JP2004528776A - 超広帯域通信における信号検出のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

非線形動力学特性を有する回路を用いる超広帯域信号を検出するための方法および装置が開示される。レシーバ回路は、単純なトンネルダイオードまたは演算増幅器を用いてインプリメントされて、動的特性を提供し得る。検出器は、以下に限定されないが、オンオフキーイング方式、Ｍ−アリーパルス位置変調方式、およびパルス幅変調方式を含む種々の変調方式で使用され得る。このアプローチは、信号を検出するための単一のフレームのみを必要とする。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＰＵＬＳＥＳ ＦＲＯＭ ＡＮＡＬＯＧ ＷＡＶＥＦＯＲＭＳと題された、１９９９年１０月２８日に出願された米国特許出願第０９／４２９，５２７号、およびＣＩＲＣＵＩＴＲＹ ＷＩＴＨ ＲＥＳＩＳＴＩＶＥ ＩＮＰＵＴ ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＰＵＬＳＥＳ ＦＲＯＭ ＡＮＡＬＯＧ ＷＡＶＥＦＯＲＭＳと題された、２００１年３月１３日に出願された米国特許出願第０９／８０５，８４５号の一部継続出願であり、上記出願の両方は、本発明の譲受人によって共有され、全ての目的のために本明細書中で参考として援用される。
【０００２】
本出願は、Ａ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＰＵＬＳＥ ＤＥＣＯＤＩＮＧと題された１９９９年１０月２８日に出願された、同時係属中かつ共有された米国特許出願第０９／４２９，５１９号に関連し、ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＴＯ ＲＥＣＯＶＥＲ ＤＡＴＡ ＦＲＯＭ ＰＵＬＳＥＳと題された２００１年３月１３日に出願された、同時に出願されかつ共有された米国特許出願第０９／８０５、８５４号に関連し、上記出願の両方は、本発明の譲受人によって共有され、全ての目的のために本明細書中で参考として援用される。
【０００３】
本発明は、概してパルスを生成するための技術に関し、より詳細には、パルス列を生成するために任意のアナログ波形を変換するための技術に関する。
【背景技術】
【０００４】
（発明の背景）
超広帯域（ＵＷＢ）は、今日の連続波ＲＦキャリア信号伝送と比較した場合、基本的に異なる情報伝送である。ＵＷＢ技術は、１９６０年代初頭に、マイクロ波ネットワークをそのインパルス応答によって特徴付けることに関する研究に起源がある。「ベースバンド」、「インパルス」、「ショートパルス」、および「キャリアフリー（ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｅ）」を含む種々の名称は、米国国防省が用語「超帯域幅」を使用し始めた１９９０年代までこの技術を識別した。
【０００５】
ＵＷＢシグナリングでは、伝送は無線エネルギーの非常に短いパルスを使用する。この結果、広い範囲の無線周波数にわたる特性スペクトルを生じる。歴史的にはＵＷＢシステムは、超短持続時間パルス（典型的には、その持続時間が１０ピコ秒〜数ナノ秒）がアンテナに直接印加され、次いでアンテナがその特性インパルス応答を放射するインパルスまたはショック励起伝送技術を使用してきた。この理由のために、しばしばＵＷＢシステムは、「インパルス」レーダまたは通信と呼ばれてきた。さらに、励起パルスは、変調またはフィルタリングされた波形ではないために、このようなシステムはまた、明瞭なキャリア周波数が生じたＲＦスペクトルから明らかにならないという点で「キャリアフリー」と呼ばれてきた。ＵＷＢ信号は、高帯域幅および周波数ダイバーシチを有するため、無線高速データ通信等の種々の用途に非常に十分に適する。典型的なＵＷＢ伝送システムは、オンオフキーイング（バイナリ振幅シフトキーイング（ＡＳＫ））およびパルス位置変調（ＰＰＭ）を含む。
【０００６】
超広帯域トランスミッタから発生する信号を受信するために、非常に高速であるが低エネルギーであるパルスのトリガが可能な装置が必要とされる。共通して使用された２つのデバイスは、トンネルダイオードおよびアバランシェトランジスタである。トンネルダイオードは、十分に規定されたｉ−ｖ特性を有し、その感度がアバランシェトランジスタの感度よりもほとんど１桁の大きさだけ優れているために、ほとんどの当業者によって使用されている。
【０００７】
超帯域幅レシーバの多くの開発において、トンネルダイオードがパルスの全エネルギーを検出するために使用されてきた。概して、荷電キャリアが所定の閾値を越える度に荷電状態の特性を有するように、トンネルダイオードは、双安定マルチバイブレータとして動作するようにバイアスされる。
【０００８】
１９７３年に、米国特許第３，７５５，６９６号は、トンネルダイオード検出器に基づく一定の誤作動アラームレート（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍ ｒａｔｅ）（ＣＦＡＲ）回路を導入した。この回路は、ノイズドウェルおよびデータドウェルを検出し、次いで、閾値感度を改善するトンネルダイオードの最適なバイアスレベルを動的に決定した。
