(57)【要約】超広帯域信号変調システムおよび方法を提供する。本発明の１つの方法は、データを、ゼロ、プラス１、およびマイナス１の状態で表される３値のデータセットに変換することを含む。本発明の変調および信号伝送方法により、超広帯域信号が、通常の搬送波信号と同時に共存することが可能になる。本発明は、無線通信ネットワーク、およびファイバ・ケーブルと同軸ケーブルとのハイブリッド・ネットワークなどの有線通信ネットワークに利用することが可能である。本要約は、要約の要件規則に従うことを唯一の目的として提供されるもので、それによって、読者は、本明細書に含まれる開示の対象を即座に確認できる。本要約書は、これを、請求項の範囲または意味を解釈または限定するためには使用しないという明示的理解の下に提出する。
2006519573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデータ・ビットを受信するステップと、
この複数のデータ・ビットのそれぞれを、１または−１のビットのいずれか一方に変換するステップと、
この１または−１のビットを、ゼロ（０）を含むビット・グループにグループ分けするステップと、
単一の超広帯域パルスを放出することにより、このビット・グループを送信するステップとを含むデータ通信の方法。
【請求項２】
前記ビットを１または−１のいずれか一方に変換する前記ステップは、
複数の１および複数の０からなる前記複数のデータ・ビットを、１、０、および−１から選択的に構成される複数のデータ・ビットに変更するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１または-１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けする前記ステップは、
前記複数の１および−１のデータ・ビットを、変換行列に乗じるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１または-１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けする前記ステップは、
前記１または−１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けするルックアップ・テーブルを用いるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変換行列は、ウォルシュ行列、ウォルシュ−アダマール行列、直交行列、２×２ウォルシュ行列、４×４ウォルシュ行列、４よりも大きな階数のウォルシュ行列、および２×２逆高速フーリエ変換行列からなる群から選択される請求項３に記載の方法。
【請求項６】
単一の超広帯域パルスを放出することにより、前記ビット・グループを送信する前記ステップは、正のパルスまたは負のパルスのいずれか一方を含む超広帯域電磁エネルギー・パルスを送信するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
正のパルスまたは負のパルスのいずれか一方を含む前記超広帯域電磁エネルギー・パルスを受信するステップと、
時間ビン内における前記パルスの不在状態または存在状態と、この超広帯域電磁パルスの極性とに基づき、前記超広帯域電磁パルスにデータ値を割り当てるステップとをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記１または−１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けする前記ステップは、この１または−１のビットを、０を含む２ビット・グループにグループ分けするステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記１または−１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けする前記ステップは、
この１または−１のビットのデータを、２ビット・グループ、４ビット・グループ、８ビット・グループ、１６ビット・グループ、３２ビット・グループ、６４ビット・グループ、および１２８ビット・グループからなる群から選択されるグループにするステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のデータ・ビットのそれぞれを、１または−１のいずれか一方に変換する前記ステップは、
この複数のデータ・ビット内にあるそれぞれの０を、−１に置換するステップと、
この複数のデータ・ビット内にあるそれぞれの０を、＋１に置換するステップと、
この複数のデータ・ビット内にあるそれぞれの１を、−１に置換するステップのうちのいずれか１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記単一の超広帯域パルスは、電磁エネルギー超広帯域パルスおよびインパルス無線パルスからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
単一の超広帯域パルスを放出することにより、前記ビット・グループを送信する前記ステップは、空気、光ファイバ・リボン、光ファイバ・ケーブル、単一モード光ファイバ・ケーブル、多モード光ファイバ・ケーブル、ツイストペア線、非シールド・ツイストペア線、プレナム・ケーブル、ＰＶＣケーブル、同軸ケーブル、および電気伝導性材料からなる群から選択される媒体を介して、単一の超広帯域パルスを放出することにより、前記ビット・グループを送信することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記単一の超広帯域パルスは、約０．０１ナノ秒から約１ミリ秒までの範囲に入る時間幅を有す請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
データを表す超広帯域パルスを送信するステップと、
超広帯域パルスの不在状態で追加のデータ・ビットを表すステップとを含むデータ通信の方法。
【請求項１５】
前記超広帯域パルスは、正のパルスまたは負のパルスのいずれか一方を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
超広帯域パルスの不在状態で追加のデータ・ビットを表す前記ステップは、負のパルスを含まない正の超広帯域パルスを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
超広帯域パルスの不在状態で追加のデータ・ビットを表す前記ステップは、正のパルスを含まない負の超広帯域パルスを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記超広帯域パルスは、電磁エネルギー超広帯域パルスおよびインパルス無線パルスからなる群から選択される請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記超広帯域パルスは、約０．０１ナノ秒から約１ミリ秒までの範囲に入る時間幅を有す請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
汎用デジタル・コンピュータに、データ通信の方法を実行させるコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、この方法は、
複数のデータ・ビットを受信するステップと、
この複数のデータ・ビットのそれぞれを、１または−１のビットのいずれか一方に変換するステップと、
この１または−１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けするステップと、
単一の超広帯域パルスを放出することにより、このビット・グループを送信するステップとを含むコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２１】
前記ビットを１または−１のいずれか一方に変換する前記ステップは、
複数の１および複数の０からなる前記複数のデータ・ビットを、１、０、および−１から選択的に構成される複数のデータ・ビットに変更するステップを含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２２】
