JP4715067B2 - マルチパルス生成器、無線インパルス送信機、及びパルス生成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチパルス生成器、無線インパルス送信機、及び、パルス生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のデジタル通信は、メッセージのシンボルを表すアナログ波形をチャンネルを介して送信することにより行われる。超広帯域（ＵＷＢ）通信は、パルス列の送信及び検出により行われる。パルス幅は１ｎｓ未満で、そのバンド幅は３ＧＨｚ以上にまで及ぶ。超広帯域システムは、高密度のマルチパスで、おそらく遮蔽のある環境での短距離の移動体による無線通信に適している。
【０００３】
パルス列は、送信前に、デジタル信号を表すように変調される。複数の異なる変調スキームが知られている。例えば、モノサイクルと呼ばれる基準パルスは、パルス位置変調（ＰＰＭ）により時間的に変調できる。このパルス位置変調では、１つの位置にあるパルスは“１”を表し、当該位置からずれているパルスは“０”を表す。ここで、パルス間時間は、達成できる通信レートに大きく影響を与えるものでありパルス位置変調を行うのに必要なものだが、かかるパルス間時間は、送信回路の回復特性や、タイミング回路の精度、及び、他の要因に依存する。また、基準パルスの振幅を、パルス振幅変調（ＰＡＭ）によって変調しても良い。パルス振幅変調では、１つの振幅のパルスが“１”を表し、他の振幅のパルスが“０”を表す。しかしながら、無線環境では、パルス形状は、距離に応じて減衰しながら小さくなる。この減衰により、受信機においてパルスを正確に受け取ることが困難となる。この問題は、超広帯域通信システムに限定された問題ではなく、レベル数が追加されるほど、そして、受信機と送信機とが一定の距離だけ隔てられているわけではない場合に、特に顕著となる。
【０００４】
ベースステーションが複数の遠隔受信機へデータ送信する場合、ベースステーションは、遠隔受信機がそれぞれ対応するパルス列のみを受信するように、複数の互いに異なるパルス列を送信しなければならない。例えば、ベースステーションは、モノサイクルと呼ばれる基準パルスを、パルス位置変調（ＰＰＭ）にて時間的に変調し、同じコードが割り当てられた受信機のみが解読できるよう、各パルス列を符号化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数の異なるパルス列の識別を可能とする従来の方法では、マルチユーザベースステーションは、データを順次、つまりパルスを１つずつ順番に送信する必要がある。順次送信しないと、パルス間の干渉によって遠隔受信機における正確な受信が不可能となる。従って、遠隔受信機の数が増すにつれ符号化スキームはより複雑になり、ユーザ１人当たりのデータレートが低下してしまう。
【０００６】
そこで、無線インパルス送信機が相互に直交（orthogonal）したパルスを使用して複数の受信機と通信を行うことが考えられる。ここで、各受信機には、互いに異なる一対の直交パルスが、デジタル信号を表すよう、割り当てられる。全てのパルスが直交しているため、これらは、互いに干渉することなく、同時に送信できる。送信機と受信機とは、予め、どのパルスがどの受信機用であるかを知っている。このため、各受信機は、当該受信機に割り当てられたパルス形状を有する信号のみを受信する。したがって、識別処理のためにパルス列を変調する必要がなくなる。
【０００７】
しかしながら、かかる想定しうる構成では、送信機には、互いに異なる各パルス形状を生成するための別々のパルス生成器を設ける必要がある。受信機の数の増加に応じて、パルスを生成するのに必要なハードウェアの量が、線形的に増加してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、単一のパルスを生成するために必要なハードウェアよりずっと多くのハードウェアがなくても、２つ以上の直交パルスを生成することができるマルチパルス生成器を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、パルス位置変調の回路により生じる限界やパルス振幅変調の距離による減衰の問題がなく、単純な構成にて高通信レートを達成することができる無線インパルス送信機を提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、通信レートを低下させることなくユーザの数を増やすことが可能な単純な構成を備えた無線インパルスシステムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による２つの互いに異なる変形エルミートパルスを生成するためのマルチパルス生成器は、第１及び第２のパルス生成器とランプ波生成器（ramp generator）とを備えている。第１のパルス生成器は、源信号に基づいて、特定の次数（order）の変形エルミート直交パルスを生成する。ランプ波生成器は、限定された持続時間を有する１次時間関数（limited-duration first-order time function）を生成する。第２のパルス生成器は、該特定の次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該特定の次数とは異なる別の次数の変形エルミート直交パルスを生成する。
【００１２】
従来の方法では、互いに異なる形状の２つの異なるパルスを生成するためには、完全なハードウェアのセットが２個必要となる。しかしながら、本発明では、第２のパルス生成器にて、第１のパルス生成器からの特定の次数の変形エルミート直交パルスを使用して、異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成するようにしている。したがって、第２のパルス生成器の構成は、当該異なる次数の変形エルミート直交パルスを源信号に基づくものを出発点として作成する場合に比べ、ずっと単純化されている。しかも、２つの互いに異なる次数のパルスを作成するのに、単一の源信号しか必要ない。
【００１３】
かかる異なる次数のパルスは、積分処理、もしくは、微分処理のいずれかにより簡単に導出できる。つまり、第１のパルス生成器が高い次数の変形エルミート直交パルスを生成する場合には、第２のパルス生成器は、該高い次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した積分処理に基づいて、より低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する積分器を備えていれば良い。また、第１のパルス生成器が低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する場合には、第２のパルス生成器は、該低い次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した微分処理に基づいて、より高い次数の変形エルミート直交パルスを生成する微分器を備えていれば良い。
【００１４】
ここで、ランプ波生成器は、第１のパルス生成器によって使用される源信号に基づき、限定された持続時間を有する１次時間関数を生成するのが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、第１のパルス生成器及びランプ波生成器の両方の動作に対して、単一の源信号しか必要ない。したがって、構成が単純化されるのみならず、同期をとるのも簡単になる。
【００１６】
また、第１のパルス生成器は、ランプ波生成器により生成される限定された持続時間を有する１次時間関数に基づき、特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成するのが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、第１と第２のパルス生成器とが、限定された持続時間を有する１次時間関数を共用するため、構成が単純化される。
【００１８】
１つまたは複数の追加のパルス生成器を直列配置構造にて接続し、当該直列配置構造が、前段のパルス生成器からの変形エルミート直交パルスを後続のパルス生成器へ伝達し、かつ、限定された持続時間を有する１次時間関数を追加のパルス生成器に分配するようにしても良い。
【００１９】
