JP2007502087A - 超広帯域通信システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、超広帯域（ＵＷＢ）機器間で通信を行うためのシステムおよび方法を提供する。一般に、ＵＷＢ機器は、減衰、および他の通信環境の特性が特徴になる可能性がある。このような特性を用いて、ＵＷＢ機器は、通信品質を向上させるように、さまざまな通信パラメータを適合させることができる。ＵＷＢ機器は、他のＵＷＢ機器と通信を行うためのゾーンとセクタとを確立するために、このような特性を用いることができる。このゾーンとセクタとの割り当てに基づき、ＵＷＢ機器は、他のＵＷＢ機器と通信を行うための通信パラメータを選択できる。本要約は、要約の要件規則に従うことを唯一の目的として提供されるもので、それによって、読者は、本明細書に含まれる開示の対象を即座に確認できる。本要約は、これを、請求項の範囲または意味を解釈または限定するためには使用しないという明示的理解の下に提出する。

Description

本発明は、一般には、無線通信分野に関し、より詳細には、複数の通信パラメータを用いる超広帯域無線通信に関する。

無線機器産業は、近年、かつてない成長を経験している。この産業の成長に伴い、無線機器間の通信が、ますます重要になってきた。この機器間の通信には、非常に多くの異なった技術がある。無線機器を用いた通信には、高周波（ＲＦ）技術が主要な技術となっている。また、無線通信では、電気光学機器も使われてきた。しかし、この電気光学技術は、狭い通信範囲と、厳密な視野方向に対する要求とがネックとなっている。従って、ＲＦ機器は、電気光学機器に対し、大きな強みを発揮する。

従来のＲＦ技術では、連続正弦波を用いており、この連続正弦波は、データを正弦波の変調振幅または変調周波数に組み込んで送信される。例えば、通常の携帯電話は、全周波数スペクトル中の、特定帯域を備えた特定周波数で動作しなければならない。特に、米国では、連邦通信委員会が、携帯電話通信を８００ＭＨｚから９００ＭＨｚ帯に割り当てている。携帯電話事業者は、割り当てられた帯域を２５ＭＨｚずつに分割し、選択したある分割部分を、携帯電話信号を送信するのに使用し、また、受信するのに別の分割部分を使用する。

他の種類の機器間相互通信技術が超広帯域（ＵＷＢ）技術である。ＵＷＢ無線技術は、従来のＲＦ技術の形態とは根本的に異なる。ＵＷＢでは、「搬送波不要（ｃａｒｒｉｅｒ−ｆｒｅｅ）」アーキテクチャを用い、それは、通常の周波数ドメイン通信システムで用いられる高周波搬送波発生ハードウェア、搬送波変調ハードウェア、安定化装置、周波数および位相弁別ハードウェア、あるいはその他の装置を使用する必要が無いアーキテクチャである。また、ＵＷＢ通信システムおよび機器は、距離や地理的位置を計測できる機能があるためにさらに恩恵を受ける。一般にＵＷＢ機器は、ＵＷＢパルスまたは信号が、あるＵＷＢ機器から別のＵＷＢ機器まで伝播するのに必要な時間を求め、光の速度を用いて、両ＵＷＢ機器間の距離を求める。

しかし、時間と光の速度とを用いて距離を求めるという一般的な概念は、何世紀にもわたって用いられてきた。距離を用いて、光の速度をはっきりさせようという記録に残る最初の試みは、１６００年代のガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）の実験にまでさかのぼる。ガリレオの、地上での実験に基づく唯一の結論は、光は大変速く動く、というものであった。１６７６年、オラフ・レーマー（Ｏｌａｆ Ｒｏｅｍｅｒ）は、木星と地球との距離を仮定して、光の速度は約２．１４×１０^８である、と測定することができた。現在認められている値は２．９９９７９２４５８８×１０^８であり、これは、レーザ干渉計を用いて求められたものである。

理論上は、発信源から送信され、目標で受信された超広帯域（ＵＷＢ）無線通信パルスまたは信号は、周囲の環境による遅延や波形歪みもなく届く。しかし、そのような理想的な環境は、真空の宇宙空間以外で実現するのは困難である。より現実的な環境、特に都市部の環境では、環境はＵＷＢパルスまたは信号の受信に大きな影響を及ぼす可能性がある。

一般に通信機器間の距離は、通信チャネルの品質に影響を及ぼす。電磁波は、距離の２乗に比例して散逸する。また、地形が電波に影響を及ぼす。従って、多経路効果または「フェーディング」効果は、一般には、距離に伴ってその機会が増大する。電磁波通信では、基本的に、２種類のフェーディングがある。局所的な多重変動は、高速フェーディングまたはレイリーフェーディングとして知られる。より長い距離でのフェーディング効果は、平均出力レベルの長期変動、つまり信号経路長に大きな変動を生じるのに十分な長い距離を、電磁波が移動することによって生じる低速フェーディングまたはログノーマル（ｌｏｇ−ｎｏｒｍａｌ：対数正規）フェーディングのために発生する可能性がある。多重反射によってもまた、信号は、複数回、それぞれ異なる時間に反射して受信者に届く。これは、普通、遅延広がりと呼ばれる。信号強度が減衰または減少するに従い、信号対雑音比（ＳＮＲ）も劣化し、通常は、ビット誤り率（ＢＥＲ）の増加につながる。

従って、さまざまな距離で、また、さまざまな環境で信頼性の高い通信を実現する超広帯域通信システムが必要とされる。

本発明は、互いにさまざまな距離に位置する超広帯域（ＵＷＢ）機器間で通信するための、信頼性が高いシステムおよび方法を提供する。本発明の１つの方法では、ＵＷＢ機器間での信頼性が高い通信を可能にする少なくとも１つの通信パラメータを選択する。この方法は、第１のＵＷＢ機器から、時刻同期したＵＷＢ機器への時刻要求信号の送信を含む。この時刻同期したＵＷＢ機器は、第１のＵＷＢ機器に応答メッセージを送信し、第１のＵＷＢ機器は、この時刻応答メッセージの受信時刻と、時刻応答メッセージに含まれる送信時刻との時間差を求める。少なくともこの時間差に基づき、通信パラメータは選択される。

本発明の他の実施形態は、ＵＷＢ機器が送信するのに用いる無線媒体の減衰特性を特徴にする。この特性を用いて、ＵＷＢ機器は、通信品質を向上させるために、さまざまな通信パラメータを適合させることができる。

本発明のこれらの特徴および効果、さらに他の特徴および効果は、以下に示す本発明の詳細な説明を、添付図面を参照し、検討することで明らかになろう。なお、添付の各図面では、同じ参照番号は、同じ部品を表す。

添付図面を参照しながら、例証として本発明を以下の文章で詳細に説明する。この説明全体を通して示す好適な実施形態や実施例は、代表例とみなすべきであり、本発明を限定するものではない。本明細書で用いられる「本発明」とは、本明細書に記載する発明の実施形態のいずれか１つ、およびこれと同等なあらゆる実施形態を示す。さらに、本明細書を通して「本発明」のさまざまな特徴について言及したとしても、ここで主張する全ての実施形態や方法が、その言及した特徴を必ず含むというわけではない。

本発明は、互いにさまざまな距離に位置する超広帯域（ＵＷＢ）機器間で通信するための、信頼性が高いシステムおよび方法を提供する。本発明を用いる各ＵＷＢ機器は、互いに通信する際に、さまざまな距離、出力、環境、および他の条件に応じて、各種通信パラメータを用いることができる。

本発明の１つの方法では、ＵＷＢ機器間での信頼性が高い通信を可能にする少なくとも１つの通信パラメータを選択する。この方法は、あるＵＷＢ機器から、別の時刻同期したＵＷＢ機器への時刻要求信号の送信を含む。この時刻同期したＵＷＢ機器は、第１のＵＷＢ機器に応答メッセージを送信し、第１のＵＷＢ機器は、この時刻応答メッセージの受信時刻と、この時刻応答メッセージに含まれる送信時刻との時間差を求める。少なくともこの時間差に基づき、通信パラメータは選択される。

本発明の他の実施形態は、ＵＷＢ機器が送信に用いる無線媒体の減衰特性を特徴にする。この特性を用いて、ＵＷＢ機器は、通信品質を向上させるために、さまざまな通信パラメータを適合させることができる、

