JP2022523004A - ワイヤレス通信システムにおけるデュアル変調送信 - Google Patents

Abstract

ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための送信機（７００、１２００）およびその中の方法が開示される。送信機は、２つの異なる変調、バイナリ振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）とバイナリ周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）との組合せを使用して信号を変調することと、変調された信号を送信することとを行うように設定される。【選択図】図７

Description

本明細書の実施形態は、ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための送信機およびその中の方法に関する。特に、本明細書の実施形態は、２つの異なる変調を用いて変調される信号を送信することに関する。

モノのインターネット（ＩｏＴ）は、接続されるデバイスの数を著しく増加させることが予想される。これらのデバイスの圧倒的多数は、免許不要帯で、特に２．４ＧＨｚ産業科学医療用（ＩＳＭ）帯で動作する可能性がある。同時に、また、旧来、免許帯でサポートされているサービスのための免許不要帯をも使用する需要が増加している。たとえば、旧来、免許帯のみのための仕様を開発する第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）は、今、５ＧＨｚ免許不要帯で動作するロングタームエボリューション（ＬＴＥ）のバージョンをも開発した。

多数のこれらのＩｏＴデバイスはコインセルバッテリーによって電力供給されることが予想され、これは、エネルギー消費が最も重要であることを意味する。将来、これらのデバイスは、それらのエネルギーをそれら自体で取り入れることが可能になり、潜在的に、低エネルギー消費の重要性がより一層高まるようになることさえあり得る。

これらの種類のアプリケーションの場合、たとえば平均日中のピークデータレートと集計データレートの両方に関する、データレートは低い。これは、電力の大部分が、ＩｏＴデバイスがデータを送信または受信するときに消費されるのではなく、ＩｏＴデバイスが、それに宛てられた送信があり得るかどうかを決定するためにリスニングしているときに消費されることを意味する。

総エネルギー消費のそのような大きい部分が、ただ、それに宛てられた送信がそこにないことを見出すために、潜在的送信をリスニングすることに起因することは、いわゆるウェイクアップ受信機（ＷＵＲ）を開発する動機を与えてきた。ＷＵＲは、極めて低電力消費を有し、それの唯一の目的が、たとえばＩｏＴデバイス中の主トランシーバを起動させることである、回路である。したがって、ＷＵＲをもつＩｏＴデバイスは、潜在的パケット送信を走査するために、それの主受信機をオンにする必要がないが、代わりにＷＵＲをオンにする。事実上、ＩｏＴデバイスについてのデータがある場合、ウェイクアップシグネチャ（ＷＵＳ）がＷＵＲに送られる。ＷＵＲがこのＷＵＳを復号し、事実上データが存在することを決定すると、ＷＵＲは、次いで、主受信機と主送信機とを起動させ、通信リンクが確立され得る。

ＷＵＲは極めて電力効率的であるべきなので、Ｍ個のシンボルを用いた直交振幅変調（Ｍ－ＱＡＭ）のようなスペクトル効率的な変調フォーマットは実現可能でない。代わりに、現在実現可能な代替と考えられる変調はオンオフキーイング（ＯＯＫ）および周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）である。ＯＯＫは、今までＷＵＲをサポートすることを検討した唯一の規格である、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂａ規格のために選択される変調である。しかしながら、ＦＳＫは、多数の論文中で検討されており、また、いくつかの実装利点を有する。

ＯＯＫ信号は、振幅においてのみ変調され、周波数において変調されない信号であるので、それの検出は、周波数精度および位相ノイズとほとんど無関係である。これは、受信機が、それの周波数がロックされない自励（free-running）発振器を用いた周波数ダウンコンバージョンを採用し得、その結果、中間周波数（ＩＦ）が不確定になることを意味する。不確定なＩＦにおいてＯＯＫ信号を復調するために簡単なアナログ振幅検出器が使用され得る。振幅検出器はフィルタによって囲まれるべきであり、入力側のフィルタは、所望の信号が常駐し得るＩＦ周波数範囲内で信号を通過させるためのものであり、出力のフィルタは、ＯＯＫに対応する周波数より高い周波数を用いて信号の振幅変動を減衰させるためのものである。出力のフィルタはまた、ＤＣオフセットと低周波数外乱とをなくすために最低周波数を抑制するために有益である。簡単であるが、しかしながら、アナログ振幅検出器の欠点は、アナログ振幅検出器が、低い入力信号レベルにおいて逓減する利得を有し、それにより受信機の感度が制限されることである。

