(57)【要約】ＵＷＢパルスが、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システムにおいて使用される単一の時間間隔の間、複数のユーザに送信される、超広帯域（ＵＷＢ）通信の方法である。本発明の一つの開示された形式において、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔の複数の下位間隔または下位区分は、複数のデータビットが同一のユーザに送信されることを表す複数のＵＷＢパルスの送信に割り当てられる。同じＴＤＭＡ時間間隔の複数の下位間隔は、同じユーザからの複数のリターンＵＷＢパルスの受信に割り当てられる。本発明の別の開示された形式において、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔の複数の下位間隔は、データビットが複数の個々のユーザに送信されることを表す複数のＵＷＢパルスの送信に割り当てられる。同じＴＤＭＡの時間間隔における複数の下位区分は、個々の複数のユーザからリターンＵＷＢパルスの受信に割り当てられる。
2007520976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超広帯域（ＵＷＢ）通信システムにおける使用のために、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を用いた一連のＵＷＢパルスとしてバイナリデータを通信する方法であって、該方法は、
一連のＴＤＭＡ時間間隔を個々のユーザに割り当てることと、
第１のＴＤＭＡ時間間隔において第１のユーザパルスを送信することと、
該第１のＴＤＭＡ時間間隔において第１のユーザリターンパルスを受信することと、
第２およびそれに続く個々のＴＤＭＡ時間間隔において、第２および他のユーザパルスを送信することと、
該第２のＴＤＭＡ時間間隔において第２のユーザリターンパルス、およびそれに続く個々のＴＤＭＡ時間間隔において他のユーザパルスを受信することと
を包含し、
それぞれのＴＤＭＡ時間間隔が、データをユーザに送信するために必要とされる伝達時間の少なくとも二倍であるように選択され、干渉の影響を最小限にする、方法。
【請求項２】
超広帯域（ＵＷＢ）通信システムにおける使用のために、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を用いた一連のＵＷＢパルスとしてバイナリデータを通信する方法であって、該方法は、
一連のＴＤＭＡ時間間隔を個々のユーザに割り当てることと、
第１のＴＤＭＡ時間間隔において複数のデータパルスを送信することと、
同じＴＤＭＡ時間間隔において、後に複数のリターンデータパルスを受信することと
を包含する、方法。
【請求項３】
前記複数のデータパルスが第１のユーザに送信され、前記複数のリターンデータパルスが同じ第１のユーザから受信される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第２のＴＤＭＡ時間間隔において、複数のデータパルスを第２のユーザに送信することと、
該第２のＴＤＭＡ時間間隔において、該第２のユーザから複数のリターンデータパルスを受信することと
をさらに包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
それぞれのＴＤＭＡ時間間隔が、データをユーザに送信するために必要とされる伝達時間の少なくとも二倍であるように選択され、干渉の影響を最小限にする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
超広帯域（ＵＷＢ）通信システムにおける使用のために、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を用いた一連のＵＷＢパルスとしてバイナリデータを通信する方法であって、該方法は、
それぞれのＴＤＭＡ時間間隔の下位間隔を異なるユーザに割り当てることと、
第１のＴＤＭＡ時間間隔において複数のデータパルスを送信することであって、該データパルスが別個の複数のユーザに対してアドレスされる、ことと、
同じＴＤＭＡ時間間隔において、後に複数のリターンデータパルスを受信することであって、該リターンデータパルスは別個の複数のユーザから受信される、ことと
を包含する、方法。
【請求項７】
第２のＴＤＭＡ時間間隔において、複数のデータパルスを複数のユーザに送信することと、
同じ第２のＴＤＭＡ時間間隔において、後に複数のリターンデータパルスを受信することと
をさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
