JP2004507129A - 短距離無線データ通信リンクを形成するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(発明の分野)
本発明は、無線通信システム一般に関する。より詳細には、無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを所定の無線周波数搬送波によって形成するための方法及び装置に関する。
【0002】
(発明の背景)
送信ユニットと受信ユニットとの間の短距離通信リンクは典型的には、有線により確立される。例えば、マウス又はキーボードをコンピュータに接続可能であり、ビデオゲームコントローラを一組のワイヤ又は同軸ケーブルによってビデオゲームコンソールに接続可能である。送信ユニットと受信ユニットとの間のケーブルの長さが制限されているために、送信ユニットと受信ユニットの設置場所が制限される。より詳細には、ビデオゲームコントローラをコンソールに接続されたケーブルの長さが制限されていることは、ユーザがソファなど希望する場所に座ることを妨害する。通信リンクを形成するために、ビデオゲームコントローラをコンソールに接続するにはさらなる延長ケーブルが必要になる。しかし、さらなる延長ケーブルを使用すると、それがもつれるために、コントローラを使用する場所がさらに制限され、ケーブルのもつれをほどかなければならないので、ユーザはさらに苛立つことになる。さらに、ビデオゲームが動作している間に「興奮」状態になると、コントローラを使用しているユーザの動きによってコンソールとコントローラとを接続されているケーブルが外れる場合がある。それ故、コントローラとコンソールとの間に形成された通信リンクが切断され得る。ゲームにおいて大事な緊張した場面でこのような破滅的な事態が発生すると、ユーザにとっては悲惨である。
【0003】
無線技術によってますます多くの通信リンクが形成されている。例えば、送信ユニットと受信ユニットとの間の無線リンクを形成するために赤外線が使用されてきた。より詳細には、テレビジョン、ステレオ、コンパクトディスクプレーヤ、ビデオカセットレコーダ、デジタルビデオディスクプレーヤ又は他のあらゆる娯楽用装置用のリモートコントローラは、赤外線を使用し得る。しかし、赤外線の使用は、ラインオブサイトや指向性など、多くの制限を受ける。例えば、ビデオゲームを使用する場合には、無線コントローラはビデオゲームコンソールと通信すべく赤外線を使用することある。しかし、物体はユーザのラインオブサイトの妨害となる場合にはコントローラによってビデオゲームコンソールに信号を送信しない可能性がある。例えば、人や家具は、コントローラとコンソールとの間のラインオブサイトを遮断する場合がある。ビデオゲームに「夢中」になっている場合、ユーザは、コンソールへのラインオブサイトの範囲内にコントローラを維持しようと考えないことが多い。さらに、指向性は、ユーザが通信リンクを形成するために、コントローラをコンソールに相対して特定の角度の範囲内に維持することを必要とする。コンソールに対して直角な方向を指向して着座しているユーザは、コントローラをコンソールに対して正確に指向していないことがある。即ち、コントローラは一直線を指向するため、コントローラとコンソールとの間に通信リンクを形成し得ない。
【0004】
短距離通信リンクを形成するために、無線周波を使用可能である。現在の短距離無線周波システムは、2.4ギガヘルツ(GHz)の工業、科学、医学(ISM)帯域などの周波数帯域内の通信をサポートするために、従来のシンセサイザ、及びヘテロダイン方式の無線通信技術を使用している。2.4GHzヘテロダイン式受信機の主な構成部品は典型的には、(1)好適な無線周波数に合わせた無線周波(RF)増幅器と、(2)第1局部発振器と、(3)第1中間周波数を混合するための第1ミキサと、(4)第1中間周波数(IF)増幅器と、(5)第1局部発振器と、(6)第2中間周波数を混合するための第2ミキサと、(7)第2中間周波数増幅器と、(8)復調器とが含まれる。画像及びスプリアス応答を防止するために、無線周波増幅器は、典型的には混合画像を減衰すべく周波数選択性を提供する。スプリアス応答を防止するために、第1中間周波数増幅器は典型的にはセラミック又は弾性表面波(SAW)技術フィルタからなる。両方の局部発振器は典型的にシンセサイザを含む。しかし、このようなシンセサイザ及びヘテロダイン技術は、短距離無線データ通信リンクを形成するためには、低電力でも価格効率が良好でもない。それ故、低電力、低コストにて、所定の無線周波数搬送波によって無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを形成するための方法及び装置の開発に対する需要がある。
【0005】
(好適な実施形態の詳細な説明)
