存在多普勒偏移時合成峰值位置的確定的制作方法

專利名稱：存在多普勒偏移時合成峰值位置的確定的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通訊，尤其涉及對由于加在發送信號上的多普勒效應而發生的偏移的修正。
背景信息無線通訊的許多應用包括從接收到的信號中獲取時間和/或位置信息。這些應用可以包括隨著時間在接收到的信號中定位和跟蹤特定的特征或模式。在一個例子中，基站跟蹤從移動電話上接收到的信號來確定電話的相對速度。在另一個例子中，接收器通過識別從全球定位系統(GPS)中的人造衛星接收到信號中的延時來計算自身的位置。
在直接序列擴頻(DSS)技術中，數據信號在被調制到載波上之前被偽隨機噪聲(PN)碼序列擴展。在GPS系統中，一個這樣的碼序列被稱為粗捕獲(C/A)碼。當接收到的信號與相同的編碼序列相關時，就獲取了相關峰值。在相關峰值時的位置提供了關于信號傳播延遲的信息。這個傳播延遲信息可以用來確定發射器和接收器之間的相對距離。
可以期望的是隨著時間求相關結果的積分，無論是相干地還是不相干地。例如，單獨的相關結果可能會太弱，以至于無法從背景噪音中區分出來。因而，隨著時間的積分可以被用于改善信噪比(SNR)。
發射器和接收器之間的相對運動造成了接收信號中的多普勒偏移。多普勒偏移的一個效應是造成接收信號中的擴頻編碼序列隨著時間漂移。當隨著時間關聯經多普勒偏移的信號時，相關峰值就變得失真。與由信號未經偏移的版本的關聯所產生的相關峰值相比，這種失真一般表現為相關峰值的擴展。這種失真可能會降低相關峰值的信噪比(SNR)。通過認識到無論失真與否，峰值能量總是相同的，從而可以理解這一點。然而，在失真的峰值中，能量更多地被展開。另外，這種失真或對峰值的擴展可能會降低確定相關峰值時的位置的準確性。
概述依照本發明的一個實施例的方法包括將接收到的信號與預定的編碼序列相關聯、和將關聯的結果積分。將經多普勒偏移的信號隨著時間積分的結果是，積分的輸出包括一個或多個外加偏移(例如，基于估計的多普勒時間偏移)。所述的方法進一步包括(A)在積分的結果中確定某一特性的位置和(B)基于對該特性所確定位置的應用偏移實施修正。
附圖簡述附圖是僅是說明性的，而非意圖準確地描述特定的特征或指出特定的范圍關系。


圖1說明了多普勒時間偏移對瞬時峰值位置的作用。
圖2說明了在連續的編碼調制周期中所接收到信號峰值位移的例子。
圖3說明了合成峰值曲線。
圖4說明了編碼多普勒補償技術。
圖5說明了編碼多普勒補償對合成峰值曲線的作用。
圖6顯示了編碼多普勒補償方法的流程圖。
圖7說明了如圖2所示的例子的多普勒時間偏移曲線下的區域。
圖8說明了對應于將如圖6所示方法應用到如圖2所示例子的編碼多普勒補償的區域。
圖9說明了在積分周期上接收到的信號峰值位移的另一個例子。
圖10說明了如圖9所示的例子中多普勒時間偏移曲線下的區域。
圖11說明了對應于將如圖6所示方法應用到如圖9所示例子中偏移的區域。
圖12說明了對應于將如圖6所示方法應用到如圖9所示的例子的編碼多普勒補償的區域。
具體實施例方式
圖1顯示了將接收信號的瞬時峰值曲線P()作為編碼相位的函數。在使用PN編碼序列擴展信號的情況下，這樣的峰值可以通過將接收信號與編碼序列相關聯來獲取。當將接收信號擴展的編碼序列的編碼相位和用于解擴接收信號的編碼序列的編碼相位被同步時，相關器輸出相對較高的輸出信號。來自于相關器的相對較高的輸出信號表明兩個編碼序列的編碼相位是相同的。所述的“編碼相位”代表用于解擴接收信號的編碼序列和任意基準點之間的關系。如果發送器和接收器互相之間保持靜止，可以預期編碼相位中峰值的位置保持恒定(例如，忽略環境中的變化)。
