JP2008516504A - 無線通信システムにおける差分位相コーディング - Google Patents

Abstract

多帯域の超広帯域システムなどの無線通信システムにおいて、データは、複数の周波数帯域でパルスの位相により送信される。データは、あるパルスと前に送信されたパルスとの間の位相差で符号化される。前に送信されたパルスは、同じ周波数帯域中の直前のパルスでよく、またはいくつかの介在するパルスにより現在のパルスから分離されたものでもよい。

Description

本発明は、無線通信に関し、特に、無線通信システムにおいてデータを符号化する方法に関する。さらに詳細には、本発明は超広帯域（ＵＷＢ）無線通信システムで使用するためにデータを符号化するシステムおよび方法に関する。

超広帯域という用語は、いくつかの異なる無線通信システムを指すために使用される。超広帯域（ＵＷＢ）通信システムの一形態では、送信装置は、データを符号化して、無線周波数で送信される一連のパルスを生成する。受信装置の機能は、次いで、送信された信号からデータを抽出できるように、それらのパルスを検出することである。

ＵＷＢ通信システムの特定の提案された一形態では、利用可能な帯域幅が複数の帯域に分割され、またデータ・シンボルが複数のパルスへと分割されて、シンボルを構成するパルスが異なる帯域で送信される。データは、複数帯域の各帯域内の搬送波信号の位相、または極性に対してデータを符号化することにより送信される。したがって、各周波数帯域内で、第１の位相または極性で送信されるパルスは、第１の２進値を表し、一方、第２の位相、または極性で送信されるパルスは、第２の２進値を表す。

文献「Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｔｏｍｉｃｓ―ＰＨＹ ｐｒｏｐｏｓａｌ（ゼネラル・アトミックス社、物理層の提案）」、Ｎ．Ａｓｋａｒ、ＩＥＥＥ ８０２．１５−０３／１０５ｒ０は、このタイプのシステムの概要を示している。

したがって、このようなシステムにおける受信装置内では、その帯域で送信されているデータを決定できるように、各周波数帯域内で受信したパルスの位相を検出することが必要である。それに関して生ずる１つの問題は、送信装置および受信装置中に極めて安定で、全く一致する基準周波数発生器を有する必要のあることである。しかし、実際上、それを達成することは極めて困難である。

本発明の第１の態様によると、データが、前記周波数帯域のうちの１つで送信された前のパルス信号の位相に対する、前記周波数帯域のうちの前記１つで送信されたパルスの位相を用いて送信される通信システムが提供される。

データが２つのパルスの相対的な位相で符号化されることは、各パルスの絶対位相を高精度に測定できる必要のないことを意味する。

さらに、前記周波数帯域の周波数で信号を生成する局部発振器が共に結合されることは、有利であるかもしれないが必須ではない。

本発明の第２の態様によると、多帯域の無線通信システムにおいて、データを送信および受信する方法が提供される。本方法は、少なくとも１つの周波数帯域で、送信されるデータを、前に送信された所定のパルスに対する前記パルスの位相で符号化するように一連のパルスを送信すること、受信装置中で、前に送信されたパルスの位相に対する前記パルスの位相を決定すること、および送信されたデータを復号することを含む。

本方法は、多帯域の無線通信システム、例えば、超広帯域（ＵＷＢ）無線通信システムの各周波数帯域で適用され得るので有利である。

図１は、無線通信システムの一部分を形成する送信装置１００の概略のブロック図である。本発明は、とりわけ、多帯域の超広帯域（ＵＷＢ）通信システムにおけるその適用を特に参照して本明細書で説明する。ＵＷＢシステムの定義は、信号が３．１から１０．６ＧＨｚの帯域で５００ＭＨｚを超える帯域幅を占めることである。ＵＷＢシステムの一タイプでは、利用可能な帯域幅は、複数の個別の帯域に分割される。この例示された本発明の実施形態では、このような帯域が９個あるが、本発明の異なる実装形態では正確な数は異なることができる。