本発明は、無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを所定の無線周波数搬送波によって形成するための方法及び装置を提供する。このため、ラインオブサイト及び指向性を考慮せずに無線データ通信リンクを形成することは、端末装置又はコンソールを、特定の経路又は方向に指向させる必要性を排除し得る。本発明は、従来の無線周波の技術を、短距離無線データ通信を確立するための低電力及び低コストな方法に組み込む。この方法及び装置は、受信ユニット内で合成又は混合のスキームを使用せずに、送信ユニット及び受信ユニットの間に短距離無線データ通信リンクを形成する。
【0006】
図1の無線通信システム100において、端末装置110は、第2の端末装置又はコンソールハブ120との無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを所定の無線周波数搬送波によって形成し得る。無線通信システム100は、時分割多元接続(TDMA)システム、符号分割多元接続(CDMA)システム、及び周波数分割多元接続(FDMA)システムであってもよいが、これらに限定されない。端末装置110は、ビデオゲームコントローラ、コンピュータマウス、キーボード、プリンタ、電子手帳、テレビジョン用リモートコントローラ、ステレオ、デジタルビデオディスクプレーヤ、ビデオカセットレコーダ及びコンパクトディスクプレーヤに内蔵し得るが、これらに限定されない。コンソールハブ120は、ビデオゲームコンソール、ヘッドホン、コンピュータ、電子手帳、テレビジョン、ステレオ、デジタルビデオディスクプレーヤ、ビデオカセットレコーダ、コンパクトディスクプレーヤに内蔵することができるが、これらに限定されない。端末装置110及びコンソールハブ120は両方とも、上記した部品に適合可能なスタンドアローンの装置であってもよい。例えば、端末装置110及びコンソールハブ120は、それぞれビデオゲームコントローラ及びビデオゲームコンソールに接続された、スタンドアローンの装置であってもよい。より詳細には、コンソールハブ120は、ビデオゲームコンソールのポートに接続されてもよい。この場合、ビデオゲームコントローラは典型的には、ケーブルによってビデオゲームコンソールに接続されている。
【0007】
本発明は、端末装置110とコンソールハブ120との間にデータ通信リンクを提供する赤外線などの他の無線通信方法に関連するラインオブサイト及び指向性に関する問題を軽減する。例えば、コーヒーテーブル、ソファ又は人などの障害物130が、赤外線で動作する通信システムの端末装置とコンソールハブとの間のラインオブサイト経路内に位置している場合がある。その場合、端末装置とコンソールハブとの間に、データ通信リンクを形成することができない。対照的に、本発明は、端末装置110とコンソールハブ120との間に無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを所定の無線周波数搬送波によって形成することにより、端末装置110とコンソールハブ120との間のラインオブサイト経路内の障害物130の問題を解決する。
【0008】
本発明は、一方向送信及び二方向送信の両方用のデータ通信リンクを形成可能である。図2に示すように、端末装置210は、コンソールハブ220への一方向送信のために、無線チャネルを通したデータ通信リンクを所定の無線周波数搬送波によって形成可能である。上記したように、送信ユニット230は端末装置210に内蔵可能であり、或いはスタンドアローンの装置として、端末装置210に接続し得る。受信ユニット240は、コンソールハブ220に内蔵させること、或いはスタンドアローンの装置としてコンソールハブ220に接続可能である。
【0009】
端末装置210に適合している送信ユニット230は、データを符号化し、コンソールハブ220に適合した受信ユニット240までアンテナ260を通して動作信号搬送データを送信することによって、一方向送信を確立し得る。受信ユニット240は、アンテナ270を通して動作信号を受信し、データを再生する。データはデータパケットであってもよいが、これらに限定されない。送信ユニット230から受信ユニット240への通信をサポートするために、データは、情報及びオーバヘッドデータを含み、フレーム形成及び誤り検出符号を含むこともある。一方向送信の場合には、コンソールハブ220は送信ユニット230からの送信が成功したことを示す肯定応答信号などの信号を送信するための返送のデータ通信リンクを形成しない。例えば、送信ユニット230はテレビジョンのリモートコントローラに適合する。リモートコントローラは、テレビジョンとして適切な受信ユニット240に動作信号搬送データを送信する。受信ユニット240は、送信が成功したことを肯定応答するために、リモートコントローラへ信号を返送しない。
【0010】
