或いはすべての段階を実行する。このような命令は、ハードディ
スク807やリムーバブルメディア駆動装置808などの別のコンピュータによ
る読み取り可能媒体からメインメモリ804内に読み込むことができる。又、マ
ルチプロセッシング配列の1つ以上のプロセッサを使用してメインメモリ804
内に格納された命令のシーケンスを実行することも可能である。別の実施例にお
いては、ソフトウェア命令の代わりに(或いは、これと組み合わせて)配線で接
続された回路を使用することもできる。即ち、実施例は、ハードウェア回路とソ
フトウェアの特定の組み合わせに限定されるものではない。
The processor system 801 is responsive to the processor 803 to communicate with the main memory 80.
4. One or more sequences of one or more instructions stored in memory, such as four, are executed to carry out some or all of the steps of the invention. Such instructions may be read into main memory 804 from another computer-readable medium, such as hard disk 807 or removable media drive 808. It also uses one or more processors in a multi-processing array to
It is also possible to execute a sequence of instructions stored within. In alternative embodiments, hard-wired circuitry may be used in place of (or in combination with) software instructions. That is, the embodiments are not limited to a particular combination of hardware circuitry and software.

【0284】 前述のとおり、プロセッサシステム801は、本発明の開示内容に従ってプロ
グラムされた命令を保持すると共に、データ構造、テーブル、レコード、又は本
明細書で説明されたその他のデータを格納するための少なくとも1つのコンピュ
ータによる読み取り可能な媒体又はメモリを含んでいる。このコンピュータによ
る読み取り可能な媒体の例としては、コンパクトディスク、ハードディスク、フ
ロッピーディスク、テープ、光磁気ディスク、PROM(EPROM、EEPR
OM、フラッシュEPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM、又はその他
の磁気媒体、コンパクトディスク(例:CD−ROM)、又はその他の光媒体、
パンチカード、紙テープ、又は孔パターンを有するその他の物理媒体、搬送波(
後述する)、又はコンピュータが読み取り可能なその他の媒体が挙げられる。
As mentioned above, the processor system 801 is for holding instructions programmed according to the present disclosure and for storing data structures, tables, records, or other data described herein. It includes at least one computer readable medium or memory. Examples of the computer-readable medium include compact discs, hard discs, floppy discs, tapes, magneto-optical discs, PROMs (EPROM, EEPR).
OM, flash EPROM), DRAM, SRAM, SDRAM, or other magnetic media, compact disc (eg CD-ROM), or other optical media,
Punched card, paper tape, or other physical medium with a hole pattern, carrier (
(Described below) or other computer-readable medium.

【0285】 本発明は、コンピュータによる読み取り可能な媒体のいずれか又はそれらの組
み合わせ上に保存され、コンピュータシステム801を制御し、本発明を実装す
るために装置を駆動し、プロセッサシステム801が人間ユーザー(例:印刷物
生産要員)とやり取りできるようにするソフトウェアを含んでいる。このような
ソフトウェアには、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール
、及びアプリケーションソフトウェアが含まれる(但し、これらに限定されない
)。このようなコンピュータで読み取り可能な媒体には、本発明の実装において
実行される処理のすべて又は一部(処理が分散されている場合)を実行するため
の本発明のコンピュータプログラムプロダクトが更に含まれる。
The invention is stored on any computer readable medium or any combination thereof for controlling computer system 801 and driving a device to implement the invention such that processor system 801 is a human user. Includes software that allows you to interact with (eg, print production personnel). Such software includes, but is not limited to, device drivers, operating systems, development tools, and application software. Such computer readable media further includes the computer program product of the present invention for performing all or part of the processing performed in an implementation of the present invention (when the processing is distributed). .

【0286】 本発明のコンピュータ符号装置は、スクリプト、解釈可能なプログラム、ダイ
ナミックリンクライブラリ(DLL)、Javaクラス、及び完全な実行可能プ
ログラムなど(但し、これらに限定されない)、解釈可能又は実行可能な符号メ
カニズムであればどのようなものであってもよい。更に、性能、信頼性、及び/
又はコストを改善するため、本発明の処理の各部分を分散させることもできる。
The computer encoding device of the present invention is a script, an interpretable program, a dynamic link library (DLL), a Java class, a complete executable program, etc., but not limited to, interpretable or executable. Any coding mechanism may be used. In addition, performance, reliability, and / or
Alternatively, parts of the process of the invention can be distributed to improve cost.

【0287】 本明細書で使用する「コンピュータによる読み取り可能な媒体」という用語は
、プロセッサー803に対して実行命令を提供するすべての媒体を指している。
このコンピュータによる読み取り可能な媒体は、非揮発性媒体、揮発性媒体、及
び送信媒体など(但し、これらに限定されない)、多数の形態を取ることができ
る。非揮発性媒体には、例えば、ハードディスク807やリムーバブルメディア
駆動装置808などの光、磁気ディスク、及び光磁気ディスクが含まれる。そし
て、揮発性媒体には、メインメモリ804などのダイナミックメモリが含まれる
。送信媒体には、同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバが含まれ、バス802を
構成するワイヤもこれに含まれる。又、送信媒体は、無線波及び赤外線データ通
信の際に生成されるものなどの音響又は光の波の形態を取ることもできる。
The term “computer-readable medium” as used herein refers to any medium that provides executable instructions to processor 803.
The computer readable medium can take many forms, including, but not limited to, non-volatile media, volatile media, and transmission media. Non-volatile media include, for example, optical disks such as hard disk 807 and removable media drive 808, magnetic disks, and magneto-optical disks. Volatile media also includes dynamic memory, such as main memory 804. Transmission media includes coaxial cables, copper wire and fiber optics, including the wires that comprise bus 802. Transmission media can also take the form of acoustic or light waves, such as those generated during radio wave and infrared data communications.

【0288】 このようなコンピュータによる読み取り可能な媒体の様々な形態は、実行する
1つ以上の命令の1つ以上のシーケンスをプロセッサ803に伝達する方法と関
係している。例えば、命令は、まずリモートコンピュータの磁気ディスク上に保
存しておいてもよい。リモートコンピュータは、本発明のすべて又は一部を実装
するそれらの命令を遠隔地においてダイナミックメモリにロードし、モデムによ
って電話回線(又はその他の通信チャネル、有線、又は無線)を介して送信する
。すると、プロセッサシステム801のローカルモデムが電話回線を介してその
データを受信し、赤外線送信機を使用してデータを赤外線信号に変換する。そし
て、バス802に接続された赤外線検出器が赤外線信号で搬送されたこのデータ
を受信し、バス802上に出力する。バス802は、データをメインメモリ80
4に送り、そこからプロセッサ803が命令を取得して実行する。尚、メインメ
モリ804に受け取った命令は、任意選択でプロセッサ803による処理の前又
は後の段階でストレージ装置807又は808に保存してもよい。
Various forms of such computer readable media may be involved in carrying out one or more sequences of one or more instructions for execution to processor 803. For example, the instructions may first be stored on a magnetic disk of a remote computer. The remote computer loads those instructions, which implement all or part of the invention, into a dynamic memory at a remote location and sends them by modem over a telephone line (or other communication channel, wired or wireless). The local modem of processor system 801 then receives the data over the telephone line and uses an infrared transmitter to convert the data to an infrared signal. Then, the infrared detector connected to the bus 802 receives this data carried by the infrared signal and outputs it on the bus 802. The bus 802 stores data in the main memory 80.
4 from which the processor 803 obtains and executes the instructions. It should be noted that the instructions received in the main memory 804 may optionally be stored in the storage device 807 or 808 before or after processing by the processor 803.

【0289】 プロセッサシステム801には、バス802に接続された通信インターフェイ
ス813も含まれている。この通信インターフェイス813により、例えば、パ
ーソナルエリアネットワーク(PAN)815やインターネットなどの別の通信
ネットワーク816に接続されたネットワークリンク814に対して双方向UW
Bデータ通信接続が提供される。例えば、このUWB通信インターフェイス81
3は、パケット交換UWB対応PANに装着するネットワークインターフェイス
カードであってよい。或いは、別の例として、通信インターフェイス813は、
対応する種類の通信ラインにデータ通信接続を提供するUWB接続可能なADS
L(asymmetrical digital subscriber line)カード、ISDN(integrated s
ervices digital network)カード、又はモデムであってもよい。
The processor system 801 also includes a communication interface 813 connected to the bus 802. The communication interface 813 allows a bidirectional UW to a network link 814 connected to another communication network 816 such as a personal area network (PAN) 815 or the Internet.
B data communication connection is provided. For example, this UWB communication interface 81
Reference numeral 3 may be a network interface card to be attached to the packet switched UWB compatible PAN. Alternatively, as another example, the communication interface 813 is
UWB connectable ADS providing data communication connection to corresponding type of communication line
L (asymmetrical digital subscriber line) card, ISDN (integrated s)
ervices digital network) card, or a modem.

【0290】 ネットワークリンク814は、通常、1つ以上のネットワークを介してその他
のデータ装置にデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク814は、
パーソナルエリアネットワーク815(例:PAN)を介して、或いは、通信ネ
ットワーク816による通信サービスを提供するサービスプロバイダが運営する
機器を介して、RF接続を別のコンピュータに提供可能である。好適な実施例に
おいては、ローカルネットワーク814及び通信ネットワーク816は、デジタ
ルデータストリームを搬送する電子的、電磁的、又は光学的信号を使用するのが
望ましい。プロセッサシステム801との間でデジタルデータを搬送する様々な
ネットワークを介した信号及びネットワークリンク814上及び通信インターフ
ェイス813を介した信号は、情報を伝達する搬送波の模範的な形態である。プ
ロセッサシステム801は、ネットワーク815及び816、ネットワークリン
ク814、及び通信インターフェイス813を介し、プログラム符号を含むデー
タを送受信することができる。
Network link 814 typically provides data communication through one or more networks to other data devices. For example, the network link 814 is
An RF connection can be provided to another computer via the personal area network 815 (eg, PAN) or via a device operated by a service provider that provides communication services via the communication network 816. In the preferred embodiment, local network 814 and communication network 816 preferably use electronic, electromagnetic, or optical signals that carry digital data streams. Signals over the various networks that carry digital data to and from processor system 801, and over network link 814 and through communication interface 813, are exemplary forms of carrier waves carrying information. Processor system 801 can send and receive data, including program code, through networks 815 and 816, network link 814, and communication interface 813.

【0291】 図51は、本発明によるトランシーバの実施例のブロックダイアグラムである
。本トランシーバは、本発明によるUWB信号を送受信するアンテナ5101を
使用しており、このアンテナ5101は、送信/受信(T/R)スイッチ510
3に接続されている。送信の場合には、T/Rスイッチ5103がT/R切換制
御信号によって制御され、トランシーバの送信アーム(図51に示されている上
部の経路)に接続される。一方、受信の場合には、T/Rスイッチ5103がT
/R切換ラインによって制御され、アンテナ5101からのエネルギーがRxフ
ィルタ5109から始まる受信信号経路に接続される。
FIG. 51 is a block diagram of an embodiment of a transceiver according to the present invention. The transceiver uses an antenna 5101 for transmitting and receiving UWB signals according to the invention, which antenna 5101 is a transmit / receive (T / R) switch 510.
Connected to 3. In the case of transmission, the T / R switch 5103 is controlled by the T / R switching control signal and is connected to the transmitter arm of the transceiver (upper path shown in FIG. 51). On the other hand, when receiving, the T / R switch 5103
Controlled by the / R switch line, the energy from antenna 5101 is connected to the receive signal path starting from Rx filter 5109.

【0292】 送信動作モードでは、第1ミキシングトラッキングアーム5113(MTA1
)の送信モードの稼動が有効になる。送信動作モードでは、送信する波形が送信
ラインから送信フィルタ5107に渡されるが、この送信フィルタ5107は、
送信する出力信号のスペクトルエネルギーを調整する適応フィルタである。そし
て、送信フィルタ5107の出力は、図51に示すように、制御ラインUWB制
御を介してリモートコントローラから制御信号を受信する電力制御装置5105
に渡される。この電力制御装置5105は、送信する全エネルギーの送信電力を
調整するものである。通常動作モードにおいては、図51に示すトランシーバは
、電力スペクトル密度を調節した環境で稼動する。即ち、電力制御装置5105
は、帯域内の特定部分における電力スペクトル密度が電力スペクトル密度要件を
満たすよう、出力を抑制する。この電力制御装置5101の出力は、T/Rスイ
ッチ5103を経た後にアンテナ5101から放射され、本発明による無線UW
B波形が生成される。
In the transmission operation mode, the first mixing tracking arm 5113 (MTA1
) Transmission mode operation is enabled. In the transmission operation mode, the waveform to be transmitted is passed from the transmission line to the transmission filter 5107.
It is an adaptive filter that adjusts the spectral energy of the output signal to be transmitted. Then, the output of the transmission filter 5107 is, as shown in FIG. 51, a power control device 5105 which receives a control signal from the remote controller via the control line UWB control.
Passed to. This power control device 5105 adjusts the transmission power of all the energy to be transmitted. In the normal operation mode, the transceiver shown in FIG. 51 operates in an environment where the power spectral density is adjusted. That is, the power control device 5105
Suppresses the power so that the power spectral density in a specific part of the band satisfies the power spectral density requirement. The output of the power control device 5101 is radiated from the antenna 5101 after passing through the T / R switch 5103 and the wireless UW according to the present invention.
A B waveform is generated.

