专利名称：用于gps软件接收器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于接收尤其是追踪诸如GPS信号的直接序列扩频(DSSS)信号的方法和装置。
背景技术：
全球定位系统(GPQ是一种提供具有全球范围的地球空间定位的全球导航卫星系统(GNSS)。GPS—般使用处于距地面20200公里的六个圆形轨道的至少M颗卫星。每个平面中有四个卫星工作。所述轨道被安排为让地球上几乎任何一点都能看到至少六颗卫
星οGPS接收器对GPS卫星导航信号进行三角测量来确定它们的位置。所述卫星提供至少两种不同的信号，使得能够以不同精度确定位置。粗捕获(C/A)码用于民用，其精度是从已知可能的最大精度故意降低的。相反的，精确(P)码主要用于政府或军用。P码可以通过“Y”码加密，以产生"P(Y) ”码。通过使用诸如在北美可以使用的广域增强系统(WAAS) 这样的增强系统，可以极大地提高定位精度。每个GPS卫星以50位/秒的速率广播导航电文。所述导航电文以30-秒的帧发送。每一帧包括GPS时间信息、轨道信息(即“星历数据”)和“历书”。所述历书包括每颗卫星的粗轨道和状态信息、电离层模型以及使GPS时间与协调世界时间(UTC)相关的信息。使用C/A或P(Y)扩频码传输导航电文。
图1提供了如何使用直接序列扩频(DSSS) 调制技术在卫星上生成广播信号的概观。其中使用C/A码作为示例。初始时，导航信号110 乘以C/A码120。C/A码是每毫秒重复一次的1023 “芯片”伪噪声码(即扩频码、扩展码)。 其中“芯片”替代了通常的说法“位”，以将伪噪声码单位与导航信号110中的信息位区分开。“解扩长度”是扩展码的每次重复时的采样数量。当指代伪噪声码(如C/A码)时，术语“芯片速率”和“芯片/秒”可以互相替换。(借助符号的数值的特定解释，实域的乘法可以由二进制域的模2加法器140等价完成，如表1所示。二进制值0和1分别映射到实值 1和-1。当二进制值的模2加法与对应的实数值的乘法等价的条件满足时，这些术语可以互换使用)
权利要求
1.一种接收器的操作方法，所述接收器与多个直接序列扩频(DSSQ源同步并且接收多个以基本不变的载波频率传输的射频(RF)信号，所述射频信号为各个多普勒频移信号的叠加，该多普勒频移是由每个DSSS源和所述接收器之间的相对运动导致的，每个RF信号使用其各自的DSSS源独有的扩展码与电文数据编码，所述方法包括下述步骤(a)通过模数转换器，从中频(IF)信号生成数字化的采样序列，所述中频(IF)信号由接收到的叠加信号下变频而得；(b)从所述数字化采样序列中去除中间载波频率，并且随后将得到的数字化采样序列经低通滤波，以生成合成的准-基带信号；和(c)继步骤(b)之后并且独立于步骤(b)，与合成的准-基带信号同步，并且从组合的准-基带信号中逐个去除剩余频移，以得到每个DSSS源的基带信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述低通滤波是由矩形滤波器对由方波调制的基带信号进行的。
3.如权利要求1所述的方法，还包括(d)继步骤(b)之后并在步骤(c)之前，对于每个DSSS源，以通过延迟锁相环控制的单个采样步幅来下采样所述合成的准-基带信号。
4.如权利要求3所述的方法，其中，对所述单个采样步幅进行动态调整，以固定采样率生成合成的准-基带信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中，合成的准-基带数据信号是包括采样流的数字信号，所述方法还包括(d)继步骤(b)之后并在步骤(c)之前，通过从所述采样流中选择第一和第二采样子集来下采样所述合成的准-基带信号，在所述采样流中，所述第二采样子集中的每个采样都落后于被选入第一采样子集中的采样η个采样，η是可选择的整数。
6.如权利要求5所述的方法，其中，选择第三采样子集，在所述采样流中，所述第三采样子集中的每个采样都超前于被选入第一采样子集中的采样m个采样，m是可选择的整数。
7.如权利要求1所述的方法，还包括步骤(d)为每个DSSS源生成对应的扩展码，每个扩展码具有固定的解扩长度和固定采样率；禾口(e)用对应的扩展码，解扩每个基带信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述步骤(e)包括，对每个基带信号(i)向多个平行路径中的每个路径递送所述基带信号的子集及对应的扩展码的子集； ( )在每个平行路径，计算乘积的和，每个乘积通过基带信号的子集的成员与对应的扩展码的子集中的对应成员相乘而形成；和(iii)将所述多个平行路径中的每个路径的和相加。
9.一种接收器，包括前端，用于接收并下变频携带电文数据的广播射频(RF)信号； 模数转换器，用于数字化经下变频的广播RF信号，并且输出数字化中频(IF)信号；和微处理器，被配置为执行由多个模块中的每一个所定义的步骤，每个模块包括微处理器可执行指令，所述多个模块包括扩展码生成器，用于以第一采样率输出扩展码；载波去除模块，被配置为从数字化中频信号中去除中频载波，并且以第二采样率输出准-基带扩频信号；对所述载波去除模块的输出进行滤波的低通滤波器； 载波数控振荡器(NCO)模块，用于为载波去除生成中频谐波； 采样载入模块，被配置为下采样经低通滤波的准-基带扩频信号到第一采样率，并且输出固定速率的下采样信号；多普勒去除模块，被配置为从固定速率的下采样信号中去除残余频移，并且输出经多普勒去除的信号；多普勒NCO模块，用于为多普勒去除生成谐波；和处理模块，被配置为追踪经多普勒去除的信号，并且至少通过用扩展码解扩所述经多普勒去除的信号来获取所述电文数据。
