JP2005124108A - Ｕｗｂ通信システムのためのｐｓｋトランスミッタおよび相関器受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】 対蹠ＰＳＫ信号を発生する回路およびＰＳＫ（位相偏移キーイング）ＵＷＢ伝送から情報を回復する相関器回路を提供すること。
【解決手段】 対蹠ＰＳＫ信号を発生する回路およびＰＳＫ ＵＷＢ伝送から情報を回復する相関器回路は、安定領域および不安定領域を交互に有する伝達関数を特徴とする回路部品を設けることを含む。動作点を安定領域または不安定領域に設定することによって、非振動または振動出力信号が生成され得る。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ＵＷＢ通信技術に関する。

２００２年２月１４日、連邦通信委員会（ｔｈｅ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ（ＦＣＣ））は、ＵＷＢ（超広帯域）技術のための第１報告および指令を発表した。それにより、ＵＷＢ技術の商業的開発が認められた。スペクトルマスクを開放して、ＵＷＢ信号がＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）などの高感度デバイスを干渉することがないことを確実にした。スペクトルマスクにおいては、ＥＩＲＰ放射レベル（ｄＢｍ／ＭＨｚ単位）が３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚにおいて一定である大きな連続帯域が存在する。この帯域は、ＵＷＢ通信アプリケーションにとって魅力あるものである。

マスクが導入される以前は、ＵＷＢ信号技術の多くはＤＣ〜数ＧＨｚの周波数スペクトルを占有するナノ秒ガウシアンパルスを利用していた。しかし、ＦＣＣによってマスクが導入されると、これらの多くのシステムは変更せざるを得なくなる。ＦＣＣの規則が出来る前は、ナノ秒ガウシアンパルスを生成し、かつ最適な相関検出を行うことは非常に簡単なシステムで容易に達成できた。しかし、その規則後は、有用なシステムは、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ範囲内のナノ秒パルスを生成し、同時に最適な相関を検出する必要がある。規則前のシステムを現行のＦＣＣマスクに適合させ、かつ同時に最適な相関を検出するように変換することは容易でない。

対蹠（ａｎｔｉｐｏｄａｌ）ＰＳＫ信号を発生する回路およびＰＳＫ（位相シフトキーイング）ＵＷＢ伝送から情報を回復する相関器回路は、安定領域および不安定領域を交互に有する伝達関数を特徴とする回路部品を設けることを含む。動作点を安定領域または不安定領域に設定することによって、非振動または振動出力信号が生成され得る。送信器において、安定領域１から不安定領域に動作点を移動させることによって同相正弦波が発生され、安定領域２から不安定領域に動作点を移動させることによって違相正弦波が発生される。この伝送信号を発生させる方法が受信器において用いられて、伝送信号が相関されて、最適な検出が達成される。

本発明によると、超広帯域（ＵＷＢ）信号として送信されるデジタル信号を受信する入力端子と、２つの安定動作領域と境界を接している不安定動作領域を有することを特徴とする伝達関数を有する第１の回路部であって、該回路部は、該不安定領域において動作する場合には第１の振動信号を生成し、該安定領域において動作する場合には非振動信号を生成する第１の回路部を含み、さらに、該第１の振動信号に対して、実質的に１８０°位相がずれている第２の振動信号の生成を行う第２の回路部を含む、対蹠信号発生器と、沈黙期によって分離されている第１および第２の振動信号を含む対蹠信号を生成する出力端子であって、該対蹠信号がＵＷＢ伝送に適する、出力端子と、を含む、超広帯域（ＵＷＢ）通信システムが提供される。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路部は、第１の端子および第２の端子を有する第１のトンネルダイオード、該第２の端子とグラウンド基準との間に結合されている第１の誘導性素子、ならびに該第１の端子とバイアス電位との間に結合されているバイアス素子を含み、該第１の端子は、該デジタル信号を受信するように結合され、該第１の振動信号が該第２の端子において生成され、前記第２の回路部は、第３の端子および第４の端子を有する第２のトンネルダイオード、該第４の端子と該グラウンド基準との間に結合されている第２の誘導性素子を含み、該第３の端子は該入力信号を受信するように結合され、該第２の振動信号が該第４の端子において生成され、前記対蹠信号発生器は、該第１および第２の振動信号を受信して、該対蹠信号を生成するように結合されている結合回路をさらに含んでもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記対蹠信号発生器は、デジタル信号を受信し、正の方向に進むパルスおよび負の方向に進むパルスを含む中間信号の生成を実行するように結合されている反転ロジックをさらに含み、該正の方向に進むパルスは、該デジタル信号における第１のロジックレベルを表し、該負の方向に進むパルスは、該デジタル信号における第２のロジックレベルを表してもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路部は、前記第２の端子と前記グラウンド基準との間に結合されている第１の容量性素子をさらに含み、前記第２の回路部は、前記第４の端子と該グラウンド基準との間に結合されている第２の容量性素子をさらに含んでもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路部は、第１の端子および第２の端子を有するトンネルダイオード、ならびに該第２の端子とグラウンド基準との間に結合されている誘導性素子を含み、前記対蹠信号発生器は、該第１の端子に結合されているパルスソースと、該第２の端子に結合されている第１の入力と該デジタル信号を受信するように結合されている第２の入力とを有するミキシング部品とをさらに含み、該第１の回路部は、前記パルスに応答して該第２の端子において出力信号を生成し、該ミキシング部品は、該出力信号および該デジタル信号の関数として、前記対蹠信号を生成してもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路は、前記第２の端子と、前記ミキシング部品の前記第１の入力との間に結合されている高調波発生回路であって、前記出力信号のより高い高調波成分を生成するように構成される、高調波発生回路をさらに含んでもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記高調波発生回路は、前記出力信号のより高い高調波成分を生成するフィルタ部品を含んでもよい。

