JPS5816656B2 - 受信信号判定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は正弦波搬送波の少くとも１つのパラメータ（
例えば振幅、周波数又は位相）の変調によってデータを
伝送する同期式データ伝送方式に関する。

更に具体的に云えば、この発明はデータ受信器が受信し
た信号がデータ信号であるか雑音であるかを判定するこ
とが出来る搬送波検出器に関する。

同期式データ伝送方式は、変復調器として知られる２つ
一組の信号変換装置を介して少なくとも２つのデータ端
末を同じ伝送線路に接続する。

変復調器の作用は、データ端末から供給された２進デー
タの伝送線路の特性に合う信号に変換し、又はその逆に
変換することである。

普通、伝送線路は電話線路で構成される。

変復調器は、伝送線路を介して送信する為に２進データ
をアナログ信号に変換する送信器と、受信信号を２進デ
ータに変換する受信器とを有する。

各々の変復調器には、何も情報を伝送していない時に、
雑音によって誤って受信器を作動しない様にする手段を
設けなければならない。

雑音パルスが受信器を作動した場合、受信されたメツセ
ージは同等情報を持っておらず、関連した端末にとって
無意味であり、この時この端末は送信繰返しの要請を開
始する。

遠隔の端末でも同様なことが行なわれ、線路には雑音以
外には何もないのに両方の端末が互いに送信の繰返しの
要請を開始するということが起り得る。

搬送波検出器は、伝送線路から受信した信号がデータ信
号であるか雑音であるかを判定することが出来る様にす
る装置である。

高速の多重地点データ伝送方式が開発された結果搬送波
検出器は次第に重要になった。

こういう方式では、多数のデータ端末が複数個の変復調
器を介して共通の伝送線路に接続される。

この端末の全てが同じ程度の情報を持っているのでは々
く、一般にその内の１つ、普通は計算機が系統全体を制
御し、計算器と他の端末との間でデータが交換される。

一般に、計算機に付設された変復調器は主変復調器と呼
ばれ、他の変復調器は従変復調器と呼ばれる。

データの送信を行なう前、例えば早朝に主変復調器が共
通の伝送線路を介して初期設定信号を送り、徒食復調器
力粕分の所の個々の受信器を調節して、データを受信す
る準備が出来る様にする。

然し、初期設定信号が主変換復調器から送信される時に
、徒食復調器がオフ状態にあることが屡々ある。

この徒食復調器を後になってオンにした時、この変復調
器は計算機と他の成るデータ端末との間で交換されるデ
ータ信号を利用して自分の受信器を調節し、系統の動作
を乱さない様にする。

従って、徒食復調器は、自分の受信器を調節する前に、
伝送線路に存在する信号がデータ信号であるかどうかを
判定することが出来なければならない。

この判定が搬送波検出器によって行なわれる。

従来搬送波を検出する２つの主な方法がある。

第１の方法では、受信信号の振幅のどんな増加でも、そ
の増加を検出する装置を使う。

この増加をデータ信号の初めと解釈する。

この方法は非常に部隊であるが、振幅の大きい雑音を受
信した場合装置が誤って作動されることを含めて多数の
欠点がある。

更に、データ信号の伝送中に検出器がオンになると、検
出器は雑音からデータ信号への転換しか感知しないので
、この信号を検出することが出来ない。

第２の方法では、変復調器の受信器内にある等化器を使
って、データ信号を受信しているのかどうかを判定する
。

変復調器をオンにするや否や、等化器が適応モードで作
動され、等化器が収斂する時、受信信号がデータ信号と
して検出される。

この方法も幾つかの欠点がある。雑音しか受信していな
い場合、等化器の利得は任意の値を持ち、データ信号を
受信した時、等化器はもはや正しく収斂することが出来
なくなる。

更に、データ信号が発生した場合に装置が収斂出来る様
にする為、等化器の利得の値を定期的にリセットしなけ
ればならない。

従って、この発明の目的は、受信信号の振幅に関係なく
、伝送線路から受信した信号がデータ信号であるかどう
かを判定する装置を提供することにより、上に述べた難
点を克服することである。

