JP4571474B2 - データを送信するための方法、通信システム、および装置 - Google Patents

Description

［発明の詳細な説明］
本発明は、少なくとも１つの送信機および１つの受信機を含む通信システムにおいてデータを送信するための方法に関し、その送信機は、Ｎｐ個の時間窓にわたってＮｐ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を送信するように構成され、各パルスは１つの時間チップ内に入れられ、その関連する時間窓内のその時間チップの位置はチップ番号によって定義される。

そのようなデータ伝送方法は現在、いわゆる超広帯域通信システム（ＵＷＢシステムとも呼ばれる）の妥当性を評価する目的で研究されている。そのようなシステムでは、各送信機は先に記載されたチップ番号によって形成されるシグネチャによって特定されることができ、シグネチャそのものは変動の影響を受けにくく、全ての潜在的な受信機に確実かつ正確に伝達されることができる。

ＵＷＢシステムにおいて用いられるパルスは非常に短く、たとえば０．１ナノ秒未満の持続時間を有し、それにより、そのようなシステムは少なくとも１０ＧＨｚ程度の広い帯域幅を提供されるので、高い自由度を有し、それゆえそのようなシステムにとって数多くの実現可能な応用形態が見込まれる。

上記の信号は搬送信号を形成することができ、その搬送信号を変調することにより、その上に情報を符号化することができる。本発明者らは、関連するパルスが短いことに起因して、与えられるパルス系列との正確な同期を受信機端においてとることが難しいので、費用対効果を良くするために、選択される変調方式に関係する時間関連パラメータをできる限り少なくすべきであるということを認めている。

したがって、本発明は、受信されたパルス系列を時間に関して正確に位置付ける(map)ことを必要とすることなく、パルス系列によって搬送される情報が受信機端において再生されることができる変調方式を提供することを目的とする。

実際には、冒頭の段落において説明されるような、本発明によるデータを送信するための方法は、パルス系列を送信する前に実行されることになる少なくとも１つのシンボル符号化ステップを含み、そのシンボル符号化ステップの過程において、各パルス系列が、そのパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す値によって乗算されることを特徴とする。

この変調方式によれば、本発明による超広帯域通信システムにおいて送信される信号によって搬送される情報は基本的には、これらの信号によって搬送される電力によって表されることができ、その電力は、そのような信号内に含まれるパルスの振幅に関連付けられる。

本発明の第１の変形形態によれば、所与の系列の各パルスは、シンボル符号化ステップの過程において、＋１または−１に等しいランダムに選択された値によって乗算されることになる。

本発明のこの第１の変形形態によれば、パルスによって搬送される情報がそのパルスの二乗形に関連付けられるので、その情報には影響を及ぼさない、正および負のパルスのランダムな分布が得られるようになり、その通信システムに含まれない装置と干渉し得るような高い振幅のピークがスペクトル領域内に現れるのを防ぐことができる。そのような周波数干渉は規則として制限されるべきであり、欧州委員会指針(European Commission Directive)８３／３３６ＣＥＥによって、ならびに米国連邦通信委員会(USA's Federal Communications Commission)の規定によって規制対象になっている。

本発明の第２の変形形態によれば、同じパルス系列の全てのパルスが、そのシンボル符号化ステップの過程において、或る時間ジッタ(time jitter)を受けることになる。

そのような時間ジッタは、変調された信号が送信されることになる通信チャネルによって引き起こされることになる遅延スプレッドに対して小さくしておくことが好ましいであろう。この時間ジッタは、そのパルス系列によって搬送される情報に影響を与えることはなく、主として本発明による変調方式に対してさらに自由度を与える。

本発明の第３の変形形態によれば、同じパルス系列の全てのパルスが概ね同じ形状を有する。

同じ系列のパルスが全て概ね同じ幅を有し、同じエネルギー量を搬送するという条件であるなら、各パルスが異なる形状を有することもできるが、同じ系列に属する全てのパルスに対して同じ形状を選択することにより、本発明による変調方式を簡単に実施できるようになる。そのパルスは、たとえば、ガウス関数の二次の導関数として定義される形状を有することができる。当然、当業者に知られている他のパルス形状をこれと同じ目的で用いることができる。

