周波数選択的ベースバンドを使用する変復調装置、及びこれを利用した送受信装置

专利摘要:
人体を媒質とする通信方式において、伝送データビット数を増加させて伝送データレートを向上させ、使用者及び他の電子機器から引き起こされる強い干渉を低減するだけでなく、低電力かつ安定した人体通信を可能にする、周波数選択的ベースバンドを使用する変復調装置、及びこれを利用した送受信装置を提供する。本発明による周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置は、提供されるシリアルデータを（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットにパラレル変換して出力するシリアル−パラレル変換部と、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループからいずれか１つのサブグループを選択し、前記Ｍビットのデータ入力ビットに対して、前記１つのサブグループに該当する２のＭ乗個の拡散符号及び前記２のＭ乗個の拡散符号をビット循環シフトした拡散符号からいずれか１つの拡散符号を選択して出力する周波数選択的スプレッダとを含む。
公开号:JP2011514115A
申请号:JP2010550582
申请日:2008-10-24
公开日:2011-04-28
发明作者:ソン；ウォン カン、；テ；ウク カン、；キュン；スー キム、；ジュン；ブン キム、；ジン；キュン キム、；ソン；ウン キム、；ジェ；ホン シム、；キ；ヒュク パク、；ヒュン；イル パク、；チャン；ヒー ヒョン、；ジュン；ファン ファン、；ヘイ；ジン ミョン、；イン；ギ リン、
申请人:韓國電子通信研究院Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ；
IPC主号:H04B13-00

专利说明:

[0001] 本発明は、周波数選択的ベースバンド（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｂａｓｅｂａｎｄ）を使用する変復調装置、及びこれを利用した送受信装置に関し、より詳細には、人体を媒質とする人体通信システムにおいて、他の帯域に比べて人体周辺の雑音電力が集中しているＤＣ〜５ＭＨｚの周波数帯域を避け、人体が導波管の役割を果たして伝送される信号の強度が人体外に放射される信号の強度より大きい周波数帯域までの限られた周波数帯域を選択的に使用する変復調装置、及びこれを利用した送受信装置に関する。]
背景技術

[0002] 人体通信とは、導電性を有する人体を通信チャネルとして使用して人体に接続されている機器間で信号を伝達する技術をいうものであり、個人用の携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ＭＰ３プレーヤ、携帯電話などの様々な携帯機器間の通信、及びプリンタ、テレビ、出入システムなどの固定された機器との通信が使用者の簡単な接触だけで行われる技術である。]
[0003] 現在、人体通信方法としては、限られた通過帯域を使用する技術と、固有の使用者ＩＤを使用するスクランブル、チャネル符号化、インターリーブ、及びスプレッドなどを用いる方法が提案されている。]
[0004] しかしながら、このような人体通信方法では、限られた周波数帯域を使用するために、ほとんどの通信システムで使用する中間周波数（ｆｃ）を有する通過帯域を使用する。これにより、前記通信システムは、デジタル−アナログ変換器、アナログ−デジタル変換器、中間周波数変換器などのアナログ送受信端を必要とし、低電力化面で欠点を有する。]
[0005] また、現在の人体通信方法は、プロセスゲインのための時間軸／周波数軸拡散方法による限られた周波数帯域により、伝送データレートの増加やより安定したデータ送受信において非効率的であるという問題を有する。]
先行技術

[0006] 韓国特許公開公報許2001-0102879号]
発明が解決しようとする課題

[0007] そこで、既存の人体通信方法の問題を解決するために、本発明は、周波数選択的ベースバンド伝送技術又は周波数選択的拡散符号技術を用いて、周波数選択性とプロセスゲインを改善し、伝送データレートを増加させることのできる、周波数選択的ベースバンドを使用する変復調装置及びこれを利用した送受信装置を提案しようとする。]
[0008] また、本発明は、複数の使用者が存在する環境で使用者相互に干渉し合わないだけでなく、他の電子機器から引き起こされる強い干渉があっても安定した通信の実現が可能であるとともに、限られた周波数帯域の使用及び低電力化が可能な、周波数選択的ベースバンドを使用する変復調装置及びこれを利用した送受信装置を提案しようとする。]
課題を解決するための手段

[0009] 上記課題を解決するための手段として、本発明の一実施形態による伝送データレートが向上した周波数選択的スプレッダは、Ｎ（Ｎは陽の整数）ビットの入力データを出力するＮビットカウンタと、Ｍ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）ビットのデータ入力ビット、（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及びオフセット入力ビットの入力を受けて所望の周波数帯域を選択する減算器と、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビットと前記Ｍビットのデータ入力ビットをグレーインデックス（Ｇｒａｙ ｉｎｄｅｘｉｎｇ）するための（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記Ｎビットカウンタの出力、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及び前記（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）の出力ビットを論理積（ＡＮＤ）演算するためのＮ個の論理積演算器（ＡＮＤ）と、前記Ｎ個の論理積演算器（ＡＮＤ）の出力を論理和（ＸＯＲ）演算するための第２論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力をビット循環シフトするビット循環遅延器と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力又は前記ビット循環シフトされた前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力のいずれか一方を選択して出力するＭＵＸとを含む。]
