(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のメッセージシンボル（１２，１２′）の無線伝送のための方法であって、
ＵＷＢ送信器（３６）によって、パルス位相変調された送信信号（ｓ）が送信され、前記送信信号（ｓ）は、分離した複数のパルス（１４，１４′）を含み、前記分離した複数のパルス（１４，１４′）の各々は、タイムパターン（１６）に対して時間オフセット（２０）を有し、前記時間オフセット（２０）は、前記複数のパルス（１４，１４′）が表すメッセージシンボル（１２，１２′）に依存しており、さらに全体として前記送信信号（ｓ）が、複数の周波数ライン（３０，３２）を有する線スペクトル（Ｓ）を備え、前記送信信号（ｓ）が受信器（Ｒ）によって受信される、方法において、
前記受信器（Ｒ）により、
−前記線スペクトル（Ｓ）の変調された周波数ライン（２８）から狭帯域信号が得られ、前記狭帯域信号は、全体として、前記タイムパターン（１６）のパターン周波数（ｆｒｅｐ）の二倍よりも小さい大きさに相当する帯域幅（Ｄ）を含み、
−所定の時点において、前記狭帯域信号の位相（Ｆ（ｎ，ｔ））が求められ、
−前記求められた各位相（Ｆ（ｎ，ｔ））は、複数の所定のメッセージシンボル（１２，１２′）の１つに対応付けられるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記受信器（Ｒ）により、前記位相（Ｆ（ｎ，ｔ））を求めるために、前記狭帯域信号がベースバンド（ＢＢ）に復調される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記変調された周波数ライン（２８）からの狭帯域信号が評価される、前記変調された周波数ライン（２８）の中心周波数（３４）は、前記パターン周波数（ｆｒｅｐ）の奇数倍である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
単一のメッセージシンボル（１２，１２′）を送信するために、前記タイムパターン（１６）内で同じ時間シフト（２０）を有している複数のパルス（１４，１４′）が、前記ＵＷＢ送信器（３６）によって生成される、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ＵＷＢ送信器（３６）により、単一のメッセージシンボル（１２，１２′）が、符号化された所定のパルスシーケンス（５６）として送信される、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記線スペクトル（Ｓ）のさらなる周波数ライン（３２）の正弦波信号から前記狭帯域信号の位相を求めるために、基準位相（Ｆ（ｎ＋１，ｔ））を有する基準信号が前記受信器（Ｒ）により生成される、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記さらなる周波数ライン（３２）の周波数は、パターン周波数（ｆｒｅｐ）の偶数倍である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記受信器（Ｒ）により、まず、前記線スペクトル（Ｓ）の複数の変調された周波数ライン（２８）が信号品質に関して、特に信号対雑音比に関しておよび／または信号電力に関して検査され、かつ前記複数の変調された周波数ライン（２８）から、信号品質が所定の閾値を超えている一つが、前記変調された周波数ライン（２８）として選択される、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記線スペクトル（Ｓ）の少なくとも１つのさらなる変調された周波数ライン（２８）の狭帯域信号の１つの位相を前述したように求め、
そこからそれぞれ１つのさらなるメッセージシンボル（１２，１２′）を再構成し、全ての再構成されたメッセージシンボル（１２，１２′）から１つのメッセージシンボルを、送信されたメッセージシンボル（１２，１２′）として確定する、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
複数のメッセージシンボル（１２，１２′）の無線伝送のためのシステムであって、
