(57)【要約】【課題】  新たな変調方式のＵＷＢ通信方法とそのためのＵＷＢ送信機及び受信機を提供する。【解決手段】  少なくとも１ビット単位で分割されたデータセグメントの種類によってマッピングされる相異なる中心周波数を有するＵＷＢ信号を生成する段階と、生成されたＵＷＢ信号を無線媒体を介してデバイスに送信する段階と、デバイスが無線媒体を介して送信するＵＷＢ信号を受信する段階と、受信されたＵＷＢ信号の中心周波数によってマッピングされる各データセグメントを決定する段階と、を含むＵＷＢ通信方法。【選択図】図１
2005354682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１ビット単位で分割されたデータセグメントの種類を相異なる中心周波数にマッピングしたＵＷＢ信号を生成する段階と、
前記生成されたＵＷＢ信号を無線媒体を介してデバイスに送信する段階と、
前記デバイスが無線媒体を介して送信するＵＷＢ信号を受信する段階と、
前記受信されたＵＷＢ信号の中心周波数にマッピングされる各データセグメントの種類を決定する段階と、
を含むＵＷＢ通信方法。
【請求項２】
前記データセグメントの種類は２つであり、前記送受信されるＵＷＢ信号の中心周波数は相異なる２つの周波数のうち何れか１つである請求項１に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項３】
前記データセグメントの種類を決定する段階は、ノンコヒレント方式で前記受信されたＵＷＢ信号と最も高い相関度を有する中心周波数を探し、前記探した中心周波数にマッピングされるデータセグメントを決定する請求項１に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項４】
前記データセグメントの種類を決定する段階は、前記受信されたＵＷＢ信号を相異なる中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングする段階と、前記各中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号の強度を求める段階と、前記各中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号の強度を比較して最大の強度を有する中心周波数にマッピングされるビットセグメントを決定する段階とを含む請求項３に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項５】
前記各中心周波数のＵＷＢ信号の強度を求める段階は、前記各中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号のパワーを所定時間積分する請求項４に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項６】
前記データセグメントの種類を決定する段階は、コヒレント方式で前記受信されたＵＷＢ信号と最も高い相関度を有する中心周波数を探し、前記探した中心周波数にマッピングされるデータセグメントを決定する請求項１に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項７】
前記データセグメントの種類を決定する段階は、前記受信されたＵＷＢ信号を相異なる周波数のＵＷＢ信号テンプレートと混合する段階と、前記相異なる周波数のＵＷＢ信号テンプレートと混合されたＵＷＢ信号それぞれとを積分する段階と、最大相関度の周波数にマッピングされるビットセグメントを決定する段階とを含む請求項６に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項８】
前記データセグメントを含むデータは、帯域拡散されたデジタルデータである請求項１に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項９】
複数のビット単位で分割されたデータセグメントを構成する周波数セグメントの種類によってマッピングされる相異なる中心周波数を決定し、前記データセグメントを構成する変調セグメントの種類によって所定の変調方式で変調して前記決定された中心周波数を有するＵＷＢ信号を生成する段階と、
前記生成されたＵＷＢ信号を、無線媒体を介してデバイスに送信する段階と、
前記デバイスが、無線媒体を介して送信するＵＷＢ信号を受信する段階と、
前記受信されたＵＷＢ信号の中心周波数によってマッピングされる周波数セグメントの種類を決定し、前記受信されたＵＷＢ信号を所定の復調方式で復調して変調セグメントの種類を決定する段階と、
を含むＵＷＢ通信方法。
【請求項１０】
前記周波数セグメントの種類は２つであり、前記送受信されるＵＷＢ信号の中心周波数は相異なる２つの周波数のうち何れか１つである請求項９に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項１１】
前記送受信されるＵＷＢ信号の帯域は、隣接する中心周波数を有するＵＷＢ信号の帯域と重畳する請求項９に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項１２】
前記変復調方式は、二相変調方式である請求項９に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項１３】
前記変復調方式は、パルス振幅変調方式である請求項９に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項１４】
前記データセグメントを含むデータは、帯域拡散されたデジタルデータである請求項９に記載のＵＷＢ通信方法。
【請求項１５】
相異なる中心周波数を有するＵＷＢ信号を生成するＵＷＢ信号生成部と、
前記生成されたＵＷＢ信号のうち少なくとも１ビット単位で分割されたデータセグメントにマッピングされるＵＷＢ信号を選択する選択部と、