かかる構成によれば、更なるパルス生成器を直列に追加するだけで、異なる次数の変形エルミート直交パルスの数を増加させることができるので、マルチパルス生成器の複雑さを大きく増大させることがない。ここで、２値チャンネルを実施するためには、追加のパルス生成器を、２個ずつを１つの組として追加することが望ましい。
【００２０】
また、本発明によるパルス列を複数の受信機へ送信するための無線インパルス送信機は、本発明のマルチパルス生成器を備え、さらに、パルス選択器と送信ユニットとを備えている。パルス選択器は、入力データに基づいて、２値チャンネルを表すよう、第１及び第２のパルス生成器からのパルスを選択する。送信ユニットが、パルス選択器により選択されたパルスを送信する。
【００２１】
本発明の無線インパルス送信機は、本発明のマルチパルス生成器を備えているため、本発明のマルチパルス生成器の利点を享受する。
【００２２】
ここで、無線インパルス送信機内に直列配置構造にて更にパルス生成器を設けることが好ましい。ここで、直列配置構造内に連続して設けられる各パルス生成器は、前段のパルス生成器からの変形エルミート直交パルスと限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、他のパルス生成器からの変形エルミート直交パルスの次数とは異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成する。パルス選択器が、複数の互いに異なる次数のパルスと複数の受信機との間の２対１の対応関係に基づいて、該複数のパルス生成器からのパルスを選択する。送信ユニットが、複数の互いに異なる受信機に対応する複数のパルスを同時に送信する。
【００２３】
変形エルミートパルスは、直交である特性を備えている。ここで、
の範囲内で定義される２つの実数値関数ｇｍ（ｔ）及びｇｎ（ｔ）は、以下の場合に直交関係にある。
【００２４】
変形エルミートパルスは、次のように直交するように変形されたエルミート多項式に基づいている。
【００２５】
複数のパルス生成器が複数の変形エルミートパルスを生成するので、互いに異なる次数（order）のパルスを干渉を生じさせることなく同時に送信することができる。したがって、チャンネルのビットレートを低下させることなく、ユーザ受信機の数を増やすことができる。
【００２６】
また、パルス持続時間は、実際には、全てのｎ値に対して同一である。つまり、パルスは、その次数とは関係なく一定の時間に拘束される。
【００２７】
パルスの次数には制限がない。
【００２８】
さらに、パルスの直交性は、それらが微分されても変わらない。アンテナでの現象はしばしば微分処理に例えられる。
【００２９】
距離に伴う減衰も、レベルの数と共に顕著に増すことはない。
【００３０】
また、パルス帯域幅は、パルスの次数に関係なく、つまり全ての値ｎに対して、ほぼ同じである。これは無線システムでは重要である。パルス幅を所定の幅内に収めることで、周波数を所定バンド内に収めることができるからである。
【００３１】
次数ｎ＞０からのパルスは、ＤＣ成分がゼロである。
【００３２】
パルスの直交性は、送信機アンテナや受信機アンテナの微分効果に関わらず維持される。
【００３３】
中心周波数を変えることで比帯域幅（fractional bandwidth）を容易に制御できる。比帯域幅は広帯域アンテナアレイの設計時に重要であり、通常、低周波数に対する高周波数の比率は２又は３程度である。
【００３４】
本発明による２つの互いに異なる変形エルミートパルスを生成する方法は、源信号に基づいて、特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程と、限定された持続時間を有する１次時間関数を生成する工程と、該特定の次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該特定の次数とは異なる別の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程とからなることを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態による超広帯域（ＵＷＢ）通信システムについて、添付の図面を参照して説明する。本発明によれば、超広帯域通信システムとは、２５％より大きい比帯域幅Ｂｆを有するシステムをいう。ここで、比帯域幅Ｂｆは次のように定義される。
【００３６】
ここで、Ｂは信号帯域幅、ｆｃは中心周波数、ｆｈ は信号スペクトルの高周波側３ｄＢポイント、ｆｌは信号スペクトルの低周波側３ｄＢポイントである。
【００３７】
図１に示すように、第１の実施の形態によるシステムは、無線超広域帯インパルス送信機１と、２つの遠隔受信機２００と３００とを備えている。本実施の形態では、送信機１はマルチユーザ・ベースステーションであり、受信機２００と３００とは移動端末である。
【００３８】
送信機１は、パルス源２と、最高次数（highest order）ユニット３と、第１〜第４の生成器４〜７と、パルス列合成器と、送信ユニット１２とを、備えている。第１のパルス生成器４は、他のパルス生成器５〜７に対して、ランプ波供給ライン８にて接続されている。パルス生成器４〜７は、また、高次パルス入力ライン４ｂ、５ｂ、及び、６ｂを介して、互いに直列的に接続されており、また、それぞれ別々に、パルスライン４ａ〜７ａを介して、パルス選択器／合成器１１に接続されている。
【００３９】
これら４つのパルス生成器４〜７は、パルス源２と最高次数ユニット３からの入力に基づいて、互いに同期しながら、それぞれ、次数３〜０の変形エルミートパルスを生成する。パルス源２は、複数のパルスからなる１つのパルス列を第１のパルス生成器４に出力する。ここで、各パルスは矩形波形状をしている。本実施の形態では、パルス源２は、振幅が０．５で幅が１６のパルスを出力する。なお、パルス生成器４〜７は、エルミート多項式に基づいて動作するため、パルス幅は次数の増加に伴いわずかずつ長くなる。ここで、パルス源２からのパルスのパルス幅がパルス生成器４〜７のパルス出力のパルス幅を規定するため、最高次数のパルスの幅を考慮して、パルス幅が１６に設定されている。
【００４０】
最高次数ユニット３は、生成すべき最高次数パルスを示す値、すなわち、本実施の形態の場合には次数３を、出力する。
【００４１】
パルス選択器／合成器１１は、複数の互いに異なる次数のパルスと受信機２００、３００との間の２対１の対応関係に基づき、パルス生成器４〜７からのパルスを選択する。つまり、パルス選択器／合成器１１は、受信機２００に送信すべき入力データに基づいて、パルス生成器４及び５からのパルスを選択し、また、受信機３００に送信すべき入力データに基づいて、パルス生成器６及び７からのパルスを選択する。なぜなら、パルス生成器４〜７で生成された４つのパルス形状はシンボル番号１〜４によって表され、かつ、受信機２００及び３００のそれぞれに対して、４つのパルス形状（シンボル番号）のうちの２つが、２値チャンネル、すなわち、０または１を示すために、割り当てられるからである。この例では、受信機２００にはシンボル番号１と２とが割り当てられ、受信機３００にはシンボル番号３と４とが割り当てられる。この対応関係をまとめると次のようになる。
【００４２】
パルス選択器／合成器１１は、また、受信機２００，３００用のパルスを合成し、これらを送信ユニット１２に送る。送信ユニット１２は、これらのパルスを、増幅器１２ａを用いて増幅し、アンテナ１２ｂを介して送信する。送信ユニットは、複数の互いに異なる受信機に対応する複数のパルスを、同時に送信する。
【００４３】
第１〜第４のパルス生成器４〜７は、変形エルミート多項式に基づいてパルスを生成する。ここで、変形エルミート多項式は、以下に述べるように直交している。エルミート多項式は次の式で表される。
【００４４】
ここで、ｎ＝１，２，・・・、−∞＜ｔ＜∞である。エルミート多項式の例を次に示す。
【００４５】
これらは、以下の式に示す関係を有している。
【００４６】
ここで、
は
の微分である。式（４）、（５）から導出されるように、エルミート多項式によって満たされる微分方程式は次のようになる。
【００４７】
これらエルミート多項式は直交ではない。定義上、
の範囲内で定義される２つの実数値関数ｇｍ（ｔ）及びｇｎ（ｔ）は、次の条件が満たされた場合に直交となる。
【００４８】
ここで、一セットの実数値関数g1(t), g2(t), g3(t), ...は、当該一セット内の関数の直交セットと呼ばれる。（ｇｍ・ｇｍ）の正平方根はｇｍ（ｔ）のノルムと呼ばれ、
で示される。つまり、
