KR101183295B1 - Ｕｗｂ에 대한 에너지 검출 수신기 - Google Patents

Abstract

UWB(Ultra Wideband) 무선 장치의 수신기 부분은 아날로그-대-디지털 회로를 단순한 에너지 검출 회로로 대체함으로써 변경된다. 본 발명의 실시예에서, 전송기의 코딩 방법은 단순화된 수신기 구성을 지원하도록 변경된다. 예를 들어, UWB 신호의 위상에서 송신될 데이터를 코딩하는 것 대신에, 데이터는 UWB 신호의 이산적인 주파수 하위대역에서 이진 방식으로 인코딩된다. 이것은 채널의 사용가능한 대역폭을 감소시킬 수는 있지만, 그것은 또한, UWB 장치의 복잡도와 전력 소비를 감소시킨다. 본 발명의 다른 실시예에서, UWB 장치는 그것의 환경에 기초하여 전송 모드(BPSK 또는 에너지 코딩)를 선택할 수 있다. 또한, 본 발명의 미래의 실시예에서, 수신 장치는 원격 전송기 및/또는 피어 수신기의 능력에 기초하여 코딩 모드들을 스위치할 수 있다.

UWB, BPSK, 에너지 코딩, 코딩 모드

Description

ＵＷＢ에 대한 에너지 검출 수신기{ENERGY DETECTION RECEIVER FOR UWB}

도 1은 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 무선 데스크탑 장치 클러스터의 개략도.

도 2는 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 애드 혹 무선 가전기기 네트워크 의 개략도.

도 3은 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 무선 홈 엔터테인먼트 네트워크의 개략도.

도 4는 본 발명의 실시예를 통합하는 데 적합한 예시적인 일반화된 컴퓨터 네트워크 환경을 도시하는 개략도.

도 5는 일반적인 UWB 장치 전송기 및 수신기 부분을 도시.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 UWB 전송기 및 수신기를 도시.

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 7b는 "0"이 인코딩되는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 7c는 "1"이 인코딩되는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코 딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 7d는 "2"가 인코딩되는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 7e는 "3"이 인코딩되는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 7f는 "4"가 인코딩되는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 7g는 "5"가 인코딩되는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 7h는 "6"이 인코딩되는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 나타내는 단순화된 개략적인 주파수 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신기, 및 통상의 수신기를 포함하는 환경에서 본 발명의 실시예에 따른 UWB 전송기 부분에 대한 예시적인 아키텍처를 도시.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명의 양태가 구현될 수 있는 컴퓨터 구성의 일례.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 UWB 장치에 대한 코딩 모드를 선택하는 프로세스의 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

801 : 데이터 준비 파이프라인

803 : 인코딩 모듈

805 : 에너지 코딩

807 : BPSK 코딩

809 : 접속 관리자

811 : 업 컨버터

815 : BPSK 수신시

817 : 에너지 검출 수신기

본 발명은 일반적으로 무선 장치에 관한 것으로서, 특히, 네트워크화된 무선 컴퓨팅 장치에서의 대역폭 사용에 대해 장치 복잡도와 전력 소비의 균형을 잡기 위한 시스템에 관한 것이다.

널리 이용가능한 컴퓨팅 장치에 의해 예고된 디지털 혁명은 현재 잘 진행중이며, 이제는 두번째 혁명이 출현하고 있다. 사용자가 더 이동적이고/이거나 덜 혼잡한 경험을 강요함에 따라 두번째 혁명은 다양한 이용가능한 컴퓨팅 장치들의 강화된 상호연결성에 초점을 두고 있다. 예를 들어, 전통적인 데스크탑 PC는 매우 유용할 수 있다. 그러나, 사용자는 기계의 크기 뿐만 아니라 그것의 여러 배선 연결에 의해 제자리에 구속된다.

오늘날, 많은 핸드헬드 및 작은 장치는 사용자에게 상당한 컴퓨팅 능력을 제공하고, 무선 방식으로 그러한 능력을 제공하기 때문에 이동의 자유를 허용한다. 예를 들어, 셀폰, PDA, 노트북 컴퓨터 및 기타 장치들은 무선으로 통신할 수 있으며 휴대용이다. 데스크탑 컴퓨터, 가전기기 및 엔터테인먼트 장치와 같은 더 큰 장치에 있어서, 이동성이 고려되지 않을 때, 무선 연결은 여전히 배선 혼잡로부터의 자유를 허용한다.

그러나, 무선 장치는 본래, 종종 전력 케이블, 또는 사용중 외부 전원과 지속적으로 접속하기 위한 다른 설비가 없으며, 따라서, 배터리 전력에 의해서만 지원되어야 한다. 최근 배터리 기술이 진보하였고 더 많은 용량의 배터리(예를 들어, 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리)가 이용가능해 졌지만, 여전히 배터리-전력의 무선 장치에서의 에너지 소비를 절약하고 적절히 관리할 필요성이 크다. 또한, 비용 및 그로 인한 장치의 대중성은 종종, 장치의 복잡도와 직접적으로 관련된다. 따라서, 무선 장치의 구성 및 동작을 단순화하는 것이 바람직하다.

