FI114887B

FI114887B - Hajaspektrivastaanottimen signaalinhakujärjestelmä

Info

Publication number: FI114887B
Application number: FI20002154A
Authority: FI
Inventors: Tapani Ritoniemi; Ville Eerola
Original assignee: U Nav Microelectronics Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2005-01-14
Also published as: US6909739B1; FI20002154A0; JP5059268B2; AU7925200A; FI20002154A; DE60036010T2; EP1222748A1; AU770577B2; ATE370555T1; JP2003511955A; CA2385111C; CA2385111A1; DE60036010D1; WO2001028116A1; EP1222748B1

Description

11488/

Hajaspektrivastaanottimen signaalinhakujärjestelmä

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy hajaspektrivastaanottimeen ja erityisesti vastaanottimen vastaanottaman signaalin hakujärjestelmään (acquisition).

5 Hajaspektrijärjestelmä (spread spectrum system) on tietoliikenne järjestelmä, jossa signaalin lähettämiseen käytetään oleellisesti laajempaa kaistanleveyttä kuin olisi tarpeen signaalin välittämiseksi. Signaalin spektrin hajottaminen suoritetaan lähettimessä alkuperäisestä datasta riippumattoman valesatunnaisen hajotuskoodin avulla.

10 Suorasekvenssihajaspektrijärjestelmissä (DS-SS, Direct Sequence

Spread Spectrum) spektrin hajotus käytettävissä olevalle kaistanleveydelle suoritetaan kääntämällä kantoaallon vaihetta valesatunnaisen hajotuskoodin mukaisesti. Hajotuskoodin bittejä kutsutaan yleisesti chipeiksi erotuksena varsinaisista databiteistä.

15 Kuviossa 1 on esitetty lohkokaavio, joka havainnollistaa erästä suo- rasekvenssiin perustuvaa hajaspektrijärjestelmää. Siinä datalähteen 1-2 signaalia moduloidaan ensin lähettimen 1-1 datamodulaattorissa 1-4, jonka jälkeen modulaattorista 1-4 ulostulevaa kompleksista 1-6, 1-8 signaalia moduloidaan kertomalla kyseinen datamoduloitu signaali koodigeneraattorin 1-10 20 tuottamalla kompleksisella 1-12, 1-13 hajotuskoodilla kertojassa 1-14: Hajo-:· tuskoodimodulaattori 1-16 levittää lähetettävän spektrin hajotuskoodin avulla, j Tämän jälkeen kyseisellä data- ja koodimoduloitulla signaalilla moduloidaan kertojassa 1-18 suurtaajuusoskillaattorin 1-20 tuottamaa kantoaaltoa ja lähe-: tettävästä signaalista poistetaan sen imaginaariosa 1-22. Lähetetty signaali 25 kulkee lähettimen antennista 1-24 siirtotien 1-26 yli vastaanottimen 1-30 antenniin 1-32. Vastaanottimessa 1-30 etuasteen suodatin 1-34 erottaa infor-maatiosignaalin koko taajuusspektristä. Kompleksinen 1-35, 1-36 signaali sekoitetaan alemmalle taajuudelle kertomalla signaali jänniteohjatun oskillaatto- t rin 1-40 tuottamalla kompleksisella 1-42, 1-44 signaalilla kertojassa 1-45.

* I I

30 Hajaspektrijärjestelmän vastaanottimessa sisääntulevan signaalin · ·. spektrin kaventamiseen käytetään despread-modulaattorissa (hajotuskoodide- modulaattori) 1-48 referenssisignaalia, koodireplikaa, joka on mainitun hajo- I · tuskoodin identtinen kopio. Kuviossa 1 koodigeneraattori 1-46 tuottaa, generoi mainitun hajotuskoodireplikan, joka korreloidaan kertojassa 1-50 vastaanote-35 tun signaalin kanssa mainitulla hajotuskoodireplikalla. Mikäli koodireplika ja vastaanotettu koodi ovat samat ja samassa vaiheessa, ne korreloivat ja lähe- 114887 2 tetty datamodulaatio saadaan palautettua samaksi kuin se oli ennen hajotusta. Samalla saadaan erilaiset häiriösignaalit vastaavasti hajotettua. Despread-modulaattorin 1-48 jälkeinen kaistanpäästösuodatin 1-52 päästää datamodu-loinnin läpi mutta poistaa suurimman osan häiriösignaalin tehosta, mikä pa-5 rantaa vastaanotetun signaalin signaalikohinasuhdetta.

Jotta hajaspektrivastaanottimessa kyettäisiin ilmaisemaan lähetettyä dataa, vastaanottimen generoima koodireplika on synkronoitava (alku-synkronointi, acquisition) vastaanotettuun koodiin mahdollisimman tarkasti ja kyseinen synkronointi on pystyttävä säilyttämään (signaalin seuranta, 10 tracking). Vastaanottimessa generoidun hajotuskoodireplikan täytyy siis olla ja pysyä samassa vaiheessa vastaanotettuun signaaliin sisältyvän hajotuskoodin kanssa. Tämän vuoksi tarvitaan tavallisten kantoaalto- ja datasynkronointien lisäksi oma synkronointialgoritmi tai -yksikkö koodisynkronointia varten. Alku-synkronoinnin nopeus eli aika jossa koodireplika saadaan osumaan oikeaan 15 vaiheeseen vastaanotetun koodin kanssa, on hajaspektrijärjestelmän eräs tärkeä suorituskykyparametri. Alkusynkronointiin on kehitetty monia menetelmiä, minkä lisäksi järjestelmässä voi olla erityisiä lähetettyyn signaaliin liittyviä avusteita alkusynkronointiin.

Sovitetut suodattimet ovat laitteita, jotka antavat ulostulona aika-20 käänteisen (time-reversed) replikan, kopion halutusta sisääntulosignaalistaan kun niiden sisääntulona on impulssi. Sovitetun suodattimen siirtofunktio on sii-hen sovitetun signaalin kompleksikonjugaatti. Sovitettu suodatin voidaan to- • J ; teuttaa joko jatkuva-aikaisesti tai diskreettiaikaisesti toimivana. Sovitettu suo- ·:*! datin laskee korrelaatiota tunnetun referenssisig naalin ja mitattavan signaalin 25 välillä ja antaa maksimiulostulon, kun referenssisig naali vastaa sisääntulevaa « · .··. signaalia parhaiten. Tämän vuoksi sovitettu suodatin on käyttökelpoinen ha- jaspektrijärjestelmien signaalinhakuvaiheessa, kun etsitään vastaanottimen • · generoiman referenssisignaalin oikeaa vaihetta. Sovitettu suodatin voidaan osoittaa optimaaliseksi tavaksi tunnistaa signaaleja AWGN (Additive White • ·« ·;;; 30 Gaussian Noise) tyyppisestä kohinasta.

’ · · ‘ Kuviossa 2 on esitetty eräs mahdollinen sovitetun suodattimen to- teutuksen signaalivuokaavio. Se koostuu viivelinjasta, jossa on väliulosottoja .;: ja passiivisesta suodattimesta, joka on sovitettu PRN (Pseudo Random Noise) -chipin aaltomuotoon. Suodattimen ulostulo on sovitettu PRN-hajotusbittien '···' 35 peruspulssimuotoon. Kuviossa 2 in(n) kuvaa suodattimen sisääntulevaa sig- . i naalia ja in(n-1), in(n-2) ... in(n-NMF+1) kuvaavat sisääntulevaa signaalia vii- 114887 3 västettyä 1, 2 ... NMF+1 kappaleella viive-elementtejä Te. c(0), c(1) ... c(NMF-1) kuvaavat kertoimia, joilla eri suuruisesti viivästetty sisääntuleva signaali kerrotaan. Kertolaskun jälkeen eri signaalit summataan summaimessa 2-10 ja summasignaali suodatetaan suodattimessa 2-20.

5 Sovitetun suodattimen käyttäminen hajaspektrijärjestelmien synkro noinnissa on tunnettua esimerkiksi kirjasta ”Spread Spectrum Communications Handbook, Marvin K. Simon et ai, McGraw-Hill, 1994, sivut 815-832. Tunnetussa sovitetussa suodattimessa suodatin on sovitettu yhteen vastaanotettuun signaaliin kerrallaan. Tämä vaatii joko useamman sovitetun suodattimen käyt-10 töä tai yhden signaalin etsimistä kerrallaan, mikäli halutaan hakea useampaa kuin yhtä signaalia.

