JP2006525760A

JP2006525760A - マルチバンド広帯域通信システムにおける個別電力スペクトル密度成分を減少させる方法及び装置

Info

Publication number: JP2006525760A
Application number: JP2006513427A
Authority: JP
Inventors: サミュエルモーシャオミン; ディーゲルマンアレクサンダー
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2006-11-09
Also published as: WO2004100477A1; US20070165693A1; CN1784876A; EP1606915A1

Abstract

送信用データを処理する方法及び装置であって、処理データを含む送信マルチバンド広帯域信号の個別電力スペクトル密度（PSD）成分を減少させる方法及び装置を開示する。マルチバンド広帯域信号の各帯域は、異なった周波数帯域に対応する波形を含んでいる。送信用データは、選択的にデータを反転し、データと共にマルチバンド広帯域信号の帯域を変調するシーケンスを規定し、その規定したシーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で波形上にデータを変調することにより、処理される。

Description

関連出願に対する相互参照

この出願は、2003年5月2日付けで出願された米国仮出願第60/467,792号の表題”Base-Band Data Whitening to Minimize Power Spectral Density of Multi-Band UWB signals”に係る出願の利点を主張するものであり、参考としてここに記載する。

本発明はマルチバンド広帯域通信システム、特に、マルチバンド超広帯域（UWB）通信システムのような、マルチバンド広帯域通信システムにて送信される信号の個別電力スペクトル密度成分を減少させる方法及び装置に関する。

超広帯域（UWB）技法は、ほぼ0から数GHzまでの送信信号のエネルギーを極めて薄く広げるために、持続時間が極めて短いベースバンドパルスを利用する。UWB技法は、現在、軍事用途において利用されており、UWB信号を発生させる技術はよく知られている。UWB技法を含むコンシューマ製品の販売及び業務を許可する決定が、最近、米国連邦通信委員会（FCC）により発表されたため、商業適用がまもなく可能となるであろう。

FCCの決定における主要な動機は、商業適用を許可するにあたってUWB送信用に新たな通信スペクトラムを必要としなくて済むということにある。その理由は、UWB送信を適切に設定する場合に、UWB信号は無視できる程の相互干渉で同一スペクトラム内の他の適用信号と共存し得るからである。FCCは、他の通信システムとの干渉を避けるためにUWB用途に対する放射限度の仕様を定めた。

UWB信号の放射特性は、その電力スペクトル密度（PSD）を試験することによって決定することができる。確率手法を用いて、ランダムタイミングジッタの存在下にて”時間ホッピング拡散スペクトラム（Time−Hopping Spread Spectrum）”信号送信法に係るPSDの特性については、Moe他による表題” On the Power Spectral Density of Digital Pulse Streams Generated by M-ary Cyclostationary Sequence in the Presence of Stationary Timing Jitter”(IEEE Tran. On Comm., Vol.46, no.9, pp.1135-1145, Sept.1998) の論文に開示されている。この論文によれば、UWB信号の電力スペクトルは連続及び個別の成分からなる。その個別成分はPSD内にピークを創出させ、これらのピークは、たとえその連続成分が十分にFCC放射限度以下であっても、FCC放射限度以上になることがある。

マルチバンド変調は、比較的新しいUWB変調技法である。マルチバンドUWB通信システムにおいては、そのUWB周波数帯域をサブバンドに分割し、各サブバンドにおいては、そのサブバンドを規定する異なる波形を用いる。

マルチバンドUWB通信システムのように、通信システムの通信距離を長くすることが切望されている。通信距離を長くするための１つの手法は、送信に用いる電力を増大させることにある。UWB信号用のFCC放射限度に適合させつつ送信電力を増大させるためには、UWB信号用のFCC放射限度に適合させながら全電力を増大させることができるように個別の成分を減少させることが望ましい。従って、マルチバンドUWB信号の個別PSD成分を減少させる改善方法及び装置が必要とされる。本発明は、とりわけこの要求を満足させることにある。

