JP2007518368A - Ultra wide band scrambler to reduce power spectral density - Google Patents

Ultra wide band scrambler to reduce power spectral density Download PDF

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Abstract

ウルトラワイドバンド(UWB)データをスクランブルするためのスクランブル方法を開示する。ペイロードデータ及び非ペイロードデータを有するUWBデータ(420)を、第1ビットストリング(412)を第1ビット数だけシフトし、第2ビットストリング(410)を第2ビット数だけシフトし、シフトした第1ビットストリングと第2ビットストリングとを結合し(411A〜414N)、シフトされ結合された第1及び第2ビットストリングからスクランブラ制御ビット(416)を生成(418)し、そしてこれらのスクランブラ制御ビットに応じてUWBデータの少なくとも一部をスクランブルする(424)ことによってスクランブルする。他の態様によれば、シード相関の低い複数のシードのシード組を有する擬似乱数発生器を用いてペイロードデータをスクランブルし、ここでシード組内の各シードは所定数のビットを有し、そしてランダムフレーム反転(428,430)を非ペイロードデータ及び/またはデータのフレーム全体に選択的に適用することによって、UWBデータをスクランブルする。
A scrambling method for scrambling ultra-wideband (UWB) data is disclosed. The UWB data (420) having payload data and non-payload data is shifted by shifting the first bit string (412) by the first bit number and shifting the second bit string (410) by the second bit number. Combining the one bit string and the second bit string (411A to 414N), generating (418) scrambler control bits (416) from the shifted and combined first and second bit strings, and these scramblers The UWB data is scrambled by scrambled (424) according to the control bits. According to another aspect, the payload data is scrambled using a pseudo-random number generator having a seed set of seeds with low seed correlation, where each seed in the seed set has a predetermined number of bits, and The UWB data is scrambled by selectively applying random frame inversion (428,430) to the entire non-payload data and / or the entire frame of data.

Description

(発明の分野)
本発明はウルトラワイドバンド(超広帯域)伝送技術に関するものであり、特にウルトラワイドバンド信号スクランブル方法、及びウルトラワイドバンド信号の離散周波数成分によるパワースペクトル密度を低減する装置に関するものである。
(Field of Invention)
The present invention relates to an ultra-wide band (ultra-wide band) transmission technology, and more particularly to an ultra-wide band signal scrambling method and an apparatus for reducing power spectral density due to discrete frequency components of an ultra-wide band signal.

(発明の背景)
ウルトラワイドバンド(UWB:Ultra Wideband)技術は、非常に短い持続時間のベースバンド・パルスを用いて、伝送信号のエネルギーを0付近から数GHzまでに非常に薄く広く拡散させる。UWB技術は現在、軍事用途に用いられ、UWB信号を発生させる技法は周知である。米連邦通信委員会(FCC:Federal Communications Committee)により公表された、UWB技術を内蔵する民生品の市場調査及び運用を許可する近年の決定により、商業用途も間もなく可能になる。
(Background of the Invention)
Ultra Wideband (UWB) technology uses a very short duration baseband pulse to spread the energy of the transmitted signal very thinly and widely from near zero to several GHz. UWB technology is currently used in military applications, and techniques for generating UWB signals are well known. The recent decision to permit market research and operation of consumer products with built-in UWB technology, published by the Federal Communications Committee (FCC), will soon enable commercial use.

商業用途を許可するFCCの決定のキーとなる動機は、UWB伝送は新たな通信スペクトルを必要としない、ということにある、というのは、UWB信号は、適正に構成されていれば、他の用途の信号と同一スペクトル内に共存することができ、相互干渉は無視できるからである。しかし、無視できる相互干渉を保証するために、FCCはUWBの応用に対して放射制限を指定している。例えば、FCCの基本的な要求は、UWBシステムが他のナローバンド(狭帯域)通信システムと干渉しない信号を発生しないことである。   The key motivation for FCC decisions to allow commercial use is that UWB transmissions do not require a new communication spectrum, because if the UWB signal is properly configured, This is because it can coexist in the same spectrum as the application signal, and mutual interference can be ignored. However, in order to guarantee negligible mutual interference, the FCC has specified emission limits for UWB applications. For example, the basic requirement of the FCC is that UWB systems do not generate signals that do not interfere with other narrowband communication systems.

Moe他、”On the Power Spectral Density of Digital Pulse Streams Generated by M-ary Cyclostationary Sequences in the Presence of Stationary Timing Jitter”Moe et al., “On the Power Spectral Density of Digital Pulse Streams Generated by M-ary Cyclostationary Sequences in the Presence of Stationary Timing Jitter”

UWB信号の放射特性は、そのパワースペクトル密度(PSD:Power Spectral Density)を調べることによって定めることができる。確率論に基づく理想的な同期データパルス・ストリーム(流)は周知である。確率論的な取り組みを用いた、ランダムなタイミングのジッタの存在下での「タイム−ホッピング拡散スペクトル」シグナリング(信号伝送)方式の特徴付けは、Moe他による文献:”On the Power Spectral Density of Digital Pulse Streams Generated by M-ary Cyclostationary Sequences in the Presence of Stationary Timing Jitter”、IEEE Transactions on Communications, Vol. 46, No. 9, 1998年9月の1135〜1145ページに開示されている。この文献によれば、UWB信号のパワースペクトルは連続成分及び離散成分から成る。一般的に言えば、離散成分の方が連続成分よりもPSDに寄与する。従って、離散成分は連続成分よりもナローバンド無線システムに対する妨害を生じさせる。   The radiation characteristic of the UWB signal can be determined by examining its power spectral density (PSD). An ideal synchronous data pulse stream based on probability theory is well known. The characterization of “time-hopping spread spectrum” signaling (signal transmission) schemes in the presence of random timing jitter using a stochastic approach is described by Moe et al .: “On the Power Spectral Density of Digital. Pulse Streams Generated by M-ary Cyclostationary Sequences in the Presence of Stationary Timing Jitter ”, IEEE Transactions on Communications, Vol. 46, No. 9, September 1998, pages 1135 to 1145. According to this document, the power spectrum of a UWB signal consists of a continuous component and a discrete component. Generally speaking, the discrete component contributes to PSD more than the continuous component. Thus, discrete components cause more interference to narrowband radio systems than continuous components.

データの白色化(ホワイトニング)は離散成分の存在を減らすことができ、これによりUWB信号のPSDを低減することができる。従来の通信システムでは、一般にスクランブラ(スクランブル器)を用いてデータの白色化、例えばタイミング回復及び等化を行っている。しかし、スクランブラのPSDを抑制する性能は、UWB用には不十分である。例えば、データのブロックが反復される際には、ブロック内部でデータをスクランブルしても強い線スペクトルが発生し得る。このことは、米国電気電子学会(IEEE:Institute of Electrical and Electronic Engineers)によって開発されたIEEE 802.15.3aの場合である。従来のスクランブラは、IEEE 802.5.3aに伴う高いパルス反復周波数(PRF:Pulse Repetition Frequency)、即ち約100Mbps〜500Mbps、及びこれらのスクランブラの時分割多重アクセス(TDMA:Time Division Multiple Access)フレーム構造により、IEEE 802.5.3aにおけるPSDを抑制するには不十分である。   Data whitening can reduce the presence of discrete components, thereby reducing the PSD of the UWB signal. In a conventional communication system, data whitening, for example, timing recovery and equalization, is generally performed using a scrambler (scrambler). However, the performance of suppressing the PSD of the scrambler is insufficient for UWB. For example, when a block of data is repeated, a strong line spectrum can be generated even if the data is scrambled within the block. This is the case with IEEE 802.15.3a developed by the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). Conventional scramblers have a high pulse repetition frequency (PRF) according to IEEE 802.5.3a, that is, about 100 Mbps to 500 Mbps, and a time division multiple access (TDMA) frame structure of these scramblers. Therefore, it is insufficient to suppress PSD in IEEE 802.5.3a.

