JP2005012773A

JP2005012773A - 超広帯域線形周波数変調信号を用いた超広帯域高速無線送受信機およびその無線送信方法

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Publication number: JP2005012773A
Application number: JP2004144245A
Authority: JP
Inventors: Woo-Kyung Lee; 愚景李; Wan-Jin Kim; 完鎭金; Yong-Suk Kim; 用錫金; Ye-Hoon Lee; 禮勲李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-01-13
Also published as: CN100530982C; US20040258133A1; KR20040110504A; KR100530365B1; EP1489754A1; CN1574655A

Abstract

【課題】二つの独立した超広帯域線形周波数変調信号を用いることで伝送効率を高め、かつパルス間の干渉効果を最小化する超広帯域無線送受信機およびその無線送信方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る超広帯域無線送信機は、送信すべきデータを変調して第１の線形被変調信号を出力する第１のパルス発生器４１０と、送信すべきデータを変調して第２の線形被変調信号を出力する第２のパルス発生器４１５と、第１の線形被変調信号と第２の線形被変調信号とを加算する加算器４２０と、加算器からの信号を整形するパルス整形器４３０と、搬送波を出力する搬送波発生器４３５と、パルス整形器４３０からの信号を前記搬送波に乗せるミキサー４４０と、ミキサー４４０からの信号を送信する送信部４４５、および第１のパルス発生器４１０、第２のパルス発生器４１５および搬送波発生器４３５の動作を制御して、送信すべき信号の変調を制御する制御部４２５と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、超広帯域線形周波数変調信号（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄＬｉｎｅａｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＳｉｇｎａｌ）を用いた超広帯域無線送受信機およびその無線送信方法に関し、より詳しくは、二つの独立した超広帯域線形周波数変調信号を用いることで伝送効率を高め、かつパルス間の干渉効果を最小化する超広帯域無線送受信機およびその無線送信方法に関する。

超広帯域（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ：ＵＷＢ）の動作周波数は、現在３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚに設定されている。このように広い周波数帯域を用いる超広帯域環境の下では、全体の周波数帯域を一つまたは有限個数の副帯域（ｓｕｂ−ｂａｎｄ）に分けて用いている。また、時間領域では、すべての時間領域に信号が存在する連続波形を用いないで時間の一定の領域のみで信号が存在するウェーブパケット形態の波形を用いている。

単一周波数帯域を用いる単一帯域方式では、超広帯域の周波数をすべて用いるインパルスを送受信信号として用いる。しかし、この種の単一帯域方式は、他のシステムとの干渉に弱いという欠点を有する。

かかる問題点を克服するために、多重帯域方式が提案された。多重帯域システムは、複数の副帯域を必要に応じて用いることができるため、干渉に対処し易い。しかし、伝送中の分散や多重エコーによりパルス幅が広くなるため、時間軸上でのパルス間の干渉が生じやすくなる。

図１は、一般の多重帯域システムにおける時間軸上のパルス波形を示す図である。同図に示すように、互いに異なる周波数帯域を用いる多数の伝送信号が時間軸上に順次に並んでいる。周波数帯域は、ユーザーが任意に指定可能であるが、一般に、超広帯域通信として提案された最小の規格の１１０Ｍｂｐｓ以上の性能を示すために、７または８個以上の帯域を用いる。

同一の周波数帯域の信号が相互に重なり合うと信号の区分が不可能であるため、多重経路により信号が遅延することで元の信号と重なり合う場合には、信号の復元が不可能である。従って、これを防止するためには、同一の信号の繰り返しの伝送周期を十分に長くすることで多重経路の信号と重なり合わないようにする必要がある。しかし、信号間の間隔が離れてしまうと、単位時間当たりのパルス数が減少し、この結果、伝送されるデータの量が減少し十分な伝送容量を確保できないという問題があった。

図２Ａおよび図２Ｂは、パルス通信においてパルス間の相互干渉が発生する過程を時間軸上に示した図である。図２Ａに示すように、信号の伝送周期が十分に長く設定されており、遅延して到着した多重経路の信号と元の信号とが重なり合わないことから、干渉が発生していない。図２Ｂに示すように、データの伝送率を高めるためにパルスの伝送周期を短くした場合であって、遅延して到着した多重経路の信号と元の信号との間において干渉現象が現れることが分かる。