本発明の第４の変形形態によれば、送信されることになる各信号は、所定の数のパルス系列の重ね合わせによって構成され、各パルス系列はシンボル符号化ステップにかけられており、送信するために利用することができる全帯域が予め分割されてできた、いくつかの小帯域(sub-band)のうちの１つに対応する。

本発明のこの第４の変形形態によれば、同じ通信チャネルを通していくつかのシンボルを同時に送信できるようになり、それゆえ、本発明のそのような変形形態が具現される通信システムのスループットを著しく高めることができるようになる。

そのハードウエアに関する態様のうちの１つによれば、本発明は少なくとも１つの送信機と１つの受信機とを備える通信システムにも関連し、その送信機はＮｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つのパルス系列によって形成される信号を送信するように構成され、各パルスは、その関連する時間窓内のその場所が１つのチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、そのシステムにおいては、送信機は、各パルス系列を、そのパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す１つの値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を含む。

このハードウエアに関連する態様の第１の変形形態によれば、送信機はさらに、１つのパルス系列の一連のパルスが乗算されることになる、＋１または−１に等しい値をランダムに生成するためのランダムバイナリ発生器を備える。

ハードウエアに関連する態様の第２の変形形態によれば、送信機はさらに、同じパルス系列の全てのパルスが、或る時間ジッタを受けるようにするための時間遅延手段を含む。

このハードウエアに関連する態様のさらに別の変形形態によれば、送信機はさらに、所定の数のパルス系列を受信するように構成される信号合成手段を含み、各パルス系列はシンボル符号化手段によって生成されており、送信するために利用することができる全帯域幅が予め分割されてできた、いくつかの小帯域のうちの１つと対応し、その信号合成手段は、全てのパルス系列を、送信されることになる１つの信号に合成する(combine)ように構成される。

そのハードウエアに関する態様の別の変形形態によれば、本発明は、Ｎｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を送信するように構成される装置に関連し、各パルスは、その関連する時間窓内のその場所が１つのチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、送信機が、各パルス系列を、そのパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す１つの値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を含む。

これまでに述べられた本発明の特徴、および他の特徴は、添付の図面に関連して与えられる以下に記載される説明を読むことからさらに明らかになるであろう。

図１は、本発明が具現される通信システムＳＹＳＴを示す。このシステムＳＹＳＴは、少なくとも１つの送信機ＴＲＤと、少なくとも１つの受信機ＲＣＤとを含み、それらは両方ともたとえば移動電話のような装置によって構成されることができる。送信機ＴＲＤは、Ｎｓ個の時間窓ＴｆにわたってＮｓ個のパルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）からなる少なくとも１つの系列によって形成される信号Ｔｓｇを送信するように構成されており、各パルスは１つの時間チップＴｃ内に入れられ、その関連する時間窓内の時間チップの位置はチップ番号ｃｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）によって定義される。
この系列に含まれるパルスの数Ｎｓは、たとえば、１２８に等しい値に選択されることができ、一方、各時間窓Ｔｆの幅は１００ナノ秒に等しい値に選択されることができる。ただし、各時間チップＴｃ当たりの幅は１ナノ秒である。

本発明によれば、送信機ＴＲＤは、各パルス系列を、そのパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す値、好ましくは整数値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段ＥＮＣを含む。

それゆえ、送信される信号Ｔｓｇによって搬送される情報は基本的には、この信号Ｔｓｇによって搬送される電力によって表されることができ、その電力は、その信号Ｔｓｇ内に含まれるパルスの振幅に関連付けられる。その後、この情報は受信機ＲＣＤによって再生されることができるが、その受信機ＲＣＤは、受信されたパルス系列を、時間に関して正確に位置付ける必要はない。

