專利名稱：在擴頻通信中采用分塊積分實現(xiàn)并行相關器的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及擴頻數(shù)字接收機，更具體的是涉及全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機中的并行相關器的實現(xiàn)。
背景技術：
在噪聲環(huán)境下需要高可靠性的通信應用中，擴頻通信有其優(yōu)越性。根據(jù)香農定理，通過加寬頻譜可以降低高信噪比的需求，這就表明采用擴頻通信技術可以傳輸以及檢測弱信號。為擴展頻譜，高速偽隨機噪聲碼(PRN)常被用于調制窄帶信號以產(chǎn)生寬帶信號。寬帶信號被信息數(shù)據(jù)流調制以便傳送數(shù)據(jù)。信息數(shù)據(jù)速率通常遠低于PRN碼的碼元(碼片)速率，并且通常數(shù)據(jù)與碼片信號沿同步。
來自擴頻信號的信息數(shù)據(jù)，例如GPS信號，可以通過乘以一個本地產(chǎn)生的載波信號先將接收的信號轉為較低頻率的信號進而被搜索。本地載波信號可以由適當調諧后的本地振蕩器產(chǎn)生。若本地載波信號的頻率和相位與接收的原始窄帶載波相同，接收信號與本地載波信號相乘而得的乘法器輸出信號就是雙極性寬帶數(shù)據(jù)流。該雙極性寬帶數(shù)據(jù)流是雙極性PRN碼與信息數(shù)據(jù)序列的乘積。接著，通過將寬帶數(shù)據(jù)乘以與接收的PRN碼時序一致的本地產(chǎn)生的PRN碼而移除接收的PRN碼。這樣就能獲取數(shù)據(jù)信息。以上所述為信號解擴過程。
GPS信號是由GPS衛(wèi)星在L1、L2和L5頻率發(fā)送的擴頻信號。當前商用GPS接收機通常使用L1頻率(1575.42MHZ)。L1載波上發(fā)送的幾個信號為粗捕獲碼(C/A碼)、P碼和導航數(shù)據(jù)。衛(wèi)星軌道的詳細數(shù)據(jù)包含在導航數(shù)據(jù)中。C/A碼主要用于民用接收機中的定位用途。C/A碼用于判斷偽距(衛(wèi)星的表觀距離)，GPS接收機接著利用該偽距判斷衛(wèi)星的位置。C/A碼是PRN碼中的一種，其功用之前已作描述。經(jīng)C/A碼編碼后的射頻信號成為擴頻信號。每個衛(wèi)星都有唯一的一個C/A碼，并且反復循環(huán)該C/A碼。C/A碼是一個0和1(二進制)序列。每個0或1被認為是一個“碼片”。C/A碼有1023碼片長，并以每秒1.023兆碼片的速率發(fā)送，例如，C/A碼的一個周期持續(xù)千分之一秒。每個碼片也可認為具有兩個狀態(tài)+1和-1。
由GPS接收機收集的一組數(shù)據(jù)包含來自幾個衛(wèi)星的信號。來自不同衛(wèi)星的信號通過不同的頻道傳播。通常，GPS接收機同時處理來自幾個頻道的信號。每個信號都有一個具有不同起始時間的C/A碼和不同的多普勒頻移量。因此，為搜索某個衛(wèi)星信號，GPS接收機通常進行二維搜尋，在每個可能的頻率上對每個起始時間不同的C/A碼進行搜索。此處的“不同起始時間”可以理解為C/A碼相位延時的結果。在GPS接收機中，采用捕獲方法搜索C/A碼的起始點以及載波的頻率，特別是信號的多普勒頻移。為搜索在某個特定頻率點和特定的C/A碼延時處的信號是否存在，GPS接收機被調諧到該頻率，并且輸入信號與已知PRN碼進行相關運算，已知PRN碼的延時量與輸入信號的到達時間相關。若沒有搜索到信號，則繼續(xù)搜索具有下一個可能延時的C/A碼。通常，C/A碼的每個可能的延時通過移動C/A碼1/2碼片而得到。由于C/A碼包括1023碼片，搜索一個固定頻率需要檢測2046個可能的延時。全部可能的延時檢測完之后，繼續(xù)搜索下一個可能的頻率。由于要搜索上千個頻率和碼延時，捕獲過程的速度就非常重要。
圖1示意了現(xiàn)有技術的GPS接收機100的框圖。通常，GPS接收機包括兩部分RF(射頻)前端模塊101以及基帶信號處理模塊103。GPS衛(wèi)星傳來的GPS信號由天線102接收，通過RF調諧器104和頻率合成器105，接收信號(也被認為輸入信號)將GPS信號(射頻信號)轉換為具有期望輸出頻率的信號。然后，模擬/數(shù)字轉換器(ADC)106以預定采樣頻率將轉換的信號數(shù)字化。經(jīng)轉換并且數(shù)字化的信號被認為是中頻(IF)信號。該中頻信號接著傳送到包括幾個信號處理階段的基帶信號處理模塊103。IF信號傳送到捕獲模塊110，如前所述，多普勒頻移搜索和C/A碼相移搜索在捕獲模塊110中進行。在捕獲階段，根據(jù)IF信號和C/A碼進行相關運算完成IF信號的積分。跟蹤模塊112使用載波跟蹤回路和碼跟蹤回路通過IF信號跟蹤GPS信號，從而獲取GPS信號中包含的導航數(shù)據(jù)。接著，導航數(shù)據(jù)計算模塊114和位置計算模塊116利用導航數(shù)據(jù)計算用戶的位置。