図１に示す送信装置では、送信されるべきデータは、送信装置１００のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１０２で生成され、かつ／または処理される。データは、次いで、タイミング発生器１０４に送られ、９個の別個の周波数帯域に分割される。図１に示すように、第１の帯域のための送信経路１０６はパルス整形器１０８を含み、そこでは、第１の送信経路１０６から伝送されたデータからパルス、またはバーストが形成される。第１の送信経路１０６はさらに、第１の送信側局部発振器（ＴＬＯ１）１１０を含み、それは、利用可能な帯域幅全体のうちの第１の帯域を生成する。

パルス整形器１０８からのパルス、および局部発振器１１０からの第１の局部発振器信号は、次いで、ゲート１１２に供給され、そこでは、パルス、またはバーストが、局部発振器信号を変調するために使用される。

簡単化のために、図１では、第９の送信経路１１６だけが示されているが、他の送信経路も同様に動作する。したがって、第９の周波数帯域で送信するように割り振られたデータは、パルス整形器１１８に送られ、その結果得られたパルスはゲート１２２で、第９の送信側局部発振器（ＴＬＯ９）１２０からの局部発振器信号と組み合わされて、第９の帯域における周波数で信号を形成する。

原理的には、局部発振器ＴＬＯ１〜ＴＬＯ９の位相および周波数は、独立したものでよく、また別個に生成されてもよい。しかし、実際上、局部発振器の位相および周波数は、少なくとも多少関係していることが有利である。例えば、本発明の好ましい一実施形態では、局部発振器周波数ＴＬＯ１〜ＴＬＯ９は、位相同期ループで局部発振器信号間に所望の関係を確立させて、１つの標準の局部発振器だけからすべて取得してもよいが、それは必須のことではない。

さらに、本発明によると、パルス整形器１０８、１１８により生成されたパルスの位相は、送信されるべきデータを符号化するために使用される。

より具体的には、本発明のこの例示の実施形態では、各周波数帯域において、データは、送信されるパルスの位相と、前に送信されたパルスの位相との間の位相差で符号化される。

さらにより具体的には、本発明のこの例示の実施形態では、各周波数帯域において、データは、送信されるパルスの位相と、直前のパルスの位相との間の位相差で符号化される。

例えば、２進コーディング・スキームの場合、直前のパルスからの第１の位相差Φ１を有するパルスは、２進数「１」を表してもよく、一方、直前のパルスからの第２の位相差Φ２を有するパルスは、２進数「０」を表してもよい。

他のより複雑な、多位相コーディング・スキームもまた可能である。例えば、コーディング・スキームは、送信されるパルスの位相と、直前のパルスの位相との間で、例えば、ｋπ／Ｎ、ただし、ｋ＝０、１、・・・、Ｎ−１である任意の数Ｎの可能な位相差Φｋを定義し、これらの各位相差で異なる多ビットの２進数値を符号化することができる。

位相差＋Φと−Φとの間に曖昧さが生じないように、０°と１８０°の間の位相差Φだけが選択されることに留意されたい。

この実施形態では、送信されるデータを符号化するのは、２つの連続するパルス間の位相差であるように本発明が説明されているが、あるパルスと前に送信された任意のパルスとの間の位相差で送信されるデータを符号化することも可能なはずである。例えば、ｉ＝０、１、２、３、・・・に対する一連のパルスｐｉにおいて、送信されるデータは、パルスｐｉとｐ（ｉ−４）との間の位相差で符号化することができる。すなわち、送信されるデータは、３個の介在するパルスにより分離された２つのパルス間の位相差で符号化される。このようにすると、ある周波数帯域中で、４つのインターレースされたパルス・ストリームを送信することができる。送信されるデータは、任意の数の介在パルスにより分離された２つのパルス間の位相差で符号化され得ることが理解されよう。しかし、その数は、大きくなり過ぎないように選択されるべきである。

本発明の利点は、送信されるデータをその位相差で符号化する２個のパルス間で、その不確定さが十分に一定のままであるならば、送信されるパルス位相の絶対値を知る必要がないことである。送信されるデータが、いくつかの介在パルスにより分離される２つのパルス間の位相差で符号化される場合には、送信装置および受信装置の安定性に対する要件はより大きいものとなる。