前記１または-１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けする前記ステップは、
前記複数の１および−１のデータ・ビットを、変換行列に乗じるステップを含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２３】
前記変換行列は、ウォルシュ行列、ウォルシュ−アダマール行列、逆高速フーリエ変換行列、直交行列、２×２ウォルシュ行列、４×４ウォルシュ行列、および４よりも大きな階数のウォルシュ行列からなる群から選択される請求項２２に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２４】
単一の超広帯域パルスを放出することにより、前記ビット・グループを送信する前記ステップは、正のパルスまたは負のパルスのいずれか一方を含む超広帯域電磁エネルギー・パルスを送信するステップを含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２５】
正のパルスまたは負のパルスのいずれか一方を含む前記超広帯域電磁エネルギー・パルスを受信するステップと、
時間ビン内における前記超広帯域電磁パルスの不在状態または存在状態と、この超広帯域電磁パルスの極性とに基づき、前記超広帯域電磁パルスにデータ値を割り当てるステップとをさらに含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２６】
前記１または−１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けする前記ステップは、この１または−１のビットを、０を含む２ビット・グループにグループ分けするステップを含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２７】
前記１または−１のビットを、０を含むビット・グループにグループ分けする前記ステップは、
この１または−１のビットのデータを、２ビット・グループ、４ビット・グループ、８ビット・グループ、１６ビット・グループ、３２ビット・グループ、６４ビット・グループ、および１２８ビット・グループからなる群から選択されるグループにするステップを含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２８】
前記複数のデータ・ビットのそれぞれを、１または−１のいずれか一方に変換する前記ステップは、
この複数のデータ・ビット内にあるそれぞれの０を、−１に置換するステップと、
この複数のデータ・ビット内にあるそれぞれの０を、＋１に置換するステップと、
この複数のデータ・ビット内にあるそれぞれの１を、−１に置換するステップのうちのいずれか１つを含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項２９】
前記単一の超広帯域パルスは、電磁エネルギー超広帯域パルスおよびインパルス無線パルスからなる群から選択される請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３０】
単一の超広帯域パルスを放出することにより、前記ビット・グループを送信する前記ステップは、空気、光ファイバ・リボン、光ファイバ・ケーブル、単一モード光ファイバ・ケーブル、多モード光ファイバ・ケーブル、ツイストペア線、非シールド・ツイストペア線、プレナム・ケーブル、ＰＶＣケーブル、同軸ケーブル、および電気伝導性材料からなる群から選択される媒体を介して、単一の超広帯域パルスを放出することにより、前記ビット・グループを送信することを含む請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３１】
前記単一の超広帯域パルスは、約０．０１ナノ秒から約１ミリ秒までの範囲に入る時間幅を有す請求項２１に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３２】
汎用デジタル・コンピュータに、データ通信の方法を実行させるコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、この方法は、
データを表す超広帯域パルスを送信するステップと、
超広帯域パルスの不在状態で追加のデータ・ビットを表すステップとを含むコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３３】
前記超広帯域パルスは、正のパルスまたは負のパルスのいずれか一方を含む請求項３２に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３４】
超広帯域パルスの不在状態で追加のデータ・ビットを表す前記ステップは、負のパルスを含まない正の超広帯域パルスを含む請求項３２に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３５】
超広帯域パルスの不在状態で追加のデータ・ビットを表す前記ステップは、正のパルスを含まない負の超広帯域パルスを含む請求項３２に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３６】
前記超広帯域パルスは、電磁エネルギー超広帯域パルスおよびインパルス無線パルスからなる群から選択される請求項３２に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項３７】
前記超広帯域パルスは、約０．０１ナノ秒から約１ミリ秒までの範囲に入る時間幅を有す請求項３２に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、超広帯域通信に関し、より詳細には、有線および無線通信用超広帯域信号を変調する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化時代が到来した。各種通信システムを介しての膨大な量の情報へのアクセスが、人々の働き方、楽しみ方、および相互の通信の仕方を変化させている。例えば、連邦議会が１９９６年の通信改正法で策定した通信に関する競争の促進により、従来のケーブルテレビ・プロバイダは、家庭用および業務用に、最新のビデオ、音声、およびデータサービスを提供する総合プロバイダとなった。今や、多くのケーブルテレビ会社が、単一広帯域ネットワークを介して、上記のサービス全てを配信するケーブル・システムを提供している。
【０００３】
このようなサービスにより、単位時間当たりに送受信するデータ量である帯域幅が、より必要となってきた。データ伝送の規模が拡大し続けるに従い、より広い帯域幅が、ますます重要になってきている。オンデマンドの映画配信やテレビ会議等の用途では、高いデータ転送レートを必要とする。また、別の例としては、家庭や職場での双方向テレビがある。さらに、インターネット上のトラフィックは、増加し続けており、また、音声とインターネット・データとの融合などの新しいアプリケーションの導入により、トラフィックは、今まで以上に早いペースで増加する一方となる。その結果、より広い帯域幅を提供するために、通信事業者やサービス・プロバイダは、スイッチ、ルータ、バックボーン、及びラストマイル（加入者回線）を含むネットワーク・インフラ全体の整備を行い続けている。
【０００４】
また、他の業界でも、インターネット・サービス・プロバイダや他のデータ・プロバイダに対して、帯域幅の要望を行っている。例えば、病院では、Ｘ線像やＣＡＴスキャン像を遠隔地にいる医師に送信する。このような送信では、合理的な時間内に、大きなデータ・ファイルを送信するため、かなりの帯域幅を必要とする。より広い帯域幅への需要は、ネットワークが過負荷となっている兆候であるインターネット・アクセスが遅い、あるいはデータリンクの欠損があるといったユーザの不満によって明白である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、有線のネットワークや通信システム、および無線のネットワークや通信システムの帯域幅を増加させる方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の広帯域（ＵＷＢ）パルスからなるＵＷＢ信号の変調方法を提供する。この信号は、無線で送受信することができ、また、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、あるいはその他、有線媒体の種類に関わらず、あらゆる有線媒体を介して送受信することができる。