従って、UWB信号のPSDを低減するための改善されたスクランブラが必要である。本発明はとりわけ、この必要性を満たす。   Therefore, there is a need for an improved scrambler to reduce the PSD of UWB signals. The present invention fulfills this need among others.

(発明の概要)
本発明は、第1ビットストリング(ビット列)を第1ビット数だけシフト(桁ずらし)し、第2ビットストリングを第2ビット数だけシフトし、シフトされた第1ビットストリングと第2ビットストリングとを結合し、そしてシフトされ結合された第1及び第2ビットストリングからスクランブラ制御ビットを生成することによってUWBデータをスクランブルする装置及び方法で具体化される。UWBデータの少なくとも一部は、生成されたスクランブラ制御ビットに応じてスクランブルされる。
(Summary of Invention)
The present invention shifts (shifts) a first bit string (bit string) by a first bit number, shifts a second bit string by a second bit number, and shifts the shifted first bit string and second bit string. And an apparatus and method for scrambling UWB data by generating scrambler control bits from the shifted and combined first and second bit strings. At least a part of the UWB data is scrambled according to the generated scrambler control bits.

本発明の他の態様によれば、ほぼ無相関のシード値から成るシード組から選択したシード(乱数列等発生の種となる初期値)を用いて初期化した擬似乱数列(ランダムシーケンス)を用いてペイロード(正味の)データをスクランブルすることによって、UWBデータをスクランブルする。そして、スクランブルされたデータの非ペイロード(付随的な)部分は選択的に反転される。   According to another aspect of the present invention, a pseudo-random number sequence (random sequence) initialized using a seed selected from a seed set consisting of substantially uncorrelated seed values (an initial value that becomes a seed for generating a random number sequence, etc.) Use to scramble the UWB data by scrambling the payload (net) data. The non-payload (accompanying) portion of the scrambled data is then selectively inverted.

本発明は、以下の図面を参照した実施例の詳細な説明を読めば最もよくわかる。各図面中では、同様の構成要素は同じ参照番号で示す。   The present invention is best understood by reading the detailed description of the embodiments with reference to the following drawings. In the drawings, similar components are denoted by the same reference numerals.

(実施例の詳細な説明)
本発明を理解するためには、クロック動作乱数列のPSDの分析が有用である。ディジタル制御される信号は、基本クロック周期Tcの倍数においてランダム伝送がなされるものと仮定する。このシグナリング技法は次の(1)式のようにモデル化される:

Figure 2007518368
ここに、{an}は、不平衡バイナリ(2進数)の独立、一様分布(i.i.d.:Independent Identically Distributed)の乱数列であり、wは、パルス形状及び伝送パワーを決める時間領域パルスである。{an}は、次式(2)に示す確率関数を有し定常的であるものと仮定する:
Figure 2007518368
(Detailed description of examples)
In order to understand the present invention, it is useful to analyze the PSD of a clocked random number sequence. The digitally controlled signal is assumed to be randomly transmitted in a multiple of the basic clock period Tc . This signaling technique is modeled as (1) below:
Figure 2007518368
Here, {a n } is an unbalanced binary (binary number) independent, uniform distribution (iid) random number sequence, and w determines the pulse shape and transmission power. Time domain pulse. {a n } is assumed to be stationary with the probability function shown in equation (2):
Figure 2007518368

UWB信号の連続成分Sc(f)及び離散成分Sd(f)は、それぞれ次の(3a)式及び(3b)式に示すようにモデル化することができることは、当業者にとって既知である:

Figure 2007518368
It is known to those skilled in the art that the continuous component S c (f) and the discrete component S d (f) of the UWB signal can be modeled as shown in the following equations (3a) and (3b), respectively. :
Figure 2007518368

これらの式は、PSDが次の3つのパラメータによって決まることを示す:
・W(f)−パルス形状及び伝送パワー;
・Tc−クロック周期またはパルスレート;
・p−anの分布。
以上の定義より、次の条件が導出される:
・p=0である際には、Sc(f, 0)=0 及び Sd(f, 0)=max(Sd(f));
・p=1である際には、Sc(f, 1)=0 及び Sd(f, 1)=max(Sd(f))。
(これらの場合には、Sd(f)が最大に達し、どのような波形をパルスに用いても、すべてのエネルギーが離散成分に行く。)
・p=0.5である際には、Sc(f, 0.5)=max(Sc(f)) 及び Sd(f, 0.5)=0。
(この場合には、Sc(f)が最大に達し、どのような波形をパルスに用いても、すべてのエネルギーが連続成分に行く。)
従って、総PSDが一定に保たれれば、上記乱数列の分布が、連続成分と離散成分との間のPSDの分布を決める。
These equations show that PSD is determined by the following three parameters:
W (f)-pulse shape and transmission power;
Tc -clock period or pulse rate;
· Distribution of p-a n.
From the above definition, the following conditions are derived:
When p = 0, S c (f, 0) = 0 and S d (f, 0) = max (S d (f));
When p = 1, S c (f, 1) = 0 and S d (f, 1) = max (S d (f)).
(In these cases, S d (f) reaches a maximum and all energy goes to discrete components no matter what waveform is used for the pulse.)
When p = 0.5, S c (f, 0.5) = max (S c (f)) and S d (f, 0.5) = 0.
(In this case, S c (f) reaches a maximum and all energy goes to a continuous component no matter what waveform is used for the pulse.)
Therefore, if the total PSD is kept constant, the distribution of the random number sequence determines the PSD distribution between the continuous component and the discrete component.

図1Aに、1パルスのパワースペクトルを示し、図1B〜1Dに、それぞれが異なる確率分布を有するクロック動作乱数列のPSDを示す。特に、図1Bにはp=0.25のPSD、図1Cにはp=0.5のPSD、そして図1Dにはp=1.0のPSDを示す。これらの図は、pを変化させれば、連続成分と離散成分との間のPSDの分布が変化し、離散成分は連続成分よりも高いPSDをもたらすことを示す。明らかに、p=1.0である際には線スペクトルのみが存在し;p=0.5である際には連続成分のみが存在し;そしてp=0.25である際には連続成分及び離散成分が共に存在する。これらの図は、式(3a)及び(3b)から導かれる結論を確証する。   FIG. 1A shows a power spectrum of one pulse, and FIGS. 1B to 1D show PSDs of clock operation random number sequences each having a different probability distribution. In particular, FIG. 1B shows a PSD with p = 0.25, FIG. 1C shows a PSD with p = 0.5, and FIG. 1D shows a PSD with p = 1.0. These figures show that changing p changes the PSD distribution between the continuous and discrete components, which results in a higher PSD than the continuous component. Apparently, there is only a line spectrum when p = 1.0; there is only a continuous component when p = 0.5; and there are both continuous and discrete components when p = 0.25. To do. These figures confirm the conclusions drawn from equations (3a) and (3b).