【０００９】
１９９４年に、米国特許第５，３３７，０５４号は、ＣＦＡＲ感度を改善することを目的とするトンネルダイオード検出器に基づくコヒーレント処理方法を示した。これは、入来信号を連続波キャリアと混合することによって達成され、これにより、所与のマイクロ波バーストに対するＲＦ（無線周波数）サイクルの半分のうなり周波数を生じる。従って、トンネルダイオードをトリガするために利用可能な電荷を最大化するモノポーラベースバンド信号が獲得される。
【００１０】
１９９９年に、米国特許第５，９０１，１７２号において、超広帯域用途のために単一パルス検出器としてマイクロ波トンネルダイオードを利用する方法が開示された。最適なバイアスポイントは、システム起動時の較正位相の間のみで決定される。良好なノイズ不感度領域（ｉｍｍｕｎｉｔｙ）を得るために、この方法は、サンプル周囲ノイズに応答する適応可能な電圧可変減衰器を使用する。
【００１１】
別のタイプのＵＷＢレシーバは、いわゆる「相関器」概念を使用する。相関器は、狭帯域通信システムのための最適な検出器になることが証明されている。しかし、この概念は、超広帯域通信に対して最適であることがさらに示されている。この概念の従来技術のインプリメンテーションでは、パルス位置変調（ＰＰＭ）技術が使用される。情報は、フレーム毎に送信される。各フレーム内部では、パルス（そのパルス幅がフレームの周期よりもはるかに小さい）がシンボルを表すために固有に位置付けられる。レシーバに基づく相関器は、１つのみのシンボルを復元するのに十分なエネルギーを集めるために、数百または数千のこれらのフレームを必要とする。
【００１２】
検出器として、双安定モードで動作するトンネルダイオードを使用する従来技術の解決策では、各検出の後でトンネルダイオード検出器を放電する必要性が存在する。その結果さらなる回路が必要とされ、検出の速度が、トンネルダイオードを放電するのに必要とされた時間によって不利に制限され得る。
【００１３】
相関器検出器がＵＷＢ信号を検出するために使用される従来技術の解決策では、数百（または数千であっても）のフレームが１つの情報シンボルを復元するために必要とされる。このことは、フレームが転送される速度よりもシンボルレートの方がはるかに小さいことを意味する。
【００１４】
従って、レシーバのシンボルレートは、パルスが転送され、任意の初期化要求（トンネルダイオードの放電等）によって束縛されないような、できる限り高速であり得るレシーバに対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の要旨）
受信された超帯域幅（ＵＷＢ）信号を検出するための方法および装置は、伝送されたＵＷＢ信号を受信することを含む。本発明の一実施形態では、伝送されたＵＷＢ信号は、通信される１つ以上のシンボルを表す情報波形である。受信された信号は、パルスの群を含むパルス波形を生成するために処理される。検出波形が、情報波形に対応しない無関係なパルス群をマスク除去するためにパルス波形に印加される。デコーダが、元のシンボルを再生成するために残りのパルスの群に適用される。
【００１６】
本発明のシグナリング方法および装置を組み込む通信システムが提供される。
【００１７】
本発明の教示は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（特定の実施形態の説明）
通信システムのための方法および装置の開発において、米国特許出願第０９／４２９，５２７号は、制御された緩和発振器を報告している。本発明では、回路は、所望の数の発振の発生後、入力波形に応答して発振が実質的に瞬間的に停止する。制御された緩和発振器は、複数の回路トポロジーにおいて実現され得る。さらなる発明は、ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＰＵＬＳＥＳ ＵＳＩＮＧ ＤＹＮＡＭＩＣ ＴＲＡＮＳＦＥＲ ＦＵＮＣＴＩＯＮ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳと題された、同時に出願されかつ共有された米国特許出願第＿号（代理人事件番号第０２０５６８−００１１００ＵＳ）に報告されている。この後者の発明では、Ｉ−Ｖ特性曲線が動的に変換され得るように、さらなる制御入力が演算増幅器ベースの回路に追加されている。
【００１９】
本発明によると、トンネルダイオードまたは演算増幅器ベースの回路構成を用いてインプリメントされ得るＮ状特性回路を使用する。この回路は、伝送された超広帯域幅信号の検出のためのレシーバの一部である。レシーバ回路の動作点を制御する新規なＵＷＢレシーバを明らかにし、レシーバ回路の伝達関数は、第１および第２の安定領域によって区切られた不安定領域によって特徴付けられる。回路は、制御された非安定のモードで動作する。
【００２０】