以下にさらに詳細に記載する干渉発生源250は、送信ユニット230の送信に重畳して、干渉信号を発生することができる。干渉信号に打ち勝つためには、反復送信が必要な場合がある。しかし、反復送信は、他の通信リンクを破壊し、通信リソースの使用効率を低減する場合がある。従って送信の成功を示す肯定応答信号を発生するために、端末装置210とコンソール・ハブ220との間に二方向送信が必要な場合がある。
【0011】
肯定応答信号を送信する他に、二方向送信に適合したコンソールハブ220は、二方向送信に適切な端末装置210と通信することがある。より詳細には、コンソールハブ220は、端末装置210に、機械的、視覚的、及び聴覚的効果を提供する信号を送信することができるが、これに限定されない。例えば、端末装置210は、ボクシングゲームのボクサー#1を制御する、ビデオゲームコントローラに適している。コンソールハブ220は、ボクサー#1がゲーム中にパンチを受けたことを示す信号を送信する。このためこの信号は、端末装置210にボクサー#1がパンチ受けたことを指示すべく、振動を与えるように命令する。
【0012】
コストを低減し、通信リソースの効率的な使用を向上するために、コンソールハブは、送信の成功を示す肯定応答信号及び送信用のタイミング情報を含むプロトコル信号などの信号を送信すべく、複数の端末装置に対するデータ通信リンクを形成可能である。信号はこれらに限定されない。図3を参照する。一般的に310,311,312,313で示す複数の端末装置、及びコンソールハブ320は、二方向送信用に所定の無線周波数搬送波によって、無線チャネルを通したデータ通信リンクを形成し得る。一方向送信とは対照的に、二方向送信は情報データ信号、送信の成功を示す肯定応答信号、及び送信用のタイミング情報を含むプロトコル信号などの信号を送信すべく、戻りのデータ通信リンクを形成する。一般的に330,331,332,333,334と示す送信ユニット、及び340,341,342,343,344と示す受信ユニットは、二方向送信のための複数の端末デバイス310,311,312,313及びコンソールハブ320に適合させ得る。複数の端末デバイス310,311,312,313は、コンソールハブ320に対して、所定の無線周波数搬送波によって無線チャネルを通したデータ通信リンクを形成可能である。コンソールハブ320もまた、複数の端末装置310,311,312,313に対して同一の無線チャネルを通したデータ通信リンクを形成可能である。複数の端末装置310,311,312,313に適した送信ユニット330,331,332,333,334は、コンソールハブ320に適した受信ユニット344へ動作信号搬送データを送信すべく、無線チャネルを通してデータ通信リンクを形成し得る。干渉発生源350又はこれに限定されない干渉発生源による干渉を克服するために、送信ユニット330,331,332,333は、干渉発生源350が発生する干渉として予想される長さを超える場合がある周期の間の複数の機会に、動作信号を再送信し得る。干渉発生源350は、送信ユニット330,331,332,333,334、及び受信ユニット340,341,342,343,344の必要な帯域幅内で動作し得る。例えば、送信ユニット330,331,332,333,334、及び受信ユニット340,341,342,343,344は、電子レンジ及びコードレス電話から干渉が発生する可能性がある、2.4GHz ISM帯域幅上で動作可能である。送信ユニット330,331,332,333は、電子レンジから分配された干渉を避けるために、1つのサイクル中に、コンソールハブ320に適した受信ユニット344に動作信号を送信するための複数の機会を有してもよい。電子レンジは、16.667ミリ秒(ms)の周期を有した60ヘルツ(Hz)電力線周波数の各サイクルの約40%に対して干渉を起こす可能性がある。このためコンソールハブ320に適した送信ユニット334は、動作信号の不必要な又は反復送信を回避するために肯定応答信号を送信すべく、同一の無線チャネルを通してデータ通信リンクを形成可能である。上記したように、肯定応答信号は送信ユニット330,331,332,333,334による送信が成功したことを示す。肯定応答信号は複数の端末装置310,311,312,313に適した送信ユニット330,331,332,333の電力消費を低減し、不必要な送信に関連する潜在的な干渉を最小限度まで低減し得る。
【0013】
図4は、時分割多元接続(TDMA)システムにおける、無線チャネルを通した所定の無線周波数搬送波上のデータ通信リンクでの、データの一方向送信及び二方向送信のタイミング図である。ライン#1は、403,406,409,412,415,418,421で示す複数のデータパケットタイムスロットの間におけるデータパケット400の一方向送信を示す。同送信は送信ユニット230から受信ユニット240へのTDMAシステムの無線チャネルを通したデータ通信リンクによる。T1の周期を有した各データパケットタイムスロット403,406,409,412,415,418,421は、パケットごとに時間に渡り一定にすることができる。別な方法としては、複数のデータパケットタイムスロット403,406,409,412,415,418,421の周期T1は、プロトコル又は送信ユニット230から送信されるデータの量によって変化し得る。データパケット400の送信間の周期T2である、データパケット送信間隔424を時間に渡り一定にすることができる。代替手段としては、データパケット送信間隔を424を、プロトコルにより変えることもできる。
