JPS63500766A - digital radio frequency receiver - Google Patents
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- JPS63500766A JPS63500766A JP61504791A JP50479186A JPS63500766A JP S63500766 A JPS63500766 A JP S63500766A JP 61504791 A JP61504791 A JP 61504791A JP 50479186 A JP50479186 A JP 50479186A JP S63500766 A JPS63500766 A JP S63500766A
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 ディジタル無線周波受信機 発明の分野 本発明は無線通信の分野に関するものであり、特に実質上ディジタル回路で実現 される無線周波受信機に関する。[Detailed description of the invention] digital radio frequency receiver field of invention TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of wireless communications, in particular implemented in substantially digital circuits. The present invention relates to a radio frequency receiver.
発明の背景 従来の無線通信機は主としてアナログ回路で実現されている。アナログ構成要素 の固有の特性のため可能な信号処理量が制限される。たとえば、アナログ増幅器 のノイズおよびゲイン特性により被処理アナログ信号のダイナミックレンジが制 限される。その他、アナログ情報は複雑な信号処理を可能にするような仕方で格 納することは容易ではない。Background of the invention Conventional wireless communication devices are mainly implemented using analog circuits. analog components The inherent characteristics of the signal limit the amount of signal processing possible. For example, an analog amplifier The dynamic range of the processed analog signal is limited by the noise and gain characteristics of limited. In other cases, analog information is stored in a way that allows complex signal processing. It is not easy to pay.
アナログ処理を使用して以前行っていた動作をディジタル信号処理で置き換えて 使用ずれば、アナログ構成要素に加わる温度、湿度、老化のような外部の影響か ら生ずるこれら動作の望ましくない変動が除かれる。その上、ディジタル信号処 理技術はプログラム可能な動作特性、特徴という点から見て柔軟性を備えている 。たとえば、ディジタル中間周波数(IF)集積回路はそのチャンネル周波数、 そのサンプリング速度、およびある程度、そのフィルタ応答に関してプログラム 可能である。交互に格納されたプログラムを実行するディジタル信号処理装置( DSP>はいろいろなろ波および復調を行って完全に異なる形式の無線機を実現 することができる。またDSPは適応等化のような高級な処理技術を導入するの に使用することができる。Use digital signal processing to replace operations previously performed using analog processing. In use, external influences such as temperature, humidity, and aging may be applied to analog components. Undesirable fluctuations in these motions resulting from these movements are eliminated. Moreover, digital signal processing Technology is flexible in terms of programmable operating characteristics and features. . For example, a digital intermediate frequency (IF) integrated circuit has its channel frequency, program with respect to its sampling rate, and to some extent its filter response. It is possible. A digital signal processing device that alternately executes stored programs ( DSP> performs various types of filtering and demodulation to create completely different types of radios. can do. DSP also introduces advanced processing techniques such as adaptive equalization. It can be used for.
ディジタル受信機構造の他の長所はDSPおよびIF回路を「逆にして」ディジ タル的に実施される送信機について対応する動作を行うことができるように設置 1することができることである。半二重動作では、回路は単に「方向」を逆にす るように切換えることができるが、全二重動作では2個のIFフィルタが必要に なる。Another advantage of digital receiver architecture is that the DSP and IF circuits can be "reversed" Installed in such a way that it can perform the corresponding operation for the transmitter that is carried out on a regular basis. 1. It is something that can be done. In half-duplex operation, the circuit simply reverses the "direction". full-duplex operation requires two IF filters. Become.
実質上ディジタル受信機を可能とする第1の技術は高速(20〜100Ml−1 z) 、高分解能(10〜12ビツト)のAD変換器である。ディジタル受信機 構造を技術的に可能と1−る第2の要因はVLSI ICの実施により到達でき る高度な集積と高速度とてあり、最終的には、たとえば、40 k Hzのサン プリング速度を有する4極4ゼロ倍積度ディジタル・フィルタを現在のディジタ ル信@処理装置で実現することができる。本発明はこれら新しい技術をフロント エンド・アナログ処理およびディジタルろ波の改良された技法と組合わせて実買 上ディジタル受信機の設δ4を可能とするものである。The first technology that enables virtually digital receivers is high speed (20-100 Ml-1 z) It is a high resolution (10 to 12 bit) AD converter. digital receiver The second factor that makes the structure technically possible is that it can be achieved by implementing a VLSI IC. The high degree of integration and high speed will eventually lead to, for example, 40kHz The current digital filter is a 4-pole 4-zero integrated digital filter with This can be realized with a communication@processing device. This invention brings these new technologies to the forefront. Combined with improved techniques of end-analog processing and digital filtering This makes it possible to set up an upper digital receiver δ4.
本発明の受信は構造は移動無線機の製造技術と動作特性とに、革命的変化をもた らすことができる。さらに、この手法により無線機を最小数の部品で組立てるこ とができ、これは直ちに部品を減らし、製造コストを下げるとともに、無線機の 信頼性と稼動性とをも改善することになる。The receiving structure of the present invention brings about revolutionary changes in the manufacturing technology and operating characteristics of mobile radio equipment. can be Furthermore, this method allows the radio to be assembled with a minimum number of parts. This immediately reduces the number of parts, lowers manufacturing costs, and improves the radio's design. Reliability and availability will also be improved.
発明の概要と目的 要約すれば、本発明はアンテナの出力でプレセレクトされてからディジタル形式 に変換される受信RF信号で動作する全ディジタル無線受信はを目的としている 。本発明の受信機はプレセレクタ、高速アナログ・ディジタル(AD)変換器、 実質上ベースバンド周波数に出力信号を有するディジタル的に構成された中間周 波数(IF)選択部、および最終的選択または等化、復調、および復調後処理を 行う汎用ディジタル信号処理装置(DSP)集積回路を具備している。Summary and purpose of the invention In summary, the present invention preselects the output of the antenna and then selects the output in digital form. All-digital radio reception is intended to operate on received RF signals that are converted to . The receiver of the present invention includes a preselector, a high speed analog-to-digital (AD) converter, a digitally constructed intermediate frequency with an output signal substantially at the baseband frequency; Wavenumber (IF) selection section and final selection or equalization, demodulation, and post-demodulation processing It is equipped with a general-purpose digital signal processing (DSP) integrated circuit that performs the following steps.
したがって、ディジタル的に構成される無線受信機を提供するのが本発明の目的 である。It is therefore an object of the present invention to provide a digitally constructed radio receiver. It is.
複数の送信スキームを容易に受信できるようにする無線受信機(前進を提供する のが本発明の他の目的である。A wireless receiver that allows easy reception of multiple transmission schemes (providing forward This is another object of the present invention.
本発明のさらに他の目的は集積回路技術を利用して実買上実現することができる 無線受信機(構造を提供することである。Still other objects of the present invention can be realized commercially using integrated circuit technology. Wireless receiver (to provide structure).
本発明のざらに他の目的はAD変換器の分解能とステップサイズ要求とを減少す るように比較的高速で動作するディジタル受信別IFフィルタの設計を提供する ことである。It is a further object of the present invention to reduce the resolution and step size requirements of an AD converter. To provide a design for a digital reception-specific IF filter that operates at relatively high speeds such that That's true.
図面の簡単な説明 第1図は本発明のディジタル受信機の機能を示すブロック図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a block diagram showing the functions of the digital receiver of the present invention.
第2図は本発明のディジタル受信ぼのフロントエンド回路の概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the front end circuit of the digital receiver of the present invention.
第3図は本発明のディジタル・ゼロ1.F、’M択部のブロック図でおる。FIG. 3 shows the digital zero 1 of the present invention. This is a block diagram of the F, 'M selection section.
第4a図は第1図に引用したディジタル発系器の概要ブロック図である。FIG. 4a is a schematic block diagram of the digital generator cited in FIG. 1.
第4b図は第3図のディジタル・ゼロ1.F、選択部に適合可能な擬似乱数ディ ザ−発生器の概要図である。Figure 4b shows digital zero 1. of Figure 3. F, pseudo-random divisor that can be adapted to the selection part 1 is a schematic diagram of a laser generator; FIG.
第5a図は所要の「高速」狭帯域低域フィルタのブロック図である。FIG. 5a is a block diagram of the required "fast" narrow band low pass filter.
第5b図は第5a図の高速低域フィルタの分解式近似法のブロック図である。FIG. 5b is a block diagram of the decomposition approximation method for the fast low-pass filter of FIG. 5a.
第6a図から第6d図までは第5図の高速低域フィルタの特性の詳細を示す周波 数図である。Figures 6a to 6d are frequencies showing details of the characteristics of the high-speed low-pass filter in Figure 5. These are several figures.
第7図は第5b図の、分解式「高速」低域フィルタに使用する2次狭帯域低域無 限インパルス応答(IIR)フィルタの概要図である。Figure 7 shows the second-order narrowband low-pass filter used in the decomposed "fast" low-pass filter of Figure 5b. 1 is a schematic diagram of an limited impulse response (IIR) filter; FIG.
第8図は第5b図の分解式高速低域フィルタに使用する、サンプリング速度の半 分にノツチを有する2次有限インパルス応答(FIR)フィルタの概要図でおる 。Figure 8 shows half the sampling rate used for the decomposed high-speed low-pass filter in Figure 5b. This is a schematic diagram of a second-order finite impulse response (FIR) filter with a notch in the minute. .
第9a図から第9C図までは第3図に関連して述べた時分割多重「低速」低域フ ィルタに使用する時分割多重2次低域IIRフィルタの概要図である。Figures 9a through 9C are time-division multiplexed "slow" low-pass filters as described in connection with Figure 3. FIG. 2 is a schematic diagram of a time division multiplexed second-order low-pass IIR filter used in the filter.
第10図はサンプリング速度を80kH7から40kH7にさらに下げるのに使 用する5次低域FIRフィルタのブロック図である。Figure 10 is used to further reduce the sampling rate from 80kHz7 to 40kHz7. FIG. 2 is a block diagram of a fifth-order low-pass FIR filter used in the present invention.
第11図は復調に先立ち最終選択および通過帯域等化に使用する4次低域IIR フィルタのブロック図である。Figure 11 shows the fourth-order low-band IIR used for final selection and passband equalization prior to demodulation. FIG. 2 is a block diagram of a filter.
第12図は汎用DSPで実現できるFM復調器のブロック図である。FIG. 12 is a block diagram of an FM demodulator that can be implemented with a general-purpose DSP.
第13a図から第13C図までは本発明の文脈でフエーザーの原理の詳細を説明 する図である。Figures 13a to 13c explain the details of the phasor principle in the context of the present invention. This is a diagram.
第14a図と第14b図とは本発明のFM復調器の背景ルーチンの動作の詳細を 説明する流れ図である。Figures 14a and 14b detail the operation of the background routine of the FM demodulator of the present invention. It is a flowchart for explaining.
第15a図と第15b図とは第15a図と関連して説明したスケール・ルーチン の動作の流れ図である。Figures 15a and 15b are scale routines described in connection with Figure 15a. 2 is a flowchart of the operation.
第16a図から第16C図までは本発明のディジタル復調器の残りの部分の動作 の詳細を説明する流れ図である。16a to 16c illustrate the operation of the remaining parts of the digital demodulator of the present invention. 2 is a flowchart illustrating details.
図面の簡単な説明 第1図は3つの主要動作を備えたディジタル受信機のは能を示す。図は受信機ダ イバシティの例を示していないが、当業者には本発明の受信波に使用するため種 々のグイバシテイ手法を適用できることが明らかである。特に、「フロントエン ド」部104は、第2図にざらに詳細に示しであるが、アナログW、線周波数( RF)信号を受信するアンテナ102とディジタル的に構成されたIF選択部1 10とのインターフェースとなる。プレセレクタ106は到来信号を広帯域ろ波 して後続のAD変換プロセスでエイリアシングが生じないようにする。ADブロ ック108は本発明の受信波構造のディジタル処理に必要なゲインおよびサンプ ルホールド動作を含む。Brief description of the drawing FIG. 1 shows the functionality of a digital receiver with three main operations. The diagram shows the receiver Although no example of diversity is shown, those skilled in the art will appreciate the It is clear that various guidance techniques can be applied. In particular, The code section 104 is shown in rough detail in FIG. An antenna 102 for receiving RF) signals and a digitally configured IF selection section 1 10. The preselector 106 performs broadband filtering on the incoming signal. to avoid aliasing in the subsequent AD conversion process. AD Bro A block 108 provides gain and sampling necessary for digital processing of the received wave structure according to the present invention. Includes hold operation.
次の主要部であるIF選択部110は、第3図と関連して以下でさらに詳述する が、複素指数関数影信号(直角信号、正弦と余弦)を発生する直角局部発振器( LO)116となる。この信号の周波数はシステム・チャンネル周波数入力「△ 」により選択される。直角ミキサ112はディジタル乗算器を使用して所要の狭 帯域チャンネルを約OHzのIF周波数まで周波数シフトさせる。高速選択部1 14は数個の縦続接続された狭帯域低域フィルタ部を備えており、これはゼロ周 波数近くに中心を持つ所要信号から高い周波数の不要信号を除去する。この低域 ろ波により△D変換器108の出力における大きな速度から1バツクエンド」部 120への入力におけるチャンネル帯域と同程度の速度にまで徐々にサンプリン グ速度を下げることができる。The next main part, the IF selection section 110, will be described in further detail below in connection with FIG. is a quadrature local oscillator (quadrature signal, sine and cosine) that generates a complex exponential shadow signal ( LO) becomes 116. The frequency of this signal is the system channel frequency input “△ ” is selected. The quadrature mixer 112 uses digital multipliers to Frequency shift the band channel to an IF frequency of approximately OHz. High speed selection section 1 14 comprises several cascaded narrowband low-pass filter sections, which Remove high frequency unnecessary signals from the desired signal centered near the wave number. This low range By filtering the large velocity at the output of the ΔD converter 108, Gradually sample as fast as the channel bandwidth at the input to the 120 You can reduce the download speed.
「バックエンド」部120は汎用無線@造をシステムの無線形式人力rBJで示 される特定の無線は用途に特に仕立てられたものに「特殊化させる」のに使用さ れる。その最良の構成は汎用ディジタル信号処理装置(DSP)を備えている。The “back end” section 120 indicates the general purpose wireless @ construction in the wireless format of the system. The particular radio being used is used to "specialize" the application. It will be done. The best configuration includes a general purpose digital signal processor (DSP).
最終選択部124は変調の形式とチャンネルの特性とにしたがって無線信号を復 調する前に必要な追加ろ波を行う。たとえば、ディジタル・データ通信システム に対して適応チャンネル等化を行うことができる。このフィルタ部124は隣接 チャンネル減衰と、乗律器照しく低1′0.)フィルタを実現するのに必要な粗 い係数量子化から生ずる高速選択フィルタ114の特性の不完全さを補償する通 過帯域等化とをも行う。復調部126は音声データおよび周波数シフ1〜キー( FSK)データのFM復調を含む多くの形式の復調を実現するようにソフトウェ ア・プログラムすることができる。復調された音声信号は、類似記@121およ び122で示されるように、アナログ形に逆変換してから拡声器を通して増幅さ れ再生される。別案として、ディジタル音声メツセージを後の再生のためディジ タル・メモリ123にディジタルで格納することができる。データ通信システム (図示せず)では、復調されたデータ記号はざらに処理のためコンピュータに、 または即時再生のためコンピュータ端末に送ることができる。その他に、自動周 波数トラッキング128を行う制御情報を「バックエンド」部120で発生する ことができる。最後に、クロック発生部118は正確なダウン変換が必要なとぎ AD変換の入力サンプリング速度を制御するため、ディジタル回路を正規の方法 で動作させるため、およびおそらく後続システムと同期させるため出力サンプリ ング速度を制御するために必要である。ここで説明する典型的実施例では、サン プリング速度f3は20MHzに取って必り、受信する周波数の帯域の中心は約 875MH2にある。The final selection unit 124 recovers the radio signal according to the modulation format and channel characteristics. Perform any necessary additional filtration before adjusting. For example, digital data communication systems Adaptive channel equalization can be performed for This filter section 124 is adjacent to Channel attenuation and power meter are extremely low 1'0. ) the coarseness required to implement the filter. A method for compensating for imperfections in the characteristics of the fast selection filter 114 resulting from high coefficient quantization. It also performs overband equalization. The demodulator 126 receives audio data and frequency shift 1 to key ( The software can be used to perform many forms of demodulation, including FM demodulation of (FSK) data. A can be programmed. The demodulated audio signal is similar to @121 and and 122, it is converted back to analog form and then amplified through a loudspeaker. is played. Alternatively, digital voice messages can be digitally recorded for later playback. can be stored digitally in digital memory 123. data communication system (not shown), the demodulated data symbols are sent to a computer for rough processing. or can be sent to a computer terminal for immediate playback. In addition, automatic Control information for performing wave number tracking 128 is generated in the “back end” section 120 be able to. Finally, the clock generator 118 is used for clock generation when accurate down conversion is required. To control the input sampling rate of AD conversion, digital circuits can be used in a regular manner. Output samples for working with and possibly synchronizing with subsequent systems required to control the processing speed. In the exemplary embodiment described here, the The pulling speed f3 must be set to 20MHz, and the center of the receiving frequency band is approximately Located at 875MH2.
第2図は本発明のディジタル受信機のフロントエンド回路の概要図である。この 回路は無線周波数信号の選択された帯域をディジタル化するように動作する。本 発明はサンプリングを直接R,F、周波数で行うようになっている。FIG. 2 is a schematic diagram of the front end circuit of the digital receiver of the present invention. this The circuit operates to digitize selected bands of radio frequency signals. Book The invention performs sampling directly in R, F, and frequency.
ただし、広帯域プレセレクションはサンプリング前にRoF、アナログ・フィル タで行われる。R,F、フィルタ202と206との機能はスプリアス応答に対 する選択を行うことである。これらのスプリアス応答には従来の受信機のフロン トエンドで見られるような映像、半1.F、スパー、Able−Bakerスパ ーなどがある。これらスパーの他に、選択はサンプリング過程から生ずることが ある周波数についても行われなければならない。最大許容帯域幅は、実際のフィ ルタはこれをかなり下げるが、ナイキストの帯域幅(f、/2、ただしf、はサ ンプリング速度)に限られる。However, wideband preselection requires RoF and analog filters before sampling. It is held in Ta. The functions of R, F, and filters 202 and 206 are designed to prevent spurious responses. It is about making a choice. These spurious responses include conventional receiver freon. Images like those seen on Toendo, half 1. F, Spa, Able-Baker Spa - etc. Besides these spurs, selection can also result from the sampling process. It must also be done for certain frequencies. The maximum allowable bandwidth depends on the actual router reduces this considerably, but the Nyquist bandwidth (f,/2, where f is sampling speed).
