(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル的に変調されたデータ信号の存在を検出する方法であって、ディジタル的に変調された信号を、ビット当りｎサンプルを含むオーバーサンプリングされた複素信号へ差動的に復号し、ｎよりも小さいｍのサンプルの連続するグループの移動和を形成し、連続する移動和の絶対値を得て、前記絶対値に前記絶対値の大きさによって決まる重みを乗算することによりその絶対値を重み付けし、そして、重み付けされた絶対値としきい値レベルを比較することによりデータの存在を決定する方法。
【請求項２】
絶対値は、絶対値を異なる大きさの複数のしきい値と比較し、当該比較の結果に基づいて重み付け値を選択することにより重み付けされ、且つ、重み付けされた絶対値は、絶対値と前記選択された重み付け値の積であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
絶対値とその関連する重み付け値の積からパワーレベルを推定することを特徴とする請求項１或は２に記載の方法。
【請求項４】
ディジタル的に変調された信号は、２−ＦＳＫ信号を含み、差動的に復号された虚数値を含む配列は、移動和を形成するために使用されることを特徴とする請求項１或は２に記載の方法。
【請求項５】
ディジタル的に変調された信号を受信する手段と、ディジタル的に変調された信号を、ビット当りｎサンプルのストリームを含むオーバーサンプリングされ、差動的に復号された複素信号へ構成する手段と、ｎよりも小さいｍのサンプルの連続するグループの移動和を形成する手段と、連続する移動和の絶対値を得る手段と、前記絶対値に前記絶対値の大きさによって決まる重みを乗算することによりそれぞれの絶対値の重み付けを行う重み付け手段と、そして、重み付けされた絶対値としきい値レベルを比較し且つ受信された信号内にデータの存在を示す出力を供給する比較器と、を有する受信器。
【請求項６】
重み付け手段は、得られた絶対値を複数のしきい値と比較する比較手段と、比較の結果に基づいて重み付け値を選択する手段とを有し、且つ、乗算手段が、それぞれの絶対値とその関連する重み付け値の積として重み付けされた絶対値を構成するために設けられていることを特徴とする請求項５に記載の受信器。
【請求項７】
乗算手段の出力に接続されたパワーレベル推定器を特徴とする請求項５或は６に記載の受信器。
【請求項８】
集積回路として製造された請求項５或は６に記載の受信器。
【請求項９】
請求項５乃至８のうち何れか一項に記載の受信器を有する遠隔測定モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、データ信号の存在を検出する方法及び受信器に関連する。そのような受信器は、典型的には、自動水位測定のような遠隔測定アプリケーションで使用する、遠隔測定モジュールの受信部分である。
【０００２】
背景技術
遠隔測定モジュールは、保守されずに何年も連続して使用されうる装置内に装備されている。電池駆動の遠隔測定モジュールの場合には、電池交換の間の１０年まで動作するのが好ましい。そのような長い保守寿命を達成できるために、遠隔測定モジュールは、適切な応答時間を与えながら電流を容易に節約するプロトコルに従って動作する。これらの目的を達成するプロトコルは、ＰＯＣＳＡＧと呼ばれる、ＣＣＩＲ無線ページングコードＮｏ．１が約２０年間使用されているディジタルページングのような、種々の技術分野で既知である。一般的なアプローチは、無線ユニットが、長い時間の期間の間”スリープ”するが、そのチャネルに何かデータ信号が伝送されていないかをチェックするために周期的に起動することである。起動する周期は、信号が存在するか否かとは独立に予め設定される。この種の電池の経済的なプロトコルの改良では、無線ユニットが起動されたときに、受信器全体にエネルギーを供給する前にデータの存在に関するチェックを行い、そして、予め設定された期間よりも短い時間の期間内に検出されない場合には、素早く電源を遮断する。
【０００３】
