專利名稱：擴(kuò)頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及擴(kuò)頻接收機(jī)，尤其涉及可編程的擴(kuò)頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)及其方法。
背景技術(shù)：
基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)使能接收機(jī)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)，廣泛用于導(dǎo)航并且具有在移動無線通信裝置中提供本地信息的巨大潛力，通信裝置可以包括蜂窩電話，其必須符合美國聯(lián)邦通信委員會E-911定位要求。
一個(gè)GPS接收機(jī)首要關(guān)注的要求是給接收機(jī)供電后捕獲衛(wèi)星信號(即通常所說的擴(kuò)頻偽隨機(jī)噪聲(PN)碼)和提供位置坐標(biāo)所需要的時(shí)間。執(zhí)行這些操作所需要的時(shí)間通常稱為首次定位時(shí)間(TTFF)，這一般通過接收機(jī)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)來確定。
在電池供電的手持GPS接收機(jī)中，包括那些嵌入在蜂窩電話中的接收機(jī)中，捕獲時(shí)間影響總的電池壽命，因?yàn)樵谖恢么_定期間要連續(xù)給接收機(jī)供電。產(chǎn)生位置確定所需要的時(shí)間在緊急定位應(yīng)用中也很重要，例如在E-911使能蜂窩電話中的應(yīng)用。另一個(gè)重要考慮，特別是在手持GPS接收機(jī)中的另一個(gè)重要考慮是在微弱信號環(huán)境中捕獲信號的時(shí)間，例如在信號受到植物、汽車、城市峽谷和建筑的阻擋的情況中捕獲信號的時(shí)間。
并行搜索單個(gè)衛(wèi)星的碼相位空間是已知的。例如，授予Tiemann的美國專利6,009,118中公開了搜索單個(gè)衛(wèi)星的所有相位延遲的2046個(gè)并行相關(guān)器。在1981年4月的ION宇航會議的會議文件“實(shí)時(shí)導(dǎo)彈跟蹤”(Wells，“Real Time Missile Tracking”，Proceeding of IONAerospace Meeting，April 1981)中，Wells描述了一種閃存并行相關(guān)器，該相關(guān)器對單個(gè)衛(wèi)星的多達(dá)64個(gè)不同的相位延遲計(jì)算相關(guān)參數(shù)。在這些和其它已知的并行相關(guān)方案中，分配一個(gè)相關(guān)器塊在預(yù)定數(shù)量的相位延遲上搜索一個(gè)衛(wèi)星。但是在Tiemann和Wells的方案中，相關(guān)器塊一次只搜索一個(gè)衛(wèi)星。在這些和其它的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，衛(wèi)星信號搜索都保持順序處理，其中并行處理只應(yīng)用于正在搜索的特定衛(wèi)星的相位延遲。在Tiemann和Wells的方案中，并行搜索或檢測多個(gè)衛(wèi)星需要并行加倍的相關(guān)器。
在授予Kohli的美國專利5,901,171和授予Krasner的美國專利6,208,291中描述了其它的并行相關(guān)器例子。在這些專利中，為了搜索N個(gè)衛(wèi)星，需要把一個(gè)并行相關(guān)器電路復(fù)制N次。
在一些應(yīng)用中，衛(wèi)星信號接收機(jī)具有可見衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的大致多普勒頻率以及在一些情況中50比特/秒(BPS)的導(dǎo)航消息比特的大致相位延遲和相位/極性的知識。這些知識例如來自本地存儲的天文歷表，日歷，大致位置，和時(shí)間，或來自其它的來源，IS-801規(guī)范提供了在特定的信號出現(xiàn)時(shí)間的衛(wèi)星可見性、多普勒、相位延遲。由于在任何一次時(shí)間通?？煽吹?-10顆衛(wèi)星，并行搜索這些信號可以縮短總的捕獲時(shí)間。
通常所期望的是一種有效的擴(kuò)頻信號搜索器，其以一種最小化門電路/晶體管數(shù)量的方式和在一些應(yīng)用中降低功率消耗的方式大大降低了平均TTFF。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，通過認(rèn)真考慮結(jié)合下面描述的附圖在下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的各個(gè)方面，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見。


圖1是一個(gè)示例性擴(kuò)頻接收機(jī)的框圖。
圖2說明了GPS信號搜索空間碼相位和多普勒空間及其區(qū)域。
圖3說明幾個(gè)示例性搜索模式。
圖4是一個(gè)示例性接收機(jī)的功能框圖。
圖5是I和Q信號段寄存器的框圖。
圖6a是一個(gè)示例性多普勒發(fā)生器框圖。
圖6b是碼相位計(jì)算機(jī)所支持的一種示例性碼相位格式。
圖7是一個(gè)示例性PN碼發(fā)生器框圖。
圖8是圖7的PN碼發(fā)生器的一個(gè)詳細(xì)部分。
圖9a是相關(guān)器的示例性數(shù)學(xué)函數(shù)表示。
圖9b是一個(gè)示例性真值表邏輯。
圖9c是一個(gè)示例性相關(guān)器電路。
圖10a是具有半碼片延遲相關(guān)增量的一個(gè)示例性示意處理流程圖。
圖10b是具有一個(gè)碼片延遲相關(guān)增量的另一個(gè)示例性示意處理流程圖。
圖11是一個(gè)示例性相干積分模塊框圖。
圖12是一個(gè)示例性非相干積分模塊框圖。
圖13是一個(gè)示例性峰值檢測器和輸出寄存器框圖。
圖14說明偏移碼相位。
圖15是一個(gè)相干積分圖。
圖16是非相干信號幅度對積分偏移時(shí)間的圖表。
具體實(shí)施例方式
圖1是一個(gè)示例性擴(kuò)頻接收機(jī)的框圖，接收機(jī)包括一個(gè)輸入信號積分和和預(yù)處理(ISIP)模塊10，一個(gè)分段和寄存器塊20，一個(gè)閃存相關(guān)器塊30，一個(gè)PN碼發(fā)生器塊40，一個(gè)多普勒發(fā)生器塊50，一個(gè)碼相位計(jì)算機(jī)塊60，一個(gè)相干積分塊70，一個(gè)非相干積分塊80，一個(gè)峰值檢測器塊90，一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘塊92，一個(gè)跟蹤處理塊94，一個(gè)處理器接口塊96和一個(gè)定時(shí)發(fā)生器塊98。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)單獨(dú)的硬件相關(guān)器塊分時(shí)并行搜索N個(gè)衛(wèi)星。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以把相關(guān)器塊加倍以提供更大的并行化。
可以由一個(gè)固有數(shù)字信號處理器(DSP)或由其它一些處理器(未說明)，例如集成到蜂窩手機(jī)中的接收機(jī)應(yīng)用中的一個(gè)手機(jī)呼叫處理器，來操作和控制接收機(jī)，。在一個(gè)實(shí)施例中，接收機(jī)經(jīng)地址映射并行總線作為片上外圍設(shè)備進(jìn)行控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，在它的主要搜索信號模式中，接收機(jī)以不超過10Hz的速率來中斷控制處理器。在跟蹤模式中，例如在GPS定位應(yīng)用中，接收機(jī)可編程為以1ms為步長的0到4095之間的速率進(jìn)行中斷，這樣，允許處理器軟件控制碼和頻率跟蹤環(huán)。作為另一選擇，接收機(jī)可以包括用于控制碼和頻率跟蹤環(huán)的專用硬件。
為了執(zhí)行特定GPS衛(wèi)星的空中搜索，通常必須搜索所有可能的相位延遲和所有可能的多普勒偏移。圖2說明了單個(gè)GPS衛(wèi)星SV1二維總的不確定空間及其更小的不確定區(qū)域，該區(qū)域例如是由輔助數(shù)據(jù)，比如衛(wèi)星日歷，天文歷表，大致位置，和大致時(shí)間來確定的。其中的不確定空間及其區(qū)域都包括一個(gè)偽隨機(jī)噪聲碼相位維(碼相位空間)和一個(gè)多普勒頻率維(多普勒空間)。由于碼相位空間可以被描述為1023個(gè)可能的PN碼片(對于半個(gè)碼片間隔的搜索測試，N＝2046個(gè)搜索域(bin))并且多普勒空間可以被描述為在1毫秒的預(yù)檢測積分(PDI)上多普勒的+/-5,000Hz多普勒不確定(M＝10)搜索域，搜索域的總數(shù)由N×M＝20460個(gè)搜索域給出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所有這些域可以用單個(gè)的相關(guān)器進(jìn)行搜索，其中每個(gè)搜索域按順序一次搜索一個(gè)。術(shù)語PDI也被稱為積分的相干積分時(shí)間，二者可以互換使用。
以每次停留1毫秒來計(jì)算，使用單個(gè)相關(guān)器，對單個(gè)衛(wèi)星需要20.46秒時(shí)間搜索所有可能的相位。因?yàn)橥Ａ魰r(shí)間加長以及頻率域數(shù)量增加，搜索時(shí)間隨著PDI的增加而快速增加。更一般地說，在本地時(shí)間中和接收機(jī)參考振蕩器中也有不確定性，因而搜索域的數(shù)量實(shí)際上可能更大。
在圖2中，通過輔助數(shù)據(jù)，不確定性空間實(shí)質(zhì)上可能變窄到一個(gè)更小的不確定區(qū)域。參見題為“Fixed Site And Satellite Data-Aided GPSSignal Acquisition Method And System(固定位置和衛(wèi)星數(shù)據(jù)輔助GPS信號捕獲方法和系統(tǒng))”的美國專利6,121,923，其也共同轉(zhuǎn)讓給本申請。例如，在GPS操作的一種模式中，接收機(jī)使用傳統(tǒng)的輔助信息，包括日歷，天文歷表，大概位置數(shù)據(jù)等。在無線通信應(yīng)用中，接收機(jī)可以使用在空中無線輔助標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中所描述的輔助數(shù)據(jù)，例如SVID、多普勒、碼相位估計(jì)等。接收機(jī)還可以獨(dú)立操作，無需輔助數(shù)據(jù)。在圖2中，更小不確定性區(qū)域的碼相位維包括N個(gè)搜索空間域，與相鄰碼相位域隔開一個(gè)BIN LENGTH的量，多普勒頻率維包括M個(gè)搜索空間域，與相鄰域隔開一個(gè)deltaDop的量。
接收機(jī)可編程以并行搜索一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的碼相位和多普勒空間，特別是，接收機(jī)可以動態(tài)并最佳地配置以在任何數(shù)量碼相位和多普勒域上搜索任何數(shù)量的衛(wèi)星。
通過一個(gè)比實(shí)時(shí)運(yùn)行更快的批并行/串行結(jié)構(gòu)，接收機(jī)采用偽或虛擬并行化以搜索指定的不確定空間或其更窄的、包括一個(gè)或多個(gè)相位延遲和一個(gè)或多個(gè)多普勒頻率的區(qū)域。通過使用一個(gè)128個(gè)狀態(tài)的閃存并行相關(guān)器，示例性搜索機(jī)具有實(shí)時(shí)搜索4096個(gè)碼相位頻率衛(wèi)星搜索域的能力，該相關(guān)器被時(shí)分復(fù)用以覆蓋整個(gè)不確定空間或其更小區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，通過以高于接收擴(kuò)頻信號的速率的速率順序相關(guān)，對于預(yù)定數(shù)量的相位延遲，在一個(gè)相應(yīng)的預(yù)定多普勒搜索范圍上，對多個(gè)擴(kuò)頻信號的一個(gè)或多個(gè)虛擬地并行相關(guān)，其中該范圍上具有至少一個(gè)多普勒搜索域。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過以高于接收擴(kuò)頻信號的速率的速率把多個(gè)擴(kuò)頻信號和相應(yīng)的復(fù)制信號順序相關(guān)，多個(gè)擴(kuò)頻信號在相應(yīng)的預(yù)定數(shù)量的相位延遲上被虛擬地并行相關(guān)。
在GPS應(yīng)用中，包括2046個(gè)半碼片延遲的1毫秒PN碼長度，被接收機(jī)分成段長度不等的16段。前15段是128個(gè)采樣長，最后的一段是126個(gè)采樣長。也可以使用其它的不等段，但是最好每段有足夠數(shù)量的采樣以便能夠在采集下一段的時(shí)間周期期間檢測(permit)期望數(shù)量的搜索域。
圖3說明擴(kuò)頻信號接收機(jī)結(jié)構(gòu)的幾個(gè)示例性搜索模式。在第一模式中，每次在一個(gè)多普勒域或頻率上的整個(gè)碼相位不確定空間(2046個(gè)半碼片測試域)上同時(shí)搜索2顆衛(wèi)星。在第二種模式中，每次在2個(gè)多普勒頻率的整個(gè)碼相位不確定空間上同時(shí)搜索1顆衛(wèi)星。在第三種模式中，每次在4個(gè)多普勒頻率上的碼相位不確定空間的一部分(512個(gè)半碼片測試域)上同時(shí)搜索2顆衛(wèi)星。在第四種模式中，每次在8個(gè)多普勒頻率上的碼相位不確定空間的一部分(256個(gè)半碼片測試域)上同時(shí)搜索2顆衛(wèi)星。在第五種模式中，每次在32個(gè)多普勒頻率的碼相位不確定空間的128個(gè)半碼片(2046個(gè)半碼片測試域)上同時(shí)搜索1顆衛(wèi)星。還說明了其它的示例性模式。圖3的最后模式X更清楚地表示了搜索模式靈活性的程度?？梢悦看卧诓煌瑪?shù)量的多普勒域上并且每次在不同數(shù)量的半碼片延遲上同時(shí)并行搜索總計(jì)11顆衛(wèi)星，這些數(shù)并不是二的乘冪。圖3的搜索模式只是示例性而并不是想要限制本發(fā)明。示例性接收機(jī)可以并行搜索并定位多達(dá)十二個(gè)的衛(wèi)星信號，在碼空間不確定的多個(gè)多普勒域上和在整數(shù)個(gè)半碼片上搜索每顆衛(wèi)星。在碼相位和多普勒空間上對每個(gè)衛(wèi)星的搜索可以獨(dú)立控制。僅有的限制是總搜索域的數(shù)量不能超過搜索機(jī)的容量(對于示例性實(shí)施例來說是4096)。還有，接收機(jī)可以搜索少于4096的域，在這種情況中可以降低相關(guān)器時(shí)鐘。
