FI119011B - Sovitettu suodatin ja hajaspektrivastaanotin - Google Patents

Description

119011

Sovitettu suodatin ja hajaspektrivastaanotin

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy sovitettuun suodattimeen, hajaspektrivastaanotti-meen ja erityisesti vastaanottimen sisääntulevan signaalin ja referenssisignaa-5 Iin korrelointiin.

Hajaspektrijärjestelmä (spread spectrum system) on tietoliikennejärjestelmä, jossa signaalin lähettämiseen käytetään oleellisesti laajempaa kaistanleveyttä kuin olisi tarpeen signaalin välittämiseksi. Signaalin spektrin hajottaminen suoritetaan lähettimessä alkuperäisestä datasta riippumattoman 10 valesatunnaisen hajotuskoodin avulla. Suorasekvenssihajaspektrijärjestelmis-sä (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. Tämän jälkeen kyseisellä data- ja koodimoduloitulla signaalilla moduloidaan kertojassa 1-18 suurtaajuusoskillaattorin 1-20 tuottamaa kantoaaltoa ja lähe-: tettävästä signaalista poistetaan 1-22 sen imaginaariosa. Lähetetty signaali ,···[ 25 kulkee lähettimen antennista 1-24 siirtotien 1-26 yli vastaanottimen 1-30 an- VV. tenniin 1-32. Vastaanottimessa 1-30 etuasteen suodatin 1-34 erottaa infor- • ’···* maatiosignaalin koko taajuusspektristä. Kompleksinen 1-36, 1-39 signaali se koitetaan alemmalle taajuudelle kertomalla signaali jänniteohjatun oskillaatto-rin 1-40 tuottamalla kompleksisella 1-42,1-44 signaalilla kertojassa 1-45.

··· ! 30 Hajaspektrijärjestelmän vastaanottimessa sisääntulevan signaalin spektrin kaventamiseen käytetään despread-modulaattorissa (hajotuskoodi-demodulaattori) 1-48 referenssisignaalia, koodireplikaa, joka on mainitun ha- • m jotuskoodin identtinen kopio. Kuviossa 1 koodigeneraattori 1-46 tuottaa, gene-roi mainitun hajotuskoodireplikan, joka korreloidaan kertojassa 1-50 vastaan- • · · 35 otetun signaalin kanssa mainitulla hajotuskoodireplikalla. Mikäli koodireplika ja vastaanotettu koodi ovat samat ja samassa vaiheessa, ne korreloivat ja lähe- 119011 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 (alkusyn-kronointi, acquisition) vastaanotettuun koodiin mahdollisimman tarkasti ja kyseinen synkronointi on pystyttävä säilyttämään (signaalin seuranta, tracking).

10 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. Alkusynkro-noinnin nopeus, eli aika jossa koodireplika saadaan osumaan oikeaan vaihee-15 seen 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- • · :.· · teuttaa joko jatkuva-aikaisesti tai diskreettiaikaisesti toimivana. Sovitettu suo- *:·*: datin laskee korrelaatiota tunnetun referenssisignaalin ja mitattavan signaalin 25 välillä ja antaa maksimiulostulon, kun referenssisignaali 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- naalia ja in(n-1), in(n-2) ... in(n-NMF+1) kuvaavat sisääntulevaa signaalia vii- j i .119011 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 Handbook1’, 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 epäkoherentisti ilmaistuja amplitudiarvoja.

• · I 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 .·*·, 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- • · · *;];* 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 Ha, sovitettu suodatin täytyy toteuttaa joko kaistanpäästö- tai ekvivalenttisena alipäästösuodatinversiona. Sovitettua suodatinta käyttävä alipäästötyyppinen 119011 4 : alkusynkronointijärjestelmä on esitetty kuviossa 3. Siinä identtisiin, sovitettui hin 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-taajuuden 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 vas- , . taanotettu 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, se ei ole aina tark- • · · · .···. kaan sama. Tämä pitää ottaa huomioon myös hakujärjestelmässä, mikäli vaa- *·’, dittu integrointiaika (T,) on pitkä. Jos taajuuden epätarkkuus on suurempi kuin ] * 35 Ι/T,, muuttuu koodin ajoitus yli yhden chipin integroinnin aikana, mikä estää hakujärjestelmän toiminnan.

119011 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 digitaa- :,· · lisesti toteutetut sovitetut suodattimet. Digitaalisessa suodattimessa on han- kalaa toteuttaa vaadittu nopea monen arvon summaaminen yhteen. Sovitetus- ·:*· sa suodattimessa täytyy laskea suodattimen pituuden verran referenssisig- 25 naalilla kerrottuja, tallennettuja signaalinäytteitä yhden ulostulonäytteen muo- .*··, dostamiseksi. Perinteisesti tämä on tehty laskemalla pieni määrä lukuja ker- • · ,*··, rallaan yhteen ja toistamalla prosessi useamman kellojakson ajan. Näin väite- • · *** tään monisisääntuloisen summaimen toteuttaminen.

:V: Keksinnön lyhyt selostus • · 30 Keksinnön tavoitteena on uudentyyppinen sovitettu suodatin.

Tämä tavoite saavutetaan sovitetulla suodattimena sisääntuievan signaalin ja referenssisignaalin korreloinnin toteuttamiseksi, joka suodatin kä-’*:** sittää: N kappaletta rinnakkaisia M näytteen pituisia siirtorekistereitä yhtä :[[[: 35 monen sisääntulosignaalin vastaanottamiseksi sisääntulosignaalin näytetaa- juudella, missä N > 2; 119011 6 ensimmäiset välineet, joissa säilytetään K kappaletta M näytteen pituisia referenssisignaaleja, missä K>1; multipleksointivälineet yhden sisääntulosignaalin ja yhden referens-sisignaalin syöttämiseksi kerrallaan mainituista siirtorekistereistä ja mainituista 5 säilytysvälineistä korrelaation laskentavälineille siten, että laskentavälineille syötetään vuorotellen kaikki sisääntulosignaalien ja referenssisignaalien kombinaatiot; laskentavälineet korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kullekin sisääntulosignaalin ja referenssisignaalin kombinaatiolle siten, että laskentaväli-10 neiden ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri signaaleista laskettuja korrelaa-tiotuloksia.

Keksinnön toinen piirre on sovitettu suodatin sisääntulevan signaalin ja referenssisignaalin korreloinnin toteuttamiseksi, joka suodatin käsittää: M näytteen pituisen siirtorekisterin sisääntulosignaalin vastaanotta-15 miseksi sisääntulosignaalin näytetaajuudella; ensimmäiset välineet, joissa säilytetään K kappaletta M näytteen pituisia referenssisignaaleja, missä K>2; multipleksointivälineet sisääntulosignaalin ja yhden referenssisignaalin syöttämiseksi kerrallaan mainituista siirtorekistereistä ja mainituista säi-20 lytysvälineistä korrelaation laskentavälineille siten, että laskentavälineille syötetään vuorotellen kaikki sisääntulosignaalin ja referenssisignaalien kombinaa-: tiot; : laskentavälineet korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kullekin si- ·:··· sääntulosignaalin ja referenssisignaalin kombinaatiolle siten, että laskentaväli- .'.'j 25 neiden ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri kombinaatioista laskettuja korre- .··*! laatiotuloksia.

