NO163800B - Fremgangsmaate for demodulering av data. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår overføring av data ved hjelp av Direkte Sekvens Spredt Spektrum Signaler (DSSS) hvor koden moduleres på en bærebølge ved hjelp av MSK (eng. Minimum Shift Keying), eller beslektede modul asjonsformer, f. eks. filtrert MSK, og hvor mottakeren ikke behøver å kjenne eller gjenvinne bærebølgens fase (inkoherent mottaking).

MSK er en kjent modu1 asjonsteknikk. Den er f. eks. beskrevet i følgende artikler: Carl Erik Sundberg: Continuous Phase Modulation. Ieee Communications Magazine, April 1986;

S. Pasupathy: Minimum Shift Keying; A spectrally efficient Modulation. IEEE Communications Magazine, July 1979; F.Amoroso, J.A. Kivett: Simplified MSK Signaling Technique. IEEE transactions on Communications, April 1977. Teknikken utmerker seg ved at den båndbredde som er nødvendig for overføring av en viss informasjonsmengde pr. sekund er mindre enn ved for eksempel faseskiftnøkling (PSK). I tillegg gir MSK større mulighet for å operere med konstant envelope i en båndbreddebegrenset kanal enn mange andre modulasjons-teknikker. Disse to egenskaper gjør MSK til en attraktiv modulasjonsform.

DSSS er en kjent kodingsform innen militær kommunikasjon, hvor hensikten blant annet er å gjøre mottakeren mindre følsom for forstyrrende signaler. Metoden er blant annet beskrevet i en bok av R.C. Dixon: Spread Spectrum Systems. Wiley 1976, og går i korthet ut på å kode hvert eneste databit med en bestemt kode som er kjent av mottakeren. Koden moduleres som oftest på bærebølgen med PSK, men også MSK har vært benyttet. Dataene moduleres som oftest med di f ferensiel 1 faseskift-nøkling (DPSK).

Ortogonal signalering er en kjent modulasjonsform, som er beskrevet i en bok av J G Proakis: Digital Communications.

Mc Graw Hill 1983. Modulasjonsformen går ut på å la et antall databit (eks 1) være representert ved et antall forskjellige (ortogonale) koder (eks 2). Mottakeren må være i stand til å finne ut hvilken av de ortogonale kodene (eks 2) som ble sendt. Når en kode er utpekt som den korrekte, kan mottakeren finne ut hvilket databit som ble sendt. Metoden er mye brukt ved inkoherent mottaking og i de tilfeller hvor båndbredden i

kanalen er sterkt begrenset.

Inkoherent mottaking benyttes i mottakere som ikke kan gjøre bruk av faseinformasjon ved demodulering av data, fordi slik informasjon ikke er tilgjengelig. Dette er bl. a. omtalt i ovennevnte bok av J. G. Proakis. Signalet i en slik mottaker splittes opp i en fase-kanal og en kvadratur-kanal og signalet i hver av disse kvadreres, hvoretter de to kanalene adderes. Metoden er umulig å benytte direkte i forbindelse med MSK.

Fra US patent nr. 4.583.048 er det kjent en MSK digital demodulator for burst kommunikasjon. Hensikten med den beskrevne demodulator er å foreta en rask måling av faseforskjel 1 en mellom den innkommende bærebølge og den lokale referanse, slik at koherent, konvensjonell mottaking av data deretter kan foregå. Det understrekes i patentet hvor viktig det er i et burst kommunikasjonssystem å gjenvinne fasekoherens hurtig, og det påpekes at dette ikke kan oppnås med konvensjonelle metoder (PPL). Men patentet nevner ikke noe sted hvordan data-demodulering foregår. Det fremgår at det bare er den innbyrdes amplitude for de fire korrelasjons-toppene ut fra hver av to grener, som måles inkoherent. Disse målinger brukes til å gjenvinne fasen slik at systemet bringes til å virke konvensjonelt koherent for data-démoduleringens ve dkommende.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en fremgangsmåte for inkoherent demodulering av en bærebølge av ortogonalt kodede DSS signaler modulert med MSK eller beslektede modulasjonsformer.

De vesentligste særtrekk ved oppfinnelsen er definert i kravene. I det foreliggende system er de ortogonale kodene identiske med spredekoden for DSSS signalene. Ekstrahering av data oppnås ved å kombinere de ovennevnte kjente teknikker. Resultatet er at MSK-modul erte signaler kan mottas i en inkoherent mottaker selv med meget lave signal/støy-forhold på radiokanalen.

Ovenfor nevnte og andre formål og særtrekk ved den foreliggende oppfinnelse vil klart fremgå av den etterfølgende detaljerte beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen sett i sammenheng med figurene, hvor: figur 1 skjematisk viser et kjent signalmottakerprinsipp , figur 2 skjematisk viser prinsippet ved mottakeren ifølge oppfinnelsen,

figur 3 viser den gjenvunne signaiform i den kjente mottaker,

figurene 4 og 5 viser et eksempel på de gjenvunne signaler som opptrer i mottakeren i figur 2, for en tilfeldig fase.

