JP3624241B2 - トーンの広帯域検出を改良する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般に信号処理方法とその装置に関し、より具体的にはトーンの広帯域検出のための信号処理方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気通信などの用途では、電気通信信号の流れの中に存在する可能性がある一定の特殊信号を検出することがしばしば必要になる。たとえばＤＴＭＦ電話では、電話キーパッド上で押したキーを検出するのに２つのトーンを検出する必要がある。ＤＴＭＦシステムでは、トーン検出器は、１２個の電話キーの１つを検出するのに、予想されるいくつかのトーンの内の２つの存在を検出しなければならない。トーン検出器は、トーンと、人間の声やバックグラウンド・ノイズなどの音とを高信頼性で識別しなければならない。ＤＴＭＦシステムでは、所定のトーンが予想される周波数はほぼ確実に分かっているので、トーン検出が容易になっている。
【０００３】
トーンは、特定周波数における正弦波である。ＤＴＭＦシステムで用いられる１つのトーン検出方法は、入力信号を狭帯域フィルタに通して、ついでこの狭帯域フィルタを通した信号の電力を測定することである。入力信号の中にトーンが存在する場合には、狭帯域フィルタを通した信号において高い電力レベルが測定される。このトーンは、狭帯域フィルタを通した信号の電力と、周波数の別の帯域の電力とを比較することによって検出する。周波数のこの別の帯域は、予想される最高トーン周波数の第２調波など、可能性のあるトーン周波数を除外するように選択する。第１の帯域フィルタを通した信号の電力が、所定のしきい値だけ、周波数の別の通過帯域の電力を上回る場合に、トーンが検出される。トーンが存在しない場合には、帯域フィルタを通した信号で測定された電力が、別の帯域の電力よりしきい値だけ上回ることはない。また電力比の変化も、トーンの開始時間もしくは終了時間を判定するのに使用できる。電力比判定での偽真遷移はトーンのリーディング・エッジ（立ち上がり区間）を表し、電力比判定での真偽遷移はトーンのトレイリング・エッジ（立ち下がり区間）を表す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
他の用途では、広範囲の周波数でトーンが予想される。帯域フィルタの帯域幅が、当該トーンの予想周波数を含むほど充分広範囲になっている場合には、付加白色ガウス雑音（ＡＷＧ）など他の成分も相当量含まれており、白色雑音しか存在しない場合でも、電力比判定によって誤ってトーンが示されることもある。この白色雑音の存在下においてもトーンが検出できるという強靭さは、通信システムの限定要因になり得る。そのため雑音が存在する中でトーンを検出する新しい方法およびシステムが必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
したがってトーンの広帯域検出を改良する方法の１実施例が提供される。同相信号は、第１ＡＤ変換器の入力においてサンプリングする。直角信号は第２ＡＤ変換器の入力においてサンプリングする。第１ＡＤ変換器の出力は、１に４の整数倍をプラスしたサンプル期間に相当する期間だけ遅延されて、遅延同相信号を提供する。この遅延同相信号を、直角信号に加えて、和信号を提供する。この和信号においてトーンが検出される。
【０００６】
上記およびその他の特性ならびに利点は、添付図面と合わせて以下の詳細な説明からより明確に把握されよう。
【０００７】
【実施例】
図１に、本発明に基づく混合信号処理システム２０の機能ブロック図のブロック図を示す。別のステーション（図示せず）からのベースバンド信号を無線周波数まで変調している。このベースバンド信号はアナログ信号であり、これはＧＭＳＫ，ＦＳＫなどの符号化体系を用いて符号化される。アンテナ２１は「無線周波数信号」と記載される被変調信号を受け取る。復調器／増幅器２２はアンテナ２１に接続しており、無線周波数信号をベースバンドまで復調し、後の処理に適した信号に増幅して、「ベースバンド信号」と記載される信号を提供する。