(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は少なくとも１つのパルス系列Ｔｓｇｋ（ただしｋ＝１〜Ｋ）の形でデータを送信するための方法に関連する。【解決手段】本発明による方法は、少なくとも１つのシンボル復号ステップを含み、その過程において、各パルス系列Ｔｓｇｋによって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値Ｐｗｋが計算され、少なくとも１つの所定の閾値ｔｈｋ１、ｔｈｋ２．．．ｔｈｋＭ（ｋ）と比較される。本発明による方法は、電力変調されたＵＷＢ信号によって搬送される情報が、受信機が受信されたパルス系列を時間に関して正確に位置付けることを必要とすることなく、その受信機によって再生されることができるので、電力変調されたＵＷＢ信号の復調を実行するために必要とされる処理時間および電力を制限できるようにする。【選択図】図５
2005167990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの送信機および１つの受信機を備える通信システムにおいてデータを送信するための方法であって、
前記送信機はＮｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つのパルス系列によって形成される信号を送信するように構成され、
前記各パルスは、その関連する時間窓内のその場所がチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、
前記方法は、受信機端において実行されることになる少なくとも１つのシンボル復号ステップを含み、
前記シンボル復号ステップの過程において、各パルス系列によって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値が計算され、少なくとも１つの所定の閾値と比較される
データを送信するための方法。
【請求項２】
前記パルス系列を送信する前に実行されることになる少なくとも１つのシンボル符号化ステップをさらに含み、
前記シンボル符号化ステップの過程において、前記各パルス系列は前記パルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す整数値によって乗算される請求項１に記載のデータを送信するための方法。
【請求項３】
送信されることになる各信号は所定の数のパルス系列の重ね合わせによって構成され、
前記各パルス系列はシンボル符号化ステップにかけられており、送信するために利用することができる全帯域幅が予め分割されてできた、いくつかの小帯域のうちの１つに対応する
請求項１または２に記載のデータを送信するための方法。
【請求項４】
少なくとも１つの送信機と１つの受信機とを備える通信システムであって、
前記送信機はＮｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つのパルス系列によって形成される信号を送信するように構成され、
前記各パルスは、その関連する時間窓内のその場所がチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、
前記受信機は、前記各パルス系列によって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値を計算し、前記変調値を少なくとも１つの所定の閾値と比較するように構成されるシンボル復号手段を備える、通信システム。
【請求項５】
前記送信機は、各パルス系列を、前記パルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す整数値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を備える請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
前記送信機はさらに、所定の数のパルス系列を受信するように構成される信号合成手段を含み、
前記各パルス系列はシンボル符号化手段によって生成されており、送信するために利用することができる全帯域幅が予め分割されてできる、いくつかの小帯域のうちの１つに対応し、
前記信号合成手段は、全ての前記パルス系列を、送信されることになる１つの信号に合成するように構成される請求項４または５に記載の通信システム。
【請求項７】
Ｎｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を受信するように構成される装置であって、
前記各パルスは、その関連する時間窓内のその場所がチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、
受信機が、各パルス系列によって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値を計算し、前記変調値を少なくとも１つの所定の閾値と比較するように構成されるシンボル復号手段を含む、信号を受信するように構成される装置。
【請求項８】
Ｎｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を送信するように構成される装置であって、
前記各パルスは、その関連する時間窓内のその場所がチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、
