檢測數據存在的方法和接收機的製作方法
2023-06-06 21:12:11
專利名稱：檢測數據存在的方法和接收機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測數據信號存在的方法和接收機。典型情況下，這樣一種接收機是一種供如自動水位計量那樣的應用使用的遙測模塊的接收機部分。
如果該無線電單元在檢測數據方面不可靠，那末首先存在虛警的概率(P(虛警)或簡短表示為P(fa))，被定義為甚至只有噪聲存在時的數據存在檢測器「檢出」信號的概率，和其次存在漏報概率(P(虛假解除)或簡短表示為P(fd))，被定義為數據存在檢測器拋棄一個良好信號並把它當作噪聲的概率。P(fd)是比較關鍵的參數，因為每次數據漏報將使一個分組完全丟失。典型的系統要求是p(fa)≤1％和p(fd)≤0.1％。
依據本發明的第一方面，在此提供一種檢測數字調製數據信號存在的方法，該方法包括將數字調製信號差分解碼成包括每位n個樣本的過採樣覆信號，組成相繼的m個樣本的組的行進和，其中m小於n，導出這些相繼行進和的絕對值，對該絕對值加權，並通過將該加權絕對值與閾值水平相比較來確定數據的存在。
依據本發明的第二方面，在此提供一種接收機，包括用於接收數字調製信號的裝置，用於將該數字調製信號組成過採樣的，差分解碼的包括每位n個樣本流的覆信號的裝置，用於組成相繼的m樣本組的行進和的裝置，其中m小於n，用於對相繼的行進和導出絕對值的裝置，用於對該各個絕對值加權的加權裝置，用於將該加權的絕對值與閾值水平作比較並提供在接收到的信號中數據存在的輸出指示的比較器。
本發明是基於一種機制，包括將輸入信號的絕對值逐個樣本地相加，直到達到固定的閾值或超時時刻已過為止。在第一種情況下，我們可以確信信號是存在的，在第二種情況下，我們可以肯定信號不存在。在該基本機制的一種改進方案中，當與其他的樣本組合時對以前的樣本的隨時間變化和它們的值作某些考慮。因此，單個樣本未被考慮，而考慮集合在一起的樣本組。
在數據信號是2-FSK信號的情況下，將行進和是由包含在虛星座中的差分解碼的樣本組成。選擇虛星座的優點是與一種其中將I和Q信號的平方和與閾值值作比較的已知技術相對比，獲得了較快的結果。
圖2示出2-FSK解調數據的星座，和圖3示出存在信號和噪聲的計數器值的統計分布，一起示出有分配給每個組或窗的加權值Wi的指示；橫座標表示計數器值，縱座標表示發生的次數。
實施本發明的模式示於
圖1中的接收機可以是一個獨立的接收機或者是內藏在遙測模塊中的發送接收機的接收機部分。為了方便起見，兩種方案將作為一個接收機進行描述。
接收機依據一種節省電池的協議工作，從而它被從睡眠模式周期性地喚醒，其中只有那些對於維持接收機功能必不可少的接收機部件在其睡眠狀態中被激勵。
天線10被耦合到信號分離器12，對混頻器16，17的第一輸入14，15提供輸入信號。本地振蕩器18被耦合到混頻器16的第二輸入20，並通過正交相移器22耦合到混頻器17的第二輸入21。本地振蕩器18的頻率被這樣選擇，將在天線10上接收到的信號往下轉換為零IF或低IF。從混頻器16的輸出被指定為同相信號I(t)，從混頻器17的輸出被指定為正交相位信號Q(t)。
同相和正交相位信號I(t)和Q(t)被分別在低通濾波器24，25和模數轉換器(ADC)26，27中濾波和數位化。
ADC 26，27對信號I(t)和Q(t)過採樣，樣本被施加到差分解碼器28。例如，如果數據速率是150位/秒，採樣頻率是76.8KHz，則過採樣速率為每位512樣本。差分解碼器28是一種已知的設計並包括一個覆信號組合器30，具有第一輸出，藉助於延時級31和復共軛級32連到乘法器34的第一輸入，和被直接連到乘法器34的第二輸入的第二輸出。乘法器34的輸出被施加到復實和虛級36，提供均處於過採樣位速率上的實輸出Re和虛輸出Im。
