(57)【要約】  差動位相変調マルチ・バンド高速データ・ストリームを搬送するための方法、差動位相変調マルチ・バンド高速データ・ストリームを受信するためのレシーバ、および差動位相変調マルチ・バンド高速データ・ストリームを含む信号が提供される。好ましい実施形態は、各帯域が、約５００ＭＨｚから１ＧＨｚに及ぶマルチ・バンドＵＷＢ信号を対象としている。かかる各帯域内において、Π／２すなわち９０Ｅに設定された差を有する２パルス・デュープレットを含む、本発明の柔軟な変調スキームが使用される。この変調スキームは、これらのサブバンド・チャネル状態に対する、このデータ・レートの適応を可能にする。各帯域内において、時刻、振幅、および位相変調が使用される。さらに、疑似ランダム周波数シーケンスを使用して、マルチ・ユーザ干渉の十分な低減が実現される。
2007507964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速デジタル・データ・ストリームを搬送する方法であって、
前記データ・ストリームのビットごとに第１および第２のパルスを有する２パルス・デュープレットへと前記データ・ストリームを符号化するステップと、
アンテナを介して、搬送波のない、前記デュープレットを含む超広帯域信号を伝送するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記符号化するステップが、前記第１のパルスと前記第２のパルスとの間の位相差をΠ／２に設定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記符号化するステップが、
第１のサブパルス・タイム・スロット中に１ビットについてのｃｏｓ（ｗｔ）を符号化し、次いで第２のサブパルス・タイム・スロット中にｓｉｎ（ｗｔ）信号を符号化するステップと、
第１のサブパルス・タイム中にｓｉｎ（ｗｔ）を符号化し、次いで第２のサブパルス・タイム・スロット中にｃｏｓ（ｗｔ）を符号化するステップと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記符号化するステップが、パルス位置変調およびマルチ・バンド変調のうちの少なくとも一方と前記符号化を組み合わせるステップと、
各帯域内において、時刻、振幅、および位相変調のうちの少なくとも１つを使用するステップと
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
疑似ランダム周波数シーケンスを使用して、マルチ・ユーザ干渉の十分な低減を実現するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
非コヒーレント・レシーバを用いて前記搬送波のない超広帯域信号を受信するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記受信された搬送波のない超広帯域信号に含まれる前記２パルス・デュープレットから前記高速デジタル・データ・ストリームをビット・ストリームへと復号化するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
データ・ストリームの各ビットを表す２パルス・デュープレットを含み、
ビデオ、オーディオ、テキスト、イメージ、およびデータからなる群から選択される少なくとも１つのデータ型と、
それぞれ、第１のパルスと第２のパルスとの間にΠ／２の位相差を有する前記第１のパルスと前記第２のパルスとを有する前記２パルス・デュープレットと
を含む、搬送波のない超広帯域信号の形で実施される高速デジタル・データ・ストリーム。
【請求項９】
前記信号が、ビデオ装置、オーディオ装置、センサ、警報器、コンピュータ、オーディオ・ビジュアル装置、および娯楽システムからなる群から選択される少なくとも１つのデバイスを制御する、請求項８に記載の搬送波のない超広帯域信号の形で実施される高速デジタル・データ・ストリーム。
【請求項１０】
データ・ストリームの各ビットを表す２パルス・デュープレットを含み、
ネットワークの無線ノードへの、またはネットワークの無線ノードからのネットワーク・トラフィックを含み、前記２パルス・デュープレットはそれぞれ、第１のパルスと第２のパルスとの間にΠ／２の位相差を有する前記第１のパルスと前記第２のパルスとを有する、搬送波のない超広帯域信号の形で実施される高速デジタル・データ・ストリーム。
【請求項１１】
請求項２に記載の方法を使用して搬送され、高速デジタル・データ・ストリームの各ビットを表す２パルス・デュープレットを含む、搬送波のない超広帯域信号を受信するアンテナと、
前記受信される信号にフィルタをかける広帯域の帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタに結合され、前記フィルタをかけられた信号を増幅する低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）と、
前記ＬＮＡによって出力される信号を適切なレベルまで増幅させること、および減衰させることのうちの一方を実施する利得ユニットと、