本発明の他の実施形態では、ＵＷＢ対応無線機器は、少なくとも他の１つのＵＷＢ対応無線機器までの距離情報を取得する。この距離情報は、次に、各ＵＷＢ機器のゾーン位置を決めるのに用いられる。その各位置に対して、次に、特定の通信パラメータが用いられる。他のＵＷＢ対応機器と通信する際は、第１のＵＷＢ機器は、その通信パラメータを、ゾーンパラメータに従って適合させる。

本発明の他の実施形態では、ＵＷＢ対応機器は、少なくとも１つのＵＷＢ対応機器から受信信号強度表示（ＲＳＳＩ： Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）情報を取得する。第１のＵＷＢ機器は、このＲＳＳＩ情報を用い、ＵＷＢ対応機器との通信のために、ＲＳＳＩに基づいたゾーンを導き出す。あるいは、第１のＵＷＢ機器は、ＲＳＳＩ情報と距離情報とを用い、ゾーン内の通信環境の特徴を明らかにしてもよい。

さらに、本発明の他の実施形態では、アクセスポイントが、通信フレームパラメータを各ゾーンに割り当てて、マルチユーザ干渉の恐れを低減する。

従来の高周波技術では、連続正弦波を用いており、この連続正弦波は、データを正弦波の変調振幅または変調周波数に組み込んで送信される。例えば、通常の携帯電話は、全周波数スペクトル中の、特定帯域を備えた特定周波数で動作しなければならない。特に、米国では、連邦通信委員会が、携帯電話通信を８００ＭＨｚから９００ＭＨｚ帯に割り当てている。携帯電話事業者は、その割り当てられた帯域の２５ＭＨｚを携帯電話の信号を送信するために用い、割り当てられた帯域の別の２５ＭＨｚを受信するのに用いる。

従来の高周波技術の別の例を図１に示す。無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）のプロトコルである８０２．１１ａは、５ＭＨｚ程度の周波数広がりを持った５ＧＨｚの中心周波数で高周波信号を送信する。

それとは対照的に、ＵＷＢパルスは、２種類の代表的なＵＷＢパルスを示す図２のように、３．２ＧＨｚ程度の周波数広がりを持った１．８ＧＨｚの中心周波数を持つことができる。図２は、ＵＷＢパルス幅が時間的に狭くなればなるほど、その周波数スペクトルの広がりは大きくなることを示す。これは、周波数がパルスの時間幅に反比例するからである。６００ピコ秒のＵＷＢパルスは、１．６ＧＨｚ程度の周波数広がりをもった約１．８ＧＨｚの中心周波数を持つし、３００ピコ秒のＵＷＢパルスは、３．２ＧＨｚ程度の周波数広がりをもった約３ＧＨｚの中心周波数を持つ。このように、ＵＷＢパルスは、図１に示す場合とは異なり、特定の周波数範囲内では一般的には動作しない。また、ＵＷＢパルスは、極端に広い周波数領域に広がっているので、ＵＷＢ通信システムは、毎秒１００メガビット以上の非常に高速なデータレートでの通信を可能にする。

ＵＷＢ技術についてのより詳細な内容が、米国特許第３，７２８，６３２号（Gerald F. Ross（ジェラルド・エフ・ロス）名義で、「Transmission and Reception System for Generating and Receiving Base-Band Duration Pulse Signals without Distortion for Short Base-Band Pulse Communication System（ショート・ベースバンド・パルス通信システム用の、歪み無しでベースバンド幅パルス信号を発生し、かつ受信する送受信システム）」と題した特許）に開示されている。なお、この特許は、その内容全体を本明細書で引用し援用する。

また、ＵＷＢパルスは、かなり広い周波数領域に広がっているので、単一の周波数、または特定の周波数で見たときの出力は非常に低い。例えば、１ナノ秒幅の１ワットのＵＷＢ信号は、その１ワットを、パルスが占める周波数領域全体に広げる。携帯電話の搬送周波数などの、どのような単一の周波数でも、そこでのＵＷＢパルス電力は１ナノワットである（１ＧＨｚの周波数帯域に対して）。これは、どのような携帯電話システムにおいても十分に雑音レベル以下であり、従って、従来の携帯電話信号の復調や再生を妨げることはない。一般に、非常に多くのＵＷＢパルスは、例えば、従来の高周波との干渉をできるだけ低く抑えることができる−３０電力デシベルから−６０電力デシベルまでの比較的低い出力（単一の周波数、または特定の周波数で見た場合）で送信される。

以上説明したように、無線機器は、高周波（ＲＦ）エネルギーで通信を行う。従来技術のＲＦ通信では、ＲＦ搬送波を用いる。データは、搬送波上に変調され、次いで増幅され、第１のＲＦ機器から送信される。第２のＲＦ無線機器は、この搬送波を受信し、次いで増幅し、データを復調する。ＲＦ通信には、フェーディング、多経路干渉、およびチャネル減衰といった欠点がある。また、ＲＦエネルギー強度は、送信距離の２乗に反比例するので、ＲＦ無線機器の通信品質は、通信を行っているＲＦ機器の相対的な位置関係に依存する。さらに、大気条件、地形、自然や人口の構造物などによって、受信したＲＦ通信信号の強度は、一層、弱められる。

当該技術ではよく知られているように、ＲＦエネルギーの伝播は、環境、つまり人工的な環境や自然環境のいずれにも強く影響を受ける。例えば、一般に、都市部は大きな人口構造物が支配的であり、郊外には、通常、住宅構造物がある。また、農村部は、おそらく、雑木林と、時折見られる人口構造物とがあり、より開放的な空間である。

本発明の一特徴は、ＵＷＢ対応デバイス間での通信品質を最大化するように通信パラメータを適合させることである。従って、都市部に対しては、ある通信パラメータの組合せが用いられ、住宅地域には別の組合せが用いられ、さらに農村部にはまた別の組合せが用いられる可能性がある。この組合せは、環境ごとに固定されるわけではなく、また、各環境で用いられる通信パラメータは、異なっていてもよいし、できるだけ最高の通信品質を得るために他のパラメータを用いてもよい。

通信中の機器間の距離は、通信品質を特徴付ける１つの大きな要素である。また、通信中の機器間の距離を求める多くの方法がある。超広帯域（ＵＷＢ）システムの一特徴は、このシステムが、ＵＷＢパルスまたは信号の到着時刻を非常に精密に測定できることである。例えば、ＵＷＢシステムは、パルスや信号の到着時刻（ＴＯＡ）を２００ピコ秒以内の正確さで測定できる。このＵＷＢシステムは、１ナノ秒あたり１０センチメートルというおおよその伝播速度を用いて、約２センチメートルまで正確に距離を測定できる可能性がある。ＵＷＢ機器の時間分解能が減少するに従って、その距離分解能はさらに高くなる。このように、ＵＷＢ技術は、ＴＯＡを非常に正確な分解能で測定できるので、正確な距離も測定できる。

同時継続の米国特許出願第０９／８０５，７３５号（２００１年３月１３日出願、発明の名称「MAINTAINING A GLOBAL TIME REFERENCE AMONG A GOURP OF NETWORKED DEVICES（ネットワークで結ばれた一群の機器間でのグローバルな時間基準）」）では、単一の主時間基準へのＵＷＢ対応機器の同期が教示される。通信中のＵＷＢ機器が、この主時間基準に同期されると、通信中のＵＷＢ機器のいずれかが、距離測定を行うことができる。距離を求めるためには、受信側のＵＷＢ機器のみが、ＵＷＢパルスまたは信号の送信時刻と到着時刻とを分かっていればよい。通信中のＵＷＢ機器は、同じ主時間基準に同期されているので、送信時刻に対する基準は、ＵＷＢ機器間で共通である。ＵＷＢ信号の到着時刻は、受信側の機器が測定し、また、このＵＷＢ信号には、この信号の送信時刻が含まれる。従って、ＵＷＢ機器間の距離は、送信時刻と到着時刻との差を求め、それをＵＷＢ信号の速度と乗算することによって求められる。この送信時刻と到着時刻は、いずれも、同じ主時間基準を基準としているので、距離の計算は正確なものとなる。

