(57)【要約】短いが頻繁であるデータバーストを送信するためのデータ伝送システムであり、送信器（１０）及び受信器（１２）を含む。送信器は、連続する送信タイミング点間の時間遅延を管理する擬似ランダム信号発生器（１６）及びデータ送信の時間を制御するローカル発振器（１５）を含む。受信器は、対応する擬似ランダム信号発生器（２２）及びローカル発振器（２４）を含む。受信器への電力は、データバーストのタイミング点に対応する時間にのみ与えられる。同一の波長で動作する隣接システム間の多数の衝突が回避され、受信器は、データバーストのタイミング点の前後のみ電力を消費するよう制御される。
2004509515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信器及び受信器を含む伝送システムであって、
上記送信器は、５％以下のデューティサイクルで、送信タイミング点においてデータバーストを送信するよう構成され、
上記送信器は、連続するタイミング点間の時間遅延を管理する擬似ランダム信号発生器とデータ伝送の時間を制御するローカル発振器とを含み、
上記受信器は、対応する擬似ランダム信号発生器とローカル発振器とを含み、
上記受信器への電力は、上記データバーストの上記タイミング点に略対応する時間にのみ与えられる伝送システム。
【請求項２】
上記送信器は、１％以下のデューティサイクルでデータバーストを送信するよう構成される請求項１記載のシステム。
【請求項３】
上記送信器及び上記受信器はそれぞれ、再充電ができない電池を含む電源を含む請求項１又は２記載のシステム。
【請求項４】
各擬似ランダム信号発生器は、最長フィードバック・シフト・レジスタを含む請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項５】
各データバーストは、ヘッダ部とデータ部とを含み、
上記データバーストのサブセットに対する上記ヘッダ部は、上記ヘッダ部に一意の列を含み、それにより、上記受信器は、ビットタイミング情報を得ることができる請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項６】
各データバーストは、ヘッダ部とデータ部とを含み、
上記データバーストのサブセットに対する上記ヘッダ部は、上記次のメッセージに対する時間間隔を決めるデータを含む請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項７】
上記ヘッダ部は、上記受信器に対し上記送信器を識別するアドレスデータを含む請求項５又は６記載のシステム。
【請求項８】
上記アドレスデータは、上記擬似ランダム信号発生器と組合わされて使用され、変更された擬似ランダム列を生成する請求項７記載のシステム。
【請求項９】
上記送信器は靴に取付けられるものであり、且つ、加速度計及び処理ユニットを含み、
上記処理ユニットは、上記データバーストで送信される瞬間速度値を得るよう長時間に亘って検出される加速度をまとめる請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項１０】
上記受信器は、上記システムのユーザの手首に着用されるものである請求項９記載の方法。
【請求項１１】
各ローカル発振器は、３２７６８Ｈｚのクォーツ発振器を含む請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はデータ伝送システムに関わり、特に、短いが頻繁にあるデータパルスが最小の電力消費量で送信されるべきデータ伝送システムに関する。本発明は更に、他の同一のシステムが近接して使用されるシステムに関する。
【０００２】
例えば、遠隔にある受信器にセンサ信号の連続モニタリング機能を供給するといったように短いデータバーストが送信されるべき様々な適用がある。多くのそのようなシステムが互いに近接して動作する場合は、システム間の衝突を防ぐ必要がある。これは、例えば、異なる送信周波数を使用することにより達成されるが、この場合、帯域幅が非効率的となり、システムの費用及び電力消費量を増加してしまう。
【０００３】
このような要件を有するシステムの例として、心拍モニタシステムが挙げられる。このシステムでは、心拍信号がセンサから受信装置に送信される。更なる例として、例えば、ランニング用シューズ（靴）又はサイクリング用シューズ（靴）といったエクササイズ用具のボディモニタリングセンサが挙げられる。このセンサでは、ユーザの足部で（加速度計を用いて）感知される速度信号が、ユーザが手に持っている又はユーザの手首に着用された受信装置に送信される。後者のエクササイズ用具センサの場合、例えば、ジム、陸上競技場、サイクリングコース、又は、マラソンコースにおいて同様のシステムが近くに多くある場合がある。
【０００４】
従って、信号衝突に対する保護を依然として与えながら、低電力消費量且つ低費用のシステムが必要である。
【０００５】
本発明では、送信器及び受信器を含む伝送システムが提供され、送信器は、５％以下のデューティサイクルで、送信タイミング点においてデータバーストを送信するよう構成され、送信器は、連続するタイミング点間の時間遅延を管理する擬似ランダム信号発生器とデータ伝送の時間を制御するローカル発振器とを含み、受信器は、対応する擬似ランダム信号発生器とローカル発振器とを含み、受信器への電力は、データバーストのタイミング点に略対応する時間にのみ与えられる。
【０００６】
