JPH0821963B2 - Frequency detector - Google Patents

Frequency detector

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JPH0821963B2
JPH0821963B2 JP59245340A JP24534084A JPH0821963B2 JP H0821963 B2 JPH0821963 B2 JP H0821963B2 JP 59245340 A JP59245340 A JP 59245340A JP 24534084 A JP24534084 A JP 24534084A JP H0821963 B2 JPH0821963 B2 JP H0821963B2
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Japan
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signal
frequency
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multiplication
component
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雅博 藤田
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Sony Corp
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H04L27/227Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation
    • H04L27/2271Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation wherein the carrier recovery circuit uses only the demodulated signals
    • H04L27/2273Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation wherein the carrier recovery circuit uses only the demodulated signals associated with quadrature demodulation, e.g. Costas loop

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は周波数検出装置に関し、特にC/Nが悪い周波
数信号例えばPSK(phase shift keying)信号が伝送さ
れて来た場合、これを復調する際に適用して好適なもの
である。
The present invention relates to a frequency detecting device, and particularly demodulates a frequency signal having a poor C / N, for example, a PSK (phase shift keying) signal. It is suitable when applied.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来伝送されて来た周波数信号を復調する際に周波数
を検出する方法として種々の方法が用いられているが、
原理的に受信した周波数信号のC/Nが悪い場合には、周
波数の検出ができないものが多い。
Although various methods are used as a method of detecting a frequency when demodulating a frequency signal that has been conventionally transmitted,
In principle, if the C / N of the received frequency signal is bad, there are many cases where the frequency cannot be detected.

しかしFFT(fast Fourier transform)、又はDFT(di
screte Fourier transform)手法は、連続的な波形を一
定時間ごとにサンプリングして得られる時系列信号から
その波形のフーリエ変換を求め、かくして周波数スペク
トラム分析することによつて周波数領域の表現に変換で
きるので、入力信号のC/Nが悪くとも、周波数分解能を
狭くとるようにすれば、入力周波数信号の周波数を検出
することが原理的に可能である。
However, FFT (fast Fourier transform) or DFT (di
The screte Fourier transform) method can be transformed into a frequency domain representation by obtaining the Fourier transform of the waveform from a time-series signal obtained by sampling a continuous waveform at regular intervals, and thus performing frequency spectrum analysis. In principle, even if the C / N of the input signal is bad, the frequency of the input frequency signal can be detected by narrowing the frequency resolution.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしこの方法は周波数スペクトラムの分析を行うた
めにかなり大型なハードウエア又はソフトウエアが必要
であり、実用上簡易な構成の周波数検出装置を得ること
ができない問題がある。
However, this method requires a considerably large amount of hardware or software to analyze the frequency spectrum, and has a problem that a frequency detection device having a practically simple structure cannot be obtained.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、キヤリ
ア信号によつて搬送されて来た入力周波数信号成分をノ
イズ成分の影響を受けないような信号に変換することに
よつて、C/Nが0〔dB〕以上の場合は勿論、C/Nが0〔d
B〕以下の場合でも入力周波数信号を確実に検出し得る
ようにした周波数検出装置を提案しようとするものであ
る。
The present invention has been made in consideration of the above points, by converting the input frequency signal component carried by the carrier signal into a signal that is not affected by the noise component, C / Of course, when N is 0 [dB] or higher, C / N is 0 [d
B] An attempt is made to propose a frequency detection device capable of surely detecting an input frequency signal even in the following cases.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

かかる問題点を解決するため本発明においては、時点
tにおける入力周波数信号RVSを表す第1の複素数信号I
1K、Q1Kと、この第1の複素数信号I1K、Q1Kに対して所定
の時間Δtだけ異なる時点における入力周波数信号RVS
の共役複素数を表す第2の複素数信号I1(K-1)、Q1(K-1)
とを乗算する乗算手段5を有し、この乗算手段5の乗算
出力に基づいて時間Δtごとに平均値をとる信号処理手
段10を設け、この信号処理手段10の処理出力FDに基づい
て入力周波数信号Δωの周波数を検出するようにする。
In order to solve such a problem, in the present invention, the first complex signal I representing the input frequency signal RVS at the time point t
1K , Q 1K and the input frequency signal RVS at the time point when the first complex number signals I 1K , Q 1K differ by a predetermined time Δt
The second complex signal I 1 (K-1) , Q 1 (K-1), which represents the conjugate complex number of
And a signal processing means 10 for taking an average value for each time Δt based on a multiplication output of the multiplication means 5, and an input based on a processing output F D of the signal processing means 10. The frequency of the frequency signal Δω is detected.