本発明は、処理データを含む送信されるマルチバンド広帯域送信信号の個別電力スペクトル密度（PSD）成分を減少させる、送信用データを処理する方法及び装置にて具体化される。マルチバンド広帯域信号の各帯域は、異なる周波数帯域に対応する波形を包含する。データは、選択的にデータを反転し、このデータと共にマルチバンド広帯域信号の帯域を変調するためのシーケンスを規定し、その規定したシーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内でその波形上にデータを変調することにより、送信用に処理される。

以下、本発明を添付図面を参照して説明するに、同様な要素には同じ参照番号を付して示してある。

図１は、本発明による模範的なマルチバンド広帯域通信システム100の概略図である。図示の通信システム100内にある1つ以上のブロックの機能は、同一のハードウエアピースまたはソフトウエアモジュールによっても実行することができる。本発明の実施例が、ハードウエア、ソフトウエア、或いはこれらの組み合わせによっても実施し得うることは言うまでもない。このような実施例において、以下に記述されるさまざまなコンポーネント及びステップは、ハードウエア及び／又はソフトウエアにて実現することができる。

概略的な説明として、データを送信する送信装置102は、マルチバンド広帯域送信信号の帯域内でデータを送信用に選択的に反転して、信号の個別電力スペクトル密度（PSD）成分を減少させる。受信装置104は、マルチバンド広帯域送信信号を受信し、送信側での反転を逆転させて元のデータを再生する。このデータは、逐次的またはランダムなシーケンスでマルチバンドにマップすることができる。データは、1つ以上のデータビットを表すデータビットまたはシンボルとすることができる。

送信装置102及び受信装置104の構成要素につき、以下詳細に説明する。模範的な実施例において送信用のデータを準備するために、データをインバータ106に供給する。インバータ106は、予め定めた反転関数に従って、データを反転する。模範的な実施例においては、インバータ106を擬似乱数発生器108に結合させる。この擬似乱数発生器は、一様に分配される擬似ランダムな２進数を発生する。インバータ106は擬似ランダム２進数に応答して、データまたは、例えばインバータ回路（図示せず）によって反転したような、データの反転値を通すマルチプレクサ（図示せず）とすることができる。

変調器110は、超広帯域（UWB）パルス信号のような一連の信号パルスからなる広帯域パルス信号を発生するパルス発生器112に結合させる。模範的な実施例において、変調器110はアンテナ114を介して送信するマルチバンド広帯域信号上に前記選択的に反転したデータをデジタルフォーマットにて変調する。変調器110は図示のようなパルス変調器とすることができ、或いは、パルス整形回路（図示せず）を伴うデジタル-アナログコンバータ（図示せず）とすることもできる。

変調器110は、マルチバンド送信信号の帯域内の波形上にデータを変調するためのシーケンスを規定する。図２は、送信用に規定したシーケンスに従ってマルチバンドにデータをマッピングするための模範的なマルチバンドマッピングスキーム200を示す。このマッピングスキーム200は送信（TX）マッパー202（これは、図1に示す送信装置102の変調器110内に組み込むことができる）と、対応する受信（RX）マッパー204（これは、図１に示す受信装置104の復調器120内に組み込むことができる）とを含む。TXマッパー202は、送信用に規定したシーケンスに従ってマルチバンド送信信号の帯域にデータをマップし、また、RXマッパー204はデータをそれぞれの帯域からデマップして、データを正しい順序で再生する。

送信用に規定したシーケンスは、逐次的またはランダムとすることができる。逐次的なシーケンスを規定した場合には、TXマッパー202は予め規定した順序でデータをマルチバンドに逐次マップし、その順序は、数的に増加または減少順序とするか、或いは別の順序とすることができる。例えば、予め規定した順序は、第1帯域（帯域‐1）、そして第2帯域(帯域‐2)、それから第3帯域とすることができる。この場合に、データはこの順序で帯域にマップされ、これはデータの送信が完了するまで繰り返される。或いはまた、予め規定したシーケンスは第2帯域(帯域‐2)、そして第1帯域（帯域‐1）、それから第３帯域とすることもできる。ランダムシーケンスを規定した場合には、TXマッパー202は、データをランダムにマルチバンドにマップする。例えば、マッピングする第1シーケンスは、第1帯域（帯域‐1）、そして第2帯域(帯域‐2)、それから第3帯域のように、ランダムに選択されるシーケンスとすることができる。次のシーケンスは、第2帯域(帯域‐2)、そして第1帯域（帯域‐1）、それから第3帯域のようにランダムに選択される別のシーケンスとすることができる。その後の各シーケンスも同様にランダムに選択されるシーケンスとすることができる。

