专利名称：在接收器中执行采集的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对代码调制的扩频信号执行采集的方法。本发明也涉及一种接收器、模块和系统。本发明还涉及一种计算机程序产品。
背景技术：
GPS系统(全球定位系统)是众所周知的全球导航卫星系统(GNSS)。它包括超过20颗的卫星，其中通常最多12颗卫星对于接收器是同时可见的。这些卫星发射各种信息，比如星历表数据和时钟数据参数，其描述了卫星时钟以及该卫星时钟与GPS时间的关系。通常，在定位中使用的接收器通过计算从定位系统的数颗卫星同时发射到接收器的信号的转接时间来确定它的位置。为了确定它的位置，接收器通常必须接收至少四颗可见卫星的信号以便能够计算该位置。
GPS系统的每个运转卫星在1575.42MHz的载波频率发射所谓的L1信号。此频率也记作154f0，其中f0＝10.23MHz。此外，卫星在1227.6MHz也就是120 f0的载波频率发射L2信号。在卫星中，利用至少一个伪随机序列来调制这些信号。每颗卫星具有不同的伪随机序列。经过调制，形成了代码调制的宽带信号。尽管在发射中使用的载波频率实质上是相同的，但是这一调制技术使得接收器有可能区分由不同卫星发射的信号。此调制技术称为码分多址(CDMA)。在每颗卫星中用于调制L1信号的伪随机序列之一是所谓的C/A代码(粗/采集代码)，也就是所谓的黄金代码。每个GPS卫星使用独特的C/A代码来发射信号。该代码被形成为两个1023比特二进制序列的模2求和。使用多项式X10+X3+1形成第一个二进制序列G1，而通过对多项式X10+X9+X8+X6+X3+X2+1进行延迟来形成第二个二进制序列G2，使得每个卫星具有不同延迟。此布局使得能够利用相似的代码生成器来生成不同的C/A代码。C/A代码是二进制代码，该代码在GPS系统中的码片率是1.023MHz。C/A代码包括1023个码片，这意味着代码的重复时间是1ms。进而利用以50bit/s的比特率的导航信息来调制L1信号的载波。该导航信息包括与卫星的“健康状况”、它的轨道和时钟数据参数等有关的信息。GPS系统的每颗卫星例如通过原子钟来维持本地时间。
时下有至少两种其它GNSS系统处于开发之中Glonass(全球导航卫星系统)和Galileo。
为了检测卫星信号并识别卫星，接收器必须执行采集操作，在该采集操作中接收器搜寻每颗卫星的信号而且试图与该信号同步，使得利用该信号而发射的数据可以被接收和解调。
在已经执行针对代码的采集之后，对频率进行微调和实现相位锁定。必须为在接收器处接收的每个卫星信号重复上述采集和频率调节过程。因此，此过程耗时颇多，尤其在接收信号很弱的情形下更是如此。在现有技术的一些接收器中，使用数个相关器以便加速此过程，由此可以同时搜寻更多相关峰值。在实际应用中不可能通过简单地增加相关器的数目来加速采集和频率调节过程，因为它们的数目无法无限地增加。
在常规的DS-CDMA(直接序列CDMA)接收器中，采集过程包括以下阶段匹配滤波或者相关、对来自匹配滤波器和残留多普勒频率分析的结果的相干平均、非相干平均和判决逻辑。在非相干平均之后存在有二维数组。在该数组中的元素描述了具有某一码片相位偏移和残留多普勒频率偏移的本地复制代码与接收信号有多么相关。判决逻辑搜寻最大值，而如果这一最大值超过预定阈值，则做出存在信号的判决。颇为常见地存在有干扰信号，而这可能使得采集过程复杂化。在一些情况下不可能知道哪一信号是恰当的信号。例如，当卫星正在搜寻的信号电平很低时，数个干扰源可能造成难以或者甚至不可能采集弱信号。在接收功率电平之差足够大时，这些干扰源的一个例子是来自其它卫星的信号。也可能在接收器之内生成干扰。对于某些类型的RF前端，避免将DC偏移注入到接收信号中是既困难又昂贵的。此DC偏移被本地载波去除乘法器移位到非零频率。它被匹配滤波器衰减，但是当采集低电平卫星信号时，此衰减可能不足，使得正弦曲线的幅度在匹配滤波器之后可能大于卫星信号的幅度。
在欧洲申请EP 1 107 018中揭示了一种用于同步接收器的方法。在该方法中形成了非相干搜索矩阵，其中在采集程序中确定非相干搜索矩阵的最大值。如果最大值超过预定阈值，则进行检测判决，而且基于搜索矩阵中最大值的位置来计算代码相位和多普勒频率。
发明内容
根据本发明，发明了一种接收器，在该接收器中即使信号微弱通常仍然可以执行采集。根据本发明，对现有技术的接收器的信号执行进一步分析。本发明基于对非相干搜索矩阵的各排(即各行或者各列)中的值执行统计分析这一理念。在统计分析中基于非相干搜索矩阵的行或者列中的值来计算一个或多个统计参数。通过使用统计参数和同一行或者列中的值来执行计算。计算结果然后用来检验在计算中使用的值是否超过某一阈值。可以针对同一行或者列中的每个值和针对其它行/列来重复该程序。为有待检验的每行/列计算统计参数。在本发明的示例性实施例中，统计参数是同一行/列中值的平均值和标准偏差。本发明尤其适合于在定位接收器中以及在它接收器中使用，有利地在CDMA接收器中使用，其中该接收器必须与扩频信号同步。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于对代码调制的扩频信号执行采集的方法，该方法包括对发射信号进行接收；-对接收信号进行采样以形成采样；-形成与在调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码；-基于所述采样形成非相干搜索矩阵，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的第一维度代表接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在第一维度中可寻址；以及-基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在调制中使用的代码的代码相位；所述确定包括-基于所述非相干搜索矩阵在第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数；-基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值；以及-检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于接收信号的代码相位，其中基于与接收信号的代码相位相对应的这种元素的第一索引来确定接收信号的代码相位。