局所的に自走する正弦波波形を生成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）のバンクと、
前記利得ユニットの出力に前記正弦波波形を乗算して、ミキシングされた波形をもたらすミキサと、
結果のミキシングされた波形を通過させて低域通過信号を生成する低域通過フィルタと、
前記低域通過信号の各２パルス・デュープレットを、前記低域通過信号の位相を介して伝送されるビットごとに１つのパルスに変換する復調器と
を備える非コヒーレント・レシーバ。
【請求項１２】
前記受信された信号が、パルス位置変調（ＰＰＭ）を使用した信号で符号化された、パルス当たりの追加ビットをさらに含む、請求項１１に記載のレシーバ。
【請求項１３】
前記復調器が、各２パルス・デュープレットを、周波数ミスマッチおよび位相ミスマッチと独立な１つのパルスに変換する、請求項１１に記載のレシーバ。
【請求項１４】
前記搬送波のない広帯域信号が、マルチ・バンド信号であり、
前記受信された搬送波のない広帯域信号の予想される中心周波数が、前もって知られ、
前記ＶＣＯの周波数が、前記受信された搬送波のない広帯域信号の周波数に等しく設定される、請求項１１に記載のレシーバ。
【請求項１５】
前記受信された搬送波のない広帯域信号の周波数シーケンスが、（１）プリアンブル、および（２）短期間の知られているリファレンス・シーケンスのうちの一方の伝送によって確立される、請求項１４に記載のレシーバ。
【請求項１６】
ＲＡＫＥレシーバ、および前記受信された信号を処理し、非コヒーレント信号の出力と組み合わされて、高速データ信号の各ビットを生成する信号を出力する等化に基づいたレシーバのうちの少なくとも一方をさらに含む、請求項１５に記載のレシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＷＰＡＮ（wireless personal area network無線パーソナル・エリア・ネットワーク）のためのＵＷＢ（ultra wideband超広帯域）通信システムに関する。より詳細には、本発明は、ＷＰＡＮのための差動位相変調マルチ・バンドＵＷＢ通信システムと、その関連する復調システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢ通信システムに関するほとんどの実装形態および研究は、低データ・レート用途を対象としてきている。かかる低データ・レートＵＷＢシステムは、一般的に低パルス反復レートで設計される。その結果、このパルス振幅とパルス相互との間隔は大きくすることができる。これは、ＵＷＢのよく知られている利点、すなわちマルチパス干渉などの干渉に対する障害許容力をもたらす。
【０００３】
しかし、ＦＣＣ（Federal Communication Commission米国連邦通信委員会）によって定義されているように、ＵＷＢ信号は、２０％よりも大きな部分帯域を有し、または５００ＭＨｚよりも高いスペクトルを占めており、これは、ＵＷＢ信号が、同時に全体のスペクトルを占める非常に短いインパルスである必要がないことを意味している。ＵＷＢ信号は、複数の帯域を使用して、情報を並列に符号化することができ、その結果、情報は、これらの異なる帯域中で独立に符号化される。この符号化プロセスは、比較的低い信号レートで実現される非常に高ビット・レートのシステムをもたらす。
【０００４】
すべてのシステムは、次式のチャネル容量によって束縛される。
Ｃ＝Ｂｌｏｇ２（１＋Ｓ／Ｎ）
式中で、
Ｃ＝最大チャネル容量（ビット／秒）
Ｂ＝チャネル帯域幅（Ｈｚ）
Ｓ＝信号電力（ワット）
Ｎ＝ノイズ電力（ワット）
であり、チャネル容量の上限は、使用可能な合計帯域幅Ｂと共に線形に増大するようになっている。したがって、２ＧＨｚ以上を占めるＵＷＢシステムは、帯域幅によって、より制約されたシステムに比べて、拡張のためのより大きな余地を有し、将来の高容量の無線システムをサポートするための大きな可能性を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチメディア・ビデオ配信ネットワークなどのＵＷＢ技術の新しい用途は、例えば１００Ｍｂｐｓから５００Ｍｂｐｓの高データ・レート・システムを必要とする。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ブルートゥース（Bluetooth）、ＩＥＥＥ８０２１１ａおよびＵＷＢを比較した一研究は、ＵＷＢの空間容量は、他のすべてを数桁の大きさだけ上回っていることを見出しており、図１を参照されたい。しかし、かかる高データ・レート・システムを実現するための従来のＵＷＢ技法は、高いパルス反復レートを必要とし、連続したパルス間の間隔を減少させる可能性が高い。この減少は、マルチパス干渉を受ける傾向がある従来のＵＷＢシステムをもたらす。
【０００６】
