用于同步一個接收機的方法以及一個接收機的制作方法

專利名稱：用于同步一個接收機的方法以及一個接收機的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于同步一個接收機的權利要求1的前序的方法、根據權利要求17的前序的一個接收機以及根據權利要求32的前序的一個電子裝置。
GPS系統(全球定位系統)是公知的定位系統，其包括超過30顆的衛星，其中一個接收機最多同時可見12顆衛星。這些衛星發送各種信息，比如描述該衛星時鐘以及其與GPS時間的關系的天文歷數據和時鐘數據參數。通常，使用在定位中的接收機通過計算從該定位系統的幾個衛星同時發送到該接收機的信號的過渡時間而確定其位置。為了確定其位置，接收機通常必須接收至少四個可見的衛星信號，以便能夠計算該位置。
該GPS系統的每一運行衛星以1575.42MHz的載頻發送一個所謂的L1信號。該頻率也表示為154f0，其中f0=10.23MHz。另外，衛星以1227.6MHz的載頻，即120f0發送一個L2信號。在衛星中，這些信號以至少一個偽隨機序列調制。每一衛星具有一個不同的偽隨機序列。作為調制的結果，形成一個編碼調制的寬帶信號。該調制技術使得接收機有可能區別由不同衛星發送的信號，盡管使用在發送中的載頻是基本上相同。該調制技術被稱之為碼分多址(CDMA)。使用在每一衛星中用于調制L1信號的偽隨機序列之一是所謂的C/A碼(粗略/采集碼)，所謂的金碼。每一GPS衛星使用唯一的C/A碼發送信號。該碼被形成為兩個1023比特的二進制序列的模數2取和。第一個二進制序列G1使用多項式X10+X3+1形成，以及第二個二進制序列G2由延遲多項式X10+X9+X8+X6+X3+X2+1形成，以使每一衛星具有不同延遲。此排列實現利用類似的代碼發生器產生不同的C/A碼。該C/A碼是二進制碼，其中GPS系統中的碼段的速率是1.023MHz。C/A碼包括1023個碼段，碼的重復時間的平均是1ms。L1信號的載波進一步用導航信息以50比特/s的比特率調制。該導航信息包括關于衛星的″健康狀態″、軌道和時鐘數據參數等的信息。GPS系統的每一衛星由例如原子鐘保持的局部計時。
在操作期間，衛星監視操作中的設備的狀態。例如，衛星能夠使用所謂的值班狗的功能檢測設備中的故障并且提供有關的提示。錯誤和故障可能是暫時或長期的。根據該健康狀態，可能補償某些錯誤，或否則由故障衛星發送的信息可能被完全忽略。另外，在可能接收多于四個衛星的信號的情形中，從不同衛星收到的信息能夠根據該健康狀態以不同的方法加權。因此有可能最小化似乎可能引起不可靠測量的衛星的錯誤。
為了檢測該衛星信號并且識別該衛星，接收機必須執行一個同步化操作，其中該接收機搜索每一衛星的信號并且試圖與該信號同步，以能夠接收并且解調利用該信號發送的數據。
在已有技術的接收機中，用于這種同步化操作所需時間在諸多的因素中取決于接收信號的強度。通常，將要接收的信號越弱，必須積分以便檢測一個可能信號的檢索空間(相互關系/頻率)的每一單元越長。在通常設計來作戶外使用的已有技術的GPS接收機中，如果接收信號相當強，例如在-120到-130dBm的范圍中，則與衛星信號的同步使用幾十秒或幾分鐘。但是，如果定位是在戶內或在由建筑物或其它在地帶中的障礙物使接收信號衷減的地方進行，則實質上會增加同步時間。在戶內的信號強度大致通常是-150dBm，因此使用一個順序搜索的同步所需要的時間將是幾小時。對于執行一個合理的定位來說，此時間顯然太長。圖2a以實例的方式示出來自一個衛星的CDMA信號發送，以及圖2b示出當達到該接收機時的發送信號。該將要被接收的信號已經在傳輸鏈路上實質衰減，并且包含累計噪音。
當例如該定位接收機被接通時該接收機必須執行同步，并且在長時間沒能接收任何衛星的信號的場合，該定位接收機也必須執行同步。像這種情形容易出現在移動裝置中，因為該裝置的移動以及裝置的天線并不總是在相對于衛星的一個最佳位置，這將削弱信號到達接收機的強度。在市區中，建筑物也對接收信號有影響，并且還能夠引起所謂的多路徑傳播，其中通過幾個不同路由把信號發送到該接收機，例如從衛星(直接)傳播以及從建筑物反射傳播。多路徑傳播的結果是，相同的信號被作為幾個具有不同相位的信號接收。
該定位系統具有兩個主要功能1．計算接收機到不同GPS衛星的偽距，以及2．使用該計算的偽距以及衛星位置信息確定該接收機的位置。在任何給定的時間，能夠根據該天文歷數據以及從衛星收到的校正信息計算該衛星位置信息。
由于在該接收機中不確切知道該接收機的時間，所以到衛星的距離被稱之為偽距。在這種情況下對位置和時間的確定被重復，直到已經實現充分精確的時間以及充分精確的位置。由于目前不知道絕對精度，所以該位置和時間必須通過線性化一組用于每一新迭代的方程式而確定。
能夠通過測量不同衛星信號的平均出現的過渡時間而執行該偽距的計算。在接收機與接收信號同步以后，該信號中發送的信息被解調。
幾乎全部已知的接收機都使用計算該范圍的相關方法。不同衛星的該偽隨機序列被存儲或被在該定位接收機中產生。對于該接收信號執行一個降頻變換，然后接收機把這接收信號與存儲的(或本地產生的)偽隨機序列倍乘。作為相乘結果形成的信號被積分或低通濾波，因此該結果指示該接收信號包含由衛星發送的信號。在這接收機中執行相乘被重復，以使每次保存在該接收機中的偽隨機序列的相位被移動。從相關結果估計正確相位的方式最好是當相關結果最高、該正確相位已經建立時。用這種方法，接收機與該接收信號正確同步。
在已經利用該碼執行同步以后，該頻率被精確地調諧，并且執行鎖相。相關結果還顯示在GPS信號中發送的信息，意味著該信號是一個已解調信號。
