(57)【要約】      （修正有）【課題】超広帯域通信システムにおいて、多くの潜在的な無線エミッション源からの干渉を低減できるシステムを提供する。【解決手段】拡散波形が送信機で発生される。拡散波形は、望ましい、および望ましくない周波数レンジを指定する形状データにしたがって整形される。整形された拡散波形がソースデータと組み合わされ、変調のために電圧制御発振器に供給される。次に、組み合わされた変調信号が受信機へ送信され、それによって、送信信号のスペクトルは所定形状を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超広帯域通信システムにおけるシグナリング方法であって、
送信機で拡散波形を発生すること、
形状データに従って前記拡散波形を整形すること、
前記整形された拡散波形をソースデータと組み合わせることであって、それによって、組合せ信号を生成すること、および
前記組合せ信号を変調することであって、それによって、送信信号を生成して、該送信信号のスペクトルを整形すること
を含む方法。
【請求項２】
前記形状データは周波数レンジを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記周波数レンジは望ましい周波数レンジおよび望ましくない周波数レンジを含む
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記周波数レンジは予め定められている
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
受信機で前記周波数レンジを測定すること、および
前記送信機に形状制御メッセージとして前記周波数レンジをフィードバックすること
をさらに含む
請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記測定することは瞬間的である
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記測定することはある期間にわたり平均される
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記送信機および前記受信機はトランシーバとして構成される
請求項５に記載の方法。
【請求項９】
サウンディング信号を送信すること、および
受信機で前記サウンディング信号からチャネル伝達関数を測定することであって、それによって、前記望ましくない周波数レンジを決定すること
をさらに含む
請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記望ましくない周波数の前記チャネル伝達関数は、低い絶対値を有する
請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記送信信号の信号対雑音比を測定することであって、それによって、前記形状データを決定すること
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
トレーニングシーケンスの信号対雑音比を測定することであって、それによって、前記形状データを決定すること
をさらに含む
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
受信機で受信信号として前記送信信号を受信すること、
前記受信信号を等化することであって、それによって、一定振幅エンベロープを得ること、および
前記受信信号に対する、前記拡散波形とは異なる逆拡散波形を発生することであって、それによって、前記受信信号の位相歪みを補償すること
をさらに含む
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記受信機で受信されるトレーニングシーケンスの位相歪みを測定すること
をさらに含む
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ソースデータを複数のサブストリームに変換すること、
各サブストリームについて異なる拡散波形を発生すること、
前記形状データに従ってそれぞれの異なる拡散波形を整形すること、
それぞれの整形された異なる拡散波形を各サブストリームと組み合わせることであって、それによって、異なる組合せ信号を生成すること、および
それぞれの異なる組合せ信号を変調することであって、それによって、異なる送信信号を生成すること
をさらに含む
請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記異なる送信信号の周波数は、常に共通部分を有さない
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記異なる送信信号の前記周波数は、いかなる時刻においても共通部分を有さない