ＯＯＫとは対照的に、ＦＳＫ信号は、位相または周波数においてのみ変調され、振幅において変調されない信号である。復調は、したがって、振幅において外乱にあまり敏感でなく、代わりに周波数誤差に対してより敏感である。干渉状況に応じて、信号中の情報を表すために周波数のほうが好ましいまたは振幅のほうが好ましいことがある。たいていの場合、しかしながら、振幅は、より影響を受けやすい量であり得、特にその異なる干渉物によって引き起こされる断続干渉の場合、それらの送信をオンおよびオフにし、次いで、無線機のフロントエンドにおけるＤＣオフセットと利得との変動、ならびに振幅検出器によって検出される追加の電力の変動を引き起こす。周波数検出はそのような干渉にあまり敏感でなく、最も高い干渉状況ではＦＳＫのほうが好ましくなる。使用することが可能なとき、しかしながら、ＯＯＫは、より簡単であり、したがって、最も低い電力消費を可能にするはずである。

ＷＵＲを実装する２つの方法があることは、異なる規格が単に異なる変調を使用することを選択する結果になり得る。たとえば、規格ＡはＯＯＫを使用し得、規格ＢはＦＳＫを使用し得る。規格Ａと規格Ｂの両方をサポートするデバイスは、したがって、２つのＷＵＲアーキテクチャを実装しなければならないことがある。デバイスのアナログ部は一般にシリコン領域を占拠しているので、これは、同じ変調が使用されるが、デジタルベースバンドによって容易にサポートされ得る異なるコーディングとシンボルレートとが用いられる場合よりも、はるかにコストがかかる。

別の欠点は、ＯＯＫが好ましい変調であるのかＦＳＫが好ましい変調であるのかが、感度と選択性とに関する要件のようなことに依存し得ることである。デバイスは、たとえば、デバイスが送信機から近いのか遠いのかに応じて、まったく異なる受信機状態を受け得る。

また別の潜在的問題として、ＯＯＫが好ましい変調であるのかＦＳＫが好ましい変調であるのかが受信機アーキテクチャの選定に依存し得るようになり得る。これは、一方の変調または他方の変調を選択するときに、決定が、主に、ある企業の現在の製品実装に基づき得ることを意味し、これは、他の企業が、同様の様式でそれらの製品アーキテクチャを利用することが可能でないことがあることを暗示する。

したがって、本明細書の実施形態の目的は、ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための改善された方法および装置を提供することである。

本明細書の実施形態の第１の態様によれば、その目的は、ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための送信機中で実行される方法によって達成される。送信機は、２つの異なる変調、バイナリ振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）とバイナリ周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）の組合せを使用して信号を変調する。送信機は、次いで、変調された信号を送信する。

本明細書の実施形態の第２の態様によれば、その目的は、ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための送信機によって達成される。送信機は、２つの異なる変調、バイナリ振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）とバイナリ周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）の組合せを使用して信号を変調するように設定される。送信機は、さらに、変調された信号を送信するように設定される。

言い換えれば、本明細書の実施形態によれば、信号、たとえば、ウェイクアップ信号は、ＦＳＫとＯＯＫの両方を使用して変調され、信号中の情報が、ＦＳＫ復調器を用いて実装される受信機、たとえばＷＵＲと、ＯＯＫ復調器を用いて実装される受信機の両方によって抽出され得るように送信される。このようにして、どのタイプの復調器をＷＵＲ中に実装すべきかを選択し得る。

どちらのタイプの復調器が最良の復調器であるかが変動し得る展開では、両方のタイプの変調器を実装したデバイスが、瞬間状態に応じて２つの間で切り替わり、最良のパフォーマンスを与える復調器を選択することが可能であり得る。

本明細書の実施形態は、同じウェイクアップ信号を受信するために使用される２つのタイプの基本的に異なる受信機アーキテクチャをサポートすることを可能にし、受信機設計のフレキシビリティを高める。

本明細書の実施形態はまた、２つの信号が、異なる復調器を使用する受信機に宛てられる、２つの信号の多重化を可能にする。この場合、本明細書の実施形態は、同じ目的のために２つのパケットを送らなければならないのではなく、２つの異なるシステムを起動するために単一のウェイクアップパケットが使用され得るので、ウェイクアップ受信機のよりスペクトル効率的な使用を可能にする。

受信機が両方の変調をサポートする場合、両方の変調を利用することによって総データレートを高めることも可能であり得る。

したがって、本明細書の実施形態は、ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための改善された方法および装置を提供する。