上述提到的同步和頻率調整處理必須在接收機針對接收的每一衛星信號重復。因此，該處理消耗許多時間，特別是在接收弱信號的情形中。在某些已有技術的接收機中，使用幾個相關器，以便加速此處理，因此能夠同時地搜索更相關的峰值。在實際應用中，不可能通過簡單地增加相關器的數量而很多地加速同步和頻率調整，因為它們的數目不能無限地增加。
某些已有技術的GPS接收機使用FFT技術，以便確定結合了普通相關器的已收GPS信號的多普勒頻移。在這些接收機中，相關被用于把接收信號的帶寬降低到10kHz-30kHz。使用FFT算法分析此窄帶信號，以便確定載頻。
針對處理GPS信號的GPS接收機和方法出現在國際專利申請WO97/14057中。出現于此申請中的接收機包括兩個分離的接收機，第一接收機使用在接收信號強度充分的情形中，第二接收機使用在接收信號強度不充分的情形中，以便使用第一接收機執行十分精確位置確定。在第二接收機中，接收信號是數字化并且存儲在一個存儲器裝置中，從而在一個數字信號處理單元中后續處理這些存儲的信號。數字信號處理單元對于已收的數字化信號執行卷積運算。卷積運算的目標是計算偽距。存儲在存儲器裝置中的編碼序列的數量(PM幀)通常范圍是約從一百到一千，其對應于具有100ms到1s長度的信號。在此以后，從在接收信號的分析中被使用的接收機的存儲器中檢索對應于將要被檢查的衛星的碼的一個存儲碼。
接收機中還除去多普勒頻移。使用第一接收機或根據從GPS系統的一個基站收到的信息確定多普勒頻移的量。在此以后，連續幀被連貫取和。對于作為取和結果的產生的數據集執行快速傅里葉變換。使用存儲在該存儲器裝置中的基準信號的傅里葉變換的復共軛對于該傅里葉變換結果執行相乘。對于此相乘的結果執行進一步的傅里葉逆變換，從而接收若干相關結果。在此公開中由一傅里葉變換替代一個關連，因此降低計算的數量。根據該規范，與提交本申請之時已知的方案相比較，該方法把定位加速了10到100倍。
本發明的目的是提供一個接收機，即使發送信號是弱信號，接收機與發送信號的同步的執行也能夠比已有技術的接收機實質上更快。本發明特別適合于使用在對接收機定位的過程中，而且適合于使用在其它接收機中，有益地使用在其中接收機必須與一個擴展頻譜信號同步的CDMA接收機中。本發明基于這種概念，即基于卷積和時間-頻率變換，比如快速傅里葉變換的頻率解析屬性被更有效地使用，從而有可能比采用傅里葉變換的已有技術解決方案同時地檢查更大的信息量。根據本發明的一種方法的特征是由權利要求1中的特征部分闡明。根據本發明的一個接收機的特征在于權利要求17闡明的特征。根據本發明的一個電子裝置的特征在于權利要求32闡明的特征。
與已有技術的方法以及接收機比較，本發明提供可觀的優點。尤其在定位接收機的過程中，根據本發明的方法能使接收機更快地與接收信號同步。以此方法定位能夠被更快執行，即使在弱接收信號的地方，例如在戶內或在實質上衰減信號傳播路徑障礙物的市區。與已有技術方法比較，根據本發明的方法實質上改善了同步加速。根據本發明的接收機能夠使用相對小數目的部件實現，并且總能耗能夠被保持在一個合理的水準，因此本發明特別適合于在便攜裝置中使用。因此該定位接收機還可以與一個移動站結合實現。
下面參照附圖更詳細地描述本發明，其中

圖1是其中執行根據本發明方法的一個接收機的簡化方框圖；圖2a示出從衛星發送信號的簡化示意圖；圖2b示出接收機中的圖2a的簡化信號的一個實例；圖3示出按照簡化示意圖的本發明最佳實施例一個方法的相關步驟；
圖4示出按照簡化示意圖的本發明最佳實施例一個方法的分析步驟；圖5示出按照簡化示意圖的本發明最佳實施例一個方法的取和步驟；圖6示出按照簡化示意圖的本發明最佳實施例一個方法的決定步驟；圖7示出根據本發明最佳實施例的一個電子裝置的簡化方框圖；并且圖8示出一個已有技術的相關器，可被用于在根據本發明最佳實施例的方法中。
在圖1所示的接收機1中，接收信號最好在轉換框2中轉換成一個中頻。如公知，在此階段的信號包括兩個成份，I和Q，之間存在90度的相位差。中頻轉換的模擬信號成份在數字化框3中被數字化并且通至乘法器框4中。在乘法器框4中，數字化信號的I和Q成份與數字控制的振蕩器(NCO)5產生的信號倍乘。數控振蕩信號被用于校正由多普勒頻移引起的頻差以及接收機1的本機振蕩器(沒示出)的頻差。如將在后面描述那樣，數字控制的振蕩器5還結合根據本發明的方法使用。乘法器塊4形成的信號被通至同步塊6，其中執行根據本發明的方法。同步塊6試圖找到在以后同步操作執行中使用的碼相位衛星的頻率偏移。這將在后面的描述中敘述。同步過程中，控制部件7按照要求控制調節數控振蕩器5的頻率的掃描框8。控制部件7使得第一開關9在同步過程中把掃描框8形成的信號連接到數控振蕩器5，或當同步已經實現時把由碼跟蹤框11形成的控制信號連接到數控振蕩器5。第二開關10被用于控制碼跟蹤框11的操作。碼跟蹤框11形成碼鎖相環以及載波相位鎖定環(沒示出)的一部分。
在接通工作電壓以后，或在接收機1已經沒有能力長時間接收GPS衛星信號的情形中，在該接收機1中將針對每一已收的衛星信號執行一個二維搜索步驟。該二維搜索的目標是確定每一衛星的載頻和碼相位。該載頻受由于衛星的運動產生的多普勒頻移以及接收機本機振蕩器的不精密的影響。該頻率的不精密可能大到±6kHz，該情況中的接收機必須相對于實際傳輸頻率(L1=1575.42MHz)搜索大致12kHz的頻率范圍。接收機1也不知道準確的碼相位，因此該接收機必須也從1023個有可能碼相位確定準確的碼相位。這將引起一個二維搜索過程，其中搜索在12kHz范圍中的頻率偏移以及從1023個不同碼相位搜索出一個碼相位。在根據本發明最佳實施例的一個方法中，有可能一次檢查大致500Hz的頻率范圍，因此如果有必要的話，該方法將重復24次，以便覆蓋將要被檢查的12kHz的整個頻率范圍。明顯地，使用在該說明書中的值僅用作闡明本發明的實例而不構成本發明的限制。本發明還可以應用于GPS系統之外的系統，其中頻率值、碼相位和碼的數量能夠改變。
