Способы, устройства и системы приема и декодирования сигналов в присутствии шума с использованием срезов и деформирования

Способы, устройства и системы приема и декодирования сигналов в присутствии шума с использованием срезов и деформирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Известны проглатываемые датчики, которые могут содержать средство связи малой мощности для передачи сигналов, принимаемых приемником, который пользователь может носить на теле. Традиционные "системы связи с телом" должны быть способны обрабатывать передаваемые с высокой скоростью необработанные данные за установленный период времени с учетом доступной потребляемой мощности и емкости памяти. В традиционном приемнике поступающий сигнал проходит через аналоговые внешние интерфейсные аппаратные средства, содержащие аналоговые фильтры и аналоговые электронные усилители. Аналоговый фильтр обычно имеет широкую полосу пропускания, позволяющую обнаруживать сигналы, передаваемые на всех возможных частотах в соответствии с допустимым отклонением частоты передатчика. Поскольку аналоговые внешние интерфейсные аппаратные средства обеспечивают ограниченную фильтрацию, они пропускают значительное количество шума вместе с желаемым сигналом. После аналогового усиления и фильтрации сигнал оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Остальная часть обработки принимаемого сигнала может осуществляться в цифровых аппаратных средствах, таких как встроенный микропроцессор, конечный автомат, логическая вентильная матрица, среди прочих. Оцифрованный сигнал может проходить через один или несколько узкополосных цифровых фильтров с целью максимального удаления шума до попытки его декодировать.

В тех случаях, когда приемник рассчитывает несущую частоту со значительной степенью неопределенности, требуется, чтобы приемник начинал прием через более широкополосный цифровой фильтр и, соответственно, принимал большее количество шума. Большее количество шума означает, что слабый сигнал может быть полностью пропущен. Тем не менее, чтобы отбрасывать большую часть шума, в приемнике может применяться цифровой фильтр с узкой полосой пропускания. Однако, если центр полосы пропускания узкополосного фильтра соответствует неверной несущей частоте, поступающий сигнал может быть полностью пропущен. Соответственно, с целью эффективного обнаружения и декодирования поступающего сигнала, необходимо достичь равновесия между узкополосными фильтрами для удаления максимального числа шума и фильтрами с более широкой полосой пропускания для повышения вероятности того, что несущая частота сигнала будет захвачена, когда приемнику точно неизвестна несущая частота поступающего сигнала. Соответственно, приемник может быть сконфигурирован на итерационную корректировку средней частоты узкополосного фильтра, ее перенос в новое положение и затем еще одну попытку обнаружения. Этот процесс поиска несущей частоты с использованием узкополосного фильтра занимает много времени и является энергоемким. Что важно, для повторной фильтрации на новой средней частоте приемник должен сохранять в памяти копию записи исходных данных или при недоступности исходных данных получать запись совершенно новых данных. Этот процесс требует не только значительных ресурсов памяти (а особенности при использовании АЦП с высокой разрешающей способностью), но также затрат значительного ресурса аккумуляторной батареи устройства всего лишь для идентификации несущей частоты поступающего сигнала.

Сущность изобретения

Согласно первой особенности настоящего изобретения предложен способ по пп. 1-16.

Согласно второй особенности настоящего изобретения предложен приемник сигналов по п.п. 17-34.

Согласно третьей особенности настоящего изобретения предложен способ по пп. 35-39.

Согласно четвертой особенности настоящего изобретения предложен приемник по п.п. 40-44.

Согласно пятой особенности настоящего изобретения предложен способ по пп. 45-52.

Согласно шестой особенности настоящего изобретения предложен способ по пп. 53-61.

Согласно седьмой особенности настоящего изобретения предложен способ по пп. 62-65.

Согласно восьмой особенности настоящего изобретения предложен способ по п.п. 66 и 67.

Согласно девятой особенности настоящего изобретения предложен способ по пп. 68-72.

Согласно десятой особенности настоящего изобретения предложен способ по пп. 73-79.