【0014】
ライン#2は、2.4〜2.4835GHzの帯域幅で動作している、電子レンジなど、これに限定されない干渉発生源250,350からの干渉信号430を示す。干渉バーストなど、これに限定されない干渉信号430は、T3周期の干渉間隔433中のデータパケット400の送信に影響を与えることがある。データパケット送信用のプロトコルは、干渉発生源250,350からの破壊的な干渉を避けるために、適当な送信機会を提供する。データパケット400の送信は、複数のデータパケットタイムスロット403,406,409,412,415,418,421と、干渉間隔433との間のすべての重畳を克服するために、1つのサイクル中の複数のデータパケットタイムスロット403,406,409,412,415,418,421の間に反復して行われる。このためデータパケット400は、干渉間隔433中に干渉発生源350による干渉信号430に打ち勝ち、またデータパケット400の送信が決して中断しないように、複数のデータパケットタイムスロット403,406,409,412,415,418,421の間に送信し得る。例えば干渉信号430は、干渉間隔内433にある複数のデータパケットタイムスロット406,409,412の間には、データパケット400の送信を遮断し得る。
【0015】
ライン#3及び#4は、コンソールハブ320から複数の端末装置310,311,312,313への、及び逆に複数の端末装置310,311,312,313からコンソールハブ320へのデータパケット440の二方向送信を示す。この送信は、TDMAシステムにおける所定の無線周波数搬送波による無線チャネルを通したデータ通信リンクによる。ライン#3内ではコンソールハブ320に適した送信ユニット334から送信されたデータパケット440は、450,451,452,453として一般的にそれぞれ示す複数のサブデータパケットを介して、複数の端末装置310,311,312,313宛てのデータ及びタイミング基準を提供可能である。データ及びタイミング基準は以下にさらに詳細に記載する。例えば、データパケット440内のサブデータパケット450は、端末装置310に対してデータ及びタイミング基準を提供し得る。このように、サブデータパケット451は、端末装置311に対してデータ及びタイミング基準を提供し、サブデータパケット452は端末装置312に対してデータ及びタイミング基準を提供する。以下同じ。ライン#4では、データパケット470はハブ320に、複数の端末装置310,311,312,313から、それぞれ一般的に480,481,482,483と示す複数のサブデータパケットを提供する。TDMAシステム用などのタイミング基準は、複数の端末310,311,312,313からのサブデータパケット480,481,482,483のそれぞれの送信の間に相互干渉が確実に生じないために、端末装置310,311,312,313にプロトコルを提供する。例えば、タイミング基準により、端末装置310からのサブデータパケット480の送信が、確実に、端末装置311からのサブデータパケット481の送信を干渉しないようにすることができる。それ故、タイミング基準によって、端末装置311からのサブデータパケット481の送信が、端末装置310からのサブデータパケット480の送信を中断することを防止し得る。
【0016】
図5に示すように、送信ユニット500は一般的には、クロック発生源503、データ発生源506、副搬送波変調器509、副搬送波発生源512、無線周波(RF)搬送波発生源515、振幅変調器518、出力増幅器521、及びアンテナセグメント524を含むが、これらに限定されない。ディザ発生源527が送信ユニット500に含まれていてもよい。クロック信号を供給するクロック発生源503は、データ発生源506に接続されている。データ送信端末506及び副搬送波発生源512は、副搬送波変調器509に接続されている。上記副搬送波発生源としては、位相シフトキー(PSK)変調器、4相位相シフトキー(QPSK)変調器、及び周波数シフトキー(FSK)変調器を使用することができるが、これらに限定されない。副搬送波変調器509及び無線周波数搬送波発生源515は、振幅変調器518に接続されている。無線周波数搬送波515としては、自励発振器や、クロック発生源503が発生した基準周波数を含む位相同期ループや、クロック発生源503にも副搬送波発生源512にも無関係な基準周波数を有する位相同期ループを使用することができるが、これに限定されない。