根据本发明的第二方面，提供了一种接收器，包括-用于接收代码调制的扩频信号的接收器块；-用于对接收信号进行采样以形成采样的采样器；-用于形成与在调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码的装置；-用于基于所述采样形成非相干搜索矩阵的装置，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的第一维度代表接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在第一维度中可寻址；以及-用于基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在调制中使用的代码的代码相位的确定装置；所述确定装置包括-用于基于所述非相干搜索矩阵在第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数的装置；-用于基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值的装置；
-用于确定所述元素排中的所述元素是否对应于接收信号的代码相位并针对与接收信号的代码相位相对应的这种元素来提供指示的检验装置；以及-用于根据检验装置的指示基于所述元素的第一索引来确定接收信号的代码相位的判决装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种模块，包括-用于对接收的代码调制的扩频信号进行采样以形成采样的采样器；-用于形成与在调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码的装置；-用于基于所述采样形成非相干搜索矩阵的装置，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的第一维度代表接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在第一维度中可寻址；以及-用于基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在调制中使用的代码的代码相位的确定装置；所述确定装置包括-用于基于所述非相干搜索矩阵在第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数的装置；-用于基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值的装置；-用于确定所述元素排中的所述元素是否对应于接收信号的代码相位并针对与接收信号的代码相位相对应的这种元素来提供指示的检验装置；以及-用于根据检验装置的指示基于所述元素的第一索引来确定接收信号的代码相位的判决装置。
根据本发明的第四方面，提供了一种系统，包括用于发射代码调制的扩频信号的发射器和用于接收所发射的代码调制的扩频信号的接收器，该接收器包括-用于对接收信号进行采样以形成采样的采样器；-用于形成与在调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码的装置；-用于基于所述采样形成非相干搜索矩阵的装置，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的第一维度代表接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位；以及-用于基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在调制中使用的代码的代码相位的确定装置；所述确定装置包括-用于基于所述非相干搜索矩阵在第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数的装置；-用于基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值的装置；-用于确定所述元素排中的所述元素是否对应于接收信号的代码相位并针对与接收信号的代码相位相对应的这种元素来提供指示的检验装置；以及-用于根据检验装置的指示基于所述元素的第一索引来确定接收信号的代码相位的判决装置。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于对接收的代码调制的扩频信号执行采集的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行以下步骤的机器可执行步骤-对接收信号进行采样以形成采样；-形成与在调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码；-基于所述相关函数矩阵形成非相干搜索矩阵，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的第一维度代表接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在第一维度中可寻址；以及
-基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在调制中使用的代码的代码相位，所述确定包括用于执行以下步骤的机器可执行步骤-基于所述非相干搜索矩阵的至少一排中每个元素的值来为所述排限定至少一个统计参数；-基于所述非相干搜索矩阵的所述排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值；以及-检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述接收信号的代码相位，其中基于与接收信号的代码相位相对应的这种元素的第一索引来确定接收信号的代码相位。