ここで、時分割多重アクセス(TDMA)システムのPSDについて説明する。IEEE 802.15.3a規格は、IEEE 802.15.3メディアアクセス制御(MAC:Media Access Control)層を用い、これはTDMAシステムである。TDMAフレーム中のパルスが1と−1の間で均等に分布していなければ線スペクトルが現われる。図2A及び2Bに、この問題を図式的に示す。図2AはTDMAシステムの一般的な構造を示し、ここでは各フレームの始点はTcずつ分離されている。図2Bは、フレーム中のビットが反復パルス列を形成する様子を示す。図1Cに示すように、パルスがY方向(即ち、1と−1の間)にランダムかつ均等に分布した際のみに、線周波数が抑制される。上記反復パルス列は、ブロック内部でデータがスクランブルされていても線スペクトルを生成する。従って、従来のスクランブラはPSDを抑制するには不十分である、というのは、Y方向のデータが均等に分布していないからである。 Here, the PSD of the time division multiple access (TDMA) system will be described. The IEEE 802.15.3a standard uses an IEEE 802.15.3 media access control (MAC) layer, which is a TDMA system. A line spectrum appears if the pulses in the TDMA frame are not evenly distributed between 1 and -1. Figures 2A and 2B schematically illustrate this problem. FIG. 2A shows the general structure of a TDMA system, where the start points of each frame are separated by T c . FIG. 2B shows how the bits in the frame form a repetitive pulse train. As shown in FIG. 1C, the line frequency is suppressed only when the pulses are randomly and evenly distributed in the Y direction (ie, between 1 and −1). The repetitive pulse train generates a line spectrum even if the data is scrambled inside the block. Therefore, conventional scramblers are not sufficient to suppress PSD because the Y-direction data is not evenly distributed.

図3A及び3Bに、TDMAシステムのPSDを示し、ここでフレームは8パルスから成る。これらの図は、パルスが1と−1の間でY方向に均等分布していなければ、フレーム内部でパルスがランダムに分布していても線スペクトルが出現することを示す。図3Aは元のデータのPSDを示し、図3Bは従来技術の方式によって処理したデータのPSDを示す。データはランダムかつ独立に変化するものと仮定する。しかし、これらのデータは必ずしもY方向に均等に分布しておらず、従ってpは必ずしも0.5に等しくない。pが必ずしも0.5ではないので、これらのデータ連続スペクトル及び離散スペクトルを共に生成することがわかる。   3A and 3B show the PSD of a TDMA system, where the frame consists of 8 pulses. These figures show that if the pulses are not evenly distributed in the Y direction between 1 and -1, a line spectrum appears even if the pulses are randomly distributed within the frame. FIG. 3A shows the PSD of the original data, and FIG. 3B shows the PSD of the data processed by the prior art method. Assume that the data changes randomly and independently. However, these data are not necessarily evenly distributed in the Y direction, so p is not necessarily equal to 0.5. Since p is not necessarily 0.5, it can be seen that both the data continuous spectrum and the discrete spectrum are generated.

現在は、IEEE 802.15.3aに対するシステムの提案の大部分は、IEEE 802.15.3のMAC、及び15ビットの線形フィードバック・シフトレジスタ(LFSR:Linear Feedback Shift Register)を有するスクランブラを用いて、スクランブラ用のバイナリ(2進数)擬似乱数列(PRBS:Pseudo Random Binary Sequence)を発生する。IEEE 802.15.3では、ペイロードデータ及び非ペイロードデータを含むデータ列(シーケンス)のペイロードデータにスクランブラを適用し、そして一部の上位層のデータにも適用する。各フレームの先頭では、スクランブラに所定値をロードし、本明細書ではこれらの所定値を初期設定と称する。初期設定としての選択のために、2ビットの識別子(b1,b0)で表わす4つのシードを次の表1のように定義する: Currently, most of the system proposals for IEEE 802.15.3a use a scrambler with IEEE 802.15.3 MAC and a scrambler with a 15-bit linear feedback shift register (LFSR). A binary (binary number) pseudo random binary sequence (PRBS) is generated. In IEEE 802.15.3, a scrambler is applied to payload data of a data string (sequence) including payload data and non-payload data, and is also applied to some upper layer data. At the beginning of each frame, predetermined values are loaded into the scrambler, and these predetermined values are referred to as initial settings in this specification. For selection as an initial setting, four seeds represented by 2-bit identifiers (b 1 , b 0 ) are defined as shown in Table 1 below:

Figure 2007518368
Figure 2007518368

表1に示すように、これらのシード値どうしには高い相関があり(即ち、各シード値の最初の2ビットのみが一意的であり)、従って、適度なランダム性の欠如により線スペクトルが生じ得る。4Gbpsのデータレートを提供する次世代UWBにとっては、この問題はより顕著になる。   As shown in Table 1, there is a high correlation between these seed values (ie, only the first two bits of each seed value are unique), and therefore a line spectrum results from the lack of reasonable randomness. obtain. This problem becomes more pronounced for the next generation UWB, which provides a data rate of 4 Gbps.

ここで、例えばIEEE 802.15.3aシステムにおけるPSD抑制用の、本発明によるスクランブラのアーキテクチャ(造り)及び方式を説明する。好適例では、スクランブラの初期設定のランダム性を増加させ、これによりY方向のランダム性を増加させるための、ペイロードデータ用の2層LFSRアーキテクチャを提案する。   Here, the architecture (structure) and method of the scrambler according to the present invention for suppressing PSD in, for example, the IEEE 802.15.3a system will be described. In the preferred embodiment, a two-layer LFSR architecture for payload data is proposed to increase the randomness of the scrambler initialization and thereby increase the randomness in the Y direction.

図4に、好適な2層LFSRを示す。好適な回路422は、2つのシフトレジスタ410及び412、複数のエクスクルーシブ・オア(排他的論理和、XOR:Exclusive OR)回路414a〜414n、制御シフトレジスタ416、及びXOR回路418を具えている。好適例では、図4を参照すれば、2層LFSRは次のように動作する:
1.各フレームの先頭では、sign_ctl_org1(シフトレジスタ)410をn1ビットだけ右シフトし、sign_ctl_org2(シフトレジスタ)412をn2ビットだけ右シフトし、ここにn1及びn2の各々は、1と最大シフト数、例えば図4に示す15ビットのシフトレジスタについては14との間の所定値である。
2.XOR回路414A〜414Nにおいて、上記右シフトした元の数どうしのエクスクルーシブ・オア(XOR)をとり、即ちsign_ctl_orig=sign_ctl_orig1(+)sign_ctl_orig2とする。
3.上記sign_ctl_origをsign_ctl_reg(制御シフトレジスタ)416にロードする。
4.sign_ctl_reg416を用いて、ペイロードデータをスクランブルするために必要な符号制御ビットを生成する。
5.ステップ1に戻り、次のフレームを処理する。
FIG. 4 shows a preferred two-layer LFSR. The preferred circuit 422 comprises two shift registers 410 and 412, a plurality of exclusive OR (XOR) circuits 414a-414n, a control shift register 416, and an XOR circuit 418. In the preferred embodiment, referring to FIG. 4, the two-layer LFSR operates as follows:
1. At the head of each frame, sign_ctl_org1 (shift register) 410 is shifted right by n1 bits, and sign_ctl_org2 (shift register) 412 is shifted right by n2 bits, where each of n1 and n2 is 1 and the maximum number of shifts, for example, The 15-bit shift register shown in FIG.
2. The XOR circuits 414A to 414N take the exclusive OR (XOR) of the original numbers shifted to the right, that is, sign_ctl_orig = sign_ctl_orig1 (+) sign_ctl_orig2.
3. The sign_ctl_orig is loaded into the sign_ctl_reg (control shift register) 416.
4). Sign_ctl_reg 416 is used to generate sign control bits necessary to scramble payload data.
5). Returning to step 1, the next frame is processed.