〔作用〕[Action]

入力信号RVSは乗算手段5において共役複素数と乗算
されることによつて信号変換される。この変換信号は、
入力周波数信号Δωを含む信号成分γssと、ノイズ成分
を含む信号成分γnn、γsn、γnsとを含んでなり、入力
信号のC/Nが0〔dB〕以下の場合には、信号変換された
乗算出力に基づいて時間Δtごとに平均値をとることに
より、当該平均値出力の信号成分は、入力周波数信号Δ
ωを含む信号成分▲▼と、ノイズ成分を含む信号
成分▲▼、▲▼、▲▼とでなる。こ
れらの各信号成分の平均値のうち、ノイズ成分を含む信
号成分は実質上ほぼ0になり、結局入力周波数信号Δω
がノイズ成分の影響を受けずに検出できることになる。
The input signal RVS is converted into a signal by being multiplied by a conjugate complex number in the multiplication means 5. This converted signal is
When the signal component γ ss including the input frequency signal Δω and the signal components γ nn , γ sn and γ ns including the noise component are included and the C / N of the input signal is 0 [dB] or less, By taking an average value for each time Δt based on the converted multiplication output, the signal component of the average value output becomes the input frequency signal Δ
It includes a signal component ▲ containing ω and signal components ▲ ▼, ▲ ▼ and ▲ ▼ containing a noise component. Of the average value of each of these signal components, the signal component including the noise component becomes substantially zero, and as a result, the input frequency signal Δω
Can be detected without being affected by noise components.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面について本発明による周波数検出装置の一実
施例を詳述する。
An embodiment of a frequency detecting device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明による周波数検出装置は、周波数入力信号を次
の原理によつてノイズ成分の影響を受けない信号に変換
する。先ず周波数入力信号Stを次式 St=Aej((ωc+Δω)t+φ0) +nj(ωct+φt) ……(1) のようにベクトルで表す。ここで、ωはキヤリア信号
成分の中心周波数、Δωは周波数オフセツトで、Δωは
キヤリア信号によつて搬送される入力周波数信号とな
る、又φ0は初期位相、φtはランダムノイズ成分の位相
(この位相は一様分布している)、Aはキヤリア信号成
分の振幅、ntはノイズ成分の振幅(これはレ−レ−分布
している)である。
The frequency detection device according to the present invention converts a frequency input signal into a signal that is not affected by noise components according to the following principle. First, the frequency input signal St is represented by a vector as in the following equation S t = Ae j ((ωc + Δω) t + φ0) + n t e j (ωct + φt) (1). Where ω c is the center frequency of the carrier signal component, Δω is the frequency offset, Δω is the input frequency signal carried by the carrier signal, φ 0 is the initial phase, and φ t is the phase of the random noise component. (This phase is uniformly distributed), A is the amplitude of the carrier signal component, and n t is the amplitude of the noise component (this is the ray distribution).

このように伝送されて来る受信信号は、時点tにおい
て(1)式の第2項で表されるノイズ成分に対して、第
1項で表される信号成分が混在した状態で到来する。そ
こで時点tよりΔtだけ異なる時点、例えば前の時点t
−Δtにおける受信信号St−tは、 St−Δt =Aej((ωc+Δω)(t−Δt)+φ0) +nΔtj(ωc(t−Δt)+φt−Δt)
……(2) で表すこができる。ここでnt−Δtはノイズ成分の振
幅、φt−Δtはノイズ成分の位相である。
The received signal transmitted in this manner arrives at the time t in a state where the signal component represented by the first term is mixed with the noise component represented by the second term of the equation (1). Therefore, a time point that differs from the time point t by Δt, for example, the previous time point t
The received signal S t-t at −Δt is S t-Δt = Ae j ((ωc + Δω) (t−Δt) + φ0) + n t −Δt e j (ωc (t−Δt) + φt−Δt)
…… (2) can be expressed. Here, n t-Δt is the amplitude of the noise component, and φ t-Δt is the phase of the noise component.