ついでベースバンド信号がデコーダ２３に送られ、ここでデコードされて、「Ｉ_Ａ 」と記載される同相信号と、「Ｑ_Ａ 」と記載される直角信号とを提供する。信号Ｑ_Ａ は信号Ｉ_Ａ に対して９０度位相がずれている。ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２４は２つの別個のＡＤＣを含んでおり、１つは信号Ｉ_Ａ を受け取って、これに応答して「Ｉ」と記載されるデジタル同相信号を提供する同相チャネル、もう１つは信号Ｑ_Ａ を受け取って「Ｑ」と記載されるデジタル直角信号を提供する直角チャネルである。ＡＤＣ２４は、受け取った信号をナイキスト率の２倍（予想最高周波数成分の４倍）でサンプリングする。図に示した実施例では、ＡＤＣ２４の２個のＡＤＣは８ビットＡＤＣである。ついで遅延素子２５が信号Ｉを受け取り、（１＋４Ｎ）サンプル期間だけ遅延させて（ここでＮは整数）、「Ｉ_Ｄ 」と記載される遅延同相信号を提供する。加算装置２６は信号Ｉ_Ｄ およびＱをそれぞれに対する入力端子で受け取り、出力において「（Ｉ_Ｄ ＋Ｑ）」と記載される和信号を提供する。和信号（Ｉ_Ｄ ＋Ｑ）はついでトーン検出器２７に送られ、ここでこの信号に対してトーン検出を実施し、これに応答して「トーン検出」と記載される信号を送って和信号中のトーンを検出する。図に示した実施例では、トーン検出器２６は、１９９２年８月４日米国特許第５，１３６，５３１号においてＳｈａｗｎ ＭｃＣａｓｌｉｎに付与された”Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｔｏｎｅ” に開示されたトーン検出器である。しかしながら従来のトーン検出器を使用してもよい。
【０００８】
システム２０は被受信信号において広帯域トーンの存在を検出する。ＩチャネルもＱチャネルも共に、位相が９０度ずれているだけの同じトーンを受け取る。雑音が白色雑音の場合には、問題の帯域幅の周波数に関してランダムになる。白色雑音は時間と相関していない（すなわち、インパルス自己相関機能を有する）。そのためＩ信号を遅延してトーン成分とＱ信号との位相を揃え、またＩ_Ｄ 信号をＱ信号に加えることによって、トーン検出器２６は雑音に比してより高いトーン信号を持つ信号を受け取る。システム２０は、ＳＮ比が３デシベル（ｄＢ）の理想的な改良を提供するものであり、これは２の平方根に等しい。 しかしながらトーンの周波数は公称周波数と等しくないかもしれないので、ＳＮＲの改良度は、ちょうど予想周波数においてのみ３ｄＢであって、周波数が予想周波数から逸脱するにつれ改良度は若干落ちる。また雑音が相関していないという想定も完全に有効とはいえないかもしれない。雑音は、１サンプルなど短期間にわたっては相関しているかもしれないので、相関を減らすにはＮの値を増加する必要があるかもしれない。しかしながらＮの値が高くなると、実際の周波数が予想周波数から逸脱するにつれ、ＳＮＲの改良度がより急激に落ちるというハンデがある。混合信号処理システム２０の各ブロックは、ハードウェア回路、またはハードウェア回路と、データ処理装置で動作するソフトウェアもしくはマイクロコードによる操作との組み合わせによって、完全に実現できる。図に示した実施例は、図２に具体的に示すような、ハードウェア回路と、データ処理装置で動作するマイクロコードとの組み合わせによって本発明を実現したものである。図２は、図１の機能を実施するための混合信号処理システム３０のブロック図を示す。図に示した実施例では、混合信号処理３０は従来の集積回路として実現される。混合信号処理システム３０は受信機４０を含んでおり、受信機４０は、従来のハードウェア回路として実現されたＩチャネルＡＤＣ４１およびＱチャネルＡＤＣ４２を含んでいる。受信機４０はサンプル・クロックを受け取り、これはナイキスト率の２倍に等しい。受信機４０はまた、受信機４０の動作に関連して制御信号およびデータ信号を処理するために、通信バス３１に対するインタフェースを含んでいる。また受信機４０は「データ可」と記載される信号をデータ処理装置３２に送って、データの被変調デコード・デジタル・ワードが完了していることを示す。データ処理装置３２は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）用途のために最適化されたデータ処理装置であり、マイクロコード３３を含んでいる。