特許第6437040号(P6437040)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6437040高感度であり同期的な復調信号のための通信方法及びシステム
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(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】6437040
(24)【登録日】2018年11月22日
(45)【発行日】2018年12月12日
(54)【発明の名称】高感度であり同期的な復調信号のための通信方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
   H04J 13/00 20110101AFI20181203BHJP
   H04L 27/01 20060101ALI20181203BHJP
【FI】
   H04J13/00
   H04L27/01
【請求項の数】17
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2017-85876(P2017-85876)
(22)【出願日】2017年4月25日
(65)【公開番号】特開2017-201781(P2017-201781A)
(43)【公開日】2017年11月9日
【審査請求日】2017年4月25日
(31)【優先権主張番号】16168392.5
(32)【優先日】2016年5月4日
(33)【優先権主張国】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】506425538
【氏名又は名称】ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】アルノー・カサグランド
【審査官】 吉江 一明
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許第06418158(US,B1)
【文献】 特開2006−074609(JP,A)
【文献】 特表2012−531869(JP,A)
【文献】 特開2012−134981(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04J 13/00
H04L 27/01
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
周期Tの準周期的なチャープタイプの信号を送信する少なくとも1つの送信器(2)と、及びチャープ信号を受信する少なくとも1つの受信器(3)とを有する通信システム(1)において、同期的な復調信号を通信する通信方法であって、
前記送信器は、送信されるチャープ信号を生成するために送信器のローカル発振器(21)を有し、
前記受信器は、中間信号(IF)を供給するためのミキサー(33)による受信チャープ信号の周波数変換のための発振信号(So)を生成するために適した受信器のローカル発振器(34)を有し、
当該通信方法は、同期段階と、及びこれに続く、データ信号の変調又は復調段階とを有し、
前記同期段階において、前記送信器(2)は、線形的な周波数変動の各周期Tにおいて、線形的な周波数変動の正の傾きを有する第1のサイクル部分と、及びこれに続く、線形的な周波数変動の負の傾きを有する第2のサイクル部分とによって構成するようなチャープ信号を送信し、
前記受信器(3)は、チャープ信号を受信し、このチャープ信号の周波数を前記ミキサー(33)において、前記受信器のローカル発振器(34)によって生成された発振信号(So)によって、変換して、これによって、中間信号(IF)を作り、
前記発振信号の周波数は、中間信号の周波数変動がチャープ信号の周波数変動の像であるように一定であり、
フィルタリングされサンプリングされた中間信号は、互いに並列に動作し位相シフトするように構成されている、離散的フーリエ変換(DFT)ブロック(チャープDFT1、チャープDFT2)のm個の対のアセンブリー(38)を有する前記受信器の論理ユニット(37)に供給され、mは、1以上の整数であり、
各対の第1のブロックは、チャープ信号の周波数変動の正の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
各対の第2のブロックは、チャープ信号の周波数変動の負の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記論理ユニット(37)の処理ユニット(39)は、チャープ信号の少なくとも1つのアクジションの後に、前記アセンブリー(38)の対の各離散的フーリエ変換の結果を受信し、所定のノイズしきい値よりも大きい前記アセンブリー(38)の少なくとも1つの対によって検出される2つのピークに基づいて、前記送信器と前記受信器の間の周波数及び/又は位相のエラーを判断して、これによって、データの復調段階の前に前記受信器を同期させる
ことを特徴とする通信方法。
【請求項2】
チャープ信号の周波数変動サイクルの前記第1のサイクル部分と前記第2のサイクル部分は同一であり、周波数変動サイクルの第1の半サイクルと第2の半サイクルを構成している
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項3】
前記受信器(3)によって捕捉されるチャープ信号のデータの各アクジションの持続時間は、チャープ信号の周波数変動の周期Tと等しい
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項4】
捕捉されたチャープ信号のいくつかの連続的なアクジションは、前記DFTブロックの対の数mに依存して、前記DFTブロックの対の数mが小さいほど、前記受信器の同期段階のための連続的なアクジションの数が大きくなるように行われ、
前記受信器(3)によって捕捉されるチャープ信号のデータのアクジションのタイムラグは、一定に位相シフトされ、このタイムラグの持続時間は、チャープ信号の周波数変動の期間Tと等しい
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記DFTブロックの対(チャープDFT1、チャープDFT2)は、持続時間T/mにわたって互いに対して位相シフトされている
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項6】
