JPH08204766A - Frequency analysis detection method for time-limited waveforms - Google Patents
Frequency analysis detection method for time-limited waveformsInfo
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- JPH08204766A JPH08204766A JP7028850A JP2885095A JPH08204766A JP H08204766 A JPH08204766 A JP H08204766A JP 7028850 A JP7028850 A JP 7028850A JP 2885095 A JP2885095 A JP 2885095A JP H08204766 A JPH08204766 A JP H08204766A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来、FSK,PSKなどの変調方式で広
く用いられている相関検波技術により検出される雑音電
力に比較して、検波する目的信号の検出出力を減少する
ことなく、検出雑音電力を抑圧することを目的とする。
【構成】 フレーム時間長T0 秒に時間制限された入力
時間波形の中に含まれる周波数・位相成分の分析を行う
システムにおいて、fd (=1/T0 )より小さい任意
の周波数間隔をもつことを許容する条件下で要素周波数
fj (j=0,1,2…N−1)を任意の数N個設け、
この要素周波数fj をもつ1対の直交波形成分Cj とS
j の組合わせにより該入力時間波形を分析し表現するこ
とを特徴とした時間制限波形の周波数分析検出方式。
(57) [Summary] [Objective] Without decreasing the detection output of the target signal to be detected, as compared with the noise power detected by the correlation detection technique that has been widely used in the conventional modulation methods such as FSK and PSK. , It aims at suppressing the detection noise power. In a system for analyzing frequency / phase components included in an input time waveform time-limited to a frame time length T 0 seconds, an arbitrary frequency interval smaller than f d (= 1 / T 0 ) is provided. Under the condition of permitting that, an arbitrary number N of element frequencies f j (j = 0, 1, 2, ... N-1) are provided,
A pair of orthogonal waveform components C j and S having this element frequency f j
A frequency analysis and detection method for a time-limited waveform, characterized in that the input time waveform is analyzed and expressed by a combination of j .
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、時間制限された正弦波
形の周波数と位相の検出精度を向上させることが可能
な、帯域通過形データ伝送方式における同期検波受信方
式に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous detection receiving system in a band pass type data transmission system capable of improving the detection accuracy of the frequency and phase of a sinusoidal waveform whose time is limited.
【0002】[0002]
【従来の技術】帯域通過形データ伝送方式は、ディジタ
ル無線伝送の基幹技術であり、その変調方式としては、
周波数シフト・キーイング変調(FSK)、位相シフト
・キーイング変調(PSK)、直交振幅変調(QAM)
などがある。この中で前2者は重要かつ基礎的な変調方
式であり、本発明は、これらと直接関係する。図2はF
SK伝送方式のブロック図である受信機TXにおける動
作を述べよう。2. Description of the Related Art The band-pass type data transmission system is a basic technology of digital radio transmission, and its modulation system is
Frequency shift keying modulation (FSK), phase shift keying modulation (PSK), quadrature amplitude modulation (QAM)
and so on. Of these, the former two are important and fundamental modulation schemes, and the present invention is directly related to them. 2 is F
The operation in the receiver TX, which is a block diagram of the SK transmission system, will be described.
【0003】変調器(MOD)において受信すべき2値
信号DS にシフト周波数f0 ,f1を対応させ、何れか
が出力として得られる。この出力は搬送波fc を変調
し、伝送路に送出される。次に受信機RXでは、伝送路
で雑音n(t)が加えられた信号を受信する。この受信
信号をfc で復調し、低周波数成分のみを低減ろ波器
(LPF)で抽出する。この成分は、復調器でf0 及び
f1 と相関検波され、この検波出力は判定回路に加えら
れ、予め設定されたしきい値と比較されて、復調2値出
力DR となる。In the modulator (MOD), the binary signals D S to be received are made to correspond to the shift frequencies f 0 and f 1 , and either one is obtained as an output. This output modulates the carrier wave f c and sends it to the transmission line. Next, the receiver RX receives the signal to which the noise n (t) has been added on the transmission path. This received signal is demodulated by f c , and only the low frequency component is extracted by the reduction filter (LPF). This component is subjected to correlation detection with f 0 and f 1 in the demodulator, and this detection output is applied to the decision circuit and compared with a preset threshold value to become a demodulation binary output D R.
【0004】ここで用いられる2個の異なるシフト周波
数をもつ周期Tの時間波形は次式で表現される。 v0 (t)=Asin{n2πfD t} (0≦t≦T) (1) v1 (t)=Asin{(n+1)2πfD t} (0≦t≦T) (2) ここにfD =1/T、n=1,2,3,…である。Tは
フレーム時間幅で、2値伝送の場合はビット周期とな
る。n=3の場合で、2値系列1,0,1,1を送る場
合の時間波形を図3に示す。図4の復調器は相関器で検
出したい信号波形vi (t)(i=0,1)と同じ波形 ei (t)=2sin{(n+i)2πfD t} (3) を入力r(t)と乗積する回路とその出力を積分する回
路から成り立つ。この相関器の出力vi (t)の時刻T
における値はThe time waveform of the period T having two different shift frequencies used here is expressed by the following equation. v 0 (t) = Asin {n2πf D t} (0 ≦ t ≦ T) (1) v 1 (t) = Asin {(n + 1) 2πf D t} (0 ≦ t ≦ T) (2) where f D = 1 / T, n = 1, 2, 3, ... T is a frame time width, which is a bit period in the case of binary transmission. FIG. 3 shows a time waveform when the binary series 1, 0, 1, 1 is transmitted when n = 3. The demodulator of FIG. 4 inputs the same waveform as the signal waveform v i (t) (i = 0,1) to be detected by the correlator e i (t) = 2 sin {(n + i) 2πf D t} (3) into r ( It is composed of a circuit that multiplies with t) and a circuit that integrates its output. The time T of the output v i (t) of this correlator
The value at is
【0005】[0005]
【数2】 となる。一般に、受信入力に白色雑音n(t)を含むと
すれば、 r(t)=vi (t)+n(t) (5) と表現され、n(t)とei (t)による乗積出力積分
値は、[Equation 2] Becomes Generally, if white noise n (t) is included in the received input, it is expressed as r (t) = v i (t) + n (t) (5) and multiplied by n (t) and e i (t). The product output integrated value is
【0006】[0006]
【数3】 となる。ここではηは片側雑音電力密度(/Hz)であ
る。これから積分出力におけるSN比は次式で与えられ
る。(Equation 3) Becomes Here, η is the one-sided noise power density (/ Hz). From this, the SN ratio in the integrated output is given by the following equation.
【0007】 SNR=(A2 T)/η=(2Eb )/η (7) ここでEb (=A2 T/2)は1フレームT秒間の信号
エネルギーでビットエネルギーと呼ばれる。これからS
N比は、相関器の本質的性能により、4Eb /ηに制約
され、これ以上の改善は従来の技術を用いる限り不可能
であった。式(6)の雑音にもとずく積分出力の周波数
特性を求めよう。入力雑音を単一周波数 n* (t)=Asin(2πft+θ) (8) と仮定し、n* (t)と式(3)で示すe0 (t)との
乗積出力の積分値を求めると、SNR = (A 2 T) / η = (2E b ) / η (7) Here, E b (= A 2 T / 2) is the signal energy for one frame T seconds and is called bit energy. From now on S
The N ratio was constrained to 4E b / η due to the intrinsic performance of the correlator and no further improvement was possible using conventional techniques. Let's obtain the frequency characteristic of the integrated output based on the noise of equation (6). Assuming that the input noise is a single frequency n * (t) = Asin (2πft + θ) (8), the integrated value of the product output of n * (t) and e 0 (t) shown in equation (3) is obtained. When,
【0008】[0008]
【数4】 で与えられる。ここでω=2πf,ωD =2πfD であ
る。いま、vin(T)を式(9)のθに関し平均値をと
り入力周波数fの雑音に対する積分出力の電力を求める
と、次式のようになる。 NM (f)=[(2AnωD )/{τ(ω2 −n2 ω2 D)}]2 (1−cos ωT) (10) =1/2{(AT)/τ}2 (ω=nωD ) (11) n=4、A=1、τ=Tとした場合のNi (f)の特性
を図5に示す。図からわかるように、主として周波数帯
域3fD 〜5fD に亘り出力が発生する。この帯域幅B
=2fD は信号を実際上大きな歪なく伝送するために必
要な帯域幅で、信号の伝送レートの2倍に相当する。
(Bはナイキスト帯域幅の4倍に当たる。)図5、式
(10)の電力をf=0から∞に亘り、積分すればそれ
は、式(6)に示した白色雑音に対する雑音電力とな
る。いま、帯域幅B=2fD に入来する白色雑音電力を PN (B)=2ηfD =1(W) (12) とするとき、この白色雑音により積分器出力側に発生す
る電力は、τ=T,A=1として求めると、式(6)か
ら NM (∞)=ηfD /2=0.25w NM (B)=0.226w(B=2fD ) (13) となる。約90%の雑音電力は、f=(3〜5)fD
(n=4の場合)で生ずるので、この帯域2fD に加わ
る全雑音電力1wに対し、0.25w(実際は0.22
6w)が検出される。すなわち、主な帯域(帯域幅B)
に加わる雑音の約1/4の電力が検出される。[Equation 4] Given in. Here, ω = 2πf and ω D = 2πf D. Now, when v in (T) is averaged with respect to θ in Expression (9) and the power of the integrated output with respect to the noise of the input frequency f is calculated, the following expression is obtained. N M (f) = [( 2Anω D) / {τ (ω 2 -n 2 ω 2 D)}] 2 (1-cos ωT) (10) = 1/2 {(AT) / τ} 2 (ω = Nω D ) (11) FIG. 5 shows the characteristics of N i (f) when n = 4, A = 1, and τ = T. As can be seen from the figure, the output mainly occurs in the frequency band 3f D to 5f D. This bandwidth B
= 2f D is a bandwidth required to transmit a signal without substantial distortion, which corresponds to twice the signal transmission rate.
(B corresponds to four times the Nyquist bandwidth.) When the power of FIG. 5 and the equation (10) is integrated from f = 0 to ∞, it becomes the noise power for the white noise shown in the equation (6). Now, when the white noise power coming into the bandwidth B = 2f D is P N (B) = 2ηf D = 1 (W) (12), the power generated on the output side of the integrator by this white noise is When τ = T and A = 1 are calculated, N M (∞) = ηf D /2=0.25w N M (B) = 0.226w (B = 2f D ) (13) from the formula (6). . Noise power of about 90% is f = (3-5) f D
Than occurs at (n = 4 case), the total noise power 1w applied to the band 2f D, 0.25 w (actually 0.22
6w) is detected. That is, the main band (bandwidth B)
About 1/4 of the noise added to is detected.
【0009】一方、正しい信号波形vi (t)を受信
し、ei (t)で復調しそれが1(w)であれば、式
(4)でA=1,τ=Tとおけば、その検出出力も1w
となる。したがって、上述の相関検出手法によると、帯
域幅Bに入力信号及び雑音成分をフィルタにより予めB
Hzに制限した場合の基準SN比は、約4(6dB)に
制約される。このような相関検波により検出される雑音
電力を減少する技術を本発明は提供することを目的とす
る。On the other hand, if a correct signal waveform v i (t) is received and demodulated by e i (t) and it is 1 (w), then A = 1, τ = T in equation (4) , Its detection output is also 1w
Becomes Therefore, according to the above-described correlation detection method, the input signal and the noise component are preliminarily B
The reference SNR when limited to Hz is limited to about 4 (6 dB). It is an object of the present invention to provide a technique for reducing the noise power detected by such correlation detection.