マイクロコード３３は、データ処理装置３２が関連の信号処理タスクおよびデータ操作タスクを実行するためのプログラミングを含んでいる。データ処理装置３２は、アドレス信号，制御信号およびデータ信号を処理するために、通信バス３１に対するインタフェースを有する。受信機４０がデータ可という信号を提供すると、マイクロコード３２のプログラムによって、データ処理装置３２が、受信機４０が提供するデータ・ワードにアクセスし、これに応答して、やはり通信バス３１に接続しているランダム・アクセス・メモリ内にこのデータ・ワードを格納する。
【０００９】
具体的には、データ処理装置３２は受信機４０からデータ可の指示を受け取り、受け取ったデータ・ワードをＲＡＭ３４に格納させるためのアドレス信号および制御信号を通信バス３１に送る。２つのデータ位置３５，３６を図に示す。データ処理装置３２は、受け取ったＩデータ・ワードをデータ位置３５に格納する。（１＋４Ｎ）サンプル遅れて、データ処理装置３２はまた第２位置３６にＱデータ・ワードを格納する。このため位置３５の同相データ・ワードは、位置３６の直角データ・ワードから（１＋４Ｎ）サンプルだけ遅延する。マイクロコード３３は、データ処理装置に、データ位置３５，３６の内容を加算させて、その合計をトーン検出機能に送らせる命令を含んでいる。このため図１のブロック２５，２６，２７に対応する機能は、データ処理装置３２上で動作するマイクロコード３３を介して実行される。しかしながら種々のハードウェアとソフトウェアの組み合わせでも可能なことは明かである。
【００１０】
本発明の方法の１つの側面は、和信号においてトーンを検出する段階が、トーン検出器（２７）の入力において和信号を受け取る段階によって構成されており、このトーン検出器（２７）は、これに応答してその出力においてトーン検出信号を提供して、所定の周波数帯域の中で、所定のしきい値を越えるトーンを検出することである。
【００１１】
本発明の別の側面は、同相信号をサンプリングする段階がさらに、同相信号のナイキスト率の２倍で同相信号をサンプリングする段階によって構成されており、ここにおいて、直角信号をサンプリングする段階はさらに、ナイキスト率の２倍で直角信号をサンプリングする段階によって構成されることを特徴とすることである。
【００１２】
本発明のさらに別の側面は、トーンの広帯域検出の装置がさらに、無線周波数信号を受け取るためのアンテナ（２１）；アンテナ（２１）に結合された入力、およびベースバンド信号を提供するための出力を有する復調器（２２）、ならびにベースバンド信号を受け取るための入力、およびこれに応答してそれぞれアナログ同相信号およびアナログ直角信号を提供するための第１出力および第２出力を有するデコーダ（２３）によって構成されることである。
【００１３】
本発明の他の側面は、無線周波数信号が、ＧＭＳＫ符号化無線周波数信号としての特徴を有することである。
【００１４】
本発明のさらに他の側面は、無線周波数信号が、ＦＳＫ符号化無線周波数信号としての特徴を有することである。
【００１５】
本発明のさらにまた他の側面は、信号処理システム（３０）内の複数の記憶素子（３４）が、ランダム・アクセス・メモリによって構成されることである。
【００１６】
本発明のさらなる側面は、信号処理システム（３０）のデータ処理装置（３２）が、データ処理装置（３２）の複数の命令を格納するためのマイクロコード手段（３３）を含んでいることである。
【００１７】
本発明を好適実施例に即して説明してきたが、当業者は、本発明が多くの方法で変更できること、ならびにこれまで具体的に説明してきた以外に多くの実施例が想定できることは明かであろう。たとえばＧＭＳＫは最も効率的なデコード体系を提供するが、信号に対してＦＳＫなど他のデコード体系を用いて、本発明に基づくトーン検出を実行してもよい。したがって、添付請求の範囲は、本発明の真正の意図および範囲に属する本発明のすべての変形をカバーすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく混合信号処理システム２０の機能ブロック図をブロック図で示したものである。