【0293】 一方、受信動作モードにおいては、アンテナ5101からのエネルギーがT/
Rスイッチ5103を介して受信フィルタ5109に渡される。この受信フィル
タ5109は適応フィルタであり、狭帯域干渉(先程「RFI」と称したもの)
の影響を軽減する。この受信フィルタ5109によるフィルタ処理の後に、受信
信号は、後続の処理に先立って、信号エネルギーの全体レベルを調整する自動利
得制御(AGC)回路5111に渡される。これらの受信フィルタ5109及び
AGC処理用の制御信号は、図示のように、「RxF制御」及び「AGC制御」
信号ラインから供給される。そして、AGC装置5111の出力が分割され、3
つの異なるミキシングトラッキングアーム5113、5115、及び5117に
分配される。この3つのミキシングトラッキングアームのそれぞれは、同様の処
理を実行しそれぞれのミキシングトラッキングアームが受信信号の異なるマルチ
パス成分を検出及び受信できるよう、独立的に制御することができる。即ち、各
ミキシングトラッキングアーム5113、5115、及び5117には、次のコ
ンポーネントが含まれている。まず、160MHzクロックがそれぞれのミキシ
ングトラッキングアーム5113に印加されると共に、処理内容に基づき、その
他の基準信号も供給される。そして、クロック制御信号、並びにデジタル制御信
号になる符号/位相制御信号、及び所定数の制御ラインを備えるパルス形成ネッ
トワーク制御バスもミキシングトラッキングアームに入力される。これらのミキ
シングトラッキングアームは、後続の検出処理のために、受信信号エネルギーを
信号エネルギーのローカルバージョンと関連付ける。受信動作モードで稼動した
場合は、ミキシング有効化信号により、受信動作モードで稼動するべくミキシン
グトラッキングアームが構成される。受信動作モードでの稼動中には、図示のよ
うに、アナログ出力信号がA/Dコンバータ5119に供給され、トラッキング
信号がトラッキングA/Dコンバータ5121に供給される。尚、ミキシングト
ラッキングアーム5115及び5117においても同様の処理がA/Dコンバー
タ5123、5125、5127、及び5129によって実行される。
On the other hand, in the reception operation mode, the energy from the antenna 5101 is T /
It is passed to the reception filter 5109 via the R switch 5103. This reception filter 5109 is an adaptive filter, and has narrow band interference (the one called "RFI" above).
Reduce the effect of. After filtering by this receive filter 5109, the received signal is passed to an automatic gain control (AGC) circuit 5111 which adjusts the overall level of signal energy prior to subsequent processing. The control signals for the reception filter 5109 and the AGC process are “RxF control” and “AGC control” as shown in the figure.
It is supplied from the signal line. Then, the output of the AGC device 5111 is divided into 3
It is distributed to three different mixing tracking arms 5113, 5115, and 5117. Each of these three mixing tracking arms can be independently controlled so that the same processing is performed so that each mixing tracking arm can detect and receive different multipath components of the received signal. That is, each mixing tracking arm 5113, 5115, and 5117 includes the following components. First, a 160 MHz clock is applied to each mixing tracking arm 5113, and other reference signals are also supplied based on the processing content. Then, a clock control signal, a code / phase control signal that becomes a digital control signal, and a pulse forming network control bus including a predetermined number of control lines are also input to the mixing tracking arm. These mixing tracking arms associate the received signal energy with a local version of the signal energy for subsequent detection processing. When operating in the receive mode of operation, the mixing enable signal configures the mixing tracking arm to operate in the receive mode of operation. During operation in the reception operation mode, the analog output signal is supplied to the A / D converter 5119 and the tracking signal is supplied to the tracking A / D converter 5121 as illustrated. Similar processing is performed in the mixing tracking arms 5115 and 5117 by the A / D converters 5123, 5125, 5127, and 5129.

【0294】 図52は、図51のミキシングトラッキングアーム5113のブロックダイア
グラムを示している。この図52のブロックダイアグラムは、図53A〜図53
D、図54A〜図54D、図55A〜図55C、図56、及び図57に示された
対応する信号波形を参照すれば容易に理解できる。図52を参照すれば、パルス
形成ネットワーク5207は、図示のように、クロックコントローラ5209、
及び符号FIFO5211及びPFNデータコントローラ5213から供給され
る符号の制御下で本発明によるUWBバイフェーズパルスを生成する。クロック
コントローラ5209は、160MHzの入力信号基準とクロック制御信号を受
信している。通常、クロックコントローラ5209の出力は1.6GHzで動作
するチップクロックであり、これがパルス形成ネットワーク5207及びパルス
形成ネットワークデータコントローラ5213の両方に印加される。符号/位相
制御信号が符号FIFOに印加されるが、この信号は受信を試みる特定のユーザ
ーに固有のものである。符号FIFOは、N(33として示されている)信号ラ
インのセットでデータをパルス形成ネットワーク5207に単純に供給している
。パルス形成制御ネットワーク5213には、最終的にどの符号のサブセットを
パルス形成ネットワーク5207から出力するのかを決定する制御入力も供給さ
れている。そして、パルス形成ネットワーク5207で生成された符号クロック
は、図示のように、所定量だけ遅延され、出力信号書き込みデータ及び書き込み
トラックとして供給される。パルス形成ネットワーク5207によって供給され
た一連のパルスは、後述するように、ミキサー5203及び5205に供給され
る。
FIG. 52 shows a block diagram of the mixing tracking arm 5113 of FIG. The block diagram of FIG. 52 is shown in FIGS.
D, FIG. 54A-54D, FIG. 55A-55C, FIG. 56, and the corresponding signal waveforms shown in FIG. Referring to FIG. 52, the pulse forming network 5207 includes a clock controller 5209, as shown.
And a UWB bi-phase pulse according to the present invention under the control of the code supplied from the code FIFO 5211 and the PFN data controller 5213. The clock controller 5209 receives the 160 MHz input signal reference and the clock control signal. Typically, the output of clock controller 5209 is a chip clock operating at 1.6 GHz, which is applied to both pulse forming network 5207 and pulse forming network data controller 5213. A code / phase control signal is applied to the code FIFO, which signal is specific to the particular user attempting to receive. The code FIFO simply feeds the data to the pulse forming network 5207 on a set of N (shown as 33) signal lines. The pulse forming control network 5213 is also provided with control inputs that determine which subset of codes will eventually be output from the pulse forming network 5207. Then, the code clock generated by the pulse forming network 5207 is delayed by a predetermined amount and supplied as the output signal write data and the write track, as shown in the figure. The series of pulses provided by the pulse forming network 5207 are provided to mixers 5203 and 5205, as described below.

【0295】 図52に示すように、到来したRF信号は、「先行」、「遅延」、及び「メイ
ン」という3つの個別信号に分割される。先行信号は、加算器5202の負入力
に印加される。「メイン」信号は、遅延1によって30ピコ秒遅延される(但し
、好適な実施例においては、その他の遅延も使用可能である)。そして、第3の
入力は、遅延2によって60ピコ秒だけ遅延され(但し、量を変化させて遅延さ
せてもよい)、「遅延」信号として形成された後に加算器5202の正入力に印
加される。加算器5202は、図示のようにトラッキングミキサー5205と同
様に、トラッキング有効化信号によって有効になり、ミキサー5203の動作は
、ミキサー有効化制御信号によって有効になる。従って、図53A〜図55Cに
示すように、先行信号はメイン信号よりも30ピコ秒先行しており、遅延信号は
メイン信号よりも30ピコ秒だけ遅延している。この加算器5202の出力は、
遅延及び先行信号の集合体であり、「遅延−先行」と呼ぶことにする。
As shown in FIG. 52, the incoming RF signal is divided into three individual signals, “lead”, “delay”, and “main”. The lead signal is applied to the negative input of adder 5202. The "main" signal is delayed by 30 picoseconds with delay 1 (although other delays could be used in the preferred embodiment). The third input is then delayed by delay 2 for 60 picoseconds (although it may be delayed by varying amounts), formed as a "delayed" signal and then applied to the positive input of adder 5202. It The adder 5202 is enabled by the tracking enable signal as in the tracking mixer 5205 as shown, and the operation of the mixer 5203 is enabled by the mixer enable control signal. Thus, as shown in FIGS. 53A-55C, the lead signal is 30 picoseconds ahead of the main signal and the delayed signal is 30 picoseconds behind the main signal. The output of this adder 5202 is
It is a collection of delayed and leading signals and will be referred to as "delay-leading".

【0296】 図54A〜図54Dは、ミキサーを介して渡されLO波形によって処理された
後の信号を示している。図54Aに示すように、LO波形は、恐らくメイン信号
と時間的にずれている。従って、図54Bに示すように、出力ミキサー5203
はエネルギーのかなりの量がゼロV未満で収集されることを示している。同様に
、LO信号及び誤差信号(遅延−先行)が図54Cに示されており、これらの信
号がミキサー5205に印加される。このミキサー5205の出力として「ER
R−MIX」と名付けられた信号が供給され、これが図54Dに示されている。
ミキサー5203の出力は、「ON−DATA」と呼ばれる出力データ信号で供
給される。トラッキングミキサー5205の出力は、「トラッキング」と呼ばれ
る信号である。
54A-54D show the signal after it has been passed through the mixer and processed by the LO waveform. As shown in FIG. 54A, the LO waveform is probably out of time with the main signal. Therefore, as shown in FIG. 54B, the output mixer 5203
Indicates that a significant amount of energy is collected below zero V. Similarly, the LO signal and the error signal (delay-lead) are shown in FIG. 54C, and these signals are applied to mixer 5205. The output of this mixer 5205 is "ER
A signal labeled "R-MIX" is provided, which is shown in Figure 54D.
The output of mixer 5203 is provided by an output data signal called "ON-DATA". The output of tracking mixer 5205 is a signal called "tracking".

【0297】 図55Aは、130ピコ秒のピーク間パルス幅と遅すぎるローカル発振器信号
によってエネルギーがゼロV周辺に均等に分散されず、負のDCバイアスが存在
するイベントを示している。一方、図55Bは、全エネルギーがゼロに集約され
るよう、ローカル発振器が時間的にRF信号と直接整合しているイベントを示し
ている。図55Cは、ローカル発振器が早く、正の電圧方向へのDCシフトが存
在するイベントを示している。
FIG. 55A shows an event where energy is not evenly distributed around zero V due to a peak-to-peak pulse width of 130 picoseconds and the local oscillator signal is too slow, and there is a negative DC bias. On the other hand, FIG. 55B shows the event where the local oscillator is directly aligned in time with the RF signal so that the total energy is concentrated to zero. FIG. 55C illustrates an event where the local oscillator is fast and there is a DC shift in the positive voltage direction.

【0298】 図56は、トラッキング領域が高い、低い、又は正しいときのミキサー出力を
示している。ミキサー出力は、図57に示すピコ秒単位の整合誤差と合成される
。整合誤差が存在しない(誤差チャネル出力がゼロVを示す)場合は、最大メイ
ンチャネル出力が得られる。しかしながら、整合誤差がゼロピコ秒からずれると
、メインチャネル出力は最大可能検出電圧を下回る。即ち、LO信号がメインR
Fチャネルと正確に整合していないため、通信システムの性能は最善のものでは
ない。
FIG. 56 shows the mixer output when the tracking area is high, low, or correct. The mixer output is combined with the alignment error in picoseconds shown in FIG. If there is no matching error (error channel output shows zero V), maximum main channel output is obtained. However, if the alignment error deviates from zero picoseconds, the main channel output will fall below the maximum possible detection voltage. That is, the LO signal is the main R
The performance of the communication system is not optimal because it is not exactly aligned with the F channel.

【0299】 図57は、ゼロVを上回る又はゼロV未満の整合誤差が観測された場合に、L
Oがメインチャネルと正確に整合する最適な保護に向かってPFN5207(図
52)のLO出力をガイドするべく、PFNデータコントローラ5213が代わ
りに制御ライン「符号/位相」を介して制御をアサートすることを示している。
FIG. 57 shows that when a match error above zero V or below zero V is observed, L
The PFN data controller 5213 instead asserts control via the control line "Sign / Phase" to guide the LO output of the PFN 5207 (Fig. 52) towards the optimal protection where O exactly matches the main channel. Is shown.

【0300】 図58は、区分的に連続したUWBバイフェーズ送信波形を生成する本発明に
よる送信機のアーキテクチャを示すブロックダイアグラムである。符号生成メカ
ニズム(5800)は、特定ユーザーに固有の符号を生成し、データと共に符号
をパルス形成ネットワーク5801に渡す。パルス形成ネットワーク5801は
、半導体技術を使用して本発明による区分的に連続したバイフェーズUWB信号
を生成し、この出力が増幅器5803によって増幅されてアンテナ5804から
送信される。共通クロックが符号生成回路5800及びPFN5801の両方に
入力されるため、両装置は同期して動作する。
FIG. 58 is a block diagram showing the architecture of a transmitter according to the present invention for generating piecewise continuous UWB bi-phase transmission waveforms. The code generation mechanism (5800) generates a code unique to a particular user and passes the code along with the data to the pulse forming network 5801. The pulse forming network 5801 uses semiconductor technology to generate a piecewise continuous bi-phase UWB signal according to the present invention, the output of which is amplified by an amplifier 5803 and transmitted from an antenna 5804. Since the common clock is input to both the code generation circuit 5800 and PFN5801, both devices operate in synchronization.

【0301】 図59の最上段の波形(デジタルロジック信号)は、PFN5801に入力さ
れる符号110を示している。PFN5801は集積回路上に形成されるが、こ
れは、ECL、CMOS,bi−CMOS、或いはシリコンゲルマニウムの形態
であってよい。このPFN5801は、各データ信号用のパルスを生成するが、
このパルスは、図示のように、デジタルロジックの「エッジ」5910〜591
2を使用して生成される。「ECL」及び「新しいCMOS」と名付けられた下
段の2つの軌跡も、これらの波形の生成に使用される半導体回路に固有の上昇時
間を示している。ECLの場合には、330ピコ秒の上昇時間(エッジ)が観測
される共に、同様に330ピコ秒の下降時間が観測されている。一方、新しいC
MOSデバイスを使用する場合には、100ピコ秒の上昇及び下降時間(又は、
少なくとも200ピコ秒未満の時間)が可能なものと観測されている。
The uppermost waveform (digital logic signal) in FIG. 59 indicates the code 110 input to the PFN5801. Although PFN5801 is formed on an integrated circuit, it may be in the form of ECL, CMOS, bi-CMOS, or silicon germanium. This PFN5801 generates a pulse for each data signal,
This pulse, as shown, is the "edge" 5910-591 of the digital logic.
Generated using 2. The lower two traces, labeled "ECL" and "new CMOS", also show the rise times inherent in the semiconductor circuits used to generate these waveforms. In the case of ECL, a rise time (edge) of 330 picoseconds is observed and a fall time of 330 picoseconds is also observed. Meanwhile, the new C
When using a MOS device, the rise and fall times of 100 picoseconds (or
(At least less than 200 picoseconds) has been observed.

【0302】 本発明者の認知するところでは、技術の発展により、現在及び次世代コンポー
ネントの上昇及び下降時間は継続して短縮されるはずである。従って、本発明に
よる半導体ロジック回路のエッジを使用した区分的なUWB信号の生成により、
継続的な半導体デバイスの時間的な性能向上に伴い、本発明による通信システム
の帯域幅も向上することになる。図60はこれを示しており、図59の遅いEC
L波形と図59に示すより新しいCMOSロジックのエッジに対応する2つのス
ペクトルグラフが示されている。遅いECLロジックに対応するスペクトルは、
所定帯域幅B1を有する一方、速い新しいCMOS技術の場合には、その3倍の
帯域幅を有している。更に、図59に示すような(下の2つの軌跡)個別のエッ
ジを使用して区分的に連続な波形を生成することにより、本発明を実装する無線
の性能は、ゴードン・ムーア(Gordon Moore)の法則に従い、時間の経過に伴っ
て上昇することになる。ゴードン・ムーアの法則によれば、集積回路は18ヶ月
ごとに速度が2倍になりサイズが半分になる。従って、本発明においてこのよう
な集積回路によって波形を生成することにより、本発明による無線の実装も18
ヶ月ごとに2倍速くなり、サイズも半分になり得る。処理電力のlogで性能が
向上する従来の無線とは異なり、本発明の場合には、IC性能の向上に伴って線
形で性能が向上するのである。
To the inventor's knowledge, technological advances should continually reduce the rise and fall times of current and next-generation components. Therefore, by generating a piecewise UWB signal using the edge of the semiconductor logic circuit according to the present invention,
The bandwidth of the communication system according to the present invention will be improved as the temporal performance of the semiconductor device is continuously improved. FIG. 60 shows this, the slow EC of FIG.
Two L-waveforms and two spectrum graphs corresponding to the edges of the newer CMOS logic shown in FIG. 59 are shown. The spectrum corresponding to the slow ECL logic is
It has a predetermined bandwidth B 1 , while it has three times the bandwidth in the case of fast new CMOS technology. Furthermore, by using piecewise continuous waveforms (see the bottom two trajectories) as shown in FIG. 59 to generate piecewise continuous waveforms, the performance of radios implementing the present invention has been shown to be Gordon Moore. ), It will rise with the passage of time. According to Gordon Moore's Law, every 18 months an integrated circuit doubles in speed and halves in size. Therefore, the wireless implementation according to the present invention is also realized by generating a waveform by such an integrated circuit in the present invention.
Every month it can be twice as fast and half the size. Unlike the conventional radio in which the performance is improved by the log of the processing power, in the case of the present invention, the performance is linearly improved as the IC performance is improved.