前記複数のメッセージシンボル（１２，１２′）からパルス位相変調を用いて広帯域送信信号（ｓ）を生成するためにＵＷＢ送信器（３６）が設けられており、
前記ＵＷＢ送信器（３６）によって、パルス位相変調された送信信号（ｓ）が送信され、前記送信信号（ｓ）は、分離した複数のパルス（１４，１４′）を含み、前記分離した複数のパルス（１４，１４′）の各々は、タイムパターン（１６）に対して時間オフセット（２０）を有し、前記時間オフセット（２０）は、前記複数のパルス（１４，１４′）が表すメッセージシンボル（１２，１２′）に依存している、
システムにおいて、
前記送信信号（ｓ）を受信して、前記受信した前記送信信号（ｓ）から複数のメッセージシンボル（１２，１２′）を再構成するために受信器（Ｒ）が設けられており、
前記受信器（Ｒ）は、
前記広帯域送信信号（ｓ）の線スペクトル（Ｓ）の変調された周波数ライン（２８）から、その帯域幅（Ｄ）が、パルス位相変調のタイムパターン（１６）のパターン周波数（ｆｒｅｐ）の二倍よりも小さい大きさに相当する狭帯域信号を獲得し、
所定の時点において前記狭帯域信号のそれぞれ１つの位相（Ｆ（ｎ，ｔ））を求め、さらに、
前記位相を１つのメッセージシンボル（１２，１２′）に対応付ける、
ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムのための受信器（Ｒ）であって、
前記受信器（Ｒ）は、パルス位相変調された送信信号（ｓ）を受信し、前記受信した送信信号（ｓ）から複数のメッセージシンボル（１２，１２′）を再構成するように構成されており、前記送信信号（ｓ）は、パルス変調によって変調された複数の周波数ライン（３０，３２）を有する線スペクトル（Ｓ）を備えている、受信器（Ｒ）において、
前記受信器（Ｒ）は、次のように構成されている、すなわち、
−前記受信した送信信号（ｓ）から１つの狭帯域信号を獲得し、前記狭帯域信号は、前記送信信号（ｓ）の線スペクトル（Ｓ）の変調された周波数ライン（２８）を含み、かつ前記狭帯域信号の帯域幅（Ｄ）は、パルス位相変調のタイムパターン（１６）のパターン周波数（ｆｒｅｐ）の二倍よりも小さい大きさに相当するものであり、
−所定の時点において前記狭帯域信号のそれぞれ１つの位相（Ｆ（ｎ，ｔ））を求め、
−前記線スペクトル（Ｓ）の別の周波数ライン（３２）の正弦波信号から基準位相（Ｆ（ｎ＋１，ｔ））を形成し、
−前記求められた位相（Ｆ（ｎ，ｔ））を、前記基準位相（Ｆ（ｎ＋１，ｔ））と比較し、それによって前記狭帯域信号の正弦波信号に対する位相シフトのための位相差値を求め、さらに、
−前記位相差値を、複数の所定のメッセージシンボル（１２，１２′）のうちの１つに対応付ける、
ように構成されていることを特徴とする受信器（Ｒ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域送信信号としてＵＷＢ送信器によって送信されるメッセージシンボルの無線伝送のための方法に関している。ＵＷＢ（ultra wide band）は、例えばＩＥＥＥ標準規格  ８０２．１５．４ａとしての形態においても定義されている、それ自体公知の超広帯域伝送のためのものであることが知られている。したがって、広帯域送信信号は、パルス位相変調ＰＰＭ（pulse position modulation）により生成され、そのため複数の変調された周波数ラインを有する線スペクトルを伴う。前記パルス位相変調は、その英語表記に合わせてパルス位置変調とも称される。本発明には、超広帯域伝送を用いた無線伝送のためのシステム及び該システムのための受信器も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