【０００７】
本発明の一実施形態では、通常の搬送波信号、および超広帯域信号あるいはパルスを同時に伝送できるようにすることによって、通信システムにおける利用可能な帯域幅を増加させるＵＷＢ信号またはパルス変調方法を提供する。この方法は、ゼロ（０）、プラス１、およびマイナス１という状態で示すデータを備えた３値データ・セットにデータを変換することを含む。本発明の変調および信号伝送方法により、超広帯域信号が通常の搬送波信号と同時に共在することが可能になる。本発明は、光ファイバと同軸ケーブルとのハイブリッド・ネットワークなどの無線および有線通信で用いることも可能である。
【０００８】
本発明の一実施形態では、データは、伝送されたデータ・ビットの各対ごとに常にゼロを含むように変換される。本発明の変調技術では、ゼロは、電磁エネルギーの不在状態で示される。従って、伝送されたデータ・ビットの各対ごとにゼロを確保することで、無線周波数スペクトル空間内に伝送された平均エネルギーは減少する。これにより、他の信号と干渉する可能性が減少し、また、本発明の他の実施形態では、各超広帯域パルスの出力を増加させることも可能になる。
【０００９】
本発明の一特徴では、伝送した超広帯域信号は、他の通信信号と干渉を起こすことのないスペクトル・パワー密度を有する。
【００１０】
このように、本発明の方法により伝送された超広帯域信号により、通信システムの帯域幅あるいはデータ・レートを大幅に増加させることができる。
【００１１】
本発明のこれらの特徴および利点については、以下に示す本発明の詳細な説明を、添付の図面と共に精読することで、より深く理解されたい。なお、添付図面では、同じ参照番号は同じ部分を示す。
【００１２】
当然のことながら、図面の一部または全ては、例示のための略図であり、必ずしも実際の相対的寸法または図示された要素の位置を描いているわけではない。図面は、請求項の範囲もしくは意味を限定しない明確な理解のために一つもしくはそれ以上の発明の実施形態を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
例証として、添付の図面を参照に、以下の文章で本発明を詳細に説明する。この説明全体にわたって示した好適な実施形態や用例は、本発明を限定するものではなく、代表例として考えるべきものである。本明細書で用いる「本発明」とは、本明細書で説明する発明の実施形態のいずれか1つ、および他のあらゆる等価な実施形態のことをいう。さらに、本明細書全体にわたって、「本発明」の種々の特徴について言及したとしても、それは、請求項に記載の全ての実施形態または方法がその特徴を必ず含む、ということを意味するわけではない。
【００１４】
本発明は、複数の広帯域パルスからなる広帯域信号の変調方法を提供する。このパルスは、無線で送受信することができ、また、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、あるいはその他、有線媒体の種類に関わらず、あらゆる有線媒体を介して送受信することができる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、通常の搬送波信号、および超広帯域信号あるいはパルスを同時に伝送できるようにすることによって、通信システムにおける利用可能な帯域幅を増加させる信号またはパルス変調方法を提供する。この方法は、ゼロ（０）、プラス１、およびマイナス１という状態で示すデータを備えた３値データ・セットにデータを変換することを含む。本発明の変調およびパルス伝送方法により、超広帯域パルスが通常の搬送波信号と同時に共在することが可能になる。本発明は、光ファイバと同軸ケーブルとのハイブリッド・ネットワークなどの無線および有線通信で用いることも可能である。
【００１６】
本発明の一実施形態では、データは、伝送されたデータ・ビットの各対ごとに常にゼロを含むように変換される。本発明の変調技術では、ゼロは、電磁エネルギーの不在状態で示される。従って、伝送されたデータ・ビットの各対ごとにゼロを確保することで、無線周波数スペクトル空間内に伝送された平均エネルギーは減少する。これにより、他の信号と干渉する可能性が減少し、また、本発明の他の実施形態では、各超広帯域パルスの出力を増加させることも可能になる。
【００１７】
本発明の一特徴では、伝送した超広帯域パルスは、他の通信信号と干渉を起こすことのないスペクトル・パワー密度を有することができる。
【００１８】
このように、本発明の方法により伝送された超広帯域パルスにより、通信システムの帯域幅あるいはデータ・レートを増加させることができる。
【００１９】
本発明は、あらゆるタイプのネットワークに用いることができ、それは無線であり、有線であり、あるいはまた、有線媒体と無線部品とを一緒にしたネットワークである。つまり、ネットワークは、同軸ケーブルなどの有線媒体と、衛星や携帯電話用アンテナなどの無線装置とのいずれも使用することができる。本明細書で定義する通信とは、通信経路が接続する一組の点あるいはノードのことである。この通信経路は、有線で接続しても良いし、無線で接続しても良い。本明細書で定義するネットワークは、他のネットワークと相互接続ができ、また、サブ・ネットワークを備えることができる。さらに、本明細書で定義するネットワークは、空間距離の観点から特徴付けることができ、そのネットワークは、例えば、数ある中でも、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、および無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮ）である。また、本明細書で定義するネットワークは、ネットワーク上で用いるデータ伝送技術のタイプを特徴とすることができ、そのネットワークは、例えば、数ある中でも、ＴＣＰ／ＩＰネットワークやシステム・ネットワーク・アーキテクチャによるネットワークである。また、本明細書で定義するネットワークは、音声信号、またはデータ信号、あるいはその両方の信号のいずれを搬送するかには関わることを特徴とすることができる。また、本明細書で定義するネットワークは、誰でもそのネットワークを利用できることを特徴とすることができ、そのネットワークは、例えば、数ある中でも、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、その他の公衆ネットワーク、および（一人部屋や家庭の中でのような）プライベート・ネットワークである。また、本明細書で定義するネットワークは、ネットワーク接続の性質を特徴とすることができ、そのネットワークは、例えば、数ある中でも、ダイアルアップ・ネットワーク、交換ネットワーク、専用ネットワーク、および非交換ネットワークである。また、本明細書で定義するネットワークは、ネットワークが用いる物理リンクのタイプを特徴とすることができ、その物理リンクは、例えば、数ある中でも、光ファイバ、同軸ケーブル、この２つのハイブリッド・ケーブル、非シールド・ツイストペア線、およびシールド付ツイストペア線である。
【００２０】
本発明は、無線のＰＡＮ、ＬＡＮ、ＭＡＮ、ＷＡＮ、またはＷＰＡＮなどのあらゆる種類の無線ネットワークに用いることができる。本発明は、「搬送波不要（ｃａｒｒｉｅｒ−ｆｒｅｅ）」アーキテクチャで実施でき、それは、通常の周波数ドメイン通信システムで用いられる高周波搬送波発生ハードウェア、搬送波変調ハードウェア、安定化装置、周波数および位相弁別ハードウェア、あるいはその他の装置を使用する必要が無いアーキテクチャである。本発明は、有線媒体を用いる通常のネットワークの帯域幅を格段に増加させ、また、既存の有線媒体ネットワークに大幅な改良を加えることなく、費用をかけずに配備することができる。
【００２１】