単一帯域システムでは、パルス幅が非常に短いことから、パルス間の干渉問題が相対的に少ない。しかし、多重帯域システムの場合では、パルス幅が長いことから、室内環境での干渉または他のネットワーク間の干渉等が問題となる。
また、多重帯域システムの場合、互いに干渉しない複数の副帯域を用いると、データの伝送量を十分に確保することができるものの、システムが複雑になり、かつコストもアップする。従って、極力少数の副帯域を用いて干渉のない多重帯域システムを実現する必要性がある。

本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、二つの独立した超広帯域線形周波数変調信号を用いることで伝送効率を高め、かつパルス間の干渉効果を最小限に抑制する超広帯域無線送受信機およびその無線送信方法を提供するものである。

本発明の目的を達成するために、本発明に係る超広帯域無線送信機は、送信すべきデータを変調して第１の線形被変調信号（ｌｉｎｅａｒｍｏｄｕｌａｔｅｄｓｉｇｎａｌ）を出力する第１のパルス発生器と、前記送信すべきデータを変調して第２の線形被変調信号を出力する第２のパルス発生器と、前記第１の線形被変調信号と前記第２の線形被変調信号とを加算する加算器と、この加算器からの信号を整形するパルス整形器と、搬送波を出力する搬送波発生器と、前記パルス整形器からの信号を前記搬送波に混合するミキサーと、このミキサーからの信号を送信する送信部、および前記第１のパルス発生器、前記第２のパルス発生器および前記搬送波発生器の動作を制御して、前記送信すべき信号の変調を制御する制御部と、を含む。

具体的には、前記第１の線形被変調信号と第２の線形被変調信号とは同一の周波数帯域を有し、第１の線形被変調信号は、前記帯域内で周波数が時間軸に沿って線形的に増加（言い換えると、瞬時周波数が時間的に線形的に増加する場合）し、第２の線形被変調信号は、前記帯域内で周波数が時間軸に沿って線形的に減少（言い換えると、瞬時周波数が時間的に線形的に減少する場合）するものである。

さらに、前記制御部は、前記送信すべき信号が属する各副帯域に対し独立して前記変調を行うように動作する。

前記制御部は、前記第１のパルス発生器を動作させる第１の変調方式、前記第２のパルス発生器を動作させる第２の変調方式、前記第１のパルス発生器、第２のパルス発生器を動作させる第３の変調方式のいずれか一つを決めることが好ましい。

さらに、前記制御部は、データの伝送量に応じて前記第１の変調方式、第２の変調方式、第３の変調方式のいずれか一つを決めて変調を行うように動作する。

また、前記制御部は、多重ピコネット環境の下で他のネットワークが重なり合うことで帯域脱落（ＢａｎｄＤｒｏｐ）が求められる場合、前記第１の線形変調方式と第２の線形変調方式のいずれか一つを選択する。その結果、ネットワークはそれぞれ異なるの変調方式を有するようになる。これにより複数のネットワークの干渉を防ぐことができる。

システム全体としては、前記第１の変調方式と第２の変調方式は、それぞれ独立して行われるか、時間軸上で交互に行われる。

本発明の目的を達成するために、本発明に係る超広帯域無線受信機は、超広帯域信号を受信する受信部と、逆搬送波を発生する逆搬送波発生器と、前記受信した信号から搬送波を取り除くために前記逆搬送波を混合するミキサーと、前記搬送波が取り除かれた信号をフィルタリングする第１の整合フィルタと、前記搬送波が取り除かれた信号をフィルタリングする第２の整合フィルタと、前記搬送波が取り除かれた信号を、前記第１の整合フィルタ、前記第２の整合フィルタ、前記第１の整合フィルタと前記第２の整合フィルタとの両方のいずれか一つに出力するスイッチと、前記第１の整合フィルタの出力信号を検出する第１の検出器と、前記第２の整合フィルタの出力信号を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器および前記第２の検出器の出力信号を処理するデータ処理部、および前記搬送波発生器、前記スイッチおよび前記データ処理部を制御して、前記受信した信号の復調を制御する制御部と、を含む。

前記第１の整合フィルタと前記第２の整合フィルタとは、同一の周波数帯域を共有し、周波数が前記帯域内で線形的に増加する第１の線形被変調信号および周波数が前記帯域内で線形的に減少する第２の線形被変調信号のそれぞれに対して反応を示し、他の線形被変調信号に対してはノイズ成分と同一の反応を示す。