周期的な信号であっても、ノイズのような信号であってもよい、ディザ発生源527は、無線周波数搬送波発生源515に接続され得る。振幅変調器518は、出力増幅器521に接続されている。出力増幅器521は、アンテナセグメント524に接続されている。データ発生源506、副搬送波変調器509、振幅変調器518、出力増幅器521、及びアンテナセグメント524などの回路構成部品は、送信された無線周波スペクトルを制御又は制限すべく、低域フィルタ、高域フィルタ、又は帯域フィルタを有してもよい。図5は、個々の回路構成部品タイプの中のいくつかを示しているが、当業者であれば、他の種類の構成部品も選択することができることを理解する。
【0017】
クロック発生源503は、データ発生源506に、10メガヘルツ(MHz)のクロック速度でデータクロックを供給するが、クロック速度はこれに限定されない。クロック信号としては、方形波形を使用することができるが、これに限定されない。データ発生源506は、副搬送波変調器509に、10メガビット(Mb/s)のビット速度を供給するが、ビット速度はこれに限定されない。データ送信端末506は、識別子、誤り検出符号、及び肯定応答コードなどの情報、及びオーバヘッドデータを含むデータを区別をして符号化し得る。以下により詳細に記載する副搬送波変調器509は変調された副搬送波を生成すべく、副搬送波発生源512が発生する副搬送波を、このデータをもって変調する。副搬送波発生源512が発生した副搬送波としては、10MHzを使用することができるが、これに限定されない。好適な実施形態の場合には、副搬送波変調器509は、データ発生源506が発生したデータ、及び副搬送波発生源512が発生した副搬送波を位相シフトキー変調するPSK変調器であってもよい。PSK変調器は、副搬送周波数がデータクロック速度と同一である場合、マンチェスター符号化又は差動マンチェスター符号化データを含む、被変調副搬送波を発生する。例えば、クロック発生源503が提供するクロック信号が10MHzのクロック速度を有し副搬送波発生源512が発生する副搬送波の周波数が10MHzである場合には、マンチェスター符号化又は差動マンチェスター符号化データを発生可能である。代替の実施形態の場合には当業者であれば容易に理解し得るように、副搬送波変調器509はQPSK出力を生成するQPSK変調器を使用し得る。さらなる他の実施形態の場合には、副搬送波変調器509としては、以下にさらに詳細に説明するFSK変調器を使用し得る。RF搬送波発生源515は、送信ユニット500により動作信号を送信するために、RF搬送波を発生する。上記したように、RF搬送波発生源515は、2.4〜2.4835GHzなどの帯域幅内の特定の周波数で動作可能な自走発振器を使用し得る。RF搬送波発生源515の他の実施形態については、以下により詳細に記載する。振幅変調器518は、RF搬送波発生源515が発生したRF搬送波を副搬送波変調器509が発生した変調された副搬送波で変調する。振幅変調器518の出力は、出力増幅器521に送信される。他の実施形態の場合には、振幅変調器518は出力増幅器521に組み込んでもよい。10ミリワット(mW)のRF電力を供給可能な出力増幅器521は、送信のためのアンテナセグメント524への動作信号を発生する。
【0018】
上記したようにRF搬送波発生源515に接続可能なディザ発生源527は、ピーク電力スペクトル密度(PSD)を低減するため、及び多数のパスのヌルや干渉から保護するために、スペクトル成分を拡散する。ディザ発生源527は、RF搬送波発生源515が発生したRF搬送波を位相変調又は周波数変調すべく、周期信号やノイズなどのアナログ信号、或いはフィルタした擬似ランダムデジタル信号を提供する。ディザ発生源527は、これらに限定されないが電圧制御発振器(VOC)及び位相変調器などのアナログ技術によって実現し得る。代替の実施形態の場合には、送信したRFスペクトルを正確に制御するために、ディザ発生源527は直接デジタル合成ユニット(これに限定されない)などのデジタル技術により実現可能である。
【0019】
本発明の代替の実施形態の場合には、データクロック及び副搬送波は、スペクトルを保存するため、及び通信リソースを有効使用するために、同期させることができる。図6に示すように、副搬送波発生源512はクロック発生源503の位相シフト又は時間遅延により提供される。当業者であれば信号の位相シフト又は時間遅延のために容易に想起する、特定用途向け集積回路(ASIC)である論理回路603は、クロック発生源503及び副搬送波変調器509に接続されている。論理回路603は、クロック発生源503から発生したデータクロックの位相シフト又は時間的遅延を発生することができ、クロック発生源503は、副搬送波変調器509への副搬送波になる。副搬送周波数はロックされ、クロック発生源503が発生するデータクロック周波数と等しい。