Согласно одной из дополнительных особенностей настоящего изобретения предложена программа. Такая программа может использоваться как таковая или на программоносителе. Программоносителем может являться среда для записи или другой носитель данных. Передающей средой может являться сигнал.

В одном из вариантов осуществления способ может включать прием и дискретизацию сигнала. В сигнале может быть закодирован пакет данных. Может генерироваться и сохраняться срез, содержащий пару значений для каждого из заданного числа выборок сигнала. Затем может обнаруживаться присутствие пакета данных, и обнаруженный пакет может декодироваться из сохраненных срезов. Выборки сигнала могут представлять корреляцию сигнала с эталонными функциями в приемнике. Генерирование и сохранение срезов может осуществляться по мере дискретизации принимаемого сигнала. Дискретные значения сигнала могут отбрасываться по мере генерирования и сохранения срезов. Представлением сигнала в виде срезов можно манипулировать с целью генерирования фильтров с гибкой полосой пропускания и средней частотой.

В одном из вариантов осуществления способ обнаружения и декодирования сигнала, поступающего в приемник, может начинаться с приема поступающего сигнала приемником, необязательного выполнения какой-либо предварительной аналоговой обработки (например, усиления и фильтрации) в аналоговых внешних интерфейсных аппаратных средствах, после чего может осуществляться дискретизация предварительно обработанных данных в АЦП. Затем в одном из вариантов осуществления дискретные необработанные данные могут сравниваться с внутренними контрольными шаблонами, хранящимися в памяти, с использованием, например, алгоритма корреляции. Один из типичных методов включает корреляцию дискретизированного поступающего сигнала с заданными контрольными шаблонами на протяжении определенного периода времени.

В вариантах осуществления изобретения решены задачи захвата и хранения большого числа поступающих с высокой скоростью дискретизированных сигналов, что создает нагрузку как на вычислительные возможности, так и емкость памяти. Обе эти задачи решены в вариантах осуществления изобретения за счет захвата "срезов". В одном из вариантов осуществления представление данных в виде срезов обеспечивает достаточно информации для эффективного и компактного представления поступающего сигнала и реализации фильтров по большей части с любой полосой пропускания. В одном из вариантов осуществления срезы могут подвергаться операции деформирования, путем которой наборы срезов трансформируются выгодными способами с целью завершения процесса обнаружения. В действительности, в одном из вариантов осуществления срезы могут объединяться с целью создания фильтров с избирательно широкими или узкими полосами пропускания. В вариантах осуществления операция деформирования может быть сконфигурирована на трансформацию срезов, захваченных на одной частоте, в срезы на другой соседней частоте. Эта операция деформирования может осуществляться посредством алгоритма, сконфигурированного на определение несущей частоты поступающего сигнала и обнаружение пакетов данных в зашумленной среде. Представление параметров сигнала в виде срезов в сочетании с функцией деформирования согласно вариантам осуществления обеспечивает новый и эффективный способ выполнения сложных алгоритмов обнаружения с использованием ограниченных ресурсов аппаратных средств и памяти.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут ясны и следующего описания примеров его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показаны различные формы сигналов и типичный срез согласно одному из вариантов осуществления, а также система, в которую входит передатчик и приемник, сконфигурированные согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 2А показана корреляция дискретизированных сигналов двух форм.

На фиг. 2В показан способ расчета одного члена (в данном случае синусоидального члена) согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 3 показаны особенности способа расчета члена объединенного среза (в данном случае косинусоидального члена) согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 4 показаны особенности способа объединения синусоидального и косинусоидального членов среза с целью формирования более длинной корреляции согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 5 показана фаза сигнала, представленного как вращающийся вектор в системе полярных координат.

На фиг. 6А показан вращающийся вектор на опорной частоте в системе полярных координат.

На фиг. 6Б показан вращающийся вектор на опорной частоте и вращающийся вектор сигнала на большей, чем опорная частота, частоте в системе полярных координат.

На фиг. 6В показан вращающийся вектор на опорной частоте и вращающийся вектор сигнала на меньшей, чем опорная частота, частоте в системе полярных координат.