前記選択されたＵＷＢ信号を無線媒体に出力する送信部と、
を含むＵＷＢ送信装置。
【請求項１６】
前記ＵＷＢ信号生成部は、相異なる周波数の搬送波を生成する複数の発振器と、所定の帯域幅を有するパルスを生成するパルス生成部と、前記生成されたパルスと前記各周波数の搬送波とを混合する混合器と、を含む請求項１５に記載のＵＷＢ送信装置。
【請求項１７】
前記パルス生成部は位相の異なる二種のパルスを生成する請求項１６に記載のＵＷＢ送信機装置。
【請求項１８】
前記パルス生成部は振幅の異なる二種のパルスを生成する請求項１６に記載のＵＷＢ送信装置。
【請求項１９】
前記発振器は２つの異なる周波数の搬送波を生成する請求項１６に記載のＵＷＢ送信装置。
【請求項２０】
前記発振器が生成する搬送波間の周波数間隔は前記パルスの帯域幅より狭い請求項１６に記載のＵＷＢ送信装置。
【請求項２１】
無線媒体を介して送信されるＵＷＢ信号を受信する受信部と、
前記受信されたＵＷＢ信号と複数の中心周波数との相関度を提供する相関部と、
前記最高相関度の中心周波数にマッピングされるデータセグメントを決定する決定部と、
を含むＵＷＢ受信装置。
【請求項２２】
前記相関部は、ノンコヒレント方式で前記受信されたＵＷＢ信号と複数の中心周波数との相関度を求める請求項２１に記載のＵＷＢ受信装置。
【請求項２３】
前記相関部は、前記受信されたＵＷＢ信号を相異なる中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングする帯域フィルターと、前記各中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号のエネルギーを求めるエネルギー検出部と、を含む請求項２２に記載のＵＷＢ受信装置。
【請求項２４】
前記各中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号のエネルギーは、前記各中心周波数の帯域通過フィルターで帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号のパワーを所定時間積分して求められる請求項２３に記載のＵＷＢ受信装置。
【請求項２５】
前記相関部は、コヒレント方式で前記受信されたＵＷＢ信号と複数の中心周波数との相関度を提供する請求項２１に記載のＵＷＢ受信装置。
【請求項２６】
前記相関部は、相異なる周波数のＵＷＢ信号テンプレート信号を生成するテンプレート生成部と、前記相異なる周波数のＵＷＢ信号テンプレートと前記受信されたＵＷＢ信号とを混合する混合器、及び前記混合されたＵＷＢ信号を各々積分する積分部を含む請求項２５に記載のＵＷＢ受信装置。
【請求項２７】
前記複数の中心周波数間の間隔は前記受信されたＵＷＢ信号の帯域幅より狭い請求項２１に記載のＵＷＢ受信装置。
【請求項２８】
前記相関部は、前記受信されたＵＷＢ信号と２つの中心周波数との相関度を提供する請求項２１に記載のＵＷＢ受信装置。
【請求項２９】
請求項１及び請求項１４のうちいずれか１項による方法を実行するためのコンピュータ可読プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＵＷＢ通信方法及び装置に係り、より詳細には、帯域遷移キーイング方式のＵＷＢ通信方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近無線通信技術の急速な発展と共に無線機器の普及は人々の生活方式に多くの変化を与えているが、特に、別途の周波数資源の確保なしでも既存の無線通信サービスと共存して高速広帯域の無線通信を行える超広域（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ ｂａｎｄ：以下、“ＵＷＢ”）通信が最近において活発に研究されつつある。
【０００３】
ＵＷＢ無線技術は、広い意味で広い周波数帯域を使用する通信技術をいうが、１９５０年代から米国で主に軍事的目的として研究された。１９９４年以来軍事保安が解除され、一部のベンチャー企業及び研究所が商業的な目的としてＵＷＢ無線技術を開発し始めた。次いで、２００２年２月１４日に米国連邦通信委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ；以下、ＦＣＣと称する）が商業的な利用を許した。現在ＵＷＢ技術は、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１５  ＷＧ（Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ）で標準化作業が進行中である。ＦＣＣが定義するＵＷＢとは、使用する周波数帯域幅が中心周波数に対して２０％以上、または５００ＭＨｚ以上の帯域幅を占める無線伝送技術を意味する。ここで、帯域幅は−３ｄＢ地点を基準に決定する他の通信とは異なり、−１０ｄＢ地点を基準に決定する。特に、単一帯域のＵＷＢは、基底帯域信号を搬送波に載せてデータを伝送する既存の狭域通信とは異なり、数ナノ秒に至るきわめて短い基底帯域パルスを用いて搬送波を使用せずにデータを伝送する。したがって、時間軸領域で数ナノ秒に該当するＵＷＢパルスは、周波数スペクトル上では数ギガ帯域に至る広域を有するために、既存の狭域無線通信技術に比べて、顕著に広い周波数帯域幅を有する無線通信技術であると言える。
【０００４】
数ナノ秒に至るきわめて短いパルスを使用してデータを伝送するＵＷＢ無線技術は、既存の狭域通信とは異なる様々な特徴を有する。ＵＷＢは基本的にパルスを用いた信号の伝送であるために周波数帯域で帯域幅が非常に広くなり、逆に周波数軸上での送信電力密度は小さくなる。すなわち、ノイズ帯域以下でも通信が可能である。
【０００５】