本発明による周波数検出装置は、(1)式及び(2)
式に基づいて、受信信号に対して以下に述べる変換処理
を行う。すなわち(2)式で表される第2の信号成分の
共役複素数St−Δt*を(1)式で表される第1の受
信信号に乗算して、次式 St・St−Δt* =〔Aej((ωc+Δω)t+φ0) +nj(ωct+φt)〕 ×〔Ae−j((ωc+Δω)(t−Δt)+φ0) +nt−Δt
−j(ωc(t−Δt)+φt−Δt)〕 ……(3) の変換式を演算により求める。この演算の結果により得
られる変換式を、含まれている信号成分γss、γnn、γ
nsに整理して表せば、 St×St−Δt =γss+γnn+γsn+γns ……(4) になる。ここで(4)式の第1項γssは、(1)式の信
号成分及び(2)式の信号成分の積でなり、次式 γss=Aej((ωc+Δω)t+φ0) ×Ae−j((ωc+Δω)(t−Δt)+φ0) =Aj(ωc+Δω)Δt ……(5) のように整理できる。また(4)式の第2項γnnは、
(1)式のノイズ成分及び(2)式のノイズ成分の積で
なり、次式 γnn=ntj(ωct+φt) ×nt−Δt
−j(ωc(t−Δt)+φt−Δt) =nt−Δt
j(ωcΔt+φt−φt−Δt) ……(6) のように整理できる。また(4)式の第3項γsnは、
(1)式のノイズ成分及び(2)式の信号成分の積でな
り、次式 γsn=Aej((ωc+Δω)t+φ0) ×nt−Δt
j(ωc(t−Δt)+φt−Δt) =Ant−ΔtjX ……(7) X=(ω+Δω)t+φ −(ω(t−Δtの+φt−Δt) ……(8) のように整理できる。また(4)式の第4項γnsは、
(1)式の信号成分及び(2)式のノイズ成分の積でな
り、次式 γns=Aej((ωc+Δω)(t−Δt)+φ0) ×ntj(ωct+φt) =AntejK ……(9) Y=ωt+φ−(ω+Δω)(t−Δt)−
φ ……(10) のように整理できる。
The frequency detection device according to the present invention is provided by the equations (1) and (2).
The conversion processing described below is performed on the received signal based on the equation. That is, the conjugate complex number S t-Δt * of the second signal component represented by the equation (2) is multiplied by the first received signal represented by the equation (1) to obtain the following equation St · S t-Δt. * = [Ae j ((ωc + Δω) t + φ0) + n t e j (ωct + φt) ] × [Ae- j ((ωc + Δω) (t-Δt) + φ0) + n t-Δt e
-J ([omega ] c (t- [Delta ] t) + [phi ] t- [Delta ] t) ] (3) The conversion formula is calculated. The conversion formula obtained from the result of this calculation is used to calculate the included signal components γ ss , γ nn , γ
Expressed to organize to ns, become S t × S t-Δt * = γ ss + γ nn + γ sn + γ ns ...... (4). Here, the first term γ ss of the equation (4) is the product of the signal component of the equation (1) and the signal component of the equation (2), and the following equation γ ss = Ae j ((ωc + Δω) t + φ0) × Ae − j ((ωc + Δω) (t−Δt) + φ0) = A 2 e j (ωc + Δω) Δt (5) The second term γ nn in equation (4) is
It is the product of the noise component of equation (1) and the noise component of equation (2), and is expressed by the following equation γ nn = n t e j (ωct + φt) × n t−Δt e
−j (ωc (t−Δt) + φt−Δt) = n t n t−Δt e
j (ωcΔt + φt−φt−Δt) (6) Also, the third term γ sn of equation (4) is
It is a product of the noise component of the equation (1) and the signal component of the equation (2), and is expressed by the following equation γ sn = Ae j ((ωc + Δω) t + φ0) × n t−Δte
j (ωc (t−Δt) + φt−Δt) = An t−Δt e jX (7) X = (ω c + Δω) t + φ 0 − (ω c (+ φ t−Δt of t−Δt ) ...... ( 8), and the fourth term γ ns in equation (4) is
It is the product of the signal component of equation (1) and the noise component of equation (2), and is expressed by the following equation: γ ns = Ae j ((ωc + Δω) (t−Δt) + φ0) × n t ej (ωct + φt) = An t e jK ...... (9) Y = ω c t + φ t - (ω c + Δω) (t-Δt) -
It can be arranged like φ 0 (10).

以上の結果から、受信信号のC/Nが良好な受信状態が
得られれば、(1)式及び(2)式で表されう第1及び
第2の受信信号St及びSt- Δtが無視し得る程度に十分
に小さくなるので、(4)式の第2項、第3項、第4項
の信号成分γnn、γsn、γnsはほぼ0と考えて良い
((6)式、(7)式、(9)式)。従つて(3)式の
乗算式は、実用上次式 St×St−Δt*=γss =Aj(ωc+Δω)Δt ……(11) のように、(1)式及び(2)式の信号成分の積で表さ
れることになる。
From the above results, if the reception state in which the C / N of the reception signal is good is obtained, the first and second reception signals S t and S t- Δt represented by the equations (1) and (2) are Since it is small enough to be ignored, it can be considered that the signal components γ nn , γ sn , and γ ns of the second term, the third term, and the fourth term of the equation (4) are almost 0 (equation (6)). , (7), (9)). Therefore, the multiplication formula of the formula (3) is practically expressed by the following formula S t × S t−Δt * = γ ss = A 2 e j (ωc + Δω) Δt (11) It will be represented by the product of the signal components of equation (2).

従つて(11)式の実数部の値を検出することにより、
(1)式の信号振幅Aを求めることができる。また(1
1)式の虚数部の値を検出することにより、(1)式の
位相(ω+Δω)Δt求めることができる。ここでキ
ヤリア周波数ω及び時間Δtは既知であるので、伝送
されて来た周波数入力信号である周波数オフセツトΔω
を演算により求めることができる。
Therefore, by detecting the value of the real part of equation (11),
The signal amplitude A of the equation (1) can be obtained. Also (1
By detecting the value of the imaginary part of the equation (1), the phase (ω c + Δω) Δt of the equation (1) can be obtained. Since the carrier frequency ω c and the time Δt are known, the frequency offset Δω which is the transmitted frequency input signal.
Can be calculated.