На фиг. 7 показаны особенности деформирования согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 8 показаны деформированные, совмещенные и готовые к объединению срезы согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 9 показаны особенности способа поиска несущей частоты и использованием деформирования срезов согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 10 показаны особенности обнаружения несущей методом частотной манипуляция (ЧМн) согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 11 показаны особенности обнаружения несущей методом ЧМн с точной настройкой согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 12 показана логическая блок-схема способа обнаружения сигнала согласно одному из вариантов осуществления.

На фиг. 13 показана логическая блок-схема способа согласно одному из вариантов осуществления.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показана система согласно одному из вариантов осуществления, в которую входят маломощный передатчик 102 колебательных сигналов и приемник 104. Показано, что передатчик 102 колебательных сигналов и приемник 104 могут быть разделены каналом 103 связи. Например, передатчик 102 колебательных сигналов может находиться внутри проглатываемого датчика, сигналы 105 которого принимает приемник 104, который пользователь может носить на теле, например, на коже 106. В этом случае каналом 103 связи может являться водная среда тела. Приемник 104 может содержать аналоговые внешние интерфейсные аппаратные средства, в которых принимаемый сигнал может подвергаться предварительной обработке до его ввода в АЦП 110, который может генерировать временной ряд выборок необработанных цифровых данных. Выборки могут быть представлены, например, как 1-24 разрядные двоичные числа. Приемник 104 может содержать контроллер 112, который может быть связан с памятью 114. Память 114 может быть сконфигурирована на хранение, как подробно описано далее, данных в виде срезов, контрольных шаблонов и других временных переменных, необходимых контроллеру 112. Приемник также может содержать связной интерфейс (не показанный), позволяющий передавать во внешний мир декодированную полезную нагрузку пакетов, закодированную в принимаемом сигнале.

В одном из вариантов осуществления реализованный в компьютере способ обнаружения и декодирования сигнала, поступающего в приемник 104, может начинаться: с приема поступающего сигнала 105 приемником 104, выполнения какой-либо предварительной аналоговой обработки (например, усиления и фильтрации) в аналоговых внешних интерфейсных аппаратных средствах 108, после чего может осуществляться дискретизация предварительно обработанных данных в АЦП 110. Затем в одном из вариантов осуществления дискретные необработанные данные могут сравниваться контроллером 112 с внутренними контрольными шаблонами, хранящимися в памяти 114, с использованием алгоритма корреляции. Один из методов включает корреляцию дискретизированного поступающего сигнала с заданными контрольными шаблонами на протяжении определенного периода времени.

В вариантах осуществления изобретения решены задачи захвата и хранения большого числа поступающих с высокой скоростью дискретизированных сигналов, что создает нагрузку как на вычислительные возможности, так и емкость памяти. Обе эти задачи решены в вариантах осуществления изобретения за счет захвата "срезов". В одном из вариантов осуществления представление данных в виде срезов обеспечивает достаточно информации для эффективного и компактного представления поступающего сигнала и реализации фильтров по большей части с любой полосой пропускания. В одном из вариантов осуществления срезы могут подвергаться операции деформирования, путем которой наборы срезов трансформируются выгодными способами с целью завершения процесса обнаружения. В действительности, в одном из вариантов осуществления срезы могут объединяться с целью создания фильтров с избирательно широкими или узкими полосами пропускания. В вариантах осуществления операция деформирования может быть сконфигурирована на трансформацию срезов, захваченных на одной частоте, в срезы на другой соседней частоте. Эта операция деформирования может осуществляться посредством алгоритма, сконфигурированного на определение несущей частоты поступающего сигнала и обнаружение пакетов данных в зашумленной среде. Представление параметров сигнала в виде срезов в сочетании с функцией деформирования согласно вариантам осуществления обеспечивает новый и эффективный способ выполнения сложных алгоритмов обнаружения с использованием ограниченных ресурсов аппаратных средств и памяти. Например, для выполнения описанной в изобретении обработки может использоваться одна или несколько программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA) или специализированных интегральных схем (ASIC). Также с выгодой может использоваться цифровой процессор сигналов (DSP).