無線ユニットがデータを検出する信頼性がない場合には、最初に、ノイズのみが存在するときでさえも、データ存在検出器により信号が”検出される”確率として定義される誤った警報（Ｐ（ｆａｌｓｅ  ａｌａｒｍ）又は、短縮してＰ（ｆａ））の確率があり、そして、第２に、データ存在検出器が良好な信号を拒絶し且つそれをノイズであるとする確率として定義される誤った棄却（Ｐ（ｆａｌｓｅ  ｄｉｓｍｉｓｓａｌ）又は、短縮してＰ（ｆｄ））の確率がある。データの各々の単一の謝った棄却はパケットの完全な損失を発生するので、Ｐ（ｆｄ）はより重要なパラメータである。典型的なシステム要求は、
【０００４】
【数１】
0004899203.tif 000002
及び、
【０００５】
【数２】
0004899203.tif 000003
である。
【０００６】
本発明の開示
本発明の目的は、エネルギー要求を最小化しながら必要とされる最小の信頼性を保証する、最も短い時間に対して、データの存在の検出を最適化することである。
【０００７】
本発明の第１の特徴に従って、ディジタル的に変調されたデータ信号の存在を検出する方法が提供され、この方法は、ディジタル的に変調された信号を、ビット当りｎサンプルを含むオーバーサンプリングされた複素信号へ差動的に復号し、ｎよりも小さいｍのサンプルの連続するグループの移動和を形成し、連続する移動和の絶対値を得て、その絶対値を重み付けし、そして、重み付けされた絶対値としきい値レベルを比較することによりデータの存在を決定する。
【０００８】
本発明の第２の特徴に従って、ディジタル的に変調された信号を受信する手段と、ディジタル的に変調された信号を、ビット当りｎサンプルのストリームを含むオーバーサンプリングされ、差動的に復号された複素信号へ構成する手段と、ｎよりも小さいｍのサンプルの連続するグループの移動和を形成する手段と、連続する移動和の絶対値を得る手段と、それぞれの絶対値の重み付けを行う重み付け手段と、そして、重み付けされた絶対値としきい値レベルを比較し且つ受信された信号内にデータの存在を示す出力を供給する比較器と、を有する受信器が提供される。
【０００９】
本発明は、固定のしきい値に達するまで又はタイムアウト時点が経過するまで、サンプル毎に、入力信号の絶対値を加算する機構に基づいている。第１の場合には、信号が存在することを確認することができ、そして、第２の場合には、信号が存在しないことを確認することができる。基本機構の改良では、前のサンプルの履歴と互いに結合されるそれらの値が考慮される。この結果として、単一のサンプルは考慮されないがしかし、互いに集められたサンプルのグループが考慮される。
【００１０】
データ信号が２−ＦＳＫ信号の場合には、移動和は、虚数配列内に含まれる差動的に復号されたサンプルで作られる。虚数の配列を選択することの優位性は、ＩとＱ信号の２乗の和がしきい値と比較される既知の技術と比較して、高速な結果が得られることである。
【００１１】
本発明を、添付の図面を参照して例により説明する。
【００１２】
本発明を実行するモード
図１に示された受信器は、独立した受信器又は、遠隔測定モジュール内で実現されたトランシーバの受信器部分である。利便性のために、両配置は受信器として説明する。
【００１３】
受信には電池節約プロトコルに従って動作し、それにより、スリープ状態で受信器機能を維持するのに必須な受信器の部分にのみ電源が与えられている、スリープモードから、周期的に起動される。
【００１４】
アンテナ１０は、入力信号を、ミキサ１６、１７の第１の入力１４、１５に供給する信号分割器１２に接続されている。局部発振器１８は、ミキサ１６の第２の入力２０に接続され、そして、直交位相シフト器２２により、ミキサ１７の第２の入力２１に接続されている。局部発振器１８の周波数は、アンテナ１０で受信された信号をゼロＩＦ又は低ＩＦのいずれかに下方変換するために選択される。ミキサ１６からの出力は、同相位相信号Ｉ（ｔ）と呼ばれ、そして、ミキサ１７からの出力は、直交位相信号Ｑ（ｔ）と呼ばれる。
【００１５】