本発明はデータバーストの擬似ランダムタイミングを供給することにより、同一の波長で動作する隣接するシステム間で複数の衝突が起きることを回避する。これにより、複雑な多重化システムを用いる必要が回避される。受信器は、データバーストのタイミング時（及びデータバーストのタイミング時の直前）にのみ、電力を消費するよう制御される。擬似ランダム列は、予測可能であるので、受信器は、将来のデータバーストが到着するタイミングを決定することができる。
【０００７】
送信器は、１％以下のデューティサイクルでデータバーストを送信するよう構成されることが好適である。
【０００８】
送信器及び上記受信器はそれぞれ、再充電ができない電池を含む電源を含む。これは、システムの電力効率により可能にされる。
【０００９】
各データバーストは、ヘッダ部とデータ部とを含み、データバーストのサブセットに対するヘッダ部は、ヘッダ部に一意の列を含み、それにより、受信器は、ビットのタイミング情報を得ることができる。データバーストのサブセットに対するヘッダ部は、次のメッセージに対する時間間隔を決めるデータを含む。これにより、擬似ランダム列発生器が互いに同期されることが可能となる。
【００１０】
送信器は靴に取付けられるものであり、その場合、送信器は、加速度計と処理ユニットとを含み、処理ユニットは、データバーストで送信される瞬間速度値を得るよう長時間に亘って検出される加速度をまとめる。受信器は、伝送システムのユーザの手首に着用されるものである。これにより、ジョギングする人又はサイクリングする人に用いられる速度モニタリングシステムが可能となる。
【００１１】
各ローカル発振器は、３２７６８Ｈｚのクォーツ発振器を含み、これは、低費用のリストウォッチコンポーネントとして入手可能である。
【００１２】
本発明の例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明のデータ伝送システムを示す。システムは送信器１０及び受信器１２を含む。送信器１０は、３２７６８Ｈｚのクォーツ時計発振器の形であるクロック１５と、最長フィードバック・シフト・レジスタの形である擬似ランダム列発生器１６（プロセッサ１４の一部であってもよい）から信号を受信するプロセッサ１４を含む。送信器は更に、再充電できない電池１８と、無線周波数送信器ユニット２０を含む。擬似ランダム発生器１６は、連続する送信瞬間の間の時間遅延を管理し、ローカル発振器１５はビットクロック信号を供給する。
【００１４】
受信器１２は、対応する擬似ランダム信号発生器２２及びローカル発振器２４と、プロセッサ２６、受信ユニット２８、及び、ディスプレイ３０を含む。受信器も、再充電できない電池３２を含む。
【００１５】
このシステムの動作は、手首に取付けられた受信器に速度及び／又は距離データを送信する送信器を有するランニング又はウォーキング靴／ブーツに本発明のシステムを使用した例を参照しながら以下に詳細に説明する。このシステムは、ランナーが長距離の走行の際に速度を整えることを可能にする。このシステムでは、ユーザに対し、正確な距離計算を有する頻繁な速度更新が要求され、これは、例えば、一部の速度信号がうまく受信されなくても要求される。システムは、他のユーザが付近にいる状態で動作し、又、低費用で、且つ、再充電できない電池の耐用年数を有効に活用できなければならない。
【００１６】
これらの目的を達成するために、受信器内で、入来メッセージの既知の到着時間を決定することにより、短時間のメッセージができる限り短い時間の間で使用可能となる無線通信で送信される。同一の送信周波数で動作するシステム間の衝突を少なくするために、異なるシステムが異なる時間間隔でデータを送信する。
【００１７】
送信器と受信器との間の通信は、ワンオフ・エンロールメント「インストレーション」動作で開始する。これにより送信器のＩＤをセットし、このＩＤは受信器に伝えられる。又は、受信器は予め設定された送信器ＩＤが伝えられる。
【００１８】
セッション時に、受信器は送信器ＩＤを獲得し、擬似ランダム列発生器を同期させる。セッション時に、例えば、１０ミリ秒の短いメッセージは、約１秒おきに送られる。メッセージは、加速度計により決められ、プロセッサにより瞬間速度に変換される速度データを含む。擬似ランダム列により、一部のメッセージが紛失されても受信器は送信器と同期されることが可能である。
【００１９】
「メッセージ（Ｍｅｓｓａｇｅ）」は、毎秒２７３０ビットのビットレートで１秒に略１回送信され、即ち、各ビットは、基準３２ｋＨｚのウォッチ・クリスタルの１２サイクルに等しい継続時間を有する。一般的なマイクロコントローラは、その基準クロック入力レートを４で割り、各命令サイクルを得る。この場合、各ビットは、３つの命令サイクルの継続時間を有し、これは、マイクロコントローラがウォッチ・クリスタルによって計時される場合、埋め込まれたプログラム・コードを使用してデータを送受するのに使用するのに実用的な最小値である。
【００２０】
送信方法は、ＲＦ搬送波がバイナリの「１」を、搬送波がないことがバイナリの「０」を表す単純な「オンオフキーイング」（ＯＯＫ）振幅変調を使用してもよい。
【００２１】
メッセージは、図２に示すように構造化され、太線で囲まれるセクションのみが全てのメッセージに存在する。
【００２２】
