JP4336366B2 - ［超広帯域］無線チャネル上のワイヤレス光リンク用のアプリケーション及び媒体アクセス・プロトコルの使用を可能にする方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線周波数（ＲＦ）チャネル上のワイヤレス光リンク用に設計されたアプリケーション及びＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ、媒体アクセス制御）プロトコルの使用を可能にするように、パルス変調信号を無線周波数信号に変換するための方法及び装置に関する。具体的には、超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）チャネル上のＩｒＤＡ（Ｒ）ワイヤレス赤外線チャネル（ＩｒＤＡは、Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎの商標である）用に設計された種々のアプリケーション及びＭＡＣプロトコルの使用法が提供される。

近年、アメリカ合衆国では、（例えば、屋内及び屋外用に割り当てられた周波数範囲３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚにおいて）ＵＷＢ−ＲＦチャネルが利用可能になった。欧州及び日本の当局は、ＵＷＢ−ＲＦ装置の商業的マーケティング及び利用を可能にする同様の規則を準備している。

ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）空間並びにワイヤレス・パーソナル・エリア・ネットワーク及びワイヤレス・ボディ・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮ／ＷＢＡＮ）空間における短距離ワイヤレス技術が、急速に増え続けている。特に、赤外線（ＩＲ又はＩｒ）発光に基づくワイヤレス・リンクが、使いやすさと低コストのために、近年著しい成長を遂げてきた。Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩｒＤＡ）は、２００３年までに総出荷量１３億ユニットを見込んでおり、これには携帯電話及び個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）に搭載される２億５０００万個を超えるＩｒＤＡ装置が含まれる。この高い普及率は、市場における大量のＩｒＤＡアプリケーション、並びに業界及びユーザ双方による多くの投資の存在を反映するものである。一方で、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ、Ｉｎｃ．が保有する商標である）のような無線ベースの短距離ワイヤレス装置もまた急速に展開され、それによりＩｒＤＡベースの市場区分の相対的な大きさが予想以上に急速に減少している。このことは、投資を強化し、事業を継続するための代替的な道を模索しているＩＲベースの業界に影響を与えることになる。

短距離ワイヤレス空間における２つの主要な技術−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及びＩｒＤＡ−は、特に短距離有線通信リンクを代替するように設計された。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは、１Ｍｂ／ｓより低いユーザ・データ速度を与えるＲＦ技術に基づくものであり、ＩｒＤＡは、例えばＳＩＲ（１１５Ｋｂ／ｓ）、ＦＩＲ（４Ｍｂ／ｓ）、及びＶＦＩＲ（１６Ｍｂ／ｓ）といった多くのデータ速度を提供するものである。ＩｒＤＡは、送信側と受信側との間に見通し（ＬＯＳ；Ｌｉｎｅ−Ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ）を必要とする光ＩＲ送信を用いる。ＩｒＤＡ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈの技術はまた、小規模事業所（ＳＯＨＯ）環境内における消費者ベースのアプリケーションにも用いられている。いずれも、リンク範囲、データ速度、必要な規格、及びコストの点で、固有の長所及び欠点を有する。

これらの技術の意図された用途及びアプリケーションの幾つかは重複するが、２つのシステムは、各々が、１組の通信プロトコルを構成するハードウェア及びソフトウェア層のすべてを提供する。ＩｒＤＡは、十分に実績のある確立された二点間狭角データ送信規格であり、０〜１ｍ（多くの場合、２０ｃｍ）の距離を越えて９６００ｂ／ｓから１６Ｍｂ／ｓまでの間のビット・レートで動作する。ＩｒＤＡは、対応する様々なハードウェア及びソフトウェア・プラットフォームを有し、市場に十分に導入されている。ＩｒＤＡには多くの利点があるように思われるが、この技術には欠点がある。多くのアプリケーションにとっては、限定された範囲及び指向角度は予想以上に不便であり、その光信号は壁を通り抜けることも障害物を迂回して伝搬することもできない（ＩｒＤＡは、光信号の拡散伝播に依存するようには設計されなかった）。さらに、ＩｒＤＡ装置は、他のＩｒＤＡ装置との同期を達成するためには、ほぼ静止していなければならない（狭い光ビーム）。ＩｒＤＡがユーザにとって使い勝手のよいものとならない場合には、壁及び他の障害を透過する見通し外（ＮＬＯＳ：Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅ−Ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ）送信などの無線ベースのシステムが有利となる。しかしながら、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの多くのＲＦベースのシステムは、世界中の様々な国で異なる規定がされており、それにより市場への投入に当たって少なからぬ損害を被っている。

短距離ワイヤレス装置の２つの主要な市場は、ポータブル及びデスクトップのコンピュータ及び携帯機器市場である。アーキテクチャ上の制約及び範囲的な制約のために、デスクトップ空間におけるＩｒＤＡの採用水準は比較的低いものであった。市場における現行のデスクトップ設計は、デスクトップをキャビネットに収めるか又は床に置くのにより適している。しかしながら、こうした用途のシナリオは、ＩｒＤＡによって提供される、アクセスポイントに向けるだけの方式である光リンク・アプリケーションにとって、好ましいものではない。

光ＩＲ通信リンクの欠点、並びにＩｒＤＡベースの技術及びアプリケーションにおける製造者及びユーザ・コミュニティからの投資は、共に、ＩｒＤＡシステムの光送受信器（すなわち、物理層の一部）を適切な無線ベースの送受信器で置き換えるか又は強化することによって、将来的に改善され、維持されるであろう。