送信機が、各パルス系列を、前記パルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す整数値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を含む、信号を送信するように構成される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の詳細な説明］
本発明は、少なくとも１つの送信機および１つの受信機を含む通信システムにおいてデータを送信するための方法に関し、その送信機は、Ｎｐ個の時間窓にわたってＮｐ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を送信するように構成され、各パルスは１つの時間チップ内に入れられ、その関連する時間窓内のその時間チップの位置はチップ番号によって定義される。
【０００２】
そのようなデータ伝送方法は現在、いわゆる超広帯域通信システム（ＵＷＢシステムとも呼ばれる）の妥当性を評価する目的で研究されている。そのようなシステムでは、各送信機は先に記載されたチップ番号によって形成されるシグネチャによって特定されることができ、シグネチャそのものは変動の影響を受けにくく、全ての潜在的な受信機に確実かつ正確に伝達されることができる。
【０００３】
ＵＷＢシステムにおいて用いられるパルスは非常に短く、たとえば０．１ナノ秒未満の持続時間を有し、それにより、そのようなシステムは少なくとも１０ＧＨｚ程度の広い帯域幅を提供されるので、高い自由度を有し、それゆえそのようなシステムにとって数多くの実現可能な応用形態が見込まれる。
【０００４】
上記の信号は搬送信号を形成することができ、その搬送信号を変調することにより、その上に情報を符号化することができる。本発明者らは、関連するパルスが短いことに起因して、与えられるパルス系列との正確な同期を受信機端においてとることが難しいので、費用対効果を良くするために、選択される変調方式に関係する時間関連パラメータをできる限り少なくすべきであるということを認めている。
【０００５】
したがって、本発明は変調／復調方式を提供することを目的とし、その方式によれば、パルス系列によって搬送される情報が、受信されたパルス系列を時間に関して正確に位置付ける(map)ことを必要とすることなく、受信機端において再生されることができる。
【０００６】
実際には、冒頭の段落において説明されるような、本発明によるデータを送信するための方法は、受信機端において実行されることになる少なくとも１つのシンボル復号ステップを含み、そのシンボル復号ステップの過程において、各パルス系列によって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値が計算され、少なくとも１つの所定の閾値と比較されることを特徴とする。
【０００７】
本発明によるシンボル復号ステップは、受信された信号の電力を定量化し、容易に実施される、１つまたは複数の閾値との単純な比較を実行することにより、変調されたＵＷＢシンボルの復調を非常に簡単に達成できるようにする。そのような復調方式は、受信機が受信された信号を時間に関して正確に位置付ける必要がなく、それにより適合した受信機を比較的低コストで製造できるようになる。
【０００８】
そのようなシンボル復号ステップを実行することによって復調されることになるＵＷＢ信号の変調は、種々の変調方式に基づくことができる。
【０００９】
本発明の１つの特定の実施形態によれば、先に説明されたような方法はさらに、パルス系列を送信する前に実行されることになる少なくとも１つのシンボル符号化ステップを含み、そのシンボル符号化ステップの過程において、各パルス系列が、そのパルス系列によって搬送されることになるシンボルを表す整数値によって乗算される。
【００１０】
この変調方式によれば、本発明による超広帯域通信システムにおいて送信される信号によって搬送される情報は基本的には、これらの信号によって搬送される電力に関連付けられており、その電力は、そのような信号内に含まれるパルスの振幅に関連付けられる。そのような変調方式は容易に実施することができ、それにより適合した送信機を比較的低コストで製造できるようになる。
【００１１】
本発明の１つの変形形態によれば、送信されることになる各信号は、所定の数のパルス系列の重ね合わせによって構成され、各パルス系列は１つのシンボル符号化ステップにかけられており、送信するために利用することができる全帯域が予め分割されてできた、いくつかの小帯域(sub-band)のうちの１つに対応する。
【００１２】
本発明のこの変形形態によれば、同じ通信チャネルを通していくつかのシンボルを同時に送信できるようになり、それゆえ、本発明のそのような変形形態が具現される通信システムのスループットを著しく高めることができるようになる。
【００１３】
そのハードウエアに関する態様のうちの１つによれば、本発明は少なくとも１つの送信機と１つの受信機とを備える通信システムにも関連し、その送信機はＮｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つのパルス系列によって形成される信号を送信するように構成され、各パルスは、その関連する時間窓内のその場所が１つのチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、そのシステムでは、受信機が、各パルス系列によって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値を計算し、その変調値を少なくとも１つの所定の閾値と比較するように構成されるシンボル復号手段を含む。