図２は、そのような送信される信号Ｔｓｇをクロノグラムの形で示しており、そのクロノグラムによれば、各パルス系列は全持続時間Ｔｓを有し、その全持続時間Ｔｓは、持続時間Ｔｆをそれぞれ有する時間窓に分割され、各時間窓は時間チップＴｃに細分されており、各窓内の１つの時間チップは１つのパルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）を含むように構成されており、１つの時間チップはチップ番号ｃｊによって特定される。したがって、この送信される信号Ｔｓｇの送信機は、全ての上記のチップ番号ｃｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）を合わせることによって形成されるシグネチャＳｇ＝（ｃ１、ｃ２．．．ｃＮｓ）により特定されることになり、そのシグネチャＳｇそのものは変動の影響を受けにくく、それゆえ全ての潜在的な受信機に確実かつ正確に伝達されることができる。

本発明によれば、この図に示されるパルス系列に属する各パルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）は、この系列によって搬送される電力の形において、このパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す同じ整数値Ｖｉによって乗算されている。ただし、参照記号「ｉ」は、ここで考えているパルス系列に割り当てられる参照番号を示す。

さらに、パルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）は、シンボル符号化ステップの過程において、＋１または−１に等しいランダムに選択された値αｊによって乗算され、結果として、ここに図示される例では、第２のパルスｐ２は負になる。

パルスによって搬送される情報がそのパルスの１つの二乗形に関連付けられるので、その搬送される情報には影響を及ぼさない、正および負のパルスをそのようにランダムに分布させることにより、スペクトル領域内に高い振幅ピークが現れるのを防ぐことができるようになる。

ここに示されるパルス系列の全てのパルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）はさらに、シンボル符号化ステップの過程において、或る時間ジッタｄｔｉを受けてもよい。

時間遅延手段によって導入される時間ジッタは、変調された信号が送信されることになる通信チャネルによって引き起こされることになる遅延スプレッドに対して小さくしておかれるであろう。遅延スプレッドはたとえば、１００ナノ秒の値を有することができる。そのような時間ジッタは、各パルス系列によって搬送される情報に影響を及ぼすことはなく、主として本発明による変調方式に対してさらに自由度を与える。

したがって、送信される信号Ｔｓｇは以下の形で表されることができる。

ここには示されない本発明の別の実施形態では、送信される信号Ｔｓｇは所定の数のパルス系列の重ね合わせによって構成されることができ、各パルス系列はシンボル符号化ステップにかけられており、送信するために利用することができる全帯域幅が予め分割されてできた、いくつかの小帯域のうちの１つに対応する。

そのような実施形態では、ランクｋ（ただしｋ＝１〜Ｋであり、Ｋは小帯域の全数である）の所与の小帯域に対応する各パルス系列は、以下のように表されるであろう。

ただし、以下の式が成り立つ。

本発明のこの第４の変形形態によれば、同じ通信チャネルを通していくつかのシンボルを同時に送信できるようになり、それゆえ、本発明のそのような変形形態が具現される通信システムのスループットを著しく高めることができるようになる。

図３は、上記のパルスを構成するために選択されることができる、実現可能な形状ｐ（ｔ）を示す別のクロノグラムである。同じ系列のパルスｐｊ（ｔ）（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）が、全て概ね同じ幅を有し、同じエネルギー量を搬送するという条件であるなら、各パルスが異なる形状を有することもできる。しかしながら、同じ系列に属する全てのパルスｐｊ（ｔ）（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）は、ここに示される形状ｐ（ｔ）のような同じ形状を有することができ、その形状は、ガウス関数の二次の導関数として定義され、それは数学的にはｐ（ｔ）＝Ａ［１−４π（ｔ／Ｔｗ）^２］ｅｘｐ（−２π（ｔ／Ｔｗ）^２）として表されることができる。当然、当業者に知られている他のパルス形状をこれと同じ目的で用いることもできる。

図４は、上記のパルス系列のような一連のパルス系列によって形成されるデータフレームＤＦを示すさらに別のクロノグラムであり、各パルス系列は全持続時間Ｔｐを有し、所与の系列が後続の系列によって変更されるのを防ぐために、２つのそのような系列間にガード区間ＧＩが周期的に挿入される。そのような変更は、たとえば、その２つのパルス系列間の相互変調積によって引き起こされ得る。こうして、このデータフレームＤＦは、それぞれＴｒ＝Ｔｓ＋ＧＩの持続時間Ｔｒを有し、かつそれぞれ上記のようなパルス系列を含む連続したフレームによって構成される。