下面根據圖1描述在接收機1中執行的本發明最佳實施例的一個方法的操作。為了開始同步，掃描框8設置數控振蕩器5的頻率，以使接收機有利地接收該頻率范圍的最低頻率，本實例中的該頻率范圍是1575.414MHz-1575.4145MHz。該接收機還可以通過使用預先確定的位置信息和/或年鑒信息指定該開始頻率，從而可能進一步加速定位。接收信號的取樣最好按照復數取樣矢量pk(1),pk(2)…pk(N)，保存在取樣矢量形成框12中，在最佳實施例中的每一復數取樣矢量包括1023個取樣。在本最佳實施例中，取樣在存儲在取樣矢量形成框12中的速率與碼段的分割速率基本相同，大致是1023000個取樣。取樣矢量是連續的，以使一個取樣矢量時間上繼續在另一取樣矢量之后，即預先取樣矢量的最后的取樣和下一個取樣矢量的第一取樣之間的時間差基本上與該矢量的連續取樣之間的時間差相同。該1023個取樣對應于1ms的信號，其對應于可被使用的一個部分的1kHz的一個頻率范圍。取樣矢量形成步驟以圖3中的參考數字101表示。
取樣矢量的數量最好是N，其中N最好是2的冪。另外，在本發明的最佳實施例中，如后面說明書中敘述的那樣，取樣矢量的形成被重復K次。在下面，下標K被用于表示不同的重復。當定義取樣矢量pk(1),pk(2)…pk(N)的數目N時，必須考慮到在該GPS系統中，這信號以50比特/s的比特速率的信息調制為二進制調相信號。另一個限制該取樣矢量pk(1),pk(2)…pk(N)的數目N的因素是接收機本機振蕩器的頻率穩定度。
除了取樣矢量形成步驟之外，根據本發明的同步方法還包括一個相關步驟，其中形成一個相關函數矩陣。
該相關步驟能夠在取樣過程中部分地執行，或在N個取樣矢量pk(1),pk(2)…pk(N)已經形成以后執行。如果通過一個時間-頻率變換，比如快速傅里葉變換(FFT)執行相關步驟，則在已經保存了取樣矢量以后針對每一取樣矢量計算該時間-頻率變換，同一個時間-頻率變換能夠被用于所有的N個取樣矢量pk(1),pk(2)…pk(N)。另一方面，如果該相關步驟在已經保存了N個取樣矢量以后執行，必須針對每一取樣矢量使用單獨的時間-頻率變換器，即針對不同取樣矢量連續地使用同一個時間-變換器執行時間頻率變換。圖3示出這種方法的相關步驟，其中從取樣矢量pk(1),pk(2)…pk(N)形成相關函數矩陣Cx,k。雖然在本說明書中該傅里葉變換主要地使用作為一個時間-頻率變換的實例，并且該傅里葉逆變換被使用作為一個逆變換的實例，但是作為一個頻率-時間變換，本發明顯然不應僅限制為這些實例。
對于每一取樣矢量pk(1),pk(2)…pk(N)執行離散傅里葉變換102，最好是一個快速傅里葉變換FFT。
Pk(i)=FFT(pk(i))其中i=1,…N(1)這在圖3中由框FFT1、FFT2…FFTN示出。實踐中，使用在計算中的值的數量最好是1024，因為隨后該離散傅里葉變換在實際應用的執行可能比當使用值1023時更有效率地多。這樣做的一種方法是添加一個額外零作為該第1024個單元。這對于變換結果具有較小的影響。
對應于GPS系統全部衛星的C/A碼r(x)最好被存儲在該接收機中，其中x涉及該衛星標識符，例如在1-36的范圍內。不需要存儲該基準碼，但是它們也能夠在該接收機中產生。在該相關階段，發送在一個特定時間同步接收機的信號的衛星的基準碼被選擇或產生。該基準碼被暫時反向。對于反向的基準碼執行一個離散傅里葉變換103，最好是快速傅里葉變換(FFT)，由圖3中的r(x)表示。
R(x)=FFT(r(x))(2)該反向的基準碼r(x)和/或其FFT變換可以預先保存在接收機的存儲器裝置中，或結合同步處理從基準碼r(x)中形成。
相關階段的下一個步驟中，執行在用于每一取樣矢量pk(i)的傅里葉變換結果Pk(i)與該反向基準碼r(x)的傅里葉變換R(x)之間的相乘104。
Mx,k(i)=R(x)·Pk(i) (3)對于這些相乘的結果執行一個反向傅里葉變換105，從而該結果是基準碼r(x)與具有全部的可能整數延遲(1023)的接收信號的交叉相關。
mx,k(i)=iFFT(Mx,k(i))(4)此結果是基于該事實，即時域信號的卷積的傅里葉變換對應于付立葉變換的信號的乘積，即時域信號轉變成頻域信號。當也使用反向基準碼時，能夠使用傅里葉變換執行快速的離散時間相關。因此，在本最佳實例中，該交叉相關結果包括1023個單元。從各種取樣矢量pk(i)形成的交叉相關結果mx,k被用于形成相關函數矩陣Cx,k其中行的數量是取樣矢量的數目N。
顯然，不用該基準碼的時間轉換，從取樣矢量pk(i)有可能形式反向的取樣矢量pk(i)，其中該基準碼r(x)被直接使用，而該反向的取樣矢量被使用在上面出現的計算中。在一個最佳實施例中，不需要執行上述的任一轉換，但是基準碼r(x)與取樣矢量pk(i)能照常使用。這是基于對相關定理的性質的使用，其顯示在兩個時間離散的函數z1、z2之間的交叉相關corr(z1,z2)能夠利用頻域變換函數的一個頻率-時間變換形成。能夠利用下面表達式表示corr(z1,z2)∝IFFT((Z1*·Z2)(5)因此，在本發明的一個最佳實施例中，有可能通過下述的過程形成在取樣矢量pk(i)和基準碼r(x)之間的交叉相關對于該取樣矢量pk(i)和基準碼r(x)執行傅里葉變換(最好是快速傅里葉變換FFT)以便形成的傅里葉變換Pk(i)和基準碼r(x)的傅里葉變換R(x)，形成該取樣矢量pk(i)的傅里葉變換Pk(i)的復共軛P*k(i)，把形成的復共軛P*k(i)與該基準碼的傅里葉變換R(x)倍乘，并且對于該相乘結果執行傅里葉逆變換。另外，能夠從基準碼的傅里葉變換R(x)形成一個復共軛R*(x)，其中把該復共軛與取樣矢量的傅里葉變換Pk(i)相乘，然后對于該相乘結果執行一個反向傅里葉變換。