Haettaessa sovitetulla suodattimena kaistanpäästötyyppistä signaalia kohinaisesta vastaanotetusta signaalista, tunnetussa ratkaisussa sovitetulle suodattimelle tuleva signaali esikäsitellään kertomalla se kantoaallon estimaa-15 tiliä, millä poistetaan vastaanottimen taajuusoffset. Jos taajuusoffset ei ole tunnettu, täytyy signaalia hakea eri taajuusoffseteilla koko taajuusepätark-kuusalueen yli. Lisäksi sovitettu suodatin etsii vastaanottimen generoiman re-ferenssisignaalin oikeaa vaihetta: Sovitettu suodatin laskee korrelaatiota tunnetun signaalin ja mitattavan signaalin välillä eli tuottaa mitan näiden kahden 20 signaalin identtisyydelle. Tyypillisesti suodattimen tuottamat ulostulot ovat epä-koherentisti ilmaistuja amplitudiarvoja.

. . Tämän jälkeen kyseistä mittaa verrataan asetettuun kynnysarvoon, ·.: ; jotta voidaan päättää ovatko kyseiset kaksi signaalia synkronissa. Yksinkertai- ·: "· simmassa tapauksessa kynnysarvon ylittäminen merkitsee, että referenssisig- 25 naalia vastaava signaali on tunnistettu ja että tunnistetun signaalin hajotus-koodi on samassa vaiheessa referenssisignaalin kanssa. Tämän tiedon avulla

» · I

.···. voidaan käynnistää varsinainen signaalin seuranta ja vastaanotto. Mikäli tun- « · nistusta ei tapahdu (kynnysarvo ei ylity), alkusynkronointijärjestelmä muuttaa , paikallisesti generoidun referenssikoodin vaihetta tai vaihtaa uuden referens si;; 30 sisignaalin, jonka jälkeen korrelointi toistetaan. Näin jatketaan kunnes tunnis-‘ ·; · * tus ja synkronointi saavutetaan eli referenssisignaali vastaa sisääntulevaa sig- naalia parhaiten. Tällöin sovitettu suodatin antaa maksimiulostulon. Tämän •: ·.; jälkeen käynnistetään vastaanotetun signaalin seuranta-algoritmi.

Koska hakujärjestelmässä etsitään kaistanpäästötyyppistä signaa-';·· 35 lia, sovitettu suodatin täytyy toteuttaa joko kaistanpäästö- tai ekvivalenttisena ' : alipäästösuodatinversiona. Sovitettua suodatinta käyttävä alipäästötyyppinen 114887 4 alkusynkronointijärjestelmä on esitetty kuviossa 3. Siinä identtisiin, sovitettuihin suodattimiin 3-10, 3-12 sisääntuleva signaali 3-1 jaetaan kahteen osaan, I-ja Q-haaraan (I eli In-phase, Q eli Quadrature) ja paikallisoskillaattorin 3-2 tuottamalla signaalilla, jonka taajuus voi olla esimerkiksi olennaisesti yhtä suuri 5 kuin vastaanottimen välitaajuuden ja vastaanotetun signaalin Doppler-taajuu-den summa, kerrotaan 3-I haaran signaali kertojassa 3-6. Ennen 3-Q haaran signaalin kertomista kertojassa 3-8 paikallisoskillaattorin tuottaman signaalin vaihetta käännetään 90 astetta vaiheenkääntimessä 3-4.

Sisääntulevan signaalin kertomisen jälkeen sisääntulevia, 3-I ja 3-Q 10 haarojen signaaleja korreloidaan olennaisesti identtisissä sovitetuissa suodat-timissa 3-10 ja 3-12 vastaanottimessa generoidun koodireplikan kanssa. Tämän jälkeen sovitetuista suodattimista ulostulevat signaalit ilmaistaan eli molempien haarojen signaalit neliöidään elementeissä 3-14 ja 3-16 ja neliöidyt signaalit summataan summaimessa 3-18 kompleksisen sisäänmenosignaalin 15 absoluuttiarvon neliön aikaansaamiseksi. Tämän jälkeen kynnysarvon ilmaisin 3-20 vertaa ilmaistun signaalin arvoa ennalta asetettuun kynnysarvoon, vertailuarvoon. Yksinkertaisimmassa tapauksessa kynnysarvon ylittäminen merkitsee sitä, että kyseistä referenssisignaalia vastaava signaali on tunnistettu ja sen hajotuskoodi on samassa vaiheessa talletetun referenssisignaalin kanssa.

20 Tämän tiedon avulla voidaan käynnistää varsinainen signaalin seuranta ja vastaanotto.

. : * Yleisesti tunnettujen sovitettujen suodattimien rakenteissa referens- ; , : sisignaalin ja sisääntulevan signaalin ajoitus on kiinnitetty suunnitteluvaihees- : sa, jolloin sitä ei voi säätää tarkasti eri ajoituksille. Tämä tuottaa ongelmia :*·,· 25 matalan signaalikohinasuhteen omaavien signaalien hakemisessa, sillä niiden .··*. tarvitsema integrointiaika on pitkä. Tämä puolestaan vaatii tarkkaa ajoitusta .···. sovitetun suodattimen näytteistykseen, sillä sovitetun suodattimen toiminta olettaa, että sen referenssisignaali on aikatasossa saman mittainen kuin vastaanotettu signaali. Järjestelmissä, joissa lähettimen ja vastaanottimen liike • * * ·;;; 30 toisiinsa nähden on nopeaa, aiheutuu kantoaaltoon ja hajotuskoodiin Doppler- ’·· siirtymä, jonka suuruus riippuu kyseisen signaalikomponentin taajuudesta.

Koska hajotuskoodin taajuus riippuu Doppler-siirtymästä, taajuus ei ole aina tarkalleen sama. Tämä pitää ottaa huomioon myös hakujärjestelmässä, mikäli vaadittu integrointiaika (T,) on pitkä. Jos taajuuden epätarkkuus on suurempi ';*[ 35 kuin 1/T„ muuttuu koodin ajoitus yli yhden chipin integroinnin aikana, mikä estää hakujärjestelmän toiminnan.

114887 5 DS-SS-hakujärjestelmän integrointiaikaa rajoittaa myös lähetetyn datan modulointi. Integrointia ei yleisesti ottaen voida jatkaa yli lähetetyn data-symbolin ellei modulointia pystytä kompensoimaan ennen integrointia. Esimerkiksi yleisesti käytetyssä BPSK-modulaatiossa (Binary Phase Shift Keying) 5 databitin muuttuminen aiheuttaa 180°:een vaihesiirron signaalissa, mikä vastaa sen etumerkin kääntämistä. Tämän vuoksi integrointi yli databitin aiheuttaa merkittävää signaalin huononemista. Näin ollen mikäli integrointiaika on pidempi kuin datasymbolin pituus, koherenttia integrointia ei voida käyttää. Pelkän epäkoherentin integroinnin käyttö ei taas ole järkevää, koska epäkohe-10 rentti ilmaisu heikentää signaalikohinasuhdetta, mikäli sisääntuleva signaali-kohinasuhde on alun perin negatiivinen.

Kaistanpäästö- tai alipäästötyyppinen sovitettu suodatin voidaan toteuttaa joko analogisesti tai digitaalisesti. Yleisin tunnettu tapa toteuttaa sovitettuja suodattimia on perustunut analogiatekniikkaan, missä viivelinja on 15 toteutettu SAW (Surface Acoustic Wave) tai CCD (Charge Coupled Device) -tekniikoilla. Kyseiset järjestelmät on valmistusvaiheessa kuitenkin rakennettu vain tiettyä referenssisignaalia varten. Analogisen diskreettiaikaisen sovitetun suodattimen viivelinja voidaan toteuttaa esimerkiksi SC-tekniikkaan (Switched Capacitor) perustuen. Tämän tekniikan ongelmana on kuitenkin esimerkiksi 20 laskostumisilmiö eli aliasing.