為達到更高的性能，通常采用并行相關器進行并行搜索。然而，使用大量并行相關器需要大量邏輯資源并且對相關運算的頻率要求高，若不進行優(yōu)化，捕獲進程很難在ASIC上實現(xiàn)。因此，本發(fā)明主要基于實現(xiàn)并行相關器的捕獲模塊的優(yōu)化。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種采用IF信號預處理技術和分塊積分技術的方法和設備來實現(xiàn)等效并行相關器的功能。因此，擴頻接收機在捕獲階段就使得相關運算頻率較低、門運算較少、功耗降低。
本發(fā)明提供了一種在具有多個分塊積分器的電路中處理擴頻信號的方法，其中該電路使用一個輸入信號、一個本地參考信號和偽隨機噪聲碼，該輸入信號以一個預定采樣頻率被數(shù)字化。該方法包括a)根據(jù)輸入信號和本地參考信號以預定速率產(chǎn)生預積分結果，b)將一組預定數(shù)量的預積分結果發(fā)送到每個分塊積分器，c)在每個分塊積分器中接收帶有各自碼相位的偽隨機噪聲碼，d)根據(jù)該組預定數(shù)量的預積分結果和一段偽隨機噪聲碼，在每個分塊積分器中執(zhí)行部分相關運算，e)在每個分塊積分器中獲取部分相關運算的結果，f)將該部分相關運算結果加到先前部分積分結果中，g)將發(fā)送到每個分塊積分器中的偽隨機噪聲碼偏移預定位置。該方法重復步驟d)到g)直到下一組預定數(shù)量的預積分結果發(fā)送到每個分塊積分器。該方法進一步重復步驟b)到h)直到在每個分塊積分器中獲得多個完整的相關運算結果。
本發(fā)明還提供了一種處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備。該設備包括一個中頻信號預處理單元和與中頻信號預處理單元通信的多個并行分塊積分器。該中頻信號預處理單元根據(jù)輸入信號與本地參考信號，以預定速率產(chǎn)生預積分結果。每個分塊積分器連續(xù)接收多組預定數(shù)量的預積分結果，對于每組預定數(shù)量的預積分結果的，每個分塊積分器將該組預定數(shù)量的預積分結果分別和多段經(jīng)偏移后的偽隨機噪聲碼進行部分相關運算從而得到多個部分相關運算結果，直到下一組預定數(shù)量的預積分結果發(fā)送到每個分塊積分器中。
本發(fā)明還提供了一種接收擴頻信號的接收機。該接收機包括一個調諧器、一個模擬數(shù)字轉換器、一個處理擴頻信號的設備和一個存儲單元。調諧器將接收的擴頻信號從原始頻率轉換為中頻。連接到調諧器的模擬數(shù)字轉換器以預定采樣頻率將中頻信號轉換為數(shù)字輸出信號。處理擴頻信號的設備連接到模擬數(shù)字轉換器。該設備包括一個中頻信號預處理單元和與中頻信號預處理單元通信的多個并行分塊積分器。該中頻信號預處理單元根據(jù)數(shù)字輸入信號與本地參考信號以預定速率產(chǎn)生預積分結果。每個分塊積分器連續(xù)接收多組預定數(shù)量的預積分結果，對于每組預定數(shù)量的預積分結果，每個分塊積分器將該組預定數(shù)量的預積分結果分別和多段經(jīng)偏移后的偽隨機噪聲碼進行部分相關運算從而得到多個部分相關運算結果，直到下一組預定數(shù)量的預積分結果發(fā)送到每個分塊積分器中。該設備還包括一個連接到存儲單元和該多個分塊積分器的控制邏輯。該控制邏輯從存儲單元中讀取一個先前部分相關結果，將當前部分相關結果加到先前部分相關結果中，再將經(jīng)修改的先前部分相關結果寫入存儲單元。存儲單元連接到控制邏輯并且存儲計算結果。
本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將在以下詳細描述并結合圖示的說明中更為明顯，其中相同數(shù)字表示相同元件，并且其中圖1所示為擴頻接收機的現(xiàn)有技術框圖。
圖2所示為現(xiàn)有捕獲模塊的結構圖。
圖3所示為本發(fā)明一個實施例的捕獲模塊的示范性結構圖。
圖4所示為圖3所示捕獲模塊的詳細示范性框圖。
圖5所示為本發(fā)明一個實施例的處理擴頻信號的示范性流程圖。
具體實施例方式
圖2示意了針對一個特定信道的現(xiàn)有捕獲模塊的結構圖。圖2所示的捕獲模塊包括從積分核200-0到積分核200-1022連續(xù)編號的1023個并行積分核、一個產(chǎn)生C/A碼的信道-NC/A碼產(chǎn)生器202、一個產(chǎn)生載波信號的本地振蕩器204和一個搜索引擎模塊206。每個積分核200將IF信號、本地載波信號、C/A碼作為輸入完成相關運算。在積分核200-0，相關運算包括將IF信號乘以本地載波信號和C/A碼。相關運算結果接著被發(fā)送到搜索引擎模塊206。搜索引擎模塊206判斷相關運算結果是否超出一個預定門限并且判斷是否找到特定多普勒頻移和C/A碼相移。為找到C/A碼的起始點，常用的方法是，對于每次C/A碼的搜索，將C/A碼移動1/2碼片。在積分核200-1，執(zhí)行類似的相關運算，不同的只是送到積分核200-1的C/A碼被移動1/2碼片。1/2碼片偏移模塊208用于將C/A碼移動1/2碼片。如前所述，一個C/A碼周期包括1023個碼片。因此，對于某個頻率，完成整個周期的C/A碼相位搜索需要2046次相關運算。圖2示意的1023個積分核，覆蓋了C/A碼相位搜索的半個周期。因此，為覆蓋C/A碼相位搜索的整個周期，需要對IF信號進行兩次捕獲以完成整個捕獲。