本発明によると、ＵＷＢ（超広帯域）通信システムにおける信号処理方法であって、送信用のデジタル信号を受信する工程と、該デジタル信号を表す対蹠信号を生成する工程であって、該対蹠信号は、第１の振動信号成分、および、該第１の振動成分に対して実質的に１８０°位相がずれている第２の振動信号成分を含む、工程と該対蹠信号を伝送する工程と、を含み、該対蹠信号を生成する工程は、第１の安定動作領域と境界を接する不安定動作領域および第２の安定動作領域を有する伝達関数を特徴とする回路を動作させて、振動出力信号を生成する工程であって、該第１および第２の振動信号成分は、該振動出力信号に基づく、工程を含む、信号処理方法が提供される。

本発明の１つの実施形態は、前記デジタル信号を表す駆動信号を生成する工程をさらに含み、該駆動信号は、該デジタル信号において、それぞれ、第１のロジック状態および第２のロジック状態を表す正の方向に進むパルスおよび負の方向に進むパルスを有し、前記回路を動作させる工程は、該駆動信号で該回路を駆動させる工程を含み、該回路は、該駆動信号の該正に進むパルスによって駆動される場合に第１の振動を生成するように構成され、該方法は、該駆動信号でさらなる回路を駆動する工程をさらに含み、該さらなる回路は第１の安定動作領域および第２の安定動作領域と境界を接する不安的動作領域を有する伝達関数を特徴とし、該駆動信号の該負に進むパルスによって駆動される場合に、第２の振動を生成するように構成され、該第１の振動は、該第２の振動に対して実質的に１８０°位相がずれており、該第１および第２の振動信号成分は、それぞれ、該第１および第２の振動に基づいていてもよい。

本発明の１つの実施形態は、前記回路をパルス信号で駆動して、振動の期間および沈黙期を含む出力信号を生成する工程と、該出力信号を該デジタル信号で変更させて、前記対蹠信号を生成する工程をさらに含んでもよい。

本発明の１つの実施形態は、より高い振動出力信号の高調波を生成する工程をさらに含み、前記第１および第２の振動信号成分は、より高い高調波のうちの１つに基づいてもよい。

本発明によると、ＵＷＢ（超広帯域）通信システムにおける信号処理方法であって、伝送信号を受信して、受信信号を生成する工程であって、該伝送信号はデジタル信号を表す、工程と、振動信号を提供する工程と、該受信信号を該振動信号と混合して、該デジタル信号を表す出力信号を生成する工程とを含み、該振動信号を提供する工程は、第１の回路を駆動して、該第１の回路を、第１の安定動作領域、不安定動作領域、第２の安定動作領域、該不安定動作領域、該第１の不安定動作領域において繰り返し動作させる工程を含む、信号処理方法が提供される。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路を駆動する工程は、該第１の回路の入力にパルス列を提供する工程を含んでもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路を駆動する工程は、ＤＣオフセットで該第１の回路にバイアスをかける工程を含んでもよい。

本発明の１つの実施形態は、前記受信信号の位相に対して振動信号位相の位相を変化させる工程をさらに含んでもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路は、アノード端子およびカソード端子を有するトンネルダイオード、ならびに該カソード端子と基準電位との間に結合されている誘導性素子を含み、前記第１の回路を駆動する工程は、該アノード端子にパルス列を付与する工程または該アノード端子にＤＣオフセットを付与する工程のうちの１つを含み、該振動信号は、該カソード端子における出力信号に基づいていてもよい。

