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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung basiert auf der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-038390 ,
eingereicht am 19. Februar 2007, deren gesamter Inhalt hierin durch
Bezugnahme inkorporiert ist, und beansprucht deren Priorität.
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HINTERGRUND
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Die
Ausführungsformen betreffen eine Sendeschaltung und eine
Funkübertragungsvorrichtung, und insbesondere eine Sendeschaltung
und eine Funkübertragungsvorrichtung zum Übertragen
von Daten über Funk unter Verwendung von Impulsen.
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Traditionell
ist eine Funkübertragungsvorrichtung zum Übertragen
von Daten über Funk unter Verwendung von Impulsen (Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis) in Ultrabreitband-Funkübertragungssystemen
verwendet worden, die UWB-Systeme in den Mikrowellen- und Submillimeterwellenbändern
enthalten.
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In
den letzten Jahren hat die Funkübertragung auf Impulsbasis
die Aufmerksamkeit aufgrund der Vorteile erregt, die sie über
Schmalbandkommunikationssysteme bietet, wie beispielsweise die Eliminierung
der Notwendigkeit von Oszillatoren und Mischern und die einfache
Konfiguration des RF-Abschnittes, die eine Implementierung mit niedrigen Kosten
ermöglichen, und es wird erwartet, dass eine Breitbandfunkübertragung,
die 10 Gbps überschreitet, im Millimeterwellenband erreicht
wird, wo eine breite Bandbreite verwendet werden kann.
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Nach
Stand der Technik offenbart ein Artikel von Y. Kawano et
al. mit dem Titel "An RF Chipset for Impulse Radio UWB Using 0.3 μm
InP-HEMT Technology", IEEE MTT-Int. Microwave Symp. Dig., S. 316–319,
Juni 2006 (Non-Patent-Dokument 1), eine Impulsfunkübertragungsvorrichtung
mit einem Sendeteil, der einen Impulsgenerator, ein Bandpassfilter und
einen Verstärker mit hoher Ausgangsleistung hat, sowie
einem Empfangsteil, der einen Empfangsverstärker (einen
rauscharmen Verstärker), ein Bandpassfilter und einen Detektor
hat.
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ZUSAMMENFASSUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß einem
Aspekt ist eine Sendeschaltung vorgesehen, die Daten unter Verwendung
eines Impulses sendet und eine variable Verzögerungsschaltung
enthält, die einen Takt als Eingabe aufnimmt und den Takt
gemäß den Daten verzögert; sowie eine
Logikschaltung, die den Takt und eine Ausgabe der variablen Verzögerungsschaltung
als Eingaben aufnimmt und einen Impuls durch Ausführen einer
logischen Operation zwischen dem Takt und der Ausgabe der variablen
Verzögerungsschaltung ausgibt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt ist eine Funkübertragungsvorrichtung vorgesehen,
mit einer Sendeschaltung, die Daten unter Verwendung eines Impulses
sendet, einer Empfangsschaltung, einer Antenne sowie einem Sende-/Empfangsschalter,
der eine Verbindung der Antenne auf die Sendeschaltung oder die
Empfangsschaltung umschaltet, welche Sendeschaltung eine variable
Verzögerungsschaltung umfasst, die einen Takt als Eingabe
aufnimmt und den Takt gemäß den Daten verzögert;
sowie eine Logikschaltung, die den Takt und eine Ausgabe der variablen
Verzögerungsschaltung als Eingaben aufnimmt und einen Impuls
durch Ausführen einer logischen Operation zwischen dem
Takt und der Ausgabe der variablen Verzögerungsschaltung ausgibt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen gehen aus der
folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher
hervor, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das die allgemeine Konfiguration einer Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis schematisch zeigt, auf die die Ausführungsformen
anzuwenden sind;
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2 ein
Diagramm zum Erläutern der Funktion eines Bandpassfilters
ist, das in einer Sendeschaltung in der Funkübertragungsvorrichtung
von 1 verwendet wird;
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3 ein
Diagramm ist, das ein Beispiel für eine Sendeschaltung
schematisch zeigt, die in einer Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis nach Stand der Technik verwendet wird;
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4 ein
Zeitlagendiagramm zum Erläutern der Operation der in 3 gezeigten
Sendeschaltung ist;
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5 ein
Blockdiagramm ist, das schematisch eine Ausführungsform
einer Sendeschaltung zeigt, die in einer Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis verwendet wird;
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6 ein
Zeitlagendiagramm zum Erläutern der Operation der Sendeschaltung
von 5 ist;
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7 ein
Diagramm ist, das Beispiele für die Impulse zeigt, die