（長い）ＲＵＮ−ＩＮは、一連のバイナリ「１」から構成され、４番目のメッセージ毎にあり、それにより、平均伝送時間が短くされ、靴（Ｓｈｏｅｓ）が動作する時間を自由にする。長いランイン（Ｒｕｎ−ｉｎ）は、フレーミングパターン（Ｆｒａｍｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ）を識別することを助け、タイミングデータ（Ｔｉｍｉｎｇ Ｄａｔａ）（次のメッセージに対する可変時間遅延）を含むメッセージにマークをつける。一連の１の列を有するランインとフレーミングパターンが組合わされると、通常のデータ内でよりも長くなり、このランインは一意のパターンを画成する。従って、フレーミングパルス（Ｆｌａｍｉｎｇ Ｐｕｌｓｅ）の位置が正確に既知でなくても（約１ビット期間に対し）、それは、４番目のメッセージ毎に識別されることが可能である。というのは、フレーミングパルスは、長いランインの直後に続くからである。３つの間のメッセージは、短いランイン（一般的に、２ビット）だけを有し、これはフレーミングパターン内に含まれる。長いランインの長さは、１が検出されるたびに計数ループに入力することにより決定され、計数は、次に０が検出されると終了する。或いは、線形コードのブロックが後に続き、０を検出する前にそのコードを進むことが、ランインの長さを指示するために使用される。
【００２３】
フレーミング（ＦＲＡＭＩＮＧ）パターンは、（リストユニットのマイクロコントローラ内の）受信ロジックの準備を整え且つ同期させるよう使用され、後続のメッセージデータを受け取る準備が整えられる。長いランインと組合わされると、フレーミングパターンは、容易に認識可能な一意のビットパターンを形成する。
【００２４】
各データブロック（ＤＡＴＡ ＢＬＯＣＫ）は、ニブル（４ビット）のデータを含むが、エラーを検出するために６ビットに拡張され、連続する同一ビットの最大数を小さくする、及び、０と１の数のバランスをとる。連続する同一ビットの数を制限することは、幾つかの理由により好適である。例えば、ＲＦ受信器回路におけるデータスライシングをアシストすることが挙げられる。しかし、繰り返されるビットの数が短く制限されると、「冗長的な」ビットを多く付加しなければならなくなり、これは、所与のデータレート及び転送時間における搬送可能なデータの量を制限してしまう。
【００２５】
１つの例として、２ビットが各４ビットからなるニブルに加えられ、これにより、最も長い「ラン」を４ビットに制限することができる。これは更に、あるレベルのデータ「エラー・トラッピング（ｅｒｒｏｒ ｔｒａｐｐｉｎｇ）」を与えるが、これは、一部のデータビットのパターンは有効でないからである。
【００２６】
０と１の均衡な数は、「データスライシング」処理をアシストすることができる。更に、各符号化されたブロックが、同数の１を有するとき、１つのビットエラーは１つの有効でないコードを生成することしかできないので、エラーは検出される。これは、「ラン」の長さを制限する前の処理に類似する特徴を有し、符号化スキームは、両方の特性に対し好適なパフォーマンスを達成するよう選択可能である。
【００２７】
３つの１と３つの０を含む６ビットパターンは２０あり、１６のみが、全ての可能なデータニブルを符号化することが要求される。１つのコード内の同一のビットからなる最長のランは３でなくてならないが、２つのコードが連続して送信されるときは、その接合に亘って長いランがあってもよい。パターンのうち２つは、３つの同じビットで開始（また、終了）するので、これらを除外することにより、６又は５つの同一のビットからなるランは回避される。４からなるランの可能性を完全に排除することはできないが、２つのパターンが、２つの同じビットで始まりまた終わるので、これらを排除することにより、４つの同一のビットからなるランは少なくされる。
【００２８】
選択された１６のビットパターンは、１６エントリのルックアップテーブルを使用して符号化される。受信器内において６ビットのワードを復号化する方法は様々であるが、そのうちの１つは、単に更なるルックアップテーブルを使用することである。しかし、使用される符号化スキームに応じて、ロジック素子を使用して復号化することも可能である。
【００２９】
３つのデータブロックの後には、３つのオプショナルの（プロテクトされていない）フラグ（ＦＬＡＧ）ビットがあり、追加の制御又はデータトランスポートに使用することができる。
【００３０】
メッセージのバイナリビット列は、「高い」ビットが最初で「低い」ビットが最後で順次送信される。従って、最下位ビットは一番後に送信され、ここでは、データエラーが発生する可能性が高くなる（例えば、別の送信器からのメッセージとの部分的な「衝突」）。
【００３１】
データブロック内のメッセージは、「速度（Ｓｐｅｅｄ）」及び「距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ）」データを含むが、これらは絶対値ではなく、というのは、これらは、リストユニット（受信器）内で実行可能なユーザに対するキャリブレーションを含まないからである。このキャリブレーションでは、ユーザは要求される訂正ファクタを好都合に入力することができる。靴には、１つの加速度計が設けられ、キャリブレーションは、異なるユーザの異なる歩様を考慮する。１つ以上の加速度計を使用することが必要である場合もある。
【００３２】