ＵＷＢ無線通信技術が超高速伝送できる理由は、シャノンチャンネル容量式（Ｓｈａｎｎｏｎ’ｓ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）で説明しうる。シャノン限界では有線または無線通信システムの何れにおいても、データをエラー無しに伝送できる最大データ伝送率は、提供された物理的な通信チャンネルごとに固有の通信チャンネル容量Ｃで定義しうる。特に伝送可能な周波数の帯域幅Ｂに対して、一定に制限されてノイズによりエラーが生じるチャンネルでの最大伝送容量Ｃは式（１）のように与えられる。
【０００６】
【数１】
2005354682.tif 000003
【０００７】
（ここで、Ｃは最大チャンネル容量を、Ｂはチャンネル帯域幅を、Ｓは信号の電力を、Ｎはノイズの電力を意味する）
【０００８】
式（１）を参照すれば、ＣはＢに対して線形的に増加することが分かり、またＳ／Ｎにより対数関数的に増加することが分かる。言い換えれば、帯域幅の増加は、チャンネルに伝送可能な最大チャンネル容量がこれに比例できるということを意味する。ＵＷＢは、短いパルス（ｗａｖｅｌｅｔ）を用いて情報を送受信するために、周波数領域でＵＷＢ信号を観察すれば、帯域幅が数ＧＨｚ程度に広い。すなわち、ＵＷＢ通信を行う場合、非常に速いデータ伝送が可能となることを意味する。それ以外にも、ＵＷＢは広い帯域幅を使用するので、相対的に低電力で通信でき、多重接続が可能であり、多重経路による干渉影響を抑制しうる長所もある。
【０００９】
ＵＷＢが応用されうる分野は多様であるが、多くの注目を受けている分野の１つは概略数〜数十ｍ程度の領域での高速近距離通信である。高速近距離通信のためにＵＷＢ信号を変調する方法は、ＵＷＢパルス（ＵＷＢ  Ｗａｖｅｌｅｔ）の時間的位置の変化を用いるパルス位置変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＰＭ）、パルスの大きさを用いるパルス振幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＡＭ）、ＢＰＳＫやＱＰＳＫのような位相遷移方式変調（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＰＳＫ）、及び直交周波数分割多重変調（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＯＦＤＭ）などが知られている。特許文献１はon-offパルス波形を生成して受信された変造信号に従ってon-offパルス波形を変造する技術を開始している。 現在までこのような多様な方式のＵＷＢ変調方式が知られており、今後も優秀な変調方式に関する研究がさらに要求されている。
【特許文献１】米国特許第２００３０１４６８００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記必要性によって案出されたものであって、新たな変調方式のＵＷＢ通信方法とそのためのＵＷＢ送信機及び受信機を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために本発明の一実施形態に係るＵＷＢ通信方法は、少なくとも１ビット単位で分割されたデータセグメントの種類を相異なる中心周波数にマッピングしたＵＷＢ信号を生成する段階と、前記生成されたＵＷＢ信号を無線媒体を介してデバイスに送信する段階と、前記デバイスが無線媒体を介して送信するＵＷＢ信号を受信する段階と、前記受信されたＵＷＢ信号の中心周波数にマッピングされる各データセグメントの種類を決定する段階と、を含む。
【００１２】
前記目的を達成するために本発明の他の実施形態に係るＵＷＢ通信方法は、複数のビット単位で分割されたデータセグメントを構成する周波数セグメントの種類によってマッピングされる相異なる中心周波数を決定し、前記データセグメントを構成する変調セグメントの種類によって所定の変調方式で変調して前記決定された中心周波数を有するＵＷＢ信号を生成する段階と、前記生成されたＵＷＢ信号を無線媒体を介してデバイスに送信する段階と、前記デバイスが無線媒体を介して送信するＵＷＢ信号を受信する段階と、前記受信されたＵＷＢ信号の中心周波数によってマッピングされる周波数セグメントの種類を決定し、前記受信されたＵＷＢ信号を所定の復調方式で復調して変調セグメントの種類を決定する段階と、を含む。
【００１３】
前記目的を達成するために本発明の一実施形態に係るＵＷＢ送信装置は、相異なる中心周波数を有するＵＷＢ信号を生成するＵＷＢ信号生成部と、前記生成されたＵＷＢ信号のうち少なくとも１ビット単位で分割されたデータセグメントにマッピングされるＵＷＢ信号を選択する選択部と、前記選択されたＵＷＢ信号を無線媒体に出力する送信部と、を含む。
【００１４】
前記目的を達成するために本発明の一実施形態に係るＵＷＢ受信装置は、無線媒体を介して送信されるＵＷＢ信号を受信する受信部と、前記受信されたＵＷＢ信号と複数の中心周波数との相関度を提供する相関部と、前記最高相関度の中心周波数にマッピングされるデータセグメントを決定する決定部と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、新たな変調方式を有するＵＷＢ通信が可能である。これは既存のＵＷＢ方式とは違ってＵＷＢ信号が伝えられるチャンネル（帯域または中心周波数）を情報伝達の手段として使用するために、既存の方式に比べてデータ伝送効率を高めうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＵＷＢ送信機の構成を示すブロック図である。
ＵＷＢ送信機は、ビット列を一定数のビットを含むデータセグメント単位に変え、各データセグメントの種類によって周波数が異なるＵＷＢ信号を選択して出力する。このために、ＵＷＢ送信機１００は、直列ビット列を一定した並列に変換する直並列変換部１１０と、相異なる中心周波数を有するＵＷＢ信号を生成するＵＷＢ信号生成部１２０、及び並列に変換されたビット列（データセグメント）を入力されてデータセグメントにマッピングされるＵＷＢ信号を選択するマルチプレクサ１３０を含む。マルチプレクサ１３０は一種のスイッチのような役割をし、相異なる中心周波数を有するＵＷＢ信号のうち何れか１つを選択する。マルチプレクサ１３０で選択されたＵＷＢ信号はＲＦ出力部１４０から無線媒体を介して他のデバイスに伝送される。ＵＷＢ信号生成部１２０については後述する。