【0303】 当業者には明らかなように、本明細書に述べたメカニズム及びプロセスは、本
明細書の開示内容に従ってプログラムされた従来の汎用マイクロプロセッサを使
用して実装可能である。又、熟練したプログラマであれば、本開示内容に基づい
て適切なソフトウェアのコーディングを簡単に準備できることは、当業者には明
らかであろう。
Those of ordinary skill in the art will appreciate that the mechanisms and processes described herein may be implemented using a conventional general-purpose microprocessor programmed according to the disclosure herein. It will also be apparent to those skilled in the art that skilled programmers can easily prepare suitable software coding based on the present disclosure.

【0304】 従って、ストレージ媒体で提供され、本発明に従ってプロセスを実行するよう
にコンピュータをプログラムするのに使用可能な命令を含むコンピュータに基づ
いた製品も本発明には含まれる。このストレージ媒体には、フロッピーディスク
、光ディスク、CD−ROM、光磁気ディスクなどのあらゆる種類のディスク、
ROM、RAM、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリ、磁気又は光カ
ード、又は電子命令を保存するのに適したあらゆる種類の媒体が含まれる(但し
、これらに限定されない)。
Accordingly, the invention also includes computer-based products that include instructions that are provided on a storage medium and that can be used to program a computer to perform processes in accordance with the invention. This storage medium can be any type of disk such as floppy disk, optical disk, CD-ROM, magneto-optical disk,
ROM, RAM, EPROM, EEPROM, flash memory, magnetic or optical cards, or any type of medium suitable for storing electronic instructions are included, but are not limited to.

【0305】 以上の開示内容に鑑み、本発明に多数の変更と変形が可能であることは明らか
である。従って、本発明は、添付の請求の範囲内において本明細書に具体的に説
明されているもの以外の形態で実施可能であることを理解されたい。
Obviously, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above disclosure. It is therefore to be understood that the invention may be practiced other than as specifically described herein within the scope of the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 異なる素材内を伝播する際のRF信号の減衰量対周波数を示すグラフである。[Figure 1]   6 is a graph showing the amount of RF signal attenuation versus frequency as it propagates through different materials.

【図2A】 本発明によるバイフェーズパルスの時間波形である。[FIG. 2A]   4 is a time waveform of a biphase pulse according to the present invention.

【図2B】 本発明によるバイフェーズパルスの周波数波形である。FIG. 2B   3 is a frequency waveform of a biphase pulse according to the present invention.

【図3A】 本発明による「1」の情報ビットを表すバイフェーズUWB波形の時間波形で
ある。
FIG. 3A is a time waveform of a bi-phase UWB waveform representing a “1” information bit according to the present invention.

【図3B】 本発明による「0」の情報ビットを表すバイフェーズUWB波形の時間波形で
ある。
FIG. 3B is a time waveform of a bi-phase UWB waveform representing “0” information bits according to the present invention.

【図4A】 「1」の情報ビットを示すパルス位置変調(PPM)波形を示している。FIG. 4A   9 shows a pulse position modulation (PPM) waveform showing an information bit of "1".

【図4B】 「0」の情報ビットを示すパルス位置変調(PPM)波形を示している。FIG. 4B   9 shows a pulse position modulation (PPM) waveform showing an information bit of "0".

【図5A】 「1」の情報ビットを有する最良のケースにおけるPPM波形のグラフである
FIG. 5A is a graph of a PPM waveform in the best case with “1” information bits.

【図5B】 「0」の情報ビットを有する最良のケースにおけるPPM波形のグラフである
FIG. 5B is a graph of a PPM waveform in the best case with “0” information bits.

【図6A】 位相が同じオーバーラップにおけるUWB信号と狭帯域信号を比較するグラフ
である。
FIG. 6A is a graph comparing a UWB signal and a narrowband signal at the same phase overlap.

【図6B】 位相が異なるオーバーラップにおけるUWB信号と狭帯域信号を比較するグラ
フである。
FIG. 6B is a graph comparing a UWB signal and a narrowband signal in overlaps with different phases.

【図6C】 狭帯域信号及びUWB信号の両方の信号サイクル波形である。FIG. 6C   3 is a signal cycle waveform of both a narrow band signal and a UWB signal.

【図7】 計測電力並びに理論電力及び妨害理論電力の両方の受信信号電力の比較を示す
電力対距離のプロットである。
FIG. 7 is a plot of power versus distance showing a comparison of measured power and received signal power of both theoretical and jamming theoretical power.

【図8】 特定チャネルの「サウンディング」を示すための本発明による特定UWB送信
の信号レベル対距離のプロットである。
FIG. 8 is a signal level vs. distance plot for a particular UWB transmission according to the present invention to show “sounding” of a particular channel.

【図9A】 マルチパスが存在するチャネルの観点における本発明のUWB信号によって分
解可能な信号の振幅対時間波形である。
9A is an amplitude versus time waveform of a signal resolvable by a UWB signal of the present invention in terms of a channel in which multipath is present. FIG.

【図9B】 「従来の狭帯域」通信システムのマルチパスによって誘発されたフェ―ジング
チャネルの信号レベル対周波数のプロットである。
FIG. 9B is a plot of signal level versus frequency for a fading channel induced by multipath in a “traditional narrowband” communication system.

【図10】 狭帯域信号、従来のスペクトル拡散通信、及び本発明によるUWB通信スペク
トルのそれぞれの帯域幅を比較する模範的なエネルギー対周波数のプロットであ
る。
FIG. 10 is an exemplary energy versus frequency plot comparing the bandwidth of each of a narrowband signal, conventional spread spectrum communication, and the UWB communication spectrum according to the present invention.

【図11】 本発明の情報伝達用波形として使用する模範的なバイフェーズ信号である。FIG. 11   It is an exemplary bi-phase signal used as a waveform for information transmission of the present invention.

【図12A】 整列パルスシーケンスを本発明に従って設定されたシンボルの一部として提供
するための本発明による信号波長シーケンスの位置配列方法を示す振幅対時間の
プロットである。
FIG. 12A is an amplitude vs. time plot showing a position alignment method of a signal wavelength sequence according to the present invention for providing an aligned pulse sequence as part of a symbol set according to the present invention.

【図12B】 本発明において計測されたランダムノイズ信号の電力スペクトル密度対周波数
のプロットである。
FIG. 12B is a plot of power spectral density versus frequency of a random noise signal measured in the present invention.

【図13A】 通信伝搬路内の障害物によってマルチパス反射が発生する様子を示す図である
FIG. 13A is a diagram showing how multipath reflection occurs due to an obstacle in the communication channel.

【図13B】 図13Aの状況で発生したマルチパスによって生成される時間波形の例を示し
ている。
FIG. 13B shows an example of a time waveform generated by the multipath generated in the situation of FIG. 13A.

【図14】 本発明によって実装可能な検出回路を示している。FIG. 14   3 illustrates a detection circuit that can be implemented according to the present invention.

【図15】 本発明において使用する時間変調によって4つの異なる機能を融合する方法を
示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a method of merging four different functions with time modulation used in the present invention.

【図16】 本発明において使用するバイフェーズパルスの振幅対時間のグラフである。FIG. 16   3 is a graph of the amplitude of a biphase pulse used in the present invention versus time.

【図17】 本発明において使用する信号の周波数プロットである。FIG. 17   3 is a frequency plot of signals used in the present invention.

【図18】 模範的な実施例における0〜1GHz周波数帯の電力スペクトルの電力対周波
数プロットである。
FIG. 18 is a power vs. frequency plot of the power spectrum for the 0-1 GHz frequency band in an exemplary embodiment.

【図19A】 本発明に従って無線周波数干渉(RFI)の抽出を実行する前の時間領域信号
を示している。
FIG. 19A shows a time domain signal prior to performing radio frequency interference (RFI) extraction in accordance with the present invention.

【図19B】 本発明に従って無線周波数干渉(RFI)の抽出を実行した後の時間領域信号
を示している。
FIG. 19B shows a time domain signal after performing radio frequency interference (RFI) extraction in accordance with the present invention.

【図20】 本発明によるUWBバイフェーズ通信システムのブロックダイアグラムである
FIG. 20 is a block diagram of a UWB bi-phase communication system according to the present invention.

【図21】 本発明によるUWB通信トランシーバの送信機部のブロックダイアグラムであ
る。
FIG. 21 is a block diagram of a transmitter section of a UWB communication transceiver according to the present invention.

【図22】 図21の受信機用データ変調デジタル符号の生成に使用される回路のブロック
ダイアグラムである。
22 is a block diagram of a circuit used to generate the receiver data modulation digital code of FIG. 21. FIG.

【図23】 本発明の送信機により、ウェーブレット関数及び符号ストリームと畳み込まれ
るデータストリームの例を示す時間のプロットである。
FIG. 23 is a plot of time showing an example of a data stream that is convolved with a wavelet function and code stream by the transmitter of the present invention.

【図24】 本発明による送信機においてウェーブレットと畳み込まれる等間隔符号ストリ
ームの例のプロットである。
FIG. 24 is a plot of an example of equidistant codestreams convolved with a wavelet in a transmitter according to the present invention.

【図25】 それぞれ図23及び図24の畳み込まれたデータ及び符号ストリームのプロッ
トである。
FIG. 25 is a plot of the convolved data and codestream of FIGS. 23 and 24, respectively.

【図26】 本発明による送信機で使用する擬似導関数直交ガウス(DOG)ウェーブレッ
ト形状を生成するように構成されたウェーブレット生成器の概略ブロックダイア
グラムである。
FIG. 26 is a schematic block diagram of a wavelet generator configured to generate a pseudo derivative orthogonal Gaussian (DOG) wavelet shape for use in a transmitter according to the present invention.

【図27】 図26に示すウェーブレット生成器のタイミング図である。FIG. 27   FIG. 27 is a timing diagram of the wavelet generator shown in FIG. 26.

【図28】 ガウスのN次導関数形状を選択可能なウェーブレット生成器の回路図である。FIG. 28   FIG. 7 is a circuit diagram of a wavelet generator capable of selecting a Gaussian Nth derivative shape.

【図29A】 本発明に使用するよう選択された2次導関数のガウス波形状を有する図28に
示すウェーブレット生成器のタイミング図である。
29A is a timing diagram of the wavelet generator shown in FIG. 28 having a Gaussian shape of the second derivative selected for use in the present invention.

【図29B】 アナログ符号なしに波形を直接生成する回路である。FIG. 29B   It is a circuit that directly generates a waveform without an analog code.

【図30】 本発明において使用する簡単なアナログ符号の例のブロックダイアグラムであ
る。
FIG. 30 is a block diagram of an example of a simple analog code for use in the present invention.

【図31】 図30に示す種類のアナログ符号の生成に使用する波形のタイミング図である
FIG. 31 is a timing diagram of waveforms used to generate an analog code of the type shown in FIG.

【図32】 本発明によるプログラム可能な分散アナログ符号の回路図である。FIG. 32   FIG. 6 is a circuit diagram of a programmable distributed analog code according to the invention.

【図33】 プログラムを可能にするよう、ハイブリッドカプラの代わりにインバータを使
用するプログラム可能な分散アナログ符号の回路図である。
FIG. 33 is a schematic diagram of a programmable distributed analog code that uses an inverter instead of a hybrid coupler to enable programming.

【図34】 タップ送信ラインを使用するプログラム可能な分散アナログ符号の回路図であ
る。
FIG. 34 is a circuit diagram of a programmable distributed analog code using a tap transmission line.

【図35】 本発明によるトランシーバの実施例における送信機及び受信部間の共通アンテ
ナ切り換えメカニズムを示している。
FIG. 35 illustrates a common antenna switching mechanism between a transmitter and a receiver in an embodiment of a transceiver according to the present invention.

【図36】 本発明による受信機部のブロックダイアグラムである。FIG. 36   3 is a block diagram of a receiver unit according to the present invention.

【図37】 図36に示す受信機を代替するものである。FIG. 37   It replaces the receiver shown in FIG.

【図38】 本発明による遅延ロックループを実装する回路である。FIG. 38   3 is a circuit implementing a delay locked loop according to the present invention.

【図39】 本発明による受信機で使用するための連続時間積分器を実装する回路である。FIG. 39   6 is a circuit implementing a continuous time integrator for use in a receiver according to the present invention.

【図40】 本発明によるダイレクトデジタルシンセサイザを使用するプログラム可能な遅
延位相シフト演算器のブロックダイアグラムである。
FIG. 40 is a block diagram of a programmable delay phase shift calculator using a direct digital synthesizer according to the present invention.

【図41】 連結プログラム可能ワンショット回路を使用するプログラム可能な遅延の実施
例のブロックダイアグラムである。
FIG. 41 is a block diagram of an example of a programmable delay using a concatenated programmable one-shot circuit.

【図42】 高レベルの空間分解能により、激しいマルチパス環境で稼動できることを示す
送信符号の相関信号の振幅対時間グラフである。
FIG. 42 is a graph of amplitude versus time of a correlation signal of a transmitted code showing that it can operate in a severe multipath environment with a high level of spatial resolution.

【図43】 本発明によりメモリ内に保存されたジッター符号を使用してクロックを生成す
る回路である。
FIG. 43 is a circuit for generating a clock using a jitter code stored in a memory according to the present invention.

【図44】 図43に示す回路の代替実施例を示している。FIG. 44   FIG. 44 shows an alternative embodiment of the circuit shown in FIG. 43.

【図45】 暗号データシーケンスを使用してクロックをジッタリングするための別の代替
実施例である。
FIG. 45 is another alternative embodiment for jittering a clock using a cryptographic data sequence.

【図46】 通信チャネルにマルチパスが発生した際の本発明によるUWB信号の時間プロ
ットを示している。
FIG. 46 shows a time plot of a UWB signal according to the invention when multipath occurs in a communication channel.

【図47】 通信チャネルにマルチパスが発生した際の従来信号の周波数プロットを示して
いる。
FIG. 47 shows a frequency plot of a conventional signal when multipath occurs in a communication channel.