Den tilhørende sender benytter MSK modulasjon, som beskrevet av Amoroso og Kivett i ovennevnte artikkel, for å modulere en bærebølge med informasjon. Vi kaller bærebølgens frekvens fo og den hastigheten som spredekoden moduleres med for fc, chipraten.

Et innkommende signal Sl inneholder koden 1110010. Det blandes med et signal S2 som kan uttrykkes ved sin(2n(fo-l/4fc)+n/2), i en miksekrets 1 i den kjente mottakeren i figur 1. Det resulterende signal S2 er antydet i figur 3. Miksesignalet S2 har her korrekt fase i det koherente system. Når signalet samples til korrekt tid, - noe som krever taktgjenvinning -, som antydet med piler, kan den utsendte informasjon (1110010) gjenvinnes direkte. Eventuelt signal i en ortogonal kanal benyttes ikke. Signalet S3 føres gjennom en korrelator 2 til en logikkrets 3 hvor det ut fra de to inngangssignaler S4 og S5 velges et signal S6.

Mottakeren som er vist i figur 2 fungerer som følger. Signalet S10 som er et ortogonalt kodet DSSS signal modulert med MSK, deles først i to like deler, Sil og S21, i en splitter 10. Signaldelene Sil og S21 nedkonverteres deretter,

i miksere 11 og 12, til basebånd i to kanaler med en frekvens som er forskjellig fra bærebølgen med 0.25 av fc. Mikser-signalene S12 og S22 kan henholdsvis uttrykkes ved sin (2n(fo-l/4fc)+ø) og cos (2n(fo-l/4fc)+ø). Fasen ø er vilkårlig, hvilket gjør at basebåndsignalene i hver gren ikke nødvendigvis likner på de utsendte signaler slik tilfellet er i nevnte artikkel. Dette atskiller mottakeren fra alle tidligere mottakere for MSK, - for eksempel den som er vist i nevnte artikkel og som er en koherent mottaker for MSK.

I det foreliggende system kan signalformene S13 og S23 være helt forskjellige fra signalformen S3, figur 3, som vist

i figurene 4 og 5.

Disse gjelder for det tilfellet at signalet er henholdsvis 45 og 135 grader ute av fase. For det første ser en at amplitudene forandrer seg. I tillegg flytter også toppene seg til venstre. Men en kan vise at dersom signalene i begge grenene korreleres med den utsendte koden for siden å kvadreres og adderes, så er autokorrel asjonsfunksjonen konstant både i posisjon og amplitude uavhengig fasen. Dette er grunnlaget for inkoherent demodulering.

Basebåndsignalene tilføres så en bank av korrelatorer 13 og 14 som hver er oppsatt med sin kode {eks 2). Etter korreler ing utføres en kvadrering i kvadreringsanordninger 15 og 16 og endelig en summering i summeringsanordninger 17 og 18. I en logikk-krets eller di skri mi ner i ngsanordni ng 19 sammenliknes amplituden av signalene S14 og S24 på utgangene (eks 2) og den koden som gir høyest korrelasjonstopp ærklæres som sendt, - representert ved signal S30.

Før dataoverføringen kan begynne må mottakeren synkroni-seres med senderen, d.v.s. at kodenes ankomsttidspunkt må bestemmes. Dette synkroniseringssystem er ikke vist.

Ovenstående detaljerte beskrivelse av noen utførelses-eksempler av foreliggende oppfinnelse skal bare betraktes som eksempler og må ikke oppfattes som begrensninger av beskytt-elsens omfang.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for demodu1 ering av data representert ved ortogonalt kodede Direkte Sekvens Spredt Spektrum Signaler (DSS) som i en sender er modulert på en bærebølge med MSK, (eller beslektede kontinuerlig fase modulasjonsformer) og deretter i en mottaker nedkonvertert til basebånd med en frekvens forskjøvet med 1/4 chiprate i forhold til det mottatte signalets senterfrekvens av to signaler (S12 og S22) som er 90 grader faseforskjøvet i forhold til hverandre, i to ortogonale kanaler med hver sin identiske korrelator (eller bank av korrelatorer) (13,14), kvadrert i kvadreringsanordninger (15,16) og deretter summert i summeringsanordninger (17,18), karakterisert ved at informa-sjonen om den utsendte kode og dermed de utsendte data ekstraheres i en di skri mi ner i ngsanordni ng (19) ved å velge den kode som gir høyest korrelasjonstopp ut av summeringsanord-ningene (17 eller 18), til tross for at faseforskjel 1 en mellom det signal som benyttes til nedkonverteringen til basebånd og det utsendte signals senterfrek vens forblir ukjent og endog langsomt varierende (inkoherent demodul ering), og til tross for at modul asjonsmetoden som benyttes for å modulere bærebølgen er MSK eller en beslektet variant av MSK.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hvert av de nedkonverterte signaler (S13.S23) korreleres i minst to grener ("0"-korr, "l"-korr) og kvadreres individuelt (( )2,( )2).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at indiduelle deler av de korrelerte, kvadrerte signaler adderes i individuelle summeringsanordninger (17,18) for frembringelse av sammenlignbare sum-signaler (S14.S24).