JP2006520578A

JP2006520578A - 広帯域通信システムにおいて伝送される信号の離散電力スペクトル密度成分を低減する方法および装置

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Publication number: JP2006520578A
Application number: JP2006509011A
Authority: JP
Inventors: サミュエルモーシャオミン; ジーゲルマンアレクサンダー
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2006-09-07
Also published as: EP1599981A2; EP1599981B1; US7720187B2; WO2004080020A2; US20060188001A1; DE602004014109D1; WO2004080020A3

Abstract

広帯域信号送信データブロックの離散電力スペクトル密度（PSD）成分を低減する方法および装置を提供する。離散成分は、擬似ランダム・データのＮ個の記号（各記号は、Ｋビットを有する）を獲得し、獲得された記号の各々から１ビットを選択して、Ｎ個の選択されたビットを生成し、選択されたビットに応じて、データブロックのうちの１つ内の各エレメントを選択的に反転し、擬似ランダム・データの１個以上のビットを獲得して、獲得された擬似ランダム・データのＮ個の記号の対応する１個以上の各ビットを置き換え、連続するデータブロックに対して繰返すことによって、低減できる。

Description

本発明は、広帯域通信システム、特に、超広帯域（UWB）通信システムのような広帯域通信システムにおいて伝送される信号の離散電力スペクトル密度成分を低減する方法および装置に関する。

超広帯域（UWB）技術は、非常に短い期間のベースバンド・パルスを用いて、伝送された信号のエネルギーを、零GHz近くから数GHzへときわめて広い帯域に拡散している。UWB技術は、現在、軍事的な応用に用いられており、UWB信号を生成する技術は周知である。商業的応用は、UWB技術を取り入れている消費者製品のマーケティングおよび戦略を許可する連邦通信委員会（FCC）によって報告された最近の決定によって、まもなく可能になるであろう。

商業的応用を許可するFCCの決定についての重要なモチベーションは、UWB伝送には新しい通信スペクトルを必要としないことである。というのは商業的応用が適切に設計されると、UWB信号は、無視できる相互干渉を有して、同一のスペクトルで他の応用信号と共存できるからである。FCCは、UWB応用に対する電波放射制限を特定して、他の通信システムとの干渉を阻止している。

UWB信号の電波放射プロファイルは、その電力スペクトル密度（PSD）を調べることによって、決定することができる。確率的手法を用いるランダム・タイミング・ジッタの存在下での“時間ホッピング拡散スペクトル”シグナリング方式のPSDの特徴は、文献“On the Power Spectral Density of Digital Pulse Streams Generated by M-ary Cyclostationary Sequences in the Presence of Stationary Timing Jitter.”Moe著に開示されている。IEEE Tran. on Comm., Vol.46, no.9, pp.1135-1145, Sept. 1998を参照されたい。この文献によれば、UWB信号の電力スペクトルは、連続的成分および離散的成分よりなる。離散的成分は、PSDにピークを形成する。このピークは、連続成分がFCC電波放射制限より十分に低いときでも、FCC電波放射制限を超える。

通信システムの通信距離を増大させるという要求が存在している。通信距離を増大させる１つの方法は、伝送に用いられる電力を増大させることである。UWB信号に対するFCC電波放射制限に従いながら、伝送電力を増大させるためには、離散成分を低減して、FCC電波放射制限に従いながら全伝送電力を増大できることが望ましい。従来の通信システムでは、スクランブラを通常用いて、離散成分を低減している（すなわち、データ・ホワイトニング）。しかし、これらのスクランブラは、UWB通信システムにおいて、離散PSD成分を低減するには不十分である。これは、例えば、それらの高パルス繰返し周波数（PRF）、すなわち約100Mbps〜500Mbps、およびそれらの時分割多元接続（TDMA）フレーム構造による。したがって、UWB信号の離散的PSD成分を低減させる改善された方法および装置が必要とされる。本発明は、特に、この必要性を満たすものである。

本発明は、広帯域信号送信データブロックの離散電力スペクトル密度（PSD）成分を低減する方法および装置において実施される。離散成分は、擬似ランダム・データのＮ個の記号（各記号は、Ｋビットを有する）を獲得し、獲得された記号の各々から１ビットを選択して、Ｎ個の選択されたビットを生成し、選択されたビットに応じて、データブロックのうちの１つ内の各エレメントを選択的に反転し、擬似ランダム・データの１個以上のビットを獲得して、獲得された擬似ランダム・データのＮ個の記号の対応する１個以上の各ビットを置き換え、連続するデータブロックに対して繰返すことによって、低減できる。

さらに本発明は、これらの反転された広帯域信号を受信する方法および装置、並びに擬似乱数発生器において実施される。

図１は、本発明による広帯域通信システム100の例示的な概念図である。図示された通信システム100内の１つ以上のブロックの機能は、ハードウェアの同一部品またはソフトウェアの同一モジュールによって実行できる。本発明の実施例は、ハードウェア，ソフトウェア，またはそれらの組合せで実行できることを理解すべきである。このような実施例では、以下に述べる種々の要素およびステップは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実施できる。

概略的には、ソース・データを送信する送信装置１０２は、送信の前にソース・データを反転しおよび任意的にスクランブルして、送信されるソース・データの離散電力スペクトル密度（PSD）成分を低減する。送信装置102は、比較的短い擬似ランダム・シーケンスを用いて、ソース・データの改善されたランダム化を提供する改善された反転技術を採用して、これにより離散PSD成分を低減し、および同期化を容易にしている。受信装置104は、送信されたソース・データを受信して、反転および任意的スクランブリングをリバースして、元のソース・データを再生する。ソース・データは、エレメントで構成されたデータのブロックを含んでいる。ここでは、エレメントという用語は、ブロック内のデータのフレーム、フレーム内のデータ記号、および／またはデータ記号内のビットを表すために用いる。各データ記号は、１個以上のビットを含むことができる。