【図48】 データを生成して外部ソースと通信するアプリケーションにおいて本発明によ
る実施例を使用するための本発明による無線ASICを使用するプロトコルスタ
ックを示している。
FIG. 48 shows a protocol stack using a wireless ASIC according to the present invention for using an embodiment according to the present invention in an application for generating data and communicating with external sources.

【図49】 ゲートウェイを介してアクセスプロバイダと通信するための家庭及びオフィス
機器間における通信の促進に使用される本発明によるトランシーバの実施例を示
している。
FIG. 49 illustrates an embodiment of a transceiver according to the invention used to facilitate communication between home and office equipment for communicating with an access provider via a gateway.

【図50】 本発明によるシステムレベルのコントローラのブロックダイアグラムである。FIG. 50   3 is a block diagram of a system level controller according to the present invention.

【図51】 本発明によるトランシーバの実施例を示すブロックダイアグラムであり、トラ
ンシーバの受信部に対するマルチパス現象を利用するために使用する複数のミキ
シングトラッキングアーム(MAT)が含まれている。
FIG. 51 is a block diagram illustrating an embodiment of a transceiver according to the present invention including a plurality of mixing tracking arms (MATs) used to take advantage of the multipath phenomenon for the receiver of the transceiver.

【図52】 図51のミキシングトラッキングアームの1つを拡大したブロックダイアグラ
ムである。
52 is an enlarged block diagram of one of the mixing tracking arms of FIG. 51. FIG.

【図53A】 図2に示すブロックダイアグラムの特定部分を通過するUWB波形の時間波形
を示している。
53A shows a time waveform of a UWB waveform passing through a particular part of the block diagram shown in FIG.

【図53B】 図2に示すブロックダイアグラムの特定部分を通過するUWB波形の時間波形
を示している。
53B shows a time waveform of a UWB waveform passing through a specific part of the block diagram shown in FIG. 2. FIG.

【図53C】 図2に示すブロックダイアグラムの特定部分を通過するUWB波形の時間波形
を示している。
FIG. 53C shows a time waveform of a UWB waveform passing through a particular part of the block diagram shown in FIG.

【図53D】 図2に示すブロックダイアグラムの特定様々な部分を通過するUWB波形の時
間波形を示している。
53D shows a time waveform of a UWB waveform passing through certain different parts of the block diagram shown in FIG.

【図54A】 図52に示すミキシングトラッキングアームの更なる時間波形を示している。FIG. 54A   53 shows a further time waveform of the mixing tracking arm shown in FIG. 52.

【図54B】 図52に示すミキシングトラッキングアームの更なる時間波形を示している。FIG. 54B   53 shows a further time waveform of the mixing tracking arm shown in FIG. 52.

【図54C】 図52に示すミキシングトラッキングアームの更なる時間波形を示している。FIG. 54C   53 shows a further time waveform of the mixing tracking arm shown in FIG. 52.

【図54D】 図52に示すミキシングトラッキングアームの更なる時間波形を示している。FIG. 54D   53 shows a further time waveform of the mixing tracking arm shown in FIG. 52.

【図55A】 図52に示すミキシングトラッキングアームの更なる波形を示している。FIG. 55A   53 shows a further waveform of the mixing tracking arm shown in FIG. 52.

【図55B】 図52に示すミキシングトラッキングアームの更なる波形を示している。FIG. 55B   53 shows a further waveform of the mixing tracking arm shown in FIG. 52.

【図55C】 図52に示すミキシングトラッキングアームの更なる波形を示している。FIG. 55C   53 shows a further waveform of the mixing tracking arm shown in FIG. 52.

【図56】 トラッキング領域が高い、低い、及び正しい場合のミキサー出力を示している
FIG. 56 shows mixer output with high, low, and correct tracking regions.

【図57】 本発明によるポスト積分器出力対トラッキング誤差のプロットである。FIG. 57   4 is a plot of post-integrator output versus tracking error according to the present invention.

【図58】 本発明により実現する性能改善が半導体のスイッチング速度の上昇に伴って向
上することを示す概略ブロックダイアグラムである。
FIG. 58 is a schematic block diagram showing that the performance improvement realized by the present invention improves as the semiconductor switching speed increases.

【図59】 半導体ロジックゲートの「エッジ」から区分的に連続した波形を生成する方法
と、本発明による連結エッジを使用して生成されたUWB波形のパルス幅に対す
るロジックゲートの遷移速度の影響を示す様々な時間波形を示している。
FIG. 59 illustrates a method of generating a piecewise continuous waveform from the “edge” of a semiconductor logic gate and the effect of the transition speed of the logic gate on the pulse width of a UWB waveform generated using a concatenated edge according to the present invention. The various time waveforms shown are shown.

【図60】 低速のECLロジックと上昇及び下降時間が高速の新しいデジタルロジックを
使用した場合に生成される2つの信号のスペクトル分布のプロットを示している
FIG. 60 shows a plot of the spectral distribution of two signals produced using slow ECL logic and new digital logic with fast rise and fall times.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成15年3月27日(2003.3.27)[Submission date] March 27, 2003 (2003.3.27)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0200[Correction target item name] 0200

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【0200】 送信機2000のブロックダイアグラムが図21に示されている。この送信機
の機能は、前述の式(36)(再度、次に示す)の波形を生成することである。
A block diagram of transmitter 2000 is shown in FIG. The function of this transmitter is to generate the waveform of equation (36) above (again, shown below).

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0258[Correction target item name] 0258

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【0258】 図43〜図45は、前述のジッタリングされたクロック信号を供給する別の実
施例を説明している。
43 to 45 describe another embodiment for supplying the aforementioned jittered clock signal.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0292[Name of item to be corrected] 0292

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【0292】 送信動作モードでは、第1ミキシングトラッキングアーム5113(MTA1
)の送信モードの稼動が有効になる。送信動作モードでは、送信する波形が送信
ラインから送信フィルタ5107に渡されるが、この送信フィルタ5107は、
送信する出力信号のスペクトルエネルギーを調整する適応フィルタである。そし
て、送信フィルタ5107の出力は、図51に示すように、制御ラインUWB制
御を介してリモートコントローラから制御信号を受信する電力制御装置5105
に渡される。この電力制御装置5105は、送信する全エネルギーの送信電力を
調整するものである。通常動作モードにおいては、図51に示すトランシーバは
、電力スペクトル密度を調節した環境で稼動する。即ち、電力制御装置5105
は、帯域内の特定部分における電力スペクトル密度が電力スペクトル密度要件を
満たすよう、出力を抑制する。この電力制御装置5105の出力は、T/Rスイ
ッチ5103を経た後にアンテナ5101から放射され、本発明による無線UW
B波形が生成される。
In the transmission operation mode, the first mixing tracking arm 5113 (MTA1
) Transmission mode operation is enabled. In the transmission operation mode, the waveform to be transmitted is passed from the transmission line to the transmission filter 5107.
It is an adaptive filter that adjusts the spectral energy of the output signal to be transmitted. Then, the output of the transmission filter 5107 is, as shown in FIG. 51, a power control device 5105 which receives a control signal from the remote controller via the control line UWB control.
Passed to. This power control device 5105 adjusts the transmission power of all the energy to be transmitted. In the normal operation mode, the transceiver shown in FIG. 51 operates in an environment where the power spectral density is adjusted. That is, the power control device 5105
Suppresses the power so that the power spectral density in a specific part of the band satisfies the power spectral density requirement. The output of the power control device 5105 is radiated from the antenna 5101 after passing through the T / R switch 5103, and the wireless UW according to the present invention is output.
A B waveform is generated.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU, ZW (72)発明者 ロフハート,マーティン アメリカ合衆国,メリーランド 20770, グリーンベルト,グリーンウェイ センタ ー ドライブ 7501,スイート 760,エ クストリームスペクトラム,インコーポレ イテッド Fターム(参考) 5J064 AA01 BA16 BC04 BC06 BC16 BC18 BC21 BD02 5K022 EE02 EE14 EE21 EE31 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Loffhart, Martin             Maryland 20770, United States,             Green Belt, Green Way Center             -Drive 7501, Suite 760, D             Xtreme Spectrum, Incorporated             Itted F term (reference) 5J064 AA01 BA16 BC04 BC06 BC16                       BC18 BC21 BD02                 5K022 EE02 EE14 EE21 EE31

