JPH04500296A - 改良されたスペクトル制御を有する連続位相シフト変調システム - Google Patents
改良されたスペクトル制御を有する連続位相シフト変調システムInfo
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- H04L27/00—Modulated-carrier systems
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- H04L27/2003—Modulator circuits; Transmitter circuits for continuous phase modulation
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
改良されたスペクトル制御を有する連続位相シフト変調システム発明の背景
本発明はデータ通信システムに関し、特に連続位相シフト変調システムに関する
。
連続位相シフト変調(時として最小周波数偏移キーイングと称す)は送信と後の
受信とのための無線周波数搬送波上へデジタルデータの変調をする為の周知の一
般に使用されている技術である。連続位相シフト変調信号のベースバンドの表、
示は同相と直角位相の構成成分(コンポーネント)を含んでおり、各々が変化
する極性の半コサインパルス(half−cosine pulse)の連続す
るシーケンス(sequence)で構成されている。直角位相パルスは90°
だけ同相パルスから時間オフセットであり、従って結果的なベクトルの和の振幅
は一定である。この技術の有益な結果は、変調が搬送波信号の位相にだけ影響し
、振幅に影響しない事である。この事は高非線形無線周波数送信器電力増幅器の
為の使用を可能にし、それによって費用と寸法とを減少し、効率を高する。 以
下の説明を容易にする為に、入って来るデータビットと、同相と直角位相パルス
との論理的関係を通常慣行で使用されているものから単純化している。この単純
化は説明の目的のみの為であり、本発明の範囲の制限を意図するものではない。
連続位相シフト変調システムでは、各々の同相パルスの極性は連続する偶数番の
入って来るデータビットにより判定(de t ermine)され、各々の直
角位相パルスの極性は連続する奇数番の入って来るデータビットにより判定され
る。
従って、連続する交番の入って来るデータビットが同じ値を有するとき、構成成
分内の隣接した半コ叶インパルスは同じ極性を有する。この事がそれら二個の隣
接するパルスの間の接合点での2、な不連続性の結果となる。不連続性は高周波
数構成成分に多く、スペクトルの拡散が結果となり、この事は好ましくない特性
である。フィルタする事によりスペクトルのロールオフが改善されることは知ら
れている。しかしフィルタする事により振幅の変調がもたらされるので、元の連
続位相シフト変調信号の一定の振幅特性を復元するための最終動作として厳しい
制限(hard l imi t ing)が要求される。しかしながら、リミ
ッタの使用は過度の複雑性と費用とをもたらし、更に適当なリミッタ性能を達成
することは困難である。
従って本発明の目的は連続位相シフト変調システム内の改善されたスペクトル制
御を提供することである。
本発明の他の目的はそのような改善されたスペクトル制御を提供して信号の一定
の振幅特性を正確に維持し、それによって厳しい制限の要求を除去することであ
る。
本発明の概要
前記の目的と付加的な目的は連続位相シフト変調システムの為の改善された変調
技術を提供する事により達成される。発明の方法は、連続パルスが同じ極性又は
異なる極性を有するかを同相と直角位相の構成成分の各々について予め判定する
ステップを含む。もし構成成分内の連続パルスが同じ極性を有するならば、連続
パルス間の連続過渡(transition)変調信号が連続手コサインパルス
の隣接した部分の代わりに提供される。従って他の構成成分の変調信号は連続過
渡変調信号の時間の間に調整され、望ましい一定の振幅特性を維持する。
本発明の見地に従うと、本発明の方法を実現するためのシステムは複数の変調信
号セグメントを記憶する為の記憶装置を含み、連続パルスが同じ又は異なる極性