• ·

Keksinnön vielä eräs piirre on hajaspektrivastaanotin, joka käsittää laitteen vastaanottimen vastaanottaman demoduloidun ja digitaalisiksi näytteiksi muunnetun signaalin ilmaisemiseksi, joka laite käsittää sovitetun suodat-'·*·' 30 timen, joka laskee korrelaation sisääntulosignaalin ja ainakin yhden referens- sisignaalin välillä, ja kontrollerin, joka vertaa sovitetun suodattimen tuottamia ··· korrelaatiotuloksia ennalta määrättyyn kynnysarvoon määrittääkseen onko .···. signaali löytynyt, mainitun sovitetun suodattimen käsittäessä: *·'( N kappaletta rinnakkaisia M näytteen pituisia siirtorekistereitä yhtä 35 monen sisääntulosignaalin vastaanottamiseksi sisääntulosignaalin näytetaa- • · · juudella, missä N >2; 119011 7 ensimmäiset välineet, joissa säilytetään K kappaletta M näytteen pituisia referenssisignaaleja, missä K>1; multipleksointivälineet yhden sisääntulosignaalin ja yhden referens-sisignaalin syöttämiseksi kerrallaan mainituista siirtorekistereistä ja mainituista 5 säilytysvälineistä korrelaation laskentavälineille siten, että laskentavälineille syötetään vuorotellen kaikki sisääntulosignaalien ja referenssisignaalien kombinaatiot; laskentavälineet korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kullekin sisääntulosignaalin ja referenssisignaalin kombinaatiolle siten, että laskentaväli-10 neiden ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri signaaleista laskettuja korrelaa-tiotuloksia.

Keksinnön vielä eräs piirre on hajaspektrivastaanotin, joka käsittää laitteen vastaanottimen vastaanottaman demoduloidun ja digitaalisiksi näytteiksi muunnetun signaalin ilmaisemiseksi, joka laite käsittää sovitetun suodat-15 timen, joka laskee korrelaation sisääntulosignaalin ja ainakin yhden referenssisignaalin välillä, ja kontrollerin, joka vertaa sovitetun suodattimen tuottamia korrelaatiotuloksia ennalta määrättyyn kynnysarvoon määrittääkseen onko signaali löytynyt, mainitun sovitetun suodattimen käsittäessä: M näytteen pituisen siirtorekisterin sisääntulosignaalin vastaanotta-20 miseksi sisääntulosignaalin näytetaajuudella; ensimmäiset välineet, joissa säilytetään K kappaletta M näytteen pituisia referenssisignaaleja, missä K>2; jj*: multipleksointivälineet sisääntulosignaalin ja yhden referenssisig- ·:··; naalin syöttämiseksi kerrallaan mainituista siirtorekistereistä ja mainituista säi- 25 lytysvälineistä korrelaation laskentavälineille siten, että laskentavälineille syö-.···* tetään vuorotellen kaikki sisääntulosignaalin ja referenssisignaalien kombinaa- tiot; "* laskentavälineet korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kullekin si- . , sääntulosignaalin ja referenssisignaalin kombinaatiolle siten, että laskentaväli- • · · '·*·' 30 neiden ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri kombinaatioista laskettuja korre- laatiotuloksia.

•j. Keksintö perustuu siihen, että sovitetussa suodattimessa aikamul- ···· .*··. tipleksoidaan ainakin kaksi sisääntulevaa signaalia korreloimaan ainakin yh- *·*' den hajotuskoodin kanssa tai vaihtoehtoisesti aikamultipleksoidaan ainakin *"* 35 kaksi hajotuskoodia korreloimaan ainakin yhden sisääntulevan signaalin kans- ··· sa, jolloin voidaan käyttää samaa laskentakapasiteettia usealle signaalille. Pe- 8 119011 rinteiset sovitetut suodattimet on sovitettu yhteen signaaliin kerrallaan, jolloin haluttaessa hakea useampaa kuin yhtä vastaanotettavaa signaalia kerrallaan, on täytynyt käyttää useampaa kuin yhtä suodatinta.

Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa aritmetiikkayksikkö kä-5 sittää M kappaletta kertojia, jotka kertovat siirtorekisterin kutakin näytettä vastaavan referenssisignaalin näytteeseen ja antaa M tulosta, sekä summainväli-neen, joka laskee edellämainitut M tuloa yhteen tuottaen korrelaatiotuloksen suodattimen ulostuloon, missä M on suodattimen pituus. Tällainen aritmetiik-kayksikön pitää kyetä käsittelemään hyvin nopeasti suuri määrä lukuja, ja on 10 tämän takia hankala toteuttaa. Jos useampi sovitettu suodatin pystyy jakamaan tämän aritmetiikkayksikön, on se toteutuksen kannalta edullista.

Keksintö soveltuu edullisesti digitaalisiin toteutuksiin. Erityisen edullisesti keksintö soveltuu käytettäväksi hajaspektrijärjestelmissä, missä on useampia hajotuskoodeja yhtä aikaa käytössä.

i 15 Kuvioiden lyhyt selostus !

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

Kuvio 1 havainnollistaa suorasekvenssiin perustuvaa hajaspektri-järjestelmää; 20 Kuvio 2 esittää tekniikan tason mukaista sovitetun suodattimen ιοί teutusta; • ·· » : .·. Kuvio 3 esittää sovitettua suodatinta käyttävää alipäästötyyppistä alkusynkronointijärjestelmää; • · S' . Kuvio 4 havainnollistaa keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mu- *;./ 25 kaisen hajaspektrivastaanottimen hakujärjestelmän yleisarkkitehtuuria; • « **"' Kuvio 5 esittää lohkokaavion, joka havainnollistaa keksinnön ensi- sijaisen suoritusmuodon mukaisen datapolun esikäsittelylohkoja;

Kuvio 6 esittää lohkokaavion, joka havainnollistaa keksinnön ensi- • · v sijaisen suoritusmuodon mukaisen datapolun sovitettua suodatinta; :*[[: 30 Kuvio 7 esittää kuvion 6 suodattimen erään yksityiskohtaisemman toteutuksen; « · · ’ ‘II! Kuvio 8 esittää lohkokaavion, joka havainnollistaa keksinnön ensi- *·;·* sijaisen suoritusmuodon mukaisen datapolun etsintäaritmetiikkaosaa; *:**: Kuvio 9 esittää keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaista 35 hakujärjestelmän toiminnallista vuokaaviota; • · · _... ......— 9 i 119011

Kuvio 10 on tilakaavio, joka havainnollistaa keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaista tilakonetta;

Kuvio 11 on kuvion 5 esikäsittelylohkon eräs yksityiskohtaisempi toteutus; 5 Kuvio 12 on integrate-dump -suodattimen lohkokaavio;

Kuvio 13 on numeerisesti ohjatun oskillaattorin lohkokaavio; ja Kuvio 14 on osoitegeneraattorin lohkokaavio.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus Tässä dokumentissa kompleksisella signaalilla tarkoitetaan signaa-10 lia, joka koostuu kahdesta signaalikomponentista, reaaliosasta ja imaginaa-riosasta. Vaihtoehtoisesti puhutaan signaalin I- ja Q-haaroista tai -komponenteista (In-phase ja Quadrature). Kompleksiselle signaalille voidaan määrittää amplitudi ja vaihe. Amplitudi saadaan käyttämällä kompleksiluvuille matemaattisesti määriteltyä itseisarvo-operaattoria. Vaihe voidaan laskea matemaat-15 tisesti määriteltynä kompleksiluvun argumenttina.

Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukainen hakujärjestelmä toteuttaa K rinnakkaista kanavaa aikajaetulla tavalla. Rajoitus kanavien lukumäärässä tulee pääkellotaajuuden suhteesta sovitetun suodattimen vaatimaan näytteenottotaajuuteen. Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa tämä 20 suhde on 2K. Sovitettu suodatin prosessoi kunkin kanavan In-phase (I) ja * t :.· | Quadrature (Q) -komponentteja, mikä pienentää mahdollisten kanavien lukuja määrän määrään K. Jos mahdollisten kanavien lukumäärä on pienempi kuin ·:··· etsittävien hajotuskoodien kokonaislukumäärä (Ktot), etsittäviä hajotuskoode- :*.'j ja vaihdetaan jaksollisesti keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa. Tarkis- .·*··,’ 25 tettavia hajotuskoodeja vastaavat referenssisignaalit sijaitsevat lukumuistissa • · (ROM, Read Only Memory) ja referenssisignaalien aikamultipleksointi tehdään **’ kasvattamalla kyseisen ROM-muistin osoitelaskuria. Laskuri laskee perus- , . osoitteesta ylös lukuun K modulo-Κχοτ -periaatteella, ts. osoitteen Kjot-1 jäi- • · · *·[·* keen tulee osoite 0. Käytettyjen referenssisignaalien vaihto tehdään muutta- 30 maila tätä perusosoitetta, mikä tehdään sen jälkeen kun kaikki mahdolliset taa- ··. juudet on käyty läpi käyttäjän konfiguroimalla tavalla. Perusosoite muutetaan ···« .*··, konfiguroitavissa olevana osoitelisäyksenä, joka voidaan jälleen laskea modu- **\ Io-Kjot -periaatteella. Tämä säädettävä peruslisäys mahdollistaa hakuproses- sin optimoimisen hakutilanteen mukaan.

·«* 5...: 35 119011 10

Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisen hakujärjestelmän yleisarkkitehtuuri on esitetty kuviossa 4. Hakujärjestelmä koostuu neljästä peruslohkosta: datapolkulohkosta 4-1, joka sisältää varsinaisen sovitetun suodattimen toteutuksen; ohjauslohkosta 4-2, joka generoi tarpeelliset ohjaussig-5 naalit muille lohkoille; tilakoneesta 4-3, joka kontrolloi hakualgoritmia; ja l/O-lohkosta 4-4, joka liittää sovitetun suodattimen hakujärjestelmän ulkoiseen väylään. Seuraavissa jaksoissa esitetään eräitä lohkoja yksityiskohtaisemmin. Datapolkulohko

Datapolkulohko on hakujärjestelmän ydin. Sovitettu suodatin on ali-10 päästötyyppinen ja datapolkuaritmetiikka on aikamultipleksoitu käsittelemään sekä I- että Q-kanavia. Sovitetun suodattimen pituus on tässä toteutuksessa M = Nmf näytettä.

Sovitetun suodattimen datapolkulohko sisältää sovitetun suodattimen datapolun lisäksi myös lohkoja, joilla käsitellään sisääntulevaa signaalia.

15 Kuviossa 5 on esitetty eräs datapolun esikäsittelyasteiden toteutus. Kuviossa 5 RF-etuasteelta saatava näytteistetty ja digitaaliseksi muutettu vastaanotettu kompleksinen signaali 5-2 ja 5-4 (I- ja Q-komponentit) suodatetaan alipäästö-suodattimessa 5-6 laskostumisen estämiseksi. Tämän jälkeen signaali näyt-teistetään numeerisesti ohjatun kello-oskillaattorin (NCO, Numerically Cont-20 rolled Oscillator) 5-8 ohjaamalla taajuudella desimointielementissä 5-10, joka tuottaa käsitellyt näytteet sovitetun suodattimen näytteenottonopeudella. Kello-j(:': oskillaattorin 5-8 avulla sovitetun suodattimen sisääntulon näytteistystaajuus : pystytään säätämään siten, että sisääntulevan signaalin ajoitus vastaa refe- ·...: renssisignaalin näytteiden ajoitusta.

: 25 Näytteistyksen jälkeen näytteet kerrotaan toisen numeerisesti oh- ' jatun oskillaattorin 5-14 tuottamalla kompleksisella kantoaaltotaajuusreplikalla * · 'V.' kertojassa 5-12. Kantoaaltotaajuusreplika on muotoa: • · ··· βμπωcniFs -C0S^0)n/f^+ j sm.{2,K(0cnIFs), • t » 30 • · · missä toc, n, ja Fs kuvaavat vastaavasti kantoaaltotaajuutta, näytteen numeroa « ja näytetaajuutta.

.···. Kertominen vastaa siten sisääntulevan signaalin vaiheen kiertä- ‘•’t mistä (estimoidulla) kantoaaltotaajuudella. Tämä kertolasku voidaan toteuttaa 35 myös ennen uudelleennäytteistämistä, mikäli sisäänmenosignaalin taajuus on •«· ! suurempi kuin sovitetun suodattimen näytteistystaajuus.

119011 11

Kuviossa 6 on esitetty datapolkulohkon ydinlohko (core), joka muodostaa varsinaisen sovitetun suodattimen 6-10. Sisääntulevasta signaalista (esimerkiksi kuvion 5 esikäsittelyasteissa) muodostetut näytteet syötetään tähän sovitettuun suodattimeen, joka laskee niiden korrelaation yhden tai use-5 ämmän referenssisignaalin kanssa. Suodatin käsittää joukon rinnakkaisia siir-torekistereitä 6-22, yhden kunkin signaalin I- ja Q-komponentille. Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa, jossa on K erillistä kanavaa eli 2 K I- ja Q-komponenttia, tarvitaan 2 K siirtorekisteriä 6-22. Kukin sisääntuleva I- tai Q-datavirta 6-21 syötetään vastaavaan siirtorekisteriin 6-22, jota kellotetaan koo-10 ditaajuudella tai sen monikerralla. Siirtorekisteriin 6-22 syötettyä datavirtaa verrataan muistiin 6-26, esimerkiksi ROM tai RAM (Random Access Memory), tallennettuihin referenssisignaaleihin. Siirtorekistereistä 6-22 ja muistista 6-26 valitaan aikajakoisesti verrattavat signaalit, jolloin samaa aritmetiikkaosaa voidaan käyttää lukumäärälle K kanavia keksinnön perusperiaatteiden mukaises-15 ti.

Sisääntuleva signaali valitaan signaalimultiplekserillä 6-24 ja valin-tasignaalilla 6-23, kun taas referenssisignaali valitaan muistista 6-26 valinta-signaalilla 6-25. Valintasignaali 6-25 voi käytännössä olla muistiosoite. Muistin osoitteet on voitu luoda osoitemuodostusyksikössä, joka syöttää synkronoi-20 dusti lukuosoitteita lukumuistille 6-26 tavalla, jota kuvataan tilakoneen yhteydessä. Tämä ratkaisu mahdollistaa sen, että useita hajotuskoodeja haetaan • :*· rinnakkain aikamultipleksoimalla käytetyt referenssisignaalit. Muistista 6-26 : voidaan siis osoitteen 6-25 perusteella osoittaa haluttu referenssisignaali 6-27 "!.· sisääntulosignaalille 6-20, joka on valittu valintasignaalilla 6-23. Vaihtoehtoi- • · . 25 sesti muisti 6-26 voidaan korvata referenssisiirtorekisterillä, johon referenssi- signaaligeneraattori syöttää referenssisignaalin. Referenssisiirtorekisteri voi *··* olla samanlainen kuin siirtorekisteri 6-22.