參考片刻圖2，數據存在指示器電路DPI(圖1)的主要目的是將信號與噪聲區分開。為了使DPI電路在2-FSK調製傳輸的情況下更有效，使用在指望用於調製數位訊號的星座上可用的信息。正如圖2中所示，解碼信號的星座完全在虛分支Im上。因此，對在實信道Re上註冊的，類似於純噪聲的數據整合在涉及2-FSK的範圍內是無益的。忽略來自實信道的貢獻，對於已知的方法來說，檢測過程的速度是增加的。對於多電平調製方案，包括來自實(Re)和虛(Im)輸出的貢獻將是必要的。
反回參考圖1，過採樣虛輸出Im被供給一個數據存在指示器電路DPI。樣本被供給一個行進和計數器38，其輸出被連到一個常開開關40。計數器42計數32個樣本，並在第32個計數時產生一個輸出，首先供給開關40的控制輸入44，使其閉合，將行進和的計數傳送給一個絕對值級48，其次供給計數器38的復位輸入46，使計數復位為零。來自級48的絕對值計數Xi被供給比較器50和乘法級52，在其中被乘以加權值Wi。
四個閾值值tr1到tr4被供給比較器50的各個輸入，對於以下條件分別具有五個輸出xi＞tr1；tr2＜xi＜tr1；tr3＜xi＜tr2；tr4＜xi＜tr3和xi＜tr4。加權值選擇級54具有連到比較器50五個輸出中每一個的輸入並選擇一個加權值Wi，對五個輸出中哪個有效作出響應。
乘積S＝xi*Wi被供給另一個比較器56，在其中與由閾值級58提供的閾值值作比較。如果閾值被超過，則在比較器56的輸出60將傳送數據存在信號，在這種情況下接收機將保持在喚醒狀態。如果閾值未被超過，數據存在指示器DPI將超時，接收機在它的喚醒周期到期以前回復到睡眠模式。
參考圖3，該圖示出在32個樣本計數以後來自計數器28的行進和計數值的時間關係。計數將在0和32之間變化。噪聲計數的分布，也就是，只在空中存在噪聲情況下的計數用虛線表示，粗黑線表示信號計數的分布。
預先知道在信號情況下計數器38的預期值將與在噪聲情況下的預期計數非常不同(通常是較高)。這種信息被用於依據分配給它們的可信度幫助對不同測量結果加權。
作為一種一般情況的例子，數據被以這樣一種方式過採樣，其典型的數據周期將是n個樣本長，該數據周期被分成m個相繼樣本的組或窗，m＜n。在本例中每位n＝512樣本和m＝32樣本。在圖1中所示的實施方案中，每個m樣本的窗被認為與前面的和後繼的窗無關。這樣允許一種短時間過程的分布。對於每組m樣本的計數器值將在o和m之間。這個數字被依據圖3中所述的時間圖中的數據分布加權。在圖3中得到相關值在32內大於15，這將給出高概率，這應該是信號而不是噪聲。因此，這個信息可被加權，高於來自計數器值為10的信息。因而在圖1中的tr1到tr4的值規定計數器值中各個斷點，加權值W1到W5(圖3)被依據所選的可信度分配給各個段。
除了剛剛描述過的方法外可以採用其他的加權方法。作為一種通常的規則，加權Wi＝f(相關值)，在其中函數可以是任何適當的線性或非線性函數，被適當地依據在預先規定的條件，如只有噪聲或不同的信號功率水平之下，計數器值分布的知識進行設計。
加權方法不需要要求計數器值與閾值值相比較。如果計數的分布是高斯分布，則可從下式確定加權值W(x)=e(_x-m)2/2222]]>其中x是絕對值計數器值和σ是方差。
在另一種變式中，加權可以是一種平方關係，W(x)＝x2，其中x是絕對值計數器值。
作為對計數器值加權的結果，與根據獲得正交分量的平方和，並將它與閾值值作比較的已知技術相比，數據存在指示器的操作是比較快的，它的可靠性是高的。因為這種方法比較快，大大增強節省電池的功能。