Claims (127)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 データを送信する装置であって、 所定の時間領域及び周波数領域特性を備えるウェーブレット生成手段と、 前記ウェーブレット生成手段に接続され、所定の符号に従ってウェーブレット
のグループを生成する符号生成手段と、 送信する前記データの関数として前記ウェーブレットの極性を変更するデータ
エンコード手段と、 を有することを特徴とする装置。
1. A device for transmitting data, comprising wavelet generation means having predetermined time domain and frequency domain characteristics, and code generation means connected to the wavelet generation means for generating a group of wavelets according to a predetermined code. And data encoding means for changing the polarity of the wavelet as a function of the data to be transmitted.
【請求項2】 前記ウェーブレット生成手段は、ガウスモノサイクルを含む
ウェーブレットを生成する手段を有する請求項1記載の装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said wavelet generating means comprises means for generating a wavelet containing a Gaussian monocycle.
【請求項3】 前記ウェーブレットは約100〜約2000ピコ秒の範囲の
パルス幅を有する請求項2記載の装置。
3. The apparatus of claim 2, wherein the wavelet has a pulse width in the range of about 100 to about 2000 picoseconds.
【請求項4】 前記ウェーブレット生成手段は約10GHz〜約500MH
zの範囲のウェーブレットを生成する請求項3記載の装置。
4. The wavelet generation means is about 10 GHz to about 500 MH.
An apparatus according to claim 3 for generating wavelets in the z range.
【請求項5】 前記ウェーブレットは1000ピコ秒のパルス幅と1GHz
の周波数を有する請求項2記載の装置。
5. The wavelet has a pulse width of 1000 picoseconds and 1 GHz.
The device of claim 2 having a frequency of.
【請求項6】 通信システムであって、無線通信チャネルを介して情報を一
連のインパルス波形で送信するように構成されると共に、前記一連のインパルス
波形の各インパルス波形用のインパルス波形形状を制御するように構成され各イ
ンパルス波形形状を独立的に制御可能なコントローラを備えた送信機と、 前記一連のインパルス波形を受信し前記情報を抽出するように構成された受信
機と、 を有することを特徴とするシステム。
6. A communication system configured to transmit information in a series of impulse waveforms over a wireless communication channel and controlling an impulse waveform shape for each impulse waveform of the series of impulse waveforms. A transmitter having a controller capable of independently controlling each impulse waveform shape, and a receiver configured to receive the series of impulse waveforms and extract the information. And the system.
【請求項7】 前記一連のインパルス波形のそれぞれの前記インパルス波形
形状はウェーブレットであり、前記ウェーブレットは単一のゼロ平均インパルス
波形である請求項6記載のシステム。
7. The system of claim 6, wherein the impulse waveform shape of each of the series of impulse waveforms is a wavelet, and the wavelet is a single zero-mean impulse waveform.
【請求項8】 前記コントローラは前記インパルス波形形状を変調するよう
に構成された変調器を含む請求項6記載のシステム。
8. The system of claim 6, wherein the controller includes a modulator configured to modulate the impulse waveform shape.
【請求項9】 前記コントローラは、インパルス波形当たり複数ビットの情
報を表すよう前記インパルス波形形状を制御するべく構成された請求項6記載の
システム。
9. The system of claim 6, wherein the controller is configured to control the impulse waveform shape to represent multiple bits of information per impulse waveform.
【請求項10】 前記コントローラは、2つのマスターウェーブレットの合
計を重み付けすることによって前記インパルス波形を制御するように構成された
請求項7記載のシステム。
10. The system of claim 7, wherein the controller is configured to control the impulse waveform by weighting the sum of two master wavelets.
【請求項11】 前記2つのマスターウェーブレットは直交ウェーブレット
である請求項10記載のシステム。
11. The system of claim 10, wherein the two master wavelets are orthogonal wavelets.
【請求項12】 前記2つのマスターウェーブレットは第1マスターウェー
ブレットと第2マスターウェーブレットを含み、前記第1及び第2マスターウェ
ーブレットは、次の式で数学的に表されるガウス形状パルスのそれぞれ偶数次及
び奇数次の導関数である請求項11記載のシステム(但し、rは偶数の整数であ
り、sは奇数の整数であり、tは所定単位の時間であり、αはインパルススケー
ル係数である)。 【数1】
12. The two master wavelets include a first master wavelet and a second master wavelet, each of the first and second master wavelets being an even-ordered Gaussian-shaped pulse mathematically represented by the following equation. And an odd-order derivative, where r is an even integer, s is an odd integer, t is a predetermined unit of time, and α is an impulse scale factor. . [Equation 1]
【請求項13】 前記r及びsがそれぞれ10以下である請求項12記載の
システム。
13. The system of claim 12, wherein each of r and s is 10 or less.
【請求項14】 前記2つのマスターウェーブレットは第1マスターウェー
ブレット及び第2マスターウェーブレットを含み、前記第1マスターウェーブレ
ットはレイリーウェーブレットの実数部であり、前記第2マスターウェーブレッ
トは前記レイリーウェーブレットの虚数部であり、前記レイリーウェーブレット
は次の式で数学的に表される請求項11記載のシステム。 【数2】
14. The two master wavelets include a first master wavelet and a second master wavelet, the first master wavelet being a real part of a Rayleigh wavelet, and the second master wavelet being an imaginary part of the Rayleigh wavelet. The system of claim 11, wherein said Rayleigh wavelet is mathematically represented by the equation: [Equation 2]
【請求項15】 前記nが10未満である請求項14記載のシステム。15. The system of claim 14, wherein n is less than 10. 【請求項16】 前記2つのマスター直交ウェーブレットは第1マスターウ
ェーブレットと第2マスターウェーブレットを含み、前記第1マスターウェーブ
レットはガウス形状パルスの導関数であり、前記第2マスターウェーブレットは
前記ガウス形状パルスの導関数のヒルベルト変換である請求項11記載のシステ
ム。
16. The two master orthogonal wavelets include a first master wavelet and a second master wavelet, the first master wavelet being a derivative of a Gaussian shaped pulse and the second master wavelet being a derivative of the Gaussian shaped pulse. The system of claim 11, which is a Hilbert transform of the derivative.
【請求項17】 前記コントローラは、前記2つのマスターウェーブレット
に−1から+1の範囲の重みを適用するように構成された請求項10記載のシス
テム。
17. The system of claim 10, wherein the controller is configured to apply weights in the range of -1 to +1 to the two master wavelets.
【請求項18】 前記コントローラは、1〜N2の範囲の所定数の前記一連
のインパルス波形から構成され、前記情報のサブセットを伝達するために変調ウ
ェーブレットグループとして送信される変調ウェーブレット符号化シーケンスを
形成するように構成された符号化メカニズムを更に有する請求項6記載のシステ
ム。
18. The controller comprises a modulated wavelet encoded sequence composed of a predetermined number of said series of impulse waveforms ranging from 1 to N2, which is transmitted as a modulated wavelet group to convey said subset of information. The system of claim 6, further comprising an encoding mechanism configured to:
【請求項19】 前記符号化メカニズムは、前記情報のサブセットが候補符
号化シーケンスの少なくとも1つで送信されるよう、前記変調ウェーブレット符
号化シーケンスを候補符号化シーケンスセットの1つとして配列するように構成
された請求項18記載のシステム。
19. The encoding mechanism may arrange the modulated wavelet encoded sequence as one of a set of candidate encoded sequences such that the subset of information is transmitted in at least one of the candidate encoded sequences. The system of claim 18, configured.
【請求項20】 前記受信機は、信号受信の際に前記一連のインパルス波形
の位置をトラッキングするように構成された遅延ロックループ及び位相ロックル
ープの少なくとも1つを含む請求項6記載のシステム。
20. The system of claim 6, wherein the receiver includes at least one of a delay locked loop and a phase locked loop configured to track the position of the series of impulse waveforms during signal reception.
【請求項21】 前記受信機は、ディスクリートな距離間隔によって分離さ
れた所定数のタップを備えるタップ付き送信ラインと;前記タップのそれぞれに
印加されたエネルギーを加え、合成信号を出力するように構成された加算ネット
ワークと;を含む請求項6記載のシステム。
21. The receiver comprises a tapped transmission line comprising a predetermined number of taps separated by a discrete distance interval; and adding energy applied to each of the taps and outputting a combined signal. 7. The system of claim 6, comprising:
【請求項22】 前記加算ネットワークは、前記加算ネットワーク内のその
他の増幅器によって供給される増幅出力信号にレベルが対応する増幅出力信号を
供給するように設定された利得を備える前記各タップ用増幅器を含む請求項21
記載のシステム。
22. The summing network comprises each tap amplifier having a gain set to provide an amplified output signal whose level corresponds to an amplified output signal provided by another amplifier in the summing network. Claim 21 including
The system described.
【請求項23】 前記加算ネットワークは、前記タップ用増幅器のそれぞれ
によって供給される前記増幅出力信号を合計するように構成された加算増幅器を
含む請求項22記載のシステム。
23. The system of claim 22, wherein the summing network includes summing amplifiers configured to sum the amplified output signals provided by each of the tapping amplifiers.
【請求項24】 前記加算ネットワークは各増幅器用のスイッチを含み、各
増幅器は正常出力と反転出力を含み、各スイッチは、該スイッチの稼動状態に応
じて正常出力信号又は反転出力信号のいずれかを供給するように前記スイッチに
対応する増幅器の前記正常出力及び反転出力に接続されている請求項22記載の
システム。
24. The summing network includes a switch for each amplifier, each amplifier including a normal output and an inverting output, and each switch is either a normal output signal or an inverting output signal depending on an operating state of the switch. 23. The system of claim 22, connected to the normal and inverting outputs of an amplifier corresponding to the switch.
【請求項25】 前記加算ネットワークはモノリシック集積回路上に形成さ
れる請求項21記載のシステム。
25. The system of claim 21, wherein the summing network is formed on a monolithic integrated circuit.
【請求項26】 前記受信機は、前記信号の一部ではない狭帯域干渉を抑制
するように構成された無線周波数干渉抽出回路を含む請求項6記載のシステム。
26. The system of claim 6, wherein the receiver includes a radio frequency interference extraction circuit configured to suppress narrowband interference that is not part of the signal.
【請求項27】 前記受信機は、入力ポート及び出力ポートを備え、前記入
力ポートに印加されたインパルス波形の反転及び非反転コピーシーケンスを所定
のパターンで前記出力ポートに生成するように構成されたパルス拡散器/圧縮器
ネットワークを含む請求項6記載のシステム。
27. The receiver comprises an input port and an output port, and is configured to generate an inverted and a non-inverted copy sequence of an impulse waveform applied to the input port in a predetermined pattern at the output port. The system of claim 6 including a pulse spreader / compressor network.
【請求項28】 前記拡散器/圧縮器ネットワークは、所定数のタップを備
えるタップ付き送信ラインと、 前記タップに接続され、合成信号を出力するよう前記タップのそれぞれに関連
する所定の時間シフト及び重みに従って前記タップのそれぞれに印加された信号
エネルギーを加えるように構成された加算ネットワークと;前記各タップ用の反
転及び非反転出力を有し、入力と前記反転及び非反転出力間で整合した遅延と整
合した利得を備えた増幅器を含む増幅器ネットワークと、 前記各タップ用の前記増幅器に接続された所定数の制御可能なスイッチを備え
、各タップごとに切換出力を実装するために前記反転及び非反転出力のいずれか
を制御可能に出力するように構成されたスイッチングネットワークと、 前記拡散器/圧縮器の異なる経路を経由する前記各タップの切換出力のそれぞ
れの信号を加算することによって前記合成信号出力を生成するように構成された
合成ネットワークと、 を更に有する請求項27記載のシステム。
28. The spreader / compressor network comprises a tapped transmission line having a predetermined number of taps, a predetermined time shift associated with each of the taps for outputting a combined signal, the tapped transmission line being connected to the taps. A summing network configured to add signal energy applied to each of the taps according to weights; an inverting and non-inverting output for each tap, and a matched delay between an input and the inverting and non-inverting output An amplifier network including amplifiers with matched gains, and a predetermined number of controllable switches connected to the amplifiers for each tap, the inverting and non-inverting to implement a switched output for each tap. A switching network configured to controllably output one of the inverting outputs and the spreader / compressor different 28. The system of claim 27, further comprising: a combining network configured to generate the combined signal output by adding respective signals of the switched outputs of each tap via a path.
【請求項29】 前記拡散器/圧縮器は、スプリッタ入力、0度出力、及び
180度出力を備えるスプリッタと、 前記スプリッタの前記0度出力及び180度出力の信号を受け付けるように構
成され、入力インパルス波形の反転コピー及び前記入力インパルス波形の非反転
コピーを出力する所定数の出力タップを備え、前記出力タップのそれぞれと前記
入力間の遅延が異なるクロスオーバーラダーネットワークと、 各タップからの前記インパルス波形の前記反転コピー及び非反転コピーの1つ
を選択するように構成されたスイッチのセットと、 前記スイッチセットのそれぞれの出力で信号を受け付け、合成出力信号を生成
するように構成された加算ラダーネットワークと、 を有する請求項27記載のシステム。
29. The spreader / compressor is configured to receive a splitter input, a 0 degree output, and a 180 degree output splitter, and a signal of the 0 degree output and the 180 degree output of the splitter, and an input. A crossover ladder network having a predetermined number of output taps for outputting an inverted copy of an impulse waveform and a non-inverted copy of the input impulse waveform, each output tap having a different delay between the inputs, and the impulse from each tap. A set of switches configured to select one of the inverted and non-inverted copies of the waveform, and a summing ladder configured to accept a signal at the output of each of the switch sets and generate a composite output signal The system of claim 27, comprising a network.
【請求項30】 前記拡散器/圧縮器の各経路による信号の遅延は、前記拡
散器/圧縮器に印加された単一インパルス波形が前記合成信号出力上で等しい間
隔を備えたインパルスになるよう、等しい増分間隔を有する請求項28記載のシ
ステム。
30. The delay of the signal by each path of the spreader / compressor is such that a single impulse waveform applied to the spreader / compressor is an impulse with equal spacing on the composite signal output. 29. The system of claim 28, having equal increment intervals.
【請求項31】 前記クロスオーバーラダーネットワークは、所定数の出力
タップが達成されるまで最終段を除く論理出力ネットワークの全段が2つのその
他の論理出力ネットワークを駆動するように配列された前進型の一連の論理出力
ネットワークを含み、前記各論理出力ネットワークは、それぞれ左入力及び右入
力と左出力及び右出力を備える左0度スプリッタと右0度スプリッタを有し、前
記論理出力ネットワークの後続段は、前記右0度スプリッタの前記左出力が前記
左0度スプリッタの前記右出力とクロスオーバーし、前記左スプリッタの前記左
出力と前記右スプリッタの前記左出力が次段の左論理出力ネットワークに接続さ
れ、前記左スプリッタの前記右出力と前記右スプリッタの前記右出力が共に次段
の右論理出力ネットワークに接続されるよう、接続された請求項29記載のシス
テム。
31. The crossover ladder network is a forward type wherein all stages of the logic output network except the last stage are arranged to drive two other logic output networks until a predetermined number of output taps are achieved. A series of logical output networks, each logical output network having a left 0 degree splitter and a right 0 degree splitter with a left input and a right input and a left output and a right output, respectively, and a subsequent stage of the logic output network. Means that the left output of the right 0 degree splitter crosses over with the right output of the left 0 degree splitter, and the left output of the left splitter and the left output of the right splitter form a left logical output network of the next stage. And the right output of the left splitter and the right output of the right splitter are both connected to the right logical output network of the next stage. 30. The system of claim 29 connected to be connected to.
【請求項32】 前記拡散器/圧縮器は、入力と所定数の出力タップを備え
、それぞれが長さの異なるケーブルによって少なくとも2つのスプリッタを駆動
するように構成されたスプリッタからなるラダーと、 それぞれが、反転及び非反転出力と、前記スプリッタラダーの出力タップに接
続された入力と、を備える増幅器のネットワークと、 前記増幅器ネットワークのそれぞれの増幅器に接続され、前記増幅器の前記反
転及び非反転出力間を選択するように構成されたスイッチのネットワークと、 前記スイッチネットワークに接続された所定の入力セットを有し、ラダー内の
信号が流れる方向を基準にして上流に位置するその他のコンバイナからの少なく
とも2つの入力を受け付けるように配列された一連のコンバイナを含む合成出力
段を含むコンバイナのラダーと、 を更に有する請求項27記載のシステム。
32. The spreader / compressor comprises a ladder comprising splitters each having an input and a predetermined number of output taps, each splitter configured to drive at least two splitters by cables of different lengths; A network of amplifiers comprising inverting and non-inverting outputs and an input connected to the output taps of the splitter ladder, and connected to each amplifier of the amplifier network between the inverting and non-inverting outputs of the amplifiers. A network of switches configured to select, and at least 2 from another combiner having a predetermined set of inputs connected to said switch network and located upstream relative to the direction of signal flow in the ladder. Includes a synthetic output stage containing a series of combiners arranged to accept one input. 28. The system of claim 27, further comprising a combiner ladder.