本発明によると、伝送信号を検出するように構成された受信器であって、該受信器は、該検出された伝送信号を表す受信信号を生成する、受信器出力を有する受信器と、信号出力を有する信号発生器と、該受信器出力に結合されている第１の入力および該信号出力に結合されている第２の入力を有するミキサーであって、該ミキサーは該伝送信号に含まれるデータを表す信号を生成するミキサー出力を有する、ミキサーとを含むＵＷＢ（超広帯域）システムであって、該信号発生器は、第１および第２の安定動作領域と境界を接する不安定動作領域を有することを特徴とする第１の回路を含み、該信号出力は該第１の回路の出力に基づく、システムが提供される。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路は、アノード端子およびカソード端子を有するトンネルダイオード、ならびに誘導性素子を含み、該誘導性素子は、該カソード端子と基準電位との間に結合されており、該信号発生器は、該アノード端子に結合され、パルス列を第１の回路に供給するパルスソースを含んでいてもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記基準電位はグラウンド電位であってもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路は、アノード端子およびカソード端子を有するトンネルダイオード、ならびに誘導性素子を含み、該誘導性素子は、該カソード端子と基準電位との間に結合されており、該アノード端子は、ＤＣオフセットに結合されていてもよい。

本発明によると、伝送信号を受信して受信信号を生成する手段であって、該伝送信号は、デジタル信号を表す、手段と、
振動信号を生成する第１の回路手段であって、該第１の回路手段は、第１の安定動作領域および第２の安定動作領域と境界を接する不安定動作領域を有する伝達関数を特徴とする、第１の回路手段と、該第１の回路手段を駆動して、振動信号を生成するように結合されているドライブソースと、該第１の回路手段からの振動信号を受信するように結合されている第１の入力を有するミキサーであって、該受信信号を受信するように結合されている第２の入力を有し、該デジタル信号を表す出力を有するミキサーと、を含む、ＵＷＢ（超広帯域）通信システムが提供される。

本発明の１つの実施形態において、前記第１の回路手段は、前記ドライブソースと電気通信するアノード端子および前記ミキサーと電気通信するカソード端子を有するトンネルダイオードと、該カソード端子と基準電位との間に結合されている誘導性素子とを含んでもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記ドライブソースは、一列のパルスであってもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記ドライブソースは、前記受信信号の位相に基づいて、該一列のパルスを遅らせるか、または進める手段をさらに含んでもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記ドライブソースは、ＤＣオフセットであってもよい。

本発明の１つの実施形態において、前記受信信号は、対蹠信号であってもよい。

以下に、ＦＣＣマスク要件および最適な相関の検出の両方を満足するＵＷＢ通信システムのための非常に簡単でエレガントな解法を記載する。

図１は、本発明の例示的な実施形態の回路実施例を示す。この回路は、本発明のＵＷＢ送信に適切な対蹠（ａｎｔｉｐｏｄａｌ）信号を生成するためのものである。米国特許第６，２５９，３９０号は、本発明の回路に適用可能な回路および回路ダイナミックスを開示する。この文献はあらゆる目的のために本明細書中において参考として援用される。しかし、本発明の回路は、米国特許第６，２５９，３９０号にあるような離散パルスである発振信号とは異なり、連続（非離散）的な発振（正弦など）信号を生成するという予想外の挙動を有する。以下に明らかなように、本発明の回路の出力信号はＵＷＢシステムに十分に適合される。

一般に、上記回路は、交互する安定および不安定な動作領域を有する伝達関数（Ｉ−Ｖ特性曲線）によって特徴付けられる。したがって、上記回路の動作点が不安定な動作領域にある場合は、回路は発振出力信号を生成する。逆に、回路の動作点が安定な動作領域にある場合は、回路出力は一般に非発振信号である。

本発明の特定の実施形態において、図１は、その伝達関数がＮ形状曲線を有するＮ型回路１００を示す。回路は、アノード端子１０２ａおよびカソード端子１０２ｂを有するトンネルダイオード構成要素１０２を含む。誘導要素１０４は、カソード端子と共通基準１０８との間に接続される。誘導要素は従来の離散構成要素であり得る。あるいは、この構成要素をＩＣ（集積回路）チップ上に提供することが望ましくあり得る。トンネルダイオードを一体化することは、製造技術の進展により商業的に実施可能になりつつある。共通基準は、特定の実施において便利であるならば、接地基準であり得る。アノード端子は、入力信号Ｖ_ｉｎによって駆動される。カソード端子は出力として機能し、出力信号Ｖ_ｏｕｔを提供する。容量要素１０６または他の適切なフィルタ構成要素は、カソード端子と共通基準との間に結合され、出力信号の平滑化効果を得る。別の回路構成がＳｃｈｎｉｔｚｌｅｒに与えられた米国特許第３，２０９，２８２号において示される。この文献はその全体が本明細書中において参考として援用される。

図２は、図１に示す回路１００の入力信号Ｖ_ｉｎおよび出力信号Ｖ_ｏｕｔの信号パターンを表す。入力信号は、ある振幅Ａを有する方形波信号である。パターンが示すように、入力信号の非ゼロ部分（スイッチオン）において、回路は発振出力信号を生成することによって実質的に瞬時に応答する。ここで、正弦波が生成される。発振は、方形波入力信号がゼロになる（スイッチオフ）と実質的に瞬時に停止する。