本发明与现有技术的方法和接收器相比提供了优点。本发明改进了接收器对于内部和外部干扰源的抗扰性。判决逻辑简易，不需要关于干扰信号类型或者强度的判决。阈值设置可以独立于积分时间。可以使用相对少量的部件来实施根据本发明的接收器，而且可以将总能耗维持于合理的水平，由此本发明尤其适合于在便携设备中使用。因此定位接收器也可以结合移动台来实施。
在下文中将参照附图更具体地描述本发明，在附图中图1是根据本发明的方法可以应用于其中的接收器的简化框图，图2利用简化图示出了根据本发明一个示例性实施例的方法的相关步骤，图3利用简化图示出了根据本发明一个示例性实施例的方法的分析步骤，图4利用简化图示出了根据本发明一个示例性实施例的方法的求和步骤，图5利用简化图示出了根据本发明一个示例性实施例的方法的判决步骤，图6a利用3D表面图示出了常规接收器的非相干搜索矩阵的内容，图6b图示了在通过根据本发明的方法对每个频率仓进行处理之后非相干搜索矩阵的内容，以及图7利用简化框图示出了根据本发明一个示例性实施例的电子设备。
具体实施例方式
在下文中将参照各图更具体地描述本发明。图1利用简化框图描绘了接收器1。在接收器1中由天线2接收的信号例如在射频块3中被转换到中频。众所周知，在这一阶段中信号可以包括其间有90°相位差的两个分量I和Q。这些中频转换后的模拟信号分量在数字化块4中被数字化而且传送到采集/跟踪块5。采集/跟踪块5试图找到要在采集之后执行的操作中使用的卫星的代码相位和频率偏差。这一点还将在本说明书中稍后进行描述。在采集期间，控制块6在必要时控制采集/跟踪块5和射频模块3。
在接通工作电压之后，或者在接收器1长时间地无法接收GPS卫星信号的情形下，在接收器1中为收到的每个卫星信号进行二维搜索步骤。二维搜索的目的在于确定每颗卫星的载波频率和代码相位。载波频率受到归因于卫星移动的多普勒移位以及受到接收器的本地振荡器误差的影响。频率误差可能如±6kHz那样相当之大，在这一情况下接收器必须相对于实际的传输频率(L1＝1575.42MHz)搜索约12kHz的频率范围。接收器1也不知道准确的代码相位，由此接收器还必须从1023个可能的代码相位中确定代码相位。这就产生二维搜索过程，在该搜索过程中搜索范围为12kHz的频率偏差以及1023个不同代码相位之中的代码相位。不言而喻，在本说明书中使用的值仅用作阐明本发明的例子而不构成对本发明的限制。本发明也可以应用于除GPS系统以外的系统中，在这一情况下频率值、代码相位和代码数目都可以变化。
在下文中将描述根据本发明一个示例性实施例的方法在根据图1的接收器1中的操作。然而应当注意，以下描述仅仅是不具限制性的例子，而本发明也可以应用于以不同方式形成非相干搜索矩阵的接收器中。
为了开始采集，接收器1设置搜索频率。接收器可以例如以利用先前确定的位置信息和/或年鉴信息这一方式来指定频率，由此可以进一步加速定位。接收信号的采样在接收器1中例如保存为在本示例性实施例中包括1023个采样的复数采样矢量pk(1)、pk(2)...pk(N)。在本实施例中，采样的存储速率基本上与码片的码片率相同，约为每秒1 023 000个采样。采样矢量是连续的，使得一个采样矢量在另一采样矢量之后在时间上连续，也就是说，在前一采样矢量的最后采样与下一采样矢量的第一采样之间的时间差基本上与在采样矢量的相继采样之间的时间差相同。因此，1023个采样对应于1ms的信号。采样矢量形成步骤在附图2中记作参考标号101。
采样矢量的数目为N，其中N例如是二的幂。此外，正如将在本说明书中描述的，在本发明的这一示例性实施例中采样矢量的形成重复K次。在下文中下标k用来表示不同的重复。当限定数目为N的采样矢量pk(1)、pk(2)...pk(N)时，应当考虑到，在GPS系统中，作为二进制相位调制，利用以50bit/s的比特率的信息来调制信号。对采样矢量pk(1)、pk(2)...pk(N)的数目N有所限制的另一因素是接收器本地振荡器的频率稳定性。
除采样矢量形成步骤之外，根据本发明的采集方法还包括形成相关函数矩阵的相关步骤。
可能在采样期间或者在形成N个采样矢量pk(1)、pk(2)...pk(N)之后已经部分地执行相关步骤。如果例如以在保存每个采样矢量之后为该每个采样矢量计算时间到频率的变换如快速傅立叶变换(FFT)这一方式来执行相关步骤，则可以针对所有N个采样矢量pk(1)、pk(2)...pk(N)使用同一时间到频率的变换器。另一方面，如果在已经保存N个采样矢量之后执行相关步骤，则必须为每个采样矢量使用单独的时间到频率的变换器，或者使用同一时间到频率的变换器相继地为不同的采样矢量执行时间到频率的变换。图2示出了该方法的相关步骤，在该步骤中根据采样矢量pk(1)、pk(2)...pk(N)形成相关函数矩阵Cx，k。虽然傅立叶变换在本说明书中通篇地主要用作时间到频率变换的例子，而逆傅立叶变换用作逆变换即频率到时间变换的例子，但是不言而喻，本发明不拘泥于仅仅这些例子。
对每个采样矢量Pk(1)、pk(2)...pk(N)执行离散傅立叶变换102如快速傅立叶变换FFT。
Pk(i)＝FFT(pk(i))，其中i＝1，...，N (1)这一点通过图2中的块FFT1、FFT2、...、FFTN来图示。在实践中，计算中所用的值的数目可以是1024，因为在实践应用中与使用1023个值相比(利用FFT算法)使用1024个值可以更高效地实施离散傅立叶变换。这样做的一种方式是添加额外的零作为第1024个元素。这对于变换结果影响很小。
与GPS系统所有卫星的C/A代码相对应的参考代码r(x)可以存储于接收器中，其中x指代卫星标识符而且范围例如是1-36。存储参考代码不是必要的，而且也可以在接收器中生成它们。在相关阶段中选择或者生成对如下信号进行发射的卫星的参考代码，其中该接收器在特定时刻正在与该信号同步。对图2中对记作r(x)的逆参考代码执行离散傅立叶变换103如快速傅立叶变换(FFT)。
R(x)＝FFT(r(x))(2)逆参考代码r(x)和/或它的FFT变换可能预先保存于接收器的存储器中，或者结合采集过程根据参考代码r(x)来生成它。
在相关阶段的下一步骤中，在每个采样矢量pk(i)的傅立叶变换结果Pk(i)与逆参考代码r(x)的傅立叶变换R(x)之间执行乘法104。
