DK167085B1 - Fremgangsmaade til at demodulere data - Google Patents

Description

i DK 167085 B1

Opfindelsen angår overførsel af data ved hjælp af direkte sekvens spredt spektrum signaler (DSSS), hvor koden moduleres på en bærebølge ved hjælp af MSK (Minimum Shift Keying) eller beslægtede modulationstyper, f.eks. filtre-5 rede MSK, og hvor modtageren ikke skal genkende eller genfinde bærebølgens fase. Dette kaldes inkohærent modtagelse.

MSK er en velkendt modulationsteknik. Den er f.eks. be-10 skrevet i følgende artikler; Carl Erik Sundberg: Con tinuous Phase Modulation. IEEE Communication Magazine,

April 1986? S. Pasupathy: Minimum Shift Keying; A spectrally efficient Modulation. IEEE Communication Magazine,

July 1979; F. Amoroso, J.A. Kivett: Simplified MSK Signals ling Technique. IEEE Transactions on Communications,

April 1977. Teknikken er virkningsfuld i den forstand, at båndbredden, som kræves til overføring af en bestemt informationsmængde pr. sekund, er mindre end det f.eks. er nødvendigt i forbindelse med phase shift keying (PSK).

20 Desuden giver MSK teknikken en større mulighed for at arbejde med en konstant indhyllingskurve i en båndbredde begrænset kanal end mange andre modulationsteknikker.

Disse to karateristikker gør MSK til en attraktiv modulationsform.

25 DSSS er en velkendt kodningsmetode indenfor militærkommunikation, hvor formålet bl.a. er at gøre modtageren mindre følsom overfor forstyrrende signaler. Metoden er f.eks. beskrevet i bog af R.C. Dixon: Spread Spectrum Sy-30 stems, Wiley 1976 og er baseret på princippet med at kode hver enkelt databit med en kode, som er kendt af modtageren. Koden moduleres sædvanligvis på bærebølgen med PSK, men MSK har også været anvendt. Data moduleres sædvanligvis med differentiel faseforskydningstastning (DPSK).

Ortogonal signalering er en kendt modulationsmetode, som er beskrevet i en bog af J.G. Proakis: Digital Communica- 35 DK 167085 B1 2 tions, Me Graw Hiil 1983. Denne modulationsmetode er baseret på princippet om at lade et antal databit (f.eks.

1) være repræsenteret af et antal forskellige (ortogonale ) koder (f.eks. 2). Modtageren skal være i stand til at 5 detektere hvilken af de ortogonale koder (f.eks. 2), som blev transmitteret. Når en kode er blevet valgt som den rette, kan modtageren bestemme de databit, som blev sendt. Metoden anvendes sædvanligvis til inkohærent modtagelse og i tilfælde, hvor båndbredden i en kanal er 10 stærkt begrænset.

Inkohærent modtagning anvendes i modtagere, som ikke kan være afhængig af faseinformation for demodulation af data, fordi en sådan information ikke er til rådighed. Det-15 te er f.eks. blevet beskrevet i den nævnte bog af J.G. Proakis. Signalet i en sådan modtager deles i en indfasekanal og en kvadraturkanal, og signalet i hver af disse kvadreres, hvorpå de to kanaler adderes. Det er umuligt at anvende denne metode direkte i forbindelse med MSK.

20

Fra USA patent nr. 4 583 048 kendes en MSK digital demodulator til burst kommunikation. Formålet med den beskrevne demodulator er at foretage en hurtig måling af faseforeskellen mellem den indkommende bærebølge og lokal 25 referencen, således at kohærent, konventionel modtagelse af data kan finde sted. Det understreges i patentet hvor vigtigt det er ved burst kommunikationssystemer at genvinde fasekohærensen hurtigt, og det understreges, at dette ikke kan opnås med konventionelle metoder (PPL).

30 Patentet nævner imidlertid intet sted, hvorledes datamodulation opnås. Det viser sig, at kun den gensidige amplitude af de fire korrelationsspidser fra hver af de to veje er målt inkohærent. Disse målinger anvendes til at genvinde fasen, således at systemet kan bringes til at 35 fungere som et konventionelt kohærent system til demodulation af data.

DK 167085 B1 3

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en fremgangsmåde til inkohærent demodulation af en bærebølge af ortogonalt kodede DSSS signaler, som er moduleret med MSK eller beslægtede modulationstyper.

5

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til at demodulere data som angivet i indledningen til krav 1, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i samme kravs kendetegnende del angivne. I det foreliggende system er de ortogonale 10 koder identiske med spredningskoden for DSSS signalerne. Ekstraktion af data opnås ved at kombinere den ovenfor kendte teknik. Resultatet er, at MSK modulerede signaler kan modtages til trods for den kendsgerning, at faseforskellen imellem signalet, som anvendes til nedkonverte-15 ring til basisbånd, og centerfrekvensen af det transmitterede signal forbliver ukendt og endog langsomt varierende (inkohærent demodulation), og til trods for den kendsgerning, at den anvendte modulationsmetode til at modulere bærebølgen er MSK eller en beslægtet modula-20 tionstype. Dette kan ske selv med meget lavt signal/støj-forhold på radiokanalen.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvor 25 figur 1 skematisk viser et kendt signalmodtagerprincip, figur 2 skematisk viser princippet for modtageren ifølge opfindelsen, 30 figur 3 viser den genfundne signalform i den kendte modtager, og figur 4 og 5 viser et eksempel på genfundne signaler i 35 modtageren i figur 2, for en vilkårlig fase.