説明されるように、回路は、演算増幅器ベースであってもよいし、マイクロ波トンネルダイオードを用いてインプリメントされてもよい。回路は、回路のＩ−Ｖ特性の負抵抗領域を利用することによって入来ＵＷＢ信号に対して増幅されたパルスを発生するように構成される。
【００２１】
図１は、本発明の特定の例示的実施形態の一般的なブロック図を示す。システムは、転送されたＵＷＢ ＲＦ信号を受信するアンテナ１０１を含む。この信号は、伝送されるべき情報シンボルを表すパルスの情報波形として発し得る。本発明の以下の例示的な実施形態で説明されたように、任意の種々のエンコーディング方式が、伝送されるべき情報シンボルを表すために通信システムの伝送終了時に使用され得る。
【００２２】
受信されたＵＷＢ信号は、任意の波整形回路１０２を通過して、調整された信号を生成し得る。波整形回路の主目的は、入来信号を調整して、以後の回路による入来信号の最適な検出のために適するようにすることである。使用され得る種々の回路構成が存在する。例示的実施形態では、例えば、波整形回路は積分器であってもよいし、二重積分器（ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）であってもよい。これらの積分器では、次いで受信された信号が積分され、適切な波形を生成し得る。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、波整形回路１０２は、特別に構築されるかまたは変調された信号を検出するための検波器であり得る。例えば、１つの１ナノ秒パルス（１ナノ秒パルスのメインローブスペクトルがＤＣ〜１ＧＨｚの範囲の周波数を占有する）は、数サイクルの３ＧＨｚ正弦キャリア波形によって変調され、メインローブスペクトルの情報占有を２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにシフトし得る。検波器は、この特別に変調された信号からパルス１１１を復元し得る。
【００２４】
本発明のさらに別の実施形態では、波整形器は、ハードリミッタであり得、ピーク信号をいくつかの束縛された値に制限し得る。さらに別の実施形態では、波整形回路は、ある経験的に決定された基準に基づいて関心のある信号のみを通過させるゲート関数回路であり得る。
【００２５】
次いで波整形回路１０２から調整された信号１１１は、回路１０４に接続されたインダクタ１０３を含む非線形回路の結合１０５に供給される。この回路は、図２に示されたようなＮ状Ｉ−Ｖ特性を有する。説明されるように、この特性曲線は、演算増幅器ベースの回路構成の任意の入力１０８によって動的に変換される。
【００２６】
回路１０４からの出力１１３は、受信された信号に依存するパルスの群または無出力（ｓｉｌｅｎｃｅ）期間を含む。次いでパルス処理回路１０６は、受信されたパルス群に基づいて適切な復号されたデジタル信号１０７を決定する。パルス処理回路は、適切なタイミングウインドウを決定するためにタイミング回路を使用する。実際タイミング回路は、検出器の出力信号にゲート関数を適用する。ゲート関数内で位置付けられたパルスのみが考慮される。本発明の特定の例示的実施形態において以下で理解されるように、ゲート関数は、通信システムの伝送終了時の情報波形を用いて一時的に整列されるウインドウを含む。
【００２７】
ゲート関数は、元の未処理の情報波形に対応する残りのパルスの群を残す一方で、元の情報波形のパルスに対応しないパルスをマスク除去するように機能する。各群のパルスの数を検出するか、またはパルスの存在をチェックすることによって、情報波形によって表されたシンボルを再生成し得る。
【００２８】
図２に示された回路１０４の特性曲線は、２つの端点（ｉｍｐａｓｓｅ ｐｏｉｎｔ）Ｐ１＝（Ｖ_ｖ，ｉ_ｖ）およびＰ３＝（Ｖ_ｐ，ｉ_ｐ）を有する。ここで、ｉ_ｖおよびｉ_ｐは、Ｎ状曲線の谷およびピーク電流を表す。概して、曲線は区分的な直線であることを必要としない。唯一の要求は、曲線が少なくとも３つの明確な領域を含む特性曲線を有することである。すなわち、中央領域２０２が負のインピーダンの傾きを有する一方で、２つの外部領域２０１、２０３は、正のインピーダンスの傾きである。
【００２９】
回路結合１０５に供給する入力信号１１１が特性曲線の直線セグメントＰ１〜Ｐ３上に配置させる場合、パルスが出力１１３において発生される。生成されたパルスの数が利用可能な時間（すなわち、動作点を入力信号が直線セグメントＰ１〜Ｐ３上に配置させる持続時間）に依存する。
【００３０】
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、本発明の例示的実施形態では、図１に示された非線形回路１０５で使用された回路１０４は、図３Ａで示されたような適切に選択されたトンネルダイオード３０１であり得る。概してトンネルダイオードは、図３Ｂに示されたＮ状の特性曲線を有する。図３Ａに示された回路構成は十分に作動するが、トンネルダイオードのＩ−Ｖ特性は固定され、非線形回路１０５の任意の特定の所与の用途に対する最適な性能に適応するように修正されることができない。さらに、トンネルダイオード特性の負性抵抗領域は、通常、デバイスの製造プロセスにおいて十分に制御されず、それにより温度による変化を受けやすい。