in der Sendeschaltung der Ausführungsform und der Sendeschaltung
nach Stand der Technik verwendet werden;
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8 ein
Diagramm zum Erläutern der Operation eines Bandpassfilters
in der Sendeschaltung der Ausführungsform und der Sendeschaltung
nach Stand der Technik ist;
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9 ein
Diagramm ist, das Beispiele für Bandpassfilterausgaben
in der Sendeschaltung der Ausführungsform und der Sendeschaltung
nach Stand der Technik zeigt;
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10 ein
Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel für einen Impulsgenerator
in der Sendeschaltung der Ausführungsform zeigt;
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11 ein
Blockdiagramm ist, das ein Beispiel für eine variable Verzögerungsschaltung
in dem Impulsgenerator von 10 zeigt;
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12 ein
Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel für die variable
Verzögerungsschaltung in dem Impulsgenerator von 10 zeigt;
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13 ein
Schaltungsdiagramm ist, das ein Beispiel für einen Pufferverstärker
in der variablen Verzögerungsschaltung von 12 zeigt;
und
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14 ein
Schaltungsdiagramm ist, das ein Beispiel für eine UND-Schaltung
in dem Impulsgenerator von 10 zeigt.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevor
die Ausführungsformen eingehend beschrieben werden, werden
eine allgemeine Konfiguration einer Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis, einer Funkübertragungsvorrichtung nach Stand
der Technik und das mit ihr verbundene Problem unter Bezugnahme
auf 1 bis 4 beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konfiguration einer Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis schematisch zeigt, auf die die Ausführungsformen
anzuwenden sind, und 2 ist ein Diagramm zum Erläutern
der Funktion eines Bandpassfilters, das in einer Sendeschaltung
in der Funkübertragungsvorrichtung von 1 verwendet wird.
Die Funkübertragungsvorrichtung von 1 und 2 ist
eine herkömmliche Impulsfunkübertragungsvorrichtung,
oder genauer gesagt, die Impulsfunkübertragungsvorrichtung,
die in dem obengenannten Non-Patent-Dokument 1 gezeigt ist.
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Der
Sendeteil (die Sendeschaltung) umfasst, wie in 1 gezeigt,
einen Impulsgenerator 101, ein Bandpassfilter 102 und
einen Verstärker mit hoher Ausgangsleistung 103,
und der Empfangsteil (die Empfangsschaltung) umfasst einen Empfangsverstärker 106,
ein Bandpassfilter 107 und einen Detektor 108.
Hier wird eine Ausgabe von dem Verstärker mit hoher Ausgangsleistung 103 über
einen Sende-/Empfangsschalter 104 einer Antenne zum Senden
zugeführt, und ein Signal, das durch die Antenne 105 empfangen
wird, wird über den Sende-/Empfangsschalter 104 dem
Empfangsverstärker 106 zugeführt. Der
Impuls, der durch den Impulsgenerator 102 erzeugt wird,
hat eine Energie, die vom Gleichstrom bis hin zu einer hohen Frequenz
reicht.
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In
der Sendeschaltung auf Impulsbasis werden durch das Bandpassfilter 102 nur
Energiekomponenten extrahiert, die in das Betriebsfrequenzband fallen,
wie in 2 gezeigt, und das Bandpassfilter 102 erzeugt
eine Ausgabe, die als Wellenpaket moduliert wird, das um die Mittenfrequenz
des Durchlassbandes oszilliert, wie in 1 gezeigt.
Die Ausgabe (das Wellenpaket) des Bandpassfilters 102 wird durch
den Verstärker mit hoher Ausgangsleistung 103 verstärkt
und über den Sende-/Empfangsschalter 104 der Antenne 105 zur
Ausstrahlung in den Raum zugeführt.
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In
dem einfachsten Impulssystem, wie in 1 gezeigt,
werden Daten durch eine Ein/Aus-Modulation gesendet, bei der die
Präsenz/Absenz eines Wellenpaketes verwendet wird, um ein
Bit darzustellen; das heißt, die Daten werden so moduliert,
dass die Präsenz eines Wellenpaketes, das sich periodisch
verändernde Wellen enthält, zum Beispiel eine 1
darstellt und die Absenz eines Wellenpaketes eine 0 darstellt.
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Andererseits
wird in der Empfangsschaltung auf Impulsbasis das Signal, das durch
die Antenne 105 empfangen wird und über den Sende-/Empfangsschalter 104 eingegeben
wird, durch den Empfangsverstärker 106 verstärkt,
wonach durch das Bandpassfilter 107 nur die Energiekomponenten
extrahiert werden, die in das Betriebsfrequenzband fallen, und die
Daten werden durch den Detektor 108 demoduliert.
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In
der oben beschriebenen Impulsfunkübertragungsvorrichtung
muss, falls eine Kommunikation mit großer Kapazität
erreicht werden soll, die zum Beispiel 10 Gbps überschreitet,
die Zeitdauer des Wellenpaketes reduziert werden, und zu dem Zweck muss
ein breites Frequenzband gewährleistet sein, das 10 GHz überschreitet.
