特許 6042380 データパケットの無線伝送方法、データパケットを無線伝送するネットワークノードおよびネットワークノードを有する無線制御ネットワーク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6042380

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】データパケットの無線伝送方法、データパケットを無線伝送するネットワークノードおよびネットワークノードを有する無線制御ネットワーク

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/7183 20110101AFI20161206BHJP

   H04L 7/00 20060101ALI20161206BHJP

   H04L 27/00 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H04B1/7183

   H04L7/00 970

   H04L27/00 Z

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-149878(P2014-149878)

(22)【出願日】2014年7月23日

(62)【分割の表示】特願2012-555399(P2012-555399)の分割

【原出願日】2011年3月1日

(65)【公開番号】特開2015-8474(P2015-8474A)

(43)【公開日】2015年1月15日

【審査請求日】2014年7月23日

(31)【優先権主張番号】102010009678.4

(32)【優先日】2010年3月1日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390039413

【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(74)【代理人】

【識別番号】100128679

【弁理士】

【氏名又は名称】星 公弘

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス フント

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス ハインリヒ

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン フッケンホルツ

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン シュヴィンゲンシュレーグル

【審査官】 速水 雄太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０８０７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９９２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９２５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３６０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３０９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１６３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５２７１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０８２２７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Olonbayar, S. 他，Synchronisation performance of wireless sensor networks，Ultra-Wideband, 2008. ICUWB 2008. IEEE International Conference on，米国，IEEE，２００８年 ９月１０日，Volume: 2，pp.59-62

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １／７１８３

Ｈ０４Ｌ ７／００

Ｈ０４Ｌ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御ネットワークにおけるネットワークノード（１）のデータパケット（ＤＰ）を無線伝送する方法であって、
前記データパケット（ＤＰ）は同期化のために、所定数のプレアンブルシンボル（Ｓ）からなるそれぞれ１つのプレアンブル（ＰＲＥ）を有しており、
第１の動作モードでは、前記プレアンブル（ＰＲＥ）のプレアンブルシンボル（Ｓ）の各プレアンブルサブシンボル（Ｃ）が伝送される個別信号パルスの符号に応じて符号化され、
第２の動作モードでは、前記データパケット（ＤＰ）で伝送される前記プレアンブル（ＰＲＥ）の信号識別能力を高めるために、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）が前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）の符号化のために伝送され、当該信号パルスシーケンスでは前記個別信号パルスが複数回反復して伝送され、
前記ネットワークノード（１）を、前記第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り換える方法。

【請求項2】

制御ネットワークにおけるネットワークノード（１）のデータパケット（ＤＰ）を無線伝送する方法であって、
前記データパケット（ＤＰ）は同期化のために、所定数のプレアンブルシンボル（Ｓ）からなるそれぞれ１つのプレアンブル（ＰＲＥ）を有しており、
１つの動作モードでは、前記データパケット（ＤＰ）で伝送される前記プレアンブル（ＰＲＥ）の信号識別能力を高めるために、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）が前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）の符号化のために伝送され、当該信号パルスシーケンスでは前記個別信号パルスが複数回反復して伝送され、
前記ネットワークノード（１）が、前記動作モードに予め構成されている方法。

【請求項3】

前記個別信号パルスまたは前記信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）にはそれぞれ信号休止（ＳＰ）が続き、該信号休止は前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）間のシンボル間干渉を回避するために設けられている、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記各プレアンブルシンボル（Ｓ）が、所定数の前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）に応じて三値に符号化される際に、
前記個別信号パルスおよび前記信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）の信号パルスはそれぞれ正、負または中性の符号を有している、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

受信されたデータパケット（ＤＰ）の信号パルスの符号が、データパケット損失率を低下するために識別される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

データパケット（ＤＰ）を無線伝送するネットワークノード（１）であって、
前記データパケット（ＤＰ）は同期化のために、所定数のプレアンブルシンボル（Ｓ）からなるそれぞれ１つのプレアンブル（ＰＲＥ）を有しており、
第１の動作モードでは、前記プレアンブル（ＰＲＥ）のプレアンブルシンボル（Ｓ）の各プレアンブルサブシンボル（Ｃ）が伝送された個別信号パルスの符号に応じて符号化され、
第２の動作モードでは、前記データパケット（ＤＰ）で伝送された前記プレアンブル（ＰＲＥ）の信号識別能力を高めるために、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）が前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）の符号化のために伝送され、当該信号パルスシーケンスでは前記個別信号パルスが複数回反復して伝送され、
前記ネットワークノード（１）が、前記第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り換えられるネットワークノード（１）。

【請求項7】

データパケット（ＤＰ）を無線伝送するネットワークノード（１）であって、
前記データパケット（ＤＰ）は同期化のために、所定数のプレアンブルシンボル（Ｓ）からなるそれぞれ１つのプレアンブル（ＰＲＥ）を有しており、
１つの動作モードでは、前記データパケット（ＤＰ）で伝送される前記プレアンブル（ＰＲＥ）の信号識別能力を高めるために、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）が前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）の符号化のために伝送され、当該信号パルスシーケンスでは前記個別信号パルスが複数回反復して伝送され、
前記ネットワークノード（１）が、前記動作モードに予め構成されているネットワークノード（１）。