【００３１】
ここで、図４を参照すると、演算増幅器設計に基づく別の回路構成を示す。この回路はまた、トンネルダイオードのようなＮ状Ｉ−Ｖ特性を有するが、理解されるように、演算増幅器の設計は、より大きな柔軟性を有する。
【００３２】
本発明のこの例示的な実施形態では、図１に示された非線形回路結合１０５の非線形回路１０４は、図４に示された回路４０４を含む。回路４０４は、図２に示されたような同様の区分的線形Ｉ−Ｖ特性を有する演算増幅器ベースの回路である。しかし、図３Ａのトンネルダイオードの実施形態とは異なり、演算増幅器構成は、特性曲線の傾きおよび端点がきわめて簡単に（すなわち、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の値ならびにバイアス電圧ＶｃｃおよびＶｄｄを単に変更することによって）調整されることを可能にする。特定の例示的実施形態では、構成要素の値は、Ｒ１＝１０００Ω、Ｒ２＝４７Ω、およびＲ３＝１００Ωである。Ｖｃｃは５Ｖに設定され、Ｖｄｄは０Ｖに設定される。演算増幅器の例は、ＥＬ２１８６演算増幅器であり得る。インダクタはＬ＝０．５μＨである。インダクタＬ、ならびにＮ状Ｉ−Ｖ特性を有するトンネルダイオードまたは回路は、制御された非安定回路を形成する。
【００３３】
図４の回路は、発振出力を生成することによる入力波形の正の振幅部分に応答するように構成される。より詳細には、入力波形の振幅がＶ_ｐ＝０Ｖ〜Ｖ_ｖ＝３Ｖに低下する場合、回路の動作点は、その伝達曲線の不安定領域に押し込まれる。その結果、回路の出力は、発振性になる。
【００３４】
さらに、任意の制御入力４０３が図に示される。１つの場合、典型的静的Ｎ状特性曲線を得るためにこの入力を単に接地し得る。より複雑な用途について、動作環境のノイズを検出して、この任意の入力４０３に印加される適切な電圧を決定し得る。任意の入力４０３における電圧は、Ｎ状特性曲線が最適な動作のために異なる場所に変換される態様で回路４０４に影響を与える。この用途に応じて、任意の入力４０３に印加される電圧がＤＣレベルであってもよいし、時間可変信号であってもよい。特性曲線の変換は、印加された入力電圧が時間可変する程度に対して動的である。
【００３５】
図５を参照すると、ここでオンオフキーイング方式として公知の従来の変調技術に基づく伝送の場合を考慮する。オンオフキーイング方式では、使用された信号規約に応じて、パルスが発生されてバイナリ１を表し、パルスが信号内に存在しないためにバイナリ０を表すか、またはパルスが発生されてバイナリ０を表し、パルスが信号内に存在しないためにバイナリ１を表す。ＵＷＢシグナリングのパルス幅特性は、持続時間が非常に短い（ほとんどの符号化方式に対して）。典型的には、パルス幅は、１０ピコ秒〜数ナノ秒の範囲にある。結果として生じた伝送は、使用されたパルス幅に応じてＤＣ〜数ＧＨｚまでの広帯域を占有する。典型的な伝送では、擬似ランダムコードに基づく時間ホッピング技術を信号に適用することにより、伝送された信号のスペクトルがノイズとして現れることが一般的である。オンオフキーイング方式に従って、「１」ビットまたは「０」ビットが、シンボル伝送間隔５１０内部の特定の場所においてパルスが存在するかまたはしないかによって表される。
【００３６】
図５は、図１に示されたレシーバの応答を含む例示的な伝送シナリオの波形を示す。情報波形５０１は、伝送されるデジタル信号情報を表す。本例示的な実施例では、伝送される信号は０１１０１である。
【００３７】
典型的な伝送チャンネルは、ノイズ（例えば追加された白色ガウスノイズ）を伝送信号に導入する。これは、信号５０１を破壊し、そして図１のレシーバ回路のＵＷＢ ＲＦ入力１０１において受信された歪んだ受信信号を生成する。ノイズ歪みレベルは、システムのビットエラーレート（ＢＥＲ）に影響を与える。
【００３８】
歪みを有する受信信号は、受信された波形５０２によって図５に示される。一般性を喪失することなく、レシーバ回路は、本実施例において波整形回路１０２を使用しないことが想定され得る。従って、受信された波形５０２は、インダクタ１０３を介して非線形回路１０４に直接供給する。
【００３９】
非線形回路１０４の出力１１３は、受信信号５０２の適用に応じて一連のパルスを含む。出力信号１１３は、受信されたパルス波形５０３によって図５に示されている。非線形回路１０４の調整に応じて（例えば、図４）、情報波形５０からの各オンパルス５１１は、受信されたパルス波形５０３において１つ以上のパルスの対応する群を有する。この例示的な実施例では、非線形回路のコンポーネントは、オンパルス毎に２つのパルスを生成するように調整される。しかし、受信された波形５０２から理解され得るように、受信信号は、チャンネルノイズによって破壊され、受信されたパルス波形５０３は、無関係なパルス５１２を同様に含む可能性がある。
【００４０】
