JPH05504669A

JPH05504669A - 信号処理

Info

Publication number: JPH05504669A
Application number: JP3511535A
Authority: JP
Inventors: ウォルトン、ジェイ・ロドニー・ジュニア; ホルト、アンソニー・ピー
Original assignee: サンドストランド・コーポレイション
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1993-07-15
Also published as: EP0487701A1; US5093846A; EP0487701A4; WO1991020145A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】と■ Ｍ田この発明は変調信号の受信に関し、特に受信信号の有用な復調パラメータ、詳細には周波数、位相及び暗号文字群を検出する方法に関する。

特に同期変調と復調スキームについて、変調搬送波の周波数、その位相及び符号間隔が始まる時間をがなり正確に知ること又は検出することは受信装置に必要である、ディジタル信号処理技術を採用する装置では、周波数と位相が局部発振器つまりクロックに対するオフセットとして通常検出される。これらのパラメータの検出が受信信号の“処理（ａｃｑｕｉｒｉｎｇ）”と普通言われている。

アナログ信号処理装置では、位相ロックループがロックオンを得るように一般的に使用され、それによって搬送波の周波数と位相を検出するがそのような装置は相対的にゆっくりとした処理となる。

特にバースト方式の伝送について、受信信号が素早く処理されることが望ましい。バースト方式の伝送は、搬送波が連続して存在しないが、データが伝送されるべきときにのみ伝送されるということが特徴とされる。受信信号の処理を容易にするように、３つの次々の区分からなるプリアンプルを伝送することは通常のことである。

第１の区分では、受信装置の位相ロックループをロンクオンさせるように予め選択された間隔で非変調搬送波が伝送され、それによって周波数と位相が検出される。第１の区分に続いて、符号のタイミングと変調特性を確立するように０と１の単純な交番パターンが伝送され、この区分には符号タイミング分確立した単一の暗号文字群の伝送が続く。プリアンプルの３つの区分が伝送されると、有用なデータが伝送されて適正な信頼性で受信できる。

当業者によって理解されるされるように、各伝送における冗長なプリアンプルの含有物がデータ伝送スキーム、特にバースト方式の伝送の全体の処理能力に必然的に影響する。

この発明のいくつかの目的の中で、受信信号を処理するための新しい方法の提供、非変調プリアンプル区分の初期伝送を必要としないような方法の提供、１とＯの交番区分の伝送を必要としないような方法の提供、受信変調信号における周波数、位相及び符号タイミングの迅速な検出を容易にするような方法の提供、バースト方式の伝送の受信を容易にするような方法の提供、高い信頼性があるような方法の提供、相対的に簡単かつ安価に実施され得るような方法の提供が注目される。他の目的と特徴は一部分が明らかで、他の一部分が後で指摘されるだろう。

この発明の方法によれば、受信されるべき信号は予め選択された暗号文字群を含むよう変調される。受信信号は予め選択されたサンプリング間隔で周期的にサンプリングされて、一連の複素数値列を得る。次々のサンプリング値の各々は、予め選択されたサンプリング間隔数によりサンプリングして発生された一連の演算した複素数値である、先行するサンプリング値の複素数値によって乗算される。

演算複素数値の移動数列の各々が個別のマスク値で処理され、同様の遅延したバージョン自体により乗算されるように予め選択された暗号文字群に対応して一連のマスク値が予め演算されてバージョン自体により対応する複素数整合値を発生する。受信信号が予め選択された暗号文字群によって変調されるときは、整合値の複素数合計値の絶対値が最大とされる。絶対値がしきい値を越えたときは、複素数合計値の位相が復調されてそれにより搬送波の周波数オフセットが検出される。複素数サンプリング値の移動数列の各々も個別の第２のマスク値で処理され、測定された周波数オフセットに対応して第２のマスク値が選択されて第２の一連の演算複素数値を発生する。第２の連続値は合計され、合計値の位相が復調されて搬送波の位相オフセットが検出される。

゛　の　゛　ｔ　・図１は、この発明の方法を実施するのに好適なマイクロプロセッサ信号処理装置を示すブロック図である。

図２は、受信信号の復調パラメータを検出するこの発明の方法を実施するための装置を示すブロック図である対応する参照符号は図面のいくつかの見方を通して対応する部分を示す。

ましい　の−ロ当業者によって理解されるように、信号処理はアナログ回路又はディジタル回路によって実行できる。また、ディジタル信号処理は専用の信号処理回路又はマイクロプロセッサ式ディジタル信号処理装置によって実行できる。これらの相異する実施間の等価の範囲は一般的に当業者によって理解され、実施の選択は一般的に実施すべき処理の複雑さはもちろん間係する周波数と帯域幅に基づく。