Mx，k(i)＝R(x)·Rk(i) (3)对这些乘法的结果执行逆傅立叶变换105，由此其结果是参考代码r(x)与具有所有可能整数延迟(1023)的接收信号之间的互相关。
mx，k(i)＝iFFT(Mx，k(i)) (4)此结果基于如下事实时域信号卷积的傅立叶变换对应于傅立叶变换后的信号，也就是变换到频域中的时域信号的相乘。当也使用逆参考代码时，可以使用傅立叶变换执行快速离散时间相关。因此在本例中互相关结果包括1023个元素。根据各种采样矢量pk(i)而形成的互相关结果mx，k(i)被用来形成互相关函数矩阵Cx，k，在该矩阵中行的数目为采样矢量的数目N。
不言而喻，取代参考代码的时间取逆，有可能根据样矢量pk(i)形成逆采样矢量pk(i)，在这一情况下直接使用参考代码r(x)而在以上提供的计算中使用逆采样矢量。在一个示例性实施例中，执行任一上述取逆都不是必要的，而且也可以如是地使用参考代码r(x)和采样矢量pk(i)。这一点基于使用了相关定理的性质，该性质表明可以借助于频域变换后函数的频率到时间变换来形成两个时间离散函数z1、z1之间的互相关corr(z1，z2)。这可以表示为以下表达式corr(z1，z2)∝IFFT(Z1*·Z2) (5)因此，在本发明的一个示例性实施例中，有可能通过对采样矢量pk(i)和参考代码r(x)执行傅立叶(比如快速傅立叶FFT)以形成采样矢量pk(i)的傅立叶变换Pk(i)和参考代码r(x)的傅立叶变换R(x)、通过形成采样矢量的傅立叶变换Pk(i)的复共轭P*k(i)、通过将形成的复共轭P*k(i)乘以参考代码的傅立叶变换R(x)、以及对相乘结果执行逆傅立叶变换来形成采样矢量pk(i)与参考代码r(x)之间的互相关。可选地可以根据参考代码的傅立叶变换R(x)形成复共轭R*(x)，在这一情况下将它乘以采样矢量的傅立叶变换Pk(i)，此后对相乘结果执行逆傅立叶变换。
结合这一点应当强调，在前一段落中提供的用于计算采样矢量pk(i)与参考代码r(x)之间互相关的方法归结于相关和卷积的基本性质以及它们之间的紧密依存关系，因此函数在时域中的取逆实际上等价于在频域中形成复共轭。例如在如下出版物中更具体地涉及这一点“Digital SignalProcessing-A Practical Approach”，Emmanuel C.Ifeachor和Barrie W.Jervis，Addison-Wesley出版公司，1993年，ISBN 0-201-54413-X，第4段“Correlation and Convolution”，将其援引于本文中。还应当提及一点，一般来说，对于本发明的应用而言哪一方法用来获得互相关结果并不重要。
在相关阶段中形成的相关函数矩阵Cx，k的各行代表了接收信号与具有间隔为一毫秒的不同相位差的参考代码的互相关。作为公式，互相关函数矩阵可以表达如下
C‾x,k=mx,k,(1)mx,k,(2)···mx,k,(N)---(6)]]>在下一阶段也就是分析阶段中，使用了相关函数矩阵Cx，k的转置106，在该转置中各行代表了时域中的信号采样。每行对应于接收信号与参考代码之间的某一代码相位差。对相关函数矩阵Cx，k的转置中的每行执行傅立叶变换107以形成相干搜索矩阵Ax，k，由此可以执行频率分析以确定实际的频率移位。这一点通过图3来图示。
Ax,k=FFT(Cx,kT)---(7)]]>在实际应用中，在单独的步骤中根据相关函数矩阵形成转置矩阵不是必要的，而且可以例如按列在不同的方向从存储器10(图7)读取所存储的相关函数矩阵Cx，k的元素。
相关函数矩阵Cx，k也可以用如此类已知的方式例如通过使用匹配滤波器来形成。
然而如上所述，在GPS系统中，信号是利用50bit/s的信号来调制的，这在实际应用中限制了数目N的值。在这一情况下，数目N被选择为使得该调制对于分析没有实质影响。另外，N的最佳值依赖于在傅立叶变换中使用的窗函数。例如，如果N选择为等于32，则噪声带宽在30Hz的级别，这对于在接收器检测具有-150dBm级强度的信号而言仍然有一点过大。出于此原因，在采集/跟踪块5中执行对信噪比有所提高的非相干求和步骤。
为了实施非相干求和步骤，将上述采样矢量形成步骤、相关步骤和分析步骤重复K次(这一点利用图4中的标号108来图示)。重复次数K被选择为使得在合理的时间内充分地提高信噪比。每当执行分析步骤时都形成相干搜索矩阵Ax，k，而且对它执行非相干求和运算以形成非相干搜索矩阵Sx。在本示例性实施例中非相干搜索矩阵Sx形成如下。例如，为每个相干搜索矩阵Ax，k的每个复数元素Ax，k(i，j)计算量值或者一些其它绝对值如该量值的平方。对根据每个非相干搜索矩阵的对应元素而计算的数值进行求和，也就是执行矩阵的加法，这可以利用以下公式来表达 在实际应用中，可以用至少两种方式来形成非相干搜索矩阵。在第一可选实施中，存储每次反复时形成的相干搜索矩阵。在重复所需次数之后，通过根据公式8对等价元素进行求和来形成非相干搜索矩阵。在这一可选实施中，需要存储器以便存储所有相干搜索矩阵的元素。根据另一可选实施，初始地计算一个相干搜索矩阵，而且将此矩阵的值复制为非相干搜索矩阵的元素。在每次反复时形成相干搜索矩阵，并且将根据该矩阵的对应元素而计算的数值(例如绝对值)与非相干搜索矩阵的对应元素进行求和。在这一可选实施中，由此在每次反复时执行等价元素的求和。因此存储仅一个相干搜索矩阵，由此比第一可选实施需要较少的存储器。
图6a描绘了如下例子，在该例子中示出了在根据本发明的确定步骤之前搜索矩阵Sx的内容。可以清楚地看到两种干扰信号。
在已经执行所需次数的反复之后，在确定步骤中使用非相干搜索矩阵Sx的元素sx(i，j)的值以尝试找到超过预限定阈值的值。为了执行该确定，基于非相干搜索矩阵Sx限定一些统计参数。针对每个频率偏差值、即针对上述例子的非相干搜索矩阵Sx的每列来计算统计参数。然而，非相干搜索矩阵Sx的值也可以设置为使得各列代表不同的代码相位而各行代表不同的频率偏差值(即同一行中的每个值具有同一频率偏差值但是具有与同一行中的其它值不同的代码相位)。在该类实施例中为搜索矩阵Sx的每行形成统计参数。