【請求項8】

データパケット（ＤＰ）を伝送するネットワークノード（１）を有する無線制御ネットワークであって、
前記データパケット（ＤＰ）は同期化のために、所定数のプレアンブルシンボル（Ｓ）からなるそれぞれ１つのプレアンブル（ＰＲＥ）を有しており、
第１の動作モードでは、前記プレアンブル（ＰＲＥ）のプレアンブルシンボル（Ｓ）の各プレアンブルサブシンボル（Ｃ）が伝送される個別信号パルスの符号に応じて符号化され、
前記データパケット（ＤＰ）で伝送される前記プレアンブル（ＰＲＥ）の信号識別能力を高めるための第２の動作モードでは、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）が前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）の符号化のために伝送され、当該信号パルスシーケンスでは前記個別信号パルスが複数回反復して伝送され、
前記ネットワークノード（１）を、前記第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り換える、無線制御ネットワーク。

【請求項9】

データパケット（ＤＰ）を伝送するネットワークノード（１）を有する無線制御ネットワークであって、
前記データパケット（ＤＰ）は同期化のために、所定数のプレアンブルシンボル（Ｓ）からなるそれぞれ１つのプレアンブル（ＰＲＥ）を有しており、
前記データパケット（ＤＰ）で伝送される前記プレアンブル（ＰＲＥ）の信号識別能力を高めるための動作モードでは、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンス（ＳＩＦ）が前記プレアンブルサブシンボル（Ｃ）の符号化のために伝送され、当該信号パルスシーケンスでは前記個別信号パルスが複数回反復して伝送され、
前記ネットワークノード（１）が、前記動作モードに予め構成されているネットワーク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御ネットワークのネットワークノード間でデータパケットを無線伝送する方法および装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

たとえば機械を制御するために制御ネットワークのネットワークノード間で無線通信する際には、無線インタフェースを介してデータパケットが伝送される。機械制御のための無線通信は、一方では非常に小さな待ち時間と、他方では非常に高いデータ伝送信頼性を必要とする。さらに制御ネットワークが上位の制御ネットワークとして使用される場合には、制御ネットワークが他の無線ネットワークと共存することが必要である。ここで高いデータ伝送信頼性を提供することは技術的な挑戦である。なぜならデータ伝送の際に信頼性を高めるための従来の措置の多くは待ち時間も長くするからである。さらに制御ネットワークにより制御される機械を備える工業的製造施設は、無線インタフェースを介する無線通信にとって難しい環境である。製造施設または機械を備える工業的製造個所には、データ伝送信号を阻止または反射する金属表面が存在し、そのため比較的大きな電磁ノイズが存在する。反射性の金属表面により、いわゆるマルチパス信号伝播が生じる。

【0003】

従来の無線ネットワーク技術、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＩＥＥＥ８０２．１５．４は、制御ネットワークに対する上記問題のため、とりわけ工業的製造環境または工業オートメーションにはほとんど適しない。

【0004】

したがって、データパケットが制御ネットワークのネットワークノード間で無線伝送される規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａによるデータ伝送が提案された。しかし規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａによるデータパケット伝送では大きなデータパケット損失率が発生することが判明した。データパケット損失率が高いと、データパケットのヘッダにあるプレアンブルが誤って識別されてしまう。このことはとりわけ、エネルギー検知により動作するネットワークノードの受信の際に生じる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって本発明の課題は、工業的環境でも低いデータパケット損失率で、制御ネットワークのネットワークノード間でデータパケットを確実に伝送することのできる、制御ネットワークのネットワークノード間でのデータパケットの無線伝送方法および無線伝送装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は本発明により、請求項１に記載された特徴を備える方法によって解決される。

【0008】

本発明は、制御ネットワークのネットワークノード間でデータパケットを無線伝送する方法を提供するものであり、データパケットは同期化のために、所定数のプレアンブルシンボルからなるそれぞれ１つのプレアンブルを有しており、第１の動作モードでは、プレアンブルのプレアンブルシンボルの各プレアンブルサブシンボルが伝送された個別信号パルスの位相によって符号化され、データパケットで伝送されたプレアンブルの信号識別能力を高めるための第２の動作モードでは、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンスがプレアンブルサブシンボルの符号化のために伝送され、この信号パルスシーケンスでは個別信号パルスが複数回反復して伝送される。

【0009】

したがって本発明の方法では、プレアンブルの識別を容易にし、データパケット損失率を有意に低下する付加的な動作モードが導入される。

【0010】

本発明の方法の実施形態では第１の動作モードにおいて、プレアンブルサブシンボル間のシンボル間干渉（ＩＳＩ）を回避するために設けられた信号休止が個別信号パルスに随伴する。

【0011】

本発明の方法の実施形態では第２の動作モードにおいても、プレアンブルサブシンボル間のシンボル間干渉（ＩＳＩ）を回避するために設けられた信号休止が信号パルスシーケンスに随伴する。