パルス処理回路１０６は、情報波形５０１のデータレートと同期化されたパルスウインドウの列を生成するように構成される。これらのウインドウは、関心のある、すなわち情報を表すオンオフパルスが配置されることが予想される間隔（フレーム）を決定する。これらの同期化されたウインドウは、パルス検出波形５０４として図５に示される。パルス検出波形は、受信されたパルス波形５０３をゲート制御するためにゲート信号として作用することにより、情報を含む場所において存在するこれらのパルスのみが通過することを可能にする。パルス検出波形を含むパルスは、情報波形５０１を生成するために使用された特定の符号化技術（この場合オンオフキーイング変調技術）のタイミング方式で同期化されるように、それに従って間隔が開けられる。図５に波形５０５として示されたこの結果生じたゲート信号は、情報波形５０１に含まれたパルスに対応するパルスの群を含む。
【００４１】
本発明の一実施形態では、パルス処理回路１０６は、ゲート信号５０５におけるパルスを計数するように構成される。この例示的な実施例では、経験的なエンコーディング方式が、バイナリ数「１」および伝送信号がバイナリ「０」である場合の無出力期間が存在する度に、２つのパルスが波形５０５において観測される場合に使用される。従って、パルス処理回路は、情報５０６（「０１１０１」）を波形５０５から生成する。従って、それにより情報信号５０１に含まれた情報は、信号５０５から復元される。
【００４２】
従って、情報信号のチャンネルノイズの影響が、非線形回路１０５の結合動作およびゲート信号５０５の生成によって著しく低減されることが理解され得る。
【００４３】
図６は、本発明を用いる別の例示的な実施形態を示す。本実施例は、回路を含むパルス位置変調（ＰＰＭ）構成として公知の別の従来のＵＷＢ変調方式を本発明の教示に従って使用する。説明を簡略化するために、バイナリ変調構成を用いて変調技術を説明する。以下の説明から、一般的なＭ−アリー（Ｍ−ａｒｙ）信号構成が容易に達成され、バイナリアプローチの簡単な展開が存在することが理解される。
【００４４】
このパルス位置変調の実施形態では、バイナリ「０」またはバイナリ「１」のいずれかを表すために、各伝送間隔の開始に関して、パルスを異なる場所に位置付ける。各転送間隔またはフレーム周期は、２つのシンボルの内の１つを含むこの特定のバイナリ構成では、各伝送ビット（シンボル）間隔の開始またはフレーム周期にパルスを置くことによって「０」ビットをエンコードし得、「１」ビットは、伝送間隔またはフレーム周期の中央付近でパルスの存在によって表され得る。一般的なＭ−アリー方式では、ｒｎ位置は、伝送間隔において（すなわちｒｎシンボルの各々に対する１つの位置で）定義される。
【００４５】
図６は、図１に示されたレシーバの典型的な応答を含むこの伝送アプローチについての関連する波形を示す。情報波形６０１は、伝送されるデジタル信号を表す。この例示的な実施例では、伝送される信号は、０１０１０である。従って、例えば、波形６０１は伝送間隔（またはフレーム周期）を示す。第２の間隔（またはフレーム）内のパルス位置６１２は、「１」ビットを表し、第３の間隔内の位置６１４におけるパルスは「０」ビットを表す。
【００４６】
チャンネル内に存在する追加された白色ガウスノイズにより、受信された伝送信号が破壊される。歪んだ受信信号は、受信された波形６０２によって示される。図５を用いるように、一般性を失わずに説明を簡略化するために、本実施例では、波形整形器１０２（図１）が存在しないことが想定され得る。従って、受信された波形６０２は、非線形回路１０５に直接供給する。
【００４７】
非線形回路１０５からの出力１１３は、追加されたノイズのレベルを含む受信された波形６０２の振幅に応答して生成されるパルスの群を含む。回路１０４を含む構成要素の調整に依存して、受信された波形６０２に含まれたデジタル信号は、情報波形６０１において伝送されたビットのそれぞれのための特定のパルスの数を生成する。ここで、非線形回路１０４は、出力信号１１３を表す波形６０３によって明らかにされたように、２つのパルスを生成するように構成されることが理解され得る。しかし、波形６０３はまた、チャンネルの歪みの影響により、受信された波形６０２内のアーティファクトによって生成されたパルスを含む。
【００４８】
出力信号１１３は、デジタル信号波形６０１を復元するためにパルス処理回路１０６に供給する。本発明のこの特定の例示的実施形態では、同期化されたウインドウ６２２、６２４の列を含むパルス検出波形６０４がパルス処理回路によって生成される。これらのウインドウは、波形６０３に含まれたパルスをゲート制御するために機能し、情報波形６０１を生成するために使用されたエンコーディング方式のタイミングに同期化される。パルス検出波形は、非情報パルスを除去し、情報波形６０１に含まれるパルスに対応するこれらの波形の群を残す。生じた波形は、ゲート信号波形６０５として図６に示される。
【００４９】
波形６０５に含まれたパルスの群に基づいて、パルス処理回路１０６は、情報６０６（「０１０１０」）を生成し、この情報は、波形６０１から復元された情報を表す。この再生成された波形６０５は、伝送された信号に加えられたチャンネルノイズの有害な影響にかかわらずエラーがない。非線形回路１０５は、ノイズへの最小の応答および伝送された信号への最大応答であり、これらの両方の応答が受信信号６０２に存在し、スパイク６０３を生成するように最適化される。パルス検出波形６０４によるスパイクの以後のマスキングは、エラーのない波形６０５を実質的に生成する。