在本发明的一个示例性实施例中，为非相干搜索矩阵Sx的每列计算第一参数和第二参数。第一参数p1是非相干搜索矩阵Sx中同一列所有值的平均值，而第二参数p2是非相干搜索矩阵Sx中同一列各值的标准偏差。然后，例如通过以下等式来为该列中的每个值计算参考值T＝(Xij-p1(Xij))/p2(Xij) (9)
其中p1(Xij)是第一参数(例如mean(Xij))，p2(Xij)是第二参数(例如std(Xij))，Xij是有待检验的值，以及T是对于受检验的值的计算的参考值，i表示扩展代码轴(代码相位)，以及j表示频率轴(频率偏差)。
在为受检验的值而计算参考值T之后将它与阈值C做比较。如果参考值T大于阈值C，则确定受检验的该值代表有待接收的信号的正确代码相位和频率偏差。因此，该受检验的值的行下标和列下标指示了针对该信号的代码相位和频率偏差。然后可以在该信号的跟踪相位中使用所确定的代码相位和频率偏差。
然而，如果参考值T不大于阈值C，则确定受检验的该值不是正确值，而同一列中的下一值将接着用作受检验的值。然后，将为这一当前值计算参考值T(如果还未做的话)而且将该参考值与阈值C做比较。重复上述程序直至检验同一列中的所有值为止或者直至参考值T超过阈值C为止。如果为当前列中各值而计算的参考值都不大于阈值C，则会选择另一列(例如下一列)，而且为选定行中的各值计算参考值T并将该参考值与阈值C做比较。
有一些可选方式可用来执行本发明的上述检验程序。例如，可以在将参考值T与阈值C做比较之前为搜索矩阵中的所有值计算参考值T，或者在计算一个参考值T之后将该参考值T与阈值C做比较。又一可选的方式是一次计算一列的参考值T，然后为所讨论的列中的所有参考值T执行比较。
如果参考值T与阈值C的比较指示了参考值T超过阈值C，则不必立即停止该检验程序，而是继续该程序直到检验了搜索矩阵中的所有值为止。在该情况下可能有超过阈值C的多个值。在该情况下，可以选择最大的参考值用于指示正确的代码相位和频率偏差，或者通过大于阈值C的各值的组合(例如平均值)来确定正确的代码相位和频率偏差。
只要非相干求和的采样的数目足够之大(约为10或者更大)，使得大数定律可以被视为适用、而且假设采样平均和采样标准偏差是对于真实平均和真实标准偏差的良好近似，则参考值T具有零平均和单位标准偏差的近似正态分布。这意味着可以独立于接收器前端(射频块3)中的噪声电平和合成时间来选择阈值C。因此接收器将根据现有的干扰环境自动地自适应它的性能，而无论合成时间如何仅一个阈值C就足够了。
在实践中，用以实施该基本原理的在计算上更高效的方式是搜寻每列(频率仓)中的最大值，然后仅为每列中的最大值计算参考值T。此实施方法减少了与扩展代码的长度(例如对于GPS C/A代码而言是1023)相除的次数。
在上述示例性实施例中，在参考值T的计算中使用了除法运算。例如可以通过以如下方式执行检验来避免这一点。首先搜寻每个频率仓中的最大值，然后对这些最大值例如进行降序排序。对于排序的最大值列表中的每个元素，检查是否满足不等式Xij＞C·p2(Xij)+p1(Xij)。满足该不等式的最大(第一)元素的坐标(行下标和列下标)确定了所检测的卫星信号的参数。如果阈值C选择为使得误告警的概率合理地小，则这一改型逻辑将产生与在说明书中先前提供的逻辑相似的结果。
图6b的例子示出了如下情形，在该情形中发现明显大于其它值的两个值。然后可以在确定正确的代码相位和频率偏差时使用较大的一个值(或者二值的组合)。另一方面，如果在非相干搜索矩阵Sx中没有找到这样的值，则由被搜索的卫星所发射的信号可能在所检验的频率范围中没有收到或者微弱到无法检测。
一旦已经确定正确的频率偏差和代码相位，那么如果接收器也适于执行跟踪操作则可以将接收器设置成跟踪模式。数据的接收对于很微弱的信号而言不太可能成功，并且在这一情况下，以如此类已知的方式，可能有必要依赖于经由例如移动电话网络(未示出)而接收的数据。在这一情况下距离测量仍然可能但是准确度降低。
为了计算位置，接收器例如基于从至少四颗卫星接收的信号来执行信号接收。在这一情况下基于每个卫星信号根据需要重复前述采集过程，由此将用来执行采集的卫星的代码选择为参考序列r(x)。
本发明也可以实施为使得在相干搜索矩阵和非相干搜索矩阵中仅有一个频率仓(仅搜寻代码相位)。这意味着在搜索矩阵中仅有一列(如果列代表频率)或者一行(如果行代表频率)。
例如可以在数字信号处理单元8(图7)中实施对于该方法的实施而言所需要的大多数块。数字信号处理器的基于硬件的解决方案或者软件实施都可以用来执行FFT变换。此外，控制元件如微处理器等可以用来控制接收器的操作。
在图7中示出了包括移动台和定位接收器的根据本发明示例性实施例的电子设备18。第一天线2用于接收由定位卫星发射的信号。接收信号被施加到第一无线部分7，在该第一无线部分中信号被降频并数字化。第一无线部分除包括其它块之外还特别地包括图1中所示接收器的射频块3和数字化块4。在这一阶段可以包括I分量和Q分量的数字化信号被施加到数字信号处理单元8，在该数字信号处理单元中，除形成其它信号之外还特别地形成采样矢量。在第一存储器装置10中保存采样，该第一存储器装置例如包括读/写存储器也包括用于存储数字信号处理单元8的程序代码的只读存储器和/或非易失性读/写存储器。在本实施例中，在信号处理单元8中，除实施其它功能之外还特别地实施采集/跟踪块5的功能，比如使用例如傅立叶变换器FFT1、FFT2、....FFTN和/或匹配滤波器来形成相关函数矩阵Cx，k。在数字信号处理单元8中也可以执行相干搜索矩阵Ax，k的形成和非相干求和步骤。数字信号处理单元8向例如包括微处理器和I/O逻辑的控制块6发射与计算的相位差和频率偏差有关的信息。第二存储器装置11用作控制块6的数据和程序存储器。不言而喻，第一存储器装置10和第二存储器装置11也可以包括公共存储器。可以在显示器13上向用户显示定位信息。
也可以在控制块6的应用软件中实施移动台的操作。因此，显示器13可以用来以如此类已知的方式呈现电话呼叫信息。用户可以使用键盘14来控制定位接收器和移动台。借助于编码解码器15来执行音频信号的编码和解码。在图7中还示出了移动台的无线部分16和第二天线17。
本发明不仅仅拘泥于前述实施例，而是可以在不脱离由所附权利要求书限定的范围情况下加以改型。
权利要求