シーケンスがランダムな場合に、TXマッパー202及びRXマッパー204の各々は、乱数発生器（図示せず）を含む。TXマッパー202によって用いるのに好適な乱数発生器は当業者に明らかである。模範的な実施例においては、同様な乱数発生器をRXマッパー204に用いる。RXマッパー204における乱数発生器は、当業者に明らかな方法でRXマッパー204にて受信したデータに同期させる。

図1Aは、模範的な別の送信装置102aを示している。この送信装置102aはインバータ106aを変調器110aの後に配置していることを除けば、図1の送信装置102に似ている。この実施例では、データの反転に先立ってデータを広帯域信号の波形上に変調させる。次いでインバータが擬似乱数発生器128に応答して広帯域信号波形を選択的に反転する。変調広帯域波形を選択的に反転するのに好適なインバータ106aは、当業者に明らかである。

図1に戻って言及するに、模範的な実施例では、受信装置104内の復調器120によって別のアンテナ122を介して反転マルチバンド広帯域信号を受信する。復調器120は変調器110（図２及び対応する前記記述を参照）によって用いたマッピングシーケンスに従ってマルチバンドからデータを復調し、かつ再順序付け（デマップ）する。復調器120内の相関器124は、送信装置102が用いたパルス形状と受信データとの相関をとって、パルスを識別し、そしてこれらのパルスをデジタルパルスに転換する。模範的な実施例において相関器124はUWBパルスのような、着信広帯域パルスを識別し、且つ相関を取るべく構成した整合フィルタ相関器とする。

インバータ^-1126は、インバータ106の反転機能に基づく予め規定した反転機能に従ってインバータ106によりデータに導入された反転を逆転させる。模範的な実施例では、インバータ^-1126を前述した擬似乱数発生器108（従って、これについては詳述しない）とほぼ同一構成の擬似乱数発生器128に結合させる。インバータ^-1126は、擬似乱数発生器128により発生されたビットを選択すべく応答して、データまたは、例えばインバータ回路（図示せず）によって反転したような、データの反転値を通すマルチプレクサ（図示せず）とすることもできる。

2つの擬似乱数発生器108と128は、同一のビット列を発生する。模範的な実施例では、同期のため、その発生器108と128はデータシーケンスの第１ビットが送信、或いは受信されるときに共通の箇所にて始動すべく構成する。模範的な別の実施例では、乱数を発生する代わりに、１組の乱数を予め発生させ、これらの乱数をアレイ内に格納する。同じアレイを送信装置102と受信装置104の双方における擬似乱数発生器110,128内に保持させてデータをそれぞれ選択的に反転及び非反転させるのに用いる。

図1Bは、模範的な別の受信装置104aを示す。受信装置104aは、インバータ^-1126aを復調器120aの前に配置していることを除けば、図１の受信装置104に似ている。この実施例において、インバータ（図1のインバータ106或いは図1Aのインバータ106a）によって導入された選択的反転を復調に先立って逆転させる。反転を逆転するのに好適なインバータ^-1126aは、当業者に明らかである。

図3は、マルチバンドUWB通信システムのような、マルチバンド広帯域通信システムにおいて個別PSD成分を減少させる模範的な送信ステップのフローチャート300を示す。フローチャート300のステップを図1の構成要素を参考にして説明する。

ブロック302で、インバータ106は擬似乱数発生器110から受信した擬似ランダムデータに応答してデータを選択的に反転する。

ブロック304で、サブバンド変調シーケンスが、例えば変調器110によって、マルチバンド広帯域信号の帯域内でその波形上にデータを変調するために規定される。模範的な実施例では、シーケンスは逐次的とする。模範的な別の実施例では、シーケンスはランダムとする。

ブロック306で、変調器110はブロック304で規定したシーケンスに従ってサブバンド内で波形上に反転データを変調する。データは、規定したシーケンスに従ってパルス発生器112から供給されたパルスを変調するために、変調器110を用いることによって送信準備することができる。

