(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共有の無線送信媒体を介してデジタルカオス信号を協調的にネットワーク化する方法であって、
ａ．受信側で複数の別個のデータ信号を受信することであって、前記複数の別個のデータ信号の各１つが、送信側で別個のカオスシーケンスを用いて変調され、前記送信側での前記複数の別個のデータ信号の各１つの前記変調が、複数のデジタルカオスシーケンスを有する生成されたデジタルカオスシーケンスデータベースを使用して実施され、前記デジタルカオスシーケンスデータベースの生成が、非線形ダイナミクスを有する特徴のない波形を記録すること、前記記録された特徴のない波形をバッファリングすること、前記バッファリングされた特徴のない波形の特定拡散因子用の定数のサンプルをサンプリングすること、特定拡散因子用の定数のサンプルグループが前記グループ間で低相互相関によって別個であるように、特定拡散因子用の前記定数のサンプルグループの種々の量を記憶して、前記デジタルカオスシーケンスデータベースのエントリを形成すること、および、その後、グラム−シュミット法を使用して全ての前記定数のサンプルグループを処理することを含む、受信することと、
ｂ．前記受信側で前記複数の別個のデータ信号の各１つを復調して、複数の別個のユーザデータ信号を抽出することと、
ｃ．別個のユーザデータ信号のうちの少なくとも１つが複数のグループのうちの受信側が属している別個のグループに宛てられているか否かに従って、前記別個のユーザデータ信号のうちの前記少なくとも１つを処理することであって、前記受信側が、前記複数の別個のデータ信号を前記別個のグループのグループメンバーとして受信する、処理することと、
ｄ．前記受信側に宛てられていない複数の別個のユーザデータ信号を集約して、前記受信側に宛てられていない抽出された複数の別個のユーザデータ信号の集約からなる新しい集約されたデータ信号を作成するために、前記受信側によって、前記受信側に宛てられていないそれらの別個のユーザデータ信号を集約することと、
ｅ．前記受信側に宛てられていないそれらの別個のユーザデータ信号の前記新しい集約されたデータ信号を送信することであって、前記新しい集約されたデータ信号の送信が、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または前記受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に前記共有の無線送信媒体で送信される、送信することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記受信側に宛てられている前記抽出された別個のユーザデータ信号は、受信側で既知であり、かつネットワーク管理者または調整者によって通信される事前定義済みユーザグループのうちの少なくとも１つに属する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記受信側に宛てられている前記抽出された別個のユーザデータ信号は、前記受信側と同一ユーザグループに属し、かつそれらが固有パケット識別情報を有する断片化されたＭＡＣペイロードデータユニット（ＭＰＤＵ）の少なくとも一部を含有することを示すようにタグ付けされ、前記ＭＰＤＵの残りの断片は、少なくとも１つの別の送信によって前記受信側で受信され、前記ＭＰＤＵの前記残りの断片は、前記固有パケット識別情報を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記断片化されたＭＰＤＵおよびＭＰＤＵの前記残りの断片は、再構築のために前記受信側でＭＡＣ共通処理ユニットに到達する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記受信された断片ＭＰＤＵは、前記ＭＰＤＵの前記残りの断片を用いた再構築のために、バッファリングされ、順序付けられ、かつ前記ＭＡＣ共通処理ユニットに転送される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記受信側と同一ユーザグループに属さないいずれかの抽出された別個のユーザデータ信号は、前記受信側のバッファから破棄される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
共有の無線送信媒体を介してデジタルカオス信号を協調的にネットワーク化する方法であって、
ａ．受信側において、複数のユーザから発信された別個のユーザデータ信号を含有する複数の別個のデータ信号を有する集約されたデータ信号を受信することであって、前記複数の別個のデータ信号の各１つが、送信側で別個のカオスシーケンスを用いて変調される、受信することと、
ｂ．前記集約されたデータ信号において前記受信側に宛てられているそれらの別個のユーザデータ信号を抽出するために前記受信側で前記複数の別個のデータ信号の各１つを復調することであって、前記送信側による前記別個のユーザデータ信号の各１つの前記変調が、生成されたデジタルカオスシーケンスデータベースを使用して実施されており、前記デジタルカオスシーケンスの前記生成が、非線形ダイナミクスを有する特徴のない波形をメモリに記録すること、前記特徴のない波形をバッファリングすること、前記バッファリングされた特徴のない波形の特定拡散因子用の定数のサンプルをサンプリングすること、特定拡散因子用の定数のサンプルグループが前記グループ間で低相互相関によって別個であるように、特定拡散因子用の前記定数のサンプルグループの種々の量を記憶して、前記データベースのエントリを形成すること、および、その後、グラム−シュミット法を使用して全ての前記グループセグメントを処理することを含む、抽出すること、前記受信側に宛てられていないいずれかの抽出された別個のユーザデータ信号が、集約され、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または前記受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に前記共有の無線送信媒体で送信される、復調することと、
ｃ．特定グループに対するメンバーシップまたは非メンバーシップに従って前記受信側に宛てられている前記抽出された別個のユーザデータ信号を信号処理することと、を含む、方法。
【請求項８】
前記抽出された別個のユーザデータ信号のうちの少なくとも１つは、前記受信側に既知であり、かつネットワーク管理者または調整者によって通信される事前定義済みユーザグループのうちの少なくとも１つに属する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記受信側に宛てられている前記抽出された別個のユーザデータ信号のうちの少なくとも１つは、前記受信側と同一ユーザグループに属し、前記抽出された別個のユーザデータ信号のうちの前記少なくとも１つは、前記受信側に宛てられ、かつ前記抽出された別個のユーザデータ信号が固有パケット識別情報を有する断片化されたＭＡＣペイロードデータユニット（ＭＰＤＵ）の少なくとも一部を含有することを示すようにタグ付けされ、前記ＭＰＤＵの残りの断片は、少なくとも１つの別の送信によって受信され、前記ＭＰＤＵの前記残りの断片は、前記固有パケット識別情報を含有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記断片化されたＭＰＤＵおよび前記ＭＰＤＵの前記残りの断片は、前記受信側でＭＡＣ共通処理ユニットに到達する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記受信された断片化されたＭＰＤＵは、前記ＭＰＤＵの前記残りの断片を用いた再構築のために、バッファリングされ、順序付けられ、かつ前記受信側の前記ＭＡＣ共通処理ユニットに転送される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記受信側と同一ユーザグループに属さない別個のユーザデータ信号は、受信側バッファから破棄される、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
共有の無線送信媒体において集約データ信号を処理する方法であって、
ａ．複数のユーザから発信された別個のユーザデータ信号を含有する複数の別個のデータ信号を有する集約データ信号を受信側で受信することであって、前記複数の別個のデータ信号の各１つが、送信側で別個のカオスシーケンスを用いて変調される、受信することと、
ｂ．前記集約データ信号において前記受信側に宛てられているそれらの別個のユーザデータ信号を抽出するために前記受信側で前記複数の別個のデータ信号の各１つを復調することであって、前記送信側による前記複数の別個のデータ信号の各１つの変調が、前記別個のカオスシーケンスを含有する生成されたデジタルカオスシーケンスデータベースを使用して実施されており、前記別個のデジタルシーケンスの前記生成が、非線形ダイナミクスを有する特徴のない波形を記録すること、特定拡散因子用の定数のサンプルをサンプリングして、独立デジタルカオスセグメントグループを生み出すこと、特定拡散因子用の前記定数のサンプルグループの種々の量を記憶して、前記データベースのエントリを形成すること、および独立デジタルカオスセグメントグループを前記独立デジタルカオスセグメントグループと同一部分空間に広がる正規直交シーケンスグループに変換することを含む、復調することと、
ｃ．前記共有の無線送信媒体を共有している全ユーザに対する全体ネットワーク容量を改善するために、前記受信側を調整された形で動作させることであって、前記受信側に宛てられていないそれらの別個のユーザデータ信号が、集約され、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または前記受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に前記共有の無線送信媒体で送信される、動作させることと、
ｄ．特定グループに対するメンバーシップまたは非メンバーシップに従って前記受信側に宛てられている前記抽出された別個のユーザデータ信号を処理することと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記特徴のない波形は、ネイティブアナログカオス波形、非周期的波形、または決定論的マッピング特性のコンピュータ模擬された非線形ダイナミクスのうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の別個のデータ信号の各１つは、前記複数の別個のデータ信号のプリアンブルまたはミッドアンブルにおいて制御ビットを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
共有の無線送信媒体を介してデジタルカオス信号を協調的にネットワーク化する方法であって、
ａ．送信側で別個のカオスシーケンスを用いて変調されたデータ信号を受信側で受信することと、
ｂ．前記受信側に宛てられている別個のユーザデータ信号を抽出するために、前記受信側で前記データ信号を復調することであって、前記データ信号の前記変調が、生成されたデジタルカオスシーケンスデータベースを使用して前記送信側によって実施されており、前記デジタルカオスシーケンスの前記生成が、非線形ダイナミクスを有する特徴のない波形をメモリに記録すること、前記特徴のない波形をバッファリングすること、前記バッファリングされた特徴のない波形の特定拡散因子用の定数のサンプルをサンプリングすること、特定拡散因子用の定数のサンプルグループが前記グループ間で低相互相関によって別個であるように、特定拡散因子用の前記定数のサンプルグループの種々の量を記憶して、前記データベースのエントリを形成すること、および、その後、グラム−シュミット法を使用して全ての前記グループセグメントを処理することを含む、復調することと、