超広帯域（ＵＷＢ）機器間の距離を求める別の方法が、本明細書に引用して援用する次に示す同時継続の米国特許出願に開示される：「USE OF THIRD PARTY ULTRA-WIDEBAND DEVICES TO ESTABLISH GEO-POSITIONAL DATA（地理的位置データを構築するための第三者超広帯域機器の利用）」（出願番号第１０／２６３，２１３号、２００２年８月２８日出願）。この出願は、米国特許第６，５１９，４６４号の一部継続出願であり、この米国特許は、「USE OF THIRD PARTY ULTRA-WIDEBAND DEVICES TO ESTABLISH GEO-POSITIONAL DATA（地理的位置データを構築するための第三者超広帯域機器の利用）」と題され、２０００年１２月２２日に出願された出願番号第０９／７４５，４９８号であり、また、「ULTRA-WIDEBAND COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD（超広帯域通信システムおよび方法）」と題され、２０００年１２月１４日に出願された米国仮出願番号第６０／２５５，４６９の優先権を主張するものである。

上記に援用した参考文献では、ＵＷＢ機器は、他のＵＷＢ機器の位置に基づき、自らの地理的位置を求めることができる。この実施形態では、第１のＵＷＢ機器が、地理的位置が分かっている２台以上の他のＵＷＢ機器に、位置要求メッセージを送信することができる。他のＵＷＢ機器は、自らの地理的位置を含むメッセージで応答することになる。次に、第１のＵＷＢ機器は、応答したＵＷＢ機器の地理的位置に基づき、自らの地理的位置を求めることができる。その後、ＵＷＢ機器間の距離に基づき、通信パラメータの選択が可能となる。

本発明の一実施形態は、各種通信パラメータを選択するための１つの要素として距離を用いる。また、本発明の他の実施形態は、各種通信パラメータを選択するための要素として、データのビット誤り率（ＢＥＲ）および／または受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）を用いることができる。さらに、本発明の一実施形態では、導出した距離情報を用いてＵＷＢ機器から外側に広がる複数の「ゾーン」を指定することができ、その後、数組の通信パラメータを、各ゾーンに割り当てることができる。

しかし、ＵＷＢパルスまたは信号の伝播特性は、ゾーンごとに変化する可能性がある。図３に示すように、ゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４は、ゾーンＺ１の中心にあるＵＷＢ機器（図示せず）から外側に広がる。図面の都合上、４つのゾーンのみを示すが、本発明の実施形態では、４つのゾーンよりも少なくてもよいし、また多くてもよい。

本発明の一実施形態では、各ゾーンを個々のセクタに分割することで、より正確な通信パラメータの選択が可能になる。このセクタ化は、さまざまな方法で実行することができる。一実施形態では、各セクタは、角度で測られた円の一部として割り当てられる。図３に示すように、セクタ１、セクタ２、セクタ３、およびセクタ４を含む４セクタシステムは、各ゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４の９０度で分けられた各部分を備える。通信環境や他の要因に応じて、セクタの数は、図に示す４セクタよりも多くてもよいし、また、少なくてもよい。一旦、ゾーンとセクタとが確立すれば、ＵＷＢ機器は、送信先のＵＷＢ機器のゾーンとセクタとに基づいて、機器間相互通信に用いるべき各種パラメータを選択する。

ＵＷＢ機器間の通信を可能にするために用いることができるさまざまな通信パラメータがある。この通信パラメータは、ＵＷＢパルス変調技術、誤り検出／訂正法、誤り制御アルゴリズム、パルス繰返し周波数、データレート、送信出力、ＵＷＢパルス形状、受信機の構成、ＵＷＢパルス幅、フレーム長、主時間基準の同期周波数、および他の適切な通信パラメータを含むことができる。

超広帯域パルス変調技術によって、１つの代表的なデータシンボルで、複数の２進数またはビットを表すことが可能になる。これは、通信システムにおいて、データレートを増加させるという明らかな効果がある。変調に関するいくつかの例としては、パルス幅変調（ＰＷＭ）、パルス振幅変調（ＰＡＭ）、およびパルス位置変調（ＰＰＭ）がある。ＰＷＭでは、一連の所定ＵＷＢパルス幅が、異なるビットセットを表すのに用いられる。例えば、８種類のＵＷＢパルス幅を用いるシステムでは、各シンボルは、８種類の１つを表すことができ、この１つのシンボルは、３ビットの情報を運ぶことになる。また、ＰＡＭでは、所定のＵＷＢパルス振幅が、異なるビットセットを表すのに用いられる。ＰＡＭ１６を用いるシステムは、１６種類の所定のＵＷＢパルス振幅を有することになる。このシステムでは、シンボルあたり４ビットの情報を運ぶことが可能になる。さらにＰＰＭでは、ＵＷＢパルスのタイムスロットの範囲内にある所定の位置が、１つのビットセットを運ぶのに用いられる。ＰＰＭ１６を用いるシステムでは、シンボルあたり４ビットの情報を運ぶことが可能になる。さらに別のＵＷＢパルス変調技術には次のものが含まれる：「ULTRA-WIDEBAND PULSE MODULATION SYSTEM AND METHOD（超広帯域パルス変調システムおよび方法）」と題される同時継続の米国特許出願第１０／２９４，０２１号に記載の符号化繰返し変調（ＣＲＭ：Ｃｏｄｅｄ Ｒｅｃｕｒｒｅｎｃｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、「ULTRA-WIDEBAND PULSE GENERATION SYSTEM AND METHOD（超広帯域パルス発生システムおよび方法）」と題される同時継続の米国特許出願第１０／１８８，９８７号に記載の傾斜振幅変調（ＳＬＡＭ：Ｓｌｏｐｅｄ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、「ULTRA-WIDEBAND PULSE MODULATION SYSTEM AND METHOD（超広帯域パルス変調システムおよび方法）」と題され、同じ題名の米国仮出願番号第６０／４５２，０２０の優先権を主張する２００３年４月２８日に出願の同時継続の米国特許出願（出願番号未定）に記載の３値変調、「ULTRA-WIDEBAND PULSE MODULATION SYSTEM AND METHOD（超広帯域パルス変調システムおよび方法）」と題され、２００３年４月２９日出願の同時継続の米国特許出願（出願番号未定）に記載の１パルス変調、および「ULTRA-WIDEBAND COMMUNICATION SYSTEM WITH AMPLITUDE MODULATION AND TIME MODULATION（振幅変調と時間変調とを備えた超広帯域通信システム）」と題される同時継続の米国特許出願第０９／７１０，０６５号に記載の他のＵＷＢパルス変調方法。以上示した仮出願および仮出願ではない米国特許出願の全てを、ここに引用し援用する。

通信システムでは、誤りを検出し、訂正するさまざまな方法がある。最も簡単な誤り検出形式は、データブロックごとにパリティビットを使用することである。この追加したビットは、偶数パリティが用いられる場合は偶数個の１、あるいは奇数パリティが用いられる場合は奇数個の１、のいずれか一方がこのブロックには確実にあるように設定される。

別の種類の誤り検出が、水平冗長検査（ＬＲＣ）／垂直冗長検査（ＶＲＣ）スキームである。この方法は、ワードあたり、あるいは、行列として考えた場合、フレームの列あたりに１つのパリティビットを用いるだけではなく、その行列の最終行全体を含む「パリティ検査符号」も用いる。このとき、その最終行の各ビットは、対応する列のパリティを検査する。行パリティビットは、最終列を形成し、ＶＲＣと呼ばれ、一方、列パリティビットは、最終行を形成し、ＬＲＣまたはパリティ検査符号と呼ばれる。このＬＲＣ／ＶＲＣは、各列および各行に偶数の誤りがある状態を検出することはできない。

一般的で強力な誤り検出技術が、巡回冗長検査（ＣＲＣ）である。ＣＲＣでは、送信機が、フレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）を生成し、また、そのＦＣＳの長さは、ＦＣＳがビットブロックに付加された場合、その拡張したブロックが、必ず所定の数で割り切れるような長さである。受信すると、ビット数が所定の数で除算され、残りがないようであれば、受信機は、メッセージには誤りが無いとみなす。以上説明した誤り検出方法、および説明はしていないが他の誤り検出方法のいずれも、本発明では使うことができる。

誤り検出アルゴリズムには、基本的に２つのグループがある。それは、後方誤り訂正（ＢＥＣ）と前方誤り訂正（ＦＥＣ）の２つである。逆方向誤り訂正（ＲＥＣ）としても知られるＢＥＣでは、第１の機器が、メッセージ、パケット、あるいはフレームを受信機に送信する。第２の機器は、受信したデータの誤りを検査する。もし誤りが検出されると、このメッセージ、パケット、あるいはフレームを再送信するように、リクエストが第１の機器に送信される。これとは対照的に、前方誤り訂正（ＦＥＣ）を用いる場合は、第２の機器が、第１の機器にデータを再送信させることなく誤りを訂正する。ＢＥＣには、単純だという利点がある反面、一般には、二重通信チャネルを必要とする。さらに、第１の機器が、フレームを再送信する必要があるので、全体としての情報のスループットは低下する。ＦＥＣだと、１方向通信が可能となるが、ＢＥＣよりも相当複雑であり、さらにデータにオーバーヘッドを載せることになる。