送信装置102および受信装置104の要素について詳細に説明する。実施例では、ソース・データが、ソース・データをスクランブルするように構成された、任意のスクランブラ106に供給される。スクランブラ106は、所定のスクランブリング機能に従って、ソース・データのブロック内のエレメントをスクランブルする。スクランブラ106は、すべてのソース・データをスクランブルすることができ、あるいは繰返しデータを含むソース・データ内のフレームのようなソース・データの一部、例えば同期化ワードをスクランブルすることができる。他の実施例では、ソース・データはスクランブルせず、任意のスクランブラ106を省くこともできる。

実施例では、スクランブラ106は、スクランブリング・ワードを用いて、ソース・データの少なくとも一部をスクランブルする。８個のスクランブリング・ワード（番号０〜７が付される）を、表１に示す。

例示的なスクランブリング・ワードは、たとえばXOR論理回路（図示せず）を用いて、ソース・データの部分と論理的に組合せて、ソース・データをスクランブルすることができる。これについては、以下にさらに詳細に説明する。

他の実施例においては、the Institute of Electrical and Electronic Engineer's (IEEE) standard IEEE 802.15.3aに提案されているスクランブラのようなスクランブラが、ソース・データをスクランブルするために用いられる。提案されているスクランブラは、15ビット・リニアフィードバック・シフトレジスタ（LFSR）を用いて、スクランブラのために擬似ランダム２進シーケンス（PRBS）を生成している。各フレームの初めに、LFSRには、予め定められた値（シード）が負荷される。これは、ここでは初期設定と呼ばれる。２ビット識別子（b₁、b₀）でインデックスされた４つのシードは、初期設定としての選択に対して定められている。これを、表２に示す。

スクランブリングに用いられるシード値は、２ビット識別子を用いて、シード・セットから選ぶことができる。選ばれたシードは、例えばXOR回路（図示せず）を用いて、ソース・データと論理的に組合せて、ソース・データをスクランブルする。２ビット識別子は、受信装置104においてデスクランブラ132を初期化するために、ソース・データと共に、パケットで送信できる。

表２に示したように、これらシード値は、高度に相関しており（すなわち、各シード値の最初の２ビットのみが、固有である）、したがって生成された擬似ランダム・シーケンスは高度に相関しており、適切なランダムネスの欠如の故に、線スペクトルを発生する。発明者らは、相関しないシードを用いることによって、離散PSD成分の抑制において優れた結果が得られることを認識した。表３は、スクランブラ106で用いられる例示的なシード・セットを示す。

表３には、４つのシード値が示されており、各シード値は28ビットを含む。これらシード値は、実質的に相関しておらず、したがってこれらシード値を用いて生成された擬似ランダム・シーケンスは、実質的に相関しない。表３に示すシード・セットは、単に説明のためのものであり、種々のシード値，多くのまたは少ないシード，１シードあたり多くのまたは少ないビットを用いることができる。当業者は、シード・セットに用いられる、適切な相関のないシード値を、いかに生成するかを、以下の説明から理解するであろう。

インバータ108は、所定の反転機能に従って、ソース・データのブロック内のエレメントを反転する。実施例では、インバータ108は、擬似乱数発生器110に接続される。この発生器は、均一に分布した２進数を有するＮ個の記号を発生する。均一に分布した２進数は、例えばソース・データの各フレームの前に、周期的に更新される。インバータ108は、マルチプレクサ（図示せず）とすることができる。マルチプレクサは、例えばインバータ回路（図示せず）によって反転されるように、選択ビットに応じてエレメント・ベースで、ソース・データまたはソース・データの反転をエレメントに渡す。以下に詳細に説明するように、インバータ108は、擬似乱数発生器110の各記号から１ビットを受け取って、選択ビットを生成し、選択ビットに応じてソース・データのブロック内のエレメントを反転するように構成される。

図２は、例示的な擬似乱数発生器200を示す。擬似乱数発生器200は、シフトレジスタ202およびフィードバック・ループ203を含むリニアフィードバック・シフトレジスタ（LFSR）である。フィードバック・ループ203は、論理回路204を含んでいる。この論理回路は、シフトレジスタ202内の中間ビットレジスタ（例えば、ビットレジスタ25，28）を選択するために接続された入力ポートと、シフトレジスタ202内の第１ビットレジスタに接続された出力ポートを有する。論理回路204は、選択中間ビットレジスタ内の値を組合せて、新しい値を形成する。この新しい値は、シフトレジスタ202にフィードバックされて、擬似乱数発生器を更新する。図示のビットレジスタの列は、28個のビットレジスタ（セル）１，２，３，４・・・25，26，27，28を有している。図示の論理回路204は、排他的ORゲート（XOR）である。このゲートは、２個の個々のビットレジスタ（セル25および28のような）のビット値を組合せて、結果の値をシフトレジスタ202にフィードバックする。他の実施例では、論理回路204は、排他的否定ORゲート（NXOR）のような他のタイプの論理回路とすることもできる。

一実施例では、シフトレジスタ202内の各レジスタは、各シフト後に調べられる。シフトレジスタ202内のすべてのビットが“０”の値を有する状態は、XORゲートがフィードバック・ループ203内にあるときには、不適切である。というのは、擬似乱数発生器200は、この状態を抜け出ることができないからである。同様に、すべてのビットが“１”の値を有する状態は、NXORゲートがフィードバック・ループ203内にあるときには、不適切である。不適切な状態が発生すると、シフトレジスタ202内の少なくとも1ビットが反転する。

図示のシフトレジスタ202は、予め定めた数（Ｎ個）の指定された記号エリアに分割することができる。例えば、記号が４ビットとして定められると、シフトレジスタ202は、７個の指定された記号エリア、すなわちレジスタ1-4, 5-8, 9-12, 13-16, 17-20, 21-24, 25-28.に有効に分割される。各指定された記号エリアからの１ビットは、ソース・データの反転エレメントにおいて用いられるように、例えば他のシフトレジスタ（図示せず）を経てインバータに供給される。例えば、インバータは、擬似乱数発生器によって発生されたＮ個の記号から各選択ビット（図９参照、ビットから延びる上方向矢印によって示される選択ビット）についてのソース・データのビット、または各選択ビットについての記号内の各ビット（図10参照）、または各選択ビットについてのフレーム内の各ビットを、反転することができる。選択ビットは、図９および図10に示されるように各記号内で同じ相対位置にあり、または、図11に示されるように異なる（ランダム）位置にあるようにすることができる。指定された記号エリアは、各々、同じ数のビットレジスタまたは異なる数のビットレジスタを含むことができる。種々の他の実施例は、当業者には明らかであろう。

