(57)【要約】  インパルス無線通信における受信装置。この受信装置（３００）では、パルス対相関器（３０４）は、信号（３１６）を受信し、それを２つの経路に分割する。一方は、信号乗算器（３１２）に直接的に入力され、他方は、遅延ユニット（３１０）によって遅延される。信号乗算器（３１２）は、受信信号（３１６）と、遅延ユニット（３１０）からの遅延信号（３１８）とを乗算する。積分器（３１４）は、指定の時間にわたり信号乗算器（３１２）の出力（３２２）を積分する。加算モジュール（３０６）は、積分器（３１４）から出力された信号（３２４）を合計する。取得モジュール（３０８）は、加算モジュール（３０６）から出力された合計出力（３２６）と、所定のしきい値とを比較することによって、伝送基準プリアンブルの存在を検出する。
2007052355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置において、予め定められた時間距離Ｄだけ隔てられた同一形状のパルス対にて構成される伝送基準プリアンブルを受信装置に送信するステップと、
前記送信装置において、前記伝送基準プリアンブルを送信してから所定時間経過後に伝送データパケットを前記受信装置に送信するステップと、
前記受信装置において、受信信号とこの受信信号を前記時間距離Ｄだけ遅延させた信号との相関値に基づいて前記伝送基準プリアンブルを検出して時刻指標を生成するステップと、
前記受信装置において、前記生成した時刻指標を使用して、前記伝送データパケットの受信を開始するステップと、
を具備するインパルス無線通信における初期同期獲得方法。
【請求項２】
伝送シンボルに応じて前記パルス対のパルス持続時間を異ならせる請求項１記載の初期同期獲得方法。
【請求項３】
予め定められた時間距離Ｄだけ隔てられた同一形状のパルス対にて構成される伝送基準プリアンブルを受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した前記伝送基準プリアンブルを前記時間距離Ｄだけ遅延させる遅延回路と、
前記受信アンテナが受信した前記伝送基準プリアンブルに前記遅延回路が遅延した前記伝送基準プリアンブルを乗算する乗算器と、
前記乗算器の出力を所定時間にわたり積分する積分器と、
前記積分器の出力を合計する加算モジュールと、
前記加算モジュールの出力と所定の閾値との比較により前記伝送基準プリアンブルを検出して時刻指標を生成する取得モジュールと、
を具備するインパルス無線通信における受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送基準プリアンブルを使用してのインパルス無線通信における初期同期獲得方法及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の通信技術の進歩により、パルス持続時間が一般にナノ秒未満である、持続時間の非常に短い無線周波数（ＲＦ）パルスのシーケンスの送受信を利用できるようになった。これは、しばしばインパルス無線（ＩＲ）と称される。【０００３】
ＩＲ信号用として、受信装置および送信装置のさまざまな従来の実施形態が存在している。ＩＲ送信装置およびＩＲ受信装置では、多岐にわたるデータ変調（および復調）手法を採用することができ、例えば、振幅変調、位相変調、周波数変調、パルス位置変調（ＰＰＭ）（タイムシフト変調またはパルス間隔変調とも称する）、あるいはこれらのＭ−ａｒｙバージョンである。【０００４】
現時点では、最も周知である方法は、ＰＰＭ方式である。この方法は、連続するタイムフレームの中の複数のタイムスロットの１つにおいてパルスを送信および受信することによって機能し、この場合、送信装置と受信装置との間での高い精度での時刻の同期が要求される。ＰＰＭ変調方式は、「時間変調」方法とも称されており、なぜなら、パルスの到着の相対性が、伝送情報を復調する目的で受信装置が認識しておかなければならない重要な情報であるためである。【０００５】
時間変調インパルス無線伝送方式における１つの問題は、時刻の同期を確立することが難しいことである。このことは、特に、伝送情報が伝送シンボルのバーストで構成されているときに当てはまり、この場合、受信装置は、送信装置のタイミングについて何らの先験情報を持たない。【０００６】
最近、新しい代替ＵＷＢ通信方式として、伝送基準（transmitted-reference）方式が発明され、特許文献１にその一例が開示されている。用語「伝送基準」は、個々のパルスとの同期が不要である方法で複数のパルスを送受信することを意味する。パルスは対で伝送され、対においては、第１のパルスが基準パルスであり、第２のパルスがデータ変調パルスである。パルス対のそれぞれにおいて、基準パルスとデータ変調パルスは同じである。パルス対は、時間間隔、すなわち遅延によって互いに隔てられている、すなわち一方が遅延しており、時間間隔すなわち遅延は受信装置に既知である。伝送基準ＵＷＢでは、パルスは対で送られ、従って、標準的な手段によって測定することのできる相関関係が受信装置において生じる。すなわち、伝送基準方式では、時間変調方式における同期の問題が存在しない。【０００７】
