JP2022105181A - エネルギー効率の良い超広帯域インパルス無線システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1超広帯域(UWB)トランシーバを第2UWBトランシーバと同期することと、
複数のUWBパルスバンドルを含む第1UWBトランシーバから第1パケットを送信することと、
最後のパルスバンドルの送信時に、第1UWBトランシーバに関連付けられた第1タイマーを開始することと、
第2UWBトランシーバ上で受信した複数のUWBパルスバンドルを処理することと、
少なくとも第1相関器および第1遅延ロックループを含む回路を使用して、第1パケットのUWBパルスバンドル内の所定のパルスに同期することと、
複数のパルスバンドルの最後のパルスバンドル内の所定のパルスの検出を決定すると、第2UWBトランシーバに関連する第2タイマーを開始することと、
第2タイマーが所定の待機時間に達すると、第2UWBトランシーバから第2パケットを送信することと、
第1UWBトランシーバ上の第2に関連する受信された複数のUWBパルスバンドルを処理することと、
少なくとも第2相関器および第2遅延ロックループを含む回路を使用して、第2パケットのUWBパルスバンドル内の所定のパルスに同期することと、
第2パケットの複数のパルスバンドルの最後のパルスバンドル内の所定のパルスの検出を決定すると、第1タイマーを停止することと、
第1タイマーの経過時間に応じて飛行時間を計算し、第1UWBトランシーバと第2UWBトランシーバとの間の範囲を決定することと、を含む、一対の超広帯域(UWB)トランシーバ間の範囲を確立する方法が提供される。
第1クロックレートに依存する第1積分ウィンドウを有する第1クロックレートで動作する第1UWBトランシーバでUWBインパルスを送信することと、
第2クロックレートに依存する第2積分ウィンドウを有する第2クロックレートで動作している第2UWBトランシーバでUWBインパルスを受信することと、
受信されたUWB信号を第2積分ウィンドウ内で積分し、第2積分ウィンドウ内の受信されたエネルギーがUWBインパルスが受信された所定の閾値をいつ超えるかを決定することと、
UWBインパルスの受信の決定後、次の第2積分ウィンドウでエコー信号を送信することと、
受信されたUWB信号を第1積分ウィンドウ内で積分し、第1積分ウィンドウ内の受信されたエネルギーがUWBインパルスが受信された所定の閾値をいつ超えるかを決定することと、
第1積分ウィンドウ内の積分エネルギーをデジタル信号処理(DSP)回路に渡すことと、
DSP回路で経過時間の推定値を導き出すことと、を含む一対の超広帯域(UWB)トランシーバ間の範囲を確立する方法が提供される。
パルスパターンブロック310は、現在のシンボルを表すために使用されるパルスの構成を保持する。シンボルレートクロック(つまり20MHz)から、遅延ロックループ(DLL)330によって複数のフェーズが生成される。各クロック位相の立ち上がりエッジは、シンボルパルスバンドルの1つのパルスの開始を表す。マルチプレクサ320は、クロック位相のエッジによってトリガーされ、パルスパターンブロック310から現在のパルスの構成を選択する。パルス発生器(パルス)350は、マルチプレクサ320によって設定されたパルス幅でパルスを生成し、デジタル制御発振器(DCO)340および電力アンプ(PA)350を有効にする。有効にすると、DCO 340はマルチプレクサ320によって設定された周波数のガウス型パルスを生成し、PA 360によって増幅され、アンテナ370によって放射される。したがって、パルスパターンブロック310は、シンボルまたはシンボルシーケンスのパルスを確立する。このようにして、パルスパターンブロック310を更新することにより、各シンボルに使用されるパルスシーケンスが調整され、したがって、パルスパターンブロック310は、限定されないが、ネットワーク環境データ、所定のシーケンス、日付、時刻、地理的位置、受信信号の信号対雑音比(SNR)、および規制マスクを含む1つまたは複数の要因に基づいて動的に更新され得る。
・DCオフセットの問題を回避するために、準低IFアーキテクチャで動作する。
・RFセクションの1/fノイズを減らす。
・システムの堅牢性と干渉除去を向上させるために、典型的な狭帯域干渉(例えば、BW<50MHzの信号)を除去する。