擬似乱数を発生する前に、LFSR内のシフトレジスタ202は、ビット値（例えば、均一に分布した“１”または“０”のビット・ストリーム）で初期化される。シフトレジスタ202は、各記号、各フレーム（例えば、各同期化ワードの前）、またはデータブロックの後のような予め定められた間隔で、新しいビット値で再初期化できる。シフトレジスタ202を初期化する適切な方法を、以下に説明する。

１つの更新について、擬似乱数発生器200内のシフトレジスタ202の動作を、図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃに示す。シフトレジスタ202は、ビット・ストリング（以下、sign_ct1_arrayという）を含む。まず、ソース・データ内の個々のエレメントは、図２Ａに示すように、シフトレジスタ202の指定された記号エリアからの１ビットに関連させる。次に、シフトレジスタ内のsign_ct1_arrayは、図２Ｂに示すように、Ｌビットだけ（Ｌは１個以上のビットである）、右側へ（すなわち、下位ビット位置の方へ）シフトされる。最後のステップで、Ｌ個の新しいランダムビット（例えば、３個のランダムビット）が発生されて、図２Ｃに示すように、シフトレジスタ202の最初のＬビットに挿入される。

図１に戻り、図示の実施例において、インバータ108は、スクランブラ106の後段に設けて、スクランブリング後のソース・データを反転する。他の実施例では、スクランブラ106を、インバータ108の後段に設けて、スクランブラ106によってスクランブルされる前に、ソース・データの部分を反転する。

送信機114は、パルス発生器116に接続される。パルス発生器は、超広帯域（UWB）信号パルスのような一連の信号パルスで形成された広帯域パルス信号を発生する。送信機114は、デジタル・フォーマットのソース・データで、広帯域パルス信号を変調して、アンテナ108を介して送信する。送信機114は、図示のようにパルス変調器、またはパルス成形回路（図示せず）を有するデジタル／アナログ変換器（図示せず）とすることができ、アンテナ118の一部とみなすこともできる。

図１Ａは、他の送信装置102aを示す。送信装置102aは、以下の点を除いて、図１の送信装置に同じである。すなわち、パルス発生器116（図１）は、スクランブラ106とインバータ108aとの間に設けられたパルス発生器116a（図１Ａ）に置き換えられている。この実施例では、パルス発生器116aは、任意にスクランブルされたデジタル・ソース・データで、広帯域信号パルスを変調して、アナログ信号を生成する。次に、インバータ108aは、送信機114aによる送信のために、アナログ・ドメイン内のソース・データを反転する。送信機114aは、パルス成形回路、またはインバータ108aをアンテナ118に簡単に接続するコネクタとすることができ、あるいはアンテナ118の一部とみなすこともできる。アナログ・ドメイン内のソース・データを反転する適切なインバータ108aは、ここでの説明から当業者には理解されるであろう。さらに、本発明による送信装置についての種々の他の実施例は、それぞれ、図１および図１Ａの送信装置102および102aの説明から、当業者によって理解されるであろう。

図１に戻り、受信装置104内の受信機120は、アンテナ122を介して、反転され任意にスクランブルされた広帯域パルス信号を受信する。受信機120内の相関器124は、受信データを、送信装置102によって用いられるパルス形状に相関させ、パルスを識別し、パルスをデジタル・パルスに変換する。一実施例では、相関器124は、到来するUWBパルスのような広帯域パルスを識別し相関させるように構成された整合フィルタ相関器である。

インバータ^-1126は、インバータ108の反転機能に基づく予め定められた反転機能に従って、インバータ108によってソース・データに与えられた反転をリバースする。一実施例では、インバータ^-1126は、擬似乱数発生器128に接続される。発生器128は、上述した擬似ランダム発生器110にほぼ同じである（したがって、ここでは詳細に説明しない）。インバータ^-1126は、マルチプレクサ（図示せず）とすることができる。マルチプレクサは、擬似乱数発生器128によって発生された選択ビットに応じて、ソース・データ、または例えばインバータ論理回路（図示せず）によって反転されたソース・データの反転を通過させる。

２個の擬似乱数発生器110および128は、同一のビット・ストリングを発生する。一実施例では、同期化のために、発生器110および128は、シーケンスの第１ビットが送信されまたは受信されたときに、共通点で開始するように構成される。他の実施例では、各フレームで１組の乱数を発生する代わりに、１組の乱数を予め発生して、アレイに格納することができる。同じアレイが、送信装置102および受信装置104の両方において、擬似乱数発生器110，128に、保持される。乱数は、格納されたアレイへのインデックスとして発生され、送信されて、送信装置102と受信装置104との間に同期を確立するために用いられる。

同期化器130は、任意のデスクランブラ132によるデスクランブリングのために、受信データの同期をとる。一実施例では、デスクランブラ132は、同期化後に、スクランブラ106によって与えられたスクランブリングをリバースして、元のソース・データを生成する。デスクランブラ132は、スクランブラ106によって用いられるスクランブリング機能に基づく予め定められたデスクランブリング機能に従って、スクランブリングをリバースする。図示の実施例では、同期化器130は、デスクランブルされたソース・データの同期をとる際に、デスクランブラ132からのフィードバックを受信する。スクランブルされたソース・データの同期化についてのさらなる詳細を、以下に説明する。スクランブラ106が省かれている他の実施例では，デスクランブラ132を省くことができる。