ＦＥＣのアルゴリズムは、通常は、冗長性を基礎としている。最も単純なＦＥＣの形態は、各データビットを何度も繰り返すことである。受信側の機器は、受信したビットに基づき、データビットが何であるべきかを単純に採決するだけでよい。一般に、「ｎ」個の誤りは、この方法を用いて、ビットごとに（２ｎ＋１）回繰り返すことで検出し、訂正することができる。非常に多くの複雑なＦＥＣアルゴリズムがあり、リード・ソロモン符号化、ビタビ符号化、ターボ符号化、およびＢＣＨ符号化を含む。なお、これらは、例証を目的としてのみ含むが、限定するわけではない。本発明では、誤り検出方法および誤り訂正方法が、他のＵＷＢ機器との通信を最適化するのにＵＷＢ対応機器が選択できる通信パラメータである。

通信システムでは、一般的な各種誤り制御アルゴリズムが用いられる。このアルゴリズムのほとんどが、自動反復要求（ＡＲＱ）アルゴリズムとして分類される。ストップ・アンド・ウエイト（ｓｔｏｐ−ａｎｄ−ｗａｉｔ）ＡＲＱなどの一部の誤り制御スキームでは、受信側の機器は、肯定応答（ＡＣＫ）あるいは否定応答（ＮＡＣＫ）のいずれかで、全てのメッセージに応答する。第１の機器は、第２の機器からＮＡＣＫまたはＡＣＫのいずれか一方を受信するまでは送信を続けることはない。Ｇｏ−Ｂａｃｋ−Ｎ ＡＲＱでは、第１の機器は、数多くのフレームを送信し、サイズＮのスライディング・ウインドウを維持する。もし、誤りが、フレーム内に検出されると、第２の機器は、第１の機器にＮＡＣＫを送信し、誤りのないフレームが正しく受信されるまでは、全ての着信フレームを破棄する。第１の機器は、誤りを含んだフレーム以降の全てのフレームを再送信しなければならない。誤り制御に関する別の変形形態が、選択リジェクト（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ−Ｒｅｊｅｃｔ）ＡＲＱである。このアルゴリズムでは、第２の機器が、訂正フレームを処理し、ＮＡＣＫを第１の機器に送信する。次に、第１の機器は、誤りを含んで受信されたフレームのみを再送信すればよい。本発明では、これらの誤り制御方法が、他のＵＷＢ機器との通信を最適化するためにＵＷＢ対応機器によって用いられる通信パラメータとなる場合もある。

超広帯域パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）またはパルス伝送レートが、本発明の方法を用いるＵＷＢ対応機器が選択できる別の通信パラメータである。このＰＲＦは、データの種類または量、あるいは擬似乱数に基づいて、一定または可変であるように選択することができる。一般に、一定のＰＲＦでは、スペクトル線をＰＲＦおよびその整数次高調波に形成する。このことは、スペクトルエネルギーの凝縮が望ましい場合には利点となる。擬似乱数ＰＲＦは、ＵＷＢ通信の占有スペクトルを広げる、あるいは「白色化」する。擬似乱数ＰＲＦを用いると、ＵＷＢエネルギーは、占有スペクトル領域全体にわたって、比較的均等に広がる。また、他のパラメータに基づいて、ＰＲＦが周期的に「ホップ」する場合は、可変ＰＲＦを追加的に用いても良い。なお、他のパラメータは、送信するデータを含んでもよいが、これに限定されるわけではない。

例えば、本発明の一実施形態では、ＵＷＢ機器は、距離情報、ＲＳＳＩ情報、あるいは他の種類の情報に基づいて通信リンクのデータレートを選択することができる。このＵＷＢパルス通信システムのデータレートは、通常は、ＰＲＦと、選択した変調技術でエンコードされたＵＷＢパルスストリーム上のシンボルあたりのビット数との積として計算される。可変ＰＲＦまたは擬似乱数ＰＲＦを用いると、データレートは、一般に、実効ＰＲＦに依存する。

通信の品質および信頼性に影響を及ぼす別の要因がビット誤り率（ＢＥＲ）であり、このＢＥＲは、通常は正常ビットに対する不良ビットの比として計算される。つまり、ＢＥＲは、データ転送の完全性を評価する方法である。一般に、ＢＥＲは、受信機での信号対雑音比（ＳＮＲ）に通常は依存する。ＢＥＲを低下させる、つまりサービスの質（ＱＯＳ）を向上させる１つの方法は、ＵＷＢパルスまたは信号の送信出力を増加させることによりＳＮＲを改善することである。本発明の一実施形態では、ＵＷＢ対応機器は、ＵＷＢ信号の送信出力レベルを通信パラメータとして選択できる。

本発明によって用いられる別の通信パラメータが、ＵＷＢパルスの送信出力である。電力スペクトル密度（ＰＳＤ）は、自己相関関数のフーリエ変換であり、ＵＷＢパルスの形状は、自己相関関数の形状に影響を与えるので、送信されたＵＷＢパルスの具体的な形状が、占有スペクトルでのＵＷＢ信号出力の分布に影響を与える。ある周波数範囲内での送信出力が有限である環境下では、ＵＷＢパルス形状は、送信出力レベルを制御する１つの方法である。本発明の一実施形態では、ＵＷＢパルス形状は、ＵＷＢ対応機器が他のＵＷＢ対応機器と通信する際に選択できるパラメータである。例えば、ＵＷＢパルス形状は、ガウシアン・モノサイクル、フィルタリングされた実質的な方形パルス、事前に歪ませたパルス、所定の位相を持つパルス、所定の振幅を持つパルス、および他の適当なパルス形状を含んでもよい。

多経路効果は、通信の品質と信頼性とに影響を及ぼす別の要因である。ＵＷＢパルスは、さまざまな経路を伝播することができ、その結果、送信対象とする受信機にはさまざまな時間で届き、多経路干渉またはフェーディングの原因となる。無線通信システムにおいて、多経路効果をできるだけ小さくする１つの方法は、ＲＡＫＥ受信機を用いることである。ＲＡＫＥ受信機を用いると、多くの信号の遅延コピーが、相互に関連付けられ、元の信号に加算されてＳＮＲを改善する。この受信機の「フィンガ」の数が、相互に関連付けられ合算される遅延コピーの数を決める。本発明の一実施形態では、受信機の「フィンガ」数が、本発明の方法を用いる通信システムの品質と信頼性とを向上させるために選択することができるパラメータである。

本発明によって用いられる他の通信パラメータは、ＵＷＢ可変パルスの幅または時間幅である。フーリエ変換のスケーリング則によれば、ＵＷＢパルスの時間幅または幅が増加すると、周波数成分は、より密になってくる。広い、あるいは長い時間幅のＵＷＢパルスの送信出力は、時には、雑音レベルよりも高くなることがあり、従来技術のＲＦ信号と干渉を起こす可能性がある。本発明の一実施形態では、広い、あるいは長い時間幅のＵＷＢパルスの電力スペクトル密度は、確実に、従来技術のＲＦ信号と共存し、チャネルの固有帯域幅による歪みを低減するように制御することができる。さらに、広い、あるいは長い時間幅のＵＷＢパルスには、多くのエネルギーが含まれる。例えば、本発明の一実施形態では、０．０１ナノ秒から１ミリ秒の範囲にあるＵＷＢパルス幅または時間幅を用いることができる。また、本発明の一実施形態では、ＵＷＢパルス幅または時間幅は、ＵＷＢ通信システムの品質と信頼性とを向上するために、ＵＷＢ対応機器が選択することができるパラメータである。