・ステップ2105:UWBトランシーバーペア(UWB#1とUWB#2)を同期する。
・ステップ2110:UWBチップ#1は、UWBパルスバンドルで構成されるパケットを送信する。
・ステップ2115:UWBチップ#1タイマー(TC1)は、最後のパルスバンドルの送信中に開始される。
・ステップ2120:UWB#2がパケットを受信し、相関器回路1940/DLL回路1990が適切なパルスに同期する。
・ステップ2125:UWB#2は、最後のバンドル内の同期パルスが受信されるとタイマーを開始する。
・ステップ2130:UWB#2は、両方のトランシーバに既知の正確な時間を待機する。(注意:チップ#2は、パケット長がわかっているため、最後のバンドルがいつ発生するかを認識する。)
・ステップ2135:正確な待機時間の後、チップ#2は同じタイプのパケットをチップ#1に送り返す。
・ステップ2140:ここで、チップ#1は同じ同期プロセスを実行する。
・ステップ2145:チップ#1は、パケットの最後のバンドルが到着したことを判断し、そのTC1タイマーを停止して経過時間、TC1ELAPSEを生成する。
・ステップ2150:チップ#1は、以下の式(1)および測距距離に基づいて飛行時間(TOF)を決定する。
TC1ELAPSE=TOF+既知の待機時間+TOF+パケット長 (1)
・ステップ2210:チップ#1はUWBインパルスを送信する(図23の第1タイミング2300Aは、このインパルスエネルギー対時間を示す)。
・ステップ2220:(2つのチップ間の距離に比例する)時間、ΔTの後、インパルスはチップ#2に到達します(図23の第2タイミング2300B)。
・ステップ2230:このインパルスを検出するために、Chip#2は積分時間ウィンドウ内で入力信号のエネルギーを積分する(図23の第3タイミング2300C)。
・ステップ2240:積分時間ウィンドウ内のエネルギーがしきい値より大きい場合、インパルスがチップ#2に到着し、次の積分ウィンドウの開始時に、チップ#2がエコー信号をチップ#1に送り返すと想定される(図23の第4タイミング2300D)。
・ステップ2250:時間ΔTが経つと、このエコーインパルスがチップ#1に到達する(図23の第5タイミング2300E)。
・ステップ2260:チップ#1は、独自の積分ウィンドウ内で入力信号のエネルギーを統合する(第6タイミング2300F)。
・ステップ2270:この統合されたエネルギーは、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)に渡され、チップ#1と結合されてΔTが推定される。
・ステップ2280:ステップ2210から2270は何度も繰り返されてもよく、推定されたΔTはその不確実性を減らすために平均化される。
Claims (8)
- 第1超広帯域(UWB)トランシーバおよび第2UWBトランシーバに対して実行されるプロセスを使用して、前記第1UWBトランシーバと前記第2UWBトランシーバとを含む一対のUWBトランシーバ間の範囲を確立することを含む方法であって、
前記プロセスは、
第1クロックレートに依存する第1積分ウィンドウを有する前記第1クロックレートで動作する前記第1UWBトランシーバで超広帯域(UWB)インパルスを送信することと、
前記UWBインパルスの受信に応じて、前記第2UWBトランシーバによって生成されたエコー信号を前記第2UWBトランシーバから受信することと、
受信されたUWB信号を前記第1積分ウィンドウ内で積分し、前記第1積分ウィンドウ内の前記受信されたエネルギーが前記エコー信号が受信された所定の閾値をいつ超えるかを決定することと、
前記第1積分ウィンドウ内の積分エネルギーをデジタル信号処理(DSP)回路に渡すことと、
前記DSP回路で経過時間の推定値を導き出すことと、を含む方法。 - 前記エコー信号は、
第2クロックレートに依存する確立された第2積分ウィンドウを有する前記第2クロックレートで動作している前記第2UWBトランシーバで前記UWBインパルスを受信することと、
受信されたUWB信号を前記第2積分ウィンドウ内で積分し、第2積分ウィンドウ内の前記受信されたエネルギーが前記UWBインパルスが受信された所定の閾値をいつ超えるかを決定することと、