９個の送信経路中のゲートにより生成された信号は、次いで、加算器１２４で組み合わされ、その結果得られた信号は、送信アンテナ１２８に送られる前に電力増幅器１２６で増幅される。

図２は、図１で示すタイプの送信装置１００から送信された信号を受信するように適応された受信装置２００の形態を示す概略のブロック図である。

信号は、アンテナ２０２で受信され、次いで、増幅器２０４で増幅される。すべての周波数帯域におけるコンポーネントを含む得られた信号は、次いで、９個の受信経路に送られ、各受信経路が、これらの各周波数帯域中の信号を検出する。

したがって、第１の受信経路２０６では、第１の受信側局部発振器（ＲＬＯ１）２０８が、第１の帯域内の周波数で局部発振器信号を生成し、この局部発振器信号は、第１の混合器２１０に送られ、また９０°の移相器２１２を通って第２の混合器２１４に送られる。混合器２１０、２１４は、第１の受信経路２０６中に送られた受信信号を受け入れるように接続されており、したがって、第１の局部発振器周波数における、その信号の同相および直交位相コンポーネントを検出する。受信された信号が検出されないことのある、受信された信号の位相が局部発振器信号の位相に対して９０°である可能性を回避するために、同相および直交位相コンポーネントは共に検出される。

混合器２１０、２１４の出力は、各積分器２１６、２１８に送られ、積分された出力は、各ブロック２２０、２２２に送られ、そのそれぞれが、サンプルホールド機能およびアナログ・デジタル変換機能を実施する。ＵＷＢ通信システムで達成され得る高いデータ・レートの結果として、これらのブロックは、信号を適切な高いレートでサンプリングする必要がある。例えば、サンプリング期間は、１００ピコ秒〜１ナノ秒のオーダであることが必要になり得る。

したがって、ブロック２２０、２２２は、第１の局部発振器周波数における信号の同相および直交位相コンポーネントを表す各デジタル出力を生成する。これらの信号は、次いで、デジタル信号プロセッサ２２４に送られる。第１の局部発振器周波数における信号の同相および直交位相コンポーネントを表すデジタル出力は、共に、その周波数で受信された信号の適切な基準である。

受信装置２００もまた、このような９個の受信経路を含んでおり、簡単化のために、そのうちの第１および第９のものが図２で示されている。

第９の受信経路２２６では、第９の受信側局部発振器（ＲＬＯ９）２２８が、第９の周波数帯域中の周波数で局部発振器信号を生成し、それは、対応する第１の混合器２３０に、また９０°の移相器２３２を介して対応する第２の混合器２３４に送られる。前と同様に、第１および第２の混合器２３０、２３４の出力は、各積分器２３６、２３８に送られ、次いで、サンプルホールドおよびアナログ・デジタル変換機能を実施するブロック２４０、２４２に送られる。

したがって、第１の受信経路２０６と同様に、ブロック２４０、２４２は、第９の周波数帯域における信号の同相および直交位相コンポーネントを表すデジタル信号を生成する。これらのデジタル信号もまた、デジタル信号プロセッサ２２４に送られる。

受信された信号が正しく検出されることを確実にするために、受信装置中の局部発振器ＲＬＯ１〜ＲＬＯ９が、送信装置１００中の局部発振器ＴＬＯ１〜ＴＬＯ９の周波数および位相に十分に近い周波数および位相を有することが必要である。したがって、送信装置中の局部発振器周波数ＴＬＯ１〜ＴＬＯ９の生成に関して前述したように、局部発振器周波数ＲＬＯ１〜ＲＬＯ９がこれらの必要な条件を満たすことを確実にするために、さらに対策を講ずる必要がある。送信装置と同様に、例えば、局部発振器周波数ＲＬＯ１〜ＲＬＯ９はすべて、１つの標準の局部発振器だけから取得されてもよい。その場合、次いで、局部発振器信号間で所望の関係を確立するために位相同期ループが使用され得る。