雖然并行相關器提供了一種相對高速的捕獲處理，實際中，硬件上難以實現(xiàn)1023個并行積分器。為達到等效的并行積分，一些現(xiàn)有技術或是增加硬件規(guī)?；蚴沁x擇高的相關運算頻率。本發(fā)明提供一種有利的方法實現(xiàn)大量等效并行積分器的功能，而所需的相關運算頻率較低、硬件規(guī)模較小。簡明起見，這里主要著重揭示1023個等效并行積分器或并行相關器的實現(xiàn)。然而，本領域技術人員應當認識到，采用在此詳述的方法可以實現(xiàn)任意數(shù)量的并行積分器。
圖3示意了本發(fā)明捕獲模塊的示范性結構圖。中頻(IF)信號預處理單元302接收至少三個信號一個輸入信號(IF信號)304、一個由信號產(chǎn)生器(本地振蕩器)310發(fā)出的本地參考信號(載波信號)306和一個由碼時鐘產(chǎn)生器(PRN碼數(shù)字控制振蕩器，又稱PRN碼NCO)312發(fā)出的時鐘信號308。IF信號預處理單元302用于對IF信號預積分從而將輸入IF信號304的速率從采樣速率轉換為較低速率。
如前所述，IF信號在捕獲模塊需要乘以本地載波信號和PRN碼。由于C/A碼在1/2碼片的時間段內并不改變，因此可以在1/2碼片時間段內先將IF信號304乘以本地載波信號306得到預積分結果，接著再將預積分結果乘以PRN碼。若輸入IF信號304的采樣頻率為16.368MHZ，由于C/A碼的一個周期為1毫秒，IF信號304在1/2碼片的一個數(shù)據(jù)長度中包含8個數(shù)據(jù)采樣。IF信號預處理單元302用于將IF信號304的8個采樣數(shù)據(jù)與載波信號306的8個相應的采樣數(shù)據(jù)點點相乘，并且將乘積相加得出一個預積分結果。這樣，8點乘積運算就以1/2碼片速率進行，也就是預積分結果的產(chǎn)生頻率為2.046MHZ。由于PRN碼數(shù)字控制振蕩器312以1/2碼片速率產(chǎn)生C/A碼時鐘，因此可以利用PRN碼數(shù)字控制振蕩器312將預積分結果的產(chǎn)生控制在預定速率，例如1/2碼片速率。本發(fā)明的一個優(yōu)勢是，IF信號處理單元302可以將輸入信號轉換為頻率較低的信號。當預處理輸入信號以較低頻率產(chǎn)生時，每個分塊積分器就有足夠時間以時分方式完成多個相關運算，而不是如圖2中僅執(zhí)行一個相關運算，因此，多個相關運算得以共享同一個邏輯資源，下面將加以詳述。
IF信號預處理單元302產(chǎn)生的預積分結果被分成多組，每組包含預定數(shù)量的預積分結果。IF信號處理單元302將多組預定數(shù)量的預積分結果以預定間隔發(fā)送到互相并聯(lián)的所有分塊積分器[314-0，...，314-7]中。對于每組預定數(shù)量的預積分結果，每個分塊積分器同時接收該組預定數(shù)量的預積分結果和碼產(chǎn)生器316產(chǎn)生的PRN碼的相應碼段，并且執(zhí)行多個部分相關運算。本發(fā)明所述的相關運算是一種內積運算，該內積運算通過將每個預積分結果乘以每個1/2碼片并將乘積結果相加進而產(chǎn)生內積值。在一個實施例中，IF信號預處理單元302可以將每組，例如，33個預積分結果發(fā)送到分塊積分器[314-0，...，314-7]。在下一組33個預積分結果準備好之前，每個分塊積分器有33×(1/2碼片時間長度)的時間期間對接收到的33個預積分結果進行部分相關運算。若每個部分相關運算以與采樣頻率相同的頻率執(zhí)行，如16.368MHZ，每個分塊積分器在33×(1/2碼片時間長度)的時間期間內至少完成256個部分相關運算。因此，4個分塊積分器就足以執(zhí)行1023個相關運算。由于每個預積分結果包括兩個分量一路同相信號(I信號)和一路正交信號(Q信號)，執(zhí)行1023個I信號和Q信號的相關運算需要2組分塊積分器，一組分塊積分器處理一路信號。因此，該實施例中給出了8個分塊積分器。
有利的是，這里采用的相關運算頻率遠低于傳統(tǒng)相關器所采用的頻率。當然，本發(fā)明也可以采用較高的相關運算頻率。另外，IF信號預處理單元302和并行分塊積分器[314-0，...，314-7]可以工作在流水線模式下，也就是說，分塊積分器[314-0，...，314-7]處理當前一組預定數(shù)量的預積分結果時，而IF信號預處理單元302產(chǎn)生下一組預定數(shù)量的預積分結果。
然而，應當認識到，采樣頻率、預積分結果的產(chǎn)生頻率、相關運算頻率、每次發(fā)送到分決積分器的預積分結果的數(shù)量和分塊積分器的個數(shù)都是相關的。本領域技術人員應當理解，這些參數(shù)除了在此所述的取值以外還可以設置成不同的值。例如，相關運算頻率可以高于16.368MHZ，預積分結果的產(chǎn)生頻率可以設置為1/4碼片速率。另外，PRN碼并不局限于C/A碼，也可以采用其他類型的PRN碼。