4 DK 167085 B1

Den tilhørende sender anvender MSK modulation som beskrevet af Amoroso og Kivett i den ovennævnte artikel, for at modulere en bærebølge med information. Vi kalder bærefrekvensen fo, og hastigheden, hvormed spredningskoden modu-5 leres for fc, chiphastigheden.

Et indkommende signal SI indeholder koden 1110010. I den kendte modtager i figur 1 blandes dette signal i et blandingskredsløb 1 med et signal S2, som kan skrives som 10 sin(2irt(fo-l/4fc) + ir/2). Det resulterende signal S3 er vist i figur 3. Blandingssignalet S2 har den korrekte fase i det kohærente system. Når signalet samples på det rette tidspunkt,- som kræver takt genfinding-, som vist med pile, kan den transmitterede information (1110010) 15 modtages direkte. Et muligt signal i en ortogonal kanal er ikke anvendt. Signalet S3 sendes gennem en korrelator 2 til et logisk kredsløb 3, hvori der fra de to indgangsignaler S4 og S5 vælges et signal S6.

20 Den i figur 2 viste modtager fungerer som følger: et signal S10, som er et ortogonalt kodet DSSS signal moduleret med MSK, deles først i to ens dele, Sil og S21 i et delingskredsløb 10. Signalparterne Sil og S21 bliver så nedkonverteret i blandingskredsløb 11 og 12 til basis 25 bånd i to kanaler, som har en frekvens, som afviger fra bærebølgen med 0,25 af fc. Blandingssignalerne S12 og S22 kan udtrykkes som sin(2irt(fo-l/4fc)+ø) og cos(2irt(fo-l/4fc)+$). Fasen Φ er vilkårlig, således at basisbåndsignalerne i hver bane ikke nødvendigvis er lig 30 med de transmitterede signaler, således som det er tilfældet i den nævnte artikel. Dette adskiller vor modtager fra alle tidligere modtagere for MSK, som f.eks. den ene, som er vist i den nævnte artikel og som er en kohærent modtager for MSK.

I det foreliggende system kan formerne af signalerne S13 og S23 være totalt forskellig fra formen af signalet S3 i 35 DK 167085 B1 5 figur 3, hvilket er vist i figurerne 4 og 5.

Disse signalformer er repræsentative for det tilfælde, hvor signalet er respektivt 45° og 135° ude af fase. For 5 det første kan man observere, at amplituderne er ændret. Desuden er spidserne bevæget til venstre. Men det kan også vises, at hvis signalerne i begge dele korreleres med sendekoden for derefter at blive kvadreret og adderet, så vil autokorrelationsfunktionen være konstant i position 10 såvel som i amplitude, uafhængig af fasen. Dette er grundlaget for inkohærent demodulation.

Basisbåndsignalerne sendes til en gruppe korrelatorer 13 og 14, som hver er indstillet med sin egen kode (f.eks.

15 2). Efter korrelation udføres en kvadratfunktion i kva draturorganerne 15 og 16 og signalerne bliver til sidst adderet i additionsorganerne 17 og 18. I et logisk kredsløb eller diskriminatororgan 19 bliver amplituderne af signalerne S14 og S24 sammenlignet på udgangene (f.eks.

20 2), og koden, som giver den højeste korrelationsspids, erklæres som den kode, der blev sendt, som repræsenteret af signalet S30.

Før datatransmissionen kan starte, skal modtageren syn-25 kroniseres med senderen, dvs. tiden for ankomst af koderne skal fastlægges. Dette synkroniseringssystem er ikke vist.

30 35

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til at demodulere data, som er repræsen-5 teret ved ortogonalkodede direkte sekvensspredte spektrumsignaler (DSSS), som i en sender er moduleret på en bærebølge med MSK (Minimum Shift Keying) (eller beslægtede kontinuerte fase modulationsarter), og som, inkohæ-rent, i en modtager nedkonverteres til basisbåndet ved 10 hjælp af to signaler (S12, S22), som har en frekvens, der er forskudt med 1/4 af modulationsfrekvensen (chip-hastigheden) i forhold til centerfrekvensen af det modtagne signal og er indbyrdes 90° faseforskudt, hvilke nedkon-verterede signaler korreleres i to ortogonale kanaler med 15 individuelle identiske korrelatorer (eller grupper af korrelatorer) (13,14), kvadreres i kvadraturorganer (15,16) og derefter adderes i additionsorganer (17,18), kendetegnet ved, at information vedrørende sendekoden og derved også vedrørende de transmitterede 20 data uddrages i et diskriminatororgan (19), ved at der fra additionsorganerne (17 eller 18) vælges den kode, som giver den højeste korrelationsspids.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 25 ved, at hvert af de nedkonverterede signaler (S13,S23) er korreleret i mindst to veje ("0"-korr, "l"-korr) og er 2 2 kvadreret i individuelle organer (( ) , ( ) ).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, 30 at individuelle dele af de korrelerede kvadrerede signaler adderes i individuelle additionsorganer (17,18) for at frembringe sammenlignelige adderede signaler (S14, S24). 35