このようにしてFM通信のようにC/Nが良好な受信状態
(0〔dB〕以上)の場合には、受信信号から周波数信号
の周波数Δωを検出することができ、従つてこの検出結
果に基づいてFM復調装置を構成することができる。因に
FM変調による信号の伝送は、信号成分の信号レベルが雑
音信号成分に対して十分に大きいので、実用上十分なC/
Nが得られ、従つて(3)式の乗算式から直接(11)式
の変換式を得ることができることにより、直ちに周波数
信号Δωを検出することができる。
In this way, when the C / N is in a good reception state (0 [dB] or more) as in FM communication, the frequency Δω of the frequency signal can be detected from the reception signal, and thus the detection result The FM demodulator can be configured based on the above. Because
In the signal transmission by FM modulation, the signal level of the signal component is sufficiently higher than the noise signal component, so C /
Since N is obtained, and hence the conversion formula of the formula (11) can be obtained directly from the multiplication formula of the formula (3), the frequency signal Δω can be immediately detected.

これに対して、例えばスペクトラム拡散信号を用いた
PSK変調信号を受信する場合には、所定の時間例えば1
秒程度は周波数信号Δω及び信号振幅Aの値が一定値を
保持するので、以下に述べる変換式を用いることによつ
て受信信号のC/Nが0〔dB〕以下の場合にも、入力周波
数信号の検出をなし得るように変換できる。
On the other hand, for example, a spread spectrum signal was used.
When receiving a PSK modulated signal, for example, 1
The value of the frequency signal Δω and the value of the signal amplitude A keeps a constant value for about a second. Therefore, even if the C / N of the received signal is 0 [dB] or less, the input frequency It can be converted so that the signal can be detected.

すなわちこの場合は、(3)式の乗算結果から得た
(4)式に基づいて次式、 MS=▲▼ =ssnnsnns ……(12) のように、時間Δtごとに平均値MSを求める。(12)式
において、次式の条件、 が成り立つようにΔtの値を選定すれば、(10)式の第
2項nnnn =0 ……(14) となる。なお(13)式において、Bは制御帯域(〔H
z〕)を示す。
That is, in this case, based on the equation (4) obtained from the multiplication result of the equation (3), the following equation, MS = ▲ ▼ = ss + nn + sn + ns (12) Calculate the average value MS. In the equation (12), the condition of the following equation, If the value of Δt is selected so that the above holds, the second term nn of the equation (10) becomes nn = 0 (14). In the equation (13), B is the control band ([H
z]) is shown.

ここで、信号成分γnn((6)式)において、ωcΔ
tの信号成分は、キヤリア周期に対し2πn(nは整
数)の関係に選定しておくことによつて平均値を0にす
ることができる。またφt及びφt−Δtの信号成分
は、Δtを(13)式の関数に選定したことにより、φt
及びφt−Δtの成分が互いに相関をもつていないこと
により、その平均値はほぼ0になる。この結果、nn
ほぼ0になる。
Here, in the signal component γ nn (equation (6)), ω c Δ
The average value of the signal component of t can be set to 0 by selecting the relationship of 2πn (n is an integer) with respect to the carrier period. The signal components of phi t and phi t-Delta] t, by the selected Delta] t (13) in function of the type, phi t
And the components of φ t-Δt have no correlation with each other, the average value thereof becomes almost zero. As a result, nn becomes almost zero.

また第3項及び第4項sn及びnsの値は、sn =0 ……(15)ns =0 ……(16) となる。The values of the third and fourth terms sn and ns are sn = 0 ... (15) ns = 0 ... (16).

ここで信号成分γsn及びγns((7)式及び(9)
式)において、ωct及び(ωc+Δω)tの信号成分は
1/2Bより大きい時間Δtの間隔でサンプリングすること
により平均値は0になる。また(ωc+Δω)Δtの信
号成分はほぼ2πnの値になることにより、平均値は0
になる。またφt及びφt−Δtのノイズ成分はランダ
ムであるのでその平均値は0になる。
Here, the signal components γ sn and γ ns (equation (7) and (9)
In the equation), the signal components of ω c t and (ω c + Δω) t are
The average value becomes 0 by sampling at an interval of time Δt larger than 1 / 2B. Further, the signal component of (ω c + Δω) Δt has a value of approximately 2πn, so that the average value is 0.
become. Further, since the noise components of φ t and φ t−Δt are random, the average value thereof is 0.

またφ0は初期位相であるから平均値には影響を与え
ない。従つて平均値sn及びnsは0になる。
Since φ 0 is the initial phase, it does not affect the average value. Therefore, the average values sn and ns become zero.

(15)式及び(16)式が成り立つことは次のように説明
できる。先ず(1)式の第2項によつて表されるノイズ
の確率的性質をモデル化すれば、ノイズは通常平均が0
のガウス分布をもつと仮定できる。このようなノイズを
中心周波数がωcのキヤリアで変調すると、その結果の
信号成分は(1)式の第2項の式、すなわち ntj(ωct+φt) ……(16-1) によつて表現できる。ここで、ntはガウス分布をする確
率過程の2乗和の平方根をとつたものであり、レイリー
分布と呼ばれるものになり、またφtはntと独立な確率
過程で−π及びπの範囲で一様分布となる。
The fact that Eqs. (15) and (16) hold can be explained as follows. First, if the probabilistic property of noise represented by the second term of the equation (1) is modeled, the noise usually has an average of 0.
Can be assumed to have a Gaussian distribution of. When such noise is modulated by the carrier whose center frequency is ω c , the resulting signal component is calculated by the equation of the second term of the equation (1), that is, n t ej (ωct + φt) (16-1). Can be expressed. Here, n t is the square root of the sum of squares of a Gaussian stochastic process, and is called the Rayleigh distribution. Φ t is a stochastic process independent of n t and −π and π It has a uniform distribution in the range.