特定の応用形態では、任意の所与の送信機のシグネチャがその送信機内で動的に生成されることができ、それゆえ、パルス系列毎に変化ことができる。そのようなシグネチャは、たとえば、あらかじめプログラムされるシフト可能レジスタを固有に制御することにより生成されることができる。そのような応用形態では、任意の所与の受信機は、各パルス系列に対応する各シグネチャを再生できる必要があり、それは、その通信システムの制御インフラストラクチャによって受信機に予め送信された命令、たとえば媒体アクセス制御信号の形をとる命令に従って、あらかじめプログラムされ、制御されることになるシフト可能レジスタを受信機に設けることにより達成されることができる。

したがって、そのようなデータフレームＤＦを受信するように構成される装置は、受信されたパルス系列を時間に関して正確に位置付ける必要はないが、データフレームＤＦの情報コンテンツを識別するために、一連のパルス系列によって搬送される一連の電力量を表す量を測定することだけはできなければならない。

本発明が用いられる通信システムを示す機能図である。 そのような通信システムにおいて送信される搬送信号を構成するパルス系列を示すクロノグラムである。 そのような系列を生成するために用いられることができるパルスモデルを示すクロノグラムである。 複数のパルス系列を含むデータフレームを示すクロノグラムである。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの送信機と１つの受信機とを備える通信システムにおいてデータを送信するための方法であって、
   前記送信機はＮｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つのパルス系列によって形成される信号を送信するように構成され、
   前記各パルスは、その関連する時間窓内のその場所がチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、
   前記方法は、前記パルス系列を送信する前に実行されることになる少なくとも１つのシンボル符号化ステップを含み、
   前記シンボル符号化ステップの過程において、前記各パルス系列は前記パルス系列によって搬送される１つのシンボルを表す１つの値と乗算される
   データを送信するための方法。
2. 前記各パルスは、前記シンボル符号化ステップの過程において、＋１または−１に等しいランダムに選択された値と乗算される請求項１に記載のデータを送信するための方法。
3. 同じパルス系列の全てのパルスが、前記シンボル符号化ステップの過程において、或る時間ジッタを受ける請求項１または２に記載のデータを送信するための方法。
4. 同じパルス系列の全てのパルスは概ね同じ形状を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のデータを送信するための方法。
5. 送信されることになる各信号は、所定の数のパルス系列の重ね合わせによって構成され、
   前記各パルス系列はシンボル符号化ステップにかけられており、送信するために利用することができる全帯域幅が予め分割されてできた、いくつかの小帯域のうちの１つに対応する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のデータを送信するための方法。
6. 少なくとも１つの送信機と１つの受信機とを備える通信システムであって、
   前記送信機はＮｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つのパルス系列によって形成される信号を送信するように構成され、
   前記各パルスは、その関連する時間窓内のその場所がチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、
   前記送信機は、各パルス系列を、前記パルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す１つの値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を含む
   通信システム。
7. 前記送信機はさらに、１つのパルス系列の一連のパルスが乗算されることになる＋１または−１に等しい値をランダムに生成するためのランダムバイナリ発生器を備える請求項６に記載の通信システム。
8. 前記送信機はさらに、同じパルス系列の全てのパルスが或る時間ジッタを受けるようにするための時間遅延手段を備える請求項６または７に記載の通信システム。
9. 前記送信機はさらに、所定の数のパルス系列を受信するように構成される信号合成手段を含み、
   前記各パルス系列はシンボル符号化手段によって生成されており、送信するために利用することができる全帯域幅が予め分割されてできた、いくつかの小帯域のうちの１つに対応し、
   前記信号合成手段は、全ての前記パルス系列を、送信されることになる１つの信号に合成するように構成される請求項６〜８のいずれか一項に記載の通信システム。
10. Ｎｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を送信するように構成される装置であって、
    前記各パルスは、その関連する時間窓内のその場所がチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、
    送信機が、各パルス系列を、前記パルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す１つの値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を含む
    信号を送信するように構成される装置。
    

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