図３は、図１の同期化器130として用いられる、本発明の実施例に基づく同期化器300を示す。図示の同期化器300は、ソース・データをスクランブルするために用いられた４つのシードＩ〜IVに基づく４パターン同期化器である。第１のパターンS1は、４つのシードをＩ，II，III，IVの順で含んでいる。第２のパターンS2は、４つのシードをIV，Ｉ，II，IIIの順で含んでいる。第３のパターンS3は、４つのシードをIII，IV，Ｉ，IIの順で含んでいる。第４のパターンS4は、４つのシードをII，III，IV，Ｉの順で含んでいる。受信したシーケンスｒは、XOR論理回路302a-dを用いて、４つのパターンS1〜S4の各々と排他的OR（XOR）される。絶対値要素（ABS）304a-dは、XOR論理回路302a-dによって生成された結果値の絶対値を検出する。次に、最大値回路306は、受信シーケンスｒと組合されたときに、どのパターンS1〜S4が、最大絶対値を生成するかを決定し、および決定されたパターンを、受信シーケンスをデスクランブリングする際に用いるために、マルチプレクサ308によって通過されるように、マルチプレクサ308を制御する。同期化ワードがすべて“１”、すなわちオール１であり、インバータ108（図１）がランダム・ベースで全同期化ワードを反転させる実施例では、同期化器300に４つの絶対値要素304a-dを用いることは、例えば初期システム・チャンネル・アクセスの際に、インバータ^-1126（図１）による反転の前に、受信データ内の有効同期化ワードを検出することを可能にする。検出された同期化ワードは、擬似乱数発生器128（図１）の初期化の基礎として働く。

インデックスされたシード・セットから選択されたシードを用いて初期化されたLFSRを使用して、スクランブラ106がソース・データをスクランブルする他の実施例では。同期化器130（図１）は、送信されたデータ内の受信インデックス値を用いて、デスクランブラ132の同期をとることができる。この実施例によれば、デスクランブラ132は、スクランブラ106内のLFSRおよびシード・セットにそれぞれ相当する、LFSR（図示せず）およびシード・セットを含むことができる。同期化器130は、送信データ内の受信インデックス値を識別し、これをデスクランブラ132に送る。同期化器130は、適切なシードを選択して、デスクランブラ132を初期化する。

図１に戻り、図示の実施例では、デスクランブラ132は、インバータ^-1126の後段に設けられ、ソース・データを反転した後に、デスクランブルするようにしている。他の実施例では、インバータ^-1126を、デスクランブラ132の後段に設けて、反転およびデスクランブリングを逆の順序で行うようにすることができる。

図４は、UWB通信システムのような広帯域通信システムにおいて、離散的PSD成分を低減する例示的な送信ステップのフローチャート400を示す。フローチャートのステップを、図１および図２の要素を参照して説明する。

ブロック402において、任意のスクランブラ106は、ソース・データをスクランブルする。ソース・データは、ペイロード・データおよびノンペイロード・データを含むデータ、例えば同期化データのフレームを含むことができる。一実施例では、ソース・データは、例えばスクランブリング・ワードを用いて、所定のスクランブリング機能に従って、スクランブルされる。これは、後にさらに詳細に説明する。同期化データは、オール正（＋）１のように、すべて１の記号とすることができる。他の実施例では、ソース・データはスクランブルされず、ブロック402を省くことができる。

ブロック404において、シフトレジスタ202は、最初に、初期化中の擬似ランダム・データ（すなわち、bit string sign_ct1_array）のＮ個の記号を獲得する。初期化中に受信された擬似ランダム・データのＮ個の記号を、レジスタから、あるいは擬似乱数発生器から供給することができる。これは、後にさらに詳細に説明する。

ブロック406において、インバータ108は、擬似ランダム・データの獲得された記号の各々から１ビットを選択して、Ｎ個の選択ビットを生成する。シフトレジスタ202の指定された記号エリア内のセルからの選択ビットを、インバータ108に関連したレジスタ（図示せず）へ転送することによって、選択ビットを選択することができる。

ブロック408において、インバータ108は、選択されたビットに応じて、複数のデータブロックのうちの１つ内の各エレメントを反転する。一実施例では、インバータ108は、選択されたビットの各ビットに応じて、個々のビット，記号内の各ビット，またはフレーム内の各ビットを反転する。例えば、７個の選択ビットがあり、インバータ108が、各ビットに応じて記号内の各ビットを反転するならば、第１の選択ビットは、第１の記号内の各ビットが反転されたか否かを決定し、第２の選択ビットは、第２の記号内の各ビットが反転されたか否かを決定し、以下同様に決定していく。同様に、インバータ108が、フレーム内の各ビットを反転するならば、第１のビットは、第１のフレーム内の各ビットが反転されたか否かを決定し、第２のビットは、第２のフレーム内の各ビットが反転されたか否かを決定し、以下同様に決定していく。

図示のフローチャートにおいて、ソース・データがまず初めにスクランブルされて（ブロック402）、次に反転される（ブロック408）。他の実施例では、ソース・データがまず初めに反転されて、次にスクランブルされ、この場合には、ブロック402のステップが、ブロック404〜412のステップの後に実行されることは、当業者に理解されるであろう。

ブロック410において、反転され、任意にスクランブルされたソース・データが、送信のために準備される。ソース・データが、送信のために準備され、これを用いることによって、パルス発生器116によって与えられるパルスを変調することができる。ブロック412において、送信機114は、反転されおよび任意にスクランブルされたソース・データを、アンテナ118から送信する。

ブロック414において、送信のためのさらなるソース・データの存在に応じて、ブロック406〜412を繰返すことの決定を行う。送信のためのさらなるソース・データが存在するならば、処理はブロック416に進み、さらなる擬似ランダム・データを獲得し、ブロック406〜412のステップが繰返される。送信のためのすべてのソース・データが選択的に反転されると、ブロック418で処理は終了する。