【００４９】
関数の正規直交セットは全ての値ｍについて
を満たす。
【００５０】
エルミート多項式は直交するように次の様に変形される。
【００５１】
かかる変形されたエルミート多項式（ＭＨＰ）は、下記の微分方程式を満たしていることが分かる。
【００５２】
ここで、ｈｎ（ｔ）のフーリエ変換をＨｎ（ｆ）とすると、式（１０）、（１１）、（１２）は次にように書き換えられる。
【００５３】
式
と
とは、ｎ＝０の場合の例である。式（１５）より、ＭＨＰのより高次の変換は次の様に求められる。
・・・等。
【００５４】
変形エルミート多項式関数に基づくパルスは、次の特徴を有している。
１．パルス持続時間は全てのｎ値について実際に同一である。
２．パルス帯域幅は全てのｎ値についてほぼ同一である。これは無線システムでは重要である。パルス幅を特定の幅領域内に納めれば、周波数を特定のバンド内に収めることができるからである。
３．比帯域幅は中心周波数ｆｃにより容易に制御できる。
４．パルスは相互に直交である。
５．パルスのＤＣ成分はゼロである。
６．送信機アンテナと受信機アンテナの微分効果にかかわらず、パルスの直交性は維持される。
【００５５】
次に、パルス生成器４〜７の構成について、図２を参照して説明する。なお、第１のパルス生成器４は式（１０）に基づいて設計され、第２〜第４のパルス生成器５〜７は式（１２）に基づいて設計されている。第２〜第４のパルス生成器５〜７は互いに同一の構成をしているため、第２のパルス生成器５の構成のみを例として説明する。
【００５６】
第１のパルス生成器４は、初期パルス生成器１０，ノード２０、５５，８５，ランプ波生成器４０，積分器２５，３０，５０，乗算器７５，８０，１００，及び、定数供給器６０，９０を備えている。
【００５７】
初期パルス生成器１０は、発振処理を開始させるための初期パルスを生成するためのものである。後述するように、かかる発振処理により、第１のパルス生成器４が変形エルミートパルスを生成し、その結果として、第２〜第４のパルス生成器５〜７も変形エルミートパルスを生成する。初期パルス生成器１０は、移送（transport）遅延器１１と微分（derivative）演算器１２とを備えている。移送遅延器１１は、パルス源２からの信号をわずかに遅延させてから当該信号を微分演算器１２に供給する。この遅延は、微分演算器１２での微分を求める演算にかかる時間を考慮したものであり、設計によっては不要となりうる。
【００５８】
ランプ波生成器４０は、パルス源２からの入力に基づいて、図４のグラフのランプ波形状で表される限定した持続時間を有する１次時間関数（limited-duration first-order time function）を、生成する。ランプ波生成器４０は、このランプ波形状関数を、積分器５０と、ライン８を介して第２〜第４のパルス生成器５〜７のそれぞれに、出力する。積分器５０では、ランプ波形状関数は、３次パルスを生成するのに使用される。第２〜第４のパルス生成器５〜７では、ランプ波形状関数は、それぞれ、第２〜第０次パルスの生成に使用される。ランプ波生成器４０は、また、１または０の２値信号を乗算器７５に出力する。
【００５９】
ランプ波生成器４０は、積分器４１，加算ノード４２，乗算器４３，４６，及び、定数供給器４３，４５とを備えている。積分器４１は、パルス源２からのパルスに対して積分動作を行い、積分結果をノード４２に出力する。ノード４２は、積分結果を定数供給器４４からの定数（この実施の形態では、−４）に足しあわせ、足し算結果を乗算器４３に出力する。乗算器４６は、パルス源２からのパルスを定数供給器４６からの定数（この実施の形態では２）とかけ合わせる。この結果、乗算器４６からの出力は、パルス源２からのパルスのタイミングに依存して、１または０となる。乗算器４６は、当該１または０の値を、乗算器４３及び７５に出力する。
【００６０】
乗算器４３は、ノード４２からの足し算結果を、乗算器４６からのかけ算結果とかけ合わせて、得られた積を、限定された持続時間を有する１次時間関数として、積分器５０と第２〜第４パルス生成器５〜７とに出力する。
【００６１】
積分器５０は、ランプ波生成器４０からのランプ波形状関数に対して積分動作を行い、図５に示すような略Ｕ字形状の波形を、ノード５５に対して、出力する。ノード５５は、このＵ字形状波形を定数供給器６０からの定数（この実施の形態の場合、１６）に足しあわせる。定数供給器６０からの定数は、乗算器７５がＵ字形状波形を強制的に０にする前に、Ｕ字形状波形の底を、−１６から０へと移動させるためのものである。ノード５５は、足し算結果を乗算器７５に出力する。
【００６２】
乗算器７５は、乗算器４６からの出力を、ノード５５からの足し算結果とかけ合わせ、得られた積を乗算器８０に出力する。この結果、パルス源２からのパルスが０の時、乗算器４６からの出力が０となり、ノード５５からのＵ字形状波形が図６に示すように強制的に０にさせられる。乗算器８０は、積分器３０から出力された３次パルス波形を乗算器７５からのかけ算結果とかけ合わせ、フィードバック処理の一部の処理として、得られた積をノード２０に出力する。
【００６３】
ノード８５は、最高次数ユニット３からの値を定数供給器９０から供給された定数（この実施の形態では、０．５）と足しあわせ、足し算結果を乗算器１００に出力する。乗算器１００は、積分器３０からの０次パルス波形をノード８５からの足し算結果とかけ合わせて、フィードバック処理の一部の処理として、得られた積をノード２０に出力する。
【００６４】
ノード２０は、初期パルス生成器１０からの初期パルスからのパルスと乗算器８０からのかけ算結果との和から、乗算器１００からのかけ算結果を、引き算して、その結果を積分器２５に出力する。積分器２５は、ノード２０からの結果に対して積分処理を行い、積分結果を積分器３０に出力する。積分器３０は、積分器２５からの積分結果に対して積分処理を行い、図７に示す積分結果を、３次パルス波形として、パルス選択器／合成器１１と第２のパルス生成器５とに出力する。
【００６５】
第２のパルス生成器５は、第１のパルス生成器からの３次の変形エルミート直交パルスと、ランプ波生成器４０からの限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、図８に示す２次の変形エルミート直交パルスを生成する。第２のパルス生成器５は、乗算器１１５と、ノード１２０と、積分器１２５とを備えている。乗算器１１５は、ランプ波生成器４０からのランプ波形状波形を積分器１２５からの２次パルス波形とかけ算して、得られた積をノード１２０に出力する。ノード１２０は、乗算器１１５からのかけ算結果から、積分器３０からの３次パルス波形を引き算して、その結果を積分器１２５に出力する。積分器１２５は、ノード１２０からの出力に対して積分処理を行い、積分結果を、２次のパルス波形として、ライン５ａを介してパルス選択器／合成器１１へと出力すると共に、フィードバック処理の一部として、乗算器１１５へも出力する。この２次のパルス波形は、また、ライン５ｂを介して第３のパルス生成器６へも出力され、１次パルスを生成するのに使用される。
【００６６】
第２〜第４のパルス生成器５〜７は、それぞれ、同一の構成を有しており、前段のパルス生成器からのより高い次数の変形エルミート直交パルスとランプ波生成器４０からの限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、より低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する。このようにして、最高次数のパルスを生成するのに必要なハードウェアに対しほんの少しハードウェアを追加しただけの構成により、４つの互いに異なる次数のパルスを生成することができる。
【００６７】
受信機２００と３００とは、２つのパルス形状が各受信機に割り当てられている点を除き、入来信号を復調するための略同一の構成を有している。ここでは受信機２００を例に説明する。図３に示すように、受信機２００は、受信ユニット２０１と、タイミング制御回路２４０と、基準パルス供給器２５０と、相関器２６０と、直交―デジタルデータ選択器２７０と、出力ユニット２８０とを備えている。受信ユニット２０１は、アンテナ２１０と、フィルタ２２０と、増幅器２３０とを備えている。
【００６８】
アンテナ２１０がパルスを受信すると、その信号はフィルタ２２０にかけられ、増幅器２３０により増幅される。基準パルス供給器２５０が、当該受信機２００に割り当てられた２つの異なる次数のパルス波形（この実施の形態の場合には、３次及び２次のパルス波形）を供給する。