本発明の方法は種々の実施例に適用でき、特にここに説明した実施例はマイクロプロセッサ式ディジタル信号処理装Ｗによって実施される。そのような装置が図１に示され、後述するようなプログラムを用いるこの装置によって実施される特別な機能は、基準搬送周波数４８００Ｈｚで動作しかつ２４００ビット／秒のデータ転送速度をもたらす最小偏位変調（ＭＳＫ）を採用する変復調動作である。

採用された特別なマイクロプロセッサはテキサス・インスッルメント社のＴＭＳ −３２０−Ｃ２５であり、このマイクロプロセッサは図１で参照符号１１で表される。

マイクロプロセッサ１１に接続されているものは、後述する方法と処理を実施するプログラムを記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１３と、データとサンプリングデータを記憶して後述する種々の数学的計算を容易にする等速呼量しメモリ（ＲＡＭ＞１５である。リード線２１を通って供給された受信信号は、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２２によって周期的にサンプリングされ、マイクロプロセッサ１１に供給される一連のディジタル値をもたらす、受信信号がら抽出されたデータはマイクロプロセッサによりＵＡＲＴ２３を通してＲ８２３２ユーザインターフエイスに供給される。

この発明の信号処理装置は図２に解り易く示され、信号処理装置は、ある程度、例えば異なる構成部品が異なる機能を実行する個別実施例若しくは異なる機能が異なるプログラム部分によって実行されるマイクロプロセッサ式実施例のいずれかについて一般的である。

区２を参照すると、信号処理の第１ステツプは周波数逓降変換つまりヘテロダインである。先に示したように、到来するサンプリング信号は基準搬送周波数４８００Ｈｚを有する変調信号な表す。参照符号２４によって示すように、サンプリング信号に局部生成された４８００Ｈｚ信号を表す複素数値が乗算されて、例えば実部と虚部をもつ値である、一連の複素数サンプリング値が発生される。

次々の複素数サンプリング値が参照符号２５によって表される差動復調器に加えられる。この差動復調器２５は参照符号２６で示すように入力値の遅延と共に、参照符号２７で示すように遅延した値の複素共役をもたらし、さらに参照符号２つで示すように遅延したものと遅延しないサンプリング値の乗算をもたらす１乗算の結果は一連の演算した複素数値を発生することである。

差動復調器によって供給された演算値は受動差動整合フィルタ３１に加えられる。整合フィルタ３１は一連の遅延素子３３Ａ〜３３Ｚを呈するシフトレジスタを備えるものとして理解される。遅延素子の数は、単一の暗号文字群のビット数から差動復調器によってもたらされた遅延３減じたものに比例し、参照符号のサフィックスＡ〜Ｚの表現は解り易いためにのみ使用され２６素子あるということを意味しないということが理解されるだろう、また、当業者によって理解されるように、遅延が計算つまりポインターの移動によってもたらされるように、実際の実施はマイクロプロセッサによるものが好適であるということが理解されるべきである。シフトレジスタは演算複素数値の連続した移動をもたらす。シフトレジスタ中の現在の複素数値の各々が参照符号３５Ａ〜３５２によって示されるように個々のマスク値で処理されるシフトレジスタ３３を通過する演算複素数値例の各々の処理は、整合値と称され得る対応した複素数値列をもたらす。これらの複素数整合値は参照符号３６で示すように合計され、参照符号３８で示すように絶対値の２乗にされる。処理素子３５Ａ〜３５Ｚが乗算を実行するものとして示されているが、好ましい実施例のマスク値は＋１、＋ｊもしくは−１、−ｊであり、ｊ＝Ｉ（−１）である。後の説明から当業者によって理解できるように、さらに詳細な重み付けも費用はかさむが適用できる。

この発明によれば、マスク値は予め選択された暗号文字群に対応して予め演算される。予め選択された暗号文字群は同数のサンプリング間隔によって遅延された暗号文学府自体のバージョンによって乗算され、サンプリング間隔は差動復調器２５においてもたらされた遅延である。従って、受信信号が予め選択された暗号文字群によって変調され、その群がシフトレジスタ３３に到達したときは、複素数合計の絶対値が最大にされる。マスク値の演算のための特別な方法が後でさらに詳細に記述される。