伝送基準方式を使用しての同期獲得の方法はいくつかある。このような１つの方法は、特許文献２に開示されており、この方法では、同期を獲得するためのパイロット信号を提供する目的で、伝送基準／遅延ホッピング（ＴＲ／ＤＨ）（transmitted-reference, delay-hopped）超広帯域信号が使用される。用語「伝送基準」は、先の説明と同じ定義である。用語「遅延ホッピング」は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式を意味する。ＴＲ／ＤＨ方式では、ＰＰＭ／ＴＨなどの時間変調方式における同期の問題が存在しないが、時間変調方式よりも信号対雑音比（ＳＮＲ）が悪く、多元接続干渉が起こりやすい。数学的モデリングとコンピュータシミュレーションとに基づいたパフォーマンスの予測によると、これらの影響によって、ＴＲ／ＤＨの多元接続能力は、いくつかの用途には適合しない程度まで制限されるものと考えられる。
【特許文献１】米国特許出願第２００３１９８３０８号「Synchronization of ultra-wideband communications using a transmitted-reference preamble」
【特許文献２】米国特許出願第２００３１９８２１２号「Method and apparatus for synchronizing a radio telemetry system by way of transmitted-reference, delay-hopped ultra-wideband pilot signal」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
時間変調インパルス無線伝送方式における１つの問題は、時刻の同期を確立することが難しいことである。このことは、特に、伝送情報がナノ秒オーダーの狭いパルスのバーストで構成されているときに当てはまる。この場合、受信装置は、送信装置のタイミングについて何らの先験情報を持たず、さらに、受信装置は、伝送情報の復調を試みる前に伝送の存在を検出しなければならない。【０００９】
多元接続干渉（ＭＡＩ）が存在しない場合、パルススロットを決定するクロックは、受信信号から容易に回復することができるが、フレームクロックは、伝送される取得シーケンスから回復しなければならない。そして、多元接続干渉がある場合、この問題はさらに悪くなる。これは、互いに干渉している個別の送信装置のパルススロットクロックが、目的の送信装置のクロックと同期しないためである。この状況では、取得シーケンスを使用することによって、スロットクロックとフレームタイミングの両方を取得する必要がある。この必要条件は、初期同期に要する計算量が非常に大きいことを意味し、この計算負荷の結果として、取得時間が非常に長くなることがある。【００１０】
特許文献１には、伝送基準／遅延ホッピング（ＴＲ／ＤＨ）バーストをプリアンブルとして使用して時刻指標（time mark）を提供する初期同期の方法が紹介されている。【００１１】
しかしながら、この方法では、プリアンブルにおいて伝送されるパルス対のそれぞれに対して、一連のパルス対相関器が受信装置に必要であり、この結果、受信装置の構造が極めて複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、伝送基準プリアンブルを使用してのインパルス無線通信における初期同期獲得の新規の方法であって、受信装置において一連の複数の相関器の代わりにただ１つのパルス対相関器を使用することによって、インパルス無線受信装置の構造が単純化される初期同期獲得方法及び受信装置を提供することである。【００１３】
この方法では、送信装置は、最初に伝送基準プリアンブルを送る必要がある。受信装置は、この伝送基準プリアンブルを容易に検出し、これを処理し、通信システムの受信側における時刻指標を生成することができる。伝送基準プリアンブルは、パルストレインとして伝送される一連のパルス対で構成されており、パルス対のそれぞれは、基準パルスとデータ変調パルスとから成る。各パルス対の各基準パルスと各データ変調パルスは、時間距離（time separation）だけ隔てられている。伝送基準プリアンブルにおいて伝送されるすべてのパルス対は、その基準パルスとデータ変調パルスとの間の時間距離が同じである。本発明においては、さまざまな伝送シンボルを表している、伝送基準プリアンブル内のすべてのパルス対は、異なるパルス持続時間Ｔｐを有する。本明細書においては、この変調方法をパルス幅変調と称する。従って、伝送基準プリアンブルは、パルス幅変調によって変調される。【００１４】