在GPS操作的一種模式中，給接收的多個(gè)擴(kuò)頻信號的每一個(gè)指定多普勒搜索范圍，對于每個(gè)指定的多普勒搜索范圍產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)多普勒搜索信號。當(dāng)多普勒搜索范圍包括多于一個(gè)的多普勒信號時(shí)，在特定多普勒范圍內(nèi)的多普勒搜索信號的每一個(gè)之間有一個(gè)多普勒步長增量。在一個(gè)實(shí)施例中，為多個(gè)多普勒搜索范圍的至少兩個(gè)所產(chǎn)生的多普勒搜索信號是不同的，并且所產(chǎn)生的多普勒搜索信號的數(shù)量限制到某個(gè)預(yù)定數(shù)量。
接收機(jī)還可以操作在跟蹤模式中(一旦對于每個(gè)可視衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)多普勒和碼相位)，其中為了對連續(xù)的位置更新，連續(xù)更新偽距離和偽距離速率測量，可以啟動碼和載波跟蹤環(huán)。在跟蹤模式中，可以把用于大部分相關(guān)器組的時(shí)鐘速率調(diào)小到一個(gè)更小頻率，在示例性實(shí)施例中大約是5MHz，因?yàn)橹挥兴阉鞯阶钚?shù)量的碼-多普勒域才能保持跟蹤。
考慮到雙倍的碼相位搜索空間，還可以把搜索空間壓縮到1-碼片采樣。被搜索的每個(gè)衛(wèi)星具有一個(gè)軟件可選選項(xiàng)，該選項(xiàng)考慮到了1個(gè)碼或1/2個(gè)碼片的間隔。在這種限制下，對于示例性實(shí)施例，該選項(xiàng)可以考慮同時(shí)多達(dá)四個(gè)衛(wèi)星的完全碼-相位搜索。
在圖4中，圖1的ISIP塊的功能，包括RF處理塊300，A/D轉(zhuǎn)換310，以及基于編程到控制處理器中的采樣速率參數(shù)，以有效采樣速率(例如1.023，2.046，4.096或8.184MHz)把采樣信號數(shù)據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換器變換和定標(biāo)到二比特的I和Q數(shù)據(jù)采樣。在一些實(shí)施例中，可以采用抽取器和再采樣器312把采樣變換到期望的采樣率。
二比特的I和Q數(shù)據(jù)采樣被定標(biāo)到符號數(shù)值(sign-magnitude)形式(不是二的補(bǔ)碼)并且每個(gè)都把信號幅度的四個(gè)可能狀態(tài)編碼為二比特的四個(gè)可能狀態(tài)。例如，狀態(tài)“00”代表信號幅度“+1”，狀態(tài)“01”代表信號幅度“+3”，狀態(tài)“10”代表信號幅度“-1”，狀態(tài)“11”代表信號幅度“-3”。狀態(tài)到信號幅度的任何其它排序都是可能的，這將偏離精確的符號數(shù)值格式，只要閃存相關(guān)器支持該格式并且使用映射信號幅度以形成相關(guān)結(jié)果就可以。
在圖4中，采樣的I和Q信號部分被分頻器塊314分段成信號段。然后把信號段存儲到相應(yīng)的I和Q寄存器316(其中只有一個(gè)用參考標(biāo)號標(biāo)識出來)。在示例性實(shí)施例中，分頻器塊(Div128/126)314不相等地把1ms長的2046個(gè)半碼片PN碼比特分段成128個(gè)采樣長的十五個(gè)信號段和一個(gè)126個(gè)采樣長的信號段，然后重復(fù)。最好，一個(gè)信號段的最后一個(gè)信號采樣與相鄰信號段的第一個(gè)信號采樣隔開一個(gè)采樣。以大約16KHz的速率，或每個(gè)PN碼重復(fù)周期的16倍的速率把每個(gè)完成段時(shí)鐘鎖定到R1寄存器316。分頻器塊Div128/126還輸出一個(gè)段長度信號，例如1或0，給隨后的處理元件以指示是處理R1寄存器的128個(gè)采樣還是126個(gè)采樣。
圖5是圖4的I和Q的R1寄存器316的更詳細(xì)的說明，該寄存器存儲二比特的I和Q信號段。特別是，寄存器塊包括I和Q串行到并行寄存器510和520，和一個(gè)GPSOneKHz時(shí)鐘發(fā)生器530。在示例性實(shí)施例中，以大約16KHz的速率順序地把不相等段時(shí)鐘鎖定到I和Q寄存器510和520。產(chǎn)生信號(NewR1)以指示NewR1數(shù)據(jù)已經(jīng)完成，產(chǎn)生信號(Seg_Num)以指示NewR1的段號、GPSOneKHz時(shí)鐘、I和Q的分段采樣。其它的實(shí)施例可以包括并行的I和Q寄存器組。
在示例性結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生I和Q信號段的時(shí)鐘信號和加載R1寄存器的時(shí)鐘是接收機(jī)中僅有的時(shí)鐘，其要求接收機(jī)質(zhì)量可靠，即低相位噪聲時(shí)鐘有不大于3*10-9的Allen方差。時(shí)鐘電路對其余接收機(jī)部分定時(shí)，其可以是在某個(gè)最小時(shí)鐘速率上操作的任何時(shí)鐘，其中示例性4096搜索域結(jié)構(gòu)不小于65MHz(64*1.023)。這樣該結(jié)構(gòu)與基帶結(jié)構(gòu)兼容，在基帶結(jié)構(gòu)中，DSP或其它處理器以70到105MHz之間的某個(gè)速率運(yùn)行。
在圖4中，多普勒NCO318的輸出被采樣并且以類似于輸入信號分段順序的方式被并行輸入到兩個(gè)R2寄存器322(只表示了一個(gè))。R2寄存器中的采樣數(shù)取決于Div128/126分頻器塊314的段長輸出，是128個(gè)采樣或是126個(gè)采樣。R2寄存器通過復(fù)用器328連接到復(fù)用器塊326。這種復(fù)用器配置允許并行的R2多普勒擦除波形對于多個(gè)時(shí)鐘保持恒定并且被送入閃存相關(guān)器，而另一個(gè)R2多普勒擦除波形由NCO準(zhǔn)備。在示例性實(shí)施例中，多普勒發(fā)生器可具有有限數(shù)量的時(shí)鐘周期，可用于產(chǎn)生載入到R2寄存器中的128或126個(gè)多普勒采樣。該多普勒信號發(fā)生器設(shè)計(jì)適合與示例性結(jié)構(gòu)一起使用，其中示例性結(jié)構(gòu)包括并行使用四個(gè)傳統(tǒng)NCO，或一個(gè)SIN/COS狀態(tài)轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)。
為了加載R2寄存器用于下一個(gè)相關(guān)，示例性實(shí)施例有32個(gè)時(shí)鐘周期限制。圖6a中，四個(gè)NCO602、604、606和608為寄存器610產(chǎn)生多普勒模式。如果不對32個(gè)時(shí)鐘周期限制，那么一個(gè)產(chǎn)生COS和SIN輸出(每個(gè)一比特)的單獨(dú)24比特NCO就足夠產(chǎn)生128個(gè)I和Q采樣了。NCO的1比特SIN輸出是積分器的MSB(一個(gè)24比特NCO的比特23)，而COS輸出是積分器的MSB和下一個(gè)更低比特的EXOR(比特23和22)。當(dāng)產(chǎn)生128個(gè)采樣時(shí)，NCO的兩個(gè)輸出比特被傳送到相應(yīng)的128個(gè)狀態(tài)串行到并行移位寄存器603、305、607和609，然后R2寄存器同時(shí)獲得128個(gè)狀態(tài)。
在具有32個(gè)時(shí)鐘限制的示例性實(shí)施例中，并行化可以減少每階段的時(shí)鐘數(shù)量。圖6a中的四個(gè)NCO每個(gè)都有在時(shí)鐘零進(jìn)行加載開始相位和頻率的能力。第一NCO為采樣1到31產(chǎn)生多普勒模式，而第二NCO為采樣號32到63產(chǎn)生模式，第三NCO為采樣64到95產(chǎn)生模式，第四NCO為采樣96到128產(chǎn)生模式。由于NCO被同時(shí)計(jì)時(shí)，只占用32個(gè)時(shí)鐘就可以產(chǎn)生所有128個(gè)采樣。第二到第四個(gè)NCO的開始相位按如下計(jì)算第二NCO開始相位＝第一NCO開始相位+32*Fw；第三NCO開始相位＝第一NCO開始相位+64*Fw；第四NCO開始相位＝第一NCO開始相位+96*Fw。在第三十二個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘之后存儲在第四個(gè)NCO中的最后相位被寫回到一個(gè)相位RAM612，用于在下一次R1寄存器采樣期間使用。對于只有126個(gè)采樣的信號段來說，第四NCO只有30個(gè)時(shí)鐘周期的短周期。
在RAM612中存儲的相位被存儲在32位寬的字中。低24位代表一個(gè)載波周期的小數(shù)相位，而高8位代表累加的整數(shù)載波周期。RAM612的字長是64個(gè)字。頻率RAM611也包含64項(xiàng)但是只存儲表示期望的衛(wèi)星/多普勒域的一個(gè)頻率字的24位。可以把在頻率RAM611和相位RAM612中包含的64個(gè)字分配給一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星，每個(gè)字對應(yīng)于一個(gè)多普勒域和一個(gè)衛(wèi)星。NCO結(jié)構(gòu)是時(shí)分的，以便產(chǎn)生存儲在R2寄存器中的多普勒信號，從而表示多達(dá)64個(gè)的可能多普勒信號。例如，可以分配64個(gè)多普勒域給一個(gè)衛(wèi)星，用掉所有64個(gè)數(shù)據(jù)字。作為另一選擇，對于兩顆衛(wèi)星，可以分配32個(gè)多普勒域，也用掉所有64個(gè)數(shù)據(jù)字。如圖3所示，可以選定普勒域/衛(wèi)星(Doppler bins per satellite)的任何組合，只要總數(shù)不超過RAM611和RAM612的64個(gè)存儲位置。
在圖6a上所示的相差電路613被用于為PN碼發(fā)生器電路計(jì)算PN相位延遲校正。相差不需要是32位的差值，32位長相位字的高10位的一個(gè)10比特差值就足夠了，并且以整數(shù)和小數(shù)周期報(bào)告相差，其中整數(shù)和小數(shù)周期低至1/4周期的分解度。相差電路對所產(chǎn)生的每個(gè)多普勒信號計(jì)算相差(整數(shù)和小數(shù)周期都低至1/4周期的分解度)并把該差值傳送到碼相位計(jì)算機(jī)塊(圖1上的60)，并且最終送到PN發(fā)生器塊(圖1上的40)，以便在積分時(shí)間期間在一個(gè)碼相位域中保持碼相位穩(wěn)定。這樣，R3的PN碼信號時(shí)間后移以補(bǔ)償多普勒引入的接收信號碼相位偏移并且在一個(gè)累加域中保持相關(guān)和(correlation sum)穩(wěn)定。眾所周知，GPS信號在多普勒和碼相位之間相干，因此多普勒周期偏移所引起的累加偏移可以被用于補(bǔ)償碼相位延遲。例如，GPS信號載波頻率1575.42MHz和PN碼片頻率1.023MHz相干，也就是，產(chǎn)生載波頻率的同一個(gè)振蕩器用于對每顆衛(wèi)星產(chǎn)生內(nèi)部PN碼時(shí)鐘。這樣，每個(gè)PN碼時(shí)鐘表示1575.42MHz/1.023MHz，或每一個(gè)PN碼時(shí)鐘是1540個(gè)載波周期。通過累加多普勒載波周期(通過累加613輸出的相差)，可能進(jìn)行連續(xù)的碼相位校準(zhǔn)，以便保持圖1的40產(chǎn)生的復(fù)制PN碼信號與接收信號相關(guān)。由于設(shè)計(jì)的接收機(jī)主要使用1/2碼片間隔采樣(存儲在R1、R2和R3寄存器中)，在進(jìn)行1/2碼片的碼相位校準(zhǔn)之前需要累加的多普勒信號周期的整數(shù)個(gè)數(shù)是1/2*1520，或770個(gè)載波周期。因此，通過對每個(gè)多普勒域/衛(wèi)星累加相差數(shù)值(在圖6a上產(chǎn)生并且在圖1的碼相位計(jì)算機(jī)塊60中用掉)，載入圖1的PN發(fā)生器塊40的碼相位每770.0個(gè)累加多普勒周期用1/2碼片校準(zhǔn)一次。
根據(jù)RF的執(zhí)行，碼相位計(jì)算機(jī)可以在每個(gè)770周期的累加上加上或減去1/2碼片。例如，如果RF電路使用高端注入或低端注入(也就是，本地振蕩器是高于還是低于期望的信號)，接收的信號可能產(chǎn)生減少的碼相位累加或增大的碼相位累加。對于這種設(shè)計(jì)，處理器可以設(shè)置一個(gè)稱為APAD的參數(shù)，或自動相位超前指示寄存器(auto-phaseadvance direction register)，其可以控制碼相位是加上還是減去累加多普勒周期。