【0010】一方、図5の特性から明らかなように、時
間幅T秒(=1/fD )のフレームを用いて、正弦波形
を送る場合、kを整数とするとき、 fk =kfD (14) と表現すれば、kの異なる信号fk 相互間の相関は、On the other hand, as is clear from the characteristics of FIG. 5, when a sine waveform is sent using a frame with a time width of T seconds (= 1 / f D ), when k is an integer, f k = kf D When expressed as (14), the correlation between the signals f k having different k is
【0011】[0011]
【数5】 となり、両者は直交する。すなわち、例えば、kfD 、
(k+1)fD の2つの波形を同じフレームで同時に送
る場合、あるいは別々のフレームでどちらか一方を送る
場合、kfD の波形を検出する相関器の出力側には(k
+1)fD の波形の影響は表れず、干渉は生じない。(Equation 5) And both are orthogonal. That is, for example, kf D ,
When two waveforms of (k + 1) f D are sent simultaneously in the same frame, or when either one of them is sent in a different frame, the output side of the correlator that detects the waveform of kf D is (k
The influence of the waveform of +1) f D does not appear, and no interference occurs.
【0012】とくにFSKの場合で例えば正弦波のみを
用いる場合は、式(9)でω=nω0 +ω0 /2とすれ
ば0となるので、 f=k(fD /2) (16) としても、kの異なる信号間は直交する。しかし、同一
周波数で、正弦波形と余弦波形を用いるようなPSKと
FSKを併用する方式の直交条件は式(14)となる。
すなわち、相関検波方式において、互いに干渉なく信号
検出のできる周波数間隔の最小値はfD /2であり、通
常fD の間隔を必要とする。[0012] Especially when using only the case for example a sine wave of FSK, since becomes zero if ω = nω 0 + ω 0/ 2 in equation (9), f = k ( f D / 2) (16) However, signals having different k are orthogonal to each other. However, the orthogonal condition of the method using both PSK and FSK such that the sine waveform and the cosine waveform are used at the same frequency is the equation (14).
That is, in the correlation detection method, the minimum value of the frequency intervals at which signals can be detected without interference with each other is f D / 2, and an interval of f D is usually required.
【0013】本発明は、干渉なく識別可能な周波数の間
隔をこれらの値より狭くできる技術を提供することを目
的とする。最初に、フレーム時間長* (フレーム周期)
がT(=fD -1 )の周波数を定義しよう。単一周波数の
連続正弦波形v(t)=sin2πf0 t(f≠kf
D 、k=0,1,2…)をフレーム周期内に図1に示す
ように制限し孤立波形とすれば、その周波数成分は、f
の周囲に無限に拡がることになり、fD で周波数軸を規
格化すれば、 E(f)=(2/fD )[Sinc(f−f0 )+Sinc(f+f0 )] (17) で表現され、無限大の周波数成分を含むことになる。も
し、周期Tのフレームの繰り返し波形を仮定すれば、D
FT分析により、It is an object of the present invention to provide a technique capable of narrowing the interval of frequencies which can be identified without interference from these values. First, the frame time length * (frame period)
Let T define the frequency of T (= f D -1 ). Single frequency continuous sinusoidal waveform v (t) = sin2πf 0 t (f ≠ kf
If D , k = 0, 1, 2, ...) Is limited within the frame period as shown in FIG. 1 to form an isolated waveform, its frequency component is f
Infinitely spreads around, and if the frequency axis is standardized by f D , then E (f) = (2 / f D ) [Sinc (f−f 0 ) + Sinc (f + f 0 )] (17) It is expressed and contains infinite frequency components. If a repetitive waveform of a frame of period T is assumed, then D
By FT analysis,
【0014】[0014]
【数6】 と表現される。図6(a)はf=3.875fD の場合
の正弦波形で図6(b)はそのDFT分析出力のスペク
トル絶対値Cn =√(an 2+bn 2)を示す。これから、
v(t)の分析結果は周波数帯域上に無限に拡がること
がわかる。何れの方法でも原周波数f0 の識別を困難と
する。(Equation 6) Is expressed as FIG. 6A shows a sine waveform in the case of f = 3.875f D , and FIG. 6B shows the spectrum absolute value C n = √ (a n 2 + b n 2 ) of the DFT analysis output. from now on,
It can be seen that the analysis result of v (t) spreads infinitely over the frequency band. Either method makes it difficult to identify the original frequency f 0 .
【0015】ここでは、フレーム信号を構成する単一周
波数の波形要素が図6(a)に示すように連続している
と仮定し、その連続波形の周波数を原周波数(Orig
inal Frequency−OF、図の場合はOF
=3.875fD )と定義しよう。以下の議論はこの原
周波数OFに注目して展開される。すなわち、図6
(b)のように拡がった周波数成分を1個の周波数で表
現することを目標とするが、実際上少数の後述する要素
周波数で表現する手法を導く。本発明は、fD の整数倍
に合致しない周波数成分をもつ時間波形成分を正確に検
出する技術を提供することを目的とする。Here, it is assumed that the waveform elements of a single frequency forming the frame signal are continuous as shown in FIG. 6A, and the frequency of the continuous waveform is set to the original frequency (Orig).
inal Frequency-OF, in the case of the figure OF
= 3.875f D ). The following discussion will be developed focusing on this original frequency OF. That is, FIG.
As shown in (b), the goal is to represent the spread frequency component with one frequency, but a method of actually expressing with a small number of element frequencies to be described later is derived. An object of the present invention is to provide a technique for accurately detecting a time waveform component having a frequency component that does not match an integral multiple of f D.
【0016】[0016]
【発明の目的】従来、FSK,PSKなどの変調方式で
広く用いられている相関検波技術により検出される雑音
電力に比較して、検波する目的信号の検出出力を減少す
ることなく、検出雑音電力を抑圧することを目的とす
る。従来、フレーム周期T(=1/fD )のFSK方式
において互いに干渉することなく検出可能な信号の周波
数間隔は(fD /2またはfD )であったが、この間隔
をγfD (γは実数)とすることを目的とする。また、
該フレーム周期内に含まれる信号群の占有帯域幅(検波
前の受信信号帯域幅)をBHzとするとき、このBHz
の中に含まれる任意の周波数OFの複数(M)個の信号
の相互間で互いに干渉なく検出できる技術を提供するこ
とを目的とする。従来、フレーム周期Tに時間制限され
た時間波形の周波数成分はfD の整数倍の周波数で分析
させるが、ここではfD 以下の周波数精度で位相成分も
含めて分析する技術を提供することを目的とする。The object of the present invention is to detect the detected noise power without reducing the detected output of the target signal to be detected, as compared with the noise power detected by the correlation detection technique widely used in the modulation schemes such as FSK and PSK. The purpose is to suppress. Conventionally, in the FSK system with the frame period T (= 1 / f D ), the frequency interval of signals that can be detected without interfering with each other was (f D / 2 or f D ), but this interval is γ f D (γ Is a real number). Also,
When the occupied bandwidth of the signal group included in the frame period (received signal bandwidth before detection) is BHz, this BHz
It is an object of the present invention to provide a technique capable of detecting a plurality of (M) signals of an arbitrary frequency OF included in the above (1) without interfering with each other. Conventionally, the frequency component of the time waveform whose time is limited to the frame period T is analyzed at a frequency that is an integral multiple of f D. However, here, it is necessary to provide a technique for analyzing the phase component with a frequency accuracy of f D or less. To aim.
【0017】[0017]
【発明の概要】上記目的を達成する為、請求項1記載の
発明は、フレーム時間長T0 秒に時間制限された入力時
間波形の中に含まれる周波数・位相成分の分析を行うシ
ステムにおいて、fd (=1/T0 )より小さい任意の
周波数間隔をもつことを許容する条件下で要素周波数f
j (j=0,1,2…N−1)を任意の数N個設け、こ
の要素周波数fj をもつ1対の直交波形成分Cj とSj
の組合わせにより該入力時間波形を分析し表現すること
を特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a system for analyzing a frequency / phase component included in an input time waveform time-limited to a frame time length T 0 seconds. The element frequency f under the condition that it is possible to have an arbitrary frequency interval smaller than f d (= 1 / T 0 ).
j (j = 0,1,2 ... N- 1) to provided any number of N, the orthogonal waveform components C j and S j of the pair with the component frequency f j
It is characterized in that the input time waveform is analyzed and expressed by a combination of.
【0018】請求項2記載の発明は、請求項1におい
て、該入力時間波形に含まれる前記要素周波数の中の1
個の成分fj をもつ任意位相の波形の連続性を保つ条件
の下に、該入力フレームの1部を重複使用するか、また
は削除することにより、Tj がfj の周期の整数倍とな
るように該入力フレーム長T0 を整数kを用いてTj =
k(1/fj )に変更し変形フレームを作り、該入力時
間波形に含まれる周波数fj の余弦波と正弦波成分を、
Tj を積分フレーム長として相関分析することにより抽
出するようにしたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, one of the element frequencies included in the input time waveform is included.
Under the condition of maintaining the continuity of the waveform of arbitrary phase having the number of components f j , T j becomes an integral multiple of the period of f j by duplicating or deleting a part of the input frame. So that the input frame length T 0 is T j =
A modified frame is created by changing to k (1 / f j ), and the cosine wave and sine wave components of the frequency f j included in the input time waveform are
The feature is that extraction is performed by performing correlation analysis with T j as the integral frame length.
【0019】請求項3記載の発明は、請求項1におい
て、該入力フレームに含まれる要素周波数fi (i=
0,1,2…N−1)の余弦波形Ci と正弦波形Si に
対して、他の要素周波数fj に対応した請求項2のフレ
ーム時間Tj をもつ拡大または縮小フレームを作ること
により変形余弦波形Cijと変形正弦波形Sijを作り、該
入力余弦波形成分Ci 及び該入力正弦波形成分Si に対
してTj を積分フレーム長としてCijとの相関系数
αij,αijを求め、同様に該2つの入力波形Ci ,Si
に対しSijとの相関系数βij,βijとを予め求め、この
変形フレーム入力波形に対しCijとSijにより相関分析
することにより、分析出力Uj ,Vj を求め、これらの
値と該入力時間波形に含まれるfj 成分の中の余弦波成
分の振幅xj と正弦波成分の振幅yj を未知数とすると
き成り立つ2N元連立1次方程式(上記請求項3に記
載)を満足するような(xi ,yi )の集合を求めるこ
とにより入力時間波形に含まれるN個の周波数と位相を
(xi ,yi )のN組の集合により分析検出しうること
を特徴とする。According to a third aspect of the invention, in the first aspect, the element frequencies f i (i =
0,1,2 ... N-1) for a cosine waveform C i and a sine waveform S i , to create an enlarged or reduced frame having a frame time T j of claim 2 corresponding to another element frequency f j. To generate a modified cosine waveform C ij and a modified sine waveform S ij , and the correlation coefficients α ij and α with C ij with T j as an integration frame length for the input cosine waveform component C i and the input sine waveform component S i . ij is obtained, and the two input waveforms C i and S i are similarly obtained.