ブロック308で、反転及び変調したデータは、アンテナ114から送信される。

模範的な別の送信実施例では、データは反転に先立って規定したシーケンスに従ってマルチバンド信号のサブバンド上に変調することができる。この実施例によれば、ブロック302での反転ステップはブロック306での変調ステップの後に実行する。

図4は、本発明に従って反転及び変調したマルチバンド広帯域信号を受信する模範的な受信ステップのフローチャート400を示す。フローチャート400のステップを図１の構成要素を参考にして説明する。

ブロック402で、受信装置104内の復調器120はアンテナ122を介して反転且つ変調されたデータを受信する。模範的な実施例において、復調器120内の相関器124は、データを搬送する広帯域信号を識別するために、データの相関を取る。

ブロック404で、受信機はブロック304（図3）での変調に用いたサブバンド変調シーケンスに従って受信したマルチバンド広帯域信号を復調する。

ブロック406で、インバータ^-1126は、擬似乱数発生器128によって発生した擬似乱数シーケンスまたはストリームに応答してインバータ106によって導入された反転データを逆転させる。模範的な実施例では、擬似乱数発生器128は、例えば受信シーケンスの第１ビットのように、指定ビットを受信したときに始動するよう構成する。

模範的な別の受信実施例では、その受信広帯域信号を最初に選択的に反転し、それから復調する。この実施例によれば、ブロック406での反転ステップはブロック404での復調ステップの前に実行する。

図1、2、3、及び4を参考にして上述した模範的な通信システム100に対する、追加の実現例をこれから詳細に説明する。

本発明の動作を十分に理解するため、マルチバンドUWBシーケンスのPSDにつき説明することが役に立つ。マルチバンドUWBシーケンスは、IEEE(Institute for Electrical and Electronics Engineers)の運営委員会、名づけてWPAN(working group for wireless personal area networks)における運営グループ（IEEE 802.15 working group）の任務グループ (IEEE 802.15.3a task group)が議論する提案標準に用いられている。

マルチバンドUWB通信システムでは、デジタル的に制御された信号が多数の基本クロック周期Tcでランダムな送信を生成する。この信号送信技法を図5に示してあり、これは式(1)に示すようにモデル化することができる。

また、式(1)においても、因数｛a_n｝は、不均衡二値独立恒等分布(i.i.d.)ランダムシーケンスであり、tは時間である。｛a_n｝、Pr｛a_n｝の確率関数は式(2)によって与えられる。

また、式(1)において、因数｛w_n｝は、マルチバンドシステムにおけるサブバンドの数(N)を規定する１組の波形に適用されるランダム変数である。｛w_n｝の確率関数は式(3)、式(4)の規制を受ける。

図5において、波形500、502、504、506及び508は異なるサブバンドを規定する。波形502と504は、同じサブバンド内であるが反対極性である。波形506と508も同様である。従って、波形ペア502、504と波形ペア506、508が｛a_n｝の異なる値に応答して生成される間に、波形500、502及び506が｛w_n｝の異なる値に応答して生成される。

図5に示した信号のPSDは連続成分S^ｃ（ｆ）と個別成分S^d(ｆ)から成る。これらの成分は、式(5)に示すように特徴づけることができる。

式(5)において、u( )はステップ関数であり、ｆ_nは各サブバンドの中心周波数であり、そしてｆ_Bは各サブバンドの帯域幅である。式(5)は、式(6)に示すように、簡素化して表すことができる。

式(6)は、PSDが4つの因数と、即ちサブバンド内のパルス形状及び送信電力W_n(f)と、クロック周期或いはパルスレートTcと、ランダム変数a_nの分布ｐと、ランダム変数w_nの分布P_nとによって決定されることを示している。