図３は、方形波入力信号Ｖ_ｉｎがスイッチオンおよびオフされた場合の回路１００のダイナミックス示す。回路は、図示されるＩ−Ｖ伝達関数３０２によって特徴付けられる。伝達関数の正の傾きを有する部分は領域３０１および３０３内にあり、ここで出力信号Ｖ_ｏｕｔは実質的に発振しない。伝達関数の負の傾きを有する部分は、領域３０５内にあり、ここで出力信号は発振する。回路の動作点３２２は、回路の入力に印加される電圧および電流によって決定される。図から明らかなように、動作点の位置は、伝達関数上のその位置が不安定領域または安定領域に存在できるように調節され得、これにより発振または非発振出力を生成する。言い換えると、回路は適切な電圧および電流によって駆動されて発振または非発振出力を生成し得る。

図３から明らかなように、方形波入力信号が示される。動作点は、方形波がオフの場合、安定領域３０１内にある。方形波が印加されると、動作点は不安定領域３０５に移動する。この間、回路は発振している（すなわち、発振出力を生成する）。発振経路ＡＢＣＤは、回路Ｖ_ｏｕｔで生成される正弦波形の１サイクルに対応する。図３の経路ＡＢは、図２に示すＶ_ｏｕｔでの上位半サイクルの正弦波に対応する。これに平行して、経路ＣＤは図２に示すＶ_ｏｕｔでの下位半サイクルの正弦波に対応する。

この知識を使用して、以下、対蹠正弦波形を生成する。発振がＡから開始するようにして動作点が安定領域から不安定領域に移動するように制御することによって、位相偏移のない正弦波を生成する。これは、最初に動作点を安定領域１（正確にはＡ点）に配置することによって達成され得る。しかし、発振がＣから開始するようにして動作点が安定領域から不安定領域に移動すると、１８０°の位相偏移を有する正弦波が生成される。これは、開始において（正確にはＣ点において）動作点を安定領域２内に配置することによって達成される。したがって、動作点の移動を操作することによって、一対の対蹠信号を得ることが出来る。

図２は、図１の回路の動作点が不安定領域３０５中へ移動する前に安定領域３０１内に配置され、したがってその結果、出力信号Ｖ_ｏｕｔが生成される実施例を示す。純粋に従来の事項として、この信号はゼロ位相偏移を有すると称される。図４は、ＤＣオフセットＶ_{ｏｆｆｓｅｔ}を有する入力信号Ｖ’_ｉｎを示す。図４に示す入力信号は、負に向かうパルスである。ＤＣオフセットは、Ｃにおける回路の動作点を安定領域３０３に配置する。負に向かうパルスは回路の動作点を不安定領域３０５中へ移動させる。動作点がＣからＤへ移動するように回路を動作させることによって、出力信号Ｖ’_ｏｕｔを生成する。図から明らかなように、発振信号は図２に示すゼロ位相偏移信号に対して１８０°位相がずれる。したがって、信号Ｖ_ｏｕｔおよびＶ’_ｏｕｔは一対の対蹠信号を表す。

図５は、本発明の実施形態による対蹠信号生成器５００の実施例を例示する。この生成器５００は、ＵＷＢトランスミッタ回路５００における使用に適切である。生成器回路は、上記のように動作する２つの回路構成要素５０２および５０４を含む。回路構成要素５０２は、インダクタＬ１と直列に結合されたトンネルダイオードＴ１を含む。トンネルダイオードのアノード端子は信号５２２’と電気的に連絡する。インダクタはトンネルダイオードのカソード端子と基準電位（接地され得る）との間に結合される。キャパシタＣ１は、カソード端子と基準電位との間に提供され、カソードで出力信号の曲線形成を行う。

ＤＣオフセットに一端で結合されるプルアップデバイス５１２（プルアップレジスタなど）は、他端で回路構成要素５０２の入力に結合される。プルアップデバイスは、入力信号がない状態で動作点がＣに位置するように回路構成要素をバイアスする（図３参照）。

同様に、回路構成要素５０４は、トンネルダイオードＴ２、インダクタＬ２、およびキャパシタＣ２に結合される。回路構成要素５０４に対するプルアップデバイスはない。その結果、入力信号がない状態で動作点はＡに位置する（図３参照）。

バッファＢ１〜Ｂ４は、トンネルダイオード−インダクタ回路への負荷を最小限にするために提供される。回路構成５０２および５０４の出力は、それぞれＢ２およびＢ４を介して加算回路５１４に結合される。加算回路の出力５０８は、送信されるべき入力信号５２２を表す信号５２４である。

入力信号５２２は、適切な論理回路５１０の入力５０６に与えられ、そのバイナリディジットを、入力信号５２２を表す正および負に向かうパルス５２２’を生成する。図示の実施例において、従来のように正のパルスは「１」を表し、負のパルスは「０」を表す。スプリッタ５１６は、論理回路５１０の出力５０７に結合され、正／負パルス信号５２２’を受信する。信号は等分され、バッファＢ１およびＢ３を介してそれぞれ回路構成要素５０２および５０４に与えられる。