Digitaalitekniikan kehittyminen on tuonut mukanaan myös digitaali-sesti toteutetut sovitetut suodattimet. Digitaalisessa suodattimessa on hanka-: laa toteuttaa vaadittu nopea monen arvon summaaminen yhteen. Sovitetussa ·: j suodattimessa täytyy laskea suodattimen pituuden verran referenssisignaalilla : 25 kerrottuja, tallennettuja signaalinäytteitä yhden ulostulonäytteen muodostami- .···! seksi. Perinteisesti tämä on tehty laskemalla pieni määrä lukuja kerrallaan yh- teen ja toistamalla prosessi useamman kellojakson ajan. Näin vältetään moni-sisääntuloisen summaimen toteuttaminen.

Keksinnön lyhyt selostus 30 Keksinnön tavoitteena on laite, jolla sisääntulevaa signaalia ja vas- taanottimessa muodostettua signaalia voidaan korreloida vaikka vastaanote- * * tun signaalin signaalikohinasuhde on matala.

Keksinnön tavoite saavutetaan laitteella hajaspektrivastaanottimen vastaanottaman demoduloidun ja digitaalisiksi näytteiksi muunnetun signaalin · i 35 ilmaisemiseksi, jolle laitteelle on tunnusomaista, että se käsittää: 6 114887 sovitetun suodattimen, joka laskee korrelaation sisääntulosignaalin ja ainakin yhden referenssisignaalin välillä; oskillaattorin, joka tuottaa näytteenottotaajuuden; näytteenottopiirin, joka uudelleennäytteistää mainitun demoduloidun 5 digitaalisen näytesignaalin mainitulla näytteenottotaajuudella, joka on sellainen, että sovitetun suodattimen referenssisignaalien näytteiden ajoitus vastaa näytteenottopiiriItä sovitetulle suodattimelle menevän näytesignaalin ajoitusta; ja kertojan, jossa näytesignaali ennen näytteenottopiiriä tai sen jäl-10 keen kerrotaan paikallisesti generoidulla kantoaaltoreplikalla kantoaallonpois-tamiseksi näytesignaalista.

Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisen uudelleennäyt-teistyksen ansiosta vastaanotetun signaalin näytteistystä voidaan muuttaa siten, että vastaanotetun signaalin ajoitus vastaa sovitetun suodattimen refe-15 renssisignaalien näytteiden ajoitusta. Näin uudelleennäytteistystaajuutta säätämällä voidaan välttää tekniikan tason suodattimille ominaiset ajoitusongelmat vastaanotetun signaalin ja referenssisignaalien välillä erityisesti matalan signaalikohinasuhteen omaavien signaalien tapauksessa.

Kantoaaltoreplikalla kertomisen jälkeen signaalin taajuus osuu ha-20 tutulle taajuudelle eli sovitetun suodattimen keskitaajuudelle kaistanleveyden antamalla tarkkuudella.

. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa sovitetun suodattimen jäl- : keen sijoitetaan koherentti integraattori, joka integroi sovitetun suodattimen ·:*·: ulostuloina tuottamat korrelaationäytteet integrointijakson yli, joka on pidempi : 25 kuin sovitetun suodattimen ajallinen pituus. Tämä mahdollistaa pitkät integ- ,···. rointiajat esimerkiksi alhaisen signaalikohinasuhteen omaavien signaalien ta- * · ,···, pauksessa.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa, kun sovitetun suodattimen ulostulot ovat kompleksiset korrelaationäytteet, voidaan koherentti integraattori 30 toteuttaa hyvin yksinkertaisella rakenteella siten, että se käsittää akkumulaat-torin kahden tai useamman samaa sisääntulosignaalin vaihe-eroa vastaavan korrelaationäytteen summaamiseksi yhteen, jolloin summa vastaa yhdellä vai-he-erolla laskettua korrelaatiotulosta, jonka integrointiaika on NMF LC näytettä, ; missä Nmf on sovitetun suodattimen pituus näytteiden lukumääränä ja Lc on ’>·* 35 akkumulaattorin summaamien korrelaationäytteiden lukumäärä.

• I

114887 7

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa laite käsittää edelleen laskimen, jolla lasketaan sovitetun suodattimen tai koherentin integraattorin ulostuloina antamien korrelaationäytteiden itseisarvot tai itseisarvojen estimaatit. Näin saadaan absoluutti- tai reaaliarvot, mikä helpottaa myöhempää proses-5 sointia ja mahdollistaa epäkoherentin integroinnin.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti, kun sovitetun suodattimen tai koherentin integraattorin ulostulot ovat kompleksisia korrelaatio-näytteitä, laskin suorittaa kompleksisen korrelaationäytteen kummankin komponentin neliöinnin, summaa neliöidyt komponentit yhteen ja laskee summasta 10 neliöjuuren.

Keksinnön vielä eräässä suoritusmuodossa laite käsittää myös epäkoherentin integraattorin, joka integroi mainitut korrelaationäytteiden itseisarvot tai itseisarvojen estimaatit integrointijakson yli, joka on pidempi kuin sovitetun suodattimen ajallinen pituus. Näin keksinnössä voidaan sovitetulla 15 suodattimena ja koherentilla integraattorilla suorittaa koherenttia integrointia mahdollisimman pitkään ja tämän jälkeen vielä pidentää integrointiaikaa epä-koherentilla integroinnilla. Epäkoherentti integraation voidaan toteuttaa samanlaisella yksinkertaisella rakenteella kuin koherentti integraattori.

Keksinnön vielä erään suoritusmuodon mukaan laite käsittää kont-20 rollerin, joka kerää useita samaa vaihe-eroa ja referenssisignaalia vastaavia vertailutuloksia, jotka kertovat ylittääkö sovitetun suodattimen, koherentin in-.. tegraattorin, itseisarvolaskimen tai epäkoherentin integraattorin ulostuloarvo : : ennalta määrätyn kynnysarvon vai ei. Kontrolleri päättelee signaalin löytyneen, ; · jos ennalta määrätty osuus kerätyistä vertailutuloksista kertoo ulostuloarvon • 25 ylittäneen mainitun kynnysarvon. Tämän varmistuksen avulla voidaan mainit- .··*. tua kynnysarvoa laskea niin, että heikotkin signaalit löytyvät paremmin. Toisin » · '•‘t sanoen hakulaitteen herkkyys paranee. Kontrolleri voi olla esimerkiksi ohjel mallinen tai kovopohjainen tilakone.

Keksintö soveltuu edullisesti digitaalisiin toteutuksiin.

30 Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen ,' ‘ ‘: yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

» I

Kuvio 1 havainnollistaa suorasekvenssiin perustuvaa hajaspektri-järjestelmää; : ‘ : 35 Kuvio 2 esittää erästä tekniikan tason mukaista sovitetun suodatti- * > men toteutusta; 114887 8

Kuvio 3 esittää sovitettua suodatinta käyttävää alipäästötyyppistä alkusynkronointijärjestelmää;

Kuvio 4 esittää lohkokaavion, joka havainnollistaa keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaista datapolkulohkoa; 5 Kuvio 5 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista mukai sen hakujärjestelmän toiminnallista vuokaaviota; ja

Kuvio 6 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista tilakoneen tiladiagrammia.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus 10 Tässä dokumentissa kompleksisella signaalilla tarkoitetaan signaa lia, joka koostuu kahdesta signaalikomponentista, jotka on saatu kertomalla vastaanotettu signaali kantoaaltoreplikalla ja sen 90° vaihesiirretyllä versiolla. Toisin sanoen, jos vastaanotettu signaali r(t) on muotoa: 15 r(t) = I(t) cos(a)ct + θ0)~ Q(t) sin(<ycr + θ0) missä coc, t ja θ0 kuvaavat vastaavasti kantoaaltotaajuutta, aikaa ja tuntematonta vakiota vaihetermiä ajanhetkellä 0.1(t) ja Q(t) muodostavat edellä mainitun kompleksisen signaalin, jolla on matemaattinen esitysmuoto: 20 i* 2(f) = A(0 · e'm = A(0 · cos(^(0) + j · A(t) · sin({Z>(0) =Hf) + j- Q(0 Tällöin: I · · : 25 r(t) = Re(z(r)·eMÄ,)+e<>))= Re(^(0·ejm ·βΑωΛ')+θϋ]) i · • · ’···' Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukainen hakujärjestelmä koostuu neljästä peruslohkosta: datapolkulohkosta, ohjauslohkosta, tilako-neesta ja I/O -lohkosta. Näistä lohkoista selostetaan yksityiskohtaisemmin • „,, ί 30 datapolkulohkoa ja tilakonelohkoa seuraavissa jaksoissa.