シンボルの反転、或いは非反転が等確率であるときには、ｐは式(7)によって示すようになり

各サブバンド内のスペクトル線は、効果的に除去される。従って、各サブバンドのPSDは最小化される。新たなPSDは、式(8)によって表すことができる。

システム全体のPSDのピーク値を最小にするために、p_iは式(10)を満足するように選定する。

式(10)は、式(11)に示すように解くことができる。

本発明者等は各サブバンド内のピーク値が式(12)によって与えられる値で一定となることを確かめた。

式(10)の２番目の部分は、式(13)によって確かめることができる。

各W_n（f）のピーク値が、式(14)に示すように同じである場合には、

式(11)は、式(15)のように表すことができる。

尚、システム全体のピークPSDレベルを減少させるためには、式(7)と式(15)を組み合わせて、次の2つの条件が満たされるようにするのが望ましい。

式(15)を実現するための１つの手法は、データ送信時に各サブバンド毎に逐次的に循環させることである。

マルチバンドUWB信号のPSDの前分析に基づいて、変調マルチバンドUWB信号のPSDにおけるスペクトル線を除くために、選択的な位相逆転である以下のメカニズムを提案する。その模範的な方法は、以下のステップを含む。

式(16)によって規定する均一な分布関数でのランダムシーケンス｛b_n｝を生成するステップ。

式(17)に示すように、新たなシーケンス｛c_n｝を生成するために、シーケンス｛a_n｝及び｛b_n｝で排他的論理和（XOR）演算を実行するステップ。

そして、送信用の新たなデータとしてシーケンス｛c_n｝を用いるステップ。

上記演算を実行することにより、これは各サブバンド内のPSDを最小化することに相当し、各サブバンド内のUWB信号のPSDにおけるスペクトル線を効果的に除去する。

図8から図19は、式(16)と式(17)にて示した演算を適用したシミュレーション結果を示す。これらのシミュレーションはこれらの演算が効果的に線スペクトルを抑制し、従ってマルチバンドUWD信号のPSDを減少させることを示している。

シミュレーションの構成を図6に示してある。シミュレーションは、異なるUWB信号のPSDを計算するためにペリオドグラムPSD評価器（Periodogram PSD estimators）を用いる。その使用構成においては、パルス600はゼロパッディングの27個のサンプルが後続する、101個のサンプルによって表される。１ビットは１パルスから成り、128個のサンプルで表される。各フレーム610の周期はTcであり、1フレームは1024個のサンプルを含む。32768ポイントの高速フーリエ変換（FFT）演算を、32768個のサンプルに用いてPSDを評価する。言い換えれば、そのFFTは32フレームに基づいて行い、各フレームは8個のパルスを含む。信号評価は評価中に大きなバイアスを発生することがあり、FCC基準は平均PSDの限度を定めているので、各シミュレーションは最終的なPSD評価結果を滑らかにするために、50のランを用いる。

図7のデータ図は、シミュレーションにおいて発生するデータの関係を示す。図7において、X方向は時分割多重アクセス（TDMA）システムの１ブロック内のビットを表し、Y方向はブロックの最初から同じオフセット(オフセットm)を持つビットを表す。上述したように、パルスがY方向にランダム及び均一に分布される場合には、線周波数を効果的に抑制できる。

シミュレーションにおいて、X方向におけるデータはランダム及び均一に生成される。これにより結果として、式(18)のようになる。

しかしながら、Y方向におけるデータの生成は分布関数｛a_n｝或いはｐによって制御される。図8から図19に示したシミュレーションは次のような場合のみを表す。即ち、サブバンドを均一及びランダムに用いる場合（図8、9、10、14、15及び16を参照）；サブバンドを循環的に用いる場合（図11、12、13、17、18及び19を参照）；ｐ=1とする場合（即ち、フレーム間のデータを不変とすることに相当する。図8、11、14及び17を参照）；0＜ｐ＜0.5とする場合（即ち、データがY方向において均一分布されない。図9、10、12、13、15、16、17及び19を参照）

バイナリー位相シフトキー変調（BPSK）技法を用いたシミュレーション結果を、図8から図13に示す。図8A、9A、10A、11A、12A及び13Aは、シミュレーションにおいて用いた波形810、812、814及び816を示す。これらの波形は図8〜図13のものと同じであり、従って図8のみを参考にして説明する。これら各波形は図８Bに示すようにそれぞれ異なる周波数帯域に対応している。図8〜図13において、周波数成分が最も低い波形810は周波数スペクトラム820に対応し、波形812は周波数スペクトラム822に対応し、波形814は周波数スペクトラム824に対応し、そして波形816は周波数スペクトラム826に対応している。波形810、812、814及び816は、これらの波形がそれぞれの周波数スペクトル820、822、824及び826に整列するように、その順で図８Aに示してある。しかしながら、後述のように、これらの波形は特定の送信において任意の順序とすることができる。