ここで、スクランブラの異なる初期設定についてのシミュレーションについて説明する。これらのシミュレーションでは、ペイロードデータはすべて”1”であり、非ペイロードデータは存在しない。パルスレートは4Gbpsであり、分解能は100kHzである。1024バイト、256バイト、及び64バイトのフレームサイズを用いた。1024バイトのフレームサイズはIEEE 802.15.3aにおける評価のために必要であり、64バイトのフレームサイズは仕様における最小のフレームサイズである。シミュレーション結果は、1024バイトのフレームサイズについては図5A及び5Bに示し、256バイトのフレームサイズについては図5C及び5Dに示し、64バイトのフレームサイズについては図5E及び5Fに示す。図5A、5C及び5Eは、表1に示す4つのシードによるLFSR−15(15ビットのLFSR)の結果を示し、図5B、5D及び5Fは、1層当たり15シフトビットを有する(即ち、1層がLFSR−15の)2層LFSRの結果を示す。2層LFSR−15用のシフトビットは、バイナリ擬似乱数列(PRBS)を発生する15ビットの多項式発生器を用いて生成され、これらの結果は、この2層LFSR−15はPSDをそれぞれ約13dB、26dB、34dBだけ低減することを示している。   Here, simulation for different initial settings of the scrambler will be described. In these simulations, the payload data is all “1” and there is no non-payload data. The pulse rate is 4 Gbps and the resolution is 100 kHz. Frame sizes of 1024 bytes, 256 bytes, and 64 bytes were used. A frame size of 1024 bytes is required for evaluation in IEEE 802.15.3a, and a frame size of 64 bytes is the minimum frame size in the specification. The simulation results are shown in FIGS. 5A and 5B for a frame size of 1024 bytes, in FIGS. 5C and 5D for a frame size of 256 bytes, and in FIGS. 5E and 5F for a frame size of 64 bytes. 5A, 5C and 5E show the results of LFSR-15 (15-bit LFSR) with the four seeds shown in Table 1, and FIGS. 5B, 5D and 5F have 15 shift bits per layer (ie, 1 The results are shown for a two-layer LFSR (layer LFSR-15). The shift bits for the two-layer LFSR-15 are generated using a 15-bit polynomial generator that generates a binary pseudorandom number sequence (PRBS), and these results indicate that the two-layer LFSR-15 has a PSD of approximately 13 dB each. , 26dB and 34dB are reduced.

あるいはまた、乱数列は、収集した物理的な雑音(ノイズ)系列、例えばショット雑音、ジョンソン雑音、1/F雑音、海の周囲雑音、及び光子雑音から発生することができる。他の雑音系列を用いることもできる。これらの雑音系列は増幅してA/D変換することができる。そして、このディジタル化した系列からのビットストリームを乱数列として用いることができる。受信機と送信機を同期させるために、乱数列でスクランブルされるメッセージの前文として、この乱数列を送信することが望ましいことがある。   Alternatively, the random number sequence can be generated from collected physical noise (noise) sequences, such as shot noise, Johnson noise, 1 / F noise, sea ambient noise, and photon noise. Other noise sequences can also be used. These noise sequences can be amplified and A / D converted. A bit stream from this digitized sequence can be used as a random number sequence. In order to synchronize the receiver and transmitter, it may be desirable to transmit this random number sequence as a preamble to a message scrambled with the random number sequence.

上述した方法は、線スペクトルの抑制における改善をもたらす。この改善のために、送信機内のスクランブラと受信機内のスクランブラとが同期することが求められる。   The method described above provides an improvement in line spectrum suppression. For this improvement, the scrambler in the transmitter and the scrambler in the receiver are required to be synchronized.

なお、表1に示すIEEE 802.15.3におけるスクランブラのシード選択メカニズムは、互いに高い相関のシードを生じさせる。この実現では、LFSR−15は(215−1)通りの状態を有する。これらのシードは、シード4=状態(n);シード2=状態(n+1);及びシード1=状態(n+2)として定義することができる。なお、これら3つのシード間には状態のオーバラップ(重複)が過剰に存在し得る。例えば、1024バイトの1フレームが213通りの状態を用いる場合には、4フレームは213(シード3)+(213+2)=214+2<(215−1)通り以下の状態を用いる。従って、このスクランブラはすべての用途にとって十分なランダム性を提供することができない。 Note that the scrambler seed selection mechanism in IEEE 802.15.3 shown in Table 1 generates highly correlated seeds. In this implementation, LFSR-15 has (2 15 -1) states. These seeds can be defined as seed 4 = state (n); seed 2 = state (n + 1); and seed 1 = state (n + 2). Note that there may be an excess of state overlap between these three seeds. For example, if one frame of 1024 bytes uses 2 13 states, 4 frames have 2 13 (seed 3) + (2 13 +2) = 2 14 +2 <(2 15 −1) or less states. Use. Therefore, this scrambler cannot provide sufficient randomness for all applications.

この知見は、互いに独立な他のシード組が、スクランブラの設定において従来技術よりも良好なランダム性を提供することを示唆する。   This finding suggests that other seed sets that are independent of each other provide better randomness in the scrambler setting than the prior art.

互いにほぼ無相関なシードを有する好適なシード組を次の表2に示す:   A preferred seed set with seeds that are nearly uncorrelated with each other is shown in Table 2 below:

Figure 2007518368
Figure 2007518368

これら4つの新たなシードは次式のように記述することができる:
シード1=状態(n)
シード2=状態(mod(n+1×215-2,215))
シード3=状態(mod(n+2×215-2,215))
シード4=状態(mod(n+3×215-2,215))
これらのシードを用いれば、4つのシード間に状態のオーバラップが存在しない。1Kバイトの1フレームは213通りの状態を有し、4フレームは4×213=215>214+2通りの状態を用いる。この分析は、4つの無相関のシードの仕様はスクランブルのランダム性を増加させることを示す。
These four new seeds can be described as:
Seed 1 = state (n)
Seed 2 = state (mod (n + 1 × 2 15-2 , 2 15 ))
Seed 3 = state (mod (n + 2 × 2 15-2 , 2 15 ))
Seed 4 = state (mod (n + 3 × 2 15-2 , 2 15 ))
With these seeds, there is no state overlap between the four seeds. One frame of 1 Kbyte has 2 13 states, and 4 frames use 4 × 2 13 = 2 15 > 2 14 +2 states. This analysis shows that the specification of the four uncorrelated seeds increases the randomness of the scramble.