ノイズしきい値よりも大きい値として検出された2つのピークの平均に基づいて前記処理ユニット(39)において周波数のエラーが判断される
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項7】
検出されたピークの1つの周波数と検出されたピークの平均周波数の間の距離に基づいて、位相のエラーが判断される
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項8】
位相のエラー及び計算エラーの計算段階は、アクジション段階の終わりであって連続的なアクジションの開始時よりも前に開始する
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項9】
前記同期段階の終わりにおいて、前記送信器(2)は、データ符号化用のチャープ信号を送信し、論理状態「1」を定めるように周波数オフセットを加え、又は論理状態「0」を定めるように周波数オフセットを減じることによって、各周波数変動サイクルにおいて符号化が行われる
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項10】
前記同期段階の終わりにおいて、前記送信器(2)は、データ符号化用のチャープ信号を送信し、論理状態「1」を定めるように周波数オフセットを加え、又は論理状態「0」を定めるように周波数オフセットを減じることによって、周波数変動サイクルにおける各半サイクルにおいて符号化が行われる
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項11】
前記同期段階の終わりにおいて、前記送信器(2)は、チャープ信号の各周波数変動サイクルにおいて、非対称の周波数変動の傾きを有するデータ符号化用チャープ信号を送信し、論理状態「1」が、第1の周波数変動サイクルにおける正の傾きによって定められ、この正の傾きは、絶対値が周波数変動サイクルの第2の部分における負の傾きとは異なる
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項12】
前記同期段階の終わりにおいて、前記送信器(2)は、チャープ信号の各半サイクルにおいて、非対称の周波数変動の傾きを有するデータ符号化用のチャープ信号を送信し、論理状態「1」が、絶対値が周波数変動の負の第2の傾きより大きい周波数変動の正の第1の傾きによって半サイクルにおいて定められ、チャープ信号の半サイクルにおける論理状態「0」が、絶対値が周波数変動の負の第2の傾きよりも小さな周波数変動の正の第1の傾きによって定められる
ことを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項13】
請求項1に記載の通信方法を実装する通信システムであって、
当該通信システム(1)は、周期Tの準周期的なチャープタイプの信号を送信する少なくとも1つの送信器(2)と、及びチャープ信号を受信する少なくとも1つの受信器(3)とを有し、
前記送信器は、送信されるチャープ信号を生成するために送信器のローカル発振器(21)を有し、
前記受信器は、補足されたチャープ信号の像において周波数変動を行う中間信号(IF)を供給するためのミキサー(33)による受信チャープ信号の周波数変換のために周波数が一定の発振信号(So)を生成するために適した受信器のローカル発振器(34)を有し、
当該通信システム(1)は、さらに、ローパスフィルター(35)と、その後の、前記受信器のローカル発振器(34)によって供給されるタイミング信号(CK)によってクロックされるサンプラー(36)とを有し、
当該通信システム(1)は、さらに、並列に動作し互いに対して位相シフトされるように構成している離散的フーリエ変換ブロック(チャープDFT1、チャープDFT2)のm個の対のアセンブリー(38)を有する論理ユニット(37)を有し、mは、1以上の整数であり、
各対の第1のブロックは、チャープ信号の周波数変動の正の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
各対の第2のブロックは、チャープ信号の周波数変動の負の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記論理ユニット(37)は、さらに、前記アセンブリー(38)の前記対の各離散的フーリエ変換の結果を受信して、前記送信器と前記受信器の間の周波数及び/又は位相のエラーを判断するように意図されている処理ユニット(39)を有する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項14】
周期Tの準周期的なチャープタイプの信号を送信する少なくとも1つの送信器(2)と、及びチャープ信号を受信する少なくとも1つの受信器(3)とを有する通信システム(1)において、同期的な復調信号を通信する通信方法であって、
前記送信器は、送信されるチャープ信号を生成するために送信器のローカル発振器(21)を有し、
前記受信器は、中間信号(IF)を供給するためのミキサー(33)による受信チャープ信号の周波数変換のための発振信号(So)を生成するために適した受信器のローカル発振器(34)を有し、
当該通信方法は、同期段階と、及びこれに続く、データ信号の変調又は復調段階とを有し、
前記同期段階において、前記送信器(2)は、線形的な周波数変動の各周期Tにおいて、線形的な周波数変動の正の傾きを有する第1のサイクル部分と、及びこれに続く、線形的な周波数変動の負の傾きを有する第2のサイクル部分とによって構成するようなチャープ信号を送信し、
前記受信器(3)は、チャープ信号を受信し、このチャープ信号の周波数を前記ミキサー(33)において、前記受信器のローカル発振器(34)によって生成された発振信号(So)によって、変換して、これによって、中間信号(IF)を作り、
前記発振信号の周波数は、チャープ信号の周波数変動と同様な形態で変動し、
フィルタリングされサンプリングされた中間信号は、離散的フーリエ変換(DFT)ブロック(38’)(DFT1、DFT2)の対を有する前記受信器の論理ユニット(37)に供給され、
前記対の第1のブロックは、チャープ信号の周波数変動の正の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記対の第2のブロックは、チャープ信号の周波数変動の負の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記論理ユニット(37)の処理ユニット(39)は、前記対(38’)のブロックの各離散的フーリエ変換の結果を受信して、DFTブロック(38’)の対によって所定のノイズしきい値を超える2つのピークを検出するまでのチャープ信号のいくつかの連続的なアクジションの後に、前記ローカル発振器(34)によって生成された発振信号(So)の位相シフトを補正して、送信器と受信器の間の周波数及び/又は位相のエラーを判断して、データの復調段階の前に前記受信器を同期させるとともに、