ＵＷＢ無線装置用の３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚまで（ＵＳＡ／ＦＣＣ）の免許不要スペクトル帯域の最近の導入を前提として、こうした無線ベースのシステムを設計し、実装するために、本質的に適合性のある新規な無線技術が利用可能となった。結果として、本来はワイヤレス光リンクのために考えられた、媒体アクセス制御プロトコルを含む多くのアプリケーション及びプロトコル・スタックが、ＵＷＢ無線チャネル上で利用可能となるはずである。

２種類の通信システムをひとつにして、ワイヤレス光システムと無線チャネルとを利用することができれば、有利であろう。異なる送信媒体（それぞれ、光及び無線周波数）が用いられるため、及びレガシー問題のために、これらの異なるワイヤレス通信システムは、従来、異なる媒体アクセス制御（ＭＡＣ）機構を用いて設計され、さらに、特定の領域（例えば、ＰＤＡデータ・ベースのＰＣデータ・ベースとの同期）においてはそれらのアプリケーションは重複するものの、市場におけるそれらの位置づけは一般に異なるものであった。

本発明によれば、パルス変調入力信号を無線周波数信号に変換するための方法が提供される。無線周波数信号は、超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）信号と共に用いられるため、パルス無線周波数信号とすることができる。本方法は、パルス変調入力信号を受信するステップと、受信したパルス変調入力信号を復号化して、復号化したデータ・ビットストリームにするステップと、復号化したデータ・ビットストリームを符号化して、再符号化したデータ・ビットストリームにするステップと、再符号化したデータ・ビットストリームを用いて無線周波数信号を変調するステップと、変調した無線周波数信号を送信するステップとを含む。

本方法はさらに、受信した無線周波数信号を復調して、復調したデータ・ビットストリームにするステップと、復調したデータ・ビットストリームを復号化して、受信したデータ・ビットストリームにするステップと、受信したデータ・ビットストリームを符号化して、パルス変調出力信号にするステップと、パルス変調出力信号を転送するステップとによって、受信した無線周波数信号のパルス変調出力信号への変換を可能にする。

また、復号化したデータ・ビットストリームの使用のもとで無線周波数信号を直接変調することも可能であり、それにより回路を減らすことになる。

さらに、受信したパルス変調入力信号の使用のもとで、１８０°位相変調（１８０° ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）とも呼ばれる極性変調によって無線周波数信号を直接変調することも可能である。これにより、回路がさらに単純化することになる。

パルス変調入力信号は光制御装置から受信することが可能であり、それにより、開発された光信号仕様を用いることができる。

無線周波数信号は、増幅することができる。これにより、送信範囲をより広くすることができ、送信場所からより遠くにある装置に届くようになる。

パルス変調入力信号はＩｒＤＡ仕様に基づくものとすることができ、無線周波数信号は超広帯域（ＵＷＢ）信号を含む。パルス変調出力信号をＩｒＤＡ仕様に適合させ、受信した無線周波数信号を超広帯域（ＵＷＢ）信号仕様に基づくものとすることも可能である。

パルス変調入力信号は、トランスバータを作動させるのに用いられるバッテリを充電するための電気信号に変換される光信号とすることができる。これにより、携帯機器の電力供給（バッテリ）を支援することが可能になる。ＩｒＤＡプロトコルとＵＷＢ−ＲＦトランスバータとの組み合わせは、必要なバッテリ電力が従来の光ＩｒＤＡ装置の電力より低くなるように実装することができる可能性がある。その理由は、ＵＷＢ装置がマイクロワット・レベルのＲＦ出力しか出さないのに対し、光装置はミリワット・レベル以上まで出すからである。

本発明の別の態様においては、パルス変調入力信号を無線周波数信号に変換するためのトランスバータが提供される。この装置は、パルス変調入力信号を復号化して、復号化したデータ・ビットストリームにするための信号復号器ユニットと、復号化したデータ・ビットストリームを符号化して、再符号化したデータ・ビットストリームにするためのデータ符号器ユニットと、再符号化したデータ・ビットストリームの使用のもとで無線周波数信号を変調する無線周波数変調器とを備える。

受信した無線周波数信号をパルス変調出力信号にさらに変換するためのトランスバータは、受信した無線周波数信号を復調して、復調したデータ・ビットストリームにするための復調器ユニットと、復調したデータ・ビットストリームを復号化して、受信したデータ・ビットストリームにするためのデータ復号器ユニットと、受信したデータ・ビットストリームを符号化して、第２のパルス変調出力信号にするための信号符号器ユニットとを備える。

パルス変調入力信号を無線周波数信号に変換し、受信した無線周波数信号をパルス変調出力信号に変換するためのトランスバータは、送受信器として実装することができる。受信した無線周波数信号を上述のようにパルス変調出力信号に変換するための手段を、受信器である単一の装置内で用いることも可能である。

トランスバータは、光送受信器と、該光送受信器によって受信及び／又は送信される光信号を減衰する光学窓と、を備えることができる。これにより、さらに改良を加えることなく、容易な近接空間結合が可能になる。

トランスバータは、例えば電子腕時計のような、ＩｒＤＡプロトコル仕様を用いる携帯装置の一部とすることができる。

一般に、本方法及び装置により、未来ベースのワイヤレス・リンク、特に免許不要のＵＷＢ無線リンクに基づいたワイヤレス・リンク上の適切な変換回路を通して、既存の大規模なアプリケーション及び光又はＩｒＤＡプロトコル・スタック（媒体アクセス制御）の使用が可能になる。