【００６９】
相関器２６０は、各入来パルスと、基準パルス供給器２５０からの複数の直交パルス形状との類似性の相関をとり、対応するシンボルを識別する。直交パルスが使用されているので、互いに異なる次数のパルス間の相互相関はゼロである。従って、相関器２６０は、異なる次数のパルス間の識別を正しく行うことができる。相関器２６０は、タイミング制御回路２４０によって変更されたタイミングで相関処理を行うことにより、例えば送信機１、受信機２００、もしくは両者が移動する時に生じる送信機−受信機間での飛行時間の違いを許容し、さらに、ＰＰＭと擬似雑音（ＰＮ）のコードタイミングの変化の算入をも許容している。図３の例では、相関器２６０は、連続して入来した４つのパルスがシンボル番号１，２，２，１に対応していると決定している。
【００７０】
直交−デジタルデータ選択器２７０は、相関器２６０からのシンボル番号を、対応する２値データに変換する。図３の例では、直交−デジタルデータ選択器２７０は、相関器２６０からのシンボル番号１，２，２，１を、対応する２値データ０，１，１，０に変換している。
【００７１】
本実施の形態では、受信機２００と３００とは、システムに割り当てられた全ての異なる直交パルス形状を復調する能力を備えている。これにより、受信機２００と３００とのうちのいずれかだけが使用されているときには、Ｍ-ary変調スキームを実行しシステムの送信レートを向上させることができる。例えば、受信機２００だけが使用されているときには、送信機１は、互いに異なる次数の全ての直交パルス波形を受信機２００に割り当て、以下に示すように、各パルス形状をマルチビットシンボルに対応させて割り当てることにより、４-ary変調スキームを作成する。
【００７２】
なお、第２〜第４の生成器５〜７の積分器１２５を、微分器に変更することができる。この場合には、最高次数ユニット３を最低次数（lowest order）ユニットに変更しなければならない。この結果、第１のパルス生成器４は、最低次数の変形エルミート直交パルスを生成し、第２〜第４のパルス生成器は、低い次数の変形エルミート直交パルスと限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した微分処理に基づいて、次数が順次高くなっていく複数の変形エルミート直交パルスを生成する。
【００７３】
上記の実施の形態では４つのパルス生成器を記載したが、６個もしくはそれより多くの互いに次数の異なるパルス生成器を設けても良い。かかる場合において、システムで使用する受信機の数を増やすためには、各一対のパルス生成器を異なる１つの受信機に割り当てればよい。もしくは、または、かかる構成に追加して、各一対の生成器に対し異なるマルチビットシンボルを割り当てれば、上述したように、システムの送信レートを向上させることができる。
【００７４】
パルス位置変調（ＰＰＭ）もしくはパルス振幅変調（ＰＡＭ）などの従来の変調スキームをさらに使用することにより、システムの送信レートを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による超広帯域システムの概要を示すブロック図。
【図２】図１のシステムにおける送信機の第１，第２のパルス生成器の構成を示すブロック図。
【図３】図１のシステムにおける受信機を示すブロック図。
【図４】第１のパルス生成器のランプ波生成器により生成される限定された持続時間を有する１次時間関数を示すグラフ。
【図５】第１のパルス生成器内部で生成され使用されるＵ字形状波形を示すグラフ。
【図６】強制的に０とされた後のＵ字形状波形を示すグラフ。
【図７】第１のパルス生成器によって生成される３次の変形正規化エルミートパルスの時間応答を示すグラフ。
【図８】第２のパルス生成器によって生成される２次の変形正規化エルミートパルスの時間応答を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 送信機
２ パルス源
３ 最高次数ユニット
４ 第１のパルス生成器
４ａ パルスライン
４ｂ 高次パルス入力ライン
５ 第２のパルス生成器
５ａ パルスライン
５ｂ 高次パルス入力ライン
６ 第３のパルス生成器
６ａ パルスライン
６ｂ 高次パルス入力ライン
７ 第４のパルス生成器
７ａ パルスライン
８ ランプ波供給ライン
１１ パルス選択器／合成器
１２ 送信ユニット
１２ａ 増幅器
１２ｂ アンテナ
２００ 受信機
３００ 受信機
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチパルス生成器、無線インパルス送信機、及び、パルス生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のデジタル通信は、メッセージのシンボルを表すアナログ波形をチャンネルを介して送信することにより行われる。超広帯域（ＵＷＢ）通信は、パルス列の送信及び検出により行われる。パルス幅は１ｎｓ未満で、そのバンド幅は３ＧＨｚ以上にまで及ぶ。超広帯域システムは、高密度のマルチパスで、おそらく遮蔽のある環境での短距離の移動体による無線通信に適している。
【０００３】
パルス列は、送信前に、デジタル信号を表すように変調される。複数の異なる変調スキームが知られている。例えば、モノサイクルと呼ばれる基準パルスは、パルス位置変調（ＰＰＭ）により時間的に変調できる。このパルス位置変調では、１つの位置にあるパルスは“１”を表し、当該位置からずれているパルスは“０”を表す。ここで、パルス間時間は、達成できる通信レートに大きく影響を与えるものでありパルス位置変調を行うのに必要なものだが、かかるパルス間時間は、送信回路の回復特性や、タイミング回路の精度、及び、他の要因に依存する。また、基準パルスの振幅を、パルス振幅変調（ＰＡＭ）によって変調しても良い。パルス振幅変調では、１つの振幅のパルスが“１”を表し、他の振幅のパルスが“０”を表す。しかしながら、無線環境では、パルス形状は、距離に応じて減衰しながら小さくなる。この減衰により、受信機においてパルスを正確に受け取ることが困難となる。この問題は、超広帯域通信システムに限定された問題ではなく、レベル数が追加されるほど、そして、受信機と送信機とが一定の距離だけ隔てられているわけではない場合に、特に顕著となる。
【０００４】
ベースステーションが複数の遠隔受信機へデータ送信する場合、ベースステーションは、遠隔受信機がそれぞれ対応するパルス列のみを受信するように、複数の互いに異なるパルス列を送信しなければならない。例えば、ベースステーションは、モノサイクルと呼ばれる基準パルスを、パルス位置変調（ＰＰＭ）にて時間的に変調し、同じコードが割り当てられた受信機のみが解読できるよう、各パルス列を符号化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数の異なるパルス列の識別を可能とする従来の方法では、マルチユーザベースステーションは、データを順次、つまりパルスを１つずつ順番に送信する必要がある。順次送信しないと、パルス間の干渉によって遠隔受信機における正確な受信が不可能となる。従って、遠隔受信機の数が増すにつれ符号化スキームはより複雑になり、ユーザ１人当たりのデータレートが低下してしまう。
【０００６】
そこで、無線インパルス送信機が相互に直交（orthogonal）したパルスを使用して複数の受信機と通信を行うことが考えられる。ここで、各受信機には、互いに異なる一対の直交パルスが、デジタル信号を表すよう、割り当てられる。全てのパルスが直交しているため、これらは、互いに干渉することなく、同時に送信できる。送信機と受信機とは、予め、どのパルスがどの受信機用であるかを知っている。このため、各受信機は、当該受信機に割り当てられたパルス形状を有する信号のみを受信する。したがって、識別処理のためにパルス列を変調する必要がなくなる。
【０００７】