前記同期段階の終わりにおいて、前記送信器(2)は、データ符号化用のチャープ信号を送信し、論理状態「1」を定めるように周波数オフセットを加え、又は論理状態「0」を定めるように周波数オフセットを減じることによって、各周波数変動サイクルにおいて符号化が行われる
ことを特徴とする通信方法。
【請求項15】
周期Tの準周期的なチャープタイプの信号を送信する少なくとも1つの送信器(2)と、及びチャープ信号を受信する少なくとも1つの受信器(3)とを有する通信システム(1)において、同期的な復調信号を通信する通信方法であって、
前記送信器は、送信されるチャープ信号を生成するために送信器のローカル発振器(21)を有し、
前記受信器は、中間信号(IF)を供給するためのミキサー(33)による受信チャープ信号の周波数変換のための発振信号(So)を生成するために適した受信器のローカル発振器(34)を有し、
当該通信方法は、同期段階と、及びこれに続く、データ信号の変調又は復調段階とを有し、
前記同期段階において、前記送信器(2)は、線形的な周波数変動の各周期Tにおいて、線形的な周波数変動の正の傾きを有する第1のサイクル部分と、及びこれに続く、線形的な周波数変動の負の傾きを有する第2のサイクル部分とによって構成するようなチャープ信号を送信し、
前記受信器(3)は、チャープ信号を受信し、このチャープ信号の周波数を前記ミキサー(33)において、前記受信器のローカル発振器(34)によって生成された発振信号(So)によって、変換して、これによって、中間信号(IF)を作り、
前記発振信号の周波数は、チャープ信号の周波数変動と同様な形態で変動し、
フィルタリングされサンプリングされた中間信号は、離散的フーリエ変換(DFT)ブロック(38’)(DFT1、DFT2)の対を有する前記受信器の論理ユニット(37)に供給され、
前記対の第1のブロックは、チャープ信号の周波数変動の正の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記対の第2のブロックは、チャープ信号の周波数変動の負の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記論理ユニット(37)の処理ユニット(39)は、前記対(38’)のブロックの各離散的フーリエ変換の結果を受信して、DFTブロック(38’)の対によって所定のノイズしきい値を超える2つのピークを検出するまでのチャープ信号のいくつかの連続的なアクジションの後に、前記ローカル発振器(34)によって生成された発振信号(So)の位相シフトを補正して、送信器と受信器の間の周波数及び/又は位相のエラーを判断して、データの復調段階の前に前記受信器を同期させるとともに、
前記同期段階の終わりにおいて、前記送信器(2)は、チャープ信号の各周波数変動サイクルにおいて、非対称の周波数変動の傾きを有するデータ符号化用チャープ信号を送信し、論理状態「1」が、第1の周波数変動サイクルにおける正の傾きによって定められ、この正の傾きは、絶対値が周波数変動サイクルの第2の部分における負の傾きとは異なる
ことを特徴とする通信方法。
【請求項16】
請求項14に記載の通信方法を実装する通信システムであって、
当該通信システム(1)は、周期Tの準周期的なチャープタイプの信号を送信する少なくとも1つの送信器(2)と、及びチャープ信号を受信する少なくとも1つの受信器(3)とを有し、
前記送信器は、送信されるチャープ信号を生成するために送信器のローカル発振器(21)を有し、
前記受信器は、補足されたチャープ信号の像において周波数変動を行う中間信号(IF)を供給するためのミキサー(33)による受信チャープ信号の周波数変換のために周波数が一定の発振信号(So)を生成するために適した受信器のローカル発振器(34)を有し、
当該通信システム(1)は、さらに、ローパスフィルター(35)と、その後の、前記受信器のローカル発振器(34)によって供給されるタイミング信号(CK)によってクロックされるサンプラー(36)とを有し、
当該通信システム(1)は、さらに、離散的フーリエ変換(DFT)ブロック(38’)DFT1、DFT2)のを有する論理ユニット(37)を有し、
前記対の第1のブロックは、チャープ信号の周波数変動の正の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記対の第2のブロックは、チャープ信号の周波数変動の負の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記論理ユニット(37)は、さらに、前記対の各離散的フーリエ変換の結果を受信して、前記送信器と前記受信器の間の周波数及び/又は位相のエラーを判断するように前記ローカル発振器(34)によって生成された発信信号(So)の位相シフトを補正するよう意図されている処理ユニット(39)を有する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項17】
請求項15に記載の通信方法を実装する通信システムであって、
当該通信システム(1)は、周期Tの準周期的なチャープタイプの信号を送信する少なくとも1つの送信器(2)と、及びチャープ信号を受信する少なくとも1つの受信器(3)とを有し、
前記送信器は、送信されるチャープ信号を生成するために送信器のローカル発振器(21)を有し、
前記受信器は、補足されたチャープ信号の像において周波数変動を行う中間信号(IF)を供給するためのミキサー(33)による受信チャープ信号の周波数変換のために周波数が一定の発振信号(So)を生成するために適した受信器のローカル発振器(34)を有し、
当該通信システム(1)は、さらに、ローパスフィルター(35)と、その後の、前記受信器のローカル発振器(34)によって供給されるタイミング信号(CK)によってクロックされるサンプラー(36)とを有し、
当該通信システム(1)は、さらに、離散的フーリエ変換(DFT)ブロック(38’)DFT1、DFT2)のを有する論理ユニット(37)を有し、