[0010] 前記周波数選択的スプレッダは、（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットの入力を受けることが好ましい。]
[0011] 前記ビット循環遅延器は、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力である２のＮ乗個の拡散符号に対してそれぞれビット循環シフトを行って、伝送データビット数を増加させることが好ましい。]
[0012] 前記ＭＵＸは、前記（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットのうち追加の１ビットの入力ビットにより、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力及び前記ビット循環遅延器の出力のいずれか一方を選択することが好ましい。]
[0013] 一方、本発明の一実施形態による周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置は、提供されるシリアルデータを（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットにパラレル変換して出力するシリアル−パラレル変換部と、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループからいずれか１つのサブグループを選択し、前記Ｍビットのデータ入力ビットに対して、前記１つのサブグループに該当する２のＭ乗個の拡散符号及び前記２のＭ乗個の拡散符号をビット循環シフトした拡散符号からいずれか１つの拡散符号を選択して出力する周波数選択的スプレッダとを含む。]
[0014] 前記周波数選択的スプレッダは、前記Ｍビットのデータ入力ビットに対応するインデックス値に該当する１つの拡散符号を選択し、前記１つの拡散符号及び前記１つの拡散符号をビット循環シフトした拡散符号から追加の１ビットを用いて選択して、伝送データビット数を増加させることが好ましい。]
[0015] 前記周波数選択的スプレッダは、前記選択された１つのサブグループに該当する２のＭ乗個の拡散符号のインデックスに入力パラメータでオフセットを与え、拡散される全体周波数帯域から所望の周波数帯域のみを選択することが好ましい。]
[0016] 前記周波数選択的スプレッダは、Ｎビットの入力データを出力するＮビットカウンタと、Ｍビットのデータ入力ビット、（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及びオフセット入力ビットの入力を受けて所望の周波数帯域を選択する減算器と、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビットと前記Ｍビットのデータ入力ビットをグレーインデックスするための（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記Ｎビットカウンタの出力、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及び前記（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）の出力ビットを論理積（ＡＮＤ）演算するためのＮ個の論理積演算器（ＡＮＤ）と、前記Ｎ個の論理積演算器（ＡＮＤ）の出力を論理和（ＸＯＲ）演算するための第２論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力をビット循環シフトするビット循環遅延器と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力又は前記ビット循環シフトされた前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力のいずれか一方を選択して出力するＭＵＸとを含むことが好ましい。]
[0017] 前記ＭＵＸは、前記（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットのうち追加の１ビットの入力ビットにより出力ビットを選択して、伝送データビット数を増加させることが好ましい。]
[0018] 一方、本発明の一実施形態による周波数選択的ベースバンドを使用する復調装置は、送信側で変調された伝送データを受信した場合、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループのうち変調時に使用された１つのサブグループに該当する拡散符号及び前記拡散符号をビット循環シフトした拡散符号と前記伝送データの相関値を計算して、前記伝送データの変調時に選択された拡散符号を検出してインデックス値を求め、前記インデックス値に対応する（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータを出力する周波数選択的デスプレッダと、前記（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル−シリアル変換部とを含む。]
[0019] 前記周波数選択的デスプレッダは、前記（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータとして、前記相関値が最も大きい値に対応する拡散符号に該当するインデックス値を出力することが好ましい。]
[0020] 一方、本発明の一実施形態による周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置を利用した送信装置は、フレーム同期のためのプリアンブル及び伝送するデータに関する制御情報からなるヘッダを生成するプリアンブル及びヘッダ生成部と、前記伝送するデータをシリアルデータで出力するデータ生成部と、前記データ生成部から出力されたシリアルデータをスクランブルするスクランブル部と、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループから使用する１つのサブグループを選択し、前記選択された１つのサブグループの２のＭ乗個の拡散符号及び前記２のＭ乗個の拡散符号をビット循環シフトした拡散符号からいずれか１つの拡散符号を選択して出力する周波数選択的変調部と、前記生成されたプリアンブル、ヘッダ、及び前記選択された１つの拡散符号をデジタル信号に多重化して伝送する多重化部とを含む。]