隨著發送器和接收器之間距離的改變，所產生的多普勒偏移造成了峰值位置(即，編碼相位)改變。峰值位移的方向取決于發送器和接收器之間的距離是變小還是變大。峰值位移量直接與發送器相對于接收器的相對速度成比例(忽略諸如反射等環境效應)。
圖2顯示了峰值的位置(在編碼相位中)是怎樣隨著時間t變化的例子。在這個例子中，時間t以編碼調制周期(編碼序列從開始運行到結束和再一次從頭開始所需的時間)的單位來標記。在GPS應用的情況下，編碼調制周期等于大約832.5微秒＝1023(編碼序列中數值的數目)/1.2288MHz(調制頻率)。在許多應用中，在每個編碼調制周期中使用相同的預定編碼序列，雖然可能也會使用不同的編碼序列。
如上文所論述的，發送器和接收器之間的相對運動可能會造成接收信號中的多普勒偏移。在圖2的例子中，發送器和接收器之間的距離等速減小(即，至少相對于所觀察的時間周期等速)，且所產生的多普勒偏移造成峰值同時顯得靠近。
圖3顯示了將合成峰值曲線P()作為編碼相位的函數的例子。這樣的曲線可以通過將接收信號相關聯并在積分周期T上進行積分獲得。積分周期T可以具有從編碼調制周期的一部分到許多編碼調制周期的任意長度。在這個例子中，假設是相干積分，雖然來自于幾個相干積分的結果可能也會被非相干地結合到單個結果中去。
如果峰值在幾個編碼調制周期上積分，由于多普勒偏移的漂移可能會造成合成峰值隨著時間擴展，而非累計起來以增加SNR。將擴展峰值定位可能是困難的，以至于準確性可能會降低。擴展可能會減少合成峰值的高度(例如，功率)。峰值的位置可能也會在編碼相位空間內移動。編碼相位中合成峰值的移位可以由信號瞬時峰值的時間平均位置來近似。
可以期望的是將相關結果組合到合成結果中。這樣組合的一個可能的優點是增加有效觀察到的SNR。在一個例子中，合成結果通過將單獨的相關結果求和而獲得(例如，如同在響應的編碼調制周期上所獲得的)。在其他的應用中，各種組分相關結果可能被不同地加權和/或互相之間扣減。我們可能發現由于多普勒偏移造成峰值互相之間漂移，合成結果的峰值在編碼相位處可能沒有單獨清楚定義的位置。
圖4說明了用于編碼多普勒補償的技術。在這種技術中，編碼多普勒偏移要素被獨立地接收(例如，來自于載波信號多普勒偏移的確定)。在所選的修正周期中，累計的編碼多普勒偏移被確定。修正周期可能對應于編碼調制周期，但是任何其他的周期也可能被使用。如果偏移量超過樣本的一半(或者，不少于樣本的一半)，那么信號部分和連續部分在那個方向上移動一個樣本的位置。例如，這樣的移動可能通過從接收信號存儲的數字表示中增加或移除一個樣本來完成。
圖5顯示了將補償的合成峰值曲線 作為編碼相位的函數的例子。與合成峰值p()相比，補償峰值可能更好地被定位且數值更大，但可能也會在編碼相位中偏移。在一個應用中，補償曲線峰值位置通過在最高值和它的鄰近值中間進行內插(例如，在最高值和它的鄰近值間每邊的二次內插法)和將峰值位置選擇作為經內插的曲線的峰值來確定。
偏移允許峰值累積，可能會導致更好的定位。不幸的是，會使時間基準變得不準確。僅1/8碼片的差錯相當于超過30米。理想的是能正確地定位峰值。
在一個實施例中，接收信號在碼片x8處被取樣(例如，對于GPS信號是8×1.2288MHz)。取樣的信號被再次取樣到碼片x2并且被分成兩路(例如，準時的和延遲的)用于這里所描述的修正。
圖6顯示了用于編碼多普勒補償方法的流程圖。任務T110將累加器設置成初始值(例如，零)。任務T110也將數值c設置成循環T120-T170的每個執行周期的修正單位中預定的信號漂移值。在一個例子中，數值c表示根據載波信號的測得的多普勒頻率所確定的估計的編碼多普勒偏移。在特定的應用中，每個修正單位是一個樣本，且循環T120-T170在每個修正周期(例如，編碼調制周期)執行一次。