しかしながら、かかる想定しうる構成では、送信機には、互いに異なる各パルス形状を生成するための別々のパルス生成器を設ける必要がある。受信機の数の増加に応じて、パルスを生成するのに必要なハードウェアの量が、線形的に増加してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、単一のパルスを生成するために必要なハードウェアよりずっと多くのハードウェアがなくても、２つ以上の直交パルスを生成することができるマルチパルス生成器を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、パルス位置変調の回路により生じる限界やパルス振幅変調の距離による減衰の問題がなく、単純な構成にて高通信レートを達成することができる無線インパルス送信機を提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、通信レートを低下させることなくユーザの数を増やすことが可能な単純な構成を備えた無線インパルスシステムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による２つの互いに異なる変形エルミートパルスを生成するためのマルチパルス生成器は、第１及び第２のパルス生成器とランプ波生成器（ramp generator）とを備えている。第１のパルス生成器は、源信号に基づいて、特定の次数（order）の変形エルミート直交パルスを生成する。ランプ波生成器は、限定された持続時間を有する１次時間関数（limited-duration first-order time function）を生成する。第２のパルス生成器は、該特定の次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該特定の次数とは異なる別の次数の変形エルミート直交パルスを生成する。
【００１２】
従来の方法では、互いに異なる形状の２つの異なるパルスを生成するためには、完全なハードウェアのセットが２個必要となる。しかしながら、本発明では、第２のパルス生成器にて、第１のパルス生成器からの特定の次数の変形エルミート直交パルスを使用して、異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成するようにしている。したがって、第２のパルス生成器の構成は、当該異なる次数の変形エルミート直交パルスを源信号に基づくものを出発点として作成する場合に比べ、ずっと単純化されている。しかも、２つの互いに異なる次数のパルスを作成するのに、単一の源信号しか必要ない。
【００１３】
かかる異なる次数のパルスは、積分処理、もしくは、微分処理のいずれかにより簡単に導出できる。つまり、第１のパルス生成器が高い次数の変形エルミート直交パルスを生成する場合には、第２のパルス生成器は、該高い次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した積分処理に基づいて、より低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する積分器を備えていれば良い。また、第１のパルス生成器が低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する場合には、第２のパルス生成器は、該低い次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した微分処理に基づいて、より高い次数の変形エルミート直交パルスを生成する微分器を備えていれば良い。
【００１４】
ここで、ランプ波生成器は、第１のパルス生成器によって使用される源信号に基づき、限定された持続時間を有する１次時間関数を生成するのが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、第１のパルス生成器及びランプ波生成器の両方の動作に対して、単一の源信号しか必要ない。したがって、構成が単純化されるのみならず、同期をとるのも簡単になる。
【００１６】
また、第１のパルス生成器は、ランプ波生成器により生成される限定された持続時間を有する１次時間関数に基づき、特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成するのが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、第１と第２のパルス生成器とが、限定された持続時間を有する１次時間関数を共用するため、構成が単純化される。
【００１８】
１つまたは複数の追加のパルス生成器を直列配置構造にて接続し、当該直列配置構造が、前段のパルス生成器からの変形エルミート直交パルスを後続のパルス生成器へ伝達し、かつ、限定された持続時間を有する１次時間関数を追加のパルス生成器に分配するようにしても良い。
【００１９】
かかる構成によれば、更なるパルス生成器を直列に追加するだけで、異なる次数の変形エルミート直交パルスの数を増加させることができるので、マルチパルス生成器の複雑さを大きく増大させることがない。ここで、２値チャンネルを実施するためには、追加のパルス生成器を、２個ずつを１つの組として追加することが望ましい。
【００２０】
また、本発明によるパルス列を複数の受信機へ送信するための無線インパルス送信機は、本発明のマルチパルス生成器を備え、さらに、パルス選択器と送信ユニットとを備えている。パルス選択器は、入力データに基づいて、２値チャンネルを表すよう、第１及び第２のパルス生成器からのパルスを選択する。送信ユニットが、パルス選択器により選択されたパルスを送信する。
【００２１】
本発明の無線インパルス送信機は、本発明のマルチパルス生成器を備えているため、本発明のマルチパルス生成器の利点を享受する。
【００２２】
ここで、無線インパルス送信機内に直列配置構造にて更にパルス生成器を設けることが好ましい。ここで、直列配置構造内に連続して設けられる各パルス生成器は、前段のパルス生成器からの変形エルミート直交パルスと限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、他のパルス生成器からの変形エルミート直交パルスの次数とは異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成する。パルス選択器が、複数の互いに異なる次数のパルスと複数の受信機との間の２対１の対応関係に基づいて、該複数のパルス生成器からのパルスを選択する。送信ユニットが、複数の互いに異なる受信機に対応する複数のパルスを同時に送信する。
【００２３】
変形エルミートパルスは、直交である特性を備えている。ここで、
変形エルミートパルスは、次のように直交するように変形されたエルミート多項式に基づいている。
複数のパルス生成器が複数の変形エルミートパルスを生成するので、互いに異なる次数（order）のパルスを干渉を生じさせることなく同時に送信することができる。したがって、チャンネルのビットレートを低下させることなく、ユーザ受信機の数を増やすことができる。
【００２６】
また、パルス持続時間は、実際には、全てのｎ値に対して同一である。つまり、パルスは、その次数とは関係なく一定の時間に拘束される。
【００２７】
パルスの次数には制限がない。
【００２８】
さらに、パルスの直交性は、それらが微分されても変わらない。アンテナでの現象はしばしば微分処理に例えられる。
【００２９】
距離に伴う減衰も、レベルの数と共に顕著に増すことはない。
【００３０】
また、パルス帯域幅は、パルスの次数に関係なく、つまり全ての値ｎに対して、ほぼ同じである。これは無線システムでは重要である。パルス幅を所定の幅内に収めることで、周波数を所定バンド内に収めることができるからである。
【００３１】
次数ｎ＞０からのパルスは、ＤＣ成分がゼロである。
【００３２】
パルスの直交性は、送信機アンテナや受信機アンテナの微分効果に関わらず維持される。
【００３３】
中心周波数を変えることで比帯域幅（fractional bandwidth）を容易に制御できる。比帯域幅は広帯域アンテナアレイの設計時に重要であり、通常、低周波数に対する高周波数の比率は２又は３程度である。
【００３４】
本発明による２つの互いに異なる変形エルミートパルスを生成する方法は、源信号に基づいて、特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程と、限定された持続時間を有する１次時間関数を生成する工程と、該特定の次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該特定の次数とは異なる別の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程とからなることを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態による超広帯域（ＵＷＢ）通信システムについて、添付の図面を参照して説明する。本発明によれば、超広帯域通信システムとは、２５％より大きい比帯域幅Ｂｆを有するシステムをいう。ここで、比帯域幅Ｂｆは次のように定義される。