Datapolkulohko ;· · Sovitetun suodattimen datapolkulohko on hakujärjestelmän ydin ja se sisältää sovitetun suodattimen toteutuksen datapolun lisäksi myös lohkoja, joilla käsitellään sisääntulevaa signaalia. Kuviossa 4 on havainnollistettu * ♦ » : 35 erästä datapolkulohkon toteutusta. Käytetty sovitettu suodatin on alipäästö- 114887 9 tyyppiä ja sen aritmetiikka on aikamultipleksoitu käsittelemään sisääntulevan kompleksisen signaalin kumpaakin komponenttia, joista jatkossa käytetään nimityksiä I (reaaliosa, in-phase) ja Q (imaginaariosa, quadrature). Sovitetun suodattimen pituus on tässä toteutuksessa NMF näytettä. Hakusovelluksen 5 kannalta edullisinta on, että suodattimen pituus on yhtä pitkä kuin käytetty ha-jotuskoodi, kuten tässä toteutuksessa.

Ennen uudelleennäytteistystä RF-etuasteelta saatava näytteistetty ja digitaaliseksi muutettu vastaanotettu kompleksinen signaali 4-2 ja 4-4 (I- ja Q-signaalit) suodatetaan alipäästösuodattimessa 4-6 laskostumisen (aliasing) 10 estämiseksi. Kompleksisen signaalin 4-2 ja 4-4 (I- ja Q-signaalit) näytteenottotaajuus on suurempi kuin sovitetun suodattimen käyttämä näytteistystaajuus.

Tämä helpottaa uudelleennäytteistyksen toteutusta ja parantaa kvantisoinnin lopullista tarkkuutta.

Tämän jälkeen signaali uudelleennäytteistetään numeerisesti ohja-15 tun oskillaattorin (NCO, Numerically Controlled Oscillator) 4-8 ohjaamalla taajuudella desimointielementissä 4-10, joka tuottaa näytteitä sovitetun suodattimen näytteenottotaajuudella. Sovitettu suodatin on suunniteltu siten, että sen näytteistysnopeus on lähetettävän signaalin chippitaajuuden monikerta, joten kutakin lähetettyä chippiä vastaa sama kokonaislukumäärä näytteitä sovite-20 tussa suodattimessa.

Oskillaattorin 4-8 tuottama kellosignaali viedään 4-11 myös sovite- * tun suodattimen referenssisignaalin tuottavalle valesatunnaiskohinageneraat- : torille 4-18, jonka ulostulo kellotetaan sovitetun suodattimen referenssisignaa- : Iin tallettavaan siirtorekisteriin 4-20. Siirtorekisteriin 4-20 kellotetaan signaalia , ·, ; 25 vain silloin kun hakujärjestelmän toiminta aloitetaan tai käytettävää referenssi- , · · ’ signaalia halutaan vaihtaa.

* ·

Oskillaattorin 4-8 avulla sovitetun suodattimen sisääntulon näyt-'teistystaajuus pystytään säätämään niin, että sisääntulevan signaalin näytteiden ajoitus vastaa referenssisignaalin ajoitusta.

30 Sovitetun suodattimen referenssisignaali voidaan tuottaa myös muilla tavoin, esimerkiksi korvaamalla siirtorekisteri 4-20 ROM muistilla, johon ; , käytetyt referenssisignaalit on talletettu. Referenssisignaaleja voi myös olla useampia yhtä aikaa käytössä, jolloin järjestelmää voidaan käyttää usean sig- I » naalin samanaikaiseen hakuun. Tällöin sovitetun suodattimen laskenta suori- * 35 tetaan aikamultipleksoidusti referenssisignaalia vaihtaen kutakin sisääntulevaa ,* * näytettä kohden.

11488/ 10

Sovitetun suodattimen kaistanleveys on kääntäen verrannollinen suodattimen pituuteen. Käyttökelpoinen signaalikaista on noin suodattimen pituuden käänteisluku, missä pituus on ilmoitettu sekunteina ja kaistanleveys hertseinä. Jotta hakujärjestelmä kykenisi etsimään signaaleja, joiden taajuu-5 sepävarmuus on suurempi kuin sovitetun suodattimen kaista, sisääntulevan signaalin taajuutta kompensoidaan käyttäen kertojaa 4-12, joka toteuttaa kompleksisen kertolaskun numeerisesti ohjatun kantoaaltotaajuusoskillaattorin 4-14 tuottaman kompleksisen kantoaaltoreplikan kanssa. Kertoja 4-12 ja oskillaattori 4-14 voivat sijaita myös ennen uudelleennäytteistystä. Tämä mah-10 dollistaa sovitetun suodattimen näytteenottotaajuutta korkeampien signaali-taajuuksien käsittelyn.

Kertolaskun jälkeen uudelleennäytteistetyt ja taajuuskorjatut näytteet syötetään sovitettuun suodattimeen 4-16, joka laskee niiden korrelaatiota yhden tai useamman referenssisignaalin kanssa. Tämä tapahtuu lataamalla I-15 ja Q-datavirrat rinnakkaisesti kahteen siirtorekisteriin 4-22. Datarekisterissä olevia signaaleja verrataan referenssirekisterissä 4-20 olevan ainakin yhden referenssisignaalin kanssa korreloimalla niitä keskenään laskentalohkon 4-16 avulla.

Referenssisiirtorekisteristä (tai referenssimuistista) 4-20 ja datasiir-20 torekisteristä 4-22 kullakin hetkellä syötettyä referenssisignaalia ja I- ja Q-signaaleja verrataan siis toisiinsa kerto- ja summauslohkossa 4-24. Vertailu voi tapahtua esimerkiksi XNOR-veräjällä (Exclusive Not Or), jonka ulostulo on 1, : jos sen kaksi sisääntuloa ovat samat. Tämän vertailun jälkeen on olemassa . : Nmf 1-bittistä data-arvoa, jotka summataan yhteen kullekin näytteelle sovitetun . : 25 suodattimen lopullisten ulostulojen tuottamiseksi. Hakujärjestelmän laskenta- / lohkon toteuttama funktio on esitetty seuraavassa. Sovitetun suodattimen ulostulo out(i) lasketaan erikseen I- ja Q-signaalikomponenttien suhteen.

* out(/) = Σίη(* - n) ref (n) n=0 30 ’ , Laskennan tuloksena syntyvät sovitetun suodattimen ulostulot 4-26 ’ ; ja 4-28. Yksinkertaisimmillaan referenssisignaali ja datasignaali ovat yksibitti- siä. Tällöin reaalinen signaali saa arvot ±1, joille laskennassa käytetään vasti-narvoja 0 ja 1. Näin kertolasku voidaan helposti toteuttaa käyttäen XNOR ‘ : 35 porttia, jonka ulostulo on 1, mikäli sen sisäänmenot ovat identtiset, kuten 11 11488/ edellä todettiin. Tällöin täydellistä korrelaatiota vastaa ulostulon arvo NMF ja täysin vastakkaisia signaaleja arvo 0. Tällöin out(i) laskentakaavaksi muodostuu:

f Nmf-1 'N

out(z) = 2 · (inl(/ - n) XNOR refl(«)) - NMF

V »=0 5 missä in1(i) on yksibittinen suodattimen datasiirtorekisterin i:s alkio ja ref1(n) on yksibittinen referenssisignaalin n:s näyte. Bittiarvot vastaavat negatiivisia ja positiivisia signaaliarvoja molemmissa tapauksissa vastaavasti.

Usean luvun summan laskenta on sovitetussa suodattimessa vaati-10 vin tehtävä ja siihen on olemassa useita tapoja. Koska tämän keksinnön mukainen hakujärjestelmä ei ole riippuvainen sovitetun suodattimen laskennan toteuttamistavasta, siihen ei puututa tässä sen tarkemmin.

Sovitetun suodattimen ulostulot 4-26 ja 4-28 ovat kompleksisia signaaleja, jotka vastaavat sisäänmenosignaalin (risti)korrelaatiota referenssisig-15 naali(e)n kanssa ajan funktiona. Jos korreloitavan signaalin toistumisjakson pituus on Nc näytettä, voidaan ulostuloissa 4-26 ja 4-28 erottaa Nc:n näytteen jaksoja, jotka vastaavat ristikorrelaatiofunktion erilaisia aikaeroja. Koska signaali on jaksollinen, voidaan myös puhua signaalien vaihe-eroista, mikä tarkoittaa samaa asiaa. Monikanavaisen sovitetun suodattimen tapauksessa eri 20 kanavien samaa vaihe-eroa vastaavat ulostulot ovat peräkkäin.