ｃ．特定グループに対するメンバーシップまたは非メンバーシップに従って前記受信側に宛てられている前記抽出された別個のユーザデータ信号を処理することと、
ｄ．受信されたデータ信号が前記受信側に宛てられていない場合、前記共有の無線送信媒体上で調整された形で動作させ、全ての有効なユーザに対する全体ネットワーク容量を改善するように、受信されたユーザデータ信号を信号処理することであって、前記受信側に宛てられていない前記信号処理されたデータ信号が、集約され、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または前記受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に前記共有の無線送信媒体で少なくとも１つの第２の受信側に送信される、信号処理することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記特徴のない波形は、ネイティブアナログカオス波形、非周期的波形、または決定論的マッピング特性のコンピュータ模擬された非線形ダイナミクスのうちの少なくとも１つである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記別個のユーザデータ信号は、プリアンブルまたはミッドアンブルにおいて制御ビットを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合衆国政府によって支援された研究または開発に関する陳述
本発明は、Ａｒｍｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈからの助成金を通して得られた資金を部分的に使用してなされた。その結果、合衆国政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、概して、無線通信システムおよび埋め込み無線システムに関する。特に、本発明は、デジタル信号およびデジタル情報をデジタルカオス波形内に埋め込むことに関する。本発明はまた、送信機でマルチ信号集約、受信機でマルチ検出を用いる無線通信システムおよび埋め込み無線システムに関し、デジタル信号およびデジタル情報がマルチデジタルカオス波形内に埋め込まれる。さらに、本発明は、無線送信を介してデジタルカオス信号を協調的にネットワーク化することに関する。
【背景技術】
【０００３】
通信システムの無線通信機器は、他の無線通信機器と直接的または間接的に通信する。直接／地点間通信について、関係する無線通信機器は、その受信機および送信機を同一チャネルにチューニングし、そのチャネルを介して通信する。間接無線通信について、各無線通信機器は、割り当てられたチャネルを介して関連する基地局および／またはアクセスポイントと直接通信する。
【０００４】
無線通信機器において関連する各無線通信機器は、内蔵無線送受信機（つまり、送信機および受信機）を含むかまたは関連する無線送受信機に結合される。一般に、送信機は、受信機の１つ以上のアンテナによって受信される無線周波数（ＲＦ）信号を送信するための１つのアンテナを含む。受信機が２つ以上のアンテナを含むとき、受信機は、入ってくるＲＦ信号を受信するためにアンテナの１つを選択する。１つのアンテナを有する送信機と１つのアンテナを有する受信機との間のこの形式の無線通信は、単一出力単一入力（ＳＩＳＯ）通信として知られる。
【０００５】
周知の通信システムは、データレートを低減し、結果として、シンボル区間を増大するかおよび／または送信電力を上昇させることによってＳＩＳＯシステムにおける範囲拡張を提供する。しかしながら、送信電力の上昇は、ネットワークを共有している他のユーザに対する干渉を増大させることをもたらし得る。改善された受信範囲のための好ましい方法は、低下したネットワーク容量をもたらすものではない。ＳＩＳＯ  ＷＬＡＮ等の普及しているマルチキャリアシステムについて、範囲改善は、８０２．１１ａ／８０２．１１ｇ信号を採用し、シンボルレートを下げることによって実現されている。特に、８０２．１１ａｈは、２００７年の無線ネットワーク化標準規格であるＩＥＥＥ８０２．１１の改正された範囲拡張である。改正の目標は、特定チャネル化のレート対範囲性能を最適化することである。範囲拡張を実現するための１つの提案される方法は、８０２．１１ａ／８０２．１１ｇ物理層を２６チャネルにダウンサンプリングすることによるものである。シンボルクロックが２６個に分割されるとき、各シンボル区間は、１０４μ秒になり、各サブキャリアに対応するレートは、１２ｋｂｐｓになる。他のシステムパラメータを同一に維持すると、（例えば、データキャリアの数、周期的プレフィックス割合等）、信号の帯域幅は、受信機において統合された熱雑音電力と共に低下される。このため、８０２．１１ａ／８０２．１１ｇと同一送信電力について、熱雑音フロアは、１０×ｌｏｇ１０（２６）だけ低下される。これは、結果として、既存のＷＬＡＮ越しの範囲における少なくとも５倍の改善と等しい、受信機の感度における１４ｄＢの「ゲイン」をもたらす。必要とされているものは、データレートに影響を与えることなく特定用途向けの既存のＷＬＡＮの送信範囲を増大させ、高接続性環境に対する新しい市場に取り組むために柔軟性を付加する、通信機器、システムおよび方法である。好適な発明は、他の近くの無線システムおよび機器の干渉を増大させることなく、対象とされた機器の送信特性を改善することになる。このため、求められているものは、低下したネットワーク容量または無線機器の干渉に対する増大した感受性をもたらさない、改善された受信範囲のための方法である。
【０００６】
概して言えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａおよび８０２．１１ｇ、つまり「８０２．１１ａ／ｇ」、ならびに８０２．１１ｎ標準規格に準拠する送信システムは、６４個の直交振幅変調（ＱＡＭ）マルチキャリアコンステレーションにマッピングされた直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）エンコード済みシンボルを使用してその高いデータ送信レートを実現する。一般的に、ＯＦＤＭの使用は、全体システム帯域幅を複数の周波数部分帯域またはチャネルに分割し、各周波数部分帯域は、データが変調され得るそれぞれのサブキャリアと関連付けられている。このように、ＯＦＤＭシステムの各周波数部分帯域は、その内部でデータを送るための独立送信チャネルとして見られる可能性があり、これによって、通信システムの全体スループットまたは送信レートを向上させる。同様に、独立変調済みデータを運ぶ完全直交高速カオス拡散コードからなるマルチコード拡散スペクトラムシステムは、ＳＩＳＯシステムのその全体スループットまたは送信レートを向上するために使用され得る。高速「拡散信号」は、疑似雑音（ＰＮ）または疑似ランダム信号と呼ばれる信号のクラスに属する。信号のこのクラスは、異なるＰＮシーケンスが互いに直交に近いものであるように、良好な自己相関および相互相関性質を保持する。これらのＰＮシーケンスの自己相関および相互相関性質は、発信元情報方位信号が送信機において拡散されることを許容する。
【０００７】
上述の８０２．１１ａ／８０２．１１ｇ／８０２．１１ｎ標準規格および８０２．１６ａ  ＩＥＥＥ標準規格等の他の標準規格に準拠する無線通信システムにおいて使用される送信機は、一般に、マルチキャリアＯＦＤＭシンボルエンコード（エラー補正エンコードおよびインターリービングを含み得る）を実施し、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）技術を使用してエンコード済みシンボルを時間領域に変換し、デジタルからアナログへの変換および信号に対する従来の無線周波数（ＲＦ）上方変換を実施する。これらの送信機は、その後、適切な電力増幅後、変調され上方変換された信号を１つ以上の受信機に送信し、結果として、高いピーク対平均値比（ＰＡＲ）を有する相対的高速時間領域信号をもたらす。
【０００８】
商用通信標準規格ＷＣＤＭＡ（登録商標）およびＣＤＭＡ２０００に準拠するもの等の直接シーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）無線通信システムにおいて使用される送信機は、エラー補正、インターリービング後、シンボルマッピング前に、データビットの高速拡散を実施する。その後、デジタル信号は、アナログ形式および従来のＲＦ上方変換方法を使用して変換された周波数に変換される。全てのＤＳＳＳ信号に対して組み合わせられた信号は、適切に電力増幅され、１つ以上の受信機に送信される。
【０００９】
同様に、上述された８０２．１１ａ／８０２．１１ｇ／８０２．１１ｎおよび８０２．１６ａのＩＥＥＥ標準規格に準拠する無線通信システムにおいて使用される受信機は、一般にＲＦ下方変換および受信された信号のフィルタリング（１つ以上の段階で実行され得る）を実施するＲＦ受信ユニット、ならびに関心のあるデータを伝えるＯＦＤＭエンコード済みシンボルを処理する基底帯域プロセッサユニットを含む。周波数領域において提示された各ＯＦＤＭシンボルのデジタル形式は、基底帯域下方変換、従来のアナログからデジタルへの変換、かつ受信された時間領域信号の高速フーリエ変換後に復元される。ＤＳＳＳのための受信用に使用される受信機は、発信元情報信号帯域を修復するために基底帯域下方変換後に高い信号を逆拡散しなければならないが、情報方位信号に対する高速信号の比に等しい処理ゲインをもたらす。その後、基底帯域プロセッサは、送信されたシンボルを復元するために復調および周波数領域等化（ＦＥＱ）を実施し、これらのシンボルは、その後、送信されたシンボルの最も可能性が高い識別情報を推定するかまたは決定するために、適切なＦＥＣデコーダ、例えば、ビタビデコーダを用いて処理される。復元され認識されたシンボルのストリームは、その後、送信機によって送信された元の信号に対応する一組の復元された信号を生み出すために、デコードされ、これは、任意の数の既知のエラー補正技術を使用する逆インターリービングおよびエラー補正を含み得る。
【００１０】
通信システムにおいて伝播され得る信号の数をさらに増やすために、および／または種々の伝播経路と関連付けられた有害作用を補償するために、ならびにこれによって送信性能を改善するために、無線送信システム内でマルチ送信および受信アンテナを使用することが知られている。このようなシステムは、一般的にマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）無線送信システムと呼ばれ、特に、８０２．１１ｎのＩＥＥＥ標準規格および３ＧＰＰ  ＬＴＥ  Ａｄｖａｎｃｅｄ標準規格内で提供される。既知のように、ＭＩＭＯ技術の使用は、周波数利用効率、スループットおよびリンク信頼性における著しい向上を生み出し、これらの利益は、概して、ＭＩＭＯシステム内の送信および受信アンテナの数が増えるにつれて向上する。
【００１１】
特に、ＯＦＤＭを使用するときに作成された周波数チャネルに加え、特定送信機と特定受信機との間の種々の送信および受信アンテナによって形成されたＭＩＭＯチャネルは、複数の独立空間チャネルを含む。既知のように、無線ＭＩＭＯ通信システムは、追加のデータの送信のためのこれらの空間チャネルによって作成された追加の次元数を利用することによって、改善された性能（例えば、向上した送信容量）を提供することができる。もちろん、広幅帯域ＭＩＭＯシステムの空間チャネルは、全体システム帯域幅にわたって異なるチャネル条件（例えば、異なるフェージングおよびマルチパス効果）を受容し得、このため全体システム帯域幅の異なる周波数（つまり、異なるＯＦＤＭ周波数部分帯域）で異なる信号対雑音比（ＳＮＲ）を実現し得る。したがって、特定レベルの性能に対する各空間チャネルの異なる周波数部分帯域を使用して送信され得る変調シンボルあたりの情報ビットの数（つまり、データレート）は、周波数部分帯域間で異なり得る。これに対し、ＤＳＳＳ信号は、全チャネル帯域、性能の特定レベルに対する各空間チャネルのための異なるＤＳＳＳシーケンスを使用して送信され得る変調シンボルあたりの情報ビットの数（つまり、データレート）を占有する。