控制邏輯318，如圖3所示，也可以包括在捕獲模塊中?？刂七壿?18用于控制整個相關運算結果的計算。例如，在分塊積分器314-0產(chǎn)生一個部分相關運算結果之后，控制邏輯318從連接到控制邏輯318的第一存儲單元(雙口SRAM)320中讀取先前部分相關運算結果，將當前部分相關運算結果與同一分塊積分器產(chǎn)生的先前部分相關運算結果相加，將總和寫入第一存儲單元320。在多組預定數(shù)量的預積分結果送到分塊積分器314-0后，就可以得到IF信號304在整個周期上的完整的相關運算結果。實施中，控制邏輯318從并行分塊積分器[314-0，...，314-7]并行接收部分相關運算結果并且執(zhí)行與之前所述的對分塊積分器314-0相同的操作?！跋惹安糠窒嚓P運算結果”是指先前一組預定數(shù)量的預積分結果和相應的一段PRN碼進行相關運算的結果。
第一存儲單元(雙口SRAM)320連接在控制邏輯318與控制和編碼模塊322之間，如圖3所示，用于存儲部分相關運算結果和連續(xù)積分結果。連續(xù)積分是一種將單個相關運算的相似結果在一個時間段內累加進而提高信噪比并且增強接收機微弱信號的檢測能力的運算。每個分塊積分器可以在預定數(shù)據(jù)長度內進行連續(xù)積分。
連接在第一存儲單元320與第二存儲單元324之間的控制和編碼模塊322處理來自第一存儲單元320的連續(xù)積分結果并將處理的結果送到第二存儲單元324?？刂坪途幋a模塊322可以執(zhí)行以下操作對連續(xù)積分結果進行編碼、進一步處理信號和進行用于增強微弱信號強度的非連續(xù)積分運算。
圖4示意了圖3捕獲模塊的詳細結構圖，并且考慮I信號和Q信號。信號產(chǎn)生器410產(chǎn)生兩個正交載波信號一個正弦信號和一個余弦信號。余弦信號通過對正弦信號的相移得到。相移操作由п/2相移模塊434執(zhí)行。IF信號預處理模塊402包括兩個乘加器(MAC)單元430和432。第一乘加器(MAC)單元430根據(jù)正弦信號和輸入IF信號執(zhí)行預積分運算并且產(chǎn)生含有同相分量的預積分運算結果。第二乘加器(MAC)單元432根據(jù)余弦信號和同一輸入IF信號執(zhí)行預積分運算并且產(chǎn)生含有正交分量的預積分運算結果。每個MAC都接收碼時鐘產(chǎn)生器(PRN碼NCO)412產(chǎn)生的時鐘信號，這樣MAC430和432就以2倍PRN碼速率產(chǎn)生預積分結果，也就是以1/2碼片速率產(chǎn)生預積分結果。
考慮I信號和Q信號，兩組分塊積分器分別用于處理I信號和Q信號。分塊積分器414-4、414-5、414-6和414-7處理I路信號完成總共1023個相關運算，每個分塊積分器執(zhí)行256個相關運算；而分塊積分器414-0、414-1、414-2和414-3處理Q路信號完成總共1023個相關運算，每個分塊積分器執(zhí)行256個相關運算。對于I路或Q路信號，由于每個分塊積分器運行方式基本相同，不同的只是發(fā)送到每個分塊積分器中的C/A碼相移為256×(1/2碼偏移)。
下面將基于一個分塊積分器加以描述。分塊積分器414-0接收一組預定數(shù)量的預積分結果(例如，33個預積分結果)和包含33個1/2碼片的一段C/A碼。分塊積分器414-0中的并行乘加器(并行MAC)單元436能夠在一個時鐘周期內(即相關運算頻率的倒數(shù))計算33個預積分結果與33個1/2 C/A碼之間的內積(也稱部分相關運算)，還能夠將部分相關運算結果加到先前部分相關運算結果中。先前部分相關運算結果是先前33個預積分結果與33個1/2 C/A碼片之間的內積，33個1/2 C/A碼片相位分別與當前C/A碼相差(256+33)×1/2碼片。時鐘頻率可以與采樣頻率相同，例如，如前所述的16.368MHZ或更高。內積計算也被稱為部分相關運算，因為兩個輸入信號中的每個都是信號周期的一部分。這里使用的“并行乘加器”是指能夠并行執(zhí)行乘法運算并且每次將這些乘積結果求和、還能夠累加部分相關運算結果的MAC。分塊積分器414-0還包括連接在并行MAC單元436與控制邏輯418之間的至少兩個存儲寄存器R0438和R1 440。有利的是，兩個存儲寄存器可以工作在流水線方式，以便交替存儲來自第一存儲單元420的先前部分相關運算結果和存儲并行MAC單元436的當前部分相關運算結果。兩個存儲寄存器的運行由控制邏輯418控制。
在部分相關運算結果產(chǎn)生之后，碼產(chǎn)生器416將C/A碼偏移1/2碼片。C/A碼偏移1/2碼片之后，分塊積分器414-0開始下一個部分相關運算，將同一33個預積分結果和偏移的C/A碼作為輸入并且將當前部分相關運算結果加到相應的先前相關運算結果中。分塊積分器414-0重復上述步驟直到接收到下一組33個預積分結果。由于連續(xù)兩組33個預積分結果到達的時間間隔為264個時鐘周期，即33×8，對于固定33個預積分結果，每個分塊積分器就有足夠時間計算256個部分相關運算。分塊積分器414-0連續(xù)接收多組33個預積分結果直到得到256個完整的相關運算結果。
256個相關運算以時分方式在一個分塊積分器中執(zhí)行，這樣256個相關運算就可以共享一個并行MAC單元。因此，一個分塊積分器可以認為等效于256個相關器，從而減少了所需的邏輯資源。另外，并行MAC單元計算的相關運算中的乘法運算僅僅是符號運算，因為C/A碼只有+1和-1兩種狀態(tài)。應當認識到，這些優(yōu)點應歸功于IF信號預積分單元402執(zhí)行的預積分處理以及通過IF信號預積分單元402將這些預積分結果分成多個分塊。