かを決定した後に、該信号セグメントは搬送波を変調するために選択的に検索(
retrieved)される。
図面の簡単な説明
以下の説明を読み図面と関連させる事により前記の事項がより明確になる。
図4A乃至図IEは本発明を理解するために利用できる二進データビットと変調
信号波形との一連の図面である。
図2は本発明に従って変m信号セグメントを生成するための公式の表である。
図3は本発明を実現する為の一例となる配置のブロック図である。
図4は本発明の互換的な実施例の為の波形である。
図5は本発明の互換的な一実施例を実現する為の一例となる配置のブロック図で
ある。
詳細な説明
図を参照にすると、図IAは決められた時間間隔Tで間隔をとられた典型的な二
進データビットの一連を示している。即ち、時間t0で二進値Oのデータビット
であり、時間t、で二進値Oのデータビットであり、時間t2で二進値1のデー
タビットであり、時間t3で二進値1のデータビットであり、時間t4で二進値
1のデータビットである、等々。時間1..1..12等は時間間隔Tだけ分離
されている。
前記で説明されたように、連続位相シフト変調システムでは、変調信号は同相と
直角位相の構成成分を含んでおり、それぞれの構成成分は変化する極性の半コサ
インパルスの連続する一連で構成されている。それぞれの同相パルスの極性は連
続する偶数番の入って来るデータビットによって判定され、それぞれの直角位相
パルスの極性は連続する奇数番の入って来るデータビットによって判定される。
図IBは図IAに示されたデータビットの一連を基にした連続位相シフト変調信
号の従来の同相の構成成分を示しており、図ICは図IAに示されたデータビッ
トの一連を基にした連続位相シフト変調信号の対応する従来の直角位相の構成成
分を示している。従って、図IBに示されたように、時間t、でのデータビット
は二進値Oを有するので、同相信号の時間t。を囲む半コサインパルスは負であ
る。時間t2と14とでのデータビットは共に二進値1を有するのて、同相信号
の時間t2とt、とを囲む半コサインパルスは共に正である。同様に、図ICに
示された直角位相の構成成分の信号を見ると、時間1.を囲む半コサインパルス
は負である、なぜならば時間t1でのデータビットの二進値がOだからである。
時間t、を囲む半コサインパルスは正である、なぜならば時間t、でのデータビ
ットの二進値が1だからである。同相及び直角位相の構成成分信号は、如何なる
時でもそれらのベクトルの和は一定である、という条件を満たす。言い換えると
、構成成分信号値の二乗の和が一定である。本発明が克服しようとしているスペ
クトルの拡散という望ましくない特性は図IBで示された同相の構成成分の二個
の正の半コサインパルス接合点で起こる。
本発明の原理に従うと、図IBの時間t3で示された従来の連続位相シフト変調
の急なV形の不連続に代わって、図IDに示された連続過渡ブリッジ(cont
inuous transition briclging)波形が領域1.±
1/2Tで利用される。説明的には、このブリッジ関数は以前の土45°のコサ
インセグメントが波形と一次導関数の連続性を保つように反転されバイアスされ
たものである。同相及び直角位相の構成成分のベクトルの和の振幅を一定に保つ
ためには、時間間隔t3±1/2丁の間の同相の構成成分信号の増加した値を補
償をする為に、図4Eに示された直角位相の構成成分信号が該時間間隔t3±1
/2T内で変調されなければならない。従って、該時間間隔の間の直角位相の構
成成分値はベクトルの和の振幅の二乗のよりも同相の構ff1ff1分値の二乗
値だけ少ない値の平方根値となるように選択される。更なる説明の目的の為にベ
クトル和の振幅は一つであると見なす。
図2は本発明に従って同相及び直角位相の構成成分変調信号のセグメントを生成
するための例示の公式を示す表である。表では、下付き文字1の付いた公式は変
調されていない波形セグメントに関連しており、下付き文字2の付いた公式は変
調された波形セグメントに関連している。本発明に従うと、同相及び直角位相の
構成成分の為の適当な次の波形セグメントが各45″の点、例えば1番目のビッ
トではt=t、−1/2Tの点、で選択され発生されなければならない。それら
の点では、波形の振幅は常に土Co545°=±0.707である。合計8個の