Previously determined correlation system number beta ij with S ij, and a beta ij hand, by correlation analysis by C ij and S ij to this modified frame input waveform, obtains the analysis output U j, V j, these values and 2N former simultaneous linear equations hold when the unknown amplitude y j of amplitude x j and sinusoidal components of the cosine wave component in f j component contained in the input time waveform (described in the claim 3) satisfying such (x i, y i), characterized in that can be analyzed detected by the N sets of the set of the N frequency and phase contained in the input time waveform by obtaining a set of (x i, y i) And
【0020】請求項4記載の発明は、請求項1におい
て、要素周波数fj の中の1ないし複数個を詳細分析用
要素周波数とし、残余を主分析用要素周波数とし、前者
の周波数のすべてを周波数間隔Δf刻みでシフトしつ
つ、その度に請求項2、請求項3の手法で分析結果(x
i ,yi )の集合を求め、この集合から、Δf刻みの線
スペクトルの余弦波形と正弦波形及び電力スペクトル密
度を求めることにより、入力フレーム信号の詳細な周波
数特性を得るようにしたことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, one or more of the element frequencies f j are the element frequencies for detailed analysis, the remainder is the element frequency for main analysis, and all the former frequencies are used. While shifting by the frequency interval Δf, the analysis result (x
i , y i ) is obtained, and the detailed frequency characteristics of the input frame signal are obtained by obtaining the cosine waveform and sine waveform of the line spectrum in steps of Δf and the power spectrum density from this set. And
【0021】請求項5記載の発明は、請求項4におい
て、Δf刻みで得た線スペクトルの余弦波形と正弦波形
の1ないし複数個に、所望の減衰係数をγとするとき
(1−γ)倍した振幅値を乗算した後、入力波形から差
し引くことにより、所望のフィルタ特性をΔf刻みに近
い精度で実現することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, when the desired attenuation coefficient is γ in one or more of the cosine waveform and the sine waveform of the line spectrum obtained in Δf steps in the fourth aspect, (1-γ) It is characterized in that a desired filter characteristic is realized with accuracy close to Δf by multiplying the multiplied amplitude value and then subtracting it from the input waveform.
【0022】請求項6記載の発明は、請求項1〜4にお
ける要素周波数fj (j=0,1,2…N−1)の余弦
波形と正弦波形からなる2N個の種類の信号中の何れか
1個に送信フレーム信号を対応させ、受信側でこれらの
信号を相互に干渉なく検出することにより最大2N値の
多値伝送を行うことを特徴とする。請求項7記載の発明
は、請求項6において、2N個の種類を1対×N組と
し、各組毎に何れかの種類の信号を送信フレーム信号に
対応させることにより、最大Nチャネルの2値伝送を行
うことを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in 2N kinds of signals consisting of a cosine waveform and a sine waveform of the element frequency f j (j = 0,1,2 ... N-1) in the first to fourth aspects. A feature is that multi-level transmission of a maximum of 2N values is performed by associating any one of the transmission frame signals with each other and detecting these signals on the receiving side without mutual interference. According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the 2N types are set to 1 × N sets, and each type of signal is associated with a transmission frame signal, so that the maximum number of N channels is 2. It is characterized by performing value transmission.
【0023】[0023]
【実施例】本発明の実施例の説明に先立ち、本発明の基
礎原理を説明する。いま、受信信号v(t)の周波数成
分が下記の範囲D(f)が D(f):3.75fD 〜4.25fD に含まれていると仮定しよう。ここでfの周波数成分と
は長時間連続する周波数f(OF)の正弦波及び余弦波
をフレームで制限した成分を指すことにする。このよう
な受信信号を分析検出する場合のN個の要素周波数fj
(j=0,1,2…N−1)を仮定し、ここではN=3
の場合を例にとり説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of the embodiments of the present invention, the basic principle of the present invention will be described. Now, assume that the frequency component of the received signal v (t) includes the following range D (f) in D (f): 3.75f D to 4.25f D. Here, the frequency component of f refers to a component in which a sine wave and a cosine wave having a frequency f (OF) that continue for a long time are limited by a frame. N element frequencies f j when analyzing and detecting such a received signal
(J = 0,1,2 ... N-1), where N = 3
The case will be described as an example.
【0024】 fj :f0 =4.0fD f1 =3.75fD f2 =4.25fD (19) 受信信号の原フレーム周期をT=T0 =1/fD とし、
N=3に対応する余弦波Cj と正弦波Sj の波形を、原
フレームの左端をt=0として次式のように定義する。 Cj (t)=cos2πfj t (0≦t≦T) (20) Sj (t)=sin2πfj t (0≦t≦T) (21) 上式で示す正弦波形を図7(a)に示す。S0 (t)の
波形は周期T0 内に4サイクルの波形を含むが、S1
(t)とS2 (t)の波形は非整数のサイクル数を含
む、この非整数のサイクル数を整数化するために、これ
らの波形に対し、図7(a)の右側に示す如くフレーム
周期の拡張を行う。まず、次式でT1 ,T2を定義す
る。 T1 =1/fD1=α1 T0 (α1 =4.0/3.75) T2 =1/fD2=α2 T0 (α2 =5.0/4.25) (22) ここで、α1 (≧1)はフレーム周期拡張系数である。
一般に、T0 ,T1 ,T2 をTj (j=0,1,2)で
表すこととする。Tj をベースとする分析において用い
る要素周波数fj (=Tj -1 )の余弦波形と正弦波形を
Cjj,Sjjとし次式で与えられる。 Cjj(t)=cos(2πfj t) (0≦t≦Tj ) Sjj(t)=sin(2πfj t) (0≦t≦Tj ) (23) 次にフレーム周期の拡張にともない原フレームT0 をベ
ースとする要素正弦波Si0(t)を修正し、Sij(t)
を求める方法を示す。図7(b)はSii(t)を定義す
るための周期拡大[T0 →T1 ]の際に、図(a)の3
個の要素正弦波形Si0(t)に生ずる変化を示す。図7
(a)のSi (t)と全く同じ波形をもつ信号成分が入
力v(t)に含まれていたと仮定しよう。この成分を用
いて長さTi の中に整数サイクルをもつ図7(b)1段
目に示すSij(t)を作り出すためには、Si (t)の
一部である点線部分のΔSi (t)を用い、これを時間
(T0 −t0 )だけシフトしてSi(t)の後尾に付加
すればよい。これを次式で定義する。F j : f 0 = 4.0f D f 1 = 3.75f D f 2 = 4.25f D (19) Let the original frame period of the received signal be T = T 0 = 1 / f D ,
The waveforms of the cosine wave C j and the sine wave S j corresponding to N = 3 are defined by the following equation, where the left end of the original frame is t = 0. C j (t) = cos 2πf j t (0 ≦ t ≦ T) (20) S j (t) = sin 2πf j t (0 ≦ t ≦ T) (21) The sine waveform shown by the above equation is shown in FIG. Shown in. The waveform of S 0 (t) includes a waveform of 4 cycles within the period T 0 , but S 1
The waveforms of (t) and S 2 (t) include a non-integer number of cycles. In order to convert the non-integer number of cycles into an integer, the waveforms of these waveforms are framed as shown on the right side of FIG. Extend the cycle. First, T 1 and T 2 are defined by the following equation. T 1 = 1 / f D1 = α 1 T 0 (α 1 = 4.0 / 3.75) T 2 = 1 / f D2 = α 2 T 0 (α 2 = 5.0 / 4.25) (22 ) Here, α 1 (≧ 1) is a frame period extension coefficient.
In general, T 0 , T 1 , and T 2 are represented by T j (j = 0 , 1 , 2). The cosine waveform and the sine waveform of the element frequency f j (= T j −1 ) used in the analysis based on T j are C jj and S jj, and are given by the following equation. C jj (t) = cos (2πf j t) (0 ≦ t ≦ T j ) S jj (t) = sin (2πf j t) (0 ≦ t ≦ T j ) (23) Next, to extend the frame period. Accordingly, the element sine wave S i0 (t) based on the original frame T 0 is modified to obtain S ij (t)
The method of obtaining FIG. 7 (b) shows that when the period extension [T 0 → T 1 ] for defining S ii (t) is applied, the 3 of FIG.
The changes that occur in the element sine waveform S i0 (t) are shown. Figure 7
Suppose that the input v (t) contains a signal component having exactly the same waveform as S i (t) in (a). In order to use this component to generate S ij (t) shown in the first stage of FIG. 7 (b) having an integer cycle in the length T i , in order to create a part of S i (t) indicated by a dotted line, It is sufficient to use ΔS i (t), shift it by time (T 0 −t 0 ), and add it to the end of S i (t). This is defined by the following formula.
【0025】 Sii(t)=Si (t)+ΔSi {t−(T−t0 )} (24) すなわちΔSi (t)は波形Si (t)の1周期より短
い波形で、一般にSi (t)内に複数個の等しい波形が
存在する。したがって、その中の任意の1個を取り出
し、時間をシフトして、拡張フレームの最後尾に付加す
れば完全な整数サイクルの波形Sii(t)となる。この
場合、正弦波Sii(t)はフレーム長Ti の連続波形で
4サイクルからなる。図はフレームの中の先頭サイクル
に含まれる波形の1部を取り出して最後尾に付加した場
合を示す。この処理をCOV(T0 →T1 )と記述しよ
う。同じ処理を図7(a)のS0 (t)に対して施すと
図7(b)2段目のS01(t)が得られる。また、図
(a)のS2 (t)の波形に施すと図(b)3段目のS
21(t)が得られる。これらの2つの波形は最後尾に不
連続部分を含む。T1 ベースの分析に関与する波形は一
般にSii(t)と表示するi(=0,1,2)は入力に
含まれる周波数成分を表示する番号である。T0 とS00
(t)に着目した同様な処理に対しては、S0 (t)が
すでに整数サイクルであるから、付加すべき部分波形は
なく、波形S10(t)はSi (t)に一致し、これらは
Sjj(t)の周期をT0 に制限した波形に相当する。S ii (t) = S i (t) + ΔS i {t− (T−t 0 )} (24) That is, ΔS i (t) is a waveform shorter than one cycle of the waveform S i (t), Generally, there are multiple equal waveforms in S i (t). Therefore, if any one of them is taken out, the time is shifted and added to the end of the extension frame, the waveform S ii (t) of a complete integer cycle is obtained. In this case, the sine wave S ii (t) is a continuous waveform having a frame length T i and consists of 4 cycles. The figure shows the case where a part of the waveform included in the first cycle of the frame is extracted and added to the last. This process will be described as COV (T 0 → T 1 ). When the same process is applied to S 0 (t) of FIG. 7A, S 01 (t) of the second stage of FIG. 7B is obtained. When applied to the waveform of S 2 (t) in FIG. 7A, the S in the third stage of FIG.
21 (t) is obtained. These two waveforms include a discontinuity at the end. The waveforms involved in the T 1 -based analysis are generally denoted as S ii (t), where i (= 0,1,2) is the number indicating the frequency component contained in the input. T 0 and S 00
For the same processing focusing on (t), since S 0 (t) is already an integer cycle, there is no partial waveform to be added, and the waveform S 10 (t) matches S i (t). , These correspond to waveforms in which the cycle of S jj (t) is limited to T 0 .