本発明によって用いられる他の通信パラメータは、ＵＷＢ可変フレームサイズまたはフレーム長である。フレームとは、ＵＷＢパルスを配置することができる一群の時間枠または時間ビンである。このフレームは、同期情報を提供し、データを搬送し、誤り訂正を支援し、あるいは他の種類の情報を含み、さらに、他の機能を提供するＵＷＢパルスを含んでもよい。また、フレーム長および同期周期は、ＢＥＲ、ひいてはＱＯＳに影響を及ぼすことになる。最小同期周波数を用いる通信システムでの長い時間幅のフレームでは、ＵＷＢ対応機器間での相対的なクロック変動のために、一層ＢＥＲが増加するという欠点がある。本発明の一実施形態では、フレーム長および同期周波数は、ＵＷＢ対応機器が、ＵＷＢ通信システムの品質と信頼性とを向上するのに選択し、また変化させることが可能なパラメータである。

以上説明した方法を用いる超広帯域通信システムの一実施形態は、図３を参照し、次の方法で機能させてもよい。つまり、ゾーンＺ１の中心にあるＵＷＢ機器は、ゾーンＺ２、セクタ１にあるＵＷＢ機器と、リード・ソロモン前方誤り訂正、１６レベル・パルス幅変調、ガウシアン・モノサイクルパルス形状、および平均出力０．５ワットの１００ＭＨｚで一定のパルス繰返し周波数を用いて通信してもよい。このＵＷＢ機器は、ゾーンＺ２にあるリモートＵＷＢ機器から受信した通信を、ＲＡＫＥ受信機の３フィンガを用いて処理することを選択してもよい。

また、このゾーン１の中心にあるＵＷＢ機器は、ゾーン４、セクタ２にある他のＵＷＢ機器と通信する際に、ビタビ前方誤り訂正、４レベル位置変調を加えた４レベル・パルス振幅変調、７５ＭＨｚの一定パルス繰返し周波数、３００ピコ秒のパルス幅を持つ基本的に長方形のパルス形状、および１ワットの平均送信出力を選択しても良い。さらに、このＵＷＢ機器は、ゾーンＺ４にある遠隔ＵＷＢ機器から受信した通信を、ＲＡＫＥ受信機の５フィンガを用いて処理することを選択してもよい。

本発明の他の特徴は、本発明が、ＵＷＢ対応機器の間で帯域幅を共有する方法を提供する、ということである。この実施形態では、ＵＷＢ対応機器は、送信先のＵＷＢ対応機器までの、信頼性が高く、かつ高いＱＯＳ通信リンクを確立するために、他のＵＷＢ対応機器を介した通信経路をとることができる。この実施形態の一実現形態では、ＵＷＢ対応機器は、アクセスが可能なゾーンやセクタで利用可能な帯域幅の推定値を求め、この情報を、通信を行う他のＵＷＢ対応機器に送ることができる。このように、第２のＵＷＢ機器と通信しようとする第１のＵＷＢ機器は、提供された利用可能な帯域幅情報に基づいて、第２のＵＷＢ機器との直接の通信リンク、あるいは他のＵＷＢ対応機器を介した第２のＵＷＢ機器までの通信経路のいずれかを確立することができる。

本発明の一実施形態では、ＵＷＢ対応機器の１つが固定ネットワークアクセスポイント（ＦＮＡＰ）である。この実施形態では、ＦＮＡＰは、３次元空間内での自分自身の地理的位置が分かっている。ＦＮＡＰの１つの機能は、そのＦＮＡＰ自身の地理的位置におけるＵＷＢ通信環境の特徴を、その範囲内にある全てのＵＷＢ対応機器に明らかにすることである。このようにして、ＦＮＡＰは、その局所的な通信環境内での好適な通信パラメータを確立し、チャネルモデル、ゾーン指定、および、その３次元座標に関する通信パラメータを保存する。新たなＵＷＢ対応機器が、その出力を増加させるに従って、あるいはＦＮＡＰの範囲内で移動するに従って、適切なゾーン、３次元地理座標、および関連する通信パラメータが、ＦＮＡＰによって、その新たなＵＷＢ対応機器に割り当てられる。

ＦＮＡＰは、より大きなＵＷＢネットワークの一部であってもよいし、ＦＮＡＰ自身のネットワークを確立してもよい。本明細書で定義するように、ネットワークは、通信経路によって接続された一群のポイントまたはノードである。この通信経路は、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。本明細書で定義するネットワークは、他のネットワークと相互接続でき、またサブネットワークを含むことができる。また、本明細書で定義するネットワークは、空間距離の観点から特徴付けることができ、そのネットワークには、例えば、数ある中でも、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、および無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮ）がある。さらに、本明細書で定義するネットワークは、ネットワーク上で用いるデータ伝送技術の種類を特徴とすることができ、そのネットワークには、例えば、数ある中でも、ＴＣＰ／ＩＰネットワークやシステム・ネットワーク・アーキテクチャによるネットワークがある。さらに、本明細書で定義するネットワークは、音声信号、またはデータ信号、あるいはその両方の信号のいずれを搬送するかには関わらないことを特徴とすることができる。さらに、本明細書で定義するネットワークは、そのネットワークを利用できるのが誰かに関わらないことを特徴とすることができ、そのネットワークには、例えば、数ある中でも、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、他の種類の公衆ネットワーク、および（一人部屋や家庭の中でのような）プライベート・ネットワークがある。さらに、本明細書で定義するネットワークは、ネットワーク接続の性質を特徴とすることができ、そのネットワークには、例えば、数ある中でも、ダイアルアップ・ネットワーク、交換ネットワーク、専用ネットワーク、および非交換ネットワークがある。さらに、本明細書で定義するネットワークは、ネットワークが用いる物理リンクの種類を特徴とすることができ、その物理リンクの種類には、例えば、光ファイバ、同軸ケーブル、この２つのハイブリッド・ケーブル、非シールド・ツイストペア線、シールド付ツイストペア線、あるいは空気などの無線媒体がある。

ネットワークの１つの欠点は、マルチユーザ干渉（ＭＵＩ）を生じる可能性があることで、そのＭＵＩは、一般には、狭い地理的領域で通信する複数のＵＷＢ対応機器に起因して生じる。本発明の一実施形態では、固定アクセスポイントが、通信を行うための各ゾーンに時間枠を割り当てる。この実施形態では、地理的に隣接していない可能性があるゾーンに、連続した時間枠が割り当てられる。この割り当ては、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）スキームに類似する機能論理ブロック（ＦＬＢ）に基づいて実現することができる。例えば、本発明の一実施形態では、固定アクセスポイントは、図３に示すように、その周囲の領域を、４つの同心円状のゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４に分割することができる。第１のＦＬＢであるＦＬＢ１は、ゾーンＺ２にあるＵＷＢ対応機器に割り当てられ、第２のＦＬＢであるＦＬＢ２は、ゾーンＺ４にある機器に割り当てられ、第３のＦＬＢであるＦＬＢ３は、ゾーンＺ１にあるＵＷＢ対応機器に割り当てられ、さらに、第４のＦＬＢであるＦＬＢ４は、ゾーンＺ３にあるＵＷＢ対応機器に割り当てられてもよいし、あるいはそれとは別に、ＦＬＢのタイムスロットが、同様の方法で各ゾーンに割り当てられてもよい。各ゾーンにある機器は、例えば、ＡＬＯＨＡ、ＣＳＭＡ、またはＣＳＭＡ−ＣＤが用いるコンテンション方式、あるいは事前割り当て方式のいずれかに基づき、割り当てられた時間枠にアクセスできる。

表１を参照すると、本発明の一実施形態は、ＵＷＢ通信ネットワーク内でＵＷＢパルスを送信するのに使用できる時間枠の割り当て方法を備えている。この時間枠は、最初に、地理的領域内のゾーンの数を求めることで利用可能となる。一旦、ゾーンの数が定まると、ＦＬＢの番号、あるいはＦＬＢ内のタイムスロットの番号が選択される。次に、時間枠の割り当てにおけるダイバーシティまたは重複不可状態が、まず適切なゾーン番号でインクリメンタルにカウントし、次に割り当てられた時間ビン間で重複を削除することで決められる。例えば、ある種のシステムでは、８ゾーン（Ｚ１〜Ｚ８）あり、割り当て繰返し数が３０の場合がある。つまり、３０個の時間ビンがフレームに含まれ（上記で定義したように、フレームは、パルスを配置することができる一群の時間枠または時間ビンである）、各ゾーンには、フレーム内の特定の時間ビンが割り当てられる。従って、各ＵＷＢ機器は、そのＵＷＢ機器があるゾーンに応じて、ＵＷＢ機器に割り当てられる時間ビンを分析さえすればよい。

