获得所接收的扩频信号的方法

专利名称：获得所接收的扩频信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种获得所接收的扩频信号特别是GPS信号的方法和相应的扩频信号接收机。
背景技术：
已经认识到应采取措施使扩频接收机即使在信号不连续时也能
继续接收信号。这一问题出现在由于所接收的信号强度低、信号干扰或多径失真而导致的信号的获得本身就很困难的情况下。
WO 2005/024453公开了 一种生成包含了与待获得的GPS信号的伪随机噪声码相对应的伪随机噪声码的重复信号的方法。该重复信号被修改来去除与接收的信号的尚未接收的部分相对应的片段。接收的信号和修改后的重复信号是互相关的。
WO 2005/024453中的方法使得接收机可以在由于发射机和接收机之间的路径而使得信号接收很差时容忍支离破碎的接收信号。
信号干扰是造成信号质量下降的另一个原因。有动力进一步提高各个装置内的多个通信系统的集成度，这就引起了干扰问题。例如为PC市场而开发了 GPS产品。这些产品可以采取外部装置(外部GPS软件狗)的形式，但GPS系统将不可避免地集成在个人电脑里(典型如膝上电脑)
这种集成增大了来自主装置内的其他发送/接收系统干扰的可能性，例如WiFi、蓝牙或蜂窝电话系统，因为它们的天线和/或射频电子装置非常接近。
已经认识到了这个问题。
例如，W0 01/06669公开了一种GPS系统，其中对来自系统内的无线蜂窝发射机的信号进行处理以在蜂窝发射机工作期间获得用于使GPS接收机"降低灵敏度"的控制信号。特别地，AGC (自动增益控制)设置在发射机工作时保持恒定。
US 6 825 802公开了一种其中GPS接收机中的相关电路由"干扰机响应电路"控制的GPS系统。该电路用于指示可作为干扰阻碍信号(jamming interference signal)的信号的传输在何时发生，例如该电路可以是蜂窝发射机的组成部分。相关电路受控以暂停相关器内累积电路的操作。

发明内容
本发明提供一种在通信设备内获得所接收的扩频信号的方法，包括以下步骤
接收扩频信号；
分析该接收信号以检测出该接收信号内来自通信设备的其他无
线信号源的干扰；并且
调整接收信号的基带处理以减小在检测到的干扰的期间内的功率消耗。
本发明使得GPS处理源可以集中在那些干扰很小或无干扰的信号区域，并且可以无需对干扰源进行调整。通过对接收信号进行分析以检测干扰，特别是在基带数字信号处理之前进行检测干扰。
分析接收信号可以包含对前端接收机内信号的分析。例如，分析可以包括监测电流吸取，监测自动增益放大器或监测模拟到数字转换器(例如监测模拟到数字转换器的直流偏差)。
作为替代，分析接收信号可以包括对转换成数字基带信号后的接收信号进行监测。这时，该分析可以包括监测该信号的直流偏差电平，或者监测该信号的频谱(例如通过快速傅立叶变换)。
这些替代方法提供了在详细的信号处理之前实施干扰检测的简单方法。
调整基带处理可以包括丢弃在检测到干扰期间接收的样本，因此无需进一步处理。
作为替代，对检测到干扰期间接收的样本可以假定预设的相关结果。这些方式可得到相关结果但无需对已毁信号进行处理。本发明还提供用于实施本发明方法的计算机程序。本发明还提供一种扩频信号接收机，包括用于接收扩频信号的天线；
用于对接收信号进行分析以检测出该接收信号内来自通信设备的其它无线信号源的干扰的装置；和
用于调整接收信号的基带处理以减小在检测到的干扰的期间的功率消耗的装置。


现在将仅通过示例的方式同时参考附图来描述本发明，其中图1示出其中蜂窝电话带有GPS接收机的蜂窝电话网络的地理分布图，作为带有其他射频电路的GPS接收机的一个例子；图2更详细地示出图1中的移动蜂窝电话MS1;图3示出传统的GPS接收机结构的示意图；图4更详细地示出前端接收机；并且
图5为示出本发明方法的流程图。
具体实施例方式
本发明涉及在通信设备内获得所接收扩频信号例如GPS信号的
方法，并且涉及拥有另一无线信号源的通信设备。这个第二无线信号源可以是短距离通信链路(例如蓝牙)或者是长距离通信链路(例如蜂窝电话网络)。