본 발명의 특정 실시예에서, UWB(Ultra Wideband) 무선 장치의 수신기 부분은 값비싼 전력-부족형 아날로그-대-디지털 회로를 단순한 에너지 검출 회로로 대체함으로써 변경된다. 또한, 본 발명의 실시예에서, 전송기의 코딩 방법은 이 단순화된 수신기를 지원하도록 변경된다. 특히, UWB 신호의 위상에서 송신될 데이터를 코딩하는 것 대신에, 데이터는 이산적인 주파수 하위대역에서 이진 방식으로 인코딩된다. 이것은 채널의 이용가능한 대역폭을 감소시킬 수는 있지만, 그것은 또한, UWB 장치의 복잡도 및 전력 소비를 감소시킨다.

본 발명의 다른 실시예에서, UWB 장치는 그것의 환경에 기초하여 전송 모드를 선택할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 수신 장치는 원격 전송기 및/또는 피어 수신기의 능력에 기초하여 코딩 모드들을 스위치할 수 있다.

본 발명의 추가적 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하는 예시적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부된 청구범위는 특이성을 갖는 본 발명의 특징을 기술하지만, 본 발명 및 그것의 장점은 첨부 도면과 함께 설명되는 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다.

본 발명의 실시예는 UWB 무선 통신 기술을 참조함으로써 본 명세서에 설명될 것이지만, 본 명세서에 설명된 기술은 다른 통신 기술을 구현하는 장치에 대해서도 사용가능하다는 것을 인식할 것이다. UWB는 때때로 다르게, 임펄스(impulse), 기저대역(baseband) 또는 제로-캐리어(zero-carrier) 기술이라고 불린다. UWB는 넓은 주파수 스펙트럼에 걸쳐 매우 짧은 초저(ultra-low) 전력 전파 신호를 전송하는 무선 통신 기술이다. UWB 수신기는 전송기에 의해 송신된 특정 펄스 시퀀스를 인식함으로써 그 수신된 버스트(burst)를 번역할 수 있다. FCC는 UWB를, 500 MHz 이상을 차지하거나 3.1 GHz에서 10.6 GHz의 대역에서 20% 이상의 비대역폭(fractional bandwidth)을 갖는 임의의 신호를 포함하는 것으로서 정의하였다. UWB 신호의 대역폭은 일반적으로 대략 중심 주파수의 25%이다. 예를 들어, "2 GHz" UWB 신호는 500 MHz의 대역폭을 가질 수 있다.

UWB에 허용된 스펙트럼은 7500 MHz이다. 이것은 미국의 다른 기술들에 대한 스펙트럼보다 훨씬 더 크다. 예를 들어, 2.4 GHz의 ISM은 83.5MHz 스펙트럼을 포함하지만, 5 GHz의 U-NI는 300 MHz를 차지한다(555 MHz로 증가됨). UWB의 넓은 스펙트럼은 광대역 연결이 요구되는 PC 클러스터 및 홈 클러스터 시나리오에서 그것이 유용해지게 한다. 예를 들어, PC 클러스터는 PC, 및 도킹 스테이션과 같은 저장 장치 및/또는 IO 장치, 및/또는 모두 무선으로 상호연결되어 있는 프린터 또는 기타 주변장치를 포함할 수 있다. 홈 클러스터에서, PC 또는 랩탑과 같은 컴퓨터는 디지털 카메라, 비디오 카메라, MP3 플레이어, 프로젝터, TV 등과 같은 가전 기기 장치에 무선으로 연결되어, 고속 컨텐츠 전송을 허용할 수 있다. 다른 잠재적인 홈 클러스터 환경은 자동차 또는 기타 운송수단이다. 가전기기 및 엔터테인먼트 어플리케이션에 대한 일반적인 대역폭 요건은 다음과 같다. HDTV는 19 Mbps, DVD 플레이어는 10 Mbps, MPEG2는 1-8 Mbps, MPEG1은 1.5 Mbps, 대역폭 액세스는 1-10 Mbps, 비디오 컨퍼런스는 1-2 Mbps, TV 단말은 2-5 Mbps, 스테레오 CD 플레이어는 1.4 Mbps, 컴퓨터 네트워크는 1-10 Mbps, 전화는 8-64 kbps이다.

UWB에 사용되는 변조 기술은 일반적으로 BPSK(binary phase-shift keying)이다. BPSK에서, 각각의 펄스는 0 또는 180도로, 즉, 또 바로 또는 반전되어 송신된다. 따라서, BPSK 변조는 스펙트럼의 사용에 효율적이어서, 비교가능한 펄스 위치 변조 시스템의 대역폭의 약 절반을 필요로 한다..

본 발명의 실시예가 사용될 수 있는 많은 장치 환경이 도 1 내지 도 3에 도시된다. 도 1은 예시적인 무선 데스크탑 장치 클러스터를 도시한다. 도시된 예시적인 장치는 프린터(101), 모니터(103), 카메라(105), 게임 컨트롤러(107), 비디오 카메라(109), 마우스(111), 키보드(113) 및 테블릿(115)을 포함한다. 다양한 장치가 개인용 컴퓨터(117)를 통해 무선으로 통신한다. 각각의 장치의 무선 프로토콜이 동일할 필요는 없다. 예를 들어, IEEE 1394, USB 2.0, USB 1.0 및 블루투스를 포함한 다수의 프로토콜이 도시된다.

도 2는 애드 혹 무선 가전기기 네트워크를 도시한다. 네트워크는 평면 텔레비젼(201), 비디오 카메라(203), 모뎀(205), 개인용 비디오 플레이어(207), 디지털 카메라(209) 및 프린터(211) 뿐만 아니라 개인용 컴퓨터(213)를 포함한 예시적인 장치들을 포함한다. IEEE 1394 및/또는 USB 2.0과 같은 적합한 무선 프로토콜에 의해 다양한 장치들이 상호연결된다.

