DE602004004912T2

DE602004004912T2 - Hochfrequenz-signaldiskriminationsverfahren und system

Info

Publication number: DE602004004912T2
Application number: DE602004004912T
Authority: DE
Inventors: Brian Roseville SALOKA
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: US20050063491A1; EP1665697A1; EP1665697B1; JP4384666B2; DE602004004912D1; WO2005034457A1; JP2007523506A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Signaldiskrimination und spezieller das Diskriminieren zwischen verschiedenen Typen von Hochfrequenz-(HF-)Signalen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
HF-Signale werden in vielen Kommunikationsanwendungen verwendet. Eine gegebene Anwendung kann ein Empfängersystem erfordern, welches sowohl mittels Frequenzumtastung (Frequency Shift Keying, FSK) modulierte HF-Signale als auch mittels Amplitudenumtastung (Amplitude Shift Keying, ASK) modulierte HF-Signale empfangen kann, wobei sich jedoch die spezielle Modulation eines Signals, das zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt empfangen wird, ohne Vorwarnung zufällig ändern kann. Um beiden Signaltypen Rechnung zu tragen, beinhalten gegenwärtige Anwendungen zwei separate Empfänger, einen zum Empfangen von FSK-Signalen und einen anderen zum Empfangen von ASK-Signalen. Dies erhöht die Komplexität der Anwendung auf eine unerwünschte Weise.
Das Dokument US 4 227 255 A (CARRICK ROBERT L. ET AL.), 07. Oktober 1980 (07.10.1980), beschreibt (wobei sich die Verweise in Klammern auf das genannte Dokument beziehen) ein Signaldiskriminationsverfahren, welches umfasst: Empfangen einer Signalübertragung; Zählen einer Anzahl von Impulsen in der Signalübertragung durch Verwendung einer Nulldurchgangsschaltung (siehe Spalte 5, Zeilen 3-9) und Integrieren während eines Zeitfensters (siehe Spalte 6, Zeilen 65-68); Entscheiden, dass die Signalübertragung von einem ersten Typ (ASK) ist, wenn keine Nulldurchgänge vorhanden sind (oder, was dazu äquivalent ist, wenn die Anzahl der Impulse null ist) (siehe Spalte 6, Zeilen 39-43), und Entscheiden, dass das Signal von einem zweiten Typ ist (SSB), wenn Nulldurchgänge (oder, was dazu äquivalent ist, eine Anzahl von Impulsen) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches (bezüglich des Zeitfensters und der Baudrate) vorhanden sind (siehe Spalte 6, Zeilen 48-51).
Gegenwärtig existiert kein Weg, um den Unterschied zwischen FSK- und ASK-modulierten Signalen zu erkennen und zu bemerken und auf die Änderung in der Modulation eines empfangenen Signals zu reagieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat ein Signalerkennungs- und Diskriminationssystem zum Gegenstand, welches zwischen FSK-Signalen und ASK-Signalen diskriminieren kann und welches einen Modus eines Signalempfängers umschalten kann, um dem Typ der Signalmodulation Rechnung zu tragen. Bei einer Ausführungsform ist ein ASK-Modus der Standardmodus. Ein gegebenes Dateneingangssignal wird in einer ersten Diskriminationsstufe ausgewertet, indem die Flanken oder Impulse in dem Signal innerhalb eines gewählten Zeitfensters gezählt werden. Falls die Anzahl der Impulse innerhalb des Zeitfensters in einem Gültigkeitsbereich liegt, so weist dies darauf hin, dass das Signal ASK-moduliert ist und dass mit dem Signal möglicherweise ankommende Daten verknüpft sind. Falls die Anzahl der Impulse außerhalb des Gültigkeitsbereiches liegt, werden die Impulse als Rauschen oder Daten mit einer anderen Baudrate betrachtet.
Falls das Datensignal keine Impulse innerhalb des Zeitfensters aufweist, so weist dies darauf hin, dass das Signal FSK-moduliert ist, und der Empfänger wird in einen FSK-Modus umgeschaltet. Die nächste FSK-Übertragung wird dann als ankommende Daten empfangen. Falls das System während eines vorgegebenen Zeitabschnitts keine FSK-Daten erkennt, wird der Empfänger zurück in den ASK-Modus umgeschaltet.
