JP2003535557A - アプリケーション・データを転送するための無搬送波超広帯域無線信号 - Google Patents
アプリケーション・データを転送するための無搬送波超広帯域無線信号Info
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Abstract
Description
、名称 超広帯域拡散スペクトラム通信システム(ULTRA WIDE BANDWIDTH SPREA
D-SPECTRUM COMMUNICATIONS SYSTEM)(Attorney Docket No.10188−000
1−8), 出願番号09/633,815、2000年8月7日出願、名称 電気的小型
プレーナUWBアンテナ(ELECTRICALLY SMALL PLANAR UWB ANTENNA)(Attorney
Docket No. 10188−0005−8), 出願番号09/563,292、2000年5月3日出願、名称 集積回路を
有するプレーナ超広帯域アンテナ(PLANAR ULTRA WIDE BAND ANTENNA WITH INTE
GRATED ELECTRONICS)(Attorney Docket No.10188−0006−8), 出願番号60/207,225、2000年5月26日出願、名称 超広帯域
通信システムと方法(ULTRA WIDEBAND COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD)(Att
orney Docket No.192408US8PROV), 出願番号XX/XXX,XXX出願、名称 UWB対狭帯域信号のためのアナ
ログ信号セパレータ(ANALOG SIGNAL SEPARATOR FOR UWB VERSUS NARROWBAND SI
GNALS)(Attorney Docket No. 192504US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 超広帯
域ノイズキャンセルメカニズムと方法(ULTRA WIDE BANDWIDTH NOISE CANCELLAT
ION MECHANISM AND METHOD)(Attorney Docket No.193517US8), 出願番号60/217,099、2000年7月10日出願、名称 マルチメ
ディア無線パーソナル−エリア・ネットワークの物理層と方法(MULTIMEDIA WIR
ELESS PERSONAL AREA NETWORK (WPAN)PHYSICAL LAYER SYSTEM AND METHOD)(At
torney Docket No. 194308US8PROV), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 超広帯
域信号における狭帯域干渉のベースバンド除去のためのシステムと方法(SYSTEM
AND METHOD FOR BASEBAND REMOVAL OF NARROWBAND INTERFERENCE IN ULTRA WID
EBAND SIGNALS)(Attorney Docket No. 194381US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 超広帯
通信システムにおける信号取得とトラッキングの為のモード・コントローラ(MO
DE CONTROLLER FOR SIGNAL ACQUISITION AND TRACKING IN AN ULTRA WIDEBAND C
OMMUNICATION SYSTEM)(Attorney Docket No. 194588US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 低ノイ
ズパルス形成の超広帯域通信システム、方法と装置(ULTRA WIDEBAND COMMUNICA
TION SYSTEM, METHOD, AND DEVICE WITH LOW NOISE PULSE FORMATION)(Attorne
y Docket No.195268US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 高速同
期化のための超広帯域システムと方法(ULTRA WIDE BANDWIDTH SYSTEM AND METH
OD FOR FAST SYNCHRONIZATION)(Attorney Docket No. 195269US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 サブコ
ードスピンを使った高速同期化のための超広帯域システムと方法(ULTRA WIDE B
ANDWIDTH SYSTEM AND METHOD FOR FAST SYNCHRONIZATION USING SUB CODE SPINS
)(Attorney Docket No.195272US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 複数検
出アームを使った高速同期化のための超広帯域システムと方法(ULTRA WIDE BAN
DWIDTH SYSTEM AND METHOD FOR FAST SYNCHRONIZATION USING MULTIPLE DETECTI
ON ARMS)(Attorney Docket No. 195273US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 超広帯
域通信システムのための低電力高解像度タイミング発生器(A LOW POWER, HIGH
RESOLUTION TIMING GENERATOR FOR ULTRA-WIDE BANDWIDTH COMMUNICATION SYSTE
MS)(Attorney Docket No.195670US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 距離情
報に基づくデバイス機能を可能にするための方法とシステム(METHOD AND SYSTE
M FOR ENABLING DEVICE FUNCTIONS BASED ON DISTANCE INFORMATION)(Attorney
Docket No. 195671US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 アプリ
ケーション・データ伝送のための無搬送波超広帯域無線信号(CARRIERLESS ULTR