以下では、前記のパルス位相変調を、図１に基づいて詳細に説明する。ここには、ＵＷＢ送信器の制御信号ｓが時間軸ｔに亘ってプロットされている線図が示されており、該制御信号ｓによって、例えば電磁無線信号の生成のための発振器が制御可能である。このパルス位相変調のもとでは、ＵＷＢ送信器によって、複数のメッセージシンボル１２，１２′のシーケンス１０が、複数のパルスまたはインパルス１４，１４′のシーケンスで表されていてもよく、それらは所定の送信パターンまたはタイムパターン１６内で時間的にずらされて送信され得る。この場合各パルス１４，１４′の時間的なずれは、そのつどのメッセージシンボル１２に依存しており、これはパルス１４，１４′によって表される。例えば、二進信号が伝送されるならば、送信器の生じ得るメッセージシンボルの所謂アルファベットは、メッセージシンボル「０」（図１中符号１２が付されている）と、（符号１２′が付されている）メッセージシンボル「１」とからなる。一連の「０」および「１」を伝送するために、パルス１４がそれぞれメッセージシンボル「０」のために、タイムパターン１６と一致する所定の時点で送信される。メッセージシンボル「１」は、それとは異なり、それぞれ、図１においてシフト２０によって表されているように、パターン持続時間２２の半分の時間分だけシフトされて送信されるパルス１４′によって表される。このタイムパターン１６によって、搬送周波数またはパターン周波数ｆｒｅｐが定められ、その逆数値１／ｆｒｅｐはパターン持続時間２２に相応し、これは例えばスクランブリングなどの付加的符号化手段が何も用いられない場合に、同じメッセージシンボル１２，１２′の２つの順次連続するパルス１４，１４′を送信するために使用される。メッセージシンボル「１」に対する時間的なシフト２０も、同じように１／（２ｆｒｅｐ）に相応する。個々のパルスの時間信号は、それぞれ例えば所定の幅を有する矩形パルスかまたは（図１の例のような）その他の形状のパルス１４，１４′であってもよい。本来の電磁送信信号は、例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波な周波数領域への変調周によってシフトされてもよい。但しこのことは、本発明の説明に関連するものではない。
【０００３】
前述したパルスベースの伝送は、省エネ及び低コストな解決手段が要される用途向けのものである。例えば、この伝送は、ワイヤレスセンサーを極僅かなエネルギーコストで動作させることが可能である。比較的狭幅で広帯域なパルスの使用は、より堅牢なデータ伝送を可能にする。なぜなら、マルチパス伝搬（フェージング）による相殺作用が狭帯域伝送技術の場合よりも遙かに少ない悪影響しか及ぼさないからである。
【０００４】
パルスベースのＵＷＢ通信の欠点は、いずれにせよ、受信側で、比較的複雑な受信回路が必要になることである。そこでは、個々のパルス信号毎に相関受信器が必要になり、これは個々のパルスの識別と、それらのタイムパターン内の位置を認識するのに用いられる。但しそれは回路技術的に非常に高価で複雑なものである。例えば、ＵＳ２００５／０２５４５５３  Ａ１公報からは、超広帯域システムのための直交パルス極性変調のための方法が開示されており、ＵＳ２００５／０１７５０６８  Ａ１公報からは、複数のスペクトルラインの消去および超広帯域伝送信号の電力スペクトル密度の形成のための方法が開示されている。
【０００５】
本発明の課題は、回路技術的に簡単に実現することができるＵＷＢ通信装置を提供することにある。
【０００６】
前記課題は、請求項１に記載の方法、請求項１０に記載のシステム、および請求項１１に記載の受信器によって解決される。本発明の有利な改善例は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
それによれば、本発明による方法は、ＵＷＢ送信器を用いたメッセージシンボルの無線伝送に基づいており、前記ＵＷＢ送信器は、これらのメッセージシンボルから冒頭に述べたような形式のパルス位相変調を用いて広帯域送信信号を生成する。この場合の本発明にとって重要な観点は、そのような送信信号が複数の周波数ラインを有する線スペクトルを備えていることである。というのも、パターン周波数でもって周期的に送信された一連のパルスは、１つの線スペクトルを有するからである。ただタイムパターン内の個々のパルスの生じ得る時間的なシフトのために（例えばパターン持続時間の半分に相当する時間的シフト）、完璧な周期的信号は生じない。本発明の基礎となる重要な知見は、ここでは、パルス位置変調の広帯域送信信号のスペクトルも、さらに線スペクトルを有することである。この場合に時間的なシフトにより、等距離パルスシーケンスのスペクトルと比較して、周波数ラインのいくつかがパルス位相変調によって変化する。変調されない線スペクトルに比べ位相変調により変化する各周波数ラインは、変調された周波数ラインと称される。使用されるパルス位相変調のタイプに応じて、これらの周波数ラインは、拡張されるかまたは複数の小さな周波数ラインからなるグループに分割される。