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記送信信号は複数のシンボルを含み、
受信機で各シンボルを受信すること、
前記受信機で各シンボルの１つまたは複数の遅延コピーを受信すること、および
前記受信シンボルおよび各シンボルの前記遅延コピーから前記シンボルを検出すること
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ソースデータを複数のサブストリームに変換すること、
各サブストリームについて異なる拡散波形を発生すること、
前記形状データに従ってそれぞれの異なる拡散波形を整形すること、
それぞれの整形された異なる拡散波形を各サブストリームと組み合わせることであって、それによって、異なる組合せ信号を生成すること、
それぞれの異なる組合せ信号を変調することであって、それによって、複数のシンボルを含む異なる送信信号を生成すること、
それぞれの異なる送信信号について、受信機で各シンボルを受信すること、
各送信信号について、前記受信機で各シンボルの１つまたは複数の遅延コピーを受信すること、および
各送信信号について、前記受信シンボルおよび各シンボルの前記遅延コピーから前記送信シンボルを検出すること
をさらに含む
請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記検出されたシンボルを組み合わせること
をさらに含む
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的にはワイヤレス通信に関し、特に、超広帯域通信システムにおいて送信信号のスペクトルを整形することに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）による２００２年２月１４日の「First Report and Order」の発表に伴い、超広帯域（Ultra Wide Bandwidth、ＵＷＢ）通信システムへの関心が高まっている。
【０００３】
図１は、送信機１１０および受信機１２０を含む従来技術のＵＷＢシステム１００の基本構成を示している。送信機１１０の主な構成要素としては、ソース符号化およびチャネル符号化を実行することができるデータソース１１１と、拡散波形１１２のための擬似乱数を発生するＣＰＵ１０１と、送信電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator、ＶＣＯ）１１３がある。
【０００４】
データソース１１１からのユーザデータが拡散波形１１２に加算される（１１４）。これにより、［Ｖｍｉｎ＋ｄ，Ｖｍａｘ−ｄ］の範囲内にある電圧のシーケンスが生成される。ここで＋／−ｄはデータソース１１１の出力であり、ＶｍｉｎおよびＶｍａｘは拡散波形１１２における最小および最大電圧である。こうして、送信信号１３０がＵＷＢスペクトルにわたって拡散される。
【０００５】
受信機１２０は、受信ＶＣＯ１２３のための逆拡散波形１２２を発生する手段１２７を含む。逆拡散波形１２２には、受信信号が乗算され（１２４）、検出器１２５に供給される。逆拡散波形１２２は拡散波形１１２と同一であるので、データシンク１２１への出力は、オン／オフスイッチングの可能性を除いては、雑音およびチャネル分散による歪みを受けたソースデータ１１１に等しい。この方法は、高速周波数ホッピングと周波数シフトキーイング（Frequency Shift Keying、ＦＳＫ）の組合せである。
【０００６】
部分的には、ＵＷＢは、低コストで高データレートのデバイスを対象としている。ＩＥＥＥ８０２．１５．３ａ規格群は、短距離屋内通信システムにおけるＵＷＢの使用に対するパフォーマンス要件を規定している。誤り訂正および他のオーバーヘッドの後で、１０メートルにおいて少なくとも１１０Ｍｂｐｓの受信データレートが要求される。このことは、送信データレートがさらに高くなければならないことを意味する。
【０００７】
さらに、４メートルにおいて少なくとも２００Ｍｂｐｓのビットレートが要求される。４８０Ｍｂｐｓを超えるレートがたとえより短距離でしか達成できないとしても、そのようなレートへの拡張性があることが望ましい。
【０００８】
広い周波数レンジにわたってワイヤレス信号の帯域幅を拡散するいくつかの技法が既知である。それらのうち最も注目すべきものは、時間ホップインパルス無線（time-hopped impulse radio、ＴＨ−ＩＲ）および直接シーケンス拡散（Direct-Sequence Spreading、ＤＳＳ）である。これらの技法は、最適な変調および多元接続方式が使用される場合には実質的に同等である。
【０００９】