【請求項33】 前記長さの異なるケーブルは、an及びan+2nDの少な
くとも1つと等しいそれぞれの長さLnを備え、ここで、anはn番目の段用の所
定の時間遅延であり、nはラダー段を表す整数でn≧0であり、Dは後続の出力
パルス間の時間遅延である請求項32記載のシステム。
33. The different length cables have respective lengths L n equal to at least one of a n and a n +2 n D, where a n is a predetermined time for the nth stage. 33. The system of claim 32, wherein the delay is a delay, n is an integer representing a ladder stage, n? 0, and D is a time delay between subsequent output pulses.
【請求項34】 前記コントローラは、前記一連のインパルス波形のそれぞ
れのインパルス波形形状を生成するように構成されたウェーブレット生成器を含
む請求項6記載の通信システム。
34. The communication system of claim 6, wherein the controller includes a wavelet generator configured to generate an impulse waveform shape for each of the series of impulse waveforms.
【請求項35】 前記ウェーブレット生成器は、プログラム可能な数の狭い
単極パルスの時間シフトされたコピーを+1及び−1の間のプログラム可能な重
みで加えることによって前記波形形状を構築するように構成された請求項34記
載の通信システム。
35. The wavelet generator is adapted to construct the waveform shape by adding a time-shifted copy of a programmable number of narrow unipolar pulses with a programmable weight between +1 and −1. The communication system of claim 34 configured.
【請求項36】 前記ウェーブレット生成器は、正方向の狭いスパイクと、
負方向の狭いスパイクと、を形成するように配列されたデジタルロジックゲート
と、 前記正方向の狭いスパイクと前記負方向の狭いスパイクの所定部分を所定量だ
け遅延させるように配列された長さが異なる送信ラインと、 時間遅延させた後に前記正方向の狭いスパイクを前記負方向のスパイクに加算
して前記波形形状サイクルの少なくとも半分を形成するように構成された加算器
と、 を含む請求項35記載の通信システム。
36. The wavelet generator comprises a positive narrow spike and
A digital logic gate arranged to form a negative narrow spike; a length arranged to delay a predetermined portion of the positive narrow spike and the negative narrow spike by a predetermined amount. 36. Different transmission lines and an adder configured to add the narrow spike in the positive direction to the spike in the negative direction after a time delay to form at least half of the waveform shaping cycle. The communication system described.
【請求項37】 前記ウェーブレット生成器は、正方向の狭いスパイクと、
負方向の狭いスパイクと、を形成するように配列されたデジタルロジックゲート
と、 前記正方向の狭いスパイクと前記負方向の狭いスパイクの所定部分を所定量だ
け遅延させるように配列された長さの異なる送信ラインと、 ガウスのモノサイクル導関数、ガウスの高次導関数、遅延され反転した又は反
転していないパルスの少なくとも1つとして前記波形形状を形成するようにプロ
グラム可能に作動するセレクタスイッチと、 選択された正方向の狭いスパイクと負方向の狭いスパイクを選択された遅延で
加えるよう、前記セレクタスイッチの出力信号を合成するように構成された加算
器と、 を含む請求項35記載の通信システム。
37. The wavelet generator comprises a positive narrow spike,
A digital logic gate arranged to form a negative narrow spike, a length of the digital logic gate arranged to delay a predetermined portion of the positive narrow spike and the negative narrow spike by a predetermined amount. A different transmission line and a selector switch programmably operable to form said waveform shape as at least one of a Gaussian monocycle derivative, a Gaussian higher order derivative, a delayed and inverted or non-inverted pulse. 36. The communication of claim 35, further comprising: an adder configured to combine the output signal of the selector switch to add a selected positive narrow spike and a negative narrow spike with a selected delay. system.
【請求項38】 前記送信機は、単一のアンテナと、 送信動作モードの際に前記一連のインパルス波形を前記単一アンテナにルーテ
ィングするように構成され、且つ、受信動作モードの際に前記単一アンテナから
の受信信号を前記受信機にルーティングするように構成された送信/受信スイッ
チと、 を含む請求項6記載の通信システム。
38. The transmitter is configured to route the series of impulse waveforms to a single antenna and a single antenna during a transmit mode of operation, and the single antenna during a receive mode of operation. 7. A communication system according to claim 6, comprising a transmit / receive switch configured to route a received signal from one antenna to the receiver.
【請求項39】 送信動作モードにおいて稼動する際に、前記インパルス波
形形状を送信インパルス波形のグループに拡散するように構成され、且つ受信動
作モードの際に前記送信/受信スイッチによって提供された前記インパルス波形
グループを受信し前記インパルス波形グループを集合インパルス波形に圧縮する
ように構成されたプログラム可能な拡散器及び圧縮器を更に有する請求項38記
載のシステム。
39. The impulse configured to spread the impulse waveform shape into a group of transmit impulse waveforms when operating in a transmit mode of operation and provided by the transmit / receive switch during a receive mode of operation. 39. The system of claim 38, further comprising a programmable spreader and compressor configured to receive a waveform group and compress the impulse waveform group into a collective impulse waveform.
【請求項40】 前記受信機は、複数の分離された受信経路を備えるRAK
Eアーキテクチャを含む請求項6記載のシステム。
40. The receiver comprises a RAK comprising a plurality of isolated receive paths.
The system of claim 6, including an E architecture.
【請求項41】 前記受信機は、前記分離された受信経路の1つとして、そ
の他の分離された受信チャネルが受信するものよりも強いマルチパス信号を検出
するように構成されたサーチチャネルを含む請求項40記載のシステム。
41. The receiver includes, as one of the separated reception paths, a search channel configured to detect a stronger multipath signal than is received by other separated reception channels. The system of claim 40.
【請求項42】 前記受信機は、前記その他の分離された受信経路の1つが
前記のより強いマルチパス信号よりも弱いマルチパス信号を受信していると判定
された場合に、前記その他の分離された受信信号の1つを前記のより強いマルチ
パス信号に切り換えるように構成されている請求項41記載のシステム。
42. The receiver separates the other separation if it is determined that one of the other separated reception paths is receiving a weaker multipath signal than the stronger multipath signal. 42. The system of claim 41 configured to switch one of the received received signals to the stronger multipath signal.
【請求項43】 無線通信方法であって、無線通信チャネルを介して情報を
一連のインパルス波形で送信する段階であって、前記一連のインパルス波形のそ
れぞれのインパルス波形形状を独立的に制御する段階を含む段階と;前記一連の
インパルス波形を受信して前記情報を抽出する段階と、 を有することを特徴とする方法。
43. A wireless communication method, the step of transmitting information in a series of impulse waveforms over a wireless communication channel, the step of independently controlling each impulse waveform shape of said series of impulse waveforms. Receiving the sequence of impulse waveforms and extracting the information.
【請求項44】 前記制御段階は、前記一連のインパルス波形のそれぞれの
インパルス波形形状を単一のゼロ平均インパルス波形ウェーブレットにするよう
に制御する段階を有する請求項43記載の方法。
44. The method of claim 43, wherein the controlling step comprises controlling the impulse waveform shape of each of the series of impulse waveforms into a single zero-mean impulse waveform wavelet.
【請求項45】 前記制御段階は、前記インパルス波形形状を変調する段階
を含む請求項43記載の方法。
45. The method of claim 43, wherein the controlling step comprises modulating the impulse waveform shape.
【請求項46】 前記制御段階は、インパルス波形当たり複数ビットの情報
を表すように前記インパルス波形形状を制御する段階を含む請求項43記載の方
法。
46. The method of claim 43, wherein the controlling step comprises controlling the impulse waveform shape to represent multiple bits of information per impulse waveform.
【請求項47】 前記制御段階は、2つのマスターウェーブレットの合計を
重み付けする段階を実行することによって前記インパルス波形を制御する段階を
含む請求項44記載の方法。
47. The method of claim 44, wherein the controlling step comprises controlling the impulse waveform by performing a weighting of the sum of two master wavelets.
【請求項48】 前記重み付け段階は、前記2つのマスターウェーブレット
の合計を重み付けする段階を含み、前記2つのマスターウェーブレットは直交ウ
ェーブレットである請求項47記載の方法。
48. The method of claim 47, wherein the weighting step comprises weighting the sum of the two master wavelets, the two master wavelets being orthogonal wavelets.
【請求項49】 前記重み付け段階は、前記2つのマスターウェーブレット
の第1マスターウェーブレットと第2マスターウェーブレットを重み付けする段
階を含み、前記第1及び第2マスターウェーブレットは、次の式で数学的に表さ
れるガウス形状パルスのそれぞれ偶数次及び奇数次の導関数である請求項43記
載の方法(但し、rは偶数の整数であり、sは奇数の整数であり、tは所定単位
の時間であり、αはインパルススケール係数である)。 【数3】
49. The weighting step includes weighting a first master wavelet and a second master wavelet of the two master wavelets, wherein the first and second master wavelets are mathematically represented by the following equations. 44. The method of claim 43, wherein the Gaussian shaped pulses are even and odd derivatives, respectively, where r is an even integer, s is an odd integer, and t is a predetermined unit of time. , Α is the impulse scale factor). [Equation 3]
【請求項50】 前記重み付け段階は、前記r及びsのそれぞれが10以下
の場合に前記第1マスターウェーブレットと前記第2マスターウェーブレットを
重み付けする段階を有する請求項44記載の方法。
50. The method of claim 44, wherein the weighting step comprises the step of weighting the first master wavelet and the second master wavelet when each of the r and s is 10 or less.
【請求項51】 前記制御段階は、第1マスターウェーブレットと第2マス
ターウェーブレットを含む前記2つのマスターウェーブレットの合計を重み付け
する段階を含み、前記第1マスターウェーブレットはレイリーウェーブレットの
実数部であり、前記第2マスターウェーブレットは前記レイリーウェーブレット
の虚数部であり、前記レイリーウェーブレットは次の式で数学的に表される請求
項47記載の方法。 【数4】
51. The step of controlling includes weighting a sum of the two master wavelets including a first master wavelet and a second master wavelet, the first master wavelet being a real part of a Rayleigh wavelet, 48. The method of claim 47, wherein the second master wavelet is the imaginary part of the Rayleigh wavelet and the Rayleigh wavelet is mathematically represented by the equation: [Equation 4]
【請求項52】 前記重み付け段階は、前記nが10未満の場合に、前記第
1マスターウェーブレットと前記第2マスターウェーブレットを重み付けする段
階を含む請求項46記載の方法。
52. The method of claim 46, wherein the weighting step comprises weighting the first master wavelet and the second master wavelet if n is less than 10.
【請求項53】 前記制御段階は、第1マスターウェーブレットと第2マス
ターウェーブレットを含む前記2つのマスターウェーブレットの前記インパルス
波形形状を制御する段階を含み、前記第1ウェーブレットはガウス形状パルスの
導関数であり、前記第2ウェーブレットは前記ガウス形状パルスの導関数のヒル
ベルト変換である請求項43記載の方法。
53. The controlling step includes controlling the impulse waveform shapes of the two master wavelets including a first master wavelet and a second master wavelet, the first wavelet being a derivative of a Gaussian shaped pulse. 44. The method of claim 43, wherein the second wavelet is a Hilbert transform of the derivative of the Gaussian shaped pulse.
【請求項54】 前記制御段階は、−1から+1の範囲の重みを前記2つの
マスターウェーブレットに適用する段階を含む請求項47記載の方法。
54. The method of claim 47, wherein the controlling step comprises applying weights in the range of -1 to +1 to the two master wavelets.
【請求項55】 1〜N2の範囲の所定数の一連のインパルス波形からなる
変調ウェーブレット符号化シーケンスを形成する段階と、 前記情報のサブセットを伝達するために、前記変調ウェーブレット符号化シー
ケンスを変調ウェーブレットのグループとして送信する段階と、 を更に有する請求項43記載の方法。
55. Forming a modulated wavelet encoded sequence consisting of a predetermined number of a series of impulse waveforms ranging from 1 to N2; and transmitting the modulated wavelet encoded sequence to convey a subset of the information. 44. The method of claim 43, further comprising: transmitting as a group of.
【請求項56】 前記形成段階は、前記情報のサブセットが候補符号化シー
ケンスの少なくとも1つで送信されるよう、前記符号化シーケンスを候補符号化
シーケンスセットの1つとして配列する段階を含む請求項55記載の方法。
56. The forming step includes arranging the coded sequence as one of a set of candidate coded sequences so that the subset of information is transmitted in at least one of the candidate coded sequences. 55. The method according to 55.
【請求項57】 前記受信段階は、前記一連のインパルス波形の位置を遅延
ロックループ及び位相ロックループの少なくとも1つによってトラッキングする
段階を含む請求項43記載の方法。
57. The method of claim 43, wherein the receiving step comprises tracking the position of the series of impulse waveforms by at least one of a delay locked loop and a phase locked loop.
【請求項58】 前記受信段階は、個別の距離間隔で分離された所定数のタ
ップを備えるタップ付き送信ラインで前記一連のインパルス波形を遅延させる段
階と、 前記タップのそれぞれに印加されたエネルギーを加算し合成信号を出力する段
階と、 を含む請求項44記載の方法。
58. The receiving step comprises delaying the series of impulse waveforms on a tapped transmission line comprising a predetermined number of taps separated by discrete distance intervals, and comparing the energy applied to each of the taps. 45. The method of claim 44, including the step of adding and outputting a combined signal.
【請求項59】 前記加算段階は、それぞれ信号レベルで対応する増幅出力
信号を供給するように設定された利得を備える増幅器で前記タップのそれぞれに
印加されたエネルギーを加算する段階を含む請求項58記載の方法。
59. The summing step comprises summing the energy applied to each of the taps with an amplifier having a gain set to provide a corresponding amplified output signal at each signal level. The method described.
【請求項60】 前記加算段階は、前記各増幅器からの正常出力信号及び反
転出力信号のいずれかを選択する段階を含む請求項58記載の方法。
60. The method of claim 58, wherein the summing step includes selecting either a normal output signal or an inverted output signal from each of the amplifiers.
【請求項61】 前記加算段階は、モノリシック集積回路上で前記エネルギ
ーを加算する段階を含む請求項58記載の方法。
61. The method of claim 58, wherein the adding step comprises adding the energies on a monolithic integrated circuit.
【請求項62】 前記受信段階は、前記一連のインパルス波形から前記情報
を抽出する前に狭帯域エネルギーを抑制する段階を含む請求項43記載の方法。
62. The method of claim 43, wherein the receiving step comprises suppressing narrowband energy before extracting the information from the series of impulse waveforms.
【請求項63】 前記受信段階は、インパルス波形の反転コピーと前記イン
パルス波形の非反転コピーのシーケンスを生成する段階を含む請求項43記載の
方法。
63. The method of claim 43, wherein the receiving step includes the step of generating a sequence of inverted copies of the impulse waveform and non-inverted copies of the impulse waveform.
【請求項64】 前記生成段階は、タップ付き送信ラインのそれぞれのタッ
プからの信号エネルギーを、前記インパルス波形に所定の時間シフトと重みを伝
達するように配置されたタップに印加する段階と、 前記各タップで信号を増幅するために使用される増幅器の入力及び出力ポート
間に整合した遅延と整合した利得を提供するよう、前記各タップにおいて前記信
号エネルギーを遅延させる段階と;前記各増幅器の反転及び非反転出力のいずれ
を選択する段階と、 合成出力信号を生成するために、前記選択段階の後に各信号を加算する段階と
、 を含む請求項63記載の方法。
64. The step of applying applies signal energy from each tap of a tapped transmission line to taps arranged to convey a predetermined time shift and weight to the impulse waveform, Delaying the signal energy at each tap to provide a matched delay and matched gain between the input and output ports of the amplifier used to amplify the signal at each tap; 64. The method of claim 63, further comprising: selecting one of a non-inverting output and a non-inverting output; and adding each signal after the selecting step to produce a composite output signal.
【請求項65】 前記加算段階は、単一インパルスが前記合成信号出力とし
て生成されるよう、前記各信号を等しい増分の遅延によって遅延させる段階を含
む請求項64記載の方法。
65. The method of claim 64, wherein the adding step comprises delaying each of the signals by an equal incremental delay so that a single impulse is produced as the composite signal output.
【請求項66】 前記制御段階は、前記一連のインパルス波形のそれぞれの
インパルス波形形状を生成する段階を含む請求項43記載の方法。
66. The method of claim 43, wherein the controlling step includes the step of generating an impulse waveform shape for each of the series of impulse waveforms.
【請求項67】 前記制御段階は、プログラム可能な数の狭い単極パルスの
時間シフトされたコピーを+1及び−1の間のプログラム可能な重みで加えるこ
とによって前記波形形状を構築する段階を含む請求項66記載の方法。
67. The controlling step includes the step of constructing the waveform shape by adding a time-shifted copy of a programmable number of narrow unipolar pulses with a programmable weight between +1 and -1. The method of claim 66.