Срез

В одном из вариантов осуществления предложена конструкция среза. Короткие корреляции, достигаемые в результате корреляции относительно короткого участка поступающего сигнала (например, приблизительно 4-8 циклов), именуются срезами. В одном из вариантов осуществления интервал среза может быть охарактеризован как заданный период времени. На фиг. 1 показаны различные сегменты сигнала с частотой 20000 Гц. Позицией 102 обозначен один цикл такого сигнала, период T которого равен 1/20000 Гц или 50 мкс. Позицией 104 обозначен один интервал среза, равный 4 циклам сигнала с частотой 20000 Гц или 200 мкс. В данном случае интервал среза произвольно принят за 4 цикла поступающего сигнала. Тем не менее, интервал среза может соответствовать другому временному интервалу или числу циклов. Например, интервал среза может соответствовать периоду времени, равному 8 циклам. Если конкретно не указано иное, далее интервал среза считается содержащим 4 цикла поступающего сигнала, при этом ясно, что могут быть легко реализованы другие интервалы срезов. Например, срез может выражаться в циклах, но необязательно должен содержать множество полных циклов какого-либо сигнала или шаблона. Срез может соответствовать любому заданному количеству времени. Длительность среза может быть при необходимости изменена в приемнике. Например, в приемнике могут быть реализованы две программы одновременного захвата двух потоков срезов, например, одного с частотой 20 кГц и другого с частотой 12,5 кГц. При вычислении обоих срезов могут использоваться две различные длительности срезов, применимые для каждого канала. Как обозначено позицией 106 на фиг. 1, четыре интервала срезов могут содержать 16 циклов и иметь длительность 800 мкс. Наконец, 64 цикла опорной частоты могут быть поделены на 16 интервалов срезов, как обозначено позицией 108. Число выборок поступающего сигнала, входящих в один срез, обусловлено определением интервала среза и частотой выборки АЦП:

число выборок на срез = частота выборки АЦП ⋅ интервал среза.

АЦП может иметь частоту выборки, по меньшей мере равную частоте выборки, требуемой согласно теореме Найквиста, а именно, по меньшей мере вдвое превышать частоту интересующего сигнала. В одном из вариантов осуществления может быть выбрана более высокая частота выборки АЦП, такая как в пять или более раз превышающая частоту интересующего поступающего сигнала. Могут использоваться другие частоты выборки. В одном из вариантов осуществления АЦП в приемнике (прикрепленном, например, к животу пациента) может быть сконфигурирован на выполнение 40 или более выборок в секунду. Может преимущественно выбираться периодическое время начала последовательных срезов с определенным, например, фиксированным интервалом. Тем менее, приемлемые результаты также могут быть получены даже в случае коротких промежутков времени, когда выборка не осуществляется.

Чтобы определить сходство между оцифрованными выборками поступающего сигнала и контрольным шаблоном, может быть получено скалярное произведение (сумма произведений соответствующих выборок) или выполнена операция корреляции. На фиг. 2А показана такая операция корреляции оцифрованного поступающего сигнала и косинусоидального шаблона. В данном случае, А может означать оцифрованный поступающий сигнал, а В может означать шаблон первой эталонной функции, такой как, например, косинусоидальный шаблон на первой опорной частоте (например, 20000 Гц). Иными словами, в одном из вариантов осуществления косинусоидальный шаблон В является представлением того, как по предположению приемника 104 должен выглядеть косинусоидальный компонент принимаемого сигнала, а операция корреляции определяет степень сходства между сигналом А и косинусоидальным шаблоном В. Как показано, выборки сигнала А умножаются на соответствующие выборки косинусоидального шаблона В, а результаты их сложения суммируются с числом выборок N. Говоря более строго, С является скалярным произведением А и В и может быть выражено следующим уравнением:

Аналогичным образом, на фиг. 2Б показа корреляция В и синусоидального шаблона. В данном случае А может означать оцифрованный поступающий сигнал, a D может означать шаблон второй эталонной функции со сдвигом по фазе на 90 градусов относительно первой эталонной функции. Например, шаблоном второй эталонной функции может являться, например, синусоидальный шаблон на опорной частоте (например, 20000 Гц). Как показано, выборки сигнала А умножаются на соответствующие выборки синусоидального шаблона D, а результаты их сложения суммируются с числом выборок N. Говоря более строго, S является скалярным произведением А и D и может быть выражено следующим уравнением:

Ортогональные косинусоидальные и синусоидальные шаблоны сдвинуты по фазе на 90 градусов относительно друг друга. Результаты двух корреляций С и S в сочетании отображают срез. В полярной системе представления комплексных чисел С + j ⋅ S является вектором, угол которого указывает фазу между поступающим сигналом контрольными шаблонами приемника. На практике срез можно считать фильтром 1/(интервала среза).

В одном из вариантов осуществления скалярные величины С и S могут быть масштабированы с использованием коэффициента масштабирования. Например, С и S быть масштабированы таким образом, что они могут иметь значения в области, например, от 0 до 1. Могут применяться другие коэффициенты масштабирования и области значений.

Как и описано в изобретении, контрольными шаблонами являются синусоидальные шаблоны и косинусоидальные шаблоны. Тем не менее, в качестве контрольных шаблонов могут использоваться другие сигналы периодической формы, такие как, например, сигналы пилообразной, прямоугольной или квадратной формы. При выборе сигналов несинусоидных форм в качестве контрольных шаблонов часть информации может отбрасываться, но из принимаемого сигнала может быть извлечен интересующий сигнал. Кроме того, даже при несовпадении контрольных шаблонов по фазе на 90 градусов могут использоваться контрольные шаблоны с другими фазовыми соотношениями. Например, контрольные шаблоны могут не совпадать по фазе на 89 градусов или 91 градус без существенных неблагоприятных последствий.

В одном из вариантов осуществления корреляции срезов (или просто срезы) могут вычисляться на основании необработанных оцифрованных выборок, генерируемых АЦП 110 приемника. Эти необработанные оцифрованные выборки могут сопоставляться с выборками как косинусоидальных, так и синусоидальных контрольных шаблонов на опорной частоте (freqRef), сохраненных в приемнике 104. В одном из вариантов осуществления косинусоидальный член и синусоидальный член среза могут определяться согласно следующим уравнениям:

в которых N означает число выборок в одном срезе.

Величина вектора среза может быть вычислена путем определения среднеквадратического значения (RMS):

Величина среза является скалярной величиной, отображающей величину объединенных срезов.

Угол вектора среза (угол среза) задан следующим уравнением:

Объединение срезов

На фиг. 3 схематически показано скалярное произведение сигнала А и шаблона В на протяжении двух интервалов срезов (при этом в данном случае интервал среза охватывает один цикл косинусоидального шаблона) и показан аддитивный характер корреляции. Чтобы срезы можно было объединять, в одном из вариантов осуществления все опорные сигналы каждого контрольного шаблона должны являться когерентными, то есть совпадать по фазе друг с другом. Как показано, корреляция или скалярное произведение А и В на протяжении двух интервалов срезов (в этом случае 2N выборок) соответствует простой скалярной сумме (накоплению) корреляции А и В на протяжении первого N цикла и корреляции на протяжении второго N цикла или

Кроме того, чтобы вычислить корреляцию за временной интервал, соответствующий трем интервалам срезов А и В, не требуется заново вычислять C1 и С2. Достаточно вычислить корреляцию С3 и прибавить результат к С12, чтобы получить корреляцию С13 (скалярное произведение векторов А и В на протяжении отрезка сигнала длиной 3 интервала срезов). Поскольку срез эквивалентен фильтру 1/(интервала среза), при объединении срезов в более длинные корреляции, полоса пропускания фильтра соответствующим образом уменьшается, как подробно описано далее.