在此連接方式中，應該強調的是前一段出現的對于在取樣矢量和基準碼r(x)之間的交叉相關的計算是相關與卷積以及在它們之間的密切相關性的基本性質的結論，因此在時域中的一個功能的轉換實際相當于在頻域中的一個復共軛的形成。此更詳細的相關描述可見在此引作參考的出版物″Digital SignalProcessing-A Practical Approach″(著者是Emmanuel C.lfeachor和BarrieW.Jervis,Addison-Wesley出版公司，1993年ISBN 0-201-54413-X，第4章″Correlation and Convolution″)。還應該指出，對于本發明的申請來說以哪個方法用于獲得該交叉相關結果是不重要的。
在該相關階段形成的相關函數矩陣Cx,k的行表示接收信號與具有1個毫秒間隔的不同相位差的基準碼的交叉相關。按照公式，該相關函數矩陣能夠被表示成
在下一個階段，即分析階段，使用相關函數矩陣Cx,k的轉置矩陣106，如已有技術相關器那樣，其中該行表示時域中的信號抽樣。每一行對應于在接收信號以及基準碼之間的一個確定的碼相位差。對于相關函數矩陣Cx,k的每一行執行傅里葉變換107，形成連貫搜索矩陣Ax,k因此執行一個頻率解析以便確定實際的頻移。這在圖4示出。
Ax,k=FFT(CTx,k)(7)在實際應用中，不需要以一個單獨步驟從相關函數矩陣形成轉置矩陣，而是從存儲器16(圖7)以不同方向，最好按列讀出存儲的相關函數矩陣Cx,k的單元。
相關函數矩陣Cx,k還可以通過已知方式使用匹配濾波器形成。例如美國專利US5,373,531公開了一種使用匹配濾波器(圖8)實現的相關器25，能夠適用于形成該相關函數矩陣Cx,k。該匹配濾波器從三移位寄存器形成，以使接收信號的I-成份饋送到第一移位寄存器26、接收信號的Q-成份送到第二移位寄存器27、以及對應于衛星的碼的基準碼被饋送到第三移位寄存器28。移位寄存器26、27、28的長度最好與取樣矢量的長度相同，在該GPS系統中是1023比特。當一個取樣矢量已經被轉移到該移位寄存器26、27時，執行如下的相關操作。在包含I-成分的移位寄存器26的比特與包含第一基準數據塊29中的基準碼的移位寄存器28的比特之間執行“同”運算，在包含Q-成分的移位寄存器27的比特與包含第二基準數據塊30中的基準碼的移位寄存器28的比特之間執行“同”運算。該操作的結果是比特說明相關信息如果接收信號的一個比特(在I與Q-成分中檢驗的)與該基準碼的對應比特匹配，則結果是二進制值1，如果否，則是二進制值0。如果該信號與該基準碼完全相關，則所有的比特具有1值。如果沒有相關比特，則所有的比特具有0值。作為相關的結果產生的值在第一取和塊31(I-值)和第二取和塊32(Q-值)中取和，因此該結果是在一個確定時間具有一個確定編碼延遲的一個相關值mx,k(i)。在一個比較以后，基準碼被移動1，在其以后形成一個新相關結果。根據上述方法形成的每一相關結果對應于該相關函數矩陣Cx,k的一行的一單元(總共1023單元)。按照要求針對每一取樣矢量重復上述的步驟，因此以計算的每一迭代獲得相關函數矩陣Cx,k的一行。
但是，如上所述，該GPS系統中的信號是以50比特/s的一個信號調制的，這將在實際應用中限制數目N的值。在此情況中該數目N必須被最佳地選擇，以使該調制實質上不對于這分析有影響。此外，N的最佳值取決于使用在傅里葉變換中的窗函數。例如，如果N被選擇等于32，則該噪聲頻帶寬度是在30Hz的數量級，其對于該接收機的具有強度約為-150dBm的信號檢波來說仍然太大。為此原因，在同步框6中執行一個其中的信噪比被改進的可選擇非連貫取和步驟。
為了實現該非連貫的取和步驟、取樣矢量形成步驟，上述的相關步驟和分析步驟被重復108K次(圖5)。重復的數量K最好選擇使得在合理的時間中能夠充分改進信噪比。每次執行該分析步驟都形成一個連貫的搜索矩陣Ax,k，并且對于該矩陣執行一個非連貫取和操作，以便形成一個非連貫的搜索矩陣Sx。該非連貫搜索矩陣Sx最好如下地形成。針對每一連貫搜索矩陣Ax,k的每一個復數單元ax,k(i,j)計算任一幅值或某些其它絕對值比如幅值的平方。從每一非連貫搜索矩陣的相應的單元計算的數值被取和，即執行該矩陣的相加，能夠利用公式表示 在實際應用中，一個非連貫搜索矩陣至少能夠以兩個方式形成。第一選擇方案中的，以每一迭代形成的連貫搜索矩陣被存儲。重復要求的數目以后，通過根據公式8的相等單元的取和形成一個非連貫搜索矩陣。在此選擇方案中，需要對于存儲全部連貫搜索矩陣的單元的存儲器。根據另一選擇方案，最初地計算一個連貫搜索矩陣，并且此矩陣的值被復制作為該非連貫取和矩陣的單元。以每一迭代形成一個連貫搜索矩陣，并且矩陣的值被與該非連貫搜索矩陣的相應單元取和。在此選擇中，因此在每次迭代執行相等單元的取和。因此僅存儲一個連貫搜索矩陣，從而需要的存儲器小于第一選擇。
在執行所需數目的迭代以后，在確定步驟中檢查該非連貫搜索矩陣Sx的單元sx(i,j)的值，在一個嘗試中發現110個超出前述門限的值，以及顯然大于其它值的那些值。如果找到這種值，其表示碼相位差和頻率偏移，因為它可能是由一衛星發送的信號。如果該信號不是由一個衛星發送的信號，但是包括噪音或其它偶然的干擾信號，則將不會引起顯著的相關峰值。從高位值的行指數顯見該碼的相位差，并且該頻率偏移相應地由該列指數表示。圖6的實例示出一個情形，其中已經發現顯然大于其它值的一個值。另一方面，如果該非連貫搜索矩陣Sx中沒有發現這樣的值，即由搜索的衛星發送的信號可能沒有被在該檢驗的頻率范圍中已收，則將變化要被檢驗的頻率范圍，并且執行預先描述的步驟以便形成一個新的非連貫搜索矩陣。通過本方法，通過重復上述步驟所需要的次數而能夠檢驗6kHz的整個范圍。
