DE60317540T2

DE60317540T2 - EINE zusammengestzte Wellenform für ein Ultrabreitband-System

Info

Publication number: DE60317540T2
Application number: DE60317540T
Authority: DE
Inventors: David Scottsdale LEEPER; David Chandler ENGLAND
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: ATE378736T1; WO2004032358A3; TWI253239B; EP1547265A2; DE60317540D1; HK1074703A1; WO2004032358A2; US20050020206A1; AU2003275272A8; US7020177B2; CN1650535A; AU2003275272A1; TW200421736A; CN1650535B; EP1547265B1

Description

STAND DER TECHNIK
Die heutigen drahtlosen Kommunikationssysteme können viele unterschiedliche Arten von Vorrichtungen und Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen verwenden. Das Bestimmen der geeigneten Architekturen und Luftschnittstellenprotokolle zum Übertragen von Informationen in einem bestimmten System kann problematisch sein. Faktoren, wie zum Beispiel Kosten, Leistungsaufnahme, Wiederverwendung von Spektrum, Bandbreite, Datenrate, Entfernung und Systemkapazität können beim Entwerfen eines bestimmten Systems berücksichtigt werden.
Bei Radarsystemen werden Breitbandwellenformen analysiert, wie in Engler H F JR, "Systems considerations for large percent-bandwidth radar", IEEE Proceedings of National, Telesystems Conference, Atlanta, März 1991, S. 133-137, wo die Charakteristika verschiedener Arten von Radarwellenformen, wie zum Beispiel Basisbandwellenformen und Ultrabreitband-Einperioden- und -Polyzykluswellenformen, offenbart werden. Das Verhalten dieser Wellenformen wird in Verbindung mit verschiedenen Radarsystemfähigkeiten und – charakteristika bewertet, wie zum Beispiel Zielerfassung, Zieldarstellung/Identifizierung und Störechounterdrückung. Außerdem offenbart US 2001/0019312A1 eine Schaltung zur Umwandlung analoger Wellenformen in Pulsfolgen.
Daher besteht ein fortgesetzter Bedarf an alternativen Wegen zum Übertragen von Informationen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Auf den Gegenstand der Erfindung, der als die Erfindung angesehen wird, wird besonders hingewiesen; er wird im abschließenden Teil der Patentschrift eindeutig bean sprucht. Die vorliegende Erfindung kann jedoch sowohl bezüglich der Organisation als auch des Betriebsverfahrens, zusammen mit Objekten, Merkmalen und Vorteilen derselben, am besten durch Verweis auf die folgende detaillierte Beschreibung verstanden werden, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, dabei gilt:
1 ist ein Diagramm, das eine Wellenform in der Zeitdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist ein Diagramm, das die Wellenform von 1 in der Frequenzdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
3 ist ein Diagramm, das eine Wellenform in der Zeitdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
4 ist ein Diagramm, das die Wellenform von 3 in der Frequenzdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
5 ist ein Diagramm, das eine Wellenform in der Zeitdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
6 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil eines Kommunikationssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert.
8 ist ein Diagramm, das eine Wellenform in der Zeitdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
9 ist ein Diagramm, das eine Wellenform in der Zeitdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Es ist zu erkennen, dass aus Gründen der Einfachheit und Klarheit der Erläuterung Elemente, die in den Figuren illustriert werden, nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet werden. Die Abmessungen einiger der Elemente können zum Beispiel für eine größere Klarheit gegenüber anderen Elementen übertrieben werden. Wenn dies für angemessen gehalten wurde, sind ferner Verweiszahlen in den Figuren wiederholt worden, um die entsprechenden oder analogen Elemente anzuzeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details dargelegt, um für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Für Fachleute auf dem Gebiet ist jedoch erkennbar, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben worden, um das Verständnis für die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu erschweren.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Vorrichtung zum Ausführen der Operationen hierin umfassen. Diese Vorrichtung kann speziell für die gewünschten Zwecke ausgelegt werden, oder sie kann eine Mehrzweck-Rechenvorrichtung umfassen, die von einem Programm, das in der Vorrichtung gespeichert ist, selektiv aktiviert oder umkonfiguriert wird. Solch ein Programm kann auf einem Speichermedium gespeichert werden, wie zum Beispiel (ohne darauf beschränkt zu sein) jede Art von Platte, einschließlich Disketten, optischen Platten, CD-ROMs, magnet-optischen Platten, elektromechanischen Platten, Nur-Lese-Speichern (ROMs), Direktzugriffsspeichern (RAMs), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speichern (EPROMs), elektrisch löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speichern (EEPROMs), Flash-Speicher, magnetischen oder optischen Karten oder jeder anderen Art von Medien, die sich zum Speichern von elektronischen Befehlen und Daten eignen.
In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen können die Begriffe "verbunden" und "angeschlossen" neben ihren Ableitungen verwendet werden. Es versteht sich, dass diese Begriffe nicht als Synonyme für einander gelten sollen. Vielmehr kann in bestimmten Ausführungsformen "angeschlossen" verwendet werden, um anzuzeigen, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physischem oder elektrischem Kontakt miteinander sind. "Verbunden" kann bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente sich in direktem physischem oder elektrischem Kontakt befinden. "Verbunden" kann jedoch auch bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente sich nicht in direktem Kontakt miteinander befinden, aber trotzdem noch miteinander kooperieren oder Wechselwirken.
Wendet man sich 1 zu, so wird ein Diagramm gezeigt, das eine Wellenform 100 in der Zeitdomäne illustriert. ZEIT wird an der x-Achse angegeben, und AMPLITUDE wird an der y-Achse angegeben.
In diesem Diagramm kann die Wellenform 100 als Gaußsches monozyklisches Signal 110 bezeichnet werden. Das heißt, die Wellenform 100 umfasst ein sinusförmiges Signal mit einem einzigen Zyklus und kann einfach als monozyklisches Signal bezeichnet werden. Das Einperiodensignal 110 kann auch allgemein als Impuls, gepulstes Signal, Impulssignal, Breitbandhochfrequenzsignal (Breitband-HF-Signal), HF-Impulssignal, HF-Pulssignal, gepulstes HF-Signal oder als Ultrabreitband-(UWB)-Signal bezeichnet werden. Genauer gesagt, kann das Einperiodensignal 110 als Einperiodenim puls- oder Monoimpulssignal bezeichnet werden. Es können auch verschiedene andere Begriffe zur Bezeichnung des Einperiodensignals 110 verwendet werden. Das Einperiodensignal 110 hat eine Impulsbreite oder -dauer von T₂–T₁, eine maximale Amplitude von A₂ und eine minimale Amplitude von A₁.
Wendet man sich 2 zu, so wird ein Diagramm der Wellenform von 1 in der Frequenzdomäne (als Signal 210 bezeichnet) gezeigt. Die Mittenfrequenz (mit der Kennzeichnung Fc) und die Bandbreite (F₂–F₁) von Signal 210 können von der Dauer des Einperiodensignals 110 abhängen. In einigen Ausführungsformen kann die Mittenfrequenz eines Einperiodensignals ungefähr gleich dem Kehrwert seiner Dauer sein, und die Bandbreite kann ca. 160 der Mittenfrequenz betragen. Wenn zum Beispiel das Einperiodensignal 110 eine Dauer von etwa 0,5 Nanosekunden (ns) in der Zeitdomäne hat, dann kann die Mittenfrequenz des Einperiodensignals 110 in der Frequenzdomäne etwa 2,0 Gigahertz (GHz) sein, und die Bandbreite des Einperiodensignals 110 in der Frequenzdomäne kann etwa 3,2 GHz betragen, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
Ein drahtloses Kommunikationssystem kann ein oder mehrere Informationsbits unter Verwendung des Einperiodensignals 110 übertragen. Oder das System kann alternativ eine Impulsfolge verwenden, die mehrere Einperiodensignale umfasst, um ein Informationsbit zu übertragen.