【０００８】
本発明による方法によれば、送信されたメッセージシンボルの識別のために送信信号からは、受信器によって再びパルスシーケンスのタイミング信号が再構成されることはない。これは、送信信号が帯域幅全体で処理されることを意味する。その代わりに、送信信号は、変調された周波数ラインの一つから、狭帯域な信号だけを獲得する受信器によって受信される。この狭帯域な信号は、全体として、ＵＷＢ送信器のパルス位相変調に基づくタイムパターンのパターン周波数の２倍のものよりも少ない帯域幅を含む。この帯域幅は、ここでは狭帯域と称する。狭帯域信号のスペクトル幅は、パターン周波数の１０倍以上にもなり得る送信信号の全帯域幅よりも格段に小さいものである。それに応じて、ここでの「広帯域」とは、パターン周波数の少なくとも５倍に等しいスペクトル領域であることを理解されたい。
【０００９】
メッセージシンボルの送信されたシーケンスの再構成のために、狭帯域信号からは所定の時点で、受信器によって狭帯域信号の位相が求められる。その都度求められた位相は、その後送信器のアルファベットの所定の複数のメッセージシンボルから１つに対応付けられる。
【００１０】
本発明は、狭帯域信号の処理できる唯一つの受信器しか提供しなくてもよいという利点を有する。そのような受信器は、全ての広帯域送信信号を処理できる受信器よりも回路技術的に非常に簡単に実現することが可能である。特に、本発明による方法の実施に適した受信器は、ＰＳＫ（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）信号用の受信器から、必要に応じて極僅かな回路技術的変更によって形成することが可能である。有利には、ＰＳＫ受信器が使用される。この関係において、本発明には、広帯域なＵＷＢ送信信号からのメッセージシンボルの獲得のために、狭帯域ＰＳＫ受信器の使用も含まれる。
【００１１】
本発明は、本明細書においては以下の知見に基づいている。すなわち、送信信号のパルスシーケンスにおいて、個々のパルスが可変の時間ずれと共に送信されるならば、線スペクトルにおいて規則的なスペクトル間隔で繰り返される複数の周波数ラインを有する線スペクトルが生成されることである。そのような変調された周波数ラインの受信に重要な成分のスペクトル帯域幅は、２×ｆｒｅｑまでなり得る。このｆｒｅｑは、前述のパターン周波数を表す。メッセージシンボルの信頼できる識別のためには、そのような変調された単一の周波数ラインを監視するだけで十分であることが見出された。そのような変調された周波数ラインの狭帯域な時間信号は、少なくとも部分的に正弦波状の信号であり、この信号は、所定の位置において位相変化を有する。この狭帯域信号は、例えばバンドパスフィルタを用いて、送信信号から分離させることが可能である。
【００１２】
有利には、前記狭帯域信号は、最初に受信器によって位相の確認のためにベースバンドに復調される。送信信号の下方変調の後では、狭帯域信号の分離のためにローパスフィルタが使用されてもよい。その他にも狭帯域信号のデジタル処理が可能である。
【００１３】
適切な変調された周波数ラインが送信信号のスペクトル内に存在する箇所は、既知のパターン周波数と既知の変調方式とから推論することができる。この方法の一実施形態によれば、その中心周波数が送信器パターンのパターン周波数の奇数倍である、変調された周波数ラインの狭帯域信号が評価される。それにより、１／２パターン持続時間分のシフトによって相互に区別される二進アルファベットのメッセージシンボルを識別することが可能となる。
【００１４】