前記制御部は、前記受信した信号が伝送された各副帯域に対し独立して前記復調を行う。

さらに、前記制御部は、前記受信した信号の波形に応じての線形変調方式を判断し、前記第１の整合フィルタ、前記第２の整合フィルタ、前記第１の整合フィルタと前記第２の整合フィルタとの両方のいずれか一つを選択して、前記受信した信号をフィルタリングするように制御する。

本発明の目的を達成するために、本発明に係る送信すべきデータを変調して超広帯域信号を送信する方法は、送信方式を決めるステップと、前記決められた送信方式と通信環境に応じて変調方式を選択するステップと、前記送信すべきデータを前記選択された変調方式で信号に変調するステップ、および前記変調された信号を整形し、パルス波形に整形された信号を搬送波に乗せて送信するステップと、を含む。

すなわち、前記変調方式の選択ステップでは、同一の周波数帯域内で周波数が時間軸に沿って線形的に増加する第１の線形被変調信号を用いる第１の線形変調方式、周波数が時間軸に沿って線形的に減少する第２の線形被変調信号を用いる第２の線形変調方式、前記第１の線形変調方式と前記第２の線形変調方式を用いる第３の線形変調方式のいずれか一つを選択する。

さらに、前記送信方式の決定ステップでは、データの伝送量を増大するために前記第１の線形変調方式と前記第２の線形変調方式とを時間軸上で交互に用いる方式かまたは第３の線形変調方式のいずれか一つを決める。

また、前記送信方式の選択ステップでは、多重ピコネット環境の下で他のネットワークが重なり合うことで帯域脱落が求められる場合、前記他のネットワークとの干渉が発生しないように、前記第１の線形変調方式または第２の線形変調方式のいずれか一つを決める。

本発明は、二つの線形周波数変調信号を用いて変調を行い、対応する線形周波数被変調信号に対してのみ反応し、他の線形周波数被変調信号に対しては殆ど反応しない二つの整合フィルタを用いて復調を行う超広帯域無線送受信機が提供している。従って、パルスの間隔を縮めてもパルス間の相互干渉を発生することなく、データの伝送量を増大することができる。

また、多重ピコネット環境の下で他のネットワークが重なり合うことで帯域脱落が求められる場合でも、他のネットワークで用いる線形周波数変調方式と異なる線形周波数変調方式を用いることで干渉を減らし、通信効率を高めることができる。

以下、添付した図面を参照して本発明を説明する。

図３Ａは、線形周波数被変調信号のウェーブパケットを示す図であり、図３Ｂは、図３Ａのウェーブパケットに対する整合フィルタの復調信号を示す図である。図３Ａに示す線形周波数変調被信号のウェーブパケットは、その周波数が時間軸に沿って線形的に増加し、受信側で整合フィルタを用いてこれを復調すると、図３Ｂのような信号波形を示す。

線形周波数信号は、比較的低い信号レベルを有し、超広帯域の信号を効率よく伝送するのに適し、特に、送受信端でのハードウェアの実現が容易であることから経済的な長所がある。

線形周波数被変調信号は、周波数の特性が時間軸に沿って線形的に変化する信号であって、使用周波数の帯域とパルス幅だけで定義される。従って、一般の線形周波数被変調信号は、同一の周波数帯域とパルス幅を用いる場合、信号を区別することができなくなる。

従って、線形周波数被変調信号を用いて伝送量を増大するためには、周波数帯域またはパルス幅以外の変化を生じる信号パラメータを用いなければならない。また、多重経路環境の下でパルス間の相互干渉を軽減するためには、同じ周波数帯域を時分割使用するパルス間の相互干渉を軽減するための方法が必要である。

図４は、本発明に係る二つの独立した線形周波数変調信号を用いて信号を変調し送信する超広帯域無線送信機の構造を示すブロック図である。同図に示すように、本発明に係る超広帯域無線送信機は、第１のパルス発生器４１０、第２のパルス発生器４１５、加算器４２０、パルス整形器４３０、搬送波発生器４３５、制御部４２５、ミキサー４４０、および送信部４４５を含む。

図６Ａおよび図６Ｂは、同一の周波数帯域での二つの独立した線形周波数被変調信号の波形特性を示す図である。図６Ａに示す線形周波数被変調信号は、周波数が時間軸に沿って線形的に増加するアップパルスであり、図６Ｂに示す線形周波数被変調信号は、周波数が時間軸に沿って線形的に減少するダウンパルスである。