本発明の割り当て方法における第１のステップは、表１に示すようにゾーン番号で順番にカウントすることである。

最初の割り当てに続いて、重複した時間枠または時間ビンを削除する。これは、多くの方法で行うことができる。この例では、重複した時間ビンの削除は、最大番号のゾーン（Ｚ８）から最小番号のゾーン（Ｚ１）に向かって行う。ゾーンＺ８には、１、９、１７、２５の時間ビンが割り当てられている。これらの時間ビンは、以下の表２に示すように、ゾーンＺ１からゾーンＺ７にあるＵＷＢ機器が用いるフレームでは削除される。ゾーンＺ７に対して残った時間ビンの割り当てが、次に、同じ方法で、ゾーンＺ１からゾーンＺ６で削除される。この処理は、全ての重複または反復が時間ビンの割り当てから除去されるまで続けられる。表２に、この時間ビンの割り当て方法の結果を示す。

表２では、ＦＬＢあるいは時間ビンの分布が、均一に分布していないことが分かる。より多くの時間ビンまたはＦＬＢを含むゾーンは、より少ない時間ビンまたはＦＬＢを持つゾーンよりも大きな帯域幅容量を有することになる。本発明の一特徴は、ゾーンの割り当ては、帯域幅の需要に基づいて行ってもよいということである。つまり、ゾーンは、（ゾーンＺ１の中心にあるローカルＵＷＢ機器によって）地理的に割り当てられるのではなく、代わりに、より広帯域幅のゾーンが、高密度のＵＷＢ機器を含む領域、あるいは帯域幅についての大きな需要がある領域に割り当てられるようにしてもよい。従って、本発明の一実施形態では、ローカルＵＷＢ機器は、ゾーンＺ８の中心に位置してもよい。

このように、本発明の一特徴は、本発明が、ダイナミックな帯域幅の割り当てを提供することによって、ＵＷＢ通信システムにおける高いＱＯＳを実現する方法、システム、コンピュータソフトウェアまたはロジック、および／またはコンピュータハードウェアを提供することである。本発明の一実施形態では、ＵＷＢ対応ローカル機器は、各ゾーン内のＵＷＢデバイスの台数密度に応じてゾーンを割り当て、その結果、より多くの時間ビンを含むゾーンを、より高密度にＵＷＢ機器がある領域に割り当てる。このゾーンの割り当ては、帯域幅に対する需要の変化に応じて変更してもよい。あるいは、ゾーンの地理的構成は、少数台のＵＷＢ機器しかない領域は、他の領域に組込まれて、あるいは統合されて、より多くのユーザがいるゾーンを生成できるように変更してもよい。このように、帯域幅を割り当てるこの方法によって、円形または球形のゾーンではなく、不規則形状となるゾーンを形成する場合もある。

図３を参照すると、本発明を実行する１つの方法が示されている。第１のＵＷＢ対応機器（図示せず）が、ゾーンＺ１の中心にある。他のＵＷＢ機器は、ゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４のいずれかにある。第１のＵＷＢ機器が、第１のＵＷＢ機器と通信する他のＵＷＢ機器のそれぞれに関する距離、ＲＳＳＩ、ＢＥＲ、および他の種類の情報を取得する。通信中のＵＷＢ機器から受信したデータに基づき、ゾーンＺ１〜Ｚ４およびセクタ１〜４が確立する。ゾーンとセクタの数およびサイズは、距離データ、ＲＦ信号密度、上記に説明した他の種類の情報、あるいは、各種情報の組合せに基づき決めることができる。

ＵＷＢ機器と通信する際は、第１のＵＷＢ機器が、他のＵＷＢ機器のゾーンとセクタとを決定する。このゾーンとセクタとに基づいて、第１のＵＷＢ機器は、他のＵＷＢ機器との通信に適した通信パラメータを選択する。ＵＷＢ機器は、電話、携帯情報端末、携帯用コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、上記で説明したあらゆるネットワーク、ビデオモニタ、コンピュータモニタ、あるいはＵＷＢ技術を用いる他の機器でよい。

図４を参照すると、ＵＷＢ対応機器間の距離を確立するために用いられるある１種類のメッセージが表示されている。第１のＵＷＢ対応機器は、「時刻要求メッセージ」を、主時間基準によって第１のＵＷＢ機器と時刻同期する少なくとも１つの他のＵＷＢ対応機器に対して同報通信する。この「時刻要求メッセージ」には、第１のＵＷＢ機器からの同報通信または送信の時刻が含まれる。他のＵＷＢ対応機器は、次に、「時刻要求メッセージ」を受信した時刻を、「時刻要求メッセージ」に組み込まれている送信時刻から引くことにより、第１のＵＷＢ機器までの距離を求めることができる。この時間差が伝播時間であり、ＲＦエネルギーは、一般に、ほぼ光の速度で伝播することから、通信中のＵＷＢ機器間の距離を求めることができる。

さらに、第１のＵＷＢ機器は、応答側のＵＷＢ機器までの距離を求めることができる計算済みの伝播時間を含む「時刻応答メッセージ」を受信することで、他のＵＷＢ機器までの距離を求めることができる。別の実施形態では、ＵＷＢ機器はまた、「時刻応答メッセージ」を受信した時刻を、その「時刻応答メッセージ」に組み込まれている送信時刻から引くことにより、応答中のＵＷＢ機器までの距離を、独立して検証することができる。この実施形態では、各ＵＷＢ機器には、送信された各メッセージ内の送信時刻が含まれる。通信中の全てのＵＷＢ機器は、主時間基準によって互いに時刻同期しているので、時間差を基にした距離の計算は正確なものとなる、

図５を参照すると、本発明を実行する別の方法が示されている。この実施形態は、ＵＷＢ対応機器間の距離を確立するために用いる別のメッセージングの方法である。第１のＵＷＢ対応機器が、「距離要求メッセージ」を、主時間基準によって第１のＵＷＢ機器と時刻同期する少なくとも１つの他のＵＷＢ対応機器に対して同報通信する。この「距離要求メッセージ」には、第１のＵＷＢ機器からの同報通信または送信の時刻が含まれる。他のＵＷＢ対応機器は、このメッセージを受信し、また、メッセージを受信した時刻を記録する。次に、受信側のＵＷＢ機器は、この「距離要求メッセージ」を受信した時刻を、「距離要求メッセージ」に組み込まれている送信時刻から引くことにより、第１のＵＷＢ機器までの距離を求める。

さらに、第１のＵＷＢ機器は、受信側のＵＷＢ機器が計算した距離を含む「距離応答メッセージ」を受信することで、他のＵＷＢ機器までの距離を求めることができる。この実施形態では、「距離応答メッセージ」は、距離と、主時間基準を基準とする「距離応答メッセージ」の送信時刻とを含む。第１のＵＷＢ機器は、「距離応答メッセージ」に含まれる送信時刻を、「距離応答メッセージ」の到着時刻と照らし合わすことによって、応答中の各ＵＷＢ機器からの距離を検証することができる。

図６を参照すると、本発明を実行する別の方法が示されている。この実施形態は、ＵＷＢ対応機器間で用いる通信パラメータの種類を決定するために使うメッセージングの方法である。第１のＵＷＢ対応機器が、「ビット誤り率（ＢＥＲ）要求メッセージ」を、少なくとも１つの他のＵＷＢ対応機器に対して同報通信する。この「ＢＥＲ要求メッセージ」には、通信を行う全てのＵＷＢ機器が、コンピュータメモリまたは他の適切な場所に持つ、あらかじめ定められた一連のシンボルが含まれる。この一連のシンボルは、「０１０１」や「００１１００１１」などの２進数からなる任意のグループを表してもよいし、シンボルからなる他の所望のグループを表してもよい。

受信側のＵＷＢ機器は、「ＢＥＲ要求メッセージ」を受信し、受信したシンボルを、コンピュータメモリに格納したあらかじめ定められた一連のシンボルと比較することでビット誤り率を求める。次に、このＵＷＢ機器は、計算済みのＢＥＲ、つまりＵＷＢ機器間の距離が既知であれば確実なＢＥＲを含む「ＢＥＲ応答メッセージ」で、同様の距離内またはゾーン内の他のＵＷＢ機器に応答する。