回路構成要素５０４は、入力信号５２２’の正振幅パルス部分に応答し、図２に示すようなものなどの「ゼロ」位相発振５２０ｂを生成する。しかし、回路構成要素５０４の出力は、入力信号の負振幅パルス部分によって駆動される場合には本質的に非発振である。逆に、回路構成要素５０２の出力は、入力信号の正振幅パルス部分によって駆動される場合には本質的に非発振である。しかし、回路構成要素５０２は、負振幅パルスに応答し、発振して図４に示すようなものなどの位相ずれ正弦波形５２０ａを生成する。加算回路５１４の出力は、２つの回路構成要素の出力を組み合わせて対蹠出力信号を生成する。この対蹠信号は、ディジタルビット「１」および「０」にそれぞれ対応する同位相および位相ずれ正弦波形のバースト５２４ａおよび５２４ｂを構成する。回路構成要素５０２および５０４を適切に調整することによって、これらのバーストはＵＷＢトランスミッタに適切な周波数を有し得る。

図６は、ＵＷＢトランスミッタにおける使用に適切な本発明の別の実施形態による対蹠信号生成器６００の別の実施例を示す。生成器回路は、図１に示す回路と同様の回路構成要素６０２を含む。トンネルダイオードＴ１はインダクタＬ１に結合される。ここで、オプションの容量要素（図１に示す）は生成されない。バッファが回路構成要素の入力および出力に提供される。パルス列６１４がバッファ入力６０６に提供される。バッファ化出力６０８’は、ミキサ構成要素６１２に与えられ、入力信号と混合されて、出力６０８において出力信号６２４を生成する。ミキサは従来のＲＦミキサ回路であり得る。

図６に示す回路は、例えば、５ＧＨｚで動作するように調整され得る。送信ビットレートＴに等しいレートで繰り返す狭いパルス６１４（例えば、１ナノ秒パルス）の供給源は、バッファ化入力６０８に提供および印加された。応答として、サイレンス時間によって分離される同位相正弦波形のバーストは、出力６０８’において生成された。これらの正弦波形バーストは、ミキサ構成要素６１２を介して、送信されるべきディジタル情報を表すＮＲＺ信号を用いて変調され得る。その結果得られた出力信号６２４は、サイレンス６２４ｃの期間によって分離されるディジタルビット「１」および「０」に対応する同位相６２４ａおよび位相ずれ６２４ｂ正弦波波形のバーストを含む。

上記回路は、ＵＷＢトランスミッタにおいて使用される高周波対蹠信号を生成するために適切に構成され得ることが理解され得る。高調波周波数生成の十分に理解された原理を使用して、ＵＷＢ信号のために使用するさらに高い周波数成分を生成し得る。一般に、信号５２４および６２４のスペクトルを見ると、信号は単一のトーンのみからなるのではなく、むしろより高次の高調波を含むことが分かり得る。例えば、５ＧＨｚ正弦波を基本波として生成する回路を用いると、正弦波が１０ＧＨｚ、１５ＧＨｚなどで生成されることが分かり得る。これは、例えば図６Ａに例示される。

したがって、ＵＷＢを１０ＧＨｚで生成する必要がある場合、同じ５ＧＨｚ回路を使用し、第２高調波のみを増幅し、適切なフィルタおよび増幅器を使用して１０ＧＨｚＵＷＢ信号を得ることが出来ることが理解され得る。例えば、図５に示すバッファ要素Ｂ２およびＢ５ならびに図６に示すバッファ要素６１０は、適切なフィルタ構成要素を含み、所望のより高次の高調波を抽出し得ることが理解され得る。

ここで図７を参照する。本発明の実施形態による相関器回路７００の実施例が示される。相関器回路は、本発明に従って生成され、送信されたＵＷＢ信号の複製を抽出するために適切である。図１に示す回路に同様の回路構成要素７０２は、トンネルダイオードＴ１および誘導要素Ｌ１を含む。トンネルダイオードのアノード端子は、パルス供給源７１４から信号を受信するように結合される。誘導要素は、トンネルダイオードのカソードと基準電位（接地電位であり得る）との間に結合され得る。入力および出力バッファが提供され得る。出力バッファ７１０の構成は、フィルタ構成要素を含み、上記のようにより高次の高調波を生成し得る。

アンテナ７１８は、送信されたＵＷＢ信号７２２を受信し、その信号を増幅器７１８’に与えて、受信された信号を増幅する。受信された信号は、ミキシング構成要素７１２の入力に与えられる。ミキシング構成要素の出力は、低域通過フィルタ構成要素７１６に与えられる。