送信装置は、パルス幅変調の伝送基準プリアンブルを伝送し、受信装置に既知である一定期間だけ待機した後、伝送メッセージデータを含んでいる伝送データパケットを伝送する。受信装置は、伝送基準プリアンブルの受信後、伝送データパケットの受信時刻を時刻指標の精度で推定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、一連のパルス対を有する伝送基準プリアンブルシーケンスを使用することによって、受信装置の構造とハードウェア実装とにおける複雑さが軽減される、インパルス無線通信システムにおける同期方法を提供する。伝送基準プリアンブルシーケンスにおいて、伝送シンボルを表すパルス対のそれぞれは、一意のパルス持続時間を有する。この同期方法は、複数相関器の構造と比較すると、受信装置の構造が単純であり、インパルス無線通信システムの受信装置構造に必要であるのは、遅延回路を備えている１つのみのパルス対相関器と、乗算器と、積分器である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第１の実施形態を示す図
【図２】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第２の実施形態を示す図
【図３】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第３の実施形態を示す図
【図４】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第４の実施形態を示す図
【図５】本発明のインパルス無線通信における送信装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明のインパルス無線通信における受信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明のバースト信号の構造および相関器出力を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスには、４つの実施形態がある。図１は、伝送基準プリアンブルシーケンスの第１の実施形態であり、図２は第２の実施形態、図３は第３の実施形態、図４は第４の実施形態である。【００１８】
図１は、伝送基準インパルス無線送信装置および受信装置の間で伝達される、模範的な、伝送基準プリアンブルシーケンスの第１の実施形態である。伝送基準プリアンブル１００Ａにおいて伝送されるパルス対の数Ｎｐは、１より大きい任意の整数とすることができ、Ｎｐの値は受信装置に既知である。図１には、４つのパルス対を示してあり、これらのパルス対は、伝送基準プリアンブル１００Ａにおいて連続的に伝送される。各パルス対は、２つの同じパルス波形から成り、第１のパルス波形を基準パルスと称し、第２のパルス波形をデータ変調パルスと称する。【００１９】
図１に示したように、第１のパルス対は、同一の基準パルス１０２とデータ変調パルス１０４とで構成されている。第２のパルス対は、同一の基準パルス１０６とデータ変調パルス１０８とで構成されている。第３のパルス対は、同一の基準パルス１１０とデータ変調パルス１１２とで構成されている。第４のパルス対は、同一の基準パルス１１４とデータ変調パルス１１６とで構成されている。【００２０】
伝送基準プリアンブルシーケンスにおける各パルス対は、隣のパルス対からパルス対間隔１２０だけ隔てられている。パルス対の間隔１２０は、伝送基準プリアンブルシーケンスにおけるすべてのパルス対について同じである。伝送基準プリアンブル１００Ａにおいて伝送されるすべてのパルス対は、その基準パルスとデータパルスとの間の時間距離Ｄが同じである。【００２１】
伝送基準プリアンブルを変調する目的で、パルス幅変調が採用されている。各パルス対のパルス持続時間Ｔｐを使用して、各パルス対が伝送シンボルに関連付けられている。図１に示したように、第１のパルス対は、伝送シンボル「００」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ１を有し、第２のパルス対は、伝送シンボル「１０」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ２を有し、第３のパルス対は、伝送シンボル「０１」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ３を有し、第４のパルス対は、伝送シンボル「１１」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ４を有する。伝送基準プリアンブル１００Ａにおける、伝送シンボルのそれぞれを表している各パルス対のパルス持続時間は、異なっていなければならない。【００２２】
伝送基準プリアンブルシーケンスの第２の実施形態においては、図２に示したように伝送基準プリアンブル１００Ｂの基準パルスとデータパルスとの間の時間距離Ｄが０であることを除いて、図１における第１の実施形態との違いはない。伝送基準プリアンブルにおいては、各パルス対の基準パルスの後、遅延なしにデータ変調パルスがただちに伝送される。【００２３】