Bei einer Ausführungsform kann der gegenwärtige Energieverbrauch des Empfängers verringert werden, indem der Empfänger entsprechend dem Arbeitszyklus (Duty Cycle) mit Strom versorgt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein repräsentatives Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
3 ist ein Signalzeitdiagramm, das eine erste Signaldiskriminationsstufe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein Signalzeitdiagramm, das eine Signalempfangsstufe zeigt;
5 ist ein Signalzeitdiagramm, das eine zweite Signaldiskriminationsstufe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung realisiert im Allgemeinen zwei Ebenen der Diskrimination. Erstens führt sie einen Zähler-Diskriminationsschritt aus, in welchem die Anzahl der Impulse in einer ankommenden Übertragung innerhalb eines gegebenen Fensters gezählt wird, um zwischen ASK- und FSK-modulierten Übertragungen zu unterscheiden und zu erkennen, ob es sich bei einer gegebenen ankommenden Übertragung um Rauschen oder Daten mit einer Baudrate handelt, welche von der gewünschten Baudrate verschieden ist. Zweitens führt die Erfindung einen Pulsbreiten-Diskriminationsschritt aus, in welchem die Pulsbreiten der ersten mehreren Halbbits der ankommenden Übertragung gemessen werden. Falls ermittelt wird, dass die Pulsbreiten der gemessenen Halbbits für eine oder mehrere gewünschte Baudraten innerhalb eines gültigen Zeitintervalls liegen, wird gemäß der Erfindung die ankommende Übertragung als gültige Daten enthaltend betrachtet.
1 ist ein repräsentatives Blockschaltbild, das ein Signalempfangssystem 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Das System 100 weist einen Signalempfänger 102 auf, welcher eine Hochfrequenz-(HF-)Signalübertragung empfängt. Der Empfänger 102 kommuniziert mit einem Systemprozessor 103 wie etwa einem Haupt-Mikrocontroller. Das Signal kann ein mittels Amplitudenumtastung (Amplitude Shift Keying, ASK) moduliertes Signal oder ein mittels Frequenzumtastung (Frequency Shift Keying, FSK) moduliertes Signal sein. Es wird angenommen, dass die Modulation des Signals sich jederzeit zufällig ändern kann. Das Signal selbst kann zum Beispiel ein Manchester-codiertes Signal oder ein Signal mit variabler Pulsbreite sein, bei dem jedes Datenbit durch wenigstens einen Bitübergang (d.h. von 0 zu 1 oder von 1 zu 0) dargestellt ist.
Der Empfänger 102 sendet HF-Daten zu einem Diskriminator 104. Der Diskriminator 104 agiert als ein "Ereignis-Informierer" für den Systemprozessor 103, indem er einen Impuls "ankommendes Datensignal" an den Systemprozessor 103 sendet, um anzuzeigen, dass eine gültige Signalübertragung erkannt worden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Datensignal an den Systemprozessor 103 gesendet, solange der Diskriminator 104 ein gültiges Signal erkennt. Anders ausgedrückt, der Diskriminator 104 fungiert als eine Schnittstelle zwischen dem Empfänger 102 und dem Systemprozessor 103, um den Systemprozessor 103 darüber zu informieren, dass Daten bei dem Systemprozessor 103 ankommen können. Die jeweilige Konfiguration irgendeines Systemprozessors 103 außerhalb des Empfangssystems 100 kann variieren, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Der Diskriminator 104 sendet außerdem einen ASK FSK-Indikator an den Systemprozessor 103, um diesem die Modulation der ankommenden Übertragung anzuzeigen. In dem in den 3 und 5 dargestellten Beispiel hat das Signal ASK FSK Low-Pegel, wenn das empfangene Datensignal ASK-moduliert ist, und High-Pegel, wenn die empfangene Übertragung FSK-moduliert ist. Der Systemprozessor 103 realisiert die eigentliche Umschaltung des Empfängers 102, so dass der Empfänger 102 in der Lage ist, das ASK- oder FSK-Signal zu empfangen, in Abhängigkeit davon, welcher Typ gesendet wird. Es ist zu beachten, dass der Diskriminator 104 dem Systemprozessor 103 mitteilt, ob eine gegebene empfangene Signalübertragung ASK- oder FSK-moduliert ist, während der Systemprozessor 103 dem Empfänger 102 die Anweisung erteilt, die eigentliche Umschaltung in den ASK-Modus oder FSK-Modus durchzuführen.
