(57)【要約】ＵＷＢ信号などの無線通信信号を受信するための受信機１０は、受信機が伝送信号を能動的に受信している場合、第１のモードで動作可能であり、受信機が伝送信号を受信するよう待機している場合、第２のモードで動作可能である。受信機は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換器２０を備える。受信機コントローラは、第１のモードでは、アナログデジタル変換器２０は第１の解像度で動作し、第２のモードでは、アナログデジタル変換器２０は第２の解像度で動作するように、アナログデジタル変換器の動作解像度を制御するようになっている。第２の解像度は第１の解像度よりも低く、第２の解像度は１ビット解像度であるのが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機が伝送信号を能動的に受信している場合には第１のモードで、受信機が伝送信号を受信するよう待機している場合には第２のモードで動作可能な、無線通信信号を受信するための受信機であって、
受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換器と；
前記第１のモードでは、前記アナログデジタル変換器は第１の解像度で動作し、前記第２のモードでは、前記アナログデジタル変換器は第２の解像度で動作するように、前記アナログデジタル変換器の動作解像度を制御するようになっている受信機コントローラと；
を備え、
前記第２の解像度は、前記第１の解像度よりも低い受信機。
【請求項２】
前記アナログデジタル変換器の第２の解像度が１ビット解像度である請求項１記載の受信機。
【請求項３】
前記アナログデジタル変換器からの出力を受信するための検出相関器をさらに備え、
前記検出相関器が、前記受信機が前記第２のモードで動作している場合、前記アナログデジタル変換器の第２の解像度に基づいて前記デジタル化信号におけるプリアンブルシンボルの存在を検出するようになっている請求項１又は２記載の受信機。
【請求項４】
前記検出相関器が、
スライドウィンドウにおけるサンプルの符号がどの位の頻度で期待プリアンブルシンボルの符号と一致するのかを合計し、
合計を所定の閾値と比較することで、
プリアンブルシンボルの存在を検出するようになっている請求項３記載の受信機。
【請求項５】
前記検出相関器がさらに、プリアンブルシンボルが存在することを示す前記受信機コントローラに第１の制御信号を送信するようになっており、それにより前記アナログデジタル変換器が前記第１の解像度で動作するよう指示する請求項４記載の受信機。
【請求項６】
ＲＦ電力検出回路をさらに備え、
前記ＲＦ電力検出回路が、前記アナログデジタル信号の電力に基づいてプリアンブルシンボルの存在を検出するようになっている請求項１又は２記載の受信機。
【請求項７】
前記ＲＦ電力検出回路がさらに、プリアンブルシンボルが存在することを示す前記受信機コントローラに第１の制御信号を送信するようになっており、それにより前記アナログデジタル変換器が前記第１の解像度で動作するよう指示する請求項６記載の受信機。
【請求項８】
前記第１の解像度が、１サンプル当たり６ビットである請求項１から７のいずれか１項記載の受信機。
【請求項９】
前記受信機が前記第１のモードで動作している間、前記受信機コントローラがさらに、前記アナログデジタル変換器の第１の解像度を変えるようになっている請求項１から８のいずれか１項記載の受信機。
【請求項１０】
受信機ベースバンド部をさらに備え、前記受信機が前記第２のモードで動作している場合、前記受信機ベースバンド部が省電力モードに入る請求項１から９のいずれか１項記載の受信機。
【請求項１１】
受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換器を有する無線受信機の省電力方法であって、前記方法は：
前記受信機が伝送信号を能動的に受信している場合、前記受信機を第１のモードで動作するステップと；
前記受信機が伝送信号を受信するよう待機している場合、前記受信機を第２のモードで動作するステップと；
を含み、
前記アナログデジタル変換器は、前記第１のモードで動作する場合、第１の解像度を有し、前記第２のモードで動作する場合、第２の解像度を有し、前記第２の解像度は、前記第１の解像度よりも低い方法。