마지막으로, 도 3은 예시적인 무선 홈 엔터테인먼트 네트워크를 도시한다. 네트워크는 텔레비젼(301), 스피커(303), 게이밍 장치(305) 및 멀티미디어 스택(307)을 포함한 다수의 장치를 포함한다. 멀티미디어 스택(307)은 HDTV 수신기, 케이블 박스, Tivo 박스, 하드 드라이브, DVD 플레이어 및 홈 시어터 모듈을 포함한다.

현재 제안되는 UWB에 대한 두가지 접근, 즉, 단일 대역 접근 및 다중-대역 접근이 존재한다. 단일 대역 접근은 그것이 전체 7.5 GHz를 하나의 반송파로서 사용하기를 제안한다는 점에서 덜 바람직하다. 다중-대역 접근은 7.5 GHz를 동등한 채널들로 분할한다. 기본 전제는, 복수의 UWB 신호들을 동시에 전송함으로써 UWB 스펙트럼을 효율적으로 이용하기 위해 다중 주파수 대역을 사용한다는 것이다. 신호들은, UWB 스펙트럼 내에서 서로 다른 주파수에서 동작하기 때문에, 서로 간섭하 지 않는다. 이들 신호 각각은, 매우 높은 데이터 레이트를 성취하기 위해 동시에 전송될 수도 있고, 복수의 사용자들이 동시에 통신할 수 있게 하기 위해 복수의 액세스 수단으로서 사용될 수도 있다. 몇몇 표준 디지털 변조 기술은 각각의 개별적인 UWB 신호에 대한 것일 수 있다. 변조된 UWB 신호들의 출력은 전송 전에 함께 합쳐질 수 있다.

다중-대역 UWB 시스템 설계는, 단일 대역 설계보다 더 좋은 스케일러블 및 적응성, 802.11a와 같은 시스템과의 더 양호한 공존 특성; 및 더 전통적인 전파 설계 기술을 이용하는 것으로 인한 덜 위험한 구현을 포함한 다수의 장점을 갖는다. 이러한 장점은 단일 대역 설계와 유사한 복잡도 및 전력 소비 레벨을 유지하하면서 보유될 수 있다.

스케일러블 및 적응성 측면에서, 다중-대역 접근의 장점은, 예를 들어, 낮은 비트 레이트 시스템은 소수의 대역을 사용할 수 있고 높은 비트 레이트 시스템은 다수의 대역을 사용할 수 있다는 것이다. 다른 장점은 전세계의 서로 다른 전파 규칙들이 WiFi 및 블루투스에 의해 사용된 2.4 GHz 및 5 GHz 대역에 대해 일어난 것과 동일한 조화된 스펙트럼 할당을 갖지 않는 경우에, 그러한 전파 규칙들에 대한 잠재적인 적응력이 있다는 것이다.

공존의 측면에서, 다중-대역 접근의 또 다른 장점은, IEEE 802.11a와 같은 다른 서비스들과의 공존성 레벨을 증가시키는 것이다. 수신기가 영향받은 대역을 제거함으로써 대역 내 간섭을 동적으로 조정할 수도 있고, 전송기가 근접한 또 다른 서비스에 의해 이미 사용된 대역에서의 전송을 회피할 수도 있다.

마지막으로, 다중-대역 기술은 UWB 스펙트럼과의 사용을 위해 수정된 공지된 무선 통신 스킴에 기초하기 때문에, 그 기술은 더 낮은 구현 위험을 제공한다. 이것은 다중-대역이 표준 기술 및 복수의 벤더들에게 대량 채용을 요구하는 상업적인 적용을 위한 최상의 후보가 되게 한다.

다중-대역 시스템은 대역의 적응적 선택을 허용하여 양호한 간섭 완강성 및 공존 속성을 제공한다. 시스템이 802.11a 시스템의 존재를 검출하면, 예를 들어, 그것은 5.35 GHz 또는 5.85 GHz에 중심을 둔 대역의 사용을 회피할 수 있다. 이 동일한 특징은 또한, 미국 외부의 서로 다른 스펙트럼 할당을 위한 설비에 이용될 수 있다. 매우 민감한 시스템과 스펙트럼을 공유하는 대역을 회피할 수 있다.

단일 대역 UWB 시스템은 동일한 결과를 성취하기 위해 노치 필터(notch filter)를 채용할 필요가 있을 것이다. 노치 필터는 수신기의 잡음 수치를 증가시키거나 더 높은 성능의 저잡음 증폭기(low noise amplifier)를 요구하기 때문에, 이상적인 해결책이 아니다. 노치 필터가 갖는 문제는, 그것이 적응성이 없으며, 오프-칩의 전용 하드웨어로 실현될 필요가 있다는 것이다. 또한, 노치 필터는 대부분의 경우에, 수신 펄스를 왜곡하고, 이 결과를 보정하기 위해 추가적인 복잡성을 요구한다.

UWB MAC은 도 4에 도시된 몇몇 컴포넌트로 구성된다. 기본 컴포넌트는 장치 또는 DEV(401)이다. DEV(403)은 일반적으로 피코넷(400)의 PNC(piconet coordinator)의 역할을 맡을 것이다.

PNC(403)는, 피코넷(400)에 대한 기본 타이밍에 비컨(beacon)을 제공하고; 서비스 품질(QoS) 요건을 관리하고; 전력 절약 레벨을 관리하고; 피코넷(400)에 대한 보안 및 액세스 제어를 구현하는 기능을 수행한다. 피코넷(400)은 사전계획 없이 피코넷(400)이 필요한 한 형성되기 때문에, 이러한 유형의 동작은 애드 혹 네트워크라고 불린다.