それぞれのＴＤＭＡ時間間隔が、データをユーザに送信するために必要とされる伝達時間の少なくとも二倍であるように選択され、干渉の影響を最小限にする、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、超広帯域（ＵＷＢ）パルスを用いた通信システムに関し、より詳細には、ＵＷＢ送信器において、ユーザ容量を増加するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢパルスによる通信は、時に、インパルス無線通信と呼ばれ、公知ではあるが、広く使用されている技術ではない。用語「インパルス無線」とは一般に、パルス内に含まれる搬送信号が存在しないＵＷＢシステムを記述するために使用される。用語「ＵＷＢ」はまた、送信されたパルスが無線周波数搬送信号のバーストであるシステムに適用され得る。極端に狭い電磁パルスは、本来、広帯域の周波数を含む。ＵＷＢパルスのストリームに情報を追加することは、パルス位置変調によって実施され得、そこにおいて、情報信号サンプルの瞬時値はＵＷＢパルスの位置を適宜、変調するために使用される。さらに基本的なレベルにおいては、ＵＷＢパルスはまた、別の方法において、周期的なパルストレインにおいて、パルスの存在または不在によって変調され得る。これらの原理は、技術的文献において公知であり、Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎらに対して発行された特許文献１に都合良く要約されている。
【０００３】
ＵＷＢ通信は広帯域の周波数スペクトルを活用するゆえ、ジャミングに対しての安全性および耐性を利点を提供する。ＵＷＢ通信は、帯域をあまり効率良く活用していない。そのため、その使用の政府の認可は、比較的低いパワーに限定されている。ＵＷＢ通信は、たとえ低いパワーであったとしても、比較的長い範囲、建物の壁を貫通する能力、および低いトランシーバコストの利点を提供する。しかしながら、ＵＷＢパルスによる通信は、その技術を複数のユーザに適用することにおける固有の困難などの、一部の実際的な制限を有する。例えば、ＵＷＢ通信システムの一つの可能な応用は、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、または衛星放送用パラボラアンテナ通信への代替として、自宅へ、インターネットおよびテレビ通信を供給する。ＵＷＢ通信は、この目的に対して理想的である。というのは、ユーザ環境において比較的低いコストでのトランシーバおよびプロセッサを用いて、高いデータレートでの情報の送信を可能にするからである。しかしながら、ＵＷＢ通信システムの一つの固有の弱点は、そのようなシステムが、任意の所定の時間間隔の間に、独自の情報を受信するために、一人のユーザのみを許可することである。Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎらの特許文献１は、チャンネル化（ｃｈａｎｎｅｌｉｚａｔｉｏｎ）をＵＷＢ送信において使用されるインパルス無線信号に追加するために、異なる周波数または異なる波形の副搬送波の使用を教示する。
【０００４】
無線インターネットまたはテレビサービスの複数のホームユーザなどの、複数のユーザが、ユーザ間で干渉を最小限にする、中央に配置された送信器／受信器局にアクセスすることを可能にする、ＵＷＢ信号送信形式が必要とされている。ＵＷＢ送信の広帯域特性のために、周波数分割多重化（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）は可能ではない。時分割多重化の簡素な形式は、ユーザが順にサービスを受けているが、一つの可能な解決策である。
【０００５】
複数のユーザが中央に配置された送信器／受信器から相当に異なる距離に位置する場合に、一つの主要な問題が生じ、そのユーザから戻される情報は、全てのユーザに対して等しくなされ得ない。例えば、中央の局が信号をユーザＡに送信し、幾分か後に、信号をユーザＢに送信したと想定する。さらに、ユーザＡに送信された信号が多重通路効果に晒され、元々送信された信号が建物または他の対象物に反射されたと想定すると、その結果、ユーザＡはその信号の複数のバージョンを受信し、その信号は、異なる経路を介して送信され、異なる時間的遅延を被る。ユーザＡはそれに応答して、複数のリターン信号を生成する。これらの複数のリターン信号はまた、多重通路効果に晒され得、ユーザＢへ送信された送信器信号、またはユーザＢによって送信されたリターン信号と干渉し得る。それゆえ、複数のユーザに、中央に配置された送信器／受信器を共有させることは、重大な信号干渉の問題を導き得ることは明らかである。
【０００６】
単一の中央送信器／受信器の使用に関連する別の主要な問題は、所望の低いデータ待ち時間（ｌａｔｅｎｃｙ）を達成するために、それぞれのユーザに対して十分に頻繁な送信をすることが困難であり得ることである。前述から、これらの困難を克服または最小限にするＵＷＢ信号フォーマットスキームの必要性が存在する。本発明はこの目的と取り組む。