それぞれが約4MH2の帯域幅を持つ第2図に示す2極および5極のフィルタを 使用すれば、20MH7の速度でサンプルするときエイリアス周波数に対して9 0dBを超える除去を行う。アンテナ224に入る信号に対して選択を行う他に 、フィルタ206はR,F、増幅器204で発生する第1のサンプルホールド2 08に入る広帯域9i音を帯域制限する。これは、雑音のエイリアシングを防止 し、これによりフロントエンド200(7)1音指数を効果的に増すのに必要で ある。R,F、前置増幅器204はR,F。The 2-pole and 5-pole filters shown in Figure 2, each with a bandwidth of about 4 MH2, are used. 9 for the alias frequency when sampling at a rate of 20MH7. Provides rejection greater than 0 dB. In addition to making selections for the signals entering antenna 224, , filter 206 is R, F, first sample and hold 2 generated in amplifier 204 Broadband 9i sound that falls in 08 is band-limited. This prevents noise aliasing , which is necessary to effectively increase the front end 200(7) 1 note index. be. R,F, preamplifier 204 is R,F.
信号をシステムの感度に必要な信号対雑音比を得るのに充分なレベルにまで増幅 するのに使用される。帯域が異なれば異なるフィルタが必要であるから、フィル タ構造(202および206)の1部としてR,F、増幅器204を備えるのが 実用的でおる。本発明の受信機はゲインが約28dBで雑音指数が約5dBのR ,F、増幅器204を備えている。Amplify the signal to a level sufficient to obtain the signal-to-noise ratio required for system sensitivity used to. Since different bands require different filters, The R, F, amplifier 204 is included as part of the data structure (202 and 206). It's practical. The receiver of the present invention has a gain of about 28 dB and a noise figure of about 5 dB. , F, and an amplifier 204.
クロック212とサンプリング・パルス発生器210とは第1のサンプルホール ド208、第2のサンプルホールド2201アナログ・ディジタル変換器222 、およびディジタル・ゼロIF選択部(図示せず)にクロック信号とサンプリン グ・パルスとを供給する。クロックの発生は広く入手可能な20MH7の水晶発 振器で行われる。ディジタル信号処理装置(図示せず)が使用する40MH2の 信号はアナログ倍化回路により20MH2を2倍して得られる。The clock 212 and the sampling pulse generator 210 are connected to the first sample hole. second sample hold 2201 analog-to-digital converter 222 , and a digital zero IF selector (not shown) with clock signals and samples. and pulses. Clock generation is from a widely available 20MH7 crystal. It is done with a shaker. 40MH2 used by digital signal processing equipment (not shown) The signal is obtained by doubling 20MH2 by an analog doubling circuit.
パルス発生器210は20MHzのクロック信号(近似正弦波)を非常に狭いパ ルスに整形するのに使用される。The pulse generator 210 generates a 20 MHz clock signal (approximately a sine wave) into a very narrow pulse. Used for shaping into ruses.
サンプリング・パルスの幅は受信したい最高周波数帯域によって決まる。約30 0psecのパルス幅は約1GH2までほぼ一様な振幅を有する高調波の「クシ 」を発生する。The width of the sampling pulse is determined by the highest frequency band one wishes to receive. Approximately 30 A pulse width of 0 psec produces a harmonic “comb” with a nearly uniform amplitude up to about 1 GH2. ” occurs.
これは本発明の受信機の約875MH2の動作周波数で動作させるのに必要であ る。パルスの発生は従来のステップリカバリーダイオードとリンキング回路とを 用いて行うことができる。この種の回路は、カリフォルニア州95131、サン ホセ、トリンブル・ロード350、ヒユーレットパラカードマイクロ波半導体部 門から入手できるヒユーレットパラカード・アプリクー−ジョン・ノート第92 0号、「ステップリカバリーダイオードとSRDモジュールとを使用する高調波 の発生」と題する出版物に記されている。This is necessary to operate the receiver of the present invention at an operating frequency of approximately 875 MH2. Ru. Pulse generation uses a conventional step recovery diode and linking circuit. It can be done using This type of circuit is available in San Francisco, California 95131. Jose, 350 Trimble Road, Hewlett Paracard Microwave Semiconductor Department Huuret Paracard Application Note No. 92 available from the gate No. 0, “Harmonic generation using step recovery diode and SRD module” It is described in a publication titled "The Occurrence of
ブロック202.204、および206で増幅され選択された信号の帯域は第1 のサンプルボールド208でサンプルされる。これは従来のR,F−、受信機に あ【ブるダウンコンバーティングと類似している。フラッシュ・アナログ・ディ ジタル変換器は信号を効果的にサンプルするが、実用的変換器には帯域制限入力 かめるので、変換の前にサンプリングを行う必要がある。また、現在まで、既知 の高分解能(〉10ビツト)、高速変換器はサペて2段階変換プロセスを利用し ている。この種の変換器には第2のサンプルホールド回路220が必要である。The bands of the signals amplified and selected in blocks 202, 204, and 206 are sample bold 208. This is a conventional R, F-, receiver. A [It is similar to blue down converting. flash analog di Digital converters effectively sample the signal, but practical converters have band-limited inputs. Therefore, it is necessary to perform sampling before conversion. Also, until now, the known The high resolution (>10 bits), high speed converter utilizes a two-step conversion process. ing. A second sample and hold circuit 220 is required for this type of converter.
獲得時間、精度、あよひ垂下特性の実際的制限を克服するには二重サンプリング が必要である。第1のサンプルホールドは非常に速く、本発明の受信機では30 0psecの範囲で、獲得しなければならない。これにはサンプルからサンプル へほぼ入力信号の電圧までコンデンサを充電するため小さなホールド・コンデン サを使用しな(ブればならない。サンプリング間隔内で入力信号の値まで完全に 充電することができないため、あだヤかなろ波処理が生ずるがこれは陸上移動通 信に、典型的に使用される狭帯域信号に対しては無視できると考えることかでき る。第1のサンプルホールドに小さなホールド・コンデンサを使用すると2段階 アナログ・ディジタル変換器に使用するには許容できない程のドループ速度を生 ずる。また、第1のサンプルホールドが使用することかできるような比較的簡単 なホールド回路の整定時間は2段階変換器には不適当である。これらの理由から 、高精度の第2のサンプルホールド220を使用する。信号は効果的にダウンコ ンバートされているので、信号ははるかにゆっくり変化している。これにより獲 得時間とホールド・コンデンサとを大きくすることができる。既知の2段階変換 器ではυンブリング周期よりかなり小さい(典型的にはサンプリング周期の1/ 2以下)時間でステップサイズの1/2以下でドループするサンプルホールドが 必要である。Double sampling to overcome practical limitations in acquisition time, accuracy, and sag characteristics is necessary. The first sample and hold is very fast, 30 It must be acquired within a range of 0 psec. This includes sample to sample. A small hold capacitor is used to charge the capacitor to approximately the voltage of the input signal. The value of the input signal must be completely captured within the sampling interval. The inability to charge leads to additional filtering, which is difficult for land mobile communications. can be considered negligible for typically used narrowband signals. Ru. Using a small hold capacitor for the first sample and hold results in two stages. It produces droop speeds that are unacceptable for use in analog-to-digital converters. Cheating. Also, the first sample hold is relatively simple to use. The settling time of a hold circuit is inadequate for a two-stage converter. because of these reasons , using a high precision second sample and hold 220. The signal is effectively downcoupled. Because the signal is being converted, the signal is changing much more slowly. As a result, The gain time and hold capacitor can be increased. Known two-step transformation is much smaller than the sampling period (typically 1/1/2 of the sampling period). 2 or less) Sample hold that droops at less than 1/2 of the step size in time is necessary.
第1のサンプルホールド(208>はショットキダイオ−ドブリツジとバッファ 増幅器として2重ゲートMO3FETとを使用する従来の技術にしたがって構成 することができる。第2のサンプルボールドはショットキダイオードブリッジを 用い、別にバックバイアスしてホールド・モードでのドループを制限して実現す ることができる。入力として差動構成のJ−FETを備える高速増幅器と高ダイ ナミツクレンジ・ツガロワーとがバッファ増幅器として動作する。The first sample hold (208> is a Schottky diode bridge and buffer Constructed according to conventional technology using double gate MO3FET as amplifier can do. The second sample bold is a Schottky diode bridge. This can be achieved by separately back biasing to limit droop in hold mode. can be done. High speed amplifier and high die with differential configuration J-FET as input The Namitsu range and Tsuga lower operate as a buffer amplifier.
広帯域増幅器209はアナログ・ディジタル変換器の量子化雑音に打勝つために 信号をさらに増幅するために必要で市る。増幅器209はサンプルされた信号を 増幅するのに使用される。したがってこれは広帯域でな(ブればならない。高ダ イナミツクレンジも増幅器の非線形により信号が歪むことのないようにするのに 必要である。増幅器209の雑音指数はR1「、増幅器204が発生する「テー クオーバー」ゲインの量と感度に対する全体的雑音要件とによって決まる。モト ローラのMH’1A1591 CATV広帯域増幅器が本発明の800MHz受 信機に使用する広帯域増幅器として使用するのに適している。ここに説明した形 式と同様のAD変換器の構造がヒユーレット・パラカード・ジャーナル、Vol 、 33 、 No、 11. pp、 9〜29.1982年11月の「10 ビツト、20 M s / sアナログ・ディジタル変換システムの設計」と題 するMute、 PeetZ 1およびRehner著の論文に示されている。The wideband amplifier 209 is used to overcome the quantization noise of the analog-to-digital converter. It is necessary to further amplify the signal. Amplifier 209 converts the sampled signal into used for amplification. Therefore, it must be broadband (high frequency). The Inamitsu range also prevents signal distortion due to amplifier nonlinearity. is necessary. The noise figure of amplifier 209 is R1, and the noise figure generated by amplifier 204 is depends on the amount of "over" gain and the overall noise requirements for sensitivity. moto Roller's MH'1A1591 CATV wideband amplifier is equipped with the 800MHz receiver of the present invention. Suitable for use as a wideband amplifier used in radio equipment. the shape described here The structure of an AD converter similar to the formula is described in Hewlett Paracard Journal, Vol. , 33, No, 11. pp, 9-29. November 1982 “10 Design of a 20Ms/s Analog-to-Digital Conversion System Mute, Peet Z1 and Rehner.
本発明の教示によれば、ディザ−信号218はコンバイナ/アイソレータ218 でサンプルされた信号に加えられる。コンバイナ/アイソレータは広帯域増幅器 に存在する非線形性とディザ−源とが低I!!雉音を他の周波数に変換しないよ うにするのに役立つ。ディザ−218の目的はアナログ・ディジタル変換器の量 子化雑音を一様に分布させることである。ナイキスト帯域にわたって雑音フロア が一様に散布されると量子化により発生する相互変調歪が固有の問題となるのか 防止されるとともに、最下位ビット・レベルより下で信号の回復ができ、AD変 換する前の所要ゲインが低くなり、変換器の前の段階における非線形から生ずる 問題が少なくなる。ディザ−信号218は、信号を変換期間中一定に保たなけれ ばならないため、2段階変換器を使用する場合には第2のサンプルホールド22 0の前に加えな(プればならない。ディザ−源218は雑音ダイオードのような アナログ雑音源を用いて実現することができる。In accordance with the teachings of the present invention, dither signal 218 is coupled to combiner/isolator 218. added to the sampled signal. Combiner/Isolator is a wideband amplifier The nonlinearity and dither source present in the low I! ! Don't convert the pheasant sound to other frequencies This will help you. The purpose of dither 218 is the amount of analog to digital converter. The goal is to uniformly distribute the childization noise. Noise floor across the Nyquist band Is intermodulation distortion caused by quantization an inherent problem if the signals are distributed uniformly? protection, signal recovery below the least significant bit level, and AD changes. The required gain before conversion is lower, resulting from nonlinearities in the previous stages of the converter. fewer problems. Dither signal 218 must keep the signal constant during the conversion period. Therefore, when using a two-stage converter, the second sample hold 22 The dither source 218 is a noise diode, etc. This can be realized using an analog noise source.
ディザ−信号の一般的特性と利点とはIEEE TRANSACTIONSON Co聞UNICATIONS TECHN叶OGY、 pp、 162〜16 5.1964年12月のSchuchman、 L、による論文「ディザ−信号 とその量子化雑音におよはV影響」に記されている。What are the general characteristics and advantages of dither signals? IEEE TRANSACTIONSON Co-unifications TECHN Kano OGY, pp, 162-16 5. December 1964 paper by Schuchman, L. “Dither Signal and its quantization noise and V influence.
信号に加えられる雑音は情報からスペクトル的に分離されるべきである。本発明 の800MHz受信機で行われるサンプリングは情報を約3MHzと7 M R 2との間に置く。Noise added to the signal should be spectrally separated from the information. present invention The sampling done in the 800MHz receiver of the Place it between 2.
低域フィルタ216は雑音が情報信号に加わらないようにする。本発明の受信機 には低域フィルタ216として遮断周波数が1.5MHzの5極楕円フイタルが 設けられている。低域フィルタ216の雑音等価帯域幅より上のディザ−信号の 平均電圧レベルはアナログ・ディジタル変換器の約5ステツプサイズより大きく すべきである。ディザ−信号がAD変換器222でクリッピングを起こさないよ う注意を払わなければならない。Low pass filter 216 prevents noise from being added to the information signal. Receiver of the present invention A five-pole elliptic filter with a cutoff frequency of 1.5 MHz is used as the low-pass filter 216. It is provided. of the dither signal above the noise equivalent bandwidth of the low pass filter 216. The average voltage level is greater than the approximately 5 step size of the analog-to-digital converter. Should. The dither signal will not cause clipping in the AD converter 222. care must be taken.
アナログ・ディジタル変換器222はアナログ信号をディジタル信号に変換する 。この変換器は目的とする受信波の用途の動的環境にわたり信号を受入れること ができなければならない。陸上移動通信の用途では、最低10A/Dビツトが必 要であり、理論的研究から12ビツト変換器か提供するダイナミックレンジは現 存するすべての従来型の陸上移動受信機と同等でなければならないことが示され ている。アナログ・ディジタル変換器222に関して第1に重要な2つの因子は サンプリング速度とステップサイズとである。ステップサイズはω子雑音フロア を引取るために変換器の前に必要なゲインの量を決める。ステップサイズが大き くなれば、所要ゲインが大きくなる。ゲインの量が大きければ変換器の前で非線 形効果が生ずる。変換速度はフロントエンド・フィルタの許容帯域幅を決定し、 また量子化雑音をより大きな帯域幅に分布させることにより所要ゲインを減らす ので、変換速度も非常に重要である。Analog-to-digital converter 222 converts analog signals to digital signals. . This converter is capable of accepting signals over the dynamic environment of the intended receiving wave application. must be able to do so. For land mobile communications applications, a minimum of 10 A/D bits is required. theoretical research shows that the dynamic range offered by 12-bit converters is It has been shown that it must be equivalent to all existing conventional land mobile receivers. ing. The two primary important factors regarding analog-to-digital converter 222 are: sampling rate and step size. The step size is the omega noise floor Determine the amount of gain required before the converter to take over. large step size The greater the gain, the greater the required gain. If the amount of gain is large, there will be non-linearity in front of the converter. A shape effect occurs. The conversion speed determines the acceptable bandwidth of the front-end filter, It also reduces the required gain by distributing the quantization noise over a larger bandwidth. So conversion speed is also very important.
本発明の800MHzディジタルディジタル信号タル受信ナログ・ディジタル変 換器222はステップサイズが約3mVの2段階10ビツト変換器であり、これ は50MR2より大きな速さで変換を行うことができる。本発明の原理によれば 、20 M HZの速さでサンプルした0、3μ■の信号を受信するとき帯域幅 が30kHzの受信機で約10dBの検出後信号対雑音比を実現するには約54 dBのフロントエンド・ゲインが必要である。変換器222の前に大きなゲイン 量を必要とするためシステムの非線形性能が制限される。相互変調比(IMR) は従来の受信機で達成されるよりいく分率さい約65dBに限られる。当業者に はステップサイズを約200μVC′ニー減らせばIMR>80dBを達成する ことができることが明らかであろう。800MHz digital signal receiving analog/digital converter of the present invention Converter 222 is a two-stage 10-bit converter with a step size of approximately 3 mV; can perform conversions faster than 50MR2. According to the principle of the invention , Bandwidth when receiving a signal of 0.3μ■ sampled at a rate of 20MHz To achieve a post-detection signal-to-noise ratio of approximately 10 dB with a 30 kHz receiver, approximately 54 dB of front-end gain is required. Large gain before converter 222 The amount required limits the nonlinear performance of the system. Intermodulation ratio (IMR) is limited to about 65 dB, which is somewhat lower than achieved with conventional receivers. To those skilled in the art can achieve IMR>80dB by reducing the step size by about 200μVC'knee. It should be clear that it can be done.
この値は現存する従来方式の800 M Hz受信機のほとんどと同程度であ゛ る。This value is comparable to most of the existing conventional 800 MHz receivers. Ru.
今度は第3図を参照すると、本発明の実施に適合できるディジタル・ゼロIFi 択部(DZISS>がブロック図の形で描かれている。ディジタル・ゼロIF選 択部は第2図のフロントエンド回路200と第1図のバンクエンドDSP120 との間に配設されており、フロントエンド200が出力する変調ディジタルRF 信号をバックエンドDSP120が処理するベースバンド信号に変換するように 動作する。DZISS300は同相ミキサ304、直角位相ミキサ306、ディ ジタル直角局部発振器(LO)302(同相LO信@309と直角位相LO倍信 号11とを発生する)、2つの「高速」ディジタル低域フィルタ308と310 .2つの1低速」ディジタル低域フィルタ312と313、およびクロック源( 図示せず)を具備している。Referring now to FIG. 3, a digital zero IFi compatible with the implementation of the present invention The selection section (DZISS> is drawn in the form of a block diagram.Digital zero IF selection The selection section includes the front end circuit 200 in FIG. 2 and the bank end DSP 120 in FIG. and the modulated digital RF output from the front end 200. to convert the signal into a baseband signal that is processed by the backend DSP 120. Operate. The DZISS300 has an in-phase mixer 304, a quadrature mixer 306, and a digital Digital quadrature local oscillator (LO) 302 (in-phase LO signal @309 and quadrature LO double signal) 11), two "fast" digital low-pass filters 308 and 310 .. Two low-speed digital low-pass filters 312 and 313 and a clock source ( (not shown).