さらに、ＵＷＢ無線信号は本来的に検知しにくい（例えばＦＣＣ仕様によれば７５ｎＷ／ＭＨｚより小さいといった極めて低い電力スペクトル密度）ため、光ＩｒＤＡ通信のセキュリティ面での利点を維持しながら、ＩｒＤＡ装置の使用を非指向性（見通し外）通信リンクにまで拡張することができる。

通信仕様の新たな開発又は全く新しい規格の必要がないため、全システム開発コスト、したがってユーザの経費を、低く維持することができる。ＵＷＢ−ＲＦ方式は、既存の規格に統合することができる。

ＵＷＢ−ＲＦ方式をＩｒＤＡに付加することで、ユーザは、ＩｒＤＡの基本的な限界である１ｍを大きく超えるリンク距離を越えて他の装置に接続することが可能になり、（光信号が通り抜けることができない）壁越しのリンク及び障害物を迂回してのリンクを確立することも可能になる。

ＵＷＢ−ＲＦ方式をＩｒＤＡに付加することで、ユーザは、ＩｒＤＡでは標準的な一対一の細い赤外線ビームを用いる代わりに、多数の異なるクライアントに対して同時に送信することが可能になる（一対多配信）。こうした用途においては、光ポートと無線ポートの両方を装備した送信装置を用いて、光ポート及び／又は無線ポートを介して同時又は交互に送信し、それにより、カバーする送信範囲を広げることが可能であろう。

ＩＢＭ Ｚｕｒｉｃｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙで開発された改良型赤外線（ＡＩｒ）システムは、屋内での多点間接続のために提案された光ＩｒＤＡ規格である。距離及びデータ速度は、８ｍで２５０ｋｂ／ｓから、４ｍで４Ｍｂ／ｓまでの範囲で可変である。このシステムは、多数の周辺機器へのコードレス接続、及び会議室での共同作業用途に向けて、設計されている。ＡＩｒリンク・プロトコル、媒体アクセス制御、及び物理層機能の一部（例えば、符号化及び復号化）は、ＵＷＢ−ＲＦ装置に良く適合し、反復符号化に基づくＡＩｒの可変データ速度についての特徴は、ＵＷＢ−ＲＦチャネルにとって特に有利である。

ＵＷＢ−ＲＦトランスバータを利用して、イーサネット（商標）又はユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）などの有線規格接続の用途を拡張することができる。

本発明の好ましい実施形態が、添付の概略的な図面を参照し、例示のみの目的で以下に詳細に説明される。
図面は説明のみの目的で与えられ、必ずしも本発明の実際の実施例を縮尺通りに表すものではない。

図１から図５は、最大１メートルまでの距離を越える細い光ビーム通信に基づく従来技術のＩｒＤＡシステムを示す。具体的には、図１は、物理層システムが、光（赤外線）制御装置１内のプロトコル・スタックに属するＥＮＤＥＣ（ｅｎｃｏｄｅｒ／ｄｅｃｏｄｅｒ、符号器／復号器）１１と呼ばれる第１の部分と、光送受信器２と呼ばれる第２の部分との２つの部分に分けられることを示す。本明細書では、同じ参照番号を用いて同じ部分又は類似部分を示す。図２は、光（赤外線）制御装置１と２つの光送受信器２との間の、従来技術の電気的インターフェース接続３を示し、図３は、光（赤外線）制御装置１と１つの光送受信器２との間の、代替的な従来技術の電気的インターフェース接続３を示す。図４の表は、従来技術のワイヤレス光通信システムの信号速度及びパルス幅仕様を示し、この表は具体的には、ＩｒＤＡワイヤレス赤外線システムを説明するものである。図５は、ＩｒＤＡ規格によって指定される種々の変調方式及び関連する信号を示し、特に、光通信に典型的なパルス状信号に注目することができる。これらの信号を類似のパルスＵＷＢ−ＲＦ信号に変換するときは、パルス状の光変調信号の特徴を、有利な方法で直接用いることができる。

図６は、図１から図５に示されたシステムを、光制御装置１と、電気的インターフェース接続３によって接続されたワイヤレス［超広帯域（ＵＷＢ）］ＲＦトランスバータ４とを備えるワイヤレス無線周波数（ＲＦ）通信装置に、どのように変えることができるかを示す。ワイヤレス［超広帯域（ＵＷＢ）］ＲＦトランスバータ４は、［ＵＷＢ］ＲＦトランスバータ又はＲＦトランスバータ４とも呼ばれる。図６に関連して導入される概念は、光（赤外線）制御装置１と、光送受信器２及びワイヤレス［超広帯域（ＵＷＢ）］ＲＦトランスバータ４との間の電気的インターフェース接続３を用いて、図７にさらに示される。図８は、光（赤外線）制御装置１とワイヤレス［超広帯域（ＵＷＢ）］ＲＦトランスバータ４との間の電気的インターフェース接続３を用いる代替的な実施形態を示す。