本発明は、超広帯域（ＵＷＢ）パルスを既存のデータ信号に入れる、あるいは重ねることにより、帯域幅を増加させ、その後、末端のノード、セットトップ・ボックス、加入者ゲートウェイ、あるいはその他の適切な位置で、そのＵＷＢパルスを復元する。超広帯域またはインパルス無線は、ナノ秒またはピコ秒間隔（通常は数１０ピコ秒から数ナノ秒間隔）で放出される電磁エネルギー・パルスを用いる。このため、超広帯域は、たびたび「インパルス無線」と言われる。つまり、ＵＷＢパルスは、通常の無線周波数技術とは対照的に、変調せずに正弦波搬送周波数で伝送することができる。また、代わりに、ＵＷＢパルスを搬送波と一緒にすることで、ＵＷＢを実現することができ、それは、その結果生じたＵＷＢパルスの中心周波数を制御することになる。超広帯域では、通常は、割当周波数も電力増幅器もいずれも必要とはしない。
【００２２】
通常の無線周波数技術は、正弦波の振幅または周波数の変調に組み込まれたデータで伝送される連続正弦波を用いる。例えば、通常の携帯電話は、全周波数スペクトル中の特定の幅をもつ特定の周波数帯で必ず動作する必要がある。具体的にいうと、合衆国では、連邦通信委員会が８００〜９００ＭＨｚ帯に携帯電話通信を割り当てた。携帯電話の運営者は、携帯電話信号を送信するのに、割り当てられた帯域のうちの２５ＭＨｚを使用し、携帯電話信号を受信するのに、割り当てられた帯域の別の２５ＭＨｚを使用する。
【００２３】
通常の無線周波数技術に関する別の例を、図１に示す。８０２．１１ａ、つまり無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）プロトコルでは、約５ＭＨｚの無線周波数の広がりを持った５ＧＨｚの中心周波数で、無線周波数信号を伝送する。
【００２４】
一方、図２に示すように、ＵＷＢパルスは、約４ＧＨｚの周波数の広がりを持った２ＧＨｚの中心周波数を有すことができ、図２には、２つの典型的なＵＷＢパルスを示す。ＵＷＢパルスは、電磁エネルギーの単一バーストである。つまり、ＵＷＢパルスは、電磁エネルギーの正の単一バースト、あるいは負の単一バーストのいずれか一方である。図２は、ＵＷＢパルスが時間幅の点で狭くなればなるほど、その周波数スペクトルの広がりは大きくなることを示す。これは、帯域幅がパルスの時間幅と逆比例するためである。６００ピコ秒のＵＷＢパルスは、約３．２ＧＨｚの周波数の広がりを持った１．６ＧＨｚの中心周波数を有すことができる。また、３００ピコ秒のＵＷＢパルスは、約３．２ＧＨｚの周波数の広がりを持った３ＧＨｚの中心周波数を有すことができる。このように、ＵＷＢパルスは、通常は、図１で示すように、特定の周波数範囲で動作するわけではない。また、ＵＷＢパルスは、極めて広い周波数範囲または帯域幅にわたって広がるので、ＵＷＢ通信システムにより、毎秒１００メガビット以上などの非常に高いデータ・レートでの通信が可能になる。
【００２５】
さらなる詳細なＵＷＢ技術は米国特許第３，７２８，６３２号に開示されており（出願人：ジェラルド  エフ  ロス、発明の名称：ショートベースバンドパルス通信システムに歪みのないベースバンド持続パルス信号を生成及び受信する伝達及び受信システム）、参照によりここに引用される。
【００２６】
また、ＵＷＢパルスは、極めて広い周波数範囲にわたって広がるので、単一のまたは特定の周波数でサンプリングした出力は、非常に低い。例えば、ＵＷＢの１ナノ秒幅を持つ１ワットのパルスでは、その１ワットは、パルスが占める全周波数にわたって広がる。ＣＡＴＶプロバイダの搬送周波数で見る場合と同様、あらゆる単一の周波数で見ると、そこのＵＷＢパルス出力は、（１ＧＨｚの周波数帯域に対して）１ナノワットである。これは、あらゆる有線媒体システムのノイズレベル以下であり、このため、本来のＣＡＴＶ信号の復調や復元とは干渉しない。通常、非常に多くのＵＷＢパルスは、（単一または特定の周波数でサンプリングした場合）かなり低い出力で伝送される。例えば、−３０出力デシベルよりも低い出力から−６０出力デシベルまでの出力範囲で伝送され、それにより、通常の無線周波数との干渉を最小限にする。しかし、ほとんどの有線媒体を通して伝送されるＵＷＢパルスは、無線周波数伝送と干渉することは無い。従って、（単一周波数でサンプリングされた）有線媒体を通して伝送されるＵＷＢパルスの出力は、約＋３０ｄＢｍから約−１４０ｄＢｍの範囲に入る可能性が高い。
【００２７】
データ伝送に用いる変調技術は、複数の２進数またはビットを表すのに単一の符号またはパルスを用いる。これは、通信システムにおいてデータ・レートを増加させるための明らかな利点である。変調の例として、パルス幅変調（ＰＷＭ）、パルス振幅変調（ＰＡＭ）、およびパルス位置変調（ＰＰＭ）がある。ＰＷＭでは、一連の所定パルス幅が、異なるビットセットを表すのに用いられる。例えば、異なった８個のパルス幅を用いるシステムでは、各符号は、８個の組の１つを表すことができ、この１つの符号は、３ビットの情報を運ぶことになる。また、ＰＡＭでは、所定の振幅が、異なるビットセットを表すのに用いられる。ＰＡＭ１６を用いるシステムは、１６個の所定の振幅を有すことになる。このシステムでは、符号あたり４ビットの情報を運ぶことが可能になる。さらにＰＰＭでは、パルスのタイムスロットの範囲内にある所定の位置が、１つのビットセットを運ぶのに用いられる。ＰＰＭ１６を用いるシステムでは、符号あたり４ビットの情報を運ぶことが可能になる。システムは、通常、複数の技術を用いる。これにより、通信システムのデータ・レートを大幅に増大させる可能性が生じる。
【００２８】
一部のＵＷＢ変調技術では、通常、ダブレットまたはウエーブレット「チップ」が、データ信号により変調される。このデータ信号は、位相をチップに与える。ある場合には、「ダブレット」または「ウエーブレット」は、負のＵＷＢパルスが後に続く正のＵＷＢパルスであり、またある場合には逆となる。２つのＵＷＢパルスが単一チップを構成し、それが、変調信号におけるデータの最小要素となる。この場合、２つのＵＷＢパルスを備えるチップは、１ビットのデータ（１または０）を表す。送信するデータ・ビットが０の場合、チップは、正のＵＷＢパルスで始まり、負のＵＷＢパルスで終わってもよく、また一方、送信するビットが１の場合は、チップは、負のＵＷＢパルスで始まり、正のＵＷＢパルスで終わってもよい。
【００２９】
例えば、二相性または対蹠性システムでは、２パルスの「ウエーブレットまたはダブレット」あるいはその逆（１８０°の位相シフト）が、１あるいは０を表す。このようなシステムでは、マルチレベル二相性変調システムを構築するために、ＰＡＭなどの他の変調技術をさらに用いることができる。同じパルスで多くの情報を運ぶためには、ＰＰＭをさらに用いることができる。０°、９０°、１８０°、および２７０°シフトなどの他の位相シフトも、四相システムを構築するのに用いることができ、ＰＡＭを適用すれば、マルチレベル四相システムを構築することができる。あるいは、二相位相変調（ＢＰＳＫ）では、信号は、１または０を表す特定のエネルギー位相を持つ単一エネルギー・パルスである。
【００３０】
しかし、このような変調技術の多くに共通の１つの要素は、０が、正または負の少なくとも１つのエネルギー・パルスによって表されるということである。上記の二相性あるいは対蹠性システムでは、０は、２つのエネルギー・パルス、つまり正のパルスと負のパルス（あるいはその逆）で表すことができる。あるいは、オン／オフ・キーイングは、１つのデータ値１をパルスとして伝送し、データ値０をパルスの不在として伝送する。つまり、オン／オフ・キーイングでは、１つのデータ値のみがパルスで送信される。このように、通常の変調技術は、各データ・ビットを送信するために、特定の位相（正または負）を備えたパルスの形でエネルギーを用いる。上記のように、広い無線周波数範囲にわたって伝送することができる超広帯域（ＵＷＢ）技術を考えると、通常の無線周波数システムとの干渉を避けるように、可能な限り最小限のエネルギーを用いて伝送することが望ましい。
【００３１】