単一のメッセージシンボルの送信のために、ＵＷＢ送信器によって、順次連続する複数のパルスも生成され得る。それらは、パルス位相変調のタイムパターン内で同じ時間シフトを有する（多重送信）。さらに、結果として得られた送信信号は、受信器によって正確に評価することができる。これにより、メッセージシンボルの識別は、冗長性によって堅牢となり、また変調された周波数ラインのスペクトル幅も、各メッセージシンボル毎に１つだけのパルスしか有さない送信信号の場合よりも小さくなるという利点が得られる。
【００１５】
狭帯域信号の帯域幅がクリティカルでない場合には、ＵＷＢ送信器によって単一のメッセージシンボルも、所定のパルスシーケンスとして符号化されて送信することができるようになる。またこれにより、ノイズ信号に対して堅牢な伝送を達成することができる。本発明による方法は、ここでは有利な方法で、そのようなパルススクランブリングとも互換性がある。
【００１６】
さらなる利点は、基準信号も受信器によって送信信号から得られる場合に生じる。基準信号の位相は、狭帯域信号を用いて、単一パルスを識別するだけでなく、それらの送信器のタイムパターン内の時間的絶対位置を識別するためにも基準位相として必要である。この基準信号は、有利には、ラインスペクトルのさらなる（変調されていない）周波数ラインからの正弦波信号から得られる。この方法の実施形態は、次のような知見を利用している。すなわち必ずしも全ての周波数ラインが、パルス位相変調によって悪影響を受けるわけではないことである。いくつかの周波数ラインは、不変のまま維持される。メッセージシンボルがどのような順序で送信されるかはこの際関係ない。従って、これらの周波数ラインからは、基準位相の準備のために基準信号が得られる。二進アルファベットと、１／２パターン持続時間のシフトとを伴う上述の伝送変化例のもとでは、さらなる周波数ラインの周波数は、有利には、ＵＷＢ送信器のパルス位相変調のタイムパターンによって規定されるパターン周波数の偶数倍となる。他の送信モードに対しては、適切な周波数ラインを見つけるために、例えば送信信号のスペクトル分析が用いられてもよい。
【００１７】
この関係において本発明は、送信信号を受信し、受信した送信信号からメッセージシンボルを再構成するように構成されている受信器も含んでいる。この受信器はさらに、受信した送信信号から狭帯域の送信信号が得られるように構成されており、この信号は、送信信号の線スペクトルの変調された周波数ラインに相応し、その帯域幅は、パターン周波数の二倍未満に相応する。さらに前記受信器は、予め定めた時点で、前記狭帯域信号のそれぞれ１つの位相を求め、線スペクトルのさらなる（非変調）周波数ラインの正弦波信号から１つの基準位相を形成するように構成されている。さらに前記受信器は、検出された位相を前記基準位相と比較し、これによって正弦波信号に関する前記狭帯域信号の位相シフトのための値を求め、この求められた値を、所定の複数のメッセージシンボルの１つに対応付けるために、さらなる手段を有している。受信器の回路技術的な実施ないしはデジタル的な実施においては、従来技術からそれ自体公知の変化実施例を用いることも可能である。基準信号とそれの基準位相の獲得のために、例えば変調された搬送波の復調のための基準信号として搬送波信号を獲得する方法を用いることも可能である。狭帯域信号の獲得、その位相の検出、およびメッセージシンボルへの位相差値の対応付けは、ＰＳＫ復調方式に従って実施することができる。
【００１８】
基本的に本発明による方法では、狭帯域信号の獲得に対して、線スペクトルの複数の変調された周波数ラインが重要となる。このことを有効利用するために、当該方法の実施形態によれば、受信器によってまず、線スペクトルの複数の変調された周波数ラインが、信号品質に関して、特に信号対雑音比および／または信号電力に関して検査される。使用すべき変調された周波数ラインは、これらの複数の変調された周波数ラインから信号品質が所定の閾値を上回っている変調された周波数ラインが選択される。そのため、干渉源に対して柔軟に対応することが可能である。これと全く同じ手順は、正弦波基準信号を獲得するための変調されていない周波数ラインの適切な決定の際にも用いられる。
【００１９】