本発明のこの実施形態によると、検出される情報は、各周波数帯域中で受信されたパルスの位相差に依存しており、したがって、その位相の絶対値は重要性が低い。

図３は、受信装置２００における送信されたデータを検出する現在のところ好ましい方法を示すフローチャートである。

プロセスのステップ３０１では、システムの周波数帯域中で、受信された信号が検出される。以下の説明では、さらに、第１の周波数帯域だけが検討されるが、他の周波数帯域に依存してまたは他の周波数とは独立して、同様のプロセスが周波数帯域ごとに実行される。

ステップ３０２では、第１の周波数帯域で受信されたパルスの位相が検出される。前述したように、ブロック２２０、２２２、２４０、２４２は、各周波数帯域における信号の同相および直交位相コンポーネントを表すデジタル信号を生成する。それらは、次いで、各信号の位相角を検出するためにデジタル信号処理処置ブロック２２４中で使用され得る。

ステップ３０３では、第１の周波数帯域で受信されたパルスの検出された位相角が、前に受信されたパルスの位相角と比較される。前述のように、前に受信された関心のパルスは、直前のパルスでよく、または既知の数の介在パルスにより現在のパルスから分離されたパルスでもよい。

前述のように、送信装置は、これらの位相差を用いて、送信のためにデータを符号化しており、したがって、受信装置は、検出された位相差から送信されたデータを検出することができる。

したがって、前述のように、送信装置で使用されるコーディング・スキームに応じて、決定された位相差は、多ビットの２進数値であり得る特定の２進数値を表している。

したがって、ステップ３０４では、受信装置は、検出された位相差によって表された、受信されたパルスに対する２進数値を検出する。

この手順は、他の周波数帯域に依存してまたは他の周波数帯域とは独立に、９個の周波数帯域のそれぞれで、受信されたパルスごとに実行される。

したがって、本明細書で述べたシステムおよび方法は、送信されたデータの正確な検出を可能にする。さらに、本構成は、周波数の生成に対して課せられる要件が大幅に低減されるという利点を有する。すなわち、送信装置内の局部発振器における中程度の任意の変動は、受信装置におけるデータの検出に影響を与えないであろう。同様に、受信装置内の局部発振器における絶対周波数の確度に対する要件も低減される。

要約すると、本発明は、データが、複数の周波数帯域でパルスの位相により送信される多帯域の超広帯域通信システムなどの無線通信システムに関する。データは、あるパルスと前に送信されたパルスとの間の位相差で符号化される。前に送信されたパルスは、同じ周波数帯域中の直前のパルスでよく、またはいくつかの介在するパルスにより現在のパルスから分離されたものでもよい。

本発明による無線通信システムの一部分を形成する送信装置の概略のブロック図である。 本発明によるシステムにおける受信装置の概略のブロック図である。 本発明によるシステムのオペレーション方法を示すフローチャートである。

Claims (22)