【００１７】
一方、無線チャンネルで発生するエラーを減らし、送受信されるＵＷＢ信号の任意性（ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ）を高めるために、直並列変換部１１０に入力されるビット列は帯域拡散されたビット列であり得る。このような場合に、ＵＷＢ送信機１００はビット列を入力されてビット列の帯域を拡散させる帯域拡散部１５０をさらに含む。帯域拡散部１５０は、直接シーケンス帯域拡散（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ；ＤＳＳＳ）方式でビット列の帯域を拡散させることもでき、所定のビット数を有するビットセグメント毎に任意性を有するコードを出力できる。前者の場合や後者の場合に出力されるビット列は擬似ノイズ（ｐｓｅｕｄｏ  ｒａｎｄｏｍ  ｎｏｉｓｅ）として出力されることが望ましい。前者の場合には、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）通信方式でビット列の帯域を拡散させる。後者の場合を例とすれば、ｎ個のビットで構成されたビットセグメントを入力され、ｍ（ｍ＞ｎ）個のビットよりなる擬似ノイズコードのうち前記入力されたビットセグメントにマッピングされる１つの擬似ノイズコードを出力する。ｎ個のビットセグメントにマッピングされる前記擬似ノイズコードは２ｎ個のグループに分けられる。
【００１８】
以下では２つの相異なる中心周波数を有するＵＷＢ信号を生成することを中心に説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る図２のＵＷＢ信号生成部の構成を示すブロック図である。
【００１９】
ＵＷＢ信号生成部１２０は、所定の帯域幅を有するパルスを生成するパルス生成器２１０と、相異なる中心周波数を有する搬送波を生成する第１及び第２発振器２３１、２３２と、パルス生成器２１０で生成されたパルスを各発振器２３１、２３２で生成された搬送波と混合して中心周波数を異なる２つのＵＷＢ信号を生成する第１及び第２混合器２２１、２２２を含む。
【００２０】
パルス生成器２１０で生成されるパルスの帯域幅は、ＵＷＢ信号が占める帯域幅と同じになるが、ＵＷＢ信号の帯域幅は連邦通信委員会（ＦＣＣ）の規定を満足させねばならない。すなわち、ＵＷＢ信号の帯域幅は５００ＭＨｚを超えるか、または中心周波数の２０％以上にならねばならない。したがって、ＦＣＣ規定を満足させるには、パルス生成器２１０は帯域幅が５００ＭＨｚを超える非常に短いパルスを生成するか、第１及び第２発振器２３１、２３２が生成する搬送波の中心周波数ｆ１、ｆ２の２０％を超える帯域幅を有するパルスを生成しなければならない。
【００２１】
一方、第１及び第２混合器２２１、２２２から出力されるＵＷＢ信号の周波数特性を改善するために、ＵＷＢ信号をフィルタリングする第１及び第２フィルター２４１、２４２をさらに含みうる。フィルタリング方式としては、ＲＲＣ（Ｒｏｏｔ  Ｒａｉｓｅｄ  Ｃｏｓｉｎｅ）フィルター方式、及びガウシアンフィルター方式などが使われうる。第１フィルター２４１を経たＵＷＢ信号はｆ１の中心周波数を有し、第２フィルター２４２を経たＵＷＢ信号はｆ２の中心周波数を有する。
【００２２】
図３は、本発明の他の実施形態による図２のＵＷＢ信号生成部の構成を示すブロック図である。
ＵＷＢ信号生成部１２０は、所定の帯域幅を有するパルスを生成する第１及び第２パルス生成器３１１、３１２と、相異なる中心周波数を有する搬送波を生成する第１及び第２発振器３３１、３３２と、前記第１及び第２パルス生成器３１１、３１２で生成されたパルスを第１及び第２発振器３３１、３３２で生成された搬送波と混合して２つの中心周波数ｆ１、ｆ２を有する４つのＵＷＢ信号を生成する第１ないし第４混合器３２１、３２２、３２３、３２４とを含む。
【００２３】
第１パルス生成器３１１及び第２パルス生成器３１２で生成されるパルスの帯域幅は、何れもＦＣＣ規定によって５００ＭＨｚを超えるか、中心周波数ｆ１、ｆ２の２０％以上でなければならない。一方、第１パルス生成器３１１で生成された第１パルス及び第２パルス生成器３１２で生成された第２パルスの形態は、ＵＷＢ変調方式によって決定される。一実施形態において、第１パルス及び第２パルスは相互反転された位相を有する。相反する位相を有する第１パルス及び第２パルスを利用すれば、ＵＷＢ信号変調方式としてＢＰＭ（Ｂｉ−Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を適用しうる。他の実施形態において、第１パルス及び第２パルスは相異なる振幅を有する。振幅の異なる第１パルスと第２パルスとを用いると、ＵＷＢ信号変調方式としてＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を適用しうる。さらに他の実施形態において、第１パルスと第２パルスとは時間的な差を有する。時間的な差を有する第１パルスと第２パルスとを利用すれば、ＵＷＢ信号変調方式としてＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を利用しうる。
【００２４】
第１パルス及び第２パルスは、各々第１及び第２混合器３２１、３２２でｆ１の中心周波数を有する搬送波と混合され、第３及び第４混合器３２３、３２４でｆ２の中心周波数を有する搬送波と混合される。
【００２５】
図２の場合と同様に、４つのＵＷＢ信号をフィルタリングするための第１ないし第４フィルター３４１、３４２、３４３、３４４を含みうる。フィルタリング方式としては、ＲＲＣ（Ｒｏｏｔ  Ｒａｉｓｅｄ  Ｃｏｓｉｎｅ）フィルター方式、及びガウシアンフィルター方式などが使われうる。
【００２６】