予め選択された暗号文字群に対応する一組の値がシフトレジスタに到達したとき、時間の信頼できる指示をもたらすために、比較器３つで絶対値信号は可変又は浮動しきい値と比較される。浮動しきい値は次の方法により発生される。参照符号４３で示されたように、整合フィルタ３１に加えられた一連の演算複素数値も絶対値の２乗にされ、それにより得られた次々の値は参照符号４５で表される移動平均フィルタ４５に供給される。この移動平均フィルタは受動差動整合フィルタ３１で用いられた同数のサンプリング値の平均をとるので、移動平均フィルタの出力は差動整合フィルタの絶対値出力と実質的に同じ方法で信号の振幅と減音に対応して変動する。予め選択された重み付は係数は参照符号４７によって示されるように移動平均フィルタの出力に加えられ、その合成値は比較器３９の他方の入力として加えられる。

考慮されたサンプリング値の数に従って、比較器への入力が二つ以上のサンプリング間隔の間てしきい値を越えるかも知れないし、また所望なら、アルゴリズムはマイクロプロセッサで実施でき、どのサンプリング時間が受動差動整合フィルタの最高の絶対値出力を生成したかを検出する。そのように検出されたサンプリング時間は暗号文字群の時間を規定する。

単一の暗号文字群の到達時間が決定されると、複素数合計値の位相は、参照符号５１で示されるようにアークタンジェント復調器によって決定される。この値は局部クロックに対する入力搬送波の変化率を表し、また周波数オフセットの計測値である。上記局部クロックは周波数逓降変換つまりヘテロダインで使用される信号のタイミングを制御する。

受信搬送波の実際の位相を正確に検出するように、次々の入力サンプリング値が絶対値の２乗又は乗算なしにシフトレジスタ５５に加えられる。シフトレジスタ５５は受動差動整合フィルタ３１の対応する遅延素子と実質的に同じ一連の遅延素子５５Ａ〜５５Ｚから構成される、シフトレジスタ５５を通過する複素数サンプリング値の移動数列の各々は、参照符号５９Ａ〜５９Ｚによって示されるようにそれぞれの第２のマスク値で処理される、好ましくは、マスク値の乗算組が予め演算されるので、つまりマスク値の各乗算組が予め選択された暗号文字群と特定の周波数オフセットに対応して演算されるので、実際の周波数オフセットが検出されると、第２のマスク値の特定の組がシフトレジスタ５５のサンプリング直列に素早く供給できる。

第２のマスク値に間するサンプリング直列の処理は第２の一連の演算複素数値をもたらす、この第２の次々の値は参照符号６１で示されているように合計され、複素数合計値は６３で示されているようにアークタンジェント演算に委ねられ、それによって局部クロックに対する合計値の位相が検出され、それによって搬送波の位相オフセットがかなり正確に検出される。

当業者によって理解されるように、予め選択された暗号文字群は実質的に単一であるべきであり、かつ特有の相互相関が差動復調器２５でもたらされる遅延の合理的な値で得られるように工夫されるべきである。この発明の信号処理方法を採用した変復調の設計に関して、特別な３２ビツトの単一シーケンスがこの発明に関する信号処理の実施のために案出された。１６進数（ＨＥＸ）フォーマットの単一ワードが以下のように与えられ、つまり最上位ビット（ＭＳＢ）が最初と同様に最下位ビット（ＬＳＢ）が最初として表現が与えられる。

ＭＳＢが最初の場合　ＬＳＢが最初の場合ＤＤ９５６Ｂ６Ｄ　Ｂ６Ｄ６Ａ９ＢＢ先に示したように、差動整合フィルタ３１と周波数補償差動位相復調器フィルタ５１の係数は、復調される特定の単一のワードに蘭して演算すべきである。これらの係数は次のように演算される。

Δフィルタ　３１　の（ｂ、）を、）丘（０，３１）の単一ワードを表す複素数データとする。ここで、巨は包含的である。もし、差動復調器の遅延が′ｄ°で示され、かつ、採用されたサンプリングインデックスが複素数データ転送速度インデックスと同じである場合、差動整合フィルタｆｒ＋ｌで採用された係数は次のように表される。

ここで、本は複素共役を示す。

周゛　フィルタ　５１　のへ鏝が周波数推定手続きから導かれたラジアン周波数推定の場合、周波数補償整合フィルタ５１の係数は次のよう上記説明から理解されるように、この発明の方法は３つのパラメータを容認する。３つのパラメータは受信信号の正確な復調に重要であり、予め選択された暗号文字群の受信からのみ検出される。前記暗号文字群は、連続伝送の場合にバーストの始めか又は周期的に伝送信号に挿入されて良い、さらに、同期技術により伝送データの復調を可能にするのに十分な正確さでこれらの値が検出される。先に示したように、ＭＳＫ　（最小偏位変調方式−）の他にＭＰＳＫ　（多重位相変位変調方式）と５ＱＰＳＫ（スタガ直角位相変位変調方式）を含む種々の変調方式が採用され得るが、特定の変調技術の選択はどの変調技術でも有用であるこの発明の信号処理技術に実質的に無関係である。ここで述べたようなマイクロプロセッサ式ディジタル信号処理装置によって実施された信号処理装置の場合に、搬送波を変調したユーザデータの復調はここで述べたような信号処理を実行する同一のハードウェアによって実行され得る。