Gemäß den gegenwärtigen Funkwellenfrequenzzuordnungen
stehen als Frequenzbänder, wo eine breite Bandbreite gewährleistet
werden kann, nur Millimeter- und Submillimeterwellenbänder
zur Verfügung, und deshalb ergibt sich die Notwendigkeit
eines Impulsgenerators, der sehr kurze Impulse mit einer Dauer von
10 ps oder weniger (100 GHz oder höher in der Frequenz)
erzeugen kann.
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3 ist
ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Sendeschaltung
(EIN/AUS-Modulationsschaltung) zeigt, die in einer Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis nach Stand der Technik verwendet wird, und 4 ist ein
Zeitlagendiagramm zum Erläutern der Operation der Sendeschaltung von 3.
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Die
Sendeschaltung nach Stand der Technik umfasst, wie in 3 gezeigt,
einen NRZ-RZ-Konverter 100, der Daten DATA und einen Takt
CLK empfängt und ein RZ-(return-to-zero)-Signal in ein NRZ-(non-return-to-zero)-Signal
konvertiert, einen Impulsgenerator 101, der die Ausgabe
des NRZ-RZ-Konverters 100 empfängt und einen Impuls erzeugt,
und ein Bandpassfilter 102, das die Ausgabe (den Impuls)
des Impulsgenerators 101 empfängt, nur die Energiekomponenten
extrahiert, die in das Betriebsfrequenzband fallen, und ein Wellenpaket ausgibt.
Dem Bandpassfilter 102 folgen, wie vorn beschrieben, solche
Komponenten wie ein Verstärker mit hoher Ausgangsleistung
(103), der die Ausgabe (das Sendesignal: Wellenpaket) des
Bandpassfilters 102 verstärkt.
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Der
Impulsgenerator 101 umfasst eine Verzögerungsschaltung 111 und
eine UND-Schaltung 112 und erzeugt einen kurzen Puls (Impuls)
durch Trennen eines Abschnittes des Eingangssignals, Einführen
einer leichten Verzögerung in das getrennte Signal durch
die Verzögerungsschaltung 111 sowie UND-Verknüpfung
des Eingangssignals mit seiner verzögerten Version durch
die UND-Schaltung 112. Hier wird die Ausgabe der Verzögerungsschaltung 111 auf
die UND-Schaltung 112 nach Invertieren ihrer Signallogik
angewendet.
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Genauer
gesagt, die UND-Schaltung 112 erzeugt ein Ausgangssignal
(einen Impuls) IMP durch die UND-Verknüpfung des Ausgangssignals
IS des NRZ-RZ-Konverters 100 mit dem Signal DIS, das durch
Verzögern des Signals IS und durch Invertieren dessen Logik
mittels der Verzögerungsschaltung 111 erzeugt
wurde, wie in 3 und 4 gezeigt.
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Hierbei
muss das Signal (das digitale Signal) IS, das dem Impulsgenerator 101 einzugeben
ist, ein RZ-Signal sein, das in einem Taktzyklus immer auf einen
niedrigen Pegel (Null) zurückkehrt, wie in 4 gezeigt,
um zu gewährleisten, dass auch dann, wenn logische 1-en
in Folge erscheinen, Impulse (Wellenpakete) erzeugt werden, die
der Anzahl von sukzessiven 1-en entsprechen.
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Das
heißt, falls das Signal IS, das dem Impulsgenerator 101 einzugeben
ist, ein NRZ-Signal ist, das in einem Taktzyklus nicht auf Null
zurückkehrt, wird dann, falls logische 1-en in Folge auftreten,
nur ein Impuls (IMP) erscheinen. Aus diesem Grund geht in der Sendeschaltung
nach Stand der Technik (EIN/AUS-Modulationsschaltung) dem Impulsgenerator 101 immer
der NRZ-RZ-Konverter 100 voraus.
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Um
Hochgeschwindigkeitskommunikationen mit großer Kapazität
zu erreichen, die 10 Gbps überschreiten, für die
die Nachfrage in den letzten Jahren ständig zugenommen
hat, ist es wichtig, wie vorn beschrieben, einen jitterarmen NRZ-RZ-Hochgeschwindigkeitskonverter
(100) und einen Impulsgenerator 101 (eine Hochgeschwindigkeits-UND-Schaltung)
zum Erzeugen von Impulsen mit einer Dauer von 10 ps oder weniger
vorzusehen. Da diesen Schaltungen jedoch schon rein durch die Vorrichtungsleistung
Grenzen gesetzt sind, haben sie die Implementierung der Impulskommunikation mit
großer Kapazität in den Millimeter- und Submillimeterwellenbändern
behindert.