図8C、9C、10C、11C、12C及び13Cは、それぞれ波形８A、９A、10 A、11 A、12 A及び13 A上に変調させた模範的な元データ｛a_n｝のPSDを示す。例えば図８Cから明らかなように、この変調データは比較的大きな個別周波数成分を呈する（即ち、PSDにおけるスペクトル線）。図8D、9 D、10 D、11 D、12 D及び13 Dは、それぞれ図8C、9C、10C、11C、12C及び13Cに示したデータを本発明により処理したときのPSDの結果を示す（即ち、式（16）と式（17）にて示した演算の結果として生じるデータ｛c_n｝のPSDである）。

上述したように、図8〜図１３は、波形810、812、814及び816の順で、異なる構成とランダム変数｛a_n｝の確率関数ｐの異なる分布を示す。特に、図8Cはｐ=1とし、且つ波形をランダム及び均一に用いる場合を示す。図９Cはｐ=0.25とし、且つ波形をランダム及び均一に用いる場合を示す。図10Cはｐ=0.4とし、波形をランダム及び均一に用いる場合を示す。

図11、12及び13は波形を逐次的及び循環的に用いる場合を示す（例えば、波形810、812、814、816、810…などの順序）。図11C、12C及び13Cはｐをそれぞれ1、0.25、0.4に等しくする場合を示す。

これらの結果は、本発明による方法を用いた結果を示している。

サブバンドのランダム利用は、サブバンドの循環的使用に比較してスペクトル線数を減少させる。しかしながら、PSDのピークは図8C、9C、10C、11C、12C及び13Cに示すようにほとんど同じである。

選択的な位相反転は、図8D、9D、10D、11D、12D及び13Dに示すように、サブバンドをどのように利用しても問題なく、双方の場合に線スペクトルを効果的に除去する。

図示の例では、PSDのピーク値は、図8と図11においては約21dBから4dBに、図9と図12においては14dBから4dBに、そして、図10と図13においては9dBから4dBに減少する。

図8D、9D、10D、11D、12D及び13Dに示した新たなデータのPSDの形状は、図8B、9B、10B、11B、12B及び13Bに示したその波形のものに極めて近い。

全てのサブバンドの同等使用では、サブバンドのそれぞれのPSDはほとんど同じ大きさとなる。

前記実施例において、関数｛a_n｝は実際は、BPSK変調である。このシステムにおいて、各サブバンドは1つの波形を有し、各波形は、正規の形状と位相反転形状の2通りの形状で現れる。

他方では、QPSK変調において、各サブバンドは同じ周波数であるが異なる初期位相の２つの波形を有し、各波形は、正規の形状と位相反転形状の２通りの形状で現れる。模範的なQPSK波形例を図14Aに示す。図14Aにおいて、波形1010及び1011は最初のサブバンド内に２つの波形を有し、波形1011は波形1010に対して位相シフトされている。これらの波形の反転形は図14に示していない。同じように、波形ペア1012と1013、1014と1015及び1016と1017は、他の3つのサブバンドに対して相対的に位相シフトさせた２つの波形を表す。これらの波形のエネルギースペクトル密度は、波形ペア1010と1011に対応するスペクトラム1020、波形ペア1012と1013、1014と1015及び1016と1017にそれぞれ対応するスペクトル1022、1024及び1026と一緒に、図14Bに示してある。これらの波形は図14、15、16、17、18及び19に対するものと同じであり、図14のみを参考にして説明する。

上述のような、本発明のメカニズムは、式(3)と式(4)を、式(19)、式(20)及び式(21)に示すように変更する、QPSK変調技法で用いることができる。

図14、図15、図16、図17、図18及び図19は、式（16）と式（17）にて提案した演算を適用することが線スペクトルを効果的に抑制し、マルチバンドQPSK UWB信号のPSDを減少させることになることを示す実行シミュレーションの結果を示す。シミュレーションの構成は、図8〜図13につき上述したものと同じである。特に、図14〜図16に示したシミュレーションではサブバンドを均一及びランダムに用い、図17〜図19に示したシミュレーションではサブバンドが循環的に用いる。各サブバンドにおいて、2つの波形のうち一方をランダムに選択するが、両方の波形は等確率で選定される。