【図２】図１の機能を実行するための混合信号処理システム３０のブロック図を示したものである。
【符号の説明】
２０ 混合信号処理システム
２１ アンテナ
２２ 復調器／増幅器
２３ デコーダ
２４ ＡＤ変換器
２５ （１＋４Ｎ）遅延
２６ トーン検出器
２７ トーン検出器
３０ 混合信号処理システム
３１ 通信バス
３２ データ通信装置
３３ マイクロコード
３４ メモリ
３５，３６ データ位置
４０ 受信機
４１ ＩチャネルＡＤ変換器
４２ ＱチャネルＡＤ変換器

Claims (3)

1. トーンの広帯域検出を改良する方法であって、前記トーンは同相信号および直角信号を含み、前記方法は：
   第１ＡＤ変換器（４１）の入力において前記トーンの予想周波数の４倍で前記同相信号をサンプリングする段階；
   第２ＡＤ変換器（４２）の入力において前記トーンの予想周波数の４倍で前記直角信号をサンプリングする段階；
   前記第１ＡＤ変換器（４１）の出力を、１に４の整数倍をプラスしたサンプル期間だけ遅延させて、遅延同相信号を提供する段階；
   前記遅延同相信号を、前記第２ＡＤ変換器（４２）の出力に加算して、和信号を提供する段階；および
   前記和信号においてトーンを検出する段階；
   によって構成されることを特徴とするトーンの広帯域検出する方法。
2. トーンの広帯域検出のための装置（２０）であって、前記トーンはアナログ同相信号およびアナログ直角信号を含み、前記装置は：
   前記トーンの予想周波数の４倍で前記アナログ同相信号を受け取るための入力、およびデジタル同相信号を提供するための出力を有する第１ＡＤ変換器（４１）；
   前記トーンの予想周波数の４倍で前記アナログ直角信号を受け取るための入力、およびデジタル直角信号を提供するための出力を有する第２ＡＤ変換器（４２）；
   前記第１ＡＤ変換器（４１）の前記出力に結合された入力、および遅延同相信号を提供するための出力を有する遅延素子（２５）であって、前記遅延素子（２５）は、前記同相信号を、１に４の整数倍をプラスしたサンプル期間だけ遅延させて前記遅延同相信号を提供する遅延素子（２５）；
   前記遅延素子（２５）の前記出力に結合された第１入力、前記第２ＡＤ変換器（４２）の前記出力に結合された第２の入力、および出力を有する加算装置（２６）；および
   前記加算装置（２６）の前記出力に結合された入力、およびトーン検出信号を提供するための出力を有するトーン検出器（２７）
   によって構成されることを特徴とするトーンの広帯域検出のための装置（２０）。
3. トーンの検出のための信号処理システム（３０）であって、前記トーンはアナログ同相信号およびアナログ直角信号を含み、前記システムは：
   通信バス（３１）；
   前記通信バス（３１）に結合された複数の記憶素子（３４）；
   前記トーンの予想周波数の４倍で前記アナログ同相信号を受け取るための入力、および前記通信バス（３１）に結合された、デジタル同相信号を提供するための出力を有する第１ＡＤ変換器（４１）；
   前記トーンの予想周波数の４倍で前記アナログ直角信号を受け取るための入力、および前記通信バス（３１）に結合された、デジタル直角信号を提供するための出力を有する第２ＡＤ変換器（４２）；
   前記デジタル同相信号のサンプルを完成する前記第１ＡＤ変換器（４１）、および前記デジタル直角信号のサンプルを完成する前記第２ＡＤ変換器（４２）の両方に応答して、データ可の指示を提供する手段（４０）；
   前記データ可の指示に応答して、前記第１ＡＤ変換器（４１）および前記第２ＡＤ変換器（４２）を起動してそれぞれ前記デジタル同相信号および前記デジタル直角信号を提供し、また前記複数の記憶素子（３４）を起動して前記デジタル同相信号および前記デジタル直角信号を格納するため、また前記デジタル直角信号と、前記直角信号から１に４の整数倍をプラスしたサンプル期間だけ遅延させた前記デジタル同相信号との合計を提供するため、および前記合計においてトーンを検出するために、前記通信バス（３１）に結合されたデータ処理装置（３２）；
   によって構成されることを特徴とする信号処理システム（３０）。

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