前記第１のパルス発生器４１０は、送信すべきデータを変調して第１の線形変調信号を出力する。第１の線形被変調信号は、図６Ａに示すように、周波数が時間軸に沿って線形的に増加するアップパルス、すなわち、（＋）線形変調を有する線形周波数被変調ウェーブパケットである。かかる線形周波数被変調ウェーブパケットは、時間領域で次の数式１のように表わされる。

ここで、“ｗ（ｔ）” は重み関数、“ω_c”は信号の中心周波数、“Ｂ”はパルスの帯域幅、“Ｔ”はパルスの幅をそれぞれ示す。

また、前記第２のパルス発生器４１５は、送信すべきデータを変調して第２の線形変調信号を出力する。第２の線形被変調信号は、図６Ｂに示すように、周波数が時間軸に沿って線形的に減少するダウンパルス、すなわち、（−）線形変調を有する線形周波数被変調信号である。かかる線形周波数被変調ウェーブパケットは、時間領域で次の数式２のように表わされる。

ここで、“ｗ（ｔ）”は重み関数、“ω_c”は信号の中心周波数、“Ｂ”はパルスの帯域幅、“Ｔ”はパルスの幅をそれぞれ示す。

前記数式１と数式２で表わされる線形周波数被変調ウェーブパケットは、それぞれ時間軸に沿う周波数の増減により分けられる。各線形周波数被変調ウェーブパケットは、単一周波数帯域を時間軸上で異なるように分布させたものであるといえる。前記のように、“ｆ_u（ｔ） ”は、伝送波を中心に周波数が直線的に増大するパルスであり、“ｆ_d（ｔ） ”は、逆に直線的に減少するパルスである。この二つの線形周波数変調ウェーブパケットは、時間軸上での配列が相反するベクトル成分を有するため、同じ帯域を共有するにも拘わらず相互干渉または相関関係が非常に低くなる。

次に本発明に係る信号を送信する動作を、図４を用いて説明する。加算器４２０は、第１の線形被変調信号と第２の線形被変調信号とを加算し、その結果の信号をパルス整形器４３０に出力する。パルス整形器４３０は、前記加算器からの信号を波形整形する。そして、搬送波発生器４３５は搬送波を出力する。ミキサー４４０は、パルス整形器４３０からの信号を搬送波に混合（ｍｉｘｉｎｇ）し、送信部４４５を介して前記の混合された信号を送信する。

一方、制御部４２５は、第１のパルス発生器４１０、第２のパルス発生器４１５、および搬送波発生器４３５の動作を制御している。制御部４２５は、周波数変調方式を選択する働きをする。すなわち、制御部４２５は、第１のパルス発生器４１０または第２のパルス発生器を動作させ、（＋）線形変調を有する線形周波数被変調ウェーブパケットとなる第１の線形被変調信号を発生したり、（−）線形変調を有する線形周波数被変調ウェーブパケットとなる第２の線形被変調信号を発生したりする。これとは異なって、制御部４２５は、第１のパルス発生器４１０および第２のパルス発生器４１５の両方を動作させ、第１の線形被変調信号および第２の線形被変調信号を同時に発生することもできる。

以下、制御部４２５が第１のパルス発生器４１０を動作させて第１のパルス変調信号を出力する仕組みを第１の変調方式と称し、第２のパルス発生器４１５を動作させて第２のパルス変調信号を出力する仕組みを第２の変調方式と称す。また、制御部４２５が第１のパルス発生器４１０および第２のパルス発生器４１５の両方を動作させて第１の線形被変調信号および第２の線形被変調信号を同時に発生する仕組みを第３の変調方式と称す。

第１の変調方式および第２の変調方式では、第１のパルス発生器４１０と第２のパルス発生器４１５のいずれか一つだけが動作するため、この場合、加算器４２０は動作しない。従って、パルス整形器４３０は、出力された第１の変調信号または第２の変調信号を波形整形し、これをミキサー４４０に出力する。このような第１の変調方式と第２の変調方式は、それぞれ独立して行うことができ、また、時間軸上で両方式を交互に行うこともできる。

一方、第３の変調方式では、加算器４２０を動作させて第１のパルス発生器４１０および第２のパルス発生器４１５から出力された第１の変調信号と第２の変調信号とを加算器４３０において加算し、パルス整形器４３０は、その加算された信号を整形する。