[0021] 前記プリアンブル及びヘッダ生成部は、フレーム同期の取得のために設定された初期値にセットされて一定の長さのプリアンブルを生成するプリアンブル生成器と、前記伝送するデータに関する制御情報を所定のヘッダフォーマットにしてヘッダを構成するヘッダ生成器と、前記ヘッダフォーマットで構成されたデータをヘッダチェック数列（ＨＣＳ）に生成するＨＣＳ生成器と、前記生成されたプリアンブル及びヘッダを拡散させるスプレッダとを含むことが好ましい。]
[0022] 前記周波数変調部は、前記データ生成部から出力されるシリアルデータを（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットにパラレル変換して出力するシリアル−パラレル変換部と、周波数拡散に使用される２のＮ乗個の全体拡散符号を２のＭ乗個の数字単位で分けた複数のサブグループからいずれか１つのサブグループを選択し、前記（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットに対して、前記選択された１つのサブグループに該当する２のＭ乗個の拡散符号及び前記２のＭ乗個の拡散符号をビット循環シフトした拡散符号からいずれか１つの拡散符号を選択して出力する周波数選択的スプレッダとを含むことが好ましい。]
[0023] 前記周波数選択的スプレッダは、前記Ｍビットのデータ入力ビットに対応するインデックス値に該当する１つの拡散符号を選択し、前記１つの拡散符号及び前記１つの拡散符号をビット循環シフトした拡散符号から追加の１ビットを用いて選択して、伝送データビット数を増加させることが好ましい。]
[0024] 一方、本発明の一実施形態による周波数選択的ベースバンドを使用する復調装置を利用した受信装置は、送信側からの伝送データからプリアンブルを検出してフレーム同期化を行うフレーム同期化部と、前記フレーム同期化によって前記伝送データからヘッダ及びデータ部分を分離して出力する逆多重化部と、前記分離されたヘッダを逆拡散させた後、ヘッダチェック数列（ＨＣＳ）検査により前記データに関する制御情報を復元するヘッダ処理部と、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループのうち変調時に使用された１つのサブグループに該当する拡散符号及び前記拡散符号をビット循環シフトした拡散符号と前記分離されたデータの相関値を計算して、前記相関値に基づいて前記伝送データの変調時に選択されたものであると判断される拡散符号のインデックス値を求め、対応する（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータをシリアルデータで出力する周波数選択的復調部と、前記シリアルデータを直交符号でデスクランブルするデスクランブル部と、前記デスクランブルされたデータを処理するデータ処理部とを含む。]
[0025] 前記受信装置は、前記フレーム同期化を行う前に、前記伝送データに対して、ノイズ除去、信号増幅、クロック復元、及びデータ整列によるタイミング同期及び周波数オフセットを補償するアナログ処理部をさらに含むことが好ましい。]
[0026] 前記周波数選択的復調部は、周波数拡散に使用される２のＮ乗個の全体拡散符号を２のＭ乗個の数字単位で分けた複数のサブグループのうち変調時に使用された１つのサブグループに該当する拡散符号及び前記拡散符号をビット循環シフトした拡散符号と前記伝送データの相関値を計算して、前記相関値が最も大きい値に該当する拡散符号を前記伝送データの変調時に選択された拡散符号として検出してインデックス値を求め、前記インデックス値に対応する（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータを出力する周波数選択的デスプレッダと、前記（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータをシリアルデータに変換して出力するパラレル−シリアル変換部とを含むことが好ましい。]
発明の効果

[0027] 本発明によると、デジタル通信でシリアル−パラレル変換、周波数選択的ベースバンド伝送、及び限られた数の周波数選択的拡散符号を用いることにより、システム全体のプロセスゲインを改善するとともに、外部雑音に強く、伝送データレートを効率的に増加させるという効果がある。]
[0028] また、本発明によると、使用者が所望の周波数帯域の拡散符号のみを選択して使用する周波数選択的ベースバンド伝送方式を用いることにより、アナログ送受信端の複雑度を最小化し、デジタル通信システム全体の消費電力を減少させるという効果がある。]
図面の簡単な説明

[0029] 本発明の一実施形態による人体通信用周波数選択的ベースバンドと、周波数別の人体内伝達信号電力、人体外放射電力、及び人体周辺の雑音電力との関係を示すグラフである。
本発明の一実施形態による周波数選択的ベースバンドを使用する人体通信システムの構成図である。
本発明の一実施形態による６４ビットのウォルシュ符号のサブグループを示す例示図である。
本発明の一実施形態による６４ビットのウォルシュ符号のサブグループを示す例示図である。
本発明の一実施形態による６４ビットのウォルシュ符号のサブグループを示す例示図である。
本発明の一実施形態による６４ビットのウォルシュ符号のサブグループを示す例示図である。
本発明の一実施形態によるデータ伝送レートを改善した人体通信用周波数選択的スプレッダの構成図である。
本発明の一実施形態による周波数選択的スプレッダのビットエラーレート電算実験結果を示すグラフである。]
実施例

[0030] 以下、添付図面を参照して、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるように、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明の好ましい実施形態の動作原理を詳細に説明するにあたって、関連の公知機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にする場合は、その詳細な説明を省略する。]