一方、ＵＷＢ信号生成部１２０が前記第１パルス生成器３１１と第２パルス生成器３１２とを別途に有するように構成せず、１つのパルス生成器のみを有するように構成することもできる。一実施形態において、ＢＰＭを適用する場合にＵＷＢ信号生成部１２０は位相反転部を含む。この場合に、ＵＷＢ信号生成部１２０は１つのパルスに対して位相反転部を通じて反転された位相のパルスを生成しうる。他の実施形態において、ＰＡＭを適用する場合にＵＷＢ信号生成部１２０は増幅部を含む。この場合、ＵＷＢ信号生成部１２０は１つのパルスに対して増幅部を通じて増幅された位相のパルスを生成しうる。さらに他の実施形態において、ＰＰＭを適用する場合にＵＷＢ信号生成部１２０は時間遅延部を含む。この場合にＵＷＢ信号生成部１２０は１つのパルスに対して時間遅延部を通じて時間的位置の異なる位相のパルスを生成しうる。さらに他の実施形態において、ＵＷＢ信号生成部１２０は前記変調方式を組み合わせたパルスを生成するための構成を有する。
【００２７】
図４は、本発明の一実施形態に係るＵＷＢ通信の周波数帯域及びＵＷＢ信号の波形を示すグラフである。
図４は、図２及び図３のＵＷＢ信号生成部により生成される中心周波数の異なる２つのＵＷＢ信号の周波数帯域及び時間軸でのＵＷＢ信号波形を示している。（ａ）を参照すれば、ＵＷＢ信号は２つの帯域を有する。低周波帯域と高周波帯域に間隔をおく理由は、５ＧＨｚのＩＥＥＥ  ８０２．１１ａに係る無線ＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）との干渉を減らすためである。（ｂ）を参照すれば、上側の信号が低周波帯域のＵＷＢ信号の波形であり、下の信号が高周波帯域のＵＷＢ信号の波形である。２波形が時間軸上で占める幅がほぼ類似しているが、これはパルス生成器で生成されるパルスの時間軸上の幅に該当する。（ｂ）に示すＵＷＢ信号波形の時間軸上の幅と（ａ）に示すＵＷＢ信号波形の帯域幅は反比例関係にある。すなわち、帯域幅が大きくなる場合には、（ｂ）に示すＵＷＢ信号波形の時間軸上の幅は狭くなり、帯域幅が小さくなる場合には（ｂ）に示すＵＷＢ信号波形の時間軸上の幅は広くなる。以下、図５ないし図１２を参照して、２つの帯域幅を有する場合を中心に説明する。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態によって変調されたＵＷＢ信号の波形を示す図面である。
本発明の実施形態は、既存の通信方式とは異なって使用する帯域が情報を伝達するのに使用される。２つの帯域を使用して通信する場合に、低周波帯域にシンボルＳ１をマッピングし、高周波帯域にシンボルＳ２をマッピングする。一実施形態において、Ｓ１には“０”を割り当て、Ｓ２には“１”を割り当てる。他の実施形態において、Ｓ１には“１”を割り当て、Ｓ２には“０”を割り当てる。このように本発明の実施形態において帯域の遷移によってデータを伝送する変調方式を帯域遷移キーイング（Ｂａｎｄ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ；以下、ＢＳＫと称する）と名づける。以下では、ＢＳＫ方式と異なる変調方式を組み合わせた変調方式の場合を、図６ないし図８を参照して説明する。
【００２９】
図６は、２つの帯域を使用するＢＳＫ方式とＢＰＭ方式を組み合わせた変調方式によるＵＷＢ信号の波形を示す図である。
２つの帯域を使用するＢＳＫ方式とＢＰＭ方式を組み合わせば、４つの相異なる波形を得られる。４つの相異なる波形には、４つのシンボルＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４がマッピングされる。一実施形態において、低周波帯域の位相が相異なるＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ１及びＳ２に各々“００”及び“０１”を割り当て、高周波帯域の位相が相異なるＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ３とＳ４とに各々“１０”と“１１”とを割り当てる。
【００３０】
図７は、２つの帯域を使用するＢＳＫ方式とＰＡＭ方式とを組み合わせた変調方式によるＵＷＢ信号の波形を示す図である。
２つの帯域を使用するＢＳＫ方式とＰＡＭ方式とを組み合わせば、４つの相異なる波形を得られる。４つの相異なる波形には、４つのシンボルＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４がマッピングされる。一実施形態において、小さい振幅に帯域の相異なるＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ１とＳ２とに各々“００”と“０１”とを割り当て、大きい振幅に帯域の相異なるＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ３とＳ４とに各々“１０”と“１１”とを割り当てる。
【００３１】
図８は、２つの帯域を使用するＢＳＫ方式とＢＰＭ方式及びＰＡＭ方式とを組み合わせた変調方式によるＵＷＢ信号の波形を示す図である。
２つの帯域を使用するＢＳＫ方式とＢＰＭ方式及びＰＡＭ方式とを組み合わせば、８つの相異なる波形を得られる。８つの相異なる波形には、８個のシンボルＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８がマッピングされる。一実施形態において、ＵＷＢ信号波形の振幅に大きさによって最初のビット値を割り当て、帯域によって２番目ビット値を割り当てて、位相によって３番目ビット値を割り当てる。小さい振幅に低周波帯域のＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ１とＳ２とに各々“０００”と“００１”とを割り当て、小さい振幅に高周波帯域のＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ３とＳ４とに各々“０１０”と“０１１”とを割り当て、大きい振幅に低周波帯域のＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ５とＳ６とに各々“１００”と“１０１”とを割り当て、大きい振幅に高周波帯域のＵＷＢ信号波形にマッピングされるシンボルＳ７とＳ８とに各々“１１０”と“１１１”とを割り当てる。
