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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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Die
US 2003/0053554 A1 beschreibt eine Sendeschaltung für ein Spreizspektrum-Kommunikationssystem mit sehr großer Bandbreite (ultra wide bandwidth). Digitale Hochgeschwindigkeitsdaten einer Kommunikation werden in einen Bitstrom umgewandelt. In Ansprechen auf den Bitstrom wird eine Sequenz von kurzen Impuls-Wavelets erzeugt, die in Übereinstimmung mit Bits des Bitstroms moduliert wird. In Reaktion auf jedes kurze Impuls-Wavelet der modulierten Sequenz wird eine Vielzahl von Zeitversatz-Replikas des Wavelets erzeugt und in Übereinstimmung mit einem Code miteinander kombiniert, um eine codierte Gruppe von Impuls-Wavelets zu erzeugen, die ausgegeben wird.
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Die
WO 2004/062128 A2 beschreibt eine Erzeugung einer auf einem Takt basierenden Übertragung. Impulse mit sehr großer Bandbreite (ultra wide bandwidth) können erzeugt und/oder empfangen werden. Zur Ableitung des Signals mit sehr großer Bandbreite wird das Taktsignal mit Daten moduliert, um ein moduliertes Signal zu erlangen, und das modellierte Signal wird getaktet, um das Signal mit sehr großer Bandbreite zu erhalten.
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Die
WO 2006/090109 A1 beschreibt eine serielle Verbindung, die gepulst ist und mit einem Datenfluss gesteuert wird. Von einem ersten Modul werden ein Takt und Daten zu einem zweiten Modul übertragen. Dabei wird ein Datenimpuls auf einer auswärts gerichteten Leitung übermittelt. Eine erste Flanke auf der auswärts gerichteten Leitung wird erfasst, wobei diese Flanke eine Zeitvorgabe für den Takt darstellt. Eine zweite Flanke auf der Leitung mit einem wählbaren Zeitabstand zur ersten Flanke wird erfasst. Die wählbare Zeitperiode stellt die Daten dar.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Sendeschaltung und Funkübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die klein ist, einen geringen Energieverbrauch vorsieht und eine hohe Signalqualität erreichen kann.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist im abhängigen Anspruch offenbart.
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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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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 Sendeschaltung 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.