波形のセグメントが要求される。それらは変調されていないピークと谷の波形セ
グメントP1とvlと、変調されたピークと谷の波形セグメントP2とv2と、
それぞれに対応する負の値である。これらの波形セグメントは如何なる与えられ
た時間でもPに・←〜’+”=1とP22+v2:=1という条件を満たす。ど
のP(ピーク)波もが選択されるかは適当なV (谷)波形の選択に依存する。
従って、特定の信号構成成分では、もし二個の連続するパルスが同じ極性を有す
るならば、■2波形には連続過渡ブリッジセグメントが選択される。これはその
時間間隔の間にP2波形が他の構成成分のために選択されることを指示する。
図3は本発明を実現する為のシステムの例を示すブロック図である。そこで示さ
れているように、二進データビットの入力シーケンスはリード線110を通して
受信され、波形選択論理装置112に入力として加えられる。波形選択論理装置
112の機能はリード線110上に現れるシーケンスを検蒼し、このシーケンス
を交番ビットの二個のサブシーケンスに分割し、それらは同相と直角位相の構成
成分信号のそれぞれに対して一個が発生され、これらのザブシーケンスのそれぞ
れの中で連続データビットが同じ又は異なる値を有するかを判定する。リードオ
ンリメモリ114とリードオンリメモリ116とは同相と直角位相構成成分信号
の為の波形1号セグメントを復元するデータを記憶するために提供されている。
説明的には、構成成分波形信号セグメントのための公式が同じであるので、リー
ドオンリメモリ114と116とは同一のものであり(図2参照)、それぞれの
波形信号セグメントは8個のサンプルとして記憶され、それぞれのサンプルはメ
モリの8ビツトワードで表されている。それぞれの波形信号セグメントに対する
8ワードは連続するアドレス可能な位置に記憶される。従って、信号セグメント
のうちの一個の検索を要求される時、最初のサンプルワードのアドレスが発現さ
れ(developed)、該ワードと次の7ワードがアクセスされる。
従って、波形選択論理回路112はどのセグメントがリードオンリメモリ114
とリードオンリメモリ116とから検索されるかを判定し、要求されたセグメン
トの最初のサンプルワードのアドレスをリード線118と120とに提供する。
タロツク122が提供され、該タロツクはリード線110上の二進データの入力
シーケンスの周波数に波形セグメント当たりのサンプル数をかけたちのく本例で
は8倍)に対応する周波数のクロック信号をその出力124に置く。即ち、クロ
ック122は8/Tの周波数で動作する。リード線124上のクロック信号はモ
ジュール8カウンタ126への同期する入力として提供される。モジュール8カ
ウンタ126は間隔Tを8個の等しいサブインターバルに分割する。カウンタ1
26のリード線128への出力は論理装置112と、リードオンリメモリ114
と116とによって利用され、該出力はセグメントの最初のサンプルワードのア
ドレスがリード線118と120とに加えられた後に選択されたセグメントの残
りのサンプルワードをステップする為に利用される。
セグメントの選択と生成のタイミングは以下の通りである。ビットiについては
、t、−1/2Tの前に、論理装置112は次の同相及び直角位相の構成成分の
波形を選択し、時間t、−1/2Tでリードオンリメモリ114へのリード線1
18にアドレスを置き、リードオンリメモリ116へのリード120にアドレス
を置く。時間t i+ 1 、/2 T = t +−+−1/ 2 Tでプロ
セスが始め(beginning)を繰り返す前に、カウンタ126は波形サン
プルの8個のシーケンスのワードをステップする。
リードオンリメモリ114の出力はデジタル/アナログ変換器130への入力と
して提供され、リードオンリメモリ116の出力はデジタル/アナログ変換器1
32への入力として提供される。変換器130はそれぞれの8ビツトサンプルワ
ードを受けて、それをリード線134上にアナログ信号に変換し、該信号は低域
通過フィルタ136に加えられる。低域通過フィルタ136はリード134上の
アナログ信号のシーケンスを受信し、それから滑らかにされた波形の信号を提供
する。滑らかにされた波形の信号は次に掛は算器138に加えられる。掛は算器