図３は、伝送基準プリアンブルシーケンスの第３の実施形態を示している。この実施形態においては、伝送基準プリアンブル１００Ｃの基準パルスとデータパルスとの間の時間距離Ｄが０ではない。この第３の実施形態と第１の実施形態の唯一の違いは、一意の伝送シンボルのそれぞれを表しているパルス対を、１又は複数サイクルのパルスで構成できることである。図３に示したように、伝送シンボル「００」を表している第１のパルス対は１周期のパルスから成り、伝送シンボル「１０」を表している第２のパルス対は２周期のパルスから成り、伝送シンボル「０１」を表している第３のパルス対は３周期のパルスから成り、伝送シンボル「１１」を表している第４のパルス対は４周期のパルスから成る。【００２４】
図４は、第４の実施形態を示している。この実施形態においては、伝送基準プリアンブル１００Ｄの伝送シンボルごとにパルス対間隔１２０が異なっている。第１の伝送シンボル「００」はパルス対間隔Ｔｆ１を有し、第２の伝送シンボル「１０」はパルス対間隔Ｔｆ２を有し、第３の伝送シンボル「０１」はパルス対間隔Ｔｆ３を有し、第４の伝送シンボル「１１」はパルス対間隔Ｔｆ４を有する。【００２５】
図５は、本発明のインパルス無線通信における送信装置の構成を示すブロック図である。送信装置２００は、ビット生成器２０２と、チャネルエンコーダ２０６と、インパルス無線変調器２１２と、マッピング構成器２１４と、パルス生成器２１８と、送信アンテナ２２２とで構成されている。【００２６】
ビット生成器２０２は、入力データからディジタルデータストリーム２０４を生成する。入力データには、テキストデータ、ビデオデータ、イメージデータ、オーディオデータあるいはこれらの組み合わせが含まれる。チャネルエンコーダ２０６は、ディジタルデータストリーム２０４に対して、ブロックコード、畳み込み符号化等の誤り訂正符号化を行い、符号化データ２０８を生成する。【００２７】
インパルス無線変調器２１２は、符号化データ２０８を複製し、マッピング構成器２１４が設定した図１〜図４における伝送基準プリアンブルシーケンスによるマッピング構成に従って変調する。パルス生成器２１８は、インパルス無線変調器２１２から出力された信号２１６を増幅し、信号２１６を予め定められたパルス形状に生成し、生成した伝送基準プリアンブル２２０を送信アンテナ２２２から無線送信する。【００２８】
図６は、本発明のインパルス無線通信における受信装置の構成を示すブロック図である。受信装置３００は、受信アンテナ３０２と、パルス対相関器３０４と、加算モジュール３０６と、取得モジュール３０８とで構成されている。パルス対相関器３０４は、遅延ユニット３１０と、信号乗算器３１２と、有限時間積分器（finite time integrator）３１４とを備えている。【００２９】
パルス対相関器３０４は、信号３１６を受信し、それを２つの経路に分割する。一方は、信号乗算器３１２に直接的に入力され、他方は、遅延ユニット３１０によって遅延される。受信信号３１６と、遅延ユニット３１０からの遅延信号３１８とが、信号乗算器３１２において乗算され、０でない積３２２が積分器３１４において指定の時間にわたり積分され、信号３２４が生成される。積分時間は、図１に示したパルス対間隔１２０に等しい。遅延ユニットにおける時間遅延は、図１〜図４における基準パルスとデータパルスとの間の時間遅延Ｄに等しい。【００３０】
加算モジュール３０６は、積分器３１４から出力された信号３２４を入力し、それらをすべて加算する。この演算の目的は、伝送基準プリアンブルシーケンスにおけるＮｐ個のパルス対の積分出力すべてを合計することである。【００３１】
取得モジュール３０８は、加算モジュール３０６から出力された合計出力３２６と、所定のしきい値とを比較することによって、伝送基準プリアンブルの存在を検出する。しきい値は、動作条件に依存する。従って、該当する分野における当業者には、実際の値を得ることができる。合計出力３２６がしきい値より大きい場合、取得モジュール３０８は、同期の成功を宣言し、合計出力３２６がしきい値より小さい場合、取得モジュール３０８は、同期の失敗を宣言する。【００３２】
図７は、本発明のバースト信号の構造および相関器出力を示す図である。伝送データパケット４０４は、伝送基準プリアンブル４０２の後に伝送される。受信装置は、伝送基準プリアンブル４０２の受信時に検出されるパルス対相関器の出力の最大ピーク値４０６の時刻を時刻指標として使用し、このマークによって、後に続く伝送データパケット４０４の同期をとる。なお、図７において、相関器出力における小さいピークは、自己相関の副ローブを表しており、最大ピーク値４０６と比較して小さいはずである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、インパルス無線通信における受信装置に用いるに好適である。