一般的に云うと、この発明の装置はｆ。

を搬送波周波数として、ｆ、＝ｆ。

−１／２Ｔ及びｆ２＝ｆｃ＋１／２Ｔの周波数成分を受
信信号から抽出し、抽出された周波数成分子１及びｆ２
を加算し、こうして得られた和をＮ個の相異なる位相に
於いて標本化し、標本化されたＮ個の和のエネルギを測
定し、Ｎ個のエネルギを互いに比較し、Ｎ個のエネルギ
の内の最大のものが最小のものから実質的に異なる時、
受信信号をデータ信号として検出することにより、伝送
線路から受信した信号がデータ信号であるかどうかを判
定することが出来る様にする。

この発明を容易に理解出来る様にする為、搬送波の変調
によってデータを伝送する同期データ伝送方式の一般的
な特徴を簡学に説明しておくのが適当であると思われる
。

この方式では、伝送しようとする一連のビットを最初に
送信側変復調器の送信機で一連の符号に変換する。

この符号は、一般的には２のべき数に等しい多数の離散
的な値をとり得る。

次に周波数ｆ。の正弦波搬送波の１つ又は更に多くのパ
ラメータ（例えば振幅、周波数又は位相）を離散的な値
だけ変えること（振幅変調ＡＭ、周波数変調ＦＭ、ＦＳ
Ｘ、位相変調ＰＭ）により、Ｔ秒の間隔を持ち且つボ一
単位で表わしだ信号速度１／Ｔによって定められる信号
時点にこれらの符号が逐次的に伝送される。

この目的の為、限られた通過帯を持つ伝送線路を考える
と、その周波数スペクトルがＯ乃至１／２Ｔであって搬
送波を変調する信号エレメントを各々の符号に対応させ
る。

伝送線路を介して送られる変調搬送波のスペクトルは周
波数ｆ、 ＝ｆｏ−１／２Ｔ 及びｆ２−ｆｏ＋１／２
Ｔによって限られている。

受信側変復調器の受信器では、信号時点に於ける受信信
号のパラメータの値から符号の値を抽出する。

更に詳しい説明については、例えば１９６８年ニューヨ
ーク州マツクグローヒル社によって刊行されたＲ−Ｗ・
ラッキー、Ｊ・ザルツ及びＥ−Ｊ・ウェルトン・ジュニ
ア共著［プリンシプルズ・オフ・データ・コミニュケー
ション」を参照されたい。

受信器が到来信号を正確に検出出来る様にする為、受信
機の信号速度を決定する局部クロックは、送信器のクロ
ックと完全に同期していなければならない。

１つの提案されている方法では、受信器のクロックを同
期させる為に受信信号から周波数成分子１＝ｆｏ−１／
２Ｔ及びｆ２＝ｆＣ＋１／２Ｔを抽出し、これらの成分
の位相φ１及びφ２の間の差の値に従って、局部クロッ
クの位相を調節している。

φ１＝φ２の時、受信器のクロックが送信器のクロック
と完全に同期する。

この発明はこの事実を利用し、受信信号がデータ信号で
あるかどうかを判定する。

前に述べた様に、データ信号を受信し且つ局部クロック
が送信器のクロックと完全に同期している時、周波数成
分子１及びｆ２の位相φ１及びφ２は等しい。

この後はベクトルで説明するのが判り易い。

各々の成分は当該ベクトルの振幅がその成分の振幅であ
り且つ固定基準軸に対するその位相がその成分の位相で
ある様なベクトルで表わす。

この為、周波数成分１１及びｆ２の位相φ１及びφ２が
等しい時、これらの成分の和、即ちこれらの成分を表わ
すベクトルのベクトル和は最大値になることが判る。

このことが本発明の原理を導く。

即ち局部クロックの位相が変わると、周波数成分子１及
びｆ２の位相φ１及びφ２はもはや等しくなく、φ１−
−φ２に対応する最小値に達するまで、これらの成分の
和が変化する。