靴の使用時には、「速度」データは、一般的に８ビットからなり、毎メッセージで送信されなければならない（即ち、少なくとも１秒につき１回送信されなければならない）。しかし、「システム・ハウスキーピング」全体は８ビット以上を必要とするので、全てのデータを毎メッセージに送信すると、利用可能な無線及び処理帯域幅を効率的に使用することができない。ハウスキーピングデータは一般的に、遅いレートで変わっており、又は、繰り返されているので、多数の連続メッセージに亘って連続的にスプレッドすることが可能であり、メッセージの「グループ」を形成する。従って、メッセージは４つからなるグループに構成され、各メッセージに、異なるハウスキーピングデータが含まれる。各グループにおける第１のメッセージは、連続的なバイナリ１からなる長いランインにより識別可能である。
【００３３】
４つのメッセージにスプレッドされても、必要なハウスキーピングデータは、各メッセージの速度データの「実際の」データペイロードに使用されるビット数を依然として超過するので、ハウスキーピングデータは更に、多数の４つのメッセージからなるグループで分割され、例えば、３又は４つのそのようなグループで分割され、１２又は１６メッセージからなる全体「フレーム」が与えられる。
【００３４】
靴とリストユニットが、各セッションの始まりにおいてオンにされると、リストユニットのディスプレイが完全に正しく動作可能となる前に全てのハウスキーピングデータを転送することが必要である。「オン」にした直後には、「速度」データは送信されない。従って、このとき、全てのメッセージにおいて、ハウスキーピングデータは、速度データに取って代わることができ、従って、４つのメッセージからなる１つのグループに収容され、獲得時間を短くすることができる。
【００３５】
従って、メッセージのフォーマットには２つの異なるタイプがあり、１つは、通常の靴の「動作時（Ｍｏｖｉｎｇ）」モードであり、もう１つは「スタティック（Ｓｔａｔｉｃ）」モードであり、スタティックモードは、リストユニットが、正しい靴の伝送と現在のデータ／ステータス情報の全てを素早く「獲得（Ａｃｑｕｉｒｅ）」することを支援するよう最適化される。更に、以下に説明するように、このタイミングは靴のＩＤに依存するので、「エンロールメント」（リストユニットが初めて特定の靴に関連付けされるとき）するには、ＦＳＲと必要なＩＤの伝送が１つのメッセージで達成されることが重要である。
【００３６】
速度データが送信される通常の動作では、２つのニブルが速度情報を運び、１つのニブルが、１２（又は１６）の連続メッセージからなる全体のフレームにスプレッドされる「ハウスキーピング」を取り扱う。速度データのない、ランニング又はウォーキングが開始する前、又は、活動が終わった後の「獲得」段の間では、３つのニブルは全てハウスキーピングデータを転送することができ、これは、４つの連続メッセージからなる列で完結することが可能である。これらのメッセージの構造を、図３に示す。
【００３７】
図３Ａは、「スタティック」のメッセージ構造を示す。この場合、第１のメッセージ（これは、長い「ランイン」に従うので識別可能である）は、６ビットのＦＳＲコードと、靴の４つのアドレスビットを含み、これらは、ＦＳＲ列を更新するために使用される（以下に説明する）。第１のメッセージは更に、第１のメッセージがスタティックメッセージであることを示すフラグ（Ｍ＝１）を含む。従って、第１のメッセージにある情報は、後続のメッセージのタイミングを決定することを可能にし、アドレスデータの４つのビットは、正しい靴が受信されることをある度合いまで確認することを助長する。後続のメッセージは、靴のアドレスの残りの部分、距離データ、及び、その他のデータを含む。図３Ａでは、Ｆｎは、フレームタイプ又は番号（例えば、大きいフレームにおけるメッセージ番号１乃至３）の２ビットのマーカであり、Ｍは、スタティックメッセージタイプであるか動作時メッセージタイプであるかを示し、ＦＳＲｍ−ｎは、フィードバック・シフト・レジスタ（Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）からのビットｍ乃至ｎ、アドレス（Ａｄｄｒｅｓｓ）ｍ−ｎは、靴のアドレスからのビットｍ乃至ｎ、距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｍ−ｎは、走行距離レジスタからのビットｍ乃至ｎを含む。距離データは、１２メッセージからなるフレーム毎に１回だけ更新されてもよい。Ｖ ｌｏｗは、オプショナルの低蓄電池電圧フラグ（Ｌｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｆｌａｇ）である。
【００３８】
図３Ｂは、「動作時」メッセージ構造を示す。この場合、各メッセージの８ビットの速度データは、第２及び第３のニブルに含まれ、第１のニブルはアドレス、ＦＳＲデータ、及び、距離計算のためだけに使用される。その他の追加のビットには、ユーザがランニングを行っているのか又はウォーキングを行っているのかを識別するＲ／Ｗが含まれ、ボルト３‐０（Ｖｏｌｔ ３−０）は、靴の蓄電池電圧を示す。他の診断機能データも送信可能である。
【００３９】
上記のパラメータが、拡張されたランイン及びフレーミングに対しそれぞれ４ビットであり、１つの補助フラグを有するとすると、最長のメッセージ（フラグＡがアクティブであるとすると）は２７ビットであり、３つ後続するメッセージは２３ビットからなる。従って、平均的なメッセージの長さは２４ビットであり、これは、約８．８ミリ秒の継続時間を有する。補助フラグが共に「１」に設定されると、平均メッセージ継続時間は、約９．１５ミリ秒である。
【００４０】