[0031] なお、図面全体にわたって類似の機能及び作用を果たす部分には同一の符号を付す。]
[0032] 本発明による周波数選択的ベースバンドを使用する変復調装置及びこれを利用した送受信装置は、デジタル通信システム、特に人体を媒質とする人体通信システムに適用可能であり、本発明ではこれを対象として説明する。]
[0033] 図１は、本発明による人体通信用周波数選択的ベースバンドと、周波数別の人体内伝達信号電力、人体外放射電力、及び人体周辺の雑音電力との関係を示すグラフである。] 図１
[0034] 図１に示すように、人体通信に使用される周波数帯域０〜４０ＭＨｚでは、人体内に伝達される信号の電力１１が人体外に放射される信号の電力１２より優勢であるが、４０ＭＨｚ以上になると、人体外放射電力１２が人体内伝達電力１１より大きくなることが分かる。] 図１
[0035] また、様々な測定場所で引き起こされる干渉信号を測定した結果を足して５ＭＨｚで平均して求めた雑音電力１３は、０〜５ＭＨｚの周波数帯域で信号電力より大きいことが分かる。]
[0036] よって、本発明においては、雑音電力が最も大きい０〜５ＭＨｚの区間と４０ＭＨｚ以上の区間を除いた、５〜４０ＭＨｚの限られた周波数帯域内でデータ伝送を行うための周波数選択的ベースバンドを使用する。]
[0037] ここで、周波数選択的ベースバンドとは、データのプロセスゲインのために使用される全ての拡散符号のうち、使用者が所望の周波数帯域で最も優勢な周波数特性を有する拡散符号のみを使用することにより、アナログ送受信部の構成が簡単になるベースバンド伝送を行うとともに、所望の周波数帯域とプロセスゲインを同時に得ることのできる、新しい伝送方式技術をいう。]
[0038] 一実施形態として、本発明は、図１に示す周波数帯域の選択のために、拡散符号として６４個のウォルシュ符号を使用する。６４個のウォルシュ符号は、０〜１６ＭＨｚの周波数帯域を６４個に分割したものであり、順次最も優勢な周波数（ｆｄ）が均一に分布する特性がある。] 図１
[0039] このとき、６４個のウォルシュ符号を４つのサブグループに分け、最も大きい周波数帯域を使用するウォルシュ符号のサブグループを選択することにより、所望の周波数帯域を使用する周波数選択的ベースバンド伝送を行うことができる。]
[0040] また、本発明においては、ウォルシュ符号のインデックスにオフセットを与えてサブグループの選択を可能にする。例えば、サブグループ３を選択（ｆｓ０＝１、ｆｓ１＝１に固定）し、かつ前記オフセットが１、すなわち図７の減算器２１８２の値が−１である場合、選択されるウォルシュ符号のインデックスは６２〜４７となる。] 図７
[0041] 前述の周波数選択拡散符号は、前記６４ビットで構成されたウォルシュ符号に限定されるものではなく、２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個のビット数を有するウォルシュ符号であればよい。]
[0042] 図２は、本発明の一実施形態による周波数選択的ベースバンドを使用する変復調装置を利用した送受信装置を適用した人体通信システムの構成図である。] 図２
[0043] 図２に示すように、人体通信システムは、人体通信ＭＡＣ処理部１、人体通信物理層モデム２、人体通信アナログ処理部３、信号電極４、及び接地電極５から構成される。ここで、人体通信物理層モデム２及び人体通信アナログ処理部３は、本発明による周波数選択的ベースバンドを使用する変復調装置を利用した送受信装置を実現した一実施形態である。] 図２
[0044] 人体通信ＭＡＣ処理部１のＭＡＣ送信処理器１１は、上位層からのデータとデータに関する制御情報を処理して人体通信物理層モデム２の送信器２１に伝達する役割を果たし、人体通信ＭＡＣ処理部１のＭＡＣ受信処理器１２は、人体通信物理層モデム２の受信器２２から受信したデータとデータに関する制御情報を処理して上位層に伝達する役割を果たす。]
[0045] 人体通信物理層モデム２は、周波数選択的ベースバンドを使用する変復調部を利用した送信器２１及び受信器２２からなる。]
[0046] 送信器２１は、プリアンブル生成器２１１、ヘッダ生成器２１２、データ生成器２１５、ＨＣＳ生成器２１３、スプレッダ２１４、スクランブラ２１６、シリアル−パラレル変換器（Ｓ２Ｐ）２１７及び周波数選択的スプレッダ２１８を含む変調部、並びに多重化器２１９から構成される。]
[0047] プリアンブル生成器２１１は、全ての使用者が知っている初期値にセットされて一定の長さのプリアンブルを生成する。]
[0048] スプレッダ２１４は、プリアンブル生成器２１１で生成されたプリアンブルの入力を受けて所定の拡散符号で拡散する。]
[0049] ヘッダ生成器２１２は、人体通信ＭＡＣ処理部１から伝送されるデータに関する制御情報（伝送速度、変調方式、使用者ＩＤ、データ長）の入力を受けて所定のヘッダフォーマットでヘッダを構成する。]
[0050] そして、ＨＣＳ生成器２１３は、前記ヘッダフォーマットで構成されたヘッダに対して、ヘッダチェック数列（ＨＣＳ）を生成する。その後、スプレッダ２１４は、ＨＣＳ生成器２１３で生成されたヘッダチェック数列を所定の拡散符号で拡散する。]
[0051] データ生成器２１５は、ＭＡＣ送信処理器１１から伝送されたデータの入力を受けて所望の時間にデータを出力する。]
[0052] 使用者ＩＤにより初期化されたスクランブラ２１６は、直交符号を出力し、この直交符号はデータ生成器２１５の出力とＸＯＲされてデータスクランブルが行われる。]
[0053] シリアル−パラレル変換器２１７は、６４個で構成されたウォルシュ符号を使用すると仮定すると、スクランブルされたデータの入力を受けて５ビットシリアル−パラレル変換を行う。]
[0054] 前記シリアル−パラレル変換の結果で、本発明で使用される周波数帯域は１／５に減少し、これは、同じ周波数帯域内でより多くのデータを伝送できるようにしたり、同じ周波数帯域内でより大きな拡散符号利得を有することで高品質のデータを伝送できるようにするという利点を有する。]
[0055] 周波数選択的スプレッダ２１８は、シリアル−パラレル変換器２１７の出力５ビットをパラレルに受け取り、１ビットの周波数選択的拡散符号に変調して伝送データを出力する。]