この為、局部クロックの位相が変わると、受信データ信
号の周波数成分子１及びｆ２の和が変化する、従ってデ
ータを受信した時、幾つかの異なった位相に於てこれら
の成分を標本化すると夫々の上記成分の和は著しく相異
することになる。

他方、雑音を受信した時、前記成分の平均エネルギは一
定のま＼である。

この発明に従って受信信号がデータ信号であるかどうか
を判定する為、周波数成分子１及びｆ２を受信信号から
抽出して加算し、Ｎ価の相異なる位相に於ける値を入手
するためその和を信号速度でＮ回（Ｎ／Ｔの時間間隔で
）標本化し、標本化されたＮ個の和のエネルギを測定し
、Ｎ個の測定されたエネルギの内の最大のものが最小の
ものから実質的に異なる時、受信信号をデータ信号とし
て検出する。

次にこの発明を実施した装置を図面について説明する。

第１図はこの発明による搬送波検出器のディジタル形実
施例である。

伝送線路から受信された信号が１図にはスイッチとして
示した標本化装置２の入力に印加される。

装置２の出力が普通のアナログ・ディジタル変換器３の
入力に接続され、この変換器の出力が２つのディジタル
形狭帯域Ｐ波器４，５０入力に並列に印加される。

このＰ波器の１例が第４図に示されている。

Ｐ波器４，５の出力が２進加算器６０入力に接続され、
加算器の出力がタップつき遅延線７の入力に接続される
。

遅延線７はτ−Ｔ／６秒の間隔を持つ６個のタップ８乃
至１３を有する。

実際には、遅延線７は５段のディジタル形シフト・レジ
スタで構成される。

タップ８乃至１３が６個の標本化装置１４乃至； １９
の入力に夫々接続される。

装置１４乃至１９の出力が６個の２進掛算器２０乃至２
５０２つの入力に接続され、掛算器の出力が６個のディ
ジタル積分器２６乃至３１の入力に夫々接続される。

図では、１つの積分器、即ち積分器２６しか詳し・ く
示していないが、他の全ての積分器もこれと同一である
。

普通、積分器２６は２進加算器３２を含み、その入力が
掛算器２０の出力に接続され、加算器３２の出力はＴ秒
の遅延を持ち込む遅延手段３３に接続される。

遅延手段３３の出力が２進掛算器３４で積分定数ｋを乗
せられ、この掛算器の出力が加算器３２の他方の入力に
印加される。

積分器２６の出力が加算器３２の出力に得られる。

積分器２６乃至３１の出力が夫々線３５乃至４０を介し
て判定論理装置４１の入力に接続される。

判定論理装置の出力が搬送波検出器の出力となる。

次に第１図の装置の動作を説明する。

第２Ａ図に示すスペクトルを持つ伝送線路からの受信信
号が、装置２によって標本化される。

同図で縦軸Ａは振巾、横軸ｆは周波数を表わす。

この標本化の速度は、標本化された信号のスペクトルが
周波数ｆ１＝ｆｃ−１／２Ｔ及びｆ２＝ｆｃ十１／２Ｔ
を間の範囲から外れない様にする為、信号速度１／Ｔよ
り高い周波数にする。

実際には、入力信号を正しく表わすのに十分な数の標本
を得るため度のｍ倍即ちｍ／ＴＫ等し標本化連間を選ぶ
べきである。

図示例では、標本化速度ｍ／Ｔはｍ＝Ｎ＝６として後述
のように６／Ｔに選ばれた。

標本化された信号がアナログ・ディジタル変換器３によ
ってディジタル信号に変換され、その出力が夫々周波数
ｆ１＝ｆｏ−１／２Ｔ及びｆ２−ｆｃ＋１／２Ｔを中心
とするディジタル形狭帯域Ｐ波器４，５０入力に並列に
印加される。