上記内容に鑑みて、この発明の目的が達成され、池の有利な効果が得られることが分かる。

先に述べたように、すでに例示した独自の変復調技術が、テキサス・インスツルメント社製のＴＭＳ−３２０−０２５マイクロプロセツサを使用して実施された。このプロセッサはディジタル信号処理技術に特に意図される。この発明の信号処理方法を含む、変復調機能を実施するコンピュータプログラムは、この８願に添付した付属書のテキサス・インスッルメント社独自の機械語（アセンブリ言語）で述べられている。

この発明の範囲から逸脱しない範囲で種々の変更が上記の構成になされ得るので、上記説明に含まれあるいは添付図面に示された全ての事項が制限する意味ではなく、例示として解釈されることは当然のことである。

以上ＦＩＧ、１要　約　書ここに開示した信号処理装置において、送信信号中に予め選択された暗号文字群を含ませることにより、また差動復調器を経て受動差動整合フィルタへ受信信号を印加することにより、周波数、位相及び時間の不確定性が実質的に同時に解決される。上記装置のパラメータは暗号文字群に対応して選択されて対応する複素数整合値列を発生する。受信信号が予め選択された暗号文字群によって復調されたときは、整合値の複素数合計値の絶対値が最大とされる。受信信号中の暗号文字群の存在が復調されるときは、複素数合計値の位相が復調されて搬送波の周波数オフセットを検出する。受信信号の直接復調したバージョンが対応マスクフィルタに加えられ、合成合計信号の位相が復調されて搬送波の位相オフセットを検出する。