本発明の実施例によれば同じディジタル情報が人力ポート303と307とでそ れぞれ同÷目ミキサ304と直角位相ミキサ306とに加えられる。一般に、ポ ート303と307とは単一の線路ではなく、多数ビット(たとえば、10また は12ビツト)ディジタルワードを表わす複数の線路である。与えられた用途に 使用されるディジタルワードの実際の長さは、必要な分解能、必要なダイナミッ クレンジ、および受信RF信号をサンプリングする周波数を含む多数の要因によ って変る。たとえば、12ビツトのワード長は、20 M HZでサンプルされ た典型的な無線信号を受信する際に受入れ可能な性能を示すと考えられる。According to an embodiment of the present invention, the same digital information is shared between human ports 303 and 307. They are added to a phase mixer 304 and a quadrature mixer 306, respectively. In general, The ports 303 and 307 are not single lines, but rather multiple bits (e.g., 10 or are a plurality of lines representing digital words (12 bits). for a given purpose The actual length of the digital word used depends on the required resolution, required dynamics, Depends on a number of factors, including the cleanliness and frequency at which the received RF signal is sampled. It changes. For example, a word length of 12 bits is sampled at 20 MHz. It is believed to exhibit acceptable performance in receiving typical wireless signals.
ミキサ304と306とはそれぞれ第2の入力直角LO線309と311とを備 えている。上記のAD出力信号の場合のように、LO低信号1本だけの接続では なく、位相が90’離れている(すなわち、正弦および余弦波形の)、複数ビッ トの離散的時間を表わす信号である。ミキサ304と306とはA/D入カフカ ワード0ワードとの算術乗算を行い、ミキサ304および306の出力ボートか らそれぞれディジタル低域フィルタ308および310の入力ボートに加えられ る出力ワードを形成するように結果を丸める。LOとミキサ゛との出力信号のデ ィジタルワード長は受入れ可能な雑音性能を1りるように選択することができる 。ディジタル・ワードが長くなるにつれて、信号を表わすのにより多くの量子化 レベルを利用できるようになる。Mixers 304 and 306 have second input right angle LO lines 309 and 311, respectively. It is growing. If only one LO low signal is connected, as in the case of the AD output signal above, (i.e., sine and cosine waveforms) with multiple bits separated by 90' in phase. It is a signal representing a discrete time period. Mixers 304 and 306 are Kafka with A/D input. Performs arithmetic multiplication with word 0 and outputs the output ports of mixers 304 and 306. are applied to the input ports of digital low-pass filters 308 and 310, respectively. Round the result to form the output word. Determination of output signals from LO and mixer The digital word length can be selected to provide acceptable noise performance. . The longer the digital word, the more quantization it takes to represent the signal. level will be available.
当業者に)はよく理解できるとおり、量子化増分を小さくづれば雑音性能が改善 される。上述の直角混合プロセスはアナログ「ゼロIFJ市るいは直接変換受信 機で行なわれるものと似ている。しかしながら、真に線形のディジタル乗算器を 使用すれば、アナログ直接変換の場合に生ずる、不要信号のDCへの2次混合、 および他の望ましくない効果が排除される。As is well understood by those skilled in the art, smaller quantization increments improve noise performance. be done. The quadrature mixing process described above can be used for analog ``zero IFJ'' or direct conversion reception. Similar to what is done on a machine. However, a truly linear digital multiplier If used, the secondary mixing of unwanted signals to DC, which occurs in the case of analog direct conversion, and other undesirable effects are eliminated.
乗算器304と306とが行う直角混合は所要の信号をほぼOHzの中心周波数 に周波数変換するように動き、この場合周波数変換の量はチャンネル周波数制御 器305で決めることができる。次いで得られる直角信号は低域ろ波されて帯域 外雑音と不要信号とを除去する。本発明の好ましい実施例では、この選択は2段 階で行われる。最初の段階は高速反復ディジタル・フィルタ部308と310と で形成される。ディジタルフィルタ308と310とは構造が同一であり、反復 フィルタ・トポロジーから形成することができるが、これについては以下にさら に詳細に説明することにする。残りの)言訳はそれぞれ「よりおそい」反復フィ ルタ312および313で行われる。このような構成の選定については以下でよ り詳細に説明する。ろ波プロセスに続き、ディジタル信号はさらに処理のためパ ックエンドDSP120に出力される。The quadrature mixing performed by multipliers 304 and 306 converts the desired signal to a center frequency of approximately OHz. In this case, the amount of frequency conversion is controlled by the channel frequency control. This can be determined using the device 305. The resulting quadrature signal is then low-pass filtered to Remove external noise and unnecessary signals. In a preferred embodiment of the invention, this selection is done in two stages. It takes place on the floor. The first stage consists of fast iterative digital filter sections 308 and 310. is formed. Digital filters 308 and 310 are identical in structure and repeat can be formed from a filter topology, which is discussed further below. I will explain it in detail below. each of the remaining) translations is a ``slower'' iteration This is done by routers 312 and 313. See below for information on choosing such a configuration. This will be explained in detail. Following the filtering process, the digital signal is passed through the filter for further processing. output to the backend DSP 120.
第4a図は第3図に関連して述べたディジタル発振器の概要ブロック図である。FIG. 4a is a schematic block diagram of the digital oscillator described in connection with FIG.
直角発振器の機能は直角混合プロセスで利用される余弦および正弦波形のディジ タル化され、サンプルされた形を作り出すことであることを想起しよう。The function of a quadrature oscillator is to digitize the cosine and sine waveforms used in the quadrature mixing process. Let us recall that it is the creation of a talized and sampled form.
ディジタル・ゼロIFi択部の実現はこれら波形の正確、安定なディジタル表現 を発生する能力にかかつている。本発明の要件に特に適している等級のディジタ ル発(辰器はROM(固定記憶装置)ルックアップの概念に基いて実現される。The digital zero IFi selection section realizes accurate and stable digital representation of these waveforms. It depends on the ability to generate. A grade of digitizer particularly suited to the requirements of the invention The system is implemented based on the concept of ROM (Persistent Memory) lookup.
複素正弦波 W(1)−ej27′CfC1 のサンプルを有するディジタル信号の発生を考える。ここでf。は所要の発振器 周波数である。complex sine wave W(1)-ej27'CfC1 Consider the generation of a digital signal with samples of . Here f. is the required oscillator It is the frequency.
従来の通信理論によれば ej27Tf1=cos l f を十jsin 2x fotc このようにして所要の余弦および正弦波形を複素正弦波形の、それぞれ実数部お よび虚数部と兄倣すことができる。According to traditional communication theory ej27Tf1=cos l f 10jsin 2x fotc In this way, the desired cosine and sine waveforms can be converted to the real part and the complex sine waveform, respectively. and the imaginary part.
Cj27r fCtのサンプル形は連続時間変数tを離散的時間変数nTで置換 えることにより得られる。ここでnは計数整数(1,’2.3・・・)であり、 Tはリンブリング周期で1/fS−1/サンプリング速さに等しい。この離散的 時間信号はしたがって w(n) −ej27cfc ”T) と等価である。Cj27r Sample form of fCt replaces continuous time variable t with discrete time variable nT It can be obtained by Here, n is a counting integer (1, '2.3...), T is the rimbling period and is equal to 1/fS-1/sampling rate. This discrete The time signal is therefore w(n)-ej27cfc”T) is equivalent to
この信号を発生するROMルックアップ法は周波数変数foの他に時間変数をも 割数的にすることから得られる。The ROM lookup method for generating this signal uses a time variable in addition to the frequency variable fo. It can be obtained by making it divisible.
f =kf /2N(ただしkとNとは整数である)とすれS ば、 生すればよいことがわかる。これらの値を発生する1つの方法は、直接ROMル ックアップと呼ばれるが、基本的には2N対の値(余弦および正弦)を含んでい るROM表を使用することから成り、この表に整数nk(位相に比例)を含んで いるレジスタによりアドレスする。位相レジスタは各サンプル時間(nに対応) に値k(所要の周波数f。Let f = kf / 2N (k and N are integers), then S Ba, It turns out that all you have to do is survive. One way to generate these values is through direct ROM programming. Although it is called backup, it basically contains 2N pairs of values (cosine and sine). consists of using a ROM table containing an integer nk (proportional to the phase). address by the register in which it is located. The phase register corresponds to each sample time (n) to the value k (desired frequency f.
に対応)だけ増すことにより増値される。得られる周波数分解能は△f=f / 2Nであり、ここで2N([Bの個別の周波数を発生することができる。). The frequency resolution obtained is △f=f/ 2N, where 2N([B individual frequencies can be generated).
用途により、直接ROMルックアップ法には多量のRONlを使用することがあ る。ROMの大きさは余弦および正弦波形の対称性を活用していく分減らすこと ができる。このような性質により表の記述項の数を2N対から2N/8対に減ら すことができる。この減少によってもROMの大きさけまだ大きすぎることがあ る。このような場合には、因数分解(Factored)ROMルックアップと 呼ばれる技法を採用してさらにROMの大きさを減らずことかできる。Depending on the application, the direct ROM lookup method may use large amounts of RONl. Ru. The size of the ROM can be reduced somewhat by taking advantage of the symmetry of the cosine and sine waveforms. Can be done. Due to this property, the number of entries in the table can be reduced from 2N pairs to 2N/8 pairs. can be done. Even with this reduction, the ROM size may still be too large. Ru. In such cases, factored ROM lookup and This can be achieved without reducing the size of the ROM by employing a technique called ROM.
本発明のディジタル局部発振器400は単位の大きさのフエーザーは「粗」フエ ーザーと1精」フエーザーという複累積に分解することができるという事実を利 用する因数分解ROMルックアップ法を使用している。このように、単位の大き ざのフエーザーejφは信号をejφc −e jφfに分割して表わすことが できる。したがって、単位の大きざのフエーザーは別々の粗値フエーザーと積値 フエーザーとをROMに格納することによって実現することができる。この2つ のフエーザーは共に掛は合わされて直角混合に必要な離散的時間正弦および余弦 の値を生ずる。この回数分解の利点は粗値および積値のフエーザーを格納するの に必要なROMの母を直接RON、1ルツクアツプ法の場合から大幅に減少でき るということCある。このROMの大きさの減少に対して支払われる費用は粗お よび精フエーザーの複素乗算を行う回路を取入れるものである。一般に、複素数 の乗算は4個の乗算器と2個の加算器とで実現することができる。積値フエーザ ーを正しく選択し、小さな角の余弦は1で近似することができるということを想 起して、余弦積値フエーザー用ROMを削除することができる。さらに、小角の 余弦値を1と近似して、複素乗積を発生づ゛るのに必要な乗算構造から2個の乗 算器を排除することができる。この結果、回数分解ROM構成において費用と大 ぎざとが節約される。The digital local oscillator 400 of the present invention uses a unit-sized phasor as a "coarse" phasor. We take advantage of the fact that it can be decomposed into multiple accumulations: phasor and phasor. A factorized ROM lookup method is used. In this way, the unit size The phasor ejφ can be expressed by dividing the signal into ejφc − ejφf. can. Therefore, a phasor of unit magnitude is the product of a separate coarse phasor and a phasor of unit magnitude. This can be realized by storing the phasor in ROM. These two The phasors are multiplied together and combined to produce the discrete time sine and cosine required for orthogonal mixing. yields the value of . The advantage of this number decomposition is that it stores the coarse and product phasors. The amount of ROM required for direct RON can be significantly reduced compared to the one-lookup method. There is C. The cost to be paid for this ROM size reduction is roughly and a circuit that performs complex multiplication of fine phasors. In general, complex numbers The multiplication of can be realized using four multipliers and two adders. product value phasor Correctly chosen and assuming that the cosine of a small angle can be approximated by 1. The ROM for the cosine product value phasor can be deleted. In addition, small angle By approximating the cosine value to 1, we can calculate two multiplications from the multiplication structure necessary to generate a complex multiplication product. Calculators can be eliminated. As a result, the cost and cost of configuring the number resolution ROM Jagged edges are saved.
なお第4a図を参照すると、回数分解ROM法を用いて実現されたディジタル直 角局部光(辰器400がブロック図形式で描かれている。AD変換器によりサン プルされる帯域内の、所要周波数に比例するNビットの2進数で表わされた周波 数情報はチャンネル周波数ラッチ402にロードされる。チャンネル周波数ラッ チ402は多くの異なる形態で実現することができる。たとえば、N=20と仮 定してモトローラ社製の5個の縦続接続74LS175(クワッドレフリップフ ロップ)その他が受入れ可能な構成を作り出す。当業者はヂX・ンネル周波数う ッヂ402は種々の手段でロードすることができることを認めるであろう。たと えば、単一周波無線ではチャンネル周波数ラッチには単一の2進数を永久的にロ ードすることができる。複層波数無線機では、チャンネル周波数ラッチ402に E P ROMまたはROMルックアツプ表または他のマイクロプロセッサで計 算されラッチされたものからロードすることができる。In addition, referring to FIG. 4a, the digital direct Corner local light (Tatsuki 400 is drawn in block diagram form. Frequency within the band to be pulled, expressed as an N-bit binary number proportional to the desired frequency The number information is loaded into channel frequency latch 402. Channel frequency ramp 402 can be implemented in many different forms. For example, if N=20 Five cascaded Motorola 74LS175 (quadruple flip-flops) lop) create a configuration acceptable to others. Those skilled in the art will understand the It will be appreciated that the database 402 can be loaded in a variety of ways. and For example, in single frequency radios, the channel frequency latch is permanently loaded with a single binary number. can be coded. In a multilayer wave number radio, the channel frequency latch 402 Calculated by EPROM or ROM lookup table or other microprocessor. can be loaded from the calculated and latched one.
チャンネル周波数ラッチ/102の出力は2進加算器404と結合している。当 業者にはディジタル直角局部発振器400に関する次の説明において機能ブロッ ク間のすべての結合線は実際は複数ピッ1への2進ワードであって単一の結線で はないことを理解するであろう。加韓器404の出力は位相アキュムレータ40 6と結合している。位相アキュムレータ406はNビットの2進ラツチとして構 成することができ、これはアドレスされるROMの次のロケーションのアドレス をホールドするのに使用される。このようにして、位相アキュムレータ406の 出力は余弦粗値ROM418、正弦粗値ROM416、および正弦積値ROM4 14と直接結合することができる(積値余弦ROMは、1で近似されるので不要 であることを想起すること)。The output of channel frequency latch/102 is coupled to binary adder 404. Current Those skilled in the art will be aware of the functional blocks in the following description of digital quadrature local oscillator 400. All bond lines between tracks are actually binary words to multiple pins and are a single connection. You will understand that there is no such thing. The output of the Korean device 404 is the phase accumulator 40 It is combined with 6. Phase accumulator 406 is configured as an N-bit binary latch. This is the address of the next location in the ROM to be addressed. used to hold. In this way, the phase accumulator 406 Outputs are cosine coarse value ROM418, sine coarse value ROM416, and sine product value ROM4 14 (the product value cosine ROM is approximated by 1, so it is not necessary) ).
さらに、位相アキュムレータ406の出力は加算器404に送り返されてチャン ネル周波数ラッチ402にあるチャンネル周波数情報を表わv2進数にカロえら れる(モジュロ2N>。位相アキュムレータ406の出力はクロックパルスごと に1回更新される。クロックパルスは一般にサンプリング周波数である。この2 進加算の結果位相アキュムレータ406は最後のアドレスとチャンネル周波数ラ ッチに入っている2進ベクトルとの2進和(位相に比例)を保持していることに なる。この数は直角局部発振器の信号cos 2πf nTと5ir12πfo nTとを作り出すのに必要な次のアドレスを示している。Additionally, the output of phase accumulator 406 is sent back to adder 404 to channel The channel frequency information in the channel frequency latch 402 is expressed as a binary number. (modulo 2N>.The output of the phase accumulator 406 is It is updated once. Clock pulses are generally at the sampling frequency. This 2 As a result of the base addition, phase accumulator 406 stores the last address and channel frequency ratio. The binary sum (proportional to the phase) of the binary vector in the switch is held. Become. This number is the quadrature local oscillator signal cos 2πf nT and 5ir12πfo It shows the next address necessary to create nT.
好ましい実施例では、ROMの大きさは、ディジタル・ディザ信号を位相アキュ ムレータ406の出力に加え、結果をROM表にアドレスする前に切り縮めるこ とにより、減らすことができ、あるいは同等に、周波数の分解能をROMの大ぎ さを増やさずに向上することができる。局部発振器の周波数分解能は位相アキュ ムレータのデータ径路幅(N>と必要なザンプリング速度f8とで規定される。In the preferred embodiment, the ROM is sized to convert the digital dither signal into a phase accumulator. In addition to the output of mulrator 406, the result can be truncated before being addressed to the ROM table. or equivalently, the frequency resolution can be reduced by increasing the size of the ROM. It can be improved without increasing the quality. The frequency resolution of the local oscillator is It is defined by the data path width of the mulrator (N>) and the required sampling speed f8.
周波数分解能を増す最も率直な方法はざらに多くのビットを位相アキュムレータ に加え、ROM表の大ぎざを大ぎくすることである。ただし、これはROMの大 きざを位相アキュムレータに加えるビットごとに2倍にしなければならないから 解決法としては高価となる可能性がある。他のオプションはビットを位相アキュ ムレータに加えるがROMルックアップを行う前に付加的なビットを切捨てるこ とである。これは位相をはげしく丸め、局部発振器の出力にスパーを生ずること になる。このスパーを回避するためには低レベルのディザ信号を切捨て前にアキ ュムレータ出力に加える。The most straightforward way to increase frequency resolution is to add significantly more bits to the phase accumulator. In addition to this, the dents in the ROM table should be made too large. However, this is the size of the ROM. Because the increments must be doubled for each bit added to the phase accumulator. The solution can be expensive. Other options set the bits to phase add to the mulrator but truncate additional bits before doing the ROM lookup. That is. This can severely round the phase and create spurs in the local oscillator output. become. To avoid this spur, the low-level dither signal must be cleared before truncating. added to the emulator output.