通过示例的方式，图1中示意性示出传统的蜂窝电话网络的地
理分布，来图解说明结合GPS通信和另一无线通信协议的通信设备的一个例子。
网络包含多个基站BS，示出了其中从BS1到BS7的七个，各自位于相互隔开的位置上。这些基站的每一个都包含由位于任何一个地点或者服务区的中继系统控制器操作的无线电发射机和接收机的整体。这些基站各自的服务区SA1到SA7相互重叠，由图中的交
叉阴影部分所示，共同覆盖示出的整个区域。而且该系统可以包含系统控制器SC，系统控制器SC拥有到达每个基站BS1到BS7的双向通信链路(分别为CL1到CL7)。这些通信链路的每一个都可以是例如专用陆线。而且系统控制器SC可以与公共电话交换网(PSTN)相连以使得移动蜂窝电话MS1和此网络的某个用户能够通信。提供了多个移动蜂窝电话MS，示出了其中的3个，MS1、MS2和MS3，每个都可以在整个区域并且甚至还可以在超出区域的范围自由漫游。
参照图2，更详细地示出了电话MS1，包括和通信天线21相连并由通信微处理器(叩)22控制以便和它所注册的基站BS通信的通信发射机(Tx)和接收机(Rx) 20。
除了移动电话的传统组件之外，电话MS1还包含一个与GPS天线24相连的GPS接收机(GPS Rx)23。工作时，GPS接收机接收NAVSTARSPS GPS信号并且对其预处理，通常由为使带外射频干扰最小化的无源带通滤波、前置放大、中频(IF)下变频和模数转换来完成。处理后的数字化中频信号保持为已调制，仍包含来自当前可用卫星的全部信息，并被送至通信微处理器"P) 22的存储器中(未示出)。通信微处理器被配置为获取并跟踪GPS信号，以得出可采用传统导航算法从中确定移动电话位置的伪距信息。
这个例子显示单个设备可以包含多个发射机和接收机。同样原理也适用于未与主蜂窝电话网相连的通信设备，例如可以通过WiFi或蓝牙方式与无线热点连接的膝上电脑。
用于GPS信号获得、跟踪和定位的方法早已熟知，例如，GPS原理与应用(Editor, Kaplan) ISBN 0-89006-793-7 Artech House。另外，例如电话MS1之类的电话的设计和制造也早已熟知，那些与本发明不直接相关的部分这里将不做详细讨论。
本发明对所谓的"软件GPS"尤为感兴趣，即其中全部的数据处理都由软件实现、同时接收数据被存储在存储缓冲器中的GPS系统。这使接收机的实时链路可以被中断，并且减少了所需的专用硬件(例如相关器)的数量。
软件GPS接收机30的基本结构如图3所示。
接收机包含一个使用天线34接收无线信号的接收机前端32。接收机前端32从一个或多个卫星接收已调制的射频信号。
接收到的信号由接收机前端12进行放大、滤波、下变频和数字
化，以产生从接收信号得出的数字化样本形式的基带信号33。
数字化样本被送至存储缓冲器36，并且存储在内存器36中的数 据由通用CPU即数字信号处理器(DSP) 38处理。输入/输出系统40 提供用户接口。数字化样本被处理以便从卫星信号中提取信息和数 据。数据样本通常为一位或两位的数据，并且其模数采样率远高于从 卫星接收的信号的数据速率。
DPS 38以公知方式实现更传统的专用硬件系统的相关、多路传 输和傅立叶变换的功能。
图4更详细地示出前端接收机32。
由天线接收的信号在由低噪声放大器(LNA) 52放大前先由表面 声波(SAW)滤波器50进行滤波。信号在混频器54处与压控振荡器 (VCO) 56的输出进行混频。这使信号下变频到基带，这时信号受到 滤波器60进一步滤波并由放大器62中的自动增益控制(AGC)进行 放大。模数转换在转换器63中进行，同时为AGC设置提供反馈控制。 前端接收机还包含如图中所示的振荡器64和频率合成器66，其中频 率合成器控制时钟驱动器68产生时钟信号CLK。
以上讨论的不同通信系统间的干扰对接收模拟域中GPS信号的 能力有影响，但是经过模数转换后，信号变得(有效地)对干扰/阻 碍(和其他"模拟"效应)免疫。