圖6a還說明了一個(gè)補(bǔ)償電路，其解決基準(zhǔn)振蕩器偏移頻率和頻率變化的速率。這些參數(shù)(OSCL RATE和OSCL-FREQ)由控制微處理器進(jìn)行估計(jì)，并且由處理器記錄以便對于所有衛(wèi)星偏移所有多普勒測量，這樣解決了基本振蕩器偏移頻率。通過Fm時(shí)鐘信號或測量信號出現(xiàn)時(shí)鐘EPOCH，參數(shù)被時(shí)鐘鎖定到32位累加器614中。累加器以與每個(gè)第十六個(gè)R1寄存器加載周期同步的時(shí)鐘速率工作，或每1毫秒一次的時(shí)鐘速率工作。通過每十六個(gè)新的R1寄存器加載周期，OSL_RATE輸入?yún)?shù)增加一次，累加器的輸出隨著改變。在OSCL_EST寄存器上的處理器可以觀察到OSCL_FREQ的累加和與OSCL_RATE*N，因?yàn)樗鼈冊谙乱淮螠y量信號出現(xiàn)輸出時(shí)鐘上被獲得，該輸出信號與中斷同步。比特校準(zhǔn)如下OSCL_FREQ的24位向上移8位校準(zhǔn)到累加器中。10位的OSCL_RATE參數(shù)用累加器進(jìn)行比特校準(zhǔn)。驅(qū)動OSCL_EST寄存器并送入并行的NCO的輸出24位向上移8位，也就是，這些輸出觀察累加器的第8到31位。OSCL_RATE參數(shù)的范圍在最大值和最小值之間，最大值是OSCL_RATE＝1000*(4*0.1220Hz)＝488Hz/秒，最小值是OSCL_RATE＝1000*(0.1220/256Hz)＝0.476Hz/秒。
圖1的碼相位計(jì)算機(jī)時(shí)鐘60執(zhí)行如下功能a)對于存儲器中的每一段保持絕對碼相位跟蹤。處理器從碼相位計(jì)算機(jī)存儲器中直接讀取碼相位。
b)通過計(jì)數(shù)多普勒周期，累加多普勒引入的碼相位變化(碼相位中的自動相位超前)。
c)計(jì)算半碼片的整數(shù)個(gè)數(shù)(預(yù)裝數(shù)據(jù))，在信號的下一次應(yīng)用期間PN碼發(fā)生器將使用它，包括自動相位超前分量。
d)基于R1中的段號，補(bǔ)償整數(shù)碼相位半碼片偏移。
e)經(jīng)稱為MANL_CP_ADJ輸入的處理器可寫參數(shù)，解決對以多普勒載頻周期為單位的碼相位的處理器命令的手動調(diào)整。
當(dāng)對每段PN發(fā)生器都需要一個(gè)預(yù)裝目標(biāo)碼相位時(shí)，碼相位計(jì)算機(jī)必須周期累加碼相位。這樣，它必須為相干和非相干RAM中的每個(gè)BIN_LNGTH段計(jì)算一個(gè)開始碼相位，每毫秒16次，對應(yīng)于每毫秒在R1寄存器中存儲的16個(gè)不同的段。如在圖1的多普勒發(fā)生器塊50的情況，圖1的碼相位計(jì)算機(jī)塊60需要處理RAM以便保持多達(dá)64個(gè)的唯一碼相位寄存器。
為了方便，對碼相位寄存器建議下面的格式，碼相位計(jì)算機(jī)支持該格式。如圖6b所示，每個(gè)寄存器被分為三段。存儲在每個(gè)寄存器中的碼相位指的是每個(gè)存儲器段中的第一個(gè)1/2碼片單元的碼相位延遲。每段內(nèi)的其它單位的碼相位延遲可以簡單地基于距離該段的第一個(gè)單元的整數(shù)個(gè)1/2碼片的個(gè)數(shù)。
為了與多普勒發(fā)生器相位變化的輸出相一致，小數(shù)碼片以1/4載頻周期為單位進(jìn)行累加。為了在相干RAM中包含每個(gè)相干器段，示例性多普勒發(fā)生器計(jì)算每個(gè)R1寄存器內(nèi)的1/4載波周期的總數(shù)。這樣碼相位累加器的小數(shù)碼片部分具有0到769.75周期值的值，在此之后它進(jìn)位到累加器的碼長度部分。在GPS L_band信號上(對于該信號來說PN碼和載波相干)，對于每個(gè)PN碼片有1540個(gè)載波周期，或?qū)τ?/2碼片長度有770個(gè)載波周期。因此，為了保持相干并且適應(yīng)多普勒引入的碼相位變化，就累加770個(gè)載波周期，然后向前進(jìn)位到下一個(gè)字段(半碼片延遲)，完成所謂的自動相位超前處理。
同樣，累加器的碼長度部分具有1/2碼片延遲增量的0和1022.5個(gè)碼片之間的值，或0和2045之間的整數(shù)值。當(dāng)碼長度部分翻轉(zhuǎn)時(shí)，累加器的整數(shù)碼長度部分增加一次?；诟櫼粋€(gè)衛(wèi)星所預(yù)期的最大時(shí)間(在一種跟蹤模式中，是10小時(shí))和對于這樣一個(gè)信號變化的最大速率，來設(shè)置包含累加器的整數(shù)碼長度部分的比特總數(shù)。
碼相位計(jì)算機(jī)應(yīng)用的算法在C代碼等效符號中做了最好描述。模塊結(jié)構(gòu)可以由ALU、比特移位器以及RAM塊來表示。實(shí)際的結(jié)構(gòu)不重要，只要它可以執(zhí)行所述的算法?；疽笫?，碼相位計(jì)算機(jī)能夠完成所有衛(wèi)星和所需多普勒信號(R2的唯一值)的碼相位參數(shù)的更新并且在最小數(shù)量的系統(tǒng)時(shí)鐘周期(32個(gè)時(shí)鐘)內(nèi)把預(yù)定的預(yù)裝碼相位傳送給PN發(fā)生器。這里描述了在初始化模式和運(yùn)行模式中的算法。
在初始化模式中(在積分停止周期開始之前)，出現(xiàn)以下對于在碼相位計(jì)算機(jī)存儲器中的每個(gè)衛(wèi)星段，Integer_Code_Lengths[i]＝0；Code_Lengths[i]＝CP_OFFSET[i](存儲在配置塊中的碼相位偏移寄存器的副本)；Fractional_Code_Phase[i]＝N*Delta_Cp；這里N＝具有大于定義的NUM_BINS的任意段塊的域個(gè)數(shù)，Delta_Cp是同一衛(wèi)星的隨后域的碼相位的變化，其通常整數(shù)個(gè)載頻周期，并且可以表示遠(yuǎn)小于1/2個(gè)碼片的PN碼步長偏移量。例如，考慮到77/1540碼片，或0.05碼片的PN碼偏移，Delta_Cp可以是77個(gè)載頻周期。這樣Delta_Cp可以用于把隨后的域偏移一個(gè)與Delta_Cp/1540碼片成比例的量。每顆衛(wèi)星的參數(shù)Delta_Cp都可以由控制處理器控制并且可以設(shè)置為任意整數(shù)載波周期值，這樣一顆特定衛(wèi)星上的多個(gè)碼相位域的偏移步長可以是與1/1540碼片或0.000649碼片一樣小的步長。這樣，從一個(gè)域到另一個(gè)域的延遲差可以校準(zhǔn)到比1/2碼片延遲更細(xì)。
在運(yùn)行模型中-通常在多普勒為所選的衛(wèi)星/多普勒域產(chǎn)生了一個(gè)R2之后的某個(gè)時(shí)候進(jìn)行該處理。在對每個(gè)相干RAM段為每個(gè)衛(wèi)星處理了每個(gè)R1段之后，更新碼相位的處理是<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[　　Fractional_Chips＝Quarter_Cycle_Count(from Doppler Gen)+Manl_CP_ADJ(也是以四分之一周期為單位)；　　MANL_CP_ADJ＝0；(在對該衛(wèi)星更新最后一個(gè)域之后)；　　If(APAD＝＝1)/***(碼相位隨著每770個(gè)多普勒周期增加一次***/　　{　　 If(Fractional_Chips＞＝770.0 cycles)　　 {　　Fractional_Chips-＝770.0；　　Code_Lengths+＝0.5；　　If(Code_Lengths＞＝1023.0)；　　 {　　 Code_Lengths-＝1023.0；　　 Integer_Code_Lengths+＝1；　　 }　　 }　　else If(Fractional_Chips＜0.0 cycles)　　{　　 Fractional_Chips+＝770.0；　　 Code_Lengths-＝0.5；　　 If(Code_Lengths＜0.0)；　　 {　　 Code_Lengths+＝1023.0；　　 Integer_Code_Lengths＝1；　　 }　　 }　　 }　　else/***(碼相位隨著每770個(gè)多普勒周期減小一次***/　　 {　　 If(Fractional_Chips＞＝770.0 cycles)　　 {　　 Fractional_Chips-＝770.0；　　 Code_Lengths-＝0.5；　　 If(Code_Lengths＜0.0)；　　 {　　 Code_Lengths+＝1023.0；　　 Integer_Code_Lengths-＝1；　　 }　　 }else If(Fractional_Chips＜0.0 cycles)　　{　　 Fractional_Chips+＝770.0；　　 Code_Lengths+＝0.5；　　 If(Code_Lengths＞1023.0)；　　 {　　 Code_Lengths-＝1023.0；　　 Integer_Code_Lengths+＝1；　　 }　　}　　 }]]></pre>下一個(gè)PN碼預(yù)裝數(shù)據(jù)的產(chǎn)生接下來，需要由PN碼發(fā)生器預(yù)裝該特定衛(wèi)星段，給出PN碼發(fā)生器存儲在通過R1數(shù)據(jù)的段號偏移的Code_Length寄存器中的半碼片的整數(shù)計(jì)數(shù)。尤其是，Preposition_PN_Count＝128*Seg_Num+Code_Length_Register；其中Seg_Num指R1數(shù)據(jù)段號(0到15)。注意，通過一個(gè)簡單的7個(gè)位置的比特移位就可以實(shí)現(xiàn)乘以128的乘法。最后，需要對Preposition_PN_Count補(bǔ)償任意的上溢和下溢，其函數(shù)為If(Preposition_PN_Count＞＝1023.0)Preposition_PN_Count-＝1023.0；If(Preposition_PN_Count＜＝1023.0)Preposition_PN_Count+＝1023.0。
在圖4中，PN復(fù)制碼發(fā)生器320被采樣并且以類似于輸入信號分段順序的方式并行送到兩個(gè)R3寄存器324(只說明了一個(gè))。在R3寄存器中采樣數(shù)量取決于Div128/126分頻器塊314的段長輸出，是128個(gè)采樣或是126個(gè)采樣。R3寄存器通過復(fù)用器330連接到復(fù)用器塊328。
圖7中，一個(gè)示例性基于ROM的PN碼發(fā)生器在要求的32個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘內(nèi)產(chǎn)生R3寄存器的所有128個(gè)狀態(tài)。移位寄存器702和704的內(nèi)容是確定的，其中1023個(gè)狀態(tài)的每一個(gè)都定義了所選碼的一個(gè)特定比特。移位寄存器的狀態(tài)存儲在相應(yīng)的查找表ROM中。G1查找表ROM706需要1023個(gè)比特(128個(gè)字乘8比特)，并且G2查找表ROM708需要2176個(gè)比特(128個(gè)字乘17比特)。
在一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期上，G1和G2 ROM對，結(jié)合并行的EXOR和MUX塊710，一起為一個(gè)所選信號產(chǎn)生8個(gè)并行比特，代表PN發(fā)生器輸出的8個(gè)連續(xù)狀態(tài)。第一比特與到8倍ROM的地址的輸入地址所代表的比特位置(即，PN碼比特狀態(tài)號)相一致。R3寄存器獲得128個(gè)比特。來自PN發(fā)生器的每個(gè)比特被復(fù)制兩次(R3包括1.023MHzPN發(fā)生器的2.046MHz速率采樣)，以至于G1/G2和并行的EXOR和MUX塊必須產(chǎn)生要預(yù)先加載的64比特的PN序列。R3寄存器被組織為一個(gè)16比特長的移位寄存器的8個(gè)復(fù)制品。最后八個(gè)復(fù)制品包含128比特的R3寄存器，同時(shí)第一個(gè)是移位寄存器的加載寄存器，其由G1/G2ROM和并行的EXOR和MUX塊進(jìn)行加載。
該電路并行加載16比特的移位寄存器。在預(yù)加載模式中，該電路在九個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)連續(xù)加載9個(gè)寄存器。在加載移位寄存器后，R3寄存器的狀態(tài)代表所選PN碼的那個(gè)部分，移位寄存器的第一個(gè)比特是與最近狀態(tài)號相一致的那個(gè)比特(在目標(biāo)狀態(tài)的16個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi))。然后把移位寄存器對其余數(shù)量的時(shí)鐘周期計(jì)時(shí)以便把R3寄存器預(yù)裝到期望的開始狀態(tài)，碼相位計(jì)算機(jī)計(jì)算該狀態(tài)并且通過Preposition_PN_Count參數(shù)把狀態(tài)傳送到PN發(fā)生器。預(yù)裝計(jì)數(shù)的高7個(gè)比特直接轉(zhuǎn)到ROM。-1到+8的地址計(jì)數(shù)加到該地址上以便產(chǎn)生查看所有9個(gè)16比特移位寄存器內(nèi)容的地址，所述寄存器組成R3寄存器。低4比特(即其余的)代表使R3寄存器進(jìn)入期望的初始化狀態(tài)所需要的時(shí)鐘整數(shù)個(gè)數(shù)。
如所說明的，有兩個(gè)R3寄存器復(fù)制品，都由G1/G2 ROM和并行的EXOR和MUX塊的一個(gè)復(fù)制品驅(qū)動。在一個(gè)實(shí)施例中，這兩個(gè)R3寄存器在預(yù)加載狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)之間交替變換。在運(yùn)行(RUN)模式，R3寄存器每一個(gè)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換一次。所要求的這個(gè)碼的下16個(gè)比特在合適的時(shí)鐘上加載到一個(gè)LOAD寄存器，以便把一個(gè)連續(xù)的PN比特流加載到R3寄存器中。圖8是并行的EXOR和MUX塊的更詳細(xì)的框圖。對于任意信號，為了在一個(gè)并行時(shí)鐘周期中產(chǎn)生八個(gè)連續(xù)比特，電路復(fù)制用于對以10比特間隔、來自G2移位寄存器的任何兩個(gè)比特進(jìn)行唯一的或操作(OR)的電路。因此，兩個(gè)10比特?cái)?shù)據(jù)選擇器和一個(gè)唯一或門(OR gate)被用于這8個(gè)的每個(gè)比特。此外，G2移位寄存器ROM產(chǎn)生所有17個(gè)總的狀態(tài)比特，以至于10到1選擇器可以觀察這8比特的每一個(gè)的合適10比特范圍。