【特許文献１】米国特許第５，６７７，９２７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を用いた一連のＵＷＢパルスとしてバイナリデータを通信するための、超広帯域（ＵＷＢ）通信システムにおける使用のための方法に属する。本発明の一実施形態に従い、本方法は、一連のＴＤＭＡ時間間隔を個々のユーザに割り当てるステップと、第１のＴＤＭＡ時間間隔において第１のユーザパルスを送信するステップと、該第１のＴＤＭＡ時間間隔において第１のユーザリターンパルスを受信するステップと、第２およびそれに続く個々のＴＤＭＡ時間間隔において、第２および他のユーザパルスを送信するステップと、該第２のＴＤＭＡ時間間隔において第２のユーザリターンパルス、およびそれに続く個々のＴＤＭＡ時間間隔において他のユーザパルスを受信するステップとを包含する。それぞれのＴＤＭＡ時間間隔が、データをユーザに送信するために必要とされる伝達時間の少なくとも二倍であるように選択され、干渉の影響を最小限にする。
【０００８】
本発明の別の局面に従い、本方法は、一連のＴＤＭＡ時間間隔を個々のユーザに割り当てるステップと、第１のＴＤＭＡ時間間隔において複数のデータパルスを送信するステップと、同じＴＤＭＡ時間間隔において、後に複数のリターンデータパルスを受信するステップとを包含する。複数のデータパルスが第１のユーザに送信され、複数のリターンデータパルスが同じ第１のユーザから受信される。本方法は、第２のＴＤＭＡ時間間隔において、複数のデータパルスを第２のユーザに送信することと、該第２のＴＤＭＡ時間間隔において、第２のユーザから複数のリターンデータパルスを受信することとをさらに包含し得る。好適には、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔が、データをユーザに送信するために必要とされる時間の少なくとも二倍であるように選択され、干渉の影響を最小限にする。
【０００９】
本発明の別の変形において、本方法は、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔の下位間隔を異なるユーザに割り当てるステップと、第１のＴＤＭＡ時間間隔において複数のデータパルスを送信するステップであって、該データパルスが別個の複数のユーザに対してアドレスされる、ステップと、同じＴＤＭＡ時間間隔において、後に複数のリターンデータパルスを受信するステップとを包含する。該リターンデータパルスは別個の複数のユーザから受信される。本方法は、第２のＴＤＭＡ時間間隔において、複数のデータパルスを複数のユーザに送信するステップと、同じ第２のＴＤＭＡ時間間隔において、後に複数のリターンデータパルスを受信するステップとをさらに包含する。好適には、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔が、データをユーザに送信するために必要とされる時間の少なくとも二倍であるように選択され、干渉の影響を最小限にする。
【００１０】
前述から、本発明はＵＷＢ通信システムの分野における重要な進歩を提供することは理解される。特に、本発明は、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔を下位間隔へと下位区分し、それぞれが別個のＵＷＢパルスを収容することによって、データパルスを複数のユーザへ送信し、その複数のユーザからリターンデータパルスを受信することを提供する。それゆえ、複数のデータビットは、単一のＴＤＭＡ時間間隔において送信または受信され得る。本発明の他の局面および利点は、添付の図面と組み合わせて考慮される、以下のさらに詳細な記載から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図において、例示のために示されるように、本発明は、複数のユーザと通信するために使用される超広帯域（ＵＷＢ）通信システムにおける使用のための信号フォーマットスキームに関する。例えば、ユーザは、地下同軸ケーブル、または光ファイバケーブル、あるいは衛星放送用パラボラアンテナを用いることなく、テレビまたはインターネットサービスプロバイダから広帯域通信データを受信する必要性を有する自宅所有者であり得る。
【００１２】
例えば、図１において示されるように、ＵＷＢパルスは周期的に送信され得、適宜、スロットは例えば、ユーザＡ、ユーザＢ〜Ｎなどの異なるユーザに割り当てられる。ユーザに対するＵＷＢパルスの送信は、Ａ、Ｂ、およびＮに示されるパルスによって特徴付けられる。それぞれのユーザに対する距離に依存して、リターンパルスは、時にＡリターン、Ｂリターン、およびＮリターンによって示される、中央の送信器／受信器に送信される。異なるユーザに割り当てられるスロット間の時間間隔が少な過ぎる場合、干渉は、出パルスとリターンパルスとの間、またはこれらのパルスの多重通路のバージョンの間という結果になる。
【００１３】