任務T130和T140確定累加器的當前值和1/2修正單位之間的關系。如果任務T130確定當前值超過了1/2(或者，不少于1/2)，那么任務T150將累加器的值遞減且執行-1單位的修正。否則，如果任務T140確定當前值未超過1/2(或者，少于-1/2)，那么任務T160將累加器的值遞增且執行+1單位的修正。
在一種情況下，具有一個單位數值的修正通過在相關前從接收信號中插入或刪除一個單位來執行。換而言之，這種修正可以通過從將要施加于接收信號上的編碼序列中刪除或插入一個單位來執行。
圖7從另一個角度顯示了圖2的例子。在這個圖表中，圓點顯示了在每個修正周期的中點接收信號的瞬時峰值。合成曲線峰值的多普勒時間偏移量可以被估計為瞬時峰值位置的時間平均，即1T∫0Tc·tdt,]]>其中c是漂移速率，而T是執行積分的時間。這個值是用黑體三角形框出的面積除以三角形的底邊的長度。這個值與積分周期中間瞬時峰值的位置相等。
圖8顯示了應用如圖6所示的補償程序的情況下圖2的例子。在第三個編碼調制周期的開始處，施加了一個修正單位(例如，一個樣本)的補償。這個補償對合成峰值曲線的作用是縮小合成峰值曲線的擴展。這個合成峰值位置進一步被回移所作補償的時間平均的數量，即，用黑體平行四邊形框出的面積除以平行四邊形的底邊的長度。可以理解的是當這個平行四邊形的底邊長度等于兩個修正單位時，這個例子中的平行四邊形的面積等于一個修正單元乘以兩個修正周期。
如圖5所示范的那樣，如圖6所示的補償程序可能會造成合成信號峰值位置的變化(例如，在執行補償的情況下)。可以期望的是從被補償的峰值 的位置中計算接收信號從初始時間到時間“t”內的某一其它時刻的漂移(這樣的時刻可以位于積分周期內或位于積分周期外)。請注意這是在時刻“t”對信號瞬時曲線峰值的估計。這種時刻可以被稱為時間戳。
在所選擇的時間戳是積分周期中點的情況下，在那個時刻接收信號的漂移可以通過加回補償的時間平均值，從被補償的峰值 的位置確定。在圖7和圖8所示的例子中，這種漂移值可以通過將平行四邊形內的面積除以平行四邊形的底邊加到被補償峰值的位置上來確定。
在圖7和圖8所示的例子中，假設在積分周期開始時，多普勒偏移是零。在另一個應用中，如圖6所示的補償程序可能獨立于積分程序執行。例如，可以期望實質上連續地執行補償程序，且在選擇的時間執行積分。在這些情況下，被積分的值可能相對于接收到的相應信號具有編碼相位偏移。偏移值是在積分開始前所外加的修正總量。
圖9顯示了應用圖6所示的補償程序的另外一個例子。在這個例子中，在積分周期之前，補償開始了幾個編碼調制周期。在圖10中，合成曲線峰值多普勒時間偏移的量與用黑體三角形框出的面積乘比例。在圖11中，用黑體平行四邊形框出的面積與在開始積分周期前執行的補償所引起的合成曲線峰值的偏移量成比例。可以理解的是這個例子中平行四邊形的面積等于一個修正單位乘以積分周期。于是偏移值是一個修正單位。在圖12中，用黑體平行四邊形框出的面積與補償對合成曲線峰值的作用量成比例。在這種情況下，對于在積分周期中點的時間戳，偏移量和補償量都被加到所觀察的(補償的)峰值的位置上，用以確定大致的漂移值。
在其它應用中，可以期望的是在時間t內另一點獲取時間戳的峰值位置。例如，在積分周期開始處時間戳的峰值位置可以通過將補償(和任何偏差)加到所觀察的峰值的位置上以及也減去多普勒偏移的時間平均值來計算。(例如，在圖7和圖10的例子中，三角形的面積除以底邊的長度)。在積分周期結束處時間戳的峰值位置可以通過將補償(和任何偏差)加到所觀察峰值的位置上以及也加上由于多普勒偏移造成的時間平均值來計算，即，多普勒偏移曲線下的面積除以積分的長度。