在圖4中，128抽頭高速閃存并行相關(guān)器332執(zhí)行相關(guān)，該相關(guān)器一個(gè)采樣接一個(gè)采樣地把復(fù)數(shù)(二比特的I和二比特的Q)R1寄存器和復(fù)數(shù)(一比特的I和一比特的Q)R2寄存器以及實(shí)際的一比特R3寄存器的內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)，組合所有的抽頭以形成一個(gè)SUMI和一個(gè)SUMQ輸出。
相關(guān)器執(zhí)行的數(shù)學(xué)操作在圖9a和如下所附的偽隨機(jī)碼中進(jìn)行了描述假定R1寄存器包括128個(gè)稱為R1i[k]和R1q[k]的I和Q采樣，這里k是R1寄存器內(nèi)的采樣號；0＜＝k＜＝max。同樣，R2寄存器包括128個(gè)稱為R2i[k]和R2q[k]的I和Q采樣，0＜＝k＜＝max。最后，R3寄存器包括128個(gè)稱為R3[k]的實(shí)際PN碼序列的I&amp;Q采樣；0＜＝k＜＝max。在示例性實(shí)施例中，根據(jù)R1寄存器是包含128個(gè)采樣R1值還是126個(gè)采樣R1值，最大值在127和125之間變化。R1i和R1q術(shù)語具有+1，+3，-1和-3四個(gè)值。R2i和R2q術(shù)語具有+1和-1兩個(gè)值。R3值可以有值+1或-1。
閃存相關(guān)器形成了如下的乘積求和For(k＝0；k＜max；k++)Sum+＝R3[k]*(R1[k]*R2[k])；展開該表達(dá)式以表示復(fù)數(shù)操作乘積For(k＝0；k＜max；k++)Sum+＝R3[k]*[(R1i[k]+jR1q[k])*(R2i[k]+jR2q[k])]；進(jìn)一步展開并提取同相和正交分量乘積For(k＝0；k＜max；k++)Sumi+＝R3[k]*[(R1i[k]*R2i[k])-(R1q[k]*R2q[k])]；[1]For(k＝0；k＜max；k++)Sumq+＝R3[k]*[(R1i[k]*R2q[k])+(R1q[k]*R2i[k])]；[2]最后，R1乘R2的復(fù)數(shù)乘積可以描述為乘積寄存器，Pi[k]和Pq[k]，其中Pi[k]＝(R1i[k]*R2i[k])-(R1q[k]*R2q[k])；[3]
Pq[k]＝(R1i[k]*R2q[k])+(R1q[k]*R2i[k])；[4]乘積寄存器Pi和Pq對于每個(gè)R1和R2值都是常數(shù)并且包含最大的元素。最終的和(Sumi和Sumq)可以按照R3乘以乘積寄存器(Pi和Pq)如下寫成For(k＝0；k＜max；k++)Sumi+＝R3[k]*Pi[k]；[5]For(k＝0；k＜max；k++)Sumq+＝R3[k]*Pq[k]；[6]為了在一個(gè)時(shí)間間隔里最大化相關(guān)的數(shù)量，在公式[5]和[6]中的這些和，Sumi和Sumq，在一個(gè)時(shí)鐘周期里計(jì)算，這可以由完成該功能的大邏輯電路塊來通過流水線完成。
圖9a說明了閃存相關(guān)器塊的優(yōu)選實(shí)施例。公式[1]到[6]描述了對乘積寄存器Pi和Pq的每個(gè)元素，和隨后的輸出Sumi和Sumq所執(zhí)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算。閃存相關(guān)器的具體設(shè)計(jì)高度依賴于編碼與R1和R2數(shù)據(jù)輸入有關(guān)的數(shù)據(jù)的方法。R1輸入采樣的I和Q采樣編碼假定是二比特編碼 值00 +101 +310 -111 -3并且R2的一比特I和Q采樣編碼為一比特編碼 值0+11-1并且R3的一比特I和Q采樣編碼為一比特編碼 值0+11-1圖9b還說明了比特模式的所有64種可能組合，該模式與二比特的I和Q R1采樣乘以R2寄存器(即，乘積寄存器326)的一比特I和Q R1采樣相聯(lián)系。因此，為了構(gòu)成R1*R2的內(nèi)積，不需要把采樣編碼為兩個(gè)補(bǔ)碼符號。Pi[k]和Pq[k]邏輯塊乘法器的所有128個(gè)輸出分別在I和Q數(shù)據(jù)通路上相加以產(chǎn)生Sumi和Sumq輸出。注意，把加法器的輸出截短一比特(參見圖9a的輸出通路)，因?yàn)殚W存相關(guān)器加法器的輸出總是一個(gè)偶數(shù)。邏輯塊必須簡單地復(fù)制圖9b的真值表，其包括嵌入在表中的1∶2分頻器。列“Pi_scaled”與列“Pi的一個(gè)元素”差一個(gè)因數(shù)二，列“Pq_scaled”與列“Pq的一個(gè)元素”差同樣的因數(shù)二。以這種方式編碼R1數(shù)據(jù)的四個(gè)輸入狀態(tài)(+1，+3，-1，-3)并且完成與邏輯元素的乘法可以避免兩個(gè)補(bǔ)碼運(yùn)算，這要求數(shù)據(jù)通路中的多個(gè)數(shù)據(jù)比特(例如對于每個(gè)I和Q R1寄存器是3)并且使用額外的硬件單元。
圖9c是一個(gè)示例性相關(guān)器框圖，包括第一和第二乘法器塊900和902，分別對應(yīng)于圖4中的乘法器塊326和332。圖9c是還說明了依賴于求和塊904上的段號、128個(gè)并行相關(guān)器的輸出的求和，其中求和塊904對應(yīng)于圖4中的求和塊333。在示例性實(shí)施例中，對于所有的信號段，R1寄存器輸出都是128個(gè)采樣長，除了最后段，它是126個(gè)采樣長。在段選擇信號的控制下，在第16個(gè)信號段的求和中，相關(guān)器127和128的輸出忽略不計(jì)。
在圖10a中示意性說明了相關(guān)處理。來自R1寄存器和R2寄存器的輸入采樣相乘以產(chǎn)生乘積寄存器P。當(dāng)復(fù)制PN發(fā)生器的碼相位延遲的預(yù)定范圍(存儲在R3寄存器中)施加到最后的乘法器時(shí)，乘積寄存器P會保持恒定。然后乘法器輸出的所有128個(gè)狀態(tài)在求和塊333中一起求和。
對于特定碼相位延遲，R3寄存器包括復(fù)制PN碼的128個(gè)狀態(tài)。對于每個(gè)碼相位延遲，相干RAM存儲器334用作大量的獨(dú)立累加器，每一個(gè)測試的可能碼相位延遲對應(yīng)一個(gè)。在半碼片模式中，R3寄存器的內(nèi)容每個(gè)時(shí)鐘周期超前一個(gè)半碼片延遲，并且相干RAM334超前一個(gè)地址，以便相干RAM中的每個(gè)存儲位置代表連續(xù)的一個(gè)碼相位延遲的半碼片延遲試驗(yàn)(trial)。例如，對于延遲零，R3寄存器的相關(guān)結(jié)果寫入零延遲累加器地址，對于延遲一(半碼片差)，R3寄存器的相關(guān)結(jié)果寫入延遲一累加器地址，以此類推。每個(gè)信號或衛(wèi)星測試多達(dá)2046個(gè)半碼片，這代表所有可能碼相位延遲，或測試預(yù)定數(shù)量的碼相位延遲，只填充相應(yīng)數(shù)量的相干RAM存儲器位置。在一碼片模式(在后面描述并且在圖10b中表示)，連續(xù)的相干RAM地址代表一個(gè)碼片間隔延遲。
R3寄存器的2046個(gè)可能狀態(tài)的每一個(gè)都構(gòu)成了一個(gè)唯一的SUMI和SUMQ輸出，其加到在連續(xù)的存儲器位置中的相干累加RAM334中。接收機(jī)是可編程的，以便相干累加是在N毫秒上，其中，通過存儲所搜索的每顆衛(wèi)星的N值，并且當(dāng)正在搜索該特定衛(wèi)星時(shí)把N值應(yīng)用到相干累加器，從而在不同的N值上編程每顆衛(wèi)星。
只通過包括接收機(jī)的多個(gè)復(fù)制或其部分或者通過增大存儲器70和80的大小以及相應(yīng)增加系統(tǒng)時(shí)鐘速率，可以在多于4096的搜索域的情況中擴(kuò)大接收機(jī)的并行化。例如，存儲器70和80的字?jǐn)?shù)加倍可以得到8192個(gè)存儲位置。這將為接收機(jī)提供計(jì)算8192個(gè)獨(dú)特衛(wèi)星/多普勒/碼相位試驗(yàn)域的能力，而不是初始的4096個(gè)。為了在R1寄存器的一個(gè)更新周期內(nèi)處理所有的8192個(gè)衛(wèi)星/多普勒/碼相位試驗(yàn)域(一毫秒的1/16)，系統(tǒng)時(shí)鐘速率必須大于或等于128*1.023MHz。另一種完成這個(gè)的方法是把段長度改變到大于或小于128個(gè)采樣。例如，如果段長度變成256個(gè)采樣長，那么，為了覆蓋碼相位試驗(yàn)空間的2046個(gè)半碼片，通過在七個(gè)256采樣長的段和一個(gè)254采樣長的段上執(zhí)行部分相關(guān)，系統(tǒng)應(yīng)該可以對1毫秒長的PN碼分段。通過考慮到系統(tǒng)時(shí)鐘速率是初始完成同樣數(shù)量的相關(guān)(4096)的速率的一半，或如果時(shí)鐘速率保持在同樣值，考慮處理兩倍的相關(guān)數(shù)(8192)，它可以為接收機(jī)提供每個(gè)R1更新周期的更多時(shí)間以執(zhí)行順序的部分相關(guān)。
一旦把擴(kuò)頻信號段存儲到R1寄存器中，隨后的處理就與輸入時(shí)鐘無關(guān)。因此，只要相關(guān)器，PN發(fā)生器，多普勒NCO和累加RAM運(yùn)行足夠快，處理1、2、4或8個(gè)信號或衛(wèi)星的整個(gè)碼相位空間是可能的。例如，如果PN碼發(fā)生器R3寄存器和相干RAM定時(shí)在(8*2048次相關(guān))/(1/16*0.001sec)MHz，累加器RAM擴(kuò)大到容納8*2048個(gè)字，并且通過相應(yīng)地定時(shí)復(fù)用器和相干累加器RAM，那么就可以執(zhí)行8個(gè)衛(wèi)星上的整個(gè)碼相位空間搜索。
示例性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出時(shí)鐘速率可量測性，其可以采用與半導(dǎo)體處理搜索有關(guān)的增加的時(shí)鐘速度。如所說明的，相關(guān)器組可以被編程，以便可以根據(jù)特定問題所需要的搜索(碼相位和多普勒)域總數(shù)以可變時(shí)鐘速率運(yùn)行。
當(dāng)對每個(gè)衛(wèi)星多達(dá)2046個(gè)可能延遲計(jì)算相關(guān)測試時(shí)，在下一段的采集時(shí)間期間(在示例性實(shí)施例中大約1/16KHz的時(shí)間)，R1寄存器的內(nèi)容保持固定。在該時(shí)間周期中，對于前面采集的段，搜索預(yù)定數(shù)量的碼相位和/或多普勒域。當(dāng)已經(jīng)為一個(gè)多普勒域搜索了所有的碼相位時(shí)，就可以把一個(gè)新的值加載入R2以搜索一個(gè)新的多普勒域。
在圖11中，相干積分塊累加存儲器組102中的多達(dá)4096的同相和正交相關(guān)和，其包括用于SUMI和SUMQ信號的10個(gè)或更多位寬(bit-wide)的積分器。該組分成對應(yīng)為特定衛(wèi)星PN碼、碼相位范圍和多普勒頻率的塊。4096個(gè)I和Q存儲器位置的每一個(gè)都可以看作為一個(gè)累加器，其保存在一個(gè)多普勒頻率上的一個(gè)衛(wèi)星、一個(gè)碼相位延遲(以半個(gè)碼片為單位)的相關(guān)結(jié)果。該組102最好配置有獨(dú)立的讀/寫輸入通路，以便以“1個(gè)時(shí)鐘周期/存儲器地址更新一次”為單位進(jìn)行流水線處理。只要把處理限定到“1個(gè)時(shí)鐘周期/存儲元素更新一次”，其它的配置也是可能的，例如包括A和B存儲器被用于分離讀取和寫入處理的一個(gè)雙向單端口存儲方案，其通過在單端口存儲器上的時(shí)鐘頻率加倍以允許一個(gè)周期讀，一個(gè)周期寫，和一個(gè)真正的雙端口存儲器設(shè)計(jì)。
對應(yīng)于在一個(gè)多普勒頻率上的一個(gè)特定碼相位延遲、一個(gè)衛(wèi)星的閃存相關(guān)器和經(jīng)SUMI和SUMQ輸入而輸入到相干存儲器中。每個(gè)時(shí)鐘周期傳送兩個(gè)輸入SUMI和SUMQ上的一個(gè)相關(guān)的相關(guān)和。在控制處理器或DSP的控制下，閃存相關(guān)器輸出被截短固定數(shù)量的比特以降低動態(tài)范圍，其中固定數(shù)量的比特由104處的預(yù)移位參數(shù)所確定。通過為所搜索的衛(wèi)星存儲一個(gè)預(yù)移位值并且通過在正在搜索特定衛(wèi)星時(shí)把預(yù)移位值復(fù)用到該移位器，可以對所搜索的每個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行預(yù)移位值的配置。地址排序從0開始且對于SUMI和SUMQ上的每次相關(guān)器采樣都增加一個(gè)地址。在下一個(gè)R1采樣可用之前，更新相干存儲器組的4096個(gè)字。
相干累加器在整數(shù)個(gè)毫秒上求和，毫秒數(shù)對應(yīng)于對每個(gè)衛(wèi)星的一個(gè)可選PDI寄存器設(shè)置。積分是整數(shù)，即定點(diǎn)(integer-fixed point)，具有在輸入量SUMI和SUMQ上定標(biāo)為2-n的定點(diǎn)。相干積分周期可以以1ms的增量從1到20ms變化(一個(gè)GPS導(dǎo)航消息比特時(shí)間)。對于一個(gè)1ms的相干積分，例如，在最后的和被送到圖4中的非相干積分塊336之前，十六個(gè)連續(xù)的R1寄存器(對應(yīng)于信號段1-16)被處理并且被加到相干積分存儲器中。在1ms的最后，清除相干RAM段。相干積分時(shí)間也可以超出所提供的一個(gè)比特時(shí)間(20ms)，系統(tǒng)具有一個(gè)特定導(dǎo)航比特序列的知識。對于20ms的相干積分，要求本地時(shí)間知識精確到2ms。