【0020】
本発明のさらなる代替の実施形態の場合には、スペクトルの保存及び通信リソースの有効使用のために、データクロック及び副搬送波を図7に示すように、同期させることができる。固定周波数分割器703は、データ送信端末506に接続されている。副搬送波発生源512は、周波数分割器703に接続されている。データクロックは、データ送信端末506への周波数分割器703を通して副搬送波発生源512が発生する。データクロック周波数は、ロックされ、副搬送波発生源512及び周波数分割器703が発生する副搬送周波数と等しい。
【0021】
上記したように、図8の副搬送波変調器509のもう1つの実施形態としては、FSK変調器を使用することができる。クロック発生源503よりも高い周波数で動作する第2のクロック発生源803は、固定周波数分割器806及び可変周波数分割器809に接続されている。固定周波数分割器806は、可変周波数分割器809に接続されたデータ送信端末506に接続されている。可変周波数分割器809の出力は、振幅変調器515に接続されている。第2のクロック発生源803及び固定周波数分割器806は、データ送信端末506へのデータクロックを発生する。FSK変調器は、論理「1」O及び論理「0」を表すために、それに対して副搬送周波数が変化する周波数であるマーク及びスペース周波数として記載する。第2クロック発生源803は、可変周波数分割器809へのマーク及びスペース周波数を発生し得る。可変周波数分割器809の比率は、FSK信号を発生するために、データ送信端末506が発生するデータにより変化可能である。例えば、データ送信端末506へのデータクロックは、4MHzで動作し、第2のクロック発生源803は、96MHzで動作する。可変周波数分割器809は、マーク及びスペース周波数として、12MHz及び8MHzのクロック速度をそれぞれ発生するために、第2のクロック発生源803が発生したクロック信号を分割することができる。
【0022】
無線送信機の典型的なシンセサイザの代わりに、RF搬送波発生源515は、送信ユニット500が、動作信号を発生することができるRF搬送波を発生する。すでに説明したように、RF搬送波発生源515としては、特定の帯域幅内で動作するように構成された発振器など自走発振器を使用可能である。例えば、RF搬送波発生源515として2.42GHz発振器を使用することができる。それ故、送信ユニット500は、世界中のほとんどの国で、免許のいらない2.4GHz ISM帯域である、2.4〜2.4835GHzで動作する。当業者であれば容易に理解できるように、自励発振器は、LC回路、ストリップライン共振器、セラミック共振器、水晶共振器により安定させることができるが、これらに限定されない。
【0023】
図9に示すような代替の実施形態の場合には、RF搬送波発生源515は位相同期ループ(PLL)周波数シンセサイザ、及び、RF搬送波を発生する基準周波数を供給する副搬送波発生源512を有したPLLであってもよい。同シンセサイザは、基準周波数を供給するクロック発生源503と、送信ユニット500とを動作させるべく、を備えた特定用途向け集積回路(ASIC)として構成されている。無線周波数搬送波を発生する位相同期ループは、通常、基準周波数発生源903、位相検出器906、低域フィルタ909、電圧制御発振器(VCO)912、及び周波数分割器915からなる。位相検出器906に接続されている基準周波数発生源903は、無線周波数搬送波発生源515に対して基準周波数を供給する。基準周波数発生源903としては、クロック発生源503及び副搬送波発生源512を使用することができるが、これらに限定されない。低域フィルタ909に接続されている位相検出器906は、位相累積装置を含むことができるが、これに限定されない。すでに説明したように、直接デジタルシンセサイザユニットは、ディザ発生源527でディザ機能を実行することができる。直接デジタルシンセサイザユニットは、ディザ信号のデジタル表示により位相累積装置を進ませたり、遅らせたりする。低域フィルタ909は、電圧制御発振器912に接続されている。電圧制御発振器912は、振幅変調器918、及び固定周波数分割器であっても、可変周波数分割器であってもよい周波数分割器915に接続されている。周波数分割器915の出力は、位相検出器906に接続されているフィードバック入力である。
【0024】