10.如权利要求9所述的接收器，其中，所述处理模块还被配置为执行锁相回路/锁频回路(PLL/FLL)和延迟锁相环(DLL)追踪算法，并且向采样载入模块提供反馈用于步幅控制，向多普勒去除模块提供反馈用于残余频率去除。
11.如权利要求9所述的接收器，还包括计算机可读存储介质，其可操作地连接到微处理器，并且配置为存储所述多个模块。
12.一种接收器，包括前端，用于接收并下变频携带电文数据的广播射频(RF)信号； 模数转换器，用于数字化经下变频的广播信号，并且输出数字化中频(IF)信号；和处理器，被配置为执行由多个模块中的每一个所定义的功能，所述多个模块包括 扩展码生成器，用于以第一采样率输出扩展码；载波去除模块，配置为从数字化中频信号中去除中频载波，并且以第二采样率输出准基带扩频信号；对所述载波去除模块的输出进行滤波的低通滤波器； 载波数控振荡器(NCO)模块，用于为载波去除生成中频谐波； 采样载入模块，被配置为下采样所述低通滤波的准基带扩频信号到第一采样率，并且输出固定速率的下采样信号；多普勒去除模块，被配置为从固定速率的下采样信号中去除残余频移，并且输出经多普勒去除的信号；多普勒NCO模块，用于为多普勒去除生成谐波；和处理模块，被配置为追踪经多普勒去除的信号，并且至少通过用扩展码解扩所述经多普勒去除的信号来获取电文数据。
13.如权利要求12所述的接收器，其中所述处理器包括专用集成电路(ASIC)，所述 ASIC配置为实现所述多个模块中的至少一个。
14.如权利要求12所述的接收器，还包括计算机可读存储介质，其可操作地连接到处理器，所述计算机可读存储介质配置为存储用于实现所述模块中至少一个的功能的指令， 所述指令是处理器可执行的。
15.如权利要求12所述的接收器，其中，在多个通道的每一个上提供所述多普勒去除模块、多普勒NCO模块和处理模块，每个通道都可操作地连接到采样载入模块以接收各自的固定速率下采样信号。
16.如权利要求12所述的接收器，其中，处理模块包括解扩模块，用于执行解扩，所述解扩模块包括多个并行路径，每个路径包括第一输入端，用于接收所述经多普勒去除的信号的采样子集， 第二输入端，用于接收对应的所述扩展码的采样子集，乘法器，用于将经多普勒去除的信号的采样子集的每个采样与所述扩展码的对应采样子集的对应采样相乘，并输出每个结果乘积，和累加器，用于输出所述结果乘积的和；和加法器，用于将所述多个平行路径的每个累加器的输出相加。
17.如权利要求12所述的接收器，其中，所述接收器为全球定位系统(GPS)接收器，并且所述扩展码具有1023个采样的固定解扩长度。
18.一种存储计算机可执行模块的计算机可读存储介质，每个模块包括计算机可执行指令，当其执行时执行功能，所述模块包括载波去除模块，被配置为至少部分地通过将输入信号和载波信号相乘来去除输入信号的载波，并且输出扩频信号；包括指令的扩展码模块，被配置为以第一采样率输出扩展码； 包括指令的采样载入模块，被配置为下采样以第二采样频率接收的扩频信号到第一采样率，并且输出固定速率的下采样信号；和包括指令的处理模块，被配置为至少通过用扩展码解扩所述固定速率的下采样信号来获取电文信号。
19.如权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，所述载波去除模块还包括 低通滤波器模块，用于在输出扩频信号之前对载波去除信号进行滤波；和载波数控振荡器(NCO)模块，用于输出从查找表读出的载波信号。
20.如权利要求19所述的计算机可读存储介质，其中，所述低通滤波器为矩形波滤波ο
21.如权利要求19所述的计算机可读存储介质，其中，所述固定速率的下采样信号在从采样载入模块输出的多个固定速率的下采样信号之中，所述模块还包括包括指令的多普勒去除模块，被配置为接收所述多个固定速率的下采样信号，去除所述多个固定速率的下采样信号中的多普勒频移，并且输出多个经多普勒去除的固定速率下采样信号。
22.如权利要求19所述的计算机可读存储介质，其中，所述扩展码模块输出的扩展码具有固定解扩长度。
全文摘要
一种用于处理扩频信号的接收器架构。所述接收器具有射频前端，用于接收并下变频广播信号到中频载波。中频信号被数字化并提供给处理器(可以是软件驱动的DSP，ASIC或其他体现方式)用于处理。去除给定的中频载波，并且对信号进行低通滤波。所述信号提供给多个通道，每个通道例如与唯一的发射器对应。在每一个通道上，采样率都被降低到预定的固定速率，且时间失配被补偿。为每个通道估计的多普勒频移被随后去除。发射器所使用的本地生成的扩展码的拷贝以预定的固定采样率应用到的载波和去除了多普勒的信号。解扩信号用于提供多普勒频移的估计并用于后续采样选择。从每个通道估计的伪距和伪距率用于估计例如接收器的位置。
文档编号G01S19/37GK102378921SQ201080014884
公开日2012年3月14日 申请日期2010年2月1日 优先权日2009年1月30日
发明者W·安, Y·斯坦恩 申请人:美国亚德诺半导体公司