このノイズのベースバンド部分の平均は、 である。このことは、nt及びφt間には独立性があり、
かつcos(φt)及びsin(φt)の平均が0であることか
ら容易に確認できる。
The average of the baseband part of this noise is Is. This means that there is independence between n t and φ t ,
Moreover, since the average of cos (φ t ) and sin (φ t ) is 0, it can be easily confirmed.

ところで、(7)式及び(8)式の平均をとれば、 になり、Xは(8)式によつて与えられているように、 X=(ωc+Δω)t+φ0 −(ωc(t+Δt)+φt−Δt) ……(16-4) である。ここで、φt−Δt)及びnt間には独立性があ
り、かつ−π及びπの範囲において一様分布している。
従つてcos関数及びsin関数の性質によりXに含まれてい
る2πの整数倍の成分を無視すれば、X自身、−π及び
πの範囲におい一様分布な確率過程であると考えられ
る。
By the way, if we take the average of equations (7) and (8), X is given by the equation (8), and X = (ω c + Δω) t + φ 0 − (ω c (t + Δt) + φ t−Δt ) (16-4). Here, there is independence between φ t −Δt ) and n t , and they are uniformly distributed in the range of −π and π.
Therefore, ignoring the integral multiples of 2π contained in X due to the properties of the cos function and sin function, it can be considered that X itself is a stochastic process with uniform distribution in the range of −π and π.

そこで、 ▲▼=▲▼=0 ……(16-5) となり、結局 ▲▼=0 ……(16-6) となる。 Therefore, ▲ ▼ = ▲ ▼ = 0 …… (16-5) and eventually ▲ ▼ = ………… (16-6).

同様にして(9)式及び(10)式についても、Yは−
π及びπの範囲にいて一様分布であると考えることがで
きるので、 ▲▼=0 ……(16-7) となる。
Similarly, in equations (9) and (10), Y is −
Since it can be considered that there is a uniform distribution in the range of π and π, ▲ ▼ = 0 (16-7).

結局、(13)式の関係に選定されたΔtごとに(12)
式の平均値MSを求めて行けば、(12)式の第1項▲ss
▼だけが残ることになり、平均値MSは になる。
After all, for each Δt selected in the relationship of equation (13), (12)
If the average value MS of the equation is calculated, the first term of equation (12) ▲ ss
Only ▼ will remain and the average value MS will be become.

従つて受信信号のC/Nが0〔dB〕以下の場合には、
(3)式の乗算結果に基づいて得られる(4)式の出力
の平均を求めることによつて、実際上(17)式の変換式
に相当する平均値出力MSが得られることになり、従つて
この平均値MSを検出すれば、その実数部から受信信号の
信号振幅Aを検出することができると共に、虚数部から
周波数入力信号成分Δωを検出することができる。かく
するにつき、(17)式の変換式にはノイズ成分が含まれ
ていないことから明らかなように、C/Nが0〔dB〕以下
であつてもノイズ成分の影響を受けないようにできる。
Therefore, when the C / N of the received signal is 0 [dB] or less,
By obtaining the average of the outputs of the equation (4) obtained based on the multiplication result of the equation (3), the average value output MS corresponding to the conversion equation of the equation (17) is actually obtained, Therefore, if this average value MS is detected, the signal amplitude A of the received signal can be detected from its real part and the frequency input signal component Δω can be detected from its imaginary part. In this way, as is clear from the fact that the conversion formula (17) does not include a noise component, even if C / N is 0 [dB] or less, it can be prevented from being affected by the noise component. .

周波数検出装置は以上の動作原理を図に示す構成によ
つて実現する。図において、1は全体として周波数検出
装置を示し、受信信号RVSはサンプリング時間Δtでサ
ンプリング動作するアナログ−デイジタル変換回路2に
おいてデイジタル信号に変換される。ここでサンプリン
グ時間Δtは周波数帯域がB〔Hz〕に制限されている受
信信号RVSに対して、上述の(13)式の条件を満足する
ような値に予め選定されている。
The frequency detecting device realizes the above operation principle by the configuration shown in the figure. In the figure, 1 indicates a frequency detecting device as a whole, and a received signal RVS is converted into a digital signal in an analog-digital conversion circuit 2 which performs sampling operation at a sampling time Δt. Here, the sampling time Δt is previously selected to a value that satisfies the condition of the above equation (13) for the reception signal RVS whose frequency band is limited to B [Hz].