図７を参照すると、本発明を実行する別の方法が示されている。この実施形態は、ＵＷＢ対応機器間で用いる通信パラメータの種類を決定するために使うメッセージングの別の方法である。第１のＵＷＢ対応機器が、「一定エネルギー要求メッセージ」を、所定のエネルギーレベルで、少なくとも１つの他のＵＷＢ対応機器に対して同報通信する。他のＵＷＢ対応機器は、この所定のエネルギーレベルがコンピュータメモリまたは他の適切な場所に格納されているので、このレベルについては分かっている。このＵＷＢ機器は、「一定エネルギー要求メッセージ」を受信し、その「一定エネルギー要求メッセージ」の受信エネルギーを求め、それを所定のエネルギーレベルと比較する。この差が、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）である。次に、受信側のＵＷＢ機器は、ＲＳＳＩを含む「一定エネルギー応答メッセージ」で応答する。そして、第１のＵＷＢ機器は、このＲＳＳＩを含む「一定エネルギー応答メッセージ」を受信し、ＲＳＳＩ情報に基づき、通信を行うＵＷＢ機器に対する通信パラメータの種類を設定する。

この方法の別の実施形態では、第１のＵＷＢ機器に、「一定エネルギー応答メッセージ」のエネルギーレベルを求めることで、この機器自身のＲＳＳＩを計算させ、それを、所定のエネルギーレベルと比較させてもよい。この方法で、例えば移動中のＵＷＢ機器など、通信状態の変化を捉えることができる。この実施形態では、「一定エネルギー応答メッセージ」は、第１のＵＷＢ機器がこの「一定エネルギー応答メッセージ」に対するＲＳＳＩを求め、それを、応答メッセージ中にあるＲＳＳＩ情報と比較できるように、ある一定エネルギーレベルで同報通信される。これらのＲＳＳＩ情報を比較することで、正確な通信パラメータを確立することができる。

図８に、本発明の一実施形態の例を示す。この図では、ＵＷＢ対応リモート機器の少なくとも１つが、アンテナ、ネットワーク・ノード、あるいは他の適当な機器などの固定ＵＷＢアクセスポイント１００である。この実施形態の固定アクセスポイント１００は、その範囲内またはネットワーク内で通信する全てのＵＷＢ機器に対する主時間基準を発生させる。例えば、固定アクセスポイント１００の範囲内にある各ＵＷＢ機器、または固定アクセスポイント１００と通信する各ＵＷＢ機器は、内容全体を本明細書で引用し援用している「MAINTAINING A GLOBAL TIME REFERENCE AMONG A GOURP OF NETWORKED DEVICES（ネットワークで結ばれた一群の機器間でのグローバルな時間基準）」と題され、２００１年３月１３日に出願された同時継続の米国特許出願第０９／８０５，７３５号に開示された方法に従って自らを同期させる。なお、固定アクセスポイント１００は、ゾーンまたはセクタを、その範囲内またはネットワーク内のＵＷＢ対応機器に割り当ててもよいし、割り当てなくてもよい。

図９を参照すると、超広帯域（ＵＷＢ）通信ネットワークの一実施形態が示されている。固定アクセスポイント１００は、通信リンクおよび主時間基準を、ＵＷＢ機器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＰ１に提供する。このＵＷＢ機器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＰ１は、機器Ｄ３およびＰ１が示すように、直接、固定アクセスポイント１００と通信してもよいし、Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３が示すように、独自のネットワーク内で通信してもよい。また、ＵＷＢ機器Ｐ１は、直接、機器Ｄ２およびＤ３と通信を行っているＵＷＢ機器Ｄ１と通信してもよい。なお、ここで、機器Ｄ２およびＤ３も、固定アクセスポイント１００と通信を行っている。本発明の一実施形態では、図９に示すように、ＵＷＢ機器Ｄ１と固定アクセスポイント１００との間での通信は、ＵＷＢ機器Ｄ３またはＰ１を介した経路をとることができる。あるいは、ゾーンおよびセクタの割り当てに基づき、かつ／または、他の通信パラメータに基づき、機器Ｄ１は、固定アクセスポイント１００との直接通信リンクを確立してもよい。

図１０を参照すると、超広帯域（ＵＷＢ）通信ネットワークの他の実施形態が示されている。この実施形態では、ＵＷＢ機器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３は、図８および図９に示す場合とは異なり、固定アクセスポイント１００を介して通信ネットワークを確立するために、固定アクセスポイントの範囲内になくてもよい。本発明のこの実施形態では、ＵＷＢ対応機器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とＤ１、Ｄ２、Ｄ３とは、それぞれ独自のネットワーク内で通信していることが示される。これらのネットワークは、プライベートで、かつ／または傍受などの危険性がないものでもよく、あるいは、他のＵＷＢ機器がアクセスできるものでもよい。この実施形態では、移動可能なＵＷＢ対応機器Ｑ１が、固定アクセスポイント１００の役割を果たすことができ、その範囲内にあるＵＷＢ機器に対して、ゾーンとセクタとを割り当て、主時間基準を確立することができる。あるいは、各ＵＷＢ対応機器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３は、他のＵＷＢ対応機器との信頼性が高い通信を可能にするために、独自のゾーンとセクタとを確立してもよい。さらに、ＵＷＢ機器間の通信経路は、あらゆる利用可能な経路を介してもよく、例えば、図１０に示すように、機器Ｐ３および機器Ｄ１はＵＷＢ機器Ｑ１を介して通信してもよく、あるいは、直接の通信リンクを確立してもよい。この実施形態では、複数の機器からなる複数のネットワーク間での時刻同期は、内容全体を本明細書で引用し援用している「MAINTAINING A GLOBAL TIME REFERENCE AMONG A GOURP OF NETWORKED DEVICES（ネットワークで結ばれた一群の機器間でのグローバルな時間基準）」と題され、２００１年３月１３日に出願された同時継続の米国特許出願第０９／８０５，７３５号に記載された方法に従って実現してもよい。

図１１を参照すると、空間ダイバーシティが実現され、従ってマルチユーザ干渉（ＭＵＩ）は、ＦＬＢまたはＦＬＢ内の時間ビンを異なる地理的ゾーンに割り当てることよって低減される。本発明のこの実施形態では、ＵＷＢ対応機器（図示せず）が、ゾーン１１０２（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４）を確立する。各ゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４内の他のＵＷＢ機器と通信する際は、ＵＷＢ対応機器は、次のＦＬＢまたは時間ビン１１０１の割り当てを用いてもよい。つまり、ＦＬＢ１１０１（１）は、ゾーンＺ３にあるＵＷＢ機器と通信するのに用いてもよく、ＦＬＢ１１０１（２）は、ゾーンＺ１にあるＵＷＢ機器と通信するのに用いてもよく、ＦＬＢ１１０１（３）は、ゾーンＺ４にあるＵＷＢ機器と通信するのに用いてもよく、ＦＬＢ１１０１（４）は、ゾーンＺ２にあるＵＷＢ機器と通信するのに用いてもよい。この実施形態では、ＦＬＢまたは時間ビンの割り当てパターンは、以降の通信に対しても繰り返される。

以上のように、明らかに、超広帯域無線通信のさまざまな方法が提供された。当業者には当然のことながら、本発明は、例示のみを目的とし、それに限定するわけではないこの説明にある上記の実施形態以外でも実行することが可能である。本明細書および添付図面に記載の説明および実施例は、本発明の好適な実施形態のみを説明するものである。この明細書および図面は、本特許文献の排他的範囲を限定するためのものではない。上記の実施形態以外の多くの形態が、以下の請求項の文言上および／または法律上の範囲に含まれることになり、本発明は、以下の請求項によってのみ限定されるものである。この説明で論じた特定の実施形態と同等なさまざまな形態も、本発明を実現できることに留意されたい。

異なる通信方式の説明図である。 ２種類の超広帯域パルスの説明図である。 本発明の一実施形態によってＵＷＢ機器が確立したゾーンとセクタとの説明図である。 本発明の一実施形態による時刻要求メッセージ、およびそれと関連する時刻応答メッセージを示す図である。 本発明の一実施形態による距離要求メッセージ、およびそれと関連する距離応答メッセージを示す図である。 本発明の一実施形態によるＢＥＲ要求メッセージ、およびそれと関連するＢＥＲ応答メッセージを示す図である。 本発明の一実施形態による一定エネルギー要求メッセージ、およびそれと関連する一定エネルギー応答メッセージを示す図である。 本発明の一実施形態による固定アクセスポイントを備えたセクタ化されたゾーンシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による固定アクセスポイントを備えたセクタ化されたゾーンシステムで通信するＵＷＢ対応機器を示す図である。 本発明の一実施形態による固定アクセスポイントがない場合に他のＵＷＢ対応機器と通信するＵＷＢ対応機器を示す図である。 本発明の一実施形態による時間ビンの空間ダイバーシティ割り当てを示す図である。