【0012】

本発明の方法の実施形態では、プレアンブルの各プレアンブルシンボルが所定数のプレアンブルサブシンボルによって三値に符号化される。

【0013】

本発明の方法の実施形態では、第１の動作モードにおいて個別信号パルスが正、負または中性の符号を有する。

【0014】

本発明の方法の実施形態では、第２の動作モードにおいて信号パルスシーケンスの信号パルスもそれぞれ正、負、または中性の符号を有する。

【0015】

本発明の方法の別の実施形態では、第１の動作モードにおいて各プレアンブルサブシンボルが所定のパルス持続時間を備える個別信号パルスを有し、個別信号パルスには信号休止が付随し、この信号休止の持続時間は第１の拡散係数だけ前記個別信号パルスのパルス持続時間よりも長い。

【0016】

本発明の方法の別の実施形態では、第２の動作モードにおいて各プレアンブルサブシンボルが、位相が同じであり順次連続する所定数の個別信号パルスからなる信号パルスシーケンスを有し、信号パルスシーケンスの各個別信号パルスは所定のパルス持続時間を有する。

【0017】

本発明の方法の別の実施形態では、信号パルスシーケンスに、持続時間が第２の拡散係数だけ信号パルスシーケンスの持続時間よりも長い信号パルスが随伴する。

【0018】

本発明の方法の別の実施形態では、信号パルスシーケンスに、第１の動作モードでのプレアンブルサブシンボルの持続時間から信号パルスシーケンスの持続時間を減じた持続時間に対応する持続時間の信号パルスが随伴する。

【0019】

本発明の方法の実施形態では、第１の動作モードにおいて、プレアンブルのプレアンブルシンボルの各プレアンブルサブシンボルが、伝送される個別信号パルスの位相によって規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａに対応して符号化される。

【0020】

本発明の方法の別の実施形態では、第１の動作モードで伝送される個別信号パルスと、第２の動作モードで伝送される信号パルスシーケンスの信号パルスとが、スペクトルパルス応答の極性から一義的に位相の定まるパルス形状を有する。

【0021】

本発明の方法の別の実施形態では、このパルス形状はガウスパルス形状である。

【0022】

本発明の方法の別の実施形態では、このパルス形状はガウスダブレットパルス形状である。

【0023】

本発明の方法の別の実施形態では、このパルス形状はルート・レイズド・コサインパルス形状である。

【0024】

本発明の方法の別の実施形態では、データパケットのプレアンブルは、２^ｎ１のプレアンブルシンボルを備える同期化ヘッダと、２^ｎ２のプレアンブルシンボルを備えるスタートフレームデリミタ（ＳＦＤ）とを有し、ｎ１、ｎ２は自然数である。

【0025】

本発明の方法の別の実施形態では、プレアンブルの受信された同期化ヘッダに基づきＳＹＮＣ相関装置によって第１の相関値が計算され、この相関値に依存して制御ネットワーク内のネットワークノードの受信増幅器が調整される。

【0026】

本発明の方法の別の実施形態では、プレアンブルの受信されたスタートフレームデリミタ（ＳＦＤ）に基づきＳＦＤ相関装置によって第２の相関値が、受信されたデータパケット内の有効データの開始を検知するために計算される。

【0027】

本発明の方法の別の実施形態では、個別信号パルスのパルス持続時間は約２ｎｓである。

【0028】

本発明の方法の別の実施形態では、第２の動作モードにおいて信号パルスシーケンスの順次連続する個別信号パルスの数ＮはＮ＝４である。

【0029】

本発明はさらに、請求項３１に記載の特徴を備えるネットワークノードを有する無線制御ネットワークに関するものである。

【0030】

本発明は、データパケットを伝送するネットワークノードを備える無線制御ネットワークを提供するものであり、データパケットは同期化のために、所定数のプレアンブルシンボルからなるそれぞれ１つのプレアンブルを有しており、第１の動作モードでは、プレアンブルのプレアンブルシンボルの各プレアンブルサブシンボルが伝送された個別信号パルスの位相によって符号化され、第２の動作モードではデータパケットで伝送されたプレアンブルの信号識別能力を高めるために、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンスがプレアンブルサブシンボルの符号化のために伝送され、この信号パルスシーケンスでは個別信号パルスが複数回反復される。

【0031】

本発明の無線制御ネットワークの実施形態では、無線制御ネットワークが第１の動作モードにおいてＩＥＥＥ８０２．１５．４ａネットワークを形成する。

【0032】

本発明の方法および本発明の無線制御ネットワークのさらなる実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の無線制御ネットワークで使用されるネットワークノードの実施例のブロック回路図である。

【図2】図１に示した無線制御ネットワークで使用される受信器の実施例のブロック回路図である。

【図3】図１に示した無線制御ネットワークで使用される送信器の実施例のブロック回路図である。

【図4】本発明の方法により伝送されるデータパケットのデータ構造を説明するための線図である。

【図5】本発明の方法で行われる動作モードを説明するための信号線図である。

【図6】本発明の方法によるデータパケット損失率の改善を説明するための線図である。

【図7】符号復元による実施例でさらにデータパケット損失率を低減することの説明のための信号線図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