【００３２】
前述した変調方式は例示的なものであって、その外にＢＳＫ方式とＰＰＭ方式とを組み合わせた変調方式も可能であり、ＢＳＫ方式とＰＰＭ方式及び他の方式を組み合わせた場合も可能である。
【００３３】
図９は、本発明の一実施形態に係るＵＷＢ受信機の構成を示すブロック図である。本実施形態でＵＷＢ受信機は、ノンコヒレント（ｎｏｎ−ｃｏｈｅｒｅｎｔ）方式でＵＷＢ信号を復調する。ノンコヒレント方式でＵＷＢ信号を復調する場合には、位相情報を用いたＢＰＭと同じ変調方式を使用できない。
【００３４】
ＵＷＢ受信機９００は、無線媒体を介して伝送されるＵＷＢ信号ｒ（ｔ）を受信するＲＦ信号受信部９１０と、受信されたＵＷＢ信号と複数の中心周波数との相関度を提供する相関部９２０、及び相関度を比較して最も高い相関度の中心周波数にマッピングされるデータセグメントを決定する決定部９３０を含む。
【００３５】
一方、ＵＷＢ送信機で帯域拡散されたデータに関するＵＷＢ信号を受信した場合に、ＵＷＢ受信機９００はデータセグメントで構成されたビット列を逆帯域拡散させる逆帯域拡散部９４０をさらに含む。
【００３６】
図９の相関部９２０は、受信されたＵＷＢ信号と２つの相異なる中心周波数ｆ１、ｆ２との相関度を提供する。このために相関部９２０は、受信されたＵＷＢ信号を第１周波数ｆ１を中心に帯域通過フィルタリングする第１帯域通過フィルター９２１と、受信されたＵＷＢ信号を第２周波数ｆ２を中心に帯域通過フィルタリングする第２帯域通過フィルター９２２と、第１帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号のエネルギーを検出する第１エネルギー検出部９２６と、第２帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号のエネルギーを検出する第２エネルギー検出部９２７とを含む。
【００３７】
決定部９３０は、帯域通過フィルタリングされ、第１エネルギー検出部９２６と第２エネルギー検出部９２７とで検出されたＵＷＢ信号のエネルギーを比較して、より大きいエネルギーが検出されたＵＷＢ信号をフィルタリングした帯域通過フィルターの中心周波数が、受信されたＵＷＢ信号の中心周波数と判断する。決定部９３０は、受信されたＵＷＢ信号の中心周波数にマッピングされるデータセグメントを出力する。
【００３８】
例えば、２つの帯域を有するＢＳＫ方式で変調されたＵＷＢ信号を受信した場合を説明する。無線媒体に伝送されるＵＷＢ信号の中心周波数がｆ１である場合を仮定する。無線媒体に伝送されるＵＷＢ信号は、ＲＦ信号受信部９１０で受信される。受信されたＵＷＢ信号は、第１帯域通過フィルター９２１及び第２帯域通過フィルター９２２に伝達される。第１帯域通過フィルター９２１でフィルタリングされた信号及び第２帯域通過フィルター９２２でフィルタリングされた信号は、各々第１エネルギー検出部９２６と第２エネルギー検出部９２７とに伝達される。第１エネルギー検出部９２６は、第１帯域通過フィルター９２１でフィルタリングされたＵＷＢ信号のエネルギー（強度）を検出し、第２エネルギー検出部９２７は、第２帯域通過フィルター９２２でフィルタリングされたＵＷＢ信号のエネルギーを検出する。一実施形態で、エネルギー検出部のエネルギー検出方式は、帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号の時間軸上の幅だけＵＷＢ信号のパワーを積分して得られる。もし、第１及び第２エネルギー検出部９２６、９２７が積分する時間が過度に延びると、外部ノイズによる影響が増加し、積分する時間が過度に短ければ、帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号を正しく検出できないことがある。受信されたＵＷＢ信号の中心周波数がｆ１であるために、第１帯域通過フィルター９２１でフィルタリングされたＵＷＢ信号の強度が第２帯域通過フィルター９２２でフィルタリングされたＵＷＢ信号の強度より大きくなる。したがって、第１エネルギー検出部９２６に検出されたエネルギーが第２エネルギー検出部に検出されたエネルギーより大きくなり、決定部９３０はｆ１の周波数にマッピングされるデータセグメントを出力する。例えば、ｆ１に“０”がマッピングされ、ｆ２に“１”がマッピングされた場合に決定部９３０は“０”を出力する。一方、ＵＷＢ信号が受信されていない場合には、第１エネルギー検出部９２６及び第２エネルギー検出部９２７で検出されるエネルギー値は何れも所定の第１基準値より小さくなり、したがって決定部９３０はデータが入力されていないものと判断しうる。
【００３９】
一方、２つの帯域を有するＢＳＫ方式及びＰＡＭ方式で変調されたＵＷＢが受信される場合に、決定部９３０はまずエネルギーの大きい中心周波数を決定し、その値が所定の第２基準値より大きい場合に振幅の大きいＵＷＢ信号が入力されたと判断し、第１基準値より大きく、第２基準値よりは小さい場合には、小さい振幅のＵＷＢ信号が入力されたと判断する。
【００４０】
その他に決定部９３０は、エネルギーが伝えられた時間軸上の位置をさらに判断することによってＰＰＭ方式が含まれた変調方式で変調されたＵＷＢ信号を復調することもある。
【００４１】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図９に入力されるＵＷＢ信号と帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号との波形を示すグラフである。