在第一次更新存儲器時(shí)(即，在相干求和的第一次迭代時(shí))，一個(gè)驅(qū)動加法器108的端口的與門(AND gate)電路106通過把零施加到加法器的那個(gè)端口而進(jìn)行清零。來自相關(guān)器的第一個(gè)相關(guān)結(jié)果直接載入存儲器。隨后通過把前面的累積送到具有與門的加法器以構(gòu)成4096個(gè)積分器，從而形成存儲器和。在PDI間隔的最后求和之后的一個(gè)R1段，與門106輸出設(shè)置為零。讀取功能正常工作，從存儲器讀取到期望的和。傳送該和到非相干積分器塊并且由非相干積分器塊鎖存該和，這在下面進(jìn)行討論。最后，下一個(gè)相干間隔的第一個(gè)和被寫入存儲器地址，從而開始下一個(gè)相干積分周期的重新處理。
在某些操作模式中，例如，如果PDI設(shè)置為20毫秒或更高和/或如果預(yù)移位比例因子設(shè)置得較低(例如，20或2-1)，并且信號比預(yù)期的更強(qiáng)，那么相干積分器可能溢出它的10或更多位寬的動態(tài)范圍。累積溢出可以通過對多個(gè)擴(kuò)頻信號的每一個(gè)調(diào)整比例因子來防止。在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)頻信號的每一個(gè)的至少一些相關(guān)結(jié)果通過不同的比例因子，例如通過降低PDI和/或通過升高預(yù)移位參數(shù)而被定標(biāo)。
在圖11中，一個(gè)溢出檢測器110具有一個(gè)輸入和多個(gè)輸出，該輸入連接到存儲器組102的輸入，并且輸出連接到加法器108和溢出計(jì)數(shù)更新邏輯電路112。當(dāng)溢出情況發(fā)生時(shí)，積分器輸出被設(shè)置為一個(gè)最大值或最小值。然后一個(gè)計(jì)數(shù)器114記錄溢出情況的次數(shù)，這通過64個(gè)可能域(這里，域指的是峰值檢測器域、多普勒寄存器的數(shù)量)限定，并且只要非相干積分器正在工作就求出總和。例如，如果非相干積分器被編程為工作200ms，并且PDI設(shè)置為10ms，然后那個(gè)特殊域的溢出計(jì)數(shù)器對在整個(gè)200ms非相干積分“運(yùn)行”時(shí)間期間在那個(gè)域中相干積分溢出的總次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在該例中，可能檢測到多達(dá)20次的溢出。然后控制處理器可以讀取作為峰值檢測器輸出的一部分的輸出，以便驗(yàn)證在停止期間沒有或只有一些溢出發(fā)生。
在圖12中，一個(gè)非相干累加器累加在存儲器組122中多達(dá)4096個(gè)信號幅度和，該存儲器組與前面討論的相干積分器塊一樣進(jìn)行分段。每個(gè)累加和保持在一個(gè)多普勒頻率上的一個(gè)信號或衛(wèi)星、一個(gè)碼相位延遲(以半個(gè)碼片為單位)的相關(guān)結(jié)果。如在相干積分器中那樣，每個(gè)存儲器塊使用一個(gè)定點(diǎn)縮放，對此，定點(diǎn)比例因子與整個(gè)塊有關(guān)。相干積分器提供10或更多位寬的相干I和Q輸入給一個(gè)JPL幅度檢測器124，其使用所述的算法計(jì)算I和Q信號幅度近似值。該輸入與特定段的相干積分間隔的末尾同步。
非相干積分器還包括一個(gè)加法器單元126，該加分器具有來自幅度檢測器124的一個(gè)10或更多位寬的端口和來自上移位器128的一個(gè)18比特輸入端口，其中該移位器把非相干累加存儲器組122(10或更多比特寬)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換到一個(gè)相等的幅度。非相干存儲器的定標(biāo)輸出加到一個(gè)新的幅度上(最近的相干和)，其中一個(gè)下移位器132把該輸出變換到存儲器組的10或更多比特動態(tài)范圍。
一個(gè)優(yōu)先編碼器邏輯電路塊134記錄下移位器的輸出幅度，并且把一個(gè)鎖存的PE信號輸入一個(gè)定標(biāo)邏輯電路塊136，以便在隨后的累加中防止溢出情況時(shí)變換比例因子。尤其是，當(dāng)任何一個(gè)存儲器元素都具有一個(gè)有效MSB比特時(shí)，定標(biāo)邏輯電路136將將該縮放比例增加一個(gè)計(jì)數(shù)，以便在下一次讀取段的時(shí)間里，通過應(yīng)用合適的縮放比例防止溢出。在處理下一段之前，已經(jīng)鎖存一個(gè)PE狀態(tài)標(biāo)記之后，定標(biāo)邏輯電路更新非相干全局比例因子RAM138的內(nèi)容。非相干全局比例因子RAM包含一個(gè)“當(dāng)前”比例和一個(gè)“下一個(gè)”比例數(shù)值，在非相干積分開始時(shí)，這兩個(gè)量都初始化為零。每個(gè)比例數(shù)值代表用于相應(yīng)的上和下移位器的許多比特變換。上移位器128得到“當(dāng)前”比例因子，而下移位器132得到“下一個(gè)”變換數(shù)值。零意味著不移位，一意味著1比特移位，等等。“下一個(gè)”比例通過把鎖存PE值的內(nèi)容加到前一個(gè)“下一個(gè)”比例因子上而進(jìn)行更新。注意，這也可以通過使用一個(gè)“當(dāng)前”比例因子存儲器加一個(gè)單個(gè)比特來實(shí)現(xiàn)，其中該單個(gè)比特指示下一個(gè)上移位是否比下一個(gè)下移位小一。這與存儲一個(gè)當(dāng)前和下一個(gè)指數(shù)值形成對照，并且可以節(jié)省定標(biāo)電路中的存儲區(qū)。在任何一種情況中，通過一個(gè)指數(shù)值或塊值來定標(biāo)整個(gè)相關(guān)器塊。在一個(gè)實(shí)施例中，如果確定最大累加幅度的連續(xù)累加會引起累積溢出，一個(gè)或多個(gè)預(yù)定相位延遲的所有連續(xù)累積幅度都用一個(gè)公共比例因子來定標(biāo)。
在圖4中，一個(gè)峰值檢測器和輸出寄存器338連接到非相干存儲器上，以便協(xié)助控制處理器確定檢測情況并且降低掃描信號檢測的積分輸出所要求的吞吐量。峰值檢測器和寄存器還提供信號跟蹤(碼和載波)路徑。此外，檢測器和寄存器減輕了處理器讀取非相干積分RAM的所有4096個(gè)字以及測定存儲器中的每個(gè)數(shù)據(jù)段上的信號檢測情況的工作量。峰值檢測器和輸出寄存器每更新RAM一次就掃描非相干積分RAM一次。
在圖13中，峰值檢測器包括一個(gè)寄存器142，用于存儲段中信號最大值的地址(P)；一個(gè)寄存器144，用于存儲在段中下一個(gè)信號最大值的地址(NP)；一個(gè)寄存器146，用于存儲段中下一個(gè)的下一個(gè)信號最大值的地址(NNP)；一個(gè)寄存器148，用于存儲段中的所有信號幅度的和(SUM_MAG)；一個(gè)寄存器150，用于存儲最大信號幅度(P_DAT)；一個(gè)寄存器152，用于存儲下一個(gè)最大信號幅度(NP_DAT)；一個(gè)寄存器154，用于存儲下一個(gè)的下一個(gè)最大信號幅度(NNP_DAT)。一個(gè)64字乘86比特的輸出寄存器RAM156存儲這些參數(shù)。每個(gè)RAM字都與一個(gè)數(shù)據(jù)段(一個(gè)多普勒，一個(gè)衛(wèi)星和一個(gè)碼相位延遲)一致，并且與存儲器相關(guān)的比特位與各個(gè)元素相一致。輸出寄存器RAM在被控制微處理器讀取時(shí)，映射到16比特字(P，NP，NNP)和32比特字(SUM_MAG)，以及16比特字(P_DAT，NP_DAT，NNP_DAT)，以便每個(gè)參數(shù)的最低有效位出現(xiàn)在最不重要的數(shù)據(jù)總線比特上。其它的值，例如相干溢出計(jì)數(shù)和非相干比例因子，可以在峰值檢測器數(shù)據(jù)傳送到輸出寄存器RAM的同時(shí)，在輸出器存器中進(jìn)行更新。
段中的所有信號幅度和可以用來計(jì)算一個(gè)大致的峰值信號與平均噪聲的比值。峰值檢測器和輸出寄存器功能可以在更新非相干積分器期間工作(即，對應(yīng)于相干積分間隔終止的1/16毫秒時(shí)間段)，或可以在下一次非相干積分器更新之前的期間工作。在一個(gè)實(shí)施例中，通過確定第一和第二最大相關(guān)幅度的相位延遲差值大小是否等于一個(gè)相位延遲單位，來確認(rèn)對應(yīng)于一個(gè)最大幅度的相位延遲的近似相位延遲判定。
一個(gè)相干RAM捕獲(capture)功能，也就是圖1中所示的輸出寄存器塊91的一部分，可以被用于捕獲和緩沖(控制處理器隨后將讀取)來自一個(gè)或多個(gè)相干存儲器空間的相干和，該存儲器空間對應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)所檢測衛(wèi)星的實(shí)際碼相位延遲。為了使用解調(diào)雙相(bi-phase)數(shù)據(jù)調(diào)制的傳統(tǒng)方法直接解調(diào)衛(wèi)星傳輸?shù)?0BPS數(shù)據(jù)序列，控制處理器隨后可以讀取相干RAM捕獲緩沖。通過這種途徑，接收機(jī)可以實(shí)時(shí)收集衛(wèi)星傳輸?shù)奶煳臍v表，時(shí)鐘校正，日歷，UTC偏移，和電離層延遲數(shù)據(jù)，以及在HOW字中編碼的精確時(shí)間。
現(xiàn)在討論對一個(gè)多普勒頻率上的單個(gè)擴(kuò)頻信號的所有相位延遲的搜索。PN碼發(fā)生器定時(shí)速率至少是它的正常速率1.023MHz的32倍，R3寄存器定時(shí)至少是產(chǎn)生一個(gè)至少32*1.023MHz的R3寄存器時(shí)鐘速率的兩倍。PN碼發(fā)生器在它收集R1中的下一個(gè)信號段所花費(fèi)時(shí)間(1毫秒的1/16)的一半中，以該速率運(yùn)行一個(gè)完整的周期，并且R3寄存器的復(fù)制碼段具有所有可能的2046個(gè)狀態(tài)(延遲)。
在圖10a的處理流程圖中，如上所述當(dāng)R1和R2寄存器存儲信號和NCO段時(shí)，PN碼發(fā)生器計(jì)數(shù)1023次，并且R3寄存器計(jì)數(shù)2046次，以便比較所有可能的0.5碼片采樣與乘法器塊326所形成的R1乘以R2的復(fù)數(shù)乘積。R3寄存器的2046個(gè)狀態(tài)的每一個(gè)產(chǎn)生相應(yīng)的SUMI和SUMQ相關(guān)器輸出。在圖4中，這些輸出經(jīng)加法器傳送到N毫秒相干累加RAM334。SUMI和SUMQ相關(guān)器輸出的2046個(gè)輸出的每一個(gè)都加到N毫秒相干累加的2046個(gè)可能同相和正交存儲字的每一個(gè)上。相干累加RAM中的每個(gè)字都代表2046個(gè)可能的0.5碼片PN相位延遲的每一個(gè)。對于十六個(gè)段的每一段，R1和R2寄存器存儲并保持它們相應(yīng)的數(shù)據(jù)。R3寄存器具有所有2046個(gè)碼相位狀態(tài)，并且在這些狀態(tài)的每一個(gè)狀態(tài)期間，相關(guān)器的輸出被加到相干累積RAM中的連續(xù)地址。當(dāng)在R1和R2寄存器收集下一段時(shí)，重復(fù)處理。在處理了所有16段之后，對于1毫秒的處理，相干累加RAM包括對于所有可能的0.5碼片PN碼相位延遲的相關(guān)和。對于一些可編程整數(shù)毫秒相關(guān)累加，求和可以繼續(xù)。
相干器還可以產(chǎn)生多個(gè)衛(wèi)星的相關(guān)結(jié)果。在圖4中，復(fù)用器328和330分別選擇多個(gè)多普勒信號源和多個(gè)PN碼信號源。通過正確對復(fù)用器定時(shí)，相關(guān)器可以計(jì)算用于一個(gè)縮短的碼相位測試范圍的多個(gè)相關(guān)輸出。通過時(shí)分復(fù)用，該設(shè)計(jì)只需要一個(gè)時(shí)分PN碼發(fā)生器和一個(gè)多普勒NCO發(fā)生器就可以完成在所有可能衛(wèi)星信號上的處理。
圖3表中的第三項(xiàng)說明例如是兩顆衛(wèi)星，每顆都在4個(gè)不同多普勒頻率和碼相位不確定空間的512個(gè)半碼片上進(jìn)行搜索。假定信號的碼相位已經(jīng)十分精確地知道，以便把它放在延遲的512個(gè)半碼片內(nèi)。在獨(dú)立GPS的許多情況下以及在輔助操作模式中，這是可能的。控制處理器通過寫入到控制器存器可以配置用于特定模式的接收機(jī)。相干和非相干累積RAM分為8段，每段是512字長。通過對復(fù)用器330定時(shí)以及通過編程一個(gè)到PN碼發(fā)生器320中的預(yù)相關(guān)移位，8段的每一段都可以映射到期望的碼相位的512個(gè)半碼片，其中PN碼發(fā)生器320驅(qū)動R3寄存器324。這樣把8個(gè)特定碼相位搜索范圍映射到4096個(gè)字的可用累加RAM中，可用碼相位搜索范圍是4096/N，這里N是所觀察的衛(wèi)星的數(shù)量。當(dāng)N＝1或N＝2時(shí)，由于PN碼序列長度，最大碼相位搜索空間是2046個(gè)半碼片/多普勒。
示例性實(shí)施例表示0.5碼片采樣間隔。通過把驅(qū)動R1、R2和R3寄存器的電路的時(shí)鐘速率分別增大2倍或4倍因子，采樣間隔可以降低到0.25個(gè)碼片或0.125個(gè)碼片間隔。注意，對于同樣的因子，這可以降低碼相位搜索的范圍，例如，如果1023個(gè)碼片以0.5碼片間隔測試，通過把驅(qū)動電路的R1、R2和R3寄存器的采樣速率加倍，系統(tǒng)能夠以0.25碼片間隔檢驗(yàn)碼相位延遲的大約511個(gè)碼片，從而產(chǎn)生更精確的碼相位測量，因?yàn)橄到y(tǒng)將產(chǎn)生更近間隔的相關(guān)采樣。該采樣間隔也可以增大到單個(gè)碼片間隔，從而通過在ISIP輸出采樣上引入0.5倍時(shí)鐘速率，擴(kuò)充搜索器的數(shù)量，這樣搜索器數(shù)量就會超過4096個(gè)。例如，下面的表格定義了接收機(jī)數(shù)據(jù)輸入速率的四種可能狀態(tài)。