制御部４２５は、送信方式を決定するに際して、データの伝送量の増減、多重経路の特性に応じて前記第１の変調方式、第２の変調方式、第３の変調方式のいずれか一つを選択するか、または時間軸上で第１の変調方式と第２の変調方式とを交互に繰り返す方式を選択することもできる。図８は、データの増加による時間軸上でのパルスフレーム構造の変化を示す図である。

図８に示すように、本発明に係る超広帯域無線送信機は、データの伝送率を増大しようとする場合には、時間軸上で第１の変調方式による第１の被変調信号の周期Ｔの間に第２の変調方式による第２の被変調信号を挿入して伝送する。この結果、信号の周期は、“Ｔ／２”に減少するが、前記第１の被変調信号と第２の被変調信号との相互の干渉が減少し、相対信号の多重経路信号の影響を殆ど受けないため、時間当たりのデータの伝送率を２倍まで高めることができる。

また、多重ピコネット環境のように互いに異なるネットワークが重なり合っている環境の下で、副帯域が重なり合うことで帯域脱落が必要である時には、帯域脱落を行わなくても当該帯域上における変調方式を他のネットワークの変調方式と異なるように前記第１の変調方式または第２の変調方式に切り換えることで、互いに同じ周波数帯域を共有していても時間的に使用を分割することにより相互干渉することなく動作することができる。即ち、図８に示すように、ひとつのピコネット（Ｐｉｃｏｎｅｔ１）と他のピコネット（Ｐｉｃｏｎｅｔ２）とが重なり合っている場合には、そのひとつのピコネット（Ｐｉｃｏｎｅｔ１）が第１の変調方式で動作する場合、他のピコネット（Ｐｉｃｏｎｅｔ２）が第２の変調方式で動作すると、帯域脱落が不要であり、かつ相互に干渉することなく動作することができる。

図５は、本発明に係る二つの独立した線形周波数変調信号を用いて変調された信号を受信し復調する超広帯域無線受信機の構造を示すブロック図である。本発明に係る超広帯域無線受信機は、受信部５０５、逆搬送波発生器５１０、ミキサー５１５、第１の整合フィルタ５２５、第２の整合フィルタ５３０、スイッチ５２０、第１の検出器５３５、第２の検出器５４０、データ処理部５４５、および制御部５５０を含む。

前記受信部５０５では信号を受信する。前記逆搬送波発生器５１０は、受信した信号に含まれる搬送波を取り除くための逆搬送波を発生させる。前記ミキサー５１５は、受信した信号から搬送波を取り除くために逆搬送波と受信した信号とを混合する。

前記第１の整合フィルタ５２５および第２の整合フィルタ５３０は、搬送波が取り除かれた信号をフィルタリングするためのものである。前記第１の整合フィルタ５２５および第２の整合フィルタ５３０は、前記第１の変調信号と第２の変調信号のそれぞれに対応し、対応する固有信号に対してのみ強い反応を示し、他の信号に対しては非常に弱い反応を示す。

図７は、二つの独立した線形周波数被変調信号に対する整合フィルタの復調信号を示す図である。同図に示すように、整合フィルタは、二つの線形周波数被変調信号を受信した場合、対応する一つの固有の線形周波数被変調信号に対してのみ強く反応して明らかな信号波形と現われ、他の線形周波数被変調信号に対しては非常に弱い反応を示し、まるでノイズのように現れる。従って、前記第１の整合フィルタ５２５と第２の整合フィルタ５３０を使用すると、互いに同一の時間および周波数帯域を占める二つのパルスを受信側で振り分けることができる。

前記スイッチ５２０は、制御部の制御により第１の変調信号と第２の変調信号をそれぞれ第１の整合フィルタ５２５と第２の整合フィルタ５３０に伝送する。第１の変調信号だけを受信した場合には、第１の整合フィルタ５２５のみを動作させ、第２の変調信号だけを受信した場合には、第２の整合フィルタ５３０のみを動作させることで足りる。

前記第１の整合フィルタ５２５でフィルタリングされた第１の変調信号は、第１の検出器５３５で検出され、第２の整合フィルタ５３０でフィルタリングされた第２の変調信号は、第２の検出器５４０で検出される。このようにして検出した信号は、データ処理部５４５で処理する。

一方、前記制御部５５０は、逆搬送波発生器５１０、スイッチ５２０、およびデータ処理部５４５の動作を制御する。また、制御部５５０は、使用帯域の個数とパルス発生の間隔に応じて信号の受信を制御し、受信した信号の復調を制御する。制御部５５０は、受信した信号の波形を把握し、その周波数変調方式を判断し、これに基づき、第１の整合フィルタ５２５と第２の整合フィルタ５３０のいずれか一つを選択し、それに受信した信号を伝送するか、または、受信した信号を第１の整合フィルタ５２５および第２の整合フィルタ５３０のそれぞれに伝送するようにスイッチ５２０を制御する。