【請求項68】 送信動作モードの際に、前記一連のインパルス波形を単一
のアンテナにルーティングする段階と;受信動作モードの際に、前記単一アンテ
ナからの受信信号を受信機にルーティングする段階と、 を更に有する請求項43記載の方法。
68. Routing the series of impulse waveforms to a single antenna during a transmit mode of operation; routing received signals from the single antenna to a receiver during a receive mode of operation. 44. The method of claim 43, further comprising:
【請求項69】 送信動作モードの際に、前記インパルス波形形状をインパ
ルス波形のグループに拡散し、前記インパルス波形グループを送信する段階と、 受信動作モードの際に、前記インパルス波形グループを集合インパルス波形に
圧縮する段階と、 を更に有する請求項68記載の方法。
69. Spreading the impulse waveform shape into a group of impulse waveforms in the transmission operation mode and transmitting the impulse waveform group; and collecting the impulse waveform groups in the reception operation mode. 69. The method of claim 68, further comprising: compressing into.
【請求項70】 前記受信段階は、RAKE受信機の複数の分離された受信
経路を介して前記一連のインパルス波形を受信する段階を含む請求項43記載の
方法。
70. The method of claim 43, wherein the receiving step comprises the step of receiving the series of impulse waveforms via a plurality of separate receive paths of a RAKE receiver.
【請求項71】 前記受信段階は、前記分離された受信経路の1つにおいて
、その他の受信経路が受信するものよりも強いマルチパス信号をサーチする段階
を含む請求項70記載の方法。
71. The method of claim 70, wherein said receiving step comprises the step of searching one of said separated reception paths for a stronger multipath signal than those received by other reception paths.
【請求項72】 前記受信段階は、前記その他の分離された受信経路の1つ
が前記のより強いマルチパス信号よりも弱いマルチパス信号を受信していると判
定された場合に、前記その他の分離された受信経路の1つを前記のより強いマル
チパス信号に切り換える段階を含む請求項71記載の方法。
72. The step of receiving further comprises separating the other isolated receive path if it is determined that one of the other isolated receive paths is receiving a weaker multipath signal than the stronger multipath signal. 72. The method of claim 71 including the step of switching one of the received receive paths to said stronger multipath signal.
【請求項73】 無線通信システムであって、無線通信チャネルを介して情
報を一連のインパルス波形で送信する手段と、 前記一連のインパルス波形のそれぞれのインパルス波形形状を独立的に制御す
る手段と、 前記一連のインパルス波形を受信して前記情報を抽出する手段と、 を有することを特徴とするシステム。
73. A wireless communication system, means for transmitting information in a series of impulse waveforms over a wireless communication channel; and means for independently controlling each impulse waveform shape of the series of impulse waveforms, Means for receiving the sequence of impulse waveforms and extracting the information.
【請求項74】 前記制御手段は、前記一連のインパルス波形のそれぞれの
前記インパルス波形形状を単一のゼロ平均インパルス波形ウェーブレットにする
ように制御する手段を有する請求項73記載のシステム。
74. The system of claim 73, wherein the control means includes means for controlling the impulse waveform shape of each of the series of impulse waveforms to be a single zero-mean impulse waveform wavelet.
【請求項75】 前記制御手段は、前記インパルス波形形状を変調する手段
を含む請求項73記載のシステム。
75. The system of claim 73, wherein the control means includes means for modulating the impulse waveform shape.
【請求項76】 前記制御手段は、インパルス波形当たり複数ビットの情報
を表すように前記インパルス波形形状を制御する手段を含む請求項73記載のシ
ステム。
76. The system of claim 73, wherein said control means includes means for controlling said impulse waveform shape to represent multiple bits of information per impulse waveform.
【請求項77】 前記制御手段は、2つのマスターウェーブレットの合計を
重み付けする手段によって前記インパルス波形形状を制御する手段を含む請求項
74記載のシステム。
77. The system of claim 74, wherein said control means includes means for controlling said impulse waveform shape by means for weighting the sum of two master wavelets.
【請求項78】 前記重み付け手段は、前記2つのマスターウェーブレット
の合計を重み付けする手段を含み、前記2つのマスターウェーブレットは直交ウ
ェーブレットである請求項77記載のシステム。
78. The system of claim 77, wherein the weighting means includes means for weighting the sum of the two master wavelets, the two master wavelets being orthogonal wavelets.
【請求項79】 前記重み付け手段は、前記2つのマスターウェーブレット
の第1マスターウェーブレットと第2マスターウェーブレットを重み付けする段
階を含み、前記第1及び第2マスターウェーブレットは、次の式で数学的に表さ
れるガウス形状パルスのそれぞれ偶数次及び奇数次の導関数である請求項78記
載のシステム(但し、rは偶数の整数であり、sは奇数の整数であり、tは所定
単位の時間であり、αはインパルススケール係数である)。 【数5】
79. The weighting means includes the step of weighting the first master wavelet and the second master wavelet of the two master wavelets, wherein the first and second master wavelets are mathematically represented by the following equations. 79. The system of claim 78, wherein each is an even and odd derivative of a Gaussian shaped pulse, wherein r is an even integer, s is an odd integer, and t is a predetermined unit of time. , Α is the impulse scale factor). [Equation 5]
【請求項80】 前記重み付け手段は、前記r及びsのそれぞれが10以下
の場合に前記第1マスターウェーブレットと前記第2マスターウェーブレットを
重み付けする段階を有する請求項79記載のシステム。
80. The system of claim 79, wherein the weighting means comprises the step of weighting the first master wavelet and the second master wavelet when each of the r and s is 10 or less.
【請求項81】 前記制御手段は、前記2つのマスターウェーブレットの合
計を重み付けする段階を有し、前記2つのマスターウェーブレットは第1マスタ
ーウェーブレット及び第2マスターウェーブレットを含み、前記第1マスターウ
ェーブレットはレイリーウェーブレットの実数部であり、前記第2マスターウェ
ーブレットは前記レイリーウェーブレットの虚数部であり、前記レイリーウェー
ブレットは次の式で数学的に表される請求項77記載のシステム。 【数6】
81. The control means comprises weighting a sum of the two master wavelets, the two master wavelets including a first master wavelet and a second master wavelet, the first master wavelet being Rayleigh. 78. The system of claim 77, wherein the system is a real part of a wavelet, the second master wavelet is an imaginary part of the Rayleigh wavelet, and the Rayleigh wavelet is mathematically represented by: [Equation 6]
【請求項82】 前記重み付け手段は、前記nが10未満の場合に前記第1
マスターウェーブレットと前記第2マスターウェーブレットを重み付けする段階
を含む請求項81記載のシステム。
82. The weighting means sets the first weight when the n is less than 10.
82. The system of claim 81, comprising weighting a master wavelet and the second master wavelet.
【請求項83】 前記制御手段は、第1マスターウェーブレットと第2マス
ターウェーブレットを含む前記2つのマスターウェーブレットの前記インパルス
波形形状を制御する段階を含み、前記第1マスターウェーブレットは、ガウス形
状パルスの導関数であり、前記第2マスターウェーブレットは、前記ガウス形状
パルスの導関数のヒルベルト変換である請求項79記載のシステム。
83. The control means includes the step of controlling the impulse waveform shapes of the two master wavelets including a first master wavelet and a second master wavelet, wherein the first master wavelet is a derivative of a Gaussian pulse. 80. The system of claim 79, wherein the system is a function and the second master wavelet is a Hilbert transform of the derivative of the Gaussian shaped pulse.
【請求項84】 前記制御手段は、−1から+1の範囲の重みを前記2つの
マスターウェーブレットに適用する段階を有する請求項77記載のシステム。
84. The system of claim 77, wherein said control means comprises applying weights in the range of -1 to +1 to said two master wavelets.
【請求項85】 1〜N2の範囲の所定数の前記一連のインパルス波形から
なる変調ウェーブレット符号化シーケンスを形成する手段と、 前記情報のサブセットを伝達するために、前記変調ウェーブレット符号化シー
ケンスを変調ウェーブレットグループとして送信する手段と、 を更に有する請求項73記載のシステム。
85. Means for forming a modulated wavelet encoded sequence consisting of a predetermined number of said series of impulse waveforms ranging from 1 to N2; and modulating said modulated wavelet encoded sequence to convey said subset of information. 74. The system of claim 73, further comprising: means for transmitting as a wavelet group.
【請求項86】 前記形成手段は、前記情報のサブセットが候補符号化シー
ケンスの少なくとも1つで送信されるよう、前記符号化シーケンスを候補符号化
シーケンスセットの1つとして配列する段階を含む請求項85記載のシステム。
86. The forming means comprises arranging the coded sequence as one of a set of candidate coded sequences such that the subset of information is transmitted in at least one of the candidate coded sequences. 85. The system according to item 85.
【請求項87】 前記受信手段は、前記一連のインパルス波形の位置を遅延
ロックループ及び位相ロックループの少なくとも1つによってトラッキングする
段階を含む請求項73記載のシステム。
87. The system of claim 73, wherein said receiving means includes the step of tracking the position of said series of impulse waveforms by at least one of a delay locked loop and a phase locked loop.
【請求項88】 前記受信手段は、個別の距離間隔で分離された所定数のタ
ップを備えるタップ付き送信ラインで前記一連のインパルス波形を遅延させる手
段と、 前記タップのそれぞれに印加されたエネルギーを加算して合成信号を出力する
手段と、 を含む請求項74記載のシステム。
88. The receiving means delays the series of impulse waveforms on a tapped transmission line comprising a predetermined number of taps separated by individual distance intervals, and energy applied to each of the taps. 75. The system of claim 74, including means for adding and outputting a combined signal.
【請求項89】 前記加算手段は、それぞれ信号レベルで対応する増幅出力
信号を供給するように設定された利得を備える増幅器によって前記タップのそれ
ぞれに印加されたエネルギーを加算する段階を含む請求項88記載のシステム。
89. The summing means comprises summing the energy applied to each of the taps by an amplifier with a gain set to provide a corresponding amplified output signal at each signal level. The system described.
【請求項90】 前記加算手段は、前記各増幅器からの正常出力信号及び反
転出力信号のいずれかを選択する段階を含む請求項89記載のシステム。
90. The system of claim 89, wherein said adding means includes the step of selecting either a normal output signal or an inverted output signal from each of said amplifiers.
【請求項91】 前記加算手段は、モノリシック集積回路上で前記エネルギ
ーを加算する段階を含む請求項88記載のシステム。
91. The system of claim 88, wherein said adding means includes the step of adding the energies on a monolithic integrated circuit.
【請求項92】 前記受信段階は、前記一連のインパルス波形から前記情報
を抽出する前に狭帯域エネルギーを抑制する段階を含む請求項73記載のシステ
ム。
92. The system of claim 73, wherein the receiving step includes the step of suppressing narrowband energy prior to extracting the information from the series of impulse waveforms.
【請求項93】 前記受信手段は、インパルス波形の反転コピーと前記イン
パルス波形の非反転コピーのシーケンスを生成する段階を含む請求項73記載の
システム。
93. The system of claim 73, wherein said receiving means includes the step of generating a sequence of inverted copies of the impulse waveform and non-inverted copies of the impulse waveform.
【請求項94】 前記生成手段は、タップ付き送信ラインの各タップからの
信号エネルギーを、前記インパルス波形に所定の時間シフトと重みを伝達するよ
うに配置されたタップに印加する段階を含み、前記システムは、前記各タップで
信号を増幅するのに使用される増幅器の入力及び出力ポート間に整合した遅延と
整合した利得を提供するよう、前記各タップにおいて前記信号エネルギーを遅延
させる手段と、 前記増幅器のそれぞれの反転及び非反転出力のいずれかを選択する手段と、 合成出力信号を生成するために、前記選択手段の後にそれぞれの信号を加算す
る手段と、 を更に有する請求項93記載のシステム。
94. The means for generating includes applying signal energy from each tap of a tapped transmission line to a tap arranged to convey a predetermined time shift and weight to the impulse waveform. The system delays the signal energy at each tap to provide a matched delay and matched gain between the input and output ports of an amplifier used to amplify a signal at each tap; 94. The system of claim 93, further comprising: means for selecting either the inverting or non-inverting output of each of the amplifiers; and means for adding the respective signals after the selecting means to produce a composite output signal. .
【請求項95】 前記加算手段は、単一のインパルスが前記合成信号出力と
して生成されるよう、等しい増分の遅延によって前記それぞれの信号を遅延させ
る段階を含む請求項94記載のシステム。
95. The system of claim 94, wherein said summing means comprises delaying said respective signals by equal incremental delays so that a single impulse is produced as said composite signal output.
【請求項96】 前記制御手段は、前記一連のインパルス波形のそれぞれの
前記インパルス波形形状を生成する段階を含む請求項73記載のシステム。
96. The system of claim 73, wherein said control means includes the step of generating said impulse waveform shape for each of said series of impulse waveforms.
【請求項97】 前記制御手段は、プログラム可能な数の狭い単極パルスの
時間シフトされたコピーを+1から−1の間のプログラム可能な重みで加えるこ
とによって前記波形形状を構築する段階を含む請求項96記載のシステム。
97. The control means comprises constructing the waveform shape by applying a time-shifted copy of a programmable number of narrow unipolar pulses with programmable weights between +1 and -1. The system of claim 96.
【請求項98】 送信動作モードの際に、前記一連のインパルス波形を単一
のアンテナにルーティングする手段と、 受信動作モードの際に、前記単一アンテナからの受信信号を受信機にルーティ
ングする手段と、 を更に有する請求項73記載のシステム。
98. Means for routing the series of impulse waveforms to a single antenna during a transmit mode of operation; and means for routing a received signal from the single antenna to a receiver during a receive mode of operation. 74. The system of claim 73, further comprising:
【請求項99】 送信動作モードの際に、前記インパルス波形形状をインパ
ルス波形のグループに拡散する手段と前記インパルス波形グループを送信する手
段と、 受信動作モードの際に、前記インパルス波形グループを集合インパルス波形に
圧縮する手段と、 を更に有する請求項98記載のシステム。
99. Means for spreading the impulse waveform shape into groups of impulse waveforms in a transmission operation mode, means for transmitting the impulse waveform group, and a group of impulse waveform groups in a reception operation mode. 99. The system of claim 98, further comprising: means for compressing into a waveform.
【請求項100】 前記受信手段は、RAKE受信機の複数の分離された受
信経路を介して前記一連のインパルス波形を受信する段階を含む請求項73記載
のシステム。
100. The system of claim 73, wherein said receiving means includes the step of receiving said series of impulse waveforms via a plurality of separate receive paths of a RAKE receiver.
【請求項101】 前記受信手段は、前記分離された受信経路の1つにおい
て、その他の受信経路が受信するものよりも強いマルチパス信号をサーチする手
段を含む請求項100記載のシステム。
101. The system of claim 100, wherein said receiving means includes means for searching one of said separated receive paths for a multipath signal that is stronger than those received by the other receive paths.
【請求項102】 前記受信手段は、前記その他の分離された受信経路の1
つが前記のより強いマルチパス信号よりも弱いマルチパス信号を受信していると
判定された場合に、前記その他の分離された受信経路の1つを前記のより強いマ
ルチパス信号に切り換える手段を含む請求項101記載のシステム。
102. The receiving means is one of the other separated receiving paths.
Means for switching one of the other separated receive paths to the stronger multipath signal if it is determined that one is receiving a weaker multipath signal than the stronger multipath signal. The system of claim 101.
【請求項103】 超広帯域通信システムにおける無線周波数干渉を抑制す
る、コンピュータによる読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラムプロ
ダクトであって、無線通信チャネルを介して送信機から受信機に送信された、一
連のインパルス波形のインパルス波形形状を制御する前記送信機のコントローラ
によって生成された一連のインパルス波形を備えるスペクトル拡散信号の一部で
はない狭帯域干渉を抑制するように構成された無線周波数干渉抽出メカニズムを
有し、前記無線周波数干渉メカニズムは、前記スペクトル拡散信号から直流を除
去するように構成された直流除去メカニズムと、 前記スペクトル拡散信号が含まれている所定の帯域幅をビンのセットに分割す
るように構成された周波数マッピングメカニズムと、 隣接するビンの所定のエネルギーと前記ビンセットのそれぞれにおけるエネル
ギーレベルを比較し、前記エネルギーレベルが前記所定のエネルギーレベルより
も大きい場合にビン内のエネルギーレベルを削減するように構成された比較メカ
ニズムと、 を含むことを特徴とするコンピュータプログラムプロダクト。
103. A computer program product comprising a computer readable medium for suppressing radio frequency interference in an ultra wideband communication system, the computer program product comprising a series of data transmitted from a transmitter to a receiver over a wireless communication channel. A radio frequency interference extraction mechanism configured to suppress narrowband interference that is not part of a spread spectrum signal comprising a series of impulse waveforms generated by a controller of the transmitter that controls the impulse waveform shape of the impulse waveform. The radio frequency interference mechanism is configured to remove direct current from the spread spectrum signal, and a direct current rejection mechanism configured to divide the predetermined bandwidth containing the spread spectrum signal into a set of bins. Configured frequency mapping mechanism and adjacency Comparing a predetermined energy of a bin with an energy level in each of the bin sets, and a comparison mechanism configured to reduce the energy level in the bin if the energy level is greater than the predetermined energy level, Computer program product characterized by including.