Es ist hierin zu beachten, dass die Begriffe Daten und Informationen austauschbar verwendet werden können. Außerdem können die Begriffe Informationen und Daten sich auf ein einzelnes Informationsbit beziehen oder können sich auf mehr als ein Informationsbit beziehen.
Es ist zu beachten, dass in 1 ein ideales Gaußsches Einperiodensignal 110 dargestellt wird. In der Praxis jedoch kann statt eines idealen Gaußschen Einperiodensignals zum Übertragen von Informationen ein nichtideales Einperiodensignal (nicht dargestellt) zum Übertragen von Informationen in einem Kommunikationssystem verwendet werden. In der Frequenzdomäne kann ein nichtideales Einperiodensignal eine verringerte Bandbreite im Vergleich zu einem idealen Einperiodensignal aufweisen.
Wendet man sich 3 zu, so wird ein Diagramm gezeigt, das eine Wellenform 300 in der Zeitdomäne illustriert. ZEIT wird an der x-Achse angegeben, und AMPLITUDE wird an der y-Achse angegeben.
Wellenform 300 kann als Multiperiodensignal 310 bezeichnet werden. Das heißt, das Multiperiodensignal 310 ist ein sinusförmiges Multiperiodensignal und kann ein zeitlich beschränktes Segment einer zugrundeliegenden Sinuskurve sein, die mehrere (z. B. zwei oder mehr) Perioden der Sinuskurve umfasst. In einigen Ausführungsformen kann ein Multiperiodensignal mehrere Perioden einer Sinuswelle mit einer Hüllkurve aufweisen. Obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt ist, kann das Multiperiodensignal 310 am Anfang und am Ende des Segmentes gedämpft sein, was eine geformte Hüllkurve für das Multiperiodensignal 310 erzeugt, wie in 3 gezeigt. Das Multiperiodensignal 310 kann durch einen ungedämpften Energiestoß bei einer einzelnen Frequenz erzeugt werden. Ein Multiperiodensignal kann sich auf einen Impuls beziehen, der aus einem Bündel von Perioden besteht, wobei ein Einperiodensignal sich auf einen Impuls beziehen kann, der weniger als zwei Perioden aufweist. Das Multiperiodensignal 310 hat eine Impulsbreite oder -dauer von T₂–T₁, eine maximale Amplitude von A₂ und eine minimale Amplitude von A₁.
Das Multiperiodensignal 310 kann auch allgemein als ein Impuls, ein gepulstes Signal, ein Impulssignal, ein Breitbandhochfrequenzsignal (Breitband-HF-Signal), ein HF-Impulssignal, ein HF-Pulssignal, ein gepulstes HF-Signal oder als UWB-Signal bezeichnet werden. Genauer gesagt, kann das Multiperiodensignal 310 als nicht-monozyklisches Signal, Burstsignal, Tonsignal, Tonburstsignal, Multipulssignal oder als Teilbandimpulssignal bezeichnet werden. Es können auch verschiedene andere Begriffe zur Bezeichnung des Multiperiodensignals 310 verwendet werden.
Wendet man sich 4 zu, so wird ein Diagramm der Wellenform von 3 in der Frequenzdomäne (das als Signal 410 bezeichnet wird) gezeigt. Die Mittenfrequenz (mit der Kennzeichnung Fc) und die Bandbreite (F₂–F₁) von Signal 410 können von der Dauer des Multiperiodensignals 310 abhängen. In einigen Ausführungsformen kann die Mittenfrequenz eines Einperiodensignals ungefähr gleich dem Kehrwert seiner Dauer sein, und die Bandbreite kann ca. 160 der Mittenfrequenz betragen. Wenn zum Beispiel das Multiperiodensignal 410 eine Dauer von etwa 2 Nanosekunden (ns) in der Zeitdomäne hat, dann kann die Mittenfrequenz des Einperiodensignals 110 in der Frequenzdomäne etwa 500 Megahertz (MHz) sein, und die Bandbreite des Einperiodensignals 110 in der Frequenzdomäne kann etwa 800 MHz betragen, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
Obwohl dieselben Amplituden-, Zeit- und Frequenzbezeichnungen in den 1–4 verwendet werden (z. B. T₁, T₂, A₁, A₂, F₁, F₂, F_c), können diese Bezeichnungen unterschiedlichen Zeiten, Amplituden und Frequenzen entsprechen.
Ein drahtloses Kommunikationssystem kann ein oder mehrere Informationsbits unter Verwendung des Multiperiodensignals 310 übertragen. Oder ein System kann alternativ eine Im pulsfolge verwenden, die mehrere Multiperiodensignale umfasst, um ein Informationsbit zu übertragen.
Die Informationen können zwischen zwei Vorrichtungen durch Modulieren des Multiperiodensignals 310 oder des Einperiodensignals 110 kommuniziert oder übertragen werden. Durch Variieren der Amplitude, Polarität, des Zeitablaufs oder anderer Charakteristika des Einperiodensignals 110 können Informationen unter Verwendung des Einperiodensignals 110 codiert werden. Ein Zeitmodulationsschema, das als Zeitversetzungs- oder Impulslagenmodulation bezeichnet werden kann, kann das Verschieben der Lage des Impulses in der Zeit relativ zu einer Nennposition umfassen. Analog können durch Variieren der Amplitude, Polarität, des Zeitablaufs oder anderer Charakteristika des Multiperiodensignals 310 Informationen unter Verwendung des Multiperiodensignals 310 codiert werden.
5 ist ein Diagramm, das eine Wellenform 500 in der Zeitdomäne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Wellenform 500 kann als hybride Wellenform oder kombinierte Wellenform bezeichnet werden, die ein Einperiodensignal 510, gefolgt von den Multiperiodensignalen 520, 530 bzw. 540, umfasst. Die Wellenform 500 kann ferner ein Einperiodensignal 550, das dem Multiperiodensignal 540 folgt; die Multiperiodensignale 560, 570 und 580, die dem Einperiodensignal 550 folgen; und das Einperiodensignal 590, das dem Multiperiodensignal 590 folgt, umfassen. Die Wellenform 500 kann in einem UWB-Kommunikationssystem verwendet werden und kann im allgemeinen als UWB-Wellenform bezeichnet werden.
Drahtlose Kommunikationssysteme, die Informationen unter Verwendung von Wellenform 100 (1), Wellenform 300 (3) oder Wellenform 500 (5) übertragen, können als Ultrabreitband-(UWB)-Systeme bezeichnet werden. Es können verschieden andere Begriffe verwendet werden, um sich auf Übertragungssysteme, die die Wellenformen 100, 300 oder 500 verwenden, zu beziehen. Ein Kommunikationssystem, das die Wellenformen 100, 300 oder 500 verwendet, kann zum Beispiel als trägerloses, Basisband-, Impulshochfrequenz-(IR-) oder System auf Impulsbasis bezeichnet werden.