ＵＷＢシステムに対する１つの重要な要件として、エミッションに対するＦＣＣ要件を満たすことがある。これは、周波数領域におけるマスクだけでなく、放出信号に対するピークパワー限界にも関係する。すべての使用可能周波数にわたる平均パワー限界は、屋内システムと屋外システムでは異なる。これらの限界は、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）マスクの形で与えられる。３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域では、ＰＳＤは−４１．２５ｄＢｍ／ＭＨｚに制限される。ＰＳＤに対する限界は、それぞれの可能な１ＭＨｚ帯域ごとに満たされなければならないが、より小さい帯域幅に対しては必ずしもその必要はない。
【００１０】
９６０ＭＨｚより上で動作するシステムの場合、放射エミッションが最高になる周波数ｆＭを中心とする５０ＭＨｚ帯域幅内に含まれるピークエミッションレベルに対する限界がある。ＦＣＣは、測定に使用される実際の分解能帯域幅（ＲＢＷ）に依存したスライディングスケールに基づくピーク限界を採用している。図１に記載されているようなシステムは一定エンベロープのエミッションを有するので、平均パワーはピークパワーに等しい。インパルス無線方式のシステムとは異なり、ピークエミッションレベルに対する限界は、この方式では問題ではない。
【００１１】
マルチパス環境で頑強なパフォーマンスを提供することも所望される。提案されている多くの変調方式では、加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）およびフラットフェージングチャネルにおけるパフォーマンスのみが評価されている。これは実際には不十分である。というのは、ＵＷＢチャネルのコヒーレンス帯域幅は通常１００ＭＨｚであり、したがって５００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚのシステム帯域幅よりもはるかに小さいからである。さらに、スペクトルに対して追加的制約が課される可能性がある。ほとんどのＵＷＢデバイスは無認可の「Ｐａｒｔ  １５」ＦＣＣ規則の下で動作することになるが、この規則は、デバイスが受ける可能性があるいかなる干渉も容認することをデバイスに要求するだけでなく、認可されたユーザに対する干渉を引き起こさないことをデバイスに強制する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＵＷＢ環境では、他の多くの潜在的な無線エミッション源がある。最も重要なものは、５ＧＨｚレンジにおけるワイヤレスＬＡＮ用の８０２．１１ａまたはＨＩＰＥＲＬＡＮ２カードであろう。また、電子レンジからの２．４５ＧＨｚ放射およびワイヤレス電話機からの１．８ＧＨｚ放射は「公式の」帯域幅の外にあるが、これらがＵＷＢ受信機に影響を及ぼす可能性があることも留意しなければならない。同様に、ＵＷＢデバイスからのエミッションが８０２．１１ａカードまたはワイヤレス電話機に干渉してはならない。したがって、送信および受信の両方のスペクトルを環境条件に応じて動的に調節することができるＵＷＢシステムがあれば望ましい。
【００１３】
規制当局および業界の規格に準拠したＵＷＢシステムを提供することが所望される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の基準を満たし、マルチパス環境で良好に機能するＵＷＢシステムを提供する。本システムは、規制制約に準拠するように放出信号のスペクトルを理想的に整形するために使用可能である。
【００１５】
超広帯域通信システムにおいて、拡散波形が送信機で発生される。拡散波形は、望ましい、および望ましくない周波数レンジを指定する形状データに従って整形される。
【００１６】
整形された拡散波形がソースデータと組み合わされ、変調のために電圧制御発振器に供給される。次に、組み合わされた変調信号が受信機へ送信され、それによって、送信信号のスペクトルは所定形状を有する。
【００１７】
本発明の一実施の形態では、拡散波形と逆拡散波形は同一である。もう１つの実施の形態では、受信信号はまず一定振幅のエンベロープを有するように等化され、異なる逆拡散波形を使用することができる。もう１つの実施の形態では、受信信号は等化されないが、それにもかかわらず、拡散波形とは異なる逆拡散波形が使用される。
【００１８】
もう１つの実施の形態では、ソースデータが複数のサブストリームに分割され、各サブストリームごとに異なる拡散波形が使用される。さらに、検出される信号のエネルギーを最大にするために、送信シンボルのもとのバージョンおよび遅延バージョンの両方を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２は、本発明による拡散波形を整形する超広帯域（ＵＷＢ）システムおよび方法２００を示している。送信スペクトルの波形を整形することによって、送信干渉量は減少し、他のソースから受ける干渉が少なくなる。整形は、測定された情報または事前の情報のいずれに基づいてもよい。