接收機(jī)數(shù)據(jù)輸入速率 以碼片為單位的采樣間隔1.023MHz 1碼片2.046MHz 1/2碼片4.092MHz 1/4碼片8.184MHz 1/8碼片RAM單元的總數(shù)量保持在4092個(gè)，但是測量RAM的分配以1，1/2，1/4，或1/8碼片間隔為步長。在一個(gè)實(shí)施例中，對于完整的碼相位測試范圍(在一個(gè)碼片間隔上)，可以同時(shí)測試四個(gè)衛(wèi)星。在另一個(gè)實(shí)施例中，只要測量的相位延遲總數(shù)不超過4092個(gè)1/8碼片總數(shù)，就可以用降低的相位延遲測試多達(dá)12顆的衛(wèi)星。
實(shí)現(xiàn)1/2碼片或1碼片間隔的另一種方法是，通過每次迭代兩個(gè)半碼片，增加在每個(gè)連續(xù)的時(shí)鐘周期上R3寄存器中存儲的PN碼的相位，從而在整個(gè)PN碼長度上只產(chǎn)生1023個(gè)可能延遲，從而允許4092個(gè)相關(guān)器測試多達(dá)4個(gè)的全部相位延遲。對于這種方法，R1寄存器存儲以1/2碼片為間隔的采樣，而不管R3寄存器每個(gè)時(shí)鐘是超前1/2還是1碼片。
圖10b表示如何實(shí)現(xiàn)該方法。如在前面所討論的，來自R1寄存器和R2寄存器的輸入采樣相乘以產(chǎn)生一個(gè)乘積寄存器P。然后，當(dāng)在把復(fù)制PN發(fā)生器的碼相位延遲的預(yù)定范圍(存儲在R3寄存器中)施加于最后的乘法器時(shí)，乘積寄存器P保持恒定，然后乘法器輸出的所有128個(gè)狀態(tài)在求和器塊333中一起求和。
R3寄存器包括一個(gè)特定碼相位延遲的復(fù)制PN碼的128個(gè)狀態(tài)。對于每個(gè)碼相位延遲，相干RAM存儲器334用作大量的獨(dú)立累加器，每一個(gè)測試的可能碼相位延遲對應(yīng)一個(gè)累加器。在一碼片模式中，R3寄存器的內(nèi)容每個(gè)時(shí)鐘周期超前兩個(gè)半碼片延遲，并且相干RAM334超前一個(gè)地址，以至于相干RAM中的每個(gè)存儲位置代表連續(xù)的碼相位延遲的一碼片延遲試驗(yàn)。例如，對于延遲零，R3寄存器的相關(guān)結(jié)果寫入零延遲累加器地址，對于延遲一(一個(gè)碼片差)，R3寄存器的相關(guān)結(jié)果寫入延遲一累加器地址，等等。每個(gè)衛(wèi)星測試多達(dá)1023個(gè)全碼片，這些碼片代表所有可能碼相位延遲，或測試預(yù)定數(shù)量的碼相位延遲，只填充相應(yīng)數(shù)量的相干RAM存儲器位置。
R3寄存器的1023個(gè)可能狀態(tài)的每一個(gè)都構(gòu)成了一個(gè)唯一的SUMI和SUMQ輸出，該輸出加到連續(xù)存儲器位置中的相干累加RAM334。接收機(jī)是可編程的，以便相干累加是在N毫秒上，其中，通過存儲所搜索的每顆衛(wèi)星的N值，并且當(dāng)正在搜索該特定衛(wèi)星時(shí)把N值應(yīng)用到相干累加器，從而使得每顆衛(wèi)星在不同的N值上都是可編程的。這種替換模式要求信號采樣以1/2碼片間隔被載入R1寄存器中，而間隔是1/2碼片的R3寄存器每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期超前一個(gè)碼片(兩個(gè)1/2碼片)。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過把多個(gè)相關(guān)試驗(yàn)指定給同一顆衛(wèi)星，使用1/2碼片R1和R2間隔產(chǎn)生小于半個(gè)碼片的間隔，在相對于段PN碼發(fā)生器有一個(gè)小的碼相位偏移(即，小于1/2碼片間隔)時(shí)就移動每個(gè)相關(guān)試驗(yàn)。在圖14中，例如，第一個(gè)碼復(fù)制信號段在0、0.5、1.0、1.5碼片間隔產(chǎn)生輸出。第二個(gè)碼復(fù)制信號段偏離第一個(gè)信號段1/8個(gè)碼片，在0.125、0.625、1.125、1.625碼片間隔產(chǎn)生輸出。第三個(gè)碼復(fù)制信號段偏離2/8個(gè)碼片，在0.250、0.750、1.250、1.750碼片間隔產(chǎn)生輸出。第四個(gè)碼復(fù)制信號段偏離3/8個(gè)碼片，在0.375、0.875、1.375、1.875碼片間隔產(chǎn)生輸出，等等。這樣，可以產(chǎn)生1/8個(gè)碼片間隔輸出。通常在復(fù)制信號的第一和第二時(shí)間偏移之間的差是采樣速率的時(shí)間間隔的小數(shù)倍。
通過把Delta_Cp參數(shù)設(shè)置到小于770個(gè)載波周期，可以實(shí)現(xiàn)偏移小于1/2碼片延遲。例如，為了實(shí)現(xiàn)1/8個(gè)碼片偏移，把Delta_Cp參數(shù)設(shè)置到小于1/8*1540，或192.5個(gè)載波頻率。這可以偏移用于受影響的衛(wèi)星的碼相位計(jì)算機(jī)塊中的相應(yīng)Fractional_Code_Phase[i]項(xiàng)，通過192.5個(gè)載波周期的一個(gè)連續(xù)增加量，偏移每個(gè)測試域，以便使得進(jìn)一步偏移的那個(gè)域稍后在770載波周期限制上循環(huán)(roll)，這樣在其它更小偏移之后不久就應(yīng)用一個(gè)(離散1/2碼片步長的)碼相位校正。也就是，碼相位延遲校正步長仍然是1/2碼片物理步長，但是一個(gè)域應(yīng)用一個(gè)校正的時(shí)間與一個(gè)隨后域不相同，隨后域與Delta_Cp參數(shù)成正比，這會產(chǎn)生一個(gè)代表碼相位延遲的平均偏移，該延遲遠(yuǎn)小于每個(gè)受影響域上的1/2碼片。
在圖4中，N毫秒之后的相干和可以通過一個(gè)幅度檢測器并被加到一個(gè)M毫秒非相干累加RAM326上。數(shù)M也是可編程的。M區(qū)間越大，信號處理增益越高。相干積分的N毫秒間隔設(shè)置頻率搜索帶寬為1/(0.001*N)Hz。
在一個(gè)N毫秒相干/M毫秒非相干積分工作模式中，搜索器的個(gè)數(shù)和用于每個(gè)搜索器的碼相位和多普勒在接收機(jī)中都是可編程的。當(dāng)數(shù)據(jù)比特沿到達(dá)時(shí)間(TOA)已知時(shí)，接收機(jī)可以工作在N毫秒預(yù)測比特相干積分/M毫秒非相干積分模式中，其中N典型地大于或等于20毫秒(GPS比特時(shí)間)，最大達(dá)到并包括200毫秒。例如在申請?zhí)枮?9/539,137，題目為“Method and Apparatus For Determining Time in AGPS Receiver(用于確定GAP接收機(jī)中的時(shí)間的方法和設(shè)備)”，與本申請共同轉(zhuǎn)讓的待審美國專利中所描述的那樣，在時(shí)間偏移搜索模式中，一旦檢測到信號，接收機(jī)搜索到達(dá)的特定50BPS數(shù)據(jù)模式序列，在此通過引用將該專利結(jié)合進(jìn)來。
在一種連續(xù)跟蹤模式中，接收機(jī)連續(xù)地跟蹤并解調(diào)來自觀察中的所有衛(wèi)星的50BPS衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)。在一種快速搜索模式中，接收機(jī)對所有可見衛(wèi)星執(zhí)行快速掃描，而沒有處理器干預(yù)，直到完成整個(gè)序列，其中在掃描的最后產(chǎn)生一次中斷。當(dāng)重新供電時(shí)，接收機(jī)還可以在它停止的地方重新開始檢測處理。
接收機(jī)還可以工作在比特同步和解調(diào)模式，其中為了提高信噪比性能，可以查找數(shù)據(jù)消息比特，例如GPS50BPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)消息沿。在這種模式，傳輸數(shù)據(jù)比特沿到達(dá)時(shí)間的知識是未知的，但是已經(jīng)確定了到達(dá)所關(guān)心的衛(wèi)星的碼相位延遲。
在圖15中，在示例性實(shí)施例中，需要4096個(gè)相關(guān)器域的640個(gè)(大約15％)來確定用于一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的比特同步時(shí)間延遲。在正交域之間變化的參數(shù)是一個(gè)與積分和轉(zhuǎn)儲處理相關(guān)的時(shí)間，所有的積分和轉(zhuǎn)儲處理都被設(shè)置為一個(gè)20毫秒的預(yù)檢波積分(PDI)值，其與數(shù)據(jù)比特時(shí)間相一致。用于20個(gè)積分器的每一個(gè)的轉(zhuǎn)儲命令延遲以每個(gè)正交域一毫秒變化，以便覆蓋數(shù)據(jù)比特改變的所有可能延遲。在圖2中所描述的“多普勒”和“CP_OFFST”參數(shù)不是垂直變化的。因?yàn)镻DI參數(shù)是20毫秒，因此用傳輸?shù)?0BPS數(shù)據(jù)沿正好只能校準(zhǔn)一個(gè)正交域。所有20個(gè)域的積分開始都被同步到最接近PN碼相位0的R1段。一旦觀察到許多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，就把那個(gè)特定域非相干積分到一個(gè)值，該值與未校準(zhǔn)的那些域相比是最大的。還有，為了在相干和中進(jìn)行最大程度地抵消(當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí))，只有一個(gè)正交域?qū)恍?zhǔn)。另一種比特校準(zhǔn)測量是，在許多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換被求和之后，查找積分到最小值的域。當(dāng)最大比最小非相干積分器的和大約是數(shù)據(jù)比特時(shí)間的一半時(shí)，在該示例性實(shí)施例中是10ms，確認(rèn)比特同步。在一些應(yīng)用中，例如在具有高噪聲量的那些應(yīng)用中，可以在9、10、或11毫秒或一些其它大約是數(shù)據(jù)比特時(shí)間一半的范圍，建立一個(gè)通過門限。使用這種方法，在信號電平降至接近20dB-Hz時(shí)，接收機(jī)都可以找到比特同步，與傳統(tǒng)的比特同步方法相比可能好至少10dB。
可以使用替換的方法來確認(rèn)比特向步。例如，可以計(jì)算在最大和與早1秒開始積分的和之間的一個(gè)差值?？梢杂?jì)算在最大和與晚1秒開始積分的和之間的一個(gè)第二差值。在一個(gè)實(shí)施例中，如果這兩個(gè)差值都在彼此的某個(gè)容限內(nèi)時(shí)，假定在預(yù)期相關(guān)差值的10％之內(nèi)時(shí)，就確認(rèn)比特同步。這種替換方法不依賴于對噪聲敏感的最小和。其它技術(shù)可以使用最大和附近的其它和。
在圖16中，對于一個(gè)相應(yīng)于數(shù)據(jù)比特時(shí)間的時(shí)間間隔(在該例中是20ms)，在第一擴(kuò)頻信號和第一復(fù)制信號之間的確定碼相位延遲上執(zhí)行多次相干相關(guān)。多個(gè)相干相關(guān)，即圖16中0-19，在總數(shù)上相應(yīng)于偽隨機(jī)碼比特的重復(fù)時(shí)間的整數(shù)(20)。每次相干相關(guān)相對于前一次相關(guān)偏移偽隨機(jī)碼比特的重復(fù)時(shí)間(在圖16中是1ms)。確定多次相干相關(guān)的每一個(gè)的幅度，并且在至少兩個(gè)數(shù)據(jù)比特時(shí)間(20ms)上對多個(gè)相干相關(guān)的每一個(gè)產(chǎn)生多個(gè)非相干幅度和。多個(gè)非相干幅度和在總數(shù)上相應(yīng)于偽隨機(jī)碼比特的重復(fù)時(shí)間的整數(shù)。連續(xù)的部分相干相關(guān)結(jié)果存儲在相應(yīng)的多個(gè)存儲器位置，這些位置總數(shù)相應(yīng)于重復(fù)時(shí)間的整數(shù)，并且求和的連續(xù)部分相關(guān)結(jié)果存儲在多個(gè)存儲器位置。
在圖16中，標(biāo)繪的非相干信號幅度相對于時(shí)間偏移垂直。在相應(yīng)的時(shí)間偏移上，峰值能量在域6，并且最小能量在域16，其差值大約是10ms(數(shù)據(jù)比特時(shí)間的一半)，這確認(rèn)比特同步檢測已經(jīng)發(fā)生。具有最大幅度的非相干和的偏移時(shí)間對應(yīng)于數(shù)據(jù)比特消息的比特同步偏移時(shí)間。可以根據(jù)數(shù)據(jù)比特沿到達(dá)時(shí)間和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的本地時(shí)間來確定本地時(shí)間校正。
一旦使用前面所討論的技術(shù)(或基于一些其它相關(guān)器結(jié)構(gòu)的任何其它方法，其中包括在直接應(yīng)用中所引用的現(xiàn)有技術(shù))對每個(gè)衛(wèi)星確定了比特同步時(shí)間，可以使用對于一個(gè)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)比特沿到達(dá)時(shí)間的知識來在時(shí)間上同步相干積分器中的20毫秒積分和轉(zhuǎn)儲處理(或相干積分)的開始，以在整個(gè)數(shù)據(jù)比特時(shí)間上積分，避免在積分處理期間的數(shù)據(jù)變換，并且最大化信噪比。