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Eine
Aufgabe der Ausführungsformen ist das Vorsehen einer Sendeschaltung
und Funkübertragungsvorrichtung, die klein ist, einen geringen
Energieverbrauch vorsieht und eine hohe Signalqualität erreichen
kann.
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Unten
werden Ausführungsformen einer Sendeschaltung und einer
Funkübertragungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen eingehend beschrieben.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der Sendeschaltung
schematisch zeigt, die in der Funkübertragungsvorrichtung
auf Impulsbasis verwendet wird, und 6 ist ein
Zeitlagendiagramm zum Erläutern der Operation der Sendeschaltung
von 5.
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Zunächst
geht aus einem Vergleich zwischen 5 und der
vorn dargestellten 3 hervor, dass die Sendeschaltung
der Ausführungsform die Notwendigkeit eines NRZ-RZ-Konverters
(100) eliminiert, der in der Sendeschaltung nach Stand
der Technik erforderlich war.
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Speziell
umfasst die Sendeschaltung (EIN/AUS-Modulationsschaltung) der Ausführungsform
einen Impulsgenerator 1 mit einer variablen Verzögerungsschaltung 11 und
einer UND-Schaltung 12 sowie ein Bandpassfilter 2.
Dem Bandpassfilter 2 folgen solche Komponenten wie etwa
ein Verstärker mit hoher Ausgangsleistung (103),
der die Ausgabe (das Wellenpaket) des Bandpassfilters 2 verstärkt.
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Die
variable Verzögerungsschaltung 11 ist so konfiguriert,
um die Verzögerungszeit dementsprechend zu variieren, ob
Daten DATA eine 1 oder eine 0 sind; zum Beispiel wird die Verzögerungszeit
erhöht, wenn die Daten eine 1 sind, und verringert, wenn
die Daten eine 0 sind.
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Daher
wird, wie in 6 gezeigt, wenn die Daten DATA
eine 1 sind, ein breiter Impuls IMPw erzeugt, und wenn die Daten
DATA eine 0 sind, wird ein schmaler Impuls IMPn erzeugt. Dann wird,
wie es später eingehend beschrieben ist, eine EIN/AUS-Modulation
ausgeführt, indem die Impulsbreite gemäß dem
Betriebsfrequenzband zweckmäßig bestimmt wird
und Vorkehrungen getroffen werden, um durch das Bandpassfilter ein
Wellenpaket im Falle eines breiten Impulses (IMPw) zu erzeugen,
aber kein Wellenpaket im Falle eines schmalen Impulses (IMPn) zu erzeugen.
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Die
Sendeschaltung, die in 5 gezeigt ist, kann zum Beispiel
als Sendeschaltung in der Funkübertragungsvorrichtung verwendet
werden, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
wurde.
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7 ist
ein Diagramm, das Beispiele für die Impulse zeigt, die
in der Sendeschaltung der Ausführungsform und in der Sendeschaltung
nach Stand der Technik verwendet werden, und 8 ist ein
Diagramm zum Erläutern der Operation des Bandpassfilters
in der Sendeschaltung der Ausführungsform und in der Sendeschaltung
nach Stand der Technik.
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Wie
in 7 gezeigt, ist der Impuls, der in der Sendeschaltung
nach Stand der Technik verwendet wird, die unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben
wurde, zum Beispiel ein Impuls, dessen Halbwertsbreite 9 ps beträgt,
während der Impuls, der in der Sendeschaltung der Ausführungsform
verwendet wird, zum Beispiel ein Impuls mit einer Halbwertsbreite
von 16 ps ist, wenn die Daten eine 0 sind, und ein Impuls mit einer
Halbwertsbreite von 24 ps ist, wenn die Daten eine 1 sind.
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Da
ein tatsächlicher Impuls eine endliche Anstiegs-/Abfallcharakteristik
hat, ist sein Spektrum bis zu unendlich hohen Frequenzen hier nicht
gleichförmig. Das heißt, der tatsächliche
Impuls weist die Charakteristik auf, wie in 8 gezeigt,
dass die Energie (Spannung) bei zunehmender Frequenz einstweilen
auf Null zurückgeht und dann zunimmt, bis eine Spitze erreicht
ist, wonach die Energie wieder auf Null zurückgeht.
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Auf
diese Weise umfasst der tatsächliche Impuls ein Grundfrequenzband,
ein Frequenzband der zweiten Harmonischen, ein Frequenzband der
dritten Harmonischen, usw., die durch die Fourier-Transformationstheorie
erläutert werden können. Wenn die Impulsbreite
durch T bezeichnet wird, ist die Frequenz an der Grenze zwischen
dem Grundfrequenzband und dem Frequenzband der zweiten Harmonischen
durch 1/T und die Spitzenfrequenz im Frequenzband der zweiten Harmonischen
durch 3/(2T) gegeben, während die Frequenz an der Grenze
zwischen den Frequenzbändern der zweiten und dritten Harmonischen
durch 2/T gegeben ist.