添付の図面を参照しながら、本明細書の実施形態の例についてより詳細に説明する。

従来技術によるＦＳＫ復調器を示す概略ブロック図である。 図１に示されたＦＳＫ復調器をもつ受信機についてのアイダイヤグラムである。 従来技術によるＯＯＫ／ＡＳＫ復調器を示す概略ブロック図である。 図３に示されたＯＯＫ復調器をもつ受信機についてのアイダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による方法を示すフローチャートである。 本明細書の実施形態による、ＯＯＫ／ＡＳＫがＧＦＳＫ信号に適用されるときの、ＧＦＳＫ信号についてのＰＳＤを示すダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による、デュアル変調変調器をもつ送信機を示す概略ブロック図である。 本明細書の実施形態による、デュアル変調を使用して変調される信号についてのＰＳＤを示すダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による、デュアル変調信号を受信するときのＦＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による、デュアル変調信号を受信するときのＯＯＫ／ＡＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による、デュアル変調信号を受信するときの位相ドメインにおいて動作するＦＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による、独立したデータをもつデュアル変調変調器をもつ送信機を示す概略ブロック図である。 本明細書の実施形態による、独立したデータをもつデュアル変調を使用して変調される信号についてのＰＳＤを示すダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による、独立したデータをもつデュアル変調信号を受信するときのＦＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムである。 本明細書の実施形態による、独立したデータをもつデュアル変調信号を受信するときのＯＯＫ／ＡＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムである。 本明細書の実施形態によるＰＷＭの例を示すダイヤグラムである。 本明細書の実施形態が実装され得る通信デバイスの実施形態を示す概略ブロック図である。

本明細書の実施形態を開発することの一部として、まず、個々の変調と、それぞれの変調を復調するための対応する受信機とについて説明する。

ＦＳＫ：変調および復調
ＦＳＫ信号は信号の瞬時周波数において情報を搬送する。情報の量が制限され、したがって、大きい変調アルファベットを使用する必要がないので、ここでは、ＦＳＫに基づくＷＵＳの最も有望な代替であるバイナリＦＳＫについて考える。

一般性の喪失なしに、論理１は正の周波数オフセットを使用して送信されるが、論理０は負の周波数オフセットを使用して送信されると仮定し得、オフセットは、ここでは、キャリア周波数と比較した周波数オフセットを指す。

ＦＳＫ信号を復調するための異なる手段がある。１つの方法は、ＦＳＫ信号を本質的に微分し、この方法で位相変化が正であるのか負であるのかを推定することによって、瞬時周波数を直接推定することであり得る。これは非コヒーレント受信と呼ばれる。図１は、隣接チャネル干渉を除去するためのチャネル選択性フィルタＣＳＦ１１０と、信号を遅延させるための遅延ユニットＤ１２０と、信号にその信号の遅延バージョンの共役複素数（complex conjugate）を乗算するための乗算器Ｘ１３０を含む、そのようなＦＳＫ復調器を示す。信号を微分することは、信号にその信号の遅延バージョンの共役複素数を乗算し、次いで、周波数偏差が正であるのか負であるのかを推定するために、得られた虚数部を検討することによって行われる。

２つの信号間の導関数または差は、一般に、信号自体よりもノイズが多いので、信号の瞬時位相を検討することによって周波数オフセットが正であるのか負であるのかを直接推定することによって、復調器のパフォーマンスを向上させようと試み得る。これが実現可能になるためには、一般に受信機がより複雑になることを意味する、位相基準を有する必要がある。復調が、位相基準を使用することに基づく場合、それはコヒーレント受信機と呼ばれる。

受信機が、ＦＳＫ信号を復調するために図１に示されている復調器を使用するとき、いわゆるアイダイヤグラムを検討することによって、受信機がどのくらいうまく働くかがよく理解され得る。ガウシアンＦＳＫ（ＧＦＳＫ）信号についてのアイダイヤグラムの例が図２に示されている。ＧＦＳＫはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギー（ＢＬＥ）通信ネットワーク中で使用される。この図では、サンプリングレートは２０ＭＨｚであり、データレートは、アイ開口間の距離が２０サンプルであることを意味する１Ｍｂ／ｓである。図２を参照すると、決定を行うための最適な時間は、アイ開口ができる限り大きい、すなわち、サンプルインスタント６、２６、４６、…にあるときであることが容易にわかる。