前記対の第1のブロックは、チャープ信号の周波数変動の正の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記対の第2のブロックは、チャープ信号の周波数変動の負の傾きに対応するアクジションのために意図されており、
前記論理ユニット(37)は、さらに、前記対の各離散的フーリエ変換の結果を受信して、前記送信器と前記受信器の間の周波数及び/又は位相のエラーを判断するように前記ローカル発振器(34)によって生成された発信信号(So)の位相シフトを補正するよう意図されている処理ユニット(39)を有する
ことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高感度であり同期的な復調信号の通信の方法に関する。
【0002】
本発明は、さらに、高感度であり同期的な復調信号の通信の方法を実装する通信システムに関する。
【背景技術】
【0003】
データ又はコマンドの通信システムにおいて、スペクトル拡散伝送を用いることによって低いレートで通信を行うことが望ましい場合がある。このことによって、異なる妨害原因に対して通信システムの耐性を最適化することが可能になる。通信システムは、好ましくは、「チャープ(chirp)」タイプのスペクトル拡散変調に基づくことができる。チャープ信号は、定義によれば、搬送周波数の近くの周波数に変調される準周期的な信号である。一般的には、このチャープ信号の周波数は、搬送周波数に対して、周波数帯の低値と高値の間を直線的に変わる。この信号の第1の半サイクルは、線形の周波数変動の正の傾きであることができ、この信号の続く第2の半サイクルは、線形の周波数変動の負の傾きであることができる。
【0004】
米国特許出願US2014/0064337A1は、送信器によって送信されるチャープ信号に基づいて受信器を同期するプロセスについて記載している。この特許出願をこの文脈において引用することができる。受信器のクロック信号は、初期において、データ通信を行うために送信器のクロック信号と同期しなければならない。これを達成するために、受信器は、送信器からのチャープ信号を捕捉する。受信器は、振幅が1よりも大きい半サイクルにおいて少なくとも1つの第1の周波数変動勾配を有するチャープ信号を受信するように構成している。受信器は、チャープ信号の第1の周波数変動勾配を第1の期待チャープ信号と相関させて第1の相関結果のセットを作るのに適した相関器を有する。他の相関ピークよりも上の少なくとも1つの第1の相関ピークが、周波数及び/又は位相の偏移を評価することができるように判断される。また、調整ユニットを設けて、受信器の第1のチャープ信号の位相と周波数を補正して、したがって、送信器と同期するようにする。しかし、この受信器は、周波数又は位相の偏移を迅速に探索することを可能にするように、サンプリングされた中間信号の離散的フーリエ変換(すなわち、DFT)を行わない。したがって、このことは、同期を容易にし、受信器の全体的な消費を減らすことにおいて、短所になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、本発明の目的は、同期が単純であり、周波数が低く、電力消費を良好に減少させることが可能でありつつ、従来技術の短所を改善するような、高感度であり同期的な復調信号のための通信方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
このために、本発明は、独立請求項1及び2に記載の特徴を有する、高感度であり同期的な復調信号のための通信方法に関する。
【0007】
従属請求項3〜14に、本方法の特定のステップが記載されている。
【0008】
本方法の利点の1つは、第1の実施形態によると、受信器によって、周波数が一定である受信器のローカル発振器の発振信号によって捕捉されたチャープ信号が、まず、周波数変換されることが可能になることに基づいている。この周波数変換によって、捕捉されたチャープ信号の周波数変動と同様な周波数変動を行う中間信号を得ることが可能になる。フィルタリングされサンプリングされた中間信号は、論理ユニットに供給される。この論理ユニットは、ベクトル射影ベースが変調された周波数特性を有するような「チャープ」な離散的フーリエ変換ブロックの対のアセンブリーを有する。この「チャープ」な離散的フーリエ変換ブロックの対は、互いに対して位相シフトされており、そのそれぞれに対して、異なるDFTの各ベクトルベースが位相シフトされる。すべてのDFT対は、各データアクジションの際に並列に動作する。アクジションの後、ノイズしきい値の上のピークが検出され、このことによって、周波数のエラーを判断するための周波数横座標の平均の計算を迅速に行うことが可能になる。また、ピークの1つと検出したピークの周波数の平均との間の距離である位相のエラーも判断される。
【0009】
本方法の利点の1つは、第2の実施形態によると、受信器によって、チャープ信号の像への変調周波数における、この受信器のローカル発振器の発振信号によって捕捉されたチャープ信号を、まず、周波数変換することができることに基づいている。データのアクジションはそれぞれ、受信器におけるチャープ信号の周波数変動サイクルの各開始時及び終了時の間で行われる。受信器は、発振器によってミキサーに供給される発振信号がチャープ信号の位相に十分に近づくまで、三角状の周波数変調又は変動の位相を規則的に変化させるように設けられる。これを達成するために、2種類の離散的フーリエ変換が、受信器の論理ユニットにおいて行われる。第1の離散的フーリエ変換は、周波数変動サイクルの第1の部分の間における発振信号の正の傾きに対して行われる。第2の離散的フーリエ変換は、周波数変動サイクルの第2の部分の間における発振信号の負の傾きに対して行われる。これらの周波数変動サイクルの第1及び第2の部分は、好ましくは、同一であり、周波数変動サイクルの半サイクルをそれぞれ構成する。いくつかのアクジションの後で、ノイズしきい値を超えるピークが、DFTブロックに接続された処理ユニットによって判断されて、発振信号の位相シフトを補正する。また、本通信方法の第1の実施形態におけるように、周波数のエラーとともに位相のエラーが判断される。
【0010】
好ましいことに、本通信方法の第1又は第2の変種に係る同期段階は、GPS測位信号の受信の同期と比べて短い。
【0011】
好ましいことに、周波数の著しい変化は、主に連続的に、概して大きな中断がなく行われる。したがって、このことによって、ローカル発振器において用いられる周波数シンセサイザーの帯域幅を有効に制限することができる。したがって、発振器のシンセサイザーのために用いられる変復調器は、単一点の周波数変調を行う単純な低周波数PLLシグマデルタ変復調器であることができる。この構成トポロジーは、特に単純であり低消費電力指向である。