數據存在指示器DPI可以選擇包括一個功率水平估值器62。
被連到乘法級52輸出的功率水平估值器62可被作為一個滑動平均級實施。有效時間越長，所得到的估值的質量越高。例如，通過在相應於2到3個檢測周期的一個周期上平均可以獲得1dB的解析度。較低水平的估值器本身將是一個計數器的輸出，它具有與數據質量有關的可變斜率。斜升的斜率越快，信號功率越高。計數器值的簡單平均將給出輸入功率的精確估值。
雖然已參考2-FSK調製作描述了本發明的實施方案，本發明的講授內容可應用到較高等級的調製上，在這種情況下，DPI必須既使用實輸出Re又使用虛輸出Im。
在本說明書和權利要求書中，在一個部件前面的詞「一個」並不排斥存在多個這樣的部件。進一步，詞「包括」並不排斥存在不是所列舉的其他部件或步驟。
通過閱讀本公開內容，其他的修改對本領域的技術人員將是顯然的。這樣的修改可以包含在具有數據存在指示器級和其組分部件的接收機的設計，製造和使用中已知的其他特性，可被替代或者添加已經在此描述過的特徵。
工業適用性用於通信設備等的數據信號檢測。
權利要求
1.一種檢測數字調製數據信號存在的方法，該方法包括將該數字調製信號差分解碼成包含每位n樣本的過採樣覆信號，組成m個樣本的相繼組的行進和，其中m小於n，對這些相繼的行進和導出絕對值，對該絕對值加權，並通過將該加權的絕對值與閾值水平相比較確定數據的存在。
2.如權利要求1的方法，其特徵在於通過將該絕對值與多個不同幅度的閾值相比較來對該絕對值加權，在相繼幅度的閾值之間的差包括一個具有分配給它的加權值的窗；其中該加權的絕對值是該絕對值和所確定的加權值的乘積。
3.如權利要求1或2的方法，其特徵在於從該絕對值和它的相關加權值的乘積估計功率水平。
4.如權利要求1或2的方法，其中該數字調製信號包括2-FSK信號，其特徵在於將包含差分解碼的虛值的星座用於形成該行進和。
5.一種接收機，包括用於接收數字調製信號的裝置，用於將該數字調製信號組成過採樣的，差分解碼的，包括每位n樣本流的覆信號的裝置，用於組成相繼的m樣本組的行進和的裝置，其中m小於n，用於對相繼的行進和得出絕對值的裝置，用於對該各個絕對值加權的加權裝置，和用於將該加權絕對值與閾值作比較並提供在接收到的信號中數據存在的一種輸出指示的裝置。
6.如權利要求5的接收機，其特徵在於該加權裝置包括用於將該得到的絕對值與多個閾值作比較的比較裝置和根據該比較結果選擇加權值的裝置，在其中提供乘法裝置，用於形成作為各個絕對值和它的相關的加權值的乘積的該加權絕對值。
7.如權利要求5或6的接收機，其特徵在於被連到乘法裝置的輸出的功率水平估值器。
8.如權利要求5或6的接收機，作為一種集成電路製造。
9.一種包括如權利要求5到8的任一項的接收機的遙測模塊。
全文摘要
一種用於檢測數字調製數據信號存在的方法和接收機,在其中將該接收機周期性地激勵以便檢測信號的存在。將該接收到的信號/噪聲利用正交頻率轉換級(116、17、18)轉換成覆信號,在差分解碼(28)以後每個所發送的位包含n個樣本。獲得相繼的m樣本組的行進和,其中m<n,導出每個組的絕對值(xi)。通過將每個絕對值與預先確定的預期值的統計量作比較選取加權值(Wi),將所選得的加權值乘以相關的絕對值以產生乘積(S)。將該乘積在比較器(56)中與閾值值(58)作比較,得到在該接收信號中數據存在的指示。如果該指示是否定的,將接收機斷電以節省功率。
文檔編號H04B1/16GK1364372SQ01800466
公開日2002年8月14日 申請日期2001年2月5日 優先權日2000年3月9日
發明者D·G·波爾齊諾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司