上述したように、図14〜図19は、波形ペア1010と1011、1012と1013、1014と1015及び1016と1017の順で、異なる構成を示している。図14〜図16は、さまざまな波形ペアがランダムに選択される場合を示し、図17〜図19は、波形ペアが逐次的及び循環的に選択される場合を示す。図14〜図19には、ランダム変数｛a_n｝の確率変数ｐの異なる分布も示してある。特に、図14と図17はp＝1の場合を表し、図15と図１8はp＝0.25の場合を示し、そして、図16と図１9はp＝0.4の場合を示している。

図14〜図19に示した本結果は、本発明のメカニズムを用いた場合を示している。

QPSKシステムは同じ構成の対応するBPSKシステムよりも2〜3dB低いPSDを呈する。

サブバンドのランダム利用は、サブバンドの循環的使用に比べてスペクトル線数を減少させる。しかしながら、さまざまなサブバンド（例えば、図14Bに示した）に対するPSDのピークはほとんど同じである。

選択的な位相反転は、図14D、15D、16D、17D、18D及び19Dに示したように、サブバンドをどのように利用しても問題なく、全ての場合において線スペクトルを効果的に除去する。

本発明によるメカニズムを用いれば、PSDのピーク値は、図14と図17においては約19dBから4dBに、図15と図18においては13dBから4dBに、そして、図16と図19においては6dBから4dBに減少する。

図14D、15D、16D、17D、18D、そして19Dに示した新たなデータのPSDの形状は、それぞれ図14B、15B、16B、17B、18B及び19Bに示した使用パルスの形状に極めて近い。

全てのサブバンドを同等に使用する場合、これら全てのサブバンドのPSDはほとんど同じ大きさとなる。

スペクトラム内の線を除去し、従ってマルチバンドUWB信号のPSDのピーク値を減少させるためにベースバンド処理を使用するメカニズムにつき説明した。シミュレーションは、本提案手法がマルチバンドUWB信号のPSDを効果的に抑制することを示している。加えて、実現するのを簡素で簡単とする、重要な実用性をも満足する。

本発明の構成要素を、特定の構成要素の観点から説明したが、１つ以上の構成要素をコンピュータに実行させるソフトウエアで実現し得ることは言うまでもない。この実施例において、さまざまな構成要素の１つ以上の機能は、コンピュータを制御するソフトウエアで実現することができる。このソフトウエアは、コンピュータ読取可能キャリア、例えば、磁気或いは光ディスク、メモリカード或いは可聴周波数、無線周波数、或いは光搬送波で具体化することができる。

さらに、本発明を図示し、特定の実施例を参考にしてここに説明したが、本発明はこれらの例のみに限定されるものではない。むしろ、請求の範囲内で、本発明から逸脱することなくさまざまな変更を加えることができる。

本発明による模範的なマルチバンド広帯域通信システムのブロック図である。図1の模範的なマルチバンド広帯域通信システムに用いる模範的な別の送信装置のブロック図である。図1の模範的なマルチバンド広帯域通信システムに用いる模範的な別の受信装置のブロック図である。図1の模範的なマルチバンド広帯域通信システムにおける送信機及び受信機によって用いる模範的なマルチバンドマッピングスキームのブロック図である。本発明による模範的な送信ステップのフローチャートである。本発明による模範的な受信ステップのフローチャートである。マルチバンドUWB送信を説明するのに有用な振幅−時間特性図である。本発明による模範的な方法の有効性を評価するのに用いるシミュレーション技法を説明するのに役立つデータ図である。本発明によるマルチバンドUWB送信を説明するのに有用なデータ図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的なバイナリー位相シフトキー（BPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図8Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的なバイナリー位相シフトキー（BPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図9Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的なバイナリー位相シフトキー（BPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図10Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的なバイナリー位相シフトキー（BPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図11Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的なバイナリー位相シフトキー（BPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図12Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的なバイナリー位相シフトキー（BPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図13Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的な４位相偏移変調（QPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図14Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的な４位相偏移変調（QPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図15Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的な４位相偏移変調（QPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図16Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的な４位相偏移変調（QPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図１7Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的な４位相偏移変調（QPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図１8Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明による模範的な方法に用いた模範的な４位相偏移変調（QPSK）マルチバンド波形を示す振幅−時間特性図である。図１9Aに示した波形の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用する前の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。本発明を適用した後の変調マルチバンドUWB信号の周波数スペクトルを示す振幅−周波数特性図である。