図９は、使用上の利点の幾つかを示す。具体的には、図９（Ａ）は、２つの光インターフェース・ポート、例えばＩｒＤＡ準拠（細いビーム）光ポートの間における従来技術の見通し（ＬＯＳ）ワイヤレス光リンク構成を示す。図９（Ｂ）に示されるように、同じ方式を、２つのＲＦインターフェース・ポートの間におけるＬＯＳワイヤレス無線リンク構成に実装することが可能であり、この場合の利点は、ＲＦ信号のビームは本質的に全方位的であり、その結果、光リンクの場合とは異なり装置の正確な位置決めが不要なことである。図９（Ｃ）は、２つのＲＦインターフェース・ポートの間における見通し外（ＮＬＯＳ）無線リンク構成を示し、図９（Ｄ）は、２つのＲＦインターフェース・ポートの間における同時的なＮＬＯＳ及びＬＯＳ無線リンクの構成を示す。

図１０は、信号復号器ユニット４２とも呼ばれる電気送信信号（ＥＴＳ）復号器４２と、信号符号器ユニット４３とも呼ばれる電気受信信号（ＥＲＳ）符号器４３とをここでは含むデータ変換器４１を備え、送信及び受信のための単一フィルタ５５を用いる、［超広帯域（ＵＷＢ）］ＲＦトランスバータ４の好ましい一般的アーキテクチャを示す。ＥＴＳ復号器４２の出力は、データ符号器ユニット５１と、それに続く無線周波数変調器５２とも考えられる［ＵＷＢ］ＲＦ発生器及び変調器５２と、［ＵＷＢ］ＲＦ出力増幅器５３との機能を備えるＲＦトランスバータ４の送信側経路に送られる。「出力増幅器」という一般的な概念を用いているが、特定のＵＷＢ−ＲＦ信号はその定義上、非常に低出力の信号であることが理解される。増幅器５３の出力は、信号を単一フィルタ５５に送る送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）スイッチ５４に送られ、該単一フィルタ５５は、ＲＦ信号の発信のためのアンテナ５６に接続される。データ符号器ユニット５１は、ＥＴＳ復号器４２から復号化したデータ・ストリームを受信し、ＲＦチャネルにわたる送信に適した新たな変調信号を導入する。同様に、［ＵＷＢ］ＲＦトランスバータ４の受信側経路は逆の順序で作動し、ＴＸ／ＲＸスイッチ５４は、受信した無線周波数信号Ｆを、増幅及び振幅レベルの調整のためにＲＦ低ノイズ／可変ゲイン回路５７に送る。この回路５７の出力は復調器ユニット５８に送られ、該復調器ユニット５８は、一般に、その入力に加えられるＲＦ信号Ｇからベースバンド信号を抽出する。復調器ユニット５８は、それをデータ復号器５９に送り、次に、該データ復号器は復号化したデータをＥＲＳ符号器４３に送る。トランスバータ制御装置６０と呼ばれる機能ブロックが、トランスバータ４の種々の機能にインターフェース接続される全ての必要な制御及びタイミング（クロック）信号を調整し、受信し、出力する。トランスバータ４の入力及び出力に表示されるそれぞれの電気的インターフェース信号ＥＴＳ、ＥＴＣ、ＥＲＣ、及びＥＲＳは、一般的な電気的インターフェース接続３の一部であると理解され、例えば、これらの信号は、ＩｒＤＡ準拠制御装置、Ａｉｒ準拠制御装置、又はＩｒＧＡＴＥ準拠制御装置のいずれかである光（赤外線）制御装置１に接続する。信号Ａから信号Ｊは図１０に示されており、図１３から図１５を参照して以下により詳細に示され、説明される。

作動中は、［ＵＷＢ］ＲＦトランスバータ４は、ＥＴＳとも表示されるパルス変調入力信号Ａを、それぞれ変調無線周波数信号Ｄ又は増幅した変調無線周波数信号Ｅとも考えられる無線周波数信号Ｄ又はＥに変換する。そのために、ＥＴＳ復号器４２は、受信したパルス変調入力信号Ａを復号化して、復号化したデータ・ビットストリームＢにする。次いで、データ符号器ユニット５１は、復号化したデータ・ビットストリームＢを符号化して、再符号化したデータ・ビットストリームＣにする。無線周波数変調器５２は、再符号化したデータ・ビットストリームＣの使用のもとで無線周波数信号Ｄを変調し、該無線周波数信号Ｄは、［ＵＷＢ］ＲＦ出力増幅器５３によって増幅され、増幅した変調無線周波数信号Ｅとすることができる。増幅した変調無線周波数信号Ｅは、送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）スイッチ５４及び単一フィルタ５５を経由して、最終的にアンテナ５６に送信される。

受信パスにおいては、［ＵＷＢ］ＲＦトランスバータ４は、受信した無線周波数信号Ｆ、Ｇを、復元すなわちパルス変調した出力信号Ｊに変換する。受信した無線周波数信号Ｆ、Ｇは、アンテナ５６と、単一フィルタ５５と、送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）スイッチ５４とを経由して受信される。上述のように、受信した無線周波数信号Ｆは、増幅及び振幅レベルの調整のために、ＲＦ低ノイズ／可変ゲイン回路５７に送られる。この回路５７はＲＦ信号Ｇを出力し、該ＲＦ信号Ｇは、復調したデータ・ビットストリームＨに復調するために、復調器ユニット５８に送られる。次いで、データ復号器ユニット５９は、復調したデータ・ビットストリームＨを、受信したデータ・ビットストリームＩに復号する。最後に、信号符号器ユニット４３は、受信したデータ・ビットストリームＩをパルス変調出力信号Ｊに符号化し、該パルス変調出力信号Ｊは、次に、電気的インターフェース接続３上のＥＲＳ信号として転送することができる。