制御部５５０は、多重帯域信号を受信すると、各副帯域に対して前記方式で線形復調を行って信号成分を振り分け感知するように、超広帯域無線受信機を制御する。

また、前記制御部５５０は、多重ピコネット環境等のネットワークが重なり合っている環境の下で、副帯域が重なり合うことで帯域脱落が必要である時、通信する超広帯域無線送信機に帯域脱落の要請があったことを知らせ、受信方式を再度決め、受信した信号の復調を制御する。この結果、超広帯域無線送信機では、その制御部５５０の動作により変調方式を切り換えて信号を変調し送信するようになる。

図９は、高速のデータ伝送のために本発明に係る二つの独立した線形周波数被変調信号を伝送する超広帯域無線送信機の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、超広帯域無線送信機の制御部４２５（図４参照）では、まず無線送信機の送信方式を決める（Ｓ９１０）。

送信方式は、データの伝送量を増大するためには、前述した通りに時間軸上で第１の変調方式による第１の変調信号の周期Ｔの間に第２の変調方式による第２の変調信号を挿入して伝送することにより、時間当たりのデータの伝送率を２倍まで高めることができる。また、第１の変調信号と第２の変調信号とは、相互干渉を殆ど引き起こさないことから、二つの変調方式を同時に行って二つの被変調信号を同時に伝送することもできる。

一方、多重ピコネットの環境で、副帯域が重なり合うことで帯域脱落が必要である時には、帯域脱落を要することなく当該帯域上の変調方式を前記第１の変調方式または第２の変調方式に切り換えて信号を送信することができる。

次いで、超広帯域無線送信機の制御部４２５では、変調方式を決める（Ｓ９２０）。制御部４２５は、送信方式の決定ステップで決められた送信方式に基づき、通信環境の変化を参照して、前記第１の変調方式、第２の変調方式または第３の変調方式を選択する。

超広帯域無線送信機は、送信すべきデータを選択された変調方式で変調する（Ｓ９３０）。従って、第１のパルス発生器４１０もしくは第２のパルス発生器４１５のいずれか一つを動作させるか、または第１のパルス発生器４１０および第２のパルス発生器４１５の両方を同時に動作させてデータを変調する。そして、第１のパルス発生器４１０および第２のパルス発生器４１５の両方を動作させてデータを変調した場合には、出力された第１の変調信号と第２の変調信号とを加算する。

次いで、超広帯域無線送信機は、変調した信号を送信方式に合うように整形し（Ｓ９４０）、整形された信号を搬送波に乗せて送信する（Ｓ９５０）。

図１０は、多重ピコネットの環境でパルスを制御するための本発明に係る二つの独立した線形周波数被変調信号を伝送する超広帯域無線送信機の動作を示すフローチャートであり、図１１は、多重ピコネットの環境でパルスを制御するための本発明に係る二つの独立した線形周波数被変調信号を受信する超広帯域無線受信機の動作を示すフローチャートである。

図１０に示すように、本発明に係る超広帯域無線送信機は、まず送信方式を決める（Ｓ１０１０）。送信方式は、前述したように送信環境とデータの伝送量に応じて決められる。次いで、超広帯域無線送信機と通信する無線受信機等からチャンネルの特性を受信し（Ｓ１０２０）、チャンネルの特性に対し必要な情報を得る。ここで、チャンネルの特性に対する情報は、無線受信機が帯域脱落を行った場合においても当該帯域に対する情報を含む。

受信したチャンネルの特性に応じて無線受信機で帯域脱落が行われたか否かを判断する（Ｓ１０３０）。帯域脱落が行われていない場合には（Ｓ１０３０ではＮ）、既存の変調方式をそのまま行って変調された信号を送信する（Ｓ１０５０）。しかし、帯域脱落が行われた場合には（Ｓ１０３０ではＹ）、変調方式を切り換える（Ｓ１０４０）。