Wendet man sich wieder 5 zu, so können in dieser Ausführungsform die Einperiodensignale 510, 550 und 590 maximale Amplituden von etwa A₅ und minimale Amplituden von etwa A₁ aufweisen. Die Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580 können maximale Amplituden von etwa A₄ und minimale Amplituden von etwa A₂ aufweisen. In dieser Ausführungsform kann die maximale Amplitude von Einperiodensignal 510 größer als die maximalen Amplituden der Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580 sein, und die minimale Amplitude von Einperiodensignal 510 kann kleiner als die minimalen Amplituden der Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580 sein.
Obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist, kann die Dauer (T₂–T₁) von Einperiodensignal 510 in der Ausführungsform, die in 5 illustriert wird, annähernd gleich der Dauer (T₁₀–T₉) von Einperiodensignal 550 und annähernd gleich der Dauer (T₁₈–T₁₇) von Einperiodensignal 590 sein. Die Dauer der Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580 kann bei allen annähernd gleich groß sein. Außerdem kann in dieser Ausführungsform die Dauer der Einperiodensignale 510, 550 und 590 kleiner als die Dauer der Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580 sein.
In einer Ausführungsform kann ein drahtloses Kommunikationssystem ein oder mehrere Informationsbits unter Verwendung der Wellenform 500 zwischen zwei Vorrichtungen übertragen. Ein Informationsbit kann zum Beispiel unter Verwendung des Einperiodensignals 510 übertragen werden, und ein weiteres Informationsbit kann unter Verwendung des Multiperiodensignals 520 übertragen werden. Außerdem können sieben andere Informationsbits unter Verwendung der Signale 530, 540, 550, 560, 570, 580 bzw. 590 übertragen werden. Alternativ kann in anderen Ausführungsformen ein einzelnes Informationsbit von einer Vorrichtung unter Verwendung von mehr als einem Einperiodensignal der Wellenform 500 (z. B. Einperiodensignale 510, 550 und 590) übertragen werden. Außerdem kann ein einzelnes Informationsbit von einer Vorrichtung unter Verwendung von mehr als einem Multiperiodensignal der Wellenform 500 (z. B. Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580) übertragen werden.
Obwohl die Wellenform 500 mit nur drei Einperiodensignalen dargestellt wird, ist zu beachten, dass dies keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Wellenform 500 mehr oder weniger als drei Einperiodensignale umfassen. Obwohl die Wellenform 500 mit nur sechs Multiperiodensignalen dargestellt wird, ist analog zu beachten, dass dies keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Wellenform 500 mehr oder weniger als sechs Multiperiodensignale umfassen. In einer Ausführungsform kann eine UWB-Wellenform ein Einperiodensignal, gefolgt von zehn Multiperiodensignalen (10:1-Verhältnis), dann von einem weiteren Einperiodensignal gefolgt und schließlich von zehn Multiperiodensignalen gefolgt, umfassen.
Wendet man sich 6 zu, so wird ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Teils eines Kommunikationssystems 600 gezeigt. System 600 kann ein drahtloses System sein, und Informationen können zwischen den Kommunikationsvorrichtungen 610 und 620 über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung 630 übertragen werden. Die Vorrichtungen 610 und 620 können drahtlose Vorrichtungen sein, und die Kommunikationsverbindung 630 kann eine Luftschnittstelle sein und kann einen oder mehrere Kommunikationskanäle oder -wege zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 repräsen tieren. Die Vorrichtungen 610 und 620 können drahtlose Transceiver (nicht dargestellt) und Antennen (nicht dargestellt) zum Übertragen von Informationen unter Verwendung von Hochfrequenz-(HF)-Signalen umfassen. Die Vorrichtungen 610 und 620 können Zugangspunkte (AP), PDAs (Personal Digital Assistants), Laptop- und tragbare Computer mit Funkeinrichtung, Web-Tablets, drahtlose Telefone, drahtlose Kopfhörergarnituren, Pager (Personenrufempfänger), Sofortnachrichtenübermittlungsvorrichtungen, digitale Musikwiedergabegeräte, digitale Kameras oder andere Vorrichtungen sein, die zum drahtlosen Senden und/oder Empfangen von Informationen ausgelegt sind.
Die Vorrichtung 610 kann zum Verarbeiten einer UWB-Wellenform ausgelegt sein, wie zum Beispiel der Wellenform 100, Wellenform 300, Wellenform 500 (die oben mit Bezug auf 5 diskutiert wurde), Wellenform 800 (die unten mit Bezug auf 8 diskutiert wird) oder Wellenform 900 (die unten mit Bezug auf 9 diskutiert wird). In einigen Ausführungsformen kann sich eine UWB-Wellenform auf ein HF-Signal beziehen, das eine Bandbreite von mehr als 20 seiner Mittenfrequenz hat. In anderen Ausführungsformen kann sich eine UWB-Wellenform auf ein HF-Signal beziehen, das eine Bandbreite von mindestens etwa 500 MHz hat.
Vorrichtung 610 kann zum Kombinieren von Einperioden- und Multiperiodensignalen ausgelegt sein, um Informationen von Vorrichtung 610 zu Vorrichtung 620 zu übertragen. In einer Ausführungsform kann Vorrichtung 610 einen Wellenformgenerator (nicht dargestellt) umfassen, der die Wellenform 500 von 5 erzeugen kann, um Informationen von Vorrichtung 610 zu Vorrichtung 620 zu übertragen. Vorrichtung 620 kann zum Verarbeiten einer UWB-Wellenform, wie zum Beispiel Wellenform 500 (5), Wellenform 800 (8) oder Wellenform 900 (9), ausgelegt sein. Vorrichtung 620 kann zum Beispiel Detektor- und Decodierschaltungen (nicht dargestellt) umfassen, die zum Empfangen und Rückge winnen der Informationen ausgelegt sind, welche von Vorrichtung 610 gesendet wurden.
In einigen Ausführungsformen können die Vorrichtungen 610 und 620 Teil eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) sein und zum Mitteilen von Informationen unter Verwendung von Breitband-HF-Signalen über Entfernungen von weniger als etwa 100 Metern (m) ausgelegt sein, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform ein WLAN-System einen Computer umfassen, der eine WLAN-Adapterkarte und eine Basisstation hat, die an ein festverdrahtetes Netz angeschlossen ist. Das WLAN kann zum Einrichten einer Funkverbindung über eine Entfernung von bis zu 100 Metern zwischen der Basisstation und dem Computer verwendet werden. In anderen Ausführungsformen können die Vorrichtungen 610 und 620 Teil eines drahtlosen persönlichen lokalen Netzes (WPLAN) sein und zum Mitteilen von Informationen unter Verwendung von Breitband-HF-Signalen über Entfernungen von weniger als etwa 10 Metern ausgelegt sein.
Mit Bezug auf die 5 und 6, können in einigen Ausführungsformen die Einperiodensignale 510, 550 und 590 der Wellenform 500 zum Übertragen einer Art von Informationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 verwendet werden, und die Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580 der Wellenform 500 können zum Übertragen einer anderen Art von Informationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 verwendet werden. In einer Ausführungsform können zum Beispiel Nutzerinformationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 unter Verwendung von Multiperiodensignalen 520, 530, 540, 560, 570 und 580 der Wellenform 500 verwendet werden, und Steuer-, Zeitsteuerungs- oder Sicherheitsinformationen können zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 unter Verwendung von Einperiodensignalen 510, 550 und 590 der Wellenform 500 verwendet werden.