本発明の原理によれば、2進ディザ信号を切捨て前に位相アキュムレータ406 の出力に加えることにより、ROMの大きさを大きくすることなく、出力にスパ ーを導入することなく、ディジタル発振器の周波数分解能を高めることができる 。これを行うため、ディジタル発振器400に幅Lビットの、一様確率密度の擬 似ランダム「ホワイトノイズ」信号を発生するLピッミル・ディザ源408がム 2けられている。ディザ源408は位相アキュムレータ4067J)らの位相ワ ード出力ごとに新しいしピッ1へ・ディザ・ワードを発生するようにサンプリン グ周波数f、てクロックされている。Nビット・ディザ・ワードはディザ源40 8からのLビット・ディザ・ワード出力にゼロとなるM=N−Lを付加すること により形成される。この複合Nビット・ディザ信号はNビット2進加算器410 により、モジュロ2Nで、位相アキュムレータ406のNビット出力に加えられ る。加算器410の和出力は次にMビットに切捨てられる(切捨ては図示せず) 。実際上はこの切捨てプロセスは単にディジタル加算器410の出力に発生する 最下位ピッ1〜を無視することにより達成される。切捨て操作自身はROMの大 ぎさが小さくなったことを考慮する。In accordance with the principles of the present invention, the binary dither signal is By adding it to the output of It is possible to increase the frequency resolution of digital oscillators without introducing . To do this, the digital oscillator 400 is supplied with a uniform probability density pseudo of L bits wide. The L-pimil dither source 408, which generates a quasi-random "white noise" signal, is I'm getting 2 digits. The dither source 408 is a phase accumulator 4067J). sample to generate a new dither word for each code output. clocked at a clock frequency f. N-bit dither word is dither source 40 Adding M=N-L to zero to the L-bit dither word output from 8 formed by. This composite N-bit dither signal is applied to an N-bit binary adder 410. is added to the N-bit output of phase accumulator 406, modulo 2N. Ru. The sum output of adder 410 is then truncated to M bits (truncation not shown) . In practice, this truncation process simply occurs at the output of digital adder 410. This is achieved by ignoring the lowest digits. The truncation operation itself is ROM-sized. Take into account that the intensity has decreased.
2進位相ワードを量子化しあるいは切捨てれば発生する正弦または余弦波形に歪 あるいは雑音が生ずる。位相は周期関数(鋸波)であるから、量子化により生ず る雑音も、いく分不規則になっている他は周期的でおる。周期雑音は発振器の出 カスベクトル中に離散的「スパー」を生じ、これはそのレベルがあるしきい値を 超す場合はほとんどの用途において望ましくないものである。位相足子化の前に ディザ信号を加えると位相雑音が不規則になり、出力にもっと望ましいホワイト ノイズ・スペクトルが生ずる。2進位相ワードはNビットの2進ワードで表わさ れる。ディザ信号はLビットの凝似ランダム2進ワードから構成され、このワー ドはNビットの位相ワードに加算される。このプロセスから2進ワ一ドN=L+ Mビットが生ずる。この2進ワードは次にMピッ]・の2進位相ワードに切捨て られるが、これには上述のスプリアス信号が比較的少ない。Quantizing or truncating a binary phase word distorts the resulting sine or cosine waveform. Or noise is generated. Since the phase is a periodic function (sawtooth), it is not caused by quantization. The noise is also periodic, with some irregularities. Periodic noise is the output of the oscillator. This creates discrete "spurs" in the dregs vector whose level is below a certain threshold. Exceeding this is undesirable in most applications. Before phase addition Adding a dither signal makes the phase noise irregular, making the output more desirable white. A noise spectrum results. A binary phase word is represented by an N-bit binary word. It will be done. The dither signal consists of L bits of pseudo-random binary words; is added to an N-bit phase word. From this process the binary word N=L+ M bits result. This binary word is then truncated to a binary phase word of M pi]. However, it is relatively free of the spurious signals mentioned above.
発振器の出力雑音に及ぼす位相母子化の影響は次の解析により示すことができる 。所要の発振器出力は次の方程式で記述される。The effect of phase matrixing on the oscillator output noise can be shown by the following analysis. . The required oscillator output is described by the following equation:
w(n) −8j27U fonT= 。jφ(n)位相角を誤差B(n)で量 子化すれば、実際の出力は次のように記)ボされる。w(n) −8j27U fonT=. jφ(n) phase angle with error B(n) If you make it a child, the actual output will be written as follows.
導入される誤差は ♂(n>が非常に小さい(<<1)当該の場合には、ej’e(n)は1+jc )(n)で近似フることができ、したがって E (n)のスペクトルは簡単に位相量子化雑音さくn)のスペクトルの周波数 変換(およびjによる重要でないスケーリング)として見ることができる。この ように、e (n)がランダムまたは「ホワイト」である場合には、E(0)も そのようになる。さらに、F (n)のべきがδ(n)のべきに等しく、位相雑 音により発生した出力雑音レベルを容易に推定づ゛ることかできる。The error introduced is ♂(n> is very small (<<1) In that case, ej’e(n) is 1+jc )(n), so The spectrum of E(n) is simply the frequency of the spectrum of phase quantization noise n) can be viewed as a transformation (and insignificant scaling by j). this , if e(n) is random or "white", then E(0) is also That's how it will be. Furthermore, the power of F(n) is equal to the power of δ(n), and the phase noise The output noise level generated by sound can be easily estimated.
ディザ信号のパワーレベルの選択には雑音ホワイト化効果と出力雑音パワーレベ ルとの間の妥協が入って来る。ディザのパワーが増す(ディザ信号中のビットの 数りを大きくすることにより)にしたがい、雑音は一層白くなるが、位相雑音全 体のパワーも同様に大きくなる。ディザ信号が一様な確率畜度を示す場合には、 L = N’ −Mを選択すれば、これは位相量子化雑音を完全にホワイトにす るに必要な最小のディザ信号であるから、好ましいレベルのディザ・パワーを生 ずることがわかる。したがって、好ましい実施例では、ディザ・ビットの数りは 切捨てプロセスで捨てたビットの数に等()い。一様確率畜度以外のディザ信号 を利用できることにも注意すべきである。ただし、一様密度は最も容易に発生さ れるので望ましい。L = N −Mの場合、位相雑音の変化(パワー)はディ ザ信号の等側位相変化の2倍に等しい。Nとf、とから決まる望ましい周波数分 解能を向えると、LとN1、およびしたがって必要なROMの大きさは発振器出 力におけるホワイトノイズの許容レベルによって決まる。The selection of the power level of the dither signal is based on the noise whitening effect and the output noise power level. A compromise between the two will come into play. Increases dither power (more bits in dither signal) (by increasing the number), the noise becomes whiter, but the total phase noise The power of the body increases as well. If the dither signal exhibits a uniform probability probability, then If we choose L = N' - M, this will completely whiten the phase quantization noise. This is the minimum dither signal needed to produce the desired level of dither power. I know how to cheat. Therefore, in the preferred embodiment, the number of dither bits is Equal to the number of bits discarded in the truncation process (). Dither signal other than uniform probability accuracy It should also be noted that . However, uniform density is the most easily This is desirable because it allows When L = N - M, the change in phase noise (power) is equal to twice the isolateral phase change of the signal. Desired frequency determined from N and f For resolution, L and N1, and therefore the required ROM size, are determined by the oscillator output. Depends on the acceptable level of white noise in the power.
例として、f、−20MH7,N−20ビツトの場合、周波数分解能は19.0 7H2である。ディザ無しでM−17ビツトに切捨て(ROMの大きさを1/8 に小ざく)すると発振器出力にスパーが生じ、これは1つの特定の周波数に対し て所要信号のレベルより98dB低い。切捨て前に3ピツ]・のディザ信号を加 えると誤差信号か白くなり、スパーが除去される。本発明の原理によれば、ディ ジタル光振器の周波数分解能は、与えられたレベルの出力雑音に対して、単にも つと多くのビットを周波数ラッチと位相ラッチ、およびディザ信号に加えること により、ばく然と大きくなる可能性がある。Mによって決まるROMの大ぎさは 変らない。切捨て後残っているMビットの2進ワードは、その出力がROM41 8.416おにび414に結合しているROMアドレス・ラッチ412と結合し ている。アドレスを受信すると、ROM418.416および414は受信アド レスに存在しているディジタル2進ワードをそのそれぞれの出力ポートに出力す る。次にディジタル直角信号が3つの2進数から算術的に発生する。For example, in the case of f, -20MH7, N-20 bits, the frequency resolution is 19.0 It is 7H2. Truncated to M-17 bits without dithering (ROM size reduced to 1/8 This results in a spur in the oscillator output, which is generated for one particular frequency. is 98 dB lower than the desired signal level. Add a dither signal of 3 bits before truncation. When the error signal increases, the error signal turns white and the spur is removed. According to the principles of the invention, the The frequency resolution of a digital optical oscillator is simply Adding more bits to frequency and phase latches and dither signals This may result in an unexpected increase in size. The size of the ROM determined by M is It doesn't change. The M-bit binary word remaining after truncation has its output stored in ROM41. 8.416 Combined with ROM address latch 412 connected to Onibi 414 ing. Upon receiving the address, ROMs 418, 416 and 414 outputs the digital binary words present in the address to its respective output port. Ru. A digital quadrature signal is then generated arithmetically from the three binary numbers.
先に述べたように、ROM416.1よび418の出力信号は粗位相の余弦およ び正弦に比例する2進数である。ROM414の出力信号は精位相の正弦に比例 する2進数である。精余弦近似の誤差を最小にするためには、使用する精位相値 は正軸のまわりに集中する値でめる。ROMアドレス・ラッチ412の出力はM Cビットの粗アドレスとMfビットの精アドレスに分割されているMビットの数 であり、ここでM=Mc+N4fである。粗位相は2π(Po十に対応する整数 である。精位相は2πcpf−2N4f −1)/2N4であり、PfはN4f ビツトの精アドレスに対応する整数である。たとえば、N’lc =10. M f =7であれば、ROM表の記述項は下の第1表および第2表に示すように構 成される。As mentioned earlier, the output signals of ROMs 416.1 and 418 are the cosine and is a binary number proportional to sine and sine. The output signal of ROM414 is proportional to the sine of the fine phase. It is a binary number. To minimize the error of the fine cosine approximation, use the fine phase value is determined by values concentrated around the positive axis. The output of ROM address latch 412 is M Number of M bits divided into C bit coarse address and Mf bit fine address , where M=Mc+N4f. The coarse phase is 2π (an integer corresponding to Po It is. The fine phase is 2πcpf-2N4f-1)/2N4, and Pf is N4f It is an integer corresponding to the precise address of bits. For example, N'lc = 10. M If f = 7, the entries in the ROM table are structured as shown in Tables 1 and 2 below. will be accomplished.
第1表 余弦波形(すなわち、複素波形の実数成分)を発生するには、正位相(lIIR OM418と正弦積(ilOM414との出力を最初に乗算器426で田・け合 せる。東暉″!426の出力を加算回路440に送り、ここでこれを余弦粗細R OM416の出力から差引く(2の補数形)。この演篩プ[]セスから余弦値が 得られ、これはボーl〜441に出力され、第3図の直角ミキ9304に結合さ れる。ディジタル直角LOの正弦値を発生するには余弦粗細ROM416と正弦 積値ROM414との出力を乗r3器428で!i)【プ合せる。Table 1 To generate a cosine waveform (i.e., the real component of a complex waveform), the positive phase (lIIR The output of OM418 and sine product (ilOM414 is first multiplied by multiplier 426) let The output of Toki''!426 is sent to the adder circuit 440, where it is added to the cosine coarse R Subtract from the output of OM416 (two's complement form). From this sieve, the cosine value is This is output to the ball l~441 and connected to the right angle mixer 9304 in Figure 3. It will be done. To generate the sine value of digital right angle LO, use cosine coarse ROM416 and sine The output from the product value ROM 414 is multiplied by the r3 generator 428! i) [Put together.
乗算器428の出力は加算回路442に送られ、ここで正位相(iIROM41 8の出力と加算される。加σ回路442は接続443を経由して離散的時間正弦 値ディジタル・ワードを出力するが、これは第3図の直角ミキサ306に結合さ れる。1)たがって、正弦および余弦信号の離散的時間値は紳術的に計鐸される ので、最小限のROMスペースを用いて完全な90’の位相制御が達成される。The output of the multiplier 428 is sent to an adder circuit 442, where the positive phase (iIROM41 It is added to the output of 8. Addition σ circuit 442 connects discrete time sine via connection 443. outputs a value digital word, which is coupled to quadrature mixer 306 in FIG. It will be done. 1) Therefore, the discrete time values of the sine and cosine signals are measured in a sensible manner. Thus, full 90' phase control is achieved using minimal ROM space.
ラッチ420.422.424.434.6よび438はディジタル兄振器の高 速動作を容易にするパイプライン構成となる。遅れ430と436とは各種信号 径路の遅れを等化するために設けられている。Latches 420.422.424.434.6 and 438 are the high It has a pipeline configuration that facilitates high-speed operation. Delays 430 and 436 are various signals Provided to equalize path delays.
回数分解ROM LOは受入れ可能な周波数分解能を維持しながらROMのエリ アを減少させる。たとえば、20MH7で動作するディジタル直角LOを実現す るには、粗値ROM416.418を各々1024X16のROMで構成するこ とができ、昂値正弦RO!vM14を128X8のROMT:構成することがで きる。これからほぼ34,000ヒツトのROMを使用して約20H7の周波数 分解能が得られる。回数分解ROMの構成は、位相アキコムレータを除【ブば、 フィードバック的に接続されている回路が無いから高サンプリング速度の動作に は望ましい。これによってLO回路の残り(特に乗暉器426と428で、これ は速度の主な隘路になっている)をパイプラインにして非常な高速動作を達成す ることができる。パイプライン構成は、当業者には良く理解できるとあり、乗算 器白身の中のような一定の臨界点にラッチを導入することがら成っている。した がって、回数分解ROM LOは所定周波82を示′?f離散的時間ディジタル 直角信号を出ノノツるものと記すことができる。Frequency-resolved ROM LO is a ROM that maintains acceptable frequency resolution. decrease a. For example, to realize a digital right-angle LO operating at 20MH7. In order to It is possible to obtain the pleasure value sine RO! vM14 can be configured with 128x8 ROMT: Wear. From now on, using approximately 34,000 ROMs, the frequency will be approximately 20H7. Resolution can be obtained. The configuration of the number-resolving ROM is as follows, excluding the phase combinator. There is no feedback circuit, so it can operate at high sampling speeds. is desirable. This allows the rest of the LO circuit (particularly multipliers 426 and 428 to is the main speed bottleneck) to achieve very high speed operation. can be done. The pipeline configuration is well understood by those skilled in the art, and the multiplication It consists of introducing a latch at a certain critical point, such as inside the white meat. did Therefore, the number resolution ROM LO indicates the predetermined frequency 82'? f discrete time digital A quadrature signal can be written as an outgoing signal.
本発明の装置と組合せて使用するのに好適なディジタル加算器は幾つかの74L 3181型4ビツト演綽論理ユニツト装置を並列に接続して構成された形式のも のである。Digital adders suitable for use in conjunction with the apparatus of the present invention include several 74L A type configured by connecting 3181 type 4-bit logic unit devices in parallel. It is.
これらの装置はアリシナ州85036、フェニックス、私囚箱2092、モトロ ーラ社から入手できる「モ1−〇−ラ・ショットキTTLデータブック」と題1 ゛るデータ・マニアルに示され説明されている。ROM418.416および4 14は、カリフォルニア州94088、→ノニーベール、イースト・アーギュズ ・アベニュー811、私び1箱3409、シダネティクス・コーポレーションか ら入手でき且つ「シグネティクス・バイポーラメモリ・データ・マニアルJ ( 1984年)に記されている82L3181のような既知のROMB置により形 成することができる。両乗鐸器426と1428とIよ、たとえば、カリフ4ル ニア州9203B、ラホラ、私書箱2472、ティーアールグブリコ・インコー ホレーテッドのディーアールグブリュ電子部品グループが製造しているMPYO I6Kにより実現することができる。These devices are located at Motro, Private Box 2092, Phoenix, AL 85036. Titled ``Mo1-0-La Schottky TTL Data Book'' available from La Co., Ltd.1 The information is shown and explained in the Data Manual. ROM418.416 and 4 14, California 94088 → Nonnyvale, East Argus ・Avenue 811, 1 Box 3409, Cidanetics Corporation "Signetics Bipolar Memory Data Manual J ( 82L3181 described in 1984). can be achieved. 426 and 1428 and I, for example, Caliph 4 T.R. Gubrico Inc., PO Box 2472, La Jolla, Nia 9203B MPYO manufactured by Holated's D.R.Grebru electronics group This can be realized by I6K.
必要な粗値ROMの量は余弦および正弦波形の対称性を活用し、これによりフエ ーザ一単位円の第1の8分円(すなわち、最初の45°)に存在する単位の大き ざのフェーザーの値だけを格納することによってさらに減らすことができる。当 業者は単位の大きさのフェーザーは360°を通じて回転する正弦あるいは余弦 の値を表わすことをL2めるで必ろう。正弦波形の対称的性格のため、単位円の 第1の8分円上の余弦および正弦の波形の値は他の8分円上の波形の値と同じで ある。ただし、符号が変り役割が逆になる(Tなわち、正弦が余弦になり、また その逆)ことがある。したがって、必要な唯一の桁値フエーザーは、どの8分円 に現在フエーザーが存在するかのインジケータがあり、現在の8分円にしたがっ て粗余弦ROM416と粗正弦ROM418との出力を否定しくすなわち符号を 変え)および/または交換する回路があれば、第1の8分円にあるものである。The amount of coarse value ROM required takes advantage of the symmetry of the cosine and sine waveforms, which The size of the unit in the first octant (i.e., the first 45°) of the unit circle can be further reduced by storing only the value of the phasor at the moment. Current The manufacturer believes that a unit-sized phasor is a sine or cosine that rotates through 360°. It is necessary to define L2 to represent the value of . Due to the symmetrical nature of the sine waveform, the unit circle The values of the cosine and sine waveforms on the first octant are the same as the values of the waveforms on the other octants. be. However, the sign changes and the roles are reversed (T, that is, sine becomes cosine, and The opposite is true). Therefore, the only place-valued phasor needed is which octant has an indicator of whether a phasor is currently present, according to the current octant. The outputs of the coarse cosine ROM 416 and coarse sine ROM 418 are made negative, that is, the sign is changed. Any circuits to be replaced) and/or replaced are those in the first octant.