1.一种用于对代码调制的扩频信号执行采集的方法，所述方法包括-对发射信号进行接收；-对所述接收信号进行采样以形成采样；-形成与在所述调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码；-基于所述采样形成非相干搜索矩阵，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的所述第一维度代表所述接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在所述第一维度中可寻址；以及-基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在所述调制中使用的所述代码的代码相位；所述确定包括-基于所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数；-基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值；以及-检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述接收信号的所述代码相位，其中基于与所述接收信号的所述频率偏差和所述代码相位相对应的这种元素的所述第一索引来确定所述接收信号的所述代码相位。
2.根据权利要求1所述的方法，所述非相干搜索矩阵还包括第二维度中的元素，所述第二维度代表所述接收信号的同一代码相位但是不同的频率偏差，每个元素通过第二索引在所述第二维度中可寻址，所述确定还包括确定所述发射信号的频率移位和检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述频率偏差，其中基于与所述接收信号的所述频率偏差相对应的这种元素的所述第二索引来确定所述接收信号的所述频率偏差。
3.根据权利要求2所述的方法，所述检验包括将所述参考值与阈值做比较，其中如果所述参考值超过所述阈值，则确定所述元素排中的所述元素对应于所述接收信号的所述频率偏差和所述代码相位。
4.根据权利要求2所述的方法，包括将第一统计参数限定为所述排中元素值的平均值而将第二统计参数限定为所述排中元素值的标准偏差。
5.根据权利要求4所述的方法，包括通过使用下式来计算所述参考值T＝(Xij-p1(Xij))/p2(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及T是对于所述受检验的值的所述计算的参考值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
6.根据权利要求2所述的方法，所述形成非相干搜索矩阵包括-执行所述采样与所述至少一个参考代码之间的相关以形成相关结果集；-将所述相关结果集设置为相关函数矩阵中的元素；以及-根据所述相关函数矩阵形成所述非相干搜索矩阵。
7.根据权利要求2所述的方法，包括重复为所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的每个元素排中的每个元素确定所述发射信号的频率移位和在所述调制中使用的所述代码的代码相位。
8.根据权利要求7所述的方法，所述检验包括将所有的所述参考值与阈值做比较，其中如果所述参考值中的任何参考值超过所述阈值，则基于与超过所述阈值的所述参考值相对应的所述元素的索引来确定所述接收信号的所述频率偏差和所述代码相位。
9.一种接收器，包括-用于接收代码调制的扩频信号的接收块；-用于对所述接收信号进行采样以形成采样的采样器；-用于形成与在所述调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码的装置；-用于基于所述采样形成非相干搜索矩阵的装置，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的所述第一维度代表所述接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在所述第一维度中可寻址；以及-用于基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在所述调制中使用的所述代码的代码相位的确定装置；所述确定装置包括-用于基于所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数的装置；-用于基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值的装置；-用于确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述接收信号的所述代码相位并针对与所述接收信号的所述代码相位相对应的这种元素来提供指示的检验装置；以及-用于根据所述检验装置的所述指示基于所述元素的所述第一索引来确定所述接收信号的所述代码相位的判决装置。
10.根据权利要求9所述的接收器，所述非相干搜索矩阵还包括第二维度中的元素，所述第二维度代表所述接收信号的同一代码相位但是不同的频率偏差，每个元素通过第二索引在所述第二维度中可寻址，-所述确定装置还适于确定所述发射信号的频率移位，以及-所述检验装置还适于检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述频率偏差，其中所述接收信号的所述频率偏差被设置为基于与所述接收信号的所述频率偏差相对应的这种元素的所述第二索引来确定。
11.根据权利要求10所述的接收器，所述检验装置包括用于将所述参考值与阈值做比较的比较器，其中如果所述参考值超过所述阈值，则针对与所述参考值相对应的所述元素提供所述指示。
12.根据权利要求10所述的接收器，所述用于限定至少一个统计参数的装置包括用于将第一统计参数限定为所述排中元素值的平均值而将第二统计参数限定为所述排中元素值的标准偏差的装置。