【００１４】
このハードウエアに関連する態様のある特定の実施形態によれば、送信機は、各パルス系列を、そのパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す整数値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を含む。
【００１５】
このハードウエアに関連する態様の１つの変形形態によれば、送信機はさらに、所定の数のパルス系列を受信するように構成される信号合成手段を含み、各パルス系列はシンボル符号化手段によって生成されており、送信するために利用することができる全帯域幅が予め分割されてできた、いくつかの小帯域のうちの１つに対応し、その信号合成手段は、全てのパルス系列を、送信されることになる１つの信号に合成するように構成される。
【００１６】
そのハードウエアに関する態様の別の変形形態によれば、本発明は、Ｎｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を受信するように構成される装置にも関連し、各パルスは、その関連する時間窓内のその場所が１つのチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、その受信機は、各パルス系列によって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値を計算し、その変調値を少なくとも１つの所定の閾値と比較するように構成されるシンボル復号手段を含む。
【００１７】
そのハードウエアに関する態様のさらに別の変形形態によれば、本発明は、Ｎｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスからなる少なくとも１つの系列によって形成される信号を送信するように構成される装置にも関連し、各パルスは、その関連する時間窓内のその場所が１つのチップ番号によって定義される時間チップ内に収容され、その送信機は、各パルス系列を、そのパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す１つの整数値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段を含む。
【００１８】
これまでに述べられた本発明の特徴、および他の特徴は、添付の図面に関連して与えられる以下に記載される説明を読むことからさらに明らかになるであろう。
【００１９】
図１は、本発明が具現される通信システムＳＹＳＴを示す。このシステムＳＹＳＴは、少なくとも１つの送信機ＴＲＤと、少なくとも１つの受信機ＲＣＤとを含み、それらは両方ともたとえば移動電話のような装置によって構成されることができる。送信機ＴＲＤは、Ｎｓ個の時間窓にわたってＮｓ個のパルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）からなる少なくとも１つの系列によって形成される信号Ｔｓｇを送信するように構成されており、各パルスは１つの時間チップ内に入れられ、その関連する時間窓内の時間チップの位置はチップ番号ｃｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）によって定義される。この系列に含まれるパルスの数Ｎｓは、たとえば、１２８に等しい値に選択されることができ、一方、各時間窓の幅は１００ナノ秒に等しい値に選択されることができる。ただし、各時間チップ当たりの幅は１ナノ秒である。
【００２０】
本発明によれば、送信機ＴＲＤは、各パルス系列を、そのパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す整数値と乗算するように構成されるシンボル符号化手段ＥＮＣを含む。
【００２１】
それゆえ、送信される信号Ｔｓｇによって搬送される情報は基本的には、この信号Ｔｓｇによって搬送される電力に関連付けられ、その電力は、その信号Ｔｓｇ内に含まれるパルスの振幅に関連付けられる。その後、この情報は受信機ＲＣＤによって再生されることができるが、その受信機ＲＣＤは、受信されたパルス系列を、時間に関して正確に位置付ける必要はない。
【００２２】
この目的を果たすために、受信機ＲＣＤは、各パルス系列によって搬送される電力量を表す少なくとも１つの変調値を計算し、その変調値を少なくとも１つの所定の閾値と比較するように構成されるシンボル復号手段ＤＥＣを含む。後に説明されるように、そのような比較の結果は、シンボル符号化手段ＥＮＣによって、送信される信号Ｔｓｇ内にもともと符号化されたシンボルの復調された値を自動的に指示するであろう。
【００２３】
図２は、そのような送信される信号Ｔｓｇをクロノグラムの形で示しており、そのクロノグラムによれば、各パルス系列は全持続時間Ｔｓを有し、その全持続時間Ｔｓは、持続時間Ｔｆをそれぞれ有する時間窓に分割され、各時間窓は時間チップＴｃに細分されており、各窓内の１つの時間チップは１つのパルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）を含むように構成されており、１つの時間チップはチップ番号ｃｊによって特定される。したがって、この送信される信号Ｔｓｇの送信機は、全ての上記のチップ番号ｃｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）を合わせることによって形成されるシグネチャＳｇ＝（ｃ１、ｃ２．．．ｃＮｓ）により特定されることになり、そのシグネチャＳｇそのものは変動の影響を受けにくく、それゆえ全ての潜在的な受信機に確実かつ正確に伝達されることができる。