【0026】次にT2 とS22(t)に着目して同様な処
理を行えば、Si2(t)が得られる。さらに、余弦波成
分Ci (t)に対しても同様な処理を実施し、連続波形
C00(t),C11(t),C22(t)及び不連続波形C
10(t),C20(t),C01(t),C21(t),C02
(t),C12(t)を得る。(Cij,Sijの表示におい
て、iは入力信号に含まれる要素周波数fj の番号であ
り、jは分析周期Tjの番号である。) 上述の手法で定義した18個の要素波形を用いて入力信
号v(t)を分析する。v(t)に含まれる周波数fv
の余弦波形成分の振幅をxi 、正弦波成分の振幅をyi
とし、両者の組合によりv(t)を表現しよう。入力信
号をNext, if attention is paid to T 2 and S 22 (t) and similar processing is performed, S i2 (t) is obtained. Further, similar processing is performed on the cosine wave component C i (t) to obtain the continuous waveform C 00 (t), C 11 (t), C 22 (t) and the discontinuous waveform C.
10 (t), C 20 (t), C 01 (t), C 21 (t), C 02
(T) and C 12 (t) are obtained. (In the display of C ij and S ij , i is the number of the element frequency f j included in the input signal, and j is the number of the analysis period T j .) The 18 element waveforms defined by the above method Is used to analyze the input signal v (t). frequency f v included in v (t)
The amplitude of the cosine waveform component of x i and the amplitude of the sine wave component of y i
Let's express v (t) by the combination of both. Input signal
【0027】[0027]
【数7】 と仮定し、周期T0 に着目して分析する場合を考えよ
う。この場合は、原フレームのままv(t)に対しC00
(t)及びS00(t)によりそれぞれ相関をとる。その
相関値は、原フレームの信号の標本値を用いるとディジ
タル信号処理(DSP)により求まるが、その値をU
0 ,V0 としよう。しかるとき次式が成り立つ。(Equation 7) Assuming that, let us consider a case where the analysis is performed by focusing on the period T 0 . In this case, C 00 is applied to v (t) without changing the original frame.
Correlation is performed with (t) and S 00 (t). The correlation value is obtained by digital signal processing (DSP) using the sample value of the signal of the original frame, and the value is U
0, suppose V 0. Then, the following equation holds.
【0028】 α00x0 +α00´y0 +α10x1 +α10´y1 +α20x2 +α20´y2 =U0 (27) β00x0 +β00´y0 +β10x1 +β10´y1 +β20x2 +β20´y2 =V0 (28) ここで、αij,αij´,βij,βij´は相関係数であ
り、Α 00 x 0 + α 00 ′ y 0 + α 10 x 1 + α 10 ′ y 1 + α 20 x 2 + α 20 ′ y 2 = U 0 (27) β 00 x 0 + β 00 ′ y 0 + β 10 x 1 + β 10'y 1 + β 20 x 2 + β 20'y 2 = V 0 (28) where, α ij, α ij ', β ij, β ij' is the correlation coefficient,
【0029】[0029]
【数8】 で与えられる。周期T1 ,T2 をベースとする分析で
は、上式から導出できる、αi1,αi1´,βi1,…;α
i2,αi2´,βi2,…を用いる。入力波形と分析波形の
間の相互相関記号を図13に示す。式(19)に対応す
るこの表の具体的な値は、後述する図8の左側のマトリ
ックス内に示される。(Equation 8) Given in. In the analysis based on the periods T 1 and T 2 , α i1 , α i1 ′, β i1 , ...
i2 , α i2 ′, β i2 , ... Are used. The cross-correlation symbols between the input and analysis waveforms are shown in FIG. The specific values of this table corresponding to equation (19) are shown in the matrix on the left side of FIG. 8 described below.
【0030】次に、周期T1 に着目して分析する場合を
考える。この場合は、入力信号v(t)に対し、式(2
4)と図7(b)に示した変換処理COV(T0 →T
1 )を予め施し、拡大フレームT1 の波形v1 (t)と
する。このv1 (t)に対し、C11(t),S11(t)
を用いて相関分析を施すと、処理結果U1 ,V1 が得ら
れ、式(27)(28)と同様な式が成り立つ。さらに
周期T2 に着目した分析の場合は、v(t)に変換処理
COV(T0 →T2 )を予め施した後、U2 ,V2 が得
られ、式(27)、(28)と同様な式が得られる。Next, let us consider a case where the analysis is conducted by focusing on the period T 1 . In this case, for the input signal v (t), the expression (2
4) and the conversion process COV (T 0 → T shown in FIG. 7B).
1 ) in advance to obtain the waveform v 1 (t) of the enlarged frame T 1 . For this v 1 (t), C 11 (t), S 11 (t)
When the correlation analysis is performed using, the processing results U 1 and V 1 are obtained, and the same expressions as the expressions (27) and (28) are established. Further, in the case of an analysis focusing on the cycle T 2 , after v (t) is subjected to the conversion process COV (T 0 → T 2 ) in advance, U 2 and V 2 are obtained, and equations (27) and (28) are obtained. A formula similar to is obtained.
【0031】これらの式を改めて記述すると、Rewriting these expressions,
【0032】[0032]
【数9】 これは次のマトリックスで表現される。[Equation 9] This is represented by the following matrix.
【0033】[0033]
【数10】 上式は6元1次方程式で、左辺のマトリックス[α,
β]の値は前述の方法で図13に示すように予め計算さ
れる。したがって、相関処理で得られるUi ,Viを用
い上式を解けば、6個の値(xi ,yi )が求まる。こ
のように入力フレーム信号の周期を変更し、上述の処理
を施して(xi ,yi )を求める過程は図18のブロッ
ク図のようになる。もし、v(t)が式(25)を満足
すれば、この際によりv(t)を完全に表現できる。す
なわち、周波数間隔がfD より小さい3個の周波数とそ
の位相により、完全に分析できることになり分析結果を
用いた復元波形va (t)に対し次式が成り立つ。[Equation 10] The above equation is a six-dimensional linear equation, and the matrix on the left side [α,
The value of β] is calculated in advance by the method described above as shown in FIG. Therefore, by solving the above equation using U i and V i obtained by the correlation processing, six values (x i , y i ) can be obtained. The process of changing the cycle of the input frame signal and performing the above processing to obtain (x i , y i ) is as shown in the block diagram of FIG. If v (t) satisfies the equation (25), v (t) can be completely expressed. That is, three frequencies having a frequency interval smaller than f D and their phases enable complete analysis, and the following equation holds for the restored waveform v a (t) using the analysis result.
【0034】[0034]
【数11】 v(t)が式(25)を満足しない場合には、次式に示
す分析誤差εが生ずる。 ε=va (t)−v(t) (33) 上式の原理にしたがって、 v(t)=cos(2πf0 t−π/6) (34)[Equation 11] When v (t) does not satisfy the equation (25), an analysis error ε shown in the following equation occurs. ε = v a (t) -v (t) (33) in accordance with the principles of the above equation, v (t) = cos ( 2πf 0 t-π / 6) (34)
【0035】[0035]
【数12】 を入力とした場合、図13の値を用いた分析結果[U,
V]と連立方程式の解[x,y]を図8(a),(b)
に示す。図は入力が式(25)を満足するので、この条
件下で正確な結果が得られることを示している いま、図13、図8の例に示した場合と同様なN=3に
対するパラメータ[α,β]を用い、v(t)として、
式(8)に示す単一周波数(f)の正弦波n*(t)A
=√2,θ=0)を加えた場合の検出出力(xj ,y
j )を求める。この方法でfを変化した場合の値(x
j ,yj )を求め図9(a)に示し、その分析誤差電圧
εを図9(b)に示す。(Equation 12) When the input is, the analysis result [U,
V] and the solution [x, y] of the simultaneous equations are shown in FIGS.
Shown in The figure shows that since the input satisfies the equation (25), an accurate result is obtained under this condition. Now, the parameter for N = 3 similar to the case shown in the examples of FIGS. α, β] and v (t)
Sine wave n * (t) A of single frequency (f) shown in equation (8)
= √2, θ = 0), the detection output (x j , y)
j ). The value when x is changed by this method (x
j , y j ) is obtained and shown in FIG. 9A, and its analysis error voltage ε is shown in FIG. 9B.
【0036】この場合、式(25)が満足されるか、ま
たは少なくともv(t)に対し、fを原周波数OFとし
たとき、 f1 ≦f≦f2 (36) が満足されることを前提としている。一般に受信信号に
対し、復調したい目的信号成分のみを通過させるろ波器
により、予め、その周波数帯域を制限し、帯域外雑音成
分を除く。したがって、このろ波器の通過帯域を式(3
6)のように選べばよい。しかし、1フレーム周期に時
間限定された波形をろ波すると波形が乱れるので目的信
号成分は減衰し、他の周波数成分を発生する場合があ
る。このような波形劣化を小さく抑えるには通過帯域を
若干拡げる必要がある。その一例として検出すべき目的
周波数をkfD と仮定した場合、下式の通過帯域を考え
よう。 (k−1)fD <f<(k+1)fD (37) B=2fD (38) これはナイキストレートの4倍に相当する。この帯域内
に含まれる信号成分を正確に分析するには、要素周波数
の数Nを増大すればよい。そこで、N=5の場合のパラ
メータ[α,β]を予め求め、j番目の要素周波数の電
力 Pj =(xj 2+yj 2)/2 (39) に注目し、Pj の周波数特性を求めると図10(a)の
ようになる。この場合の分析誤差電力Pε=ε2 を図1
0(b)に示す。図9,10から、v(t)が要素周波
数fj の波形成分のみで構成されている場合は、f=f
j におけるPj ′(j′≠j)の成分は0となり完全に
要素周波数成分のみによりv(t)が表現される。ま
た、その他の入力周波数に対する誤差電力もかなり小さ
いことがわかる。この結果は、複数の信号を要素周波数
に対応させた場合、その間隔がfD より小さい場合でも
検出過程で、両者が直交しているように、相互の干渉な
く、直交検出できることを示している。In this case, the equation (25) is satisfied, or at least for v (t), when f is the original frequency OF, then f 1 ≤f≤f 2 (36) is satisfied. It is assumed. Generally, the frequency band of the received signal is limited in advance by a filter that passes only the desired signal component to be demodulated, and the out-of-band noise component is removed. Therefore, the pass band of this filter is given by the equation (3
You can choose like 6). However, when a waveform whose time is limited to one frame period is filtered, the waveform is disturbed, so that the target signal component may be attenuated and another frequency component may be generated. To suppress such waveform deterioration to a small extent, it is necessary to slightly widen the pass band. As an example, when the target frequency to be detected is assumed to be kf D, consider the pass band of the following formula. (K-1) f D <f <(k + 1) f D (37) B = 2f D (38) This corresponds to four times the Nyquist rate. To accurately analyze the signal components contained in this band, the number N of element frequencies may be increased. Therefore, the parameters [α, β] for N = 5 are obtained in advance, and attention is paid to the power P j = (x j 2 + y j 2 ) / 2 (39) of the j-th element frequency, and the frequency characteristic of P j is determined. Is obtained as shown in FIG. The analysis error power Pε = ε 2 in this case is shown in FIG.