當需要時，預先描述的步驟能夠針對要被檢查的整個頻率范圍重復，并且針對不同迭代或僅包含可能峰值范圍而形成的非連貫搜索矩陣能夠在對于最大相關峰值進行搜索之前存儲。使用這種方法，能夠降低誤分析的可能性，例如在門限值設置太低以及能夠引起誤分析的寄生信號的情形中。
如果可得到能夠識別具有-150dBm強度的信號的碼相位和頻率偏移的裝置，則在能夠進行確定相位和頻率偏移的嘗試之前，該頻率范圍將必須在數十Hz的范圍在掃描。使用本發明，有可能掃描幾百Hz寬的范圍，即比使用已有技術的接收機快得多。
一旦確定校正頻率偏移和碼相位，該接收機就能夠被設置成跟蹤模式。在此情況中，對于非常弱信號的數據接收不太可能成功，以這種公知方式可能需要依靠通過例如移動電話網絡接收的數據。在此情況中，距離測量仍然有可能，但是精確度降低。通過把切換器(圖1)變化到第二位置而設置跟蹤模式，從而接收的信息被饋送到碼跟蹤框11，其中還提供一個反饋連接以便允許數控振蕩器5的頻率細調。
為了計算該位置，根據從至少四個衛星收到的信號，接收機執行信號接收。在此情況中，根據每一衛星信號，按照需要重復預先描述的同步處理，于是選擇被用于執行同步的衛星的碼作為基準序列r(x)。
用于實現本方法而需要的大部分塊能夠被在一個數字信號處理機(沒示出)中執行。該數字信號處理機的硬件解決方案或者軟件實現的解決方案都可用于執行FFT變換。另外，最好是微處理器的一個控制元件可用于控制該接收機的操作。
根據本發明一個最佳實施例、包括移動站和定位接收機的一個電子裝置24被圖7所示。第一天線13被用于接收由定位衛星發送的信號。接收的信號被加到第一射頻部分14，其中該信號被降頻變換并且數字化。在其它組成部件之中，第一射頻部分包括圖1所示接收機的變換框2、數字化框3和乘法器框4。此階段最好包括I和Q成份的數字化信號被加到數字信號處理單元15，其中在取樣矢量形成框12中形成取樣矢量。取樣被保存在第一存儲器裝置16中，該裝置16包括例如讀/寫存儲器并且最好還包括只讀存儲器和/或非易失讀/寫存儲器，用于存儲數字信號處理單元15的程序碼。在本實施例中，同步框6的功能，比如相關函數矩陣Cx,k的形成使用例如付立葉變換器FFR1、FFT2，…，FFTN和/或匹配濾波器，在信號處理單元15中執行。在數字信號處理單元15中還執行連貫搜索矩陣Ax,k的形成和非連貫的取和步驟。數字信號處理單元15把關于計算相位差和頻率偏移的信息發送到包括例如微處理器和I/O邏輯的處理器框17。該處理器框17控制掃描框8和第一切換器9。最佳地，碼跟蹤框11至少部分地作為處理器框的程序指令實現。輔助存儲器裝置18被用作為處理器框17的數據和程序存儲器。顯然，第一存儲器裝置16和輔助存儲器裝置18還可以包括公用存儲器。定位信息可能在顯示器19上顯示給用戶。
移動站的操作也是以處理器框17的應用軟件實現。因此，顯示器19可用于以已知方式呈現電話呼叫信息。該用戶能夠使用鍵盤20控制該定位接收機和該移動站。音頻信號的編碼和解碼借助于編解碼器21執行。圖7還示出移動站的射頻部分22以及第二天線23。
本發明不僅局限于前面描述的實施例，而是能夠在不背離由附加權利要求定義的范圍的條件下修改。
權利要求
1．利用一個發送的編碼調制擴展頻譜信號同步一個接收機(1)的方法，其方法中至少使用一個基準碼(r(x))，該基準碼對應于在調制中使用的一個碼，確定在該調制中使用的發送信號的頻移以及碼的碼相位，其特征在于本方法包括下列步驟-取樣矢量形成步驟，其中從一個接收信號提取取樣值(101)以便形成取樣矢量(pk(1),pk(2)…pk(N))，-相關步驟(102、103、104、105)，根據取樣矢量(pk(1),pk(2)…pk(N))形成一個相關函數矩陣(Cx,k)，-分析步驟(106,107)，根據該相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)，和-確定步驟(110)，使用所說的連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元值(ax,k(i,j))確定該頻移和碼相位。
2．根據權利要求1的方法，其特征在于，一個指定將要被檢查的頻率范圍被分成兩個或更多部分，所說取樣矢量形成步驟、相關步驟和分析步驟在每一部分執行，保存所說連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元(ax,k(i,j))的值，其中執行確定步驟，并且根據一個最大值決定頻移和碼相位。
3．根據權利要求1或2的方法，其特征在于，在該方法中指定一個門限值，其中超過該門限值的連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元(ax,k(i,j))的值用于確定步驟中，以確定頻移和碼相位。
4．根據權利要求1、2或3任何之一的方法，其特征在于，所說取樣矢量形成步驟、相關步驟和分析步驟被重復(108)，以形成至少兩個連貫搜索矩陣(Ax,k)，并且該方法中還執行一個取和步驟(109)，通過對每一重復形成的連貫搜索矩陣(Ax,k)的對應單元的值(ax,k(i,j))非連貫地取和來形成一個非連貫搜索矩陣(Sx)，其中所說非連貫搜索矩陣(Sx)用于所說的確定步驟中，以確定頻移和碼相位。
5．根據權利要求4的方法，其特征在于，一個指定將要被檢查的頻率范圍被分成兩個或更多部分，使所說取樣矢量形成步驟、相關步驟、分析步驟和取和步驟在每一部分執行，存儲所說非連貫搜索矩陣(Sx)的單元的值，其中執行確定步驟，根據一個最大值決定頻移和碼相位。