Wie in 1 ebenfalls dargestellt ist, kann der Diskriminator 104 einen Arbeitszyklus-Steuereingang von dem Systemprozessor 103 empfangen und die Leistung steuern, die dem Empfänger 102 zugeführt wird, um entweder den Empfänger 102 kontinuierlich mit Strom zu versorgen oder, als Alternative dazu, den Empfänger 102 dem Arbeitszyklus (Duty Cycle) entsprechend mit Strom zu versorgen, um den Stromverbrauch auf ein Minimum zu begrenzen, wenn der Empfänger 102 inaktiv ist.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess der Signaldiskrimination gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass sich das System 100 in einem ASK-Modus im Ruhezustand befindet und standardmäßig ASK-modulierte Signale empfängt und handhabt, wenn das ASK FSK-Indikatorsignal Low-Pegel aufweist (3). Der Diskriminator 104 wertet zuerst das durch den Empfänger 102 empfangene ankommende Datensignal aus, indem er die Anzahl der Impulse in dem Signal innerhalb eines gewählten Zeitfensters (z.B. 5 ms) zählt (Block 150). Die Größe des Zeitfensters selbst kann zum Beispiel auf der Basis der Baudrate, des Datenprotokolls, der Rauschfrequenz des Empfängers 102 und anderer Faktoren gewählt werden.
Wenn sich der Empfänger 102 in einem ASK-Modus befindet, sieht ein FSK-moduliertes Signal wie ein langer, kontinuierlicher Impuls in dem gewählten Zeitfenster aus, wie in 3 dargestellt. Infolgedessen ist dann die Anzahl der in dem Zeitfenster gezählten Impulse, wenn das FSK-modulierte Signal empfangen wird, gleich Null. Wenn in dem gewählten Zeitfenster null Impulse erkannt werden (Block 152), setzt der Diskriminator 104 das ASK FSK-Signal auf High-Pegel (Block 154), um dem Systemprozessor 103 anzuzeigen, dass das ankommende Datensignal FSK-moduliert ist. Der Diskriminator 104 sendet dann außerdem einen Impuls "ankommende Daten" an den Systemprozessor 103, um anzuzeigen, dass gültige ankommende Daten empfangen werden (Block 156). Bei einer Ausführungsform setzt sich das ASK FSK-Signal nach einer vorgegebenen Time-Out-Zeit selbst zurück, indem es zu einem Low-Pegel zurückkehrt (Block 158), selbst wenn der Empfänger 102 weiterhin FSK-modulierte Signale empfängt.
Sobald der Systemprozessor 103 wahrnimmt, dass das ASK FSK-Signal einen FSK-Betriebsmodus anzeigt, schaltet der Systemprozessor 103 in diesem Beispiel den Empfänger 102 nach einer gewählten Verzögerung in einen FSK-Modus um, indem er ein Moduswahl-Signal auf High-Pegel setzt (Block 160). Wenn der Systemprozessor 103 den FSK-Modus für den Empfänger 102 gewählt hat, ist der Empfänger 102 in der Lage, jederzeit FSK-modulierte Signale als Daten zu empfangen. Solange das an den Empfänger 102 gesendete Moduswahl-Signal High-Pegel aufweist, verbleibt der Empfänger 102 im FSK-Modus. Wenn der Systemprozessor 103 ermittelt, dass keine FSK-Daten mehr empfangen werden (z.B. wenn nach einer gewählten Time-Out-Zeit keine gültigen Datenbits empfangen werden), schaltet der Systemprozessor 103 den Empfänger 102 zurück in den ASK-Modus.
Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Diskriminationsprozess wieder von vorn mit dem Impulszählungs-Schritt (Block 110).
Es wird auf die 2 und 4 Bezug genommen; der Diskriminator 104 kann einen Abschnitt der ankommenden FSK-Daten (z.B. die ersten zwei Bits der Daten) mittels eines Pulsbreiten-Diskriminationsschrittes qualifizieren, indem er die High- und Low-Zeiten der ersten vier Halbbits abtastet (Block 162). Falls die Pulsbreiten aller vier Halbbits innerhalb eines gewählten gültigen Zeitintervalls für die gegebene Baudrate oder die gegebenen Baudraten liegen (Block 164), werden die Bits qualifiziert, und der Diskriminator 104 sendet den Impuls "ankommende Daten" an den Systemprozessor 103, um den Systemprozessor 103 darüber zu informieren, dass ein gültiges Signal erkannt worden ist (Block 166). Der Diskriminator 104 fährt dann so lange fort, die Impulse "ankommende Daten" zu senden, wie FSK-Daten an den Empfänger 102 gesendet werden. Falls die Qualifizierung der Halbbits fehlschlägt, wird der Qualifizierungsprozess mit dem Impulszähler-Schritt (Block 110) neu gestartet.
Falls der Systemprozessor 103 während einer gewählten Zeitdauer keine FSK-Daten empfängt, schaltet der Systemprozessor 103 das Moduswahl-Signal zurück auf Low-Pegel, womit er den Empfänger 102 veranlasst, zurück in einen ASK-Modus umzuschalten. Der Systemprozessor 103 kann dies durch Qualifizieren ankommender Impulse mit der bekannten Baudrate und Codierung erkennen.