通常，基于用于一個(gè)信號的一個(gè)已知比特同步時(shí)間，具有多個(gè)信號的接收機(jī)數(shù)據(jù)比特同步，接收機(jī)和信號源的大致位置，和用于多個(gè)信號的每一個(gè)的信號源時(shí)鐘校正參數(shù)，可以這樣來完成確定接收機(jī)和多個(gè)信號的每個(gè)源之間的傳播時(shí)間，基于相應(yīng)的傳播時(shí)間和相應(yīng)的信號源時(shí)鐘校正參數(shù)確定從接收機(jī)的大約位置到多個(gè)信號的每個(gè)源的時(shí)鐘誤差校正傳播時(shí)間，并且對于比特同步偏移時(shí)間未知的信號，基于用于每個(gè)信號的相應(yīng)時(shí)鐘誤差校正傳播時(shí)間來確定用于多個(gè)信號的每一個(gè)的校準(zhǔn)比特同步偏移時(shí)間；對于比特同步偏移時(shí)間已知的信號，基于已知的比特同步偏移時(shí)間和該信號的時(shí)鐘誤差校正傳播時(shí)間，來確定用于多個(gè)信號的每一個(gè)的校準(zhǔn)比特同步偏移時(shí)間。
在一個(gè)實(shí)施例中，信號是基于衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號，并且通過從天文歷表或日歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星時(shí)間的推導(dǎo)來確定信號源位置。
用于每個(gè)所關(guān)心信號的時(shí)鐘誤差校正傳播時(shí)間，PTC[I]，是通過計(jì)算PTC[I]＝PT[I]+C[I]來確定的，其中PT[I]是相應(yīng)的傳播時(shí)間，C[I]是基于相應(yīng)信號源時(shí)鐘校正參數(shù)的信號源時(shí)鐘校正。通過接收機(jī)和信號源之間的距離R[I]除以光速，確定從接收機(jī)的大致位置到每個(gè)信號源的傳播時(shí)間PT[I]。
對于多個(gè)信號源中比特同步偏移時(shí)間未知的每個(gè)信號源，通過計(jì)算BSOT[I]＝BSOT[K]+(PTC[I]-PTC[K])來確定校準(zhǔn)比特同步偏移時(shí)間BSOT[I]，其中BSOT[K]是已知的比特同步偏移時(shí)間，PTC[K]是比特同步偏移時(shí)間已知的信號的時(shí)鐘誤差校正傳播時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)信號的每一個(gè)相干地在20毫秒上積分，每次相干積分的開始時(shí)間相對于相應(yīng)的比特同步偏移時(shí)間BSOT[I]偏移。
在示例性的基于衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號實(shí)施例中，下溢和上溢都被校正，以使BSOT[I]總是在0到20毫秒的范圍內(nèi)。這可以使用一個(gè)簡單的算法通過軟件實(shí)現(xiàn)，例如while(BSOT[I]＞20)BSOT[I]＝BSOT[I]-20；并且while(BSOT[I]＜0)BSOT[I]＝BSOT[I]+20。
在該實(shí)施例中，這些步驟將基于來自一個(gè)衛(wèi)星的比特同步偏移時(shí)間，對所有衛(wèi)星的20毫秒相干積分間隔的開始進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)，這樣最大化所有衛(wèi)星的信號處理增益。
雖然該示例性實(shí)施例和應(yīng)用都是在從衛(wèi)星傳輸?shù)臄U(kuò)頻信號的情況下討論的，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該可以理解，本發(fā)明的多種方法和結(jié)構(gòu)也可以用于搜索和同步來自其它源的擴(kuò)頻信號，例如從基于地面的通信系統(tǒng)中來的擴(kuò)頻信號。
本發(fā)明和目前認(rèn)為的其最佳模式已經(jīng)以以下的方式進(jìn)行了討論通過本發(fā)明人建立其所有權(quán)并且使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明，應(yīng)該理解和認(rèn)識到，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，在此公開的示例性實(shí)施例具有多種等效方式，并且可以對其進(jìn)行無數(shù)的修改和改變，本發(fā)明的范圍和精神不應(yīng)該被示例性實(shí)施例所限制，而應(yīng)該由所附的權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于碼相位搜索擴(kuò)頻信號的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括接收第一擴(kuò)頻信號；通過把所述第一擴(kuò)頻信號的第一部分分段而形成第一信號段；在形成所述第一信號段之后，通過把所述第一擴(kuò)頻信號的第二部分分段而形成第二信號段；在一個(gè)不大于形成所述第二信號段所需的時(shí)間間隔上，對所有相位延遲部分地將第一信號段和相應(yīng)的第一復(fù)制信號段進(jìn)行相關(guān)；把對第一信號段的所有相位延遲的第一部分相關(guān)結(jié)果存儲在相應(yīng)的存儲器位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過把所述第一擴(kuò)頻信號的第三部分分段而形成第三信號段；在形成所述第三信號段的同時(shí)，對所有相位延遲部分地將第二信號段和相應(yīng)的第二復(fù)制信號段進(jìn)行相關(guān)；把對第二信號段的所有相位延遲的第二部分相關(guān)結(jié)果存儲在相應(yīng)的存儲器位置上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過把所述第一和第二部分相關(guān)結(jié)果相加而形成總的部分相關(guān)結(jié)果，把對所有相位延遲的總的部分相關(guān)結(jié)果存儲在相應(yīng)的存儲器位置上。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述第一信號段的最后一個(gè)信號采樣與所述第二信號段的第一個(gè)信號采樣隔開一個(gè)單采樣。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于一個(gè)處理器控制的輸入，以一個(gè)碼片或半碼片為增量，對所有相位延遲部分地將第一信號段和相應(yīng)的第一復(fù)制信號段進(jìn)行相關(guān)。
6.一種用于碼相位搜索擴(kuò)頻信號的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括接收第一擴(kuò)頻信號；通過把所述第一擴(kuò)頻信號分段而形成具有不相等數(shù)目的采樣的多個(gè)信號段；存儲每個(gè)信號段；在相關(guān)器中，對預(yù)定數(shù)量的相位延遲部分地將每個(gè)信號段和相應(yīng)的第一復(fù)制信號段進(jìn)行相關(guān)；
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，對于部分相關(guān)的至少一些信號段，把段長度信號傳送給所述相關(guān)器。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，把對每個(gè)信號段的預(yù)定相位延遲的每一個(gè)的部分相關(guān)結(jié)果存儲在相應(yīng)的存儲器位置上。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，通過把每個(gè)信號段的部分相關(guān)結(jié)果相加而形成每個(gè)預(yù)定相位延遲的總的相關(guān)結(jié)果，把對每個(gè)預(yù)定相位延遲的總的相關(guān)結(jié)果存儲在相應(yīng)的存儲器位置上。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在第一寄存器中存儲每個(gè)信號段，部分地對一個(gè)信號段進(jìn)行相關(guān)，同時(shí)形成隨后的信號段，在對前一個(gè)信號段進(jìn)行相關(guān)之后把隨后的信號段存儲在所述第一寄存器中。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，把一個(gè)信號段的最后一個(gè)信號采樣與隨后的信號段的第一個(gè)信號采樣隔開一個(gè)單采樣。
12.一種用于碼相位搜索擴(kuò)頻信號的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括接收多個(gè)擴(kuò)頻信號；通過把所述多個(gè)擴(kuò)頻信號分段而形成具有不相等數(shù)目的采樣的多個(gè)信號段；存儲每個(gè)信號段；對預(yù)定數(shù)量的相位延遲部分地將每個(gè)信號段和相應(yīng)的多個(gè)復(fù)制信號段進(jìn)行相關(guān)；所述多個(gè)復(fù)制信號的每一個(gè)對應(yīng)于所述多個(gè)擴(kuò)頻信號中的一個(gè)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過以一個(gè)大于接收多個(gè)擴(kuò)頻信號的速率的速率連續(xù)進(jìn)行相關(guān)，對于預(yù)定數(shù)量的相位延遲，并行虛擬地將每個(gè)信號段和多個(gè)復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行部分相關(guān)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，基于一個(gè)處理器控制的輸入，以一個(gè)碼片或半碼片為增量，對預(yù)定數(shù)量的相位延遲，并行虛擬地將每個(gè)信號段和多個(gè)復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行部分相關(guān)。
15.一種用于碼相位搜索擴(kuò)頻信號的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括接收多個(gè)擴(kuò)頻信號；通過把所述多個(gè)擴(kuò)頻信號分段而形成具有不相等數(shù)目的采樣的多個(gè)信號段；存儲每個(gè)信號段；對重復(fù)比特序列上的所有相位延遲部分地將每個(gè)信號段和相應(yīng)的多個(gè)復(fù)制信號段進(jìn)行相關(guān)；多個(gè)復(fù)制信號的每一個(gè)對應(yīng)于多個(gè)擴(kuò)頻信號中的一個(gè)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，通過把與一個(gè)特定復(fù)制信號的相應(yīng)段相關(guān)的多個(gè)信號段的每一個(gè)的部分相關(guān)結(jié)果相加而形成多個(gè)擴(kuò)頻信號的所有相位延遲的總的部分相關(guān)結(jié)果，一完成每個(gè)信號段的部分相關(guān)，就把每段的部分相關(guān)結(jié)果加到前一個(gè)信號段的部分相關(guān)結(jié)果上。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，把一個(gè)信號段的最后一個(gè)信號采樣與隨后的信號段的第一個(gè)信號采樣隔開一個(gè)單采樣。
18.一種用于從多個(gè)信號源對相應(yīng)的多個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行碼相位搜索的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括對接收的多個(gè)擴(kuò)頻信號識別屬性；基于對每一個(gè)擴(kuò)頻信號識別的屬性，確定相應(yīng)擴(kuò)頻信號的碼相位搜索范圍；通過把所述多個(gè)擴(kuò)頻信號分段而形成多個(gè)信號段；對確定的碼相位搜索范圍部分地將每個(gè)信號段和多個(gè)復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行相關(guān)；多個(gè)復(fù)制信號的每一個(gè)對應(yīng)于多個(gè)擴(kuò)頻信號中的一個(gè)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中通過把與一個(gè)特定復(fù)制信號相關(guān)的多個(gè)信號段的每一個(gè)的部分相關(guān)結(jié)果相加而形成確定碼相位搜索范圍上的總的部分相關(guān)結(jié)果，一完成每個(gè)信號段的部分相關(guān)，就把每段的部分相關(guān)結(jié)果加到前一個(gè)信號段的部分相關(guān)結(jié)果上。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，基于對至少一些擴(kuò)頻信號識別的屬性，確定相應(yīng)擴(kuò)頻信號的不同碼相位搜索范圍。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，基于一個(gè)處理器控制的輸入，以一個(gè)碼片或半碼片為增量，對確定碼相位搜索范圍并行虛擬地將每個(gè)信號段和多個(gè)復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行部分相關(guān)。
22.一種用于從多個(gè)信號源對相應(yīng)的多個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行碼相位搜索的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括對接收的多個(gè)擴(kuò)頻信號的每一個(gè)，確定一個(gè)具有至少一個(gè)多普勒域的多普勒搜索范圍，其中所述多普勒域具有一個(gè)相應(yīng)的多普勒頻率；把每個(gè)多普勒域分成多個(gè)多普勒段；通過把多個(gè)擴(kuò)頻信號分段而形成多個(gè)信號段；通過對每個(gè)擴(kuò)頻信號，把每個(gè)信號段與多個(gè)多普勒域的每一個(gè)的相應(yīng)多普勒段相乘，對多個(gè)信號段的每一個(gè)連續(xù)地形成多個(gè)乘積信號段；對預(yù)定數(shù)量的相位延遲，部分地將每個(gè)乘積信號段和多個(gè)復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行相關(guān)，多個(gè)復(fù)制信號的每一個(gè)對應(yīng)于多個(gè)擴(kuò)頻信號中的一個(gè)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，通過在部分地對一個(gè)乘積信號段進(jìn)行相關(guān)之前，部分地對前一個(gè)乘積信號段進(jìn)行相關(guān)，從而連續(xù)地對每個(gè)乘積信號段進(jìn)行部分相關(guān)。