【００２４】
本発明によれば、この図に示されるパルス系列に属する各パルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）は、この系列によって搬送される電力の形において、このパルス系列によって搬送されることになる１つのシンボルを表す同じ整数値Ｖｉによって乗算されている。ただし、参照記号「ｉ」は、ここで考えているパルス系列に割り当てられる参照番号を示す。
【００２５】
さらに、パルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）は、シンボル符号化ステップの過程において、＋１または−１に等しいランダムに選択された値αｊによって乗算され、結果として、ここに図示される例では、第２のパルスｐ２は負になる。
【００２６】
パルスによって搬送される情報がそのパルスの１つの二乗形に関連付けられるので、その搬送される情報には影響を及ぼさない、正および負のパルスをそのようにランダムに分布させることにより、その通信システムに含まれない装置と干渉するような高い振幅ピークがスペクトル領域内に現れるのを防ぐことができるようになる。そのような周波数干渉は、規則として制限されるべきであり、欧州委員会指針(European Commission Directive)８３／３３６ＣＥＥによって、ならびに米国連邦通信委員会(USA's Federal Communications Commission)の規定によって規制対象になっている。
【００２７】
ここに示されるパルス系列の全てのパルスｐｊ（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）はさらに、シンボル符号化ステップの過程において、或る時間ジッタｄｔｉを受けてもよい。
【００２８】
この、時間遅延手段によって導入される時間ジッタは、変調された信号が送信されることになる通信チャネルによって引き起こされる遅延スプレッドに対して小さくしておかれるであろう。遅延スプレッドはたとえば、１００ナノ秒の値を有することができる。そのような時間ジッタは、各パルス系列によって搬送される情報に影響を及ぼすことはなく、主として本発明による変調方式に対して追加選択の自由度を与える。
【００２９】
したがって、送信される信号Ｔｓｇは以下の形で表されることができる。
【００３０】
【数１】
2005167990.tif 000003
【００３１】
図３は、上記のパルスを構成するために選択されることができる、実現可能な形状ｐ（ｔ）を示す別のクロノグラムである。同じ系列のパルスｐｊ（ｔ）（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）が、全て概ね同じ幅を有し、同じエネルギー量を搬送するという条件であるなら、異なる形状を有することもできる。しかしながら、同じ系列に属する全てのパルスｐｊ（ｔ）（ただしｊ＝１〜Ｎｓ）は、ここに示される形状ｐ（ｔ）のような同じ形状を有することができ、その形状は、ガウス関数の二次の導関数として定義され、それは数学的にはｐ（ｔ）＝Ａ［１−４π（ｔ／Ｔｗ）２］ｅｘｐ（−２π（ｔ／Ｔｗ）２）として表されることができる。当然、当業者に知られている他のパルス形状をこれと同じ目的で用いることもできる。
【００３２】
図４は、上記のパルス系列のような一連のパルス系列によって形成されるデータフレームＤＦを示すさらに別のクロノグラムであり、各パルス系列は全持続時間Ｔｐを有し、所与の系列が後続の系列によって変更されるのを防ぐために、２つのそのような系列間にガード区間ＧＩが周期的に挿入される。そのような変更は、たとえば、その２つのパルス系列間の相互変調積によって引き起こされ得る。こうして、このデータフレームＤＦは、それぞれＴｒ＝Ｔｓ＋ＧＩの持続時間Ｔｒを有し、かつそれぞれ上記のようなパルス系列を含む連続したフレームによって構成される。
【００３３】
そのようなデータフレームＤＦを受信するように構成される装置は、受信されたパルス系列を時間に関して正確に位置付ける必要はないが、データフレームＤＦの情報コンテンツを識別するために、一連のパルス系列によって搬送される一連の電力量を表す量を測定することだけはできなければならない。
【００３４】
図５は、本発明の別の実施形態による受信機に含まれるシンボル復号手段ＤＥＣを示しており、その実施形態では、送信される信号Ｔｓｇは、先に説明されたようなＫ個のパルス系列の組み合わせを含む合成信号であり、それゆえ、各パルス系列は送信端においてシンボル符号化ステップにかけられている。この受信機は、そのような合成信号Ｔｓｇを受信するように構成されるアンテナ装置ＡＮＴを備える。復号手段ＤＥＣは、特定のシンボルをそれぞれ搬送するように構成されるＫ個の異なるパルス系列を画定するために、合成信号Ｔｓｇを送信するために用いられる全帯域幅が分割されてできたＫ個の小帯域を互いから分離するように構成されるＫ個のバンドパスフィルタＰＢＦｋ（ただしｋ＝１〜Ｋ）のアレイを備える。
【００３５】