【００５０】
ここで、図７を参照すると、本発明のさらに別の例示的実施形態が説明される。この特定の例は、パルス幅変調として公知のＵＷＢ変調方式によって生成された波形の伝送を示す。パルス幅変調（ＰＷＭ）方式では、パルスの幅の持続時間を使用してビット「０」およびビット「１」を表す。以下の例では、持続時間の１つの単位パルス幅（Ｗ）を有する各伝送ビット間隔の開始におけるパルスとしてビット「０」、および持続時間の２つの単位パルス幅（２Ｗ）の間隔を有するパルスとしてビット「１」を符号化する。
【００５１】
図７は、この伝送シナリオに対する波形を示す。情報波形７０１は、伝送されたデジタル信号を表す。この例示的な実施例では、伝送される信号が１０１１０である。追加された白色ガウスノイズがチャンネルにおいて存在することにより、この伝送された信号は、受信された場合に破壊され、波形７０２として示される。説明を容易にするために、本実施例では波形整形器（１０２、図１）が存在しないことを想定する。非線形回路１０４からの出力１１３は、チャンネルによって誘導されたノイズおよび歪みの結果として生成されたアーティファクト信号に加えて、波形７０１におけるパルスに対応する信号に依存する一連のパルスを含む。出力１１３は、図７において波形７０３として示される。
【００５２】
この信号を受信する際に、パルス処理回路１０６は、復号化されたデジタル信号を決定する。この特定のパルス幅変調方式では、一連の同期化されたウインドウがパルス処理回路によって発生される。同期化されたウインドウの列は、パルス検出波形７０４として図７に示される。図５および図６に説明された例におけるように、ウインドウは、情報波形７０１によって表されたシンボルをエンコードするために使用されたエンコーディングスキームのタイミングと同期化される。パルス幅変調の場合、各ウインドウは、最大幅を有するパルスであり、図７に示された特定の例示的な実施例に対して、ウインドウは２Ｗの幅である。パルス検出波形７０４は、波形７０３と組み合わせられて、波形７０５として図７に示されたゲート信号を生成する。
【００５３】
非線形回路１０４の調整に応じて、デジタル信号（波形７０１を参照）の存在は、特殊化された多くのパルスを発生し得る。例示的な実施例では、ビット「０」が送信される場合、２つのパルスが発生され、ビット「１」が送信される場合、４つのパルスが発生される。波形７０５に含まれたパルスの群の各々におけるパルスの数を計数することによってパルス処理回路は、復号化された信号が「１０１１０」であると容易に決定し得る。
【００５４】
従って、図５および図６における場合、１つのシンボルが各フレームから復元され得る。本発明のこの局面は、既存のシステムを介した改良を表す。例えば、相関ベースのＵＷＢシステムは、典型的には、シンボルを生成するために数百または数千のフレームを必要とする。さらに、本発明のシステム構成は、著しく簡単になる。
【００５５】
図８は、本発明の別の例示的実施形態を示し、ＵＷＢベースの通信システムは、上記開示されたレシーバ構成を組み込む。この通信システムは、伝送のために意図された複数のデータシンボル８００を受信するＵＷＢトランスミッタ８０１を含む。ＵＷＢトランスミッタは、パルス変調方式に従ってデータシンボルを符号化し、伝送に適する信号を生成する。変調技術の例は、オンオフキーイング、パルス位置変調、およびパルス幅変調の上記開示された技術を含む。これらおよび他の技術は、本発明における使用に対して容易に適応可能である。
【００５６】
ＵＷＢ伝送は、ＵＷＢレシーバ８０２によって受信される。ＵＷＢレシーバによって生成された受信された信号は、図１に一般的に説明され、図３Ａおよび図４により詳細に説明された非線形回路１０４等のパルス発生回路８０３に供給される。パルス処理８０４は、上述のように実行され、データストリーム８００を表す１つ以上のパルスの群を生成する。デコーダ８０５は、パルスプロセッサ８０４から受信されたパルスの群に基づいて復元されたデータシンボルを生成する。
【００５７】
ＵＷＢベースの通信システムの特定の実施形態は、ＵＷＢインパルスレーダシステムである。図８を再度参照すると、ＵＷＢトランスミッタ８０１は、従来のインパルスレーダ伝送サブシステムであり得る。データを識別することを含むＵＷＢパルスは、ターゲットに伝送される。ＵＷＢパルスは、ターゲットから跳ね返り、レシーバ８０２によって反射信号として検出される。反射信号は、識別データを復元するために本明細書中で開示されたように、パルス発生器８０３、パルスプロセッサ８０４、およびデコーダ８０５によって処理される。識別データは、ターゲットに相関されることにより、複数のターゲットは、各々の固有のデータで割り当てることによってトラッキングされ得る。
【００５８】