本発明の無線制御ネットワークでは、データパケットＤＰがネットワークノード１間で伝送される。図１から分かるように、図示の実施例で制御ネットワークのネットワークノード１は送信装置２および受信装置３からなり、これらはそれぞれデータ処理装置４、たとえばＣＰＵまたはマイクロプロセッサに接続されている。さらに送信装置２と受信装置３は送受信アンテナ５に接続されている。送受信アンテナ５を介してネットワークノード１は、無線インタフェースにより無線制御ネットワークの他のネットワークノードと通信する。

【0035】

実施形態では、送信装置２と受信装置３とがそれぞれ別個のアンテナを有する。すなわち送信装置２は送信アンテナに接続されており、受信装置３は受信アンテナに接続されている。ネットワークノード１は、とりわけアクチュエータ、センサおよび固有の電流供給源のような別の装置または回路部分を含むことができる。無線インタフェースを介してネットワークノード１は、データパケットＤＰを他のネットワークノードと通信のために交換する。これらのデータパケットＤＰは同期化のために、所定数のプレアンブルシンボルＳからなるそれぞれ１つのプレアンブルＰＲＥを有している。

【0036】

第１の動作モードでは、プレアンブルＰＲＥのシンボルＳのプレアンブル１の各プレアンブルサブシンボルＣが伝送された個別信号パルスの位相によって符号化される。第２の動作モードではデータパケットＤＰで伝送されたプレアンブルＰＲＥの信号識別能力を高めるために、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンスＳＩＦがそれぞれのプレアンブルサブシンボルＣの符号化のために伝送され、この個別信号パルスの信号パルスシーケンスＳＩＦを形成するために第１の動作モードで使用される個別信号パルスが複数回反復して伝送される。

【0037】

第２の動作モードでは、データパケットＤＰで伝送されたプレアンブルＰＲＥの信号識別能力が第１の動作モードに対して高められる。これによりネットワークノード１の受信装置３は受信されたデータパケットのプレアンブルＰＲＥを簡単に識別することができる。これによりデータパケット損失率ＤＰＶＲが有意に低下する。実施形態では、図１に示したようにネットワークノード１が２つの動作モード間で切換可能である。その代わりにネットワークノード１は特定の動作モード、とりわけ第２の動作モードに対して前もって構成しておくことができる。

【0038】

第１の動作モードでも第２の動作モードでも、個別信号パルスまたは信号パルスシーケンスＳＩＦにはそれぞれ信号休止ＳＰが後に続く。この信号休止は、プレアンブルサブシンボルＣ間のシンボル間干渉を回避するために設けられている。ここで各プレアンブルシンボルＳは、好ましくは所定数のプレアンブルサブシンボルＣによって三値に符号化されている。三値に符号化される場合には、個別信号パルスまたは信号パルスシーケンスＳＩＦの信号パルスはそれぞれ正、負または中性の符号を有する。プレアンブルサブシンボルＣは、第１の動作モードでは所定のパルス持続時間の個別信号パルスを有する。このパルス持続時間はたとえば２ｎｓである。ここで第１の動作モードでは、個別信号パルスは信号休止ＳＰの後に続き、この信号休止の持続時間は実施形態では、第１の拡散係数Ｌ１だけ個別信号パルスのパルス持続時間より長い。

【0039】

第１の動作モードでは、プレアンブルＰＲＥのプレアンブルシンボルＳの各プレアンブルサブシンボルＣが伝送された個別信号パルスの位相によって符号化されているが、第２の動作モードではデータパケットＤＰで伝送されたプレアンブルＰＲＥの信号識別能力を高めるために、個別信号パルスの代わりに信号パルスシーケンスＳＩＦがそれぞれのプレアンブルサブシンボルＣを符号化するために伝送される。ここで各プレアンブルサブシンボルＣは、第２の動作モードでは、位相が同じであり順次連続する所定数の個別信号パルスからなる信号パルスシーケンスＳＩＦを有する。信号パルスシーケンスＳＩＦの各信号パルスは、所定のパルス持続時間を有する。信号パルスシーケンスには信号休止ＳＰが後に続く。この信号休止ＳＰは実施形態では、第２の拡散係数Ｌ２だけ信号パルスシーケンスＳＩＦの持続時間よりも長い。

【0040】

択一的な実施形態では、信号休止ＳＰが、第１の動作モードでのプレアンブルサブシンボルＣの持続時間から信号パルスシーケンスＳＩＦの持続時間を減じた持続時間に相当する持続時間を有する。この実施形態は、プレアンブルサブシンボル長が全体として両動作モードで同じままであるという利点を有する。これにより第１の実施形態と比較して待ち時間が短くなる。したがって、信号休止に時間が第２の拡散係数Ｌ２だけ信号パルスシーケンスの時間よりも長い第１の変形実施例または実施形態は、信号のマルチパス信号伝播に対して高い耐性を有する。