このアナログ−デイジタル変換は(1)式について上
述したように、受信信号RVSに含まれている信号成分及
びノイズ成分の合成値を、複素平面の実数軸上の値I0
なる実数部データReoと、虚数軸の値Q0でなる虚数部デ
ータImoとを出力する。かくしてアナログ−デイジタル
変換回路2は、受信信号RVSを(1)式、(2)式につ
いて上述したと同様にしてベクトル表現してなる実数部
データReo及び虚数部データImoを第1の乗算回路3に供
給する。
This analog-to-digital conversion is, as described above with respect to the equation (1), the real part data R which is the combined value of the signal component and the noise component included in the reception signal RVS, which is the value I 0 on the real axis of the complex plane. Output eo and imaginary part data I mo having a value Q 0 on the imaginary axis. Thus, the analog-to-digital conversion circuit 2 performs the first multiplication of the real part data Reo and the imaginary part data Imo, which are vector representations of the reception signal RVS in the same manner as described above for the expressions (1) and (2). Supply to the circuit 3.

第1の乗算回路3は電圧制御型発振器(VCO)4から
得られる周波数検出信号FOUTを受ける。ここで周波数検
出信号FOUTは(11)式及び(17)式について上述した周
波数信号成分Δωに対する減算入力となるベクトル信号
として乗算回路3に供給され、実数軸の値として次式 I1=cosφ1 ……(18) によつて表される値I1を、受信信号側のデータReo及びI
moに乗算すると共に、虚数軸の値として次式 Q1=sinφ1 ……(19) によつて表される値Q1をデータReo及びImoに乗算する。
The first multiplication circuit 3 receives a frequency detection signal F OUT obtained from a voltage controlled oscillator (VCO) 4. Here, the frequency detection signal F OUT is supplied to the multiplication circuit 3 as a vector signal which is a subtraction input for the frequency signal component Δω described in the equations (11) and (17), and the following equation I 1 = cosφ is used as the value of the real number axis. 1・ ・ ・ The value I 1 represented by (18) is used as the data R eo and I on the received signal side.
In addition to multiplying mo , the data R eo and I mo are multiplied by a value Q 1 represented by the following equation Q 1 = sinφ 1 (19) as a value on the imaginary axis.

乗算回路3はROMで構成され、受信信号RVSのデータと
周波数検出信号FOUTのデータとを受けて、両者を複素数
として乗算した積を表す次式 Re1=I0IQ+I1Q0 ……(20) の実数部データRe1と、次式 Im1=−I0I1+Q0Q1 ……(21) で表される虚数部データIm1とでなる掛算出力を送出す
る。
The multiplication circuit 3 is composed of a ROM, receives the data of the reception signal RVS and the data of the frequency detection signal F OUT , and multiplies both of them as a complex number. The following expression R e1 = I 0 I Q + I 1 Q 0 . ... (20) The real part data R e1 and the imaginary part data I m1 represented by the following formula I m1 = −I 0 I 1 + Q 0 Q 1 (21) are transmitted.

この(20)式及び(21)式で表される掛算出力は、受
信信号RVSを表すベクトルを、周波数検出信号FOUTに相
当する角度φ1だけ複素数平面上回転させたことを意味
し、また周波数検出信号FOUTをフイードバツクして受信
信号RVSと合成することによつて、自動周波数制御(AF
C)ループを構成したことになる。
The multiplication calculation force represented by the equations (20) and (21) means that the vector representing the reception signal RVS is rotated on the complex plane by an angle φ 1 corresponding to the frequency detection signal F OUT, and The frequency detection signal F OUT is fed back and combined with the reception signal RVS to enable automatic frequency control (AF
C) You have configured a loop.

第1の乗算回路3の実数部データRe1は、第2の乗算
回路5に対して直接第1の実数部データI1kとして供給
すると共に、遅延回路6によつて遅延させて第2の実数
部データI1(k-1)として第2の乗算回路5に供給する。
また第1の乗算回路3は、虚数部出力データIm1を第1
の虚数部データQ1kとして直接第2の乗算回路5に供給
すると共に、遅延回路7を通じて第2の虚数部データQ
1(k-1)として第2の乗算回路5に供給する。
The real part data R e1 of the first multiplication circuit 3 is directly supplied to the second multiplication circuit 5 as the first real part data I 1k , and delayed by the delay circuit 6 to obtain the second real number. The partial data I 1 (k−1) is supplied to the second multiplication circuit 5.
Further, the first multiplication circuit 3 outputs the imaginary part output data I m1 as the first
Of the imaginary part data Q 1k of the second imaginary part data Q 1k
It is supplied to the second multiplication circuit 5 as 1 (k-1) .