Jos ulostuloja 4-26 ja 4-28 tarkastellaan Nc:n näytteen välein, ne : voidaan käsittää Nc kappaleeksi erillisiä signaaleja, jotka vastaavat kutakin | erilaisella vaihe-erolla referenssisignaalin kanssa korreloitua signaalia, joka on . ; desimoitu näytteenottotaajudeltaan Nc:nteen osaan sovitetun suodattimen • [ 25 näytteenottotaajuudesta. Näin ollen sovitettu suodatin toteuttaa NMF kappaletta rinnakkaisia kompleksisia korrelaattoreita ja desimaattoreita, joiden ulostulot on aikamultipleksoitu signaaleiksi 4-26 ja 4-28 ja joiden integrointiaika on NMF näytettä.

Korrelaattorin ulostulon signaalikohinasuhde riippuu sisäänmeno-30 signaalin signaalikohinasuhteesta ja integrointiajasta. Mitä pidempi integrointiaika, sitä parempi signaalikohinasuhde saavutetaan korrelaattorin ulostulossa. Sovitetun suodattimen pituutta rajoittaa muun muassa se, että kutakin si-säänmenonäytettä kohden on laskettava yksi ulostulo, mitä varten on suoritettava pituutta vastaava määrä kertolaskuja ja summauksia.

114887 12

Keksinnön mukaisen hajaspektrivastaanottimen signaalinhakujär-jestelmän datapolkulohkossa korreloidun signaalin integrointiaikaa pidennetään sovitetun suodattimen jälkeen olevassa integrointiosassa 4-100, missä integrointi tapahtuu mahdollisesti kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vai-5 heessa integrointia jatketaan koherentisti lohkojen 4-34 ja 4-36 avulla. Koherentti integrointi tarkoittaa, että integroitavan kompleksisen signaalin amplitudi ja vaihe vaikuttavat integrointitulokseen. Tämä tapahtuu summaamalla kompleksisen signaalin reaali- ja imaginaariosat erikseen. Koherentti integrointi parantaa signaalikohinasuhdetta lineaarisesti kokonaisintegrointiajan suhteessa 10 riippumatta sisääntulevan signaalin signaalikohinasuhteesta.

Suorasekoitushajaspektrijärjestelmissä käytetään yleisesti kaksivai-hemodulaatiota (BPSK, Binary Phase Shift Keying), missä signaalin merkki muuttuu databittien mukaan. Jos koherenttia integrointia jatketaan databittien rajan yli ja bitin arvo muuttuu, integroinnin tulos huononee merkittävästi.

15 Yleensä lähetetyn datan keskiarvo on nolla, mikä aiheuttaisi myös koherentin integroinnin tulokseksi nolla, mikäli integrointia jatkettaisiin loputtomasti.

Ottamalla kompleksisesta signaalista sen itseisarvo, datan vaikutus häviää BPSK:n tapauksessa. Itseisarvo-operaation jälkeen reaalisen signaalin arvo on verrannollinen vastaanotetun signaalin tehon neliöjuureen, ja arvo 20 muodostuu kohinatehon ja mahdollisen etsityn signaalin summasta. Pidentämällä integrointiaikaa voidaan mittaustuloksen varianssia pienentää, jolloin tarvittava virhemarginaali pienenee, mikä edelleen parantaa saavutettavaa et-; : sintäjärjestelmän herkkyyttä.

Ennen koherenttia integrointia on mahdollista korjata uudelleen : 25 kantoaaltoestimaatin tarkkuutta käyttäen kertojaa 4-30, joka toteuttaa komp- leksisen kertolaskun numeerisesti ohjatun kantoaaltotaajuusoskillaattorin 4-32 tuottaman kompleksisen kantoaaltoreplikan kanssa. Kantoaaltotaajuuden kor-“ * jauksen suorittaminen kahdessa vaiheessa on edullista, sillä pienemmän näytteenottotaajuuden ansiosta jälkimmäisen oskillaattorin vaatima bittimäärä 30 on huomattavasti ensimmäistä pienempi taajuustarkkuuteen nähden. Toinen syy on, että sovitetun suodattimen jälkeen voidaan toteuttaa useita rinnakkaisia integrointilohkoja jotka kukin operoivat eri kantoaaltotaajuuksilla käyttäen yhteistä sovitettua suodatinta korrelaatioiden muodostamiseen. Jälki-integroin-ti on helppo toteuttaa verrattuna varsinaiseen sovitettuun suodattimeen, mikä : 35 tekee tästä edullisen tavan lyhentää tarvittavaa kokonaishakuaikaa.

114887 13

Toisessa vaiheessa integrointi tapahtuu epäkoherentisti lohkojen 4-40 ja 4-42 avulla. Epäkoherentti integrointi tarkoittaa, että vain integroitavan kompleksisen signaalin amplitudi vaikuttaa integrointituloksen. Tämä tapahtuu summaamalla kompleksisen signaalin itseisarvoa, jolloin vaiheinformaatio hä-5 viää. Epäkoherentti integrointi parantaa signaalikohinasuhdetta epälineaari-sesti kokonaisintegrointiajan suhteessa riippuen sisääntulevan signaalin sig-naalikohinasuhteesta. Alle yhden olevilla signaalikohinasuhteilla parannusta tapahtuu erittäin vähän pidennettäessä integrointiaikaa. Tämän vuoksi kohe-renttia integrointia kannattaa jatkaa niin pitkään kuin mahdollista. Koherentin 10 integrointiajan rajoituksina on kaventuva kaistanleveys, joka vaatii yhä tarkempaa kantoaaltoreplikan taajuudensäätöä, ja signaalissa mahdollisesti oleva datamodulaatio.

Koherentti integrointi tapahtuu lohkossa 4-34, ja se käyttää välitulosten tallettamiseen muistilohkoa 4-36. Lohkon 4-36 tarkoituksena on mah-15 dollistaa sovitetun suodattimen 4-16 pituutta NMF pidempiä integrointijaksoja.

Tämä aikaansaadaan tallentamalla sovitetulta suodattimena 4-16 saadut ulostulot muistiin 4-36 ja summaamalla akussa 4-34 useampi Lc samaa vaihe-eroa vastaava näyte yhteen. Kukin tällainen summa vastaa yhdellä vaihe-erolla laskettua korrelaatiotulosta, jonka integrointiaika on NMF LC näytettä.

20 Koska summaus tehdään sovitetun suodattimen kompleksisille ulostuloille 4-26 ja 4-28, se on koherenttia eli signaalin vaihe vaikuttaa saatuun tulokseen.

Koherentti integrointi tapahtuu siis lataamalla ensin muistista 4-36 l » : : · kyseistä sovitetun suodattimen korrelaatiovaihetta vastaava kompleksinen ar- ': ’ ·: vo, johon kertojan 4-30 tulos summataan ja summa talletetaan samaan muis- 25 tipaikkaan. Kun haluttu määrä näytteitä on summattu, summa annetaan integ-rointilohkosta eteenpäin ja muistissa oleva summa nollataan. Vaihtoehtoisesti .··. nollaus voidaan myös tehdä luettaessa ensimmäistä summausta varten arvoa muistista.

Normituslohko 4-38 ottaa koherentisti integroiduista näytteistä, jotka 30 saadaan lohkolta 4-36 tai suoraan sovitetun suodattimen 4-16 ulostulonäyt-teistä (kompleksisen luvun) itseisarvon. Kompleksiluvun z itseisarvo lasketaan kaavan |z| = ^Re(z)2 + Im(z)2 35 114887 14 mukaisesti, missä Re(z) on kompleksiluvun z reaaliosa ja lm(z) sen imaginaa-riosa. Koska neliöjuurifunktion laskenta on raskas operaatio, voidaan sen tarkka arvo korvata sopivalla estimaatilla, joka on helpompi laskea. Kaksi suhteellisen hyvää estimaattia ovat itseisarvon neliö, jossa neliöjuurifunktio jätetään 5 kokonaan laskematta, ja reaaliosan ja imaginaariosan itseisarvojen summa. Jälkimmäisen estimaatin etuna voidaan lisäksi pitää sitä, että estimaatin vaatima bittimäärä on sama kuin kompleksiluvun toisen komponentin vaatima bittimäärä.