13.根据权利要求12所述的接收器，所述用于限定参考值的装置包括用于通过使用下式来计算所述参考值的装置T＝(Xij-p1(Xij))/p2(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及T是对于受检验的值的所述计算的参考值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
14.根据权利要求10所述的接收器，包括用于重复为所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的每个元素排中的每个元素确定所述发射信号的频率移位和在所述调制中使用的所述代码的代码相位的装置。
15.根据权利要求12所述的接收器，所述检验装置适于通过使用下式来执行所述确定Xij＞C·p2(Xij)+p1(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及C是所述阈值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
16.根据权利要求10所述的接收器，还包括-用于根据所述采样形成采样矢量的装置；以及-用于执行所述采样矢量与所述至少一个参考代码之间的相关以形成相关函数矩阵的相关器；其中所述用于形成非相干搜索矩阵的装置适于基于所述相关函数矩阵来形成所述非相干搜索矩阵。
17.一种模块，包括-用于对接收的代码调制的扩频信号进行采样以形成采样的采样器；-用于形成与在所述调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码的装置；-用于基于所述采样形成非相干搜索矩阵的装置，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的所述第一维度代表所述接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在所述第一维度中可寻址；以及-用于基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在所述调制中使用的所述代码的代码相位的确定装置；所述确定装置包括-用于基于所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数的装置；-用于基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值的装置；-用于确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述接收信号的所述代码相位并针对与所述接收信号的所述代码相位相对应的这种元素来提供指示的检验装置；以及-用于根据所述检验装置的所述指示基于所述元素的所述第一索引来确定所述接收信号的所述代码相位的判决装置。
18.根据权利要求17所述的模块，所述非相干搜索矩阵还包括第二维度中的元素，所述第二维度代表所述接收信号的同一代码相位但是不同的频率偏差，每个元素通过第二索引在所述第二维度中可寻址，-所述确定装置还适于确定发射信号的频率移位，以及-检验装置还适于检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述频率偏差，其中所述接收信号的所述频率偏差被设置为基于与所述接收信号的所述频率偏差相对应的这种元素的所述第二索引来确定。
19.根据权利要求18所述的模块，所述用于限定至少一个统计参数的装置包括用于将第一统计参数限定为所述排中元素值的平均值而将第二统计参数限定为所述排中元素值的标准偏差的装置。
20.根据权利要求19所述的模块，所述用于限定参考值的装置包括用于通过使用下式来计算所述参考值的装置T＝(Xij-p1(Xij))/p2(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及T是对于受检验的值的所述计算的参考值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
21.根据权利要求18、19或20所述的模块，包括用于重复为所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的每个元素排确定所述发射信号的频率移位和在所述调制中使用的所述代码的代码相位的装置。
22.根据权利要求19所述的模块，所述检验装置适于通过使用下式来执行所述确定Xij＞C·p2(Xij)+p1(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及C是所述阈值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
23.一种系统，包括用于发射代码调制的扩频信号的发射器和用于接收所发射的所述代码调制的扩频信号的接收器，所述接收器包括-用于对所述接收信号进行采样以形成采样的采样器；-用于形成与在所述调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码的装置；-用于基于所述采样形成非相干搜索矩阵的装置，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的所述第一维度代表所述接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位；以及-用于基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在所述调制中使用的所述代码的代码相位的确定装置；所述确定装置包括-用于基于所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数的装置；-用于基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值的装置；-用于确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述接收信号的所述代码相位并针对与所述接收信号的所述代码相位相对应的这种元素来提供指示的检验装置；以及-用于根据所述检验装置的所述指示基于所述元素的所述第一索引来确定所述接收信号的所述代码相位的判决装置。