8分円インジケータはROMアドレスの3つの2進ピツl〜を用いて容易に作る ことができる。たとえば、3つの最上位ビット(MSB)を8分円(octan eヲ示スノに使用することができ、残りのビットを桁値フエーザーのためROM をアドレスするのに使用することができる。The octant indicator is easily created using the three binary bits of the ROM address. be able to. For example, the three most significant bits (MSBs) are The remaining bits can be used to display the data and the remaining bits can be stored in ROM for the digit value phaser. can be used to address.
第4b図は本発明のディジタル発振器と適合する形式のディジタル・ディザ発生 器の例の概要図である。ディジタル・γイザ信号は幾つかの既知の擬似ランダム ・シーケンス発生技術のいずれかを用いて発生することができる。ある形式のデ ィザ、あるいは乱数発生器はRADJOELECTRONIC3AND Cf) Ml(tJNlcATIONs、 Vol、 25. No、 4. pp。Figure 4b shows a type of digital dither generation compatible with the digital oscillator of the present invention. It is a schematic diagram of an example of a container. The digital gamma iser signal has several known pseudo-random - Can be generated using any of the sequence generation techniques. some form of data The generator or random number generator is RADJOELECTRONIC3AND Cf) Ml(tJNlcATIONs, Vol, 25. No, 4. pp.
88〜90.1982年のG、 1. Donovの論文「高速乱数発生器」に 示され説明されている。88-90.G in 1982, 1. In Donov's paper "Fast Random Number Generator" shown and explained.
今度は第4b図を参照すると、本発明の実施例に有利に利用することができるフ ィードバック・シフ1〜レジスタ擬似ランダム・シーケンス発生器が回路図とし て示されている。第4b図のシーケンス発生器はLビットのディジタル・ディザ 信号を第4a図の2進加算器410に供給するのに使用される。ディザ発生器4 .08は、組続的に接続された複数のフリップフロップ464から499により 形成することができるRビットのシフトレジスタ460を備えている。本発明の 好ましい実施例では、並列3ピツ1〜のディザ信号がそれぞれフリップフロップ 478.491、および499の出力でシフトレジスタから取出される。排他的 ORゲート462への入力はフリップフロップ464.493.49B、および 499の出力に結合されている。Referring now to FIG. 4b, a frame that can be advantageously utilized in embodiments of the present invention Feedback Shift 1 ~ Register Pseudo Random Sequence Generator as Schematic is shown. The sequence generator in Figure 4b is an L-bit digital dither generator. It is used to provide a signal to binary adder 410 of Figure 4a. Dither generator 4 .. 08 by a plurality of interconnected flip-flops 464 to 499. It includes an R-bit shift register 460 that can be configured. of the present invention In the preferred embodiment, the dither signals of the parallel three bits 1 to 1 are each connected to a flip-flop. The outputs of 478, 491, and 499 are taken out from the shift register. Exclusive The inputs to OR gate 462 are flip-flops 464.493.49B and 499 output.
排他的ORゲート462の出力はフリップフロップ464の入力に結合されてい る。シフトレジスタは3ビツトの擬似ランタム・ディザ信号を発生するが、これ は第4a図の位相アキュムレータ406の出力に加えられる。本発明の実施例に おいて使用されているフリップフロップ464〜499および排他的ORゲート 462ばかりでなく他の装置も幾つかの周知の論理装置のいずれかとすることが できる。ただし、高速度TTLは特に本発明の実施例に適応している。他の論理 ファミリーを使用する構成も当業者には明らかである。第4b図のディザ発生器 は本発明のディジタル発振器と組合せて満足に動作するディジタル・ディザ発生 器の1形式の例として示しである。当業者には、ディジタル・ディザ発生器が、 切捨てから生ずる位相雑音を1ホワイト化」するため、その周期が少なくとも2 Nザンブルと長く、その確率畜度が一様であるLビットの数の1疑似ランダム・ シーケンスを行うものであれば、他の多くのディジタル・ディザ発生器も有利に 利用できることが明らかである。The output of exclusive OR gate 462 is coupled to the input of flip-flop 464. Ru. The shift register generates a 3-bit pseudo-random dither signal, which is added to the output of phase accumulator 406 in FIG. 4a. Examples of the present invention Flip-flops 464-499 and exclusive OR gates used in Not only the 462 but also other devices can be any of several well-known logic devices. can. However, high speed TTL is particularly suited to embodiments of the present invention. other logic Constructions using families will also be apparent to those skilled in the art. Dither generator of Figure 4b is a digital dither generator that operates satisfactorily in combination with the digital oscillator of the present invention. This is shown as an example of one type of vessel. Those skilled in the art will appreciate that the digital dither generator is In order to whiten the phase noise resulting from truncation by 1, the period is at least 2. 1 pseudorandom number of L bits that is long as N number and whose probability probability is uniform Many other digital dither generators are also advantageous for sequencing. It is clear that it can be used.
第3図に示したとおり、中間周波(IF)フィルタ部はAD変換器から20Mサ ンプル/秒の速さでデータを受信し、受信した信号をdc(ゼロIF周波数)と 混合し、受信した信号を低域ろ波して所要信号を抽出し、その信号を第1図のバ ックエンド120に(劇的に)低くなったたサンプリング速度で送出する。好ま しい実施例では、低域ろ波とサンプル速度の減少とは別個の動作ではなく、サン プリング速度は、不要信号(除去されない場合にはエイリアシングを起す可能性 がある〉がろ波されるにしたがい、フィルタ部間で徐々に低下する。入力サンプ リング速度(ここで記述する鈎型的な実施例ではf、−20MHz>で動作する フィルタ部は最初の部分だけである。この速度で動作する他の回路は直角局部発 振器(LO)とミキサとだ【ノである。このように、ディジタル・ゼロIFi択 部の全体の動作速度の上限を設定するのはこの高速回路である。高速動作は本発 明のディジタル受信機にとっては、フロントエンド・サンプルホールドおよびA D変換器で発生する相互変調問題を最小にし、充分広帯域の信号を受信できるよ うにするのに非常に重要である。As shown in Figure 3, the intermediate frequency (IF) filter section It receives data at a rate of samples/second and converts the received signal to dc (zero IF frequency). The received signal is low-pass filtered to extract the desired signal, and the signal is converted into the buffer shown in Figure 1. to the back end 120 at a (dramatically) lower sampling rate. Like In a new implementation, lowpass filtering and sample rate reduction are not separate operations; The pulling speed is determined by the amount of unwanted signals (which can cause aliasing if not removed). As > is filtered, it gradually decreases between filter sections. input sump operating at a ring speed (f, -20 MHz in the hook-shaped embodiment described here) The filter section is only the first part. Other circuits operating at this speed are quadrature local oscillators. It is a shaker (LO) and a mixer. In this way, digital zero IFi selection It is this high speed circuit that sets the upper limit on the overall operating speed of the section. High-speed operation is based on For modern digital receivers, front-end sample-hold and A This minimizes intermodulation problems that occur in the D converter and allows reception of sufficiently wideband signals. It is very important to make sure that
第5a図は第3図の「高速」狭帯域低域フィルタ308と310とのブロック図 である。直角局部発振器302とミキサ304および306とは非フイードバツ ク回路(主としてROMおよび乗算器)であって、パイプラインまたは他の形式 の並列構成によってその速さを高めることができる。ただし、低域フィルタ部3 08.310は反復(無限インパルス応答)フィルタとして構成されているので 、パイプライン式にしてその速さを高めることはできない。FIG. 5a is a block diagram of the "fast" narrowband low-pass filters 308 and 310 of FIG. It is. Quadrature local oscillator 302 and mixers 304 and 306 are non-feedback circuits (mainly ROMs and multipliers) in pipeline or other form Its speed can be increased by parallel configuration. However, the low-pass filter section 3 Since 08.310 is configured as an iterative (infinite impulse response) filter, , it is not possible to increase the speed by using a pipeline method.
その速さは閉じた(フィードバック)径路の周りの最大遅れによって決まる。本 発明の低域フィルタを実施する場合、この径路には2例のディジタル加算器と1 個のラッチとが含まれる。ADサンプリング速度を制限し、したがって、ディジ タル受信はの全体的性能を制限する可能性かめるのはこの径路である。この非常 な高速を達成する際の問題のため、フィルタは2つの10MHzTTLフィルタ をはさみ込むことによりRU i+された。通常サンプリング速度をもっと低く することに関連するエイリアシングの問題は不要なフィルタ極の近くにゼロを追 加することにJ二つて緩和される。Its speed is determined by the maximum delay around the closed (feedback) path. Book When implementing the low-pass filter of the invention, this path includes two digital adders and one Includes latches. Limits the AD sampling rate and therefore It is this path that has the potential to limit the overall performance of data reception. This emergency Due to problems in achieving high speeds, the filter is two 10MHz TTL filters. RU i+ was obtained by inserting the . Usually the sampling rate is lower The aliasing problem associated with adding zeros near unwanted filter poles is In addition, J2 is relieved.
第5a図の「高速」低域部546は、第5b図に示すように、2つの1/2速度 部と混合フィルタとに分解される。The "high speed" low frequency section 546 of Figure 5a has two half speeds as shown in Figure 5b. and a mixing filter.
この修正によりディジタルIF部が、そうしない場合に可能な速さの2倍で動作 することができ、本発明のディジタル受信前の性能を改善できる可能性を生づ° る。本発明の「分解式」フィルタを第3図および第5図と関連して示す。This modification allows the digital IF section to operate twice as fast as it would otherwise be possible. This gives rise to the possibility of improving the performance before digital reception of the present invention. Ru. The "resolved" filter of the present invention is illustrated in conjunction with FIGS. 3 and 5. FIG.
その他のフィルタ分解技法は、たとえばIEEETRANSACTIONS O N ACOtlSTIC3,5PEECH,At嗜D 5IGNALPROCE SSrNG、 Vol、 ASSP−24,No、2.1976年4月ノエム・ ベランガ、ジー・ボナロットおよびエム・コウドリコースの論文「多相回路網に よるディジタルろ波:サンプル速度変更とフィルタバンクへの応用」に説明され ている。Other filter decomposition techniques are available, e.g. N ACOtlSTIC3, 5PEECH, AtsushiD 5IGNALPROCE SSrNG, Vol, ASSP-24, No. 2. April 1976 Noem. Belanga, G. Bonarotto, and M. Koudrikos, “In Polyphase Networks” "Digital Filtering: Sample Rate Modification and Application to Filter Banks" ing.
混合フィルタ554は非反復フィルタで必る。この>J?合フィルタは、第8図 にさらに詳細に示しであるが、分解により導入される極を解消づるのにf、/2 (z=−1)で2つのゼロを使用している。このようなフィルタは加算器とラ ッチとだけで(ずなわら、乗算器なしで)構成プることができ、したがって追加 するハードウェアは最小限で済む。Mixing filter 554 is necessarily a non-repetitive filter. This>J? The combined filter is shown in Figure 8. As shown in more detail, f,/2 (z=-1) uses two zeros. Such a filter uses an adder and a You can just configure (without multipliers) with a switch and thus add Minimal hardware is required.
分解にはハードウェアを追加する必要があるが、2つの1/2速度回路が必要と する電力は単一の全速回路と同じである(混合フィルタの追加電力を熟視して) から、名目上消費電ツノが増えるに過ぎない(CM OS m成の場合〉。Disassembly requires additional hardware, but requires two 1/2 speed circuits. The power to do is the same as a single full speed circuit (considering the additional power of the mixing filter) Therefore, power consumption only nominally increases (in case of CM OS).
第6図はvi種の大きさで描いて分解プロセスを詳細に示したものである。特に 、第6a図1よ、入カザンプリング速度f、が20 M HZの場合に、第1の 2極部の元の構成形の応答を示したものである。第6b図は2つの10MHzの 部分から生ずる「分解」特性を・示してJ3す、第6c図は続り「混合」フィル タの応答を示している。最後に、第6d図は第6b図と第6C図との複合(Vな わら、カスケード)を示してあり、これは10Mt−(zにある「ノツチ」(こ れはf、/2にある2つのゼロから生じ、近くにある2つの極を相殺する)を除 いては、事実」−第6a図と区別することができない。FIG. 6 is drawn in vi size to show the decomposition process in detail. especially , 6a, Fig. 1, when the input Kazan springing speed f is 20 MHz, the first The response of the original configuration of the two-pole section is shown. Figure 6b shows two 10MHz Figure 6c continues to show the ``decomposition'' properties resulting from the ``mixing'' filter. This shows the data response. Finally, Figure 6d is a combination of Figures 6b and 6C (V). straw, cascade), which is 10Mt-(z). arises from the two zeros at f,/2, canceling the two nearby poles). The facts cannot be distinguished from Figure 6a.
分解フィルタは次のように表わすことかでさる。The decomposition filter can be expressed as follows.
2N。2N.
y(n)=Σy(n−i)hd(i) 十X (n)i・1 ここでXとyとはそれぞれ複’h12のフィルタ入力と出力とである(すなわち 、これらには実数部と虚数部とがある)。y(n)=Σy(ni)hd(i) 10X(n)i・1 Here, X and y are the multi-h12 filter input and output, respectively (i.e. , these have a real part and an imaginary part).
また、hdは分解フィルタの多項式係数で市り、ND=2は元の全速フィルタの 次数である。20MH2の分解フィルタはz−2(次の節に示すように)の項で 表わすことができるから、10MH2の回路を用いて実現することができる。こ の回路では hd(i)=hh(+/2)、 i偶数Oi奇数 ここでhhは元の高速係数である。Also, hd is expressed as the polynomial coefficient of the decomposition filter, and ND=2 is the original full speed filter. It is the order. The 20MH2 decomposition filter is in terms of z-2 (as shown in the next section). Therefore, it can be realized using a 10 MH2 circuit. child In the circuit of hd(i)=hh(+/2), i even number Oi odd number Here hh is the original high speed coefficient.
次にデシメーティング(10分の1を取る)フィルタは次のように表わずことが できる。Next, the decimating (taking 1/10th) filter can be expressed as follows: can.
2N。2N.
y (n)−Σ¥(n−i) hh(i/2) +x(n)i=2 ステップ2 変数iを2」に変えるとこの和は次のように簡単になる。y (n) − Σ¥ (n-i) hh (i/2) + x (n) i=2 Step 2 If we change the variable i to 2, this sum becomes simple as follows.
y(n)=Σy(n−2j)hi (j) 十X(n)j・1 この公式から、デシメーティング・フィルタの入力Xと出力yとは第5a図に示 すように、2つの流れに分解することができる。y(n)=Σy(n-2j)hi(j) 10X(n)j・1 From this formula, the input X and output y of the decimating filter are shown in Figure 5a. It can be broken down into two streams as shown below.
x’V’ (m)=x (2m+y) V(y)(m)=’! (2m+y) ただし y=mod (n、2>?/)O(0,1)上のデシメーティング・フィルタの 総和でnに2m+1を代入すると D V(n) =UV(2m−2j+1) hh (1+x(2m+y)j・1 が得られる。x'V' (m) = x (2m+y) V(y)(m)=’! (2m+y) however y=mod (n,2>?/) of the decimating filter on O(0,1) Substituting 2m+1 for n in the summation, we get D V(n) = UV (2m-2j+1) hh (1+x(2m+y)j・1 is obtained.
最後に、2つの分解デシメーティング、フィルタ(y=0.1)は次のように表 わすことができる。Finally, the two decomposition decimating, filters (y=0.1) are expressed as follows: I can do it.
j・1 所要フィルタは極z=z、を備えていると仮定すると、対応するフィルタ特性は 次のように表わすことかできる。j・1 Assuming that the desired filter has poles z=z, the corresponding filter characteristic is It can be expressed as follows.
この極が180″離れて「繰返される」場合には、次の特性が得られる。If this pole is "repeated" 180" apart, the following properties are obtained.
で示したように)それぞれが、、、Z2.=z 2を(lWiえている2つの1 /2速度フィルタに分解することができる。), respectively, Z2. =z 2 (lWi two 1s /2 speed filter.
本発明のディジタル・ゼロIFJ択部構成の低域フィルタ部は次の形式を用いて 実現されるが、これは係数aおよびbの項で書かれる。ここでb=caでおる。The low-pass filter section of the digital zero IFJ selection section configuration of the present invention uses the following format. , which is written in terms of coefficients a and b. Here b=ca.
とした場合の(※の組z、Z、”について係数は a@2d b=d2−+−q2 である。The coefficient for the pair z, Z,'' of (※) is a@2d b=d2−+−q2 It is.
であるから1/2速度フィルタの係数は全速の場合の類似により全速の場合の係 数の項でめることができる。Therefore, the coefficient of the 1/2 speed filter is the coefficient for the full speed case by analogy with the full speed case. It can be expressed in terms of numbers.
この設計を第5b図に示す。2次IIRフィルタはIEEETRANSACTI ONS ON CIRCUITS AND 5YSTEH3,Vol、CAS− 27゜N0112.1975年12月のAgarwal、 A、 C,、Bur rus C,S、の論文「非常に低感度且つ雑音が丸められた新しい反復ディジ タル・フィルタ構造」に説明されている。AgarWal とBurrusが提 案したフィルタ構造Hは本発明の目的ですべてのフィードバックループの周りで 遅れが最小になるように修正された。本発明のフィルタl1r4造を第7図に示 す。This design is shown in Figure 5b. The second order IIR filter is IEEEETRANSACTI ONS ON CIRCUITS AND 5YSTEH3, Vol, CAS- 27°N0112. December 1975 Agarwal, A, C, Bur Rus C.S.'s paper "A new repetitive digital digital signal with very low sensitivity and rounded noise" Tal filter structure”. Agarwal and Burrus proposed The proposed filter structure H is constructed around all feedback loops for the purpose of the present invention. Fixed to minimize lag. The structure of the filter l1r4 of the present invention is shown in FIG. vinegar.