Lohkon 4-38 ulostulosta saatu reaalinen signaali voidaan integroida 10 siis epäkoherentisti lohkossa 4-40, joka käyttää välitulosten tallettamiseen muistilohkoa 4-42. Integrointi tapahtuu lataamalla ensin muistista kyseistä sovitetun suodattimen korrelaatiovaihetta vastaava välisumman arvo, johon lohkon 4-38 tulos summataan ja summa talletetaan samaan muistipaikkaan. Kun haluttu määrä näytteitä on summattu, summa 4-44 annetaan integrointiloh-15 kosta eteenpäin, ja muistissa oleva summa nollataan. Vaihtoehtoisesti nollaus voidaan myös tehdä luettaessa ensimmäistä summausta varten arvoa muistista.

Molempien integroinnissa tarvittavien muistien 4-36 ja 4-42 koko on Nmf näytettä. Muistissa 4-36 näytteet ovat kompleksilukuja ja muistissa 4-42 20 näytteet ovat reaalilukuja.

Lopuksi hakujärjestelmästä saatuja näytteitä 4-44 verrataan vertai-lijassa COMP 4-45 etukäteen asetettuun kynnysarvoon ja vertailutulos vie-; dään hakualgoritmille. Hakualgoritmi voi olla toteutettu esimerkiksi tilakoneena : tai ohjelmana. Oikean päätöksen todennäköisyyden kasvattamiseksi ja vääri- 25 en päätösten todennäköisyyden pienentämiseksi mahdolliset kynnysarvojen f. ylitykset vielä varmistetaan vertaamalla useampaa samaa vaihe-eroa vastaa- .··. vaa vertailutulosta.

Mikäli riittävän moni vertailu ylittää kynnysarvon voidaan hyvällä to- , dennäköisyydellä olettaa signaalin löytyneen. Varmistusalgoritmia käyttämällä ;;; 30 voidaan kynnysarvotasoa laskea siten, että heikotkin signaalit löydetään. Täs- *; ' sä suhteessa varmistusalgoritmilla voidaan joissain tapauksissa jopa korvata epäkoherentti integrointi kokonaan. Lisäksi mikäli sisääntuleva signaalikohina-;" suhde on riittävän korkea ja sovitetun suodattimen pituus riittävän suuri, voi daan koherentti integrointi ja sitä edeltävä kantoaaltoreplikalla kertominen jät-35 tää pois ja viedä signaali sovitetusta suodattimesta suoraan itseisarvon las-*· i kentalohkoon 4-38.

114887 15

Koska yleisessä tapauksessa vastaanottimen taajuusepävarmuus on suurempi kuin datapolun kokonaiskaistanleveys (1/T,), pitää vastaanotettua signaalia etsiä useampaa taajuusarvoa käyttäen. Tämän takia kantoaaltotaajuutta voidaan säätää, kun koko hajotuskoodin vaihe-epätarkkuus on käyty lä-5 pi. Hakua voidaan ohjata joko tilakoneen avulla tai käyttäen erillisessä prosessorissa ajettavaa hakuohjelmaa.

Hakuun vaadittavaa aikaa voidaan lyhentää lyhentämättä integroin-tiaikaa lisäämällä useampia rinnakkaisia jälki-integrointilohkoja 4-100. Tämä edellyttää kuitenkin, että pysytään sovitetun suodattimen kaistanleveyden ra-10 joissa.

Järjestelmissä, joissa lähettimen ja vastaanottimen liike toisiinsa nähden on nopeaa, kantoaaltoon ja hajotuskoodiin muodostuu Doppler-siirtymää, jonka suuruus riippuu signaalikomponentin taajuudesta. Siten myös hajotuskoodin taajuuden vaihtelu Doppler-siirtymän johdosta pitää ottaa huo-15 mioon hakujärjestelmässä, mikäli vaadittu integrointiaika (T,) on pitkä. Mikäli Doppler-siirtymästä aiheutunut taajuuden epätarkkuus on suurempi kuin 1/T,, koodin ajoitus muuttuu integroinnin aikana yli yhden chipin. Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukainen hakujärjestelmä kykenee toimimaan kuitenkin näissäkin olosuhteissa säätämällä sovitetun suodattimen näytteen-20 ottotaajuuden muodostavan oskillaattorin 4-8 taajuutta.

Yleisesti ottaen suorasekoitettu hajaspektrisignaali on koodin kan-. naita jaksollinen, missä jakson pituus on yhtä suuri kuin koodin pituus. Signaali ; ; näytteistetään vastaanottimessa (ennen sovitettua suodatinta) näytteenotto- ·:·· taajuudella Fs. Näin ollen vastaanotetussa signaalissa esiintyy jaksollisuus : · i 25 Nc:n näytteen välein. Kun sovitetun suodattimen pituus oletetaan pienemmäk-, * · \ si tai yhtäsuureksi kuin hajotuskoodin pituus ja sitä merkitään näytteinä NMF:llä, , on voimassa yhtälö: Nc = NMF.

Hakujärjestelmässä on edullista, mikäli Nc = NMF, sillä silloin kaikki koodivaiheet saadaan haetuksi yhdellä kerralla. Jos unohdetaan vastaanotti-30 messa olevan kohinan ja kantoaalto- ja kello-oskillaattoreiden epätarkkuuksien vaikutukset, voidaan sanoa, että sovitetun suodattimen jälkeen signaali on edelleen jaksollista Nc näytteen välein. Erityisesti, mikäli Nc = NMF eli suodatin on koko koodin mittainen, sen ulostulossa näkyy selvä maksimi signaalin ab-^ soluuttiarvossa aina Nc näytteen välein. Mikäli tällöin ulostuloja summataan 35 niin, että aina Nc näytteen välein olevat ulostuloarvot lasketaan yhteen, saa- 114887 16 daan maksimisignaalia edelleen vahvistettua. Tuloksena saadaan siis NMF-summia, jotka on muodostettu seuraavasti:

Ns-1 S(/|)= £out(/-Nc+«), 0<«<Nsum=Nmf i= 0 5 Tässä Ns on summattujen monikertojen määrä, out(i) on sovitetun suodattimen ulostulo näytehetkellä i ja NSUM eri summien määrä.

Summaukseen käytetään yhteensä NS NC näytettä, joista kuhunkin summaan poimitaan Ns kappaletta sovitetun suodattimen ulostuloarvoja. Jos suodattimen pituus on pienempi kuin koodin pituus, pitää osa sen ulostuloista 10 jättää ottamatta huomioon. Edellisestä kaavasta käy lisäksi ilmi, että summaus vaatii kutakin haluttua summaa varten akkumulaattorin. Vaihtoehtoisesti suodattimen ulostulot on talletettava muistiin odottamaan summausta. Minimissään operaatio vaatii NSUM kappaletta muistipaikkoja, joissa summauksen välituloksia säilytetään.

15 Summaus voidaan suorittaa esimerkiksi seuraavan algoritmin mu kaisesti: i := 0 while i < NS*NC do 20 index := mod(i,Nc) if (index < Nsum) then : : : accu[index] := accu[index] + MF_output(i) ;·· endif i := i + 1 .·*·. 25 enddo missä mod (i, n) antaa i/n:n jakojäännöksen.

Mikäli sovitetun suodattimen ulostulo on kompleksinen signaali, pi-··- tää myös accu-ja summaus-toiminteiden olla kompleksisia. Algoritmin suori- 30 tuksen jälkeen accu [n] on yhtä kuin S(n).