本発明は、データが、単にパルスのダブレットまたはウエーブレットの位相シフトで表されるわけではないという点で、上記の二相性あるいは対蹠性システムとは異なる。一実施形態では、その代わり、データは、まず１、０、および−１を含む３値のビットにエンコードされる。次に、このデータは、２つの２進数（ビット）からなるグループが、常に、０を含むようにグループ化される。さらにこのデータは、データ・ビット情報（１、０、または−１）が、伝送することが可能な複数の独自パターンのうちのいずれか１つに属するという変調方法を用いて伝送される。つまり、本発明は、エネルギーの意図的な不在状態を含む各パルスまたはパルス・パターンを備えた複数の独自ＵＷＢパルスまたはパルス・パターンを用いる。伝送される各ＵＷＢパルスまたはパルス・パターンで、２つのデータ・ビットもまた送信される。本発明の好適な実施形態では、４つのデータ・グループ、すなわち（１，０）、（０，１）、（−１，０）、および（０，−１）が用いられる。各データ・グループは、１つのＵＷＢパルスまたはパルス・パターンのみを用いて伝送される。この際、このＵＷＢパルス・パターンは、１つの意図的なエネルギー・パルスと意図的なエネルギー不在状態とを含む。当然のことながら、意図しないエネルギーは、意図的なエネルギー不在状態がある位置も含め、あらゆる位置に存在できるので、意図的なエネルギー不在状態とは、エネルギーが全く無いことを意味するわけではない。この意図しないエネルギーは、多経路干渉、マルチユーザ干渉、符号間干渉、およびその他の発生源から生じる。
【００３２】
この実施形態の１つの利点は、データ伝送に用いる平均エネルギーが５０％低減されることであり、通常の無線周波数（ＲＦ）信号との干渉の可能性を大きく減らすことである。これは、通常の変調方法では同じデータ量を伝送するのに複数のパルスを用いるのに対し、２ビットのデータ・グループを伝送するのに１つのＵＷＢパルスしか用いないためである。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、より高い出力レベルで２ビット・グループを伝送することができ、その出力レベルは、本発明の変調方法を用いなければ達成できたかどうかは分からない。高出力レベルで伝送することにより、通常のＲＦ信号とのいかなる干渉も避けつつ、伝送範囲を拡大することが可能になる。
【００３４】
多経路干渉は、無線通信システムでは、重大な問題を引き起こす可能性がある。多経路は、種々の伝播経路を経由して目的の受信機に届く送信信号のさまざまな部分の結果である。この多経路を構成する要素は、その経路長が長くなるために時間的に遅れを生じる。無線受信機は、目的とする信号と、この多経路効果に基づき到着する信号とを必ず区別できなければならない。受信機は、所定のわずかな時間ビン内に到着する信号にだけ注意を払えばよいので、他の時間に到着する多経路の構成要素は無視することができる。従って、本発明は、他の変調技術に対して多くの多経路を排除できる。
【００３５】
例えば、ＰＰＭ１６を用いたパルス伝送フレーム中に２５個の任意の時間ビンがある場合は、受信機は、その２５個ある時間ビンのうちの１６個で、目的とするパルスを多経路信号と正確に区別する必要がある。一方、本発明の一実施形態では、単一エネルギー・パルスを、２６個の時間ビンからなるパルス伝送フレームのうちの１つまたは２つの時間ビンに配置できる。従って、残りの２４個の時間ビン内に受信機に届くエネルギーは、無視することができる。
【００３６】
通常ＲＦスペクトルに与えられるエネルギー量は、任意の時間フレーム内に送信された電磁エネルギー・パルスの数に依存する。従って、毎秒送信される超広帯域パルスの数であるパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を、より低く用いる方が都合がよい。より低いＰＲＦを用いる１つの欠点は、通常は、データ・レートが低下することである。本発明の一特徴は、データ・レートのいかなる低下もなく、ＰＲＦを低下できることである。例えば、本発明の一実施形態では、パルス伝送フレーム時間が選択される。複数のビット・グループ（Ｎ）が、このパルス伝送フレームの間に伝送される場合、ＰＲＦは、Ｎ分の１だけ低下させることができる。このことについては、図１０を参照して、後で説明する。
【００３７】
上記のように、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は、毎秒送信される超広帯域（ＵＷＢ）パルスの数である。例えば、１００ＭＨｚのＰＲＦが用いられたとする。ＰＲＦの逆数が、ＵＷＢ１パルスあたりの秒数、あるいは秒の小数点以下となる。この例では、毎秒１０億パルスの逆数は、１０ナノ秒である。このＰＲＦの逆数が、ＵＷＢパルス伝送フレームである。図３に示すように、ＵＷＢパルス伝送フレームは、時間ビンよりなる複数のグループとして示される。具体的には、時間ライン２０１は、２５個の時間ビンを含み、その２５個の時間ビンは、４つのパルス伝送フレームにセグメント化され、各ＵＷＢパルス伝送フレームは、６．２５個の時間ビンを持つ。時間ライン２０２は、２５個の時間ビンを含み、その２５個の時間ビンは、２つのパルス伝送フレームにセグメント化され、各ＵＷＢパルス伝送フレームは、１２．５個の時間ビンを持つ。２５個の時間ビンからなる単一のＵＷＢパルス伝送フレームを、時間ライン２０３に示す。
【００３８】
本発明の一実施形態では、複数のデータ・ビットが、２０１、２０２、あるいは２０３に関わらず、各パルス伝送フレームの間に伝送される。本発明の別の実施形態では、この複数のデータ・ビットを、ＵＷＢパルス伝送フレーム内の特定の位置に配置することができ、それにより、更なる変調度を加え、無線周波数（ＲＦ）スペクトル空間内へのＵＷＢパルスの放出をさらに「白色化（ｗｈｉｔｅｎ）」するのに用いることができる。当然のことながら、本発明の他の実施形態では、２００ＭＨｚ、４００ＭＨＺ、あるいはその他の適切なＰＲＦを含むことが可能である。このようなＰＲＦは、１００ピコ秒程度という短い時間を有することが可能である。異なるＰＲＦでは、異なる大きさのパルス伝送フレームを生成することになる。
【００３９】
ＵＷＢパルス伝送フレーム２０１、２０２、２０３内で伝送されるデータ・ビットは、まず、図４に示す方法に従ってエンコードされる。この実施形態では、着目するデータ・ストリームは、受信データ・ブロック１０１で、データ・グループＡ０およびＡ１にグループ化される。このグループ化におけるビット数は、いかなる整数でもよいが、本発明の好適な実施形態では、図に示すように、２つにグループ化することを用いる。次に、データ置換ブロック１０２は、このデータをバイポーラ・データＢ０およびＢ１にマッピングする。図に示す実施形態では、ゼロ（０）が、マイナス１（−１）と置換し、１はプラスのままである。当然のことながら、データをマッピングし、同じ結果を得る別の方法もある。例えば、全ての１をマイナス１（−１）にマッピングし、かつ全てのゼロ（０）を１にマッピングするなどである。このステップの目的は、受信データ１０１から全てのゼロ（０）を消去することにある。
【００４０】
データ変換ブロック１０３では、（１×２行列に再グループ化された）新しいデータＢ０およびＢ１は、ベクトル行列積法と、それに続くスケーリング比（１／Ｎ）との乗算とでＣ０およびＣ１（２×１行列）に変換される。このスケーリング比（１／Ｎまたは１／ｎ）は、１または−１として、０ではない行列積を維持するのに用いられる。データ変換ブロック１０３で示す２×２行列は、直交行列である。直交行列は正方行列であり、その転置はその逆行列と等しい。例えば、逆高速フーリエ変換行列と同様に、ウォルシュ行列は直交で、またウォルシュ−アダマール行列も直交である。当然のことながら、他の行列や行列の型も用いることが可能である。例えば、データ・グループの大きさが、グループあたり４ビットとなるように選択した場合、変換行列は４×４となる。
【００４１】
当然のことながら、直交行列の特徴を有す他の行列も用いることができる。つまり、行列の２つの行が比較されると、各行における要素の半分は同じであり、残りの半分は異なる。違う表現をすると、各行にある要素の半分が同じ極性であり、残りの半分が反対の極性である。例えば、データ変換ブロック１０３で用いる２×２行列は、
2006519573.tif 000003
、または      
2006519573.tif 000004
、または      
2006519573.tif 000005
、または  
2006519573.tif 000006