A WIDEBAND WIRELESS SIGNALS FOR CONVEYING APPLICATION DATA)(Attorney Do
cket No.196108US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 超広帯
域パルス発生のためのシステムと方法(SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING ULT
RA WIDEBAND PULSES)(Attorney Docket No.197023US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 超広帯
域通信システム、方法と低ノイズ受信装置(ULTRA WIDEBAND COMMUNICATION SYS
TEM, METHOD, AND DEVICE WITH LOW NOISE RECEPTION)(Attorney Docket No.1
97024US8), 出願番号XX/XXX,XXX、2000年10月10日出願、名称 超広帯
域通信システムのための無漏洩受信機相関装置の構成と方法(LEAKAGE NULLING
RECEIVER CORRELATOR STRUCTURE AND METHOD FOR ULTRA WIDE BANDWIDTH COMMUN
ICATION SYSTEM)(Attorney Docket No.1541.1001/GMG)、 これら文書の全内容は、この参照によりここに組み込まれるものである。
ン・データを無搬送波の超広帯域無線信号を使って転送する方法と信号に関する
。 (発明の背景) デジタル情報は、典型的には、方形波のバイナリパルスからなるストリームで
形成される。各パルスは、データの1ビット(即ち1又は0)を表すものである
。データのデジタル・ストリームを転送するのに、デジタル波形を伝送すること
よりむしろ、キャリア波形を変調して、変調されたキャリア波形を伝送すること
が知られている。変調を使うことにより、キャリア波形は伝送チャネルに適合す
るようになる。典型的には、これら波形は無線信号を伝送するための高周波サイ
ン波である。
「デジタル通信:基礎と応用(Digital Communications: Fundamentals and App
lications)」,プレンティスホール( Prentice Hall), 1988, p.118 に述べら
れているが、その内容全ては、本引用によりここに包含される。信号はアンテナ
を通じて空間に発射される。アンテナ設計は伝送される信号の波長λに依存する
。実際的な例で、何故信号が高周波キャリアに変調されるかを説明する。信号の
波長λは、c/fに等しい。但しcは光速、3x108m/sで、fは伝送され
る信号の周波数(Hz)である。デジタル通信の当業者には、アンテナの開口度は
少なくとも波長が伝送される程度に大きいことが必要であることが周知である(
前記Sklar著,p118参照)。この設計条件が与えられるので、周波数、f、30
0Hzの信号の波長λは105mである。これは、およそ60マイルである。勿論
、開口60マイルのアンテナを建設することは現実的ではない。しかしながら、
もし、それと同じ信号が30GHzキャリアの上に変調されているとしたら、アン
テナの開口は1/2インチより狭くてすむ(前記Sklar著、p118参照)。
調、不整形の理想方形は周波数領域で無限の帯域幅を要求する。このために、方
形波のエッジを丸くするフィルタを使って、デジタルパルスを整形することが知
られている。パルス整形と変調は、ウェッブ(Webb,W)著、「専門家向け無線通
信:技術者と管理者のためのガイド(The Complete Wireless Communications P
rofessional: A Guide for Engineers and Managers)」、アーテック ハウス(
Artech House Publishers)、 1999, pp. 55-4 に説明されている。その内容全
ては、本引用によりここに包含される。
スペクトル密度はキャリアの周波数周辺に集中する傾向がある。これら信号は、
通常、大型アンテナと大電力で生成され、信号はノイズで妨害されない。周波数
スペクトラムは、勿論、米国では、連邦通信委員会(FCC)が規制する。周波数
スペクトラムの規則は、種々の割当て周波数範囲で干渉が無いようにするもので
ある。全周波数帯域はノイズを有するものであるから、ノイズより低い伝送を規
制する実用上の理由はない。
話の普及により、社会は、情報の利用性と情報共有能力に依存するようになった
。装置の小型化により、現在、情報のユーザは、移動端末による情報へのアクセ
スを望むようになっている。従来の方法を使い、情報を交換し、共有するには、
電話接続により又はネットワーク自身へ直接接続して、ネットワークへアクセス
せねばならない。 ネットワークの必要性は、ネットワークにアクセスできる者へのアクセスと情
報の共有を制限している。
コンのような移動機器を使って、情報を伝送し、受信する方法を発展させること
である。もし、アプローチがワイアレスで、共用機器間の直接接続に対する必要
性を不要にできたら有益であろう。又もし、規制官庁の管轄外の通信技術を使う
ことが出来たら有益であろう。それによりグローバルな使用が可能になる。
ことである。 本発明の発明者は、低電力無搬送波伝送が、狭帯域又は拡散スペクトラム信号
と干渉せずに、高データレートで通信を行うのに効果的に使うことが出来ること
、又、もし電力が充分低く維持される時は、伝送に放送用装置は不要であること
を知った。従って、本発明の他の目的は、デジタルデータをマルチパス・ウェー
ブレットに符号化し、短距離間を高データレートで、低電力で、搬送波を用いず
、伝送することである。 1つの実施例において、無搬送波超広帯域無線信号を持ったアプリケーション
・データを伝送する方法に対し、本発明が実施される。アプリケーション・デー
タはウェーブレットに符号化され、搬送波形に変調されずに伝送される。他の実
施例において、本発明は、無搬送波超広帯域波形にされたコンピュータ・データ
信号として実施される。 本セクションの名称と矛盾することなく、上記要約は本発明の全ての特徴又は
実施例を尽くして議論するものでない。必ずしも全てを尽くしたものではないが
、本発明の特徴と実施例について、“好ましい実施例”と題したセクションに、
更に詳しく記載する。
説明に基づいてよく理解されるであろう。
おいて、送受信器は3つの主要な部品を備えている。即ち、受信機11、無線コ
ントローラ・インターフェース9、及び送信器13である。他に、システムは別