ここで、シミュレーションについて説明する。スクランブラに対するペイロードデータはすべて”1”であり、非ペイロードデータは存在しない。パルスレートは4Gbpsであり、分解能は100kHzである。256バイトのフレームサイズを用いた。シミュレーション結果を図6A及び6Bに示し、図6Aは、表1に示す4つの相関のあるシードによるLFSR−15の結果を示し、図6Bは、表2に示す4つの無相関のシードによるLFSR−15の結果を示す。これらのシミュレーション結果は、無相関のシードがPSDを約10dB低減することを示している。   Here, simulation will be described. All the payload data for the scrambler is “1”, and there is no non-payload data. The pulse rate is 4 Gbps and the resolution is 100 kHz. A frame size of 256 bytes was used. The simulation results are shown in FIGS. 6A and 6B, FIG. 6A shows the results of LFSR-15 with the four correlated seeds shown in Table 1, and FIG. 6B shows the LFSR− with the four uncorrelated seeds shown in Table 2. 15 results are shown. These simulation results show that uncorrelated seeds reduce PSD by about 10 dB.

図6Bに示すように、改善されてはいるが、スペクトルの線がまだ存在する。これらの線は比較的少数のシードに関連する。スペクトルの線をさらに減らすために、ランダムフレーム反転を提案する。ランダムフレーム反転を導入する他の理由は次の段落に説明する。   As shown in FIG. 6B, although improved, spectral lines still exist. These lines are associated with a relatively small number of seeds. To further reduce the spectral lines, we propose random frame inversion. Other reasons for introducing random frame inversion are explained in the next paragraph.

IEEE 802.15.3aはIEEE 802.15.3のMACを利用するので、最大フレーム長は2Kバイトである。UWBのデータレートを4Gbpsと仮定すれば、最小フレームレートは次式のようになる:
4G/(2K×8)=256K
f=4×10-6 (4)
f<<1であるので、非ペイロードデータ(例えば同期語)は、より高解像度で見た場合に強いスペクトル線を生成し得る。表2は、Tf=10-3の仮定の下で非ペイロードデータがPSDに寄与するいくつかの値を挙げ、ここにps+はフレーム内の非ペイロードデータの比率である。この表は、非ペイロードデータはフレームの小部分を構成するが、そのPSDに対する寄与は、フレームのパルス反復周波数(PRF:Pulse Repetition Frequency)が高いことにより無視できないことを示す。過酷環境でより小さいフレーム長を用いてフレームのエラーレート(誤り率)を低減するならば、同じ比率の非ペイロードデータがより強いスペクトル線を生成し、そして次の表3に挙げるものより大きいPSDを生成する。
Since IEEE 802.15.3a uses IEEE 802.15.3 MAC, the maximum frame length is 2K bytes. Assuming that the UWB data rate is 4 Gbps, the minimum frame rate is:
4G / (2K × 8) = 256K
T f = 4 × 10 -6 (4)
Since T f << 1, non-payload data (eg, sync words) can generate strong spectral lines when viewed at higher resolution. Table 2 lists some values that non-payload data contributes to PSD under the assumption of T f = 10 −3 , where p s + is the ratio of non-payload data in the frame. This table shows that non-payload data constitutes a small part of the frame, but its contribution to the PSD cannot be ignored due to the high pulse repetition frequency (PRF) of the frame. If a smaller frame length is used in harsh environments to reduce the frame error rate, the same ratio of non-payload data will produce a stronger spectral line, and a PSD larger than those listed in Table 3 below. Is generated.

Figure 2007518368
Figure 2007518368

新たなスクランブラのPSDをさらに低減し、そして非ペイロードデータによって生成されるPSDを低減するために、次のランダムフレーム反転(RFR:Random Frame Reversion)方法を提案する。フレーム化したデータストリームは次の(5)式に示すように表現することができる:

Figure 2007518368
ここに、l及びkはそれぞれ、フレーム、及びフレーム内のパルスの指標(インデックス)値である。 In order to further reduce the PSD of the new scrambler and reduce the PSD generated by non-payload data, we propose the following Random Frame Reversion (RFR) method. A framed data stream can be represented as shown in equation (5) below:
Figure 2007518368
Here, l and k are an index value of a frame and a pulse in the frame, respectively.

RFRは、スクランブルされていない非ペイロードデータによって生成されるスペクトル線を低減することができる。好適例では、RFRを次のように実現する:
・次式の均等分布関数によって乱数列{bn}を発生する:

Figure 2007518368
・そして上記データ列に次式の演算を適用して、新たな列を生成する:
Figure 2007518368
・{cl,k}は新たなデータ列として伝送される。 RFR can reduce spectral lines generated by non-scrambled non-payload data. In the preferred embodiment, the RFR is implemented as follows:
Generate a random number sequence {b n } with the uniform distribution function:
Figure 2007518368
And then apply the following formula to the above data sequence to create a new sequence:
Figure 2007518368
{ Cl, k } is transmitted as a new data string.

ランダムフレーム反転を実行するための好適な回路を図4Bに示す。この図では、ペイロードデータは回路424内で、スクランブル発生器、例えば上述したスクランブル発生器422によって供給されるスクランブル列に応じてスクランブルされる。非ペイロードデータは、ペイロードデータがスクランブルされた後に回路426によってフレーム内に挿入され、従ってスクランブルされない。回路426の出力信号は、乱数ビット発生期430に応答する選択型インバータ(論理反転器)428に供給される。インバータ428は、フレームのデータを受信した通りに通過させるか、あるいは乱数発生器430からの信号に応じてフレームのデータを反転させるかのいずれかを行う。この回路を用いて、乱数発生器430によって供給される乱数ビットに応じてフレーム全体を選択的に反転させるか、あるいは、フレーム全体を反転させずに通過させることができる。   A suitable circuit for performing random frame inversion is shown in FIG. 4B. In this figure, payload data is scrambled in circuit 424 in accordance with a scramble sequence supplied by a scramble generator, eg, scramble generator 422 described above. Non-payload data is inserted into the frame by circuit 426 after the payload data is scrambled, and is therefore not scrambled. The output signal of the circuit 426 is supplied to a selection type inverter (logic inverter) 428 that responds to the random number bit generation period 430. Inverter 428 either passes the frame data as received or inverts the frame data in response to a signal from random number generator 430. This circuit can be used to selectively invert the entire frame according to the random number bits supplied by the random number generator 430 or to pass the entire frame without inversion.

図7A及び7Bにシミュレーション結果を示す。パルスレートは4Gbpsであり分解能は100kHzである。256バイトのフレームサイズを用いた。スクランブラに対するペイロードデータはすべて”1”である。図7Aに、新たなシードのLFSR−15によってRFR無しで処理したデータのPSDを示し、図7Bに、新たなシードのLFSR−15によってRFR有りで処理したデータのPSDを示す。この結果は、RFRがPSDを約10dBだけ低減することを示す。   7A and 7B show the simulation results. The pulse rate is 4Gbps and the resolution is 100kHz. A frame size of 256 bytes was used. All payload data for the scrambler is “1”. FIG. 7A shows the PSD of the data processed without RFR by the new seed LFSR-15, and FIG. 7B shows the PSD of the data processed with RFR by the new seed LFSR-15. This result shows that RFR reduces PSD by about 10 dB.

代案の好適例では、次の方法を提案する:
1.シード選択用の異なる(即ち、よりランダムな)シード値;
2.少なくとも非ペイロードデータに対する選択的なランダムフレーム反転(RFR)。
In a preferred alternative, the following method is proposed:
1. Different (ie, more random) seed values for seed selection;
2. Selective random frame inversion (RFR) for at least non-payload data.