【００２０】
システム構成
システム２００の送信機２１０は、データソース２１１、拡散波形２１２を発生する手段（ＣＰＵ）２０１、電圧制御発振器２１３、および加算器２１４を含む。形状制御部２１５が波形２１２を整形し、乗算器２１６がスイッチ２１７によって制御される。
【００２１】
受信機２２０は、データシンク２２１、逆拡散波形２２２を発生する手段、ＶＣＯ２２３、第１および第２乗算器２２６および２２７、ならびに検出器２２５を含む。重み２２８が第２乗算器２２７に供給される。重みは変調後の逆拡散信号をさらに修正する。
【００２２】
ほとんどの実用ＵＷＢシステムでは、システム２００は送信機２１０および受信機２２０の両方を含むトランシーバの形で構成される。したがって、トランシーバは他の同様に構成されたトランシーバと情報を交換することができる。
【００２３】
システム動作
所定のスペクトル整形
拡散波形２１２の整形２１５は、本発明による方法の本質的部分である。第１の要件は、出力信号のスペクトルがＦＣＣスペクトルマスクに準拠するようにすることである。このことは、ＶＣＯの出力周波数が３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚになければならないことを意味する。この周波数レンジは所定である。さらに、一定の周波数が他のシステムからの干渉の影響を特に受けやすく、その場合、他のシステムはＵＷＢ送信機の影響を受けやすい。
【００２４】
したがって、形状制御部２１５は、ＶＣＯ２１３がそれらの周波数の信号を出力することになるような電圧を避ける。特に重要な周波数レンジの一例は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａワイヤレスＬＡＮシステムが動作することになる５．２〜５．３ＧＨｚである。
【００２５】
測定によるスペクトル整形
ほとんどのＵＷＢデバイスは送信機および受信機の両方を含むことになるので、受信機２２０で受信信号を測定し、受信機で、例えば検出器２２５を用いて、雑音および干渉の特性を決定することも可能である。この情報に基づいて、拡散波形発生器２１２の対応する電圧出力を抑制することにより、ある一定の周波数領域を送信しないようにすることができる。雑音および干渉は、単一の瞬間的測定値から決定しても、ある期間にわたる測定値を平均することによって決定してもよい。
【００２６】
測定された情報は、受信機２２０で逆拡散波形の形状を決定するために使用可能であり、送信機２１０にフィードバック（２１８）されて、５．２〜５．３ＧＨｚ周波数レンジのような所定情報とともに形状データ２１９として格納されることも可能である。形状データ２１９は、望ましい、および望ましくない周波数レンジの形であってもよい。その場合、形状制御器２１５は、形状データ２１９を用いて拡散波形２１２を整形する。
【００２７】
フィードバック２１８は、別のトランシーバの受信機からの、当該別のトランシーバによって送信された形状制御メッセージの形であってもよく、またはフィードバックはローカル受信機からのものであってもよい。
【００２８】
チャネルサウンディングによるスペクトル整形
システムは「チャネルサウンダ」を含むことも可能である。これは、送信機２１０内の乗算器２１６およびスイッチ２１７を用いて短いサウンディングパルスまたは他の適当なサウンディング信号を送信機から受信機へ送信することによって達成される。受信機は、サウンディング信号を用いてチャネル伝達関数を測定する。すると、スペクトル整形２１５は、チャネル伝達関数が低い絶対値を有する周波数レンジを避けることができ、受信機はそれに応じて逆拡散を行う。
【００２９】
伝達関数に関する情報は、干渉の知識と組み合わせることができる。これは、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の最適化を可能にする。上記のように、情報は、瞬間値であっても、ある期間にわたって平均されてもよい。チャネル状態にわたる平均は、チャネルが周波数フラットになる傾向がある場合にはかなりのパフォーマンスの損失につながり、小規模のフェージングにわたって平均される場合には周波数に対する弱い依存性（ｆ２）しか示さない可能性がある。
【００３０】
トレーニングシーケンスによるスペクトル整形
受信機２２０は、自動的に干渉を含むトレーニングシーケンスを受信することもできる。したがって、受信機はＳＩＮＲの知識を取得し、「チャネルサウンダ」は不要となる。このトレーニングシーケンスの知識は受信機で使用されることが可能であり、その場合、強い擾乱を受ける周波数の受信が回避される。システムに十分な冗長性がある場合、これは雑音および干渉を実際に受信するより良好である。さらに、受信信号のＳＮＲに関する情報がフィードバックループ２１８で送信機へ送信される場合、送信信号の形状を適宜修正することができる。