の形式をとることができる。この４つの行列により、Ｃ０およびＣ１に対して異なる組合せが生じるが、それぞれの行列により、伝送データ値またはデータ・グループの各対には１つのゼロ（０）が含まれる本発明の好適な実施形態の３値変調スキームを生じることになる。本発明の一特徴は、伝送されたデータ・ビットの各対は、１つのゼロ（０）を含むということである。これは、上記のように、直交行列を、（１，−１）あるいは（−１，１）のいずれか一方からなるＢ０およびＢ１のデータ（２×１行列）に乗ずることによりなされる。この積が、Ｃ０とＣ１データ（２×１行列）であり、これは少なくとも１つのゼロ（０）を含む。Ｃ０およびＣ１からなる４つのデータ・グループが、本発明では用いられる。すなわち、（１，０）、（０，１）、（−１，０）、および（０、−１）である。
【００４２】
本発明の他の実施形態では、各行列の１／２は同じで、残りの半分は逆という条件を満たす行列を含む。
【００４３】
図４に示す２×２の場合は、Ｃ０は、（１／ｎ）（Ｂ０＋Ｂ１）と表すことができ、Ｃ１は（１／ｎ）（Ｂ０−Ｂ１）と表すことができる。ｎ（ゼロが無い行列積、つまり１か−１を維持するために用いる倍率）として、２が選ばれた場合、次の表に、本発明によるデータ・エンコード方法に関する一実施形態の結果を示す。この例では、データ・グループは、連続した２つのデータ・ビットＡ０およびＡ１からなる。このデータ・ビットは、バイポーラ・データ値Ｂ０およびＢ１にマッピングされ、次に、伝送可能な状態であるデータ値Ｃ０およびＣ１に変換される。
【表１】
2006519573.tif 000007
【００４４】
本発明の好適な実施形態では、伝送データＣ０およびＣ１の各対には、これで、１つのゼロ（０）が含まれる。本発明のこの実施形態では、各ＵＷＢパルス伝送フレームに、少なくとも１つのゼロ（０）が確実に存在できるようにする。以下は、１または−１のみを用いる８種類の可能な直交行列に対して、Ｃ０およびＣ１を求める行列方程式である。
【数１】
2006519573.tif 000008
【数２】
2006519573.tif 000009
【数３】
2006519573.tif 000010
【数４】
2006519573.tif 000011
【数５】
2006519573.tif 000012
【数６】
2006519573.tif 000013
【数７】
2006519573.tif 000014
【数８】
2006519573.tif 000015
【００４５】
本発明の一実施形態では、変換行列は、互いに直交する行で定義される。一般に、この直交条件は、各行の、行列の他のあらゆる行とのベクトル積がゼロ（０）である必要がある。ウォルシュ−アダマール行列に類似した特性を備えた４×４行列の場合は、この直交条件は、確実に、その行列の各行には、その行列の他の行にある要素の半分が正確にあり、残りの半分の要素は、その要素の補数であるようにすることで満たされる。例えば、ウォルシュ−アダマール行列に類似した特性を備えた４×４の直交行列は、以下の形式をとることができる。
【数９】
2006519573.tif 000016
【００４６】
この例では、行を比較すれば、各行にある半分の要素が正確に等しく、残りの半分の要素が、その要素の補数であることが分かる。例として、次のように直交条件をベクトル積計算で示す。
１行目と２行目とのベクトル積は、次のように計算される。
【数１０】
2006519573.tif 000017
１行目と３行目のベクトル積は、次のように計算される。
【数１１】
2006519573.tif 000018
【００４７】
同様に、ウォルシュ−アダマール行列に類似した特性を備えた行列での、各行の他の行との残りのベクトル積もゼロになることを示すことができる。逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）行列も、このように、直交であることを示すことができる。４×４のＩＦＦＴ行列は、次のように定義される。
【数１２】
2006519573.tif 000019
【００４８】
上記から、１行目と３行目、および２行目と４行目の直交性は、要素の半分が等しく、残り半分が補数であるという条件から明らかである。
１行目と２行目とを比較すると、次のベクトル積を得る。
【数１３】
2006519573.tif 000020
同様に、３行目と４行目とは直交であることを示すことができる。
【数１４】
2006519573.tif 000021
【００４９】
同様の方法で、あらゆる型のＩＦＦＴ行列が、この直交条件を満たすことを示すことができる。当然のことながら、このように、他の直交行列も本発明による種々の実施形態に用いることが可能である。
【００５０】
ウォルシュ−アダマール行列に類似した特性を備えた４×４行列が用いられる本発明の実施形態では、これに伴う変調スキームはマルチレベルである。この実施形態では、データは、連続する４ビットからなるセットで変換されることになる。そして、データ・ベクトルの積を、その行列を乗じるべき比と掛けると、伝送用のデータが生じることになる。４ビットからなるセットでデータをグループ分けする場合は、１６種類のビットの組合せが可能である。この組合せは、００００、０００１、００１０、００１１、０１００、０１０１、０１１０、０１１１、１０００、１００１、１０１０、１０１１、１１００、１１０１、１１１０、および１１１１である。この実施形態では、前と同じように、全てのゼロ（０）をマイナス１（−１）で置換する、あるいは別のやり方として、全ての１をマイナス１（−１）で置換し、かつ全てのゼロ（０）を１で置換する。全てのゼロ（０）をマイナス１（−１）で置換する場合は、この置換の結果は次のようになる。−１−１−１−１、−１−１−１１、−１−１１−１、−１−１１１、−１１−１−１、１−１−１１、−１１１−１、−１１１１、１−１−１−１、１−１−１１、１−１１−１、１−１１１、１１−１−１、１１−１１、１１１−１、および１１１１。４×４行列は、次に、このデータ・グループと掛け合わせる。
【００５１】
まとめると、元のデータＡｎは、バイポーラ・データＢｎにマッピングされる。そして、そのデータは、次の方法で伝送データＣｎに変換される。
【数１５】
2006519573.tif 000022
この変換により、次の等式を得る。
【数１６】
2006519573.tif 000023
Ｎ＝２を選択すると、次の表の結果を得る。
【表２】
2006519573.tif 000024
【００５２】
当然のことながら、このように、２×２、４×４、および他の行列も、本発明では用いることができる。
【００５３】
図５に、本発明のもう１つの特徴を示す。着目するデータが、上記の（および図４で示した）ように、エンコードまたは変換されると、このデータは、次に、ＵＷＢパルスまたはパルス・パターンを用いて伝送される。このＵＷＢパルスまたはパルス・パターンについては、時間ライン３０１、３０２、３０３、３０４、４０１、４０２、４０３、４０４、５０１、５０２、５０３、５０４、６０１、６０２、６０３、および６０４の輪郭を施した領域として図５〜８に示す。各時間ラインには、２つのＵＷＢパルス伝送フレームが含まれ、それぞれのパルス伝送フレームは、１３個の時間ビンを含む。
【００５４】
上記のように、本発明の好適な実施形態では、２つのデータ・ビットは、一方にはゼロ（０）が含まれ、残りのビットは、１または−１のいずれか一方である。具体的には、（図４に示す）Ｃ０、Ｃ１データからの４つのデータ・ビット・グループ、すなわち、（１，０）、（０，１）、（−１，０）、および（０，−１）が、本発明では用いられる。本発明の一特徴は、データ・ビット・グループを表す符号を伝送するのに用いるＵＷＢパルス変調は、正の極性を持つパルスまたは負の極性を持つパルスのいずれか一方からなるパルス・パターンを含むことである。つまり、正のＵＷＢパルス・パターンと、負のＵＷＢパルス・パターンのいずれか一方が送信される。正のパルス・パターンは、１，０（または０，１）からなる２つのデータ・ビットを表し、負のパルス・パターンは、−１，０（または０，−１）からなる２つのデータ・ビットを表す。本発明の一特徴は、１つのＵＷＢパルスまたはパルス・パターンのみが送信されるが、これに追加して符号（０）もまた送信されることである。このゼロ（０）は、ＵＷＢパルス・エネルギーの不在状態、またはパルス・エネルギーの欠如を表す。このようにして、ただ１つのＵＷＢパルスを用いながら、２つのデータ・ビットが送信される。この実施形態の１つの利点は、データ伝送に用いる平均エネルギーが５０％低減されることであり、通常の無線周波数（ＲＦ）信号との干渉の可能性を大きく減らすことである。本発明の別の実施形態では、より高い出力レベルで２ビット・グループを伝送することができ、その出力レベルは、本発明の変調方法を用いなければ達成できたかどうかは分からない。高出力レベルで伝送することにより、通常のＲＦ信号とのいかなる干渉も避けつつ、伝送範囲を拡大することが可能になる。