【請求項104】 一連のインパルス波形を備えるスペクトル拡散信号に格
納された信号を受信機に対して送信するように構成された超広帯域送信機におい
て、前記一連のインパルス波形の各インパルス波形を成形するように構成された
インパルス波形生成器であって、前記一連のインパルス波形の少なくともサブセ
ットは、前記インパルス波形生成器によって独立的に制御可能なインパルス波形
形状を備えるインパルス波形生成器と、 前記一連のインパルス波形を所定の配列内に配列するように構成されたエンコ
ーダであって、前記一連のインパルス波形の前記インパルス波形サブセットが前
記情報の少なくとも一部を含んでいるエンコーダと、 を有することを特徴とする超広帯域送信機。
104. In an ultra wideband transmitter configured to transmit a signal stored in a spread spectrum signal comprising a series of impulse waveforms to a receiver, shaping each impulse waveform of the series of impulse waveforms. An impulse waveform generator configured to have at least a subset of the series of impulse waveforms, the impulse waveform generator having an impulse waveform shape independently controllable by the impulse waveform generator, and the series of impulses. An encoder configured to arrange the waveforms in a predetermined array, the impulse waveform subset of the series of impulse waveforms including at least a portion of the information; Ultra wideband transmitter.
【請求項105】 前記情報の別の部分は前記一連のインパルス波形の前記
所定の配列内に格納される請求項104記載の送信機。
105. The transmitter of claim 104, wherein another portion of the information is stored within the predetermined array of the series of impulse waveforms.
【請求項106】 前記一連のインパルス波形のそれぞれの前記インパルス
波形形状は、単一のゼロ平均インパルス波形ウェーブレットである請求項104
記載の送信機。
106. The impulse waveform shape of each of the series of impulse waveforms is a single zero-mean impulse waveform wavelet.
The listed transmitter.
【請求項107】 前記インパルス波形生成器は、前記インパルス波形形状
を変調するように構成された変調器を含む請求項104記載の送信機。
107. The transmitter of claim 104, wherein the impulse waveform generator comprises a modulator configured to modulate the impulse waveform shape.
【請求項108】 前記インパルス波形生成器は、インパルス波形当たり複
数ビットの情報を表すよう、前記インパルス波形形状を制御ように構成された請
求項104記載の送信機。
108. The transmitter of claim 104, wherein the impulse waveform generator is configured to control the impulse waveform shape to represent multiple bits of information per impulse waveform.
【請求項109】 前記エンコーダは、1〜N2の範囲の所定数の前記一連
のインパルス波形から構成された変調ウェーブレット符号化シーケンスを形成す
るように構成されており、前記変調ウェーブレット符号化シーケンスは、前記情
報の前記少なくとも一部を伝達するために変調ウェーブレットのグループとして
送信される請求項104記載の送信機。
109. The encoder is configured to form a modulated wavelet encoded sequence composed of a predetermined number of the series of impulse waveforms ranging from 1 to N2, the modulated wavelet encoded sequence comprising: 105. The transmitter of claim 104, which is transmitted as a group of modulated wavelets to convey the at least a portion of the information.
【請求項110】 送信機から一連のインパルス波形を備えるスペクトル拡
散信号に格納された情報を受信するように構成された超広帯域受信機であって、
前記信号は前記インパルス波形の少なくともサブセットのそれぞれの形状及び配
列内に格納されており、前記スペクトル拡散信号を電気信号に変換するように構
成された受信機フロントエンドと、 前記電気信号をローカル符号と関連付け、前記一連のインパルス波形に格納さ
れた前記情報を検出するように構成されたスライディング相関器と、 を有することを特徴とする超広帯域受信機。
110. An ultra wideband receiver configured to receive information stored in a spread spectrum signal comprising a series of impulse waveforms from a transmitter, comprising:
A receiver front end configured to convert the spread spectrum signal to an electrical signal, wherein the signal is stored in respective shapes and arrays of at least a subset of the impulse waveform; And a sliding correlator configured to detect said information stored in said series of impulse waveforms.
【請求項111】 前記スライディング相関器は、信号受信の際に前記一連
のインパルス波形の位置をトラッキングするように構成された遅延ロックループ
及び位相ロックループの少なくとも1つを含む請求項110記載の受信機。
111. The receive of claim 110, wherein the sliding correlator comprises at least one of a delay locked loop and a phase locked loop configured to track the position of the series of impulse waveforms upon signal reception. Machine.
【請求項112】 前記受信機フロントエンドは、個別の距離間隔で分離さ
れた所定数のタップを備えるタップ付き送信ラインと、 前記タップのそれぞれに印加されたエネルギーを加えて合成信号を出力するよ
うに構成された加算ネットワークと、 を含む請求項110記載の受信機。
112. The receiver front end includes a tapped transmission line having a predetermined number of taps separated by individual distance intervals, and energy applied to each of the taps to output a combined signal. 112. The receiver of claim 110, comprising: a summing network configured in.
【請求項113】 前記加算ネットワークは、前記加算ネットワーク内のそ
の他の増幅器によって供給される増幅出力信号にレベルが対応する増幅出力信号
を供給するように設定された利得をそれぞれが備える前記各タップ用の増幅器を
含む請求項112記載の受信機。
113. The summing networks each for each of the taps having a gain set to provide an amplified output signal whose level corresponds to an amplified output signal provided by another amplifier in the summing network. 113. The receiver of claim 112 including an amplifier of.
【請求項114】 前記加算ネットワークは、前記タップ用増幅器のそれぞ
れによって供給される前記増幅出力信号を加算するように構成された加算増幅器
を含む請求項113記載の受信機。
114. The receiver of claim 113, wherein the summing network includes summing amplifiers configured to sum the amplified output signals provided by each of the tapping amplifiers.
【請求項115】 前記加算ネットワークは各増幅器用のスイッチを含み、
各増幅器は正常出力と反転出力を含み、各スイッチは、該スイッチの稼動状態に
応じて正常出力信号及び反転出力信号のいずれかを提供するよう、前記スイッチ
に対応する増幅器の正常出力及び反転出力に接続されている請求項113記載の
受信機。
115. The summing network includes a switch for each amplifier,
Each amplifier includes a normal output and an inverting output, and each switch has a normal output and an inverting output of the amplifier corresponding to the switch so as to provide either the normal output signal or the inverting output signal according to the operating state of the switch. 114. The receiver of claim 113 connected to.
【請求項116】 前記加算ネットワークは、モノリシック集積回路上に形
成される請求項112記載の受信機。
116. The receiver of claim 112, wherein the summing network is formed on a monolithic integrated circuit.
【請求項117】 前記スペクトル拡散信号の一部ではない狭帯域干渉を抑
制するように構成された無線周波数干渉抽出回路を更に有する請求項110記載
の受信機。
117. The receiver of claim 110, further comprising a radio frequency interference extraction circuit configured to suppress narrowband interference that is not part of the spread spectrum signal.
【請求項118】 入力ポート及び出力ポートを有し、前記入力ポートに印
加されたインパルス波形の反転及び非反転コピーのシーケンスを前記出力ポート
に所定のパターンで生成するように構成されたパルス拡散器/圧縮器ネットワー
クを更に有する請求項110記載の受信機。
118. A pulse spreader having an input port and an output port, the pulse spreader configured to generate a sequence of inverted and non-inverted copies of an impulse waveform applied to the input port at the output port in a predetermined pattern. The receiver of claim 110, further comprising a / compressor network.
【請求項119】 前記拡散器/圧縮器ネットワークは、所定数のタップを
備えるタップ付き送信ラインと、 前記タップに接続され、合成信号を出力するよう、前記タップのそれぞれに関
連する所定の時間シフト及び重みに従って前記タップのそれぞれに印加された信
号エネルギーを加えるように構成された加算ネットワークと、 を更に有し、前記加算ネットワークは、入力と反転及び非反転出力間における
整合した遅延と整合した利得を備える、前記各タップ用の反転及び非反転出力を
有する増幅器を含む増幅器ネットワークと、 前記各タップ用の増幅器に接続された所定数の制御可能なスイッチを備え、各
タップ用に切換出力を実装するよう、前記反転及び非反転出力のいずれかを制御
可能に出力するように構成されたスイッチングネットワークと、 各タップ用の切換出力からのそれぞれの信号を加算することによって前記合成
信号出力を生成するように構成され、前記各信号が前記拡散器/圧縮器内の異な
る経路を経由する合成ネットワークと、 を含む請求項118記載の受信機。
119. The spreader / compressor network comprises a tapped transmission line comprising a predetermined number of taps and a predetermined time shift associated with each of the taps to output a combined signal connected to the taps. And a summing network configured to add the signal energy applied to each of the taps according to a weight, the summing network comprising a matched delay and a matched gain between the input and the inverting and non-inverting outputs. An amplifier network including an amplifier having inverting and non-inverting outputs for each tap, and a predetermined number of controllable switches connected to the amplifier for each tap, implementing a switched output for each tap. A switching network configured to controllably output either the inverted or non-inverted output. Network and a synthetic network configured to generate said combined signal output by adding respective signals from the switched output for each tap, said respective signals passing through different paths within said spreader / compressor. 120. The receiver of claim 118, including:
【請求項120】 前記拡散器/圧縮器は、スプリッタ入力、0度出力、及
び180度出力を備えるスプリッタと、 前記スプリッタの前記0度出力及び前記180度出力からの信号を受け付ける
ように構成され、入力インパルス波形の反転コピーと前記入力インパルス波形の
非反転コピーを出力する所定数の出力タップを備え、前記出力タップのそれぞれ
と前記入力間の遅延が異なるクロスオーバーラダーネットワークと、 各タップから出力された前記インパルス波形の反転コピー及び非反転コピーの
いずれかを選択するように構成されたスイッチのセットと;前記スイッチセット
のそれぞれの出力において信号を受け付け、合成出力信号を生成するように構成
された加算ラダーネットワークと、 を有する請求項118記載の受信機。
120. The spreader / compressor is configured to have a splitter input, a 0 degree output, and a 180 degree output, and a signal from the 0 degree output and the 180 degree output of the splitter. A crossover ladder network having a predetermined number of output taps for outputting an inverted copy of the input impulse waveform and a non-inverted copy of the input impulse waveform, each output tap having a different delay between the inputs, and output from each tap A set of switches configured to select between an inverted and a non-inverted copy of the impulse waveform that is configured to: accept a signal at each output of the switch set and generate a composite output signal 120. The receiver of claim 118, further comprising: a summing ladder network.
【請求項121】 前記拡散器/圧縮器内の各経路による信号の遅延は、前
記拡散器/圧縮器に印加された単一のインパルス波形によって前記合成信号出力
上に間隔が等しいインパルスのシーケンスが生成されるよう、等しい増分間隔を
有する請求項119記載の受信機。
121. The delay of the signal by each path in the spreader / compressor is such that a single impulse waveform applied to the spreader / compressor results in a sequence of equally spaced impulses on the composite signal output. 120. The receiver of claim 119, having equal incremental spacing to be produced.
【請求項122】 前記クロスオーバーラダーネットワークは、所定数の出
力タップが達成されるまで最終段を除く論理出力ネットワークの全段が2つのそ
の他の論理出力ネットワークを駆動するように配列された一連の前進型論理出力
ネットワークを含み、前記各論理出力ネットワークは、それぞれ左入力及び右入
力と左出力及び右出力を備える左0度スプリッタと右0度スプリッタを有し、前
記論理出力ネットワークの後続段は、前記右0度スプリッタの前記左出力が前記
左0度スプリッタの前記右出力とクロスオーバーし、前記左スプリッタの前記左
出力と前記右スプリッタの前記左出力が次段の左論理出力ネットワークに接続さ
れ、前記左スプリッタの前記右出力が前記右スプリッタの前記右出力と共に次段
の右論理出力ネットワークに接続されるよう、接続されている請求項120記載
の受信機。
122. The crossover ladder network comprises a series of logic output networks arranged such that all stages of the logic output network except the last stage drive two other logic output networks until a predetermined number of output taps are achieved. A forward logic output network, each logic output network having a left 0 degree splitter and a right 0 degree splitter having a left input and a right input and a left output and a right output, respectively, and a subsequent stage of the logic output network , The left output of the right 0 degree splitter crosses over with the right output of the left 0 degree splitter, and the left output of the left splitter and the left output of the right splitter are connected to a left logical output network of the next stage. The right output of the left splitter together with the right output of the right splitter in the right logical output network of the next stage. 121. The receiver of claim 120 connected to be connected to.
【請求項123】 前記拡散器/圧縮器は、入力と所定数の出力タップを備
え、それぞれが長さの異なるケーブルによって少なくとも2つのスプリッタを駆
動するように構成されたスプリッタのラダーと、 それぞれが反転及び非反転出力と前記スプリッタラダーの出力タップに接続さ
れた入力を備える増幅器のネットワークと、 前記増幅器ネットワークのそれぞれの増幅器に接続され、前記増幅器の前記反
転及び非反転出力のいずれかを選択するように構成されたスイッチのネットワー
クと、 前記スイッチネットワークに接続された所定の入力のセットを有し、前記ラダ
ー内の信号が流れる方向を基準として上流に位置するその他のコンバイナからの
少なくとも2つの入力を受け付けるように配列された一連のコンバイナを含む合
成出力段を含むコンバイナのラダーと、 を更に有する請求項118記載の受信機。
123. The spreader / compressor comprises a ladder of splitters each having an input and a predetermined number of output taps, each ladder configured to drive at least two splitters by cables of different lengths. A network of amplifiers having inverting and non-inverting outputs and an input connected to an output tap of the splitter ladder, and connected to each amplifier of the amplifier network to select one of the inverting and non-inverting outputs of the amplifier A network of switches configured as such, and at least two inputs from another combiner having a set of inputs connected to the switch network and located upstream relative to the direction of signal flow in the ladder. A synthetic output stage containing a series of combiners arranged to accept The receiver of claim 118, further comprising a combiner ladder including.
【請求項124】 前記長さの異なるケーブルは、前記スプリッタラダーの
第1スプリッタの出力においてそれぞれ長さa及びa+2nLと、前記スプリッ
タラダーの次段においてそれぞれ長さb及びb+2n−1Lと、前記スプリッタ
ラダーの最終段においてぞれぞれ長さz及びz+20と、を備えている請求項1
23記載の受信機。
124. The cables of different lengths have lengths a and a + 2nL at the output of the first splitter of the splitter ladder, lengths b and b + 2n-1L at the next stage of the splitter ladder, and the splitter, respectively. The last stage of the ladder is provided with lengths z and z + 20, respectively.
23. The receiver according to 23.
【請求項125】 前記受信機フロントエンドは、複数の分離した受信経路
を備えるRAKEアーキテクチャを含む請求項110記載の受信機。
125. The receiver of claim 110, wherein the receiver front end comprises a RAKE architecture with a plurality of separate receive paths.
【請求項126】 前記複数の分離した受信経路は、その他の分離した受信
経路が受信するものよりも強いマルチパス信号を検出するように構成されたサー
チチャネルを含む請求項125記載の受信機。
126. The receiver of claim 125, wherein the plurality of separate receive paths includes a search channel configured to detect multipath signals that are stronger than those received by the other separate receive paths.
【請求項127】 前記受信機フロントエンドは、前記その他の分離した受
信経路の1つが前記のより強いマルチパス信号よりも弱いマルチパス信号を受信
していると判定された場合に、前記その他の分離された受信経路の1つを前記の
より強いマルチパス信号に切り換えるように構成されたスイッチメカニズムを含
む請求項126記載の受信機。
127. The receiver front end may further determine if one of the other separate receive paths is receiving a weaker multipath signal than the stronger multipath signal. 127. The receiver of claim 126, including a switch mechanism configured to switch one of the separate receive paths to said stronger multipath signal.
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