В одном из вариантов осуществления со срезами обращаются как с комплексными парами, содержащими как косинусоидальный член, так и синусоидальный член. В одном из вариантов осуществления косинусоидальный член среза отображает корреляцию между дискретизированным поступающим сигналом и косинусоидальным шаблоном, хранящимся в приемнике 104 на опорной частоте (freqRef). Аналогичным образом, в одном из вариантов осуществления синусоидальный член среза отображает корреляцию между дискретизированным поступающим сигналом и синусоидальным шаблоном, хранящимся в приемнике 104 на опорной частоте freqRef. В качестве freqRef может быть установлена расчетная или номинальная частота, на которой должен осуществлять передачу передатчик, но которая может варьировать из-за производственных допусков (как в передатчике, так и приемнике), условий окружающей среды, таких как температура передатчика и приемника, искажения в канале связи (например, в водной и физиологической среде тела человека), например, вследствие солености желудочной среды и окружающих тканей. Другие факторы могут включать, например, отклонения в процессе калибровки частоты в передатчике и приемнике, который может не отличаться высокой точностью или может иметь большие шаги при регулировке частоты.

После выполнения расчетов срезов и сохранения членов срезов в памяти 114 исходные необработанные выборки, генерированные АЦП (на основании которых генерированы срезы), могут быть отброшены, поскольку все последующие шаги обнаружения пакетов, определения частоты и декодирования полезной нагрузки могут выполняться на основании сохраненных в виде срезов данных без необходимости когда-либо обращаться к оцифрованным выборкам, генерированным АЦП, или повторно генерировать их. В вариантах осуществления расчет срезов и сохранение данных в виде срезов в памяти 114 может оперативно осуществляться в реальном времени применимым контроллером, имеющимся в приемнике 104. В одном из вариантов осуществления данные корреляция срезов могут рассчитываться и сохраняться в памяти 114 контроллером 112 приемника на протяжении цикла выполнения команд контроллера между периодами выборок, выполняемых АЦП. Соответственно, может не требоваться сохранять в памяти 114 поток необработанных оцифрованных выборок из АЦП 110, что обеспечивает значительную эффективность.

В вариантах осуществления может достигаться значительное уменьшение числа данных, сохраняемых приемником 104. Например, опорная несущая частота может составлять 20000 Гц, а частота выборки АЦП может составлять 3,2 миллиона выборок в секунду (выб./сек), что соответствует 160 выборкам АЦП за цикл несущей частоты. Тем не менее частота выборки АЦП может выбираться свободно. Например, может выбираться частота выборки АЦП порядка тысяч выборок в секунду. Например, может выбираться частота выборки АЦП около 200 тысяч выб./сек, что соответствует 10 выборкам АЦП за цикл несущей частоты. Контроллер 112 может быть сконфигурирован на выполнение, например, 16 миллионов команд в секунду. Если интервал среза составляет 4 цикла опорной частоты при частоте выборки 200 тысяч выб./сек, в каждом срезе содержатся 10⋅4 или 40 выборок АЦП. Между каждым периодом выборки АЦП доступно 16000000/20000 или 80 циклов процессора, что в целом достаточно для генерирования и сохранения записи среза. В одном из вариантов осуществления каждая отдельная новая выборка может включаться в накапливающиеся скалярные произведения косинусоидального и синусоидального членов среза и сохраняться в этих доступных циклах процессора, что позволяет контроллеру 112 генерировать данные в виде срезов, не отставая от выборок, генерируемых АЦП. Результат расчета этой корреляции срезов представляет собой два числа (косинусоидальный член и синусоидальный член) и отображает сжатие 40:2 в пересчете на срез (например, 4 цикла поступающего сигнала) или коэффициент сжатия, равный 20, относительно потока необработанных выборок. В данном конкретном примере это соответствует снижению более, чем на порядок величины требований к памяти. Эта степень сжатия линейно увеличивается в результате увеличения длительности среза или повышения частоты частота выборки. В одном из вариантов осуществления при частоте выборки 760 тысяч выб./сек доступен 21 цикл процессора между выборками, что обеспечивает достаточные вычислительные возможности для генерирования данных в виде срезов без отставания от выборок по мере их поступления. Поскольку каждый цикл представлен 760/20 или 38 выборками, каждый срез отображает 4⋅38 или 152 выборки поступающего сигнала. Получаемый коэффициент сжатия составляет 152:2 или 71.