パルス供給源７１４は、パルス列（一続きのパルス）を回路７０２に与える。パルス列は回路７０２を、サイレンス期間７１４ｂ’によって分離される一続きの同位相発振（ゼロ度位相偏移を有する正弦波）７１４ａ’を生成するように動作させる。回路７０２が、入力でパルスに応答して出力に位相ずれ発振（１８０度位相偏移を有する正弦波）を生成するように設計し得ることが理解され得る。このため、回路７０２は、入力パルス７１４がゲート機能を提供するゲート型発振器と見なされ得る。しかし、回路７０２は、パルス７１４の立ち上がり端で生成される正弦波が任意の位相であり得るという点で従来のゲート型発振器と異なる。回路７０２は常に、パルス７１４の立ち上がり端でゼロ度位相偏移を有する正弦波を生成する。この性質は、入力パルスとの同期を容易にするために非常に有用であり得ることが説明される。

続けて、信号７１４’は、ミキシング部品７１２の他の入力に供給される。信号７１４’は、伝送側で用いられる信号と周波数および形が一致する。最適な検出のため、信号７１４’の位相は、アンプ７１８’の出力において、同相または違相の正弦波のいずれかと同期する。信号７１４’がアンプ７１８’の出力において受信した信号と混合される場合、回路部品７０２の回路パラメータが送信側の回路部品（単数または複数）の回路パラメータと実質的に同じであるなら、伝送信号の複製が受信器側で生成され得る（図５および６参照）。ミキサーの出力は、ローパスフィルタ７１６を通過する。出力信号７２４は、期間Ｔによって隔てられている一列の正および負の振幅パルスである。正および負の振幅パルスは、デジタルビット「１」および「０」に対応し、容易に利用可能な方法によって、従来のバイナリ信号に変換され得る。従って、ローパスフィルタからの出力信号７２４は、伝送デジタル信号を表す。

信号７１４’とアンプ７１８’の出力との間の同期の達成を容易にするため、パルス７１４の立ち上がりエッジは、信号７１４’とアンプ７１８’の出力との間で最大の相関を達成するため、動的に遅らせられるか、または、進められ得る。本発明のこの局面は、スライディング（ｓｌｉｄｉｎｇ）相関と呼ばれる一般的に公知な技術の非常に単純なインプリメンテーションを提供する。この技術は、パルス７１４の立ち上がりエッジを、図７に示す＋または−Δｔ分だけ、単純に遅らせる（または、進める）ことによって、容易に達成され得る。

図７から分かるように、入来する伝送ＵＷＢ信号７２２は、期間Ｔを有する。この信号は、アンプ７１８’によって増幅され、内部生成された正弦波７１４’と相関する。初期的には、受信器が、信号７２２の位相を知らないので、信号７１４’は最適に相関されない。しかし、信号７２２に対して従来のベースバンド処理を用いることによって、僅かに遅らせられた、または進められたパルス７１４が生成されて、回路７０２を、信号７１４’が受信した信号７２２とより良好に相関するような様態で励起し得る。このパルス７１４を僅かに遅らせるか、または進めるプロセスは、最大の相関が達成されるまで繰り返される。従来、これは、例えば、アナログ遅延ラインなどの各種の技術を用いて達成されていたが、これらの方法は、ＡＳＩＣソリューションにおいては実際的でない可能性がある。

図７Ａに、パルスソース７１４の代わりにＤＣオフセット７３４が用いられ得る、別の実施形態を示す。ＤＣオフセットは、回路７０２を動作させて、沈黙期がない連続的な振動信号７３４’を生成する。信号７３４’は、伝送側において用いられる信号と周波数が一致する。最適な検出性能のためには、信号７３４’の位相が、送信器で生成される同相または違相の正弦波と同期することを確実にすることが所望され得る。

相関器回路において、検出を最適にするためには、伝送ＵＷＢ信号の正確な複製を有することが重要である。従来は、ＦＣＣ規制を順守するため、送信器において、非常に狭いパルス（典型的には、１ナノセカンド以下のオーダーの幅）の高域フィルタを行っていた。この信号に一致するため、受信器で同じ動作が行われる必要があった。しかし、一致した信号が、送信器において送信されたものと同一であるか否かは疑わしい。他の技術として、アップコンバージョンがある。しかし、この方法は、送信局および受信局の両方において、発振器を必要とする。従来の発振器は、電力消費が大きいことが公知である。

図７に示す回路は、上述の問題のうちの多くを解決する。まず、回路７０２は、非常に単純である（必要な部品は２つだけである）。第２に、回路７０２は、パルス７１４によってイネーブルされる場合、パルス７１４の立ち上がり端において、ゼロ度の位相偏移（または、１８０度の位相偏移）を有する正弦波を常に生成する。この性質は、同期化において非常に有用であり、パルス７１４を遅らせることによって、スライディング相関器の手法を適用することを可能にする。第３に、発振器が必要とされないので、電力消費が大きくない。第４に、発生される波形が容易に繰り返される。送信器において伝送信号の発生に用いられる回路と同じ回路が用いられて、受信器において、一致する信号が発生され得る。また、相関器回路は、ＰＳＫ ＵＷＢに非常に適しており、ＯＯＫ、ＰＰＭ、およびＦＳＫなどの他のＵＷＢ変調方式に容易に適用され得る。