ブロック416において、シフトレジスタ202が擬似ランダム・データの１個以上のビットを獲得し、擬似データの獲得された記号の対応する１個以上のそれぞれのビットを置き換える。一実施例では、シフトレジスタ202が、ソース・データの各フレームまたはブロックが反転された後、１個以上のビット（１つのデータ・ビット，データ・ビットの記号，または各選択ビットについての１データ・ビットのような）をシフトする。対応する数のデータ・ビットは、共にシフトレジスタ202にシフトされて、シフトアウトされたビットを置き換える。シフトレジスタ202内の中間レジスタにおける１個以上のビット値に応じて、新しい擬似ランダム・データを、シフトレジスタ202に供給することができる。

図５は、本発明に従って反転され、任意にスクランブルされた広帯域信号を受信する例示的なステップのフローチャート500を示す。フローチャート500のステップを、図１，図２，図３の要素を参照して説明する。

ブロック502において、受信装置104内の受信機120は、反転され、任意にスクランブルされたソース・データを、アンテナ122を経て受信する。ブロック504において、受信機120内の相関器124は、ソース・データを相関させて、ソース・データを搬送する広帯域パルス信号を識別する。ブロック506において、同期化器130は、スクランブラ106によって与えられたスクランブリングのリバーサルのために、受信されスクランブルされたソース・データの同期をとる。一実施例では、同期化器130は、デスクランブラ132からのフィードバックに基づいて、受信されスクランブルされたソース・データの同期をとる。

ブロック508において、インバータ^-1126は、擬似乱数発生器128によって発生された擬似乱数シーケンスまたはストリームに応じて、インバータ108によって行われた反転をリバースする。一実施例では、擬似乱数発生器128は、指定ビット、例えば、受信シーケンスの第１ビットを受信すると、スタートするように構成される。ブロック510において、デススクランブル132は、スクランブラ106で実施されたスクランブルをリバースして、元のソース・データを取り出す。ソース・データがスクランブルされない実施例では、ブロック510のステップは省略される。

図示のフローチャート500において、ソース・データは、最初に、インバータ^-1126によって反転され、次に、デスクランブラ132によってデスクランブルされる（ブロック510）。他の実施例では、ソース・データを最初にデスクランブルして、次に反転することができることは、当業者には理解できるであろう。この場合、ブロック508のステップは、ブロック510のステップの後に行われる。

図２の例示的な擬似乱数発生器200のための初期化方式を、説明する。図６は、図２に関連して説明した擬似乱数発生器200と、初期化のための擬似乱数発生器200のシフトレジスタ202に乱数を供給する乱数レジスタ600とを示す。レジスタ600は、擬似乱数発生器200を初期化するのに用いる擬似乱数の１個以上のシーケンスを格納する。一実施例では、擬似乱数のシーケンスは、互いに相関せず、各擬似乱数は、擬似乱数発生器200内のシフトレジスタ202の各セルについて１ビット値を含む。例えば、28ビット・シフトレジスタ202が用いられるならば、各シード値は、28ビットを有する。

図７は、図２に関連して上述した擬似乱数発生器200と、第２のLFSRのような第２の擬似乱数発生器700（LFSRのフィードバック・ループおよび論理回路は、図を簡単にし説明を容易にするために、省略されている）とを示す。第２の擬似乱数発生器700のビットレジスタは、擬似乱数発生器200内のシフトレジスタ202のビットレジスタに接続されて、初期化のためのランダムビットを与える。一実施例では、第２の擬似乱数発生器700と擬似乱数発生器200とは、同様に動作するが、フィードバック・ループ内に、異なるビットまたは異なる論理回路を有することができる。他の実施例では、第２の擬似乱数発生器700は、擬似乱数発生器200とは異なる乱数発生器または擬似乱数発生器とすることができる。

一実施例では、各フレームの初めに、第２の擬似乱数発生器700において発生されたビット・ストリングsign_ct1_origは、第１の擬似乱数発生器200におけるビット・ストリングsign_ct1_arrayに対する初期設定として負荷される。ビット・ストリングsign_ct1_arrayは、送信される全ビットに対して更新され、ビット・ストリングsign_ct1_origはフレームごとに更新される。動作は、以下の４ステップのシーケンスによって記述される。

フレームn+1でのビット・ストリングsign_ct1_arrayの元の状態は、フレームｎでのビット・ストリングsign_ct1_arrayのｎビット遅延であることがわかる。

ビット・ストリングsign_ct1_origは、各フレームの初めにビット・ストリングsign_ct1_arrayの初期状態を指定するので、受信装置104を送信装置102に同期させるためには、ビット・ストリングsign_ct1_origのみが同期をとられることが必要であることがわかる。

図８は、増大されたランダムネスを示す擬似乱数発生器200を初期化する他の例示的な方式を示す。この方式は、第２の擬似乱数発生器800と、第３の擬似乱数発生器802と、論理回路804とを用いている。第２おおよび第３の擬似乱数発生器は、FLSR（FLSRのフィードバック・ループおよび論理回路は、図を簡単にし説明を容易にするために、省略されている）とすることができ、論理回路は、XORゲートまたはXNORゲートとすることができる。論理回路804は、第２および第３の擬似乱数発生器800および802の各ビットを組合せて、第１の擬似乱数発生器200のための初期値を発生する。

一実施例では、各フレームの初めに、第２および第３の擬似乱数発生器800および802によってそれぞれ発生されたビット・ストリングsign_ct1_orig1およびsign_ct1_orig2が組合されて、第１の擬似乱数発生器200のビット・ストリングsign_ct1_arrayの初期設定を形成する。この動作は、以下の５ステップのシーケンスによって記述される。

上記初期化方式による擬似乱数発生器202の同期化について、説明する。一実施例では、２つの同期化フェーズが存在する。２つの同期化フェーズは、初期システム・チャンネルアクセス・フェーズと、初期トラヒック・チャンネルアクセス・フェーズとを含む。初期システム・チャンネルアクセス・フェーズの間、受信装置104は、送信装置102内の擬似乱数発生器200の状態についての知識を有さない。その後、初期トラヒック・チャンネルアクセス・フェーズの間、送信装置102内の擬似乱数発生器200の状態についてなんらかの知識を有し、これによりシーケンス番号が同期化に用いられることを可能にする。