【0041】

本発明の可能な実施形態では、図１に示したネットワークノードの第１の動作モードにおいて、プレアンブルＰＲＥのプレアンブルシンボルＳの各プレアンブルサブシンボルＣが、伝送される個別信号パルスの位相によって規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａに準拠して符号化される。したがって図１に示したネットワークノード１は標準規格であり、第２の動作モードによって拡張される。第２の動作モードで伝送される信号パルスシーケンスＳＩＦは、パルス形状が実施形態では第１の動作モードで伝送されるパルスまたは個別信号パルスのパルス形状に相当する信号パルスからなる。ここで信号パルスシーケンスＳＩＦの信号パルスのパルス形状の位相は、スペクトルパルス応答から一義的に得られる。

【0042】

別の実施形態では、このパルス形状はガウスパルス形状である。その代わりにパルス形状は、ガウスダブレットパルス形状またはルートライズドコサイン（ＲＲＣ）形状とすることもできる。図１に示したようにネットワークノード１から発するデータパケットＤＰは同期化のためにそれぞれ１つのプレアンブルＰＲＥを有する。ここでデータパケットＤＰのプレアンブルは好ましくは２^ｎ１のプレアンブルシンボルを備える１つの同期化ヘッダＳＹＮＣと、２^ｎ２のプレアンブルシンボルを備える１つのスタートフレームデリミタを含み、ｎ１，ｎ２は自然数である。

【0043】

本発明のネットワークノード１の可能な実施形態では、受信装置３が相関装置を含む。

【0044】

可能な実施形態では、データパケットＤＰのプレアンブルＰＲＥ受信された同期化ヘッダＳＹＮＣに基づいて、ＳＹＮＣ相関装置によってネットワークノード１の受信装置３内で第１の相関値が計算され、その相関値に依存してネットワークノード１の受信増幅器が調整される。

【0045】

可能な実施形態では、ネットワークノード１の受信装置３がいわゆるＳＦＤ相関装置を有する。プレアンブルＰＲＥのスタートフレームデリミタＳＦＤに基づき、受信装置３のこのＳＦＤ相関装置によって、受信されたデータパケットＤＰ内の有効データの開始を検出するために第２の相関値が計算される。

【0046】

図１に示したネットワークノード１内の受信装置３は、超広帯域（ＵＷＢ）インパルス応答（ＩＲ）受信器とすることができ、この受信器は可能な実施形態では図２に示すように構成されている。受信装置３または受信器３は図２に示すように、アンテナ５を介して受信された信号をダウンコンバートするためのＨＦ段６を有する。ＨＦ段６は１つまたは複数の信号増幅器ならびにバンドパスフィルタＢＰＦを含むことができ、ベースバンド信号を形成する。このベースバンド信号は信号二乗段７に印加される。ダウンコンバートされ、バンドパスフィルタリングされた信号は二乗され、信号積分器８に印加される。信号積分器８は信号をシンボル時間Ｔｓで積分し、積分された値をアナログ／デジタル変換器９に印加する。形成されたデジタル値はデータ処理装置、たとえば図１に示したデータ処理装置４に供給される。さらに受信装置３は図２に示すように累積装置１０を含む。この累積装置１０はプレアンブルサブシンボルＣに関するデジタル値を累積する。この累積装置１０は可能な実施形態では、オーバサンプリング係数ＯＦによって調整される。オーバサンプリング係数ＯＦはプレアンブルサブシンボルの持続時間Ｔｃとシンボルの持続時間Ｔｓとの比から得られる。

【0047】

累積装置１０は出力側で受信装置３の第１の相関装置１１と接続されている。受信装置３により受信されたデータパケットＤＰはプレアンブルＰＲＥを含んでおり、このプレアンブルＰＲＥは同期化ヘッダＳＹＮＣとスタートフレームデリミタＳＦＤからなる。図２に示したプレアングル同期化ヘッダ相関装置１１は、プレアンブルＰＲＥの受信された同期化ヘッダＳＹＮＣに基づき、第１の相関値ＫＷ１を計算する。この第１の相関値ＫＷ１は自動利得制御器１２に出力される。自動利得制御器１２または増幅制御部１２は、第１の相関値ＫＷ１に依存して、ＨＦ段６に含まれている少なくとも１つの受信増幅器の増幅率を、受信された信号に受信装置を整合するために調整する。相関装置１１は図２に示した実施形態ではレジスタ１３に接続されている。このレジスタにはプレアンブルサブシンボルＣまたはプレアンブルチップＣ、たとえば３１のプレアンブルサブシンボルが存在する。レジスタに記憶されたプレアンブルサブシンボルＣは、記憶された識別テンプレートを形成する。相関装置１１から出力された相関値は、受信されたプレアンブルＰＲＥがどれだけ予想されるプレアンブルに似ているかを指示する。相関値は、可能な実施形態では閾値比較器によって閾値ＴＨと比較される。計算された相関値が閾値を上回ると直ちに、受信されたプレアンブルＰＲＥが予想されるプレアンブルに対応することが識別される。したがって閾値ＴＨを上回るとプレアンブルシンボルが識別される。