有利には、送信信号の平行した同時評価のために複数の変調された周波数ラインを使用することも可能である。この目的のために、本発明の方法の有利な実施形態によれば、線スペクトルのさらなる変調された周波数ラインの少なくとも１つの狭帯域信号の１つの位相が前述した方式で評価され、そこからそれぞれ１つのさらなるメッセージアイコンが再構成される。すべての再構成されたメッセージシンボルからは、送信されたメッセージシンボルの１つが決定される。例えば三つ以上の周波数ラインが評価されるならば、適切なメッセージシンボルについて、多数決で決定することができる。
【００２０】
既に述べたように、本発明には、メッセージシンボルの無線伝送のためのシステムも含まれており、このシステムでは、ＵＷＢ送信器が、メッセージシンボルからパルス位置変調またはパルス位相変調を用いて広帯域送信信号を生成するために設けられている。送信信号の受信と、受信した送信信号からのメッセージシンボルの再構成のために、受信器が設けられており、該受信器は、広帯域送信信号の線スペクトルの変調された周波数ラインから、狭帯域信号を求めるように構成され、その帯域幅は、パルス位相変調のタイムパターンのパターン周波数の２倍の周波数未満に相応し、所定の時点において、狭帯域信号のそれぞれ１つの位相が求められ、所定の対応付け規則に従って、所定の複数のメッセージシンボルからの１つに対応付けられる。前記時点は、この場合送信器のタイムパターンから生じる。このシステムは、本発明による方法の実施が可能である。このシステムの受信器を実現するために、基本的にはＰＳＫ信号用の受信器の構成を用いることが可能である。
【００２１】
本発明には、前述してきた本発明による受信器及び本発明によるシステムにおいて、既に本発明による方法の改善例に関連して説明してきた特徴を有している改善構成例も含まれている。この理由から、本発明による受信器とシステムの相応の改善例については、ここでの再度の説明は省略する。
【００２２】
以下では、具体的な実施例に基づいて本発明を再度詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＵＷＢ送信器の発振器の制御のためのパルスシーケンスを示す図
【図２】ＵＷＢ送信器の送信信号の線スペクトルを示した図
【図３】図２の線スペクトルを説明するための三相図、
【図４】本発明によるシステムの好適な実施形態の送信装置の基本構成を示すブロック図
【図５】本発明による受信器の好適な実施形態の基本構成を示すブロック図
【００２４】
以下に説明する例では、前記システムの構成要素がそれぞれ本発明の互いに独立した考慮されるべき個々の特徴を表し、これらの特徴は、本発明をそれぞれ互いに独立して更に発展させられるので、それらは個別に、あるいは本発明の構成要素として示された別の組み合わせでの対処が可能である。さらに前述した上記実施形態は、本発明の既述のさらに別の特徴によって補うことも可能である。
【００２５】
図２の上方の線図には、ＵＷＢ送信器が、パターン持続時間１／ｆｒｅｐのタイムパターンで、各時間信号ないしパルス信号ｐ（ｔ）と共に複数のパルスを発したときの、ＵＷＢ送信器の送信信号の線スペクトルＳの絶対値｜Ｓ｜が、周波数ｆに亘ってプロットされている。換言すれば、ここでは複数のパルスが、１／ｆｒｅｐの同じ時間間隔で送信されており、すなわち繰返しレートｆｒｅｐで送信されている。従ってこれらのパルスは等距離にある。線スペクトルＳは、複数の周波数ライン２４を有している。なお、図２中では見易さの理由からそれらのうちのいくつかにのみ参照符号を付している。線スペクトルＳの全帯域幅２６は、例えば１ＧＨｚである。
【００２６】
線スペクトルＳは、パルスシーケンスの時間信号ｓ（ｔ）のスペクトルである。この時間信号は以下のように記述が可能であり、
【数１】
0006033427.tif 000002
但し、前記ｄ（）はディラックパルス、πは数値Ｐｉ、シンボル＊は畳み込み演算を表す。総和インデックスｋは、理論的にすべての自然数を含み得る。ｓ（ｔ）は、送信された信号を記述している。結果は、周期性ｆｒｅｐを有するインパルスコムを伴う単一パルス信号ｐ（ｔ）の畳み込みから得られる。信号を周波数領域で考慮するならば、線スペクトルＳが得られ、この線スペクトルの各ラインは、互いに間隔ｆｒｅｐをおいて存在する。
【００２７】
それとは対照的に、スペクトルの位置及び形状は、スペクトル形状Ｐ（ｗ）と、パルス信号ｐ（ｔ）の周波数とによって定められ、