6．根據權利要求4或5的方法，其特征在于，在該方法中確定一個門限值，使超過該門限值的非連貫搜索矩陣(Sx)的單元的幅值用于確定步驟中，以確定頻移和碼相位。
7．根據權利要求1至6任何之一的方法，其特征在于，使用匹配濾波器(26、27、28)形成相關函數矩陣(Cx,k)。
8．根據權利要求1到7任何之一的方法，其特征在于-在所說相關步驟中，執行對應于所說基準碼(r(x)的反向碼的一個時間-頻率變換(R(x))以及每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的一個時間-頻率變換(Pk(i))；執行在所說反向碼的時間-頻率變換(R(x))和每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的時間-頻率變換(p(i))之間的乘積；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換；并且從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)；以及-在所說分析步驟中通過對所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)。
9．根據權利要求1到7任何之一的方法，其特征在于-在所說相關步驟中，執行對應于所說基準碼(r(x)的一個時間-頻率變換(R(x))以及對應于每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的一個反向矢量的時間-頻率變換(Pk(i))；執行在所說基準碼(r(x))的時間-頻率變換(R(x))和每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的反向矢量的時間-頻率變換(Pk(i))之間的乘積；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換；并且從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)；以及-在所說分析步驟中通過對所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)。
10．根據權利要求1到7任何之一的方法，其特征在于-在所說相關步驟中，執行所說基準碼(r(x))的一個時間-頻率變換(R(x))以及每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的一個時間-頻率變換(Pk(i))；從該基準碼(r(x))的時間-頻率變換(R(x))形成一個復共軛(R*(x))；執行在所說復共軛和每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的時間-頻率變換(Pk(i))之間的乘積；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換；并且從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)；以及-在所說分析步驟中通過對所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)。
11．根據權利要求1到7任何之一的方法，其特征在于-在所說相關步驟中，執行所說基準碼(r(x)的一個時間-頻率變換(R(x))，以及每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的一個時間-頻率變換(Pk(i))；從每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的時間-目頻率變換(Pk(i))形成一個復共軛(P*k(x))；執行在所說復共軛和基準碼(r(x))的時間-頻率變換(R(x))之間的乘積；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換；并且從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)；以及-在所說分析步驟中通過對所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)。
12．根據權利要求8到11任何之一的方法，其特征在于，所說時間-頻率變換是一個傅里葉變換，所說頻率-時間變換是一個反向傅里葉變換。
13．根據權利要求1到12任何之一的方法，其特征在于，所說連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元(ax,k(i,j))的幅值用于所說的確定步驟(110)中。
14．根據權利要求13的方法，其特征在于，所說連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元(ax,k(i,j))的平方幅值用于所說的確定步驟(110)中。
15．根據權利要求1到14任何之一的方法，確定接收機(1)的位置并存儲該位置信息，其特征在于，在該方法中指定將要被檢查的一個頻率范圍，并且通過使用存儲在接收機(1)中的位置信息從所說頻率范圍選擇用于該頻移測驗開始的一個初始頻率。
16．根據權利要求1到15任何之一的方法，其中該方法在接收機(1)中接收通過兩個或更多衛星發送的一個擴展頻譜調制信號在，其特征在于，該方法中對于由每一所說的衛星發送的信號執行所說的取樣矢量形成步驟、相關步驟、分析步驟和確定步驟。