• e · * · *···’ Referenssisiirtorekisteristä (tai referenssimuistista) 6-26 ja datasiir- torekisteristä 6-22 kullakin hetkellä syötettyä referenssisignaalia ja I- ja Q- • m :.v 30 signaaleja kerrotaan toistensa kanssa kertolohkossa 6-31. Jos kumpikin sig- naali koostuu 1-bittisistä näytteistä, voi kertominen tapahtua esimerkiksi XNOR-veräjällä, jonka ulostulo on 1, jos sen kaksi sisääntuloa ovat samat. Tämän kertomisen jälkeen on olemassa NMF data-arvoa 6-28.

"** Seuraavaksi lohko 6-29 summaa yhteen kaikki kertolaskujen tulot *"*i 35 kullekin näytteelle sovitetun suodattimen lopullisten ulostulojen tuottamiseksi.

Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa tämä on toteutettu summainloh- 119011 12 kolia, joka laskee kaikkien tulojen summan yhden kellojakson aikana. Muitakin summaustapoja on mahdollista käyttää tässä yhteydessä.

Sovitetun suodattimen ulostulo 6-30 muodostuu kompleksista signaaleista, jotka vastaavat sisäänmenon korrelaatiota ajan funktiona. Jos kor-5 reloitavan signaalin toistumisjakson pituus on Nc näytettä, voidaan ulostulossa 6-30 erottaa kullekin signaalille Nc:n näytteen jaksoja, jotka vastaavat vaihe-eroltaan erilaisia ristikorrelaatioita. Jos kyseessä on monikanavainen (K kanavaa) sovitettu suodatin, on ulostulossa 6-30 useamman kanavan (K) samaa vaihe-eroa vastaavat ulostulot peräkkäin.

10 Tällaisella rakenteella kyetään laskemaan K rinnakkaisen sovitetun suodattimen ulostulo peräkkäin, kun käytetty kellotaajuus on 2 K kertaa si-sääntulodatan näytteenottotaajuus.

Sovitetussa suodattimessa pitää siis laskea sovitetun suodattimen pituuden verran referenssisignaalilla kerrottuja, talletettuja signaalinäytteitä 15 yhtä ulostuloa varten. Perinteisesti tämä on tehty laskemalla pieni määrä lukuja kerralla yhteen ja toistamalla prosessi useamman kellojakson ajan. Näin on vältytty sellaisten summainten toteuttamiselta, joilla olisi erittäin monia si-säänmenoja. Myös tunnetut digitaalisesti toteutetut viivelinjat ovat sisältäneet vain yhden referenssisignaalin, joten vain yksi signaali on voitu korreloida sa-20 maila laitteella samanaikaisesti. Kyseessä olevan keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukaisesti, kuten edellä on kerrottu, voidaan nyt toteuttaa j.·'· helposti, nopeasti ja tehokkaasti monen arvon summaaminen yhteen.

: Kuvio 7 esittää yksityiskohtaisemman lohkokaavion kuvion 6 so- ·:··! vitetun suodattimen eräästä mahdollisesta toteutuksesta. Suoritusmuoto on 25 selkeyden vuoksi kuvattu käyttäen neljää 6 näytettä pitkää siirtorekisteriä ja .*··! neljää 6 näytteistä referenssisignaalia ja kuutta kertojaa. Suodatinta on kuiten- • · I" kin helppo laajentaa mille tahansa signaalimäärälle ja rekisteripituudelle sopi- • · "* vaksi.

Kuviossa 7 on neljä, neljää sisääntulevaa signaalia 6-21 vastaan- *·*·* 30 ottavaa 6 näytteen siirtorekisteriä 6-22, joissa kussakin on asteet 6-22A ...

* · ·

6-22F (eli yksi aste kutakin näytettä varten). Ylin rivi asteissa 6-22A ... 6-22F

• muodostaa ensimmäisen siirtorekisterin, toinen rivi toisen siirtorekisterin, jne.

!**··. Valintasignaalin 6-23 mukaan valitaan mikä rivi siirtorekisteriasteista 6-22A ...

6-22F syötetään ulostulona kertolaskulohkolle 6-31 kullakin ajan hetkellä.

*:**: 35 Koodireplikoita (referenssisignaaleja) on talletettu kerroinmuistiin 6-26, joka • · · muodostuu kuudesta neljäpaikkaisesta muistielementistä 6-26A ... 6-26F.

j I 119011 13

Muistielementtien ensimmäinen rivi tallentaa ensimmäisen koodireplikan, toinen rivi toisen koodireplikan, jne. Valintasignaalin 6-25 mukaan valitaan mikä rivi muistielementeistä 6-26A ... 6-26F syötetään ulostulona kertolaskulohkolle 6-31 kullakin ajan hetkellä. Kertolaskuelementissä 6-31 on 6 rinnakkaista ker-5 tojaa 6-31A ... 6-31 F. Kerroinelementin 6-31 ensimmäisessä kertojassa 6-31A kerrotaan kunkin sisääntulevan signaalin ensimmäinen näyte (rekisteri-elementin 6-22A rivi) vuorotellen kunkin koodireplikan ensimmäisen näytteen (muistielementin 6-26A rivi) kanssa. Vastaavasti kertojassa 6-31B kerrotaan rekisteriasteelta 6-22B ja muistielementiltä 6-26B saatavat näytteet jne. Tä-10 män jälkeen kertoimissa 6-31A...6-31F kerrotut signaalit summataan summai-nelementissä 6-29. Mikäli kerrallaan haettavien signaalien lukumäärä eli kanavien lukumäärä on pienempi kuin etsittävien hajotussignaalien kokonaismäärä, etsittäviä koodireplikoita voidaan muuttaa periodisesti. Koodireplikat voidaan tallentaa esimerkiksi ROM-muistiin ja niiden aikamultipleksointi suoritetaan 15 muuttamalla muistin osoitetta käyttäen esim. laskuria.

Kuviossa 8 on havainnollistettu datapolkulohkon viimeistä osaa, aritmetiikkayksikköä. Aritmetiikkayksikkö laskee sovitetulta suodattimena tulevien kompleksisten ulostulonäytteiden itseisarvon estimaatin, joka tässä tapauksessa on itseisarvon neliö. Matemaattisesti tämä lasketaan neliöimällä 20 kompleksiluvun reaali- ja imaginaariosat ja laskemalla ne yhteen. Sovitetulta suodattimena (ulostulo 6-30 kuviossa 6 tai 7) saadut korrelaatiotulokset vie-dään rekisteriin 6-41, joka säilyttää tuloksia ennen neliöintiä lohkossa 6-42.

: Neliöintilohko 6-42 ottaa yhden luvun ja laskee sen neliön. Neliöinti tehdään ··· · ·:··· erikseen sekä I- että Q-komponentille. Tämän jälkeen I- ja Q-haarojen neliöt ;\t: 25 summataan yhteen summaimessa 6-43. Tämä tuottaa kompleksisen sisään- .···] tulosignaalin itseisarvon neliön. Summaus tehdään siten, että ensimmäisellä « · 11! kerralla (neliöity l-haaran näyte) summataan neliöinnin tulos yhteen multiplek- *"** serin 6-44 ulostulosta saadun nollan kanssa. Tulos tallennetaan rekisteriin 6- 45. Toisella kerralla (neliöity Q-haaran näyte) summataan neliöinnin tulos yh-30 teen multiplekserin 6-44 kautta saadulle edellisen summauksen ulostulolle ··· (neliöity l-haaran näyte). Kun sovitettu suodatin laskee peräkkäin kunkin kompleksisen näytteen komponentit (I ja Q), saadaan itseisarvojen neliöt las- .···. kettua helposti summaamalla kahden peräkkäisen neliöinnin tulokset yhteen.