表2には4つのシード値が存在し、各シード値は15ビットを含む。これらのシード値はほぼ無相関であり、従って、これらのシード値を用いて発生される擬似乱数列はほぼ無相関である。表2に示すシード組は例示に過ぎず、異なるシード値を持つシードを有するシード組、より多数またはより少数のシードを有するシード組、及びシード当たりより多数またはより少数のビットのシード組を採用することができる。シード組に用いる適切な無相関のシード値を生成する方法は、当業者にとって、本明細書の説明より明らかである。異なる数のシードを有するシード組によるシミュレーションを、上述したのと同じ構成を用いて行った。これらのシミュレーション結果を図8A、8B、8C及び8Dに示して、8シードのランダムシード組と16シードのランダムシード組とを比較する。図8A及び8BはRFR無しの、それぞれ8シード及び16シードのシード組の結果を示し、図8C及び8DはRFR有りの、それぞれ8シード及び16シードのシード組の結果を示す。図8A〜8Dに示すシミュレーション用のシードは、MATLAB(登録商標)のrand()関数を用いて生成したものである。   There are four seed values in Table 2, each seed value including 15 bits. These seed values are almost uncorrelated, and therefore the pseudo-random sequence generated using these seed values is almost uncorrelated. The seed sets shown in Table 2 are exemplary only and employ seed sets with seeds with different seed values, seed sets with more or fewer seeds, and seed sets with more or fewer bits per seed. can do. A method for generating an appropriate uncorrelated seed value for use in a seed set will be apparent to those skilled in the art from the description herein. Simulations with seed sets having different numbers of seeds were performed using the same configuration as described above. These simulation results are shown in FIGS. 8A, 8B, 8C and 8D to compare the 8 seed random seed set with the 16 seed random seed set. 8A and 8B show the results for the 8-seed and 16-seed seed sets, respectively, without RFR, and FIGS. 8C and 8D show the results for the 8-seed and 16-seed seed sets, respectively, with RFR. The seeds for simulation shown in FIGS. 8A to 8D are generated by using the rand () function of MATLAB (registered trademark).

このシミュレーションは次のことを示す:
・新たな方法はUWB信号のPSDを大幅に低減する;
・RFRを用いなければ、16シードのシード組は8シードのシード組より約5dB良好であり、8シードのシード組は4シードのシード組より約1dB良好である;
・RFRを用いれば、16シードのシード組は8シードのシード組より約1dB良好であり、8シードのシード組は4シードのシード組より約3dB良好である。これら3つのシード組は非常に似た性能を示す。
This simulation shows the following:
• The new method significantly reduces the PSD of UWB signals;
Without RFR, the 16 seed set is about 5 dB better than the 8 seed set, and the 8 seed set is about 1 dB better than the 4 seed set;
With RFR, the 16 seed set is about 1 dB better than the 8 seed set, and the 8 seed set is about 3 dB better than the 4 seed set. These three seed sets show very similar performance.

従って、結論として、線スペクトル制御用のスクランブラの単純かつ有効な設計は次のようにすることができる:
1.低いシード相関を有する(即ち、ランダムな)4シード(またはそれ以上)のシード組からのシード選択を用いる;
2.非ペイロードデータ用には選択的なRFRを用いる。
Therefore, in conclusion, a simple and effective design of a scrambler for line spectrum control can be as follows:
1. Use seed selection from 4 seed (or more) seed sets with low seed correlation (ie random);
2. Selective RFR is used for non-payload data.

以上の説明は、IEEE 802.15.3aシステムにおけるUWB信号のPSDに対するスクランブルの効果の分析を提供し、PSDを含む新たな白色化方法を提案する。シミュレーションは、IEEE 802.15.3aに提唱されている現在のスクランブラは不十分であり、新たな白色化方法はPSDを抑制する性能を改善することができることを示している。この新たな方法は実現が容易であり、MAC層の変更を必要としない。この方法はIEEE 802.15.3aスクランブラの開発に用いることができる。   The above description provides an analysis of the effect of scrambling on the PSD of UWB signals in the IEEE 802.15.3a system and proposes a new whitening method including PSD. Simulations show that the current scrambler proposed in IEEE 802.15.3a is insufficient and that the new whitening method can improve the performance of suppressing PSD. This new method is easy to implement and does not require a MAC layer change. This method can be used to develop an IEEE 802.15.3a scrambler.

本発明の構成要素は特定の構成要素について説明してきたが、1つ以上の構成要素は汎用コンピュータ上で実行されるソフトウェアで実現可能であると考えられる。こうした実施例では、種々の構成要素の機能の1つ以上を、汎用コンピュータを制御するソフトウェアで実現することができる。このソフトウェアは、コンピュータで読み取り可能な担体、例えば磁気または光ディスク、メモリーカード、あるいは可聴周波数、無線周波数、または光の搬送波で具現することができる。   While the components of the present invention have been described with reference to particular components, it is contemplated that one or more components can be implemented with software running on a general purpose computer. In such embodiments, one or more of the functions of the various components can be implemented with software that controls a general purpose computer. The software can be embodied on a computer readable carrier, such as a magnetic or optical disk, a memory card, or an audible frequency, radio frequency, or optical carrier.

これに加えて、本明細書では本発明を、特定実施例を参照して例示及び説明しているが、本発明はこれらの詳細事項に限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲と等価な範囲内で本発明の範囲を逸脱することなしに、これらの詳細事項に種々の変形を加えることができる。例えば、本発明は、IEEE 802.15.3aの下でUWB信号のPSDを低減することを参照して説明してきたが、他の通信システム及び規格において、本発明を用いてPSDを低減することが考えられる。   In addition, although the invention is illustrated and described herein with reference to specific embodiments, the invention is not limited to these details. Rather, various modifications can be made to these details without departing from the scope of the invention without departing from the scope of the claims. For example, while the present invention has been described with reference to reducing PSD of UWB signals under IEEE 802.15.3a, it is conceivable to reduce PSD using the present invention in other communication systems and standards. It is done.