17．一個接收機(1)，包括至少一個同步裝置，用于使該接收機(1)與一個發送的碼調制擴展頻譜信號同步，該接收機(1)具有一個使用至少一個與同步關聯的對應于在調制中的碼的基準碼(r(x))的裝置(16)，以及一個用于確定頻移和使用在該調制中的碼的碼相位的裝置(15)，其特征在于該接收機(1)還包括-取樣矢量形成裝置(12,16)，用于從接收信號形成取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))；-相關裝置(6,FFT1,FFT2…FFTN)，用于根據取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))形成一個相關函數矩陣(Cx,k)；-分析裝置(6,12)，根據該相關函數矩陣(Cx,k)形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)；和-確定裝置(7,17)，使用所說的連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元的值(ax,k(i,j))確定所述頻移和碼相位。
18．根據權利要求17的接收機(1)，其特征在于，還包括用于指定將要被檢查的頻率范圍的裝置(17)；用于把該指定頻率范圍分成兩個或更多部分的裝置(5、8、9)，其中對于每一部分執行取樣矢量的形成、相關函數矩陣(Cx,k)的形成和連貫搜索矩陣(Ax,k)的形成；用于保存該連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元(ax,k(i,j)的值的裝置(16)；以及根據一個最大值確定頻移和碼相位的裝置(15)。
19．根據權利要求17或18的接收機(1)，其特征在于，還包括用于指定一個門限值的裝置(15)，以及用于比較該門限值和所說連貫搜索矩陣(Ax,k)的值的裝置(15)，用于確定頻移和碼相位。
20．根據權利要求17、18或19任何之一的接收機(1)，其特征在于，所說取樣矢量的形成、相關函數矩陣(Cx,k)的形成和連貫搜索矩陣(Ax,k)的形成被重復，以便形成至少兩個連貫搜索矩陣(Ax,k)，該接收機(1)還包括取和裝置，通過對每一重復形成的連貫搜索矩陣(Ax,k)的對應單元的值(ax,k(i,j))進行非連貫地取和而形成一個非連貫搜索矩陣(Sx)，其中該接收機(1)還包括通過使用所說非連貫搜索矩陣(Sx)以確定頻移和碼相位的裝置。
21．根據權利要求17的接收機(1)，其特征在于，還包括用于指定將要被檢查的頻率范圍的裝置(17)；用于把該指定頻率范圍分成兩個或更多部分的裝置(5、8、9)，其中對于每一部分執行取樣矢量的形成、相關函數矩陣(Cx,k)的形成、連貫搜索矩陣(Ax,k)的形成以及該連貫搜索矩陣(Ax,k)的取和以形成所述非連貫搜索矩陣(Sx)；用于保存該非連貫搜索矩陣(Sx)的單元的值的裝置(16)；以及根據一個最大值確定頻移和碼相位的裝置(15)。
22．根據權利要求21的接收機(1)，其特征在于，還包括用于指定一個門限值的裝置(15)；以及用于比較該門限值和所說非連貫搜索矩陣(Sx)的值的裝置(15)，用于確定頻移和碼相位。
23．根據權利要求17至22任何之一的接收機，其特征在于，還包括至少一個匹配濾波器(26、27、28)，用于形成一個相關函數矩陣(Cx,k)。
24．根據權利要求17到23任何之一的接收機(1)，其特征在于-所說相關裝置包括用于形成對應于所說基準碼(r(x)的反向碼的一個時間-頻率變換(R(x))的裝置(16)；用于形成每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…Pk(N))的一個時間-頻率變換(Pk(i))的裝置；執行在所說反向碼的時間-頻率變換(R(x))和每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))之間的乘積的裝置(15)；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換的裝置(15)；以及從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)的裝置(15)；和-所說分析裝置包括通過對于所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)的裝置(15)。
25．根據權利要求17到23任何之一的接收機(1)，其特征在于-所說相關裝置包括用于形成所說基準碼(r(x)的時間-頻率變換(R(x))的裝置(16)；用于形成對應于每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的反向矢量的一個時間-頻率變換(pk(i))的裝置；執行在所說基準碼(r(x))的時間-頻率變換(R(x))和每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的反向矢量的時間-頻率變換(pk(i))之間的乘積的裝置(15)；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換的裝置(15)；以及從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)的裝置(15)；和-所說分析裝置包括通過對于所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)的裝置(15)。