図１１に示すように、本発明に係る超広帯域無線受信機は、まず受信方式を決め、信号を受信する（Ｓ１１１０）。決められた受信方式で受信した信号を復調した後、フィルタリングのために第１の整合フィルタ５２５（図５参照）と第２の整合フィルタ５３０のいずれか一つを選択するか、または、第１の整合フィルタ５２５および第２の整合フィルタ５３０の両方を用いてフィルタリングを行う（Ｓ１１２０）。フィルタリングされた信号が複数個であると、フィルタリングされた信号に対し相関（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を行う（Ｓ１１３０）。多重ピコネット環境の下で、同一の周波数上において変調方式が同一の信号を複数個受信すると、高い相関性を示す。

かかる相関の評価において得た相関値に基づき、チャンネル上で干渉が発生したか否かを判断する（Ｓ１１４０）。干渉が発生した場合（Ｓ１１４０でＹ）には、帯域脱落を行い、帯域脱落の要請があったことを通信中の無線送信機に知らせる（Ｓ１１６０）。帯域脱落が求められる状況でない場合（Ｓ１１４０でＮ）には、復調された信号を処理することで受信したデータを処理するようになる（Ｓ１１５０）。

以上では、本発明の好適な実施例について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも各種の変形実施が可能であることはもとより、そのような変更は、特許請求の範囲に記載した範囲内にあることは自明である。

本発明に係る超広帯域線形周波数変調信号を用いた超広帯域無線送受信機およびその無線送信方法は、伝送効率が高く、かつパルス間の干渉効果を最小化することで、複数のネットワークが重なり合っている多重ピコネットの環境での通信に適用され得る。

一般の多重帯域システムにおける時間軸上のパルス波形を示す図である。パルス通信に際してパルス間の相互干渉が発生する過程を時間軸上に示す図である。パルス通信に際してパルス間の相互干渉が発生する過程を時間軸上に示す図である。線形周波数被変調信号のウェーブパケットを示す図である。図３Ａのウェーブパケットに対する整合フィルタの復調信号を示す図である。本発明に係る二つの独立した線形周波数変調信号を用いて変調された信号を送信する超広帯域無線送信機の構造を示すブロック図である。本発明に係る二つの独立した線形周波数変調信号を用いて変調された信号を受信し復調する超広帯域無線受信機の構造を示すブロック図である。同一の周波数帯域で一方の線形周波数被変調信号の波形特性を示す図である。同一の周波数帯域で他方の線形周波数被変調信号の波形特性を示す図である。二つの独立した線形周波数被変調信号に対する整合フィルタの復調信号を示す図である。データの増加による時間軸上でのパルスフレーム構造の変化を示す図である。高速のデータ伝送のために本発明に係る二つの独立した線形周波数被変調信号を伝送する超広帯域無線送信機の動作を示すフローチャートである。多重ピコネットの環境でパルスを制御するための本発明に係る二つの独立した線形周波数変調信号を伝送する超広帯域無線送信機の動作を示すフローチャートである。多重ピコネットの環境でパルスを制御するための本発明に係る二つの独立した線形周波数被変調信号を受信する超広帯域無線受信機の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

４１０第１のパルス発生器
４１５第２のパルス発生器
４２０加算器
４２５制御部
４３０パルス整形器
４３５搬送波発生器
４４０ミキサー
４４５送信部
５０５受信部
５１０逆搬送波発生器
５１５ミキサー
５２０スイッチ
５２５第１の整合フィルタ
５３０第２の整合フィルタ
５３５第１の検出器
５４０第２の検出器
５４５データ処理部