【００１２】
一般的体系を使用するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、高いピーク対平均電力比（ＰＡＲ）は、マルチキャリア変調によって引き起こされ得る。つまり、データがＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ体系においてマルチキャリアを使用して送信されるので、最終ＯＦＤＭ信号は、各キャリアの振幅を合計することによって得られる振幅を有する。高ＰＡＰＲは、結果として、キャリア信号位相が建設的（ゼロ位相差）または破壊的（±１８０位相差）に加算されるときにもたらされる。特に、ＯＦＤＭ信号は、単一キャリア信号よりも高い、しばしばピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）と呼ばれるピーク対平均値比（ＰＡＰＲ）を有する。これは、時間領域において、マルチキャリア信号が多くの狭帯域信号の合計であることが理由である。いくつかの時点においてこの合計は大きく、他の時点において小さく、これは、信号のピーク値が平均値よりも実質的に大きいことを意味する。同様に、ＭＩＭＯ−ＤＳＳＳ体系は、周期的シーケンスまたは２進値シーケンスに対して高ＰＡＰＲを有することができるが、カオス拡散シーケンスは、これらの特性のいずれかを呈さず、このためＳＩＳＯおよびＭＩＭＯ動作に対するより良好なＰＡＰＲ性能を有する。
【００１３】
ＳＩＳＯ、特にＭＩＳＯ無線形式の通信に対する依存度の上昇は、信頼性およびプライバシーの問題を作り出す。データは、送信機から受信機に信頼性を有して送信されるべきである。特に、通信は、雑音、干渉、および意図しない集団による傍受の可能性に抵抗力を有するべきである。
【００１４】
ここ数年において、超広帯域幅（ＵＷＢ）インパルス無線（ＩＲ）通信システムにおける関心が急速に高まっている。これらのシステムは、きわめて低い電力スペクトル密度によって特徴付けられる超広帯域幅信号をもたらす超短期間パルスを使用する。ＵＷＢ−ＩＲシステムは、低電力消費による低複雑性、低検出確率（ＬＰＤ）、マルチパスフェージングに対する耐性、およびマルチユーザ容量を組み合わせることにより、特に、近距離無線通信用に有望である。現在のＵＷＢ−ＩＲ通信システムは、チャネル化目的のための擬似ランダム雑音（ＰＮ）コーディングおよび２進情報をエンコードするためのパルス位置変調（ＰＰＭ）を採用する。
【００１５】
カオス基盤通信システムに関して、パルスの周期的シーケンスが他に提案されている。追加の研究は、２つのカオスシステムの自己同期化性質に依存している。このようなシステムにおいて、データは、可変時間遅延を使用してパルス列に変調され、送信機で使用される発生器に適合されたカオス的発生器を有するコヒーレント受信機によってデコード可能である。このようなシステムは、カオス的パルス位置変調（ＣＰＰＭ）体系として当分野において知られる。
【００１６】
このようなカオス的動的システムは、通信プライバシーの問題を解決するために提案されてきた。カオス的信号は、広域連続スペクトラムを示し、拡散スペクトラム用途に関して研究されてきた。カオス的信号の不規則な性質は、傍受およびデコードを困難にする。多くの事例において、カオス的信号は、送信用に使用されるカオス的信号の情報を有していない受信機にとって、雑音および干渉と区別がつかないことになる。ＵＷＢシステムに関して、非周期的（カオス的）コードの使用は、送信された信号のスペクトル特徴を除去することによってシステムの拡散スペクトラム特性を高める。これは、結果として、より低い傍受／検出確率（ＬＰＩ／ＬＰＤ）および他のユーザに対する可能な限りの低干渉をもたらす。これは、カオス基盤通信システムを魅力的なものにする。
【００１７】
このような魅力的な通信システムを生み出すために改善されたカオス的コーディング／変調方法に対するニーズが残っている。１つの先願、２００５年４月１５日にＭａｇｇｉｏらに発行された米国特許第６，８８２，６８９号は、データをエンコードするために送信機でカオス的マップの記号力学を利用する擬似カオス的コーディング／変調方法を使用してカオス的コーディングを改善しようとしている。この方法は、動的システムの発展の「大まかな」説明として記号力学を使用する。状態空間が区画され、シンボルが各区画と関連付けられる。Ｍａｇｇｉｏの発明は、動的システムの軌跡を使用し、それを記号的システムとして分析する。Ｍａｇｇｉｏの先願の好ましい送信機は、コーディング用のデジタルデータを受容し、デジタルデータは、カオス的マップ上に定義された記号的状態に等しい状態の数を有する畳み込みコードとして作用するベルヌーイシフトマップに近づくようにシフトレジスタを使用するカオス的マップに従って記号的状態に割り当てられる。擬似カオス的コード済みデータは、アナログ形式に変換され、送信された信号において同期化フレームに変調される。
【００１８】
Ｍａｇｇｉｏの先願は、送信されたデータに基づいて生成される、１つのカオスマップ（例えば、ベルヌーイシフトマップ）のみを使用する点で制限を有する。マッピングをベルヌーイシフトに制限することによって、各送信において繰り返される情報または繰り返しシンボルは、長時間にわたって波形を観察した後に認識されることができる。一度、易感染性になると、全ての将来的なデータは、敵意のあるシステムによって検出可能でありデコード可能であることになる。
【００１９】
カオス的コーディング／変調方法を教示する別の先願システムは、米国出願第１３／１９０，４７８（「’４７８特許」）において説明され、これは、概して本発明者によって発明され、その全体の参照によって本明細書に組み込まれる。‘４７８出願のシステムは、デジタルカオス拡散シーケンスを介してデータを無線で送信するシステム、機器および方法を教示する。‘４７８出願のシステムは、送信機および受信機の両方で揮発性メモリにおいてデジタルカオス拡散コードシーケンスを構築して記憶することを教示する。‘４７８出願のシステムは、受信機でデジタルカオス拡散コードシーケンスを生成する必要を排除している。デジタル情報を送信するために使用されるカオス拡散シーケンスに対応する情報は、コード化された情報を復旧するために使用するカオス拡散コードシーケンスを識別するために、受信機によって受信される。‘４７８出願のシステムはさらに、ベルヌーイシフトマップに対する依存を排除し、このため敵意のあるシステムによって検出され難いシステムを教示する。
【００２０】
‘４７８出願のシステムは、先願の問題の多くを解決するが、システムは、ＳＩＳＯシステムに適用可能に制限されていた。‘４７８出願において開示された受信機は、他のユーザまたは外部干渉が存在する場合でさえ、単一ユーザに対する１つのデータストリームを検出し処理する。‘４７８出願は、このため、受信機で検出される複数の信号を一緒に処理する送信システムに対して有用ではない場合がある。例えば、マルチ信号の結合処理は、向上した容量、およびまたＭＩＭＯシステムの拡張された受信を許容する。
【００２１】
概して、無線通信における最も根本的な問題は、どのくらい効率良く、信頼性を有してデータがチャネルを通って送信されることができるかにある。近年において盛んに研究されている次世代マルチメディアモバイル通信システムは、音声基盤サービスを提供する初期の通信システムとは異なり、画像および無線データ等の種々の形式の情報を処理および送信可能な高速通信システムを要求する。
【００２２】
それから先願によると、範囲を優先してデータレートを犠牲にせず、向上した頑強性を提供し、一方でＬＰＩ／ＬＰＤを改善するシステムおよび方法が必要とされている。システムおよび方法はさらに、マルチ信号を検出し受信するシステムにおいて同一の実用的な改善を示すことが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、先願において見出されていない改善を教示する。一態様において、本発明は、無線送信を介してデジタルカオス信号を協調的にネットワーク化する方法を教示し、この方法は、
ａ．受信側で複数の別個のデータ信号を受信することであって、複数の別個のデータ信号の各１つが、送信側で別個のカオスシーケンスを用いて変調され、送信側での複数の別個のデータ信号の各１つの変調が、複数のデジタルカオスシーケンスを有する生成されたデジタルカオスシーケンスデータベースを使用して実施され、デジタルカオスシーケンスデータベースを生成する方法が、非線形ダイナミクスを有する特徴のない波形を記録すること、記録された特徴のない波形をバッファリングすること、バッファリングされた特徴のない波形の特定拡散因子用の定数のサンプルをサンプリングすること、特定拡散因子用の定数のサンプルグループがグループ間で低相互相関によって別個であるように、特定拡散因子用の定数のサンプルグループの種々の量を記憶して、デジタルカオスシーケンスデータベースのエントリを形成すること、および、その後、グラム−シュミット法を使用して全ての定数のサンプルグループを処理することを含む、受信することと、
ｂ．受信側で複数の別個のデータ信号の各１つを復調して、複数の別個のユーザデータ信号を抽出することと、
ｃ．別個のユーザデータ信号のうちの少なくとも１つが受信側に宛てられていることを検証すること、複数の受信側グループのうちの別個の受信側グループに宛てられているか否かに従って、別個のユーザデータ信号のうちの少なくとも１つを処理することであって、複数の受信側グループが、複数の別個のデータ信号をグループメンバーとして受信する受信側を含む、処理することと、
ｄ．複数の抽出された複数の別個のユーザデータ信号が受信側に宛てられていないことを検証することと、
ｅ．受信側に宛てられていない複数の抽出された複数の別個のユーザデータ信号を集約して、受信側に宛てられていない抽出された複数の別個のユーザデータ信号の集約からなる新しい集約されたデータ信号を作成することであって、受信側での複数の別個のユーザデータ信号が、全ての有効な別個のユーザデータ信号に対する検出を改善するために無線媒体および相互干渉の影響に対抗するように共に処理された信号である、作成することと、
ｆ．受信側に宛てられていない集約された複数の抽出された複数の別個のユーザデータ信号を送信することであって、送信が、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に無線媒体で再送信される、送信することと、を含む。
【００２４】
別の態様において、本発明は、無線送信を介してデジタルカオス信号を協調的にネットワーク化する方法であり、この方法は、
ａ．複数のユーザから発信された別個のユーザデータ信号を含有する複数の別個のデータ信号を有する集約されたデータ信号を受信することであって、複数の別個のデータ信号の各１つが、送信側で別個のカオスシーケンスを用いて変調される、受信することと、
ｂ．受信側で複数の別個のデータ信号の各１つを復調して、別個のユーザデータ信号を抽出することであって、データ信号の変調が、生成されたデジタルカオスシーケンスデータベースを使用して実施されており、デジタルカオスシーケンスの生成が、非線形ダイナミクスを有する特徴のない波形をメモリに記録すること、特徴のない波形をバッファリングすること、バッファリングされた特徴のない波形の特定拡散因子用の定数のサンプルをサンプリングすること、特定拡散因子用の定数のサンプルグループがグループ間で低相互相関によって別個であるように、特定拡散因子用の定数のサンプルグループの種々の量を記憶して、データベースのエントリを形成すること、および、その後、グラム−シュミット法を使用して全てのグループセグメントを処理することを含む、抽出すること、調整された形において動作して、無線媒体を共有している全ユーザに対する全体ネットワーク容量を改善することであって、受信側に宛てられていない抽出された別個のユーザデータ信号が、集約され、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に無線媒体で再送信される、改善することと、