ここで遅延回路6及び7は所定サンプル数の時間(例
えば1サンプル時間)に相当する遅延量をもち、かくし
て(3)式について上述したように、時点tにおける信
号に対して遅延回路6及び7の遅延量に相当する時間Δ
tだけ前の時点における信号の共役複素数成分と乗算す
るための入力信号を形成する機能を実行する。その結果
第2の乗算回路5の出力端には、次式 Re2=I1kI1(k-1)+Q1kQ1(k-1) ……(22) で表される実数部データRe2と、次式 Im2=−I1kQ1(k-1)+I1(k-1)Qk ……(23) で表される虚数部データIm2とが得られ、これらの実数
部データRe2及び虚数部データIm2がそれぞれ積分回路8
及び9を通じて演算処理回路(CPU)10に供給される。
ここで積分回路8及び9は加算回路及びラツチ回路で構
成され、実数部データRe2及び虚数部データIm2の周波数
をCPU10が処理し易い周波数に低減するように設けられ
ている。
Here, the delay circuits 6 and 7 have a delay amount corresponding to a time of a predetermined number of samples (for example, one sample time), and thus, as described above with respect to the equation (3), the delay circuits 6 and 7 with respect to the signal at the time point t. Time corresponding to the amount of delay Δ
Performs the function of forming an input signal for multiplication by the complex conjugate component of the signal at a time point t earlier. As a result, at the output terminal of the second multiplication circuit 5, the real part data R represented by the following equation R e2 = I 1k I 1 (k-1) + Q 1k Q 1 (k-1) (22) e2 and the imaginary part data I m2 represented by the following equation I m2 = −I 1k Q 1 (k-1) + I 1 (k-1) Q k (23) are obtained, and these real parts are obtained. The data R e2 and the imaginary part data I m2 are respectively integrated circuits 8
And 9 to the arithmetic processing circuit (CPU) 10.
Here, the integrating circuits 8 and 9 are composed of an adder circuit and a latch circuit, and are provided so as to reduce the frequencies of the real part data Re2 and the imaginary part data Im2 to a frequency that the CPU 10 can easily process.

CPU10は、この実施例の場合、供給された実数部デー
タRe3及び虚数部データIm3の平均値をとることによつて
(12)式ないし(17)式について上述した機能を実行す
ることによつて(17)式の周波数信号成分Δωについて
の実数部及び虚数部データを得ると共に、このデータを
tan -1変換することによつて周波数信号に変換する。
In the case of this embodiment, the CPU 10 executes the functions described above with respect to the expressions (12) to (17) by taking the average value of the supplied real part data R e3 and imaginary part data I m3. Therefore, while obtaining the real part and imaginary part data for the frequency signal component Δω in equation (17), this data is
It is converted into a frequency signal by performing t an -1 conversion.

かくしてCPU10において得られた周波数データFDはVCO
4に与えられ、周波数に対応する周波数検出信号FOUT
変換されて第1の乗算回路3にフイードバツクされる。
Thus, the frequency data F D obtained by the CPU 10 is VCO
The frequency detection signal F OUT corresponding to the frequency is converted into a frequency detection signal F OUT and fed back to the first multiplication circuit 3.

このようにして周波数検出装置1は全体としてAFCル
ープを形成し、VCO4から得られる周波数検出信号FOUT
乗算回路3にフイードバツクすることによつて、CPU10
は周波数検出信号FOUTが受信信号RVSの周波数信号Δω
の変化に対応して変化するように制御し、かくして受信
信号RVSの周波数信号Δωに追従して周波数が変化する
周波数検出信号FOUTをVCO4の出力端に得ることができ、
これが周波数検出装置1の検出出力として送出される。
In this way, the frequency detection device 1 forms an AFC loop as a whole, and feeds the frequency detection signal F OUT obtained from the VCO 4 to the multiplication circuit 3 to feed back the CPU 10
Is the frequency detection signal F OUT is the frequency signal Δω of the received signal RVS
It is possible to obtain a frequency detection signal F OUT whose frequency changes in accordance with the frequency signal Δω of the reception signal RVS at the output end of the VCO 4,
This is sent as the detection output of the frequency detection device 1.

図に示す周波数検出装置1によれば、受信信号RVSの
各信号成分を複素数平面上の実数軸の値及び虚数軸の値
として演算処理を実行することにより、(3)式につい
て上述した乗算式の演算を第2の乗算回路5において実
行した後、CPU10において(12)式ないし(17)式につ
いて上述した平均値をとる演算を実行することによつ
て、受信信号RVSに含まれている周波数信号Δωを表す
周波数検出信号FOUTを得ることができる。
According to the frequency detection device 1 shown in the figure, by performing the arithmetic processing with each signal component of the received signal RVS as the value of the real number axis and the value of the imaginary number axis on the complex number plane, After executing the calculation of the above in the second multiplication circuit 5, the CPU 10 executes the calculation of the above-mentioned average values for the formulas (12) to (17) to obtain the frequency included in the received signal RVS. A frequency detection signal F OUT representing the signal Δω can be obtained.