図１１は、上述のような［超広帯域（ＵＷＢ）］ＲＦトランスバータ４の代替的な一般的アーキテクチャを示す。この実施形態の違いは、送信（ＴＸ）及び受信（ＲＸ）のために独立した２つのフィルタ５５１、５５２が用いられていることである。こうした構成は、例えば、ＲＦトランスバータ４の送信側経路及び受信側経路に対して異なる設計基準を適用する必要があるときに有利な場合がある。典型的には、ＴＸフィルタ５５１は、発信される信号スペクトルを規制基準に従って適切に成形するために、アンテナ特性と共に最適化される必要がある。一方、ＲＸフィルタ５５２は、通常は、受信器のノイズ量を最小化し、その結果システムのエラー率性能を最適化するために、ＲＦ低ノイズ／可変ゲイン回路５７の入力特性と合致させるように用いられる。代替的には、送信信号及び受信信号は異なるＲＦ帯域を用いるように設計されるため、異なるＴＸフィルタ及びＲＸフィルタを用いることもできるであろう。

本開示と関連して、例えば図１２に示され、後述されるトランスバータ４は、２００２年２月１４日に採用され、２００２年４月２２日に公開されたＦＣＣのＦｉｒｓｔ Ｒｅｐｏｒｔ ａｎｄ Ｏｒｄｅｒ ｄｏｃｕｍｅｎｔ、ＥＴ Ｄｏｃｋｅｔ ９８−１５３、ＦＣＣ ０２−８において定められるように信号を発信し、受信することが想定されており、その中では、ＵＷＢ無線装置は、利用に応じて、部分発信帯域が２．５ＧＨｚを０．２（すなわち２０％）下回るか又は絶対最小帯域が２．５ＧＨｚを５００ＭＨｚ上回る信号を生成する装置であると定義される。この及び他の関連する想定は、ＵＷＢ無線装置の定義についての単なる例示であり、将来的には、ＵＷＢ無線装置の同様の定義が、例えば欧州又はアジアにおける他の規制機関によって導入されるか、又は、既存の定義及び仕様が将来修正されることもある。

図１２は、電気送信ＩｒＤＡ（ＩＲＴＸ／ＳＷＤＡＴ）パルス検出器４４と、電気受信ＩｒＤＡ（ＩＲＲＸ／ＳＲＤＡＴ）パルス復元器４５とをここでは含むデータ変換器４１を備える特定のＵＷＢ−ＲＦトランスバータ４の一例を示す。パルス検出器４４の出力は、ＵＷＢパルス発生器及び変調器５２１並びにＵＷＢ−ＲＦ出力増幅器５３の機能を備えるＵＷＢ−ＲＦトランスバータ４の送信側経路に直接送られる。ＵＷＢ−ＲＦ出力増幅器５３の出力はＴＸ／ＲＸスイッチ５４に送られ、該スイッチは、出力がアンテナ５６に接続されるフィルタ５５に信号を送る。パルス検出器４４の出力から受信した検出パルスが、改良型無線周波数変調器５２１とも呼ばれるＵＷＢパルス発生器／変調器５２１を制御するのに直接用いられるため、例えば先の図１０に示されたデータ符号器ユニット５１は、この構成では用いられない。この発生器／変調器５２１は、例えば二極性変調又はより一般的な多値変調によって、無線周波数信号を変調することができる。同様に、ＵＷＢ−ＲＦトランスバータ４の受信側経路は逆の順序で作動し、ＴＸ／ＲＸスイッチ５４は、受信した信号を、該受信した信号の増幅及び振幅調整のためにＲＦ低ノイズ／可変ゲイン増幅器５７に送る。この回路の出力は復調器ユニット５８に送られ、該復調器ユニット５８は、その入力に加えられるＲＦ信号からベースバンド信号を抽出し、典型的には、該復調器ユニット５８は、単一のエンベロープ検出器又はより効率的な直接ＲＦパルス検出器として実装することができる。

トンネル・ダイオードなどの非線形回路要素の特定の特性を利用することによって、効率的な直接パルス検出器を実装できることが示された。同様に、非線形回路要素を用いて、ＵＷＢ−ＲＦ信号を生成することができる。ＵＷＢに適用されるパルス駆動方法は「Ｃｅｌｌｏｎｉｃｓ ＵＷＢ、 Ｔｈｅ Ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｏｗ、 Ａ Ｗｈｉｔｅ Ｐａｐｅｒ」（ＭＷＰ−０１）、ｂｙ Ｃｅｌｌｏｎｉｃｓ Ｉｎｃ Ｐｔｅ Ｌｔｄ、ｐａｇｅ１１（Ｃｅｌｌｏｎｉｃｓは、Ｃｅｌｌｏｎｉｃｓ Ｉｎｃの商標）に示されている。

図１２における復調器ユニット５８は、その出力をパルス復元器４５に直接送る。トランスバータ制御装置６０と呼ばれる機能ブロックが、ＲＦトランスバータ４の種々の機能にインターフェース接続される全ての必要な制御及びタイミング（クロック）信号を調整し、受信し、出力する。ＲＦトランスバータ４は、図２に示されるように、ＩｒＤＡ準拠電気的インターフェース接続３と直接接続される。説明のために、図１３には、ＵＷＢ−ＲＦ出力増幅器５３の出力における信号Ｅの典型的な形状を示す。ここでは、Ｔ_Ｓはスロットすなわちシンボル間隔であり、Ｔ_Ｐは（有効な）パルス幅であり、その逆数値は、概ね、得られる信号のスペクトル帯域幅Ｂを示し、Ｔ_Ｃは、概ね、スペクトルの中心周波数ｆ_ｃの１周期を表す。