碼產(chǎn)生器416包括一個以兩倍C/A碼片速率產(chǎn)生并行C/A碼的PRN碼產(chǎn)生器442。產(chǎn)生速率由PRN碼NCO 412發(fā)出的時鐘信號控制。每個發(fā)送到I路或Q路的不同分塊積分器的C/A碼都有不同的起始點。然而，I路的分塊積分器和與之對應的Q路的分塊積分器接收具有相同碼相的C/A碼。例如，分塊積分器414-0和414-4接收沒有相移的相同C/A碼。分塊積分器414-1和414-5接收相移為256×(1/2碼片偏移)的相同C/A碼。分塊積分器414-2和414-6接收相移為2×256×(1/2碼片偏移)的相同C/A碼。分塊積分器414-3和414-7接收相移為3×256×(1/2碼片偏移)的相同C/A碼。
圖4中的控制邏輯418、第一存儲單元(雙口SRAM)420、控制和編碼模塊422和第二存儲單元(雙口SRAM)424與圖3中的對應分量類似。因此，為簡明起見，這里就不再贅述。
圖5示意了在具有多個分塊積分器的電路中處理擴頻信號的流程圖500，其中該電路采用一個以預定采樣頻率數(shù)字化的輸入信號、一個本地參考信號和一個偽隨機噪聲碼。在步驟502，在IF信號預處理單元接收一個數(shù)字化的信號后，在步驟504，IF信號預處理單元根據(jù)接收信號和本地參考信號以預定速率(例如，兩倍PRN碼片速率)產(chǎn)生預積分結果。產(chǎn)生預積分結果時，在步驟506，IF信號預處理單元將一組預定數(shù)量(例如33)的預積分結果發(fā)送到每個分塊積分器中。當每個分塊積分器接收該組預定數(shù)量的預積分結果時，在步驟508，每個分塊積分器還接收具有各自碼相位的偽隨機噪聲碼。在步驟510，每個分塊積分器將接收到的一段偽隨機噪聲碼和該組預定數(shù)量(例如33)的預積分結果作為輸入進行部分相關運算。在步驟512，在每個分塊積分器中得到部分相關運算結果后，在步驟514，部分相關結果加到先前部分相關結果中，其中先前部分相關結果是根據(jù)先前一組預定數(shù)量的預積分結果和一段相應偽隨機噪聲碼得到的。在每個分塊積分器完成部分相關運算后，在步驟516，發(fā)送到每個分塊積分器中的偽隨機噪聲碼被移動預定位置。在偽隨機噪聲碼偏移后，在步驟518，檢測每個分塊積分器是否接收到下一組預定數(shù)量的預積分結果。若每個分塊積分器中沒有接收到下一組預定數(shù)量的預積分結果，就重復步驟510到步驟516，否則，執(zhí)行步驟520，即檢測每個分塊積分器中是否得到多個完整的相關運算結果。若每個分塊積分器中沒有得到多個完整的相關運算結果，就重復步驟506到步驟518，否則，執(zhí)行步驟522，即對完整的相關運算結果進一步信號處理。
實施中，GPS信號由連接到接收機100的天線102接收，并且由調諧器104將其從原始頻率轉換為中頻。中頻信號接著由模擬數(shù)字轉換器106以預定采樣頻率轉為數(shù)字信號。經(jīng)過數(shù)字化的數(shù)字IF信號被送到IF信號預處理單元103。IF信號預處理單元103將IF信號和本地載波信號作為輸入執(zhí)行預積分運算并且以預定速率產(chǎn)生預積分結果。由IF信號預處理單元103產(chǎn)生的多組預定數(shù)量的預積分結果由多個并行分塊積分器314連續(xù)接收。對于一組預定數(shù)量的預積分結果，每個分塊積分器314將該組預定數(shù)量的預積分結果分別和多段經(jīng)偏移后的PRN碼進行部分相關運算從而得到多個部分相關運算結果，直到分塊積分器314接收到下一組預定數(shù)量的預積分結果。每個分塊積分器314持續(xù)接收多組預定數(shù)量預積分結果并且累加部分相關運算結果，直到獲得多個完整的相關運算結果。中間計算結果存儲在第一存儲單元320。為在每個分塊積分器中得到多個完整的相關運算結果，控制邏輯318用于從第一存儲單元320中讀取一個先前部分相關運算結果，將當前部分相關運算結果與先前部分相關運算結果相加，并且將經(jīng)修改的先前部分相關結果再寫入第一存儲單元320。另外，分塊積分器314還執(zhí)行連續(xù)積分運算以提高信噪比。連續(xù)積分結果被送到控制和編碼模塊322做進一步處理，例如對連續(xù)積分結果編碼、進一步處理信號以及執(zhí)行非連續(xù)積分運算。第二存儲單元324用于存儲來自控制和編碼單元322的已處理結果。
圖5上下文中的方法還可以通過例如計算設備的運算部分執(zhí)行一系列機器可讀指令來實現(xiàn)。雖然其中的步驟依次列出，但是該方法也可以以不同的順序或作為事件驅動進程實施。這些指令可以存儲在各種類型的帶有信號或數(shù)據(jù)存儲的一級、二級或三級介質。該介質包括，例如，計算設備的元件可存取的RAM(未示出)或者存儲于計算機設備元件中的RAM。無論是包含在RAM、磁盤或其他二級存儲介質的指令都可以存儲在各種機器可讀數(shù)據(jù)存儲介質中，例如DASD存儲器(如常規(guī)“硬盤驅動器”或RAID陣列)，磁帶、電子只讀存儲器(例如，ROM、EPROM或EEPROM)、閃存卡、光存儲設備(例如，CD-ROM、WORM、DVD、數(shù)字光帶)、紙帶穿孔卡、或者包括數(shù)字和模擬傳輸介質的其他適當?shù)臄?shù)據(jù)存儲介質。