【００３１】
等化
この方法３００では、図３に示すように、チャネル歪みを補償するために、逆拡散波形３０１が拡散波形２１２とは異なる。補償は、部分的には、等化器３０２によって達成される。
【００３２】
等化器は、飽和モードで動作する増幅器として構成される。これは、送信信号に存在するのと同じ一定振幅のエンベロープを受信信号に強制する。
【００３３】
等化器３０２は、送信信号の一定エンベロープに対してチャネルにより誘導された振幅変動があればそれを補償する。変動は、受信信号のＡＭ／ＰＭ変換、さらには位相歪みにつながる可能性がある。これらは、チャネルにより導入される位相歪みに加えて生じる。
【００３４】
トレーニングシーケンスの送信中に、受信機３２０は全位相歪みを判定する。次に、受信機は、ＶＣＯ２２３の出力が、測定された位相歪みを近似的に補償するように、逆拡散波形３０１を修正する。
【００３５】
周波数細分
図４に示すように、送信機４００でシリアル−パラレル変換５１０を用いて、データストリームをＮ個のサブストリームに変換することも可能である。
【００３６】
その場合、各サブストリームがそれぞれ異なる拡散波形５１１〜５１３で拡散され、複数のＶＣＯ２１３に供給され、組み合わされて（５２０）から、異なる送信信号として送信される。ＶＣＯは、重複しない（共通部分を有さない）出力周波数を常に有することができ、このことが狭帯域ＶＣＯの使用を可能にする。ＶＣＯによって生成される周波数が重複している場合、いかなる時刻においてもどの２つのＶＣＯも同時に同じ周波数レンジ内の信号を出力することがないように拡散波形が選択される。遅延分散チャネルでは、異なるデータサブストリームに対応する「受信」（ＲＥＣＥＩＶＥＤ）信号の周波数が重複しないことを確実にしなければならない。
【００３７】
遅延シンボル検出
チャネルが周波数選択性である場合、送信信号のシンボルに遅延またはエコーを与えることが可能である。言い換えると、シンボルの全エネルギーを時間的に拡散することができる。したがって、信号対雑音比を最大にするために、各シンボルの全エネルギーを収集することが所望される。
【００３８】
したがって、受信機５００で、パラレル−シリアル変換器６１０を用いて受信信号を１つまたは複数の異なる検出器ブランチ６０１〜６０３に分配することができる。システムが上記のような周波数細分を使用している場合、各周波数細分ごとに１つのブランチがある。基本的な実施態様では、単一のブランチが使用され、Ｐ／Ｓ変換器は不要である。
【００３９】
各検出器ブランチは複数のＶＣＯ２２３を有する。第１ＶＣＯは、ブランチあたりのＶＣＯの数に応じて、最初の２シンボルまたはそれより多くの持続時間だけ送信周波数にとどまる。これは、たとえチャネルが遅延およびエコーにより信号を時間的に分散させたとしても、「変調パルス」、すなわち送信ＶＣＯ周波数に対応するキャリア周波数を有する方形信号によって送信された全エネルギーが収集されることを保証する。
【００４０】
チャネルの最大超過遅延がシンボル長より小さい場合、２シンボルの持続時間だけ所望の周波数にとどまれば全信号エネルギーを収集するのに十分である。このブランチで送信された次のシンボルは、遅延６２０を用いて、第２ＶＣＯによって受信される。第２ＶＣＯは、２シンボルの持続時間だけそのシンボルにとどまる。第３のシンボルは再び第１ＶＣＯによって受信され、以下同様となる。そして、検出された信号は、パラレル−シリアル変換器６１０によって組み合わされてデータシンク２２１に送られる。
【００４１】
遅延が２シンボル期間より大きい場合には、より多数の並列構成で検出器２２５への供給を行うことができることは理解するべきである。
【００４２】
以上、本発明について好ましい実施の形態を例として説明したが、本発明の精神および範囲内で種々の他の適応および変更を行うことができることは理解するべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲内に入るようなすべての変形および変更を包含することである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来技術のＵＷＢシステムのブロック図である。
【図２】本発明によるＵＷＢシステムのブロック図である。
【図３】等化を用いた本発明によるＵＷＢシステムのブロック図である。
【図４】本発明による周波数細分を用いたＵＷＢ送信機のブロック図である。
【図５】送信シンボルの遅延検出を用いたＵＷＢ受信機のブロック図である。
【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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【外国語明細書】
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