図１４は、図１０に示されるＲＦトランスバータ４内の異なる送信位置における典型的な信号形状ＡからＥまでを示す。特にこの図は、ＩｒＤＡシステムによって決定されるスロットすなわちシンボル間隔Ｔ_Ｓが、典型的には、多経路伝搬が存在する場合であっても、パルス間干渉（ＩＰＩ）を回避できるほど十分に大きいことを示す。具体的には、図１４は、Ｔ_Ｓ＝１２５ｎｓを使用する４スロット・パルス位置変調（４ＰＰＭ、図４も参照）を用いて４Ｍｂ／ｓのデータ速度を提供するＩｒＤＡのＦＩＲ方式を示す。図１４の例におけるパルス変調入力信号Ａは、ＥＴＳ復号器４２がＩｒＤＡ仕様に従って復号化したデータ・ビットストリームＢに復号化する、４−ＰＰＭ ＩｒＤＡ信号（ＦＩＲ方式）である。データ符号器ユニット５１は、例えば図１４に示される単一速度の２／３パリティ・チェック・コードを用いて、復号化したデータ・ビットストリームＢを再符号化したデータ・ビットストリームＣにマッピングする。この単一コードは、例示の目的で用いたものであり、必ずしも好ましい符号化方法ではないことに留意されたい。再符号化したデータ・ビットストリームＣは、［ＵＷＢ］ＲＦ発生器及び変調器５２に送信され、その出力は、例えば極性変調した無線周波数信号Ｄ、Ｅを与える。図１４に示される無線周波数信号Ｄ、Ｅにおけるビット「０」及びビット「１」のそれぞれの極性割当ては、単なる定義の問題であり、従って交換可能であることに留意すべきである。

図１５は、図１０に示されるＲＦトランスバータ４内の異なる受信位置における典型的な信号形状ＦからＪまでを示す。一般に、受信器は、送信器によって導入される異なる信号経路機能を反転したものである。したがって、受信した無線周波数信号Ｆは、ＲＦ低ノイズ／可変ゲイン増幅器５７によって増幅されて、増幅した受信無線周波数信号Ｇになった後で、復調器５８に送られ、その出力は、復調したデータ・ビットストリームＨを与える。それに続くデータ復号器５９は、復調したデータ・ビットストリームＨを受信したデータ・ビットストリームＩにマッピングし、それがさらにＥＲＳ符号器４３によってパルス変調した出力信号Ｊに変換され、図１５のこの実施例においては、信号形状ＪはＩｒＤＡのＦＩＲ仕様（４Ｍｂ／ｓのデータ速度を与える４−ＰＰＭ）に準拠するものである。

図１４及び図１５に示される波形は、ＩｒＤＡ−ＦＩＲ方式（４Ｍｂ／ｓ）の場合についてのものである。ＩｒＤＡプロトコルがより低いデータ速度を用いるときには（例えば図４及び図５と比較せよ）、ＩｒＤＡシステムによって決定されるスロットすなわちシンボル間隔Ｔ_Ｓは、より長くなる。この場合には、より長いスロット間隔内で適切な短いパルス・シーケンスを送信することが提案されており、この付加的な冗長性は、検出能力及び受信したパルス・シーケンスの同期の領域において利点をもたらすことになる。例えば、「１」が単一の［ＵＷＢ］ＲＦパルスの送信を示し、「０」がこうしたパルスが存在しないことを示すものとした場合、光パルスごとにシーケンス「１００１０１１０１１１」を伝送することができる。

［超広帯域（ＵＷＢ）］無線周波数（ＲＦ）トランスバータ４のさらなる用途及び実施形態が図１６に示され、ここでは、光システムとのインターフェースは、データ変換器４１の一部と見なされる固有の光インターフェース・ポートを通して行われる。したがって、データ変換器４１は、光送信信号（ＯＴＳ）受信器及び復号器４６と、光受信信号（ＯＲＳ）符号器及び送信器４７とを含む。それ以外は、このシステムは、図１０を参照して説明されたシステムと同様である。この［超広帯域（ＵＷＢ）］無線周波数（ＲＦ）トランスバータ４を含む装置が、図１７に示される。ワイヤレス変換器７は、［超広帯域（ＵＷＢ）］無線周波数（ＲＦ）トランスバータ４を基にしたものであり、該ワイヤレス変換器７は、（例えばＩｒＤＡ準拠）光インターフェース・ポートを介して、光送受信器８と、光リンク・プロトコル６２を実行する制御装置６２と、ホスト［又はクライアント］アプリケーション６１とを備えるホスト・プラットフォーム６、例えばＩＢＭ（商標）「ＴｈｉｎｋＰａｄ」ラップトップ・コンピュータ（ＴｈｉｎｋＰａｄは、米国、他の国々、又は両方におけるＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの商標である）又はＰＤＡと接続する。ワイヤレス変換器７及びホスト・プラットフォーム６には、２つのユニットを機械的に接続し、その相対的な位置を固定すると共に、標準的なＩｒＤＡ送受信器８から構成される光インターフェースに用いられる光信号をブロックするために、適切に整合する結合システム７１、７２が装備される。ＩｒＤＡ送受信器の光学的に活性な要素の前にある、光学窓９１、９２とも表わされる（半）透明窓９１、９２は、異なる材料で作ることができる。例えば、変換器の透明窓９２を光信号の減衰が比較的大きい材料のものにして、光受信器が、こうした付加的な減衰のない短い光リンク距離を原因とする飽和状態で作動する必要がないようにすることができる。