這里采用的術語和表述方式只是用于描述，并不應局限于這些術語和表述。使用這些術語和表述并不意味著排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，應認識到可能存在的各種修改也應包含在權利要求范圍內。其他修改、變化和替換也可能存在。相應的，權利要求應視為覆蓋所有這些等效物。
權利要求
1.一種處理擴頻信號的方法，其特征在于該處理方法在一個具有多個分塊積分器的電路進行，該電路使用一個以預定采樣頻率數(shù)字化的輸入信號、一個本地參考信號和一個偽隨機噪聲碼，所述方法包括步驟a)根據(jù)輸入信號和本地參考信號以預定速率產(chǎn)生預積分結果；b)將一組預定數(shù)量的預積分結果發(fā)送到每個分塊積分器中；c)在每個分塊積分器中接收具有各自碼相位的偽隨機噪聲碼；d)根據(jù)該組預定數(shù)量的預積分結果和一段該偽隨機噪聲碼在每個分塊積分器中執(zhí)行部分相關運算；e)在每個分塊積分器中，從部分相關運算中得到部分相關運算結果；f)若存在先前相關運算結果，則將部分相關運算結果加到先前部分運算結果上，其中先前相關運算結果根據(jù)先前一組預定數(shù)量的預積分結果和一段相應的偽隨機噪聲碼而得到；g)將偽隨機噪聲碼偏移預定位置；h)重復步驟d)到g)直到下一組預定數(shù)量的預積分結果被送到每個分塊積分器中；和i)重復步驟b)到h)直到每個分塊積分器中得到多個完整相關運算結果，其中完整相關運算結果用于進一步信號處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述方法進一步包括將預積分結果分成同相分量和正交分量；并且分別執(zhí)行步驟b)到i)。
3.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述部分相關運算以至少所述采樣頻率執(zhí)行。
4.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，所述部分相關運算包括乘法和加法運算，其特征在于所述乘法運算是符號運算。
5.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述輸入信號是由擴頻信號轉為的中頻信號。
6.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述本地參考信號是本地載波信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述偽隨機噪聲碼是粗捕獲碼，粗捕獲碼包括1023碼片，粗捕獲碼的周期是1毫秒。
8.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述預定速率是偽隨機碼片速率的兩倍。
9.根據(jù)權利要求8所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述偽隨機碼片速率是粗捕獲碼片速率。
10.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述產(chǎn)生預積分結果的步驟包括步驟將輸入信號每個數(shù)據(jù)點乘以本地參考信號的每個各自的數(shù)據(jù)點；和在一個數(shù)據(jù)長度內，將每個乘積結果相加以產(chǎn)生一個預積分結果。
11.根據(jù)權利要求10所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)長度為所述偽隨機碼片長度的一半，所述數(shù)據(jù)長度包括多個數(shù)據(jù)點，多個數(shù)據(jù)點的個數(shù)取決于所述預定采樣頻率。
12.根據(jù)權利要求1所述的處理擴頻信號的方法，其特征在于所述預定位置是半個所述偽隨機碼片的相位偏移。
13.一種處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述設備包括一個根據(jù)輸入信號和本地參考信號以預定速率產(chǎn)生預積分結果的中頻信號預處理單元；和多個與所述中頻信號預處理單元通信的并行分塊積分器，每個分塊積分器連續(xù)接收多組預定數(shù)量預積分結果，對于每組數(shù)量的預積分結果，每個分塊積分器將該組預定數(shù)量的預積分結果分別和多段經(jīng)過偏移后的偽隨機噪聲碼進行部分相關運算從而得到多個部分相關運算結果，直到下一組預定數(shù)量的預積分結果送到所述分塊積分器中。
14.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述設備還包括一個連接到所述多個分塊積分器和一個存儲單元的控制邏輯，其中所述控制邏輯從所述存儲單元讀取先前部分相關運算結果，將當前部分相關運算結果加到先前部分運算結果上，再將經(jīng)修改的先前部分相關運算結果寫入所述存儲單元。