当GPS接收机嵌入到与如WiFi收发器之类以不可预知的"突发" 方式进行发射的无线电装置紧邻的另一设备(如PC)中时，由于干 扰占优势，因此在"突发"期间由GPS模数转换器生成的样本有可能 含有无用的GPS信号信息。
本发明提供对接收信号的分析以检测在接收信号内的干扰。于 是改变接收信号的基带处理以降低检测到的干扰期间之中的功率消 耗。这样，GPS接收机能自己检测到干扰何时发生，因而能通过丢弃 或忽略受损样本的方式减少处理开销(从而节省电池/CPU的电能)。
干扰检测有两种主要方式。在第一个实施例中，前端电路(图4中)设计为检测干扰并使 用警报信号(例如一个在有干扰时设为高值的独立输出识别号)来将 干扰提示给控制器40。
在前端接收机32中有许多用于检测干扰的机制。第一个检测机
制可以通过监测由前端接收机所吸取的电流实现。当出现明显干扰时 电流将增大。为实现监测，可以使用由信号幅度显示电流吸取的变化
的放大器，例如B类放大器。
第二个检测机制可以涉及与AGC放大器62相关联的监测机制， 这是因为干扰会使ADC反馈信号和AGC增益设置突然变化。
前端接收机32中的第三个检测机制可以涉及与模数转换器相关 联的监测机制，例如基于由于接收链路中发生的超载/压縮现象而导 致检测到的直流偏差变化。
所需的监测电路的实现对于本领域的技术人员而言是一种常规 工作，如图3中单元42所示意性地展示的那样。
在第二个实施例中，由DSP 38实现的数字处理可被用于检测干 扰。最简单的形式是，可通过监测直流偏差电平并确定符号位中1 和0所占比例的失配来实现。这表示一个信号不是纯粹的GPS信号， 因为纯GPS信号平均起来具有平衡出现的正负数据值。
在这种情况下，监测功能构成DSP 38的一部分。
数字处理器的分析也可以建立在快速傅立叶变换或其他信号频 谱分析的基础上，以搜索显著的谱峰。
这些措施的每一个都可在DSP 38的任何相关运算之前进行，进 而完成定位运算。所以这些措施要么在接收机前端内在模拟域中完 成，要么基于原始基带数字化信号完成。
检测到干扰后，基带处理就可以通过多个可能的技术来利用所 检测的干扰的指示。
第一种途径是丢弃受损样本以节省存储空间。这就避免了对这 些样本的任何数字信号处理，从而节省了处理功率和内存占用。
然而，仍然需要针对这些受损样本的相关结果。这样，第二种 途径是针对假设的而不是计算的相关结果，这就同样节省了处理功率。假定的相关结果可以是"0"或对相邻未受损样本所做的相关运 算的外插值。
第三种途径是选择不去处理这些受损样本，而处理前面和/或后 面未受损的样本(再次节省了处理开销)。 本发明的方法由图5大致示出。
步骤70是接收扩频信号的步骤，步骤72是对接收信号分析以 检测干扰，用以上概述的一种或多种方法实现。步骤74是调整接收 信号的基带处理以减小在检测到的干扰的期间内的功率消耗。
本发明特别适用于软件GPS，然而它同样适用于"传统的"硬件 GPS技术。本发明可用于所有GPS系统。而且，本发明可用于其他扩 频通信系统，因为它们都需要关键的信号处理以实现多次相关运算。
本发明特别适用于便携的使用电池的设备，因为节省处理功率 在这里尤为重要。
通过对这里公开的技术的阅读，本领域所属的技术人员很容易 做出其他修改，并且可以涉及其他已在GPS接收机及其组成部件中设 计、制造和使用中已知的并可以替代或附加到在这里叙述的技术特征 的其他技术特征。
权利要求
1. 一种在通信设备中获得所接收的扩频信号的方法，包括以下步骤接收扩频信号；分析该接收信号，以检测该接收信号内来自通信设备的另一无线信号源的干扰；并且调整该接收信号的基带处理，以减小在检测到的干扰的期间内的功率消耗。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中分析该接收信号包括分析 前端接收机中的信号。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中分析该接收信号包括监测 由前端接收机的放大器所吸取的电流。