【0012】
また、受信器のローカル発振器の周波数が変調されるような特定の場合において、このローカル発振器の寄生放射に関連づけられる干渉を広い帯域幅にわたって有効に分布させることができ、したがって、受信器の設計を単純化することができる。
【0013】
好ましいことに、変復調段階において、各半サイクルに周波数オフセットを加えることによって、チャープ信号においてデータの符号化が行われる。例えば、周波数変動の正の傾きにおける第1の半サイクルにおいて、論理状態「1」を定めるように一定の周波数オフセットを加えることができ、周波数変動の負の傾きにおける第2の半サイクルに対しては、論理状態「0」を定めるように一定の周波数オフセットが減じられる。
【0014】
好ましいことに、変復調段階において、チャープ信号の各半サイクルにおいて非対称の周波数の傾きを有するように、データの符号化が行われる。したがって、同期段階に続く、チャープ信号の各半サイクルにおいて、各論理状態は、周波数変動の正の第1の傾きによって定められ、この後に、周波数変動の負の第2の傾きが続く。これは、正の第1の傾きと絶対値が異なる。例えば、チャープ信号の第1の半サイクルにおける論理状態「1」は、絶対値が周波数変動の負の第2の傾きよりも大きい周波数変動の正の第1の傾きによって定められる。チャープ信号の第2の半サイクルにおける論理状態「0」は、絶対値が周波数変動の負の第2の傾きよりも小さい周波数変動の正の第1の傾きによって定められる。このタイプのデータ符号化においては、急な周波数の変化がない。このことは有利である。
【0015】
このために、本発明は、さらに、本方法を実装する高感度であり同期的な復調のための信号の通信システムであって、独立請求項15及び16に記載された特徴を有するものに関する。
【0016】
図面を参照しながら以下の説明を読むことによって、高感度であり同期的な復調信号のための本通信方法及びシステムの目的、利点及び特徴が、より明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】通信システムの送信器によって送信することができる周波数が変動するチャープタイプの信号を示しているグラフである。
図2】本発明の通信方法の第1の変種に係る通信システムの受信器における送信器のチャープタイプの信号及び直列の少なくとも2つのアクジションを時間にわたって示しているグラフである。
図3】本発明に係る通信方法の第1の変種を実装する通信システムの第1の実際的な例を示しているブロック図である。
図4】本発明に係る通信方法における、正と負の周波数ランプのチャープDFT1及びチャープDFT2の離散的フーリエ変換ブロックのm個の対のうちの1つの対の出力信号のノイズしきい値を超えるピークの例を示しているグラフである。
図5】本発明に係る通信方法における、チャープタイプの離散的フーリエ変換DFT1及びDFT2のn個の射影ベクトルの周波数ランプを時間にわたって示しているいくつかのグラフである。
図6】本発明の通信方法の第2の変種に係る、送信器によって送信されるチャープ信号の周波数、受信器におけるチャープ信号のサイクルの各開始時と終了時の間のアクジション、及び受信器における変換の後の中間周波数を時間にわたって示しているいくつかのグラフである。
図7】本発明に係る通信方法の第2の変種を実装する通信システムの第2の実際的な例のブロック図である。
図8】本発明に係る通信方法における、同期段階及び変調又は復調段階において、送信器によって送信されるチャープ信号の第1の変種を示しているグラフである。
図9】本発明に係る通信方法における、同期段階及び変調又は復調段階において、送信器によって送信されるチャープ信号の第2の変種を示しているグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下の説明において、当業者にとって周知である、通信システムの部品すべて、特に、高感度であり同期的な復調信号のための通信方法を実装する通信システムの部品のすべては、単純化された形態のみで説明している。
【0019】
本通信方法において、原則的には、同期のための第1の段階と復調のための第2の段階である2つの段階が行われる。同期のための第1の段階は、まず、送信器からのデータ送信の前に行われる。この第1の段階において、送信器から受信したチャープ信号に対して、受信器のローカル発振器において生成される信号の位相と周波数が適応される。このローカル発振器は、周波数シンセサイザーにリンクされた水晶共振器を有しており、この周波数シンセサイザーは、特に、捕捉されたチャープ信号に対して周波数変換の操作を行うために、発振信号を供給する。
【0020】
まず、送信器のローカル水晶発振器が、受信器のローカル水晶発振器と同様であることに注目すべきである。したがって、発振周波数は、ほとんど±40ppmと同様であり、とりわけ、送信信号と受信信号の間の位相シフトとともに、送信器の信号の周波数変動と受信器の信号の周波数変動の間の周波数の偏移を適応させることが重要となる。
【0021】
したがって、同期段階の間に、送信モジュールの正確な周波数と位相が判断される。この同期段階の終わりと復調段階の間において、送信器によって送信されるデータが、受信器によって受信される。送信器の水晶共振器と受信器の水晶共振器の間のいずれの周波数の偏移をも吸収することができるように、送信器の正確な位相が追跡される。
【0022】
図1は、通信システムの送信器によって送信されるチャープ信号についての単純化された図を示している。このチャープ信号は、準周期的であり、例えば、2.4GHzのオーダーである、搬送周波数の近くの周波数において変調され、また、振幅においても変調されることができる。図示した場合において、周波数の変調は、好ましくは、搬送周波数の近くで、周波数の低値と周波数の高値の間を時間にわたって線形に変動するようなものが求められる。時間にわたってのチャープ信号の周波数の形は、三角状である。これは、100Hzのオーダー又はそれよりも大きいことができる、低値と高値の間の距離は、所定の拡散スペクトル伝送に対する搬送周波数のまわりの周波数帯を定める。受信信号の帯域幅が大きいと、妨害の原因のすべてを防ぎ、また、例えば、1kビット/秒のオーダーである、低いフローレートの受信信号の感度を高くすることができる。
【0023】