より高いデータ・レートをサポートするのに加えて、将来のＵＷＢシステムはまた、これらのＵＷＢシステムが狭帯域システムを有利に完備することになる場合に、低コストである必要もある。ＵＷＢレシーバが低コストでなければならないと仮定すると、変調技法が、研究の対象になる。コヒーレント・レシーバを必要とする変調技法の使用は、低コスト実装形態をもたらさない。これについての主な理由は、コヒーレント・レシーバは、この受信される波形に対して位相／周波数がコヒーレントであるローカル・リファレンス信号を生成できるようにするために、高度な回路（ロジック）を必要とすることにある。さらに、かかるコヒーレント・レシーバの性能は、マルチパス／チャネル・ノイズ誘導位相ミスマッチからの悪影響を受ける。
【０００７】
よくある設計目標は、ＵＷＢ変調システムが非コヒーレント・レシーバを用いて復調されることである。たとえかかる非コヒーレント・レシーバの理論的性能が、そのコヒーレントな対応物の理論的性能よりも低いとしても、これら２つのレシーバの実際の実装形態の性能は、同じになる可能性もある。実際に、厳しいマルチパス干渉の場合には、これらの非コヒーレント・レシーバは、追加の位相／周波数またはマルチパスの緩和回路を必要とすることなく、これらのコヒーレントな対応物よりも良好に実施することさえできる。
【０００８】
ＷＥＢスペクトルのこの使用は、伝統的なインパルス無線に基づくのでなくて、複数帯域を使用することに基づいており、以下を含めて、すでに述べた利点以外の他のいくつかの具体的な利点を有する。すなわち、
・単一帯域設計よりも増大させられたスケーラビリティおよび適応性
・８０２．１１ａなどのシステムとの、より良好な共存特性
・さらに従来の無線設計技法を活用し、それによって実装リスクを低減させることを含んでいる。
【０００９】
さらに、単一帯域設計の複雑レベル、および電力消費レベルを維持することが、一方でこれらの利点を実現しながらも可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、位相変調ＵＷＢ信号、搬送方法およびレシーバを提供しており、好ましい実施形態においては、本発明は、各帯域が約５００ＭＨｚから１ＧＨｚに及ぶマルチ・バンドＵＷＢ信号を対象としている。かかる各帯域内において、Π／２すなわち９０Ｅに設定された差を有する２パルス・デュープレット（two-pulse duplet）を含む、本発明の柔軟な変調スキームが使用される。この変調スキームは、これらのサブバンド・チャネル状態に対する、このデータ・レートの適応を可能にする。各帯域内において、時刻、振幅、および位相変調が使用される。さらに、疑似ランダム周波数シーケンスを使用して、マルチ・ユーザ干渉の十分な低減が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の説明は、例証のために提供されるものであり、限定するために提供されるものではないことを、当業者には理解されたい。本発明の趣旨、および添付の特許請求の範囲内には多数の変形形態が存在することを当業者なら理解されよう。知られているファンクションおよびオペレーションの不必要な詳細については、本発明を分かりにくくしないようにするために、この現在の説明からは省略されることもある。
【００１２】
好ましい実施形態において、本発明は、複数の帯域を有する超広帯域通信システム、すなわちマルチ・バンド超広帯域通信システムのためのシステムおよび方法を提供している。これらの各帯域は、約５００ＭＨｚから１ＧＨｚに及ぶ。柔軟な変調スキームが、各帯域内における本発明の方法により実現される。
【００１３】
高速ＵＷＢ用途では、本発明の変調スキームは、パルスのデュープレット、すなわち伝送されるビットごとにパルス対の形態を取る。このパルスの第１の部分と、このパルスの第２の部分との間の位相差は、Π／２、すなわち９０°に設定される。図２は、本発明の変調スキームを示しており、ここで、例えばｄｎ＝１のときに、１のビット値を伝送するためには、ｃｏｓ（ｗｔ）信号２０１が、第１のサブパルス・タイム・スロット中に伝送され、次いで、ｓｉｎ（ｗｔ）信号２０２が、第２のサブパルス・タイム・スロット中に伝送される。ｄｎ＝０のときのビット０の伝送は、第１のサブパルス・タイム・スロット中において、ｓｉｎ（ｗｔ）の伝送の形態を取り、これには第２のサブパルス・タイム・スロット中におけるｃｏｓ（ｗｔ）の伝送が続く。この変調スキームは、このサブバンド・チャネル状態に対するこのデータ・レートの適応を可能にする。
【００１４】
好ましい実施形態において、本発明の変調スキームは、パルス位置変調とマルチ・バンド変調のうちの少なくとも一方と組み合わされる。マルチ・バンド変調スキームとの組合せの場合には、一連のパルス・デュープレットのうちの各パルス・デュープレットの周波数は、先行する連続のパルス・デュープレット、または以降の連続のパルス・デュープレットの周波数とは異なる。かかるパルスのマルチ・バンド伝送は、各帯域が、他の変調スキームと組み合わせてΠ／２変調を利用する複数の帯域を作成する。この変調スキームの主要な利点は、非コヒーレント・レシーバ実装形態の簡単なことである。
【００１５】
図３は、本発明の好ましい実施形態による非コヒーレント復調器を示している。このレシーバは、この受信されるＵＷＢ波形と局所的に生成される波形との間の位相ミスマッチおよび周波数ミスマッチに対する感受性がない。その結果、（このＶＣＯ３０５から）局所的に生成される波形は、ただ自走することが可能である。この結果、実装形態は、簡素化されることになる。