上記したように、典型的に通信受信機は、シンセサイザ及びヘテロダインスキームを使用する。しかし、本発明は、送信ユニット500が送信した動作信号を受信するために、シンセサイザ又はヘテロダインスキームを使用しない、低電力及び低コストの受信ユニットを提供する。図10に示すように、受信ユニット100の好適な実施形態は、典型的にアンテナセグメント1003、無線周波帯域フィルタ1006、前置増幅器1009、無線周波検出器1012、中間周波数帯域フィルタ1015、中間周波数(IF)増幅器1018、副搬送波復調器1021、及びデータ受信機1024を含むが、これに限定されない。アンテナセグメント1003は、通常の当業者であればすぐに理解できるように、インダクタ−キャパシタ(LC)回路であってもよい、無線周波帯域フィルタ1006に接続されている。無線周波帯域フィルタ1006は、20dBの利得を持つことができる、前置増幅器1009に接続されているが、上記利得は20dBに限定されない。前置増幅器1009は、無線周波検出器1012に接続されている。無線周波検出器1012は、ダイオード検出器であってもよい。無線周波検出器1012は、中間周波帯域フィルタ1015に接続されている。中間周波帯域フィルタ1015は、通常の当業者であればすぐに理解できるように、インダクタ−キャパシタであってもよい。中間周波帯域フィルタ1015は、中間周波増幅器1018に接続されている。中間周波増幅器1018としては、モトローラMC13155広帯域集積回路を使用することができる。中間周波増幅器1018は、副搬送波復調器1021に接続されている。副搬送波復調器1021としては、非コヒーレント差動位相検出器、コヒーレント位相検出器、及び弁別器を使用することができるが、これらに限定されない。副搬送波復調器1021は、データ受信機1024に接続されている。データ受信機1024としては、特定用途向け集積回路(ASIC)、マイクロプロセッサ及びマイクロコントローラを使用することができるが、これら限定されない。
【0025】
図10の実施形態の場合には、受信ユニット1000は、アンテナセグメント1003を通して、送信ユニット500が送信した動作信号を再生する。動作信号は、無線周波帯域フィルタ1006を通り、このフィルタは、無線周波数搬送波発生源515が指定した、所定の無線周波数搬送波の帯域幅の外の信号を減衰させる。無線周波数搬送波発生源1006の出力は、前置増幅器1009に接続されていて、この前置増幅器は、フィルタされた動作信号を増幅する。他の実施形態の場合には、受信ユニット1000は、前置増幅器1009を含んでいない。それ故、無線周波数搬送波発生源1006の出力を、前置増幅器1009を通さないで、直接無線周波検出器1012に送ることができる。無線周波検出器1012は、無線チャネルによる歪み及びノイズを含む、送信ユニット500の副搬送波変調器509の出力に対応する被変調副搬送波信号を生成するために、フィルタした動作信号を包絡線検波する。無線周波検出器1012の出力は、中間周波帯域フィルタ1015により、ほぼ副搬送周波数に近くなる。中間周波帯域フィルタ1015としては、10.7MHzで動作することができる市販のデバイスを使用することができるし、無線周波検出器1012又は中間周波増幅器1018に内蔵させることができる。PSK変調器は、送信ユニット500により、マンチェスター符号化又は差動マンチェスター符号化信号を生成するために、副搬送波変調を行うことができる。次に、中間周波増幅器1018としては、モトローラMC13155広帯域中間周波集積回路のような振幅制限増幅器を使用することができる。振幅制限増幅器は、信号がない場合には、ノイズを制限するように構成されている。QPSK変調器のような副搬送波変調器509の他の実施形態は、送信ユニット500により実行される。次に、中間周波増幅器1018は、前置増幅器1009、無線周波検出器1012及び中間周波増幅器1018自身の利得を調整するために、自動利得制御(AGC)と一緒に動作するように構成されている。自動利得制御は、有害な振幅の歪みを防止する。中間周波増幅器1018の出力は、データを再生するために、以下にさらに詳細に説明する副搬送波復調器1021に送られる。データ受信機1024は、クロックを再生し、誤りを検出し、検出した誤りを訂正し、肯定応答を記録し、ユニット識別子を受信し、データ内の情報を処理する。データ受信機1024は、送信の受信の成功を肯定応答することができる信号を送信するために、受信ユニット1000に対応する送信ユニット500にコマンドを送る。
【0026】
中間周波増幅器1018が発生した被変調副搬送波信号は、副搬送波復調器1021により復調することができる。図11に示すように、非コヒーレント差動位相検出器は、副搬送波復調器1021の好適な実施形態である。非コヒーレント差動位相検出器は、通常、通常の当業者であればすぐに理解できるように、1ビット遅延回路1110、及び排他的OR(OR)論理回路1120からなる特定用途向け集積回路(ASIC)を含む。中間周波増幅器1018が発生した被変調副搬送波信号の長さは、約1ビット周期の遅延時間だけ遅れ、2進出力を生成するために、中間周波増幅器1018が発生した被変調副搬送波信号と、モジュロ−2加算される。2進出力は、さらに、論理1及び論理0を含むデータを発生するために、決定回路により処理される。
【0027】