15.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述設備還包括一個產(chǎn)生兩個正交的本地參考信號的信號產(chǎn)生器，所述信號產(chǎn)生器與所述中頻信號預處理單元通信。
16.根據(jù)權利要求15所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述中頻信號預處理單元還包括一個計算含有同相分量的預積分結果的第一乘加器單元，第一乘加器單元在一個數(shù)據(jù)長度內將輸入信號的每個數(shù)據(jù)點與兩個正交本地參考信號其中一個信號的每個相應的數(shù)據(jù)點相乘，并且將每個乘積結果相加以便產(chǎn)生一個含有同相分量的預積分結果；一個計算含有正交分量的預積分結果的第二乘加器單元，第二乘加器單元在一個數(shù)據(jù)長度內將輸入信號的每個數(shù)據(jù)點與另一個本地參考信號的每個相應的數(shù)據(jù)點相乘，并且將每個乘積結果相加以便產(chǎn)生一個含有正交分量的預積分結果。
17.根據(jù)權利要求16所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述數(shù)據(jù)長度為所述偽隨機碼片長度的一半，所述數(shù)據(jù)長度包括多個數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)點的個數(shù)取決于所述預定采樣頻率。
18.根據(jù)權利要求16所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述多個分塊積分器分成兩組，第一組接收所述含有同相分量的預積分結果，第二組接收所述含有正交分量的預積分結果。
19.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述設備進一步包括一個與所述中頻信號預處理單元相連的碼時鐘產(chǎn)生器，所述碼時鐘產(chǎn)生器控制所述預積分結果以預定速率產(chǎn)生。
20.根據(jù)權利要求19所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述設備進一步包括一個與碼時鐘產(chǎn)生器相連的碼產(chǎn)生器，所述碼產(chǎn)生器并行產(chǎn)生多個具有相應碼相位的偽隨機噪聲碼并且將每個具有相應碼相位的偽隨機噪聲碼發(fā)送到相應的分塊積分器中。
21.根據(jù)權利要求20所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述碼產(chǎn)生器能夠將偽隨機噪聲碼偏移預定位置，并且對于偽隨機噪聲碼的每次偏移，相應分塊積分器將該組預定數(shù)量的預積分結果和偏移的偽隨機噪聲碼執(zhí)行部分相關運算，得到所述多個部分相關運算結果中的其中一個結果。
22.根據(jù)權利要求21所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述預定位置是半個所述偽隨機碼片的相位偏移。
23.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述輸入信號以所述預定采樣頻率由模擬數(shù)字轉換器轉為數(shù)字信號。
24.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述部分相關運算至少以所述預定采樣頻率執(zhí)行。
25.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，所述部分相關運算包括乘法和加法運算，其特征在于其中所述乘法運算是符號運算。
26.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述偽隨機噪聲碼是粗捕獲碼，粗捕獲碼包括1023碼片，粗捕獲碼的周期是1毫秒。
27.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述預定速率是偽隨機碼片速率的兩倍。
28.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述每個分塊積分器進一步包括一個并行乘加器單元，所述并行乘加器單元根據(jù)一組預定數(shù)量的預積分結果和相應的一段偽隨機噪聲碼執(zhí)行部分相關運算。
29.根據(jù)權利要求14所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述每個分塊積分器進一步包括連接在所述并行乘加器單元與所述控制邏輯之間的至少兩個存儲寄存器，兩個存儲寄存器交替地存儲來自存儲單元的先前部分相關運算結果和存儲當前部分相關運算結果，所述控制邏輯控制每個分塊積分器的所述至少兩個存儲寄存器的運行，所述的至少兩個存儲器串聯(lián)連接。
30.根據(jù)權利要求14所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述存儲單元能夠存儲計算結果。