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Da
die Sendeschaltung nach Stand der Technik das Grundfrequenzband
verwendet, musste ein kürzerer Impuls erzeugt werden, wenn
das Betriebsfrequenzband (das Durchlassband des Bandpassfilters)
höher wird. Das heißt, wenn die Mittenfrequenz
des Betriebsfrequenzbandes durch fc bezeichnet wird, musste die
Impulsbreite T0 genügend kleiner
als 1/fc gemacht werden. Speziell hat, wenn das Betriebsfrequenzband
im Bereich zwischen 54 GHz und 66 GHz liegt, die Sendeschaltung
nach Stand der Technik die Verwendung eines Impulses mit einer Halbwertsbreite
von 9 ps erforderlich gemacht.
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Demgegenüber
kann in der Sendeschaltung der Ausführungsform der Impuls
(die Halbwertsbreite), der in der Sendeschaltung nach Stand der
Technik verwendet wird, unter Verwendung eines Frequenzbandes der
Harmonischen verlängert werden.
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Speziell
wird, wie in 8 gezeigt, wenn zum Beispiel
das Frequenzband der zweiten Harmonischen verwendet wird, die Impulsbreite
so bestimmt, dass die Spitze im Frequenzband der zweiten Harmonischen
des Impulses mit fc (60 GHz) koinzidiert. Das heißt, wenn
die Impulsbreite TON = 3/(2fc) ist, kann
dann ein Impuls von TON – T0 >> 1/fc, wie beispielsweise
ein Impuls mit einer Halbwertsbreite von 24 ps, verwendet werden.
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Wenn
die Impulsbreite so bestimmt wird, dass die Grenze zwischen dem
Grundfrequenzband und dem Frequenzband der zweiten Harmonischen des
Impulses mit fc koinzidiert, wird als Nächstes, da dann
eine sehr kleine Impulsenergie im Betriebsfrequenzband existiert,
die Energie des von dem Bandpassfilter ausgegebenen Wellenpaketes
extrem klein.
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Genauer
gesagt, wie in 8 gezeigt, ist die Impulsbreite
der Art, dass die Grenze zwischen dem Grundfrequenzband und dem
Frequenzband der zweiten Harmonischen zum Beispiel mit fc (60 GHz) koinzidiert,
gegeben durch TOFF = 1/fc, und es kann ein
Impuls verwendet werden, dessen Halbwertsbreite zum Beispiel 16
ps beträgt.
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Wenn
hier die Impulsbreite für Daten "0" durch TOFF bezeichnet
wird und die Impulsbreite für Daten "1" durch TON bezeichnet wird, erscheint im Falle der
Daten "0" kein Wellenpaket, aber im Falle der Daten "1" erscheint
ein Wellenpaket, wodurch die EIN/AUS-Modulation erreicht wird. Das
heißt, bei den Daten "1" kann ein Impuls mit einer Halbwertsbreite von
24 ps unter Verwendung des Frequenzbandes der zweiten Harmonischen
verwendet werden, während bei den Daten "0" ein Impuls
mit einer Halbwertsbreite von 16 ps unter Verwendung der Grenze zwischen
dem Grundfrequenzband und dem Frequenzband der zweiten Harmonischen
verwendet werden kann.
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9 ist
ein Diagramm, das Beispiele für die Bandpassfilterausgaben
in der Sendeschaltung der Ausführungsform und in der Sendeschaltung
nach Stand der Technik zeigt; hier sind Simulationsresultate gezeigt,
als ein Bandpassfilter mit einem Durchlassband zwischen 54 und 66
GHz verwendet wurde (die Mittenfrequenz fc des Betriebsfrequenzbereichs beträgt
60 GHz).
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Die
Ausgabe des Bandpassfilters (102) in der Sendeschaltung
nach Stand der Technik ist, wie aus 9 ersichtlich
ist, wenn ein Impuls mit einer Halbwertsbreite von zum Beispiel
9 ps verwendet wird, um Daten "1" darzustellen, im Wesentlichen dieselbe
wie die Ausgabe des Bandpassfilters (2) in der Sendeschaltung
der Ausführungsform, wenn ein Impuls mit einer Halbwertsbreite
von 24 ps verwendet wird, um Daten "1" darzustellen. Es ist auch
ersichtlich, dass die Ausgabe des Bandpassfilters (2) in der
Sendeschaltung der Ausführungsform, wenn ein Impuls mit
einer Halbwertsbreite von 16 ps verwendet wird, um Daten "0" darzustellen,
nahezu Null ist, wodurch eine klare Unterscheidung zwischen Daten "1"
und Daten "0" vorgesehen wird.