図１８は、ＩｒＤＡ通信方式（光）であるＳｕｂ−ＳＩＲ、ＳＩＲ、ＦＩＲ、及びＶＦＩＲを示し、図１９は、ＵＷＢ−ＲＦトランスバータ４を用いるＵＷＢ−ＲＦベースの方式を付加することによって、ＩｒＤＡシステムをどのように拡張できるかを示す。すでに上で列挙した利点以外に、こうしたシステムは、光ＩｒＤＡリンクの場合のように通信装置の照準を正確に定めるための要件を回避して、ハンディキャップを持つ個人の利便性を高めるようにすることができるという付加的な利点を有する。

正確な位置決め及び位置追跡アプリケーションを実装するのに役立つ付加的な特徴を、ＵＷＢ−ＲＦトランスバータに組み込むことができる。ＵＷＢ信号は、帯域幅が広いため、本来的にこの種のアプリケーションに適している。

図１７に示されるアプリケーションについて、ＲＦトランスバータ４を駆動するのに必要なＤＣ（直流）電力は、ユニットに含まれる再充電可能なバッテリによって供給するか、又は、ホスト・プラットフォーム６が電力を供給することができる。代替的には、光信号から得られるエネルギーを、ＲＦトランスバータ４に搭載されたバッテリの少なくとも一部を充電するのに適した電気信号に変換することができる。

開示されたあらゆる実施形態は、示された及び／又は説明された他の実施形態の１つ又は幾つかと組み合わせることができる。これは、実施形態の１つ又はそれ以上の特徴についても可能である。

光（赤外線）制御装置とも呼ばれるアプリケーション及びプロトコル・スタックと、物理層の一部である光送受信器とを備える従来技術のワイヤレス光通信装置を示す。 光（赤外線）制御装置と２つの光送受信器との間における従来技術の電気的インターフェース接続を示す。 光（赤外線）制御装置と１つの光送受信器との間における代替的な従来技術の電気的インターフェース接続を示す。 具体的にはＩｒＤＡのワイヤレス赤外線システムを説明する、従来技術のワイヤレス光通信システムの信号速度及びパルス幅仕様の表を示す。 図４に示される表によるある信号速度ついて、従来技術のワイヤレス光通信システム（ＩｒＤＡ）についてのパルス変換波形の例を示す。 光（赤外線）制御装置と、電気的インターフェース接続と、［超広帯域（ＵＷＢ）］無線周波数（ＲＦ）トランスバータとを備えるワイヤレス無線周波数（ＲＦ）通信装置を示す。 光（赤外線）制御装置と、従来技術の光送受信器、及びワイヤレス［超広帯域（ＵＷＢ）］無線周波数（ＲＦ）トランスバータとの間における従来技術の電気的インターフェース接続を示す。 光（赤外線）制御装置とワイヤレス［超広帯域（ＵＷＢ）］無線周波数（ＲＦ）トランスバータとの間における代替的な従来技術の電気的インターフェース接続を示す。 （Ａ）２つの光インターフェース・ポートの間における従来技術の見通し（ＬＯＳ）ワイヤレス光リンク構成を示す。（Ｂ）本発明に係る２つの無線周波数（ＲＦ）インターフェース・ポートの間における見通し（ＬＯＳ）ワイヤレス・リンク構成を示す。（Ｃ）本発明に係る２つの無線周波数（ＲＦ）インターフェース・ポートの間における見通し外（ＮＬＯＳ）ワイヤレス・リンク構成を示す。（Ｄ）２つの無線周波数（ＲＦ）インターフェース・ポートの間における同時的な見通し外（ＮＬＯＳ）及び見通し（ＬＯＳ）ワイヤレス・リンク構成を示す。 電気送信信号（ＥＴＳ）復号器と、電気受信信号（ＥＲＳ）符号器とを含むデータ変換器を備え、送信及び受信のための単一フィルタを用いる、超広帯域（ＵＷＢ）無線（ＲＦ）トランスバータを示す 電気送信信号（ＥＴＳ）復号器と、電気受信信号（ＥＲＳ）符号器とを含むデータ変換器を備え、それぞれ送信（ＴＸ）及び受信（ＲＸ）に２つの別個のフィルタを用いる、別の超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）トランスバータを示す。 電気送信ＩｒＤＡ（ＩＲＴＸ／ＳＷＤＡＴ）パルス検出器と、電気受信ＩｒＤＡ（ＩＲＲＸ／ＳＲＤＡＴ）パルス復元器とを含むデータ変換器を備え、送信（ＴＸ）及び受信（ＲＸ）のための単一フィルタを用いる、さらに別の超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）トランスバータを示す。 ＵＷＢ−ＲＦ出力増幅器の出力における信号Ｅの図を示す。 図１０及び図１２に示される典型的な送信信号Ａ−Ｅの図を示す。 図１０に示される典型的な受信信号Ｆ−Ｊの図を示す。 光送信信号（ＯＴＳ）受信器及び復号器と、光受信信号（ＯＲＳ）符号器及び送信器を含むデータ変換器を備える超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）トランスバータの代替的な実施形態を示す。 超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）トランスバータを基にしたワイヤレス変換器の装置の図を示すものであり、該ワイヤレス変換器は、（例えばＩｒＤＡ準拠）光インターフェース・ポートを介して、光送受信器、光リンク・プロトコルを実行する制御装置、及び、該ワイヤレス変換器によって提供されるリンクを利用するホスト（又はクライアント）アプリケーションを備えるホスト・プラットフォームと接続する。 ＩｒＤＡプロトコル・スタック並びにその固有の通信方式（光）であるＳｕｂ−ＳＩＲ、ＳＩＲ、ＦＩＲ、及びＶＦＩＲの図を示す。 ＩｒＤＡプロトコル・スタック、その固有の光通信方式（Ｓｕｂ−ＳＩＲ、ＳＩＲ、ＦＩＲ、及びＶＦＩＲ）、及びＵＷＢ−ＲＦトランスバータによって可能となる付加的な無線方式の図を示す。