138は従来のRFミキサ構成部材で実現され得る。同様に、リード線140上
の変換器132のアリ−ログ信号出力は低域通過フィルタ142に、次に掛は算
器144に加えられる。フィルタ136と142との出力は、それぞれ、図ID
とIEに示された波形に対応する。
搬送周波数信号発生器146は無線周波数搬送波信号を発生し、相対的位相O0
を有する該信号の同相の構成成分をリード線148上に提供し、相対的位相90
°を有する該信号の直角位相の構成成分をリード150上に提供する。リード線
148上の同相の構成成分は入力とし、て掛は算器138に加えられ、そ二で低
域通過フィルタ136の同相変調信号出力により掛けら5る。同様に、リード線
150上の直角位相の構成成分はフィルタ142の直角位相変調信号出力により
掛けらねる。変調された搬送波構成成分信号は次に加算器152に入力として加
えられ、そのリード154上の出力は連続位相シフト変調出力である。
ブリッジセグメントV;のためのコサイン関数が開示されたが、他の関数も可能
である。図2で開示されたコサイン関数は信号と一次導関数の連続性を提供する
。もし、加えて連続する二次導関数が要求されるなら、以下の形の4次の多項式
が利用され得る。
V2 (a、)=−0,3257a’+0.852a”+0゜3055で、l
a l <π/4であり、式中a= にr/2)(t/T) である。
より一般的には、多種の■2関数が構成され、それがN次導関数まで連続性を提
供する。Nが増加すると、高周波数での周波数スペクトルのロールオフの割合が
増加する。このように、スペクトルは要求される働きの特性に見合うようにされ
る。
前記で説明されたようなRF搬送周波数発生器146と、掛は算器138と14
4とを用いての最終RF波形の生成をする代案として、高速のリードオンリメモ
リとデジタル/アナログ変換器とを用いる事によってリード線154上の変調さ
れた信号がより直接的に発生され得る。
要求された中心周波数Fで変調された搬送波を発生するために、それぞれのリー
ドオンリメモリは正と負の値の間を交番する連続出力で2Fの速度でアクセスさ
れる。これらのサンプルの大きさは、波形選択プロセスから以前に説明された様
に、要求の波形セグメントの適当な記憶された時間サンプルであるように選択さ
れるべきである。これらのサンプルはデジタル/アナログ変換器に供給され、そ
の出力が今度は周波数Fが中心にされた帯域通過フィルタに提供され、図3のミ
キサ138の出力に類似の変調された搬送波を発生する。類似のプロセスが直角
位相信号の為に低いチャンネルで使用されるe2Fの速度が説明されたが、2F
の倍数の速度でメモリにアクセスする事が可能である。、この場合、それは成る
数の同じ極性の連続する出力で、該数の逆の極性の連続する出力を伴って交番す
るものであり、その数はサンプルする速度の2Fの倍数と等しい5、図4は図I
Bの時間iIと13の間のベースバンド波形の部分に対応する波形の為のこのア
プローチを示している。垂直の線はり一ドオンリメモリからアクセスされたサン
プルをミし、変調されたサイン波は、それが周波数Fを中心にされた帯域通過フ
ィルタを通過した後のデンタル/アナログ変換器の出力を示す。この一実施例で
は、ビット間隅T当たり8個のサンプルがあり、周波数F゛は1/2Tである。
しかしながら、実施上の応用では、周波数Fはビット伝送速度よりも数倍大きい
。
図5はこの互換的なアプローチの実現を示す。リードオンリメモリに記憶された
値とクロックの周波数以外、デジタル/アナログ変換器までのデジタルノλ−ド
ウエアは図3と同じである。変換器130と132との出力は、それぞれ、帯域
通過フィルタ156と158とに加えられる。同相及び直角位相のチャンネルの
間に90°の位相シフトを達成するために、フィルタ]56と158の出力は直
角位相ハイブリッド回路160によって組み合わされる。これは従来のRF構成
部材であり、二個の入力信号間に90°の相対的位相シフトを行い、こわらの二
個の構成成分の和をリード線162上に出力として提供する。直角位相ハイブリ
ツド回路160の出力162は図3のリード線154に相当する。
また要求された位相の関係は直角位相ハイブリッド回路160なしで達成され、