Claims

データを送信用に処理する方法であって、処理データを含む送信マルチバンド広帯域信号の個別成分を減少させる信号処理方法において、マルチバンド広帯域信号の各帯域が異なる周波数帯域に対応する波形を含み、データを選択的に反転するステップと、データと共にマルチバンド広帯域信号の帯域を変調するシーケンスを規定するステップと、前記規定シーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上にデータを変調するステップとを含む信号処理方法。
前記規定シーケンスが逐次的である請求項１記載の方法。
前記規定シーケンスがランダムである請求項１記載の方法。
前記変調ステップが前記規定シーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上に前記選択的反転データを変調するステップを含む請求項１記載の方法。
前記選択的反転ステップが、変調波形を選択的に反転するステップを含む請求項１記載の方法。
データを送信用に処理するシステムであって、処理データを含むマルチバンド広帯域信号の個別成分を減少させる信号処理システムにおいて、マルチバンド広帯域信号の各帯域が異なる周波数帯域に対応する波形を含み、データを選択的に反転する手段と、データと共にマルチバンド広帯域信号の帯域を変調するシーケンスを規定する手段と、前記規定シーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上にデータを変調する手段とを具えている信号処理システム。
前記規定シーケンスが逐次的である請求項６記載のシステム。
前記規定シーケンスがランダムである請求項６記載のシステム。
前記変調手段が前記規定シーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上に前記選択的反転データを変調する手段を具えている請求項６記載のシステム。
前記選択的反転手段が、データと共に変調される波形を選択的に反転する手段を具えている請求項６記載のシステム。
データを送信用に処理する装置であって、処理データを含むマルチバンド広帯域信号の個別成分を減少させる信号処理装置において、マルチバンド広帯域信号の各帯域が異なる周波数帯域に対応する波形を含み、データを選択的に反転するように構成したインバータと、インバータに結合させた変調器であって、規定した帯域マッピングシーケンスに従ってデータと共にマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上にデータを変調するよう構成した変調器とを具えている信号処理装置。
前記規定帯域マッピングシーケンスが逐次的である請求項１１記載の装置。
前記規定帯域マッピングシーケンスがランダムである請求項１１記載の装置。
前記変調器が前記規定シーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上に前記選択的反転データを変調するよう構成されている請求項１１記載の装置。
前記インバータが、データと共に変調される波形を選択的に反転するよう構成されている請求項１１記載の装置。
ソフトウエア含むコンピュータ読取可能キャリアであって、前記ソフトウエアが送信用にデータを処理するコンピュータ読取可能メディアで具体化する信号処理方法を実施するためにコンピュータを制御するよう構成されており、前記信号処理方法が処理データを含むマルチバンド広帯域信号の個別成分を減少させる信号処理方法であって、前記マルチバンド広帯域信号の各帯域が異なる周波数帯域に対応する波形を含み、データを選択的に反転するステップと、データと共にマルチバンド広帯域信号の帯域を変調するシーケンスを規定するステップと、前記規定シーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上にデータを変調するステップとを含むコンピュータ読取可能キャリア。
前記規定シーケンスが逐次的である請求項１６記載のコンピュータ読取可能キャリア。
前記規定シーケンスがランダムである請求項１６記載のコンピュータ読取可能キャリア。
コンピュータによって実施する前記変調ステップが前記規定シーケンスに従ってマルチバンド広帯域信号の帯域内で前記波形上に前記選択的反転データを変調するステップを含む請求項１６記載のコンピュータ読取可能キャリア。
コンピュータによって実施する前記選択的反転ステップが、変調波形を選択的に反転するステップを含む請求項１６記載のコンピュータ読取可能キャリア。