【請求項１２】
前記アナログデジタル変換器の第２の解像度が、前記第２のモードで動作する場合、１ビット解像度に設定される請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記アナログデジタル変換器からの出力を受信するための検出相関器を提供するステップをさらに含み、前記受信機が前記第２のモードで動作している場合、前記検出相関器が、前記アナログデジタル変換器の第２の解像度に基づいて前記デジタル化信号におけるプリアンブルシンボルの存在を検出する請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１４】
前記プリアンブルシンボルの存在を検出するステップが、
スライドウィンドウにおけるサンプルの符号がどの位の頻度で期待プリアンブルシンボルの符号と一致するかを合計するステップと；
合計を所定の閾値と比較するステップと；
を含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
存在するプリアンブルシンボルの存在を検出している前記検出相関器に応答して、前記アナログデジタル変換器を前記第１の解像度で動作するよう指示するステップをさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記受信したアナログ信号の電力に基づいて、プリアンブルシンボルの存在を検出するためのＲＦ電力検出回路を提供するステップをさらに含む請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１７】
プリアンブルシンボルの存在を検出している前記ＲＦ電力検出回路に応答して、前記アナログデジタル変換器を前記第１の解像度で動作するよう指示するステップをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記アナログデジタル変換器を前記第１の解像度で動作するステップが、１サンプル当たり６ビットの解像度を用いるステップを含む請求項１１から１７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記受信機が前記第１のモードで動作している間、前記アナログデジタル変換器の第１の解像度を変えるステップをさらに含む請求項１１から１８のいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
受信機ベースバンド部を提供するステップと、前記受信機が前記第２のモードで動作している場合、前記受信機ベースバンド部を省電力モードに入れるステップとをさらに含む請求項１１から１９のいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
前記ベースバンド部の受信機電力が、前記受信信号の受信信号品質に応じて電力消費を最適化するよう連続的に減少させる請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線受信機及び無線受信機の省電力方法に関し、特に、超広帯域（ＵＷＢ）受信機及び切替可能な解像度を備える省電力アナログデジタル変換器の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域は、３．１〜１０．６ＧＨｚの非常に広い周波数範囲にわたってデジタルデータを送信する無線技術である。一般に、−４１ｄＢｍ／ＭＨｚ未満の超低送信電力を利用するため、この技術は、既存のＷｉ−Ｆｉ、ＧＳＭ及びブルートゥースなどの他の伝送周波数下にそのまま隠れることができる。これは、超広帯域が他の無線周波数技術と共存できることを意味している。しかしながら、これには、通信が一般に５〜２０メートルの距離に限られるという制限がある。
【０００３】
ＵＷＢには二つの手法がある。すなわち、ＵＷＢ特性をもつパルス波形から信号を構築する時間領域手法と、従来の、多重（周波数）バンドによるＦＦＴベースの直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いて、ＭＢ−ＯＦＤＭを行う周波数領域変調手法とである。両方のＵＷＢ手法は、周波数スペクトルにおいて非常に広い帯域幅を網羅するスペクトル成分を生じ、そのため超広帯域という用語が使用され、それにより、帯域幅は、中心周波数の２０パーセント以上を占め、一般に少なくとも５００ＭＨｚである。