MAC은 DEV(401)가 보조 피코넷의 형성을 요구하게 한다. 원래의 피코넷(400)은 부모 피코넷이라고 불린다. 보조 피코넷은 DEV(401)가 부모 PNC(403)와 관련되는 데 사용된 방법에 따라, 자식 또는 이웃 피코넷이라고 불린다. 자식 및 이웃 피코넷은 부모 PNC(403)에 의존하여 종속 피코넷의 동작에 대해 채널 타임을 할당하기 때문에, 총체적으로 종속 피코넷이라고 불린다. 독립 피코넷은 어떤 종속 피코넷도 갖지 않는 피코넷이다.

본 발명의 실시예에서, UWB 장치 아키텍처 및 동작은 장치 비용, 복잡도 및 프로세싱 전력 소비를 감소시키기 위해, 증가된 대역폭 사용의 비용으로 단순화된다. 일반적인 UWB 장치는 도 5에서 도시된다. 송신기 UWB 장치(500) 및 수신기 UWB 장치(510)가 도시된다. 송신기 장치(500)는 정보 소스(501), 암호화 모듈(503), 포워드 에러 정정/인코더 모듈(505), 변조기(507), 및 안테나(520)에 링크된 업 컨버터(509)를 포함한다. 마찬가지로, 수신 장치(510)는 다운 컨버터(511)에 링크된 안테나(521), 복조기 및 A/D 컨버터(513), 디코더(515), 복호화 모듈(517), 및 사용자 어플리케이션(519)을 포함한다. 본 기술분야에 숙련된 기술자는 이러한 다양한 컴포넌트들의 원리 및 동작을 이해할 것이다. 대부분의 장치는 송신과 수신 둘 다를 할 수 있고, 따라서, 일반적인 UWB 장치는 도시된 섹션(500, 510) 둘 다를 포함할 것임을 이해할 것이다.

여기서 주된 관심사는, 수신기(510)의 A/D 컨버터 부분(513)이다. 이 부분은 UWB 장치의 큰 복잡도와 전력 소비를 담당한다. 예를 들어, 고려를 위해 IEEE 802.15.3a 그룹에 제출된 한 제안은 다음의 사양을 갖는다.

파라미터	값
데이터 레이트	267 Mbps
코딩 레이트	3/4
유효 비트 레이트	200 Mbps
비트 에러 레이트	1e-05
범위	10m
모듈화	BPSK 다중-대역
동작의 주파수	3.1 GHz - 7.1 GHz
대역 개수	8
하위대역 중심 주파수(GHz)	3.35, 3.85, 4.35, 4.85, 5.35, 5.85, 6.35, 6.85
하위대역 대역폭	500 MHz
함께 배치된 피코넷	4
간섭 능력	IEEE 802.11a에 완강함
공존 능력	802.11a에 대해 간섭 감소 적응

이 제안은 높은 데이터 레이트 200 Mbps를 제공한다. 각각의 OFDM 신호는 상술된 바와 같이, 예를 들어, BPSK를 이용하여 변조되는 128개의 서브 반송파들로 구성된다. 이 신호를 복조하기 위해, 수신된 RF 신호는 우선, 주파수 두배로 샘플링된 IF로 다운 컨버트된다. 즉, 500 MHz×2 또는 1000 M 샘플/초 또는 1 G 샘플/초가 있다. 각각의 샘플이 적어도 두개의 비트로 나타나면, A/D 컨버터는 최소한 2 Gbps로 실행하게 된다. 그러한 A/D 및 결과로서 생긴 빠른 기저대역 프로세싱은 비싸며, 주요 전력 드레인 및 열 소스이다.

본 발명의 실시예에서, 더 낮은 복잡도(및 더 낮은 열/더 낮은 전력) 구현은 대역폭을 희생하여 성취된다. 그러나, UWB는 무허가 사용에 대해 이용가능한 7.5 GHz 대역폭을 갖기 때문에, UWB 구현에 대한 대역폭은 비교적 크다. 특히, 본 발 명의 실시예에서, 수신기는 어느 비트가 전송되었는지를 판정하는 데 A/D 컨버터를 사용하지 않고 오히려 에너지 검출기를 사용한다. 전송기는 신호의 위상보다는 정보에 대한 톤(tone) 위치를 사용한다. 예를 들어, 전송기 및 수신기가 500 MHz 대역에서 128개의 톤을 사용하면, 각각의 톤 위치는 7개 비트의 정보를 나타낸다. 한편, 예를 들어, 전송을 위해 4개의 대역이 사용되는 경우, 이것은 512개의 서브 반송파를 의미하고, 각각의 톤의 위치는 9개의 비트를 의미한다. 어느 경우에서든, 전송기는 전송을 위해 신호를 업 컨버트하기 전에 IFFT를 수행한다. 위치는 또한, 에러 보호 코딩을 이용하여 리던던시(redundancy)로 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 수신기는 스펙트럼 분석기로서 동작한다. 그것은 FFT를 수행하거나, 단지 대역 내의 에너지 레벨에 조정된다. 최고 에너지 대역을 갖는 톤은 비트들에 대해 디코딩될 것이다. OFMD 신호 내에 128개의 서브 반송파가 존재한다고 가정하자. 128개의 에너지 출력이 존재한다. 복조기는 최고 값을 갖는 출력을 선택하고, 대응하는 비트들을 복조한다.