図2は、本通信方法の第1の変種に係る受信器の同期段階において本通信システムの送信器によって送信された三角状の周波数変動をするチャープ信号を時間にわたって示している図である。この特定の場合によると、チャープ信号の周波数変動は、第1の半サイクルにおいて増加する正の傾きを有し、また、第2の半サイクルにおいて減少する負の傾きを有するような、線形である。正の傾きは、絶対値において負の傾きと等しくすることができる。しかし、下で説明するように、特に、データの変調時において、異なるようにすることもできる。本通信方法のこの第1の変種において、受信器のローカル発振器によって供給される発振信号の周波数は、受信したチャープ信号の搬送周波数の周波数の偏移にて、一定に維持される。
【0024】
第1の変種に係る通信方法のために簡潔に示したように、受信器は、一連のアクジションACQUIS N及びACQUIS N+1を行うことができる。これらの2つのアクジションはそれぞれ、受信したチャープ信号の周波数変動の周期Tである持続時間を有する。連続するアクジションは、同期されずに時間がシフトされる。すなわち、中間信号IFのアクジションの時間遅延は、一定なように位相シフトされる。
【0025】
図3は、第1の変種に係る本通信方法を実装する通信システム1の第1の実際的な例を実際に示している。まず、通信システム1は、少なくとも1つの送信器2と少なくとも1つの受信器3とを有する。これらは、MHz帯よりも高い、好ましくは、約2.4GHzである、搬送周波数の無線周波数信号SRFによってデータの通信を確立する。
【0026】
図8及び9を参照しながら下に示すように、送信器2は、主に、送信器のローカル発振器21を有し、これは、データの周波数における変調のために周波数シンセサイザー(図示せず)にリンクされる水晶を有することができる。これを達成するために、送信器のローカル発振器21は、例えば、時間にわたって三角状の線形の周波数変動を行う、所定の搬送周波数のチャープ信号を生成するための制御信号Seを受信する。チャープ信号は、アンテナ23を通してチャープタイプの無線周波数信号SRFを送信するためのパワー出力増幅器(PA)22を通り抜ける。
【0027】
受信器3は、まず、アンテナ31を有する。これによって、チャープ無線周波数信号SRF及びローノイズ増幅器(LNA)32を受信して、ミキサー33に供給される捕捉された信号を増幅してフィルタリングすることができる。受信器のローカル発振器34によって供給される発振信号Soを用いて、周波数変換がミキサー33によって行われる。この第1の実際的な例において、ローカル発振器34によって供給される発振信号は、捕捉されたチャープ無線周波数信号の搬送周波数における所定の周波数の偏移に対応する一定値の周波数にある。
【0028】
この受信器のローカル発振器34は、送信器2の場合のように、周波数シンセサイザー(図示せず)にリンクされる水晶共振器を有することができる。この状態において、ミキサー33の出力で得られる中間信号IFは、ちょうど捕捉されたチャープ信号の場合におけるように、三角状の線形周波数変動を行う。この信号は、サンプラー36においてフィルタリングされた中間信号をサンプリングする前に、伝統的なローパスフィルター35においてフィルタリングされる。このサンプラー36は、ローカル発振器34から来るタイミング信号CKによってクロックされる。このタイミング信号CKは、一連の割算器(図示せず)の出力から来る、例えば、1625MHzである、周波数を有することができる、これらの割算器は、ローカル発振器34の26MHz水晶共振器にリンクされている。
【0029】
サンプラー36から来るサンプリングされた信号は、論理ユニット37に供給される。その目的は、周波数のエラー、同期状態、データの復調を判断することである。具体的には、捕捉されたチャープ信号に対する位相のエラーΔφ及び周波数のエラーΔfが、受信器3の発振器を送信器2の発振器と同期させて、その後にデータの復調を行うことを可能にするように、論理ユニット37において制御される。
【0030】
この第1の実施形態において、論理ユニット37は、m個のチャープDFT1とチャープDFT2との離散的フーリエ変換ブロックの対のアセンブリー38を有しており、これらは、並列に動作するように構成している。数mは1以上であり、数mが大きいほど、連続的なアクジションが少なく、同期段階が迅速になることに注目すべきである。各対の第1のチャープブロックDFT1は、捕捉されたチャープ信号の周波数変動の正の傾きに関連するアクジションのために設けられる。この第1のチャープブロックDFT1によるアクジションは、チャープ信号、すなわち、中間信号IF、の周波数変動サイクルの持続時間の第1の半サイクルにおいて動作する。各対の第2のチャープブロックDFT2は、捕捉されたチャープ信号の周波数変動の負の傾きに関連するアクジションのために設けられる。この第2のチャープブロックDFT2によるアクジションは、チャープ信号、すなわち、中間信号IF、の周波数変動サイクルの持続時間の第2の半サイクルにおいて動作する。このようにして、正の傾きの周波数ランプのチャープDFT1及び負の傾きの周波数ランプのチャープDFT2の異なる部分的な離散的フーリエ変換が行われる。
【0031】
サンプリングされた中間信号を受信すると、アセンブリー38の異なる対のブロックチャープDFT1及びチャープDFT2のそれぞれが、各DFT対の間に所定の時間的な位相シフトがあるように、周波数ランプを有するn個のベクトルのコア上へのDFT射影を並列に行う。これらの周波数ランプは、チャープ信号の像における中間信号の周波数変動の関数である。
【0032】
図5は、チャープDFT1に対して1つの半サイクル、そして、チャープDFT2に対して別の半サイクルにおける、n個の射影ベクトルビンの周波数ランプを実際に示している。ビンの数nは、比較的小さくすることができ、例えば、256のオーダーである。図示しているように、DFTのコアの各段階における、チャープ信号、すなわち、中間信号、の周波数変動サイクルは、チャープブロックDFT1及びDFT2のm個の対に対応するm個の段階に時間分割される。段階1における正の傾きのチャープDFT1のランプ(ビン)及び負の傾きのチャープDFT2のランプは、段階2における正の傾きのチャープDFT1のランプ(ビン)及び負の傾きのチャープDFT2のランプに対して、持続時間T/mの時間、位相シフトされる。Tは、チャープ信号の周波数変動サイクルの持続時間を定めており、mは、アセンブリー38の対の数を表している。これは、チャープDFT1及びチャープDFT2のブロックのm番目の対まで連続的に繰り返される。
【0033】