以上国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．変調され、この変調が予め選択された暗号文字群を含む受信信号の有用な復調パラメータを検出する方法であって、予め選択されたサンプリング間隔で前記受信信号を周期的にサンプリングし、一連の複素数サンプリング値を取得し、前記次々のサンプリング値の各々の複素数値と、予め選択されたサンプリング間隔数だけそのサンプリング値に先行したサンプリング値の複素数値とを乗算し、これにより一連の演算複素数値を発生し、前記演算複素数値の移動列の各々をそれぞれのマスク値で処理し、前記予め選択されたサンプリング間隔数により遅延された前記予め選択された暗号文字群自体のバージョンが乗算されたような、前記予め選択された暗号文字群に対応して前記一連のマスク値が予め演算されて対応する複素数整合値列を発生し、前記受信信号が前記予め選択された暗号文字群によって変調されるときは前記複素数整合値列の複素数合計値の絶対値が最大とされ前記絶対値に対応する信号を発生し、かつ前記絶対値信号をしきい値と比較して前記受信信号中の前記暗号文字群のありそうな存在を検出することを含む受信信号の有用な復調パラメータを検出する方法。
２．前記複素数合計値の位相を復調して搬送波の周波数オフセットを検出することをさらに含む請求の範囲第１項記載の方法。
３．前記複素数サンプリング値の移動列の各々をそれぞれの第２のマスク値で処理し、前記予め選択された暗号文字群に対応して次々の前記第２のマスク値の列が演算されて第２の一連の演算複素数値を発生し、前記第２の一連の演算複素数値を合計し、かつ前記第２の一連の演算複素数値の合計値の位相を復調して搬送波の位相オフセットを検出することをさらに含む請求の範囲第１項記載の方法。
４．変調され、この変調が予め選択された暗号文字群を含む受信信号の有用な復調パラメータを検出する方法であって、予め選択されたサンプリング間隔で前記受信信号を周期的にサンプリングし、一連の複素数サンプリング値を取得し、前記次々のサンプリング値の各々の複素数値と、予め選択されたサンプリング間隔数だけそのサンプリング値に先行したサンプリング値の複素数値とを乗算し、これにより一連の演算複素数値を発生し、前記演算複素数値の移動列の各々をそれぞれのマスク値で処理し、前記予め選択されたサンプリング間隔数により遅延された前記予め選択された暗号文字群自体のバージョンが乗算されたような前記予め選択された暗号文字群に対応して前記一連のマスク値が予め演算されて対応する複素数整合値列を発生し、前記受信信号が前記予め選択された暗号文字群によって変調されるときは前記複素数整合値列の複素数合計値の絶対値が最大とされ、前記絶対値に対応する信号を発生し、前記絶対値信号をしきい値と比較して前記受信信号中の前記暗号文字群のありそうな存在を検出し、前記複素数合計値の位相を復調して搬送波の周波数オフセットを検出し、前記複素数サンプリング値の移動列の各々をそれぞれの第２のマスク値で処理し、前記予め選択された暗号文字群と前記検出された周波数オフセットに対応して次々の第２のマスク値の列が演算されて第２の一連の演算複素数値を発生し、前記第２の一連の演算複素数値を合計し、かつ前記第２の一連の演算複素数値の合計値の位相を復調して搬送波の位相オフセットを検出することを含む受信信号の有用な復調パラメータを検出する方法。
５．基準搬送周波数をもつ搬送波が変調され、この変調が予め選択された暗号文字群を含み、受信信号の有用な復調パラメータを検出する方法であって、予め選択されたサンプリング間隔で前記受信信号を周期的にサンプリングし、前記搬送周波数に名目上等しい局部発生周波数を使用して前記サンプリング値を周波数逓降変換し、一連の複素数サンプリング値を取得し、前記次々の複素数サンプリング値の各々の複素数値と、予め選択されたサンプリング間隔数によるサンプリング値に先行したサンプリング値の複素数値とを乗算し、これにより一連の演算複素数値を発生し、前記演算複素数値の移動列の各々をそれぞれのマスク値で処理し、前記予め選択されたサンプリング間隔数により遅延された前記予め選択された暗号文字群自体のバージョンが乗算されたような、前記予め選択された暗号文字群に対応して前記一連のマスク値が予め演算されて対応する複素数整合値列を発生し、前記受信信号が前記予め選択された暗号文字群によって変調されるときは前記複素数整合値列の複素数合計値の絶対値が最大とされ前記絶対値に対応する信号を発生し、前記絶対値信号をしきい値と比較して前記受信信号中の前記暗号文字群のありそうな存在を検出し、前記局部発生周波数について前記複素数合計値の位相を復調して搬送波の周波数オフセットを検出することを含む受信信号の有用な復調パラメータを検出する方法。
６．前記複素数サンプリング値の移動列の各々をそれぞれの第２のマスク値で処理し、前記予め選択された暗号文字群と前記検出された周波数オフセットに対応して次々の第２のマスク値の列が演算されて第２の一連の演算複素数値を発生し、前記第２の一連の演算複素数値を合計し、かつ前記第２の一連の演算複素数値の合計値の位相を復調して搬送波の位相オフセットを検出することをさらに含む請求の範囲第５項記載の方法。
７．変調され、この変調が予め選択された暗号文字群を含む受信信号の処理装置であって、予め選択されたサンプリング間隔で前記受信信号を周期的にサンプリングし、一連の複素数サンプリング値を取得する手段、前記次々のサンプリング値の各々の複素数値と、予め選択されたサンプリング間隔数だけそのサンプリング値に先行したサンプリング値の複素数値とを乗算し、これにより一連の演算複素数値を発生する手段、前記演算複素数値の移動列の各々をそれぞれのマスク値で処理し、前記予め選択されたサンプリング間隔数により遅延された前記予め選択された暗号文字群自体のバージョンが乗算されたような前記予め選択された暗号文字群に対応して前記一連のマスク値が予め演算されて対応する複素数整合値列を発生し、前記受信信号が前記予め選択された暗号文字群によって変調されるときは前記複素数整合値列の複素数合計値の絶対値が最大とされる手段、前記絶対値に対応する信号を発生する手段、及び前記絶対値信号をしきい値と比較して前記受信信号中の前記暗号文字群のありそうな存在を検出する手段を備えた受信信号の処理装置。
８．前記複素数合計値の位相を復調して搬送波の周波数オフセットを検出する手段をさらに備えた請求の範囲第７項記載の受信信号の処理装置。
９．前記複素数サンプリング値の移動列の各々をそれぞれの第２のマスク値で処理し、前記予め選択された暗号文字群に対応して前記次々の第２のマスク値の列が演算されて第２の一連の演算複素数値を発生する手段、前記第２の一連の演算複素数値を合計する手段、及び前記第２の一連の演算複素数値の合計値の位相を復調して搬送波の位相オフセットを検出する手段をさらに備えた請求の範囲第７項記載の受信信号の処理装置。