• · *·*' Summia verrataan lopuksi vertailijassa 6-46 kynnysarvoon, jota | "*" 35 säilytetään rekisterissä 6-47, ja vertailutulos viedään rekisterin 6-47 kautta tila- • · · koneelle 4-3 kuviossa 4. Oikean päätöksen todennäköisyyden kasvattamiseksi 119011 14 ja väärien päätösten todennäköisyyksien pienentämiseksi, mahdolliset kynnysarvotasojen ylitykset täytyy varmistaa odottamalla useampia samaa vaihe-eroa ja referenssisignaalia vastaavia vertailutuloksia. Mikäli riittävän moni vertailu ylittää kynnysarvotason, voidaan hyvällä varmuudella todeta signaalin 5 löytyneen. Tilakone 4-3 toteuttaa varmistusalgoritmin, jonka avulla kynnysarvotaso voidaan laskea niin matalaksi, että heikotkin signaalit löydetään ilman, että signaalin löytämisestä tehtäisiin vääriä päätöksiä. Saatua signaalin vaihe-eroa käytetään vastaanottimessa alustamaan paikallinen referenssikoodigene-raattori oikean vaiheeseen.

10 Koska yleisessä tapauksessa vastaanottimen taajuusepätarkkuus on suurempi kuin sovitetun suodattimen kaistanleveys (1/T,), pitää vastaanotettua signaalia hakea useampaa taajuusarviota käyttäen. Tämän takia kantoaaltotaajuutta säädetään, kun koko hajotuskoodin vaihe-epätarkkuus on käyty läpi.

15 Tilakone

Tilakone on vastuussa sovitetun suodattimen MF korkeamman tason signaalinhaunohjauksesta. Se toteuttaa K rinnakkain toimivaa tilakonetta, joista kukin on vastuussa yhden referenssisignaalin hausta. Tilakonekanavien toiminta on toisistaan riippumatonta lukuun ottamatta kantoaaltotaajusreplikan 20 taajuuden muuttamista, mikä tapahtuu aina ainoastaan kun kukin kanavista on prosessoinut kaikki mahdolliset koodivaiheoffsetit kerran. Tämä tarkoittaa, että jotkin kanavista voivat itse asiassa etsiä kullakin taajuudella koodivaiheoffsetit : useammin kuin kerran ja että taajuuspyyhkäisyjen välinen aika riippuu hitaim- ’·*·: masta kanavasta, joka saa kaikki koodivaiheet tarkistettua.

25 Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa edellä kuvattua sovi- .···) tettua suodatinta käyttävää hakujärjestelmää voi ohjata tilakone 4-3, joka • · IV, huolehtii kynnysarvovertailujen ylittäneiden vaihe-erojen verifiointialgoritmin ***** toteuttamisesta ja kantoaaltotaajuuksien pyyhkäisystä useamman taajuusoff- setin hakua varten. Eräs esimerkki tilakoneen ja hakujärjestelmän toiminnalli-

:.v 30 sesta vuokaaviosta on esitetty kuviossa 9. Tässä suodattimen pituus on NMF

• · näytettä, ja sovitetun suodattimen alkusynkronointijärjestelmä käsittää K rin-nakkaista kanavaa aikajakoisesti erotettuna.

"·*. Vaiheessa 9-2 datarekisteriin ladataan yksi näyte kerrallaan si- • · *·*' sääntulevasta signaalista. Koska sovitetun suodattimen pituus on NMF näytettä, *:<*: 35 siirtorekisteriin ladataan NMF-1 näytettä. Vaiheessa 9-3 siirtorekisteriin ladataan * « * vielä yksi uusi näyte eli sisääntulevan signaalin viimeinen näyte NMF näyte.

119011 15

Vaiheessa 9-4 siirtorekisterissä olevaa dataa verrataan koodireplikaan eli refe-renssisignaaliin, joka on PRN-tyypinen signaali. Mikäli korrelaatio ei ylitä asetettua kynnysarvoa, siirtorekisteriin ladataan seuraava näyte sisääntulevasta signaalista vaiheessa 9-3. Yksinkertaisimmassa tapauksessa kynnysarvon 5 ylittäminen merkitsee, että kyseistä referenssisignaalia vastaava signaali on tunnistettu ja sen hajotuskoodi on samassa vaiheessa talletetun referenssisig-naalin kanssa. Tämän tiedon avulla voidaan käynnistää varsinainen signaalin seuranta ja vastaanotto. Mikäli vastaanotetun signaalin voimakkuus on kuitenkin pieni kohinaan nähden, ei yksinkertainen kynnysarvon ylitys ole riittävä tae 10 signaalin löytymisestä. Tämän takia voidaan käyttää löydön varmistamiseen algoritmia, jossa ensimmäisen kynnysarvon ylityksen jälkeen ladataan siirtorekisteriin uusi sisääntulosignaali, joka korreloidaan referenssisignaalin kanssa sovitetulla suodattimena ensimmäistä löytöhetkeä vastaavassa vaiheessa.

Mikäli vertailuarvo siis ylittää asetetun kynnysarvon, koodisignaalin 15 oikea vaihe on mahdollisesti löydetty, ja jäijestelmä siirtyy signaalin etsintäti-lasta 9-40 signaalilöydön varmistamisen tilaan 9-50. Tässä jäijestelmä odottaa ensin NMF näytteen ajan vaiheessa 9-6, jonka jälkeen vaiheessa 9-8 vertailu toistetaan.

Mikäli kynnysarvo alittuu, rekisterin FAIL arvoa kasvatetaan yhdellä 20 yksiköllä vaiheessa 9-10, jonka jälkeen siirrytään vaiheeseen 9-12. Tällöin rekisterin FAIL arvoa verrataan asetettuun maksimiarvoon, joka kertoo montako : kertaa kynnysarvo voi alittua. Mikäli kynnysarvon alittavien vertailutulosten lu- • kumäärä ylittää sille annetun raja-arvon, siirrytään takaisin vaiheeseen 9-3.

• m ·

Muussa tapauksessa siirrytään vaiheeseen 9-6.

: 25 Mikäli kynnysarvo ylittyy, rekisterin DET arvoa kasvatetaan yhdellä yksiköllä vaiheessa 9-14, jonka jälkeen siirrytään vaiheeseen 9-16. Tällöin re-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- v.: 30 ja-arvoa, siirrytään takaisin vaiheeseen 9-6.

* * ·

Edellä olevaa toimintaa jatketaan, kunnes kynnysarvon ylittävien tai alittavien näytteiden lukumäärä ylittää ennalta asetetun, ainakin yhden luku-"**. määrän/kynnysarvon. Tämän jälkeen signaali voidaan julistetaan löytyneeksi *** vaiheessa 9-20 tai vaihtoehtoisesti etsintää jatketaan seuraavasta datanäyt- 35 teestä vaiheessa 9-3.

• * · • · • · • * · !

S

119011 16

Kyseinen signaalietsintärutiini suoritetaan kullekin referenssisignaa-lille itsenäisesti. Kaikkien rinnakkaisten kanavien kaikkien datanäytteiden tarkastamisen jälkeen, kantoaaltoreplikaoskillaattorin taajuutta muutetaan ja ha-kuprosessi toistetaan alkaen vaiheesta 9-2. Kun hakuprosessi on toistettu kai-5 kiila halutuilla kantoaaltoreplikaoskillaattorin taajuuksilla, sen taajuus asetetaan alkuarvoonsa ja haku toistetaan.