副搬送波復調器1021の他の実施形態である、コヒーレント位相検出器は、通常、通常の当業者であればすぐに理解できるように、副搬送波再生回路を含む。副搬送波再生回路は、すでに説明したように、非コヒーレント差動位相検出器内の1ビット遅延回路1110の代わりに使用することができる。副搬送波再生回路は、排他的OR論理回路1120に接続されている。この排他的OR論理回路は、PSK変調の多重レベル・フォームを復号できるように、改善することができる。コヒーレント位相検出器は、PSK変調及びQPSK変調が発生した被変調副搬送波信号を復調することができる。
【0028】
副搬送波復調器1021の他の実施形態の場合には、弁別器を、FSK変調により発生した被変調副搬送波信号を復調するために、非コヒーレント差動位相検出器及びコヒーレント位相検出器の代わりに使用することができる。弁別器は、中間周波増幅器1018及びデータ受信機1024に接続されている。
【0029】
図3に戻って説明する。各送信ユニット330,331,332,333,334、及び受信ユニット340,341,342,343,344は、二方向送信を行うためにアンテナ350,351,352,353,354,360,361,362,363,364に接続されている。図12の他の実施形態の場合には、端末装置310,311,312,313又はコンソールハブ320用の送信ユニット1210及び受信ユニット1220は、通信リソースの効率的な使用を促進するために、アンテナインタフェース1230に接続されている。アンテナインタフェース1230は、アンテナ1240に接続されている。送信ユニット1210及び受信ユニット1220は、1本のアンテナ1240上で、それぞれ、信号を送信し、受信することにより、所定の無線周波数搬送波で、無線チャネルを通して通信リンクを形成することができる。
【0030】
本発明の正しい範囲及び精神から逸脱することなく、本発明を種々に変更及び修正することができる。いくつかの変更についてはすでに説明した。添付の特許請求の範囲を読めば、その他の範囲も明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを所定の無線周波数搬送波によって形成するためのシステムを示すブロック図。
【図2】一方向送信に適合した本発明のブロック図。
【図3】二方向送信に適合した本発明のブロック図。
【図4】一方向送信及び二方向送信のために、無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを所定の無線周波数搬送波によって形成するためのシステムのタイミング図。
【図5】本発明に関連した送信ユニットを示すブロック図。
【図6】本発明に関連した副搬送波発生源の他の実施形態を示すブロック図。
【図7】本発明に関連したクロック発生源の他の実施形態を示すブロック図。
【図8】本発明に関連した副搬送波変調器の他の実施形態を示すブロック図。
【図9】本発明に関連した無線周波数搬送波発生源の他の実施形態を示すブロック図。
【図10】本発明に関連した受信ユニットを示すブロック図。
【図11】本発明に関連した副搬送波復調器の他の実施形態を示すブロック図。
【図12】本発明に関連したアンテナインタフェースを示すブロック図。
Claims (6)
- データクロックを提供するクロック発生源と、
前記データを提供するデータ送信端末と、
前記データ送信端末に接続された副搬送波変調器と、
前記副搬送波変調器に接続された副搬送波発生源と、
前記所定の無線周波数搬送波上で動作する無線周波数搬送波発生源と、
前記無線周波数搬送波発生源及び前記副搬送波変調器に接続された振幅変調器と、
前記振幅変調器に接続されたアンテナセグメントとからなり、無線通信システムにおいて所定の無線周波数搬送波によって無線チャネルを通した短距離無線データ通信リンクを形成するための動作信号搬送データの送信に適した送信ユニット。 - ディザユニットをさらに有した請求項1に記載の送信ユニット。
- 前記ディザユニットは、周期ディザ信号発生器及びノイズに類似したディザ信号発生器のうちの一方をさらに有する請求項2に記載の送信ユニット。
- 動作信号搬送データを受信するアンテナセグメントと、
同アンテナセグメントに接続された無線周波帯域フィルタと、
同無線周波帯域フィルタに接続された包絡検出器と、
同包絡検出器に接続された中間周波増幅器と、
同中間周波増幅器に接続された副搬送波復調器とからなり、短距離無線通信システムにおいて所定の無線周波数搬送波によって無線チャネルを通した短距離無線通信リンクを形成するための動作信号搬送データの受信に適した受信ユニット。 - 前記包絡検出器に接続された中間周波帯域フィルタをさらに有した請求項4記載の受信ユニット。
- 前記副搬送波復調器は非コヒーレント差動位相検出器、コヒーレント位相検出器、及び弁別器のうちの1つである請求項4に記載の受信ユニット。
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