1パルスについての周波数対パワースペクトル密度(PSD)を示すグラフである。2 is a graph showing frequency versus power spectral density (PSD) for one pulse. 0.25のランダムシーケンス確率についての周波数対PSDを示すグラフである。Figure 6 is a graph showing frequency versus PSD for a random sequence probability of 0.25. 0.5のランダムシーケンス確率についての周波数対PSDを示すグラフである。Figure 6 is a graph showing frequency versus PSD for a random sequence probability of 0.5. 1のランダムシーケンス確率についての周波数対PSDを示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing frequency versus PSD for a random sequence probability of one. TDMAシステムの一般的構造を示す図である。1 shows a general structure of a TDMA system. TDMAシステムにおける連続フレームについてのフレーム内のデータを示すグラフである。It is a graph which shows the data in the flame | frame about the continuous flame | frame in a TDMA system. 多数の原データパルスを有するフレームのPSDを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a PSD of a frame having a number of original data pulses. 従来技術によりデータ処理した多数のパルスを有するフレームのPSDを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a PSD of a frame having a large number of pulses processed according to the prior art. 本発明の一実施例によるスクランブラに用いる2層線形フィードバック・シフトレジスタ(LFSR)のブロック図である。2 is a block diagram of a two-layer linear feedback shift register (LFSR) used in a scrambler according to one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の好適な実施例によるランダムフレーム反転回路のブロック図である。1 is a block diagram of a random frame inversion circuit according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1024バイトのフレームサイズを有するデータで使用する際の、従来技術による4シードについての、スクランブラの初期設定のPSDを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an initial PSD of a scrambler for four seeds according to the prior art when used with data having a frame size of 1024 bytes. 1024バイトのフレームサイズを有するデータで使用する際の、本発明による2層LFSRについての、スクランブラの初期設定のPSDを、図5Aと比較して示す図である。FIG. 5B is a diagram showing an initial PSD of a scrambler in comparison with FIG. 5A for a two-layer LFSR according to the present invention when used with data having a frame size of 1024 bytes. 256バイトのフレームサイズを有するデータで使用する際の、従来技術による4シードについての、スクランブラの初期設定のPSDを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an initial PSD of a scrambler for 4 seeds according to the prior art when used with data having a frame size of 256 bytes. 256バイトのフレームサイズを有するデータで使用する際の、本発明による2層LFSRについての、スクランブラの初期設定のPSDを、図5Cと比較して示す図である。FIG. 5C is a diagram showing a scrambler default PSD compared to FIG. 5C for a two-layer LFSR according to the present invention when used with data having a frame size of 256 bytes. 64バイトのフレームサイズを有するデータで使用する際の、従来技術による4シードについての、スクランブラの初期設定のPSDを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a PSD of default scrambler settings for four seeds according to the prior art when used with data having a frame size of 64 bytes. 64バイトのフレームサイズを有するデータで使用する際の、本発明による2層LFSRについての、スクランブラの初期設定のPSDを、図5Eと比較して示す図である。FIG. 5B is a diagram showing a scrambler default PSD compared to FIG. 5E for a two-layer LFSR according to the present invention when used with data having a frame size of 64 bytes. 4つの相関のあるシードで用いる際の、本発明による15ビットの2層LFSR(LFSR−15)についてのスクランブラのPSDを示す図である。FIG. 7 shows a scrambler PSD for a 15-bit two-layer LFSR (LFSR-15) according to the present invention when used with four correlated seeds. 4つの無相関のシードで用いる際の、本発明による15ビットの2層LFSR(LFSR−15)についてのスクランブラのPSDを、図6Aと比較して示す図である。FIG. 6D shows the scrambler PSD for a 15-bit two-layer LFSR (LFSR-15) according to the present invention compared to FIG. 6A when used with four uncorrelated seeds. ランダムフレーム反転(RFR)無しで4つの無相関シードで用いた、本発明による2層LFSR−15のPSDを示す図である。FIG. 6 shows a PSD of a two-layer LFSR-15 according to the present invention used with four uncorrelated seeds without random frame inversion (RFR). ランダムフレーム反転(RFR)有りで4つの無相関シードで用いた、本発明による2層LFSR−15のPSDを、図7Aと比較して示す図である。FIG. 7B shows a PSD of a two-layer LFSR-15 according to the present invention compared to FIG. 7A, used with four uncorrelated seeds with random frame inversion (RFR). RFR無しで8つの無相関シードで用いた、従来技術のスクランブラのPSDを示す図である。FIG. 2 shows a PSD of a prior art scrambler used with 8 uncorrelated seeds without RFR. RFR無しで16の無相関シードで用いた、本発明による2層LFSR−15のPSDを、図8Aと比較して示す図である。8D shows a PSD of a two-layer LFSR-15 according to the present invention, compared to FIG. 8A, used with 16 uncorrelated seeds without RFR. FIG. RFR有りで8つの無相関シードで用いた、従来技術のスクランブラのPSDを示す図である。FIG. 6 shows a PSD of a prior art scrambler used with 8 uncorrelated seeds with RFR. RFR有りで16の無相関シードで用いた、本発明による2層LFSR−15のPSDを、図8Cと比較して示す図である。8D shows a PSD of a two-layer LFSR-15 according to the present invention, compared to FIG. 8C, used with 16 uncorrelated seeds with RFR. FIG.

Claims (21)