Es wird auf die 2 und 5 Bezug genommen; wenn die ankommende Übertragung ASK-moduliert ist, wird der Zähler-Diskriminationsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Anzahl der Impulse in dem Zeitfenster innerhalb eines gewählten Bereiches liegt (Block 150). Ist dies der Fall, so deutet dies darauf hin, dass die Übertragung ankommende ASK-modulierte Daten enthalten kann. Der Diskriminator 104 führt dann den Pulsbreiten-Diskriminationsschritt auf dieselbe Weise wie im FSK-Fall durch. Genauer, qualifiziert der Diskriminator 104 eine gewählte Anzahl von Bits, indem er die High- und Low-Zeiten von beispielsweise vier Halbbits abtastet (Block 162) und die Pulsbreiten der vier Halbbits mit einem gewählten gültigen Zeitintervall vergleicht (Block 164). Es ist anzumerken, dass die ASK- und die FSK-Qualifikation unterschiedlich sind, wenn die ASK- und die FSK-Baudrate unterschiedlich sind.
Falls die Pulsbreiten der abgetasteten Bits innerhalb eines gültigen Zeitintervalls für eine gegebene Baudrate liegen, sendet der Diskriminator 104 den Impuls "ankommende Daten" an den Systemprozessor 103 und fährt damit periodisch so lange fort, wie der Empfänger 102 ASK-modulierte Daten empfängt (Block 166). Das Moduswahl-Signal von dem Systemprozessor 103 an den Empfänger 102 bleibt in diesem Falle auf Low-Pegel, weil sich der Empfänger 102 in einem ASK-Modus befindet und nicht zum FSK-Modus umschaltet.
Falls die Anzahl der Impulse in dem ASK-modulierten Signal außerhalb des gewählten Bereiches liegt (Block 150), behandelt der Diskriminator 104 die ankommende Übertragung als Rauschen oder Daten mit einer anderen Baudrate (Block 180). Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Prozess wieder von vorn mit dem Impulszähler-Schritt (Block 110).
Wie in 1 dargestellt, kann der Diskriminator 104 ein Arbeitszyklus-Steuersignal von dem Systemprozessor 103 empfangen, um den Betrieb des Empfängers 102 zu steuern. Das Arbeitszyklus-Steuersignal aktiviert und deaktiviert einen Arbeitszyklus für den Empfänger 102. Genauer schaltet der Diskriminator 104 den Empfänger 102 ständig ein, wenn das Arbeitszyklus-Steuersignal gelöscht ist, und schaltet den Empfänger 102 entsprechend einem Arbeitszyklus eines pulsbreitenmodulierten Signals ein und aus, wenn das Arbeitszyklus-Steuersignal gesetzt ist. Eine Arbeitszyklus-Steuerung kann implementiert werden, während sich das System 100 im Ruhezustand befindet. Indem er den Empfänger 102 nur mit Unterbrechungen mit Strom versorgt, wenn dieser sich im Ruhezustand befindet, kann der Systemprozessor 103 den Gesamtstromverbrauch des Systems verringern.
Durch Verwendung eines Diskriminators, welcher zwischen ASK- und FSK-modulierten Signalen diskriminiert, ermöglicht es die Erfindung, einen einzigen Empfänger zu verwenden, um beide Typen von Signalen zu behandeln, selbst wenn sich die Modulation eines gegebenen Eingangssignals ohne Vorwarnung ändert. Zusätzlich zu der Erkennung des Unterschiedes zwischen FSK- und ASK-modulierten Signalen kann mittels der Erfindung auch bestimmt werden, ob ein ankommendes Signal gültige Daten enthält, wie etwa Manchester-codierte oder mittels variabler Pulsbreite codierte Daten, bei unterschiedlichen Baudraten.
Selbstverständlich können bei der praktischen Realisierung der Erfindung verschiedene Alternativen zu den hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden. Die nachfolgenden Ansprüche sollen den Rahmen der Erfindung definieren, und das Verfahren und die Vorrichtung innerhalb des Rahmens dieser Ansprüche sollen durch diese geschützt sein.