Claims (7)

1. パルス変調入力信号（Ａ）を無線周波数信号（Ｄ、Ｅ）に変換するための方法であって、
   パルス変調入力信号（Ａ）を受信するステップであって、該パルス変調入力信号（Ａ）は、光信号であり、該パルス変調入力信号（Ａ）は、光制御装置（１）から受信される、ステップと、
   前記受信したパルス変調入力信号（Ａ）を復号化して、復号化したデータ・ビットストリーム（Ｂ）にするステップと、
   前記復号化したデータ・ビットストリーム（Ｂ）を用いて無線周波数信号（Ｄ、Ｅ）を変調するステップと、
   前記変調した無線周波数信号（Ｄ、Ｅ）を送信するステップと、
   前記パルス変調入力信号（Ａ）を、トランスバータ（４）を作動させるのに用いられるバッテリを充電するための電気信号に変換するステップを有する、
   方法。
2. 前記復号化したデータ・ビットストリーム（Ｂ）を符号化して、再符号化したデータ・ビットストリーム（Ｃ）にするステップと、次に続くステップを、前記再符号化したデータ・ビットストリーム（Ｃ）を用いて前記無線周波数信号（Ｄ、Ｅ）を変調するステップ、に修正するステップをさらに有する、
   請求項１に記載の方法。
3. 受信した無線周波数信号（Ｆ、Ｇ）をパルス変調出力信号（Ｊ）にさらに変換するための請求項２に記載した方法が、 受信した無線周波数信号（Ｆ、Ｇ）を復調して、復調したデータ・ビットストリーム（Ｈ）にするステップと、 前記復調したデータ・ビットストリーム（Ｈ）を復号化して、受信したデータ・ビットストリーム（Ｉ）にするステップと、 前記受信したデータ・ビットストリーム（Ｉ）を符号化して、パルス変調出力信号（Ｊ）にするステップと、前記パルス変調出力信号（Ｊ）を転送するステップと、
   をさらに含む方法。
4. 前記変調した無線周波数信号（Ｄ）を増幅して、増幅した変調無線周波数信号（Ｅ）にするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記パルス変調入力信号（Ａ）はＩｒＤＡ仕様に基づくものであり、かつ、前記無線周波数信号（Ｄ、Ｅ）は超広帯域（ＵＷＢ）信号仕様に基づくものであり、及び／又は、前記パルス変調出力信号（Ｊ）はＩｒＤＡ仕様に適合するものであり、かつ、前記受信した無線周波数信号（Ｆ、Ｇ）は超広帯域（ＵＷＢ）信号仕様に基づくものである、請求項３に記載の方法。
6. トランスバータを作動させるためのバッテリと、
   パルス変調入力信号（Ａ）を復号化して、復号化したデータ・ビットストリーム（Ｂ）にするための信号復号器ユニットと、
   前記復号化したデータ・ビットストリーム（Ｂ）を、再符号化されたデータ・ビット・ストリーム（Ｃ）に符号化するためのデータ復号器ユニットと、
   前記復号化したデータ・ビットストリーム（Ｂ）を用いて無線周波数信号（Ｄ、Ｅ）を変調するための無線周波数変調器であって、前記再符号化されたデータ・ビット・ストリーム（Ｃ）で前記無線周波数信号（Ｄ、Ｅ）を変調するように適合された無線周波数変調器と、
   受信したパルス変調入力信号を、前記トランスバータを作動させるために使用される前記バッテリをチャージするための電気信号に変換するコンバータ
   とを備えた、
   トランスバータ。
7. 受信した無線周波数信号（Ｆ、Ｇ）をパルス変調出力信号（Ｊ）にさらに変換するための請求項６に記載したトランスバータであって、
   受信した無線周波数信号（Ｆ、Ｇ）を復調して、復調したデータ・ビットストリーム（Ｈ）にするための復調器ユニットと、
   前記復調したデータ・ビットストリーム（Ｈ）を復号化して、受信したデータ・ビットストリーム（Ｉ）にするためのデータ復号器ユニットと、
   前記受信したデータ・ビットストリーム（Ｉ）を符号化して、パルス変調出力信号（Ｊ）にするための信号符号器ユニットと、
   を備えるトランスバータ。

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