リストユニットにおいて利用可能なバッテリー容量（電池）は非常に制限されるので、ＲＦ受信器ができる限り短い時間で動作することが重要である。従って、リストユニットコントローラは、１つの有効なメッセージを受信した後に、次のメッセージが送信される時間を予測可能である必要がある。従って、靴とリストユニットの両方は、正確な時間基準（「ウォッチ・クリスタル」）を含むので、タイミングの誤差は非常に緩慢にのみ蓄積される。これは、全てのメッセージは「一意の」データフレーミングパターンを有さないので適切であり、このパターンは、中間メッセージのために所定のウィンドウ内で「見つけ」なければならない。更に、各メッセージは、完全なアドレスデータを含まないので、個々のメッセージが該当の靴からであることは、メッセージが、予期される「タイムスロット」に配置されることにより確認される。
【００４１】
リストユニット上に表示される情報の目標とする更新レートは、１秒につき１回であるので、メッセージは、この目標更新レートより僅かに短い平均間隔で送信される。繰返し率が高い方が望ましいが、所与のデータレート呼びメッセージ長（継続時間）に対し、繰返し率を高くするには、利用可能な無線帯域を共有可能なユーザの数を制限しなくてはならなくなる（容認できない数のメッセージ衝突を形成することによる）。
【００４２】
上述したように、７５０ミリ秒乃至１秒の可変「ランダム」遅延がメッセージ間で使用される。これは、メッセージ間隔が一定の固定時間に設定され、且つ、２つの靴からのメッセージが衝突する場合、後続のメッセージも衝突してしまうからである。送信間の間隔は、１６の可能な正確な値（これは、４ビットのデータにより決められる）により制限され、このデータ値は、データストリームの最初の「獲得」に使用される全ての「長いランイン」メッセージで運ばれる。しかし、これ自体は充分ではなく、というのは、全てのメッセージが時間遅延データを運ばなくてはならなくなるからである。更に、１つのメッセージが「紛失」すると、「チェーンが切断され」、リストユニットは、後続のメッセージのためにＲＦ受信器をオンにする時間が分からなくなってしまう。従って、メッセージ間の時間遅延の列は、正確にはランダムではなく、「擬似ランダム」であり、靴とリストユニットの両方は、後続の遅延を計算するために同一の方法を使用することができる。
【００４３】
「擬似ランダム」時間遅延は、「最長フィードバック・シフト・レジスタ」にから計算され、これは、マイクロプロセッサ内のソフトウェアにより容易に実施可能である。各後続の状態は、前の状態から論理的に計算され、２つのＦＳＲ集計「ワード」は、靴とリストユニットにおいて同期すると直ぐに、全ての後続の集計状態に対しロックされた状態にされることが可能である。更に、ＦＳＲが互いにロックされると、受信器論理は、そのデータ値を追加の「アドレス・チェック」として使用し、各特定のメッセージが正しい靴から送信されているか否かを確認することができる。
【００４４】
最長フィードバック・シフト・レジスタ（ＭＬ−ＦＳＲ）は、任意の長さであってよいが、一部（例えば、８ビットの長さ）は、比較的複雑な論理演算を必要とする。単純に実施するには、各シフトにおいてＦＳＲの最後の２ビットのみの「排他的ＯＲ」をフィードバックすることである。これは、ＦＳＲの全ての長さを有する最長の列を与えないが、以下の長さが実用的である。２、３、４、６、７、１５、及び、２２。
【００４５】
「獲得」処理（受信器が送信器から受信できるよう準備が整えられる）が完了する前に、ＦＳＲ内の全てのビットの状態は、「ハウスキーピング」データの一部として転送されなければならない。大きい数のビットが使用される場合、獲得に長い時間がかかるか、又は、各メッセージは過度の量の「非生産的な」データを運ばなくてはならなくなる。この特定の適用においては、６ビットの長さが選択されているが、この手順はむしろ短い「ランダム」列である。しかし、同一の「ランダム」コード列で２つの靴が同期して動作することを阻止するよう追加の技術を使用してもよい。
【００４６】
１つの可能性は、各メッセージに対しＦＳＲから得られる４ビットを、メッセージ遅延を決めるために使用される前に、靴のアドレスの最下位ビットでＸＯＲすることである。従って、メッセージ内で送信されるビット列に関し、全ての靴が同一の６３ビットの列（６ビットのＦＳＲに対し）を生成する代わりに、靴のアドレスニブルに依存して１６の異なる列（即ち、全体で１００８ビット）がある。従って、ＦＳＲの有効長は、略１０ビットであると考えられる。従って、４ビットの靴アドレス及びＦＳＲコードは、次のメッセージのタイミングを計算することができるよう受信器に送信されなければならない。このことは、図３Ａに示す第１のメッセージにおいて、ＦＳＲコードと４ビットのアドレスデータが必要であることを説明する。
【００４７】
第２の可能な技術は、１つの１２（又は１６）メッセージからなる完全なフレームに１回、メッセージ遅延値を変更する（例えば、アドレスの他のニブルで「ＸＯＲする（ＸＯＲ−ｉｎｇ）」ことにより）ことである。これも、メッセージのタイミング列を変更し、２つの靴からの送信が長時間に亘って互いにロックされるという状況を回避することを助長する。
【００４８】
４つのメッセージからなる各「フレーム」は、８つの「ハウスキーピング」ビットを運び、フレーム番号とメッセージ間の時間遅延を識別する。「スタティック」メッセージフォーマットでは、全ての８ビットは、フレームの第１のメッセージで運ばれるが、「動作時」メッセージフォーマットでは、４つのハウスキーピングビットのみの位置が利用可能である。この４ビットは、次のメッセージに対し遅延時間を示さなければならない。残りの４ビットは、第２のフレームで送信されるが、これは、第１のフレームから運ばれるスタティックフォーマットで使用されるデータビットと同一である。