々に、受信器11と無線コントローラとインターフェース9、送信器13と無線
コントローラ・インターフェース9とを実装しても良い。無線コントローラ・イ
ンターフェース9は、受信器11と送信器13により実現されるUWB無線通信機
能と遠隔機器とデータ交換するためのUWB通信チャネルを使うアプリケーション
との間の、メディア・アクセス制御(MAC)インターフェースとして機能する。
変換するアンテナを有する。UWB信号は、波形変調されたウェーブレットのシー
ケンスで生成される。波形変調されたウェーブレット発生時間が変調される。ア
ナログ変調については、波形制御パラメータの少なくとも1つは、アナログ信号
で変調される。典型的には、ウェーブレットはM個の波形をとる。デジタル情報
は、M個のウェーブレット波形の1つ又はその結合、及び、情報を通信するため
の発生時間を使って符号化される。
な二つの波形を使って1ビットを通信する。本発明の他の実施例では、各ウェー
ブレットは、nnビットを通信するように構成することができる。但し、M≧2nn
である。例えば、2ビットを通信するために、4つの形状で、例えば、4相又は
4レベル振幅変調のように、構成することができる。更に、本発明の他の実施例
においては、各ウェーブレットはコード・シーケンスにおける“チップ”(chip
)であり、シーケンスは、グループとして、1又は2以上のビットを通信する。
コードは、各チップに対し、M個の形状から選択することにより、チップレベル
でM次であることができる。
。UWB波形は、種々の技術を使って変調される。例えば、 (i)バイフェーズ変調信号(+1、−1)、 (ii)マルチレベル・バイフェーズ信号(+1、−1、+a1、-a1、+a2.-a2、
…+aN、-aN)、 (iii)4相信号(+1、-1、+j、-j)、 (iv)マルチフェーズ信号(1、−1、exp(+jπ/N)、exp(−jπ/N)、exp(+jπ
2/N)、exp(−jπ2/N)、…exp(+jπ(N-1)/N)、exp(+jπ/N))、 (v)マルチレベル・マルチフェーズ信号(aIexp(j2πβ/N|aI∈{1,a1,a2,
…aK},β∈{0,1,…N-1}) (vi)周波数変調パルス (vii)パルス位置変調(PPM)信号(可能ならば、異なる候補時間スロット
に送信される同一形状のパルス) (viii)M次変調波形gBI(t)、但しBI∈{1,2,...M} (ix)上記波形の組合せ、例えば、チャ−プ・シグナリング・スキームにより伝
送されるマルチフェーズ・チャネル・シンボル しかしながら、本発明は、上記変調スキーム及び他の変調スキーム(例えば、ラ
ーティ(Lathi)著「最新デジタル・アナログ通信システム(Modern Digital an
d Analog Communications Systems)」、ホルト・ラインハート・アンド・ウィ
ルソン(”Holt,Rinehart and Willson)、1998,に記載されており、その内容全
ては、本引用によりここに包含される。)の変形に適用できるものである。この
ことは、この技術の当業者により理解されるものである。
パルスまでの全時間は
組み合わせとして符号化される。例えば、信号Tiは、一定の割合で間隔をあけ
たものであり、または拡散コードの部分であることができる。但しTiはチャ−
プ(chirp)のゼロ交差(即ちTiのシーケンス)即ち、Tiのシーケンス、但し
は符号化データに基づく有限集合から選択されるものである。
って、典型的な送信又は受信パルスのシーケンスを表すことができる。各パルス
は形状変調UWBウェーブレットgBi(t−Ti)である。
ンスのi番目のパルスを指す。ウェーブレット関数gはM個の形状を有し、Bi はデータからシーケンスのi番目のパルスにおけるM次の変調波形のうちの1へ
のマッピングを表す。ウェーブレット発生器(例えば、UBW波形発生器17)
は数個の制御線(例えば、無線コントローラとインターフェース9からの制御線
)を有し、ウェーブレット波形を制御する。それ故、Biは、M個の所望のウェ
ーブレット形状を生成する制御信号のMの組合せのルックアップ・テーブルを具
備するものと考えることができる。エンコーダ21は、M次の状態を生成するた
めにデータ・ストリームとコードを組み合わせる。原データ・ストリームに戻す
為に、復調は、波形相関器5と無線コントローラ・インターフェース9を使って
行われる。情報を伝送し、ユーザ・コード等を与える為に、時間位置とウェーブ
レット形状は組み合わされて、パルス・シーケンスが形成される。
増加すると、ウェーブレットが生成される。 下記(2)式を用いて、一般ウェーブレット・パルス関数を表す。その形状は
、情報を伝送し、ユーザ・コード等を与えるために、パルス毎に変化する。
のヒルベルト変換である。パラメータBi,1は複素数で、調整される各ウェーブ
レット・パルスの大きさと位相を与える。 即ち、Bi,1=ai∠θi、ここで、ai波振幅の有限集合から選択されるもので
、θiは位相の有限集合から選択される。パラメータ{Bi,1,Bi,1,…}は、ウ
ェーブレット波形を制御する一般パラメータ群を表す。
アン波形の導関数であるウェーブレット・パルス波形fの族(family)を基本に
することが出来る。
るものである。パラメータBi,2はパルス期間と中心周波数を制御するものである
。
ス型重み付け正弦波関数であるウェーブレット・パルス波形fの族(family)を
基本にすることが出来る。
はチャ−プ率を制御する。本発明に適用できるガウス型以外の他の典型的な重み
関数は,直角,Hanning, Hamming, Blackman-Harris, Nutall, Taylor, Kaiser, C
hebychev等を含む。
数重み付け正弦波関数であるウェーブレット・パルス波形fの族(family)を基
本にすることが出来る。
はtrにより制御される。ターンオフ時間の後縁はt2により制御され、ターン
オフ率はtfにより制御される。チャ−プがt=0から開始し、TDがパルス幅
であると仮定すると、開始位相はθにより制御され、開始周波数はωにより制御
される。チャ−プ率はkにより制御され、終了周波数ω+kTDにより制御される
。パラメータ値を割当てた例を示すと、ω=1、tr=tf=0.25、t1=tr/0.5
1、t2=TD−tr/9。
セットが、UWB信号を作成するために選択されることである。但し、パワースペ
クトラムの中心周波数fcと、g(t)の帯域幅Bとは、2fc>B>0.25fcを満たす
。従来の式は、sine、cosineのように、同相と直角位相の信号を定義するもので
ある(e.g.IとQのように示される)ことに注意すべきである。しかし、重要な