泥波器４が、第２Ｂ図に８１で示した受信信号の成分子
、を生じ、Ｐ波器５が第２Ｂ図に８２で示した成分子２
を生ずる。

１戸波器４，５の出力を入力として受取る加算器６が夫
々Ｓ１及びＳ２で表わされる受信信号の成分子１及びｆ
２を含む様なスペクトルを持つ信号を発生する。

この発明で必要とする成分子１及びｆ２の和をとる為、
それらを同じ周波数領域に変換することが必要である。

これは信号速度１／Ｔで加算器６の出力信号を標本化す
ることによって行なわれる。

こうすると、ｆ１＝ｆｃ−１／２Ｔ及びｆ２＝ｆｃ＋１
／２Ｔの間隔が１／Ｔであるかべ周波数ｆ１及びｆ２の
付近でスペクトルが重なり合うととになる７５４であム
この様にして加算器６の出力信号のスペックルＳ１及び
Ｓ２を同時に受取りうろこと（所謂重ね合わせ／ＦＯＬ
ＤＩＮＧ効果）が第２Ｃ図に示されている。

この発明では受信信号の周波数成分子１及びｆ２の和が
、加算器６を使って戸波器４，５の出力を加算し且つ信
号速度で標本化動作を行なうことによって得られること
が判る。

この発明では、標本化装置２に於て入力信号をＮ／Ｔ
（６／Ｔ ）で標本化したのでＮ＝６個の異なる位相に
於て、速度１／Ｔで標本化する。

所定の標本化速度の相異なるＮ個の位相に於て所定の信
号を標本化することは、この信号の相異なるＮ個の位相
を前記標本化速度で標本化することに相当する。

この２番目のやり方が第１図に示す装置で用いられる。

この装置では、Ｎ＝６に選んだ。

加算器６の出力信号が遅延線７０入力に印加される。

遅延線の６つのタップはτ＝Ｔ／６秒の間隔を有する。

タップ８乃至１３に得られる信号は加算器６の出力信号
の相異なる６つの位相を表わす。

これらの信号が標本化装置１４乃至１９により、速度１
／Ｔで同時に標本化される。

装置１４乃至１９の出力信号は夫々受信信号の周波数成
分子１及びｆ２の和を表わし、和が信号速度の相異なる
６つの位相を用いて標本化される。

前に述べた加算器６、遅延線Ｔ及び６個の標本化装置１
４乃至１９の組合せが、全体として相異なるＮ個の位相
を用いて速度１／Ｔで成分の和をＮ回標本化する手段を
構成することが判る。

標本化装置１４乃至１９の各々の出力信号のエネルギが
、掛算器２０乃至２５及びディジタル形積分器２６乃至
３１を普通の様に使って測定される。

積分器２６乃至３１の出力に得られる６個のエネルギＥ
１−Ｅ６が線３５乃至４０を介して判定論理装置４１の
入力に印加される。

判定論理装置４１の１例を後で第３Ａ図乃至第３Ｂ図に
ついて説明するが、その作用は６個のエネルギＥ１乃至
Ｅ６ を互いに比較して、これらの内の最大のエネルギ
Ｅ が最小のエネルギＥ 、と実質的に異なａＸ る時、データ信号を受信したことを表わす出力信号を発
生することである。