【００５５】
図５に、４つの時間ライン３０１、３０２、３０３、および３０４を示す。本発明のこの実施形態では、各時間ラインには、２つのＵＷＢパルス伝送フレームがあり、その各パルス伝送フレームは、１３個の時間ビンを有する。これとは別に、他の実施形態では、（図３に示すような）異なる時間ビン数を用いる、あるいは図３とは違って、異なる時間ビン数を有するＵＷＢパルス伝送フレームを適切に用いてもよい。
【００５６】
図５に示す実施形態では、時間ライン３０１、３０２、３０３、および３０４は、それぞれ１０ナノ秒間であり、各時間ラインでは、４つのデータ・ビットを伝送することができる。従って、データ伝送レートは、４００Ｍｂｐｓである。図３と図１０とを参照して以下に説明するように、他のデータ伝送レートも可能である。
【００５７】
本発明の好適な実施形態では、データを伝送するために時間ビン１、２、１４、および１５を用い、他の時間ビンは他に使うこともできる。この実施形態では、他のあらゆる時間ビンに現れる反射は無視してもよい。あるいは、ＲＦスペクトルを「白色化」するために、所定の他の時間ビンも、ＵＷＢパルスで占めてもよい。これは、ＵＷＢパルスのスペクトル・ピークは低減されているので、通常のＲＦ信号との干渉を避けることができるからである。
【００５８】
図５を再度参照すると、時間ライン３０１は、時間ビン１と２に１，０を表し、時間ビン１４と１５に１，０を表す。ここでまた確認すると、正相あるいは正の極性を持つＵＷＢパルスは、１を表し、ゼロ（０）は、ＵＷＢパルス・エネルギーの不在状態で表される。違う表現をすると、各パルス・パターンが１つのデータ・ビット・グループを表す特定のＵＷＢパルス・パターンが送信される。時間ビン１と１４の網掛け領域は、最初のＵＷＢパルスまたはパルス・エネルギーを表し、隣接する時間ビン２と１５の網掛けのない領域は、ＵＷＢパルス・エネルギーの不在状態を表す。
【００５９】
時間ライン３０２では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ１，０であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，１である。また、時間ライン３０３では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ１，０であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，−１である。さらに、時間ライン３０４では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ１，０であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ−１，０である。
【００６０】
本発明の一実施形態では、ＵＷＢ受信機は、最初のパルス・エネルギーの位置、あるいはＵＷＢパルス伝送フレーム内での正または負のパルス位置を測定し、１（正のパルス）または−１（負のパルス）の前後いずれか一方にゼロ（０）を加える。この変調論理は、実施形態に応じて、ハードウェア形式であってもよいし、ソフトウェア形式であってもよい。このようにして、４ビットのデータが、各時間ライン３０１、３０２、３０３、３０４に表される。
【００６１】
図６に、他のＵＷＢパルス変調の例を示す。時間ライン４０１では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ１，０である。同様に、時間ライン４０２では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，１である。また、時間ライン４０３では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，−１である。さらに、時間ライン４０４では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ−１，０である。
【００６２】
図７に、さらに他のＵＷＢパルス変調の例を示す。時間ライン５０１では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，−１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ１，０である。同様に、時間ライン５０２では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，−１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，１である。また、時間ライン５０３では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，−１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，−１である。さらに、時間ライン５０４では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ０，−１であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ−１，０である。
【００６３】
図８に、さらに他のＵＷＢパルス変調の例を示す。時間ライン６０１では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ−１，０であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ１，０である。同様に、時間ライン６０２では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ−１，０であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，１である。また、時間ライン６０３では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ−１，０であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ０，−１である。さらに、時間ライン６０４では、変調されたデータ表示は、時間ビン１と２ではそれぞれ−１，０であり、時間ビン１４と１５ではそれぞれ−１，０である。
【００６４】
上記のようにして、複数のデータ・ビット・グループを、１つのＵＷＢパルスまたはパルス・パターンで伝送することができる。当然のことながら、パルス振幅変調などの他の変調技術とともに、前述の３値エンコーディングおよび変調方法も用いることができる。
【００６５】
図３に、本発明のさらに他の実施形態を示す。この図３では、他の実施形態による時間ライン２０１、２０２、および２０３が示される。例えば、時間ライン２０１では、３つの個別のＵＷＢパルス伝送フレームが示されており、各フレームには６．２５個の個別の時間ビンがある。言い換えると、４００ピコ秒のＵＷＢパルス幅と４００メガヘルツ（ＭＨｚ）のＵＷＢパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）とにより、時間ライン２０１で示すように、２．５ナノ秒のＵＷＢパルス伝送フレーム幅を備えた３つのＵＷＢパルス伝送フレームそれぞれに対し、６．２５個の個別の時間ビンが定められる。この実施形態では、負のパルス（−１）または正のパルス（１）からなる単一のＵＷＢパルスまたはパルス・パターンが、６．２５個のビンのいずれか１つを占めることが可能である。一実施形態では、このＵＷＢパルスは、次のＵＷＢパルス伝送フレームの前に、５．２５個の時間ビンによる「ガードタイム」を考えて、最初の時間ビンの位置を占めることができる。この実施形態では、他のいずれかのスロットに現れる反射は無視してもよい。あるいは、このＵＷＢパルスは、所定の時間ビンを占めるかもしれないし、またＲＦスペクトルを「白色化」するのに用いられるかもしれない。