본 발명의 실시예에 따른 UWB 전송기 및 수신기의 개략도가 도 6에 도시되어 있다. 전통적인 경우에서와 같이, 전송기(600)는 정보 소스(601), 암호화 모듈(603), 포워드 에러 정정/인코더 모듈(605), 변조기(607), 및 안테나(620)에 링크된 업 컨버터(609)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 변조기(607)는 단순한 RF 신호 생성기이다. 수신기(610)는 다운 컨버터(611)에 링크된 안테나(621), 에너지 검출기(613)(즉, A/D 변환은 필요없음), 디코더(615), 복호화 모듈(617) 및 사용자 어플리케이션(619)을 포함한다. 인식된 바와 같이, 상술된 스킴 을 이용하여, 전송기의 변조기(613)는 이제 단순한 RF 신호 생성기이며, 수신기의 복조기 및 A/D 컨버터(513)는 단순한 에너지 검출기(613)로 대체되었다.

이러한 변경, 특히, A/D 컨버터를 단순한 에너지 검출기로 대체하는 것은 UWB 장치의 복잡도와 전력 소비를 매우 감소시키는 한편, 열 생성을 최소화하는 데에도 공헌한다. 다음은 독자가 쉽게 이해하도록 하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 에너지 검출 코딩의 몇몇 단순화된 예를 설명할 것이다.

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 UWB에 대한 데이터 인코딩 방법을 설명하는 단순화된 개략적인 주파수 도면을 도시한다. 폭 W의 UWB 스펙트럼의 일부분(700)이 도시된다. 스펙트럼 부분(700)은 4개의 하위대역(701, 703, 705, 707)으로 하위분할되고, 이 각각은 W/4의 폭을 갖는다. 각각의 하위대역 내의 에너지의 존재 또는 부재는 이진 방식으로 특정 값을 지정하는 데 사용된다. 각각의 하위대역은 특정 이진 숫자를 지정한다. 도시된 바와 같이, 제1 하위대역(701)은 "00"에 대응하고, 제2 하위대역(703)은 "01"에 대응하고, 제3 하위대역(705)은 "10"에 대응하고, 제4 하위대역(707)은 "11"에 대응한다.

도 7b 내지 7h는 0 내지 6의 값이 각각 코딩되는 방식을 도시한다. 따라서, 도 7b는 다른 것 없이 제1 하위대역(701) 내의 에너지의 전송에 의한 "00"(즉, 0)의 코딩을 도시한다. 도 7c는 다른 것 없이 제2 하위대역(703) 내의 에너지의 전송에 의한 "01"(즉, 1)의 코딩을 도시한다. 도 7d는 다른 것 없이 제3 하위대역(705) 내의 에너지의 전송에 의한 "10"(즉, 2)의 코딩을 도시한다. 도 7e는 다른 것 없이 제4 하위대역(707) 내의 에너지의 전송에 의한 "11"(즉, 3)의 코딩을 도시 한다. 도 7f는 다른 것 없이 제2(703)와 제4(707) 하위대역 내의 에너지의 전송에 의한 "11+01"(즉, 4)의 코딩을 도시한다. 도 7g는 다른 것 없이 제3(705)과 제4(707) 하위대역 내의 에너지의 전송에 의한 "11+10"(즉, 5)의 코딩을 도시한다. 도 7h는 다른 것 없이 제2(703)와 제3(705)과 제4(707) 하위대역 내의 에너지의 전송에 의한 "11+01+10"(즉, 6)의 코딩을 도시한다.

코딩될 값의 범위는 하위대역의 개수 뿐만 아니라 각각의 하위대역에 할당된 값을 설정함으로써 설정될 것임을 이해할 것이다. 상술된 예에서, 각각 2개의 비트를 코딩한 4개의 하위대역의 사용은, 임의의 주어진 순간에 대역 내에서 0에서 6까지의 값을 인코딩하는 능력을 산출하였다. 마찬가지로, 각각 3개의 비트를 인코딩하는 8개의 하위대역의 사용은, 28(000+001+010+011+100+101+110+111)까지의 값의 대역 내의 인코딩을 허용할 것이다. 신호는 여전히 OFDM 신호일 수 있음을 유념한다. 따라서, 장치는 보통의 BPSK 코딩 또는 상술된 에너지 코딩을 사용하는 데 적합할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, UWB 장치는 수신기의 공지된 능력에 기초하여 전송 모드, 예를 들어, 보통의 BPSK 또는 에너지 코딩을 선택한다. 예를 들어, 수신기가 2 Gbps 아날로그-대-디지털 변환을 지원하는 복잡한 장치이면, 전송기는 BPSK를 이용하여 송신될 데이터를 인코딩할 수 있다. 한편, 장치가 덜 복잡하고 A/D(또는 충분한 A/D)를 지원하지 않으면, 전송기는 에너지 인코딩을 이용하여 송신될 데이터를 인코딩할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신기, 및 보통의 수신기를 포함하는 환경 에서 본 발명의 실시예에 따른 UWB 전송기 부분에 대한 예시적인 아키텍처를 도시한다. 전송기 부분(800)은 데이터 준비 파이프라인(801)(예를 들어, 정보 소스, 암호화 등을 포함함), 인코딩 모듈(803), 및 전송을 위한 안테나(813)에 링크된 업 컨버터(811)를 포함한다. 인코딩 모듈(803)은 에너지 코딩 모듈(805) 또는 BPSK 코딩 모듈(807)을 사용한다. 어느 수신기 타입이 다루어지는지에 기초하여 접속 관리자(809)에 의해 어느 모듈(805, 807)이 사용될지가 판정된다. 접속 관리자(809)는 로컬 장치 수신기로부터 타겟 장치의 타입을 나타내는 데이터를 수신하였다. 일반적으로 이러한 정보는 접속 동안 들어오는 UWB 전송의 비컨 또는 관리 슬롯 내에 포함될 것이다. 타겟 장치가 에너지 검출 수신기를 갖거나, 복수의 수신기 타입을 갖지만, 현재 에너지 검출 수신기를 사용하는 경우, 접속 관리자(809)는 인코딩 모듈(803)이 에너지 코딩 모듈(805)을 사용하기를 지시한다. 그렇지 않은 경우, 접속 관리자는 인코딩 모듈(803)이 BPSK 코딩 모듈(807)을 사용하기를 지시한다.