ことは、この従来型定義は、UWB信号に対して不適当であるということである。
この従来型の定義を使うと、DCオフセット問題と性能の劣化を導くことを知って
本発明がなされた。
化する。典型的なウェーブレット(例えば、同時係属US特許出願No.09/209,460
に記載されている)に関して重要なことは、上記2式のfもhもDC成分を持たな
いように、しかしfとhが、UWBシステムに要求される広域(相対的な)バンド
幅を示すように、パラメータを選択することである。
は、単に数サイクル又は単一サイクルである。例えば、上記3式中のパラメータ
nは、低い値だけを取ることが出来る(例えば、同時係属US特許出願No.09/209,
460に記載されている)。
ターを通った)パルス幅は、図1Bを参照して定義される。図1Bにおいて、ウェ
ーブレットの時間領域表現はg(t)で表し、フーリェ変換(FT)表現は、G(ω)で
表す。また、整合フィルタは複素共役G*(ω)で表される。従って、整合フィルタ
の出力は P(ω)=G(ω)・G*(ω)である。 時間領域における整合フィルタの出力は、整合されたフィルタを通ったパルス
p(t)を得る為に、P(ω)について逆フーリエ変換(IFT)を実行することにより得
られる。圧縮されたパルスp(t)の幅はTcにより定義される。Tcは、図1Bに示さ
れるピークから6dB下の圧縮されたパルスE(t)のエンベロープ上の点間の時間
である。エンベロープ波形E(t)は下記(6)式により定められる。
数は、大きいパラメータ空間と情報を通信するように制御され、良い結果を出す
自己相関と相互相関を使ってコードを作成するものである。デジタル変調のため
に、各パラメータは、通信するデジタルデータを受信するエンコーダに基づいて
所定のリストから選択する。アナログ変調のためには、少なくとも1つのパラメ
ータを、通信するアナログ信号の機能に従って(例えば比例して)動的に変化さ
せる。
る。フロントエンド3は、波形のタイプに従って電気信号を処理する。その結果
、信号レベルと信号のスペクトル成分は、UWB波形相関器5における処理に適合
するようになる。UWB波形相関器5は、入力信号(例えば、整合フィルタリング
、部分整合フィルタリング、単純にロール−オフすることのような、スペクトル
シェーピングにより修正されるように。これらはフロントエンド3で行われる。
)と受信器11が生成する異なる候補信号との相関を取る。これにより、受信器
11が受信信号に同期化される時を決定され、伝送されるデータを決定される。
の制御の下で動作し、UWB波形相関器5における相関プロセスで使われるクロッ
ク信号を提供する。更に、受信器11において、UWB波形相関器5は、受信器11
で生成されたパルスシーケンスと、アンテナ1を通して受信し、フロントエンド
3で修正されるパルスシーケンスとの相関を取る。この二つのシーケンスがお互
いにそろった(aligned)時、UWB波形相関器5は、高い信号対雑音比(SNR)デ
ータを無線コントローラ・インターフェース9に対し供給する。或る状況下では
、UWB波形相関器5の出力はデータそれ自体である。他の状況下では、UWB波形相
関器5は、単に、中間的な相関結果を出力するのみである。該結果を使って、無
線コントローラ・インターフェース9はデータを決定し、また受信器11は入力
信号と同期する時点を決定する。
号取得モ−ド期間)、無線コントローラ・インターフェース9は制御信号を受信
器11に供給し、同期を取るようにする。このように、UWB波形相関器5内の相
関窓のスライディングは、無線コントローラ・インターフェース9からの制御信
号により受信器11のタイミング発生器7の出力の位相と周波数を調整すること
により可能である。制御信号は、ロックが完了されるまで相関窓をスライドさせ
る。無線コントローラ・インターフェース9はプロセッサによって動作するユニ
ットであり、ハード・ワイヤッド・ロジック(1又は2以上のASIC、又は、1又
は2以上のプログラマブル・プロセッサ)で実装されている。
ェース9の入力ポート(“RX Data In”)に供給する。無線コントローラ・イン
ターフェース9の出力ポート(“RX Data Out”)を通して、外部処理はこのデ
ータを使用することができる。外部処理は、受信器11で受信したデータ又は遠
隔受信器へ送信機13を通して送信したデータについて行われる。
スからのソースデータを入力ポート(“RX Data In”)で受信する。次に、無線
コントローラ・インターフェース9は、出力ポート(“RX Data Out”)を介し
てデータを送信機13のエンコーダに送る。更に、無線コントローラ・インター
フェース9は、制御信号を送信器13に送り、UWBパルスのシグナリング・シー
ケンスを特定する。本発明のいくつかの実施例において、受信器11と送信器1
3は、例えば、タイミング発生器及び/又は共通アンテナ等を共通リソースとし
て使うことが出来る。エンコーダ21はユーザの符号化情報と無線コントローラ
・インターフェース9からのデータとを受信し、データと符号化情報とを前処理
し、UWB波形発生器17に対するタイミング入力を供給する。該波形発生器は、
形状及び/又は時間を符号化したUWBパルスを生成し、遠隔地へデータを送信す
る。
えば、エンコーダ21は、直列ビットストリームを受け取り、それをフォワード
・エラー訂正(FEC)アルゴリズム(例えば、リードソロモン符号、ゴーレィ符
号、ハミング符号、コンボリューション符号等)に符号化する。エンコーダ21
は、又データをインターリーブしてバーストエラー保護を行う。エンコーダ21
は、又、1又は0の長い連続をさけるために白色化(whitening)機能を使う。
エンコーダ21は、ユーザ特有スペクトラム拡散機能を用い、所定の長さのチッ
ピング(chipping)コードを生成し、1ビットを表す(例えば、“1”ビットに
対し反転し、“0”ビットに対し、非反転とする)ために群として送信する。エ
ンコーダ21は、直列ビットストリームをサブセットに分割し、ウェーブレット
毎に、又はチッピングコード毎に多数ビットを送出する。また、複数の制御信号
を生成し、上記の変調スキームの組合せを定める(前記Lathiに記載されている
)。
入力するデータの送信源の(ユーザID等のような)識別を行う。本発明の1実施
例において、このユーザIDを、情報パケットのヘッダーのように送信シーケン
スに挿入することができる。本発明の他の実施例において、ユーザID自体は、
データを符号化するのに使われる。受信器が、データを意味あるものにする為に
は、ユーザIDについてのアプリオリの知識を前提にする、又は、有する必要が
ある。 例えば、IDは、異なる振幅の信号(例えば、振幅“f”の)を高速変調制御