【０００４】
非常に広い帯域幅と組み合わせた超広帯域のこれらの特性は、ＵＷＢが家庭又はオフィス環境で高速無線通信を提供するための理想的な技術であることを意味し、それにより、通信デバイスは互いに２０ｍの範囲内となる。
【０００５】
図１は、超広帯域通信用のマルチバンド直交周波数分割多重（ＭＢ−ＯＦＤＭ）システムにおける周波数バンドの配置を示す図である。ＭＢ−ＯＦＤＭシステムは、各々が５２８ＭＨｚの１４個のサブバンドを備え、アクセス方式としてサブバンド間で３１２ｎｓごとにホップする周波数を用いる。各サブバンド内で、ＯＦＤＭ及びＱＰＳＫ又はＤＣＭコーディングをデータ送信に用いる。約５ＧＨｚ、現在、５．１〜５．８ＧＨｚのサブバンドは、例えば、８０２．１１ａＷＬＡＮシステム、安全保障局の通信システム又は航空産業の既存の狭帯域システムとの混信を避けるため空白のままであることに留意されたい。
【０００６】
１４個のサブバンドは五つのバンド群に構成され：四つは５２８ＭＨｚのサブバンドを三つ有し、一つは５２８ＭＨｚのサブバンドを二つ有している。図１に示すように、第１のバンド群は、サブバンド１と、サブバンド２と、サブバンド３とを備える。例示のＵＷＢシステムは、第１のデータシンボルをバンド群の第１の周波数サブバンドにおいて第１の３１２．５ｎｓ長の時間間隔で送信し、第２のデータシンボルをバンド群の第２の周波数サブバンドにおいて第２の３１２．５ｎｓ長の時間間隔で送信し、なおかつ、第３のデータシンボルをバンド群の第３の周波数サブバンドにおいて第３の３１２．５ｎｓ長の時間間隔で送信するように、バンド群のサブバンド間をホップする周波数を用いる。したがって、各時間間隔の間、データシンボルは、５２８ＭＨｚの帯域幅をもつそれぞれのサブバンド、例えば、３９６０ＭＨｚを中央にした５２８ＭＨｚのベースバンド信号をもつサブバンド２に送信される。
【０００７】
ＵＷＢシステムの基本的なタイミング構造は、スーパーフレームである。スーパーフレームは２５６個の媒体アクセススロット（ＭＡＳ）から成り、各ＭＡＳは、規定の持続時間、例えば、２５６mｓを有する。各スーパーフレームはビーコンピリオドで開始され、一つ以上の隣接ＭＡＳで継続する。ビーコンピリオドにおける第１のＭＡＳの開始は、「ビーコンピリオド開始」として知られている。
【０００８】
超広帯域の技術的特性は、データ通信領域における用途に展開されることを意味する。例えば、以下の環境においてケーブル交換を目的とする広範囲の用途が存在する：
−ＰＣと、周辺機器、すなわち、ハードディスク・ドライブ、ＣＤライター、プリンター、スキャナーなどの外部デバイスとの間の通信。
−無線手段、無線スピーカー等によって接続されるテレビやデバイスなどの家庭用娯楽機器。
−例えば、携帯電話とＰＤＡ、デジタルカメラとＭＰ３プレーヤー等の携帯端末とＰＣとの間の通信。
【０００９】
ＭＢ−ＯＦＤＭ  ＵＷＢリンク用の受信機は、高解像度をもつ高速のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を必要とする。このリンク用の通常のＡＤＣは、各サンプルにつき６ビットの解像度により、５２８ＭＨｚで１対の（Ｉ，Ｑ）サンプルを捕捉する。ＡＤＣの電力消費は、サンプルレートが増えるにつれて増加する。ＡＤＣは、電力消費が比較器の数に比例し、比較器の数が２の解像度乗に比例するフラッシュコンバータであるため、ＡＤＣの電力消費も、サンプル解像度により指数関数的に増加する。したがって、６ビット解像度をもつ２台の５２８ＭＨｚ  ＡＤＣの電力消費は非常に大きくなる。
【００１０】
ＭＢ−ＯＦＤＭ  ＵＷＢは、低電力消費が非常に重要となる携帯デバイスで用いられる。これらのデバイス内のＵＷＢ受信機は連続的に動作することが望ましく、これにより他のデバイスにより送信されたフレームを受信できる。しかしながら、ＵＷＢ受信機が連続的に動作すると、受信機ＡＤＣが過剰な電力を消費するため、これは携帯デバイスの電源、すなわち、バッテリーが許容しえない負荷をかけることになる。
【００１１】
ＡＤＣが過剰な電力を消費するという問題は、二つの公知の方策を用いて軽減することができる：