初期チャンネルシステムアクセスについて、図６〜図９に関連して説明した初期化を有する種々の擬似乱数発生器に、種々の方法を用いることができる。

図６に関連して説明した方法についての初期チャンネルアクセスが、予め発生されアレイに格納される１組の乱数を用いて得られる。送信装置102および受信装置104内の擬似乱数発生器110，128に、同一のアレイが格納される。乱数は、格納されたアレイに対するインデックスとして発生され、送信装置102と受信装置104との間の同期をとるために用いるために、送信される。

図７に関連して説明した方法についての初期チャンネルアクセスは、第２の擬似乱数発生器700のビットレジスタの状態を、送信装置102から受信装置104へ送ることによって得られる。ｎの長さを有するレジスタについて、ｎビットのデータが送られる。しかし、数個のビットがレジスタの状態のために保存されて、送信されるならば（例えば、４ビットのみのデータ）、レジスタ１〜４の状態のみを、データと共に送ることができる。この例では、７フレームの後（すなわち、28ビット）、全ビット・ストリングsign_ct1_array100を得ることができる。初期同期化後に、このフィールドのデータを用いて、ビット・ストリングsign_ct1_origが、送信装置102と受信装置104との間で同期されているか否かをチェックするために用いることができる。

図８に関連して説明した方法についての初期チャンネルアクセスは、次の点を除いて、図７の方法についての初期チャンネルアクセスに類似している。すなわち、２つの擬似乱数発生器800および802の２つのレジスタからビットが送信されるので（各擬似乱数発生器800および802が、擬似乱数発生器700のシフトレジスタと同じ数のビットを有するシフトレジスタを有するものと仮定する）、２倍のデータが送られる。

図１，図２，図３，図４，図５に関連して説明した例示的な通信システム100について、さらなる実施の詳細を説明する。一実施例では、Ｍ個の個別の記号を含むスクランブル・アレイSA（各記号は、ｎ個のパルスによりなる）が定められる。記号は、例えば、数０〜M-1の２進表示とすることができる。記号ベースの動作のための完全な手順を、以下に記述する。

SW内の次の記号の開始インデックスを、式（４）に示すように、計算することができる。
ｍ＝ｍ＋ＮｍｏｄＭ（４）

受信機において、受信されたシーケンスSSW2に以下の動作を実行して、受信機を送信機に同期させて、および記号ベース動作で、元の記号を再生する。

sign_tx_arrayとsign_rx_arrayとが同期するならば、式８，９，10が有効である。

本発明の要素を、特定の要素によって説明したが、１つ以上の要素をコンピュータ上で実行されるソフトウェアで実施することができる。この実施例では、種々の要素の１つ以上の機能を、コンピュータを制御するソフトウェアで実施することができる。このソフトウェアは、コンピュータ読取り可能な担体、例えば磁気または光ディスク，メモリカード，可聴周波数または無線周波数搬送波，または光搬送波に実現することができる。

さらに、本発明を特定の実施例で説明したが、本発明は説明した内容に特定されることを意図するものではない。請求項の均等の範囲内でおよび発明を逸脱することなく、種々の変形例を実施することができる。

本発明による例示的な広帯域通信システムのブロック図である。図１の例示的な通信システムに用いる他の送信装置のブロック図である。図１の例示的な通信システムに用いる例示的な擬似乱数発生器のブロック図である。図２の擬似乱数発生器内でのビット処理を説明するブロック図である。図２の擬似乱数発生器内でのビット処理を説明するブロック図である。図２の擬似乱数発生器内でのビット処理を説明するブロック図である。図１の通信システムに用いる例示的な同期化器のブロック図である。本発明の例示的な送信方法のフローチャートである。本発明の例示的な受信方法のフローチャートである。本発明の初期化方式と共に、擬似乱数発生器の実施例を示すブロック図である。本発明の他の初期化方式と共に、擬似乱数発生器の実施例を示すブロック図である。本発明のさらに他の初期化方式と共に、擬似乱数発生器の実施例を示すブロック図である。本発明の一態様により選択ビットに基づいて個々のビットを反転する、図１の通信システムの擬似乱数発生器およびインバータのビットフローを説明するブロック図である。本発明の他の態様により選択ビットに基づいて記号の各ビットを反転する、図１の通信システムの擬似乱数発生器およびインバータのビットフローを説明するブロック図である。本発明の他の態様による擬似乱数発生器の各記号からのランダムビット選択を説明するブロック図である。