かくするにつき、(12)式ないし(17)式について上
述したように、サンプル時間Δtの値を周波数制限幅の
条件を満足するような値に選定したことにり((13)
式)、ノイズ成分を含む信号成分を実用上なくすように
した((14))式ないし(15)式)ことにより、C/Nが
0〔dB〕以下の受信信号RVSを受信しても、ノイズ成分
の影響を受けずに確実に受信した周波数信号成分だけを
検出することができる。従つて周波数信号としてキヤリ
アをPSK変調してなる信号が到来した場合に、そのC/Nが
悪い場合にも、確実にPSK復調することができる。
For this reason, as described above with respect to the equations (12) to (17), the value of the sampling time Δt is selected to satisfy the condition of the frequency limit width ((13)).
Even if the received signal RVS having C / N of 0 [dB] or less is received, by practically eliminating the signal component including the noise component (Equation (14)) to (15) It is possible to reliably detect only the received frequency signal component without being affected by the noise component. Therefore, when a signal obtained by PSK-modulating a carrier as a frequency signal arrives, PSK demodulation can be surely performed even when the C / N is bad.

なお上述の実施例においては、(3)式の乗算式に基
づいて平均値をとることによつて(17)式の変換式を得
るようにしたが、C/Nが良い受信信号RVSを受信すること
ができる場合には、CPU10において平均値をとる演算を
実行せずに、直接(11)式の変換式を用いて周波数信号
成分Δωを検出するようにしてもよい。この実施例は、
C/Nが良好な例えばFM信号を受信復調する場合に適用し
て好適である。
In the above-mentioned embodiment, the conversion formula of formula (17) is obtained by taking the average value based on the multiplication formula of formula (3), but the reception signal RVS with good C / N is received. When it is possible to do so, the frequency signal component Δω may be detected directly by using the conversion equation of the equation (11) without executing the calculation of the average value in the CPU 10. This example is
It is suitable to be applied when receiving and demodulating an FM signal having a good C / N.

また上述の実施例においては、ベクトル信号成分のう
ち角度信号成分を処理する構成だけをもつものとして説
明をしたが、CPU10において(11)式及び(17)式の信
号振幅成分Aの検出を行うように構成すれば、あたかも
二乗検波器を用いたと同様のエンベロープ検出信号を得
ることができる。そこで本発明による周波数検出装置を
スペクトラム拡散信号を用いた通信における受信機にお
いて、PN同期をとる際のサーチモードに使うエンベロー
プ信号を、周波数信号と同時に得ることができ、かくし
て全体として簡易な構成のスペルトラム拡散信号受信機
を実現し得る。
In the above-described embodiment, the explanation has been given assuming that only the angle signal component of the vector signal component is processed, but the CPU 10 detects the signal amplitude component A of the equations (11) and (17). According to this structure, it is possible to obtain the same envelope detection signal as if the square-law detector is used. Therefore, in the receiver in the communication using the spread spectrum signal by the frequency detecting device according to the present invention, the envelope signal used for the search mode when the PN synchronization is obtained can be obtained at the same time as the frequency signal, and thus the overall configuration is simple. A spell tram spread signal receiver can be realized.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように本発明によれば、共役複素数の乗算出力
の平均値をとることにより、C/Nが0〔dB〕以下の周波
数信号が到来しても、ノイズ成分の影響を受けることな
く確実に周波数信号の周波数を検出し得る周波数検出装
置を容易に得ることができる。
As described above, according to the present invention, by taking the average value of the multiplication output of the conjugate complex number, even if the frequency signal with C / N of 0 [dB] or less arrives, the noise component is not affected and the reliability is ensured. Further, it is possible to easily obtain a frequency detecting device capable of detecting the frequency of the frequency signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図は本発明による周波数検出信号を示すブロツク図であ
る。 1……周波数検出装置、2……アナログ−デイジタル変
換回路、3、5……乗算回路、4……VCO、6、7……
遅延回路、8、9……積分回路、10……CPU、。
The figure is a block diagram showing a frequency detection signal according to the present invention. 1 ... Frequency detection device, 2 ... Analog-digital conversion circuit, 3, 5 ... Multiplication circuit, 4 ... VCO, 6, 7 ...
Delay circuit, 8, 9 ... Integrating circuit, 10 ... CPU ,.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力信号をサンプリング時間Δt(Δt>
(1/2B)、Bは制限帯域)でサンプリングするサンプリ
ング手段と、上記サンプリング手段の出力に基づいて時
点tにおける入力信号を表す第1の複素数信号及び上記
第1の複素数信号に対して所定の時間Δtだけ異なる時
点における上記入力信号の共役複素数を表す第2の複素
数信号の乗算出力を得る乗算手段と、上記乗算手段の乗
算出力に基づいて上記時間Δtごとに平均値をとる信号
処理手段とを有し、上記信号処理手段の処理出力に基づ
いて入力周波数信号の周波数を検出することを特徴とす
る周波数検出装置。
1. A sampling time Δt (Δt>) for an input signal.
(1 / 2B), B is a limiting band), a predetermined complex number signal representing the input signal at the time point t and a predetermined complex number signal for the first complex number signal based on the output of the sampling unit. Multiplication means for obtaining a multiplication output of a second complex number signal representing a conjugate complex number of the input signal at a time point different by time Δt; and signal processing means for taking an average value for each time Δt based on the multiplication output of the multiplication means. And detecting the frequency of the input frequency signal based on the processing output of the signal processing means.
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JPS5440068A (en) * 1977-09-05 1979-03-28 Nec Corp Frequency discriminating circuit

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