ＯＯＫ／ＡＳＫ：変調および復調
ＯＯＫ信号は、信号の振幅において情報を搬送し、それの最も簡単な形式では、これは、論理１は、０よりも大きい振幅をもつ信号を送ることによって送信されるが、論理０は信号の不在によって表されることを意味する。より一般的な形式では、情報は、両方の振幅が０よりも大きい、２つの異なる振幅をもつ信号を使用することによって送信され得、これは振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）と呼ばれる。

図３は、隣接チャネル干渉を除去するチャネル選択性フィルタＣＳＦ３１０と、包絡線検出器３２０とを含む、ＡＳＫ復調器を示す。包絡線検出器３２０は整流回路３２１とローパスフィルタＬＰＦ３２２とを備え得る。

ＦＳＫ受信機の場合と同様に、それのアイダイヤグラムを検討することによってＡＳＫ／ＯＯＫ受信機のパフォーマンスについて良好な感覚を得ることができる。ＯＯＫ信号についてのアイダイヤグラムの例が図４に示されている。図２に示されたアイダイヤグラムと同様に、サンプリングレートは２０ＭＨｚであり、ビットレートは１Ｍｂ／ｓである。見られ得るように、２つのアイダイヤグラムの形状は、同等ではないが、やや類似する。

対応する変調のＦＳＫおよびＡＳＫ／ＯＯＫ復調について手短に説明したが、次に、図５を参照しながら、本明細書の実施形態によるワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための送信機中で実行される方法について説明する。本方法は以下の行為またはステップを含む。

行為５１０
送信機は、データストリームの論理１または０に基づいて、２つの異なる変調、バイナリ振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）とバイナリ周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）の組合せを使用して信号を変調する。

たとえば、２つの異なる変調を使用して信号を変調することは、情報データストリームの論理１または０に基づいて、周波数オフセットを用いて信号の周波数をシフトすることと、振幅オフセットを用いて信号の振幅をシフトすることとによって実行され得る。

行為５２０
送信機は、変調された信号を送信する。

以下で、２つの異なる変調ＡＳＫおよびＦＳＫを使用して信号を変調することについて、いくつかの例を用いて詳細に説明する。

ＡＳＫおよびＯＯＫは、原則として、任意の波形に基づいて生成され得るので、特に、たとえば、ＢＬＥ規格において使用される同じパラメータを用いてＧＦＳＫ信号にＡＳＫ／ＯＯＫ変調を適用することが選択され得る。そのような信号についての電力スペクトル密度（ＰＳＤ）が図６に示されている。見られ得るように、送信された信号は、ＯＯＫを使用して変調される２５０ｋＨｚ周波数オフセットをもつシヌソイド信号であるので、ＰＳＤは２５０ｋＨｚにおいて明確なピークを示す。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、同じ情報が、ＦＳＫとＡＳＫの両方を使用して変調され、送信され得る、すなわち、信号は、同じ情報を表すバイナリでの１つのデータストリームを用いてＦＳＫとＡＳＫの両方を使用して変調される。図７は、デュアル変調変調器、すなわち、ＦＳＫ変調器ＦＳＫ７２０とＡＳＫ変調器ＡＳＫ７３０とを備える送信機７００を示す。送信機７００は、情報データストリームの論理１または０に基づいて、２つの異なる変調、バイナリＡＳＫとバイナリＦＳＫの組合せを使用して信号を変調し、変調された信号を送信するように設定される。図７に示されているように、信号は、信号生成器７１０から生成され得、同じデータストリームデータを用いてＦＳＫとＡＳＫ変調器の両方によって変調される。本実施形態によるデュアル変調の例として、＋／－２５０ｋＨｚの周波数偏差をもつＢＬＥ信号を生成することから開始し得るが、負の周波数オフセットをもつＢＬＥ信号を信号振幅の半分を用いて変調させる。このようにして、論理０をもつデータは、ＦＳＫと見なされる場合は負の周波数オフセットを用いて表され、ＡＳＫと見なされる場合はより低い振幅を用いて表され得る。送信機７００は、変調された信号を増幅するために電力増幅器ＰＡ７４０をさらに備え得るか、またはＰＡ７４０はＡＳＫ７３０と組み合わせられ得る。

デュアル変調信号のＰＳＤは、図８に示されているように、もはや個別構成要素を含んでいない。正の周波数オフセットは、より高い電力を用いて使用されるので、ＰＳＤは、ＧＦＳＫのみを用いたＢＬＥ信号と比較して正の周波数オフセットに向かってシフトされる。ＰＳＤからの個別周波数成分の除去または抑制はデュアル変調による望ましい副作用であるであるが、これは、いくつかの規制ドメインにおいて、ナローバンドにおいて送信される電力の量に関する制限があるからである。たとえば、連邦通信委員会パート１５．２４７によれば、「デジタル変調されたシステムの場合、意図的なラジエータからアンテナに伝導される電力スペクトル密度は、連続送信の任意の時間間隔中に任意の３ｋＨｚ帯域中で８ｄＢｍよりも大きくないものとする」。