Claims

Verfahren zur Signaldiskrimination, welches umfasst: Empfangen einer Signalübertragung; Zählen einer Anzahl von Impulsen in der Signalübertragung innerhalb eines Zeitfensters, wobei die Signalübertragung von einem ersten Typ ist, wenn die Anzahl der Impulse in dem Fenster null ist, und von einem zweiten Typ, wenn die Anzahl der Impulse in dem Fenster innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt; und Wählen eines ersten Empfangsmodus, wenn die Signalübertragung vom ersten Typ ist, und Wählen eines zweiten Empfangsmodus, wenn die Signalübertragung vom zweiten Typ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Typ mittels Frequenzumtastung, FSK, moduliert und der zweite Typ mittels Amplitudenumtastung, ASK, moduliert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst: Abtasten einer Vielzahl von Bits in der Signalübertragung; Vergleichen der Pulsbreiten der besagten Vielzahl von Bits mit einem gewählten Zeitintervall; und Senden eines Signals "ankommende Daten", falls die Pulsbreiten innerhalb des gewählten Zeitintervalls liegen.
Verfahren zur Signaldiskrimination, welches umfasst: Empfangen einer Signalübertragung in einem Empfänger und einem Diskriminator; Zählen einer Anzahl von Impulsen in der Signalübertragung innerhalb eines Zeitfensters in dem Diskriminator; Anzeigen, dass die Signalübertragung mittels Frequenzumtastung, FSK, moduliert ist, falls die Anzahl der Impulse in dem Fenster null ist; Anzeigen, dass die Signalübertragung mittels Amplitudenumtastung, ASK, moduliert ist, in der Signalübertragung, falls die Anzahl der Impulse in dem Fenster innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt; und Informieren eines Systemprozessors darüber, ob die Signalübertragung ASK-moduliert oder FSK-moduliert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner das Wählen eines Empfangsmodus in dem Empfänger in Abhängigkeit davon, ob die Signalübertragung ASK-moduliert oder FSK-moduliert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Wählens mittels eines Moduswahl-Signals durchgeführt wird, das von dem Systemprozessor an den Empfänger gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Wählens von dem Systemprozessor durchgeführt wird, indem er einen Zustand eines Indikatorsignals wählt, das an den Empfänger gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner umfasst: Abtasten einer Vielzahl von Bits in der Signalübertragung; Vergleichen der Pulsbreiten der besagten Vielzahl von Bits mit einem gewählten Zeitintervall; und Senden eines Impulses "ankommende Daten" an den Systemprozessor, falls die Pulsbreiten innerhalb des gewählten Zeitintervalls liegen, was anzeigt, dass die Signalübertragung gültige Daten enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner das Wiederholen des Schrittes des Sendens umfasst, solange der Empfänger gültige Daten empfängt.
Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner das selektive Aktivieren eines Arbeitszyklus für den Empfänger umfasst, wobei der Empfänger ständig mit Strom versorgt wird, wenn der Arbeitszyklus deaktiviert ist, und mit Unterbrechungen mit Strom versorgt wird, wenn der Arbeitszyklus aktiviert ist.
Empfangssystem, welches eine Signalübertragung auswertet und welches umfasst: einen Empfänger, welcher die Signalübertragung empfängt; und einen Diskriminator, welcher die Signalübertragung diskriminiert durch Zählen einer Anzahl von Impulsen in der Signalübertragung innerhalb eines Zeitfensters in dem Diskriminator, Anzeigen, dass die Signalübertragung mittels Frequenzumtastung, FSK, moduliert ist, falls die Anzahl der Impulse in dem Fenster null ist, und Anzeigen, dass die Signalübertragung mittels Amplitudenumtastung, ASK, moduliert ist, falls die Anzahl der Impulse in dem Fenster innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, wobei der Diskriminator einen Systemprozessor darüber informiert, ob die Signalübertragung ASK-moduliert oder FSK-moduliert ist.
Empfangssystem nach Anspruch 11, wobei der Empfänger ein Moduswahl-Signal von dem Systemprozessor empfängt, das darauf beruht, ob die Signalübertragung ASK-moduliert oder FSK-moduliert ist.
Empfangssystem nach Anspruch 11, wobei der Diskriminator ein Vorhandensein von gültigen Daten in der Signalübertragung bestimmt durch Abtasten einer Vielzahl von Bits in der Signalübertragung; Vergleichen der Pulsbreiten der besagten Vielzahl von Bits mit einem gewählten Zeitintervall; und Senden eines Impulses "ankommende Daten" an den Systemprozessor, falls die Pulsbreiten innerhalb des gewählten Zeitintervalls liegen, was anzeigt, dass die Signalübertragung gültige Daten enthält.
Empfangssystem nach Anspruch 11, wobei der Empfänger ständig mit Strom versorgt wird, wenn ein dem Empfänger zugeführtes Arbeitszyklus-Steuersignal deaktiviert ist, und mit Unterbrechungen mit Strom versorgt wird, wenn der Arbeitszyklus aktiviert ist.