【0048】

図２に示した実施形態では、受信されたデータパケットＤＰのスタートフレームデリミタＳＦＤに基づきＳＦＤ相関装置１４よって第２の相関値ＫＷ２が、データパケットＤＰ内の有効データの開始を選択するために計算される。ＳＦＤ相関器１４はレジスタ１５に接続されており、このレジスタにはたとえば予想されるスタートフレームデリミタＳＦＤの所定のプレアンブルシンボルＳが存在する。スタートフレームデリミタＳＦＤが識別されると、データ処理装置４が図２に示すように、ＡＤＣ９から出力された有効データのデータ処理をするために作動される。

【0049】

図３は、図１に示されたネットワークノード１に使用される送信装置２の実施例を示す概略的ブロック回路図である。図３に示した実施例で送信装置２は超広帯域（ＵＷＢ）インパルス応答（ＩＲ）送信器である。図３に示した回路部分は、本発明の方法で使用されるデータパケットＤＰのプレアンブルＰＲＥを生成する。たとえばＲＡＭメモリであるデータメモリ１６内には、たとえば８つのプレアンブルコードＰコード１からＰコード８がある。これらはそれぞれ所定数のプレアンブルサブシンボルＣを含んでおり、たとえば３１のプレアンブルサブシンボルＣを含んでいる。プレアンブルコード内のプレアンブルサブシンボルＣの数は、図３に示すようにコード長ＣＬを形成する。第２のデータメモリ１７には標準ＳＦＤ（スタートフレームデリミタ）コードのプレアンブルシンボルが存在する。たとえばＲＡＭである２つのデータメモリ１６，１７は制御論理回路１８によってアドレシングされる。さらに制御論理回路１８は、図３に示すように制御線路を介して２つのマルチプレクサ１９，２０を制御する。制御論理回路１８は複数のカウンタを含むことができる。

【0050】

制御論理回路１８のカウンタは、可能な実施形態では値ゼロから拡散係数Ｌ１まで計数する。計数値がゼロのときマルチプレクサ１９の第１の入力端Ｅ１が導通され、このカウンタがその他の計数値のときマルチプレクサ１９の第２の入力端が導通される。そしてメモリ１６でちょうどアドレシングされたプレアンブルコードのプレアンブルサブシンボルＣｉにゼロまたはゼロ値の数が付加される。付加されたゼロ値の数は信号休止ＳＰを形成し、拡散係数Ｌ−１に相当する。拡散係数Ｌは、制御論理回路１８の可能な実施形態では調整可能である。拡散係数Ｌがたとえば１６であれば、メモリ１６から読み出される各プレアンブルサブシンボルＣには１５が付加され、それから次のプレアンブルサブシンボルＣが導通される。マルチプレクサ１９内に形成されたプレアンブルサブシンボルＣのシーケンスはそれぞれ拡散係数Ｌに対応する数のゼロ値を有するようになり、図３に示すように乗算器２１に供給される。乗算器はメモリ１７から読み出された標準ＳＦＤコードのプレアンブルシンボルをマルチプレクサ１９から出力されたシーケンスと乗算する。プレアンブルＰＲＥが完成されると直ちに、制御論理回路１８はマルチプレクサ２０をデータ入力端に切り換える。このデータ入力端はたとえば図１に示したデータ処理装置４と接続されている。マルチプレクサ２０の出力端はパルス形成器２２と接続されており、このパルス形成器の出力端はＨＦ段２３に接続されている。

【0051】

可能な実施形態で制御論理回路１８は、カウンタをクロッキングするための集積クロック発生器を有する。可能な実施形態でクロック発生器は５００ＭＨｚの周波数のクロック信号を発生する。このクロック信号はマルチプレクサ１９を制御するためにカウンタに印加される。その代わりにクロック信号ＣＬＫを外部から制御論理回路１８に供給することもできる。