ディジタル・フィルタ構造は全て基本的には同じ3つの構成要素から作り上げら れている。すなわら、加算器、乗算器、および遅れ回路(一般にラッチまたはR AM)である。ディジタル・フィルタの性能に影響する因子は全てフィルタの各 種パラメータは量子化されている、すなわち、それらはアナログ・フィルタで利 用できる無限精度ではなく有限精度を備えているという事実と関係している。デ ィジタル・フィルタの有限精度は基本的にはディジタル・フィルタの構成により 制御しなければならない3つの大きな性能効果を生ずる。All digital filter structures are basically built from the same three components. It is. namely adders, multipliers, and delay circuits (generally latches or R AM). All factors that affect the performance of digital filters are The seed parameters are quantized, i.e. they are not available in the analog filter. It has to do with the fact that it has finite precision rather than infinite precision that can be used. De The finite precision of a digital filter basically depends on the configuration of the digital filter. This results in three major performance effects that must be controlled.
係数の切捨て丸めはこれら効果の1つである。ディジタル・フィルタに現われる 常数値係数はその周波数応答を決める。これら係数を有限数のビットでディジタ ル的に表わすことができるように丸めるとフィルタの応答が永久的に予測可能に 変化する。これはアナログ・フィルタでRLCの値を変えることと類似している 。ただし、ディジタル・フィルタはアナログ・フィルタの場合のように温度変動 という損害を受けることはない。一般に、フィルタのQが高くなれば(すなわち 、サンプリング速度に比べて帯域幅が狭くなれば)、特別な構造を採用しないか ぎり、係数の丸めによって周波数応答が一層ゆがめられる。フィルタ構造を賢明 に選択することは、IFフィルタは一般に極端に帯域が狭い、すなわちQの高い フィルタであるという事実に照らして、重要な事柄で必る。Truncation rounding of coefficients is one of these effects. appears in the digital filter Constant-valued coefficients determine its frequency response. Digitize these coefficients with a finite number of bits rounding makes the response of the filter permanently predictable. Change. This is similar to changing the RLC value with an analog filter. . However, digital filters are subject to temperature fluctuations like analog filters. You will not suffer any damage. In general, the higher the Q of the filter (i.e. , if the bandwidth becomes narrow compared to the sampling rate), then why not adopt a special structure? However, the rounding of the coefficients further distorts the frequency response. Filter structure wisely The selection of IF filters is generally extremely narrow band, i.e. high Q. In light of the fact that it is a filter, it is necessary for important matters.
丸められた雑音はディジタル・フィルタで制御しなければならないもう1つの性 能特性である。ディジタル・フィルタに入るデータは有限のビット数に丸められ ており、はとんど必ずフィルタ内のある点でざらに丸めを実行しなければなない 。このような丸めの操作からディジタル・フィルタ内に誤差信号すなわち雑音信 号が発生ずる。たとえば、フィルタで使用するディジタル・ワードの長さが16 ビツトであり、係数が10ビツトで表わされているとすれば、各乗算演算によっ て25ビツトの積が生じ、これを結果がメモリに戻される前に16ビツトに丸め なければならない。Rounded noise is another property that must be controlled with digital filters. It is an ability characteristic. The data entering the digital filter is rounded to a finite number of bits. and must almost always perform coarse rounding at some point within the filter. . This rounding operation creates an error signal, or noise signal, in the digital filter. The number is generated. For example, if the length of the digital word used in the filter is 16 If the coefficient is represented by 10 bits, then each multiplication operation results in a 25-bit product, which is rounded to 16 bits before the result is returned to memory. There must be.
ディジタル・フィルタで制御しなければならない最後の大きな効果はオーバフロ ーのレベルである。データ・サンプルは有限のビット数で表わされるという事実 はフィルタ内の各ノードに関して最大許容絶対値が存在するが、これは、超過し た場合、オーバフローの現象(2の補数2進演算を利用する場合には一般にラッ プアラウンド)を生ずることを意味する。この最大許容データ値は、先に述へた 丸め雑音のレベルと結合して、フィルタのダイナミックレンジを決定する。The last major effect that must be controlled by a digital filter is overflow. level. The fact that data samples are represented by a finite number of bits There is a maximum allowed absolute value for each node in the filter, which is overflow phenomenon (generally when using two's complement binary arithmetic (poor-around). This maximum allowable data value is Combined with the level of rounding noise, it determines the dynamic range of the filter.
ディジタル・フィルタを構成するには幾つかの従来の構造を利用することができ る。率直な設計法は1次および2次の直接形フィルタの部分を所定のフィルタ次 数になるまて縦続接続することである。この方法の長所はその簡瀕さ、規則正し さ、および実際のフィルタδΩ31の容易なことである。ただし、従来の方法は 、はとんどが狭帯域フィルタを実現するには高精度のくたとえば16ビツトの) フィルタ係数表現が必要であるという事実から生ずる多くの欠点がある。このた めフィルタ部のフィードバック径路に高度に複雑な乗算(たとえば16・20ビ ツト)が必要でおる。Several conventional structures can be used to construct digital filters. Ru. A straightforward design method is to divide the first- and second-order direct form filter sections into a given filter order. It is a cascade connection until the number is reached. The advantage of this method is its simplicity and regularity. and the actual filter δΩ 31 is easy to use. However, the traditional method , most of the time, to realize a narrowband filter, a high-precision filter (for example, 16 bits) is required. There are a number of drawbacks arising from the fact that a filter coefficient representation is required. others Highly complex multiplication (for example, 16/20 bits) is applied to the feedback path of the filter section. ) is necessary.
乗算はフィルタの動作にきびしい速度と時間との制限を課す。さらに、速度論理 回路に普通に使用されるパイプライン構成はフィードバックループに利用するこ とができない。Multiplication imposes severe speed and time constraints on the operation of the filter. Additionally, speed logic Pipeline configurations commonly used in circuits can be used for feedback loops. I can't do it.
最後に、高精度、高速乗算器は莫大な量の電力を消費する。Finally, high precision, high speed multipliers consume enormous amounts of power.
今度は第7図を参照すると、ディジタル低域フィルタ部700がブロック図の形 で描かれている。DZISSに採用されているフィルタは、帯域幅が狭く且つ、 高速、ディジタル・フィルタに関するパラメータ母子化の前jホの悪効果に感度 が低くなるように最適化された反復フィルタ(すなわち、出力信号がフィルタ構 造の重要な点でフィードバックされ、スケールされ、加算される)である。第7 図の2次狭帯域低域無限インパルス応答(I IR)フィルタは第5b図の分解 「高速」低域フィルタに使用され、AD変換器の速さで動作する。この高速動作 を達成するには分解が役立つが、ハードウェアを追加する必要がある。すなわち 、2次IIR部分を1つのかわりに2つとし、その他の場合には不要な2次FI R部を追加しなければならない。Referring now to FIG. 7, the digital low-pass filter section 700 is shown in block diagram form. It is depicted in The filter used in DZISS has a narrow bandwidth and High-speed, sensitive to negative effects of parameters related to digital filters An iterative filter that is optimized to have a low (feedback, scaled, and summed at key points in the structure). 7th The second-order narrowband low-pass infinite impulse response (IIR) filter in the figure is decomposed in Figure 5b. Used for "fast" low-pass filters, operating at the speed of an AD converter. This high speed operation Disassembly helps achieve this, but requires additional hardware. i.e. , two secondary IIR parts instead of one, and an otherwise unnecessary secondary FI The R section must be added.
ディジタル低域フィルタ700は第5b図の機能ブロック550および552で 描いた機能を行う。ディジタル低域フィルタ700は4個のディジタル加算器( 2の補数)704.708.712、および716.2個のディジタル遅れすな わちラッチ710と718、および2個の2進シフタ706と714から構成さ れている。ディジタル直角層部発振器40Qの説明で先に記したように、第3図 に示した低域フィルタ308.310および312、および313の個々の結線 は複数ビットのディジタルワードであって、1本の電線ではない。Digital low pass filter 700 is implemented by functional blocks 550 and 552 in FIG. 5b. Perform the function you drew. The digital low-pass filter 700 consists of four digital adders ( two's complement) 704.708.712, and 716.2 digital delays. It consists of latches 710 and 718 and two binary shifters 706 and 714. It is. As noted earlier in the description of the digital quadrature layer oscillator 40Q, FIG. Individual connections of low-pass filters 308, 310, 312, and 313 shown in is a multi-bit digital word, not a single wire.
ディジタル・フィルタ700への入力信号はディジタル加算器704の相反転入 カフ02に加えられる。ディジタル加算器704への第2の反転入力はディジタ ル遅れ718から取られ、フィルタ回路の出カフ20からフィードバックされる 。ディジタル加算器704から得られる差(2の補数)は次にゲイン要素706 の入力に加えられる。The input signal to the digital filter 700 is the reciprocal input signal of the digital adder 704. Added to cuff 02. The second inverting input to digital adder 704 is a digital is taken from the filter circuit delay 718 and fed back from the output cuff 20 of the filter circuit. . The difference (two's complement) obtained from digital adder 704 is then added to gain element 706 added to the input.
ゲイン要素706はシフトした第1の和信号をディジタル加算器70Bの1つの 入力として与える。Gain element 706 transfers the shifted first sum signal to one of digital adders 70B. given as input.
ビットシフタ706はディジタル加算器704から出ツクされたデータワードの 全てのビットをN。ビットだ(プ右に(すなわち、最下位ビットの方へ)シフト し、2−14Cに等しい係数Cを乗算する。このビットシフトは、データ線をデ ィジタル加算器704から加算器708まで適切に径路を定めることにより実現 される。このようにして、ディジタル・フィルタ部700の高速動作が容易にな る。というのは従来の乗算回路で実現される係数乗算に存在するように、ビット シフタ706に関連して時間遅れが存在しないからである。Bit shifter 706 shifts the data word output from digital adder 704. All bits are N. bit (shift to the right (i.e., towards the least significant bit) and is multiplied by a coefficient C equal to 2-14C. This bit shift decodes the data lines. This is achieved by appropriately determining the path from the digital adder 704 to the adder 708. be done. In this way, high-speed operation of the digital filter section 700 is facilitated. Ru. This is because the bits are This is because there is no time delay associated with shifter 706.
ディジタル加算器708はシフトされた第1の和信号に遅れ710に保持されて いるディジタル加算器708の最後の出力を加算する。ざらに、ディジタル加算 器708の最後のずなわら前の出力がディジタル加算器712に加えられる。デ ィジタル加算器712への第2の反転入力はディジタル遅れ718から取られる が、これは前述のように、ディジタル・フィルタの出カフ20から取られる。デ ィジタル加算器712の結果はディジタル加算器716と結合しているビットシ フタ714に加えられる。ビットシフタ714はディジタル加算器712から出 力されるデータワードのすべてのビットを右にN8ピツ1へた(プシフトし、2 ’aに等(〕い係ネ2aを乗する。ビットシフタ714は時間遅れを受けない のでやはり高速動作を容易にする。それぞれビットシフタ706と714とに関 連するパラメータN どNaとはディジタル・フィルタ部700の周波放恣答を 制御し、前の分析で示したように、目的とする用途に適切な応答を発生づるよう に選定することかできる。ディジタル加算器716は第2のシフトされた和信号 を遅れ718に保持されている716の前の出力に加える。遅れ718の出力は ディジタル低域フィルタ部700の出力でもあり、先に加算回路704の入力に 加えられた入力信号702の帯域制限された表現を表わしている。Digital adder 708 lags the shifted first sum signal and is held at 710. The last outputs of the digital adders 708 are added together. Roughly, digital addition The last output of the circuit 708 is applied to a digital adder 712. De The second inverting input to digital adder 712 is taken from digital delay 718 However, this is taken from the digital filter output cuff 20, as described above. De The result of digital adder 712 is a bit series coupled to digital adder 716. Added to lid 714. Bit shifter 714 outputs the output from digital adder 712. Shift all bits of the input data word to the right into N8 bits 1 and 2. 'a is multiplied by 2a. Bit shifter 714 is not subject to time delay. This also facilitates high-speed operation. bit shifters 706 and 714, respectively. The associated parameter N and Na are the frequency distribution results of the digital filter section 700. control and generate the appropriate response for the intended application, as shown in the previous analysis. It is possible to select Digital adder 716 receives the second shifted sum signal is added to the previous output of 716 held in delay 718. The output of delay 718 is It is also the output of the digital low-pass filter section 700, and is first input to the adder circuit 704. A band-limited representation of the applied input signal 702 is shown.
第8図は第5b図の分解高速低域フィルタに使用される、サンプリング速度の1 /2にノツチを有する2次混合有限インパルス応答(FIR)フィルタのブロッ ク図でおる。Figure 8 shows a sampling rate of Block of a quadratic mixed finite impulse response (FIR) filter with a notch at /2 It's a diagram.
フィルタ800への入力802は第5b図に示すように、フィルタ700の出カ フ20に結合されている。第8図によれば、ディジタル・フィルタ800はそれ ぞれディジタル遅れ810と814、およびディジタル加算器812と816に 結合しているディジタルシフタ804.806、および808を具備している。The input 802 to filter 800 is connected to the output of filter 700, as shown in Figure 5b. 20. According to FIG. 8, the digital filter 800 digital delays 810 and 814 and digital adders 812 and 816, respectively. It includes coupled digital shifters 804, 806, and 808.
ディジタルシフタ804.806、および808はそれぞれゲイン1/′4.1 /2、および1/4を使用1ノで、単位円上、サンプリング周波数の1/2の所 に2つのゼロを有するフィルタを実現している。これらディジタル・フィルタは 入力802をそれぞれ2.1、および2ビツトだけ右にシフトする。このような 「ヒツト・シフト」は電線接続を適切な径路を通すことにより実現できるから、 これらゲイン動作は実際時間を消費せず、実際のハードウェアを必要としない。Digital shifters 804, 806, and 808 each have a gain of 1/'4.1. /2 and 1/4 are used at 1 node, on the unit circle, at 1/2 of the sampling frequency. A filter with two zeros is realized. These digital filters Shift input 802 to the right by 2.1 and 2 bits, respectively. like this "Human shift" can be achieved by connecting wires through appropriate routes. These gain operations do not consume any real time and do not require any real hardware.
第1の部分和はゲイン要素806のスケールされた出力を第1の入力として、遅 れ要素810から得られるゲイン要素804の前の、すなわち最後の、スケール された出力を、第2の入力として使用して加算器812で形成される。同様に、 出力818はゲイン要素808のスケールされた出力を第1の入力どして、遅れ 要素814から1■られる加算器812の前の、すなわち最後の第1の部分和を 第2の入力として使用して加算器816で形成される第2の部分和として得られ る。このフィルタの伝達関数は次のように記くことがで出力を計算するには、こ のFIRフィルタは、IIR部分での2つの加算と1つのラッチ操作と比較して 、1つの加算と1つのラッチ操作とを行うだけでよいので、FIR混合フィルタ は完全入力サンプリング速度(20MH2)で容易に動作する。別の設計では加 算器を別の制御回路を使用してもっと低いサンプリング速度で動作させることが □できる。これによりFIRフィルタを、フィルタ動作にデシメーションを組 合わせることによって、もつとゆっくりした速さで動作させることかできる。ず なわら、低いサンプリング速度で動作する後続フィルタ部により必要とされる出 力だけを計算することができる。CM OS 6m成では、消費電力は動作速度 か低くなると一般的に少なくなる。したがって、FIR混合フィルタの消費電力 はめる制御回路の経費で減らすことができる。The first partial sum is calculated using the scaled output of gain element 806 as the first input. The previous or last scale of gain element 804 obtained from gain element 810 is formed in adder 812 using the output as the second input. Similarly, Output 818 connects the scaled output of gain element 808 to the first input and delays The first partial sum before the adder 812, that is, the last one, which is 1 from the element 814, is obtained as a second partial sum formed in adder 816 using as the second input Ru. The transfer function of this filter can be written as: To calculate the output, use this: compared to two additions and one latch operation in the IIR part. , only one addition and one latch operation are required, so the FIR mixing filter easily operates at full input sampling rate (20MH2). Another design It is possible to operate the calculator at a lower sampling rate using a separate control circuit. □I can. This allows the FIR filter to incorporate decimation into the filter operation. By combining these, it is possible to operate at a slower speed. figure However, the output required by subsequent filter sections operating at low sampling rates is Only force can be calculated. In CM OS 6m configuration, power consumption depends on operating speed. It generally decreases as the temperature decreases. Therefore, the power consumption of the FIR mixing filter The cost of the control circuit to be installed can be reduced.
第3図の「高速」フィルタ308と310および「低速」低域フィルタ312と 313の間で、サンプリング速度の減少すなわちデシメーションを行うのが望ま しい。当業者には周知のとあり、可能なサンプリング速度の減少の程度は「高速 」低域フィルタが行う減衰の量によって決まる。The "fast" filters 308 and 310 and the "slow" low pass filter 312 of FIG. It is desirable to reduce the sampling rate, or decimate, between 313 and 313. Yes. As is well known to those skilled in the art, the degree of possible reduction in sampling rate is ” Determined by the amount of attenuation performed by the low-pass filter.
たとえば、20 M HZの入力サンプリング速度を利用し、「高速」フィルタ を下の第3表に掲げた係数を有する分解フィルタとして偶成すれば、2MH7の 出力サンプリング速度を使用することかでき、「高速」フィルタによって100 Dbを超すエイリアシング保護を行うことができる。For example, if you use an input sampling rate of 20 MHz, you can use a "fast" filter. If we combine them as a decomposition filter with the coefficients listed in Table 3 below, we get 2MH7. Output sampling rate can be used, 100% by "fast" filter Aliasing protection over Db can be provided.
「低速]低域フィルタ312と313とは2極フィルタ部の数段により実現する ことができる。たとえば、3段の場合には、それぞれが第9a、9b、および9 C図の構造を有し、第3表に掲げた係数を使用する。ここで低速1、低速2、お よび低速3はそれぞれ第9a、9b、および9C図に対応する。こうしてサンプ リング速度を2 M Hzから80 k Hzに減らすことができる。"Low speed" The low-pass filters 312 and 313 are realized by several stages of two-pole filter sections. be able to. For example, in the case of three stages, each of the stages 9a, 9b, and 9 It has the structure shown in Figure C and uses the coefficients listed in Table 3. Here, set low speed 1, low speed 2, and and low speed 3 correspond to figures 9a, 9b and 9c, respectively. Thus the sump The ring speed can be reduced from 2 MHz to 80 kHz.