Аналоговая обработка срезов

В одном из вариантов осуществления поступающий сигнал может умножаться на два аналоговых множителя (например, квадратурных смесителя) с двумя опорными сигналами. Затем все произведения сигналов за определенный период времени могут быть суммированы (например, путем аналоговой интеграции с использованием конденсатора или активной Схеме на основе накопленного заряда конденсатора) и дискретизированы на значительно более низкой частоте. Каждая такая пара выборок отображает пару срезов. При таком аналоговом осуществлении могут быть достигаться выгода с точки зрения потребляемой мощности.

Объединение срезов, фильтрация

Расчет корреляции срезов, по существу, отображает фильтр с полосой пропускания 1/(интервала среза), или в случае опорной частоты 20000 Гц и 4 циклов на срез 1/200 мкс или 5000 Гц, что является относительно широкой полосой пропускания. В одном из вариантов осуществления составные косинусоидальные компоненты пары срезов и синусоидальные компоненты пары срезов могут быть объединены, за счет чего увеличивается длительность среза и создается фильтр с более узкой полосой пропускания. Поскольку между интервалом среза и полосой пропускания фильтра существует обратная зависимость, в одном из вариантов осуществления более узкая полоса пропускания фильтра может достигаться путем объединения членов срезов. В действительности, корреляции срезов, вычисленная на протяжении коротки периодов времени, может быть распространена на более длинные корреляции путем объединения таких коротких периодов времени, то есть путем объединения срезов. В одном из вариантов осуществления члены срезов могут объединяться путем суммирования последовательных косинусоидальных членов срезов и суммирования такого же числа последовательных синусоидальных членов срезов. Полученные два новых члена в паре образуют объединенный срез, отображающий более длинную корреляцию.

В вариантах осуществления такой расчет объединения срезов может выполняться для каждого номера среза (т.е. без перескакивания к каждому энному номеру среза). На фиг. 4 графически представлено объединение ранее вычисленных и сохраненных пар срезов косинусоидальных и синусоидальных компонентов. Показано, что исходные косинусоидальные компоненты сохраненных в виде срезов данных обозначены как "исходные косинусоидальные члены срезов", а исходные синусоидальные компоненты сохраненных в виде срезов данных обозначены как "исходные синусоидальные члены срезов". Чтобы объединить четыре среза, суммируют первые четыре косинусоидальных члена (i=1, 2, 3, 4) и получают "объединенный косинусоидальный член среза" с номером 1. Аналогичным образом, суммируют первые четыре синусоидальных члена данных в виде срезов и получают "объединенный синусоидальный член среза" с текущим номером 1. Соответственно, в качестве первой итерации суммируют i=1 и ранее вычисленные косинусоидальные члены с номерами i=1, i=2, i=3 и i=4, чтобы получить косинусоидальный член среза SliceCosTerm₁, и объединяют ранее вычисленные синусоидальные члены с номерами i=1, i=2, i=3 и i=4, чтобы получить синусоидальный член среза SliceSinTerm₁, после чего увеличивают i до 2. Затем может быть получен косинусоидальный член среза SliceCosTerm₂ из четырех последовательных косинусоидальных членов среза, начиная с текущего номера среза i=2; а именно, i=2, i=3, i=4 и i=5. Аналогичным образом, путем такого же вычисления может быть получен синусоидальный член среза SliceSinTerm₂. Эта операция может выполняться для всей записи среза. Путем варьирования числа объединяемых срезов можно по желанию выбирать полосу пропускания получаемого фильтра. Эта способность быстрым и простым способом генерировать различные фильтры выгодно используется в приемнике. В качестве простого примера, когда приемник 104 ведет поиск несущей частоты принимаемого сигнала, может быть объединено небольшое число косинусоидальных и синусоидальных членов среза, чтобы получить, по существу, фильтр с относительно широкой полосой пропускания, за счет чего повышается вероятность присутствия несущей частоты в пределах диапазона частот, который охватывает широкополосный фильтр. Тем не менее, такой широкополосный фильтр также пропускает соответствующее большое количество шума, что может затруднять обнаружение особо слабых сигналов. В качестве альтернативы, может быть большое число членов среза, чтобы получить по существу, фильтр с соответствующей узкой полосой пропускания. Такой узкополосный фильтр не пропускает большое количество шума, что может облегчать обнаружение несущей частоты.