상술된 바와 같이, 장치는 복수의 타입의 수신기를 가질 수 있다. 이 경우에, 장치는 환경 및/또는 그것의 잔존 배터리 용량에 기초하여 특정 수신기 타입을 사용하기를 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 8의 예시된 환경에서, 장치(800)는 에너지 검출 전송기를 갖고, 장치(817)는 에너지 검출 수신기를 이용하고 있다. 이 환경에서, 장치(815)는 BPSK 수신기를 갖지만, 에너지 검출 수신기를 가지고 있다면, 그 에너지 검출 수신기를 이용함으로써 네트워크 효율성을 증가시키기를 원할 수 있다. 내부적으로 그러한 수신기로 스위치하는 것 외에, 장치(815)는 또한, 바 람직하게, 다른 네트워크 노드들에게 사용중인 수신기 타입을 알릴 것이다.

도 10은 본 발명의 실시예에서 전송 UWB 장치에 대한 코딩 모드를 선택하는 프로세스를 순서도 형태로 도시한다. 도시된 프로세스는 일례일 뿐이며, 본 발명의 실시예의 범주 내에서 이러한 목적 및 다른 목적이 성취될 수 있는 다른 프로세스가 존재한다는 것을 이해할 것이다. 순서도(1000)의 단계(1001)에서, UWB 스펙트럼에서 적어도 하나의 다른 UWB 장치에 전송하는 것을 의도하는 장치는 그 적어도 하나의 다른 장치에 접속한다. 이 프로세스에서, 전송기는 그 적어도 하나의 다른 장치로부터 그것의 수신기 모드, 예를 들어, BPSK(위상) 또는 에너지(상술된 하위대역 내의 에너지 코딩)를 수신한다. 단계(1003)에서, 전송 장치는 그 하나 이상의 다른 장치가 복수의 장치인지를 판정한다. 하나 이상의 다른 장치가 단 하나의 장치만을 포함하면, 단계(1005)에서, 전송 장치는 그것의 코딩 모드를 그 장치의 수신기 모드로 설정한다. 한편, 하나 이상의 다른 장치가 복수의 장치를 포함하면, 단계(1007)에서, 전송 장치는 그 복수의 장치가 단일의 수신기 모드를 사용하는지를 판정한다. 단일의 수신기 모드를 사용한다면, 단계(1009)에서, 전송 장치는 그것의 코딩 모드를 그 모드로 설정한다. 그렇지 않다면, 단계(1011)에서, 전송 장치는 그것의 코딩 모드를 두 모드 다로 설정한다. 이 구성에서, 서로 다른 코드 타입은 대역폭의 비용으로 순차적으로 송신될 수 있다.

본 발명은 가능하지만 필수적이지는 않게, 전통적인 PC 또는 랩탑 컴퓨터를 포함하는 여러 장치 타입으로부터 형성된 네트워크와 함께 사용될 수 있지만, 이제, 본 발명의 다양한 실시예가 실시될 수 있는 한 타입의 컴퓨터에 대한 설명이 제공된다. 요구되는 것은 아니지만, 본 발명은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터-실행가능한 명령어들의 일반적 문맥에서 설명될 것이다. 일반적으로, 프로그램은 특정 태스크를 수행하거나 특정 추상 데이터 타입을 구현하는 루틴, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다. 본 명세서에 사용된 "프로그램"이라는 용어는 단일의 프로그램 모듈 또는 동시에 실행하는 복수의 프로그램 모듈을 의미할 수 있다. 본 명세서에 사용된 "컴퓨터" 및 "컴퓨팅 장치"라는 용어는 개인용 컴퓨터(PC), 핸드-헬드 장치, 멀티-프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반의 프로그램가능한 가전기기, 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 테블릿 PC, 랩탑 컴퓨터, 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기를 갖는 가전제품, 라우터, 게이트웨이, 허브 등과 같은 하나 이상의 프로그램을 전자적으로 실행하는 임의의 장치를 포함한다. 본 발명은 또한, 통신 네트워크를 통해 링크되어 있는 원격 프로세싱 장치에 의해 태스크가 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 채용될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램은 로컬과 원격 메모리 저장 장치 둘 다에 배치될 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 명세서에 설명된 본 발명의 양태가 구현될 수 있는 컴퓨터(902)에 대한 기본 구성의 일례가 도시된다. 가장 기본적인 구성에서, 컴퓨터(902)는 일반적으로 적어도 하나의 프로세싱 유닛(904) 및 메모리(906)를 포함한다. 프로세싱 유닛(904)은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 태스크를 수행하기 위한 명령어들을 실행한다. 그러한 태스크를 수행할 때, 프로세싱 유닛(904)은 컴퓨터(902)의 다른 부분, 및 컴퓨터(902) 외부의 장치에 전자 신호를 전송하여 몇몇 결과를 야기할 수 있다. 컴퓨터(902)의 정확한 구성 및 타입에 기초하여, 메모리 (906)는 (RAM과 같은) 휘발성, (ROM 또는 플레시 메모리와 같은) 비휘발성 또는 이 둘의 임의의 조합일 수 있다. 이 가장 기본적인 구성은 도 9에서 점선(908)으로 도시되어 있다.