【0052】

図４ａは、本発明の方法および装置に使用されるデータパケットＤＰのプレアンブルＰＲＥのデータ構造を示す。プレアンブルＰＲＥはスタートフレームデリミタＳＦＤを備える同期化ヘッダＳＹＮＣからなる。同期化ヘッダＳＹＮＣは好ましくは２^ｎ１のプレアンブルシンボルＳからなる。図４ａに示した実施例では、同期化ヘッダＳＹＮＣはたとえば６４のプレアンブルシンボルＳを有する（ｎ１＝６）。さらにプレアンブルＰＲＥは、２^ｎ２のプレアンブルシンボルを備えるスタートフレームデリミタＳＦＤ、たとえば図４ａに示すように８つのプレアンブルシンボルを備えるスタートフレームデリミタＳＦＤを含む（ｎ２＝３）。各プレアンブルシンボルＳはプレアンブルサブシンボルＣまたはコードチップＣｉからなる。本発明の方法の第１の動作モードでは、プレアンブルＰＲＥのプレアンブルシンボルＳの各プレアンブルサブシンボルＣが伝送された個別信号パルスの位相によって符号化される。このことは各コードチップＣｉが、信号休止ＳＰを形成するゼロ値のシーケンスが後に続く個別信号パルスを有していることを意味する。信号休止ＳＰは、プレアンブルサブシンボルまたはコードチップＣｉ間のシンボル間干渉ＩＳＩを回避するために用いられる。信号パルスは好ましくは正、負、または中性の符号を有する。ここで各プレアンブルシンボルＳは、好ましくは所定数のプレアンブルサブシンボルＣによって三値に符号化される。好ましくは各プレアンブルサブシンボルは、図４ａに示すように３１のプレアンブルシンボルによって三値に符号化される。各プレアンブルサブシンボルまたはコードチップＣｉの開始時に第１の動作モードでは、たとえば２ｎｓの所定のパルス持続時間の個別信号パルスが設けられる。個別信号パルスには複数のゼロ値が続く。ゼロ値の数は拡散係数Ｌマイナス１により与えられる。拡散係数Ｌ＝１６であれば、個別信号パルスに１５のゼロ値が、拡散係数Ｌが６４であれば個別信号パルスに６３のゼロ値が続く。ゼロ値の数が多ければ多いほど、すなわち後続の信号休止ＳＰが長ければ長いほど、プレアンブルＰＲＥはマルチパス信号伝播による障害に対して強い耐性を有する。しかしプレアンブルサブシンボルの長さが長いと待ち時間が大きくなる。本発明の方法の第１の動作モードでは、各プレアンブルサブシンボルまたはコードチップＣｉが伝送される個別信号パルスの位相によって符号化され、個別信号パルスは所定のパルス形状および所定のパルス持続時間を有する。個別信号パルスは、ガウスパルス形状、ガウスダブレットパルス形状またはルートライズドコサイン（ＲＲＣ）パルス形状とすることができる。個別信号パルスのパルス持続時間は２ｎｓ以下であるから、個別信号パルスは伝送時にわずかなエネルギー量しか有しておらず、とりわけノイズのある環境では受信装置の側で識別するのが困難である。

【0053】

図５ａは、本発明の方法の第１の動作モードにおける信号伝送を説明する信号線図である。この動作モードではまず個別信号パルスが伝送され、所定数のゼロ値が続く。ゼロ値の数は拡散係数Ｌにより決定される。たとえば拡散係数Ｌ＝１６のとき１５のゼロ値が伝送される。パルス持続時間が２ｎｓであれば、プレアンブルサブシンボルＣの持続時間Ｔｃは１６×２ｎｓ＝３２ｎｓである。拡散係数が６４のとき、プレアンブルサブシンボルの持続時間Ｔｃは１２８ｎｓである。たとえばプレアンブルシンボルＳ内のプレアンブルサブシンボルＣの数またはコード長ＣＬがＣＬ＝３１であれば、プレアンブルＰＲＥ内のシンボルの持続時間は約４μｓである。図５ａに示した例では、まず正の符号の個別信号パルスが伝送され、それに負の符号の個別信号パルスが続く。

【0054】

本発明の方法の可能な実施形態では各プレアンブルサブシンボルＣが三値に符号化されており、各個別信号パルスはそれぞれ正、負または中性の符号ＶＺを有する。他の符号化、たとえば２進符号化も可能である。

【0055】

図５ｂは、本発明の方法の第２の動作モードを説明するための信号線図である。第２の動作モードでは、データパケットＤＰで伝送されるプレアンブルＰＲＥの信号識別能力を高めるために、個別信号パルスではなく信号パルスシーケンスＳＩＦがプレアンブルシンボルＳの符号化のために伝送される。ここで第１の動作モードで伝送される個別信号パルスは何回も繰り返して伝送される。第２の動作モードでは各プレアンブルサブシンボルＣが、順次連続し位相が同じである所定数Ｎの個別信号パルスを有する。図５ｂに示された例で信号パルスシーケンスＳＩＦは順次連続する４つの個別信号パルス（Ｎ＝４）を有する。４つのパルスからなる信号パルスシーケンスＳＩＦには信号休止ＳＰが後に続く。可能な変形実施形態では、信号休止ＳＰは第２の拡散係数Ｌ２だけ信号パルスシーケンスの時間よりも長い。拡散係数Ｌ２は、第１の動作モードで使用された拡散係数Ｌ１と同じでよい。第２の拡散係数Ｌ２が、たとえば図５ｂの実施例のように１６であれば、信号パルスシーケンスＳＩＦには４×１５＝６０のゼロ値を含む信号休止ＳＰが続く。そして次のコードチップＣｉｔ１またはプレアンブルサブシンボルの次の信号パルスシーケンスＳＩＦが続く。これは図５ｂに示す例では負の符号を有する順次連続する４つの信号パルスからなる信号パルスシーケンスＳＩＦである。

【0056】

択一的な実施形態では、信号休止ＳＰの時間は、第１の動作モードでのプレアンブルサブシンボルＣまたはチップコードの持続時間から信号パルスシーケンスＳＩＦの持続時間を減じた持続時間に相当する。この実施形態は、コードチップＣｉまたはプレアンブルサブシンボルの持続時間が両方の動作モードで同じ長さであるという利点を提供する。その点で、他の択一的実施形態と比較してプレアンブルサブシンボルの長さが短いので待ち時間が改善される。マルチパス信号伝播による障害に対する耐性は、とくに図５ｂに示した実施形態では信号休止ＳＰの長さが長く、これと結び付いてプレアンブルサブシンボルＣ間のシンボル間干渉ＩＳＩが小さいので比較的に高くなっている。