信号に応用するのに使うことが出来る。これについては、信号に符号化を行う方
法を図2に基づいて説明する。
器17は、パルス時に(at pulse times)、受信するコマンド信号に従ってパル
ス波形のUWBパルス・シーケンスを生成する。それは、種々のスキームの中の1
つである。UWB波形発生器17の出力はアンテナ15に送られ、UWBエネルギーを
受信器に送出する。
て(例えば、PPM、チャ−プ等)符号化される。他のUWB変調スキームにおいて、
データは前記のパルス波形を使って符号化される(前記Lathi著に記載されてい
る)。本発明では時間変調(例えばパルス位置変調、チャ−プ等)と他の変調ス
キームとの組合せができることに注意すべきである。これによりパルスの形状を
操作することができるのである。
ボル当たり1つ以上のデータビットを通信することができる。しかしながら、更
に重要な性質は、マルチプル拡散コードを必要とする拡散スペクトラム、マルチ
ユーザシステムを実装する技術の応用である(例えば、スパイク自己相関関数を
、又低ピーク相互相関関数と合わせて使う)。
度を付け加えることができる。これにより一層自己相関と相互相関特性を最適化
できる。改善した自己相関と相互相関特性の結果として、本発明により、システ
ムの性能を改善でき、多数の送信ユニットが近傍にあって相互の干渉を受けずに
動作出来るようになる。
われる変調スキームは、UWBパルスの波形と時間とを操作することが出来る。図
2において、アンテナ1,15(例えば図1Aのアンテナ1と15に対応する)
からエネルギーを受信すると、エネルギーは送受信スイッチ27に送られ、さら
にフロントエンド3にエネルギーを送る。フロントエンド3はノイズを除去し、
スプリッタ29に供給する前に信号の振幅を調整する。スプリッタ29は信号を
N個の異なる信号の1つに分割し、N個の異なる信号を異なるトラッキング相関器
311−31Nに当てる。図2に示されるように、トラッキング相関器311−
31Nの各相関器は、タイミング発生モジュール7,19のそれぞれのタイミン
グ発生器71−7Nからのクロック入力信号を受信する。
信号を受信するが、又、高速変調信号又は他の制御信号をも受信する。無線コン
トローラ・インターフェース9は、時間同期・変調制御のために、例えば位相、
周波数及び高速変調信号等のような制御信号を、タイミング発生器モジュール7
,19に供給する。高速変調制御信号は、例えば、チャ−プ波形、PPM波形、高
速時間スケールPPM波形等を実現するために使われる。
コーダ21、波形発生器17、フィルタ23、増幅器25、T/Rスイッチ27、
フロントエンド3、トラッキング相関器311−31N(図1AのUWB波形相関器
5に対応する)等に供給する。 該制御信号は、例えば、振幅利得、信号波形、フィルタの通過帯域、ノッチ機
能、他の復調を制御し、またプロセス、ユーザコード、拡散コード、カバーコー
ド等を検知する。
グ相関器311のために試験的にタイミング発生器7の位相入力を調整し、受信
信号のタイミングと受信器で生成される信号のタイミングを特定し、整合する。
受信信号と局所的に発生した信号が相互に一致する時に、無線コントローラ・イ
ンターフェース9は、高信号強度、即ち高SNRを検知し、トラックを開始し、受
信器は受信信号と同期化する。
71は位相調節を維持して、タイミング発生器71と入力信号とのタイミングに
ズレが無いように調整を行う。しかしながら、本発明の特徴は、既知の期間に亘
り位相調整の平均を検知することにより、無線コントローラ・インターフェース
9はタイミング発生器71の周波数を、位相調整の中心が0になるように調整す
る点である。周波数は、この時に調整される。なぜなら、位相調整のパターンか
ら、タイミング発生器71と受信信号のクロックとの間に周波数オフセットがあ
ることが明らかであるからである。同様の操作をタイミング発生器72−7N上
で行い、各受信器は異なる量の遅延信号(例えば、マルチパスによる遅延、即ち
、局所的対象物による反射波が異なるパスで散乱して起こる遅延)を復元するこ
とが出来る。
むことである。複数のトラッキング相関器を備えることには、いくつかの点で有
利である。 第1に、同期化を一層迅速にすることが可能である(即ち、異なるcode-wheel
segmentsに亘って大きいSNR点を見つける為に複数組の相関アーム(correlatio
n arms)を動作させることにより)。 第2に、動作の受信モード時に、複数のアームが信号の異なるマルチパス成分
を分析し、ロックすることができる。コーヒーレントな加算により、UWB通信シ
ステムは、異なるマルチパス信号成分からのエネルギーを使い、受信信号を強化
でき、SNRを改善できる。 第3に、複数のトラッキング相関器アームを備えることにより、1つのアーム
を使って、他のアームで受信した信号より良い信号を得る為に、チャネルを連続
的にスキャンすることができる。
時に使用する他のアームより高いSNRを有するマルチパス期間を見つける時、ア
ームの役割が切り替えられる(即ち、より高いSNRを有するアームはデ−タを復
調するが、より低いSNRを持つアームはサーチを開始する)。このように、通信
システムはチャネル条件を変化させ、動的に調整を行う。
インターフェース9は、例えば、利得、フィルタ選択、フィルタ調整等、フロン
トエンド3を制御する為に、同期化の為に、タイミング発生器モジュール7,1
9によるトラッキング動作を調整する為に、制御信号を供給する。
、無線UWBリンクを用いて他の機能を行う他の高レベル・アプリケーションとの
間の、インターフェースとして機能する。これら機能のいくつかは、例えば、測
距動作、無線電話、ファイル共有、携帯情報端末(PDA)機能、埋め込み制御
機能、位置決め動作等を含む。
波数及び/又は、無線コントローラ・インターフェース9からのUWB波形を符
号化するのに使う高速変調調整信号を受け取る。データ及びユーザコード(制御
信号を使った)がエンコーダ21に供給される。時間変調を使う本発明の実施例
において、該エンコーダは、コマンド信号(Δt)をタイミング発生器70に送
り、パルスを送るための時間を供給する。このように、データの伝送波形への符
号化が実行される。
ダ21は、波形発生器17において特定の波形を生成するために種々の波形を選
択する方法として、コマンド信号を生成する。例えば、データを、チャネル・シ
ンボル当たり複数データビットにグループ化することができる。次に、波形発生
器17は、タイミング発生器70で指示される特定時間に、要求される波形を生
成する。波形発生器の出力は、フィルタ23で、濾波され、アンプ25で増幅さ