実際には、判定論理装置４１は、 Ｅ 〉γＥ 。

である時に出力信号を発生する。

こ＼でγは重み係数である。

γ＝４にすると、Ｃ１条件づき電話線又は無条件電話線
のいずれでも満足な検出が得られることが判った。

次に輌３へ図乃至第３Ｃ図について、判定論理装置４１
のディジタル形の実施例を説明する。

第３Ａ図に示す判定論理装置４１は本質的に５個の最大
値比較器４２乃至４６と、５個の最小値比較器４７乃至
５１とで構成される。

最大値比較器の１例が第３Ｂ図に示されており、最小値
比較器の１例が第３Ｃ図に示されている。

最大値比較器の機能は、その入力に印加された２つの量
を比較し、これらの量の内の最大のものをその出力に出
すことである。

同様に、最小値比較器はその入力に印加された２つの量
の内の最小のものを供給する。

第３Ａ図ｔ、線３５及び３６に現われるエネルギＥ１及
びＥ２が最大値比較器４２０入力に印加され、この比較
器の出力が最大値比較器４３の一方の入力に接続される
。

比較器４３の他方の入力は線３７からエネルギＥ３を受
取る。

最大値比較器４３の出力が最大値比較器４４の一方の入
力に接続され、比較器４４の他方の入力は線３８からエ
ネルギＥ４を受取る。

最大値比較器４４の出力が最大値比較器４５の一方の入
力に接続され、比較器４５の他方の入力は線３９からエ
ネルギＥ５を受取る。

最大値比較器４５の出力が最大値比較器４６の一方の入
力に接続され、比較器４６の他方の入力は線４０からエ
ネルギＥ６ を受取る。

この為、最大値比較器４６はエネルギＥ１乃至Ｅ６ の
内の最大のものＥ をその出力に発生する。

ａＸ エネルギＥ１及びＥ２は更に最小値比較器４Ｔの入力に
も印加される。

この比較器の出力が最小値比較器４８の入力に接続され
、比較器４８の他方の入力が線３７からエネルギＥ３を
受取る。

最小値比較器４８の出力が最小値比較器４９０入力に接
続され、比較器４９の入力が線３８からエネルギＥ、を
受取る。

最小値比較器４９の出力が最小値比較器５０の入力に接
続され、比較器５０の他方の入力が線３９からエネルギ
Ｅ５を受取る。

最小値比較器５０の出力が最小値比較器５１０入力に接
続され、比較器５１の他方の入力が線４０からエネルギ
Ｅ６を受取る。

この為、最小値比ぢ器５１はエネルギＥ１乃至Ｅ６の内
の最小のもＣＥｍｉｎをその出力に供給する。

掛算器５２でエネルギＥｍｉｎに重み係数γが乗ぜられ
る。

掛算器５２の出力が２進減算器５３（−）入力に接糾さ
れ、その（＋）入力が最大値比較器４６の出力に接続さ
れる。

減算器５３は差Ｅ −γＥ 。

ｍａＸ ｍｌｎ を決定し、この差の符号が正である時、即ちＥｍａＸ
〉 γＥｍｉｎ である時、信号、例えば正の信号を供給する。

第３Ｂ図は最大値比較器の１例を示す。

比較すべき量、例えばエネルギＥ１及びＥ２が、２進淵
算器５４の（＋）及び（−）入力に夫々印加される。

減算器５４の出力がアンド・ゲート５５の一方の入力に
接続され、その他方の入力はエネルギＥ１を受取る。

減算器５４の出力はインバータ５６を介してアンドゲー
ト５７の一方の入力にも接続され、その他方の入力はエ
ネルギＥ２を受取る。

アンド・ゲート５５及び５６の出力がオア・ゲート５８
の入力に接続され、このオア・ゲートの出力が比較器の
出力となる。

動作について説明すると、Ｅ、 ＞Ｅ２であれば、減算
器５４の出力は正のレベルであり、この為、アンド・ゲ
ート５５が付能され、アンド・ゲート５７が不作動にさ
れる。

エネルギＥ１がアンド・ゲート５５及びオア・ゲート５
８を介して比較器の出力にゲートされる。

Ｅ２〉Ｅｌであれば、アンドゲート５５は不作動にされ
、エネルギＥ２がアンド・ゲート５７及びオア・ゲート
５８を介して比較器の出力にゲートされる。

第３Ｃ図は最小値比較器の１例を示す。

この比較器は第３Ｂ図の比較器と同様であるが、減算器
５４の出力がアンド・ゲート５７０入力に直結されると
共にインバータ５９を介してアンド・ゲート５５０入力
に接続される点が異なる。