当然のことながら、図面の一部または全ては、例示のための略図であり、必ずしも実際の相対的寸法または図示された要素の位置を描いているわけではない。

Claims (23)

1. 超広帯域通信システムにおける少なくとも１つの通信パラメータを選択する方法であって、
   第１の超広帯域機器を用意するステップと、
   前記第１の超広帯域機器から第２の超広帯域機器に時刻要求メッセージを送信するステップと、
   前記第２の超広帯域機器から送信時刻を含む応答メッセージを受信するステップと、
   前記応答メッセージの受信時刻と、前記送信時刻との間の時間差を求めるステップと、
   前記時間差に基づいて、少なくとも１つの通信パラメータを選択するステップとを含む方法。
2. 前記第１の超広帯域機器および前記第２の超広帯域機器は、同じ時間を基準とする請求項１に記載の方法。
3. 前記時間差を用いて、前記第１の超広帯域機器から前記第２の超広帯域機器までの距離を求めるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 前記通信パラメータは、超広帯域パルス変調技術、誤り検出方式、誤り訂正方式、誤り制御方式、超広帯域パルス繰返し周波数、データレート、送信出力、超広帯域パルス形状、受信機の構成、超広帯域パルス幅、フレーム長、および時刻同期速度からなる群の少なくとも１つから選択される請求項１に記載の方法。
5. 距離に基づいて、超広帯域通信システムにおける少なくとも１つの通信パラメータを選択する方法であって、
   第１の超広帯域機器を用意するステップと、
   前記第１の超広帯域機器から第２の超広帯域機器に時刻要求メッセージを送信するステップと、
   前記第２の超広帯域機器から送信時刻を含む応答メッセージを受信するステップと、
   前記応答メッセージの受信時刻と、前記送信時刻との間の時間差を求めるステップと、
   前記第１の超広帯域機器と前記第２の超広帯域機器との間の距離を計算するステップと、
   前記計算された距離に基づいて、少なくとも１つの通信パラメータを選択するステップとを含む方法。
6. 前記通信パラメータは、超広帯域パルス変調技術、誤り検出方式、誤り訂正方式、誤り制御方式、超広帯域パルス繰返し周波数、データレート、送信出力、超広帯域パルス形状、受信機の構成、超広帯域パルス幅、フレーム長、および時刻同期速度からなる群の少なくとも１つから選択される請求項５に記載の方法。
7. ビット誤り率に基づいて、超広帯域通信システムにおける少なくとも１つの通信パラメータを選択する方法であって、
   第１の超広帯域機器を用意するステップと、
   前記第１の超広帯域機器から第２の超広帯域機器にビット誤り率メッセージを送信するステップと、
   前記第２の超広帯域機器からビット誤り率応答メッセージを受信するステップと、
   このビット誤り率に基づいて、少なくとも１つの通信パラメータを選択するステップとを含む方法。
8. 前記送信されたビット誤り率メッセージは、既知数のビットを含む請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の超広帯域機器から送信され、前記受信したビット誤り率メッセージは、受信したビット数に関する情報を含む請求項７に記載の方法。
10. 前記通信パラメータは、超広帯域パルス変調技術、誤り検出方式、誤り訂正方式、誤り制御方式、超広帯域パルス繰返し周波数、データレート、送信出力、超広帯域パルス形状、受信機の構成、超広帯域パルス幅、フレーム長、および時刻同期速度からなる群の少なくとも１つから選択される請求項７に記載の方法。
11. 信号エネルギーに基づいて、超広帯域通信システムにおける少なくとも１つの通信パラメータを選択する方法であって、
    第１の超広帯域機器を用意するステップと、
    前記第１の超広帯域機器から第２の超広帯域機器に既知のエネルギーに関するメッセージを送信するステップと、
    前記第２の超広帯域機器から、前記既知のエネルギーに関するメッセージの受信エネルギーを含む応答メッセージを受信するステップと、
    前記既知のエネルギーに関するメッセージの前記受信エネルギーに基づいて、少なくとも１つの通信パラメータを選択するステップとを含む方法。
12. 前記通信パラメータは、超広帯域パルス変調技術、誤り検出方式、誤り訂正方式、誤り制御方式、超広帯域パルス繰返し周波数、データレート、送信出力、超広帯域パルス形状、受信機の構成、超広帯域パルス幅、フレーム長、および時刻同期速度からなる群の少なくとも１つから選択される請求項１１に記載の方法。
13. 地理的領域に基づいて、超広帯域通信システムにおける少なくとも１つの通信パラメータを選択する方法であって、
    超広帯域機器を用意するステップと、
    複数の地理的領域を、その地理的領域の１つの中心に実質的に位置する前記超広帯域機器で確立するステップと、
    少なくとも１つの通信パラメータを、各地理的領域に割り当てるステップとを含む方法。
14. 類似した通信パラメータが各地理的領域に割り当てられるが、この類似した通信パラメータの特性は、各地理的領域に応じて変化する請求項１３に記載の方法。
15. 前記類似した通信パラメータは、超広帯域パルス変調技術、誤り検出方式、誤り訂正方式、誤り制御方式、超広帯域パルス繰返し周波数、超広帯域パルス形状、フレーム長、および時刻同期速度からなる群の少なくとも１つから選択される請求項１４に記載の方法。
16. 前記類似した通信パラメータの前記特性は、データレート、送信出力、受信機の構成、超広帯域パルス幅からなる群の少なくとも１つから選択される請求項１４に記載の方法。
17. 前記地理的領域は、前記超広帯域機器と他の超広帯域機器との間の距離によって確立される請求項１３に記載の方法。
18. 超広帯域通信システムにおける少なくとも１つの通信パラメータを選択する方法であって、
    第１の超広帯域機器と第２の超広帯域機器とを用意するステップと、
    前記第１の超広帯域機器と前記第２の超広帯域機器との間の距離を求めるステップと、
    複数の地理的領域を、その地理的領域の１つの中心に実質的に位置する前記超広帯域機器の少なくとも１つで確立するステップと、
    前記地理的領域のそれぞれを、少なくとも２つのセクタに分割するステップと、
    少なくとも１つの通信パラメータを、各地理的領域および各セクタに割り当てるステップとを含む方法。
19. 前記通信パラメータは、超広帯域パルス変調技術、誤り検出方式、誤り訂正方式、誤り制御方式、超広帯域パルス繰返し周波数、データレート、送信出力、超広帯域パルス形状、受信機の構成、超広帯域パルス幅、フレーム長、および時刻同期速度からなる群の少なくとも１つから選択される請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２の超広帯域機器は、前記距離、地理的領域、およびセクタを、前記第１の超広帯域機器に送信する請求項１８に記載の方法。
21. 超広帯域通信システムにおける空間ダイバーシティを設ける方法であって、
    第１の超広帯域機器と第２の超広帯域機器とを用意するステップと、
    複数の地理的領域を、第１の地理的領域に位置する前記第１の超広帯域機器と、第２の地理的領域に位置する前記第２の超広帯域機器とのうちの少なくとも１つで確立するステップと、
    前記第１の超広帯域機器と前記第２の超広帯域機器との間で通信するために、一群の超広帯域時間枠を用いるステップと、
    前記地理的領域のそれぞれに、特定の時間枠を割り当てるステップとを含む方法。
22. 前記地理的領域のそれぞれに、特定の時間枠を割り当てる前記ステップは、
    前記一群の超広帯域時間枠に対して、繰返し間隔を選択するステップと、
    少なくとも１つの時間枠を、各地理的領域に割り当てるステップと、
    重複した時間枠を、各地理的領域から削除するステップとを含む請求項２２に記載の方法。
23. 距離に基づいて、超広帯域通信システムにおける少なくとも１つの通信パラメータを選択する方法であって、
    第１の超広帯域機器を用意するステップと、
    前記第１の超広帯域機器から、地理的位置が分かっている少なくとも２つの超広帯域機器に、地理的位置要求メッセージを送信するステップと
    前記少なくとも２つの超広帯域機器から、前記少なくとも２つの超広帯域機器それぞれの地理的位置を含む応答メッセージを受信するステップと、
    前記第１の超広帯域機器と、前記少なくとも２つの超広帯域機器との間の距離を計算するステップと、
    前記計算された距離に基づいて、少なくとも１つの通信パラメータを選択するステップとを含む方法。

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