【0057】

したがって図５ｂに示した第２の動作モードでは、プレアンブルＰＲＥ内で個別信号パルスではなく信号パルスシーケンスＳＩＦが伝送される。この信号パルスシーケンスＳＩＦには比較的長い信号休止ＳＰが続く。この信号休止ＳＰは図５ｂに示した実施形態では信号パルスシーケンスＳＩＦのパルスの数に相応して延長される。図５ｂに示した変形実施形態では、平均照射エネルギーは変化せず、エネルギー収支は一定のままである。

【0058】

本発明の方法では第２の動作モードで、プレアンブルＰＲＥのプレアンブルシンボルＳが図５ｂに示す変形実施形態では延長される。これにより識別能力が、データパケットＤＰの反復を回避できるほどに改善または向上される。好ましくはプレアンブルシンボルＳの変形は時間およびエネルギーに関しては中性であるが、好ましいことにはデータパケット損失率ＤＰＶＲは格段に低下される。

【0059】

本発明の方法で好ましくはパルス波形は、スペクトルパルス応答の極性から位相が一義的に定められるように選択される。たとえばパルス波形として、ガウスパルス波形、ガウスダブレットパルス波形、またはルートライズドコサインパルス波形が選択される。

【0060】

可能な実施形態では、受信装置３で受信されたシンボルの符号ＶＺが二乗の前に求められ、この求められた符号ＶＺがプレアンブル識別のために使用される。この変形実施形態では、プレアンブルシンボルＳの識別のための識別能力がさらに改善または向上される。本実施形態ではそのために、図２に示した受信装置３でＨＦ段６の後方に符号識別回路が設けられている。この符号識別回路は信号パルスの符号ＶＺを求め、求められた符号をＡＤ変換段９の後方にビットまたは符号ビットとして再び挿入する。

【0061】

図４ｂは、本発明の方法で使用されるデータパケットＤＰの詳細を示す。データ部分はバースト位置変調（ＢＰＭ）により変調することができる。ここでは非常に短くエネルギーの高いパルスシーケンスを送信することができ、これに長い休止が続く。伝送された情報は、シンボルに対する時間内のパルスバースト位置により変調される。すなわち前半分か後半分かで変調される。ここでは常に半分の前４分の１だけが使用される。すなわち各シンボル時間の最初の４分の１と第３の４分の１が使用される。各半分の第２の４分の１は、シンボル間干渉を低減するために安全間隔またはガードインターバルＧＩとして設けられる。したがってシンボルインターバルは図４ｂに示すデータ構造を有する。シンボルインターバルは長さＴ_ＢＰＰＭを有する２つの半分からなり、両半分にはそれぞれ第２の半分がガードインターバルＧＩとして空けられている。残った２つの４分の１は長さｔ_{ｂｕｒｓｔ}の複数のオン・ホッピング位置に分割される。各データビットごとに、組織畳み込み復号器のチェックサムを含む第２のビットがパルスバーストの個々のパルスの位相に符号化される。

【0062】

図６は、制御ネットワークのネットワークノード１間でデータパケットＤＰを伝送するための本発明の方法におけるデータパケット損失率ＤＰＶＲの低減を説明するための線図である。ＳＮ比ＳＮＲが上昇し、データパケット損失率ＤＰＶＲが低下することが図６から分かる。さらにデータパケット損失率ＤＰＶＲは、プレアンブルバースト長ＰＢＬの増大とともに低下する。

【0063】

曲線Iは、個別に伝送された個別信号パルス（Ｎ＝１）の位相により符号化されるプレアンブルサブシンボルＣについてのデータパケット損失率ＤＰＶＲを示す。したがって曲線Iは、制御ネットワークのネットワークノード１間でデータパケットＤＰを無線伝送する本発明の方法の第１の動作モードにおける特性を示す。

【0064】

曲線ＩＩは、信号パルスシーケンスＳＩＦの順次連続するＮ＝２の信号パルスにおける第２の動作モードでのデータパケット損失率ＤＰＶＲの特性を示す。信号パルスシーケンスＳＩＦ内の信号パルスの数が第２の動作モードでＮ＝４であれば、図６の曲線ＩＩＩの特性が生じる。

【0065】

図６から分かるように、信号パルスが４つ順次連続すれば（Ｎ＝４）、データパケット損失率ＤＰＶＲはほぼゼロに低下する。このことによりＳＮ比＝−１５ｄＢであってもほぼ１００％の同期化が達成される。

【0066】

加えて符号識別を行うと、図７に示されるようなＳＮ比に依存するデータパケット損失率ＤＰＶＲの経過が得られる。図７から、プレアンブルコードの符号識別を行うことにより、符号識別を行わない受信器と比較して９ｄＢもＳＮ比が悪くても同じデータパケット損失率ＤＰＶＲが達成されることが分かる。図７の曲線Iは符号識別を行わない場合を示し、曲線ＩＩは符号識別を行う受信装置の場合の経過を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】