ここで、Ｂは信号帯域幅、ｆｃは中心周波数、ｆｈ は信号スペクトルの高周波側３ｄＢポイント、ｆｌは信号スペクトルの低周波側３ｄＢポイントである。
【００３７】
図１に示すように、第１の実施の形態によるシステムは、無線超広域帯インパルス送信機１と、２つの遠隔受信機２００と３００とを備えている。本実施の形態では、送信機１はマルチユーザ・ベースステーションであり、受信機２００と３００とは移動端末である。
【００３８】
送信機１は、パルス源２と、最高次数（highest order）ユニット３と、第１〜第４の生成器４〜７と、パルス列合成器と、送信ユニット１２とを、備えている。第１のパルス生成器４は、他のパルス生成器５〜７に対して、ランプ波供給ライン８にて接続されている。パルス生成器４〜７は、また、高次パルス入力ライン４ｂ、５ｂ、及び、６ｂを介して、互いに直列的に接続されており、また、それぞれ別々に、パルスライン４ａ〜７ａを介して、パルス選択器／合成器１１に接続されている。
【００３９】
これら４つのパルス生成器４〜７は、パルス源２と最高次数ユニット３からの入力に基づいて、互いに同期しながら、それぞれ、次数３〜０の変形エルミートパルスを生成する。パルス源２は、複数のパルスからなる１つのパルス列を第１のパルス生成器４に出力する。ここで、各パルスは矩形波形状をしている。本実施の形態では、パルス源２は、振幅が０．５で幅が１６のパルスを出力する。なお、パルス生成器４〜７は、エルミート多項式に基づいて動作するため、パルス幅は次数の増加に伴いわずかずつ長くなる。ここで、パルス源２からのパルスのパルス幅がパルス生成器４〜７のパルス出力のパルス幅を規定するため、最高次数のパルスの幅を考慮して、パルス幅が１６に設定されている。
【００４０】
最高次数ユニット３は、生成すべき最高次数パルスを示す値、すなわち、本実施の形態の場合には次数３を、出力する。
【００４１】
パルス選択器／合成器１１は、複数の互いに異なる次数のパルスと受信機２００、３００との間の２対１の対応関係に基づき、パルス生成器４〜７からのパルスを選択する。つまり、パルス選択器／合成器１１は、受信機２００に送信すべき入力データに基づいて、パルス生成器４及び５からのパルスを選択し、また、受信機３００に送信すべき入力データに基づいて、パルス生成器６及び７からのパルスを選択する。なぜなら、パルス生成器４〜７で生成された４つのパルス形状はシンボル番号１〜４によって表され、かつ、受信機２００及び３００のそれぞれに対して、４つのパルス形状（シンボル番号）のうちの２つが、２値チャンネル、すなわち、０または１を示すために、割り当てられるからである。この例では、受信機２００にはシンボル番号１と２とが割り当てられ、受信機３００にはシンボル番号３と４とが割り当てられる。この対応関係をまとめると次のようになる。
パルス選択器／合成器１１は、また、受信機２００，３００用のパルスを合成し、これらを送信ユニット１２に送る。送信ユニット１２は、これらのパルスを、増幅器１２ａを用いて増幅し、アンテナ１２ｂを介して送信する。送信ユニットは、複数の互いに異なる受信機に対応する複数のパルスを、同時に送信する。
【００４３】
第１〜第４のパルス生成器４〜７は、変形エルミート多項式に基づいてパルスを生成する。ここで、変形エルミート多項式は、以下に述べるように直交している。エルミート多項式は次の式で表される。
ここで、ｎ＝１，２，・・・、−∞＜ｔ＜∞である。エルミート多項式の例を次に示す。
これらは、以下の式に示す関係を有している。
ここで、
これらエルミート多項式は直交ではない。定義上、
ここで、一セットの実数値関数g1(t), g2(t), g3(t), ...は、当該一セット内の関数の直交セットと呼ばれる。（ｇｍ・ｇｍ）の正平方根はｇｍ（ｔ）のノルムと呼ばれ、
関数の正規直交セットは全ての値ｍについて
【００５０】
エルミート多項式は直交するように次の様に変形される。
かかる変形されたエルミート多項式（ＭＨＰ）は、下記の微分方程式を満たしていることが分かる。
ここで、ｈｎ（ｔ）のフーリエ変換をＨｎ（ｆ）とすると、式（１０）、（１１）、（１２）は次にように書き換えられる。
式
【００５４】
変形エルミート多項式関数に基づくパルスは、次の特徴を有している。
１．パルス持続時間は全てのｎ値について実際に同一である。
２．パルス帯域幅は全てのｎ値についてほぼ同一である。これは無線システムでは重要である。パルス幅を特定の幅領域内に納めれば、周波数を特定のバンド内に収めることができるからである。
３．比帯域幅は中心周波数ｆｃにより容易に制御できる。
４．パルスは相互に直交である。
５．パルスのＤＣ成分はゼロである。
６．送信機アンテナと受信機アンテナの微分効果にかかわらず、パルスの直交性は維持される。
【００５５】
次に、パルス生成器４〜７の構成について、図２を参照して説明する。なお、第１のパルス生成器４は式（１０）に基づいて設計され、第２〜第４のパルス生成器５〜７は式（１２）に基づいて設計されている。第２〜第４のパルス生成器５〜７は互いに同一の構成をしているため、第２のパルス生成器５の構成のみを例として説明する。
【００５６】
第１のパルス生成器４は、初期パルス生成器１０，ノード２０、５５，８５，ランプ波生成器４０，積分器２５，３０，５０，乗算器７５，８０，１００，及び、定数供給器６０，９０を備えている。
【００５７】
初期パルス生成器１０は、発振処理を開始させるための初期パルスを生成するためのものである。後述するように、かかる発振処理により、第１のパルス生成器４が変形エルミートパルスを生成し、その結果として、第２〜第４のパルス生成器５〜７も変形エルミートパルスを生成する。初期パルス生成器１０は、移送（transport）遅延器１１と微分（derivative）演算器１２とを備えている。移送遅延器１１は、パルス源２からの信号をわずかに遅延させてから当該信号を微分演算器１２に供給する。この遅延は、微分演算器１２での微分を求める演算にかかる時間を考慮したものであり、設計によっては不要となりうる。
【００５８】
ランプ波生成器４０は、パルス源２からの入力に基づいて、図４のグラフのランプ波形状で表される限定した持続時間を有する１次時間関数（limited-duration first-order time function）を、生成する。ランプ波生成器４０は、このランプ波形状関数を、積分器５０と、ライン８を介して第２〜第４のパルス生成器５〜７のそれぞれに、出力する。積分器５０では、ランプ波形状関数は、３次パルスを生成するのに使用される。第２〜第４のパルス生成器５〜７では、ランプ波形状関数は、それぞれ、第２〜第０次パルスの生成に使用される。ランプ波生成器４０は、また、１または０の２値信号を乗算器７５に出力する。
【００５９】
ランプ波生成器４０は、積分器４１，加算ノード４２，乗算器４３，４６，及び、定数供給器４３，４５とを備えている。積分器４１は、パルス源２からのパルスに対して積分動作を行い、積分結果をノード４２に出力する。ノード４２は、積分結果を定数供給器４４からの定数（この実施の形態では、−４）に足しあわせ、足し算結果を乗算器４３に出力する。乗算器４６は、パルス源２からのパルスを定数供給器４６からの定数（この実施の形態では２）とかけ合わせる。この結果、乗算器４６からの出力は、パルス源２からのパルスのタイミングに依存して、１または０となる。乗算器４６は、当該１または０の値を、乗算器４３及び７５に出力する。
【００６０】
乗算器４３は、ノード４２からの足し算結果を、乗算器４６からのかけ算結果とかけ合わせて、得られた積を、限定された持続時間を有する１次時間関数として、積分器５０と第２〜第４パルス生成器５〜７とに出力する。
【００６１】
積分器５０は、ランプ波生成器４０からのランプ波形状関数に対して積分動作を行い、図５に示すような略Ｕ字形状の波形を、ノード５５に対して、出力する。ノード５５は、このＵ字形状波形を定数供給器６０からの定数（この実施の形態の場合、１６）に足しあわせる。定数供給器６０からの定数は、乗算器７５がＵ字形状波形を強制的に０にする前に、Ｕ字形状波形の底を、−１６から０へと移動させるためのものである。ノード５５は、足し算結果を乗算器７５に出力する。
【００６２】