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Das
heißt, wie in 7 bis 9 gezeigt, dass
beispielsweise bei Verwendung des Bandes von 55 GHz bis 65 GHz die
Sendeschaltung der Ausführungsform zwei Arten von breiten
Impulsen verwendet, nämlich eine mit einer Halbwertsbreite
von 24 ps und die andere mit einer Halbwertsbreite von 16 ps für
Daten "1" bzw. Daten "0". In diesem Fall wird der Impuls mit einer
Halbwertsbreite von 24 ps so erzeugt, dass die Spitze im Frequenzband
der zweiten Harmonischen mit der Mittenfrequenz (fc = 60 GHz) koinzidiert,
während der Impuls mit einer Halbwertsbreite von 16 ps
so erzeugt wird, dass die Grenze zwischen dem Grundfrequenzband
und dem Frequenzband der zweiten Harmonischen mit der Mittenfrequenz
fc koinzidiert.
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Dann
wird ersichtlich, wie unter Bezugnahme auf 9 beschrieben
ist, dass eine Signalausgabe (ein Wellenpaket), die mit jener der
Sendeschaltung nach Stand der Technik vergleichbar ist, die einen
Impuls mit einer Halbwertsbreite von 9 ps verwendet, für
Daten "1" erhalten werden kann. Da die Halbwertsbreite dieses Wellenpaketes
100 ps beträgt, kann eine Datenübertragung von
10 Gbps oder mehr erreicht werden. Ferner wird für Daten
"0" eine sehr kleine Ausgangsenergie erhalten, wodurch ein EIN/AUS-Verhältnis
von 15 dB oder höher erreicht wird.
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Bei
Daten "1" kann anstelle der Verwendung des Bandes der zweiten Harmonischen
des Impulses ein Frequenzband einer Harmonischen höherer
Ordnung wie beispielsweise das Band der dritten oder vierten Harmonischen
verwendet werden. Ähnlich kann bei Daten "0" anstelle der
Verwendung der Grenze zwischen dem Grundfrequenzband und dem Frequenzband
der zweiten Harmonischen die Grenze zwischen den Bändern
von Harmonischen höherer Ordnung wie etwa die Grenze zwischen
den Bändern der zweiten und dritten Harmonischen oder die Grenze
zwischen den Bändern der dritten und vierten Harmonischen
verwendet werden. Ferner wird als vorteilhaft empfunden, dass die
Entsprechung zwischen der Präsenz/Absenz eines Wellenpaketes
und den Daten "1" und "0" umgekehrt sein kann.
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Wenn
die Daten den ersten Wert (zum Beispiel "1") darstellen, kann die
Verzögerungszeit in der variablen Verzögerungsschaltung 11 daher
gleich einem ganzzahligen Vielfachen N/fc des Kehrwertes der Mittenfrequenz
fc (zum Beispiel 60 GHz) des Betriebsfrequenzbandes eingestellt
werden, und wenn die Daten den zweiten Wert (zum Beispiel "0") darstellen,
kann die Verzögerungszeit gleich einem Wert 1/(2fc) + M/fc
eingestellt werden, d. h., der Summe aus einem ganzzahligen Vielfachen
des Kehrwertes der Mittenfrequenz fc des Betriebsfrequenzbandes und
einer Hälfte (1/2) des Kehrwertes der Mittenfrequenz. Hier
sind N und M beliebig eingesetzte unabhängige natürliche
Zahlen.
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Bei
dem Beispiel, das vorn in 8 gezeigt ist,
wird, wenn Daten "1" sind, ein Impuls mit einer Dauer von 16 ps
verwendet, die bestimmt wird, indem der Kehrwert 1/fc (das heißt
N = 1) der Mittenfrequenz fc (= 60 GHz) des Betriebsfrequenzbandes eingesetzt
wird, und wenn Daten "0" sind, wird ein Impuls mit einer Dauer von
24 ps verwendet, die bestimmt wird, indem die Summe 1/(2fc) + 1/fc
(das heißt M = 1) aus dem Kehrwert der Mittenfrequenz fc (=
60 GHz) des Betriebsfrequenzbandes und einer Hälfte des
Kehrwertes der Mittenfrequenz eingesetzt wird.
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Auf
diese Weise kann die Sendeschaltung gemäß der
Ausführungsform unter Verwendung der Frequenzbänder
der Harmonischen des Impulses ein Wellenpaket erzeugen, ohne die
Impulsbreite wesentlich reduzieren zu müssen. Die Erzeugung
eines kürzeren Impulses erfordert die Verwendung einer Technologie
mit einer Hochgeschwindigkeitsvorrichtung, die kostspielig ist;
da aber in der Ausführungsform der Zwang bezüglich
der Impulsbreite gelockert ist, besteht keine Notwendigkeit zum
Verwenden solch einer Technologie mit einer Hochgeschwindigkeitsvorrichtung,
und deshalb können die Kosten für die Impulskommunikationsvorrichtung
im Millimeter-/Submillimeterband (Sendeschaltung/Funkübertragungsvorrichtung)
reduziert werden.