Mikäli suorasekvenssijärjestelmän vastaanottimen kantoaaltotaajuus ja hajotuskoodi on tuotettu yhteen taajuusreferenssiin sidotuista generaattoreista, voidaan kantoaaltotaajuuden offsetista laskea myös tarvittava 10 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.

Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisen hakuprosessia 15 kontrolloivan tilakoneen tiladiagrammi on esitetty kuviossa 10. Tilakoneella on kaksi aktiivista tilaa ja kaksi tilaa, joita käytetään odottamiseen. Aloitustila on fwait-tila, jossa uusi data kellotetaan siirtorekistereihin. Jos taajuus ennen tähän tilaan siirtymistä oli viimeisin tarkistettava taajuus, niin koodireplikamuistin osoitelaskurin perusarvoa muutetaan tarpeen vaatiessa. Odotus tässä tilassa 20 kestää niin monta näytekellojaksoa kuin siirtorekisterissä on bittejä, ts. NMF näytettä. Pyyhkäisyn odotuksen jälkeen siirrytään seek-tilaan. Tässä tilassa : oltaessa tarkistetaan kynnysarvoilmaisimen ulostulo kullekin näytteelle ja jos • kynnysarvo ylitetään, siirrytään seuraavaan tilaan, verify wait -tilaan, asetetaan

«·« I

DET-laskuri yhteen ja asetetaan FA/L-laskuri nollaan. Jos kynnysarvon ylityk- .·.: 25 siä ei tapahtunut millekään koodioffsetille (NMF näytettä), niin tilakone asettaa • · DOA/E-lipun nykyiselle kanavalle. Kun kaikki tilakonekanavat on tarkistettu jo- • · kaisen mahdollisen koodivaiheoffsetin osalta, ts. kun kaikki DO/VE-liput on * · *··** asetettu ja kaikki kantoaaltoreplikataajuudet on käyty läpi, siirrytään takaisin fwait-tilaan.

• · \v 30 Verify wait -tilassa tilakone odottaa, että datasiirtorekisterin sisään «·· on kellotettu täysin uusi data, jotta parannetaan ilmaisun tilastollista hyvyyttä ja uusi vertailu tehdään samaa koodioffsetia käyttäen. Signaalin ilmaisun var- /··, mistamiseksi kynnysarvovertailut toistetaan useita kertoja samassa koodioffset • · *" -asemassa. Sen jälkeen kun on odotettu verify wait -tilassa koodin pituuden 35 (Nmf näytettä) ajan, mennään verify-tilaan. Tässä tilassa tarkistetaan kynnys- j arvoilmaisimen arvo, ja jos ilmaisu on indikoitu, kasvatetaan DET-laskuria yh- ! 119011 17 dellä. Muutoin FA/L-laskuria kasvatetaan yhdellä. Jos osumien (DET) ja epäonnistumisten (FAIL) lukumäärät ovat yhä niiden vastaavien maksimiarvojen alapuolella, mennään uudelleen verify wait -tilaan. Muutoin, jos osumien (DET) lukumäärä on maksimiarvon yläpuolella, signaali todetaan löydetyksi ja nykyi-5 nen PRN-koodi, taajuus ja koodioffset annetaan hakujärjestelmän ulostulona. Viimeisen varmistuskerran jälkeen voi tapahtua kaksi asiaa. Jos koodioffset on viimeinen, taajuutta muutetaan ja siirrytään fwait-tilaan. Muutoin mennään seek-tilaan ja hakua jatketaan normaalisti.

Tilakone pyyhkäisee paikallisoskiliaattoritaajuuden (LO) ala- ja ylä-10 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. Tilakone huolehtii 15 myös siitä, että keksinnön mukaisen monikanavaisen sovitetun suodattimen 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.

Esikäsittelylohko 20 Kuviossa 5 esitetyn signaalin esikäsittelylohkon yksityiskohtaisempi lohkokaavio on esitetty kuviossa 11. Sisääntulosignaali ijn ja qJn desimoi- : daan suhteella NDEC kahdessa integrate-dump -tyyppisessä suodattimessa • .*· 11-1 ja 11-2. Integrate-dump (ID) -suodattimien tarkempi lohkokaavio on esi- • · · · tetty kuviossa 12. Suodattimen toiminta on hyvin yksinkertainen. Data ijn tu- .·, ; 25 lee sisään rekisteriin 12-1, minkä jälkeen se etumerkki laajennetaan (sign ex- * · · '!./ tend) lohkossa 12-2. Tämän jälkeen data viedään summaimelle 12-3, sum- maimelta rekisterille 12-4, jonka ulostulot syötetään multiplekserille 12-5 sekä • ·

*···* pitorekisterille 12-6. Summain 12-3 summaa multiplekserin 12-5 kautta NDEC

kappaletta sisääntulevia näytteitä akkuna toimivaan rekisteriin 12-4. Summau- • · \v 30 siteroinnin ensimmäinen näyte ladataan suoraan akkuun 12-4 lisäämällä sii-hen 0 (joka saadaan multiplekserin 12-5 toisesta sisääntulosta). Muilla iteraa-tiokerroilla multiplekserin 12-5 ulostulona on akkurekisterin 12-4 ulostulo.

"tl. Viitaten jälleen kuvioon 11-1, integrate dump -suodattimien 11-1 ja *" 11-2 ulostulot viedään multiplekserille 11-3, joka valintasignaalinsa (din_sel) 35 mukaan valitsee vuorotellen toisen sisääntuloista ulostuloksi, joka viedään kertojalle 11-4. Kertojan toiseen sisääntuloon syötetään ulostulo multiplekse- 18 11901.1 riitä 11-5, joka valintasignaalinsa (sin_cos_sel) mukaan valitsee sini-/kosinitaulukosta 11-6 kosiniulostulon tai siniulostulon syötettäväksi kertojalle 11-4. Taulukkoa 11-6 ohjataan paikallisesti generoidulla kantoaaltoreplikan vaihesignaalilla phjn. Summaimella 11-7 voidaan valinnaisesti laskea kerto-5 jän ulostulo yhteen multiplekserin 11-8 ulostulon kanssa tai kertojan ulostulo voidaan vähentää multiplekserin ulostulosta. Summainta ohjataan signaalilla ena„sub. Summaimen 11-7 ulostulo viedään akkurekisterille 11-9, jonka ulostulo edelleen viedään pitorekistereille 11-10 ja 11-11 sekä multiplekserille 11-8. Multiplekserin 11-8 toiseen sisääntuloon viedään nolla (0) ja sitä ohja-10 taan valintasignaalilla ena_add. Rekisterit 11-10 ja 11-11 antavat dataulostulot i_out ja vastaavasti q_out.

Kuvion 11 esittämällä rakenteella suoritetaan kompleksinen kertolasku kantoaaltoreplikan (ej2™‘nlF* =cosfamcnlFs)+j-smfacosi/F^ kanssa seuraavan algoritmin mukaisesti: 15 1. ACC = i Jn · cos(LO) 2. ACC = ACC + qjn sin(LO) -> i_out 3. ACC - qjn · cos(LO) 4. ACC » ACC - ijn · sin(LO) ->· q_out, 20

Numeerisesti ohjattu oskillaattori (NCO)

: Kuvio 13 havainnollistaa numeerisesti ohjattua oskillaattoria. NCO

käsittää vaiheakkumulaattorin, joka akkumuloi taajuussisääntuloarvoja kullekin ·:··· näytteelle. Akkumulaattori muodostuu summaimesta 13-1 ja rekisteristä 13-2.