ｃ．特定グループクラスに対するメンバーシップまたは非メンバーシップに従って抽出された別個のユーザデータ信号を信号処理することと、を含む。
【００２５】
さらに別の態様において、本発明は、無線送信を介してデジタルカオス信号を協調的にネットワーク化する方法であり、この方法は、
ａ．送信側で別個のカオスシーケンスを用いて変調されたデータ信号を受信側で受信することと、
ｂ．受信側でデータ信号を復調して、別個のユーザデータ信号を抽出することであって、データ信号の変調が、生成されたデジタルカオスシーケンスデータベースを使用して実施されており、デジタルカオスシーケンスの生成が、非線形ダイナミクスを有する特徴のない波形をメモリに記録すること、特徴のない波形をバッファリングすること、バッファリングされた特徴のない波形の特定拡散因子用の定数のサンプルをサンプリングすること、特定拡散因子用の定数のサンプルグループがグループ間で低相互相関によって別個であるように、特定拡散因子用の定数のサンプルグループの種々の量を記憶して、データベースのエントリを形成すること、および、その後、グラム−シュミット法を使用して全てのグループセグメントを処理することを含む、抽出することと、
ｃ．特定グループクラスに対するメンバーシップまたは非メンバーシップに従って抽出された別個のユーザデータ信号を処理することと、
ｄ．抽出された別個のユーザデータ信号が共通発信源からの送信を模擬し、かつ少なくとも１つの第２の受信機に対して全ての有効なユーザに対する全体ネットワーク容量を改善するように、抽出された別個のユーザデータ信号を信号処理して、無線媒体を介して調整された形で動作することであって、第２の受信機に宛てられていない信号処理された抽出済みユーザデータ信号が、集約され、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に無線媒体で再送信される、動作することと、を含む。
【００２６】
さらに別の態様において、本発明は、データを協調的に無線で送信するための別個のデジタルカオス拡散シーケンスを使用して複数のデータを無線で送信するためのシステム、機器および方法を教示する。一態様において、本発明は、複数のデジタルカオス拡散コードシーケンスを構築および記憶することを教示する。
【００２７】
本発明の別の態様において、デジタルカオス波形は、意図される用途に基づいて選択される。例えば、高いビットレートおよび高い電力信号に埋め込まれた電力信号内のきわめて低い情報ビットレートの送信は、単一性ピーク自己相関、低自己相関サイドローブ、非常に低い相互相関、およびきわめて低いスペクトル密度を有する非常に広いスペクトラム範囲によって特徴付けられたデジタルカオス拡散コードシーケンスを要求する。ベルヌーイマッピング、Ｃｈｅｎのシステム、またはイケダマップ等の特定デジタルカオス波形群が例としてある。
【００２８】
本発明の別の態様において、複数の構築済みデジタルカオス拡散コードは、揮発性メモリに記憶される。
【００２９】
単一グループ内で、揮発性メモリは、長さＮのマルチ構築済みデジタルカオス拡散シーケンスを格納するための割り当てを含む。デジタルカオスメモリ割り当ては、Ｎの長さのデジタルカオス拡散コードシーケンスと同数のグループ数Ｍに区画化され得る。ユーザは、記憶されたメモリを索引付けするグループＩＤを割り当てられる。グループは、順番に索引付けされ得る。順番は、自然数の形式的順番（例えば、１、２、３、．．．）等の既知の順番であることが可能である。ただし、順番は、連続的である必要はない。現在のユーザの索引番号に対する唯一の要求は、送信機で選択されたデジタルカオス拡散コードシーケンスと受信機で検出され復元された索引との間の一対一の対応を提供するような様式で、送信機および受信機の両方で記憶されたグループＩＤ  ｐと関連付けられた、メモリ位置のｐ番目のグループを順番に配列することである。
【００３０】
さらに別の態様において、本発明は、プリアンブルが含まれるとき、およびミッドアンブルが含まれるときに、マルチ埋め込み信号が各構成信号の本来の性能と干渉することなく、１つ以上の位置で検出されることが可能なように、プリアンブルおよびミッドアンブルが構築される、データペイロードを開示する。データペイロードは、少なくとも１つの非デジタルカオスカプセル化信号および協調ネットワークプロトコルの一部である少なくとも１つのデジタルカオスカプセル化信号からなり得る。プリアンブルおよびミッドアンブルはまた、次のシンボル区間におけるデジタルカオスシーケンスの複製を反転する合図のデジタルカオスシーケンスを繰り返すことによって構築される。
【００３１】
また別の態様において、本発明は、複数のデジタルカオスシーケンスを記憶する揮発性メモリを含む送信機システムを教示する。
【００３２】
また別の態様において、本発明は、複数のデジタルカオスシーケンスを記憶する揮発性メモリを含む受信機システムを教示する。
【００３３】
また別の態様において、本発明は、デジタルカオス拡散シーケンスを使用してデータを送信するためのシステムを教示する。
【００３４】
別の態様において、本発明は、複製期間にわたって相対的振幅に基づいてネットワークに対するプリアンブルおよびミッドアンブルにおいて制御情報を埋め込むための方法を開示する。制御情報は、予備選択されたデジタルカオスシーケンスを使用して運ばれる。
【００３５】
さらに別の態様において、本発明は、デジタルカオス拡散シーケンスにおいて使用するためのデジタルカオス波形を選択するための方法を教示する。
【００３６】
さらに別の態様において、本発明は、単一アンテナ部分システムから発信されたデジタルカオス通信波形内にマルチ異種通信信号を埋め込むための方法を教示する。この態様による方法は、低傍受確率（ＬＰＩ）および低検出確率（ＬＰＤ）、低下したピーク対平均値比（ＰＡＰＲ）、および向上したネットワークシステム容量を導入するためのマルチアンテナ要素を含むことができる。
【００３７】
本発明は、多数のデジタルカオス拡散シーケンスを介してデータの集約を無線で送信するためのシステム、機器および方法を教示する。一態様において、本発明は、マルチデジタルカオス波形内のデジタル信号およびデジタル情報のデータ集約のための複数の事前に構築および記憶されたデジタルカオス拡散コードシーケンスの使用を教示する。本発明に関して、データ集約は、数個の異なるデータストリームが、単一ユーザまたはマルチユーザにせよ、送信機または受信機で単一ペイロードにおいて共に収集または集約され、処理される、任意の方法または技術である。例としては、限定されるものではないが、少なくとも１つの送信アンテナを通る送信レートを向上するために単一ユーザに割り当てられたマルチカオス拡散シーケンス、特定期間内に受信された全ユーザが、共に検出され、単一拡張済みペイロードとして少なくとも１つの送信アンテナを通って共に送られる、協調ネットワーク体系を含む。
【００３８】
本発明の別の態様において、複数のデジタルカオス波形は、意図される用途または動作に基づいて選択される。例えば、複数のデジタルカオス波形は、単一性ピーク自己相関、低自己相関サイドローブ、非常に低い相互相関、および低ＰＡＰＲ等の特性に従って、マルチデジタルカオス波形内のデジタル信号およびデジタル情報のマルチ同時検出による向上した容量に送信機において選択され得る。
【００３９】
本発明の別の態様において、複数の構築済みデジタルカオス拡散コードは、揮発性メモリに記憶される。構築済みデジタルカオス拡散コードは、送信機および受信機に記憶され得る。
【００４０】
本発明の別の態様において、単一グループ内で、揮発性メモリは、長さＮの構築済みデジタルカオス拡散シーケンスを記憶するための異なるグループまたはメモリ位置を含み得る。デジタルカオス拡散シーケンスは、デジタルカオス拡散コードシーケンスのグループ数Ｍに区画化され得る。ユーザは、記憶されたメモリを索引付けするグループＩＤを割り当てられる。グループは、順番に索引付けされる。順番は、自然数の形式的順番（例えば、１、２、３、．．．）等の既知の順番であることが可能である。ただし、順番は、連続的である必要はない。現在のユーザの索引番号に対する唯一の要求は、送信機で選択されたデジタルカオス拡散コードシーケンスと受信機で検出され復元された索引との間の一対一の対応を提供するような様式で、送信機および受信機の両方で記憶されたグループＩＤ  ｐと関連付けられた、メモリ位置のｐ番目のグループを順番に配列することである。
【００４１】
また別の態様において、本発明は、プリアンブルが含まれるとき、およびミッドアンブルが含まれるときに、マルチ埋め込み信号が各構成信号の本来の性能と干渉することなく、１つ以上の位置で検出されることが可能なように、プリアンブルおよびミッドアンブルが構築される、データペイロードを開示する。データペイロードは、少なくとも１つの高ＰＡＰＲ信号および共通ネットワークプロトコルの一部である少なくとも１つの他の信号からなり得る。プリアンブルおよびミッドアンブルはまた、次のシンボル区間におけるデジタルカオスシーケンスの複製を反転する合図のデジタルカオスシーケンスを繰り返すことによって構築され得る。
【００４２】
別の態様において、本発明は、プリアンブルが含まれるとき、およびミッドアンブルが含まれるときに、各構成信号の到達時間、集約されたデジタル信号の一部が正確かつ信頼性を有して識別され得るように、デジタル信号のマルチデジタルカオス波形内に集約されたデジタル信号およびデジタル情報の各々の中に信号フィールドおよびシンボル区切り記号が包含されるためにデータペイロードが拡張され得るようにプリアンブルおよびミッドアンブルが構築されるデータペイロードを開示する。受信機の動作モードを詳述する信号フィールドは、送信データおよびそのレートのデジタル信号およびデジタル情報の長さのうちの少なくとも１つの情報を含有する。さらに、信号フィールドは、信号フィールド内の他の情報に対する保護およびその検出エラーのためのパリティ情報を含有することを含む。
【００４３】
また別の態様において、本発明は、上記のように拡張されたペイロードを有する送信機システムを教示する。
【００４４】
また別の態様において、本発明は、拡張されたペイロードを有する受信機システムを教示する。
【００４５】
また別の態様において、本発明は、マルチデジタルカオス波形を有する多数のデジタル信号およびデジタル情報を送信するためのシステムを教示する。
【００４６】
また別の態様において、本発明は、マルチデジタルカオス波形を有する多数のデジタル信号およびデジタル情報を受信するためのシステムを教示する。
【００４７】
また別の態様において、本発明は、マルチデジタルカオス波形を有する多数のデジタル信号およびデジタル情報の拡張されたペイロードを有する信号の各到達時間を検出可能な受信機システムを教示する。
【００４８】
また別の態様において、本発明は、マルチデジタルカオス波形を有する多数のデジタル信号およびデジタル情報の各信号フィールドを処理し、マルチデジタルカオス波形を有するデジタル信号およびデジタル情報の各々を復元するように残りの受信機部分システムを構成可能な受信機システムを教示する。
【００４９】
さらに別の態様において、本発明は、マルチデジタルカオス波形を有する、受信された多数のデジタル信号およびデジタル情報が、集約された送信済みデジタル信号およびデジタル情報を全ユーザの零空間に自身を除いて投影されたストリームに分離するプロセスを実施される、上記のようなマルチユーザ検出の改善のための方法を教示する。この区画化は、逆拡散部分システムによる処理の前に、受信され集約された送信済みデジタル信号およびデジタル情報の識別されたデジタル信号およびデジタル情報部の各々に対して実施される。
【００５０】
さらに別の態様において、本発明は、マルチアンテナから発信されたデジタルカオス通信波形内にマルチ異種通信信号を集約して埋め込むための方法を教示する。マルチアンテナシステムのアンテナ要素は、共同設置される必要はなく、それらは、低干渉確率（ＬＰＩ）および低検出確率（ＬＰＤ）、低下したピーク対平均値比（ＰＡＰＲ）、ならびに向上したネットワークシステム容量を導入するために協調して働くのみである。