この比較器が、その入力に加えられた量の内の最小のも
のを出力に発生することは容易に明らかであろう。

次に第４図について、第１図のＰ波器４又は５として使
うことが出来る狭帯域Ｐ波器のディジクル形の実施例を
説明する。

普通、このＰ波器はその伝達関数Ｈ（ｚ）が次の様に定
義される反復形ディジタルＰ波器で構成される。

ここでａ＝２μｃｏｓ２ｒｆｒ、ｂ＝μ２ｊ ｃ＝μｃ
ｏｓ２πｆτ、μは１に近い定数、ｆはＦ波器の中心周
波数である。

第４図に示す例は、伝達関数Ｈ（ｚ）の表式から直接的
に導かれる普通の構成である。

Ｐ波しようとする信号が２進加算／減算器６０の（＋）
入力に印加され、その出力が遅延線の入力に接続される
。

この遅延線は３つのタップ及び２つの遅延素子６Ｌ ６
２を持ち、その各々がτ秒の遅延を導入する。

実際には、遅延線は２段のシフト・レジスタで構成され
る。

遅延線の入力側にある第１のタップが２進加算器６３０
入力に接続され、その出力がＰ波器の出力となる。

第２のタップが２進掛算器６４の入力に接続され、この
掛算器の他方の入力は係数Ｃの値を受取る。

掛算器６４の出力が加算器６３の他方の入力に接続され
る。

第２のタップは２進掛算器６５０入力にも接続される。

この掛算器の他方の入力は係数ａの値を受取る。

掛算器６５の出力が加算／減算器６０の（−）入力に接
続される。

第３のタップが２進掛算器６６の入力に接続され、その
他方の入力は係数すの値を受取る。

掛算器６６の出力が加算／減算器６０の別の（−）入力
に接続される。

第１図に示した装置では、この装置の動作を判り易くす
る為、６個の掛算器２０乃至２５を標本化装置１４乃至
１９の出力に夫々接続したが、当業者であれば、実際に
は加算器６の出力と遅延線７の入力との間に１個の掛算
器を設けて、６個の掛算器２０乃至２５の代りにするこ
とが出来るととは明らかであろう。

上に述べた搬送波検出器に下記の値を用いて試験した。

ｆｃ＝１８００Ｈｚ、ｆ ＝１０００Ｈｚ、ｆ２＝２
６００Ｈｚ、Ｔ＝１／１６００秒、１／τ＝６／Ｔ、γ
＝４、μ＝０．９９この状態で、０１条件づき電話線路
又は無条件電話線路のいずれでも満足な検出が達成され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の搬送波検出器の略図、第２Ａ図、第
２Ｂ図及び第２Ｃ図は搬送波検出器の種々の点に現われ
る信号の周波数スペクトルを示すグラフ、第３Ａ図、第
３Ｂ図及び第３Ｃ図は第１図にブロック図で示した判定
論理装置の１例を示すブロック図、第４図は第１図にブ
ロック図で示したディジタル形Ｐ波器の１例を示すブロ
ック図である。 ４．５・・・Ｐ波器、６・・・加算器、７・・・タップ
つき遅延線、８乃至１３・・・タップ、１４乃至１９・
・・標本化装置、２０乃至２５・・・掛算器、２６乃至
３１・・・積分器、４１・・・判定論理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正弦波搬送波の少くとも１つのパラメータの変調に
   よってデータを伝送する同期式データ伝送方式で受信器
   が受信した信号がデータ信号であるか雑音であるかを判
   定する装置に於て、ｆｏ を搬送波周波数、Ｔを信号周
   期として、 ｆ１＝ｆＣ−１／２Ｔ及びｆ２−ｆｃ＋１／２Ｔの周波
   数成分を受信信号から抽出するＰ波手段と、上記Ｆ波手
   段の出力を受取って画周波数成分の和を発生する手段と
   、上記の和のＮ個の異なる位相を速度１／Ｔで標本化し
   てＮ個の標本を得る手段と、得られたＮ個の標本のエネ
   ルギを夫々測定する手段と、これらのＮ個のエネルギを
   互いに比較し、これらのエネルギの内の最大のものが最
   小のものと実質的に異なる時に受信信号をデータ信号と
   して検出する手段とを有する受信信号判定装置。