•\s 25 Rekisterin 13-2 ulostulo muodostaa signaalin ph_out.

.···. Osoitegeneraattoriyksikkö j .···, Kuvio 14 esittää koodireplikamuistin osoitegeneraattoriyksikön loh- • · kokaavion. Piiri käsittää perusrekisterin base 14-1, josta osoite aluksi ladataan . . multipleksereiden 14-2 ja 14-3 kautta osoitelaskuriin 14-4. Multiplekseriä 14-3 • · · 30 ohjataan signaalilla ena_conf. Osoitelaskurin 14-4 arvoa kasvatetaan silmu-:···; kassa, joka käsittää summaimen 14-5 ja multiplekserit 14-2 ja 14-3, kunnes ·:· signaali zero_cnt, joka ohjaa multiplekseriä 14-2, pakottaa perusrekisterin 14-1 ·“*: arvon lataamisen uudelleen osoitelaskuriin (count) 14-4. Toisaalta silmukka, * , joka käsittää summaimen 14-6 ja multiplekserin 14-7 kasvattaa jaksottaisesti I,/ 35 perusrekisterin 14-1 arvoa, kun ohjaussignaali ena_base asetetaan ykköseksi.

Tämä tapahtuu tilakoneen 4-3 toimesta, kun kaikki koodireplikat nykyisessä 19 119011 ryhmässä on tutkittu. Signaali enajoase viedään perusrekisterille 14-1 OR-portin 14-8 kautta, jonka toinen sisääntulo on signaali ena_conf. Arvo, jolla perusrekisteriä 14-1 kasvatetaan, on asetettavissa lataamalla se rekisteriin delta 14-8.

5 Ohjauslohko MF-ohjauslohkossa 4-2 generoidaan ohjaussignaali datapolkua 4-1 ja tilakonetta 4-3 varten dekoodaamalla arvot 12-2, jotka saadaan laskurista 12-1, joka laskee arvosta 0 arvoon 2-K-1, kuten kuviossa 12 on havainnollistettu. Tämä antaa näytenopeuden, joka on pääkello jaettuna luvulla 2-K. Kos-10 ka datapolku 4-1 käsittelee K referenssisignaalia samanaikaisesti, sillä on ainoastaan kaksi kellojaksoa aikaa suorittaa kaikki operaatiot. Ketjutettuna da-tapolun kokonaisviive siirtorekisterin sisääntulosta tilakoneeseen on kahdeksan kellojaksoa. Sisääntulosignaalin käsittely sekä datapolun toiminta on lomitettu siten, että ne molemmat käsittelevät dataa rinnakkain. Datapolku 15 käyttää sisääntuloja yhden näytteen verran myöhemmin.

Datapolun vaatimat operaatiot voidaan jakaa kolmeen osaan: ensimmäisen osan aikana lasketaan l-kanavan tulos, sitten käsitellään Q-kanavan tulos toisen jakson aikana ja lisätään l-kanavan tulokseen. Lopuksi tulosta verrataan viimeisen osan aikana. Kaikki nämä operaatiot voidaan li-20 mittää datapolulla olevien ketjutus-rekisterien (pipeline registers) avulla. Ohjaussignaalit datapolkua varten tuotetaan jatkuvana virtana lukuunottamatta {·1 2 3; kahta tapausta: käynnistyksessä ja uudelleensynkronoinnissa. Näissä tapauk- ··· · : .·. sissa ohjaussignaalien tuottamista viivästetään ajan, joka vastaa kyseistä loh- ”[.· koa edeltävien komponenttien yhteenlaskettua ketjutusviivettä.

• · . . 25 Kuten edellä on kuvattu, keksinnön ja sen edullisten suoritusmuo- « · · 1 *;./ tojen mukaisessa järjestelmässä ja menetelmässä on ratkaistu monikanavai- ♦ · ***** sen sovitetun suodattimen toteuttaminen tehokkaasti ja monimutkaisia kom- :···: ponentteja säästävällä tavalla.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin- • · v.; 30 nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus- muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaih-della patenttivaatimusten puitteissa.

♦ ·· • · • · ··· · 2 ··» • 1 • · 3

Claims (13)

119011 20

1. Sovitettu suodatin (6-10) sisääntulevan signaalin (6-21) ja refe-renssisignaalin (6-27) korreloinnin toteuttamiseksi, tunnettu siitä, että sovitettu suodatin (6-10) käsittää: 5 ensimmäiset välineet (6-22), joissa säilytetään M kappaletta N:stä vastaanotetuista signaalista (6-21) otettuja näytteitä, missä N>2, ja joihin si-sääntulosignaalien (6-21) näytteet talletetaan näyte kerrallaan sisääntulosig-naalin (6-21) näytetaajuudella; toiset välineet (6-26), joissa säilytetään K kappaletta M näytteen 10 pituisia referenssisignaaleja (6-27), missä K>1; multipleksointivälineet yhden sisääntulosignaalin (6-21) ja yhden referenssisignaalin (6-27) syöttämiseksi kerrallaan mainituista ensimmäisistä (6-22) ja toisista (6-26) säilytysvälineistä korrelaation laskentavälineille (6-50) siten, että laskentavälineille (6-50) syötetään vuorotellen ainakin yksi sisään-15 tulosignaalin (6-21) ja referenssisignaalin (6-27) kombinaatio; ja laskentavälineet (6-50) korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kullekin sisääntulosignaalin (6-21) ja referenssisignaalin (6-27) kombinaatiolle siten, että laskentavälineiden (6-50) ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri signaaleista laskettuja korrelaatiotuloksia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitettu suodatin (6-10), tun nettu siitä, että mainittu laskentaväline (6-50) käsittää vertailijan, joka vertaa : sisääntulosignaalin (6-21) kutakin näytettä vastaavaan referenssisignaalin • * : (6-27) näytteeseen ja antaa M kappaletta 1-bittisiä vertailutuloksia, sekä sum- mainvälineen, joka laskee nämä M kappaletta 1-bittisiä vertailutuloksia yhteen 25 tuottaen korrelaatiotuloksen suodattimen ulostuloon. • ·

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sovitettu suodatin (6-10), • · · .**·. tunnettu siitä, että mainittu vertailija on yksi seuraavista: kertoja, eksklusii vinen TAI-piiri (XOR) tai eksklusiivinen EI-TAI-piiri (XNOR).

..... 4. Sovitettu suodatin (6-10) sisääntulevan signaalin (6-21) ja refe- I.: 30 renssisignaalin (6-27) korreloinnin toteuttamiseksi, tunnettu siitä, että so- ’*;** vitettu suodatin (6-10) käsittää: ensimmäiset välineet (6-22), joissa säilytetään M kappaletta vas-taanotetuista signaalista (6-21) otettuja näytteitä, joihin sisääntulosignaalien . (6-21) näytteet talletetaan näyte kerrallaan sisääntulosignaalin (6-21) näyte- !..* 35 taajuudella; * · • * • · · 119011 21 toiset välineet (6-26), joissa säilytetään K kappaletta M näytteen pituisia referenssisignaaleja (6-27), missä K>2; multipleksointivälineet sisääntulosignaalin (6-21) ja yhden referens-sisignaalin (6-27) syöttämiseksi kerrallaan mainituista ensimmäisistä (6-22) ja 5 toisista (6-26) säilytysvälineistä korrelaation laskentavälineille (6-31) siten, että laskentavälineille (6-31) syötetään vuorotellen kaikki sisääntulosignaalin (6-21) ja referenssisignaalien (6-27) kombinaatiot; ja laskentavälineet (6-50) korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kullekin sisääntulosignaalin (6-21) ja referenssisignaalin (6-27) kombinaatiolle si-10 ten, että laskentavälineiden (6-50) ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri kombinaatioista laskettuja korrelaatiotuloksia.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sovitettu suodatin (6-10), tunnettu siitä, että mainittu laskentaväline (6-50) käsittää vertailijan, joka vertaa sisääntulosignaalin (6-21) kutakin näytettä vastaavaan referenssisignaalin 15 (6-27) näytteeseen ja antaa M kappaletta 1-bittisiä vertailutuloksia, sekä sum- mainvälineen, joka laskee nämä M kappaletta 1-bittisiä vertailutuloksia yhteen tuottaen korrelaatiotuloksen suodattimen ulostuloon.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen sovitettu suodatin (6-10), tunnettu siitä, että mainittu vertailija on yksi seuraavista: kertoja, eksklusii- 20 vinen TAI-piiri (XOR) tai eksklusiivinen EI-TAI-piiri (XNOR).