れ、更にT/Rスイッチ27によりアンテナ1,15から送信される。
器はT/Rスイッチ27に対し必要がないときには、電力供給が制限される。また
、本発明の他の実施例では、フィルタ23又はアンプ25は必要とされない。と
いうのは所望の電力レベルとスペクトラムが波形発生器17から直接使えるから
である。更に、フィルタ23とアンプ25は、本発明の実施例によっては、波形
発生器17に含めてもよい。
k-to-backに配置される高チッピングレートにより、送信波形x(t)が略連続電力
フローを有するように作成することが出来ることである。この構成によれば、シ
ステムは低ピーク電圧で動作でき、効率的に動作できる平均送信電力を生成でき
る。結果、例えば、1ボルトレベルで動作するサブミクロンのCMOSスイッチを使
って、アンテナ1,15を直接駆動することが出来る。そうすると、アンプ25
は不要になる。このように、全無線装置を単一モノシリックIC上に集積化できる
。
来る。しかしながら、もしシステムが例えば、他の無線システムと共に動作する
時は、フィルタ23を使って、他の無線システムとの干渉を制限する目的でノッ
チ機能を提供することが出来る。このように、システムは、他の無線システムと
共に同時に動作することが出来、アバランシェ型装置を用いる従来装置より優れ
た効果を提供する。従来装置では、アンテナにアバランシェ型装置を直接接続し
ており、フィルタをそこに内在させることが困難であった。
として異なるアプリケーションとインターフェースをとって、無線転送機能(ra
dio transport function)を実行するために用いられる。このコンフィギュレー
ションにおいて、UWB送信器は、アプリケーションに対する通信サービスとして
の信号生成、送信・受信機能を行う。該アプリケーションは、ワイアッドI/Oポ
ートと同様に、データを送信器に送り、送信器からデータを受信する。更に、UW
B送信器は、有線技術又は無線技術によって他の装置と相互接続するような多様
な装置のどれか1つに、無線通信機能を備えるようにするために使うことができ
る。 このように、図1Aと図2のUWB送信器は、例えば、固定的構成と接続するLAN
の一部として、又は、移動装置に接続する無線パーソナル・エリア・ネットワー
ク(WPAN)の一部として使うことが出来る。この実施例では、本発明の全部、或
いは、一部は、従来の汎用マイクロプロセッサを使って、本発明の考え方に従っ
て、マイクロプロセッサ・システムで実装することができる。このことはマイク
ロプロセッサシステム技術の当業者には明らかである。適当なソフトウェアは通
常の知識を有するプログラマが、ここに開示された考え方に基づいて作成できる
。このこともソフトウェア技術の当業者には明らかである。
テム上に実装される。システム301は、バス303又は他の通信情報のための
通信メカニズム、及び情報処理用のバス303に接続するプロセッサ305を含
む。また、プロセッサシステム301は、メインメモリ307(例えば、RAM又
はDRAM,SRAM,同期化DRAM,フラシュRAM)を含む。該メモリは、バス30
3に接続しており、プロセッサ305が実行するインストラクションと情報を記
憶する。更に、メインメモリ307は、プロセッサ305が実行するインストラ
クションの実行期間に、一時的変数又は他の中間情報を記憶するのに使用しても
よい。システム301は更に、ROM309又は他の静的記憶装置(例えば、P
ROM,EPROM,EEPROM)を含む。この記憶装置はバス303に接続
しており、プロセッサ305の為の情報とインストラクションを記憶する。記憶
装置311は、例えば、磁気ディスク又は光学ディスクであって、バス303に
接続しており、情報とインストラクションを記憶するものである。
フィギュラブル論理装置(e.g.シンプル・プログラマブル論理装置SPLD、コンプ
レックス・プログラマブル論理装置CPL又はre-programmable field progarammab
le gate arrays(FPGA))を含む。他のリムーバブル・メディア装置(e.g.CD,リ
ムーバブルMOメディア)又は、固定的高密度メディアドライブは、適当なデバイ
スバス(e.g.SCSIバス、拡張IEDバス、超DMAバス)を使って、システム3
01に付け加えることが出来る。システム301は、CDR、CDRW、CDジ
ュークボックスを追加することも出来る。これらは同一デバイスバス又は他のデ
バイスバスに接続してもよい。
T又はLCDのような表示装置311に接続される。表示装置313は、ディス
プレイカード又はグラフィクカードにより制御される。プロセッサシステム30
1は、プロセッサ305情報とコマンド選択の為のキーボード又はキーパッド3
15及びカーソル制御317のような入力装置301を含む。カーソル制御31
7は、プロセッサ305に対し方向情報とコマンド選択を通信する為の、又、表
示装置313上のカーソルの動きを制御する為の、例えば、マウス、トラックボ
ール又はカーソル方向キーである。更に、プリンタは、印刷されたデータス構造
のリスティング又はプロセッサシステム301が記憶し及び/又は生成した他の
データを供給する。
ている1つ又はそれ以上のインストラクションの1つ又はそれ以上のシーケンス
を実行するプロセッサ305に応答して、本発明の処理ステップ全部又は一部を
実行する。このインストラクションは、他のコンピュータ・リーダブルメディア
(例えば記憶装置311)からメインメモリ307に読み込まれる。マルチプロ
セシング装置における1つ又はそれ以上のプロセッサは、メインメモリ307に
記憶されているインストラクションのシーケンスを実行するために用いられる。
他の実施例において、ハードワイアッド回路をソフトウェア・インストラクショ
ンの代わりに、又はと組み合わせて使うことが出来る。このように、実施例は、
ハードウェア回路及びソフトウェアの特定な組合せに限定されるものではない。
ムされ、データ構造、テーブル、レコード又はここに記載した他のデータを記憶
するための、少なくとも1つのコンピュータ・リーダブル・メディア又はメモリ
を含む。本発明は、コンピュータ・リーダブル・メディアの1つ又はその組合せ
上に記憶される、ソフトウェアを含む。これは、システム301を制御する為、
本発明を実装する目的で1つの装置又は複数を駆動する為、又、ユーザと双方向
的にシステム303を相互作用する為のものである。このようなソフトウェアは
、以下のものに限定するものではないが、デバイス・ドライバ、OS,ディベロ
プメント・ツール及びアプリケーション・ソフトウェアを含む。このコンピュー
タ・リーダブル・メディアは、更に、本発明を実行するのに使われるプロセスの