１．ユーザが通信を行う期間中は受信機をオンに切り換え、通信後に受信機をオフに切り換えることを要する。この解決策は、ユーザが受信機をオンに切り換えないとフレームをミスする場合があるため、望ましくない。ユーザが受信機をオフに切り換えないと余計な電力を無駄にする場合がある。
２．ある間フレームを受信しないでいると、受信機が「スヌーズ」モードに入ることができる。その後、受信機はフレームの活動を感知するため定期的にウェイクアップすることができる。この解決策は、受信機が「スヌーズ」中にフレームを受信しそこねる場合があるので、理想的ではない。
【００１２】
本発明の目的は、改良された無線受信機と、無線受信機における省電力方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
本発明によれば、受信機が伝送信号を能動的に受信している場合には第１のモードで、受信機が伝送信号を受信するよう待機している場合には第２のモードで動作可能な、無線通信信号を受信するための受信機を提供するものである。受信機は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換器と；第１のモードでは、アナログデジタル変換器が第１の解像度で動作し、第２のモードでは、アナログデジタル変換器は第２の解像度で動作するように、アナログデジタル変換器の動作解像度を制御するようになっている受信機コントローラとを備え、第２の解像度は、第１の解像度よりも低い。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換器を有する無線受信機の省電力方法を提供するものである。本方法は、受信機が伝送信号を能動的に受信している場合、受信機を第１のモードで動作するステップと；受信機が伝送信号を受信するよう待機している場合、受信機を第２のモードで動作するステップとを含む。アナログデジタル変換器は、第１のモードで動作する場合、第１の解像度を有し、第２のモードで動作する場合、第２の解像度を有し、第２の解像度は、第１の解像度よりも低い。
【００１５】
本発明は、フレームを能動的に受信していない場合、受信機を低電力の「リスニング」モードに入ることでＵＷＢ受信機の平均電力消費を低減できるという利点を有する。「リスニング」モードでは、ＲＦ及び検出相関器は活動状態であり、ＡＤＣは低電力、低解像度モードに入る。検出相関器がフレームの開始時でプリアンブルシンボルの存在を検出すると、受信機は出力が上がり、ＡＤＣは高解像度モードに入る。フレームの終わりで（あるいは、フレームバーストの最終フレームの終わりで）、受信機は「リスニング」モードに戻ることができる。
【００１６】
本発明のより十分な理解を得るとともに、それがどのように実施されるかを示すために、単なる例として添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＭＢ−ＯＦＤＭシステムのマルチバンドＯＦＤＭアライアンス（ＭＢＯＡ）承認の周波数スペクトルを示す図である。
【図２】本発明による受信機の略ブロック図である。
【図３】本発明により実施されるステップを詳細に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ＵＷＢ受信機に関して以下の好適な実施形態の説明を行う。しかしながら、本発明は、ＭＢ−ＯＦＤＭ規格以外の規格で使用するようになっているＵＷＢ受信機を含む別のタイプの無線受信機にも適用可能であることが分かるであろう。
【００１９】
図２は、本発明による受信機１０の略ブロック図である。
【００２０】
受信機１０は、ＲＦ信号１４を受信するアンテナ１２を備える。ＲＦ部１６は、受信信号１４を増幅し、増幅信号１８をアナログデジタル変換器２０に出力する。
【００２１】
受信機１０は、検出相関器２２と、受信機コントローラ２４と、受信機ベースバンド２６とをさらに備える。
【００２２】
受信機１０は、受信機が通常の動作モード（すなわち、一つ以上の他のＵＷＢデバイスからＵＷＢ信号を受信する場合）で動作する「受信」モード（又は第１のモード）と、受信機が本発明による省電力モード（例えば、一つ以上の他のＵＷＢデバイスからＵＷＢ信号を受信するよう待機している）で動作する「リスニング」モード（又は第２のモード）との二つの動作モードを有する。