乗算器７５は、乗算器４６からの出力を、ノード５５からの足し算結果とかけ合わせ、得られた積を乗算器８０に出力する。この結果、パルス源２からのパルスが０の時、乗算器４６からの出力が０となり、ノード５５からのＵ字形状波形が図６に示すように強制的に０にさせられる。乗算器８０は、積分器３０から出力された３次パルス波形を乗算器７５からのかけ算結果とかけ合わせ、フィードバック処理の一部の処理として、得られた積をノード２０に出力する。
【００６３】
ノード８５は、最高次数ユニット３からの値を定数供給器９０から供給された定数（この実施の形態では、０．５）と足しあわせ、足し算結果を乗算器１００に出力する。乗算器１００は、積分器３０からの０次パルス波形をノード８５からの足し算結果とかけ合わせて、フィードバック処理の一部の処理として、得られた積をノード２０に出力する。
【００６４】
ノード２０は、初期パルス生成器１０からの初期パルスからのパルスと乗算器８０からのかけ算結果との和から、乗算器１００からのかけ算結果を、引き算して、その結果を積分器２５に出力する。積分器２５は、ノード２０からの結果に対して積分処理を行い、積分結果を積分器３０に出力する。積分器３０は、積分器２５からの積分結果に対して積分処理を行い、図７に示す積分結果を、３次パルス波形として、パルス選択器／合成器１１と第２のパルス生成器５とに出力する。
【００６５】
第２のパルス生成器５は、第１のパルス生成器からの３次の変形エルミート直交パルスと、ランプ波生成器４０からの限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、図８に示す２次の変形エルミート直交パルスを生成する。第２のパルス生成器５は、乗算器１１５と、ノード１２０と、積分器１２５とを備えている。乗算器１１５は、ランプ波生成器４０からのランプ波形状波形を積分器１２５からの２次パルス波形とかけ算して、得られた積をノード１２０に出力する。ノード１２０は、乗算器１１５からのかけ算結果から、積分器３０からの３次パルス波形を引き算して、その結果を積分器１２５に出力する。積分器１２５は、ノード１２０からの出力に対して積分処理を行い、積分結果を、２次のパルス波形として、ライン５ａを介してパルス選択器／合成器１１へと出力すると共に、フィードバック処理の一部として、乗算器１１５へも出力する。この２次のパルス波形は、また、ライン５ｂを介して第３のパルス生成器６へも出力され、１次パルスを生成するのに使用される。
【００６６】
第２〜第４のパルス生成器５〜７は、それぞれ、同一の構成を有しており、前段のパルス生成器からのより高い次数の変形エルミート直交パルスとランプ波生成器４０からの限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、より低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する。このようにして、最高次数のパルスを生成するのに必要なハードウェアに対しほんの少しハードウェアを追加しただけの構成により、４つの互いに異なる次数のパルスを生成することができる。
【００６７】
受信機２００と３００とは、２つのパルス形状が各受信機に割り当てられている点を除き、入来信号を復調するための略同一の構成を有している。ここでは受信機２００を例に説明する。図３に示すように、受信機２００は、受信ユニット２０１と、タイミング制御回路２４０と、基準パルス供給器２５０と、相関器２６０と、直交―デジタルデータ選択器２７０と、出力ユニット２８０とを備えている。受信ユニット２０１は、アンテナ２１０と、フィルタ２２０と、増幅器２３０とを備えている。
【００６８】
アンテナ２１０がパルスを受信すると、その信号はフィルタ２２０にかけられ、増幅器２３０により増幅される。基準パルス供給器２５０が、当該受信機２００に割り当てられた２つの異なる次数のパルス波形（この実施の形態の場合には、３次及び２次のパルス波形）を供給する。
【００６９】
相関器２６０は、各入来パルスと、基準パルス供給器２５０からの複数の直交パルス形状との類似性の相関をとり、対応するシンボルを識別する。直交パルスが使用されているので、互いに異なる次数のパルス間の相互相関はゼロである。従って、相関器２６０は、異なる次数のパルス間の識別を正しく行うことができる。相関器２６０は、タイミング制御回路２４０によって変更されたタイミングで相関処理を行うことにより、例えば送信機１、受信機２００、もしくは両者が移動する時に生じる送信機−受信機間での飛行時間の違いを許容し、さらに、ＰＰＭと擬似雑音（ＰＮ）のコードタイミングの変化の算入をも許容している。図３の例では、相関器２６０は、連続して入来した４つのパルスがシンボル番号１，２，２，１に対応していると決定している。
【００７０】
直交−デジタルデータ選択器２７０は、相関器２６０からのシンボル番号を、対応する２値データに変換する。図３の例では、直交−デジタルデータ選択器２７０は、相関器２６０からのシンボル番号１，２，２，１を、対応する２値データ０，１，１，０に変換している。
【００７１】
本実施の形態では、受信機２００と３００とは、システムに割り当てられた全ての異なる直交パルス形状を復調する能力を備えている。これにより、受信機２００と３００とのうちのいずれかだけが使用されているときには、Ｍ-ary変調スキームを実行しシステムの送信レートを向上させることができる。例えば、受信機２００だけが使用されているときには、送信機１は、互いに異なる次数の全ての直交パルス波形を受信機２００に割り当て、以下に示すように、各パルス形状をマルチビットシンボルに対応させて割り当てることにより、４-ary変調スキームを作成する。
なお、第２〜第４の生成器５〜７の積分器１２５を、微分器に変更することができる。この場合には、最高次数ユニット３を最低次数（lowest order）ユニットに変更しなければならない。この結果、第１のパルス生成器４は、最低次数の変形エルミート直交パルスを生成し、第２〜第４のパルス生成器は、低い次数の変形エルミート直交パルスと限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した微分処理に基づいて、次数が順次高くなっていく複数の変形エルミート直交パルスを生成する。
【００７３】
上記の実施の形態では４つのパルス生成器を記載したが、６個もしくはそれより多くの互いに次数の異なるパルス生成器を設けても良い。かかる場合において、システムで使用する受信機の数を増やすためには、各一対のパルス生成器を異なる１つの受信機に割り当てればよい。もしくは、または、かかる構成に追加して、各一対の生成器に対し異なるマルチビットシンボルを割り当てれば、上述したように、システムの送信レートを向上させることができる。
【００７４】
パルス位置変調（ＰＰＭ）もしくはパルス振幅変調（ＰＡＭ）などの従来の変調スキームをさらに使用することにより、システムの送信レートを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による超広帯域システムの概要を示すブロック図。
【図２】図１のシステムにおける送信機の第１，第２のパルス生成器の構成を示すブロック図。
【図３】図１のシステムにおける受信機を示すブロック図。
【図４】第１のパルス生成器のランプ波生成器により生成される限定された持続時間を有する１次時間関数を示すグラフ。
【図５】第１のパルス生成器内部で生成され使用されるＵ字形状波形を示すグラフ。
【図６】強制的に０とされた後のＵ字形状波形を示すグラフ。
【図７】第１のパルス生成器によって生成される３次の変形正規化エルミートパルスの時間応答を示すグラフ。
【図８】第２のパルス生成器によって生成される２次の変形正規化エルミートパルスの時間応答を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 送信機
２ パルス源
３ 最高次数ユニット
４ 第１のパルス生成器
４ａ パルスライン
４ｂ 高次パルス入力ライン
５ 第２のパルス生成器
５ａ パルスライン
５ｂ 高次パルス入力ライン
６ 第３のパルス生成器
６ａ パルスライン
６ｂ 高次パルス入力ライン
７ 第４のパルス生成器
７ａ パルスライン
８ ランプ波供給ライン
１１ パルス選択器／合成器
１２ 送信ユニット
１２ａ 増幅器
１２ｂ アンテナ
２００ 受信機
３００ 受信機
Claims (17)
- 源信号に基づいて、特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する第１のパルス生成器と、
限定された持続時間を有する１次時間関数を生成するランプ波生成器と、