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Weiterhin
trägt die Eliminierung der Notwendigkeit des NRZ-RZ-Konverters,
dessen Vorhandensein eine Voraussetzung nach Stand der Technik war,
nicht nur zum Reduzieren der Kosten der Sendeschaltung (Funkübertragungsvorrichtung)
bei, sondern auch zum Reduzieren der Größe und
des Energieverbrauchs der Vorrichtung. Ferner wird in der Sendeschal tung
nach Stand der Technik, die Daten als Eingangssignal aufnimmt, die
Signalverschlechterung, insbesondere der erhöhte Jitter,
aufgrund des Vorsehens einer Basisbandschaltung, etc. zu einem Problem,
aber die Sendeschaltung gemäß der Ausführungsform,
die einen Takt als Eingabe aufnimmt, hat den Vorteil, dass der Jitter
klein ist und sich die Signalqualität verbessert.
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10 ist
ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel für den Impulsgenerator
in der Sendeschaltung der Ausführungsform zeigt; 11 ist
ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die variable Verzögerungsschaltung
in dem Impulsgenerator von 10 zeigt;
und 12 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel
für die variable Verzögerungsschaltung in dem
Impulsgenerator von 10 zeigt. In 11 und 12 ist
die Signallogikinversionsschaltungsanordnung, die am Ausgang der
variablen Verzögerungsschaltung vorgesehen ist und in 10 gezeigt
ist, nicht dargestellt.
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Der
Impulsgenerator 1 der Ausführungsform ist so konfiguriert,
wie in 10 gezeigt, dass der Takt CLK
dem UND-Gatter 12 über einen Selektor 13 zugeführt
wird. Hier hat die variable Verzögerungsschaltung 11 eine
Schaltungskonfiguration, wie sie in 11 oder 12 gezeigt
ist. Der in 10 gezeigte Selektor 13 ist
in der Konfiguration mit dem Selektor 1103 von 11 oder
dem Selektor 1106 von 12 identisch
und hat die Funktion zum Aufwiegen (Kompensieren) der Verzögerung,
die durch den Selektor 1103 oder 1106 eingeführt
wird, der in der variablen Verzögerungsschaltung 11 vorgesehen ist.
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Dann
führt die UND-Schaltung 12 eine UND-Verknüpfung
des Taktes CLK mit der Zeitverzögerung aus, die durch eine erste
Verzögerungsleitung 1101 oder eine zweite Verzögerungsleitung 1102 in 11 erzeugt
wird, oder mit der Zeitverzögerung, die durch eine gerade
Anzahl von Puffern 1141 und 1142 oder eine ungerade
Anzahl von Puffern 1151, 1152 und 1153 in 12 erzeugt
wird.
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Das
heißt, in der variablen Verzögerungsschaltung 11,
die in 11 gezeigt ist, wird die eine oder
die andere der zwei Verzögerungsleitungen 1101 und 1102 durch
den Selektor 1103 dementsprechend selektiert, ob die Daten
eine 0 oder eine 1 sind. Wenn die Verzögerungsleitungen
als Verdrahtungsleitungen auf einem GaAs-Substrat gebildet sind, wird
die erste Verzögerungsleitung 1101 für
Daten "0" zum Beispiel als Verdrahtungsleitung mit einer vorgeschriebenen
Breite und einer Länge von 1,6 mm gebildet und wird die
zweite Verzögerungsleitung 1102 für Daten
"1" zum Beispiel als Verdrahtungsleitung mit einer vorgeschriebenen
Breite und einer Länge von 2,4 mm gebildet.
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Andererseits
wird in der variablen Verzögerungsschaltung 11,
die in 12 gezeigt ist, das eine oder
das andere der zwei Puffer-Arrays 1141, 1142 und 1151 bis 1153 durch
den Selektor 1106 dementsprechend selektiert, ob die Daten
eine 0 oder eine 1 sind. Die Pufferverstärker (Puffer) 1141, 1142 und 1151 bis 1153 führen
jeweils eine Verzögerungszeit von 1/(2fc) = 8 ps ein, und
seriell verbunden sind zwei Puffer (1141 und 1142)
für Daten "0" und drei Puffer (1151 bis 1153)
für Daten "1". Dadurch wird eine Verzögerungszeit
von 16 ps für Daten "0" und eine Verzögerungszeit
von 24 ps für Daten "1" erzeugt.