7. Hajaspektrivastaanotin, joka käsittää laitteen vastaanottimen vastaanottaman demoduloidun ja digitaalisiksi näytteiksi muunnetun signaalin : ilmaisemiseksi, joka laite käsittää sovitetun suodattimen (6-10), joka laskee ·;··: korrelaation sisääntulosignaalin (6-21) ja ainakin yhden referenssisignaalin 25 (6-27) välillä, ja kontrollerin, joka vertaa sovitetun suodattimen (6-10) tuottamia .···] korrelaatiotuloksia ennalta määrättyyn kynnysarvoon määrittääkseen onko • * HI' signaali löytynyt, tunnettu siitä, että sovitettu suodatin (6-10) käsittää: **"* ensimmäiset välineet (6-22), joissa säilytetään M kappaletta N:stä vastaanotetuista signaalista (6-21) otettuja näytteitä, missä N>2, ja joihin si-30 sääntulosignaalien (6-21) näytteet talletetaan näyte kerrallaan sisääntulosig-naalin (6-21) näytetaajuudella; toiset välineet (6-26), joissa säilytetään K kappaletta M näytteen !···. pituisia referenssisignaaleja (6-27), missä K>1; • · *" multipleksointivälineet yhden sisääntulosignaalin (6-21) ja yhden 35 referenssisignaalin (6-27) syöttämiseksi kerrallaan mainituista ensimmäisistä • · A (6-22) ja toisista (6-26) säilytysvälineistä korrelaation laskentavälineille (6-50) 119011

22 I j siten, että laskentavälineille (6-50) syötetään vuorotellen kaikki sisääntulosig- I naalien (6-21) ja referenssisignaalien (6-27) kombinaatiot; ja laskentavälineet (6-50) korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kullekin sisääntulosignaalin (6-21) ja referenssisignaalin (6-27) kombinaatiolle si-5 ten, että laskentavälineiden ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri signaaleista laskettuja korrelaatiotuloksia.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen hajaspektrivastaanotin, tunnettu siitä, että mainittu laskentaväline (6-50) käsittää vertailijan, joka vertaa sisääntulosignaalin (6-21) kutakin näytettä vastaavaan referenssisignaalin (βίο 27) näytteeseen ja antaa M kappaletta 1-bittisiä vertailutuloksia, sekä sum- mainvälineen, joka laskee nämä M kappaletta 1-bittisiä vertailutuloksia yhteen tuottaen korrelaatiotuloksen suodattimen (6-10) ulostuloon.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen hajaspektrivastaanotin (1-30), tunnettu siitä, että mainittu vertailija on yksi seuraavista: kertoja, 15 eksklusiivinen TAI-piiri (XOR) tai eksklusiivinen EI-TAI-piiri (NXOR).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen hajaspektrivastaanotin, tunnettu siitä, että sovitetun suodattimen (6-10) ulostulot ovat kompleksiset korreiaationäytteet, ja että mainittu laite käsittää laskimen, joka suorittaa kompleksisen korrelaationäytteen kummankin komponentin neliöinnin ja 20 summaa neliöidyt komponentit yhteen.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen hajaspektrivastaanotin, • · : tunnettu siitä, että laskin summaa kahden tai useamman samaa sisään- tulosignaalin (6-21) vaihe-eroa vastaavan korrelaationäytteen summaamiseksi *:**: yhteen, jolloin summa vastaa yhdellä vaihe-erolla laskettua korrelaatiotulosta, 25 jonka integrointiaika on ML näytettä, missä M on sovitetun suodattimen (6-10) • · .···. pituus näytteiden lukumääränä ja L on akkumulaattorin summaamien korre- .*··, laationäytteiden lukumäärä. • ·

12. Jonkin patenttivaatimuksen 7-11 mukainen hajaspektrivas- . . taanotin, tunnettu siitä, että mainittu kontrolleri käsittelee useita samaa * * * 30 vaihe-eroa ja referenssisignaalia (6-27) vastaavia vertailutuloksia ja vasteena | :···; sille, että ennalta määrätty osuus kerätyistä vertailutuloksista kertoo ulostulo- ·:· arvon ylittäneen mainitun kynnysarvon, päättää signaalin löytyneen.

• · · .***; 13. Hajaspektrivastaanotin, joka käsittää laitteen vastaanottimen * . vastaanottaman demoduloidun ja digitaalisiksi näytteiksi muunnetun signaalin [ * 35 ilmaisemiseksi, joka laite käsittää sovitetun suodattimen (6-10), joka laskee korrelaation sisääntulosignaalin (6-21) ja ainakin yhden referenssisignaalin 23 119011 (6-27) välillä, ja kontrollerin, joka vertaa sovitetun tuottamia korrelaatiotuloksia ennalta määrättyyn kynnysarvoon määrittääkseen onko signaali löytynyt, tunnettu siitä, että sovitettu suodatin (6-10) käsittää: ensimmäiset välineet (6-22), joissa säilytetään M kappaletta N:stä 5 vastaanotetuista signaalista otettuja näytteitä, missä N>1, ja joihin sisääntulo-signaalien (6-21) näytteet talletetaan näyte kerrallaan sisääntulosignaalin (6-21) näytetaajuudella; toiset välineet (6-26), joissa säilytetään K kappaletta M näytteen pituisia referenssisignaaleja (6-27), missä K>2; 10 multipleksointivälineet sisääntulosignaalin (6-21) ja yhden referens- sisignaalin (6-27) syöttämiseksi kerrallaan mainituista ensimmäisistä (6-22) ja toisista (6-26) säilytysvälineistä korrelaation laskentavälineille (6-31) siten, että laskentavälineille (6-50) syötetään vuorotellen kaikki sisääntulosignaalin (6-21) ja referenssisignaalien (6-27) kombinaatiot; ja 15 laskentavälineet (6-50) korrelaation laskemiseksi aikajakoisesti kul lekin sisääntulosignaalin (6-21) ja referenssisignaalin (6-27) kombinaatiolle siten, että laskentavälineiden (6-50) ulostulossa esiintyy sekvenssinä eri kombinaatioista laskettuja korrelaatiotuloksia. 20 • · • · * · i ·1 2 3· · • · • · · • · « *·· · • · • · • · 1 • 1 · • · • · · • · • · • · · • » · • · • · • · · • 1 • · · • · · • · • · · • m • · • · · · 2 *··· 3 • · • · • · · * I • · ! • I * · i • 1 • · · 119011 24