1. データが複数の周波数帯域中のパルスにより送信される通信システムであって、データが、前に送信されたパルスの位相に対する、周波数帯域中のパルスの位相で符号化される通信システム。
2. データが、第１の周波数帯域中の、前に送信されたパルスの位相に対する、前記第１の周波数帯域中のパルスの位相で符号化される、請求項１に記載の通信システム。
3. データが、前記周波数帯域のそれぞれ中の、前に送信されたパルスの位相に対する、前記各周波数帯域中のパルスの位相で符号化される、請求項２に記載の通信システム。
4. データが、第１の周波数帯域中の直前のパルスの位相に対する、前記第１の周波数帯域中のパルスの位相で符号化される、請求項２に記載の通信システム。
5. データが、第１の周波数帯域中の第２のパルスの位相に対する、前記第１の周波数帯域中の第１のパルスの位相で符号化されており、前記第２のパルスが、複数の介在するパルスにより前記第１のパルスから分離される、請求項２に記載の通信システム。
6. データが、前記前に送信されたパルスからの第１の位相差Φ１を有するパルスが２進数「１」を表し、一方、前記前に送信されたパルスからの第２の位相差Φ２を有するパルスが２進数「０」を表すように、２進数コーディング・スキームにより符号化される、請求項１から５のいずれかに記載の通信システム。
7. データが、送信されるパルスの位相と前記前に送信されたパルスの位相との間で、Ｎ個の複数の可能な位相差Φｋ＝ｋπ／Ｎ、ただし、ｋ＝０、１、・・・、Ｎ−１を定義する、多位相コーディング・スキームにより符号化され、各可能な位相差で異なる多ビット２進数値を符号化する、請求項１から５のいずれかに記載の通信システム。
8. 前記通信システムが超広帯域無線通信システムである、請求項１から７のいずれかに記載の通信システム。
9. 多帯域の無線通信システムにおいてデータを送信する方法であって、前に送信されたパルスの位相に対する、周波数帯域中のパルスの位相でデータを符号化することを含む方法。
10. データが、第１の周波数帯域中の前に送信されたパルスの位相に対する、前記第１の周波数帯域中のパルスの位相で符号化される、請求項９に記載の方法。
11. データが、前記周波数帯域のそれぞれ中の、前に送信されたパルスの位相に対する、前記各周波数帯域中のパルスの位相で符号化される、請求項１０に記載の方法。
12. データが、第１の周波数帯域中の直前のパルスの位相に対する、前記第１の周波数帯域中のパルスの位相で符号化される、請求項１０に記載の方法。
13. データが、第１の周波数帯域中の第２のパルスの位相に対する、前記第１の周波数帯域中の第１のパルスの位相で符号化されており、前記第２のパルスが、複数の介在するパルスにより前記第１のパルスから分離される、請求項１０に記載の方法。
14. データが、前記前に送信されたパルスからの第１の位相差Φ１を有するパルスが２進数「１」を表し、一方、前記前に送信されたパルスからの第２の位相差Φ２を有するパルスが２進数「０」を表すように、２進数コーディング・スキームにより符号化される、請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
15. データが、送信されるパルスの位相と前記前に送信されたパルスの位相との間で、Ｎ個の複数の可能な位相差Φｋ＝ｋπ／Ｎ、ただし、ｋ＝０、１、・・・、Ｎ−１を定義する、多位相コーディング・スキームにより符号化され、各可能な位相差で異なる多ビット２進数値を符号化する、請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
16. 前記通信システムが超広帯域無線通信システムである、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
17. 送信されたデータを受信する方法であって、
    少なくとも１つの周波数帯域中で受信されたパルスの位相を、前記周波数帯域中で前に受信されたパルスの位相に対して決定すること、および
    前記相対的な位相に基づいて送信されたデータを復号すること
    を含む方法。
18. 前記通信システムが超広帯域無線通信システムである、請求項１７に記載の方法。
19. 多帯域の無線通信システムで使用するための送信装置であって、
    各周波数帯域において複数の周波数で信号を生成するための周波数発生器と、
    前記複数の周波数で変調されたパルスを生成するための複数の変調器とを備え、
    前記複数の変調器が、第１の周波数で前に送信されたパルスの位相に対する、前記複数の周波数のうちの前記第１の周波数におけるパルスの位相が、送信されるべきデータにより決定されるように、変調されたパルスを生成するように適応されている送信装置。
20. 前記周波数発生器が、単一の局部発振器基準周波数発生器と、その発生器から各周波数帯域中の前記複数の周波数で前記信号を生成する手段とを備える、請求項１９に記載の送信装置。
21. 多帯域の無線通信システムで使用するための受信装置であって、
    各周波数帯域において複数の周波数で信号を生成するための周波数発生器と、
    前記複数の周波数で送信されたパルスの位相を検出する手段であって、第１の周波数で前に送信された各パルスの位相に対する、前記複数の周波数のうちの前記第１の周波数におけるパルスの位相との間の位相差を決定するように適応された手段と、
    前記決定された位相差から送信されたデータを復号する手段と
    を備える受信装置。
22. 前記周波数発生器が、単一の局部発振器基準周波数発生器と、その発生器から各周波数帯域中の前記複数の周波数で前記信号を生成する手段とを備える、請求項２１に記載の受信装置。

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