It is shown in 0 (b). From FIGS. 9 and 10, when v (t) is composed of only the waveform component of the element frequency f j , f = f
components P j '(j' ≠ j ) in the j by only 0 completely component frequency components v (t) is represented. Also, it can be seen that the error power for other input frequencies is considerably small. This result shows that when a plurality of signals are made to correspond to element frequencies, even if the intervals are smaller than f D , orthogonal detection can be performed without mutual interference, as if they were orthogonal in the detection process. .
【0037】さらにNを増し、N=9,k=4とし、さ
らに入力信号を式(8)のn* (t)とし、A=√2、
θ=0を仮定した場合分析出力の要素周波数成分の中
で、4fD 成分の電力P0X=x0 2/2、P0y=y0 2/2
を求めると図11(a)が得られ、その分析誤差電力P
εを図11(b)に示す。Pε≒0となり、Nが大きい
と正確な分析が出来ることを示す。Further increasing N, N = 9 and k = 4, and the input signal is n * (t) in the equation (8), A = √2,
Among the component frequency component when analyzed output assuming theta = 0, the power P of the 4f D component 0X = x 0 2/2, P 0y = y 0 2/2
Is obtained, the analysis error power P is obtained.
ε is shown in FIG. Pε≈0, which indicates that accurate analysis can be performed when N is large.
【0038】次に図11と同一条件下で、θを0〜2π
で変化したときの分析出力の中4f D の正弦波電力P0
γに着目して、θに関する平均電力(P 0y)を求める
と、図12が得られる。図には、従来の整合フィルタに
よる図5の相関分析特性を波線で示した。両者を比較す
ると、本発明の方式の発生帯域幅は狭くなっている。そ
の理由は、入力周波数成分の内、f≒fi (fi ≠4f
D )の成分の大部分は、fi で吸収される結果、より厳
密に分離できるからである。なお、上記平均電力
(P 0y)の(P)は、本来Pの直上に(〜)を付けた符
号として表現したい符号であるが、電子出願において使
用可能な符号の制限から、やむを得ず(P)と表現して
いる。入力として帯域BをL個の周波数と各周波数のθ
をL′個に分割し、各信号を等電力とし、全電力を式
(12)と同じく1wと仮定しよう。L,L′→∞とす
れば、これは、白色雑音モデルである。L,L′の大き
い値に対するP 0yの総合電力NE (B)は、図12から
式(13)に対応する値として、この例では、 NE (B)≒0.0869 (40) が得られる。これから、白色雑音に対するSN比の増加
分を整合フィルタに対して求めると、次式が得られる。 ρ=NM (B)/NE (B)=0.2261/0.0869=2.60 (41) これはN=9の場合であり、N→大とすれば、SN比の
改善量ρはさらに増大する。したがって、図4に示した
通常の整合フィルタに比し、検出雑音を抑制し、ρの値
だけSN比を向上しうる。Next, under the same conditions as in FIG. 11, θ is 0 to 2π.
4f of the analysis output when it changed in D Sine wave power P0
Focusing on γ, the average power (P 0y) Ask
Then, FIG. 12 is obtained. The figure shows a conventional matched filter
The correlation analysis characteristic of FIG. 5 is shown by a wavy line. Compare both
Then, the generation bandwidth of the method of the present invention is narrowed. So
The reason is that among the input frequency components, f≈fi (Fi ≠ 4f
D ), Most of the components ofi As a result of being absorbed by
This is because they can be separated closely. The above average power
(P 0y)of(P) Is originally a mark with (~) immediately above P
Although it is a code that you want to express as an issue, it is used in electronic applications.
Due to the limitation of usable codes, it is unavoidable (P)
There is. The band B is used as input and L frequencies and θ of each frequency are input.
Is divided into L ', each signal is equal power, and total power is
Let's assume 1w as in (12). L, L '→ ∞
Then this is a white noise model. The size of L and L '
ValueP 0yTotal power NE (B) is from FIG.
In this example, as a value corresponding to Expression (13), NE (B) ≈0.0869 (40) is obtained. From now on, increase of SN ratio for white noise
Solving for the minutes for the matched filter yields: ρ = NM (B) / NE (B) = 0.2261 / 0.0869 = 2.60 (41) This is the case of N = 9, and if N → large, the SN ratio
The improvement amount ρ further increases. Therefore, as shown in FIG.
Compared to a normal matched filter, the detection noise is suppressed, and the value of ρ
Can improve the SN ratio only.
【0039】上述の説明では、図7を用いて原フレーム
を拡張する場合を示したが、原フレームをTj ′に縮少
することにより、図17に示すように要素周波数fj の
周期の整数倍の合致させることもできる。T1 →T1 ′
に縮少し、原要素正弦波形S1 (t)[周期T0 で図1
7(b)の破線の部分を含む]を用いS′11(t)を求
めれば図17(b)第1段に示すように、周波数f1 の
波形を3サイクル分含むことになる。この場合、他の要
素周波数f0 ,f2 の正弦波は、原波形の一部を図示の
如く用い、S′01(t),S′21(t)を簡単に作るこ
とができる。この場合、式(22)に対応するフレーム
周期は、 T′1 =1/fD1=α′1 T0 (α′1 =3.0/3.75) T′a =1/fD2=α′2 T0 (α′2 =4.0/4.25 ・・・ (22)’ となる。このようにして作成したCij′(t),Cjj′
(t),Sij′(t),Sjj′(t)を用いて前述と同
じ処理を行えば、同様な結果が得られる。ただし、図1
7(a)は図7(a)に等しく、その結果Ci0′(t)
=Ci0(t),Si0′(t)=Si0(t)である。次
に、具体的な本発明の実施例について説明する。図1は
本発明の一実施例を示す受信側高感度復調回路のブロッ
ク図である、この回路は受信側フィルタを通過した帯域
内雑音を抑制する機能と、周波数間隔をフレームレート
f0 より狭くした複数個のフレーム信号の要素周波数と
位相を識別する機能を持つ。この例は、要素周波数の数
をN=3とした場合であり、図7、図13に示すパラメ
ータが仮定されている。無線帯域の受信信号は局部搬送
波により、ベースバンド信号に復調され、適当なフィル
タを経て帯域幅がBに制限されたフレーム信号v(t)
となって、この回路に加えられる。In the above description, the case where the original frame is expanded is shown with reference to FIG. 7. However, by reducing the original frame to T j ′, the period of the element frequency f j is reduced as shown in FIG. It can also be an integer multiple match. T 1 → T 1 ′
To the original element sine waveform S 1 (t) [with period T 0
7 (b) including the part of the broken line], S ′ 11 (t) is obtained, and as shown in the first stage of FIG. 17 (b), the waveform of frequency f 1 is included for 3 cycles. In this case, for the sine waves of the other element frequencies f 0 and f 2 , S ′ 01 (t) and S ′ 21 (t) can be easily created by using a part of the original waveform as shown. In this case, the frame period corresponding to the equation (22) is: T ′ 1 = 1 / f D1 = α ′ 1 T 0 (α ′ 1 = 3.0 / 3.75) T ′ a = 1 / f D2 = α ′ 2 T 0 (α ′ 2 = 4.0 / 4.25 ... (22) ′. C ij ′ (t), C jj ′ thus created
Similar results can be obtained by performing the same processing as described above using (t), S ij ′ (t), and S jj ′ (t). However,
7 (a) is equal to FIG. 7 (a), resulting in C i0 ′ (t)
= C i0 (t), S i0 ′ (t) = S i0 (t). Next, specific examples of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of a receiver high-sensitivity demodulation circuit according to an embodiment of the present invention. This circuit has a function of suppressing in-band noise that has passed through a receiver filter and a frequency interval narrower than a frame rate f 0. It has a function of identifying the element frequencies and phases of the plurality of frame signals. In this example, the number of element frequencies is N = 3, and the parameters shown in FIGS. 7 and 13 are assumed. The received signal in the wireless band is demodulated by the local carrier into a baseband signal, and the frame signal v (t) whose bandwidth is limited to B through an appropriate filter.
And added to this circuit.
【0040】v(t)は、まず符号器(1)(A/D)
により標本化され、その標本値はディジタル量で表現さ
れる。したがって、以下の復調処理はDSP(ディジタ
ル信号処理)の手法で行われる。ディジタル量のv
(t)は、3個のフレーム周期拡大回路(2,2′,
2″)により、図7の手法により、3種のフレーム周期
(Tj ,j=0,1,2)をもつフレーム信号vj
(t)に変換される。COV(Tj )はT0 の時間長を
もつ原フレーム信号をTj に図7の手法により拡大する
回路である。したがって、COV(T0 )では、実際上
とくに処理を施す必要はない。First, v (t) is the encoder (1) (A / D).
The sampled value is represented by a digital quantity. Therefore, the following demodulation processing is performed by the DSP (digital signal processing) method. V of digital quantity
(T) is three frame period expansion circuits (2, 2 ',
2 ″), the frame signal v j having three types of frame periods (T j , j = 0, 1, 2) by the method of FIG.
Converted to (t). COV (T j ) is a circuit for expanding an original frame signal having a time length of T 0 to T j by the method of FIG. Therefore, in COV (T 0 ), it is actually unnecessary to perform any particular processing.
【0041】これらにvj (t)は後値されている3個
の相関器CORj (3,3′,3″)に伝送される。図
7に表示した要素周波数の波形CijとCij(i=j)の
標本値は、予め演算係数メモリ(MEM)に蓄えられて
いる。これらの波形情報とvj (t)を用いてCORj
は相関処理を行い、演算結果Uj ,Vj を得る。例え
ば、COR0 では、V0 (t)とC00及びV0 (t)と
S00との相関演算をそれぞれ行い、演算結果U0 ,V0
を得る。These v j (t) are transmitted to three post-valued correlators COR j (3, 3 ', 3 "). The element frequency waveforms C ij and C shown in FIG. The sampled value of ij (i = j) is stored in advance in the arithmetic coefficient memory (MEM) COR j by using these waveform information and v j (t).
Performs correlation processing to obtain calculation results U j and V j . For example, in COR 0 , correlation calculation between V 0 (t) and C 00 and between V 0 (t) and S 00 is performed, and calculation results U 0 and V 0 are obtained.
Get.
【0042】一方、図13に示す相互相関係数を予め計
算により求め、演算係数用メモリ(MEM)に蓄えてお
く。これらの係数と(Uj ,Vj )により式(31)に
示す連立方程式を演算器(4)(QS)において解き、
未知数(xj ,yj )の3個の組合を得る。その結果、
もし、例えば受信信号中にC00の成分が存在すれば、そ
の電力は減衰することなく、x0 として検出される。一
方、v(t)の帯域が式(32)を満足するように制限
されていれば、帯域内を通過する任意の周波数の雑音は
(xj ,yj )の組合出力となるが、その周波数特性は
図9(a)のようになる。白色雑音を仮定した場合の雑
音検出電力のうち、例えばy0 は、従来の整合フィルタ
より前述の如く減少するので、(xj ,yj )を判定回
路(図2参照)に送れば高いSN比で判定ができる。と
くに要素周波数の数Nを増せばSN比は前述の如くさら
に向上する。On the other hand, the cross-correlation coefficient shown in FIG. 13 is calculated in advance and stored in the arithmetic coefficient memory (MEM). Using these coefficients and (U j , V j ) the simultaneous equations shown in equation (31) are solved in the computing units (4) and (QS),
Get three unions of unknowns (x j , y j ). as a result,
If, for example, the C 00 component is present in the received signal, its power is detected as x 0 without being attenuated. On the other hand, if the band of v (t) is limited so as to satisfy the equation (32), noise of an arbitrary frequency passing through the band becomes a combined output of (x j , y j ). The frequency characteristic is as shown in FIG. Among noise detection powers assuming white noise, for example, y 0 is reduced as described above as compared with the conventional matched filter. Therefore, if (x j , y j ) is sent to the decision circuit (see FIG. 2), a high SN is obtained. It can be judged by the ratio. Particularly, if the number N of element frequencies is increased, the SN ratio is further improved as described above.