全部又は一部(もしプロセッシングが分配されるならば)を実行するために、本
発明のコンピュータ・プログラム生産物を含む。
ニズムでありえる。該装置は、それに限定されるものではないが、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、Java又は他のオブ
ジェクト指向クラス、及び完全実行プログラムを含む。 更に、本発明の処理部分は、性能、信頼性及び/又はコスト向上のために、配
布してもよい。
ためにプロセッサ305にインストラクションを供給するのに使われる全てのメ
ディアを指す。コンピュータ・リーダブル・メディアは多くのフォームを取る。
例えば、これは、以下に限定するものではないが、非揮発性メディア、揮発性メ
ディア及び伝送メディアを含む。非揮発性メディアは、例えば、光学ディスク、
磁気ディスク、磁気光学的ディスク等のような記憶装置311を含む。揮発性メ
ディアはダイナミックメモリ(例えば、メインメモリ307)を含む。伝送メデ
ィアは、バス303を構成するワイアを含め、同軸ケーブル、銅線、光ファイバ
を含む。伝送メディアは、音響波又は光波の形態を取ることが出来る。光波は、
例えば、無線波及び赤外データ通信中に生成される。
、PROM(EPROM、EEPROM、Flash EPROM)、DRAM,SRAM,SDRAM又は他の磁気メディア
、CD(e.g.CD―ROM)又は他の光メディア、パンチカード、ペーパ・テープ又は
、穴のパターンのある他の物理メディア、搬送波、無搬送波伝送、又はシステム
が読取り可能な他のメディアを含む。
つ又はそれ以上のインストラクションの1つ又はそれ以上のシーケンスを供給す
るのに関係する。例えば、インストラクションは最初、遠隔コンピュータの磁気
ディスクに記憶されることが出来る。遠隔コンピュータは、本発明の全部又は一
部をダイナミックメモリに実装するためのインストラクションをロードし、モデ
ムを使って電話線上にインストラクションを送信することが出来る。システム3
01に直接接続するローカルモデムは、電話線上でデータを受信でき、赤外線送
信器を使ってデータを赤外線信号に変換する。バス303に接続する赤外線検知
器は、赤外線信号で運ばれるデータを受信し、データをバス303に乗せること
が出来る。バス303はデータをメインメモリ307に送り、そこからプロセッ
サ305はインストラクションを検索し、実行する。メインメモリ307が受け
取るインストラクションは、プロセッサ305による実行の以前又は以後に、記
憶装置311上に記憶することができる。
ェース319を含む。通信インターフェース319は、ネットワーク・リンク3
21に接続する二方向UWBデータ通信を備える。このネットワーク・リンクは、
ローカルネットワーク(LAN)又はパーソナル・エリア・ネットワーク(PAN)3
23のような通信ネットワーク323に接続する。例えば、通信インターフェー
ス319は、パケット切替UWB可能なパーソナル・エリア・ネットワーク(PAN)
323に接続するネットワーク・インターフェース・カードであり得る。他の実
施例では、通信インターフェース319はUWBアクセス可能なADSLカード、ISDN
カード、又は相当するタイプの通信線にデータ通信接続を提供するモデムであり
得る。通信インターフェース319は、また、UWBカップリング以外の二方向無
線通信カップリングを備えるハードウェアを含む。このように、通信インターフ
ェース319は、図2のUWB送信器をユニバーサル・インターフェースの一部と
して組み込んでもよい。該ユニバーサル・インターフェースは、ネットワーク・
リンク321に結合するハードワイアッドの非UWB無線通信を含むものである。
クを通して他のデータデバイスにデータ通信を提供する。例えば、ネットワーク
・リンク321はLANを通して接続を、ホストコンピュータ325に又は、サー
ビス・プロバイダによって操作されるデータ装置に提供する。該サービス・プロ
バイダは、IP(インターネット・プロトコール)ネットワーク327を通じてデー
タ通信サービスを提供する。更に、ネットワーク・リンク321はPAN323を
通して、例えば携帯情報端末(PDA)、ラップトップ・コンピュータ又は携帯電
話のような移動装置329に接続を提供する。LAN/PAN通信ネットワーク323
及びIPネットワーク327は、電気的、電磁気的、光学的信号を使い、デジタル
・データ・ストリームを搬送する。システム301へ、及びからのデジタルデー
タを搬送する、種々のネットワークを通る信号、及びネットワーク・リンク32
1上で通信インターフェース319を通る信号は、情報を搬送する搬送波を例示
するものである。プロセッサ・システム301は、ネットワーク、ネットワーク
・リンク321、通信インターフェース319を介して、通知を送信し、プログ
ラム・コードを含むデータを受信することができる。
。
図である。
Claims (36)
- 【請求項1】 アプリケーション・データを、所定の形状を有するウェーブ
レットに符号化するステップと、 アンテナを介して、前記ウェーブレットを含む無搬送波超広帯域波形を伝送す
るステップと、 前記無搬送波超広帯域波形をアンテナを使って受信するステップと、 前記受信ステップで受信した無搬送波超広帯域波形に含まれる前記ウェーブレ
ットから前記アプリケーション・データを復号化するステップと、 を有するアプリケーション・データを無搬送波超広帯域無線信号で搬送するため
の方法。 - 【請求項2】 前記アプリケーション・データがコンピュータ実行可能なイ
ンストラクションを含む請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記波形が、バイフェーズ、クワッドフェーズ、マルチレベ
ル・バイフェーズ及びマルチレベル・クワッドフェーズの少なくとも1つである
請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記波形はパルス位置変調スキームに適合したパルスを含む
請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 コンピュータ実行可能なインストラクションを有する、無搬
送波超広帯域波形に埋め込まれたコンピュータデータ信号。 - 【請求項6】 前記コンピュータ実行可能なインストラクションが、Webペ
ージを含む請求項5記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項7】 前記Webページは、メークアップ言語フォーマットで既定さ
れる請求項6記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項8】 前記メークアップ言語はハンドヘルド・デバイス・メークア