【００５１】
本発明のより完全な理解は、同様の番号が同様の要素を示す、詳細な説明ならびに図面および図において説明される本発明の種々の実施形態を参照することによって引き出される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の種々の実施形態と共に使用され得る代表的なマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）無線送信システムである。
【図２】図２は、本発明の種々の実施形態と共に使用され得る代表的な単一入力マルチ出力（ＳＩＭＯ）無線送信システムである。
【図３】図３は、本発明の種々の実施形態と共に使用され得る別の代表的な単一入力マルチ出力（ＳＩＭＯ）無線送信システムである。
【図４】図４は、本発明の種々の実施形態と共に使用され得る別の代表的なＭＩＭＯ無線送信システムである。
【図５】図５は、本発明の種々の実施形態と共に使用され得る別の代表的なＭＩＭＯ無線送信システムである。
【図６】図６は、本発明の種々の実施形態による、代表的な無線送信機である。
【図７】図７は、本発明の種々の実施形態による、代表的な無線受信機である。
【図８】図８は、本発明の種々の実施形態による、デジタルカオスシーケンスの構築のための代表的な方法のフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の種々の実施形態による、代表的な受信機同期化プロセスである。
【図１０】図１０は、本発明の種々の実施形態による、パケット形成の代表的な実施形態である。
【図１１】図１１は、本発明の零空間プロセッサ部分システムの代表的な実施形態である。
【図１２】図１２は、本発明の代表的な実施形態を説明するために使用され得る一般的なセルまたはグループ配置９００を図示する。
【図１３】図１３は、グループＡ、グループＢ、およびグループＣを有するグループ配置１３００の代表的な実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
本明細書における発明の代表的な実施形態および最良の形態の簡単な説明が、添付図面およびフローチャートを参照してなされる。これらの代表的な実施形態は、当分野において知識を有する者が本発明を実施することを可能にするために十分に詳細に説明されるが、他の実施形態が実現され得ること、ならびに論理的および機械的変更が本発明の概念および範囲を逸脱することなくなされ得ることが理解されるべきである。したがって、本明細書における説明は、限定ではなく、例示のみの目的のために提示される。例えば、方法またはプロセスの説明の任意に列記されたステップは、任意の順番で実行可能であり、提示された順番に限定されるものではない。
【００５４】
本発明は、機能ブロック構成要素および種々の処理ステップに関して本明細書において説明され得る。このような機能ブロックは、特定関数を実施するように構成された任意の数のハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素によって実現され得ることが認められるべきである。例えば、本発明は、１つ以上のマイクロプロセッサまたは他の制御機器の制御下で種々の関数を実行し得る、種々の集積回路（ＩＣ）構成要素（例えば、メモリ要素、処理要素、論理要素、ルックアップテーブル等）を採用し得る。同様に、本発明のソフトウェア要素は、データ構造、オブジェクト、プロセス、ルーチンまたは他のプログラミング要素の任意の組み合わせを用いて実装されている種々のアルゴリズムと共に、Ｃ、Ｃ＋＋、ｊａｖａ、ＣＯＢＯＬ、アセンブラ、ＰＥＲＬ等のような任意のプログラミングまたはスクリプト言語を用いて実装され得る。さらに、本発明は、データ送信、信号発信、データ処理、ネットワーク制御等のための任意の数の従来技術を採用し得ることが留意されるべきである。またさらに、本発明は、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、ＶＢＳｃｒｉｐｔ等のようなスクリプト言語による安全性の問題を検出するかまたは防止するために使用され得る。暗号法の基礎的導入については、参照によって本明細書に組み込まれる、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ（ｓｅｃｏｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，１９９６）によって刊行された、「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ：Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，Ａｎｄ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｃｏｄｅ  Ｉｎ  Ｃ」と題された、Ｂｒｕｃｅ  Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒによって書かれたテキストを調査されたい。
【００５５】
本明細書において示され説明される特定の実装が本発明の例示およびその最良の形態であり、一方で本発明の範囲を限定することを全く意図しないことが認められるべきである。実際に、簡潔化のために、従来の無線データ送信、送信機、受信機、変調器、基地局、データ送信概念およびシステムの他の機能態様（およびシステムの個々の動作構成要素の構成要素）は、本明細書において詳細に説明されない可能性がある。さらに、本明細書に含有された種々の図において示される接続線は、代表的な機能的関係および／または種々の要素間の物理的結合を表現することが意図される。多くの代替的または追加的、機能的関係または物理的結合が、実際の電子トランザクションまたはファイル送信システムにおいて存在し得ることが留意されるべきである。
【００５６】
当分野において通常の知識を有する者によって認められるように、本発明が、方法、データ処理システム、データ処理のための機器、および／またはコンピュータプログラム製品として具体化され得る。したがって、本発明は、完全なソフトウェア実施形態、完全なハードウェア実施形態、またはソフトウェアおよびハードウェアの両方の態様を組み合わせる実施形態の形式を採用し得る。さらに、本発明は、記憶媒体において具体化されるコンピュータ可読プログラムコード手段を有するコンピュータ可読記憶媒体におけるコンピュータプログラム製品の形式を採用し得る。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶機器、磁気記憶機器、および／またはその他を含む、任意の好適なコンピュータ可読記憶媒体が利用され得る。
【００５７】
代表的な実施形態の説明を簡素化するために、本発明は、単一入力マルチ出力（ＳＩＭＯ）、マルチ入力単一出力（ＭＩＳＯ）、およびマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）無線送信システム等の単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）およびマルチ受信アンテナシステムと共に使用され得るように説明される。例えば、本発明は、ＳＩＳＯ  ＤＳＳＳシステムおよび同様にＭＩＭＯ  ＤＳＳＳシステムと共に使用され得る。
【００５８】
本発明の多くの用途が考案され得ることがまた認められるであろう。例えば、本発明は、任意の従来の無線通信媒体を容易化するために使用され得る。さらに、本明細書において説明されるネットワークが、インターネット、イントラネット、エクストラネット、ＷＡＮ、ＷＬＡＮ、ＷＰＡＮ、ＨＡＮ、アドホックネットワーク、モバイルアドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）、および／またはその他等のデータ交換または取引のための任意のシステムを含み得ることが認められるべきである。
【００５９】
図１は、本発明と共に使用され得るＭＩＭＯ無線システム１００の代表的なブロック図である。代表的なＭＩＭＯ無線システム１００は、データソース１０１（情報信号１０１）を受信すること、およびデータソース１０１を送信チャネル１１６を介して受信機１０４に送信することのための送信機１０２からなり得る。送信機１０２は、データソース１０１を受信しデータソース１０１をデータソース１０１の別個のストリームに分割するための信号スプリッタ１０４を含み得る。データソース１０１の別個のストリームの各々は、マルチエンコーダ１０６ａ〜ｎによって独立的に受信され、エンコードされ得る。送信機１０２は、マルチカオス変調済みデータソース信号を生み出すために、エンコード済みデータソースおよびエンコード済みデータソースを変調するカオスを受信するためのマルチカオス変調器１０８ａ〜ｎを含み得る。エンコード済みデータソースの各々は、デジタルに変調され、デジタルカオス拡散コードを使用して拡散する。一実施形態において、各エンコード済みデータソース信号は、デジタルに変調され、より完全に後述されるデジタルカオスシーケンスメモリから復旧されたデジタルカオス拡散コードを用いて拡散される。別の代表的な実施形態において、送信機１０２は、スプリッタ１０４を含み得る。代替的に、データソース１０１は、エンコーダ１０６ａ〜ｎに提供され得る。
【００６０】
マルチカオス変調済みデータソース信号は、その後、空間マッパー１１０によって空間的にマッピングされ得る（例えば、マルチ空間チャネル全体に拡散する）。空間的にマッピングされたマルチカオス変調済みデータソース信号は、その後、マルチアンテナ１１４ａ〜ｎを介したマルチ空間チャネル１１６の通信で空間的にマッピングされたマルチカオス変調済みデータソース信号を送信する前に、マルチ無線周波数発振器システム１１２ａ〜ｎに提供され得る。
【００６１】
空間的にマッピングされたマルチカオス変調済みデータソース信号は、マルチアンテナ１１８ａ〜ｎで受信機１０４によって受信され得る。空間的にマッピングされたマルチカオス変調済みデータソース信号は、マルチ無線周波数受信システム１２０ａ〜ｎを使用してチャネル１１６から復元され得る。ＲＦ受信システム１２０ａ〜ｎは、チャネル１１６を介して送信された信号から合計されたカオス変調済みデータソース信号を復元し得る。例えば、ＲＦ受信機システム１２０ａ〜ｎは、当分野において見られるように、無線チャネルからデータ信号を復元するための任意の従来の方法を使用して、チャネル１１６を介して送信された信号から合計されたカオス変調済みデータソース信号を復元し得る。例えば、ＲＦ受信機システム１２０ａ〜ｎは、送信された信号を帯域幅アナログ形式に下方変換し、帯域幅アナログ信号を基底帯域離散信号に変換することによって、送信された信号を復元し得る。
【００６２】
受信機１０４は、チャネルによって生み出された、空間的にマッピングされたマルチカオス変調済みデータソース信号を分離するためのＭＩＭＯ等化器１２２をさらに含み得る。ＭＩＭＯ等化器１２２は、受信された基底帯域変調済み信号を生み出すために、空間的にマッピングされた変調済みデータソース信号による各経路横断と関連付けられた各チャネル振幅および位相特性の推定に従ってチャネル信号を分離し得る。受信された基底帯域変調済み信号は、その後、データソース信号チャネルに従ってマルチカオス復調器１２４ａ〜ｎによってカオス復調され得る。マルチカオス復調済みデータソース信号は、その後、マルチデコーダ１２６ａ〜ｎによってデコードされ得る。マルチデコード済みカオス復調済みデータソース信号は、その後、マルチデータソース信号を単一併合済み信号に組み合わせるための信号併合器１２８によって併合され得る。一実施形態において、併合済み信号は、データソース１０１の複製であり得る。受信機１０４は、併合済み信号をデータシンク１３０に提供し得る。
【００６３】
スプリッタ１０４、エンコーダ１０６ａ〜ｎ、空間マッパー１１０、ＭＩＭＯ等化器１２２、デコーダ１２６ａ〜ｎ、信号併合器１２８、およびＲＦ発振器システム１１２ａ〜ｎ、ＲＦ受信システム１２０ａ〜ｎは、当分野において見られる、従来の構成および動作のものであり得る。カオス変調器１０８ａｎおよび復調器１２４ａ〜ｎの動作および構成は、より完全に後述される。