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中分析该接收信号包括监测 自动增益控制放大器。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中分析该接收信号包括监测 模数转换器。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中分析该接收信号包括监测 模数转换器的直流偏差。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中分析该接收信号包括监测 转换为数字基带信号之后的接收信号。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中分析该接收信号包括监测 直流偏差电平。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中分析该接收信号包括监测信号的频谱。
10. 根据任何一项之前的权利要求所述的方法，其中调整基带处理包括丢弃检测到的干扰的期间接收的样本并且替代地选择性地处理其他样本。
11. 根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中调整基带处理包括为在检测到的干扰的期间接收的样本假设预先设定的相关结果。
12. —种计算机程序，其包括当所述程序在计算机上运行时适于执行从权利要求1到11的任一项所述的全部步骤的计算机程序代码手段。
13. 根据权利要求12所述的计算机程序，其被实现在计算机可读的介质上。
14. 一种扩频信号接收机，包括用于接收扩频信号的天线；用于分析该接收信号以检测该接收信号内来自通信设备的另一无线信号源的干扰的装置；和用于调整接收信号的基带处理以减小在检测到的干扰的期间内的功率消耗的装置。
15. 根据权利要求14所述的接收机，包括前端接收机和基带数字处理器，其中用于分析接收信号的装置用来分析前端接收机中的信号。
16. 根据权利要求15所述的接收机，其中用于分析接收信号的装置包括吸取的电流的监测器。
17. 根据权利要求15所述的接收机，其中用于分析接收信号的装置用来分析与自动增益控制放大器有关联的信号。
18. 根据权利要求17所述的接收机，其中用于分析接收信号的装置用来分析与模数转换器有关联的信号。
19. 根据权利要求18所述的接收机，其中用于分析接收信号的装置包括用于对模数转换器的直流偏差进行监测的电路。
20. 根据权利要求16所述的接收机，包括前端接收机和基带数字处理器，其中用于分析接收信号的装置用来分析转换成数字基带信号之后的信号。
21. 根据权利要求20所述的接收机，其中用于分析接收信号的装置包括用于监测直流偏差电平的装置。
22. 根据权利要求21所述的接收机，其中用于分析接收信号的装置包括用于监测信号的快速傅立叶变换的装置。
23. 根据权利要求14到22中任一项所述的接收机，其中用于调整基带处理的装置包括调整来丢弃在检测到的千扰期间接收的样本并替代地选择性地处理其他样本的软件。
24. 根据权利要求15到23中任一项所述的接收机，其中用于调整基带处理的装置包括调整来对在检测到的干扰期间接收的样本假设一个预先设定的相关结果的软件。
全文摘要
一种获得接收的扩频信号的方法，包括接收扩频信号，分析接收信号以检测接收信号内的干扰，并且调整接收信号的基带处理以减小在检测到的干扰的期间内的功率消耗。这使得GPS的处理源可以集中在那些干扰很小或无干扰的信号区域上，并可以不对干扰源进行修改。通过对接收信号进行分析以检测干扰，特别是在基带数字信号处理之前进行。
文档编号H04B1/707GK101536325SQ200780041988
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月13日 优先权日2006年11月14日
发明者安德鲁·T·尤尔, 布赖恩·D·扬, 约翰·佩特斯 申请人:Nxp股份有限公司