ＲＦ信号受信部９１０に入力されるＵＷＢ信号は、（ａ）から分かるようにその波形がノイズ波形とほぼ同じ状態で伝えられる。受信された信号を帯域通過フィルタリングした信号は、（ｂ）から分かるように、特定の中心周波数を基準に最大値を有する。
【００４２】
図１１は、本発明の他の実施形態によるＵＷＢ受信機の構成を示すブロック図である。
ＵＷＢ受信機１１０は、無線媒体を介して伝送されるＵＷＢ信号ｒ（ｔ）を受信するＲＦ信号受信部１１１０と、受信されたＵＷＢ信号と複数の中心周波数との相関度を求める相関部１１２０、及び相関度を比較して最も高い相関度の中心周波数にマッピングされるデータセグメントを決定する決定部１１３０を含む。
【００４３】
一方、ＵＷＢ送信機で帯域拡散されたデータに関するＵＷＢ信号を受信した場合に、ＵＷＢ受信機１１００はデータセグメントで構成されたビット列を逆帯域拡散させる逆帯域拡散部１１４０をさらに含む。
【００４４】
図１１で、相関部１１２０は、受信されたＵＷＢ信号と２つの相異なる中心周波数ｆ１、ｆ２との相関度を提供する。このために相関部１１２０は、第１周波数ｆ１のＵＷＢ信号テンプレートを生成する第１ＵＷＢ信号テンプレート生成部１１２３と、第２周波数ｆ２のＵＷＢ信号テンプレートを生成する第２ＵＷＢ信号テンプレート生成部１１２４と、第１混合器１１２１と、第２混合器１１２２と、第１積分部１１２５と、第２積分部１１２６とを含む。ＵＷＢ信号テンプレートは、混合器で受信されたＵＷＢ信号と混合される。他の周波数帯域のＵＷＢ信号とＵＷＢ信号テンプレートとが混合されれば、相関度が低くなり、同じ周波数帯域のＵＷＢ信号とＵＷＢ信号テンプレートとが混合されれば、相関度が高くなる。
【００４５】
例えば、ＢＳＫ方式のＵＷＢ信号が無線媒体に伝送される場合を説明する。
ＲＦ信号受信部１１１０は、無線媒体に伝送されるＵＷＢ信号を受信する。受信されたＵＷＢ信号は、第１混合器１１２１で第１周波数ｆ１の中心周波数を有するＵＷＢ信号テンプレートと混合され、第２混合器１１２２で第２周波数ｆ１の中心周波数を有するＵＷＢ信号テンプレートと混合される。混合された第１ＵＷＢ信号及び第２ＵＷＢ信号は、各々第１積分部１１２５と第２積分部１１２６とに伝達される。各積分部は、伝えられた混合されたＵＷＢ信号を積分する。一実施形態において、第１積分部１１２５は、混合された第１ＵＷＢ信号を第１周波数を中心にＵＷＢ信号の帯域幅だけ積分する。このために、第１積分部１１２５は、混合された第１ＵＷＢ信号を、第１周波数を中心に、ＵＷＢ信号の帯域幅ほど帯域通過フィルタリングした後、積分する。第２積分部１１２６は、第１積分部と同じ方式で第２周波数ｆ２について混合された第２ＵＷＢ信号を積分する。
【００４６】
決定部１１３０は、第１積分部１１２５と第２積分部１１２６とで得られた値を比較して、大きい値を有する積分部に対応する周波数ｆ１またはｆ２を中心周波数として判断する。決定部１１３０は、受信されたＵＷＢ信号の中心周波数にマッピングされるデータセグメントを出力する。
【００４７】
ＢＳＫ方式と異なる変調方式を含むＵＷＢ信号が無線媒体に伝送される場合には、図９のＵＷＢ受信機に準じる方式で動作する。すなわち、積分部の積分値の大きさによってＵＷＢ信号の振幅を判断してもよく、ＵＷＢ信号の検出時期によってＵＷＢ信号の時間軸上の位置を判断しても良い。但し、ＢＳＫ方式とＢＰＭ方式とで変調されたＵＷＢ信号を受信する場合に、ＵＷＢ受信機は、図３の実施形態によるＵＷＢ信号生成部１２０に準じて位相の異なるＵＷＢ信号テンプレートを別途に生成する方式を使用しても良い。
【００４８】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、図１１に入力されるＵＷＢ信号と混合器とを通過したＵＷＢ信号の波形を示すグラフである。
ＲＦ信号受信部１１１０に入力されるＵＷＢ信号は、（ａ）から分かるようにその波形がノイズの波形とほぼ同じ状態で伝えられる。混合されたＵＷＢ信号は（ｂ）から分かるように、特定の中心周波数を基準に最大値を有する。
【００４９】
図１３は、本発明の一実施形態に係る周波数帯域と中心周波数との関係を示すグラフである。
前述した実施形態では２つの帯域を有するＢＳＫ方式を中心に説明したが、（ａ）のように４つの周波数帯域を有するＢＳＫ方式、または（ｂ）のように８つの周波数帯域を有するＢＳＫ方式のＵＷＢ通信も可能である。その他に周波数帯域をさらに多く分けても良い。しかし、本発明の実施形態では周波数帯域を無制限には分けず、ＦＣＣで規定した５００ＭＨｚ以上の周波数帯域幅の条件を満足させるまで周波数帯域を分け得るものとする。
【００５０】
以上の説明では、周波数帯域の数とＵＷＢ信号の中心周波数の数とが同じ場合を説明した。しかし、これは例示的なものであって、周波数帯域の数とＵＷＢ信号の中心周波数の数とが異なる場合も考えられる。これは、図１４に基づいて説明する。
【００５１】
図１４において、（ａ）は周波数帯域は２つであるが、４つの中心周波数を有するＵＷＢ信号を用いた変調方式での波形を示すグラフ、（ｂ）は周波数帯域は２つであるが、８つの中心周波数を有するＵＷＢ信号を用いた変調方式での波形を示すグラフである。すなわち、１つの周波数帯域に複数の中心周波数を有するＵＷＢ信号を用いた変調方式が可能である。（ａ）方式では、４つのシンボルが得られ、（ｂ）方式では８つのシンボルが得られる。図１３の場合と異なる特徴は、次の通りである。各シンボルに該当するＵＷＢ信号の周波数帯域は、図１３の場合より広い。これは同じ情報を伝達する時、時間的にさらに短いパルスで伝達できることを意味する。したがって、図１４の方式は、図１３の方式に比べて、短時間に集約されたエネルギーで信号を伝達するので、ノイズの影響を減らすことができ、同じＵＷＢ信号の時間的間隔を有する時、さらに多くのデータを伝送しうる。
【００５２】
図１５は、本発明の一実施形態に係るビットストリームの構造を示す図面である。