【数２】
0006033427.tif 000003
但し、ｗ＝２πｆは角周波数である。総和インデックスｌは、理論的に全ての整数を含み得る。
【００２８】
従って、狭帯域受信器の観点から見れば、異なる搬送周波数のもとで狭帯域な正弦波信号成分が存在し、
【数３】
0006033427.tif 000004
但し、ｅｘｐ（）は指数関数、ｊは、虚数単位ｊ2＝−１である。
【００２９】
ＰＰＭ変調信号の場合には、ＲＦ搬送波の位相が常に繰返しレートの位相の整数倍の関係にあるため、スペクトルＳに対して、いくつかの正弦波搬送波信号中の位相も変更する必要性のあることがわかっている。パルスシーケンスの位置を変更するならば、正弦波搬送波周波数の位相位置も変化する。
【００３０】
図２の下方の線図には、ＵＷＢ送信器が、タイムパターンに対してパルス位相変調を用いて、異なるメッセージシンボルのシーケンスを伝送するためのパルスをシフトさせるときの線スペクトルＳの具体例が示されている。当該実施例では、二進アルファベット（メッセージシンボルの「０」と「１」）と、メッセージシンボルの１つに対する１／２パターン持続時間のシフトとが基礎となる。
【００３１】
スペクトルＳは、複数の変調された周波数ライン２８を有しており、ここでもそれらのうちの一部にのみ参照符号が付されている。これらの変調された周波数ライン２８の各々は、ここで使用されるパルス位相変調方式のもとで、低減された振幅の個々の周波数ライン３０からなっており、つまり前記単一の周波数ライン２４が、ここではパルス位相変調によってそれぞれ、複数の周波数ライン３０からなるグループに分割されている。変調された周波数ライン２８は、スペクトル的に不鮮明に拡張された周波数ライン２４であってもよい。それとは対照的に、スペクトルＳの他の周波数ライン３２は、パルス位相変調によって変更されない。この変更されない周波数ライン３２は、パルス位相変調のタイムパターンのパターン周波数ｆｒｅｑの偶数倍に相当する周波数を有している。変調された周波数ライン２８の中心周波数３４は、パターン周波数ｆｒｅｑの奇数倍に相当する。変調された周波数ライン２８の複数の比較的小さな周波数ライン３０からなる各グループの帯域幅Ｄは、パターン周波数ｆｒｅｐの２倍の大きさよりは小さい。図２では、これらの全ての関係が奇数に相当する係数ｎの付与によって明らかにされている。
【００３２】
図３は、変調された周波数ライン２８の形成を示している。上段の線図には、タイムパターンに対してシフトされた単一のパルス信号ｐ（ｔ）の基準繰返しレートでの正弦波信号成分の位相位置Ｆ（１，ｔ）が時間軸ｔに亘って示されている。搬送周波数の奇数倍（ｎ×ｆｒｅｐ）の狭帯域正弦波信号成分の位相Ｆ（ｎ，ｔ）は、変調されており、それに対して、パルス繰返しレートｆｒｅｑの偶数倍（ｎ＋１）の搬送波は、変調されないまま維持され、すなわち位相Ｆ（ｎ＋１，１）は、パルスシフトによって影響を受けない。それにより、位相の時間経過Ｆ（ｎ＋１，ｔ）は、基準位相として使用することができる。位相の経過Ｆ（ｎ，ｔ）と、位相の経過Ｆ（ｎ＋１，ｔ）との比較は、送信器のタイムパターンに対してずれを有しているパルスがいつ送信されたかを示している。
【００３３】
それ故ＰＰＭは、パルス繰返しレートｆｒｅｐの奇数倍の搬送波のためにＰＳＫ変調に変換可能である。したがって、原理的には、送信されたＵＷＢパルス信号のＰＳＫ受信器に対応する受信器アーキテクチャで受信される。
【００３４】
データ伝送に対しては、２つのＰＰＭ位置の間で切り替えられる。この切り替えは、受信器帯域幅を超えないように行う必要がある。このことは、シンボルを表するために、複数の「シフトされた」パルスが順次連続して送信されなければならないという結果に結びつく。この方法を用いれば、一方では、変調帯域幅が減少し、他方では、受信器端末側での処理上の利益が増加する。
【００３５】
データ伝送にさらなるロバスト性を与えるために、シンボルには符号化が含まれていてもよい。
【００３６】