Beispiele für Nutzerinformationen können Tabellenkalkulationsblatt-, Textverarbeitungs-, Video-, Audio-, Bild-, Email- oder Webseiteninformationen umfassen, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Beispiele für Steuer- und Zeitsteuerungsinformationen können Informationen zum Einrichten eines Kommunikationsweges, Informationen zum Abbrechen eines Kommunikationsweges, Synchronisierungsinformationen, Informationen zur Koordination mehrerer Zugriffe, Informationen zur Anpassung der Datenrate und Informationen zum Bestimmen der Qualität der Verbindung zwischen zwei Vorrichtungen umfassen, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Beispiele für Sicherheitsinformationen umfassen Autorisierungs-, Authentifizierungs- und Verschlüsselungsinformationen für den sicheren Schlüsselaustausch.
In einer Ausführungsform kann zum Beispiel zum Abbrechen eines Kommunikationsweges eines oder mehrere der Einperiodensignale der Wellenform 500 zum Signalisieren des Übertragungsendes verwendet werden. Zum Einrichten eines Kommunikationsweges kann eine Empfangsvorrichtung ein oder mehrere Einperiodensignale der Wellenform 500 verwenden, um einen Empfängertakt mit der richtigen Frequenz und synchron zur Impulsankunftszeit einzurichten. Zum Synchronisieren der Kommunikation zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 kann ein einzelner Einperiodenimpuls der Wellenform 500 zum Starten oder "Triggern" eines Präzisionsoszillators in der Empfangsvorrichtung (z. B. Vorrichtung 620) verwendet werden. In alternativen Ausführungsformen kann die Empfangsvorrichtung einen Phasenregelkreis (PLL) oder eine andere Zeitsteuerungsvorrichtung zum Empfangen mehrerer (z. B. mehr als zwei) Einperiodensignale verwenden und synchron den Empfangstakt erhalten.
Obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist, kann in einer Ausführungsform die Qualität der Kommunikationsverbindung unter Verwendung eines Qualitätsparameters bestimmt werden, wie zum Beispiel der Bitfehlerrate (BER). In dieser Ausführungsform wird die BER der Informationen, die unter Verwendung der Einperiodenimpulse der Wellenform 500 übertragen werden, überwacht, um die Qualität der Kommunikationsverbindung zu bestimmen. Wenn festgestellt wird, dass die BER über einem vorgegebenen Schwellwert liegt, dann kann ein Signal von Empfangsvorrichtung (z. B. 620) an die Sendevorrichtung (z. B. 610) gesendet werden, um die Sendevorrichtung zu veranlassen, die Sendedatenrate sowohl für die Informationen, die unter Verwendung von Einperiodensignalen gesendet werden, als auch für Informationen, die unter Verwendung von Multiperiodensignalen gesendet werden, anzupassen. Mit anderen Worten, können die Senderaten sowohl für die Informationen, die unter Verwendung von Einperiodensignalen gesendet werden, als auch für Informationen, die unter Verwendung von Multiperiodensignalen gesendet werden, angepasst werden, wenn die Qualität der Kommunikationsverbindung unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt. In einer Ausführungsform kann die Sendedatenrate zum Beispiel durch Senden der doppelten Zahl von Multiperiodensignalen pro Bit reduziert werden. Die Empfangsvorrichtung kann dann die Multiperiodensignale integrieren und so das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern. Die Verdopplung der Multiperiodensignale kann sich fortsetzen, wenn sich das Signal wieder verschlechtert, so dass mehr Multiperiodensignale pro Bit integriert werden können, um die BER zu verbessern.
Obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist, können in einer Ausführungsform die Einperiodensignale der Wellenform 500 dazu verwendet werden, einen Überwachungsseitenkanal zum Einrichten eines Kommunikationsweges, Beseitigen eines Kommunikationsweges, Koordinieren von mehreren Zugriffen, Anpassung der Datenrate oder Bestimmung des Qualitätsparameters einer Kommunikationsverbindung einzuführen. Der Überwachungsseitenkanal kann auch zum Übertragen der Autorisierung, Authentifizierung oder dem sicheren Schlüsselaustausch zur Verschlüsselung verwendet werden. Außerdem kann der Überwachungsseitenkanal zur Leistungsüberwachung, Ortserfassung oder als Sicherungsnutzerdatenkanal verwendet werden.
Die Einperiodensignale der Wellenform 500 mit einer relativ geringeren Dauer und höheren Amplitude können zum Bestimmen des Ortes einer Empfangsvorrichtung (z. B. Vorrichtung 620) verwendet werden oder können zum Bestimmen der Entfernung zwischen zwei Vorrichtungen (z. B. den Vorrichtungen 610 und 620) verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Wellenform 500 zum Übertragen einer Art von Informationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 unter Verwendung einer Datenrate und zum Übertragen einer anderen Art von Informationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 unter Verwendung einer weiteren Datenrate verwendet erden. Ein relativ langsamer Kanal kann zum Beispiel unter Verwendung von Einperiodensignalen 510, 550 und 590 der Wellenform 500 eingerichtet werden, und ein Kanal mit relativ höherer Geschwindigkeit kann unter Verwendung der Multiperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 und 580 der Wellenform 500 eingerichtet werden.
Wenn jedes Multiperiodensignal der Wellenform 500 eine relativ längere Dauer als die Einperiodensignale 510, 550 und 590 hat, dann können die Multiperiodensignale der Wellenform 500 einen relativ geringeren Teil des gesamten Spektrums in der Frequenzdomäne als die Einperiodensignale 510, 550 und 590 einnehmen. Das zyklische Durchlaufen mehrerer unterschiedlicher zugrundeliegender Sinuskurven (z. B. 3,5, 4,0, 4,5 GHz usw.) in aufeinanderfolgenden Multiperiodensignalen ermöglicht das Abklingen von Echos mit Mehrwegeausbreitung von jedem Multiperiodensignal, bevor versucht wird, diesen Teil des Spektrums wieder zu verwenden. Dementsprechend können die Multiperiodensignale eine Abschwächung der Mehrwegeausbreitung ermöglichen, was höhere Datenraten erlaubt. In einer Ausführungsform kann jedes Multiperiodensignal der Wellenform 500 weniger als etwa ein GHz des Spektrums verwenden, das um die Frequenz der zugrundeliegenden Sinuskurve zentriert ist, wobei die Einperiodensignale der Wellenform 500 breitere Abschnitte des Spektrums nutzen, wobei jedes Einperiodensignal mindestens etwa zwei Gigahertz verwendet.
In einer Ausführungsform können Informationen zwischen den Vorrichtungen 640 und 620 mit einer Datenrate von mindestens etwa 100 Megabit pro Sekunde unter Verwendung der Multiperiodensignale der Wellenform 500 übertragen werden, und es können Informationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 mit einer vergleichsweise geringeren Datenrate von weniger als etwa 100 Kilobit pro Sekunde unter Verwendung der Einperiodensignale der Wellenform 500 übertragen werden.
In einigen Ausführungsformen kann ein Kommunikationsweg oder -kanal zur Übertragung von Informationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 mit einer vergleichsweise geringeren Datenrate unter Verwendung von Einperiodenimpulsen der Wellenform 500 eingerichtet werden, und ein weiterer Kommunikationsweg oder -kanal kann zur Übertragung von Informationen zwischen den Vorrichtungen 610 und 620 mit einer vergleichsweise höheren Datenrate unter Verwendung von Multiperiodenimpulsen der Wellenform 500 eingerichtet werden.
