TW518860B - Method of, and a radio terminal for, detecting the presence of a 2-FSK signal - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518860 A7 __B7__ 五、發明說明（1 ) 發明範疇 本發明與一種用以偵測2-FSK信號存在之方法及無線電 終端有關。該無線電終端通常是一遙測模組，或是諸如自 動水量計（automatic water metering)之類遠端監控應用 中所使用之遙測模組的一部份。 發明背景 遙測模組係安裝在設備中，此類的設備可能持續使用達 數年之久，而沒有維修。就以電池供電的遙測模組而言， 在電池更換之間，希望能夠持續運作達十年之久。爲了能 夠實現此類的長服務使用壽命，遙測模組會根據一種協定 運作，以促進節省電流，同時提供適當的響應時間。在諸 如數位傳呼之類的各種技術領域中，實現這些目標的協定 已眾所皆知，其中CCIR無線電傳呼碼一號（CCIR Radiopaging Code No. 1)或稱爲 POCSAG 已使用將近二 十年的時間。所遵循的一般方法在於，無線電單元長時間 處於「睡眠」狀態，但是會定期唤醒，以檢查其通道上是 否有傳輸資料信號。可預設唤醒週期，而與信號是否存在 無關。在此電池節約協定類型的精進中，當已唤醒無線電 單元時，在供給整個接收器能量之後，會先檢查資料是否 存在，並且，如果在比預設週期更短的時間期間内未偵測 到任何資料，則會貿然停止供電。結果可延長電池使用壽 命，或配合同一電子裝置使用較小型的電池。 如果無線電單元無法可靠偵測資料，則第一，會有假警 報（P(假警報）或縮寫成P(fa))的可能性，其定義爲，甚至 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

518860 Α7 Β7 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 當只有雜訊存在時，資料存在偵測器「偵測」到信號的可 能性；以及，第二，會有假撤回（P(假撤回）或縮寫成 P(fd))的可能性，其定義爲，資料存在偵測器拒絕有效信 號並將有效信號當作雜訊的可能性。P(fd)是更關键的參 數，因爲所有的資料信號假撤回都會導致完全損失封包。 典型的系統需求是：P(fa) < 1%及P(fd) S 0.1% 附圖的圖1顯示典型資料存在指示器的方塊圖。在圖1 中，r.f.前端階12頻率向下轉換天線10所接收到的信 號。階12包括四相位頻率向下轉換階，由四相位頻率向下 轉換階提供零IF或低IF的實數輸出I(t)及虛數輸出 Q(t)。將這些輸出供應到各自的求平方電路14、16，用以 分別產生輸出I(t)2及Q(t)2。階18計算這些信號的總 和，並在平方根階20中導出總和的平方根。將輸出Ρ(0 (―λ/’(’) +2(’))供應給變動總和階22。在比較器26中比較 來自於階22的變動總和與階24所產生的固定臨界値’比 較器26的輸出28包含資料存在指示讀數。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖中所示的指示器電路的主要用途是區別信號與雜訊。 此類已知電路的缺點在於，降低信號相對於雜訊之特性的 任何因素存在將減速偵測機制，從節約電力觀點，其較不 經濟。 _ 發明概述 本發明的目的是最佳化最短可能時間的資料存在偵測’ 以保證所需的最低限度可能度，而同時使能源需求降至最 低限度。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 518860 A7

五、發明說明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明-項觀點，本發明提供一種用以偵測2_fsk 仏唬存在之方法，該方法包括下列步驟：接收一 2_FSK信 號；四相位頻率向下轉換所接收到的信號，以產生四相位 相關輸出；超額取樣該等四相位相關輸出，以產生數位樣 本；差動解碼該等數位樣本，以產生實數及虛數成分；求 出該等虛數成分的積分；以及，比較該積分値與一固定臨 界値，並且，如果超過臨界値，則決定信號存在。 根據本發明另一項觀點，本發明提供一種無線電終端， #亥典線電終端包括：一用來接收一 2_fsK信號的裝置；一 四相位頻率向下轉換裝置，其具有一輸入耦合到該信號接 收裝置，以及四相位相關信號的輸出；一解碼装置，用來 解碼該等四相位相關輸出，以產生實數及虛數成分；一用 來求出該等虛數成分之積分的裝置；以及，一比較裝置， 其具有一第二輸入耦合並接收該求積分裝置的輸出，一第 二輸入耦合一臨界値產生電路，以及，一輸出，當該求積 分裝置的輸出超過該臨界値產生電路所產生的一數値，則 提供一信號存在指示讀數。 本發明係以相對於雜訊來增強信號爲基礎，其方式是將 純雜訊的加法歸併到資料存在指示器，藉此增加決定信號 存在的速度’而不會降低可靠度。速度可增加9倍。因 此，如果沒有信號存在，則更快撤銷終端，因此可增加電 池使用壽命。 就2-FSK調變傳輸而言，解碼信號的星區完全位於虛分 支上。因此，求出實數分支上所註册之資料（類似於純雜訊) _6_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518860 A7 B7__ 五、發明說明（4 ) 的積分毫無幫助。 圖式簡單描述 現在參考附圖，藉由範例來説明本發明，其中： 圖1顯示本説明書前言中所説明之已知資料存在指示電 路的方塊圖； 圖2顯示根據本發明之資料存在指示電路的方塊圖；以 及 圖3顯示2-FSK調變資料之星區的圖式。 圖式中，已使用的相同參考數字代表對應的功能。 執行本發明的模式 圖2中顯示的接收器可能是獨立的接收器，或是遙測模 、组中具體化之收發器的接收器段。基於便利，這兩種配置 皆視爲接收器。 