【図１】
2007052355.tif 000003
【図２】
2007052355.tif 000004
【図３】
2007052355.tif 000005
【図４】
2007052355.tif 000006
【図５】
2007052355.tif 000007
【図６】
2007052355.tif 000008
【図７】
2007052355.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月15日(2008.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置において、予め定められた時間距離Ｄだけ隔てられた同一形状のパルス対にて構成される伝送基準プリアンブルを受信装置に送信するステップと、
前記送信装置において、前記伝送基準プリアンブルを送信してから所定時間経過後に伝送データパケットを前記受信装置に送信するステップと、
前記受信装置において、受信信号とこの受信信号を前記時間距離Ｄだけ遅延させた信号との相関値に基づいて前記伝送基準プリアンブルを検出して時刻指標を生成するステップと、
前記受信装置において、前記生成した時刻指標を使用して、前記伝送データパケットの受信を開始するステップと、
を具備するインパルス無線通信における初期同期獲得方法。
【請求項２】
伝送シンボルに応じて前記パルス対のパルス持続時間を異ならせる請求項１記載の初期同期獲得方法。
【請求項３】
予め定められた時間距離Ｄだけ隔てられた同一形状のパルス対にて構成される伝送基準プリアンブルを受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した前記伝送基準プリアンブルを前記時間距離Ｄだけ遅延させる遅延回路と、
前記受信アンテナが受信した前記伝送基準プリアンブルに前記遅延回路が遅延した前記伝送基準プリアンブルを乗算する乗算器と、
前記乗算器の出力を所定時間にわたり積分する積分器と、
前記積分器の出力を合計する加算モジュールと、
前記加算モジュールの出力と所定の閾値との比較により前記伝送基準プリアンブルを検出して時刻指標を生成する取得モジュールと、
を具備するインパルス無線通信における受信装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送基準プリアンブルを使用してのインパルス無線通信における初期同期獲得方法及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の通信技術の進歩により、パルス持続時間が一般にナノ秒未満である、持続時間の非常に短い無線周波数（ＲＦ）パルスのシーケンスの送受信を利用できるようになった。これは、しばしばインパルス無線（ＩＲ）と称される。
【０００３】
ＩＲ信号用として、受信装置および送信装置のさまざまな従来の実施形態が存在している。ＩＲ送信装置およびＩＲ受信装置では、多岐にわたるデータ変調（および復調）手法を採用することができ、例えば、振幅変調、位相変調、周波数変調、パルス位置変調（ＰＰＭ）（タイムシフト変調またはパルス間隔変調とも称する）、あるいはこれらのＭ−ａｒｙバージョンである。
【０００４】
現時点では、最も周知である方法は、ＰＰＭ方式である。この方法は、連続するタイムフレームの中の複数のタイムスロットの１つにおいてパルスを送信および受信することによって機能し、この場合、送信装置と受信装置との間での高い精度での時刻の同期が要求される。ＰＰＭ変調方式は、「時間変調」方法とも称されており、なぜなら、パルスの到着の相対性が、伝送情報を復調する目的で受信装置が認識しておかなければならない重要な情報であるためである。
【０００５】
時間変調インパルス無線伝送方式における１つの問題は、時刻の同期を確立することが難しいことである。このことは、特に、伝送情報が伝送シンボルのバーストで構成されているときに当てはまり、この場合、受信装置は、送信装置のタイミングについて何らの先験情報を持たない。
【０００６】
最近、新しい代替ＵＷＢ通信方式として、伝送基準（transmitted-reference）方式が発明され、特許文献１にその一例が開示されている。用語「伝送基準」は、個々のパルスとの同期が不要である方法で複数のパルスを送受信することを意味する。パルスは対で伝送され、対においては、第１のパルスが基準パルスであり、第２のパルスがデータ変調パルスである。パルス対のそれぞれにおいて、基準パルスとデータ変調パルスは同じである。パルス対は、時間間隔、すなわち遅延によって互いに隔てられている、すなわち一方が遅延しており、時間間隔すなわち遅延は受信装置に既知である。伝送基準ＵＷＢでは、パルスは対で送られ、従って、標準的な手段によって測定することのできる相関関係が受信装置において生じる。すなわち、伝送基準方式では、時間変調方式における同期の問題が存在しない。