この形式のデュアル変調を適用し、次いで、デュアル変調信号を復調するために前のセクションにおいて説明したＦＳＫおよびＯＯＫ復調器をもつ受信機を使用すると、それぞれ図９および図１０に示されたアイダイヤグラムが得られる。図９中のアイダイヤグラムを参照すると、正および負のオフセットのために使用される異なる電力は、ｙ軸を見ることによって信号の振幅から明らかにわかり、検出器によって推定される最大の正の周波数は負の周波数よりもはるかに大きい。これは、微分では、振幅が影響をもつためである。さらに、最大および最小周波数をもつアイ開口を純粋なＧＦＳＫ信号のアイ開口と比較すると、依然として明らかにわかるが、アイ開口が低減されることは明らかである。図１０中に示されるＯＯＫ受信機中に見つけられるアイ開口は依然としてかなり開いている。しかしながら、この場合に考慮に入れられるべきことは、オフ、すなわち、信号がないまたは信号振幅が０であるので、絶対アイ開口は低減され、信号振幅を２分の１に低減させるだけで置き換えられていることである。

ＦＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムが極めて非対称であることは、信号を微分することが、信号の遅延バージョンの共役複素数を用いて信号を多重化することによって行われ、次いで、周波数偏差が正であったか負であったかを推定するために得られた虚数部を検討することによる。

復調器の目的は、位相シフトが正であるか負であるかを決定することであるので、代替実装形態では、位相が直接検討され得る、すなわち、微分は、存在する信号の位相を用いて遅延した信号から位相を減算することによって実行される。このようにして、信号の振幅はアイダイヤグラム中に見られなくなる。位相上で直接動作している受信機についてのアイダイヤグラムが図１１に示されている。図１１中のアイダイヤグラムは、受信機を位相ドメイン中で動作させる場合、ＦＳＫ信号の上にＡＳＫを加算することに関連するコストが本質的にないという印象を与え得る。しかしながら、より低い振幅を用いて送られる信号はノイズをより受けやすいので、これは当てはまらない。

前述の実施形態は、同じ情報がＦＳＫとＡＳＫの両方を使用して送信され得る状況をターゲットとする。ＦＳＫとＡＳＫとを使用して異なる情報を送信することも可能である、すなわち、信号は、異なる情報を表す２つのデータストリームを用いて変調され得る。エラー!参照ソースが見つからない。は、信号が、第１のデータストリームデータ１に基づいてＦＳＫを用いて変調され、第２のデータストリームデータ２に基づいてＡＳＫを用いて変調される、本明細書のいくつかの実施形態によるそのような送信機１２００を示す。それは、信号が連続的に２回変調されるように見られ得る。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、２つのデータストリームのための変調は同じデータレートで行われ得る。これは、おそらく、信号の受信のための最も好都合な状況でもある。図１３は、独立したデータを用いてデュアル変調を使用して変調される信号についてのＰＳＤを示す。図１４は、独立したデータを用いてデュアル変調信号を受信するときのＦＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムを示す。図１５は、独立したデータを用いてデュアル変調信号を受信するときのＯＯＫ受信機についてのアイダイヤグラムを示す。

２つのデータストリームは独立しているので、ＰＳＤは、図１３に示されているように対称になる。ＦＳＫ受信機についてのアイダイヤグラムに関して、図１４に示されているように、より低い振幅は、今度は、負のオフセットと周波数オフセットの両方に影響を及ぼし、したがって、両方の方向からアイを効果的に閉じることが認められ得る。したがって、ＦＳＫ受信機のパフォーマンスは、２つのデータストリームが２つの変調について同等ではなく独立している場合、著しい悪影響を受けることが予想され得る。

最後に、ＯＯＫ受信機についてのアイダイヤグラムについて考えると、アイ開口は、同等のデータを用いてデュアル変調信号を受信するときのアイ開口と大体同じであることがわかり得る。情報は信号のエンベロープ中にあるので、それは実際には重要ではない。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、ビットレートは、ＦＳＫとＯＯＫとを使用して送信される２つのデータストリームについて異なり得る。たとえば、ＦＳＫ信号が１Ｍｂ／ｓで送信され、ＡＳＫ信号が５００ｋｂ／ｓで送信され得るか、またはその逆で送信され得る。