【００１６】
好ましい実施形態において、図３に示されるレシーバは、マルチ・バンド信号の復調にとって適している。かかるシステムにおいて、この受信される波形の予想される中央周波数は、前もって知られる必要がある。この受信される波形の周波数シーケンスは、プリアンブルの伝送中に、あるいは短期間の知られているリファレンス・シーケンスの伝送を介して確立することができる。この受信される波形の周波数が知られた後に、この局部発振器（例えば、ＶＣＯ３０５）からの対応する周波数が、この第１の乗算器（ミキサ）に供給される。この局所周波数が、この受信された信号の周波数にほぼ等しいと仮定すると、このプロセスは、この入力信号をＤＣに中心のある信号へとダウン・コンバートする。この第１のミキシングの後には、この後段の処理および回路エレメントは、すべての周波数について同一である。
【００１７】
図４は、図３のレシーバによって受信され、次いで、ＬＮＡ（low-noise amplifier低ノイズ増幅器）３０２が後に続く広帯域ＢＰＦ（band-pass filter帯域通過フィルタ）３０１を通過させられた（各デュープレットが同じ周波数を有する）典型的な放出された波形４００を示している。ＬＮＡ３０２の出力は、この利得ユニット３０３により、適切なレベルまで増幅／減衰させられる。この結果信号はミキサ３０４へと供給される。このミキサ３０４は、この受信された波形に、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator電圧制御発振器）３０５のバンクによって生成された対応する局部生成自走正弦波波形を乗ずる。この結果のミキシングされた波形は、低域通過フィルタを通過させられる。
【００１８】
この低域通過信号のさらなる処理により、この信号の位相を介して伝送されるビットごとに１つのパルスが生成される。パルスごとの追加ビットは、ＰＰＭ（pulse position modulationパルス位置変調）を使用することにより、伝送することができる。図５は、このさらに処理されたパルス・トレインを示している。この復調器は、このレシーバの２パルス・デュープレットを周波数ミスマッチおよび位相ミスマッチから独立した１つのパルスへと変換する。この処理済みのパルスの符号３１０は、伝送されたデータに対応する。さらなる積分３１１およびサンプリングが、この必要とされるビットを生成する。
【００１９】
好ましい代替実施形態においては、マルチパス干渉および他の干渉をさらに緩和するために、このトポロジは、ＲＡＫＥレシーバや等化（equalization）などの１つまたは複数の他のレシーバ技法と組み合わせることもできる。
【００２０】
本発明のレシーバおよび方法は、ビデオ、オーディオ、テキスト、写真、ならびにセンサ、警報器、コンピュータ、オーディオ・ビジュアル装置、および娯楽システムを制御するためのデータを搬送するための無線パーソナル・エリア・ネットワークのために使用することができる。例えば、デジタル・カメラのコンテンツはコンピュータへと無線でダウンロードすることができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態について示し、説明してきたが、様々な変更および修正を行うことができ、本発明の真の範囲を逸脱することなく、そのエレメントの代わりに等価形態を代用することができることが、当業者には理解されよう。さらに、その中心の範囲を逸脱することなく特定の状況に対して本発明の教示を適応させるために多数の修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実行するように企図された最良の態様として開示された特定の実施形態だけには限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるすべての実施形態を含むことも意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＩＥＥＥ８０２．１１と、ブルートゥースと、ＵＷＢとの間の空間容量比較を示す図である。
【図２】Π／２差動位相ＵＷＢ変調についての典型的な信号波形を示す図である。
【図３】本発明による、Π／２差動位相変調マルチ・バンドＵＷＢ信号を復調する非コヒーレント（差動コヒーレント）レシーバを示す図である。
【図４】各パルス対が同じ周波数を有する典型的な放射されたマルチ・バンド波形を示す図である。
【図５】ＰＰＭとの組合せが、本発明に従って、パルス当たりにより多くのビットを生成することになる、パルス当たりに１ビットを有するパルス・トレインを示す復調された波形を示す図である。
【図１】
2007507964.tif 000003
【図２】
2007507964.tif 000004
【図３】
2007507964.tif 000005
【図４】
2007507964.tif 000006
【図５】
2007507964.tif 000007
【国際調査報告】
2007507964.tif 000008
2007507964.tif 000009
2007507964.tif 000010