Allgemein gesagt, stellt die Ausführungsform, die in 5 illustriert wird, ein Verfahren zum Übermitteln von Informationen durch Übertragen von Informationen zwischen zwei Vorrichtungen bereit, das eine kombinierte Wellenform (z. B. Wellenform 500) verwendet, welche mindestens zwei sinusförmige Signale (z. B. die Signale 510 und 520) umfasst, wobei ein sinusförmiges Signal (z. B. das Signal 520) mehr Perioden oder Nulldurchgänge als das andere sinusförmige Signal (z. B. Signal 520) hat. Bei dieser Ausführungsform hat Signal 510 eine Periode und einen Nulldurchgang (der mit 511 gekennzeichnet ist), und Signal 520 hat mehr als eine Periode und mehr als einen Nulldurchgang. In einigen Ausführungsformen kann die Dauer von Signal 520 mindestens etwa zweimal so groß wie die Dauer von Signal 510 sein, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
Obwohl die Ausführungsform, die in 5 illustriert wird, einzelne Einperiodensignale, gefolgt von mehreren Multiperiodensignalen zeigt (d. h. die Wellenform 500 umfasst einzelne Einperiodensignale, die mit mehreren Multiperiodensignalen verschachtelt sind), stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar. In alternativen Ausführungsformen kann eine kombinierte Wellenform mehrere Einperiodensignale, gefolgt von mehreren Multiperiodensignalen, umfassen, und diese Folge kann wiederholt werden.
Die Frequenzen, Amplituden, Zeitabläufe und Wellenformen von Wellenform 500 können je nach Überlegungen auf der Systemebene variiert werden, einschließlich gewünschter Datenraten, Weglängen, Zahl der Nutzer, wahrscheinlichen Störungseinwirkungen von anderen drahtlosen Quellen, Mehrwegausbreitungsbedingungen und anderen Faktoren. Analog können viele Modulationssysteme für die Signale der Wellenform 500 verwendet werden, einschließlich Ein-Aus-Tastung, Amplitudenmodulation, Bipolarmodulation, Polaritätsmodulation oder Impulslagenmodulation, obwohl der Geltungs bereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
Wendet man sich 7 zu, wird ein Empfänger 700 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Empfänger 700 kann Teil eines Transceivers der Kommunikationsvorrichtungen 610 oder 620 sein (6) oder kann Teil eines selbständigen Empfängers sein. Empfänger 700 kann Teil einer integrierten Schaltung (IC) sein oder kann mehr als eine integrierte Schaltung umfassen. Empfänger 700 kann ein UWB-Empfänger sein und kann zum Verarbeiten (z. B. Empfangen, Feststellen und Decodieren) von UWB-Wellenformen ausgelegt sein, wie zum Wellenform 100 (1), 300 (3) oder 500 (5). Empfänger 700 kann auch als Basisbandschaltung bezeichnet werden.
Empfangene UWB-Wellenformen, die zum Empfänger 700 übertragen wurden, können Monoimpulssignale ähnlich den Einperiodensignalen 510, 550 und 590 (5) umfassen und können Tonburstsignale ähnlich den Multiperiodensignalen 520, 530, 540, 560, 570 oder 580 (5) umfassen. Ähnlich dem oben Beschriebenen, können in einer Ausführungsform die Monoimpulssignale der empfangenen UWB-Wellenform zum Übertragen von Steuer-, Zeitsteuerungs- und Sicherheitsinformationen an den Empfänger 700 von einer Sendevorrichtung verwendet werden. Die Tonburstsignale der empfangenen UWB-Wellenform können zum Übertragen von Nutzerinformationen an den Empfänger 700 von einer Sendevorrichtung verwendet werden.
Der Empfänger 700 kann eine Antenne 710 zum Empfangen von ausgestrahlten Hochfrequenz-(HF)-Signalen umfassen, die unter Verwendung von UWB-Wellenformen, wie zum Beispiel Wellenform 500, erzeugt wurden. Die Antenne 710 kann eine oder mehrere Antennen umfassen und kann zum Beispiel eine Dipolantenne, eine Einpolantenne, eine Rahmenantenne, eine Streifenleitungsantenne sein, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
Empfänger 700 kann ferner rauscharme Verstärker (LNA) 715 und 716 umfassen, die an Antenne 710 angeschlossen sind. Außerdem kann der Empfänger 700 einen Monoimpulsdetektor 720, der an LNA 715 angeschlossen ist, und einen Tonburstdetektor 730 umfassen, der an LNA 716 angeschlossen ist. Ein empfangenes Signal kann zur Verarbeitung an beide LNAs 715 und 716 geschickt werden. In alternativen Ausführungsformen kann ein einzelner LNA und Detektor zum Empfangen und Verarbeiten von empfangenen UWB-Signalen verwendet werden.
Der Monoimpulsdetektor 720 und der Tonburstdetektor 730 können dafür ausgelegt sein, UWB-Signale durch verschiedene Verfahren festzustellen, wie zum Beispiel Bandpassfilterung, Abwärtsumsetzung auf eine Zwischenfrequenz (IF), Amplitudendetektion oder direkte Abtastung, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Der Monoimpulsdetektor 720 kann auch als Einperiodendetektor bezeichnet werden, und der Tonburstdetektor 730 kann auch als Teilbanddetektor oder Multipulsdetektor bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform kann der Monoimpulsdetektor 720 einen Korrelator (nicht dargestellt) oder ein Kammfilter (nicht dargestellt) umfassen, das zum Feststellen von Monoimpulssignalen, wie zum Beispiel der Einperiodensignale 510, 550 und 590 der Wellenform 500 (5), ausgelegt ist. Ein Kammfilter kann eine Vorrichtung sein, die eine Impulsantwortfunktion hat, welche zur Impulsform eines empfangenen Breitband-HF-Signals passt und einen Impuls an seinem Ausgang erzeugen kann, wenn ihm HF-Energie zugeführt wird, die eine geeignete Impulsform hat. Der Monoimpuls detektor 720 kann ferner einen Integrator (nicht dargestellt) umfassen, um mehrere Monoimpulssignale zum Rückgewinnen der gesendeten Informationen zu integrieren.
In einer Ausführungsform kann der Tonburstdetektor 730 einen Korrelator (nicht dargestellt) oder ein Kammfilter (nicht dargestellt) umfassen, das zum Feststellen von Tonburstsignalen, wie zum Beispiel der Einperiodensignale 520, 530, 540, 560, 570 oder 580 der Wellenform 500 (5), ausgelegt ist. Der Tonburstdetektor 730 kann ferner einen Integrator (nicht dargestellt) umfassen, um mehrere Tonburstsignale zum Rückgewinnen der gesendeten Informationen zu integrieren.
Der Demodulator 740 kann dafür ausgelegt werden, die Monoimpulssignale der empfangenen UWB-Wellenform zu demodulieren, um die gesendeten Informationen im empfangenen Signal rückzugewinnen. Der Demodulator 750 kann dafür ausgelegt werden, die Tonburstsignale der empfangenen UWB-Wellenform zu demodulieren, um die gesendeten Informationen im empfangenen Signal rückzugewinnen.