: ’ ”; Jos yksinkertaisuuden vuoksi oletamme, että sovitetun suodattimen ... : näytteenottotaajuus on sama kuin koodin chippitaajuus, niin alipäästötyyppi- sen suodattimen, kertoimet ovat muotoa: c(i) = PRN( Nc - mod(i, Nc)), missä •' PRNQ) on koodin j:s chippi. Näin ollen, jos suodattimen pituus on koodin pi- 114887 17 tuuden monikerta (NMF = NS NC) huomataan, että sen kertoimet c(k-Nc) ovat samoja. Tällöin sovitetun suodattimen ulostulo on: out(z) = ^ in(/ - n) · c(ri) fi=0 5 Tämä voidaan, mikäli NMF = NS NC kirjoittaa myös muotoon: n.s--'7nc-i n out(o = Σ £in('-*'Nc-/>·c(j) k=0 ./=0 7 10 Edellä oleva kaava esittää jatkuvaa integrointia Nc mittaisen sovi tetun suodattimen ulostulosta Ns:n koodin mitan yli. Sama asia voidaan esittää myös toisinpäin, eli integroimalla Ns kappaletta ulostuloja Nc:n näytteen välein saadaan Ns-Nc mittaista sovitettua suodatinta vastaava ulostulo: N<—1 f N.v-1 Λ 15 out(/) in(i - k Nc - f) c(j) 7=0 V *=0

Jos Nmf < Nc voidaan jälki-integroinnilla saavuttaa vastaava etu, mutta suodattimen kohinaa vaimentava vaikutus on pienempi kuin NS NC mit-täisestä integrointiajasta voitaisiin päätellä, sillä osaa sisääntulevasta infor-;.: : 20 maatiosta ei voida käyttää hyväksi.

Tilakonelohko

Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa edellä kuvattua sovi- « · tettua suodatinta käyttävää hakujärjestelmää voi ohjata tilakone, joka huolehtii verifiointialgoritmin toteuttamisesta ja kantoaaltotaajuuksien pyyhkäisystä use-25 ämmän taajuusoffsetin hakua varten. Eräs esimerkki tilakoneen ja hakujärjestelmän toiminnallisesta vuokaaviosta on esitetty kuviossa 5. Tässä suodatti-; men pituus on NMF näytettä.

'···* Vaiheessa 5-2 datarekisteriin ladataan yksi näyte kerrallaan si- " “; sääntulevasta signaalista. Koska sovitetun suodattimen pituus on NMF näytettä, : 30 rekisteriin ladataan NMF-1 näytettä. Vaiheessa 5-3 rekisteriin ladataan vielä yk si uusi näyte eli sisääntulevan signaalin viimeinen näyte eli näyte NMF. Vai-’ · ' heessa 5-4 siirtorekisterissä olevaa dataa verrataan koodireplika- eli referens- sisignaaliin. Mikäli korrelaatio ei ylitä asetettua kynnysarvoa, siirtorekisteriin 114887 18 ladataan seuraava näyte sisääntulevasta signaalista vaiheessa 5-3. Yksinkertaisimmassa tapauksessa kynnysarvon ylittäminen merkitsee, että kyseistä referenssisignaalia vastaava signaali on tunnistettu ja sen hajotuskoodi on samassa vaiheessa talletetun referenssisignaalin kanssa. Tämän tiedon avulla 5 voidaan käynnistää varsinainen signaalin seuranta ja vastaanotto. Mikäli vastaanotetun signaalin voimakkuus on kuitenkin pieni kohinaan nähden, ei yksinkertainen kynnysarvon ylitys ole riittävä tae signaalin löytymisestä. Tämän takia voidaan käyttää löydön varmistamiseen algoritmia, jossa ensimmäisen kynnysarvon ylityksen jälkeen ladataan siirtorekisteriin uusi sisääntulosignaali, 10 joka korreloidaan referenssisignaalin kanssa sovitetulla suodattimena vastaavassa vaiheessa kuin mitä ensimmäinen löytöhetki oli.

Mikäli vertailuarvo siis ylittää asetetun kynnysarvon, koodisignaalin oikea vaihe on potentiaalisesti löydetty, ja järjestelmä siirtyy signaalin etsintä-tilasta 5-40 signaalilöydön varmistamisen tilaan 5-50. Tässä järjestelmä odot-15 taa ensin NMF näytteen ajan vaiheessa 5-6, jonka jälkeen vaiheessa 5-8 vertailu toistetaan.

Mikäli kynnysarvo alittuu, rekisterin FAIL arvoa kasvatetaan yhdellä yksiköllä vaiheessa 5-10, jonka jälkeen siirrytään vaiheeseen 5-12. Tällöin rekisterin FAIL arvoa verrataan asetettuun maksimiarvoon, joka kertoo montako 20 kertaa kynnysarvo voi alittua. Mikäli kynnysarvon alittavien vertailutulosten lukumäärä ylittää sille annetun raja-arvon, siirrytään takaisin vaiheeseen 5-3.

, ’ Muussa tapauksessa siirrytään vaiheeseen 5-6.

: Mikäli kynnysarvo ylittyy, rekisterin DET arvoa kasvatetaan yhdellä • yksiköllä vaiheessa 5-14, jonka jälkeen siirrytään vaiheeseen 5-16. Tällöin re- 25 kisterin DET arvoa verrataan asetettuun maksimiarvoon, joka kertoo montako . kertaa kynnysarvon täytyy ylittyä ennen signaalin julistamista löytyneeksi. Mi- . ··. käli kynnysarvon ylittävien vertailutulosten lukumäärä ei ylitä sille annettua ra ja-arvoa, siirrytään takaisin vaiheeseen 5-6.

Edellä olevaa toimintaa jatketaan, kunnes kynnysarvon ylittävien tai 30 alittavien näytteiden lukumäärä ylittää ennalta asetetun, ainakin yhden luku- ; määrän/kynnysarvon. Tämän jälkeen signaali voidaan julistetaan löytyneeksi vaiheessa 5-20 tai vaihtoehtoisesti etsintää jatketaan seuraavasta datanäyt-. : teestä vaiheessa 5-3.

Kaikkien koodivaiheiden tarkastamisen jälkeen, kantoaaltoreplika-35 oskillaattorin taajuutta muutetaan ja hakuprosessi toistetaan alkaen NMF-1 da-V : tanäytteen lataamisesta siirtorekisteriin (vaihe 5-2). Kun hakuprosessi on tois- 114887 19 tettu kaikilla etsittävillä taajuuksilla, taajuus asetetaan alkuarvoonsa ja haku toistetaan.

Mikäli suorasekvenssijärjestelmän vastaanottimen kantoaaltotaajuus ja hajotuskoodin kellotaajuus on tuotettu yhteen taajuusreferenssiin sido-5 tuista generaattoreista, voidaan kantoaaltotaajuuden offsetista laskea myös tarvittava säätöarvo sovitetun suodattimen näytteistyskellolle. Muussa tapauksessa sovitetun suodattimen näytteistyksen taajuuden säätö on tehtävä muulla algoritmilla. Kuitenkin kantoaallon ja hajotuskoodin Doppler-siirtymät ovat suoraan verrannollisia niiden taajuuksien suhteessa.

10 Tilakone käsittelee sovitetun suodattimen ulostuloja. Kutakin kana vaa varten tarvitaan: 1. tilamuuttuja, joka kertoo tilan missä ollaan; 2. laskuri, jolla toteutetaan NMF:n mittainen viive alussa ja suoritettaessa signaalilöydön varmistusta; sekä 15 3. statusmuuttujia, joissa on tieto mm. koodivaiheesta, missä kulla kin hetkellä ollaan, ja joka annetaan ulostulona mikäli signaali löytyy.

Kanaville yhteisenä tässä toteutuksena on muuttuja, joka sisältää tiedon kullakin hetkellä voimassa olevasta etsittävän signaalin kantoaaltotaa-20 juudesta.

Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisen hakuprosessia i' kontrolloivan tilakoneen tiladiagrammi on esitetty kuviossa 6. Tilakoneella on kaksi aktiivista tilaa ja kaksi tilaa, joita käytetään odottamiseen. Aloitustila on j fwait-tila, jossa uusi data kellotetaan siirtorekistereihin. Odotus tässä tilassa

; : 25 kestää niin monta näytekellojaksoa kuin siirtorekisterissä on bittejä, ts. NMF

. · . näytettä. Pyyhkäisyn odotuksen jälkeen siirrytään seek-tilaan. Tässä tilassa ’t oltaessa tarkistetaan kynnysarvoilmaisimen ulostulo kullekin näytteelle ja jos > · kynnysarvo ylitetään, siirrytään seuraavaan tilaan, verify wait -tilaan, asetetaan DET-laskuri yhteen ja asetetaan FA/L-laskuri nollaan. Jos kynnysarvon ylityk-30 siä ei tapahtunut millekään koodioffsetille (NMF näytettä), tilakone asettaa 00-. : NE-lipun nykyiselle kanavalle. Kun kaikki tilakonekanavat on tarkistettu jokai- sen mahdollisen koodivaiheoffsetin osalta, ts. kun kaikki DONE-liput on ase-: tettu, ja kaikki etsittävät kantoaaltotaajuudet on käyty läpi, siirrytään takaisin ; fwait-tilaan.