Claims

広帯域信号送信データブロック（各ブロックは、Ｎ個のエレメントを含む）の離散電力スペクトル密度（PSD）成分を低減する方法であって、
（ａ）擬似ランダム・データのＮ個の記号（各記号は、Ｋビットを有する）を獲得するステップと、
（ｂ）獲得した記号の各々から１ビットを選択して、Ｎ個の選択されたビットを生成するステップと、
（ｃ）前記選択されたビットに応じて、前記データブロックのうちの１つ内の各エレメントを選択的に反転するステップと、
（ｄ）擬似ランダム・データの１個以上のビットを獲得して、獲得された擬似ランダム・データのＮ個の記号の対応する１個以上の各ビットを置き換えるステップと、
（ｅ）前記データブロックのうちの次のブロックに対して、前記ステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰返すステップと、
を含む方法。
前記各エレメントがビットであり、前記選択的に反転するステップは、前記選択されたビットに応じて、前記データブロックの１つ内のビットを選択的に反転するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記各エレメントが記号であり、前記選択的に反転するステップは、前記選択されたビットに応じて、前記データブロックの１つ内の記号を選択的に反転するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記各エレメントがフレームであり、前記選択的に反転するステップは、前記選択されたビットに応じて、前記データブロックの１つ内のフレームを選択的に反転するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記擬似ランダム・データのＮ個の記号を獲得するステップは、
擬似ランダム・データを発生するステップと、
発生された擬似ランダム・データを、複数の指定された記号エリアを含むシフトレジスタにシフトするステップとを含み、
前記獲得された記号の各々から１ビットを選択するステップは、前記シフトレジスタの各指定記号エリア内の一定位置からビットを選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記一定位置からビットを選択するステップは、第１の指定された記号エリア内の第１の一定位置から第１のビットを、第２の指定された記号エリア内の第２の一定位置から第２のビットを選択するステップを含み、前記第１および第２の一定位置は、各指定された記号エリアに対して異なる位置にある、請求項５に記載の方法。
前記擬似ランダム・データの１個以上のビットを獲得して、獲得された擬似ランダム・データのＮ個の記号の対応する１個以上のビットを置き換えるステップは、
前記擬似ランダム・データの１個以上のビットを発生するステップと、
発生された１個以上のビットを、シフトレジスタにシフトして、前記シフトレジスタから共にシフトされる獲得された擬似ランダム・データのＮ個の記号の対応する数のビットを置き換えるステップとを含む、請求項５に記載の方法。
前記選択的に反転するステップの前に、各データブロック内の１個以上のエレメントをスクランブルするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記スクランブルするステップは、データの各ブロック内の１個以上のエレメントをスクランブルするために、複数の擬似ランダム・シーケンスを含む擬似乱数シーケンスのセットから擬似乱数シーケンスを選択するステップを含む、請求項８に記載の方法。
前記複数の擬似ランダム・シーケンスは、実質的に相関しない、請求項９に記載の方法。
前記擬似ランダム・データのＮ個の記号を獲得するステップは、少なくとも１個のリニアフィードバック・シフトレジスタを用いて擬似ランダム・データを発生するステップを含み、
さらに、前記少なくとも１個のリニアフィードバック・シフトレジスタを擬似ランダム・データで初期化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記初期化するステップは、複数の擬似ランダム・シーケンスを含む擬似乱数シーケンス・セットから擬似乱数シーケンスを選択するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
前記複数の擬似ランダム・シーケンスは、実質的に相関しない、請求項１２に記載の方法。
前記初期化するステップは、
少なくとも１個のリニアフィードバック・シフトレジスタを用いて他の擬似乱数シーケンスを発生するステップと、
前記他の擬似乱数シーケンスを、前記少なくとも１個のリニアフィードバック・シフトレジスタに転送するステップとを含む、請求項１１に記載の方法。
前記擬似ランダム・データのＮ個の記号を獲得するステップは、
第１のリニアフィードバック・シフトレジスタを用いて、第１の擬似乱数シーケンスを発生するステップと、
第２のリニアフィードバック・シフトレジスタを用いて、第２の擬似乱数シーケンスを発生するステップと、
前記第１および第２の擬似乱数シーケンスを論理的に組合せるステップと、
論理的に組合された前記第１および第２の擬似乱数シーケンスを用いて、第３のリニアフィードバック・シフトレジスタを初期化するステップとを含み、前記第３のリニアフィードンバック・シフトレジスタは、前記獲得された擬似ランダム・データを発生する、請求項１１に記載の方法。
広帯域信号送信データブロックの離散電力スペクトル密度（PSD）成分を低減する装置であって、
擬似ランダム・データのＮ個の記号を受信するように構成されたセルを有するシフトレジスタと、
前記シフトレジスタのセルを選択するように接続されたインバータとを備え、前記インバータは、選択されたセル内のビットに応じて、前記データブロックのうちの１つ内の各エレメントを選択的に反転するように構成されている、装置。
各エレメントは、ビット，記号，フレームよりなる群から選択される、請求項１６に記載の装置。
前記シフトレジスタは、指定された記号エリアを含み、前記インバータは、各指定された記号エリア内の１つのセルに接続される、請求項１６に記載の装置。
前記インバータは、第１の指定された記号エリア内の第１の一定位置内の第１のセルと、第２の指定された記号エリア内の第２の一定位置内の第２のセルとに接続され、前記第１および第２の一定位置は、各指定された記号エリアに対して異なる位置にある、請求項１８に記載の装置。
前記シフトレジスタに接続された擬似乱数発生器を備え、前記擬似乱数発生器は、擬似ランダム・データを供給して、前記シフトレジスタを初期化するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
前記シフトレジスタに接続された少なくとも１個のリニアフィードバック・シフトレジスタをさらに備え、前記少なくとも１個のリニアフィードバック・シフトレジスタは、擬似ランダム・データを前記シフトレジスタに供給するように構成されている請求項１６に記載の装置。
前記少なくとも１個のリニアフィードバック・シフトレジスタに接続されたレジスタを備え、前記レジスタは、１組の擬似乱数シーケンスを格納する、請求項２１に記載の装置。
前記１組の擬似乱数シーケンス内の擬似乱数シーケンスは、実質的に相関しない、請求項２２に記載の装置。
前記シフトレジスタに接続された第１のリニアフィードバック・シフトレジスタと、
前記第１のリニアフィードバック・シフトレジスタに接続された第２のリニアフィードバック・シフトレジスタとをさらに備え、