同相及び直交位相信号Ｉ（ｔ）とＱ（ｔ）は、それぞれ、低域通過フィルタ２４、２５でフィルタされそして、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２６，２７でディジタル化される。
【００１６】
ＡＤＣ２６、２７は、信号Ｉ（ｔ）とＱ（ｔ）をオーバーサンプリングし、そして、サンプルは差動復号器２８に与えられる。例えば、データレートが１５０ビット／秒であり且つサンプリングン周波数が７６．８ｋＨｚである場合には、オーバーサンプリングレートは、５１２サンプル毎ビットである。差動復号器２８は、既知の設計であり、そして、遅延段階３１と複素共役段階３２により乗算器３４の第１の入力に結合された第１の出力と、乗算器３４の第２の入力に直接的に接続された第２の出力を有する複素信号結合器３０を有する。乗算器３４の出力は、実数出力Ｒｅと虚数出力Ｉｍを両方ともオーバーサンプリングされたレートで供給する、複素実数及び虚数段階３６へ与えられる。
【００１７】
図２を参照し、説明するデータ存在インジケータ回路ＤＰＩ（図１）の主目的は、ノイズから信号を区別することである。２−ＦＳＫ変調された伝送の場合に更に効率的にＤＰＩ回路を作るために、復調されたディジタル信号に関して期待される配列上で利用できる情報が使用される。図２に示すように、復号された信号の配列は、全体が虚数ブランチＩｍ上にある。従って、純粋なノイズと同様の、実数チャネルＲｅ上に登録されているデータを積分することは、２−ＦＳＫに関する限り、有益でない。実数チャネルからの貢献を無視することにより、検出処理の速度は、既知の方法と比較して、増加される。例えば、多値変調機構に対しては、実数（Ｒｅ）及び虚数（Ｉｍ）出力の両方からの貢献を含むことが必要であろう。
【００１８】
図１に戻ると、オーバーサンプルされた虚数出力Ｉｍは、データ存在インジケータ回路ＤＰＩに供給される。サンプルは、移動和カウンタ３８に供給され、その出力は、通常開放スイッチ４０と接続される。カウンタ４２は３２サンプルをカウントし、そして、３２番目のカウントで出力を発生し、その出力は、最初にスイッチ４０の制御入力４４に供給されて、移動和カウントが絶対値段階４８に転送することを停止し、そして、２番目に、カウントをゼロにリセットするために、カウンタ３８のリセット入力４６に供給される。段階４８からの絶対値カウントＸｉは、比較器５０と、重み付け値Ｗｉにより乗算される乗算段階５２に、供給される。
【００１９】
４つのしきい値ｔｒ１からｔｒ４は、比較器５０のそれぞれの入力に供給され、状態、Ｘｉ＞ｔｒ１；ｔｒ２＜Ｘｉ＜ｔｒ１；ｔｒ３＜Ｘｉ＜ｔｒ２；ｔｒ４＜Ｘｉ＜ｔｒ３及び、Ｘｉ＜ｔｒ４に対し、５つの出力を有する。重み付け値選択段階５４は、比較器５０の５つの出力の各々に接続された入力を有し、且つ、５つの出力の１つが活性化されている入力に応答して、重み付け値Ｗｉを選択する。
【００２０】
積Ｓ＝Ｘｉ＊Ｗｉは、しきい値段階５８により供給されるしきい値と比較する他の比較器５６に供給される。しきい値を超えた場合には、比較器５６の出力６０は、データ存在信号を伝え、その場合には受信器は起動されたままでいる。しきい値を超えない場合には、データ存在インジケータＤＰＩは、タイムアウトし、そして、受信器は、起動されている期間の満了前に、スリープモードに戻る。
【００２１】
図３に戻ると、図は、３２サンプルのカウント後のカウンタ２８からの移動和カウントの値のヒストグラムを示す。カウントは、０から３２の間で変化する。ノイズカウントの分布、即ち空中内のみのノイズの存在下でのカウントは、破線で示されており、そして、太い黒線は信号カウントの分布を示す。
【００２２】
信号の場合のカウンタ３８の期待値は、ノイズの場合の期待カウントから非常に異なる（一般的には大きい）ことを前もって知ることにより、この情報は、それらに割り当てられた信頼性の程度に従って、異なる測定の結果を重み付けするのに優位に使用される。
【００２３】