本発明のこの変形形態によれば、同じ通信チャネルを通していくつかのシンボルを同時に送信できるようになり、それゆえ、本発明のそのような変形形態が具現される通信システムのスループットを著しく高めることができるようになる。
【００３６】
そのような実施形態では、ランクｋ（ただしｋ＝１〜Ｋ）の所与の小帯域に対応する各パルス系列は以下のように表されるであろう。
【００３７】
【数２】
2005167990.tif 000004
【００３８】
ただし、以下の式が成り立つ。
【００３９】
【数３】
2005167990.tif 000005
【００４０】
ここに示される本発明の実施形態では、シンボル復号手段ＤＥＣはＫ個の二乗モジュールＳＱＭｋ（ただしｋ＝１〜Ｋ）のアレイを備え、そのモジュールはそれぞれ、バンドパスフィルタＢＰＦｋのうちの１つに接続され、１つのパルス系列Ｔｓｇｋ（ただしｋ＝１〜Ｋ）を受信し、かつその信号Ｔｓｇｋの二乗によって構成される信号Ｓｑｓｋを供給するように構成される。
【００４１】
シンボル復号手段ＤＥＣはさらに、Ｋ個の積分モジュールＩＮＴｋ（ただしｋ＝１〜Ｋ）のアレイを備え、そのモジュールはそれぞれ、二乗モジュールＳＱＭｋのうちの１つに接続され、対応するパルス系列Ｔｓｇｋによって搬送される電力量を表す変調値Ｐｗｋを供給するように構成される。そのような変調値Ｐｗｋは、たとえば、チャネル遅延の持続時間において、関連する二乗モジュールＳＱＭｋによって供給される二乗信号Ｓｑｓｋの積分として計算されることができる。
【００４２】
シンボル復号手段ＤＥＣは、Ｋ個の比較モジュールＣＭＰＭｋ（ただしｋ＝１〜Ｋ）のアレイも備え、そのモジュールはそれぞれ、積分モジュールＩＮＴｋのうちの１つに接続され、積分モジュールＩＮＴｋによって供給されることになる変調値Ｐｗｋを、Ｍ（ｋ）個の所定の閾値ｔｈｋ１、ｔｈｋ２．．．ｔｈｋＭ（ｋ）と比較するように構成される。数Ｍ（ｋ）は比較モジュール毎に異なってもよい。
【００４３】
こうして、所与のパルス系列Ｔｓｋによって搬送されるシンボルは、以下のように表されることができる簡単な復号グリッド(decoding grid)に従って、非常に簡単に特定されるであろう。
・Ｐｗｋ＜ｔｈｋ１の場合には、パルス系列Ｔｓｋによって搬送されるシンボルはＳ０である。
・ｔｈｋｎ＜Ｐｗｋ＜ｔｈｋｎ＋１の場合には、パルス系列Ｔｓｋによって搬送されるシンボルはＳｎである。ただし、ｎ＝１〜Ｍ（ｋ）−１である。
・ｔｈｋＭ（ｋ）＜Ｐｗｋである場合には、パルス系列Ｔｓｋによって搬送されるシンボルはＳＭ（ｋ）である。
【００４４】
閾値を規定し、計算するために、当業者によって種々の方法が用いられる場合がある。そのような閾値は、たとえば、受信された信号によって搬送されることができる電力の全変動範囲にわたって、その値の線形な数列(linear progression)を考慮することにより規定されることができ、その際、その範囲は、全て概ね同じサイズを有し、所与の符号化可能なシンボルにそれぞれ対応するインターバルに分割される。
【００４５】
しかしながら、所定の閾値ｔｈｋ１、ｔｈｋ２．．．ｔｈｋＭ（ｋ）の規定は、シンボル復号ステップの過程において実行されることになる非線形の処理を考慮に入れることが好ましく、それには、熱雑音、他の無線機による干渉などの定量化できないパラメータの特有の統計的モデルが含まれるであろう。
【００４６】
各二乗モジュールＳＱＭｋは、同一の入力信号を供給されるギルバートセルによって形成されることができる。各積分モジュールＩＮＴｋは、ＲＣフィードバックを設けられた演算増幅器によって形成されることができる。各比較モジュールＣＭＰＭｋは、同じ変調値Ｐｗｋと、この比較モジュールＣＭＰＭｋに割り当てられた所定の閾値ｔｈｋ１、ｔｈｋ２．．．ｔｈｋＭ（ｋ）のうちの１つとをそれぞれ受信するように構成されるＭ（ｋ）個の演算増幅器のアレイによって形成されることができる。こうして、シンボル復号手段ＤＥＣは市販のアナログ回路によって形成されることができ、高い処理速度を得るためのアナログ回路が知られており、デジタル手段とは対照的に、サンプリングする必要は全くないので、本発明のこの実施形態による信号復号ステップを実行するために必要とされる処理電力および時間をさらに削減できるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明が用いられる通信システムを示す機能図である。
【図２】そのような通信システムにおいて送信される搬送信号を構成するパルス系列を示すクロノグラムである。
【図３】そのような系列を生成するために用いられることができるパルスモデルを示すクロノグラムである。
【図４】複数のパルス系列を含むデータフレームを示すクロノグラムである。
【図５】本発明の変形形態が具現される受信機に含まれるシンボル復号手段を示すブロック図である。
【図１】
2005167990.tif 000006
【図２】
2005167990.tif 000007
【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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2005167990.tif 000012
2005167990.tif 000013
2005167990.tif 000014
2005167990.tif 000015
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