В вариантах осуществления одним из результатов объединения срезов является цифровой фильтр с уменьшенной полосой пропускания при сохранении разрешения по времени исходных срезов. Следует отметить, что такие фильтры могут конструироваться с использованием только данных в виде срезов, сохраненных в памяти 114, поскольку исходные необработанные данные АЦП могли быть уже отброшены и, соответственно, быть недоступными. В вариантах осуществления может быть предусмотрено объединение большего числа срезов. Кроме того, может многократно осуществляться объединение различного числа срезов (и, следовательно, реализация фильтров с различными полосами пропускания) с использованием данных в виде исходных срезов или записи ранее объединенных срезов без повторного обращения к исходным необработанным выборкам АЦП (которые в любом случае могли быть отброшены) и без повторного захвата поступающего сигнала и повторного генерирования новых необработанных выборок АЦП. Из-за высокой степени сжатия, отображенного данными в виде срезами (т.е. более, чем на порядок величины в рассматриваемом примере), длинные записи данных в виде срезов могут храниться, например, в памяти контроллера даже в случае жестких ограничений на емкость памяти. Память 114, показанная на фиг. 1, может являться внешней или внутренней по отношению к контроллеру 112.

В одном из вариантов осуществления срезы не требуется объединять, если задан исходный интервал среза такой же длительности, как период времени объединенного среза в случае объединения срезов. Например, в качестве примера рассматриваемой реализации может быть задан интервал среза большей длительности, чем 4 цикла. Это может быть желательным в системах с хорошей кварцевой стабилизацией частоты передатчика и приемника. В таких случаях деформирование (описанное далее) необходимо лишь в узком диапазоне частот для обнаружения несущей частоты и/или присутствия пакета в зашумленной среде. Соответственно, в одном из вариантов осуществления для формирования фильтра может использоваться первоначально захваченный набор срезов без необходимости объединять срезы, как описано в изобретении.

Поскольку описанные и проиллюстрированные расчеты объединения срезов главным образом состоят из сложения, такие расчеты объединения могут выполняться эффективным образом. Кроме того, поскольку операция объединения срезов возможна только с пронумерованными синусоидальными и синусоидальными членами срезов, хранящимися в памяти 114, необязательно выполнять ее в реальном времени по мере поступления необработанных выборок, и она может выполняться после того, как на основании необработанных выборок АЦП поступающего сигнала генерированы и сохранены в памяти 114 все пары срезов. Помимо этого, поскольку в одном из вариантов осуществления операции объединения не приводят к изменению сохраненных пронумерованных пар срезов, операции объединения срезов могут повторяться любое число раз в зависимости от потребностей общих алгоритмов обнаружения и декодирования. Иными словами, данные в виде исходных срезов могут по желание использоваться множество раз. В качестве альтернативы, возможна операция объединения срезов, которые сами являются результатом операции объединения. Например, четыре среза могут быть объединены (в 4-срезную запись) путем 1) объединения четырех исходных срезов с целью генерирования 4-срезной записи или 2) объединения двух исходных срезов в 2-срезную запись, а затем объединения двух срезов 2-срезной записи с целью генерирования желаемой 4-срезной записи. Такая гибкость может использоваться, например, для сохранения памяти в процессоре.

Краткие выводы: срез и объединение срезов

Из описанного до этого момента представления в виде срезов можно заключить, что поступающий сигнал может захватываться с помощью последовательности коротких корреляций и контрольных шаблонов. Шаблоны могут содержать первую эталонную функцию и вторую эталонную функцию. В одном из вариантов осуществления первая и вторая эталонные функции сдвинуты по фазе на 90 градусов относительно друг друга; Например, первая эталонная функция может представл