本発明は特定の例示的実施形態を参照しながら説明されてきた。アナログ波形からパルスを発生させるための種々の回路が提示されてきた。本発明の特定の実施形態が説明されてきたが、種々の改変、変更、代替の構成、および均等物はまた、本発明の範囲内に含まれる。説明された本発明は、所定の特定のデータ処理環境内の動作に制限されないが、複数のデータ処理環境内部で自由に動作する。本発明は、特定の実施形態の観点で説明されてきたが、本発明の範囲は、特定の実施形態に限定されないことが当業者に明らかであるべきである。
【００５９】
さらに、本発明は、ハードウエアおよびソフトウエアの特定の組み合わせを用いて説明されてきたが、ハードウエアおよびソフトウエアの他の組み合わせが本発明の範囲内にあることが理解されるべきである。本発明は、本発明に関連しない性能の目的および他の基準に依存して、ハードウエアにおいてのみ、ソフトウエアにおいてのみ、またはその組み合わせを用いてインプリメントされ得る。
【００６０】
従って、明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味において考慮されるべきである。しかし、追加、削除、および他の改変が上掲の特許請求の範囲で説明されたような本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱されることなくなされ得ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の例示的実施形態における超帯域幅レシーバシステムの簡略化されたブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明の回路構成を特徴付ける典型的な伝達曲線を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、トンネルダイオード回路およびそのＩ−Ｖ特性曲線を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、トンネルダイオード回路およびそのＩ−Ｖ特性曲線を示す。
【図４】図４は、本発明による回路の実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明によるオンオフキーイング変調に基づく伝送および検出プロセスの波形を示す。
【図６】図６は、図４の回路を用いるパルス位置変調方式に基づく伝送および検出プロセスの波形を示す。
【図７】図７は、本発明によるパルス幅変調方式に基づく伝送および検出プロセスの波形の別のセットを示す。
【図８】図８は、通信システムにおいて使用された場合の本発明の例示的実施形態を示す。

Claims (33)

1. 超広帯域幅（ＵＷＢ）信号を検出するための方法であって、
   受信された信号として伝送されたＵＷＢ信号を受信するステップと、
   該受信された信号のセンシング位置に応答して１つ以上のパルスの複数の群を生成するために構成された回路を提供するステップと、
   該１つ以上のパルスの群のサブセットを検出するステップと、
   該サブセットに包含された１つ以上のパルスの群の各々に対して情報シンボルを生成するステップと
   を包含する、超広帯域幅（ＵＷＢ）信号を検出するための方法。
2. 前記回路は、第１の値を越える前記受信された信号の振幅を検出する場合、前記１つ以上のパルスの群を生成するように構成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記生成するステップは、前記１つ以上のパルスの各群におけるパルスを計数してカウントを生成するステップおよび該カウントを情報シンボルに関連付けるステップを包含する、請求項１に記載の方法。
4. 前記伝送されたＵＷＢ信号は、複数のパルスを包含するパルス符号化信号であり、前記サブセットにおける前記１つ以上のパルスの群は、該パルスに対応する、請求項１に記載の方法。
5. 前記検出するステップは、前記パルス符号化信号と同期されたパルスウインドウを包含するパルス検出波形を生成するステップおよび該パルス検出波形を用いて前記１つ以上のパルスの群のいくつかをマスキング除去するステップを包含する、請求項４に記載の方法。
6. 前記パルス符号化信号は、オンオフキーイング技術を用いて生成された情報波形を表す、請求項４に記載の方法。
7. 前記パルス符号化信号は、パルス位置変調技術を用いて生成された情報波形を表す、請求項４に記載の方法。
8. 前記パルス符号化信号は、パルス幅変調技術を用いて生成された情報波形を表す、請求項４に記載の方法。
9. 超広帯域（ＵＷＢ）信号からの情報を復元するための方法であって、
   受信された信号として該ＵＷＢ信号の伝送を受信するステップと、
   該受信された信号から１つ以上のパルスの複数の群を生成するステップと、
   複数のシンボルを生成するために前記１つ以上のパルスの群の少なくともいくつかを復号化するステップであって、該情報は該シンボルを包含するステップと
   を包含する、超広帯域（ＵＷＢ）信号からの情報を復元するための方法。
10. 前記生成するステップは、第１の安定な動作領域および第２の安定な動作領域によって区切られた不安定動作領域を有する伝達関数によって特徴付けられた回路に前記受信された信号を印加するステップを包含する、請求項９に記載の方法。