[0056] 多重化器２１９は、フレーム構成に合わせてプリアンブル、ヘッダ、及び変調された伝送データを出力する。信号電極４は、多重化器２１９から出力されたプリアンブル、ヘッダ、及び伝送データを、人体通信アナログ処理部３の送信／受信スイッチ３１を介して受け取り、これを人体を媒質として伝送する。そして、接地電極５は、人体通信物理層モデム２の送受信器２１、２２の接地と同じ基準線電位を有する。]
[0057] 従って、本発明で提案する周波数選択的スプレッダの使用により、所望の周波数帯域を使用するベースバンド伝送が可能になり、出力ビットも１ビットであってデジタル直接伝送が可能になる。それだけでなく、デジタル−アナログ変換器、中間周波数変換器などの別途のアナログ送信部の処理を行うことなく、送信／受信スイッチ３１及び信号電極４を経て人体内へのデータ伝送を行うことができる。]
[0058] 次に、人体通信物理層モデム２の受信器２２の動作を説明する。ここで、受信器２２は送信器２１で用いた周波数選択制御ビット及びオフセット入力値を予め知っていると仮定する。]
[0059] 信号電極４に入力された受信信号は、送信／受信スイッチ３１を経て、雑音除去フィルタ３２により人体内伝送時に付加された雑音が除去された後、増幅器３３により所望の大きさの信号に増幅される。]
[0060] 増幅された受信信号は、ＣＤＲ（Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ＆ Ｄａｔａ Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）３４に入力され、受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットが補償される。ＣＤＲ３４の出力、すなわちタイミング同期及び周波数オフセットが補償された受信信号は、人体通信物理層モデム２の受信器２２に入力される。]
[0061] まず、フレーム同期前には、受信器２２に入力された受信信号がフレーム同期部２２９に入力され、フレーム同期部２２９は、プリアンブルを使用してフレーム同期化を行う。]
[0062] フレーム同期部２２９によりフレーム同期が取られると、受信器２２の逆多重化器２２１は、受信信号からヘッダ部分とデータ部分を分離して出力する。]
[0063] 逆多重化器２２１の出力のうち、ヘッダ部分は、デスプレッダ２２２、ＨＣＳ検査器２２３を経て、ヘッダ処理器２２４で受信信号データの制御情報が抽出され、ＭＡＣ受信処理器１２に伝送される。]
[0064] 逆多重化器２２１の出力のうち、データ部分は、周波数選択的ベースバンドを使用する復調部に入力される。前記復調部は、周波数選択的デスプレッダ２２５及びパラレル−シリアル変換器（Ｐ２Ｓ）２２６からなる。]
[0065] 逆多重化器２２１のデータ出力を受け取った周波数選択的デスプレッダ２２５は、６４個の拡散符号のうち送信器２１で周波数選択的に使用された１６個の拡散符号と１ビット循環シフトされた１６個の拡散符号をさらに使用した拡散符号、すなわち３２個のウォルシュ符号に対して、相関器（図示せず）を利用してそれぞれ相関値を計算した後、最も大きい相関値に対応する拡散符号のインデックス値に該当する５ビットのデータビットを出力する。ここで、周波数選択的デスプレッダ２２５では、入力される３２個のウォルシュ符号に対して、相関値を用いるのではなく、最大尤度復号（ＭＬ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ） ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方法などを用いることができ、具体的な説明は省略する。]
[0066] 出力された５ビットは、パラレル−シリアル変換器（Ｐ２Ｓ）２２６に入力されてシリアル変換された後、デスクランブラ２２７に入力される。次に、シリアル変換された出力は、ヘッダから抽出された使用者ＩＤにより初期化された直交符号発生器（図示せず）から出力される直交符号でデスクランブルされる。デスクランブルされた受信データは、データ処理器２２８に入力されて処理された後、ＭＡＣ受信処理器１２に伝送される。]
[0067] 図３〜図６は、本発明の一実施形態による６４ビットのウォルシュ符号のサブグループ０〜３をそれぞれ示す構成図である。] 図３ 図４ 図５ 図６
[0068] 図３〜図６に示すように、本発明は、拡散符号として６４個のウォルシュ符号を使用し、これを４つのサブグループに分けた場合、サブグループ０はＷ０〜Ｗ１５、サブグループ１はＷ１６〜Ｗ３１、サブグループ２はＷ３２〜Ｗ４７、サブグループ３はＷ４８〜Ｗ６３、それぞれ１６個のウォルシュ符号を有する。] 図３ 図４ 図５ 図６
[0069] ここで、Ｗ０〜Ｗ６３の６４個のウォルシュ符号は、使用周波数帯域を正確に６４個に分割し、各ウォルシュ符号の最も優勢な周波数（ｆｄ）が分割された周波数に順次マッピングされる特徴がある。]
[0070] 例えば、ウォルシュ符号全体の拡散周波数帯域を１６ＭＨｚと仮定した場合、１つのウォルシュ符号の最も優勢な周波数（ｆｄ）の間隔は１６ＭＨｚ／６４であって、２５０ＫＨｚである。]
[0071] 従って、Ｗ０のｆｄは０Ｈｚ、Ｗ１のｆｄは２５０ＫＨｚ、Ｗ４８のｆｄは１２ＭＨｚ、Ｗ６３のｆｄは１５．７５ＭＨｚである。]
[0072] 本発明では、サブグループ３（Ｗ４８〜Ｗ６３）を選択して、全体１６ＭＨｚの帯域のうち１２〜１５．７５ＭＨｚの最も優勢な周波数（ｆｄ）を有するウォルシュ符号を使用する。]
[0073] 図７は、図２に示す本発明の一実施形態による周波数選択的スプレッダの詳細構成図である。] 図２ 図７
[0074] 本発明による周波数選択的スプレッダ２１８は、（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットの入力を受け、２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループのいずれか１つのサブグループを、（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット及びオフセット入力ビットを用いて選択し、周波数拡散に使用する。そして、本発明では、Ｎ＝６、Ｍ＝４、拡散符号として６４個のウォルシュ符号を使用する場合を仮定して説明する。]