一般的な場合の例として、データは、オーバサンプリングされる。典型的なデータ期間がｎサンプル長であり、そして、このデータ期間は、ｍ＜ｎである、連続するサンプルのグループ又は窓に分割される。本実施例では、ビット当りｎ＝５１２サンプルであり、そしてｍ＝３２サンプルである。図１で示された実施例では、ｍサンプルの各窓は、前の及び連続する窓から独立であると考えられ、これは、短い履歴の貢献を可能とする。ｍサンプルの各グループのカウンタの値は、０とｍの間である。この数は、図３に示されたヒストグラム内のデータの分布に従って重み付けされる。図３では、３２の中から１５より大きい相関の値を得ることは、これが信号であり、ノイズではないといことの高い確率を与える。従って、この情報は、カウンタ値１０から来る情報よりも高く重み付けされることが可能である。このように、図１内のｔｒ１からｔｒ４の値は、カウンタ値の種々のブレークポイントを定義し、そして、重み付け値Ｗ１からＷ５（図３）は、選択された信頼性に依存して、種々のバンドに割当られる。
【００２４】
重み付けの他の方法を、丁度説明した方法の他にも採用できる。一般的な規則として、重み付けＷｉ＝ｆ（相関値）であり、関数は、ノイズのみ又は、異なる信号パワーレベルのような予め定められた条件でのカウンタ値の分布の知識に従って適切に設計された適するどのような線形又は非線形関数でも可能である。
【００２５】
重み付けの方法は、しきい値と比較されるべきカウンタ値を必要としない。カウントの分布がガウス分布の場合には、重み付けは、
【００２６】
【数３】
0004899203.tif 000004
から決定できる。ここで、ｘは絶対値カウンタ値であり、σは分散である。
【００２７】
他の変形例では、重み付けは、２乗関係、Ｗ（ｘ）＝ｘ２であり、ここで、ｘは、絶対値カウンタ値である。
【００２８】
カウンタ値を重み付けする結果として、データ存在インジケータの動作は、直交成分の２乗の和を得て、そして、これをしきい値と比較することに基づいている既知の技術と比較して高速であり、そして、信頼性が高い。この方法は高速なので、電池節約がかなり向上される。
【００２９】
データ存在インジケータＤＰＩは、オプションで、パワーレベル推定器６２を含む。
【００３０】
パワーレベル推定器６２は、乗算段階５２の出力と接続され、移動平均段階として実行でき、そして、活性化されているのが長くなるほど、得られる推定値の品質が高くなる。例えば、２から３検出期間に対応する期間に亘って平均することにより、１ｄＢの分解能を得ることができる。より低いレベル推定器自身は、データの品質に依存する可変スロープを有するカウンタの出力であろう。ランプのスロープが早くなるほど、信号パワーは高くなる。カウンタ値の単純な平均化は、入力パワーの正確な推定値を与える。
【００３１】
本発明の実施例を、２−ＦＳＫ変調を参照して説明したが、本発明の教示は、実数出力Ｒｅと虚数出力Ｉｍの両方がＤＰＩにより使用されねばならない高レベルの変調にも適用できる。
【００３２】
本明細書及び請求項では、構成要素の前の、単語“ａ“又は、”ａｎ”は、複数のそのような要素の存在を除外しない。さらに、単語”含む”、”有する”は、記載された以外の構成要素又は、ステップの存在を除外しない。
【００３３】
本発明の開示を読めば、他の修正は、当業者には明らかである。そのような修正は、既に、データ存在インジケータ段階及びそのための構成部品を有する受信器の設計、製造及び、使用で既知である他の特徴を含みそして、ここで既に説明した特徴の代わりに又は特徴に加えて使用され得る。
【００３４】
産業上利用可能性
通信装置及び同様なものに関するデータ信号検出。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２−ＦＳＫ信号と共に使用する本発明に従って構成される受信器のブロックの概略を示す図である。
【図２】  ２−ＦＳＫ復調されたデータの配列を示す図である。
【図３】  各グループ又は窓に割り当てられた重みＷｉの指示と共に信号とノイズが存在する場合の、カウンタ値の統計的な分布を示す図であり、横座標はカウンタ値を示し、縦座標は発生数を示す。
【図１】
0004899203.tif 000005
【図２】
0004899203.tif 000006
【図３】
0004899203.tif 000007