Claims

送信すべきデータを変調して第１の線形被変調信号を出力する第１のパルス発生器と、
前記送信すべきデータを変調して第２の線形被変調信号を出力する第２のパルス発生器と、
前記第１の線形被変調信号と前記第２の線形被変調信号とを加算する加算器と、
前記加算器から出力される信号を整形するパルス整形器と、
搬送波を出力する搬送波発生器と、
前記パルス整形器からの信号を前記搬送波に混合するミキサーと、
前記ミキサーからの信号を送信する送信部と、
前記第１のパルス発生器、前記第２のパルス発生器および前記搬送波発生器の動作を制御して、前記送信すべき信号の変調を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする超広帯域無線送信機。
前記第１の線形被変調信号と第２の線形被変調信号とは同一の周波数帯域を有し、第１の線形被変調信号は、前記帯域内で周波数が時間軸に沿って線形的に増加し、第２の線形被変調信号は、前記帯域内で周波数が時間軸に沿って線形的に減少することを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線送信機。
前記制御部は、前記送信すべき信号が属する各副帯域に対し独立して前記変調を行うことを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線送信機。
前記制御部は、前記第１のパルス発生器を動作させる第１の変調方式、前記第２のパルス発生器を動作させる第２の変調方式、前記第１のパルス発生器および第２のパルス発生器を動作させる第３の変調方式のいずれか一つを決めることを特徴とする請求項１に記載の超広帯域無線送信機。
前記制御部は、データの伝送量に応じて前記第１の変調方式、第２の変調方式、第３の変調方式のいずれか一つを決めて変調を行うことを特徴とする請求項４に記載の超広帯域無線送信機。
前記制御部は、多重ピコネット環境の下で他のネットワークが重なり合うことで帯域脱落が求められる場合、変調方式が前記他のネットワークの変調方式と異なるように、前記第１の線形変調方式と第２の線形変調方式のいずれか一つを選択して変調を行うことを特徴とする請求項４に記載の超広帯域無線送信機。
前記第１の変調方式と第２の変調方式は、それぞれ独立して行われるか、時間軸上で交互に行われることを特徴とする請求項４に記載の超広帯域無線送信機。
超広帯域信号を受信する受信部と、
逆搬送波を発生する逆搬送波発生器と、
前記受信した信号から搬送波を取り除くために前記逆搬送波をミックスするミキサーと、
前記搬送波が取り除かれた信号をフィルタリングする第１の整合フィルタと、
前記搬送波が取り除かれた信号をフィルタリングする第２の整合フィルタと、
前記搬送波が取り除かれた信号を、前記第１の整合フィルタ、前記第２の整合フィルタ、前記第１の整合フィルタと前記第２の整合フィルタとの両方のいずれか一つに出力するスイッチと、
前記第１の整合フィルタの出力信号を検出する第１の検出器と、
前記第２の整合フィルタの出力信号を検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器および前記第２の検出器の出力信号を処理するデータ処理部と、
前記搬送波発生器、前記スイッチおよび前記データ処理部を制御して、前記受信した信号の復調を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする超広帯域無線受信機。
前記第１の整合フィルタと前記第２の整合フィルタとは、同一の周波数帯域を共有し、周波数が前記帯域内で線形的に増加する第１の線形被変調信号および周波数が前記帯域内で線形的に減少する第２の線形被変調信号のそれぞれに対して反応を示し、他の線形被変調信号に対してはノイズ成分と同一の反応を示すことを特徴とする請求項８に記載の超広帯域無線受信機。
前記制御部は、前記受信した信号が属する各副帯域に対し独立して前記復調を行うことを特徴とする請求項８に記載の超広帯域無線受信機。
前記制御部は、前記受信した信号の波形に応じて線形変調方式を判断し、前記第１の整合フィルタ、前記第２の整合フィルタ、前記第１の整合フィルタと前記第２の整合フィルタとの両方のいずれか一つを選択して、前記受信した信号をフィルタリングするように制御することを特徴とする請求項８に記載の超広帯域無線受信機。
送信すべきデータを変調して超広帯域信号を送信する方法であって、
送信方式を決めるステップと、
前記決められた送信方式と通信環境に応じて変調方式を選択するステップと、
前記送信すべきデータを前記選択された変調方式で信号に変調するステップと、
前記変調された信号を整形し、パルス波形に整形された信号を搬送波に乗せて送信するステップと、
を含むことを特徴とする超広帯域無線送信方法。
前記変調方式を選択するステップでは、同一の周波数帯域内で周波数が時間軸に沿って線形的に増加する第１の線形被変調信号を用いる第１の線形変調方式、周波数が時間軸に沿って線形的に減少する第２の線形被変調信号を用いる第２の線形変調方式、前記第１の線形変調方式、前記第２の線形変調方式を用いる第３の線形変調方式のいずれか一つを選択することを特徴とする請求項１２に記載の超広帯域無線送信方法。
請求項１２に記載の送信方式を決めるステップでは、データの伝送量を増大するために前記第１の線形変調方式と前記第２の線形変調方式とを時間軸上で交互に用いる方式と第３の線形変調方式のいずれか一つを決めることを特徴とする請求項１２に記載の超広帯域無線送信方法。
請求項１２に記載の送信方式を決めるステップでは、多重ピコネット環境の下で他のネットワークが重なり合うことで帯域脱落が求められる場合、前記他のネットワークとの干渉が発生しないように、前記第１の線形変調方式と第２の線形変調方式のいずれか一つを決めることを特徴とする請求項１２に記載の超広帯域無線送信機。