２つの変調のために異なるデータレートを使用することが望ましいことがあるときの１つの特定の状況は、それらの一方がマンチェスターコーディングを適用している場合である。すなわち、データストリームのいずれか一方または両方の情報はマンチェスターコードによって表され得る。マンチェスターコーディングが適用されるとき、情報は、たとえば、信号の周波数または振幅中で直接送られないが、代わりに、情報は、信号がどのように変化するかによって表される。ＦＳＫの場合、マンチェスターコーディングは、論理０が、正の周波数オフセットと、その後の負の周波数オフセットとによって表され得るが、論理１が、負の周波数オフセットと、その後の正の周波数オフセットとによって表されるであろうように実装され得る。この場合にマンチェスターコーディングを適用することの利点は、復調器が、絶対周波数偏差についての決定を行うのではなく、むしろ、周波数偏差がどのように変化するかについての決定を行うので、中心周波数を推定する必要がないことである。

ＯＯＫの場合、マンチェスターコーディングは同様に機能する。論理０は、オフによって表されるのではなく、代わりにオン－オフによって表され、論理１は、ただオンの代わりにオフ－オンによって表される。

次に、ＦＳＫおよびＯＯＫがいつデュアル変調のために使用されるかを考える。マンチェスターコーディングがＯＯＫに適用され、ＦＳＫのためのデータレートをＯＯＫのためのデータレートの２倍の高さにした場合、各ＦＳＫシンボルは、ちょうど１つのオンと１つのオフ部分とを含んでいることになり、したがって、ＦＳＫ信号が復調されるとき、両方の周波数は同じ総電力を用いて効果的に受信される。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、２つの異なる変調を使用して信号を変調することは、信号が、ある時間期間中にはＦＳＫを用いて変調され、別の時間期間中にはＡＳＫを用いて変調されるように、２つの変調を時間的にスタガリングすることによって実行され得る。

たとえば、ＦＳＫ信号が生成され、また、信号は、いくつかの時点において信号の位相を考慮することによって復調されることが知られているが、これらの時点間では、受信機は、実際には信号の情報を使用しないと仮定する。その場合、信号は、信号がＦＳＫ受信機によって使用されない時間の部分中にＡＳＫを使用して変調され得る。この種類のデュアル変調はインターリーブド変調と呼ばれることがある。

本明細書のいくつかの実施形態によれば、１つの可能性は、位相が受信機によって観測される時点の周りにパルスがセンタリングされる、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用することであり得る。受信機中のＣＳＦの帯域幅は、その場合、信号の位相をサンプリングするときに最短パルスもほぼ全振幅に達するように、十分に広くなり得る。その場合、ＦＳＫ信号検出の劣化がなくなる。ＡＳＫは、ＰＷＭによって、すなわち、異なるパルス幅を使用して実装され得、したがって、低い振幅は、狭いまたは短いパルスを使用することによって表され、大きい振幅は広いまたは長いパルスによって表される。ＯＯＫでは、全振幅が連続送信によって表され得る、すなわち、パルスが非常に広いので、信号は、全ＯＯＫ振幅中の１００％の時間、オンである。ＯＯＫ受信中は、フィルタの帯域幅は、インターリーブド変調の信号特性により、増加させる必要はないが、周波数精度に関してのみ設定され得る。

いくつかの受信機アーキテクチャの場合、周波数生成に関する要件が極めて緩和されることを可能にするために、比較的広いＣＳＦを使用することが必要であり得る。これが当てはまるとき、特にＦＳＫ受信機についてのパフォーマンスは、周波数生成に関する緩和された要件によって達成される、低減された電力消費の代償として、低下する。しかしながら、いずれにせよＣＳＦが広い場合、ＡＳＫ／ＯＯＫ信号の生成中にこれが利用され得る。特に、オン信号はより広いパルス幅によって表され得るが、オフ信号はより狭いパルス幅によって表され得る。ＡＳＫ／ＯＯＫ受信機は、ビットレートに一致したＬＰＦを含んでいるので、ＰＷＭが正確にどのように行われるかは一般に重要でない。オンが１つの広いパルスによって表され、オフが２つの狭いパルスによって表される例が図１６に示されている。たとえば、パルスが、事実上、２つまたはそれ以上のパルスからなる場合、信号の帯域幅がＣＳＦの帯域幅内に納まる限り、それは重要ではない。