In einer Ausführungsform kann die Zeitsteuerung 760 ein Taktsignal aus den Monoimpulssignalen der empfangenen UWB-Wellenform erzeugen und dieses Taktsignal für den Tonburstdetektor 730 bereitstellen, wobei der Tonburstdetektor 730 das Taktsignal von der Zeitsteuerung 760 als Takt zum Verarbeiten von Tonimpulssignalen verwenden kann. Das Taktsignal, das von der Zeitsteuerung 760 erzeugt wird, kann mit einer Sendevorrichtung synchronisiert werden, die die empfangene UWB-Wellenform erzeugt hat. Die Zeitsteuerung 760 kann zum Beispiel einen PLL umfassen, und die Monoimpulssignale der empfangenen UWB-Wellenform können als Eingangstaktsignal für den PLL verwendet werden. Der PLL kann ein Ausgangstaktsignal erzeugen, das mit der Sendevorrichtung synchronisiert ist. Allgemein gesagt, können die Monoimpulssignale der empfangenen UWB-Wellenform zum Verar beiten des Multiperiodensignals durch Erzeugen eines Takts aus den Monoimpulssignalen und Bereitstellen dieses Takts für den Tonburstdetektor 730 verwendet werden, der zur Feststellung der Tonburstsignale der empfangenen UWB-Wellenform ausgelegt ist.
Prozessor 770 kann zum Beispiel einen oder mehrere integrierte Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSP), Mikrocontroller oder dergleichen aufweisen. Der Prozessor 770 kann im allgemeinen zum Verarbeiten der empfangenen UWB-Wellenformen verwendet werden. Wenn in einer Ausführungsform Nutzerinformationen zum Empfänger 700 unter Verwendung der Tonburstsignale der empfangenen UWB-Wellenform übertragen werden, dann kann der Prozessor 770 zum verarbeiten der empfangenen Nutzerinformationen verwendet werden. Prozessor 770 kann auch als Hilfe bei der Verarbeitung der empfangenen UWB-Wellenform verwendet werden, um Entfernungs- und Ortsinformationen zu bestimmen und eine Ratenanpassung auszuführen.
In einer Ausführungsform kann Prozessor 770 zum Verarbeiten der Monoimpulssignale einer empfangenen UWB-Wellenform ausgelegt werden, um die Qualität der Kommunikationsverbindung zwischen Empfänger 700 und einer Sendevorrichtung festzustellen, die die UWB-Wellenform erzeugt hat. Die BER der Informationen, die unter Verwendung der Monoimpulssignale der empfangenen UWB gesendet werden, kann zum Beispiel durch Prozessor 770 überwacht werden, um die Qualität der Kommunikationsverbindung zu bestimmen. Wenn festgestellt wird, dass die BER über einem vorgegebenen Schwellwert liegt, dann kann ein Signal vom Empfänger 700 an die Sendevorrichtung gesendet werden, um die Sendevorrichtung zu veranlassen, die Sendedatenrate sowohl für die Informationen, die unter Verwendung von Monoimpulssignalen gesendet werden, als auch für Informationen, die unter Verwendung von Tonburstsignalen gesendet werden, anzupassen.
In einer Ausführungsform kann Prozessor 770 zum Verarbeiten der Monoimpulssignale einer empfangenen UWB-Wellenform ausgelegt werden, um die Entfernungsinformationen von einer Sendevorrichtung oder Ortsinformationen der Empfangsvorrichtung festzustellen. Prozessor 770 kann zum Bestimmen der Ankunftszeit (die als "Zeitstempel" bezeichnet wird) der Monoimpulssignale der empfangenen UWB-Wellenform verwendet werden. Wenn in einer Ausführungsform drei "Zeitstempel" bestimmt werden, dann kann Prozessor 770 den X-, Y- und Z-Ort der Sendevorrichtung bestimmen.
Obwohl Empfänger 700 mit mehreren getrennten Funktionselementen illustriert wird, kann eines oder können mehrere der Funktionselemente kombiniert werden und können durch Kombinationen von software-konfigurierten Elementen implementiert werden, wie zum Beispiel Prozessoren, einschließlich digitaler Signalprozessoren (DSPs) und Mikrocontrollern.
Wendet man sich 8 zu, so wird eine Wellenform 800 illustriert. Die Wellenform 800 kann ein sinusförmiges Signal 810, jeweils gefolgt von sinusförmigen Signalen 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880 und 890, umfassen. Wellenform 800 kann als eine UWB-Wellenform bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform hat Wellenform 800 zwei Arten von Signalen, die unterschiedliche Dauer besitzen. Die Signale 810, 850 und 890 können als eine Art von Signal bezeichnet werden, und die Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 können als eine andere Art von Signal bezeichnet werden. Die Signale 810, 850 und 890 können eine vergleichsweise kürzere Dauer als die Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 haben. Die Dauer der Signale 810, 850 und 890 kann untereinander ungefähr gleich sein; die Dauer der Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 kann untereinander ungefähr gleich sein; und die Dauer der Signale 810, 850 und 890 kann vergleichsweise kleiner als die Dauer von 820, 830, 840, 860, 870 und 880 sein. Die Dauer der Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 kann beträchtlich länger als die Dauer der Signale 810, 850 und 890 sein, z. B. kann die Dauer von Signal 820 mindestens doppelt so lang wie die Dauer von Signal 810 sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Dauer von Signal 820 mindestens zehnmal (10:1-Verhältnis) so lang wie die Dauer von Signal 810 sein, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
In der Ausführungsform, die in 8 illustriert wird, haben die sinusförmigen Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 mehr Nulldurchgänge und Perioden als die Signale 810, 850 und 890. In dieser Ausführungsform hat Signal 810 zwei Nulldurchgänge (die mit 811 und 812 markiert sind) und weniger als zwei Perioden. Die Signale 850 und 890 können ebenfalls zwei Nulldurchgänge und weniger als zwei Perioden haben. Jedes der Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 kann mindestens zwei Perioden und mindestens drei Nulldurchgänge aufweisen.
Die Signale 810, 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880 und 890 können allgemein als Impuls, gepulstes Signal, Impulssignal, Breitband-HF-Signal, HF-Impulssignal, HF-Pulssignal, gepulstes HF-Signal oder als UWB-Signal bezeichnet werden. Die Signale 810, 850 und 890 können auch als Monoimpulssignale bezeichnet werden. Die Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 können auch als Multiperiodensignale, Multipulssignale oder Teilbandimpulssignale, Burstsignale, Tonsignale oder Tonburstsignale bezeichnet werden. Geht man kurz zu 7 zurück, so kann der Detektor 730 dafür ausgelegt werden, die Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880 von Wellenform 800 festzustellen, und Detektor 720 kann dafür ausgelegt werden, die Signale 810, 850 und 890 von Wellenform 800 festzustellen.
Wendet man sich 8 zu, so kann in einer Ausführungsform die Wiederholungsfrequenz der verschiedenen Arten von Signalen der Wellenform 800 variieren. Die Wellenform 800 kann zum Beispiel weniger Signale von vergleichsweise kürzerer Dauer, die weniger Nulldurchgänge haben, im Vergleich zu einer größeren Zahl von Signalen mit einer vergleichsweise längeren Dauer, die eine größere Zahl von Nulldurchgängen haben, aufweisen. In der Ausführungsform, die in 8 illustriert wird, umfasst die Wellenform 800 mehr Signale mit längerer Dauer als Signale mit kürzerer Dauer. Das heißt, die Wellenform 800 umfasst drei Signale mit vergleichsweise kürzerer Dauer (z. B. die Signale 810, 850 und 890) und sechs Signale mit vergleichsweise längerer Dauer (z. B. die Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880), obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Wellenform 800 mehr oder weniger Signale mit vergleichsweise kürzerer Dauer umfassen und kann mehr oder weniger Signale von vergleichsweise längerer Dauer umfassen.