接收器係根據電池節省協定運作，藉此從睡眠模式中週 期性唤醒接收器，其中在睡眠模式中，只會將能源供給到 爲維持接收器以睡眠狀態運作所需的接收器零件。 天線10係連接到信號分路器30，由信號分路器30將 輸入信號供應給混音器34、35的第一輸入32、33。本機 振盪器36係耦合到混音器34的第二輸入38，並且經由 四相位相移器37耦合到混音器35的第二輸入39。選取 本機振盪器36的頻率，以利於_將天線10上所接收到的信 號向下轉換成零IF或低IF。指定混音器34的輸出是同 相信號I(t)，而混音器35的輸出是四相位信號Q(t)。 同相信號I(t)及四相位信號Q(t)分別經過低通濾波器 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂----.-----· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 518860 A7 B7 _____ 五、發明說明（5 ) 4〇、41濾波，並經過類比到數位轉換器（ADC) 42、43將 之數位化。ADC 42、43超額取樣信號I(t)及Q(t)，並將 樣本供應給差動解碼器44。例如，如果資料傳輸率是150 bits/s且取樣頻率是76.8kHz，則超額取樣速度是每位元 5 12個樣本。差動解碼器44屬於已知設計，並且包含複合 信號組合器46，該複合信號組合器46的第一輸出經由延 遲階48及複共軛階50耦合到乘法器52的第一輸入，並 且該複合信號組合器46的第二輸出直接耦合到乘法器52 的第二輸入。乘法器52的輸出係供應給複合實數及虛數階 54，由複合實數及虚數階54以超額取樣位元傳輸率來供 應實數輸出Re及虛數輸出Im。 現在，請參考圖3，資料存在指示電路（DPI)的主要目標 是區別信號與雜訊。爲了使DPI電路更具高效率，就2-FSK調變傳輸而言，將使用星區上可用的調變數位信號資 訊。如圖3所示，解碼信號的星區完全位於虛分支Im 上。因此，就所考慮的2-FSK範圍内，求出實數分支Re 上所注册之資料（類似於純雜訊）的積分毫無幫助。藉由忽 略實數通道的貢獻，相對於參考圖1所説明的已知方法， 可增加偵測處理速度達2與8.5倍之間。 請重新參考圖2，將超額取樣虛數輸出im供應給資料存 在指示電路DPI，尤其是供應給絕對値階56。在變動總和 階58中求出來自於階56之輸出的積分。將來自於階58 的輸出供應給比較器26的第一輸出，以便比較臨界階24 中產生的固定臨界電壓。如果變動總和超過臨界電壓，則 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --裝---- 訂 ί 1^----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518860 A7 __B7__ 五、發明說明（6 ) 會在輸出28上提供資料存在指示讀數，如果未超過臨界電 壓，則比較器2 6逾時。 圖2所示的電路不僅快於已知電路，並且還推測可從資 料存在指示電路獲得兩年半的額外電池使用壽命。 視需要而定，電路包括頻率補償演算法，其可降低對頻 率偏移的靈敏度，並防止信號星區旋轉，傳送實數路徑上 的資料部份。 在本發明的説明書及申請專利範例中，出現在元件之前 的「一個」並不排除使用複數個此類的元件。另外，「包 括」並不排除使用未列出的其他元件或步驟。 讀取本發明發表的内容後，熟知技藝人士很容易明白本 發明可做任各種其他的修改。此類的修改可能涉及設計、 具有資料存在指示器階及其零組件之接收器的製造及使用 中已知的其他功能，可使用這些功能來取代本文中説明的 功能，或是除了本文中説明的功能以外，再使用這些功 能。 產業應用性 適用於通訊裝置等等的資料信號偵測。 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. j%^qi〇2777號專利申請案 91. 11· 0 l;f靖請專利範圍修正本(91年U月） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種用以偵測2-FSK信號存在之方法，該方法包括下 列步驟：接收一 2-FSK信號；四相位頻率向下轉換所 接收到的信號，以產生四相位相關輸出；超額取樣該等 四相位相關輸出，以產生數位樣本；差動解碼該等數位 樣本，以產生實數及虛數成分；求出該等虛數成分的積 分；以及，比較該積分值與一固定臨界值，並且，如果 超過臨界值，則決定信號存在。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於：求出該等 虛數成分的積分，其方式是導出該等虛數成分的絕對 值，並形成該等虚數成分的變動總和，將該變動總和與 該固定臨界值比較。 3· 一種無線電終端，該無線電終端包括：一用來接收一 2-FSK信號的裝置；一四相位頻率向下轉換裝置，其 具有一輸入耦合到該信號接收裝置，以及四相位相關信 號的輸出；一解碼裝置，其用來解碼該等四相位相關輸 出，以產生實數及虛數成分；一用來求出該等虛數成分 之積分的裝置；以及，一比較裝置，其具有一第二輸入 耦合並接收該求積分裝置的輸出，一第二輸入耦合一臨 界值產生電路，以及一輸出，其在該求積分裝置的輸出 超過該臨界值產生電路所產生的一數值時，用以提供一 信號存在指示讀數。 4·如申請專利範圍第3項之無線電終端，其特徵在於： 一絕對值決定階係耦合到該求積分裝置，並且其特徵在 於：該求積分裝置包含一用來產生該絕對值決定階之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X 297公釐） D8 irj_ 六、申請專利範圍 輸出之變動總和的裝置。 其中該無線 5.如申請專利範圍第3或4項之無線電終端 電終端為一遙測模組。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)