【００６４】
図２は、本発明と共に使用され得るＳＩＭＯ無線送信システム２００の実施形態の例である。図２に示されるように、受信機１０４は、単一アンテナ２１４を有する送信機２０２と通信する。送信機２０２は、送信機１０２に見られる類似の要素を含有し、上述されたものと類似の動作を有する。例えば、スプリッタ２０４、エンコーダ２０６ａ〜ｎ、カオス変調器２０８ａ〜ｎ、ＲＦ発振器システム２１２、およびアンテナ２１４は、スプリッタ１０４、エンコーダ１０６ａ〜ｎ、カオス変調器１０８ａ〜ｎ、ＲＦ発振器システム１１２ａ〜ｎ、ＲＦ受信システム１２０ａ〜ｎ、およびアンテナ１１４ａ〜ｎに関して説明されたものに類似の構成および動作を有する。具体的には、データソース２０１（情報信号２０１）は、データソースの別個のストリームに分割される。データソースの別個のマルチストリームは、マルチエンコード済みデータソース信号を生み出すためにマルチエンコーダ２０６ａ〜ｎによって受信される。マルチカオス変調器２０８ａ〜ｎは、マルチカオス変調済みデータソース信号を生み出すためにエンコード済みデータソース信号を受信しカオス変調し得る。エンコード済みデータソース信号の各々は、デジタルに変調され、デジタルカオス拡散コードを使用して拡散される。一実施形態において、各エンコード済みデータソース信号は、デジタルに変調され、より完全に後述されるデジタルカオスシーケンスメモリから回収されたデジタルカオス拡散コードを用いて拡散される。
【００６５】
マルチカオス変調済みデータソース信号は、その後、ＲＦ発振器システム２１２に提供される前に、単一加算器２１０で合計され得る。送信機２０２は、その後、アンテナ２１４を介して、合計されたカオス変調済みデータソース信号を送信し得る。送信機２０２は、通信チャネル２１６を介して、合計されたカオス変調済みデータソース信号を送信し得る。カオス変調済みデータソース信号は、アンテナ１１８ａ〜ｎで受信機１０４によって受信され得る。合計されたカオス変調済みデータソース信号は、マルチＲＦ受信機システム１２０ａ〜ｎによって受信され得る。ＲＦ受信機システム１２０ａ〜ｎは、図１に関して論じられたものと類似の様式で、チャネル２１６を介して送信された信号から、合計されたカオス変調済みデータソース信号を復元し得る。カオス等化器２１８は、マルチ合計済みカオス変調済みデータソース信号を受信し、送信されたパケットに従ってデータソース信号を再構成し得る。
【００６６】
図３は、本発明が共に使用され得る別のＳＩＭＯ無線送信システム３００の別の例である。ＳＩＭＯ無線送信システム３００によると、送信機２０２は、図２に関して説明されたものと類似の説明および動作のものであり、受信機３０４は、図２を用いて説明されたものと類似の動作および説明のものである。図３についての受信機３０４は、マルチデコード済みカオス復調済みデータソース信号を、別個の分離位置にあるマルチデータシンク１０３ａ〜ｎに提供し得る。
【００６７】
代替的実施形態において、受信機３０４は、各受信機がカオス復調器１２４を含み得るマルチ独立受信機を備え得る。同様に、送信機２０２は、各送信機がカオス変調器２０８ａ〜ｎを含むマルチ独立送信機であり得る。
【００６８】
図４は、ＭＩＭＯ無線送信システム１００の更なる詳細を図示する。上記のように、カオス変調器１０８ａ〜ｎは、マルチカオス変調済みデータソース信号を生み出すためにデータソース信号をカオス変調する。図４に示されるように、カオス変調器１０８ａ〜ｎは、シンボルマッパー４０２ａおよびカオス拡散器４０４ａを含み得る。いくつかの実施形態において、カオス変調器１０８ａ〜ｎは、シンボルマッパー４０２ａ〜ｎを含まなくてもよい。シンボルマッパー２０６ａ〜ｎは、スクランブラ、差分エンコーダ、シンボル生成器等のような従来の送信機構成要素を含む従来のシンボルマッパーであり得る。シンボルマッパー２０６ａ〜２０６ｎはさらに、それぞれの信号をカオス拡散器４０４ａ〜ｎに送信する。カオス拡散器４０４ａ〜ｎは、図８に含まれる方法を使用して形成されたデジタルカオス拡散コードシーケンスを使用してデータソース信号を変調し得る。カオス変調器１０８ａは、データソース信号が、アンテナ１１４ａ〜ｎを介して受信機１０４に送信される前に、空間的にマッピング（空間マッパー４０２）され、上方変換（ＲＦ発振器システム１１２ａ〜ｎ）される前にデータソース信号をカオス変調し得る。
【００６９】
図４によると、受信機１０４は、送信機１０２によって送信されたデータソース信号を受信する。データソース信号は、ＲＦ受信機システム１２０ａ〜ｎで下方変換され、ＭＩＭＯ等化器１２２に提供され得る。ＭＩＭＯ等化器１２２は、空間チャネル（つまり、チャネル１１１）に従ってデータソース信号を分離し、送信されたシンボルを復元し、信号カオス復調器１２４ａ〜ｎを提供する。受信機１０４の一実施形態において、カオス復調器１２４ａ〜ｎは、シンボルデマッパー４６ａ〜ｎおよびカオス逆拡散器４０８ａ〜ｎを含み得る。一実施形態において、カオス復調器１２４ａ〜ｎは、シンボルデマッパー４０２ａ〜ｎを含まなくてもよい。カオス逆拡散器４０８ａ〜ｎは、下記のようにデータソース信号を逆拡散するためのデジタルカオスシーケンスコードを使用する。カオス逆拡散済み信号は、その後、データソース信号の送信された別個のストリームを復元するためのシンボルデマッパー４０６ａ〜ｎによってシンボルデマッピングされ得る。
【００７０】
図５は、送信機１０２の別の実施形態であり、示されるように、送信機１０２は、スプリッタ１０４を含まなくてもよい。この実施形態において、送信機１０２は、空間マッパー１１０を含まなくてもよい。これに代えて、データソース１０１がエンコーダ１０６ａ〜ｎに提供されてもよい。さらに別の実施形態において、データソース信号１０１ａ〜ｎは、カオス拡散器４０４ａ〜ｎでカオス拡散され、受信機１０４に送信される前にＲＦ発振器システム１１２ａ〜ｎに提供され得る。受信機１０４は、図４に関して説明されるものと類似の様式で受信されたデータソース信号を処理する。
【００７１】
図６は、本発明に有用な送信機１０２の別の代表的実施形態を図示する。図６によると、送信機１０２は、チャネルエンコーダ１０６、シンボルマッパー４０２、マルチプレクサ６０４、ＲＦ発振器システム１１２を含み、マルチプレクサ６０４、チャネルエンコーダ１０６、シンボルマッパー４０２、マルチプレクサ６０４およびＲＦ発振器システム１１２は、先願に見られる従来要素である。そのため、それらの構成および動作は、簡潔のために本明細書では論じられない。
【００７２】
送信機１０２は、データソース信号１０１を受信し、チャネルは、チャネルエンコーダ１０６でシーケンスをエンコードする。データソース信号１０１は、ビット、シンボル、またはサンプリングされたアナログ波形であり得る。構成が図８に関して後述される、カオス拡散コードシーケンスは、カオス拡散コードシーケンスメモリ６０６でメモリに記憶される。本発明の代替的実施形態において、カオス拡散コードシーケンスは、データソース信号をエンコードすることなくカオス拡散シーケンスとして使用され得る。カオス拡散は、チャネルコーディングを行うことなく起こり得る。カオス拡散は、ビット、シンボル、またはサンプルアナログ波形を、デジタルカオス波形の振幅および位相において埋め込まれた情報（埋め込まれたデータ）を有するデジタルカオス波形に変換する。
【００７３】
本発明によると、カオス変調器１０８は、プリアンブルおよびミッドアンブルを有するデータペイロードの生成においてカオス拡散シーケンスを使用する。プリアンブルおよびミッドアンブルは、マルチ埋め込み信号が各構成信号の本来の性能と干渉することなく１つ以上の位置で検出され得るように構築され得る。データペイロードは、少なくとも１つのカオス変調された信号、および協調ネットワークプロトコルの一部である少なくとも１つの他の信号（カオス変調されたかまたはされていないいずれか）からなり得る。プリアンブルおよびミッドアンブルはまた、次の長いシンボル区間においてデジタルカオスシーケンスの複製を反転する合図のデジタルカオスシーケンスを繰り返すことによって構築され得る。
【００７４】
一実施形態において、データペイロードは、集約されたデジタル信号の各々の中における信号フィールドおよびシンボル区切り記号の包含のためにデータペイロードが拡張され得るように構築され得るプリアンブルおよびミッドアンブルを含む。拡張されたデータペイロードは、各構成信号の到達時間、集約されたデジタル信号の一部が正確かつ信頼性を有して識別され得るように、マルチデジタルカオス波形内のデジタル情報を含み得る。信号フィールド部分は、デジタル信号のうちの少なくとも１つの長さ情報および残りのペイロードのためのデータレート体系情報を受信機に指示する。さらに、信号フィールドは、信号フィールド内の他の情報に対する保護およびその検出エラーのためのパリティ情報を含有し得る。
【００７５】
カオス変調器１０８の動作中、データソース信号は、例えば、拡散器６０２を使用してカオスシーケンスメモリ６０６に記憶されたカオス拡散シーケンスを用いて拡散される。カオス拡散シーケンスは、プリアンブル６０８およびミッドアンブル６１０の生成において使用され得る。カオス変調器１０８によって生成されたペイロードは、図１０に関して説明されるシンボル区切り記号６１２および信号フィールド６１４を含むように拡張され得る。
【００７６】
図６は、カオス変調器１０８（またはカオス変調器２０８）の任意の１つをさらに詳細に図示する。図６によると、送信機１０８は、上記のものと類似動作のチャネルエンコーダ１０６およびシンボルマッパー４０２を含み得る。カオス変調器１０８は、先願において見られる従来要素である、ミキサ６０２、６１６、マルチプレクサ６０４、ＲＦ発振器システム１１２、およびアンテナ１１４を含み得る。そのため、それらの構成および動作は、簡潔のために本明細書では論じられない。
【００７７】
動作中、送信機１０２は、チャネルがデータソース信号をエンコードするエンコーダ１０６でデータソース信号を受信する。データソース信号は、ビット、シンボル、またはサンプルされたアナログ波形等の任意の情報方位信号であり得る。
【００７８】
構成が図８に関して後述される、カオス拡散シーケンスは、カオス拡散シーケンスメモリ６０６でメモリに記憶される。本発明の代替的実施形態において、カオス拡散シーケンスは、情報信号をエンコードすることなく拡散シーケンスとして使用され得る。カオス拡散は、ビット、シンボル、またはサンプルアナログ波形を、デジタルカオス波形の振幅および位相に埋め込まれた情報（埋め込まれたデータ）を有するデジタルカオス波形に変換する。
【００７９】
カオスシーケンスメモリ６０６に記憶されたデジタルカオスシーケンスは、図８のデジタルカオスシーケンス生成方法８００に従って構築される。デジタルカオス拡散コードシーケンスは、本来のアナログカオス回路を記録することによって構築され得る。これに代えて、デジタルカオスシーケンスは、決定論的なコンピュータ模擬された非線形ダイナミクスを記録し、記録された信号を区分化することによって構築され得る。（ステップ８０２）記録された区分は、連続するサンプルが独立して現れ、定義済み長さの区分および可変量が、低相互相関を有する。（ステップ８０４）サンプルは、その後、メモリに記憶され得る。（ステップ８０６）サンプリングレートまたはサンプリング区間は、変動されるか不規則であり得るが、得られたサンプルの数は、特定拡散因子に対して固定され、拡散因子に対するサンプルの任意の数であり得る。本発明によると、区分は、量子化される。（ステップ８１０）記録された区分の平均値が、その後、減算され、記録された区分が、正規化される。（ステップ８１２）シーケンスの正規化は、量子化誤差により、自己相関ピークが単一またはほぼ単一で起こることを確実にする。
【００８０】