【０００７】
伝送基準方式を使用しての同期獲得の方法はいくつかある。このような１つの方法は、特許文献２に開示されており、この方法では、同期を獲得するためのパイロット信号を提供する目的で、伝送基準／遅延ホッピング（ＴＲ／ＤＨ）（transmitted-reference, delay-hopped）超広帯域信号が使用される。用語「伝送基準」は、先の説明と同じ定義である。用語「遅延ホッピング」は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式を意味する。ＴＲ／ＤＨ方式では、ＰＰＭ／ＴＨなどの時間変調方式における同期の問題が存在しないが、時間変調方式よりも信号対雑音比（ＳＮＲ）が悪く、多元接続干渉が起こりやすい。数学的モデリングとコンピュータシミュレーションとに基づいたパフォーマンスの予測によると、これらの影響によって、ＴＲ／ＤＨの多元接続能力は、いくつかの用途には適合しない
程度まで制限されるものと考えられる。
【特許文献１】米国特許出願第２００３１９８３０８号「Synchronization of ultra-wideband communications using a transmitted-reference preamble」
【特許文献２】米国特許出願第２００３１９８２１２号「Method and apparatus for synchronizing a radio telemetry system by way of transmitted-reference, delay-hopped ultra-wideband pilot signal」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
時間変調インパルス無線伝送方式における１つの問題は、時刻の同期を確立することが難しいことである。このことは、特に、伝送情報がナノ秒オーダーの狭いパルスのバーストで構成されているときに当てはまる。この場合、受信装置は、送信装置のタイミングについて何らの先験情報を持たず、さらに、受信装置は、伝送情報の復調を試みる前に伝送の存在を検出しなければならない。
【０００９】
多元接続干渉（ＭＡＩ）が存在しない場合、パルススロットを決定するクロックは、受信信号から容易に回復することができるが、フレームクロックは、伝送される取得シーケンスから回復しなければならない。そして、多元接続干渉がある場合、この問題はさらに悪くなる。これは、互いに干渉している個別の送信装置のパルススロットクロックが、目的の送信装置のクロックと同期しないためである。この状況では、取得シーケンスを使用することによって、スロットクロックとフレームタイミングの両方を取得する必要がある。この必要条件は、初期同期に要する計算量が非常に大きいことを意味し、この計算負荷の結果として、取得時間が非常に長くなることがある。
【００１０】
特許文献１には、伝送基準／遅延ホッピング（ＴＲ／ＤＨ）バーストをプリアンブルとして使用して時刻指標（time mark）を提供する初期同期の方法が紹介されている。
【００１１】
しかしながら、この方法では、プリアンブルにおいて伝送されるパルス対のそれぞれに対して、一連のパルス対相関器が受信装置に必要であり、この結果、受信装置の構造が極めて複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、伝送基準プリアンブルを使用してのインパルス無線通信における初期同期獲得の新規の方法であって、受信装置において一連の複数の相関器の代わりにただ１つのパルス対相関器を使用することによって、インパルス無線受信装置の構造が単純化される初期同期獲得方法及び受信装置を提供することである。
【００１３】
この方法では、送信装置は、最初に伝送基準プリアンブルを送る必要がある。受信装置は、この伝送基準プリアンブルを容易に検出し、これを処理し、通信システムの受信側における時刻指標を生成することができる。伝送基準プリアンブルは、パルストレインとして伝送される一連のパルス対で構成されており、パルス対のそれぞれは、基準パルスとデータ変調パルスとから成る。各パルス対の各基準パルスと各データ変調パルスは、時間距離（time separation）だけ隔てられている。伝送基準プリアンブルにおいて伝送されるすべてのパルス対は、その基準パルスとデータ変調パルスとの間の時間距離が同じである。本発明においては、さまざまな伝送シンボルを表している、伝送基準プリアンブル内のすべてのパルス対は、異なるパルス持続時間Ｔｐを有する。本明細書においては、この変調方法をパルス幅変調と称する。従って、伝送基準プリアンブルは、パルス幅変調によって変調される。
【００１４】