컴퓨터(902)는 또한, 추가적인 특징/기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(902)는 또한, 자기 또는 광 디스크 또는 테이프를 포함한(이것으로 제한되지 않음) 추가적인 저장장치(분리형(910) 및/또는 비분리형(912))를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터-실행가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터 포함한 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 포함한다. 컴퓨터 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM, DVD 또는 기타 광 저장장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 요구된 정보를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터(902)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 임의의 그러한 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터(902)의 일부분일 수 있다.

컴퓨터(902)는 바람직하게, 장치가 원격 컴퓨터(들)(916)와 같은 다른 장치와 통신하게 하는 통신 접속(914)도 포함한다. 통신 접속은 통신 매체의 일례이다. 통신 매체는 일반적으로, 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터를 반송파 또는 다른 전송 매커니즘과 같은 변조된 데이터 신호로 구현하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. 예를 들어, "통신 매체"라는 용어는 음향, RF, 적외선 및 다른 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함하지만, 이것 으로 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 "컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 컴퓨터 저장 매체와 통신 매체 둘 다를 포함한다.

컴퓨터(902)는 키보드/키패드, 마우스, 펜, 음성 입력 장치, 터치 입력 장치 등과 같은 입력 장치(918)도 가질 수 있다. 디스플레이, 스피커, 프린터 등과 같은 출력 장치(920)도 포함될 수 있다. 이러한 모든 장치는 본 기술분야에 잘 알려져 있으며, 여기서 길게 설명될 필요는 없다.

본 명세서의 설명은 이제까지 UWB 및 그것의 구현에 초점을 두었지만, 본 발명의 실시예의 원리는 다른 광대역 기술에도 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 WiMax 및 다른 유사한 기술에 적용될 수 있다. WiMax는 비교적 먼 거리에서 광대역 접속을 제공하는 무선 기술이다. WiMax는 IEEE 802.16 표준을 구현한다. 일반적인 전송 링크는 3 내지 5 마일이지만, WiMax는 30마일 만큼의 거리 상에서 도시권 네트워크(metropolitan area network) 접속을 제공한다.

본 명세서에 인용된 공개공보, 특허 명세서, 특허 및 부록을 포함한 모든 참고문헌은, 각각의 참조문헌이 개별적으로 특수하게 참조로써 통합되는 것으로 나타나고 본 명세서에 완전히 설명되는 정도로 여기에 참조로써 통합된다.

"상기"라는 용어 및, 본 발명을 설명하는 문맥(특히, 다음의 청구범위의 문맥)에서의 유사한 지시대상은, 여기서 달리 표시되거나 명백히 문맥에 모순되지 않는 한, 단일과 복수 둘 다를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "포함하다" 및 "갖는다"라는 용어는, 달리 명시되지 않는 한, 제한이 없는 용어(즉, "포함하지만 그것으로 제한되지 않음"을 의미)로서 해석되어야 한다. 여기서, 값의 범위에 대 한 설명은 달리 표시되지 않는 한, 단지, 범위 내에 있는 각각의 구별된 값을 개별적으로 나타내는 간단한 방법으로서 작용하는 것으로 의도되며, 각각의 구별된 값은 여기서 그것이 개별적으로 인용되는 것처럼 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에서 설명되는 모든 방법은, 달리 표시되거나 문맥에 의해 명확하게 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 임의의 예 및 모든 예, 또는 본 명세서에 제공된 예시성 언어(예를 들어, "...와 같은")의 사용은, 본 발명을 더 잘 설명하려는 것일 뿐이며, 달리 주장되지 않는 한, 본 발명의 범주에 대한 제한을 내포하지 않는다. 본 명세서 내의 어떤 언어도 임의의 주장되지 않은 구성요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로서 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 명세서에서는, 본 발명을 수행하기 위한 발명자에게 알려진 최상의 모드를 포함한 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다. 그러한 바람직한 실시예의 변형은 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 앞선 설명을 읽을 때 명백할 수 있다. 본 발명의 발명자는 숙련된 기술자가 그러한 변형을 적절히 채용하기를 기대하며, 본 발명이 본 명세서에서 명확하게 설명된 것과 달리 실시되기를 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법에 의해 허용될 때, 여기에 첨부된 청구범위에서 기술된 주제에 대한 모든 수정 및 동등물을 포함한다. 또한, 모든 가능한 변형 내에서의 상술된 구성요소들의 임의의 조합은, 달리 표시되거나 문맥에 의해 명백하게 모순되지 않는 한, 본 발명에 의해 포함된다.

본 발명의 시스템의 네트워크화된 무선 컴퓨팅 장치에서의 대역폭 사용에 대 해 장치 복잡도와 전력 소비를 감소시킨다.