本発明による、不規則的サンプリング間隔は、例えば、フィボナッチ数列、ルーカス数列、ペラン数列または任意の擬似乱数生成器等の既知のシーケンス生成器の計数法によって決定され得る。デジタルシステム用の半導体技術による実装容易さのために、振幅は、コードシーケンス間の最大許容相互相関（１／２Ｌ、ここでＬは、各サンプル振幅によって表現するために使用されるビットの数であり得る）に基づく有限レベルに量子化され得る。デジタルカオスシーケンスの独立区分は、情報方位通信信号またはトレーニング信号を送信するためのベクトル空間を形成するように共にグループ化される。ｎ次元部分空間の任意の信号が、ｎ次元の正規直交基底に対する信号の投影に対応するスカラのｎタプルを一意的に表現することができることが数学において周知である。デジタルカオス処理の最終ステップは、独立デジタルカオス区分を、元の区分と同一部分空間に広がる正規直交シーケンスグループに変換することである。このプロセスは、グラム−シュミット直交化法を使用して実施され得る。
【００８１】
カオスシーケンスメモリ６０６（図７のカオス複製メモリ７０６）は、揮発性メモリであり得る。カオスメモリ６０６／７０６は、デジタルカオス拡散コードグループが互いに独立的に記憶されるように区画化され得る。例えば、別個のグループは、それが使用されることになる用途に応じて組成され得る。一般的用途としては、地点間動作および／または地点対マルチ地点間のためのボイスオーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）容量、ビデオ容量、およびデータ容量を要求する任意の無線用途を含む。グループの内側で、揮発性メモリは、デジタルカオスシーケンスコードを記憶するためのスロットにさらに区画化される。スロットは、デジタルカオスシーケンスの部分集合を記憶するための複数の部分スロットにさらに区画化され得る。
【００８２】
一度、カオスシーケンスメモリ６０６が、デジタルカオス拡散シーケンスを用いて完全に事前設定されると、全体メモリ６０６は、グラム−シュミット法を受け得る。全体メモリ６０６は、正規直交化プロセスを受け得る。代替的実施形態において、独立デジタルカオス区分は、元の区分と同一部分空間に広がる正規直交シーケンスグループに変換され得る。
【００８３】
パケット情報のための本発明の好ましい実施形態が図１０に示される。この代表的実施形態において、受信機におけるサンプルレートは、２０ＭＨｚを目標とし、チップレートは、送信機において４Ｍｃｐで計画される。隣接システム間で離間する最小中心周波数は、５ＭＨｚであることになる。フレーム構造は、２ミリ秒（ｍｓ）の等間隔の５つの部分フレームに分割された１０ｍｓの無線フレームであり得る。これらの部分フレームは、任意のユーザのための送信または受信スロットとして構成され得る。
【００８４】
スーパーフレームは、フレーム間で離間する２ｍｓギャップで連続して送信される数フレームからなる。送信される各フレームは、プリアンブルトレーニングシーケンス、ミッドアンブルトレーニングシーケンス、およびデータペイロードからなる。フレーム構造の柔軟性は、複数の他の実施形態を特定用途に適応させることができる。この実施形態において、十分なトレーニング情報が、安全かつ信頼性を有して含まれる。
【００８５】
周知のように、良好な無線設計の鍵は、パケットの到達を認識し、シンボル境界を整列し、チャネル特性を推定し、周波数オフセットを補正するために十分なトレーニング情報を組み込むことである。本発明の一実施形態において、ヘッダフィールドを利用する。ヘッダフィールドは、１０個のシンボルプリアンブルおよび受信機用の構成状態を定義する４８個のシンボル信号フィールドを備える。トレーニングシーケンスは、差分カオスシフトキーイング（ＤＣＳＫ）を使用して変調され、所定回数繰り返され、図６において、９回繰り返される。各繰り返しは、標準ＤＣＳＫ技術に従って１または−１のいずれかを用いて変調される。変調入力は、正および負の１つの交互シーケンスであり得、パケットの残りの部分のための制御情報に埋め込まれ得る。プリアンブルおよびミッドアンブルは、受信機における同期化に付加するデータよりも十分に高いその出力を有し得る。例えば、一実施形態は、データサンプルに対して相対出力において押し上げられた３ｄＢを使用する。これは、フレームに対して過度に負担になるオーバーヘッドなしで高検出確率を許可することになる。総オーバーヘッドがフレームに対する期間において１０％以下である場合、受信機における検出および同期化の著しい改善が実現され、出力上昇がない場合と比べて０．７９ｄＢのみの信号出力を犠牲にする。各シンボルは、用途のスループットおよび変換性に対する要求に依存する、１６チップ〜４０００チップの範囲であり得る所定長さのカオスシーケンスからなる。信号フィールドは、６ビットスクランブルシードに含まれ、これは、シーケンスパターン用の擬似乱数（ｐｎ）生成器を初期化するために使用される。ｐｎのレジスタの状態は、２６の記憶されたシーケンスのどれが選択されたか、または任意に、カオス群のどのシーケンスが現在のシンボル用に送信されるべきかを決定する。
【００８６】
上記のように、本発明は従来のＭＩＭＯ  ＷＬＡＮ送信における問題を解決した。すなわち、８０２．１１ｘ準拠システムのような先願システムは、干渉、無線衝突、および意図されない集団による傍受に対してより影響を受け易い。本発明は、マルチアンテナシステムを用いて送信された同一周波数チャネル帯域幅を占有するデジタルカオス通信波形内にマルチ情報方位通信信号を集約して埋め込むためのシステムおよび方法を提供することによってこれらの問題を解決する。デジタルカオスは、カオス信号をサンプリングすることによって生成された波形であり得、カオス信号は、決定論的非線形ダイナミクスによって決定される。後述される本発明によって生成されたデジタルカオスシーケンスは、本発明の種々の実施形態による拡散シーケンスとして使用される。
【００８７】
送信機によって送信された信号は、図７の受信機１０４によって受信される。受信機１０４は、送信されたデータソース信号にデータが埋め込まれたデータを復元する。本発明の一態様によると、送信機１０２でデータソース信号を拡散するための拡散コードとして使用されるカオスシーケンスメモリ６０６に記憶されたデジタルカオスシーケンスは、カオス複製メモリ３０６に記憶されたデジタルカオスシーケンスと比較される。上記のように、カオス復調器１２４は、カオス複製メモリ７０６に記憶されたデジタルカオスシーケンスの複製を逆拡散コードとして使用する。
【００８８】
図７は、デジタルカオス波形を受信するための受信機１０４の代表的な実施形態である。受信機１０４は、送信された信号を受信するためのアンテナ１１８、関心のある帯域ではない信号を排除するチャネルフィルタ７０２を含み、アナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器７０４は、デジタル処理のためのアナログ信号をサンプルして量子化するために使用される。カオス複製メモリ７０６は、送信機１０２でカオスシーケンスメモリ６０６に記憶されたデジタルカオス波形の正確な複製を提供する。パケット検出７０８動作は、少なくとも１つのパケットが到達するときを決定するために実施される。整合フィルタ７１０は、少なくとも１つの信号に対するシンボルタイミングを復元するために使用される。チャネル推定器７１２は、マルチパスフェージングによる波形に対する歪みを推定して補償するために使用され得る。ドップラー補正７１４は、発振器ドリフトおよび移動性による周波数オフセットを推定して補正するために使用され得る。受信機１０４はまた、送信機によって送信されたマッピングシンボルを推定するシンボル検出機器７１６、情報的シンボルを復元するシンボルＤマップルックアップテーブル７１８、および元の送信されたビット７２２を復元するチャネルデコーダ７２０を含み得る。復元された情報ビット７２２は、１つ以上のデータシンク（図示されない）に提供され得る。
【００８９】
受信機１０４は、埋め込まれたデータを信号から復元するために送信された信号を受信する。好ましい実施形態において２つの共通受信機モードが存在し得ることが留意されるべきである。第１のモードにおいて、カオス複製メモリ７０６を用いた高速乗算が、Ａ／Ｄ７０４の動作後に直接起こる。この実施形態は、サンプルされたアナログ波形が情報方位信号であるときに好ましい。第２のモードにおいて、カオス複製メモリ７０６を用いた高速乗算は、シンボル検出７１６の前、かつドップラー補正７１４およびチャネル推定７１２動作の後に起こる。この実施形態は、情報方位信号、ビットまたはシンボルのときに最適である。いずれかの構成が、ビットまたはシンボルの形式の情報方位信号に対して機能する。ただし第２のモードは、最良性能を有し、第１のモードは、低消費電力である。高速デジタルカオスシーケンスの逆拡散後、受信機動作は、８０２．１１ｘ、ＷＣＤＭＡ（登録商標）、またはＣＤＭＡ２０００用の商用標準受信機によって実施される一般的なものであり、簡素化のため説明を省略する。
【００９０】
カオス変調器１０８および復調器１２４は、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、無線ホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）または都市圏ネットワーク（ＭＡＮ）システム、セル方式電話システム、またはある距離範囲にわたる一方向もしくは双方向通信を組み込む別の形式の無線もしくはマイクロ波周波数システムの一部として実装され得る。本発明は、例えば、単一キャリア周波数領域等化（ＳＣＦＤＥ）、直接シーケンス拡散スペクトラム（ＤＳＳＳ）または直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）等の種々の信号変調および復調技術を採用し得る。ただし、この説明を通して、本発明の説明を単に容易化するために、ＳＩＭＯおよびＭＩＭＯ通信システムまたは送信機および受信機を含むシステムを参照する。無線チャネル７１１の全ての類似構成要素はまた、互いに類似の説明を有することになる。
【００９１】
本発明の送信機は、各信号が受信側で受信アンテナアレイの対応するアンテナによって受信されるように、送信アンテナアレイの各アンテナから異なる信号を送信し得る。本明細書において説明される種々の送信機は、データソース信号を総合信号として送信し、全送信信号の集約または信号の一部の集約として受信し得る。全信号が一度送信されると、受信機は、受信機でカオス複製メモリに記憶されたカオス拡散シーケンス拡散コードの複製を使用して総合信号を復調する。
【００９２】
図９は、送信されたデータソース信号に埋め込まれたデータを復元するための方法９００を例示する。データの復元において、受信機１０４は、送信された信号を受信し、図９に図示された以下のステップによってデータ信号を復元する。パケットは、受信機が有効パケットの到達を検出するまで継続的に検索される（ステップ９０２）。パケットの検出は、プリアンブル構造を利用するフリーランニング相関（パケット検出７０８）の出力に基づく。パケットの有効性は、図１０に示される信号フィールドの巡回冗長検査（ＣＲＣ）から決定される。パケットが有効であると宣言された後、プリアンブルは、２つの同期化プロセス、シンボルタイミング推定および補正（ステップ９０４）ならびに周波数推定および補正（ステップ９０６）を実施するために使用される。整合フィルタ７１０または整合フィルタの列が、タイミングエラーを推定するために使用され、適切な補正が、受信タイミングにおいてなされる。別の相関器は、例えば、ドップラー補正７１４等の周波数エラーを推定するために使用され、適切な補正は、基底帯域受信信号に適用される。チャネル推定は、プリアンブルからのトレーニングシンボルに基づいて予め計算されたコンボリューション行列を使用して計算される。プリアンブルが変化しない限り変化しないのでオフラインで計算されることも可能である、この行列の擬似逆行列は、チャネルタップ（チャネル推定器７１２）の最小二乗推定を計算するために使用される（ステップ９０８）。平均化は、プリアンブルおよびミッドアンブルの両方におけるトレーニングシンボルの繰り返しに基づいてプロセスステップ９０２、９０４、９０６および９０８の各々に対して可能である。ペイロードが、その後、処理され得る（ステップ９１０）。例えば、ペイロードの処理は、シンボルを検出すること（シンボル検出７１６）、シンボルをマッピングすること（シンボルＤマップ７１８）、ペイロードをチャネルコーディングまたはデコードすること（チャネルデコーダ７２０）およびペイロードに含有される情報ビット７２２の復元を含み得る。