[0075] 図７に示すように、周波数選択的スプレッダ２１８は、６ビットカウンタ２１８１を有し、入力として、２ビットの周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０、下位５ビットのデータ入力ビットｂ４、ｂ３、ｂ２、ｂ１、ｂ０を有し、出力として、１ビットのＦＳ＿ＤＯＵＴを有する。] 図７
[0076] ここで、２ビットの周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０は、選択されるサブグループによって異なる値にセットされる。例えば、サブグループ１は周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０が０、１にセットされ、サブグループ２は周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０が１、０にセットされ、サブグループ３は周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０が１、１にセットされる。]
[0077] また、周波数選択的スプレッダ２１８は、減算器２１８２を使用してウォルシュ符号インデックスの選択にオフセットを与えることができる。すなわち、オフセット入力値により、減算器２１８２の出力値は、ｆｓ１ｆｓ０ｂ４ｂ３ｂ２ｂ１（２）−オフセット入力値＝ｆｓ１’ｆｓ０’ｂ４’ｂ３’ｂ２’ｂ１’（２）となる。]
[0078] 具体的には、２ビットの周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０とオフセット入力値（最大４ビット）を変えて出力値（ｆｓ１’ｆｓ０’ｂ４’ｂ３’ｂ２’ｂ１’（２））又は前記出力値の範囲を調整することができ、前記出力値によってウォルシュ符号を選択することができる。選択されたウォルシュ符号は最も優勢な周波数帯域を有するため、使用者所望の周波数帯域が選択される。]
[0079] また、周波数選択的スプレッダ２１８は、グレーインデックスのための５つのＸＯＲ論理回路２１８３、２１８４、２１８５、２１８６、２１８７と、６ビットカウンタ２１８１の出力であるＣ５〜Ｃ０、周波数選択制御ビットの最上位ビットｆｓ１、及び５つのＸＯＲ論理回路の出力ビットをそれぞれ入力とする６つのＡＮＤ論理回路２１８９、２１９０、２１９１、２１９２、２１９３、２１９４と、６つのＡＮＤ論理回路の出力をＸＯＲするためのＸＯＲ論理回路２１９５とから構成される。]
[0080] 図６に示すサブグループ３（Ｗ４８〜Ｗ６３）の１６個のウォルシュ符号を選択して使用する場合を仮定すると、周波数選択的スプレッダ２１８では、６ビットの入力のうち２ビットの周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０が「１１」値に固定され、ウォルシュ符号インデックスにオフセットを与えることのできる減算器２１８２の値は０となる。すなわち、Ｗ４８〜Ｗ６３の１６個のウォルシュ符号が出力される。] 図６
[0081] よって、最終的にＸＯＲ論理回路２１９５の出力生成式は次の通りである。]
[0082] 出力生成式＝（ｆｓ１’ ａｎｄ Ｃ０） ｘｏｒ ［（ｆｓ１’ ｘｏｒ ｆｓ０’ ａｎｄ Ｃ１］ ｘｏｒ ［（ｆｓ０’ ｘｏｒ ｂ４’ ａｎｄ Ｃ２］ ｘｏｒ ［（ｂ４’ ｘｏｒ ｂ３’ ａｎｄ Ｃ３］ ｘｏｒ ［（ｂ３’ ｘｏｒ ｂ２’ ａｎｄ Ｃ４］ ｘｏｒ ［（ｂ２’ ｘｏｒ ｂ１’ ａｎｄ Ｃ５］]
[0083] ＸＯＲ論理回路２１９５から出力されたウォルシュ符号と前記ウォルシュ符号を１ビット循環シフトするビット循環遅延器２１９６を通過したウォルシュ符号は、さらに伝送される入力データビットｂ０により値が決定されるＭＵＸ２１９７を通過する。]
[0084] ここで、ＦＳ＿ＤＯＵＴとして選択可能な拡散符号は３２個となる。従って、本発明の一実施形態による周波数選択的スプレッダ２１８は、既存の方式より２５％の伝送レートゲインを得る。]
[0085] 図８は、本発明の一実施形態による周波数選択的スプレッダのビットエラーレート電算実験結果を示すグラフである。] 図８
[0086] 図６に示すサブグループ３（Ｗ４８〜Ｗ６３）の１６個のウォルシュ符号を選択して使用する場合を仮定すると、周波数選択的スプレッダ２１８では、６ビットの入力のうち２ビットの周波数選択制御ビットｆｓ１、ｆｓ０が「１１」値に固定され、ウォルシュ符号インデックスにオフセットを与えることのできる減算器２１８２の値は０となる。] 図６
[0087] 図８を参照すると、円（Ａ）及び三角形（Ｃ）で示す線は、既存の１６個のウォルシュ符号を使用して４ビットシリアル−パラレル変換した場合を示し、ひし形（Ｂ）及び四角形（Ｄ）で示す線は、本発明による循環シフトされた１６個のウォルシュ符号をさらに使用して５ビットシリアル−パラレル変換した場合を示す。] 図８
[0088] ＡとＣはハイパスフィルタを使用した場合であり、ＢとＤはフィルタを使用しない場合である。]
[0089] つまり、本発明による周波数選択的スプレッダ２１８は、２５％のデータ伝送レートが増加するのに対して、ビットエラーレート１０ｅ−５で約１ｄＢの性能劣化が発生するだけである。ここで、装置が動作するＳＮＲはＳＮＲ＿ａｖｇが０のときである。]
[0090] 以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。]

权利要求:

請求項1