それは直角位相チャンネルのデジタルクロック位相をオフセットしてデジタル/
アナログ変換器〕32の出力を90e相当だけ遅らせる事により達成される。従
って直角位相ハイブリッド回路160を必要とせずに、二個のチャンネル出力の
清純な和が要求された最終出力を提供する。
従って、改良されたスペクトル制御を有する連続位相シフト変調システムが開示
された。改良されたスペクトル制御は同じ極性の隣接するパルス間の接合点での
急な不連続の除去から生じる。前記説明された実施例は単に本発明の理論の応用
を表すものである事が理解される。添付の請求項によって定義された本発明の意
図と範囲から離脱することなく、多数の他の実施例が当業者によって考案され得
る。
襦工會/rX翻田立坦中量
部上tり藪訳入淀山當
(特許法第184条の7第1卯
平成 3年 9月 6日 同
Claims (12)
- 1.連続位相シフト変調システムにおいて、二進データビットのシーケンスが同 相の構成成分と直角位相の構成成分とを有する波形に変換され、前記構成成分の それぞれがシーケンス内の交番ビットの値によって判定された極性の半コサイン パルスによって変調きれた搬送周波数を含み、如何なる与えられた時間でも前記 同相と前記直角位相の構成成分のベクトルの和が定数値に等しい前記システムに おいて、その方法が、 (a)連続するパルスが同じ又は異なる極性を有するかどうかを各々の構成成分 について前以て判定するステップと、(b)もし構成成分中の連続するパルスが 同じ極性を有するときに、連続過渡変調信号を連続する半コサインパルスパルス の隣接する部分の代わりに連続するパルス間に提供するステップと、 (c)構成成分信号のベクトルの和を一定に保つために、連続過渡変調信号の時 間の間他の構成成分の変調信号を調整するステップと、を含むことを特徴とする 。
- 2.提供される前記ステップ(b)が波形とその一次導関数の連続性を維持する ように前のコサインセグメントが反転されバイアスされた形になった信号を前記 連続過渡変調信号の為に提供するステップを含むこと、を特徴とする請求項1に 記載の方法。
- 3.提供される前記ステップ(b)が波形とその一次導関数と二次導関数との連 続性を維持する四次の多項式の形になった信号を前記連続過渡変調信号の為に提 供するステップを含むこと、 を特徴とする請求項1に記載の方法。
- 4.提供される前記ステップ(b)が波形とその一次N導関数との連続性を維持 する滑らかな曲線の形になった信号を前記連続過渡変調信号の為に提供するステ ップを含むこと、 を特徴とする請求項1に記載の方法。
- 5.二進データビットのシーケンスを同相構成成分と直走位相構成成分とを有す る波形に変換するための連続位相シフト変調システムであり、前記構成成分の各 々がシーケンス内の交番ビットの値にようて判定された極性の半コサインパルス によって変調された搬送周波数を含み、如何なる与えられた時間でも構成成分の 値の二乗の和が定数値に等しい前記システムにおいて、搬送周波数で搬送波信号 を提供する手段と、前記搬送波信号が同相の構成成分と直角位相の構成成分とを 有することと、固定の間隔で間隔をとられた二進データビットのシーケンスの形 式の入って来るデータを受信する手段と、 連続する交番データビットに対してそれらが同じ又は異なる値を有するかどうか を判定する為の前記シーケンスを検査する手段と、複数の変調信号セグメントを 記憶する手段と、前記セグメントが複数の組に分割されている事と、前記の組の 一個が連続する交番データビットが同じ値を有する状況に対応する事と、前記の 組の他の一個が連続する交番データビットが異なる値を有する状況に対応する事 と、前記一個の組が類似の極性の連続パルス間の過渡の谷領域に連続変調信号を 提供する谷信号セグメント及び如何なる与えられた時間でも、定数値よりその時 間での谷信号セグメント値の二乗分少ない値の平方根値と等しい値を有するピー ク信号セグメントとを含む事と、連続する交番のデータビットが同じ値を有する 時に前記一個の組から変調信号セグメントのシーケンスを、連続する交番のデー タビットが異なる値を有する時に前記他の一個の組から変調信号セグメントのシ ーケンスを前記記憶する手段から選択的に検索するために前記検査する手段の判 定に応答する手段と、前記搬送波信号の前記構成成分を変調するための検索され た変調信号セグメントのシーケンスを利用する手段と、 変調された構成成分を出力信号に組み合わせるための手段と、を食むことを特徴 とする連続位相シフト変調システム。