該特定の次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該特定の次数とは異なる別の次数の変形エルミート直交パルスを生成する第２のパルス生成器と、
を備えたことを特徴とする、２つの互いに異なる変形エルミートパルスを生成するためのマルチパルス生成器。 - 前記第１のパルス生成器は最高次数の変形エルミート直交パルスを生成し、
前記第２のパルス生成器が、該最高次数の変形エルミート直交パルスと前記限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した積分処理に基づいて、より低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する積分器を備えていることを特徴とする請求項１記載のマルチパルス生成器。 - 前記第１のパルス生成器は低い次数の変形エルミート直交パルスを生成し、
前記第２のパルス生成器が、該低い次数の変形エルミート直交パルスと前記限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した微分処理に基づいて、より高い次数の変形エルミート直交パルスを生成する微分器を備えていることを特徴とする請求項１記載のマルチパルス生成器。 - 前記ランプ波生成器は、前記第１のパルス生成器によって使用される前記源信号に基づき、前記限定された持続時間を有する１次時間関数を生成することを特徴とする請求項１記載のマルチパルス生成器。
- 前記第１のパルス生成器は、前記ランプ波生成器により生成される前記限定された持続時間を有する１次時間関数に基づき、前記特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成することを特徴とする請求項１記載のマルチパルス生成器。
- 少なくとも１つの追加のパルス生成器を更に備え、前記第１のパルス生成器、第２のパルス生成器、及び、該少なくとも１つの追加のパルス生成器とが直列配置構造にて接続されており、当該直列配置構造が、前段のパルス生成器からの変形エルミート直交パルスを後続のパルス生成器へ伝達し、かつ、前記限定された持続時間を有する１次時間関数を、該第２のパルス生成器と該少なくとも１つの追加のパルス生成器とに分配することを特徴とする請求項１記載のマルチパルス生成器。
- 源信号に基づいて、特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する第１のパルス生成器と、
限定された持続時間を有する１次時間関数を生成するランプ波生成器と、
該特定の次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該特定の次数とは異なる別の次数の変形エルミート直交パルスを生成する第２のパルス生成器と、
入力データに基づいて、２値チャンネルを表すよう、該第１及び第２のパルス生成器からのパルスを選択するパルス選択器と、
該パルス選択器により選択されたパルスを送信する送信ユニットと
を備えたことを特徴とする、パルス列を複数の受信機へ送信するための無線インパルス送信機。 - 前記第２のパルス生成器からの前記変形エルミート直交パルスと前記限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、前記第１のパルス生成器及び該第２のパルス生成器からの前記変形エルミート直交パルスの次数とは異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成する第３のパルス生成器と、
該第３のパルス生成器からの該変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該第１、第２、第３のパルス生成器からの該変形エルミート直交パルスの次数とは異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成する第４のパルス生成器と、
を更に備え、
前記パルス選択器は、該互いに異なる次数のパルスと前記複数の受信機との間の２対１の対応関係に基づいて、該第１、第２，第３、及び、第４のパルス生成器からのパルスを選択し、前記送信ユニットが、複数の互いに異なる受信機に対応する複数のパルスを同時に送信することを特徴とする請求項７記載の無線インパルス送信器。 - 前記第１のパルス生成器は最高次数の変形エルミート直交パルスを生成し、
前記第２のパルス生成器が、該最高次数の変形エルミート直交パルスと前記限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した積分処理に基づいて、より低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する積分器を備えていることを特徴とする請求項７記載の無線インパルス送信機。 - 前記第１のパルス生成器は低い次数の変形エルミート直交パルスを生成し、
前記第２のパルス生成器が、該低い次数の変形エルミート直交パルスと前記限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した微分処理に基づいて、より高い次数の変形エルミート直交パルスを生成する微分器を備えていることを特徴とする請求項７記載の無線インパルス送信機。 - 前記ランプ波生成器は、前記第１のパルス生成器によって使用される前記源信号に基づき、前記限定された持続時間を有する１次時間関数を生成することを特徴とする請求項７記載の無線インパルス送信機。
- 前記第１のパルス生成器は、前記ランプ波生成器により生成される前記限定された持続時間を有する１次時間関数に基づき、前記特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成することを特徴とする請求項７記載の無線インパルス送信機。
- 源信号に基づいて、特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程と、
限定された持続時間を有する１次時間関数を生成する工程と、
該特定の次数の変形エルミート直交パルスと該限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用して、該特定の次数とは異なる別の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程と、
からなることを特徴とする、２つの互いに異なる変形エルミートパルスを生成する方法。 - 前記特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程は、最高次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程であり、
前記異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程が、該最高次数の変形エルミート直交パルスと前記限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した積分処理に基づいて、より低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程であることを特徴とする請求項１３記載の方法。 - 前記特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程は、低い次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程であり、
前記異なる次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程が、該低い次数の変形エルミート直交パルスと前記限定された持続時間を有する１次時間関数とを使用した微分処理に基づいて、より高い次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程であることを特徴とする請求項１３記載の方法。 - 前記限定された持続時間を有する１次時間関数を生成する工程は、前記源信号に基づき行われることを特徴とする請求項１３記載の方法。
- 前記特定の次数の変形エルミート直交パルスを生成する工程は、前記限定された持続時間を有する１次時間関数に基づき行われることを特徴とする請求項１３記載の方法。
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