本発明の一局面に従い、スロット間の時間間隔は、中央の場所と受信者との間の送信経路遅延（Ｔｐａｔｈ）の少なくとも二倍であるように選択される。これは、例えば、Ａからのリターンパルスが、Ｂに送信されるその後のパルスを干渉しないことを保証する。残念ながら、このようなスキームにおけるデータ送信レートは、Ｍ／（２Ｔｐａｔｈ．Ｎ）ビット／秒、ユーザ（Ｎはユーザ数、Ｍはそれぞれのパルスとともに搬送されるビット数（通常は１））に限定される。
【００１４】
本発明の別の局面に従い、それぞれの時間スロットはさらに細かく分割され、図２および図３において示されるように、複数のＵＷＢパルスを収容する。図２の実施形態において、単一のユーザ（例えばＡ）に関連する４つのデータビットが、ＴＤＭＡ時間間隔における送信のためにエンコードされる。Ａに送信されるデータビットは個々に、Ａ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４に指定される。後に、同時間スロットにおいて、ユーザＡからの多数のリターンパルスが中央位置から受信される。データ送信レートは、図１の実施形態におけるレートと比較して増加される。というのは、時間間隔の期間の比較的少ない増加で、より多数のデータビットが、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔において送信されるからである。
【００１５】
図３の実施形態において、異なるユーザからのデータビットは、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔においてインターリーブされる。例えば、第１のスロットは、ビットＡ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１を４人のユーザＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤに送信するために使用される。同様に、第１の時間におけるリターンパルスは個々に、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１に対応するリターンパルスをスロットする。同様に、第２のＴＤＭＡ時間間隔は、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２およびＤ２によって示されるように、第２のデータビットをユーザのそれぞれに送信し、同じユーザからリターンパルスを受信するために使用される。このアプローチにより、データレート全体は図２の実施形態におけるのと同じであるが、ユーザはさらに頻繁に、および、それゆえより少ない待ち時間において、データを受信することができる。図１から図３に示されるＵＷＢパルスのそれぞれは、バイナリデータ値を示すために、存在または不在のいずれかであり得、あるいは、情報を搬送するために、一部の別の方法において変更され得ることが理解される。ユーザからのリターンデータを用いない応用においては、ＴＤＭＡ間隔は、最も近い距離のユーザと最も遠い距離のユーザとの間の伝達時間の差よりも幾分か大きい値にまで短縮され得、ならびに、ユーザからの比較的少ない量のリターンデータを用いる応用が、リターンデータを用いずに、一連のいくつかの短縮された間隔によって効率的に収容され得、リターンデータを用いた長い間隔または複数の間隔が後に続くことがさらに理解される。
【００１６】
前述から、本発明はＵＷＢ通信システムの分野における重要な進歩を示していることが理解される。特に、本発明は、データ送信チャネルのさらに効率的な共有を提供し、干渉の影響を最小限にする方法において、複数のユーザに対してＵＷＢパルスの送信を提供する。本発明の実施形態が詳述されているが、様々な他の実施形態および修正は、本発明の意図された範囲内であることは理解される。従って、本発明は添付された請求の範囲以外に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ユーザ間の干渉が、十分に大きい時間スロットをそれぞれの送信器ノードに割り当てることによって最小限にされる、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）信号フォーマットスキームを示す。
【図２】それぞれのユーザへおよびそれぞれのユーザから、複数のデータビットを送信および受信するために、時分割多重間隔がパルス位置を規定する下位間隔に分割される、ＴＤＭＡ信号フォーマットスキームを示す。
【図３】図２のスキームに類似するが、それぞれのＴＤＭＡ時間間隔は、複数のユーザに関連するデータを含む、ＴＤＭＡ信号フォーマットスキームを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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