Ｎ（Ｎは陽の整数）ビットの入力データを出力するＮビットカウンタと、Ｍ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）ビットのデータ入力ビット、（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及びオフセット入力ビットの入力を受けて所望の周波数帯域を選択する減算器と、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビットと前記Ｍビットのデータ入力ビットをグレーインデックスするための（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記Ｎビットカウンタの出力、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及び前記（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）の出力ビットを論理積（ＡＮＤ）演算するためのＮ個の論理積演算器（ＡＮＤ）と、前記Ｎ個の論理積演算器（ＡＮＤ）の出力を論理和（ＸＯＲ）演算するための第２論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力をビット循環シフトするビット循環遅延器と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力又は前記ビット循環シフトされた前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力のいずれか一方を選択して出力するＭＵＸとを含むことを特徴とする伝送データレートが向上した周波数選択的スプレッダ。
請求項2
前記周波数選択的スプレッダは、（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットの入力を受けることを特徴とする請求項１に記載の伝送データレートが向上した周波数選択的スプレッダ。
請求項3
前記ビット循環遅延器は、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力である２のＮ乗個の拡散符号に対してそれぞれビット循環シフトを行って、伝送データビット数を増加させることを特徴とする請求項１に記載の伝送データレートが向上した周波数選択的スプレッダ。
請求項4
前記ＭＵＸは、前記（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットのうち追加の１ビットの入力ビットにより、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力及び前記ビット循環遅延器の出力のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項２に記載の伝送データレートが向上した周波数選択的スプレッダ。
請求項5
提供されるシリアルデータを（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットにパラレル変換して出力するシリアル−パラレル変換部と、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループからいずれか１つのサブグループを選択し、前記Ｍビットのデータ入力ビットに対して、前記１つのサブグループに該当する２のＭ乗個の拡散符号及び前記２のＭ乗個の拡散符号をビット循環シフトした拡散符号からいずれか１つの拡散符号を選択して出力する周波数選択的スプレッダとを含むことを特徴とする周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置。
請求項6
前記周波数選択的スプレッダは、前記Ｍビットのデータ入力ビットに対応するインデックス値に該当する１つの拡散符号を選択し、前記１つの拡散符号及び前記１つの拡散符号をビット循環シフトした拡散符号から追加の１ビットを用いて選択して、伝送データビット数を増加させることを特徴とする請求項５に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置。
請求項7
前記周波数選択的スプレッダは、前記選択された１つのサブグループに該当する２のＭ乗個の拡散符号のインデックスに入力パラメータでオフセットを与え、拡散される全体周波数帯域から所望の周波数帯域のみを選択することを特徴とする請求項５に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置。
請求項8
前記周波数選択的スプレッダは、Ｎビットの入力データを出力するＮビットカウンタと、Ｍビットのデータ入力ビット、（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及びオフセット入力ビットの入力を受けて所望の周波数帯域を選択する減算器と、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビットと前記Ｍビットのデータ入力ビットをグレーインデックスするための（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記Ｎビットカウンタの出力、前記（Ｎ−Ｍ）ビットの周波数選択制御ビット、及び前記（Ｎ−１）個の第１論理和演算器（ＸＯＲ）の出力ビットを論理積（ＡＮＤ）演算するためのＮ個の論理積演算器（ＡＮＤ）と、前記Ｎ個の論理積演算器（ＡＮＤ）の出力を論理和（ＸＯＲ）演算するための第２論理和演算器（ＸＯＲ）と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力を１ビット循環シフトするビット循環遅延器と、前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力又は前記１ビット循環シフトされた前記第２論理和演算器（ＸＯＲ）の出力のいずれか一方を選択して出力するＭＵＸとを含むことを特徴とする請求項５に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置。
請求項9
前記ＭＵＸは、前記（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットのうち追加の１ビットの入力ビットにより出力ビットを選択して、伝送データビット数を増加させることを特徴とする請求項８に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置。
請求項10
送信側で変調された伝送データを受信した場合、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループのうち変調時に使用された１つのサブグループに該当する拡散符号及び前記拡散符号をビット循環シフトした拡散符号と前記伝送データの相関値を計算して、前記伝送データの変調時に選択された拡散符号を検出してインデックス値を求め、前記インデックス値に対応する（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータを出力する周波数選択的デスプレッダと、前記（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル−シリアル変換部とを含むことを特徴とする周波数選択的ベースバンドを使用する復調装置。