ＰＷＭは、２つの対応する実施形態において説明したように、ＦＳＫとＡＳＫとを用いて変調されたデータが異なるか同等であるかとは無関係に適用可能である。

異なる実施形態の説明は、２つの異なる変調を使用して信号を変調することの実現可能性を強調し、さらに、変調の一方を考慮に入れて標準受信機のみを使用して情報を抽出することが可能であるために行った。これらの例示的な例に基づいて、デュアル変調のコストが、アイダイヤグラムを検討することによって上記で示されたパフォーマンスであることは明らかなはずである。次に、このパフォーマンス低下について、いくぶんより詳細に説明し、特に、パフォーマンス低下が及ぼし得る悪影響を低減するために何が行われ得るかについて説明する。一般に、一方の変調のパフォーマンスが、他方の変調を犠牲にして改善され得るという意味で、デュアル変調に関連するトレードオフがある。このトレードオフは、同じ情報またはデータが両方の変調を使用しているかどうか、または、独立した情報またはデータが２つの変調を使用して送信されるかどうかとは無関係に、場合によっては、変動する度合いに応じて存在する。

何がパラメータの選定に影響を及ぼし得るかについて説明するために、デュアル変調が、例のうちの１つに示されているように達成される、すなわち、論理０が、負の周波数オフセットによって表され、正の周波数オフセットによって表される論理１のために使用されるものの低減された振幅において送信されると仮定する。

トレードオフは、ここでは以下のとおりである。振幅がほとんど低減されない場合、デュアル変調信号はＦＳＫ信号と同様になり、その場合、ＦＳＫ受信機についてのパフォーマンスは極めて良好になるが、ＡＳＫ受信機についてのパフォーマンスは不十分になる。反対に、振幅オフセットが大きい場合、デュアル変調信号はＯＯＫ信号と同様になり、パフォーマンスは、ＯＯＫ受信機について良好になるが、ＦＳＫ受信機については不十分になる。

これを探査する１つの方法は、送信機が、異なるデバイスについての受信機状態を大まかに知っているときであり、また、受信機状態がＦＳＫ種類の受信機を使用するのかＡＳＫ種類の受信機を使用するのかである。ＦＳＫ受信機が、送信機から遠く離れており、したがって、比較的不十分な受信機状態を有するが、ＡＳＫ受信機が送信機に比較的近い場合、送信機は、ＦＳＫ受信機を助けるために比較的小さい振幅オフセットを使用することを選択し得る。遠く離れているＡＳＫ受信機の場合、振幅オフセットは、代わりに、ＡＳＫ受信機を助けるために増加させられ得る。

したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、２つの異なる変調を使用して信号を変調するとき、ＦＳＫ変調のための周波数オフセットと、ＡＳＫ変調のための使用される２つの振幅の振幅オフセットとが、受信機状態に基づいて選択され得る。

本明細書の実施形態による送信機７００、１２００は様々な通信デバイスまたは装置において採用され得る。図１７は通信デバイス１７００についてのブロック図を示す。通信デバイス１７００は、本明細書の実施形態による送信機７００、１２００を備える。通信デバイス１７００は他のユニットをさらに備え得、受信機１７１０、メモリユニット１７２０および処理ユニット１７３０が示されている。通信デバイス１７００は、ワイヤレス通信システムのための、無線基地局、ユーザ機器またはモバイルデバイス、Ｗｉ－Ｆｉアクセスポイント、Ｗｉ－Ｆｉステーション、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギーデバイスなどであり得る。

要約すると、本明細書の実施形態は、ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための改善された方法および装置を提供する。信号、たとえばウェイクアップ信号は、ＦＳＫとＡＳＫ／ＯＯＫの両方を使用して変調され、信号中の情報が、ＦＳＫ復調器を用いて実装された受信機と、ＯＯＫ復調器を用いて実装された受信機の両方によって抽出され得るように、送信される。

本明細書の実施形態は、両方のタイプの変調器を実装したデバイスが、瞬時状態に応じて２つの間で切り替わり、最良のパフォーマンスを与える変調器を選択することを可能にする。

本明細書の実施形態は、同じウェイクアップ信号を受信するために使用されるべき２つのタイプの基本的に異なる受信機アーキテクチャをサポートすることを可能にし、受信機設計のフレキシビリティを高める。

本明細書の実施形態はまた、２つの信号が、異なる復調器を使用する受信機に宛てられる、２つの信号の多重化を可能にする。この場合、本明細書の実施形態は、同じ目的のために２つのパケットを送らなければならないのではなく、２つの異なるシステムを起動するために単一のウェイクアップパケットが使用され得るので、ウェイクアップ受信機のよりスペクトル効率的な使用を可能にする。