Die Wellenform 800 kann zum Übertragen von Informationen verwendet werden. In einer Ausführungsform können zwei Arten von Signalen verschiedener Dauer zum Übertragen von Informationen in einem Kommunikationssystem verwendet werden. Ein UWB-Kommunikationssystem kann zum Beispiel unter Verwendung der Wellenform 800 implementiert werden, wobei vergleichsweise weniger Signale mit kürzerer Dauer (z. B. die Signale 810, 850 und 890) der Wellenform 800 zur Übertragung von Steuer-, Zeitsteuerungs-, Sicherheits- und Backup-Nutzer-Informationen verwendet werden können und die vergleichsweise größere Zahl von Signalen mit längerer Dauer zum Übertragen von Nutzerinformationen verwendet werden können. In einer Ausführungsform können Synchronisierung, Verbindungseinrichtung und -abbruch, Ratenanpassung, Leistungsüberwachung, Ortserfassung oder Backup-Nutzer-Informationen unter Verwendung vergleichsweise weniger Signale mit kürzerer Dauer (z. B. die Signale 810, 850 und 890) der Wellenform 800 ausgeführt werden. Die Übertragung von Nutzerinformationen kann unter Verwendung der Signale mit vergleichsweise längerer Dauer (z. B. die Signale 820, 830, 840, 860, 870 und 880) der Wellenform 800 erfolgen.
Wendet man sich 9 zu, so wird eine Wellenform 900 illustriert. Die Wellenform 900 kann ein sinusförmiges Signal 910, gefolgt von sinusförmigen Signalen 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980 bzw. 990, umfassen. Wellenform 900 kann als eine UWB-Wellenform bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform hat die Wellenform 900 zwei Arten von Signalen, die unterschiedliche Dauer besitzen. Die Signale 910, 950 und 990 können als eine Art von Signal bezeichnet werden, und die Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980 können als eine andere Art von Signal bezeichnet werden. Die Signale 910, 950 und 990 können eine vergleichsweise kürzere Dauer als die Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980 haben. Die Dauer der Signale 910, 950 und 990 kann untereinander ungefähr gleich sein; die Dauer der Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980 kann untereinander ungefähr gleich sein; und die Dauer der Signale 910, 950 und 990 kann vergleichsweise kleiner als die Dauer von 920, 930, 940, 960, 970 und 980 sein. Die Dauer der Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980 kann beträchtlich länger als die der Signale 910, 950 und 990 sein, z. B. kann die Dauer von Signal 920 mindestens doppelt so lang wie die Dauer von Signal 910 sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Dauer von Signal 920 mindestens zehnmal (10:1-Verhältnis) so lang wie die Dauer von Signal 910 sein, obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
In der Ausführungsform, die in 9 illustriert wird, haben die sinusförmigen Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980 mehr Nulldurchgänge und Perioden als die Signale 910, 950 und 990. In dieser Ausführungsform hat Signal 910 vier Nulldurchgänge (die mit 911, 912, 913 und 914 markiert sind) und weniger als drei Perioden. Die Signale 950 und 990 können ebenfalls vier Nulldurchgänge und weniger als drei Perioden haben. Jedes der Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980 kann mindestens drei Perioden und mindestens fünf Nulldurchgänge aufweisen.
Die Signale 910, 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980, 990 können allgemein als Impuls, gepulstes Signal, Impulssignal, Breitband-HF-Signal, HF-Impulssignal, HF-Pulssignal, gepulstes HF-Signal oder als UWB-Signal bezeichnet werden. Geht man kurz zu 7 zurück, so kann der Detektor 730 dafür ausgelegt werden, die Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980 von Wellenform 900 festzustellen, und Detektor 720 kann dafür ausgelegt werden, die Signale 910, 950 und 990 von Wellenform 900 festzustellen.
In einer Ausführungsform kann die Wiederholungsfrequenz der verschiedenen Arten von Signalen der Wellenform 900 variieren. Die Wellenform 900 kann zum Beispiel weniger Signale von vergleichsweise kürzerer Dauer, die weniger Nulldurchgänge haben, im Vergleich zu einer größeren Zahl von Signalen mit einer vergleichsweise längeren Dauer, die eine größere Zahl von Nulldurchgängen haben, aufweisen. In der Ausführungsform, die in 9 illustriert wird, umfasst die Wellenform 900 mehr Signale mit längerer Dauer als Signale mit kürzerer Dauer. Das heißt, die Wellenform 900 umfasst drei Signale mit vergleichsweise kürzerer Dauer (z. B. die Signale 910, 950 und 990) und sechs Signale mit vergleichsweise längerer Dauer (z. B. die Signale 920, 930, 940, 960, 970 und 980), obwohl der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Wellenform 900 mehr oder weniger Signale mit vergleichsweise kürzerer Dauer umfassen und kann mehr oder weniger Signale von vergleichsweise längerer Dauer umfassen.
Die Wellenform 900 kann zum Übertragen von Informationen verwendet werden. In einer Ausführungsform können zwei Arten von Signalen verschiedener Dauer zum Übertragen von Informationen in einem Kommunikationssystem verwendet werden. Ein UWB-Kommunikationssystem kann zum Beispiel unter Verwendung der Wellenform 900 implementiert werden, wobei vergleichsweise weniger Signale mit kürzerer Dauer der Wellenform 900 zur Übertragung von Steuer-, Zeitsteuerungs-, Sicherheits- und Backup-Nutzer-Informationen verwendet werden können und die vergleichsweise größere Zahl von Signalen mit längerer Dauer zum Übertragen von Nutzerinformationen verwendet werden kann. In einer Ausführungsform können Synchronisierung, Verbindungseinrichtung und -abbruch, Ratenanpassung, Leistungsüberwachung, Ortserfassung oder Backup-Nutzer-Informationen unter Verwendung der vergleichsweise weniger Signale mit kürzerer Dauer 910, 950 und 990 der Wellenform 900 ausgeführt werden. Die Übertragung von Nutzerinformationen kann unter Verwendung der Signale mit vergleichsweise längerer Dauer 920, 930, 940, 960, 970 und 980 der Wellenform 900 erfolgen.
Obwohl bestimmte Merkmale der Erfindung hierin erläutert und beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet viele Modifizierungen, Ersetzungen und Äquivalente erkennen. Es versteht sich daher, dass die angehängten Ansprüche alle solche Modifizierungen und Änderungen als innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung liegend abdecken sollen.