【００９３】
図１１は、本発明において説明された通信システムに有用であり得る代表的な零空間プロセッサ部分システムの実施形態である。この代表的な部分システムによると、復元される信号（「選択されたｉ番目のユーザデータ」）および残りの信号（「残りのユーザデータ」）は、零空間プロセッサにおいて乗算される（選択されたｉ番目のユーザデータに対応するｉ番目の選択されたユーザのための零空間が、残りのユーザデータ信号を含有する信号を生み出す）。残りのユーザデータ信号は、その後、選択されたｉ番目のユーザデータが出力されるように、選択されたｉ番目のユーザデータおよび残りのユーザデータを含有する信号から減算される。いくつかの事例において、選択されたｉ番目のユーザデータ出力は、残りのユーザデータからの残留信号と共に現れ得る。選択されたｉ番目のユーザデータは、その後、上記のようにｉ番目のユーザデータを復元するｉ番目のユーザカオスコードを識別するために、選択されたｉ番目のユーザデータを使用することによって復元され得る。
【００９４】
本発明のデジタルカオスシステムおよび方法は、ネットワーク容量を向上するために調整された送信を所望する無線送信における動作に適する。このようなシステムは、しばしば、堅固に調整されたノードまたはアクセスポイント間のマルチトランザクションを要求する。調整によって、ネットワークの各ノード（受信機）の送信プロトコルが、後続の送信がネットワークの要求に従って効率的であることを確実にするために、ネットワークの第２の受信ノードと関係して組成されることが意味される。効率によって、ノード間転送が、ノードの要求または送信媒体の要求に従って最適化されることが意味される。一事例において、効率を改善することは、ネットワークのスループットを改善することを含み得る。調整されたノードは、１つのノード、またはノードグループが、ネットワークまたはノードグループの１つのノードから受信された送信に依存する送信プロトコルを含み得るようなものであり得る。マルチノードが受信された送信に依存する事例において、複数のノードの送信プロトコルは、ネットワークまたは送信媒体の最適化を確実にするために協調的に通信し得る。
【００９５】
マルチ送信の事例において、上記のように、マルチ送信は、易感染性データ送信またはデータ送信の衝突に対する増加した機会を作り出し得る。本発明の一実施形態において、調整されたノードは、ネットワークの他のノードのうちの１つ以上の送信プロトコルの情報を含み得る。これに代えて、１つのノード、またはノードグループからの送信の調整は、ネットワークまたはグループの外側のノードから受信された送信に依存し得る。別の特定実施形態において、無線媒体を介して調整されたノードまたは調整された送信は、別のノードと調整された１つのノードからの送信が、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）に、または受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間内に起こり得ることを意味し得る。
【００９６】
本明細書において説明されたデジタルカオス波形は、ネットワークスループットを改善しつつデータ送信を安全にするために使用され得る。例えば、異種無線ネットワーク越しの調整されたマルチポイント送信および受信は、一組の異なる送信地点、同一セル（例えば、「グループ」）で動作するアクセスポイントもしくはノード、重複セル、または同時もしくは調整されたかたちにおける相互排他セルを備える。調整されたマルチポイント送信は、特に、セル方式ネットワークまたはノードグループ、アクセスポイントまたはユーザにおいて与えられたセルのエッジにおいてかまたはその近くで、無線ネットワークのスループットおよびサービスを向上するように利用されるために使用され得る。
【００９７】
本発明と共に使用され得る一般的な協調ネットワークは、インターネットオブシングス（ＩｏＴ）である。ＩｏＴは、機械または機械の一部である機器間でデータの相互接続および自動交換を意味する。ＩｏＴは、一般に、例えば、機械間（Ｍ２Ｍ）通信をサポートするために使用され得る。Ｍ２Ｍは、人間の相互作用を必要としない機器間データ通信として定義される。これは、直接またはネットワーク越しのいずれかの機器とサーバとの間、または機器間のデータ通信であり得る。Ｍ２Ｍサービスの例としては、セキュリティ、トラッキング、決済、スマートグリッドおよび遠隔保守／監視を含む。これに対して、本発明による調整されたネットワークは、機器ノードまたは調整されたネットワークのメンバー間のデータの自動交換を含み得る。
【００９８】
本明細書において使用される、単一セルに属するノードは、単一グループの「メンバー」として説明され得る。いくつかの事例において、無線送信の調整を容易化するために、メンバーは、１つのグループ、または１つよりも多いグループに属するメンバーとして説明され得る。特定メンバーによって受信された信号は、信号プリアンブルまたはミッドアンブル情報に従ってさらに処理され得る。
【００９９】
本明細書において使用される、調整されたマルチポイントシステムは、メンバーが送信機および受信機の両方でマルチアンテナを使用し得る、ＭＩＭＯシステムであり得る。本発明はまた、「マルチユーザマルチ入力マルチ出力」つまり「ＭＵ−ＭＩＭＯ」システムに有用であり得る。本明細書において使用されるＭＵ−ＭＩＭＯシステムは、利用可能なアンテナが、多数の独立グループメンバー、アクセスポイントおよび独立無線端末にわたって拡散される無線通信システムであり、各メンバーが１つのアンテナまたはマルチアンテナを有する。本発明はまた、従来のＳＩＳＯ（単一入力単一出力）、ＳＩＭＯ（単一入力マルチ出力）、ＭＩＳＯ（マルチ入力単一出力）システム、または当分野において既知である他の類似システムと使用され得る。
【０１００】
図１２は、本発明の代表的な実施形態を説明するために使用され得る一般的なセルまたはグループ配置９００を図示する。グループ配置９００は、メンバーＡ１〜Ａｎを有するグループＡを含み得る。同様に、グループＢは、メンバーＢ１〜Ｂｎを含み得る。示された例において、グループメンバーＢ３はまた、グループＢのメンバーでもあり、グループＡのメンバーでもある。本発明の説明を容易化するために、メンバーが１つよりも多いグループに属するとき、メンバーは、グループ配置１２００に図示されるＡ／Ｂ３等の両方のグループ指示子を用いて指示され得る。
【０１０１】
図１３は、グループＡ、グループＢ、およびグループＣを有するグループ配置１３００の代表的な実施形態である。グループ配置１３００のマルチグループが折り重ねられるように図示されるが、グループは、相互排他的であり得る。メンバーが１つよりも多い重複グループに属するところにおいて、メンバーは、重複グループのいずれか１つに宛てられたデジタルカオス信号を受信して処理し得る。このような事例において、メンバーは、本明細書において、マルチグループメンバーと呼ばれ得る。示された配置において、メンバーＡ／Ｂ３は、メンバーＢ３がグループＡにも属することを示している。
【０１０２】
グループ配置１３００は、１つのデジタルカオス信号がメンバー間に送信されるときに起こる無線送信をさらに図示する。例えば、デジタルカオス信号がデジタルカオスプリアンブルにおいてどのように宛てられているかに依存して、メンバーＡ６は、デジタルカオス信号をメンバーＡ２、Ａ５またはＡｎに送信し、メンバーＣ１は、デジタルカオス信号をＣ８に送信し、Ｂ３は，デジタルカオス信号をＢ１、Ｂ４またはＢ９に送信し得る。デジタルカオス信号がマルチグループメンバーによって受信される事例において、受信メンバーは、受信メンバーが属する対応するグループメンバーにデジタルカオス信号を送信し得る。これは、意図されるグループメンバーが別の重複メンバーに属するときでさえ、適正であり得る。重複によって、１つよりも多いグループが少なくとも１つのグループメンバーを共有することが意味される。示されるグループ配置１３００において、グループＡは、グループＣとの重複であり、かつグループＡは、グループＢとの重複である。
【０１０３】
図１２および図１３における実施形態に関して論じられたデジタルカオス信号が、図示された任意の１つまたは全ての外側から受信され得ることが留意されるべきである。例えば、デジタル信号Ｓ１は、グループＡの外側で生成されているが、グループメンバーＡ２によって受信されているように図示される。同様に、デジタルカオス信号Ｓ２は、グループＣの外側で生成されているが、グループメンバーＣ８によって受信されているように図示される。これに反して、デジタルカオス信号Ｓ３は、グループメンバーＢ７によってグループＢにおいて生成され、グループメンバーＢｎによって受信されているように図示される。
【０１０４】
本発明による一般的に調整された送信において、グループメンバーは、無線媒体を共有している全ユーザに対する全体ネットワーク容量を改善するために調整された形で動作する。調整された形によって、全ての有効な別個のユーザデータ信号に対する検出を改善するために無線媒体信号が無線媒体の歪曲的影響および相互干渉に対抗するように共に処理されることを意味し得る。グループメンバーは、特定グループに対するメンバーシップまたは非メンバーシップに従って、抽出された別個のユーザデータ信号を処理する。グループメンバーは、特定グループに対するメンバーシップまたは非メンバーシップに従って、抽出された別個のユーザデータ信号を処理し得、受信側（例えば、受信メンバー）に宛てられていない、抽出された別個のユーザデータ信号は、集約され、時間整合され、次の送信機会（Ｔｘｏｐ）または受信側で既知の遅延および中断耐性プロトコルによって特定された時間に無線媒体で再送信される。例えば、遅延および中断耐性プロトコルは、空間通信または惑星間の尺度で遭遇される等の非常に長い距離にわたってネットワークが有効に動作するようなものであり得る。一方で、デジタルカオス信号が、宛てられていない受信グループメンバーによって受信されるところにおいて、受信グループメンバーは、信号を終結させ得、全く転送しない。
【０１０５】
図１３を使用する一般的な例において、デジタル信号Ｓ４は、グループメンバーＢ９に宛てられ得るが、マルチグループメンバーＡ３（例えば、Ａ／Ｂ３）によって受信され得る。この事例において、グループメンバーＡ３は、データ信号がグループメンバーＢ９に宛てられることを示す別個のユーザデータ信号を抽出し得る。グループメンバーＡ３がまた、グループＢのメンバー（例えば、Ｂ３）でもあるので、その後、グループメンバーＡ３は、信号をグループＢに送信し得る。より具体的には、Ａ３は、信号をグループメンバーＢ９に送信し得る。
【０１０６】
異なるグループのグループメンバーが互いに近接している、いくつかの事例において、受信グループメンバーは、受信された信号の第１の断片を受信し得、受信された信号の第２の断片が受信グループメンバーによって受信されるような時間まで、受信された信号の送信を時間遅延する。
【０１０７】
本発明がＤＳＳＳエンコード体系を実装する任意の機器において利用され得ることが、当分野において知識を有する者によって認められるべきである。上記の説明は、本発明の特定実施形態を対象とした。しかしながら、その利点のいくつかまたは全ての実現と共に、他の変形および変更が説明された実施形態になされ得ることが明らかであろう。このため、全てのこのような変形および変更を本発明の適正な概念および範囲内に入るものとして包含することが、添付された特許請求の範囲の目的である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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