送信器として可能な具体例は、図４に示されている。この具体例は、基本的には２つのブロックで構成されている。まず、対応する送信周波数が生成され、それはデジタル方式で行われ、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＣＰＬＤ（複合型プログラマブル論理回路）で実施可能である。このシーケンスＳＱは、インパルス発生器３６を制御する。コヒーレントなＲＦパルス３８を生成するための様々な方法が存在する。図示されている回路は、ＲＦ発振器４２を駆動するＤＣ発生器４０（ＤＣ−直流電圧信号）に関連している。ＲＦ発振器は、パルスｐ（ｔ）を受信すると常に同位相で立ち上がる（コヒーレントな立ち上がり）。このアーキテクチャは、少ないコンポーネントしか必要とせず、ＲＦパルス３８の設定可能な位置を可能にする。上記のコヒーレントな立ち上がりによれば、変調された周波数ライン２８が、個々のパルスの搬送波信号の位相差によって歪むことが回避される。さらなる周波数ライン３２の不所望な変調も回避される。
【００３７】
図５には、受信器Ｒとして可能なアーキテクチャが示されている。アンテナ４４を介して受信した送信信号ｓ（ｔ）の増幅器４６による入力側での増幅の後では、ミクサ４８による中間周波数帯域ＺＦへの逓減が行われる。その後、逓減された信号は、さらなるアナログ回路５０によってフィルタリングされ、増幅される。さらにアナログ−デジタル変換器５２を用いてデジタル化され、デジタルミクサ５４を用いてデジタル方式でベースバンドＢＢに逓減される。図５に示した受信器の実現の一例として、ミクサ回路周波数ｗ０およびｗ１の生成のために、ＤＤＳ（direct digital synthesis）−ＰＬＬ（phase locked loop）アーキテクチャを基礎としてもよい。しかしながら、原則としては、所要の搬送波周波数を生成するために任意の他の変化実施例も可能である。特に有利には、さらに、周波数ライン３２の偶数倍が求められ、評価される。それにより、信号のコヒーレントな受信が実現され得る。
【００３８】
ＰＳＫ信号の受信をより堅牢にするために、様々な手段が存在する。一方では、シフトされるパルスの数をメッセージシンボル毎に増加させることが可能である。また他方では、データ伝送のために、例えば各パルス毎のサンプルシーケンス５６を用いることによって、長さに応じた付加的な処理利得を提供する符号化が利用可能となる。このサンプルシーケンス５６は、その後デジタル方式で、乗算器６０と積分器６２とからなる相関器５８を用いて、ベースバンド信号と比較される。決定器６４は、どの時点で完全なサンプルシーケンス５６が識別されたかを示す。タイムパターンとの比較は、サンプルシーケンス５６に基づくパルスを、メッセージシンボルのうちの１つ（「０」または「１」）に対応付けられることを可能にする。
【００３９】
相関器５８の代わりに、例えば位相プロファイルＦ（ｎ，ｔ）をダイレクトに再構成するその他の信号評価が行われてもよい。これについては、従来技術から多くの解決手段、例えばＰＳＫ復調などが提供可能である。
【００４０】
前記評価はまた複数の周波数のもとでも実施することが可能なので、システムのロバスト性をさらに付加的に向上させることができる。複数の周波数ラインの同時伝送を提供するさらなる手段は、伝送された信号から最良に適した周波数ラインの選択を可能にする。そのため、狭帯域な干渉源が起きないようにすること、あるいは打ち消し作用の回避を可能にする。
【００４１】
本発明は、送信側でのＵＷＢパルスシステムの利点と、受信側でのＰＳＫ受信器の利点とを、相互に結び付けられる利点を有している。この送信器は、ＰＰＭを用いて生成される適切なパルスシーケンスへ散在させるコヒーレントな立ち上がりのパルス発振器で構成するだけでよい。したがって、ＲＦ信号をコストをかけて生成する必要はない。一方受信器は、パルス信号のための相関受信器は必要なく、むしろＰＳＫ受信器アーキテクチャのみを必要とする。さらに本発明による方法によって得られる利点は、偶数回繰り返される周波数ライン３２が搬送波情報を提供し、それによってコヒーレントな受信のための複雑な搬送波の回復が不要になることである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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