多普勒偏移曲線所基于的估計可能會是錯誤的。例如，諸如振蕩器漂移等因素可能會影響到這種確定的準確性。在積分周期中間選擇時間戳的一個可能優點是對峰值位置的計算不需要包括多普勒偏移曲線下的面積，這個面積將會受到多普勒估計中錯誤的影響。因此，為這樣的時間戳計算的峰值位置可能至少對于多普勒估計中的較小錯誤是穩健的。
圖13顯示了在信號漂移值的估計中存在錯誤，且基于信號漂移的估計值通過如圖6所示的補償程序施加修正的例子。在圖13的部分(a)中，實際的峰值漂移速率被顯示成連續的線，而由于估計漂移速率的峰值偏移用虛線表示。于是修正來自于估計的峰值漂移速率，且所施加修正的累積被顯示成“階梯”。圖13的部分(b)顯示了補償對瞬時峰值位置的作用。合成曲線峰值的偏移是在施加補償后瞬時峰值位置的時間平均值，即，用黑體框出形狀的面積除以積分周期。在積分中點處瞬時峰值的位置由時間戳“t1”表示，并可以通過對合成峰值曲線的位置、由于在積分開始前施加的任何修正造成的偏差值以及所施加的多普勒補償的時間平均值進行求和來估計(即，在積分長度上“階梯”下的面積除以積分長度)。
數學表示為， 其中pcp是合成峰值曲線中峰值的位置， 是由于編碼多普勒補償而造成的階梯函數，而偏差是在積分開始前所施加的所有補償的和值。
提供以上對所揭示的具體實施方式
的描述是為了使本領域技術人員制造或使用本發明。對這些具體實施方式
的各種改變是可能的，且本發明形成的總原則也可應用到其他具體實施中。
例如，本發明可以部分或全部作為硬連線電路或作為被制作成專用集成電路的電路配置來實施。本發明也可以部分或全部作為下載到非易失性存儲器的固件程序或作為機器可讀編碼下載到或下載自數據存儲媒體的軟件程序，所述的編碼是可以被諸如微處理器或其他的數字信號處理器單元等邏輯元素陣列執行的指令。如此，本發明不是要局限于上述的具體實施方式
，而是要與符合在此以任一方式所揭示的原理和新特征的最寬泛的范圍相一致。
權利要求
1.一種信號接收的方法，所述的方法包括將接收到的信號與預定的編碼序列相關聯；基于這種關聯結果求數值的積分；所述積分的結果是基于至少一個外加的偏移，所述至少一個外加的偏移是基于信號漂移的確定。確定所述積分結果中某一特征的位置；以及基于至少一個外加的偏移，對所述特征所確定的位置施加修正。
2.如權利要求1所述的信號接收方法，其特征在于，所述預定的編碼序列是偽噪聲序列。
3.如權利要求1所述的信號接收方法，其特征在于，所述信號漂移的確定是基于所估計的多普勒偏移。
4.如權利要求1所述的信號接收方法，所述方法進一步包括從全球定位人造衛星接收信號。
5.如權利要求1所述的信號接收方法，其特征在于，所述的特征是局部的峰值。
6.如權利要求1所述的信號接收方法，其特征在于，所述外加的偏移包括加上接收信號樣本或丟棄接收信號樣本中的一個。
7.如權利要求1所述的信號接收方法，其特征在于，確定某一特征的位置包括對所述積分的結果施加臨界值。
8.如權利要求1所述的信號接收方法，其特征在于，確定某一特征的位置包括在所述積分結果的多個樣本間進行內插。
9.如權利要求1所述的信號接收方法，其特征在于，修正所述特征的位置包括計算漂移修正值，以及其中，對于每一個施加的偏移，所述漂移修正值是一產物，該產物基于所施加的偏移和漂移所施加的接收信號部分。
全文摘要
依照本發明的一個實施例的信號接收方法包括在相關信號積分過程中，對估計的或測定的多普勒偏移進行補償。這種方法也包括確定峰值曲線p(t)的合成峰值位置和基于補償修正這個位置。
文檔編號H04L27/00GK1653352SQ03810952
公開日2005年8月10日 申請日期2003年4月1日 優先權日2002年4月1日
發明者C·帕特里克, D·羅維奇, P·斯里尼瓦斯 申請人:高通股份有限公司