なお、サンプラー36における連続的なアクジションのそれぞれは、受信チャープ信号の変調段階が適切に実行されるように行われることに注目すべきである。このことによって、アセンブリー38のm個の段階が可能性のある段階すべてを実行して、送信器の変調の段階に、より良好にアプローチすることが可能になる。DFT対の数mが小さいほど、連続的なアクジションの数が大きくなる。このことは、数mが1、2又は4である場合、レシーバの同期を可能にするためには信号の単一のアクジションでは不十分であることを表している。なぜなら、送信器の変調とローカル射影の間の位相のエラーが大きくなりすぎることがあるからである。
【0034】
チャープブロックDFT1及びDFT2の各対の間で時間位相シフトが行われるために、図4に示すように、m個の対の1つは、所定のしきい値を超える周波数ピークを検出することができる。各対が、チャープ信号の正の傾きに対する第1のチャープブロックDFT1及びチャープ信号の負の傾きに対する第2のチャープブロックDFT2を有するので、第1のブロックに対するしきい値を超える周波数FD1における第1のピークが検出され、第2のブロックに対するしきい値を超える周波数FD2における第2のピークが検出される。周波数FD1は、中間周波数ないし平均周波数fmよりも低く、周波数FD2は中間周波数ないし平均周波数fmよりも高い。
【0035】
図2に示す2つの連続的なアクジションACQUIS NとACQUIS N+1の間において、周波数と位相のエラーを判断する計算段階がある。アセンブリー38のチャープブロックDFT1及びDFT2の異なる対にリンクされた処理ユニット39における計算段階において、エラーΔf0として論理ユニットの出力において供給される周波数のエラーΔf=(fd1+fd2)/2が決まるように、周波数FD1及びFD2における2つの横座標の平均が判断される。また、ピークの1つと平均Δfの間の距離と等しい位相のエラーΔφが判断される。この位相のエラーは、Δφ=|fd1−Δf|=|fd2−Δf|である。
【0036】
本通信方法のこの第1の変種におけるm個の異なるチャープブロックDFT1及びDFT2に関連づけられた並列の計算において、受信器の同期時間は非常に短い。対照的に、すべての対によっていくつかの計算が同時に行われるので、下で説明する本通信方法の第2の変種に対して、わずかに高い消費が確認される。
【0037】
また、もちろん、論理ユニット37は、下の変復調段階についての記載において議論する同期状態を、復調データとともに供給することもできる。このデータは、欧州特許出願EP2469783A1の図1及び2に関連して説明するように、論理ユニット37において復調することができる。この欧州特許出願を、参照によって本明細書に組み入れる。
【0038】
図6及び7を参照しながら、本通信方法の第2の変種について説明する。図6は、送信器によって送信されるチャープ信号の周波数変動の同期段階における、受信器におけるチャープ信号の周波数変動サイクルの各開始時と終了時の間のアクジション及び受信器における変換の後の中間周波数を、時間にわたって示しているいくつかのグラフである。なお、本通信システムの第2の実際的な例によると、ローカル発振器が、変調された発振信号をチャープ信号の像に供給して、同期の後に変換が行われると、中間信号の一定の周波数を得ることに注目すべきである。
【0039】
受信器は、発振器によってミキサーに供給される発振信号がチャープ信号と同位相になるまで、変調の位相又は三角状の周波数変動を規則的に変化させるように設けられる。受信器における持続時間Tのアクジションのそれぞれは、好ましくは、各期間の開始時に低い周波数の値から開始し、前記周波数変動サイクルの終了時に低い周波数値で終了する。しかし、各周波数変動サイクルが、高い周波数値で開始し、高い周波数値で期間の終了時に終了することができる。したがって、信号の同期までに新しいアクジションを開始するためには、発振信号を生成する位相シフトが必要である。
【0040】
受信器の論理ユニットにおいて、2つの離散的フーリエ変換が行われる。第1の周波数変動半サイクルの間に、発振信号の正の傾きに対して第1の離散的フーリエ変換が行われる。第2の周波数変動半サイクルの間に、発振信号の負の傾きに対して第2の離散的フーリエ変換が行われる。所与のノイズしきい値よりも高いピークが離散的フーリエ変換の各結果において検出された場合、送信器と受信器の間の周波数のエラー及び位相のエラーが計算される。この周波数のエラーΔfは、所定のしきい値の上で検出された2つのピークの横座標の平均と等しい。図4を参照しながら上で説明したように、位相のエラーΔφは、ピークの1つと平均の間の距離に等しい。
【0041】
図6に示すように、第1のアクジションACQUIS Nの間に、発振信号は、チャープ信号から位相シフトされる。このことは、中間信号の周波数が一定ではないことを意味している。対照的に、第2のアクジションACQUIS N+1において、発振信号は、チャープ信号と同位相である。このことは、第1の半周期にわたって中間信号の周波数が高値で一定であり、第2の半周期にわたって中間信号の周波数が低値で一定であることを意味する。
【0042】
なお、本通信方法のこの第2の変種によると、受信器のローカル発振器の周波数に適応させるように周波数のエラーと位相のエラーを判断して補正するためには、いくつかの連続的なアクジションが時間にわたってなければならない。同期段階が終了すると、受信器において復調段階を開始することができる。
【0043】
図7は、本通信方法を実装する通信システム1の第2の実施形態を示している。部品の大部分が図3を参照して説明した通信システムと同じであるので、これらの部品を再び説明しない。基本的には、論理ユニット37の部品及びそれらの機能を説明する。
【0044】
論理ユニット37は、サンプラー36から来るサンプリングされた信号を受信して、周波数のエラーf0、同期状態、データの復調を判断する。2つの離散的フーリエ変換ブロックDFT1及びDFT2を備える1つのアセンブリー38’のみが、論理ユニット37に設けられている。上記のように、第1のブロックDFT1は、周波数変動の正の傾きのアクジションの第1の半サイクルに対するn個のベクトルのコア上へのDFT射影を行う。第2のブロックDFT2は、周波数変動の負の傾きのアクジションの第2の半サイクルに対するn個のベクトルのコア上へのDFT射影を行う。各アクジションの間に、単一の計算が同時に行われる。処理ユニット39における各DFT1及びDFT2のブロックの後にピークが検出されると、上で説明したように、周波数のエラーΔf及び位相のエラーΔφが判断される。
【0045】