24.一種用于從多個(gè)信號源對相應(yīng)的多個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行碼相位搜索的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括通過把接收的擴(kuò)頻信號分段而形成多個(gè)信號段；形成多個(gè)第一多普勒信號段；通過將第一信號段與第一多普勒信號段相乘而形成第一乘積信號段；對預(yù)定數(shù)量的相位延遲，部分地將第一乘積信號段和復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行相關(guān)；通過將第二信號段與第二多普勒信號段相乘而形成第二乘積信號段；在對第一乘積信號段進(jìn)行部分相關(guān)之后，對預(yù)定數(shù)量的相位延遲，部分地將第二乘積信號段和復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行相關(guān)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述擴(kuò)頻信號具有一個(gè)用數(shù)據(jù)消息比特進(jìn)行調(diào)制的偽隨機(jī)碼比特的重復(fù)序列，所述消息比特具有一個(gè)數(shù)據(jù)比特時(shí)間，所述數(shù)據(jù)比特時(shí)間是所述偽隨機(jī)碼比特的整數(shù)個(gè)重復(fù)時(shí)間，把第一乘積信號段和復(fù)制數(shù)據(jù)調(diào)制信號段部分相關(guān)的結(jié)果相乘，其中所述復(fù)制數(shù)據(jù)調(diào)制信號段在時(shí)間上對應(yīng)于部分相關(guān)的第一乘積信號段；在相乘后，對超過數(shù)據(jù)比特時(shí)間的一個(gè)周期累加部分相關(guān)結(jié)果。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，通過把未知的數(shù)據(jù)消息比特和所述復(fù)制數(shù)據(jù)調(diào)制信號的相應(yīng)零幅度部分進(jìn)行部分地相關(guān)，阻止未知數(shù)據(jù)消息比特的部分相關(guān)。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，把第一多普勒信號段的最后一個(gè)信號采樣與第二多普勒信號段的第一個(gè)信號采樣隔開一個(gè)單采樣。
28.一種用于搜索具有重復(fù)比特序列的擴(kuò)頻信號的方法，包括接收多個(gè)擴(kuò)頻信號；對所述多個(gè)擴(kuò)頻信號的至少一個(gè)確定多普勒搜索范圍，所述搜索范圍包括至少一個(gè)多普勒搜索域；通過以一個(gè)大于接收所述多個(gè)擴(kuò)頻信號的速率的速率連續(xù)進(jìn)行相關(guān)，對于預(yù)定數(shù)量的相位延遲，在多個(gè)擴(kuò)頻信號的至少一個(gè)的相應(yīng)多普勒搜索范圍上并行虛擬地將所述多個(gè)多頻信號的至少一個(gè)進(jìn)行部分相關(guān)。
29.一種用于搜索具有重復(fù)比特序列的擴(kuò)頻信號的方法，包括接收多個(gè)擴(kuò)頻信號；通過以一個(gè)大于接收所述多個(gè)擴(kuò)頻信號的速率的速率連續(xù)對多個(gè)擴(kuò)頻信號和相應(yīng)的復(fù)制信號進(jìn)行相關(guān)，在預(yù)定數(shù)量的相位延遲上并行虛擬地對所述多個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行部分相關(guān)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，通過以一個(gè)大于接收所述多個(gè)擴(kuò)頻信號的速率的速率在相應(yīng)的多普勒搜索范圍內(nèi)連續(xù)地與多普勒信號進(jìn)行相關(guān)，在所述相應(yīng)多普勒搜索范圍上并行虛擬地對所述多個(gè)多頻信號的至少一個(gè)進(jìn)行部分相關(guān)。
31.一種用于從多個(gè)信號源搜索相應(yīng)的多個(gè)擴(kuò)頻信號的方法，其中所述擴(kuò)頻信號具有重復(fù)比特序列，所述方法包括接收多個(gè)擴(kuò)頻信號；給接收的每個(gè)擴(kuò)頻信號指定多普勒搜索范圍；對每個(gè)指定的多普勒搜索范圍產(chǎn)生至少一個(gè)多普勒搜索信號，對于至少兩個(gè)多普勒搜索范圍，所產(chǎn)生的多普勒搜索信號數(shù)量不相同。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，產(chǎn)生的多普勒搜索信號，總數(shù)不大于多普勒搜索信號的預(yù)定數(shù)量。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，在特定多普勒搜索范圍內(nèi)的每個(gè)多普勒搜索信號之間應(yīng)用多普勒步長增量。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，對于不同的擴(kuò)頻信號應(yīng)用不同的多普勒步長增量。
35.一種用于對具有重復(fù)比特序列的擴(kuò)頻信號進(jìn)行碼相位搜索的方法，包括以一個(gè)采樣速率接收多個(gè)擴(kuò)頻信號；通過把所述多個(gè)擴(kuò)頻信號分段而形成多個(gè)信號段；對于預(yù)定數(shù)量的相位延遲，部分地將所述多個(gè)信號段和具有第一時(shí)間偏移的第一復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行相關(guān)，所述第一復(fù)制信號對應(yīng)于多個(gè)擴(kuò)頻信號中的一個(gè)；對于預(yù)定數(shù)量的相位延遲，部分地將所述多個(gè)信號段和具有第二時(shí)間偏移的第一復(fù)制信號的相應(yīng)段進(jìn)行相關(guān)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，選擇所述第一和第二時(shí)間偏移，以使在所述第一和第二時(shí)間偏移之間的差值是采樣速率的時(shí)間間隔的小數(shù)倍。
37.一種用于對具有重復(fù)比特序列的擴(kuò)頻信號進(jìn)行碼相位搜索的方法，包括對于預(yù)定數(shù)量的相位延遲，累加對多個(gè)信號段和相應(yīng)的復(fù)制信號段進(jìn)行部分相關(guān)的結(jié)果的幅度；確定哪個(gè)累加幅度最大；確定最大累加幅度隨后的一個(gè)累加是否會導(dǎo)致累加溢出；如果確定最大累加幅度隨后的一個(gè)累加將會導(dǎo)致累加溢出，就用一個(gè)公共比例因子對所有預(yù)定相位延遲的所有隨后累加幅度定標(biāo)；存儲所述公共比例因子。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，對于一個(gè)相干積分時(shí)間周期，對預(yù)定數(shù)量的相位延遲部分地將多個(gè)信號段的每一個(gè)和相應(yīng)的復(fù)制信號段進(jìn)行相關(guān)。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，使用非相干存儲器中的公共比例因子對所有預(yù)定相位延遲的所有隨后累加幅度進(jìn)行定標(biāo)。
40.一種用于對具有重復(fù)比特序列的擴(kuò)頻信號進(jìn)行碼相位搜索的方法，包括接收多個(gè)擴(kuò)頻信號；對預(yù)定數(shù)量的相位延遲將所述擴(kuò)頻信號和多個(gè)復(fù)制信號進(jìn)行相關(guān)，多個(gè)復(fù)制信號的每一個(gè)對應(yīng)于多個(gè)擴(kuò)頻信號中的一個(gè)；通過不同的比例因子定標(biāo)對每個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)的至少一些結(jié)果。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，通過對多個(gè)擴(kuò)頻信號的每一個(gè)調(diào)整比例因子，來防止累加溢出。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，通過相干存儲器中的不同比例因子定標(biāo)對每個(gè)擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)的至少一些結(jié)果。
43.一種用于碼相位搜索擴(kuò)頻信號的方法，包括對于預(yù)定數(shù)量的相位延遲確定一個(gè)相關(guān)幅度；對預(yù)定數(shù)量的相位延遲確定哪一個(gè)幅度最大和第二大；確定所述第一和第二最大相關(guān)幅度的相位延遲差值；通過確定相位延遲差值的大小是否等于一個(gè)相位延遲單位，來確認(rèn)一個(gè)大致的相位延遲確定，其中該相位延遲確定對應(yīng)于最大幅度的相位延遲。
44.一種擴(kuò)頻信號接收機(jī)，包括信號分段電路，其具有一個(gè)n比特信號段輸出，該輸出連接到一個(gè)n比特信號段寄存器的輸入；第一n比特復(fù)制信號段寄存器；乘法器電路，其具有一個(gè)連接到所述n比特信號段寄存器的輸出的信號段輸入，所述乘法器電路還具有一個(gè)連接到所述n比特復(fù)制信號段寄存器的輸出的復(fù)制信號輸入；相關(guān)器，其具有一個(gè)連接到所述乘法器電路的輸出的輸入；相干積分器，其具有一個(gè)連接到所述相關(guān)器的輸出的輸入。
45.如權(quán)利要求44所述的接收機(jī)，還包括第二n比特復(fù)制信號段寄存器，第一復(fù)用器，所述第一復(fù)用器具有一個(gè)連接到所述乘法器電路的復(fù)制信號段輸入的輸出，所述第一和第二n比特復(fù)制信號段寄存器的輸出連接到所述第一復(fù)用器的輸入。
46.如權(quán)利要求45所述的接收機(jī)，還包括第一和第二多普勒信號段寄存器，第二復(fù)用器，所述第二復(fù)用器具有連接到所述第一和第二多普勒信號段寄存器的相應(yīng)輸出的第一和第二輸入，所述第二復(fù)用器的輸出和所述信號段寄存器的輸出連接到第一乘法器電路，所述第一乘法器電路的輸出和所述第一復(fù)用器的輸出連接到第二乘法器電路的輸入，所述第二乘法器電路具有一個(gè)連接到所述相關(guān)器的輸出。
47.如權(quán)利要求44所述的接收機(jī)，其中，接收機(jī)質(zhì)量時(shí)鐘連接到所述信號分段電路和所述n比特信號段寄存器，第二非接收機(jī)質(zhì)量時(shí)鐘連接到所述第一n比特復(fù)制信號段寄存器、所述乘法器電路、所述相關(guān)器和所述相干積分器。
48.如權(quán)利要求44所述的接收機(jī)，其中，所述接收機(jī)由至少兩個(gè)時(shí)鐘源驅(qū)動，所述時(shí)鐘源之一具有接收機(jī)質(zhì)量時(shí)鐘穩(wěn)定性，其連接到所述信號分段電路和所述n比特信號段寄存器，所述時(shí)鐘源中的另一個(gè)具有非接收機(jī)質(zhì)量時(shí)鐘穩(wěn)定性，所述第一時(shí)鐘源連接到所述第一n比特復(fù)制信號段寄存器、所述乘法器電路、所述閃存相關(guān)器和所述相干積分器。
49.如權(quán)利要求44所述的接收機(jī)，其中，所述信號分段電路用于形成多個(gè)信號段，所述多個(gè)信號段具有不大于n比特的不相等數(shù)目的采樣。
50.如權(quán)利要求44所述的接收機(jī)，其中，所述相關(guān)器用于以一個(gè)大于接收擴(kuò)頻信號的速率的速率的速率進(jìn)行相關(guān)。
全文摘要
用于碼相位搜索擴(kuò)頻信號的方法和結(jié)構(gòu)，其中所述信號具有一個(gè)重復(fù)比特序列。通過使用一個(gè)分頻器(314)把接收信號連續(xù)分段，在一個(gè)不大于形成下一個(gè)信號段所需的時(shí)間間隔里對預(yù)定數(shù)量的相位延遲部分地使信號段和一個(gè)相應(yīng)的復(fù)制信號段相關(guān)，從而虛擬地并行搜索所述信號。為了與一個(gè)段寄存器(316)中的相應(yīng)信號段相乘，復(fù)用器(322)和(330)分別從多普勒信號和復(fù)制信號發(fā)生器(318)和(320)給乘法器(326)和(332)提供相應(yīng)的多普勒信號和復(fù)制信號段數(shù)據(jù)。對每個(gè)相位延遲和在每個(gè)多普勒頻率上的部分相關(guān)結(jié)果存儲在一個(gè)相干累加RAM(334)中的相應(yīng)存儲器位置中?？梢栽谝粋€(gè)或多個(gè)相位延遲和在一個(gè)或多個(gè)多普勒頻率上搜索信號。
文檔編號G01S1/00GK1543714SQ02816018
公開日2004年11月3日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者托馬斯·邁克爾·金, 托馬斯 邁克爾 金, C 里默爾, 德尼斯·C·里默爾, B 哈伯, 羅伯特·B·哈伯, P 胡佛, 安德魯·P·胡佛 申請人:摩托羅拉公司