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Anstelle
der Puffer können Inverter verwendet werden, indem die
Signallogik zweckmäßig eingestellt wird. Ein Signal
FXi, dessen Pegel auf einen hohen Pegel oder einen niedrigen Pegel
fixiert ist, wird auf den anderen Eingang (auf den Eingang, auf den
der Takt CLK nicht angewendet wird) des Selektors 13 angewendet,
der vorgesehen ist, um die Verzögerung zu kompensieren,
die durch den Selektor 1103 oder 1106 in der variablen
Verzögerungsschaltung 11 eingeführt wird,
und ein Signal mit fixiertem Pegel FXc zum ständigen Selektieren
des Taktes CLK zur Ausgabe wird als Steuersignal angewendet.
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Ferner
wird als vorteilhaft empfunden, dass verschiedenartige Abwandlungen
zum Erzeugen von unterschiedlichen Verzögerungszeiten,
abgesehen von denen, die oben definiert sind, an der Konfiguration
von 12 vorgenommen werden können, indem zum
Beispiel jeder Puffer (oder Inverter) mit einem Verzögerungszeiteinstellanschluss
versehen wird.
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13 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel für jeden Pufferverstärker
(Puffer) zeigt, der in der variablen Verzögerungsschaltung
von 12 vorgesehen ist, und 14 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel für die UND-Schaltung
zeigt, die in dem Impulsgenerator von 10 vorgesehen ist.
In 13 und 14 bezeichnet
das Bezugszeichen Vb eine vorgeschriebene Steuervorspannung.
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Jeder
der Puffer 1141, 1142 und 1151 bis 1153 (1140)
kann, wie in 13 gezeigt, zum Beispiel als
differentieller Puffer konstruiert sein. Hier werden differentielle
Takte CLK und /CLK als differentielle Eingaben IN(P) und IN(N) auf
jeden der Puffer der ersten Stufe 1141 und 1151 angewendet,
und differentielle Ausgaben OUT(P) und OUT(N) von jedem der Puffer 1141, 1151 und 1152 werden
als differentielle Eingaben IN(P) und IN(N) auf jeden der nachfolgenden
Puffer 1142, 1152 bzw. 1153 angewendet;
dann werden differentielle Ausgaben OUT(P) und OUT(N) von jedem
der Puffer der letzten Stufe 1142 und 1153 auf
den Selektor 1106 angewendet.
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Die
UND-Schaltung 12 im Impulsgenerator 1 von 10 kann,
wie in 14 gezeigt, auch als differentielle
UND-Schaltung konstruiert sein; in diesem Fall werden die differentiellen
Ausgaben des Selektors 13 als erste differentielle Eingaben
a und /a auf die UND-Schaltung 12 angewendet, und die invertierten
Versionen der differentiellen Ausgaben der variablen Verzögerungsschaltung 11 (zum
Beispiel die Ausgaben des Selektors 1103 oder 1106)
werden als zweite differentielle Eingaben b und /b auf die UND-Schaltung 12 angewendet.
Die UND-Schaltung 12 erzeugt differentielle Ausgaben q
und /q.
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Der
in 13 gezeigte Pufferverstärker und die
in 14 gezeigte UND-Schaltung sind lediglich Beispiele,
und nicht nur Signallogik- oder Single-Ended-Schaltungen können
verwendet werden, sondern auch verschiedenartige andere Schaltungen.
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Gemäß den
Ausführungsformen kann, wie oben beschrieben, eine Sendeschaltung
auf Impulsbasis und Funkübertragungsvorrichtung, die einen geringen
Jitter und eine hohe Signalqualität erreichen kann, vorgesehen
werden, ohne signifikant kurze Impulse zu verwenden, oder anders
ausgedrückt, ohne Vorrichtungen mit hoher Leistung und
hohen Kosten verwenden zu müssen.
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Speziell
kann gemäß den Ausführungsformen eine
Sendeschaltung und Funkübertragungsvorrichtung vorgesehen
werden, die klein ist, einen niedrigen Energieverbrauch vorsieht
und eine hohe Signalqualität erreichen kann.
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Die
Ausführungsformen können umfassend auf Sendeschaltungen
und Funkübertragungsvorrichtungen angewendet werden, die
Daten über Funk unter Verwendung von Impulsen übertragen,
und die Sendeschaltung und Funkübertragungsvorrichtung der
Ausführungsformen sind besonders zur Verwendung in Ultrabreitbandfunkübertragungssystemen von
Vorteil, die UWB-Systeme in den Mikrowellen- und Submillimeterwellenbändern
enthalten.
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Viele
verschiedene Ausführungsformen können konstruiert
werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen,
und es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die
in dieser Beschreibung erläuterten spezifischen Ausführungsformen
begrenzt ist, abgesehen davon, wie es in den beigefügten
Ansprüchen definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Y. Kawano
et al. mit dem Titel "An RF Chipset for Impulse Radio UWB Using
0.3 μm InP-HEMT Technology", IEEE MTT-Int. Microwave Symp. Dig.,
S. 316–319, Juni 2006 [0005]