送信装置は、パルス幅変調の伝送基準プリアンブルを伝送し、受信装置に既知である一定期間だけ待機した後、伝送メッセージデータを含んでいる伝送データパケットを伝送する。受信装置は、伝送基準プリアンブルの受信後、伝送データパケットの受信時刻を時刻指標の精度で推定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、一連のパルス対を有する伝送基準プリアンブルシーケンスを使用することによって、受信装置の構造とハードウェア実装とにおける複雑さが軽減される、インパルス無線通信システムにおける同期方法を提供する。伝送基準プリアンブルシーケンスにおいて、伝送シンボルを表すパルス対のそれぞれは、一意のパルス持続時間を有する。この同期方法は、複数相関器の構造と比較すると、受信装置の構造が単純であり、インパルス無線通信システムの受信装置構造に必要であるのは、遅延回路を備えている１つのみのパルス対相関器と、乗算器と、積分器である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスには、４つの実施形態がある。図１は、伝送基準プリアンブルシーケンスの第１の実施形態であり、図２は第２の実施形態、図３は第３の実施形態、図４は第４の実施形態である。
【００１７】
図１は、伝送基準インパルス無線送信装置および受信装置の間で伝達される、模範的な、伝送基準プリアンブルシーケンスの第１の実施形態である。伝送基準プリアンブル１００Ａにおいて伝送されるパルス対の数Ｎｐは、１より大きい任意の整数とすることができ、Ｎｐの値は受信装置に既知である。図１には、４つのパルス対を示してあり、これらのパルス対は、伝送基準プリアンブル１００Ａにおいて連続的に伝送される。各パルス対は、２つの同じパルス波形から成り、第１のパルス波形を基準パルスと称し、第２のパルス波形をデータ変調パルスと称する。
【００１８】
図１に示したように、第１のパルス対は、同一の基準パルス１０２とデータ変調パルス１０４とで構成されている。第２のパルス対は、同一の基準パルス１０６とデータ変調パルス１０８とで構成されている。第３のパルス対は、同一の基準パルス１１０とデータ変調パルス１１２とで構成されている。第４のパルス対は、同一の基準パルス１１４とデータ変調パルス１１６とで構成されている。
【００１９】
伝送基準プリアンブルシーケンスにおける各パルス対は、隣のパルス対からパルス対間隔１２０だけ隔てられている。パルス対の間隔１２０は、伝送基準プリアンブルシーケンスにおけるすべてのパルス対について同じである。伝送基準プリアンブル１００Ａにおいて伝送されるすべてのパルス対は、その基準パルスとデータパルスとの間の時間距離Ｄが同じである。
【００２０】
伝送基準プリアンブルを変調する目的で、パルス幅変調が採用されている。各パルス対
のパルス持続時間Ｔｐを使用して、各パルス対が伝送シンボルに関連付けられている。図１に示したように、第１のパルス対は、伝送シンボル「００」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ１を有し、第２のパルス対は、伝送シンボル「１０」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ２を有し、第３のパルス対は、伝送シンボル「０１」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ３を有し、第４のパルス対は、伝送シンボル「１１」を表しており、パルス持続時間Ｔｐ４を有する。伝送基準プリアンブル１００Ａにおける、伝送シンボルのそれぞれを表している各パルス対のパルス持続時間は、異なっていなければならない。
【００２１】
伝送基準プリアンブルシーケンスの第２の実施形態においては、図２に示したように伝送基準プリアンブル１００Ｂの基準パルスとデータパルスとの間の時間距離Ｄが０であることを除いて、図１における第１の実施形態との違いはない。伝送基準プリアンブルにおいては、各パルス対の基準パルスの後、遅延なしにデータ変調パルスがただちに伝送される。
【００２２】
図３は、伝送基準プリアンブルシーケンスの第３の実施形態を示している。この実施形態においては、伝送基準プリアンブル１００Ｃの基準パルスとデータパルスとの間の時間距離Ｄが０ではない。この第３の実施形態と第１の実施形態の唯一の違いは、一意の伝送シンボルのそれぞれを表しているパルス対を、１又は複数サイクルのパルスで構成できることである。図３に示したように、伝送シンボル「００」を表している第１のパルス対は１周期のパルスから成り、伝送シンボル「１０」を表している第２のパルス対は２周期のパルスから成り、伝送シンボル「０１」を表している第３のパルス対は３周期のパルスから成り、伝送シンボル「１１」を表している第４のパルス対は４周期のパルスから成る。
【００２３】
図４は、第４の実施形態を示している。この実施形態においては、伝送基準プリアンブル１００Ｄの伝送シンボルごとにパルス対間隔１２０が異なっている。第１の伝送シンボル「００」はパルス対間隔Ｔｆ１を有し、第２の伝送シンボル「１０」はパルス対間隔Ｔｆ２を有し、第３の伝送シンボル「０１」はパルス対間隔Ｔｆ３を有し、第４の伝送シンボル「１１」はパルス対間隔Ｔｆ４を有する。