本発明にしたがって使用される回路の模式図である。 図１に示す回路の回路挙動を例示する図である。 図１に示す伝達関数を示す図である。 図１に示す回路のさらなる回路挙動を例示する図である。 本発明の実施形態による送信回路の模式図である。 本発明の別の実施形態による送信回路の模式図である。 本発明によって生成される信号の高次高調波の概念図である。 本発明の実施形態による受信器回路の模式図である。 図７の別の実施形態を示す図である。

Claims (26)

1. 超広帯域（ＵＷＢ）信号として送信されるデジタル信号を受信する入力端子と、
   ２つの安定動作領域と境界を接している不安定動作領域を有することを特徴とする伝達関数を有する第１の回路部であって、該回路部は、該不安定領域において動作する場合には第１の振動信号を生成し、該安定領域において動作する場合には非振動信号を生成する第１の回路部を含み、さらに、該第１の振動信号に対して、実質的に１８０°位相がずれている第２の振動信号の生成を行う第２の回路部を含む、対蹠信号発生器と、
   沈黙期によって分離されている第１および第２の振動信号を含む対蹠信号を生成する出力端子であって、該対蹠信号がＵＷＢ伝送に適する、出力端子と、
   を含む、超広帯域（ＵＷＢ）通信システム。
2. 前記第１の回路部は、第１の端子および第２の端子を有する第１のトンネルダイオード、該第２の端子とグラウンド基準との間に結合されている第１の誘導性素子、ならびに該第１の端子とバイアス電位との間に結合されているバイアス素子を含み、該第１の端子は、前記デジタル信号を受信するように結合され、前記第１の振動信号が該第２の端子において生成され、
   前記第２の回路部は、第３の端子および第４の端子を有する第２のトンネルダイオード、該第４の端子と該グラウンド基準との間に結合されている第２の誘導性素子を含み、該第３の端子は該入力信号を受信するように結合され、前記第２の振動信号が該第４の端子において生成され、
   前記対蹠信号発生器は、該第１および第２の振動信号を受信して、該対蹠信号を生成するように結合されている結合回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記対蹠信号発生器は、デジタル信号を受信し、正の方向に進むパルスおよび負の方向に進むパルスを含む中間信号の生成を実行するように結合されている反転ロジックをさらに含み、該正の方向に進むパルスは、該デジタル信号における第１のロジックレベルを表し、該負の方向に進むパルスは、該デジタル信号における第２のロジックレベルを表す、請求項２に記載のシステム。
4. 前記第１の回路部は、前記第２の端子と前記グラウンド基準との間に結合されている第１の容量性素子をさらに含み、前記第２の回路部は、前記第４の端子と該グラウンド基準との間に結合されている第２の容量性素子をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
5. 前記第１の回路部は、第１の端子および第２の端子を有するトンネルダイオード、ならびに該第２の端子とグラウンド基準との間に結合されている誘導性素子を含み、前記対蹠信号発生器は、該第１の端子に結合されているパルスソースと、該第２の端子に結合されている第１の入力と該デジタル信号を受信するように結合されている第２の入力とを有するミキシング部品とをさらに含み、該第１の回路部は、前記パルスに応答して該第２の端子において出力信号を生成し、該ミキシング部品は、該出力信号および該デジタル信号の関数として、前記対蹠信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１の回路は、前記第２の端子と、前記ミキシング部品の前記第１の入力との間に結合されている高調波発生回路であって、前記出力信号のより高い高調波成分を生成するように構成される、高調波発生回路をさらに含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記高調波発生回路は、前記出力信号のより高い高調波成分を生成するフィルタ部品を含む、請求項６に記載のシステム。
8. ＵＷＢ（超広帯域）通信システムにおける信号処理方法であって、
   送信用のデジタル信号を受信する工程と、
   該デジタル信号を表す対蹠信号を生成する工程であって、該対蹠信号は、第１の振動信号成分、および、該第１の振動成分に対して実質的に１８０°位相がずれている第２の振動信号成分を含む、工程と
   該対蹠信号を伝送する工程と、
   を含み、該対蹠信号を生成する工程は、第１の安定動作領域と境界を接する不安定動作領域および第２の安定動作領域を有する伝達関数を特徴とする回路を動作させて、振動出力信号を生成する工程であって、該第１および第２の振動信号成分は、該振動出力信号に基づく、工程を含む、信号処理方法。
9. 前記デジタル信号を表す駆動信号を生成する工程をさらに含み、該駆動信号は、該デジタル信号において、それぞれ、第１のロジック状態および第２のロジック状態を表す正の方向に進むパルスおよび負の方向に進むパルスを有し、前記回路を動作させる工程は、該駆動信号で該回路を駆動させる工程を含み、該回路は、該駆動信号の該正に進むパルスによって駆動される場合に第１の振動を生成するように構成され、該方法は、該駆動信号でさらなる回路を駆動する工程をさらに含み、該さらなる回路は第１の安定動作領域および第２の安定動作領域と境界を接する不安的動作領域を有する伝達関数を特徴とし、該駆動信号の該負に進むパルスによって駆動される場合に、第２の振動を生成するように構成され、該第１の振動は、該第２の振動に対して実質的に１８０°位相がずれており、該第１および第２の振動信号成分は、それぞれ、該第１および第２の振動に基づく、請求項８に記載の方法。