【００４９】
連続するフレーミング・パルス・アクティブ・エッジ（Ｆｒａｍｉｎｇ Ｐｕｌｓｅ Ａｃｔｉｖｅ Ｅｄｇｅｓ）間の遅延は、フィードバック・シフト・レジスタのコンテンツの下側の４ビットにより与えられ、正確に３／４秒（７５０ミリ秒）の最小値に加えられる。ＦＳＲビットのインクリメント値は１／６４秒（１５．６２５ミリ秒）であり、従って、メッセージ間の最大遅延は６３／６４秒である。
【００５０】
「スタティック」メッセージフォーマットでは、第１のフレーム（「長い」ランインにより識別される）は、全ての６ＦＳＲのビットを含む。従って、受信器のソフトウェアは、全ての後続のメッセージに対しメッセージ遅延を計算することができ（後続のメッセージの一部が受信されなくても）、これは、アドレスのフィールドがメッセージの適切性を承認するか又は拒否するまで行われる。「動作時」メッセージフォーマットでは、受信器は、６ＦＳＲのビットが得られるよう第１のメッセージの直後のメッセージを検出しなくてはならず、そうすることによってのみ、後続のメッセージに対する遅延時間を与えるよローテイトする（左方向に４ビット分）ことが可能となる。第１のメッセージに対する第２のメッセージにタイミングは、第１のメッセージにあるコードによって与えられなくてはならず、というのは、「動作時」メッセージフォーマットの第１のメッセージではまだ完全なＦＳＲコードを受信していないからである。本願に説明する特定の実施例では、第２のメッセージに対する時間遅延は、靴アドレスのビット０−３と、ＦＲＳデータ（ローテイトする）のビット０−３から入手可能であり、このデータは全て第１のメッセージに含まれ、このことは、図３Ｂに示す。第２のメッセージを受信すると、ＦＳＲの全てのコンテンツは既知となり、ソフトウェアはＦＳＴのローテイションに追いつくことができる。第２のメッセージが紛失すると、第３及び後続のメッセージに対する時間遅延を決定することはできず、従って、ソフトウェアは別の長いランインを探さなくてならなくなる。
【００５１】
タイミングデータの他の２ビットは、フレーム番号を示すために使用されてもよい。
【００５２】
各送信器からの送信は、利用可能な「伝送時間（ａｉｒ−ｔｉｍｅ）」の約１％を使用する。費用を低く維持するために、靴はアクセスプロトコルを使用せず（即ち、靴は、他の伝送が進行中であるか否かを確認するための試験を行わない）、従って、時として「衝突」は発生する。受信器は、一部の有効メッセージの紛失を受入れるようなストラテジを使用しなければならず、例えば、リストユニットのディスプレイ更新レートといった性能全体は、靴が共有する伝送路の数が増加すると、「徐々に低下される」べきである。
【００５３】
１つのメッセージの紛失はそれほど重要ではなく、というのは、受信器のソフトウェアは、紛失したメッセージを「埋める（ｂｒｉｄｇｅ）」ストラテジを使用することが可能であり、リストユニットのディスプレイの更新が１回行われなくともそれが認識されることはあまりないからである。しかし、かなりの数の連続メッセージが紛失すると、それはユーザに明らかとなり、最終的には、メッセージ間隔の小さなタイミングのエラーが蓄積されて、リストユニットのコントローラが、その対応する靴からの伝送を「見失う」事態となることがある。
【００５４】
上述したようなスキームを、２０足の靴が同時に動作している場合に使用すると、約３回に１回の割合で任意の特定のメッセージが衝突を有する可能性があり、９回に１回の割合で２回が連続して起きる可能性がある。従って、特定の靴に対し、８回連続の衝突が３８回に１回、即ち、６５６１回に１回の割合で発生する可能性があるが、各靴は、１時間毎に約４０００の別個のメッセージを送り、一連の８回の衝突は、この非常に「密度の高い」動作条件において約１時間半ごとに発生する可能性がある。
【００５５】
送られるデータは本質的に速度データを含み、速度データに対し８ビットのデータバイトが送信される。更に、ユーザがランニングをしているのかウォーキングをしているのかを示すフラッグを組込むことが有利である。このフラグは、一部のメッセージの終わりにおける「オプショナル」のフラッグ位置の１つに割当てられるか、又は、速度バイトのうちの１つのビット位置を使用する。
【００５６】
「速度」データは、例えば１％以上で正確ではないので、この分解能より良くなるようデータを送信する必要はない。しかし、実際の速度は、毎時１０キロメートル以下（ジョギング）から毎時３０キロメートル以上（スプリンティング）であってもよい。ウォーキングはより遅いので、「ウォーキング」フラグにより選択される異なる尺度を使用して取り扱われてもよい。「対数の」尺度は、データビット数を制限しながら精度を保つことができ、「個々の数値での線形（ｐｉｅｃｅ−ｗｉｓｅ ｌｉｎｅｒ）」尺度は計算することが簡単となる。
【００５７】
アドレスは、リストユニットが正しい靴からメッセージを受信することを保証するよう使用される。靴は、付近の靴がどのアドレスを使用しているのかを決定するための受信器を有さないので、十分なアドレスが割当てられて、２つの靴が同一のアドレスを有する危険性が低くされなければならない。１つの解決策として、各靴に異なるアドレスを割当てることがあるが、これは、生産ライン上においてのみ可能であり、靴のマイクロコントローラ内にワンタイム・プログラマブル・メモリ（ＯＴＰメモリ）を使用することが必要となる。更に、大量の靴が生産される場合、プロトコル内で送信されるために大きな数のビットが必要となる。