ップ言語である請求項7記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項9】 前記メークアップ言語がHTMLである請求項7記載のコンピュ
ータ・データ信号。 - 【請求項10】 前記メークアップ言語がXMLである請求項7記載のコンピ
ュータ・データ信号。 - 【請求項11】 前記コンピュータ実行可能なインストラクションがJavaプ
ログラムからなる請求項5記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項12】 前記コンピュータ実行可能なインストラクションがスクリ
プティング言語で定義される請求項5記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項13】 前記スクリプティング言語がPerlである請求項12記載の
コンピュータ・データ信号。 - 【請求項14】 前記スクリプティング言語がJavaScriptである請求項12
記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項15】 前記コンピュータ実行可能なインストラクションがActive
X制御を含む請求項5記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項16】 (a)Webページ、 (b)コンピュータ実行可能なプログラム、 (c)データ、 (d)ソフトウェア、 (e)デジタル化された音声、 (f)ビデオ、 (g)グラフィカル・イメージ、 (h)テキスト、 の少なくとも1つを有する所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波超
広帯域波形に、埋め込まれたコンピュータデータ信号。 - 【請求項17】 前記形状が、バイフェーズ、クワッドフェーズ、マルチレ
ベル・バイフェーズ及びマルチレベル・クワッドフェーズの少なくとも1つであ
る請求項16記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項18】 前記形状がパルス位置変調スキームを有する請求項16記
載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項19】 前記Webページがメークアップ言語フォーマットで規定さ
れる請求項16記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項20】 前記Webページがメークアップ言語フォーマットで規定さ
れる請求項16記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項21】 前記メークアップ言語がハンドヘルド・デバイス・メーク
アップ言語である請求項20記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項22】 前記メークアップ言語がHTMLである請求項20記載のコン
ピュータ・データ信号。 - 【請求項23】 前記メークアップ言語がXMLである請求項20記載のコン
ピュータ・データ信号。 - 【請求項24】 前記コンピュータ実行可能なプログラムがJavaプログラム
である請求項16記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項25】 前記コンピュータ実行可能なプログラムがスクリプティン
グ言語で規定される請求項16記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項26】 前記スクリプティング言語がPerlである請求項25記載の
コンピュータ・データ信号。 - 【請求項27】 前記スクリプティング言語がJavaScriptである請求項25
記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項28】 前記コンピュータ実行可能なインストラクションがActive
X制御である請求項16記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項29】 1つのデバイスから他のデバイスに交換される情報を有す
る、所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波超広帯域波形に埋め込ま
れたコンピュータデータ信号。 - 【請求項30】 e−アプライアンスから送られるステータス情報を有する
、所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波超広帯域波形に埋め込まれ
たコンピュータデータ信号。 - 【請求項31】 ネットワークの無線ノードへの、又は、からのネットワー
ク・トラフィックを有する、所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波
超広帯域波形に、埋め込まれたコンピュータデータ信号。 - 【請求項32】 前記ネットワークの無線ノードが、搬送波に基づく通信チ
ャネルを介して無搬送波超広帯域信号を再送信することにより、無搬送波超広帯
域信号を送信するデバイスをネットワークに接続するように構成した無線リピー
タを含む、請求項31記載のコンピュータ・データ信号。 - 【請求項33】 医療機器に干渉を起こさずに病院環境において通信するた
めの情報を有する、所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波超広帯域
波形に、埋め込まれたコンピュータデータ信号。 - 【請求項34】 航空器システムに干渉を起こさずに航空機において通信す
るための情報を有する、所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波超広
帯域波形に、埋め込まれたコンピュータデータ信号。 - 【請求項35】 ビーコンから位置特定情報をブロードキャーストする情報
を有する、所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波超広帯域波形に、
埋め込まれたコンピュータデータ信号。 - 【請求項36】 モニタリング装置により受信されるデジタル化される音声
情報を有する、所定の形状を有するウェーブレットを含む無搬送波超広帯域波形
に、埋め込まれたコンピュータデータ信号。
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