【0043】従来のFSK,PSK,QAMなどの変調
方式を用いる伝送システムの受信側復調器には、図4に
示した整合フィルタが用いられてきたが、この整合フィ
ルタの代わりに図1の回路を用いると高いSN比で信号
を復調検出することができる。例えばPSKを用いる場
合、2値入力DS に対応してC0 (図7のS0 と同様な
余弦波形)、S0 を送信し、受信側ではx0 ,y0 を検
出し2値出力DR を得る。ここで伝送路雑音のために生
ずるx0 、y0 に値は整合フィルタを用いる方式に比
し、著しく小さくできる。The matched filter shown in FIG. 4 has been used for the receiving side demodulator of a transmission system using a conventional modulation method such as FSK, PSK, QAM, etc. Instead of this matched filter, the circuit of FIG. 1 is used. With, it is possible to demodulate and detect a signal with a high SN ratio. For example, when PSK is used, C 0 (cosine waveform similar to S 0 in FIG. 7) and S 0 are transmitted corresponding to the binary input D S , and the receiving side detects x 0 and y 0 and outputs a binary value. Get D R. Here, the values of x 0 and y 0 generated due to transmission line noise can be made significantly smaller than in the system using a matched filter.
【0044】ここで、C0 ,S0 などの各信号を送るに
必要な帯域幅は、図10に示すように、図5と比較すれ
ば極めて狭くなる。FSKを用いる場合、FSKとPS
Kを併用する場合、隣接する信号の周波数間隔を狭くで
きる。したがって周波数利用効率の向上が可能となる。
図14は本発明の他の実施例で、多重伝送システムの説
明図である。図14(a)は、總伝送帯域をブロック帯
域B=2fD 毎複数個に分割し、その各々に5個の情報
周波数fs (s=0,1…4)を割り当てて、BH2 当
たり5チャンネル(ch)のPSK伝送を実現するため
の周波数割り当図である。fs のグループをSFGと表
示した図14(b)は本方式の受信側復調回路のブロッ
ク図である。Here, as shown in FIG. 10, the bandwidth required to send signals such as C 0 and S 0 is extremely narrow as compared with FIG. When using FSK, FSK and PS
When K is also used, the frequency interval between adjacent signals can be narrowed. Therefore, the frequency utilization efficiency can be improved.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a multiplex transmission system according to another embodiment of the present invention. FIG. 14 (a), dividing the Satoshi transmission band to block the band B = 2f D each plurality, allocates five information frequency f s (s = 0,1 ... 4 ) in each, BH 2 per FIG. 3 is a frequency allocation diagram for realizing 5-channel (ch) PSK transmission. FIG. 14B, in which the group of f s is represented as SFG, is a block diagram of the receiving side demodulation circuit of this system.
【0045】図では全帯域を3分割し、復調側で3個の
対域波器BPFn (n=0.1,−1)を用いて入力信
号を分離する場合を示した。帯域分離された入力信号の
各々に対し、前述の要素周波数による分析処理を実施
し、送信波形CS ,SS に対応して図(b)に示すよう
に、xs ,ys を検出出力として得る。ここでは、要素
周波数としてSFGの他にその両側にf- とf+ を付加
した。この全体を要素周波数群(EFG)と呼ぶ。f-
とf+ はf0 ,f4 近傍の雑音を吸収し、受信SN比を
向上する役割を果たす。各周波数の具体的配置は、分析
出力xs ,ys に生ずる雑音成分にもとずく値が最小に
なるように定めれば良い。In the figure, the case where the entire band is divided into three and the input signal is separated on the demodulation side by using three counterband filters BPF n (n = 0.1, −1) is shown. The band-separated input signals are subjected to the above-described element frequency analysis processing, and x s and y s are detected and output corresponding to the transmission waveforms C S and S S as shown in FIG. Get as. Here, in addition to SFG, f − and f + are added on both sides as element frequencies. This whole is called an element frequency group (EFG). f -
And f + play a role of absorbing noise near f 0 and f 4 and improving the reception SN ratio. The specific arrangement of each frequency may be determined so that the value based on the noise component generated in the analysis outputs x s and y s is minimized.
【0046】全帯域6f0 を1個のBPFのみで分離
し、その中に例えば15個のSFGを伝送する方式も実
現できるが、その場合30元の連立方程式を解く必要が
生じ、DSPによる回路機能実現上はやや困難となる。
しかし帯域漏波機能は簡単となるので、DSPの処理時
間が十分許容できる場合など目的や設計条件により、広
帯域多チャンネル伝送を実現する方式として活用でき
る。なお、本方式の場合SFGの信号相互間の干渉(f
s 成分からfs ′成分への干渉)は全くないという利点
がある。上記の説明ではSFGとして5周波数を用い、
5chの2値伝送を行う場合を説明したがCs ,Ss
(s=0,1,…4)からなる10個の波形の中の1個
を選んで伝送する多値伝送方式として用いることもでき
る。A system in which the entire band 6f 0 is separated by only one BPF and, for example, 15 SFGs are transmitted therein can also be realized, but in this case, it is necessary to solve simultaneous equations of 30 elements, and the circuit by the DSP is required. It is a little difficult to realize the function.
However, since the band leakage function becomes simple, it can be used as a method for realizing wideband multi-channel transmission depending on the purpose and design conditions such as when the DSP processing time is sufficiently allowable. In the case of this method, the interference between the SFG signals (f
The advantage is that there is no interference from the s component to the f s ′ component. In the above description, 5 frequencies are used as SFG,
The case of performing binary transmission of 5 ch has been described, but C s , S s
It can also be used as a multilevel transmission method in which one of the 10 waveforms (s = 0, 1, ... 4) is selected and transmitted.
【0047】図15は連続周波数分析方式の実施例の説
明図である。図15(a)は要素周波数の割当図で、図
15(b)は構成回路ブロック図である。ここでは入力
信号の波形の劣化を避ける観点から、例として4fD 以
下の成分を通過させる低域漏波器LPFを前置する方式
とした。しかし一般的には、注目する周波数成分のみを
通過させる漏波器を前置すれば良い。入力フレーム信号
にはf<4fD のあらゆる周波数OF成分があり得るの
で、これらをDFTにより分析するには少なくともfk
=kfD (k=0,1,2…4+h)で示す。(4+
h)個の主要素中は数群(MEFG)が必要である。こ
こでhは、図6に示すように、f≠kf0の入力信号を
分析するとそのDFT分析成分が拡がることに対応した
値に設定される。ここではh=3とした。(理論上一般
にはh=∞が必要であるが、ここでは4,1の分析理論
から固定補助要素周波数(FAEF)、f3 =6.5f
D を付加することにより、分析誤差がとくに増大しない
条件の下にhの値を有限値におさめることができる。FIG. 15 is an explanatory diagram of an embodiment of the continuous frequency analysis system. FIG. 15A is an element frequency allocation diagram, and FIG. 15B is a configuration circuit block diagram. Here, from the viewpoint of avoiding the deterioration of the waveform of the input signal, a system in which a low-frequency wave breaker LPF that allows a component of 4f D or less to pass therethrough is placed in front is taken as an example. However, in general, a wave breaker that passes only the frequency component of interest may be placed in front. Since there can be any frequency OF components of f <4f D in the input frame signal, at least f k to analyze them by DFT
= Kf D (k = 0,1,2 ... 4 + h). (4+
h) Several groups (MEFG) are required in the main elements. Here, h is set to a value corresponding to the spread of the DFT analysis component when the input signal of f ≠ kf 0 is analyzed as shown in FIG. Here, h = 3. (In theory, h = ∞ is generally required, but here, from the analytical theory of 4,1 the fixed auxiliary element frequency (FAEF), f 3 = 6.5f
By adding D , the value of h can be reduced to a finite value under the condition that the analysis error does not increase.
【0048】本実施例ではMEFGとFAEFの他に、
詳細分析用要素周波数群(PEFG)としてfj (j=
0,1,2)を図の如く定義する。fj の相互周波数間
隔は次式であらわされる。 Δf=f0 −f1 =f2 −f0 (42) fj は(f1 −Δf/2)から(f2 +Δf)に亘る周
波数範囲ΔF=3Δfに含まれる入力周波数成分の大部
分の電力を分析表示する役割を果たす。In this embodiment, in addition to MEFG and FAEF,
As a detailed analysis element frequency group (PEFG), f j (j =
0, 1, 2) are defined as shown in the figure. The mutual frequency interval of f j is expressed by the following equation. Δf = f 0 −f 1 = f 2 −f 0 (42) f j represents most of the input frequency components included in the frequency range ΔF = 3Δf ranging from (f 1 −Δf / 2) to (f 2 + Δf). It plays a role of analyzing and displaying electric power.
【0049】このPEFGの周波数の相互関係を一定と
したまま、絶対値を左右にシフトすることを考える。f
0 の絶対値をλ[=0,1,2…(fD /Δf)−1]
を用いて次式で定義する。 f0 (k,λ)=kf0 +λΔf (43) しかるとき、PEFGの他の周波数は f1 (k,λ)=f0 (k,λ)−Δf (44) f2 (k,λ)=f0 (k,λ)+Δf (45) となる。(k,λ)を固定したとき、全部で直流も含
め、11個の要素周波数が存在する。v(t)をこの1
1個の周波数の余弦波と正弦波で分析し、出力x
1(k,λ)とyj (k,λ)を求める。次に、(k,
λ+1)として同様な出力を求める。これを繰り返すと
Δf刻みで(xj ,yj )の組が求まる。これからf0
(k,λ)を中心とし、±(Δf/2)の帯域当たりの
近似周波数成分の余弦波と正弦波の尖頭振幅成分は、次
式で与えられる。Consider shifting the absolute value to the left or right while keeping the mutual relationship of the PEFG frequencies constant. f
0 of the absolute value λ [= 0,1,2 ... (f D / Δf) -1]
Is defined by the following equation. f 0 (k, λ) = kf 0 + λΔf (43) Then, the other frequencies of PEFG are: f 1 (k, λ) = f 0 (k, λ) −Δf (44) f 2 (k, λ) = F 0 (k, λ) + Δf (45). When (k, λ) is fixed, there are 11 element frequencies including DC in total. v (t) is this 1
Analysis with a cosine wave and a sine wave of one frequency, output x
Calculate 1 (k, λ) and y j (k, λ). Then (k,
Similar output is obtained as λ + 1). By repeating this, a set of (x j , y j ) can be obtained in steps of Δf. From now on f 0
The peak amplitude components of the cosine wave and the sine wave of approximate frequency components per band of ± (Δf / 2) centered on (k, λ) are given by the following equations.