11. 前記回路は、前記受信された信号の振幅に応答し、該回路は、該振幅が第１の値を越える場合、１つ以上のパルスの群を生成する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記復号化するステップは、前記１つ以上のパルスの群の１つ以上を除去して、１つ以上のパルスの残りの群を生成するステップを包含し、該復号化するステップは、該１つ以上のパルスの残りの群で実行される、請求項９に記載の方法。
13. 前記除去するステップは、パルス符号化技術に従って生成された情報波形のパルスのタイミングと同期された複数のパルスを包含するパルス検出波形を生成するステップを包含し、前記ＵＷＢ信号は、該情報波形から生成され、該情報波形は、前記シンボルを表す、請求項１２に記載の方法。
14. パルス符号化技術は、オンオフキーイング技術である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記パルス符号化技術は、バイナリまたはＭ−アリーパルス幅変調技術である、請求項１３に記載の方法。
16. 前記パルス幅符号化技術は、パルス位置変調技術である、請求項１３に記載の方法。
17. 前記パルス位置変調技術は、Ｍ−アリー変調方式である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記パルス位置変調技術は、バイナリ変調方式である、請求項１６に記載の方法。
19. 前記復号化するステップは、前記１つ以上のパルスにおける各群に対するパルスカウントを生成するステップを包含する、請求項９に記載の方法。
20. 超広帯域（ＵＷＢ）信号を検出するための回路システムであって、
    受信された信号として伝送されたＵＷＢ信号を受信するために構成されたレシーバ回路と、
    該受信された信号の検出に応答して１つ以上のパルスの複数の群を生成するように構成されたパルス発生回路と、
    該１つ以上のパルスの群のいくつかを検出し、それに応答して、複数の情報シンボルを生成するように構成された検出器回路と
    を含む、超帯域幅（ＵＷＢ）信号を検出するための回路システム。
21. 前記パルス生成回路は、第１および第２の不安定領域によって区切られた不安定領域を有することによって特徴付けられた関連付けられた伝達曲線を有する、請求項２０に記載の回路システム。
22. 前記パルス発生回路は、制御信号を受信するための入力を含み、該パルス発生回路は、前記関連付けられた伝達曲線が該制御信号に応答して変換されるように構成される、請求項２１に記載の回路システム。
23. 前記ＵＷＢ信号は、複数のパルスを含むパルス符号化信号であり、該パルス符号化信号は、前記情報シンボルを表し、オンオフキーイング技術を該情報シンボルに適用することによって生成される、請求項２０に記載の回路システム。
24. 前記ＵＷＢ信号は、複数のパルスと、前記情報シンボルを表すパルス符号化信号と、パルス位置変調技術を該情報シンボルに適用することによって生成された該パルス符号化信号とを含むパルス符号化信号である、請求項２０に記載の回路システム。
25. 前記ＵＷＢ信号は、複数のパルスと、前記情報シンボルを表すパルス符号化信号と、パルス幅変調技術を該情報シンボルに適用することによって生成された該パルス符号化信号とを含むパルス符号化信号である、請求項２０に記載の回路システム。
26. 伝送されたＵＷＢ信号を受信された信号として受信するための手段と、
    該受信された信号から複数のパルスを生成するための手段と、
    該パルスの内のいくつかをマスキング除去して残りのパルスを生成するための手段と、
    該残りのパルスから情報シンボルを生成するための手段と
    を含む超広帯域（ＵＷＢ）検出システム。
27. 複数のパルスを生成するための手段は、第１および第２の安定な動作領域によって区切られた不安定な動作領域を有することによって特徴付けられた伝達関数を有する回路を含む、請求項２６に記載の検出システム。
28. 前記マスキング手段は、パルス検出波形を発生させるための手段を含み、該パルスの内のいくつかは該パルス検出波形に基づいてマスキングされる、請求項２６に記載の検出システム。
29. 前記ＵＷＢ信号は、パルス符号化方式に従って生成された情報波形に基づき、該パルス検出波形は、該パルス符号化方式によって生成されたパルスと同期されたパルスを含む、請求項２６に記載の検出システム。
30. 前記パルス符号化方式は、オンオフキーイングである、請求項２９に記載の検出システム。
31. 前記パルス符号化方式は、パルス位置変調技術である、請求項２９に記載の検出システム。
32. 前記パルス符号化方式は、パルス幅変調技術である、請求項２９に記載の検出システム。
33. インパルスレーダシステムにおいて、
    反射されたＵＷＢレーダ信号を受信された信号として受信するための手段と、
    該受信された信号から複数のパルスを生成するための手段と、
    残りのパルスを生成するために該パルスの内のいくつかをマスキング除去するための手段と、
    該残りのパルスから情報シンボルを生成するための手段と
    を含む、ＵＷＢ検出器。

Images