Claims

Verfahren der Ultrabreitbandkommunikation, umfassend: Erzeugen einer Wellenform (500, 800), die mindestens ein Einperiodensignal (110, 510, 810) und mindestens ein Mehrperiodensignal (310, 520, 820) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Dauer des Einperiodensignals kleiner als eine Dauer des Mehrperiodensignals ist, das Einperiodensignal weniger Nulldurchgänge als das Mehrperiodensignal hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Amplitude des Einperiodensignals größer als eine Amplitude des Mehrperiodensignals ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dauer des Mehrperiodensignals mindestens etwa zweimal so groß wie eine Dauer des Einperiodensignals ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Übertragen von Informationen mit einer ersten Datenrate unter Verwendung des mindestens einen Einperiodensignals; und Übertragen von Informationen mit einer zweiten Datenrate unter Verwendung des mindestens einen Mehrperiodensignals, wobei die erste Datenrate kleiner als die zweite Datenrate ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Verwenden des mindestens einen Einperiodensignals zum Übertragen einer ersten Art von Informationen; Verwenden des mindestens einen Mehrperiodensignals zum Übertragen eine zweiten Art von Informationen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Art von Informationen Steuer-, Zeitgeber- oder Sicherheitsinformationen sind und wobei die zweite Art von Informationen Benutzerinformationen sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Art von Informationen Echtheitsprüfungsinformationen, Genehmigungsinformationen, Informationen zum Einrichten eines Kommunikationsweges, Informationen zum Schließen eines Kommunikationsweges, Synchronisierungsinformationen, Informationen zur Mehrfachzugangskoordination, Informationen zur Datenratenanpassung oder Informationen zum Feststellen der Qualität der Kommunikationsverbindung zwischen zwei Vorrichtungen sind und wobei die zweite Art von Informationen Tabellenkalkulationsinformationen, Textverarbeitungsinformationen, Emailinformationen, Website-Informationen, eine Videodatei, eine Audiodatei oder ein Bilddatei sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Bereitstellen eines ersten Kommunikationskanals zum Übertragen von Informationen mit einer ersten Datenrate zwischen einer ersten Vorrichtung (610) und einer zweiten Vorrichtung (620) unter Verwendung des mindestens einen Einperiodensignals; und Bereitstellen eines zweiten Kommunikationskanals zum Übertragen von Informationen mit einer zweiten Datenrate zwischen der ersten Vorrichtung (610) und der zweiten Vorrichtung (620) unter Verwendung des mindestens einen Mehrperiodensignals.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Feststellen der Qualität der Kommunikationsverbindung zwischen der ersten Vorrichtung (610) und der zweiten Vorrichtung (620) unter Verwendung des mindestens einen Einperiodensignals; und Ändern der zweiten Datenrate, wenn die Qualität der Kommunikationsverbindung unter einem vorgegebenen Niveau liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Feststellen des Einperiodensignals; Feststellen des Mehrperiodensignals; und Verarbeiten des Mehrperiodensignals unter Verwendung des Einperiodensignals.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen ferner das Erzeugen der Wellenform umfasst, die das mindestens eine Einperiodensignal und das mindestens eine Mehrperiodensignal umfasst, um Informationen von einer ersten drahtlosen Vorrichtung (610) zu einer zweiten drahtlosen Vorrichtung (620) zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Synchronisieren der Zeitsteuerung zwischen der ersten drahtlosen Vorrichtung (610) und der zweiten drahtlosen Vorrichtung (620) unter Verwendung des mindestens einen Einperiodensignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Feststellen eines Ortes der zweiten drahtlosen Vorrichtung (620) unter Verwendung des mindestens einen Einperiodensignals.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Feststellen eines Abstandes zwischen der ersten drahtlosen Vorrichtung (610) und der zweiten drahtlosen Vorrichtung (620) unter Verwendung des mindestens einen Einperiodensignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Übertragen von Steuerinformationen zwischen mindestens zwei drahtlosen Vorrichtungen (610, 620) unter Verwendung des Einperiodensignals; und Übertragen von Benutzerinformationen zwischen den mindestens zwei drahtlosen Vorrichtungen (610, 620) unter Verwendung des Mehrperiodensignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Übertragen von Informationen zwischen mindestens zwei Vorrichtungen (610, 620) unter Verwendung des mindestens einen Einperiodensignals, eines ersten Mehrperiodensignals und eines zweiten Mehrperiodensignals, wobei eine Dauer des Einperiodensignals kleiner als eine Dauer des ersten Mehrperiodensignals ist und die Dauer des ersten Mehrperiodensignals ungefähr gleich der Dauer des zweiten Mehrperiodensignals ist und wobei das Einperiodensignal weniger Nulldurchgänge als das erste Mehrperiodensignal und das zweite Mehrperiodensignal hat.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die mindestens zwei Vorrichtungen drahtlose Vorrichtungen (610, 620) sind und das ferner folgendes umfasst: Übertragen von Steuerinformationen zwischen den mindestens zwei Vorrichtungen (610, 620) unter Verwendung des Einperiodensignals; und Übertragen von Benutzerinformationen zwischen den mindestens zwei Vorrichtungen (610, 620) unter Verwendung des ersten und zweiten Mehrperiodensignals.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei eine maximale Amplitude des Einperiodensignals größer als die maximalen Amplituden des ersten und zweiten Mehrperiodensignals ist.
Vorrichtung zum Empfangen in Ultrabreitbandkommunikation, die Mittel zum Verarbeiten einer empfangenen Wellenform (500, 800) umfasst, welche mindestens ein Einperiodensignal (110, 510, 810) und mindestens ein erstes Mehrperiodensignal (310, 520, 820) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Dauer des mindestens einen ersten Mehrperiodensignals größer als eine Dauer des mindestens einen Einperiodensignals ist und wobei das mindestens eine erste Mehrperiodensignal mehr Nulldurchgänge als das mindestens eine Einperiodensignal hat.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die empfangene Wellenform (500, 800) ferner mindestens ein zweites Mehrperiodensignal umfasst, wobei die Dauer des ersten und zweiten Mehrperiodensignals jeweils größer als eine Dauer des mindestens einen Einperiodensignals ist und wobei das erste und zweite Mehrperiodenimpulssignal jeweils mehr Nulldurchgänge als das mindestens eine Einperiodensignal hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Mittel zum Verarbeiten einen ersten Detektor (720) zum Feststellen des mindestens einen Einperiodensignals und einen zweiten Detektor (730) zum Feststellen des mindestens einen ersten und zweiten Mehrperiodensignals umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der erste Detektor (720) ein signalangepasstes Filter umfasst und wobei der zweite Detektor (730) ein signalangepasstes Filter umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei eine Amplitude des mindestens einen Einperiodenimpulssignals größer eine Amplitude des mindestens einen ersten und zweiten Mehrperiodensignals ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, die ferner eine Antenne (710) umfasst, welche eine Ausgangsklemme hat, die an eine Eingangsklemme des Mittels zum Verarbeiten (715, 710–770) angeschlossen ist, wobei die Antenne (710) zum Empfangen der empfangenen Wellenform (500, 800) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei das Mittel zum Verarbeiten eine Schaltung ist, die zum Verarbeiten (715, 710–770) der empfangenen Wellenform (500, 800) ausgelegt ist.
Vorrichtung zum Senden in Ultrabreitbandkommunikation, die Mittel zum Erzeugen einer Wellenform umfasst, wel che mindestens ein Einperiodensignal und mindestens ein erstes Mehrperiodensignal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Dauer des mindestens einen ersten Mehrperiodensignals größer als eine Dauer des mindestens einen Einperiodensignals ist und wobei das mindestens eine erste Mehrperiodensignal mehr Nulldurchgänge als das mindestens eine Einperiodensignal hat.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei die Wellenform (500, 800) ferner mindestens ein zweites Mehrperiodensignal umfasst, wobei die Dauer des ersten und zweiten Mehrperiodensignals jeweils größer als eine Dauer des mindestens einen Einperiodensignals ist und wobei das erste und zweite Mehrperiodenimpulssignal jeweils mehr Nulldurchgänge als das mindestens eine Einperiodensignal hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, wobei eine Amplitude des mindestens einen Einperiodenimpulssignals größer eine Amplitude des mindestens einen ersten und zweiten Mehrperiodensignals ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei das Mittel zum Erzeugen eine Schaltung ist, die zum Erzeugen der Wellenform (500, 800) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 32, die ferner eine Antenne umfasst, welche zum Senden der Wellenform (500, 800) ausgelegt ist.
Kommunikationssystem, das ein oder mehrere drahtlose Vorrichtungen (610, 620, 700) zur Verwendung bei der Kommunikation über eine oder mehrere Kommunikationsverbindungen (630) umfasst, wobei die drahtlosen Vor richtungen (610, 620, 700) die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33 umfassen.