【００６６】
本発明の他の実施形態を、２つの個別のＵＷＢパルス伝送フレームがある時間ライン２０２で示す。（時間ライン２０１と）同じ４００ピコ秒のＵＷＢパルス幅と２００ＭＨｚのＰＲＦで、時間ライン２０２に示す２つのＵＷＢパルス伝送フレームのそれぞれに、１２．５個の時間ビンがある。この実施形態のＵＷＢパルス伝送フレームは、時間幅が５ナノ秒である。この実施形態では、時間ライン２０２内の２つの時間ビンを利用して、毎秒４００メガビット（Ｍｂｐｓ）のデータ・レートが得られる。この実施形態では、ＵＷＢパルス対またはパルス・パターン対（各フレーム内の１２．５個あるうちの１つの時間ビンに１つ）は、１または−１、および少なくとも１つのゼロ（０）のビット表示を含む。前記の実施形態のように、このデータペアの位置は、フレーム内のあらゆる所定の時間ビン（１〜１２．５）で開始してもよい。この実施形態で、時間ビンが１および２として選択された場合は、時間ビン１と２にのみパルス・エネルギーは存在することになる。前記のように、ＵＷＢパルスは、正または負のどちらかの極性を持つことができる。従って、パルス・エネルギーの存在が期待できない１０．５個の時間ビンがあり、この時間ビンが、ＵＷＢパルスの反射または多経路を表す可能性があるが、これらは無視することができるため、ビット・エラー・レートは低下する。なお、使用済み時間ビンをディザリングすれば、さらにＲＦスペクトルを「白色化」することになる。
【００６７】
再度、図３を参照すると、時間ライン２０３として本発明の他の実施形態が示され、１００ＭＨｚの基本ＰＲＦがある。ＵＷＢパルス幅が４００ピコ秒の場合、時間ライン２０３には２５個の個別の時間ビン（１〜２５）がある。この場合、パルス伝送フレーム幅は、１０ナノ秒である。同じ４００Ｍｂｐｓのデータ・レートを維持するために、このＵＷＢパルス伝送フレーム内で、４つのデータ・ビットを送信することができる。前記の例で示したように、エネルギーの存在または意図的な不在と、エネルギーが存在する場合はそのエネルギーの極性とで、４つのデータ・ビットを表す。
【００６８】
図１０に、３つの時間ライン１００１、１００２、および１００３を示す。時間ライン１００１には、１２個の時間ビンを持つパルス伝送フレームＴ１が３つ含まれ、各時間ビンは、４００ピコ秒の時間幅である。時間ライン１００２には、２つのパルス伝送フレームＴ２が含まれ、一方のパルス伝送フレームＴ２には２４個の時間ビンがあり、他方のパルス伝送フレームＴ２には１２個の時間ビンがある。時間ライン１００３には、３６個の時間ビンを持つただ１つのパルス伝送フレームＴ３がある。パルス伝送フレームＴ１、Ｔ２もしくはＴ３は伝送率、伝送範囲または他の要因などの望ましいのデータに基づいて適宜選択される。当然のことながら、多くの要因に依存して、各時間ビンの幅を変えることも可能である。
【００６９】
時間ライン１００１では、１つのビット・グループが、各パルス伝送フレームＴ１内の時間ビン１〜２、１３〜１４、および２５〜２６のそれぞれで伝送される。各時間ビンは、４００ピコ秒の時間幅であり、従って、この例におけるＰＲＦまたは１秒あたりのパルス数は、１／Ｔ１として計算でき、それは２０８．３ＭＨｚとなる。時間ライン１００２では、２つのビット・グループが、時間ビン１〜４および２５〜２８のそれぞれで伝送される。この場合、ＰＲＦは１／Ｔ２として計算でき、それは１０４．１６ＭＨｚとなる。時間ライン１００３では、３つのビット・グループが、時間ビン１〜６で伝送され、また、この例では、ＰＲＦは１／Ｔ３であり、それは６９．４ＭＨｚとなる。このように、ＰＲＦは、Ｎ個のビット・グループが伝送される場合は、Ｎ分の１に減少する。違う表現をすると、データ・レートは維持されるが、毎秒送信するＵＷＢパルス数は減少する。この特徴の１つの利点は、受信機は、（時間ライン１００３の場合）３６個の時間ビンがあるパルス伝送フレームから、６個の時間ビンにあるエネルギーを求めるだけでよい、という点である。時間ビン７〜３６にあるエネルギーは、無視することができ、その結果、多経路効果やビット・エラー・レートが大幅に低減できる。
【００７０】
図９に、本発明による一実施形態の概略図を示す。ウェブページ、コンピュータ・プログラム、映像、音声、画像、あるいはテキストなどのあらゆる情報源からのデータが、ａ０、ａ１、ａ２、・・・  として与えられる。このデータ・ストリームは、・・・０１０００１１１０１１０・・・といった形式の２進数からなる。このデータは、Ｓ／Ｐ（シリアル／パラレル・プロセッサ）により、０１、００、０１、１１、０１、および１０を含む２ビットのデータ・グループに整理される。このデータ・グループは、図４を用いて先に説明したように、データをマッピングするステップを実行するハードウェアまたはソフトウェアを含むルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）で解析される。このマッピングされたデータは、−１１、−１−１、−１１、１１、−１１、および１−１の形式をとることができる。次に、本明細書で説明した（および図４で示した）方法を適用し、またどの行列が適用されるかに依存して、データは、１０、０１、−１０、および０−１からなるデータ・グループに変換することができる。このデータは、ここで、伝送可能な状態となり、Ｐ／Ｓ（パラレル／シリアル・プロセッサ）に送られ、次いで、実際に伝送するために先に進められる。あるいは、元のデータ対は、ＬＵＴを用いて、伝送データ対に直接マッピングしてもよい。この実施形態では、変換行列の計算を行う必要が無い。
【００７１】
以上示したように、超広帯域パルスなどの電磁パルスを変調し、送信する装置および方法を提供する。当業者であれば、限定ではなく例示の目的のために、本明細書で説明した上記の実施形態以外によっても、本発明は実現可能であることは理解できよう。本明細書および付属の図面で説明した記載内容や例示は、本発明の好適な実施形態を説明するためだけのものである。本明細書および図面は、本特許文献の排他的範囲を限定するためではない。上記の実施形態以外の多くの意匠が、本開示の文字上の範囲、および法律上の範囲、あるいはそのいずれか一方に入ることになり、また本発明は、本開示によってのみ限定される。本明細書で説明した特定の実施形態と等価なあらゆる実施形態も、本発明を実現できることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】各種通信方式の説明図である。
【図２】２つの超広帯域信号またはパルスの説明図である。
【図３】本発明の３種類の実施形態による超広帯域（ＵＷＢ）信号伝送フレーム内の時間ビンを説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態によるデータ操作方法の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態によるＵＷＢ信号伝送フレーム内の時間ビンに位置するＵＷＢ信号の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＵＷＢ信号伝送フレーム内の時間ビンに位置するＵＷＢ信号の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＵＷＢ信号伝送フレーム内の時間ビンに位置するＵＷＢ信号の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態によるＵＷＢ信号伝送フレーム内の時間ビンに位置するＵＷＢ信号の説明図である。
【図９】本発明を実現する一方法を説明する概略図である。
【図１０】本発明の他の実施形態によるＵＷＢ信号伝送フレーム内の時間ビンに位置するＵＷＢ信号の説明図である。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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