【００２４】
図５は、本発明のインパルス無線通信における送信装置の構成を示すブロック図である。送信装置２００は、ビット生成器２０２と、チャネルエンコーダ２０６と、インパルス無線変調器２１２と、マッピング構成器２１４と、パルス生成器２１８と、送信アンテナ２２２とで構成されている。
【００２５】
ビット生成器２０２は、入力データからディジタルデータストリーム２０４を生成する。入力データには、テキストデータ、ビデオデータ、イメージデータ、オーディオデータあるいはこれらの組み合わせが含まれる。チャネルエンコーダ２０６は、ディジタルデータストリーム２０４に対して、ブロックコード、畳み込み符号化等の誤り訂正符号化を行い、符号化データ２０８を生成する。
【００２６】
インパルス無線変調器２１２は、符号化データ２０８を複製し、マッピング構成器２１４が設定した図１〜図４における伝送基準プリアンブルシーケンスによるマッピング構成に従って変調する。パルス生成器２１８は、インパルス無線変調器２１２から出力された信号２１６を増幅し、信号２１６を予め定められたパルス形状に生成し、生成した伝送基準プリアンブル２２０を送信アンテナ２２２から無線送信する。
【００２７】
図６は、本発明のインパルス無線通信における受信装置の構成を示すブロック図である。受信装置３００は、受信アンテナ３０２と、パルス対相関器３０４と、加算モジュール３０６と、取得モジュール３０８とで構成されている。パルス対相関器３０４は、遅延ユニット３１０と、信号乗算器３１２と、有限時間積分器（finite time integrator）３１
４とを備えている。
【００２８】
パルス対相関器３０４は、信号３１６を受信し、それを２つの経路に分割する。一方は、信号乗算器３１２に直接的に入力され、他方は、遅延ユニット３１０によって遅延される。受信信号３１６と、遅延ユニット３１０からの遅延信号３１８とが、信号乗算器３１２において乗算され、０でない積３２２が積分器３１４において指定の時間にわたり積分され、信号３２４が生成される。積分時間は、図１に示したパルス対間隔１２０に等しい。遅延ユニットにおける時間遅延は、図１〜図４における基準パルスとデータパルスとの間の時間遅延Ｄに等しい。
【００２９】
加算モジュール３０６は、積分器３１４から出力された信号３２４を入力し、それらをすべて加算する。この演算の目的は、伝送基準プリアンブルシーケンスにおけるＮｐ個のパルス対の積分出力すべてを合計することである。
【００３０】
取得モジュール３０８は、加算モジュール３０６から出力された合計出力３２６と、所定のしきい値とを比較することによって、伝送基準プリアンブルの存在を検出する。しきい値は、動作条件に依存する。従って、該当する分野における当業者には、実際の値を得ることができる。合計出力３２６がしきい値より大きい場合、取得モジュール３０８は、同期の成功を宣言し、合計出力３２６がしきい値より小さい場合、取得モジュール３０８は、同期の失敗を宣言する。
【００３１】
図７は、本発明のバースト信号の構造および相関器出力を示す図である。伝送データパケット４０４は、伝送基準プリアンブル４０２の後に伝送される。受信装置は、伝送基準プリアンブル４０２の受信時に検出されるパルス対相関器の出力の最大ピーク値４０６の時刻を時刻指標として使用し、このマークによって、後に続く伝送データパケット４０４の同期をとる。なお、図７において、相関器出力における小さいピークは、自己相関の副ローブを表しており、最大ピーク値４０６と比較して小さいはずである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、インパルス無線通信における受信装置に用いるに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第１の実施形態を示す図
【図２】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第２の実施形態を示す図
【図３】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第３の実施形態を示す図
【図４】本発明の伝送基準プリアンブルシーケンスの第４の実施形態を示す図
【図５】本発明のインパルス無線通信における送信装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明のインパルス無線通信における受信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明のバースト信号の構造および相関器出力を示す図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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