26．根據權利要求17到23任何之一的接收機(1)，其特征在于-所說相關裝置包括用于形成所說基準碼(r(x)的時間-頻率變換(R(x))的一個復共軛(R*(x))的裝置(16)；用于形成每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的一個時間-頻率變換(pk(i))的裝置；執行在所說基準碼(r(x))的時間-頻率變換的復共軛(R*(x))和每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的時間-頻率變換(p*k(i))之間的乘積的裝置(15)；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換的裝置(15)；以及從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)的裝置(15)；和-所說分析裝置包括通過對于所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)的裝置(15)。
27．根據權利要求17到23任何之一的接收機(1)，其特征在于-所說相關裝置包括用于形成每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的時間-頻率變換(pk(i))的一個復共軛(p*k(i))的裝置(16)；用于形成基準碼(r(x))的時間-頻率變換(R(x))的裝置；用于執行在所說基準碼(r(x))的時間-頻率變換(R(x))和每一取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))的復共軛(p*k(i))之間的乘積的裝置(15)；對于每一相乘結果(Mx,k(i))執行頻率-時間變換的裝置(15)；以及從該乘積結果(Mx,k(i))的頻率-時間變換(mx,k(i))形成相關函數矩陣(Cx,k)的裝置(15)；和-所說分析裝置包括通過對于所說相關函數矩陣(Cx,k)的轉置矩陣的行執行時間-頻率變換而形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)的裝置(15)。
28．根據權利要求24到27任何之一的接收機(1)，其特征在于，所說時間-頻率變換是一個傅里葉變換，所說頻率-時間變換是一個反向傅里葉變換。
29．根據權利要求17到28任何之一的接收機(1)，其特征在于，所說連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元(ax,k(i,j))的幅值用于所述確定裝置中。
30．根據權利要求17到29任何之一的接收機(1)，其特征在于，所說連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元(ax,k(i,j))的平方幅值用于所述確定裝置中。
31．根據權利要求17到30任何之一的接收機(1)，還包括用于確定接收機(1)的位置的裝置(14、15、17)以及用于存儲該位置信息的裝置(18)，其特征在于，該接收機(1)還包括用于指定將要被檢查的一個頻率范圍的裝置(17)以及根據存儲在接收機(1)中的位置信息從所說頻率范圍選擇用于頻移測驗開始的一個初始頻率的裝置(17,22,23)。
32．一個電子裝置(24)，包括至少一個定位接收機(1)，一個同步裝置用于使該定位接收機(1)與一個發送的碼調制擴展頻譜信號同步，該定位接收機(1)具有一個用至少一個與同步關聯的對應于用在調制中的碼的基準碼(r(x))的裝置(16)，該電子裝置包括用于確定發送信號頻移和使用在所說調制中的碼的碼相位的裝置(15)，其特征在于該電子裝置(24)還包括-取樣矢量形成裝置(12,16)，用于從接收信號形成取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))；-相關裝置(6,FFT1,FFT2…FFTN)，用于根據取樣矢量(pk(1)、pk(2)…pk(N))形成一個相關函數矩陣(Cx,k)；-分析裝置(6,12)，根據該相關函數矩陣(Cx,k)形成一個連貫搜索矩陣(Ax,k)；和-確定裝置(7,17)，使用所說的連貫搜索矩陣(Ax,k)的單元的值(ax,k(i,j))確定該頻移和碼相位。
33．根據權利要求32的電子裝置(24)，還包括用于確定該電子裝置(24)的位置的裝置(14,15,17)，以及用于存儲該位置信息的裝置(18)，其特征在于，該電子裝置(24)還包括用于指定被檢驗的頻率范圍的裝置(17)，以及用于根據存儲在接收機(1)中的位置信息選擇對于開始該頻移的測驗的所說的頻率范圍的一個初始頻率的裝置(17,22,23)。
34．根據權利要求32或33的電子裝置(24)，其特征在于，還包括用于執行移動電話操作的裝置。
35．根據權利要求34的電子裝置(24)，其特征在于，還包括用于建立對一個移動通信網絡的數據傳送連接的裝置(22,23)，其中用于確定電子裝置(24)位置的裝置包括用于從該移動通信網絡中檢索在確定位置中使用的信息的裝置(22，23)。
全文摘要
使接收機(1)與發送碼調制擴展頻譜信號同步的方法使用至少一個對應于用在調制中的一個碼的基準碼(r(x))。在調制中用的發送信號的頻移和碼的碼相位在該方法中確定。該方法包括:取樣矢量形成步驟,從接收信號取樣(101)以便形成取樣矢量((p
文檔編號H04B1/707GK1299195SQ00137279
公開日2001年6月13日 申請日期2000年12月9日 優先權日1999年12月9日
發明者I·康托拉 申請人:諾基亞移動電話有限公司