前記第２のリニアフィードバック・シフトレジスタは、第１の擬似乱数シーケンスを、前記第１のフィードバック・シフトレジスタに供給するように構成され、前記第１のリニアフィードバック・シフトレジスタは、第２の擬似乱数シーケンスを、前記シフトレジスタに供給するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
第１の擬似乱数シーケンスを発生するように構成された第１のリニアフィードバック・シフトレジスタと、
第２の擬似乱数シーケンスを発生するように構成された第２のリニアフィードバック・シフトレジスタと、
前記第１および第２のリニアフィードバック・シフトレジスタに接続され、前記第１の擬似乱数シーケンスと前記第２の擬似乱数シーケンスとを組合せるように構成された組合せ器と、
前記組合せ器および前記シフトレジスタに接続された第３のリニアフィードバック・シフトレジスタとをさらに備え、前記第３のリニアフィードバック・シフトレジスタは、組合された第１および第２の乱数シーケンスに応じて、前記シフトレジスタによる受信のために擬似ランダム・データを発生するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
前記インバータによって選択的に反転させる前に、各データブロック内の１個以上のエレメントをスクランブルするように構成されたスクランブラをさらに備える、請求項１６に記載の装置。
前記スクランブラに接続されたレジスタをさらに備え、前記レジスタは、１組の擬似乱数シーケンスを格納するように、および前記擬似乱数シーケンスを前記スクランブラに供給するように構成され、前記１組の擬似乱数シーケンス内の擬似乱数シーケンスは、実質的に相関しない、請求項２６に記載の装置。
１組の擬似乱数シーケンスを格納するレジスタと、
前記レジスタに接続され、前記１組の擬似乱数シーケンスに応じて、擬似ランダム・データを供給するように構成されたリニアフィードバック・シフトレジスタとを備える、擬似乱数発生器。
前記１組の擬似乱数シーケンス内の擬似乱数シーケンスは、実質的に相関しない、請求項２８に記載の擬似乱数発生器。
第１のリニアフィードバック・シフトレジスタと、
前記第１のリニアフィードバック・シフトレジスタに接続された第２のリニアフィードバック・シフトレジスタとを備え、
前記第２のリニアフィードバック・シフトレジスタは、第１の擬似乱数シーケンスを、前記第１のフィードバック・シフトレジスタに供給するように構成され、前記第１のリニアフィードバック・シフトレジスタは、第１の擬似乱数シーケンスに応じて、第２の擬似乱数シーケンスを供給するように構成されている、擬似乱数発生器。
第１の擬似乱数シーケンスを発生するように構成された第１のリニアフィードバック・シフトレジスタと、
第２の擬似乱数シーケンスを発生するように構成された第２のリニアフィードバック・シフトレジスタと、
前記第１および第２のリニアフィードバック・シフトレジスタに接続され、前記第１の乱数シーケンスと前記第２の乱数シーケンスとを組合せるように構成された組合せ器と、
前記組合せ器に接続され、組合された第１および第２の乱数シーケンスに応じて、擬似ランダム・データを発生するように構成された第３のリニアフィードバック・シフトレジスタとを備える、擬似乱数発生器。
低減された離散電力スペクトル密度（PSD）成分を有する超広帯域（UWB）信号としてデータブロックを送信する装置であって、
擬似ランダム・データのＮ個の記号を受信するように構成されたセルを有するシフトレジスタと、
前記擬似ランダム・データの各記号から１ビットを受信するために、前記シフトレジスタの選択セルに接続されたインバータとを備え、前記インバータは、選択されたセル内のビットに応じて、前記データブロックの１つ内の各エレメントを選択的に反転するように構成されており、
前記インバータに接続され、前記選択的に反転された各エレメントを送信するように構成されている送信機を備える、装置。
前記インバータに接続され、前記インバータによって選択的に反転する前に、各データブロック内の１個以上のエレメントをスクランブルするように構成されたスクランブラをさらに備える、請求項３２に記載の装置。
前記シフトレジスタの中間セルと前記シフトレジスタの第１のセルとの間に接続されたフィードバックループをさらに備え、前記フィードバックループは論理回路を有し、前記論理回路は、前記中間セル内のビット値に応じて、第１のセルに新しいビット値を生成して、連続するデータブロックに対して、前記シフトレジスタ内の擬似ランダム・データのＮ個の記号の１個以上のビットを置き換える、請求項３２に記載の装置。
選択的に反転されたデータブロック（各ブロックは、Ｎ個のエレメントを含む）の超広帯域（UWB）信号を受信する装置であって、
前記選択的に反転されたデータブロックの広帯域信号送信を受信するように構成された受信機と、
前記受信機に接続され、擬似ランダム・データのＮ個の記号を受信するように構成されたセルを有するシフトレジスタと、
前記シフトレジスタの選択セルに接続され、前記擬似ランダム・データの各記号から１ビットを受信するインバータとを備え、前記インバータは、前記選択セル内のビットに応じて、受信したデータブロックの１つ内の各エレメントを選択的に反転させるように構成されている、装置。
前記インバータに接続され、前記受信したデータブロックの１つ内の１個以上のエレメントをデスクランブルするように構成されたデスクランブラをさらに備える、請求項３５に記載の装置。
広帯域信号送信データブロック（各ブロックは、Ｎ個のエレメントを含む）の離散電力スペクトル密度（PSD）成分を低減するシステムであって、
擬似ランダム・データのＮ個の記号（各記号は、Ｋビットを有する）を獲得する手段と、
獲得した記号の各々から１ビットを選択して、Ｎ個の選択されたビットを生成する手段と、
前記選択されたビットに応じて、前記データブロックのうちの１つ内の各エレメントを選択的に反転する手段と、
擬似ランダム・データの１個以上のビットを獲得して、獲得された擬似ランダム・データのＮ個の記号の対応する１個以上の各ビットを置き換える手段とを備えるシステム。
前記選択的に反転するステップの前に、各データブロック内の１個以上のエレメントをスクランブルする手段をさらに備える、請求項３７に記載のシステム。
広帯域信号送信データブロック（各ブロックは、Ｎ個のエレメントを含む）の離散PSD成分を低減する、コンピュータ読取り可能な媒体において実現される方法を実施するコンピュータを制御するように構成されたソフトウェアを含むコンピュータ読取り可能な担体であって、前記方法は、
（ａ）擬似ランダム・データのＮ個の記号（各記号は、Ｋビットを有する）を獲得するステップと、
（ｂ）獲得した記号の各々から１ビットを選択して、Ｎ個の選択されたビットを生成するステップと、
（ｃ）前記選択されたビットに応じて、前記データブロックのうちの１つ内の各エレメントを選択的に反転するステップと、
（ｄ）擬似ランダム・データの１個以上のビットを獲得して、獲得された擬似ランダム・データのＮ個の記号の対応する１個以上の各ビットを置き換えるステップと、
（ｅ）前記データブロックの次のブロックに対して、前記ステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰返すステップとを含む、
コンピュータ読取り可能な担体。
前記コンピュータにより実施される方法は、前記選択的に反転するステップの前に、各データブロック内の１個以上のエレメントをスクランブルするステップをさらに含む、請求項３９に記載のコンピュータ読取り可能な担体。