前記UWBインパルスの受信の決定後、次の第2積分ウィンドウで前記エコー信号を送信することと、を含むプロセスを介して前記第2UWBトランシーバによって生成される、請求項1に記載の方法。 - 前記プロセスを複数回繰り返して、経過時間の推定値を平均する、請求項1に記載の方法。
- 前記UWBインパルスは、複数のN個のパルスを含み、前記N個のパルスの各パルスは、複数のM個の周波数のうちの所定の周波数であり、所定の振幅を有し、所定のパルス長を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記エコー信号は、複数のN個のパルスを含み、前記N個のパルスの各パルスは、複数のM個の周波数のうちの所定の周波数であり、所定の振幅を有し、所定のパルス長を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記UWBインパルスは、複数のN個のパルスを含み、前記N個のパルスの各パルスは、複数のM個の周波数のうちの第1の所定の周波数であり、第1の所定の振幅を有し、第1の所定のパルス長を有し、
前記エコー信号は、複数のR個のパルスを含み、前記R個のパルスの各パルスは、複数のS個の周波数のうちの第2の所定の周波数であり、第2の所定の振幅を有し、第2の所定のパルス長を有する、請求項1に記載の方法。 - 第1超広帯域(UWB)トランシーバおよび第2UWBトランシーバに対して実行されるプロセスを使用して、前記第1UWBトランシーバと前記第2UWBトランシーバとを含む一対のUWBトランシーバ間の範囲を確立することを含む方法であって、
前記プロセスは、前記一対のUWBトランシーバのうちの前記第2UWBトランシーバで送信されたUWBパルスバンドルの処理に依存して、前記一対のUWBトランシーバのうちの前記第1UWBトランシーバの一部を構成する相関器回路を使用する前記第1UWBトランシーバにタイミング基準プロセスを確立することを含み、
前記相関器回路は、
基準パルス列を生成するためのパルス発生器からの信号で駆動される基準パルス発生器と、
精密な基準クロックで駆動される遅延ロックループ(DLL)を介して駆動される前記パルス発生器と、
互いに所定の時間オフセットで間隔をあけられた複数のタップを含む前記DLLと、
前記第1UWBトランシーバによって受信された前記UWBパルスバンドルの一部を前記基準パルス列と相関させる相関器と、を含み、
かつ、以下の少なくとも1つを含む、方法。
前記複数のタップのうちの互いからの所定の時間オフセットおよび前記複数のタップ内のタップ数は、前記第1UWBトランシーバおよび前記第2UWBトランシーバの間の通信のための公称データレートおよび前記UWBパルスバンドルの持続時間のうちの少なくとも1つに依存して確立される、および
前記タイミング基準プロセスは、前記相関器で相関ピークが確立されるまで、前記基準パルス列を生成するために前記基準パルス発生器を駆動する際に、前記DLLからの前記複数のタップのうちのどのタップが採用されるかを進める。 - 第1超広帯域(UWB)トランシーバおよび第2UWBトランシーバに対して実行されるプロセスを使用して、前記第1UWBトランシーバと前記第2UWBトランシーバとを含む一対のUWBトランシーバ間の範囲を確立することを含む方法であって、
前記プロセスは、前記一対のUWBトランシーバのうちの前記第2UWBトランシーバで送信されたUWBパルスバンドルの処理に依存して、前記一対のUWBトランシーバのうちの前記第1UWBトランシーバの一部を形成する相関器回路を使用する前記第1UWBトランシーバに、タイミング基準プロセスを確立することを含み、
前記第1UWBトランシーバは、
前記第2UWBトランシーバにより送信された前記UWBパルスバンドルを受信するための入力ポートと、前記相関器回路に接続された第1出力ポートと、エネルギー検出器回路に接続された第2出力ポートと、
を含むタップを含み、
前記エネルギー検出器回路は、受信したUWBパルスバンドルをデータに変換し、
タイミング基準回路と前記エネルギー検出器回路とは同時に動作し、
前記タイミング基準回路の出力は、前記一対の超広帯域(Ultra-Wideband(UWB))トランシーバ間の範囲を確立するためのタイミング情報を確立に使用される、方法。
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