代りのハードウェア節約設定は同相サンプルおよび直角サンプルのサンプル流れ を挿入すること、および3段階の時分割多重ろ波を使用することを取入れている 。これには非多重設計の場合に動作する速さの2侶の速さで動作するフィルタが 必要であるが、サンプリング速度は高速フィルタより10倍低くなるので、この 多重フィルタもやはり第16波段の115の速さで動作することになる。An alternative hardware-saving configuration is the sample flow for in-phase and quadrature samples. , and the use of three-stage time-division multiplexing filtering. . This includes a filter that operates at two speeds that are faster than the non-multiplexed design. is necessary, but the sampling rate is 10 times lower than a fast filter, so this The multiplex filter will also operate at a speed of 115 in the 16th wave stage.
第9a図は「低速」低域フィルタの時分割多重形式に使用される第1の時分割多 重2次低域IIRろ波設のブロック図である。第9a図から第9C図までは第7 図に描いたものと同様のフィルタ構造の時分割多重形式を示す。第7図の構造と 第9図の多重形式との主な差違は遅れ要素の長さが2倍になっていることで必る 。したがって単一ラッチのハードウェアで実施したz−1要素を使用する代りに 、直列に構成された2つのラッチとして実現されるz−2要素を使用する。この 構造の効果はフィルタが各サンプルを交互に同相サンプル処理および直角ザンプ ル処理することである。以下の説明で、第9図の動作を詳細に説明する。ディジ タル・フィルタ900aで処理した後、信号は第26波段900bに次いで90 0Gで示した第36波段に結合される。ディジタル・フィルタ900a、900 bSおよび900cの全体のフィルタ構造は同一であり、したがってディジタル ・フィルタ900aだ(プを詳細に説明する。Figure 9a shows the first time division multiplexing format used in the time division multiplexing format of the "slow" low pass filter. FIG. 2 is a block diagram of a heavy second-order low-pass IIR filtering setup. From Figure 9a to Figure 9C, the 7th Figure 3 shows a time division multiplexed format of a filter structure similar to that depicted in the figure. The structure in Figure 7 and The main difference from the multiplex format in Figure 9 is that the length of the delay element is doubled. . So instead of using z-1 elements implemented in single latch hardware, , using z-2 elements implemented as two latches configured in series. this The effect of the structure is that the filter alternately processes each sample with in-phase sample processing and quadrature thumping. It is to process the file. In the following description, the operation of FIG. 9 will be explained in detail. digi After being processed by a filter 900a, the signal passes through the 26th wave stage 900b and then to the 90th wave stage 900b. It is coupled to the 36th wave stage indicated by 0G. Digital filters 900a, 900 The overall filter structure of bS and 900c is the same and therefore digital -Filter 900a (will be explained in detail).
ただし、ディジタル・フィルタ900a、900b、および900Cのデータ径 路とフィルタ応答とは、それぞれ第9a、9b、および9C図と第3表とに示し たように、わずかに異なっている。However, the data diameter of digital filters 900a, 900b, and 900C The path and filter responses are shown in Figures 9a, 9b, and 9C and Table 3, respectively. Like, it's slightly different.
ディジタル低域フィルタ900aは4個のディジタル加算器(2の補a)904 a、908a、912a、および916a、910aと918aと(こ2つずつ の4(固のディジタル・ラッチ、および2(固の2進シフタ906aと914a から構成されている。ディジタル・フィルタ900aへの入力信号はディジタル 加算器904aの非反転入力902aに加えられる。ディジタル加専器904 aへの第2の反転入力はディジタル・ラッチ対918aから取られ、フィルタ回 路の出力920aからフィードバックされる。ディジタル加算器904aから得 られた差(2の補数)は次に、ディジタル加算器908aの1つの入力としてシ フトされた第1の和信号を与えるピッ1〜シフタ906aの入力に加えられる。The digital low-pass filter 900a includes four digital adders (two's complement a) 904. a, 908a, 912a, and 916a, 910a and 918a (two each) 4 (hard digital latches), and 2 (hard binary shifters 906a and 914a). It consists of The input signal to the digital filter 900a is a digital It is applied to non-inverting input 902a of adder 904a. Digital processing device 904 The second inverting input to a is taken from digital latch pair 918a and is connected to the filter circuit. is fed back from the output 920a of the path. obtained from digital adder 904a. The resulting difference (two's complement) is then input to the digital adder 908a as one input. is applied to the input of shifter 906a from P1 to provide a shifted first sum signal.
ビットシフタ906aはディジタル加算器904aから出力されたデータワード のすべてのビットをN。ビットだけ右に(′gなわち、最下位ビットの方に)シ フトし、2 ’cに等しい係数を乗する。ビットシフトはディジタル加算器90 4aから加算器908aへデータ線を適切に引回して実施することができる。こ のようにして、ディジタル・フィルタ部900aの高速動作が容易に行われる。Bit shifter 906a outputs the data word from digital adder 904a. All bits of N. Shift one bit to the right ('g, toward the least significant bit). and multiply by a factor equal to 2'c. Bit shift is done by digital adder 90 This can be implemented by appropriately routing data lines from 4a to adder 908a. child In this manner, high-speed operation of the digital filter section 900a is easily performed.
それは従来の乗算回路で実施する係数乗算に存在するような時間遅れかごットシ フタ906aに関しては存在しないからである。It is similar to the time-delay cage system present in coefficient multiplication performed in conventional multiplier circuits. This is because the lid 906a does not exist.
ディジタル加算器908aはシフトされた第1の和信号にディジタル加算器90 8aの出力をラッチ対910aに保持して2ザンプル時間過ぎてから加える。ざ らに、ラッチ910aに保持されているディジタル加算器908aの出力はディ ジタル加算器912aに加えられる。ディジタル加算器912aへの第2の反転 入力はラッチ対918aから取られるが、これは、前述のように、ディジタル・ フィルタの出力920aから取られる。ディジタル加算器912aの結果はディ ジタル加算器912aに結合されているビットシフタ914aに加えられる。ビ ットシフタ914aはディジタル加算器912aから出力されたデー間遅れが生 じないのでやはり高速動作を助長する。ピントシフタ906aと914aにそれ ぞれ関連するパラメータNoとNaとはディジタル・フィルタ部900aの周波 数応答を制御するが、目的とする用途に適切な応答を生ずるように選定すること ができる。ディジタル加算器916aは第2のシフトされた和信号を遅れ9]8 aに保持されている916aの前の出力に加える。遅れ918aの出力はディジ タル低域フィルタ部900aの出力でもあり、先に加算回路904aの入力に加 えられた入力信号902aの帯域制限された形を表わしている。Digital adder 908a adds digital adder 90 to the shifted first sum signal. The output of 8a is held in latch pair 910a and added after two sample times have elapsed. The Furthermore, the output of digital adder 908a held in latch 910a is digital. is added to digital adder 912a. Second inversion to digital adder 912a The input is taken from latch pair 918a, which, as previously described, is a digital It is taken from the output 920a of the filter. The result of digital adder 912a is A bit shifter 914a is coupled to a digital adder 912a. B The shifter 914a generates a delay between the data output from the digital adder 912a. This also facilitates high-speed operation. It is attached to focus shifters 906a and 914a. The related parameters No and Na are the frequencies of the digital filter section 900a. control the number response, but should be selected to produce a response appropriate for the intended application. Can be done. Digital adder 916a delays the second shifted sum signal 9]8 Add to the previous output of 916a held in a. The output of delay 918a is digital. It is also the output of the low-pass filter section 900a, and is first added to the input of the adder circuit 904a. 9 represents a band-limited form of the resulting input signal 902a.
当業者には、たとえば(全体で〉4個の低減フィルタ部の各々の間でもっとゆっ くりしたサンプル速度の低減を行うことができることが明らかであろう。サンプ ル速度をゆっくり低減すると出ノノザンプリング速度に対する入力サンプリング 速度の比を確定する際にはるかに融通性が得られるという点でかなりな利点が生 ずる。これによって出力すンプリング速度を制約する△Dサンプリング速度をほ とんど任意に所定のプレセレクタ通過帯域に合うように設定することができる。Those skilled in the art will appreciate that it is possible, for example, to It will be clear that significant sample rate reductions can be made. sump Slowly reducing the sampling rate will result in an output sampling rate for the input sampling rate. The considerable advantage is that it provides much more flexibility in determining the speed ratio. Cheating. This reduces the △D sampling rate, which constrains the output sampling rate. It can be set almost arbitrarily to match a preselector passband.
第3のくそして最後の)「低速」低域フィルタ部の出力で、より高い周波数のチ ャンネルに充分な減衰が加えられているので、2MH2から80kHz/\のデ シメーションにより生ずるエイリアシングはほぼゼロ周波数に中心かある所望の 帯域に干渉することはない。The output of the "slow" low-pass filter section Sufficient attenuation is added to the channel, so that the decoder from 2MH2 to 80kHz/\ The aliasing caused by simation is centered around the desired frequency centered at approximately zero frequency. It does not interfere with the band.
第1図の高速選択部114によるフィルタ処理とデシメーションの後、回復した ディジタル信号は直角成分を備えた受信ディジタル信号を有している。受信ディ ジタル信号の直角特性のため元のRF信号に存在する位相情報は一連の処理を通 じて確実に保存される。受信直角ディジタル信号は第1図のディジタル受信機バ ックエンド120に結合される。このディジタル受信はバックエンド(よ、前述 のように、プログラム可能な汎用ディジタル信号処理1.C。After filter processing and decimation by the high-speed selection unit 114 in FIG. The digital signal includes a received digital signal with quadrature components. Receive data Due to the quadrature nature of digital signals, the phase information present in the original RF signal is lost through a series of processing steps. The data will be saved securely. The received quadrature digital signal is connected to the digital receiver bar shown in Figure 1. coupled to the backend 120. This digital reception is done by the backend (as mentioned above) Programmable general-purpose digital signal processing, such as 1. C.
て都合よく構成されている。無線機バックエンド120は回復データまたはオー ディオ信号を発生するのに使用されるディジタル・ベースバンド信号を発生する のに必要な処理をさらに行う。その他に無線はバックエンド120は回復信号の R終復調前ろ波ど復調後処理とを行う。第10図および第11図はディジタル信 @処理1.C,に関連して最終復調前選択を行うのに好適なディジタル・フィル タ構造の詳細を示している。第12図は本発明の教示によるFM信号の復調に好 適な1つの技法の詳細を示している。It is conveniently structured. The radio back end 120 can recover data or generates the digital baseband signal used to generate the audio signal Perform any further processing necessary. In addition, the backend 120 of the radio is a recovery signal. Performs R final demodulation pre-filtering and demodulation post-processing. Figures 10 and 11 are digital signals. @Processing 1. A digital filter suitable for making the final pre-demodulation selection in relation to C. details of the data structure. FIG. 12 shows a diagram suitable for demodulating FM signals according to the teachings of the present invention. details of one suitable technique.
第10図はサンプリング速度を80kH7から40kH7にざらに下げることが できるようにさらに減衰を加え、しかも所定帯域に無視し得るほどのエイリアシ ング歪しか生じない5次非反復フィルタ1000を示す。このフィルタは40k Hz (複素サンプル)という比較的低い出力サンプリング速度で動作づるので 、汎用ディジタル信号処理装置で構成することができる。このような処理装置は 典型的にパイプライン式乗算演算1004.1010.1016.1026.1 030.1036、および累算演算1006.1012.1020.1024、 および1032によく適しているので、「直接形」フィルタ構造を選定した。Figure 10 shows that the sampling rate can be roughly reduced from 80kHz7 to 40kHz7. Add further attenuation to make the 10 shows a fifth-order non-repetitive filter 1000 that produces only processing distortion. This filter is 40k It operates at a relatively low output sampling rate of Hz (complex samples). , a general-purpose digital signal processing device. This kind of processing equipment Typically pipelined multiplication operations 1004.1010.1016.1026.1 030.1036, and the accumulation operation 1006.1012.1020.1024, The "direct form" filter structure was chosen because it is well suited for and 1032.
第11図は4個の1かと4個のゼロ点とを有づる直接形フィルタ構造1100を 示す。この構造は複合受信機フィルタの通過帯域応答を平滑にするのに使用され 、汎用ディジタル信号処理装置による一連の乗算演算1104.1112.11 18.1120,1126.1132.1140.1146、および1150、 累算演算1106.1114.1116.1112.1108.1130゜11 36、および1144で構成づることができる。単精度(典型的には16ビツ1 〜・ワード長)演算は移動無線の用途に対してタイナミックレンジが充分てない から、DSP構成による倍精度演算を使用することが必要である。当業者にはバ ックエンドDSPに異なるフィルタ係数を選択してR終選択部の帯域幅を種々に プログラムすることができることが明らかであろう。また、異なるダウンサンプ リング速度を使用して、あるいは乗算器無し低域フィルタ部に異なる配線式ゲイ ン要素(たとえば、二者択一セレクタによる〉を使用して種々の選択帯域幅を得 ることができる。FIG. 11 shows a direct filter structure 1100 with four ones and four zeros. show. This structure is used to smooth the passband response of a composite receiver filter. , a series of multiplication operations by a general-purpose digital signal processing device 1104.1112.11 18.1120, 1126.1132.1140.1146, and 1150, Accumulation operation 1106.1114.1116.1112.1108.1130°11 36, and 1144. Single precision (typically 16 bits 1 ~ Word length) calculations do not have sufficient dynamic range for mobile radio applications. Therefore, it is necessary to use double precision arithmetic with a DSP architecture. For those skilled in the art, By selecting different filter coefficients for the back-end DSP, the bandwidth of the R-end selector can be varied. It will be clear that it can be programmed. Also, different downsump Different wired gain using ring speed or multiplier-less low-pass filter section to obtain different selection bandwidths using can be done.
第12図は本弁明のディジタル無線機構造に適合するディジタルFM復調器の図 である。実際に、ディジタル復調は、とりわけ、ディジタル信号処理装置が行う 1つの任務である。第12図によれば、リミッタ部1202は同相チャンネル逆 計算発生器1210を伴うスケーリング段1204とプロダクト乗算器1212 とを有している。プロダクト乗算器ではスケールされ回転された同相(ビ )成 分の逆数がスケールされ回転された信号ベタ1〜ル・サンプルの位相角の圧切の 値に等しい項を発生するスケールされ回転された位相はずれ(Q′ )成分と掛 は合わされる。Figure 12 is a diagram of a digital FM demodulator that is compatible with the digital radio structure of this defense. It is. In practice, digital demodulation is performed by, among other things, digital signal processing equipment. That is one mission. According to FIG. 12, the limiter section 1202 has an in-phase channel opposite Scaling stage 1204 with calculation generator 1210 and product multiplier 1212 It has The product multiplier uses a scaled and rotated in-phase (bi) product. The reciprocal of the scaled and rotated signal is Multiplied by a scaled and rotated out-of-phase (Q′) component that produces a term equal to the value are combined.
ディジタル乗算器1212は存在する可能性のある入力信号ベクトルの(、翳幅 変動を理想的に制限するように動作する。Digital multiplier 1212 calculates the (, shadow width) of the input signal vector that may exist. Operates to ideally limit fluctuations.
ディジタル乗算器1212から送られる項は回転されスケールされた信号ベクト ル・サンプルの圧切を表わしている。The terms sent from digital multiplier 1212 are rotated and scaled signal vectors. This represents the pressure cut of the sample.
この項はその出力か回転されスケールされた信号ベクトルの位相角に等しい逆圧 切発生段1214で処理される。この量はディジタル加算器1214により粗位 相アキュムレータ1206からの粗位相値出力に加えられるとき入力信号ベクト ル・サンプルの全位相角を表わ覆゛。ディジタル加算器1218の出力で発生1 −る、現存の信号ベクトル・サンプルとディジタル遅れ1210で発生する遅れ 出力との差信号は出力復調メツセージの1サンプルを表わす。This term is an inverse pressure equal to the phase angle of the rotated and scaled signal vector. Processing is performed at the cut-off stage 1214. This quantity is coarsely calculated by digital adder 1214. The input signal vector when added to the coarse phase value output from phase accumulator 1206 represents the total phase angle of the sample. Generated 1 at the output of digital adder 1218 - the delay caused by the existing signal vector samples and the digital delay 1210 The difference signal from the output represents one sample of the output demodulated message.
第13a図から第13C図までは本発明に関連したフエーザーの原理の詳細を示 す図である。さて第13a図を参照すると、スケーラ−1204の椴能は大きさ が変動する入力信号ベクトルの振幅を図示の陰線を施した部分にスケールするこ とで必る。粗位相アキュムレータ1206は信号ベクトルの粗位相角φ1、をめ 、逆圧切発生段1212し の出力は、第13b図に示すように、信号ベクトルの精位相φfに等しい。この 信号ベクトルφfはベクトル回転により−π/4≦φf≦十π/4の範囲(第1 3b図の陰線の範囲)に押し込められる。ディジタル加算器1214の出力で発 生したこれら2つの量の和は入力信号ベクトル・サンプルの全位相角φ(n)を 表わす。ディジタル加算器1218が発生する、第13C図に示す、現在の位相 サンプルφ(n)とディジタル遅れ1220が発生する位相サンプルφ(n−1 )との差分値Δ(φ(n))は復調出力メツセージの1つのサンプルを表わす。Figures 13a to 13c show details of the phasor principle relevant to the present invention. This is a diagram. Now, referring to Figure 13a, the power of the scaler 1204 is the size It is possible to scale the amplitude of the input signal vector whose value varies to the shaded area shown in the figure. It is necessary. The coarse phase accumulator 1206 stores the coarse phase angle φ1 of the signal vector. , reverse pressure cutting generation stage 1212 The output of is equal to the fine phase φf of the signal vector, as shown in FIG. 13b. this The signal vector φf is transformed into a range of −π/4≦φf≦1π/4 (first 3b). Generated by the output of digital adder 1214 The sum of these two quantities produced gives the total phase angle φ(n) of the input signal vector samples. represent. The current phase, shown in FIG. 13C, generated by digital adder 1218 The sample φ(n) and the phase sample φ(n-1 ) represents one sample of the demodulated output message.