（ａ）において、ＢＳＫ方式（または中心周波数を異ならせる方式）を使用する時、ビット列１５００は各シンボルにマッピングされる１つまたは複数のビットより構成されたデータセグメント１５１０より構成されうる。例えば、２つの帯域を有するＢＳＫ方式の場合にデータセグメント１５１０は１つのビットより構成され、４つの帯域を有するＢＳＫ方式の場合にデータセグメント１５１０は２つのビットより構成される。
【００５３】
（ｂ）において、ＢＳＫ方式と異なる変調方式を共に使用する時、ビット列１５５０は各シンボルにマッピングされる１つまたは複数のビットより構成されたデータセグメント１５６０より構成されうる。各データセグメント１５６０は、周波数セグメント１５６２と変調セグメント１５６４とより構成される。周波数セグメント１５６２は、ＵＷＢ信号の中心周波数にマッピングされる値であり、変調セグメント１５６４は、ＢＳＫ方式と異なる変調方式によって決定される値である。例えば、２つの周波数帯域を有するＵＷＢ信号がＢＰＭ方式で変調される場合には、周波数セグメント１５６２と変調セグメント１５６４とは各々１ビットより構成される。４つの周波数帯域を有するＵＷＢ信号がＢＰＭ方式で変調される場合には、周波数セグメント１５６２と変調セグメント１５６４とは各々２ビットと１ビットとより構成される。２つの周波数帯域を有するが、４つの中心周波数を有するＵＷＢ信号がＢＰＭ方式で変調される場合には、周波数セグメント１５６２と変調セグメント１５６４とは各々２ビットと１ビットとより構成される。この場合、周波数セグメント１５６２のビット数は中心周波数の数によって決定される。
【００５４】
本発明が属する技術分野で当業者ならば本発明がその技術的思想や必須特徴を変更せずとも他の具体的な形に実施されうるということが理解できるであろう。したがって、前述した実施形態はあらゆる面で例示的なものであり、限定的なものと理解してはならない。本発明の範囲は前述した詳細な説明よりは特許請求の範囲によって現れ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形が本発明の範囲に含まれると解釈せねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のＵＷＢ通信方法及びＵＷＢ送信装置と受信装置は、ＵＷＢ通信技術分野に好適に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＵＷＢ送信機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＵＷＢ信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るＵＷＢ信号生成部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＵＷＢ通信の周波数帯域とＵＷＢ信号の波形を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態によって変調されたＵＷＢ信号の波形を示す図面である。
【図６】本発明の他の実施形態によって変調されたＵＷＢ信号の波形を示す図面である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態によって変調されたＵＷＢ信号の波形を示す図面である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態によって変調されたＵＷＢ信号の波形を示す図面である。
【図９】本発明の一実施形態に係るＵＷＢ受信機の構成を示すブロック図である。
【図１０（ａ）】図９における入力されるＵＷＢ信号と帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号との波形を示すグラフである。
【図１０（ｂ）】図９における入力されるＵＷＢ信号と帯域通過フィルタリングされたＵＷＢ信号との波形を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るＵＷＢ受信機の構成を示すブロック図である。
【図１２（ａ）】図１１における入力されるＵＷＢ信号と混合器を通過したＵＷＢ信号との波形を示すグラフである。
【図１２（ｂ）】図１１における入力されるＵＷＢ信号と混合器を通過したＵＷＢ信号との波形を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る周波数帯域と中心周波数との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態に係る周波数帯域幅より狭い中心周波数間隔を有するＵＷＢ信号の波形を示すグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態に係るビットストリーム構造を示す図面である。
【符号の説明】
【００５７】
１００  ＵＷＢ送信機
１１０  直並列変換部
１２０  ＵＷＢ信号生成部
１３０  マルチプレクサ
１４０  ＲＦ出力部
１５０  帯域拡散部
【図１】
2005354682.tif 000004
【図２】
2005354682.tif 000005
【図３】
2005354682.tif 000006
【図４】
2005354682.tif 000007
【図５】
2005354682.tif 000008
【図６】
2005354682.tif 000009
【図７】
2005354682.tif 000010
【図８】
2005354682.tif 000011
【図９】
2005354682.tif 000012
【図１０（ａ）】
2005354682.tif 000013
【図１０（ｂ）】
2005354682.tif 000014
【図１１】
2005354682.tif 000015
【図１２（ａ）】
2005354682.tif 000016
【図１２（ｂ）】
2005354682.tif 000017
【図１３】
2005354682.tif 000018
【図１４】
2005354682.tif 000019
【図１５】
2005354682.tif 000020