Claims (23)

1. 주파수 대역폭을 갖는 무선 통신 매체를 통해 제2 무선 장치에 정보를 전송하기 위한 무선 장치로서,

   상기 무선 통신 매체를 통해 상기 제2 무선 장치에 전송될 데이터를 제공하기 위한 데이터 소스;

   상기 데이터 소스에 링크되어, 상기 전송될 데이터를 수신하고 상기 데이터를 코딩하기 위한 인코더 - 상기 데이터를 코딩하는 것은 상기 데이터를 상기 주파수 대역폭의 M개의 주파수 하위대역(frequency subbands)으로 에너지 코딩하는 것을 포함하고, 상기 에너지 코딩은 이진값(a binary value)을 상기 주파수 하위대역의 각각에 할당함으로써 상기 데이터를 인코딩하는 것을 포함하며, 상기 인코딩된 데이터의 값은 특정 단일 시점(a single point in time)에 어떤 주파수 하위대역이 에너지를 가지는지 및 상기 특정 단일 시점에 에너지를 가지는 주파수 하위대역에 할당된 이진값에 기초하며, 상기 에너지 코딩을 이용하여 인코딩되는 값으로서 가능한 값의 개수는 M보다 큼 -; 및

   상기 코딩된 데이터를 상기 무선 통신 매체를 통해 상기 제2 무선 장치에 전송하기 위한 업 컨버터

   를 포함하는 무선 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인코더는 위상 인코딩을 통해 데이터를 인코딩하기 위한 인코딩 부분을 더 포함하는 무선 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 위상 인코딩은 BPSK(Binary Phase Shift Key) 코딩을 포함하는 무선 장 치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 인코더가 사용할 코딩 모드를 선택하기 위한 접속 관리자를 더 포함하는 무선 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 코딩 모드는 (1) 에너지 코딩, (2) 위상 인코딩, 및 (3) 에너지 코딩과 위상 인코딩 둘 다로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 무선 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 코딩 모드는 상기 제2 무선 장치에 의해 사용된 디코딩 메커니즘에 기초하여 선택되는 무선 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 통신 매체는 UWB(Ultra Wide Bandwidth) 프로토콜 채널인 무선 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 통신 매체는 WiMax 프로토콜 채널인 무선 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 무선 통신 매체는 도시권 네트워크(metropolitan area network)의 일부분인 무선 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 무선 통신 매체는 무선 데스크탑 장치 클러스터, 무선 가전기기 네트워크 및 무선 홈 엔터테인먼트 네트워크로 이루어진 그룹으로부터 선택된 네트워크의 일부분인 무선 장치.
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20. 제1 무선 장치에 의해 대역폭을 갖는 무선 매체를 포함하는 무선 네트워크를 통해 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹에 데이터를 전송하기 위한 인코딩 방법을 선택하기 위한 방법으로서,

    상기 제1 무선 장치로부터 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들로 접속하고, 상기 제1 무선 장치에서, 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들 각각으로부터 개별적인 수신기 디코딩 모드의 표시를 수신하는 단계;

    상기 제1 무선 장치에서, 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹이 복수의 장치를 포함하는지를 판정하는 단계;

    상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹이 단일의 장치를 포함하는 경우, 상기 제1 무선 장치의 인코딩 모드를 단일의 다른 무선 장치의 코딩 모드로 설정하는 단계; 및

    상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹이 복수의 장치를 포함한다고 판정된 경우, 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹의 개별적인 수신기 디코딩 모드들이 동일한지를 판정하고, 상기 개별적인 수신기 디코딩 모드들이 동일하면, 상기 제1 무선 장치의 인코딩 모드를 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹의 코딩 모드로 설정하고, 동일하지 않으면, 복수의 인코딩 타입을 채용하도록 상기 제1 무선 장치의 인코딩 모드를 설정하는 단계

    를 포함하는 방법.
21. 제20항에 있어서,

    선택을 위해 상기 제1 무선 장치에 이용가능한 인코딩 모드들은 위상 인코딩 및 에너지 인코딩을 포함하는 방법.
22. 제21항에 있어서,

    상기 에너지 인코딩은 상기 무선 매체의 대역폭의 선택된 하위대역들에 에너지를 배치함으로써 데이터를 인코딩하는 것을 포함하는 방법.
23. 제1 무선 장치에 의해 대역폭을 갖는 무선 매체를 포함하는 무선 네트워크를 통해 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹에 데이터를 전송하기 위한 인코딩 방법을 선택하는 방법을 수행하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들이 저장되어 있는 컴퓨터-판독가능 기록 매체로서,

    상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은,

    상기 제1 무선 장치로부터 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들로 접속하고, 상기 제1 무선 장치에서, 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들 각각으로부터 개별적인 수신기 디코딩 모드의 표시를 수신하고,

    상기 제1 무선 장치에서, 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹이 복수의 장치를 포함하는지를 판정하고,

    상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹이 단일의 장치를 포함하는 경우, 상기 제1 무선 장치의 인코딩 모드를 단일의 다른 무선 장치의 코딩 모드로 설정하고,

    상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹이 복수의 장치를 포함한다고 판정된 경우, 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹의 개별적인 수신기 디코딩 모드들이 동일한지를 판정하고, 상기 개별적인 수신기 디코딩 모드들이 동일하면, 상기 제1 무선 장치의 인코딩 모드를 상기 하나 이상의 다른 무선 장치들의 그룹의 코딩 모드로 설정하고, 동일하지 않으면, 복수의 인코딩 타입을 채용하도록 상기 제1 무선 장치의 인코딩 모드를 설정하는

    명령어들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 기록 매체.

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