‘ 35 Verify wait -tilassa tilakone odottaa, että datasiirtorekisterin sisään . i on kellotettu täysin uusi data, jotta parannetaan ilmaisun tilastollista hyvyyttä ja 114887 20 uusi vertailu tehdään samaa koodioffsetia käyttäen. Signaalin ilmaisun varmistamiseksi kynnysarvovertailut toistetaan useita kertoja samassa koodiof-fset-asemassa. Sen jälkeen kun on odotettu verity wait -tilassa koodin pituuden (Nmf näytettä) ajan, siirrytään verify-tilaan. Tässä tilassa tarkistetaan kyn-5 nysarvoilmaisimen arvo, ja jos ilmaisu on indikoitu, kasvatetaan DET-laskuria yhdellä. Muutoin FA/L-laskuria kasvatetaan yhdellä. Jos osumien (DET) ja epäonnistumisten (FAIL) lukumäärät ovat yhä niiden vastaavien maksimiarvojen alapuolella, siirrytään uudelleen verify wait -tilaan. Muutoin, jos osumien (DET) lukumäärä on maksimiarvon yläpuolella, signaali todetaan löydetyksi ja 10 nykyinen PRN-koodi, taajuus ja koodioffset annetaan hakujärjestelmän ulostulona. Viimeisen varmistuksen jälkeen voi tapahtua kaksi asiaa. Jos koodioffset on viimeinen, taajuutta muutetaan ja siirrytään fwait-tilaan. Muutoin siirrytään seek-tilaan ja hakua jatketaan normaalisti.

Tilakone pyyhkäisee paikallisoskillaattoritaajuuden (LO) ala- ja ylä-15 raja-arvojen välillä konfiguroitavissa olevin askelin. Haettu taajuusalue muodostuu kiinteästä välitaajuudesta (IF) ja Doppler-taajuudesta. Nämä raja-arvot asetetaan todellisen RF (Radio Frequency) etupään välitaajuuden (IF) ja suurimman odotetun Doppler-siirtymän mukaan. Tilakoneessa on myös menetelmä, jolla hakujärjestelmä voidaan asettaa alkutilaansa. Useampikanavaista 20 sovitettua suodatinta käytettäessä tilakone huolehtii siitä, että taajuushaku tapahtuu vasta sen jälkeen, kun kaikki kanavat ovat kerran käyneet läpi kaikki :> vaihe-erot. Muuten eri kanavat toimivat täysin riippumatta toisistaan. Tämä . mahdollistaa parhaan rinnakkaisuudesta saavutettavan hyödyn.

«

Kuten edellä on kuvattu, keksinnön ja sen edullisten suoritusmuo-; 25 tojen mukaisessa järjestelmässä ja menetelmässä on ratkaistu pitkän integ- rointiajan aiheuttamat ongelmat sekä ajoituksen että koherentin ja epäkohe-: rentin integroinnin osalta, ja keksinnön ja sen suoritusmuotojen mukainen ha- ·' kujärjestelmä hakee omatoimisesti annettua referenssisignaalia vastaavan koodin vaiheen ja taajuusestimaatin.

: ’ 30 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin- nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaih-. della patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

114887 21

1. Laite hajaspektrivastaanottimen vastaanottaman demoduloidun ja digitaalisiksi näytteiksi muunnetun signaalin ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että laite käsittää: 5 sovitetun suodattimen (4-16), joka laskee korrelaation sisääntulo- signaalin (4-2, 4-4) ja ainakin yhden referenssisignaalin (4-21) välillä; oskillaattorin (4-8), joka tuottaa näytteenottotaajuuden; näytteenottopiirin (4-10), joka uudelleennäytteistää mainitun demoduloidun digitaalisen näytesignaalin mainitulla näytteenottotaajuudella, joka on 10 sellainen, että näytteenottopiiriltä (4-10) sovitetulle suodattimelle (4-16) menevän näytesignaalin näytteiden ajoitus vastaa sovitetun suodattimen (4-16) re-ferenssisignaalien (4-21) ajoitusta; ja kertojan (4-12), jossa näytesignaali ennen näytteenottopiiriä (4-10) tai sen jälkeen kerrotaan paikallisesti generoidulla kantoaaltoreplikalla kanto-15 aallon poistamiseksi näytesignaalista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun oskillaattorin (4-8) tuottama näytteenottotaajuus on säädettävissä siten, että näytteenottopiiriltä sovitetulle suodattimelle (4-16) menevän näytesignaalin ajoitus vastaa sovitetun suodattimen (4-16) referenssisignaalien näyt- 20 teiden ajoitusta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää yhden tai useamman koherentin integraattorin (4-35), jonka • integroi sovitetun suodattimen (4-16) ulostuloina tuottamat korrelaationäytteet ί (4-26, 4-28) integrointijakson yli, joka on pidempi kuin sovitetun suodattimen 25 (4-16) ajallinen pituus.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että sovitetun suodattimen (4-16) ulostulot ovat kompleksiset korrelaationäytteet (4-26, 4-28), ja että koherentti integraattori (4-35) käsittää akkumulaattorin (4-34) kahden tai useamman samaa sisääntulosignaalin vaihe-eroa vastaavan 30 korrelaationäytteen (4-26, 4-28) summaamiseksi yhteen, jolloin summa vastaa yhdellä vaihe-erolla laskettua korrelaatiotulosta, jonka integrointiaika on NMF LC : näytettä, missä NMF on sovitetun suodattimen (4-16) pituus näytteiden luku- j määränä ja Lc on akkumulaattorin (4-34) summaamien korrelaationäytteiden lukumäärä. ' 35 5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen laite, tunnettu ; siitä, että laite käsittää laskimen (4-38), jolla lasketaan sovitetun suodattimen 114887 22 (4-16) tai koherentin integraattorin (4-35) ulostuloina antamien korrelaatio-näytteiden itseisarvot tai itseisarvojen estimaatit.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että sovitetun suodattimen (4-16) tai koherentin integraattorin (4-35) ulostulot ovat 5 kompleksisia korrelaationäytteitä, ja että mainittu laskin (4-38) suorittaa kompleksisen korrelaationäytteen itseisarvon tai sen estimaatin laskemisen.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää yhden tai useamman epäkoherentin integraattorin (4-41), joka integroi mainitut korrelaationäytteiden itseisarvot tai itseisarvojen estimaatit 10 integrointijakson yli, joka on pidempi kuin sovitetun suodattimen (4-16) ajallinen pituus.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että epäkoherentti integraation (4-41) käsittää akkumulaattorin (4-40) kahden tai useamman samaa sisääntulosignaalin vaihe-eroa vastaavan korrelaationäyt- 15 teen itseisarvon tai itseisarvon estimaatin summaamiseksi yhteen, jolloin summa vastaa yhdellä vaihe-erolla laskettua korrelaatiotulosta, jonka integ-rointiaika on Nmf Ln näytettä, missä NMF on sovitetun suodattimen pituus (4-16) näytteiden lukumääränä ja LN on akkumulaattorin (4-40) summaamien korrelaationäytteiden lukumäärä.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tun nettu siitä, että laite käsittää vertailijan (4-45), joka vertaa sovitetun suodat-timen (4-16), koherentin integraattorin (4-35), itseisarvolaskimen (4-38) tai : epäkoherentin integraattorin (4-41) ulostuloarvoja ennalta määrättyyn kynnys- • arvoon ja antaa vertailutuloksen, joka kertoo ylittääkö ulostuloarvo mainitun : 25 kynnysarvon vai ei.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kontrollerin, joka kerää useita samaa vaihe-eroa ja referenssisig-naalia vastaavia vertailutuloksia joka vasteena sille, että ennalta määrätty osuus kerätyistä vertailutuloksista kertoo ulostuloarvon ylittäneen mainitun 30 kynnysarvon, päättää signaalin löytyneen.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kontrollerin, joka säätää mainitun oskillaattorin tuottamaan näytteenottotaajuutta korrelaation etsimiseksi erilaisilla vastaanotetun signaalin vaihe-eroilla. 114887 23

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että laite on monikanavainen ja hakee aikajakoisesti kahta tai useampaa vastaanotettua signaalia rinnakkain. » 11488/ 24