請求項11
前記周波数選択的デスプレッダは、前記（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータとして、前記相関値が最も大きい値に対応する拡散符号に該当するインデックス値を出力することを特徴とする請求項１０に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する復調装置。
請求項12
フレーム同期のためのプリアンブル及び伝送するデータに関する制御情報からなるヘッダを生成するプリアンブル及びヘッダ生成部と、前記伝送するデータをシリアルデータで出力するデータ生成部と、前記データ生成部から出力されたシリアルデータをスクランブルするスクランブル部と、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループから使用する１つのサブグループを選択し、前記選択された１つのサブグループの２のＭ乗個の拡散符号及び前記２のＭ乗個の拡散符号をビット循環シフトした拡散符号からいずれか１つの拡散符号を選択して出力する周波数選択的変調部と、前記生成されたプリアンブル、ヘッダ、及び前記選択された１つの拡散符号をデジタル信号に多重化して伝送する多重化部とを含むことを特徴とする周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置を利用した送信装置。
請求項13
前記プリアンブル及びヘッダ生成部は、フレーム同期の取得のために設定された初期値にセットされて一定の長さのプリアンブルを生成するプリアンブル生成器と、前記伝送するデータに関する制御情報を所定のヘッダフォーマットにしてヘッダを構成するヘッダ生成器と、前記ヘッダフォーマットで構成されたデータをヘッダチェック数列（ＨＣＳ）に生成するＨＣＳ生成器と、前記生成されたプリアンブル及びヘッダを拡散させるスプレッダとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置を利用した送信装置。
請求項14
前記周波数変調部は、前記データ生成部から出力されるシリアルデータを（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットにパラレル変換して出力するシリアル−パラレル変換部と、周波数拡散に使用される２のＮ乗個の全体拡散符号を２のＭ乗個の数字単位で分けた複数のサブグループからいずれか１つのサブグループを選択し、前記（Ｍ＋１）ビットのデータ入力ビットに対して、前記選択された１つのサブグループに該当する２のＭ乗個の拡散符号及び前記２のＭ乗個の拡散符号をビット循環シフトした拡散符号からいずれか１つの拡散符号を選択して出力する周波数選択的スプレッダとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置を利用した送信装置。
請求項15
前記周波数選択的スプレッダは、前記Ｍビットのデータ入力ビットに対応するインデックス値に該当する１つの拡散符号を選択し、前記１つの拡散符号及び前記１つの拡散符号をビット循環シフトした拡散符号から追加の１ビットを用いて選択して、伝送データビット数を増加させることを特徴とする請求項１４に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する変調装置を利用した送信装置。
請求項16
送信側からの伝送データからプリアンブルを検出してフレーム同期化を行うフレーム同期化部と、前記フレーム同期化によって前記伝送データからヘッダ及びデータ部分を分離して出力する逆多重化部と、前記分離されたヘッダを逆拡散させた後、ヘッダチェック数列（ＨＣＳ）検査により前記データに関する制御情報を復元するヘッダ処理部と、周波数拡散に使用される２のＮ（Ｎは陽の整数）乗個の全体拡散符号を２のＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは陽の整数）乗個の数字単位で分けた複数のサブグループのうち変調時に使用された１つのサブグループに該当する拡散符号及び前記拡散符号をビット循環シフトした拡散符号と前記分離されたデータの相関値を計算して、前記相関値に基づいて前記伝送データの変調時に選択されたものであると判断される拡散符号のインデックス値を求め、対応する（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータをシリアルデータで出力する周波数選択的復調部と、前記シリアルデータを直交符号でデスクランブルするデスクランブル部と、前記デスクランブルされたデータを処理するデータ処理部とを含むことを特徴とする周波数選択的ベースバンドを使用する復調装置を利用した受信装置。
請求項17
前記フレーム同期化を行う前に、前記伝送データに対して、ノイズ除去、信号増幅、クロック復元、及びデータ整列によるタイミング同期及び周波数オフセットを補償するアナログ処理部をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する復調装置を利用した受信装置。
請求項18
前記周波数選択的復調部は、周波数拡散に使用される２のＮ乗個の全体拡散符号を２のＭ乗個の数字単位で分けた複数のサブグループのうち変調時に使用された１つのサブグループに該当する拡散符号及び前記拡散符号をビット循環シフトした拡散符号と前記伝送データの相関値を計算して、前記相関値が最も大きい値に該当する拡散符号を前記伝送データの変調時に選択された拡散符号として検出してインデックス値を求め、前記インデックス値に対応する（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータを出力する周波数選択的デスプレッダと、前記（Ｍ＋１）ビットのパラレルデータをシリアルデータに変換して出力するパラレル−シリアル変換部とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の周波数選択的ベースバンドを使用する復調装置を利用した受信装置。