【0050】[0050]
【数13】 このC(k,λ),S(k,λ)をλ,kを変化して求
めプロットすればΔf当たりの電力成分が求まる。な
お、ここでC、Sとは、夫々C及びSの直上位置に上記
式中に示した様な符号∧を付加した符号を意味するが、
使用可能な符号の制限から夫々C、Sと表現した。(Equation 13) If C (k, λ) and S (k, λ) are obtained and plotted while changing λ and k, the power component per Δf can be obtained. Here, C 1 and S 2 mean a code in which the code ∧ shown in the above equation is added to the position directly above C and S, respectively.
Due to the limitation of usable codes, they are expressed as C and S , respectively.
【0051】[0051]
【数14】 図(b)は、上述の原理を具体的に実行する構成回路の
ブロック図である。図で受信信号r(t)はLPFで漏
波されて入力信号v(t)となる。v(t)の標本値
(ディジタル量)は入力側蓄積回路I−STに蓄積され
る。[r(t)の標本化、A/D変換は、LPFかI−
STの初段で行われるが、図には示していない。] 分析要素発生器E−Genは、(k,λ)の初期値に対
応し全ての要素周波数の余弦波が正弦波形C(t)とS
(t)、さらに図13に示したパラメータα,βを復調
器DEMに送る。DEMは入力信号に対し、これらのパ
ラメータを用いて分析を行い、出力(x1 ,y1 )を求
めこれを出力側蓄積回路O−STに送る。この分析の完
了とともに、DEFGの各周波数をΔfだけ右(または
左)にシフトするための制御命令SH(Δf)をO−S
TはE−Genに送る。その結果E−Genは(k,λ
+1)に対応する分析要素をDEMに送り、次の段の分
析が始まる。[Equation 14] FIG. 1B is a block diagram of a constituent circuit that specifically implements the above principle. In the figure, the received signal r (t) is leaked by the LPF and becomes the input signal v (t). The sampled value (digital amount) of v (t) is stored in the input side storage circuit I-ST. [R (t) sampling and A / D conversion are LPF or I-
Although it is performed in the first stage of ST, it is not shown in the figure. The analytical element generator E-Gen corresponds to the initial value of (k, λ), and the cosine waves of all element frequencies are sine waveforms C (t) and S.
(T) Further, the parameters α and β shown in FIG. 13 are sent to the demodulator DEM. The DEM analyzes the input signal using these parameters, obtains the output (x 1 , y 1 ) and sends it to the output side storage circuit O-ST. Upon completion of this analysis, a control command SH (Δf) for shifting each frequency of DEFG to the right (or left) by Δf is set to OS.
T sends to E-Gen. As a result, E-Gen is (k, λ
The analysis element corresponding to +1) is sent to the DEM, and the analysis of the next stage is started.
【0052】プロッタPLTはO−STから(k,λ)
に対応する(xj ,yj )を受信しこれらを用いて式
(48)によりほぼ連続的な入力信号の周波数位相特性
を求めその出力F(f)を得る。ここでΔf≪fD とす
れば、詳細な周波数特性が求まる。またPEFGとして
用いる周波数の数は1個でも良いがこれを増せば、分析
精度は高まる。近似値C(k,λ),S(k,λ)を求
める方法は、式(46)、(47)以外の方法、例えば
重みずけ加算による平均値算出方法や、Δfシフト毎に
生ずる出力(xj ,yj )の微分値を用いる方法などが
ある。この実施例の方法を用いると、広帯域入力に対し
ても連立方程式の元数(図15の場合は22元)を過大
にすることなく分析可能である。従来方式のfD 単位の
拡がりをもつ分析方法に比較すると、飛躍的な分析精度
の向上が表現される。The plotter PLT is from O-ST to (k, λ).
(X j , y j ) corresponding to the above are received, and using these, the frequency phase characteristic of the substantially continuous input signal is obtained by the equation (48) and the output F (f) thereof is obtained. Here, if Δf << f D , detailed frequency characteristics are obtained. Further, the number of frequencies used as PEFG may be one, but if the number is increased, the analysis accuracy is increased. The method for obtaining the approximate values C (k, λ) and S (k, λ) is a method other than the equations (46) and (47), for example, an average value calculation method by weighted addition and an output generated at each Δf shift. There is a method of using a differential value of (x j , y j ). By using the method of this embodiment, it is possible to analyze the system of equations (22 elements in the case of FIG. 15) without making it too large even for a wide band input. Compared with the conventional analysis method having a spread of f D units, a dramatic improvement in analysis accuracy is expressed.
【0053】図16は本発明の実施例で、高精度フィル
タの説明図である。図16(a)は図15の手法を用い
て入力信号v(t)を分析した出力の一部を示す。すな
わちλの値によりΔfHzの線スペクトル出力Cλ,S
λが与えられている。Δf≪fD とすれば、これらの値
は高い精度で入力に含まれる周波数と位相を近似するこ
とができる。したがって所望の周波数帯域をいま、(k
fD +λ1 Δf)〜{(k+1)fD +λ2 Δf}とす
れば、この帯域{fD −λ1 −1−λ2 )Δf}に含ま
れるCλ,Sλの複数[fD /Δf−λ+1+λ2 ]個
を用いて、入力信号中にこの帯域内成分を修正できる。
例えばこの帯域内成分を除去するような帯域阻止フィル
タを高い周波数精度で実現できる。FIG. 16 is an explanatory view of a high precision filter according to the embodiment of the present invention. FIG. 16A shows a part of the output obtained by analyzing the input signal v (t) using the method shown in FIG. That is, depending on the value of λ, the line spectrum output C λ, S of Δf Hz
λ is given. If Δf << f D , these values can approximate the frequency and phase included in the input with high accuracy. Therefore, the desired frequency band is now (k
f D + λ 1 Δf) to {(k + 1) f D + λ 2 Δf}, a plurality [f D of C λ and S λ included in this band {f D −λ 1 −1 −λ 2 ) Δf} / Δf−λ + 1 + λ 2 ] can be used to modify this in-band component in the input signal.
For example, a band elimination filter that removes this in-band component can be realized with high frequency accuracy.
【0054】図16(b)はこのフィルタ機能を実現す
る構成回路のブロック図である。FIG. 16B is a block diagram of a constituent circuit that realizes this filter function.
【0055】受信信号r(t)は広帯域の低減漏波器で
漏波されてv(t)となる。(標本化、A/D変換の表
示は省かれている。)v(t)は、I−STに蓄積され
る。周波数分析器FAは図15に説明した回路である。
その出力xj (k,λ)とyj (k,λ)は、波形発生
器WGに送られここで目標帯域の複数個の余弦波形と正
弦波形、C ki(t)とS ki(t)、を作りその合成波と
v(t)とを加算する。[この場合は目標帯域成分を除
くことにしたので、実際は減算する。]加算結果は帯域
阻止出力vF (t)となる。The received signal r (t) is leaked to a v (t) by a wide-band reduction leaky wave breaker. (Display of sampling and A / D conversion is omitted.) V (t) is stored in I-ST. The frequency analyzer FA is the circuit described in FIG.
The outputs x j (k, λ) and y j (k, λ) are sent to a waveform generator WG, where a plurality of cosine and sine waveforms of the target band, C ki (t) and S ki (t). ), And the combined wave and v (t) are added. [In this case, since the target band component is decided to be removed, the target band component is actually subtracted. ] The addition result is the band rejection output v F (t).
【0056】一般のフィルタの場合は減衰パラメータα
k γ,βk γを設定し、WGの出力を、In the case of a general filter, the attenuation parameter α
Set k γ and β k γ, and output the WG as
【0057】[0057]
【数15】 と仮定すれば、目標帯域の成分にαk γ,βk γに対応
する減衰位相特性を与えることができる。本発明の方式
は、フレーム信号に対し周波数OFに関し高い精度をも
つフィルタを構成できる特徴がある。(Equation 15) Assuming that, the attenuation phase characteristics corresponding to α k γ and β k γ can be given to the components of the target band. The method of the present invention is characterized in that a filter having a high accuracy with respect to the frequency OF can be configured for a frame signal.
【0058】[0058]
【発明の効果】本発明は時間制限された時間波形の周波
数分析精度を従来方式に比し飛躍的に高めることがで
き、かつ、信号に含まれる雑音成分抑制効果を高めるこ
とができるという特徴をもつので、諸分野に応用して卓
効を奏する。The present invention is characterized in that the frequency analysis accuracy of a time waveform whose time is limited can be dramatically improved as compared with the conventional method, and the noise component contained in a signal can be suppressed effectively. Because it has, it can be applied to various fields to achieve excellent results.
【図1】本発明の一実施例を示す受信側高感度復調回路
のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a receiving side high sensitivity demodulation circuit showing an embodiment of the present invention.
【図2】FSK伝送方式のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of an FSK transmission system.
【図3】n=3の場合で2値系列1、0、1、1を送る
場合の時間波形を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a time waveform when sending a binary series 1, 0, 1, 1 when n = 3.
【図4】2値信号の検出回路。FIG. 4 is a binary signal detection circuit.
【図5】特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram.
【図6】(a) 及び(b) はf=3.875fD の場合の正
弦波形図、及びそのDFT分析出力のスペクトル絶対値
を示す図。6 (a) and 6 (b) are sine waveform diagrams in the case of f = 3.875f D , and diagrams showing the spectrum absolute value of the DFT analysis output thereof.
【図7】(a) 及び(b) は式20、21で示す正弦波形を
示す図、及び(a) の3個のよう素正弦波形に生じる変化
を示す図。7A and 7B are diagrams showing sinusoidal waveforms represented by Expressions 20 and 21, and diagrams showing changes occurring in the three iodine sinusoidal waveforms in FIG. 7A.
【図8】(a) 及び(b) は図13に示す表の値を用いた分
析結果と連立方程式の解を示す図。8A and 8B are diagrams showing analysis results using the values in the table shown in FIG. 13 and solutions of simultaneous equations.
【図9】(a) はv(t)として式(8)に示す単一周波
数の正弦波を加えた場合の検出出力を求める方法でfを
変化させた場合の値(xj,yj )を示す図、(b) はその
分析誤差電圧を示す図。9 (a) is a value (x j , y j ) when f is changed by a method of obtaining a detection output when a single frequency sine wave shown in Expression (8) is added as v (t). ), (B) shows the analysis error voltage.
【図10】(a) はPj の周波数特性を求めた結果を示す
図、(b) はこの場合の分析誤差電力を示す図。10A is a diagram showing a result of obtaining a frequency characteristic of P j , and FIG. 10B is a diagram showing an analysis error power in this case.
【図11】(a) は分析出力の要素周波数成分の中で求め
た電力の値を示す図、(b) はその分析誤差電力を示す
図。11A is a diagram showing a value of electric power obtained in element frequency components of an analysis output, and FIG. 11B is a diagram showing an analysis error power thereof.
【図12】(a) は分析出力の要素周波数成分の中で求め
た電力の値を示す図、(b) はその分析誤差電力を示す
図。FIG. 12A is a diagram showing the value of electric power obtained in the element frequency components of the analysis output, and FIG. 12B is a diagram showing the analysis error power thereof.
【図13】入力波形と分析波形の間の相互相関記号を示
す表図である。FIG. 13 is a table showing cross-correlation symbols between an input waveform and an analysis waveform.
【図14】(a) 及び(b) は本発明の他の実施例であり、
多重伝送システムの説明図。14 (a) and (b) are other embodiments of the present invention, FIG.
Explanatory drawing of a multiplex transmission system.