ウルトラワイドバンド(UWB)データをスクランブルするスクランブル方法において:
第1ビットストリングを第1ビット数だけシフトするステップと;
第2ビットストリングを第2ビット数だけシフトするステップと;
シフトされた前記第1ビットストリングと前記第2ビットストリングとを結合するステップと;
シフトされ結合された前記第1及び第2ビットストリングからスクランブラ制御ビットを生成するステップと;
生成された前記スクランブラ制御ビットに応じて、前記UWBデータの少なくとも一部をスクランブルするステップと
を具えていることを特徴とするUWBデータのスクランブル方法。
In a scramble method for scrambling ultra-wideband (UWB) data:
Shifting the first bit string by a first number of bits;
Shifting the second bit string by a second number of bits;
Combining the shifted first bit string and the second bit string;
Generating scrambler control bits from the shifted and combined first and second bit strings;
A scramble method for UWB data, comprising: scrambling at least a part of the UWB data in accordance with the generated scrambler control bits.
さらに、前記第1ビットストリング及び前記第2ビットストリングをランダムに初期化するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising the step of randomly initializing the first bit string and the second bit string. 前記第1ビットストリング及び前記第2ビットストリングを、擬似乱数列を用いてランダムに初期化することを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the first bit string and the second bit string are randomly initialized using a pseudo-random number sequence. 前記第1ビットストリング及び前記第2ビットストリングを、乱数列を用いてランダムに初期化することを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the first bit string and the second bit string are randomly initialized using a random number sequence. 前記UWBデータをスクランブルするスクランブル方法を、フレーム毎に適用することを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein a scrambling method for scrambling the UWB data is applied for each frame. 前記UWBデータがペイロードデータ及び非ペイロードデータを含み、前記スクランブルするステップが、前記ペイロードデータをスクランブルすることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the UWB data includes payload data and non-payload data, and the scrambling step scrambles the payload data. 前記方法がさらに:
前記非ペイロードデータにランダムフレーム反転を選択的に適用するステップを具えていることを特徴とする請求項6に記載の方法。
The method further includes:
The method of claim 6, comprising selectively applying random frame inversion to the non-payload data.
前記非ペイロードデータにランダムフレーム反転を選択的に適用するステップが:
均等分布関数により擬似乱数列を発生するサブステップと;
前記擬似乱数列に応じて、データ列を選択的に反転させるサブステップと
を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
The step of selectively applying random frame inversion to the non-payload data includes:
A sub-step of generating a pseudo-random number sequence by a uniform distribution function;
The method according to claim 7, further comprising a substep of selectively inverting the data sequence in accordance with the pseudo-random number sequence.
ペイロードデータ及び非ペイロードデータを有するウルトラワイドバンド(UWB)データをスクランブルするスクランブル方法において:
ほぼ無相関のシード値から成るシード組を用いた初期化用に構成された擬似乱数列を用いて、前記ペイロードデータをスクランブルするステップと;
前記非ペイロードデータにランダムフレーム反転を選択的に適用するステップと
を具えていることを特徴とするUWBデータのスクランブル方法。
In a scramble method for scrambling ultra-wideband (UWB) data with payload data and non-payload data:
Scrambling the payload data using a pseudo-random sequence configured for initialization using a seed set of substantially uncorrelated seed values;
And selectively applying random frame inversion to the non-payload data. A method for scrambling UWB data.
前記非ペイロードデータにランダムフレーム反転を選択的に適用するステップが:
均等分布関数により乱数列を発生するサブステップと;
前記乱数列に応じて、データ列を選択的に反転させるサブステップと
を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
The step of selectively applying random frame inversion to the non-payload data includes:
A sub-step of generating a random number sequence with a uniform distribution function;
The method according to claim 9, further comprising a substep of selectively inverting the data sequence in accordance with the random number sequence.
UWBデータをスクランブルするスクランブラにおいて:
第1ビットストリングを第1ビット数だけシフトする第1シフトレジスタと;
第2ビットストリングを第2ビット数だけシフトする第2シフトレジスタと;
シフトされた前記第1ビットストリングと前記第2ビットストリングとを結合する結合回路と;
シフトされ結合された前記第1及び第2ビットストリングをロードするための第3シフトレジスタと;
シフトされ結合された前記第1及び第2ビットストリングからスクランブラ制御ビットを生成し、生成された前記スクランブラ制御ビットに応じて前記UWBデータの少なくとも一部をスクランブルする制御回路と
を具えていることを特徴とするスクランブラ。
In a scrambler that scrambles UWB data:
A first shift register that shifts the first bit string by a first number of bits;
A second shift register for shifting the second bit string by a second number of bits;
A coupling circuit coupling the shifted first bit string and the second bit string;
A third shift register for loading the shifted and combined first and second bit strings;
A control circuit for generating scrambler control bits from the shifted first and second bit strings and scrambles at least a part of the UWB data according to the generated scrambler control bits. A scrambler characterized by that.
さらに、前記第1ビットストリング及び前記第2ビットストリングを初期化するための擬似乱数列を発生する多項式発生器を具えていることを特徴とする請求項11に記載のスクランブラ。   The scrambler according to claim 11, further comprising a polynomial generator for generating a pseudo-random number sequence for initializing the first bit string and the second bit string. 前記多項式発生器によって発生した乱数列が15ビット以上であることを特徴とする請求項12に記載のスクランブラ。   The scrambler according to claim 12, wherein the random number sequence generated by the polynomial generator is 15 bits or more. 前記第1シフトレジスタ及び前記第2シフトレジスタを、新たなフレームに応じて初期化することを特徴とする請求項11に記載のスクランブラ。   The scrambler according to claim 11, wherein the first shift register and the second shift register are initialized according to a new frame. 前記UWBデータの各フレームがペイロードデータ及び非ペイロードデータを含み、前記スクランブラがさらに:
スクランブルされた各フレームの少なくとも非ペイロードデータを選択的に反転する選択型ランダムフレーム反転回路を具えていることを特徴とする請求項14に記載のスクランブラ。
Each frame of the UWB data includes payload data and non-payload data, and the scrambler further includes:
15. The scrambler according to claim 14, further comprising a selective random frame inversion circuit that selectively inverts at least non-payload data of each scrambled frame.
前記選択型ランダムフレーム反転回路が:
均等分布関数により擬似乱数列を発生する乱数列発生器と;
前記擬似乱数列に応じて、データ列を選択的に反転させるインバータと
を具えていることを特徴とする請求項15に記載のスクランブラ。
The selective random frame inversion circuit includes:
A random number generator for generating a pseudo-random number sequence by a uniform distribution function;
The scrambler according to claim 15, further comprising an inverter that selectively inverts a data sequence in accordance with the pseudo-random number sequence.
ペイロードデータ及び非ペイロードデータを有するウルトラワイドバンド(UWB)信号のパワースペクトル密度(PSD)を低減するためのデータ白色化用のスクランブラシステムにおいて:
前記ペイロードデータをスクランブルすべく構成されたスクランブラであって、ほぼ無相関のシード値から成るシード組を用いた初期化用に構成された線形フィードバック・シフトレジスタを具えたスクランブラと;
前記非ペイロードデータを選択的に反転させるべく構成された選択型ランダムフレーム反転回路と
を具えていることを特徴とするスクランブラシステム。
In a scrambler system for data whitening to reduce the power spectral density (PSD) of an ultra-wideband (UWB) signal with payload data and non-payload data:
A scrambler configured to scramble the payload data, the scrambler comprising a linear feedback shift register configured for initialization using a seed set of substantially uncorrelated seed values;
A scrambler system comprising a selective random frame inversion circuit configured to selectively invert the non-payload data.
前記シード組が少なくとも4つのシード値を含み、前記シード組内のシード値が少なくとも16ビットを有することを特徴とするスクランブラシステム。   The scrambler system, wherein the seed set includes at least four seed values, and the seed value in the seed set has at least 16 bits. 前記選択型ランダムフレーム反転回路が:
均等分布関数により擬似乱数列を発生する乱数列発生器と;
前記擬似乱数列に応じて、データ列を選択的に反転させるインバータと
を具えていることを特徴とするスクランブラシステム。
The selective random frame inversion circuit includes:
A random number generator for generating a pseudo-random number sequence by a uniform distribution function;
An scrambler system comprising an inverter that selectively inverts a data sequence in accordance with the pseudo-random number sequence.
コンピュータを制御して、UWBデータをスクランブルするスクランブル方法を実現すべく構成されたソフトウェアを含むコンピュータで読み取り可能な担体において、前記スクランブル方法が:
第1ビットストリングを第1ビット数だけシフトするステップと;
第2ビットストリングを第2ビット数だけシフトするステップと;
シフトされた前記第1ビットストリングと前記第2ビットストリングとを結合するステップと;
シフトされ結合された前記第1及び第2ビットストリングからスクランブラ制御ビットを生成するステップと;
生成された前記スクランブラ制御ビットに応じて、前記UWBデータの少なくとも一部をスクランブルするステップと
を具えていることを特徴とするコンピュータ読取可能担体。
In a computer readable carrier including software configured to control a computer to implement a scrambling method for scrambling UWB data, the scrambling method includes:
Shifting the first bit string by a first number of bits;
Shifting the second bit string by a second number of bits;
Combining the shifted first bit string and the second bit string;
Generating scrambler control bits from the shifted and combined first and second bit strings;
Scramble at least a portion of the UWB data in response to the generated scrambler control bits.
コンピュータを制御して、ペイロードデータ及び非ペイロードデータを有するUWBデータをスクランブルするスクランブル方法を実現すべく構成されたソフトウェアを含むコンピュータで読み取り可能な担体において、前記スクランブル方法が:
ほぼ無相関のシード値から成るシード組を用いた初期化用に構成された擬似乱数列を用いて、前記ペイロードデータをスクランブルするステップと;
前記非ペイロードデータにランダムフレーム反転を選択的に適用するステップとを具え、
前記ランダムフレーム反転のステップが:
均等分布関数により乱数列を発生するサブステップと;
前記乱数列に応じて、データ列を選択的に反転させるサブステップと;
選択的に反転された前記データ列を伝送するサブステップと
を具えていることを特徴とするコンピュータ読取可能担体。
In a computer readable carrier including software configured to control a computer to implement a scrambling method for scrambling UWB data having payload data and non-payload data, the scrambling method includes:
Scrambling the payload data using a pseudo-random sequence configured for initialization using a seed set of substantially uncorrelated seed values;
Selectively applying random frame inversion to the non-payload data,
The random frame inversion steps include:
A sub-step of generating a random number sequence with a uniform distribution function;
A sub-step of selectively inverting the data sequence according to the random number sequence;
A computer-readable carrier comprising: a sub-step for transmitting the data sequence selectively inverted.
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