復調出力メツセージを表わすサンプルの流れは、Fl波に続いて一般的に行われ るように、低域ろ波してメツセージ帯域外の雑音を除去フ“ることができる。A stream of samples representing the demodulated output message is typically followed by a Fl wave. As shown, low-pass filtering can be used to remove noise outside the message band.
当業者には上の図で説明したディジタル復調器は個別のハードウェアのディジタ ル乗算器、加算器、レジスタなどを用いて実施することができることが明らかで おろう。本発明のディジタル復調器はディジタル信号処理装置として知られてい るクラスの装置を用いて実現するのに持に適している。本発明はマサチュセッツ 州01760、ナティック、ナティック・エグゼクティブ・パーク1、NECE lectronics U、S、A、社から入手できるNEC07720、また はテキザス州752265、クラス、私占箱225012、テキサス・インスツ ルメンツ社から入手できる丁MS32010のような多様な周知のディジタル信 号処理装置を用いて満足に実施覆゛ることかできる。ディジタル信号処理装置は 一般にハードウェアの高速ディジタル乗算器の他に所定のアルゴリズムにしたが ってディジタルのデータ流れを処理する能力を(りhえている。It is understood by those skilled in the art that the digital demodulator described in the diagram above is a discrete hardware digital demodulator. It is clear that this can be implemented using multipliers, adders, registers, etc. Let's go. The digital demodulator of the present invention is known as a digital signal processing device. It is suitable for implementation using a class of equipment. The invention is made by Massachusetts NECE, Natick Executive Park 1, Natick, State 01760 NEC07720 available from electronics U, S, A, and Texas Instruments, Texas 752265, Class, Private Box 225012 Various well-known digital signals such as the Ding MS32010 available from Luments, Inc. It can be satisfactorily implemented using a code processing device. Digital signal processing equipment In general, in addition to the hardware high-speed digital multiplier, a predetermined algorithm is used. has the ability to process digital data flows.
第14a図および第14b図はディジタル信号処理装置を用いて溝底した本発明 の背景処理の詳細を示7j流れ図である。本発明の詳細な説明において、同相お よび位相ずれの信号ベクトル回転を今後はそれぞれ成分IおよびQと呼/、E; ことにする。本発明のアルゴリズムは1402で始まるが、ここでディジタル信 号処理装置に判断1404を実行させてI成分の符号を決める。判断1404の 結果に基き、Q成分の符号が判断1406と1448とで決められる。次に、■ 成分とQ成分との差がそれぞれQ−I、I−Q、Q−1,およびQ十Iの値から 成る数値を発生する項番1410,1408.1472、および1450により められる。それぞれの結果の符号はそれぞれ判断1430.1412.1474 、および1452で決められる。これらの判断の結果に基いて、より大きな絶対 値を有する成分(■またはQ)が知られ、信号ベクトルが存在する8分円(oc tant、すなわち、π/4の倍数)も知られる。この値は、Oより小ざりれば 、それぞれ項番142o、1486.1476、および1462で補数化される 。■チャンネルまたはQチャンネルの最大絶対値を表わす値はそれぞれ項番14 42.1432.1422.1414.1488.1478.1466、または 1454によりプログラムスタックに押し込まれ、今後数ffisMAXと称す る。¥i量SMAXはそれぞれ項番1444.1434.1424.1416. 149Q、1480.1466、または1456によりスケール・サブルーチン を呼出し、入力信号ベクトル・サンプルに加えるスケーリングの正しい量を決定 覆゛るのに使用される。スケール・サブルーチンは正しくスケールされた信号ベ タ1ヘル成分■およびQを戻す。Figures 14a and 14b show the present invention in which the groove bottom is formed using a digital signal processing device. 7j is a flowchart showing details of the background processing of FIG. In the detailed description of the invention, in-phase and and the phase-shifted signal vector rotations are hereafter referred to as components I and Q, respectively. I'll decide. The algorithm of the present invention begins at 1402, where the digital The signal processor executes a decision 1404 to determine the sign of the I component. Judgment 1404 Based on the results, the sign of the Q component is determined in decisions 1406 and 1448. Next, ■ The difference between the component and the Q component is calculated from the values of Q-I, I-Q, Q-1, and Q0I, respectively. By item numbers 1410, 1408.1472, and 1450 that generate the numerical value I can't stand it. The sign of each result is determined respectively 1430.1412.1474 , and 1452. Based on the results of these judgments, the larger absolute The component with the value (■ or Q) is known and the signal vector lies in the octant (octant tant, ie, a multiple of π/4) is also known. If this value is less than O , are complemented with item numbers 142o, 1486.1476, and 1462, respectively. . ■The value representing the maximum absolute value of the channel or Q channel is item number 14. 42.1432.1422.1414.1488.1478.1466, or 1454 into the program stack and will be called ffisMAX in the future. Ru. The ¥i amount SMAX is item number 1444.1434.1424.1416. 149Q, 1480.1466, or 1456 to scale subroutine to determine the correct amount of scaling to apply to the input signal vector samples. used for covering. The scale subroutine generates a properly scaled signal base. Return the 1-herel component ■ and Q.
次に、信号ベクトルの8分円位置に塞ぎ、粗位相値がそれぞれ項11446.1 436.1426.1418.1492.1482.1468、または1460 により一時格納ロケーションに格納される。Next, fill in the octant of the signal vector, and the coarse phase value is the term 11446.1. 436.1426.1418.1492.1482.1468 or 1460 is stored in a temporary storage location.
この値は−π≦φ(C)≦πの範囲にわたり常にπ/2ラジアンの倍数になる。This value is always a multiple of π/2 radians over the range -π≦φ(C)≦π.
次に信号ベクトルはそれぞれ項番144.0,1428.1492.1484. 1470.または1460により保存されていた粗位相値の負(市だけ幾何学的 に回転される。結果として得られるスケールされ回転された信号成分を今後はI ′およびQ′信号ベクトル成分と呼ぶ。このベクトル回転の効果は信号ベクトル を回転した信号ベクトル成分ビおよびQ′が−π/4≦Of≦π/4の範囲に位 相角を有する複合ベクトルを生ずるように回転させることである。Next, the signal vectors have item numbers 144.0, 1428.1492.1484. 1470. Or the negative of the coarse phase value saved by 1460 (only the city is geometric is rotated to The resulting scaled and rotated signal components are henceforth referred to as I ' and Q' signal vector components. The effect of this vector rotation is the signal vector The rotated signal vector components Bi and Q' are located in the range of -π/4≦Of≦π/4. The rotation is to produce a complex vector with a phase angle.
第15a図と第15b図とは上の第14a図と関連して説明したスケール・サブ ルーチンの動作の流れ図である。Figures 15a and 15b are the scale subs described in connection with Figure 14a above. It is a flowchart of routine operation.
スケール・サブルーチン1500はS M A Xの値を調べて信号ベクトル成 分IおよびQに加えるスケーリングの正しい但をめる。このサブルーチンの動作 は信号ベクトル成分を表わすのに使用する分解能あるいはビット数によって変る 。スケール・サブルーチンの動作を信号ベクトル成分を表わすのに長ざ32ピツ l〜のワードを使用する場合について説明することにする。1502でスケール ・ザブルーチンに入ると、数= s MA Xの最上位ワード(MSW)が判断 1504によりOと比較される。S M A XのM S WがOより大きけれ ば、SMAXの最下位ワード(IsW)を捨て、M S Wを項番1506によ りスケーリングしぎい値と比較する。S M A XのMSWがOに等しいこと がわかれば、M S Wを捨て、LSWを項番1528でスケーリングしきい値 と比較する。それぞれ項番1506および1528から発生する比較の結果はそ れぞれ1′す断1508および1530によりOに対して試験され、結果が○よ り大きいことがわかれば、信号ベクトル成分のスケーリングは必要でなく、サブ ルーチンは項番1550を通ってルーチンがサブルーチン1500f:作動させ た点に出る。SMAXが保持しているワード(すなわち、M S WまたはLS W)がしきい値より小さければ、そのワードはそれぞれ判断1510.および1 532によりその絶対値が255より大きいか試験され確認される。これはSM AXの保持ワードの上位8ビツトが0以上であるかを確認することと同等である 。この試験の結果が真(すなわち、S M A XのMSWまたはL S Wが 255より大きい)でおれば、保持ワードはそれぞれ1514または1536に より256で割られる。これはSMAXの保持ワードの上位8ビツトをこのワー ドの下位8ビツトにシフトする効果を有している。The scale subroutine 1500 examines the value of SMAX and constructs a signal vector. Find the correct scaling to add to minutes I and Q. How this subroutine works depends on the resolution or number of bits used to represent the signal vector components. . The operation of the scale subroutine requires a length of 32 pixels to represent the signal vector components. A case will be explained in which words l~ are used. Scale at 1502 ・When entering the subroutine, the most significant word (MSW) of number = s MA It is compared with O by 1504. If M S W of S M A X is greater than O For example, discard the lowest word (IsW) of SMAX and set MSW according to item number 1506. and then compare it with the scaling threshold. MSW of S M A X is equal to O If you know, discard MSW and set LSW to the scaling threshold in item number 1528. Compare with. The results of the comparisons generated from item numbers 1506 and 1528, respectively, are Tested against O by 1' section 1508 and 1530, respectively, and the results were ○. If the signal vector components are found to be large, no scaling of the signal vector components is necessary; The routine passes through item number 1550 and the routine executes subroutine 1500f: Activate. It comes out at a certain point. Words held by SMAX (i.e. MSW or LS If W) is less than the threshold, then the word is judged 1510. and 1 532 tests to see if its absolute value is greater than 255. This is SM This is equivalent to checking whether the upper 8 bits of the AX retention word are 0 or more. . If the result of this test is true (i.e., MSW or LSW of SMAX (greater than 255), the retained words will be 1514 or 1536, respectively. It is divided by 256. This transfers the upper 8 bits of the SMAX retention word to this word. This has the effect of shifting to the lower 8 bits of the code.
判断1510または1532の結果が保持ワードが255より小さいことを示せ ば、割り算は行われない。この数量は今度はROMデータ表に格納されている値 を選択するため、項番1516.1512.1538、または1534によりア ドレス・オフセットとして使用され、スケーリング係数は項番1520.154 0によりROMから検索される。この係数は、前の判断1510または1532 により、この信号ベクトル成分をスケールするのに必要な正しい値に調節される 。最後に信号ベクトル成分は項番1522と1524、または1542と154 6により復調器内部で加えられる近似で使用するように正しい範囲にスケールさ れ、ルーチンは項番1526または1548を通して呼出Lノ手I頃に出で戻る 。The result of decision 1510 or 1532 indicates that the retained word is less than 255. In this case, no division is performed. This quantity is now the value stored in the ROM data table. 1516.1512.1538 or 1534 Used as address offset, scaling factor is item number 1520.154 0 is retrieved from the ROM. This coefficient is the previous decision 1510 or 1532 is adjusted to the correct value needed to scale this signal vector component. . Finally, the signal vector components are item numbers 1522 and 1524, or 1542 and 154. 6 to the correct range for use in the approximation applied inside the demodulator. The routine returns as soon as it is called through item number 1526 or 1548. .
今度は第16a図を参照して、■′ベクトル成分の逆数をめる。この処理1よ関 数f(X)=1/xに6次のチェビシェフ多項式近似を実施して行う。Next, with reference to FIG. 16a, find the reciprocal of the vector component. This process 1 This is done by applying a sixth-order Chebyshev polynomial approximation to the number f(X)=1/x.
この関数を近似刃−る多項式は次のとありておる。The polynomial that approximates this function is as follows.
f (X) = (1/X)〜 ([[[[[C7(X−1)・C6] (x−1)+C5](x−1)4C4] (x−1)+C3](X−1)+C2](X−1)→C1)ただしX−ビ で゛あり、ci=+1.ooooo、 C2=−1,0027,C3=+1.0 0278゜C4=−0,91392,C5=+0.91392. C6=−1, 62475゜本発明の原理によれば、Q′成分は項番1604によりプログラム スタック格納領域に押込まれ、数仔(I′−1)は項番1606により計算され るが、この数量を今後数組ARGと呼ぶ。係数C7は項番1608でデータRO Mから取り出され、項番1610でARGと掛は合わされて数量下MPを作る。f (X) = (1/X) ~ ([[[[C7(X-1)・C6] (x-1)+C5](x-1)4C4] (x-1)+C3] (X-1)+C2] (X-1)→C1) However, Yes, ci=+1. ooooo, C2=-1,0027, C3=+1.0 0278°C4=-0,91392, C5=+0.91392. C6=-1, 62475° According to the principle of the present invention, the Q' component is programmed by item number 1604. It is pushed into the stack storage area, and the number (I'-1) is calculated by item number 1606. However, this quantity will be referred to as several sets ARG from now on. Coefficient C7 is data RO in item number 1608. It is taken out from M, and ARG and multiplication are combined in item number 1610 to create the quantity lower MP.
層数C6は項番1612でデータROMからフェッチされ、項番1614でTM Pに加えられてTMPの新しい値を生ずる。このパターンは項番1616から1 644によりQ′成分が項番1648でプログラムスタック記憶装置から取り出 され、項番1650でT M Pと掛は合わされて数量tanφf=Q’ /I ’ に対する近似を生ずるまで順次繰返される。The number of layers C6 is fetched from the data ROM in item number 1612, and the number of layers C6 is fetched from the data ROM in item number 1614. P is added to yield a new value of TMP. This pattern is item number 1616 to 1 644, the Q' component is retrieved from the program stack storage at item number 1648. Then, in item number 1650, TMP and multiplication are combined to obtain the quantity tanφf=Q'/I ’ is repeated sequentially until it yields an approximation to ’.
項番1650で111られた数子の逆圧切を今度はめる。Now install the reverse pressure cut of the number 111 in item number 1650.
この処理は関数 に対して5次のチェビシェフ多項式近似を実施して行われる。This process is a function This is done by performing a fifth-order Chebyshev polynomial approximation for .
この関数を近似する多項式は次のとおりである。The polynomial that approximates this function is:
↑an’(x)〜 x([[[[C6(y)十C5]y十c4]y+C3]y→C21y→C1)C 6=−0,01343,C5−→0.05737. C4−0,12109゜C 3−÷0.19556. C2=−0,33301,C1−+0.99997数 最X=(Q’/ビ )は項番1652でプログラムスタック記憶装置に押し上げ られ、平方Hy=x−の値は、今後はARGと呼/S’;が、項番1654で計 算される。先に説明した逆数値の計算と同様の、チェーン式方法で、数m(Q’ /I’ )の逆圧切の但を項番1656から1692までで計算する。この処 理の結果は回転した信号ベクトルの位相角または入力信号ベクトル・→ノンプル の情位相角を表わす符号付きの値でおる。入力信号ベクトル・サンプルの粗位相 の値は項番1694により一時格納ロケーションから検索され、項番1696で 逆圧切旧線の結果と加算される。↑an’(x)~ x ([[[C6 (y) ten C5]y ten c4]y+C3]y→C21y→C1)C 6=-0,01343, C5-→0.05737. C4-0,12109°C 3-÷0.19556. C2=-0,33301, C1-+0.99997 number The maximum The value of the square Hy=x− will be referred to as ARG/S’; calculated. A chain method similar to the calculation of the reciprocal value explained earlier is used to calculate the number m (Q' Calculate the reverse pressure cut of /I') using item numbers 1656 to 1692. This place The result of the calculation is the phase angle of the rotated signal vector or the input signal vector → non-pull It is a signed value representing the phase angle of . Coarse phase of input signal vector samples The value of is retrieved from the temporary storage location by item number 1694 and is retrieved from the temporary storage location by item number 1696. It is added to the result of the reverse pressure cutting line.
この結果は入力信号ベクトル・サンプルの位相角を表わす。前の入力信号ベクト ル・サンプルの位相角φ、−1は項@1700によりプログラムスタックから呼 出される。This result represents the phase angle of the input signal vector samples. Previous input signal vector The phase angle φ, −1 of the sample is called from the program stack by the term @1700. Served.
環在の位相サンプルは項@1702でプログラムスタックに押上げられる。最後 に、前の位相サンプルと現在の位相サンプルとの差が項番1704で計算され、 復調メツセージm (n)の出力サンプルを生ずる。The phase samples of the annulus are pushed onto the program stack in term @1702. last , the difference between the previous phase sample and the current phase sample is calculated in item number 1704; Produces output samples of the demodulated message m(n).
メツセージ・サンプルm (n)は復調音声信号をサンプルした形で備えている 。復調音声信号は、上)小のように、アナログ形に逆変換し、次に増幅して拡声 器を通して再生することができる。代りに、ディジタル音声メツセージは後に使 用するためのディジタル・メモリ123にディジタルで格納することができる。Message sample m(n) is provided in the form of a sample of the demodulated audio signal. . The demodulated audio signal is converted back to analog form as shown above, and then amplified and amplified. It can be regenerated through a container. Instead, digital voice messages can be used later. The data may be stored digitally in digital memory 123 for use.
データ通信システム(図示ゼず)では、復調データ記号はさらに処理するためコ ンピュータへ、あるいは直ちに表示するためコンピュータ端末へ送ることができ る。In a data communications system (not shown), the demodulated data symbols are coded for further processing. or to a computer terminal for immediate display. Ru.
要約づれば、ディジタル無線受信数について記jホした。To summarize, I wrote about the number of digital radio receptions.
本発明のディジタル受イZ敗はアンテナの出力でプレセレクトされてからディジ タル形に変換される受信信号で動作する全ディジタル無線受信数を考えている。The digital reception/Z-loss of the present invention is pre-selected by the output of the antenna and then digitally selected. We are considering the total number of digital radio receivers that operate on received signals that are converted to digital form.
本発明の受信法はプレセレクタ、高速アナログ・ディジタル(A/D)変換器、 実質上ベースバンド周波数の出力を有するディジタル構成中間周波数(IF)選 択部、および復調とオーディオろ波とを行う汎用ディジタル信号処理装置(DS P>を具備する。本発明の他の使用法および修正は当業者には本発明の精神およ び範囲から逸脱することなく明らかであろう。The reception method of the present invention includes a preselector, a high-speed analog-to-digital (A/D) converter, Digital configuration intermediate frequency (IF) selection with substantially baseband frequency output a general-purpose digital signal processing device (DS) that performs demodulation and audio filtering. P> is provided. Other uses and modifications of this invention will occur to those skilled in the art, as well as the spirit of the invention. and will be clear without departing from the scope.
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