【００２３】
受信モードで動作中に、受信機１０の全部分はオンに切り換えられ、ＡＤＣ２０は高解像度、例えば、６ビット解像度で動作する。高解像度出力３８は、ＡＤＣ２０から受信機ベースバンド２６に直接送信される。好適な実施形態ではＡＤＣ２０が１サンプル当たり６ビットであることを高解像度と言うが、他の解像度も使用できることが分かるであろう。
【００２４】
本発明によれば、受信機コントローラ２４は、電力を節約するため受信機１０をリスニングモードに入れるようになっている。例えば、受信機１０は、フレームの終わりに、あるいはフレームバーストの最終フレームの後にリスニングモードに入ることができる。
【００２５】
リスニングモードでは、受信機ベースバンド２６及び他の全ての重要でない部分（図２には示していない）は、省電力モードに入り、例えば、オフに切り換わり、それにより受信機１０の電力消費を低減する。これらのブロックの電力消費は通常動作から減少することができるが、ＲＦ部１６、ＡＤＣ２０、検出相関器２２及び受信機コントローラ２４はオンに切り換わったままである。
【００２６】
しかしながら、本発明によれば、受信機がリスニングモードである場合、ＡＤＣ２０は低解像度で動作するよう構成されている。例えば、好適な実施形態では、低解像度は各サンプルに対し１ビットである。１ビット解像度モードで動作する場合、有効な比較器は少なくなるため、ＡＤＣ２０の電力消費は減少し、それにより受信機１０の電力消費が全体としてさらに減少する。
【００２７】
図３のフロー図は、通常動作モード、すなわち受信モードと、低電力モード、すなわちリスニングモードとの間で受信機の動作を本発明がどのように制御するのかに関する基本原理を説明するものである。
【００２８】
リスニングモードに入る指示の受信後、例えば、フレーム信号の終わり、あるいはフレームバーストの最終フレームの後（ステップ３０１）、受信機は、低解像度の動作モードにＡＤＣ２０を入れるようになっている（ステップ３０３）。低解像度の動作モードは１ビットの動作モードであるのが好ましい。一方、リスニングモードでは、受信機は、ＡＤＣ２０の１ビット出力に基づいてプリアンブル信号の存在を検出するようになっている（ステップ３０５）。プリアンブルが検出されなければ、受信機はリスニングモードのままであり、ＡＤＣ２０は１ビットモードのままである。しかしながら、プリアンブル信号が検出されると、ＡＤＣは、もう一度、高解像度モードに設定される（ステップ３０７）。
【００２９】
したがって、リスニングモードである間、フレームが別のデバイスにより送信されると、受信機ＲＦ部１６により増幅され、その後ＡＤＣ２０に伝えられる。ＡＤＣの出力は、その後、検出相関器２２に伝えられる。検出相関器２２は、受信信号３０の１ビットサンプルからの情報に基づいて、フレームプリアンブルシンボルの存在（あるいは不在）を確実に検出することができる。受信機コントローラ２４が、検出相関器２２から「プリアンブルが存在する」信号３２を受信すると、受信機コントローラ２４は受信機１０の全部分を直ちにウェイクアップし、ＡＤＣ２０を高解像度モードに入れ、これにより受信機１０は「受信モード」に入り、受信フレームを受信することができる。これは、受信機ベースバンド２６に「省電力」信号３４を送信し；省電力モードを終了して出力を上げるようベースバンド２６に指示し；「解像度制御」信号３６をＡＤＣ２０に送信し；高解像度で動作するようＡＤＣを指示することで達成される。
【００３０】
フレームの終わり、あるいはフレームバーストにおける最終フレームの終わりで、受信機コントローラ２４は、省電力信号３４を受信機ベースバンド２６に送信して、受信機１０に省電力モードに入るよう指示し、解像度−制御信号をＡＤＣ２０に送信して、ＡＤＣ２０に低解像度で動作するように指示する。その後、受信機１０は、リスニングモードに再び入る。
【００３１】
例えば、受信機ベースバンド２６内のデジタル論理をクロックゲーティングにより、リスニング又は省電力モードを達成することができる。クロックゲーティングは非活動のデジタル論理回路内のレジスタへのクロックを一時的に無効にする。これにより、非活動デジタル論理回路の電力消費を著しく減少させる。しかしながら、当業者には、省電力モードを達成するための多くの他の方法を本発明の範囲から逸脱せずに提供できることが分かるであろう。