【００５８】
ＯＴＰメモリ内にアドレスを記憶することが実用的でない場合（例えば、マスクＲＯＭプロセッサが使用されるために）、電池が最初に挿入されるときに、マイクロコントローラによって「ランダムな」数が生成されることが可能である。どちらの場合においても、リストユニットは一般的に、ＲＦ範囲内に他に動作している靴がない場合、「エンロールメント」処理の際に靴のアドレスを「学習する」よう構成される。
【００５９】
距離データは、リストユニットに対し「瞬時の」距離読出しを与えることを意図しない（ユニット自体が、速度及び時間データから計算することができる）。しかし、このデータは、長時間に亘って蓄積された距離の確認を与える。例えば、伝送リンクを介して多数の速度値を受信していない場合時に与える。完全なデータフレーム（４つのメッセージからなる３つのブロックがあり、各メッセージは少なくとも０．７５秒離されている）は、連続して送信されるには少なくとも１０秒間かかるので、１００メートルよりも良好に分解することには意味がほとんどない。１００メートルの最下位ビットを使用すると、１２ビットで約４００キロメートルまで表すことができ、これは、どのようなランニングのセッションであれウォーキングのセッションであれ充分であろう。しかし、靴が静止している場合、幾らかの調整が行われ、距離データワードの両方のエンドにおいてより正確なデータが送られる。「低い方の」４つのビットは、約６メートルまで分解し、これは、短いバーストの活動（例えば、スプリンティング）に適切であろう。「高い方の」もう一方のニブルは、約６５００キロメートルまでの範囲に拡張するであろう。これは、例えば、車の走行距離計のように、送信器の典型的な電池の耐用年数に亘ってのランニングの潜在的な範囲を示すものと思われる。
【００６０】
一部のデータメッセージの終わりにある「オプショナル」のフラグ位置の１つに、「ローバッテリ」フラグを割当ててもよい。これは時間が経過するにつれて確認されるので、エラープロテクションを必要としない。メッセージの終わりに配置され、「アクティブ・ハイ」（即ち、「１」はローバッテリを意味する）であることの更なる利点は、ＯＯＫ変調により、「通常の」状態（即ち、「良好なバッテリー」）は、僅かに短いメッセージ長を与えることである。
【００６１】
リストユニットが、活動セッションのために「起動」されると、リストユニットは、靴からの伝送にロックされなければならない。その動作の一般的な優先順位は、
１．任意の靴信号のランインとフレーミングパターンを見つけ、そのデータを読出しする。
２．次の送信に対する時間遅延を識別する。
３．靴のアドレス（ある場合には）（の一部）を確認し、異なっている場合には別の靴を探す。
４．全てのデータが利用可能となるまで又はアドレスの一部が違っていることが見つけられるまで、データブロックの受信を続ける。
【００６２】
靴が「スタティック」メッセージフォーマット（即ち、速度データを含まない場合）を送信する場合、「長いランイン」を有する第１のメッセージは、他の伝送との衝突により一部のメッセージが「衝突」したことにより、一部の後続メッセージが「紛失」されても、獲得処理に進むのに十分なメッセージを含む。第１のメッセージに含まれる４ビットのアドレスは更に、違った靴からの伝送の約９４％を瞬時に拒絶することを可能にする。獲得処理を完了するには、受信器は、３つの他のタイプのメッセージの少なくとも１つずつを受信する必要がある。更なるメッセージは、データを充分に確認するために有益であり、例えば、エラーが推測される場合や、（距離）データがリストユニットに現在記憶されるものと異なる場合に有益である。
【００６３】
靴が「動作時」メッセージフォーマットを送信する場合、次のメッセージに対する時間間隔を識別するだけに充分な「ハウスキーピング」データしかなく、次のメッセージである第２のメッセージ（ＦＳＲコードを完全にする）が見つからない場合は、獲得処理は再スタートされなければならない。このことは、衝突がある場合は、不適切であるが、長いランインメッセージに運ばれる時間遅延は「スクランブル」される（靴のアドレスの４ビットでＸＯＲされる）ので、約９４％の「正しくない」伝送は、この段において自動的に拒絶されることが可能である。長いランインメッセージの後のメッセージがうまく受信されると、全てのＦＳＲコンテンツが既知となり、従って、ＦＳＲは次の状態にシフトされることが可能となる。これは、一部のメッセージがその後に紛失されても、リストユニットに、獲得を続けるための充分なタイミング情報を与える。しかし、リストユニットは、靴からの完全に更新されるデータが承認される前に、１２のタイプのメッセージブロックの少なくとも１つずつをうまく受信しなければならない。
【００６４】
中断された伝送列の後の再獲得は、完全な獲得とは異なる。なぜなら、フィードバック・シフト・レジスタの現在のコンテンツが依然として計算可能であるからである。これは、靴とリストユニットにおける時間基準が、約１／２秒で離れるまで可能であるべきであり、このことは、少なくとも１、２時間の間は発生しない。従って、両方のユニットのマイクロコントローラが、この時間の間に「バックグランド」モードでのＦＳＲ値を計算し続けることが好適であり、これは、送信器又は受信器が「オフ」（自動的に、又は、ユーザによって）であっても行われることが好適である。
【００６５】
経過した時間に依存して、リストユニットは、予測されるタイミング位置から離されるにつれて、連続的なバーストで又は短い「スナップショット」で、広い「ウィンドウ」のために受信器をパワーアップする必要がある。