10. 前記回路をパルス信号で駆動して、振動の期間および沈黙期を含む出力信号を生成する工程と、該出力信号を該デジタル信号で変更させて、前記対蹠信号を生成する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. より高い振動出力信号の高調波を生成する工程をさらに含み、前記第１および第２の振動信号成分は、より高い高調波のうちの１つに基づく、請求項８に記載の方法。
12. ＵＷＢ（超広帯域）通信システムにおける信号処理方法であって、
    伝送信号を受信して、受信信号を生成する工程であって、該伝送信号はデジタル信号を表す、工程と、
    振動信号を提供する工程と、
    該受信信号を該振動信号と混合して、該デジタル信号を表す出力信号を生成する工程とを含み、
    該振動信号を提供する工程は、第１の回路を駆動して、該第１の回路を、第１の安定動作領域、不安定動作領域、第２の安定動作領域、該不安定動作領域、該第１の不安定動作領域において繰り返し動作させる工程を含む、信号処理方法。
13. 前記第１の回路を駆動する工程は、該第１の回路の入力にパルス列を提供する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１の回路を駆動する工程は、ＤＣオフセットで該第１の回路にバイアスをかける工程を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記受信信号の位相に対して振動信号位相の位相を変化させる工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記第１の回路は、アノード端子およびカソード端子を有するトンネルダイオード、ならびに該カソード端子と基準電位との間に結合されている誘導性素子を含み、前記第１の回路を駆動する工程は、該アノード端子にパルス列を付与する工程または該アノード端子にＤＣオフセットを付与する工程のうちの１つを含み、該振動信号は、該カソード端子における出力信号に基づく、請求項１２に記載の方法。
17. 伝送信号を検出するように構成された受信器であって、該受信器は、該検出された伝送信号を表す受信信号を生成する、受信器出力を有する受信器と、
    信号出力を有する信号発生器と、
    該受信器出力に結合されている第１の入力および該信号出力に結合されている第２の入力を有するミキサーであって、該ミキサーは該伝送信号に含まれるデータを表す信号を生成するミキサー出力を有する、ミキサーとを含むＵＷＢ（超広帯域）システムであって、
    該信号発生器は、第１および第２の安定動作領域と境界を接する不安定動作領域を有することを特徴とする第１の回路を含み、該信号出力は該第１の回路の出力に基づく、システム。
18. 前記第１の回路は、アノード端子およびカソード端子を有するトンネルダイオード、ならびに誘導性素子を含み、該誘導性素子は、該カソード端子と基準電位との間に結合されており、該信号発生器は、該アノード端子に結合され、パルス列を第１の回路に供給するパルスソースを含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記基準電位はグラウンド電位である、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記第１の回路は、アノード端子およびカソード端子を有するトンネルダイオード、ならびに誘導性素子を含み、該誘導性素子は、該カソード端子と基準電位との間に結合されており、該アノード端子は、ＤＣオフセットに結合されている、請求項１７に記載のシステム。
21. 伝送信号を受信して受信信号を生成する手段であって、該伝送信号は、デジタル信号を表す、手段と、
    振動信号を生成する第１の回路手段であって、該第１の回路手段は、第１の安定動作領域および第２の安定動作領域と境界を接する不安定動作領域を有する伝達関数を特徴とする、第１の回路手段と、
    該第１の回路手段を駆動して、振動信号を生成するように結合されているドライブソースと、
    該第１の回路手段からの振動信号を受信するように結合されている第１の入力を有するミキサーであって、該受信信号を受信するように結合されている第２の入力を有し、該デジタル信号を表す出力を有するミキサーと、
    を含む、ＵＷＢ（超広帯域）通信システム。
22. 前記第１の回路手段は、前記ドライブソースと電気通信するアノード端子および前記ミキサーと電気通信するカソード端子を有するトンネルダイオードと、該カソード端子と基準電位との間に結合されている誘導性素子とを含む、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記ドライブソースは、一列のパルスである、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記ドライブソースは、前記受信信号の位相に基づいて、該一列のパルスを遅らせるか、または進める手段をさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記ドライブソースは、ＤＣオフセットである、請求項２２に記載のシステム。
26. 前記受信信号は、対蹠信号である、請求項２１に記載のシステム。

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