【００３２】
上記から分かるように、本発明は、検出相関器２２が、受信信号でプリアンブルシンボルの存在を確実に検出できること及びその後情報ができる限り失われないように、受信機１０を比較的速やかに受信モードに切り換えできることに依存している。本発明は、ＵＷＢ信号に見られるプリアンブルが比較的長いことによって可能となる。例えば、標準のＭＢ−ＯＦＤＭ信号は、２４個のプリアンブルシンボルを含む。しかしながら、より少ない数のこれらプリアンブルシンボルを用いて、例えば、１８個のプリアンブルシンボルのみを用いてフレームを正確に受信することができる。そのようなシナリオでは、受信機１０は、したがって、各パケットの最初の６個のプリアンブルシンボルを失っても差し支えない。検出相関器２２が最初のプリアンブルシンボルの存在を検出すると、受信機１０の残部は、５個のプリアンブルシンボル（すなわち、１．５６２５μｓ）内に出力を上げなければならない。
【００３３】
これにより、１ビット解像度を用いるだけでプリアンブルを確実に検出することができる。例えば、１ビット検出相関器は、スライドウィンドウ（プリアンブルシンボルの長さと等しい）におけるサンプルの符号が、どの位の頻度で期待プリアンブル信号の符号と一致するかを合計する。この合計を事前計算された閾値と比較すると、ＭＢ−ＯＦＤＭプリアンブルの存在か不在かの確実な決定を行うことができる。特定の偽警報と受信しこねたフレーム確率を達成するように（検出相関器の統計をモデリングすることで）閾値を選択する。
【００３４】
プリアンブルの上記の特性により、どのデータも失うことなく、受信機を受信モードにすることができる。
【００３５】
これは、高解像度に切り換えるため必要な予備の比較器の出力を上げること、あるいは、低解像度に切り換えるため不要な比較器の出力を下げることだけを伴うので、ＡＤＣ２０は高解像度と低解像度との間を迅速に切り換えることができる。さらに、受信機ベースバンド２６は、例えば、上記のようなクロックゲーティングを用いることで動作モードと省電力モードとの間を迅速に切り換えることもできる。
【００３６】
受信機１０をさらに変更することは当業者には明らかであろう。例えば、検出相関器２２のプリアンブル検出機能は、ＲＦ電力検出回路に置き換えることができよう。そのような回路は、受信信号の無線周波電力を検出することで伝送信号の存在を推測するであろう。ＲＦ電力検出回路はプリアンブルシンボルと他の無線通信とを区別できないので、これは準最適な解決策である。しかしながら、そのようなシステムは、本発明と同じ発明的概念を使用するため、添付された請求項に記載されている本発明の範囲内のものと考えられる。
【００３７】
リスニングモード中にＡＤＣの解像度を変えることに加えて、受信機は、例えば、受信している信号の品質に応じて、受信モード中にＡＤＣの解像度を変えるようにすることもできる。ＡＤＣ２０は、高品質信号を受信している場合、３ビット、４ビット、あるいは５ビットなどの低解像度で動作し、低品質信号を受信している場合、６ビットの動作モードで動作するよう構成されていてもよい。
【００３８】
本発明は、ＡＤＣの精度を下げることによる省電力モードが有利である有線システムにも使用できることに留意されたい。
【００３９】
上記の実施形態は、本発明を限定することなく示しており、当業者は、添付された請求項の範囲から逸脱せずに多くの代替の実施形態を設計することができることに注意すべきである。「含む」なる語は、請求項に記載されているもの以外の要素、あるいはステップの存在を排除するものではなく、「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除するものではなく、なおかつ、単一のプロセッサあるいは他のユニットは、請求項に記載されているいくつかのユニットの機能を満たす場合がある。請求項における参照符号は、請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
2010502043.tif 000004
【図３】
2010502043.tif 000005
【国際調査報告】
2010502043.tif 000006
2010502043.tif 000007