24.根据权利要求23所述的系统，所述非相干搜索矩阵还包括第二维度中的元素，所述第二维度代表所述接收信号的同一代码相位但是不同的频率偏差，每个元素通过第二索引在所述第二维度中可寻址，-所述确定装置还适于确定所述发射信号的频率移位，以及-检验装置还适于检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述频率偏差，其中所述接收信号的所述频率偏差被设置为基于与所述接收信号的所述频率偏差相对应的这种元素的所述第二索引来确定。
25.根据权利要求24所述的系统，所述用于限定至少一个统计参数的装置包括用于将第一统计参数限定为所述排中元素值的平均值而将第二统计参数限定为所述排中元素值的标准偏差的装置。
26.根据权利要求25所述的系统，所述用于限定参考值的装置包括用于通过使用下式来计算所述参考值的装置T＝(Xij-p1(Xij))/p2(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及T是对于受检验的值的所述计算的参考值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
27.根据权利要求24、25或26所述的系统，包括用于重复为所述非相干搜索矩阵在所述第一维度中的每个元素排确定所述发射信号的频率移位和在所述调制中使用的所述代码的代码相位的装置。
28.根据权利要求25所述的系统，所述检验装置适于通过使用下式来执行所述确定Xij＞C·p2(Xij)+p1(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及C是所述阈值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
29.根据权利要求24所述的系统，其中所述发射器是GPS卫星的发射器，而所述接收器是GPS接收器。
30.一种用于对接收的代码调制的扩频信号执行采集的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括机器可执行步骤，用于-对所述接收信号进行采样以形成采样；-形成与在所述调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码；-基于所述相关函数矩阵形成非相干搜索矩阵，所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度中的元素，所述非相干搜索矩阵的所述第一维度代表所述接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，其中每个元素通过第一索引在所述第一维度中可寻址；以及-基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定在所述调制中使用的所述代码的代码相位，所述确定包括用于执行以下步骤的机器可执行步骤-基于所述非相干搜索矩阵的至少一排中每个元素的值来为所述排限定至少一个统计参数；-基于所述非相干搜索矩阵的所述排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值；以及-检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述接收信号的所述代码相位，其中基于与所述接收信号的所述频率偏差和所述代码相位相对应的这种元素的所述第一索引来确定所述接收信号的所述代码相位。
31.根据权利要求30所述的计算机程序产品，所述非相干搜索矩阵还包括第二维度中的元素，所述第二维度代表所述接收信号的同一代码相位但是不同的频率偏差，每个元素通过第二索引在所述第二维度中可寻址，所述确定还包括用于确定所述发射信号的频率移位并检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于所述频率偏差的机器可执行步骤，其中所述计算机程序产品包括用于基于与所述接收信号的所述频率偏差相对应的这种元素的所述第二索引来确定所述接收信号的所述频率偏差的机器可执行步骤。
32.根据权利要求31所述的计算机程序产品，包括用于将第一统计参数限定为所述排中元素值的平均值而将第二统计参数限定为所述排中元素值的标准偏差的机器可执行步骤。
33.根据权利要求32所述的计算机程序产品，包括用于通过使用下式来计算所述参考值的机器可执行步骤T＝(Xij-p1(Xij))/p2(Xij)其中p1(Xij)是所述第一统计参数，p2(Xij)是所述第二统计参数，Xij是有待检验的值，以及T是对于受检验的值的所述计算的参考值，i表示所述代码相位，以及j表示所述频率偏差。
全文摘要
本发明涉及一种用于对代码调制的扩频信号执行采集的方法。该方法包括对发射信号进行接收；对接收信号进行采样以形成采样；形成与在调制中使用的代码相对应的至少一个参考代码；基于所述采样形成非相干搜索矩阵。所述非相干搜索矩阵包括至少第一维度和第二维度中的元素。所述非相干搜索矩阵的第一维度代表接收信号的同一频率偏差但是不同的代码相位，而所述非相干搜索矩阵的第二维度代表接收信号的同一代码相位但是不同的频率偏差。每个元素通过第一索引在第一维度中和通过第二索引在第二维度中可寻址。该方法还包括基于所述非相干搜索矩阵中元素的值来确定发射信号的频率移位和在调制中使用的代码的代码相位。所述确定包括基于所述非相干搜索矩阵在第一维度中的至少一个元素排中每个元素的值来为所述至少一个元素排限定至少一个统计参数；基于所述元素排中元素的值和所述至少一个统计参数来限定参考值；以及检验所述参考值以确定所述元素排中的所述元素是否对应于接收信号的频率偏移和代码相位。基于与接收信号的频率偏差和代码相位相对应的这种元素的索引来确定接收信号的频率偏差和代码相位。本发明还涉及一种接收器、模块、系统和计算机程序产品。
文档编号G01S1/00GK101053167SQ200580022047
公开日2007年10月10日 申请日期2005年5月11日 优先权日2004年5月27日
发明者米克科·科克科南, 萨米利·皮耶蒂拉 申请人:诺基亚公司