上記のように、欧州特許出願EP2469783A1の図1及び2に関連して説明したように、論理ユニット37でデータを復調することができる。この欧州特許出願を参照によって本明細書に組み入れる。
【0046】
本通信システムのこの第2の変種の場合において、受信器の同期時間は、本通信方法の第1の変種における同期時間よりも長い。対照的に、本通信方法の第1の変種における消費電力よりも消費電力がはるかに低い。
【0047】
本通信方法の第1の変種又は第2の変種において受信器が同期されると、図3又は7の第1又は第2の実際的な例によって、通信システムにおいて変復調段階を開始することができる。
【0048】
図8は、本通信方法の第1の変種又は第2の変種における、同期段階及び変調又は復調段階についての送信器によって送信されるチャープ信号の第1の変種を示している。変復調段階に対する各データ符号を、単一の論理状態「1」又は「0」、又は論理状態「1」又は「0」の連続的なバイナリーワードによって定めることができる。
【0049】
第1の変種によると、本通信システムの第1の実際的な例において、受信器のローカル発振器によって供給された発振信号の周波数を一定に保つことができる。しかし、本通信システムの第2の実際的な例においては、発振信号の周波数が受信チャープ信号の周波数のように変動するようにすることも想到することができる。
【0050】
送信器は、同期段階のために、図1に示したような線形的に変動する周波数を有するチャープ信号を送信する。送信器からの変調段階のために、送信される情報の実体を表すいくつかの値を有する周波数オフセットを各半サイクルに加えて、チャープ信号においてデータの符号化を行う。図8に示すように、データの位相は、三角状の信号の位相と同期される。周波数変動が正の傾きである第1の半サイクルにおいては、論理状態「1」を定めるように一定の周波数オフセットが加えられ、周波数変動の負の傾きである第2の半サイクルにおいては、論理状態「0」を定めるように一定の周波数オフセットが減じられる。これは、符号化されるデータの各論理状態を定めるように加えられ又は減じられる周波数オフセットと同じであることができるが、異なるオフセットとすることも想到することができる。
【0051】
図9は、本通信方法の第1の変種又は第2の変種における、同期段階及び変調又は復調段階のために送信器によって送信されるチャープ信号の第2の変種を示している。
【0052】
このタイプの符号化の場合、チャープ信号の各半サイクルにおいて非対称な周波数の傾きが形成され、これによって、論理状態「1」又は論理状態「0」のいずれかを定める。したがって、同期段階の後のチャープ信号の各半サイクルにおいて、各論理状態は、周波数変動の正の第1の傾きによって定められ、この後には、正の第1の傾きからの絶対値において異なる周波数変動の負の第2の傾きによって定められる。
【0053】
図9に示すように、チャープ信号の第1の半サイクルにおける論理状態「1」は、絶対値が周波数変動の負の第2の傾きよりも大きい周波数変動の正の第1の傾きによって定められる。対照的に、チャープ信号の第2の半サイクルにおける論理状態「0」は、絶対値が周波数変動の負の第2の傾きよりも小さい周波数変動の正の第1の傾きによって定められる。
【0054】
なお、このデータ符号化の第2の変種において、データの符号化のための周波数の適応が周波数における飛びなしで行われる。このことによって、使用することが容易であり、また、通信システムでの消費を減らすような1点のPLLモジュレータを用いることが可能になる。
【0055】
発振信号の周波数が一定であることによって、受信器は、送信符号ごとに信号アクジションを行うことができる。論理ユニットにおいて、受信器は、n個のタイプの期待ベクトル上に受信したベクトルを射影することができる。送信器の位相を正確に追跡するために、3n回の射影が並列で行われる。すなわち、「早い」射影、「現在」の射影及び「遅い」射影である。アクジションの位相は、「現在」の中間の位相に対して最大の射影エネルギーを得るように補正される。
【0056】
別の変種によれば、受信器のローカル発振器によって供給される発振信号の周波数が変調される。この場合、図8に示した変調を、好ましいことに、用いることができる。受信器は、送信符号ごとに単一のアクジションを行い、n個のタイプの期待ベクトル上に受信ベクトルを射影する。この場合におけるように、期待ベクトルは、送信器と受信器の中央周波数がロックされているような所定の周波数のシヌソイド信号に対応しており、射影は、明確に定められた値の単一のビンに対するDFTの計算に対応している。
【0057】
時間の経過にしたがって送信器と受信器の間に特定の位相と周波数の偏移があることもある。送信器の位相を正確に追跡するために、「早い」射影、「現在」の射影及び「遅い」射影の3つの射影が平行に行われる。ローカル発振器の三角状の変調信号の位相は、「現在」の中央位相において最大の射影エネルギーを得るように補正される。3つの位相におけるエネルギーの制御は、受信チャープ信号の位相を追跡するように行われる。これは、同期段階の終わりにおいて、あるいは信号の変復調段階の直前又はその間に行われる。
【0058】
もちろん、周波数変調チャープ信号を送信し、別のチャープ信号を受信するように送受信器を設計することは、まったく適切である。あらゆる送信器と受信器が、上で説明した本通信方法の第1及び第2の変種にしたがって動作することができる。
【0059】
当業者であれば、請求の範囲によって定められる本発明のフレームワークから逸脱せずに、ここで記載されている説明から、本通信方法及びシステムのいくつかの変種を想到することができる。チャープ信号のサイクルの持続時間に依存して、各半サイクルにわたってではなく、各論理状態に対して、データの変調を行うことができる。チャープ信号の周波数変動の正の傾きは、絶対値がチャープ信号の周波数変動の負の傾きよりも大きくても小さくてもよい。チャープ信号の各周波数変動サイクルにおいて、データの符号化に、非対称の周波数の傾きを形成することができる。データの変調のために送信チャープ信号において振幅変調を行うようにすることができる。
【符号の説明】
【0060】
1 通信システム
2 送信器
3 受信器
21 ローカル発振器
22 パワー出力増幅器
23、31 アンテナ
32 ローノイズ増幅器
33 ミキサー
34 ローカル発振器
35 ローパスフィルター
36 サンプラー
37 論理ユニット
38 アセンブリー
39 処理ユニット
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9