- 6.各々の前記変調信号セグメントが各々二進ワードで表された複数のサンプル に分割され、前記記憶する手段はアドレス可能な位置に前記ワードを記憶するリ ードオンリメモリを含むこと、 を特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 7.前記利用する手段が 二進ワードのシーケンスをアナログ信号のシーケンスに変換するために前記記憶 する手段の出力に接続されたデジタル/アナログ変換する手段と、前記アナログ 信号シーケンスから滑らかにされた波形の信号を提供するために前記アナログ信 号を受信するように接続された低域通過フィルタ手段と、前記滑らかにされた波 形の信号と前記搬送波信号とを掛けるための手段と、を含むこと、 を特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 8.二進データビットのシーケンスを同相構成成分と直角位相構成成分とを有す る波形に変換するための連続位相シフト変調システムであり、前記構成成分の各 々がシーケンス内の交番ビットの値によって判定された極性の半コサインパルス によって変調された搬送周波数を含み、如何なる与えられた時間でも構成成分の 値の二乗の和が定数値に等しい前記システムにおいて、固定の間隔で間隔をとら れた二進データビットのシーケンスの形式の入って来るデータを受信する手段と 、 連続する交番データビットに対してそれらが同じ又は異なる値を有するかどうか を判定する為の前記シーケンスを検査する手段と、複数の変調信号セグメントを 記憶する手段と、前記セグメントが複数の組に分割されている事と、前記の組の 一個が連続する交番データビットが同じ値を有する状況に対応する事と、前記の 組の他の一個が連続する交番データビットが異なる値を有する状況に対応する事 と、前記一個の組が類似の極性の連続パルス間の過渡の谷領域に連続変調信号を 提供する谷信号セグメント及び如何なる与えられた時間でも、定数値よりその時 間での谷信号セグメント値の二乗分少ない値の平方根値と等しい値を有するピー ク信号セグメントとを含む事と、連続する交番のデータビットが同じ値を有する 時に前記一個の組から変調信号セグメントのシーケンスを、連続する交番のデー タビットが異なる値を有する時に前記他の一個の組から変調信号セグメントのシ ーケンスを前記記憶する手段から選択的に検索するために前記検査する手段の判 定に応答する手段と、前記波形の前記構成成分を発注するために検索された変調 信号セグメントのシーケンスを利用する手段と、 前記構成成分を出力信号に組み合わせるための手段と、を含むことを特徴とする 連続位相シフト変調システム。
- 9.各々の前記変調信号セグメントが各々二進ワードで表された複数のサンプル に分割されていて、前記記憶する手段がアドレス可能な位置に前記ワードを記憶 するリードオンリメモリを含むこと、を特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 10.前記利用する手段が 二進ワードのシーケンスをアナログ信号のシーケンスに変換するための前記記憶 する手段の出力に接続されたデジタル/アナログ変換する手段と、前記アナログ 信号シーケンスから滑らかにされた波形の信号を提供するために前記アナログ信 号を受信するように接続された帯域通過フィルタ手段と、を含むこと、 を特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 11.前記組み合わせるための手段が前記波形構成成分を入力として受信するよ うに接続された直角位相ハイブリッド回路を含むこと、を特徴とする請求項10 に記載のシステム。
- 12.前記組み合わせるための手段が90°位格シフトと等しい分だけ前記デジ タル/アナログ変換する手段の出力を遅延するための手段を含むこと、を特徴と する請求項10に記載のシステム。
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