【図15】連続周波数分析方式の実施例の説明図であ
り、(a) は要素周波数割当て図、(b) は構成回路のブロ
ック図。15A and 15B are explanatory diagrams of an embodiment of a continuous frequency analysis system, in which FIG. 15A is an element frequency allocation diagram, and FIG. 15B is a block diagram of a constituent circuit.
【図16】(a) 及び(b) は本発明の一実施例で高精度フ
ィルタの説明図である。16 (a) and 16 (b) are explanatory views of a high precision filter according to an embodiment of the present invention.
【図17】(a) 及び(b) はフレーム周期拡大の原理図。17 (a) and (b) are principle diagrams of frame period extension.
【図18】フレーム拡大処理の系統図。FIG. 18 is a system diagram of frame enlargement processing.
1 データ伝送方式でFSK,PSK,QAMなどの変
調方式を用いる場合の復調器、2 上記データ伝送方式
におけるSN比の向上、3 上記周波数利用効率の向
上、4 上記多値伝送方式の伝送容量の向上、5 高精
度波形周波数分析用測定器、6 高い周波数精度を持つ
フィルタ、7 超音波診断などの反射波形の分析、8
天文観測における受診電磁波の波形分析、9 メモリの
検出波形の分析、10 PCM伝送における受信側波形
識別器。1 a demodulator when a modulation method such as FSK, PSK or QAM is used in the data transmission method, 2 an improvement in the SN ratio in the data transmission method, 3 an improvement in the frequency utilization efficiency, 4 an increase in the transmission capacity of the multilevel transmission method Improvement, 5 High-accuracy waveform frequency measuring instrument, 6 Filter with high frequency accuracy, 7 Analysis of reflected waveform such as ultrasonic diagnosis, 8
Waveform analysis of electromagnetic waves received by a patient in astronomical observation, 9 Analysis of detected waveforms in memory, 10 Waveform discriminator on receiving side in PCM transmission.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01S 15/89 H04L 27/00 27/22 // G01S 5/02 Z H04L 27/00 A 27/22 Z (72)発明者 末広 直樹 茨城県つくば市竹園3−6−305−103 (72)発明者 内藤 敏勝 神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目1番1号 東洋通信機株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display location G01S 15/89 H04L 27/00 27/22 // G01S 5/02 Z H04L 27/00 A 27 / 22 Z (72) Inventor Naoki Suehiro 3-6-305-103 Takezono, Tsukuba-shi, Ibaraki (72) Inventor Toshikatsu Naito 2-1-1 Kotani, Samukawa-cho, Takaza-gun, Kanagawa Toyo Communication Equipment Co., Ltd.
Claims (7)
入力時間波形の中に含まれる周波数・位相成分の分析を
行うシステムにおいて、fd (=1/T0 )より小さい
任意の周波数間隔をもつことを許容する条件下で要素周
波数fj (j=0,1,2…N−1)を任意の数N個設
け、この要素周波数fj をもつ1対の直交波形成分Cj
とSj の組合わせにより該入力時間波形を分析し表現す
ることを特徴とした時間制限波形の周波数分析検出方
式。1. An arbitrary frequency interval smaller than f d (= 1 / T 0 ) in a system for analyzing frequency / phase components included in an input time waveform time-limited to a frame time length T 0 seconds. component frequency f j under conditions which permit to have (j = 0,1,2 ... N-1 ) to provided any number of N, the orthogonal waveform components C j a pair with the component frequency f j
A frequency analysis and detection method for a time-limited waveform, characterized in that the input time waveform is analyzed and expressed by a combination of S and S j .
まれる前記要素周波数の中の1個の成分fj をもつ任意
位相の波形の連続性を保つ条件の下に、該入力フレーム
の1部を重複使用するか、または削除することにより、
Tj がfj の周期の整数倍となるように該入力フレーム
長T0 を整数kを用いてTj =k(1/fj )に変更し
変形フレームを作り、該入力時間波形に含まれる周波数
fj の余弦波と正弦波成分を、Tj を積分フレーム長と
して相関分析することにより抽出するようにしたことを
特徴とした時間制限波形の周波数分析検出方式。2. The input frame 1 according to claim 1, under the condition that the continuity of the waveform of an arbitrary phase having one component f j in the element frequency included in the input time waveform is maintained. By duplicating or deleting parts,
T j is made a T j = k (1 / f j) changes to deform the frame using the integer k the input frame length T 0 to be an integral multiple of the period of f j, included in the input time waveform A frequency analysis detection method for a time-limited waveform, characterized in that a cosine wave component and a sine wave component of a frequency f j to be extracted are extracted by performing a correlation analysis with T j as an integral frame length.
まれる要素周波数fi (i=0,1,2…N−1)の余
弦波形Ci と正弦波形Si に対して、他の要素周波数f
j に対応した請求項2のフレーム時間Tj をもつ拡大ま
たは縮小フレームを作ることにより変形余弦波形Cijと
変形正弦波形Sijを作り、該入力余弦波形成分Ci 及び
該入力正弦波形成分Si に対してTj を積分フレーム長
としてCijとの相関系数αij,αijを求め、同様に該2
つの入力波形Ci ,Si に対しSijとの相関系数βij,
βijとを予め求め、この変形フレーム入力波形に対しC
ijとSijにより相関分析することにより、分析出力U
j ,Vj を求め、これらの値と該入力時間波形に含まれ
るfj 成分の中の余弦波成分の振幅xj と正弦波成分の
振幅yj を未知数とするとき成り立つ下式の2N元連立
1次方程式 【数1】 を満足するような(xi ,yi )の集合を求めることに
より入力時間波形に含まれるN個の周波数と位相を(x
i ,yi )のN組の集合により分析検出しうることを特
徴とした時間制限波形の周波数分析検出方式。3. The cosine waveform C i and the sine waveform S i of the element frequency f i (i = 0, 1, 2, ... N-1) included in the input frame according to claim 1, and other elements. Frequency f
A modified cosine waveform C ij and a modified sine waveform S ij are created by creating an enlarged or reduced frame having the frame time T j of claim 2 corresponding to j , and the input cosine waveform component C i and the input sine waveform component S i are generated. Correlation coefficients α ij and α ij with C ij are calculated with T j as the integration frame length for i , and
Correlation coefficient β ij with S ij for one input waveform C i , S i ,
β ij is obtained in advance, and C is applied to this modified frame input waveform.
Analysis output U is obtained by performing correlation analysis with ij and S ij.
j, obtains the V j, 2N source under formula holds when an unknown amplitude y j of amplitude x j and sinusoidal components of the cosine wave component in f j components contained in these values and the input time waveform Simultaneous linear equations [Equation 1] By obtaining a set of (x i , y i ) that satisfies the following, the N frequencies and phases included in the input time waveform are calculated as (x
i , y i ) A frequency analysis and detection method for time-limited waveforms, which is capable of being analyzed and detected by a set of N sets.
の1ないし複数個を詳細分析用要素周波数とし、残余を
主分析用要素周波数とし、前者の周波数のすべてを周波
数間隔Δf刻みでシフトしつつ、その度に請求項2、請
求項3の手法で分析結果(xi ,yi )の集合を求め、
この集合から、Δf刻みの線スペクトルの余弦波形と正
弦波形及び電力スペクトル密度を求めることにより、入
力フレーム信号の詳細な周波数特性を得るようにしたこ
とを特徴とする時間制限波形の周波数分析検出方式。4. The element frequency f j according to claim 1, wherein one or more of the element frequencies are used as a detailed analysis element frequency, the rest is used as a main analysis element frequency, and all of the former frequencies are shifted in frequency intervals Δf. While each time, the set of analysis results (x i , y i ) is obtained by the method of claim 2 and claim 3,
A frequency analysis detection method for a time-limited waveform characterized in that a detailed frequency characteristic of an input frame signal is obtained by obtaining a cosine waveform, a sine waveform, and a power spectrum density of a line spectrum in steps of Δf from this set. .
ペクトルの余弦波形と正弦波形の1ないし複数個に、所
望の減衰係数をγとするとき(1−γ)倍した振幅値を
乗算した後、入力波形から差し引くことにより、所望の
フィルタ特性をΔf刻みに近い精度で実現することを特
徴とする時間制限波形の周波数分析検出方式。5. The method according to claim 4, wherein one or more of the cosine waveform and the sine waveform of the line spectrum obtained in steps of Δf are multiplied by an amplitude value multiplied by (1-γ) when a desired attenuation coefficient is γ. After that, the frequency analysis and detection method of the time-limited waveform is characterized in that desired filter characteristics are realized with accuracy close to Δf step by subtracting from the input waveform.
波数fj (j=0,1,2…N−1)の余弦波形と正弦
波形からなる2N個の種類の信号中の何れか1個に送信
フレーム信号を対応させ、受信側でこれらの信号を相互
に干渉なく検出することにより最大2N値の多値伝送を
行うことを特徴とする時間制限波形の周波数分析検出方
式。6. Any of 2N kinds of signals consisting of a cosine waveform and a sine waveform of the element frequency f j (j = 0, 1, 2, ... N-1) according to claim 1, 2, 3 or 4. A frequency-analysis detection method for a time-limited waveform, characterized in that one transmission frame signal is associated with each other, and the reception side detects these signals without mutual interference to perform multi-value transmission of maximum 2N values.
×N組とし、各組毎に何れかの種類の信号を送信フレー
ム信号に対応させることにより、最大Nチャネルの2値
伝送を行うことを特徴とする時間制限波形の周波数分析
検出方式。7. The binary transmission of maximum N channels according to claim 6, wherein 2N types are set to 1 ×× N sets, and one type of signal is associated with a transmission frame signal for each set. A frequency analysis and detection method for time-limited waveforms characterized by being performed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7028850A JPH08204766A (en) | 1995-01-25 | 1995-01-25 | Frequency analysis detection method for time-limited waveforms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7028850A JPH08204766A (en) | 1995-01-25 | 1995-01-25 | Frequency analysis detection method for time-limited waveforms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08204766A true JPH08204766A (en) | 1996-08-09 |
Family
ID=12259861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7028850A Pending JPH08204766A (en) | 1995-01-25 | 1995-01-25 | Frequency analysis detection method for time-limited waveforms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08204766A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004522167A (en) * | 2001-06-29 | 2004-07-22 | テラダイン・インコーポレーテッド | Techniques for determining the power spectrum of small leaks of non-coherent sampling data |
| JP2009291294A (en) * | 2008-06-03 | 2009-12-17 | Aloka Co Ltd | Ultrasonic diagnostic apparatus |
| JP2009297351A (en) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Aloka Co Ltd | Ultrasonic diagnostic apparatus |
| JP2010075289A (en) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Aloka Co Ltd | Ultrasonic diagnostic apparatus |
| JP2014513287A (en) * | 2011-04-07 | 2014-05-29 | ソニター テクノロジーズ アクティーゼルスカブ | Position measurement system |
-
1995
- 1995-01-25 JP JP7028850A patent/JPH08204766A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004522167A (en) * | 2001-06-29 | 2004-07-22 | テラダイン・インコーポレーテッド | Techniques for determining the power spectrum of small leaks of non-coherent sampling data |
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| JP2009297351A (en) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Aloka Co Ltd | Ultrasonic diagnostic apparatus |
| JP2010075289A (en) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Aloka Co Ltd | Ultrasonic diagnostic apparatus |
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