受信機が両方の変調をサポートする場合、両方の変調を利用することによって総データレートを向上させることも可能で有り得る。

単語「備える（comprise）／備える（comprising）」を使用するとき、それは、非限定的、すなわち「少なくともからなる」を意味するものとして解釈されるものとする。

本明細書の実施形態は、上記で説明した好適な実施形態に限定されない。様々な代替、改変および等価物が使用され得る。したがって、上記実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲を限定するものとして取られるべきでない。

Claims (23)

1. ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための送信機（７００、１２００）中で実行される方法であって、前記方法は、
   ２つの異なる変調、バイナリ振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）とバイナリ周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）との組合せを使用して信号を変調すること（５１０）と、
   前記変調された信号を送信すること（５２０）と
   を含む、方法。
2. ２つの異なる変調を使用して信号を変調することが、データストリームの論理１または０に基づいて周波数オフセットを用いて前記信号の周波数をシフトすることと、振幅オフセットを用いて前記信号の振幅をシフトすることとによって実行される、請求項１に記載の方法。
3. ２つの異なる変調を使用して信号を変調することは、前記信号が、ある時間期間中にはＦＳＫを用いて変調され、別の時間期間中にはＡＳＫを用いて変調されるように前記２つの変調を時間的にスタガリングすることによって実行される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記信号が、同じ情報を表す１つのデータストリームを用いて変調される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記信号が、異なる情報を表す２つのデータストリームを用いて変調される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記信号が、第１のデータストリームに基づいてＦＳＫを用いて変調され、第２のデータストリームに基づいてＡＳＫを用いて変調される、請求項５に記載の方法。
7. 前記２つのデータストリームのビットレートが異なる、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記データストリームのいずれか一方または両方中の前記情報がマンチェスターコードによって表される、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ＡＳＫ変調がパルス幅変調によって実装される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ＡＳＫがオンオフキーイング（ＯＯＫ）である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記信号を変調するときに、受信機状態に基づいて、ＦＳＫ変調のための周波数オフセットと、ＡＳＫ変調のための振幅オフセットとを選択することをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. ワイヤレス通信システムにおいて受信機に信号を送信するための送信機（７００、１２００）であって、前記送信機は、
    ２つの異なる変調、バイナリ振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）とバイナリ周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）との組合せを使用して信号を変調することと、
    前記変調された信号を送信することと
    を行うように設定された、送信機（７００、１２００）。
13. 前記送信機が、データストリームの論理１または０に基づいて、周波数オフセットを用いて前記信号の周波数をシフトすることと、振幅オフセットを用いて前記信号の振幅をシフトすることとによって、２つの異なる変調を使用して信号を変調するように設定された、請求項１２に記載の送信機（７００、１２００）。
14. 前記送信機は、前記信号が、ある時間期間中にはＦＳＫを用いて変調され、別の時間期間中にはＡＳＫを用いて変調されるように前記２つの変調を時間的にスタガリングすることによって、２つの異なる変調を使用して信号を変調するように設定された、請求項１２または１３に記載の送信機（７００、１２００）。
15. 前記信号が、同じ情報を表す１つのデータストリームを用いて変調される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の送信機（７００、１２００）。
16. 前記信号が、異なる情報を表す２つのデータストリームを用いて変調される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の送信機（７００、１２００）。
17. 前記信号が、第１のデータストリームに基づいてＦＳＫを用いて変調され、第２のデータストリームに基づいてＡＳＫを用いて変調される、請求項１６に記載の送信機（７００、１２００）。
18. 前記２つのデータストリームのビットレートが異なる、請求項１６または１７に記載の送信機（７００、１２００）。
19. 前記データストリームのいずれか一方または両方中の前記情報がマンチェスターコードによって表される、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の送信機（７００、１２００）。
20. 前記ＡＳＫ変調がパルス幅変調によって実装される、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の送信機（７００、１２００）。
21. 前記ＡＳＫがオンオフキーイング（ＯＯＫ）である、請求項１２から２０のいずれか一項に記載の送信機（７００、１２００）。
22. 前記信号を変調するときに、受信機状態に基づいて、ＦＳＫ変調のための周波数オフセットと、ＡＳＫ変調のための振幅オフセットとを選択するようにさらに設定された、請求項１２から２１のいずれか一項に記載の送信機（７００、１２００）。
23. 請求項１２から２２のいずれか一項に記載の送信機を備える通信デバイス（１７００）。
    

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