【００６６】
完全な獲得処理に対する方法と同様に、リストユニットコントローラは、長いランインメッセージを探す。しかし、靴が「動作時」メッセージフォーマットで送信していても、受信器は依然として、「違う」靴からのメッセージの９４％を直ぐに拒絶することが可能である。なぜなら、予期されるＦＳＲのコンテンツの４ビットが既知だからである。「スタティック」伝送フォーマットの場合、全ての１２ビットの予期される状態は既知であるので、略全ての正しくない伝送は直ぐに拒絶することが可能である。従って、再獲得は高速であり、完全な獲得より紛失メッセージに対し耐性があり、これは特に、靴が既に「動作時」モードにあるときに言える。
【００６７】
リストユニットが正しい靴に対し「エンロール」することが重要であるので、これをサポートするための特別なメッセージフォーマットが有利である。しかし、リストユニットは一般的に、「スタティック」メッセージフォーマットを送信している靴に対してのみ「エンロール」されることが可能であり（従って、全てのアドレスデータは、１つのメッセージから読出しされることが可能である）、というのは、受信器は、次のメッセージに対する時間遅延を計算することができるようＦＳＲコンテンツを「スクランブルさせない」ためには、アドレスフィールドの下方のニブルを既に「知って」いなければならないからである。
【００６８】
一連のデータビットを正確に受信することができる前に、プログラム・コード（Ｐｒｏｇｒａｍ Ｃｏｄｅ）は、自らをビットトランジションに同期させなければならず（ランイン及びフレーミングパターンを使用して）、それにより、コードは、各ビット位置の中心近くの信号レベル（「０」又は「１」）を「読出し」する。原則的に、これは、プログラムループ（Ｐｒｏｇｒａｍ Ｌｏｏｐ）を使用して行われ、搬送波信号が開始するまで待つ（例えば、ロジックレベル「１」に対し）、そして、後続のプログラム・コードは、フレーミングトランジションが起きるときに応じて命令サイクルを付加するか又はスキップする。
【００６９】
（トリムされていない）ウォッチ・クリスタルを使用することにより、靴及びリストユニットにおける時間基準は、１００ｐｐｍ又は０．０１％以上で一致するべきである。更に、リストユニットソフトウェアが、獲得処理の際により良好な精度が得られるよう自らの時間基準を、靴の時間基準にキャリブレートすることが実用的である。２つのメッセージ間の１秒間の間隔の後、フレーミングパルスは１００ミリ秒、又は、１ビット期間の約１／４内であるべきである。従って、各メッセージの受信は、フレーミングパルスのエッジに対し再び時間調整される必要があるが、最大５つの又は１０のメッセージが、他のデータがフレーミングパルスと混合する前に、紛失されてもよい。しかし、次のメッセージの予期されるフレーミング位置の位置は、メッセージ全体が確認されるまで更新されるべきではない。なぜなら、別の靴からのメッセージとの衝突により、正しくないフレーミングパルスが形成されてしまう場合があるからである。
【００７０】
約１０のメッセージが紛失すると、データの一部がフレーミングパルスと混合される可能性があるので、長いランインを有するメッセージを探すことだけに制限することが有益である。このことは、ＲＦ受信器の「オンウィンドウ」が時間の経過とともに増加する際のバッテリパワーを保存することを助長する。完全な再獲得処理が始まらなくてはならないまでの最大時間は、ＲＦ受信器が動作されるべき最大連続時間に依存するが、それが２０ミリ秒である場合、再獲得は、約１分間の間有効なメッセージを見つけられなかった後に始まる。
【００７１】
図４は、送信器１０が設けられる靴４０を示す。送信器１０は、靴の側壁において、靴底に対し平行に配置される。送信器１０は、ユニットにかかる加速度の水平成分を測定する加速度計を含む。このデータは、プロセッサ１４によってまとめられて距離データが供給され、これは受信器１２に送信される。受信器１２は、手首に取付けられたディスプレイ装置の形である。
【００７２】
本発明は、１つの特定な適用に参照しながら詳細に説明した。しかし、その原理は、短いが頻繁であるデータパルスが、低電力消費で送信されるべき適用に使用する任意のデータ転送システムに同様に用いることが可能である。
【００７３】
１つの特定の実施例が詳細に説明された。しかし、様々なパラメータを変更することが可能であり、これは当業者には明らかである。例えば、擬似ランダム列を生成する様々な技術があり、異なる状況には異なる度合いのランダム度が好適である。ウォッチ・クリスタルを、低費用のタイミングユニットとして選択したが、他の既知のタイミング回路を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のデータ伝送システムを示す図である。
【図２】
本発明の伝送システムに使用されるメッセージ構造を示す図である。
【図３Ａ】
本発明の伝送システムに使用される特定の「スタティック」メッセージ構造を示す図である。
【図３Ｂ】
本発明の伝送システムに使用される特定の「動作時」メッセージ構造を示す図である。
【図４】
本発明の伝送システムを使用するジョギング靴システムを示す図である。
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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