31.根據(jù)權利要求13所述的處理以預定采樣頻率數(shù)字化的擴頻信號的設備，其特征在于所述先前相關運算結果根據(jù)先前一組預定數(shù)量的預積分結果和相應的一段偽隨機噪聲碼而得到。
32.一種接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述接收機包括一個將擴頻信號從原始頻率轉換為中頻的調諧器；一個連接到調諧器的模擬數(shù)字轉換器，所述模擬數(shù)字轉換器將中頻信號以預定采樣頻率轉換為數(shù)字輸入信號；一個存儲單元；一個連接到模擬數(shù)字轉換器且用于處理擴頻信號的設備，包括一個根據(jù)所述數(shù)字輸入信號與本地參考信號以預定速率產(chǎn)生預積分結果的中頻信號預處理單元；多個與所述中頻信號預處理單元通信的并行分塊積分器，每個分塊積分器連續(xù)接收多組預定數(shù)量的預積分結果，對于每組預定數(shù)量的預積分結果，每個分塊積分器將該組預定數(shù)量的預積分結果分別和多段經(jīng)偏移后的偽隨機噪聲碼進行部分相關運算從而得到多個部分相關運算結果，直到下一組預定數(shù)量的預積分結果送到所述分塊積分器中；和一個連接到所述存儲單元和所述多個分塊積分器的控制邏輯，其中控制邏輯從所述存儲單元讀取先前部分相關運算結果，將當前部分相關運算結果加到先前部分運算結果上，再將經(jīng)修改的先前部分相關運算結果寫入所述存儲單元。
33.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述設備進一步包括一個產(chǎn)生兩個正交的本地參考信號的信號產(chǎn)生器，所述信號產(chǎn)生器與所述中頻信號預處理單元通信。
34.根據(jù)權利要求33所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述中頻信號預處理單元進一步包括一個計算含有同相分量的預積分結果的第一乘加器單元，第一乘加器單元在一個數(shù)據(jù)長度內將輸入信號的每個數(shù)據(jù)點與兩個正交本地參考信號其中一個信號的每個相應的數(shù)據(jù)點相乘，并且將每個乘積結果相加以便產(chǎn)生一個含有同相分量的預積分結果；一個計算含有正交分量的預積分結果的第二乘加器單元，第二乘加器單元在一個數(shù)據(jù)長度內將輸入信號的每個數(shù)據(jù)點與另一個本地參考信號的每個相應的數(shù)據(jù)點相乘，并且將每個乘積結果相加以便產(chǎn)生一個含有正交分量的預積分結果。
35.根據(jù)權利要求34所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述數(shù)據(jù)長度為所述偽隨機碼片長度的一半，所述數(shù)據(jù)長度包括多個數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)點的個數(shù)取決于所述預定采樣頻率。
36.根據(jù)權利要求34所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述多個分塊積分器分成兩組，第一組接收所述含有同相分量的預積分結果，第二組接收所述含有正交分量的預積分結果。
37.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述設備進一步包括一個與所述中頻信號預處理單元相連的碼時鐘產(chǎn)生器，所述碼時鐘產(chǎn)生器控制所述預積分結果以預定速率產(chǎn)生。
38.根據(jù)權利要求37所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述設備進一步包括一個與碼時鐘產(chǎn)生器相連的碼產(chǎn)生器，所述碼產(chǎn)生器并行產(chǎn)生多個具有相應碼相位的偽隨機噪聲碼并且將每個具有相應碼相位的偽隨機噪聲碼發(fā)送到相應的分塊積分器中。
39.根據(jù)權利要求38所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述碼產(chǎn)生器能夠將偽隨機噪聲碼偏移預定位置，并且對于偽隨機噪聲碼的每次偏移，相應分塊積分器將該組預定數(shù)量的預積分結果和偏移的偽隨機噪聲碼執(zhí)行部分相關運算，得到所述多個部分相關運算結果中的其中一個結果。
40.根據(jù)權利要求39所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述預定位置是半個所述偽隨機碼片的相位偏移。
41.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述部分相關運算至少所述以預定采樣頻率執(zhí)行。
42.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，所述部分相關運算包括乘法和加法運算，其特征在于其中所述乘法運算是符號運算。
43.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述偽隨機噪聲碼是粗捕獲碼，粗捕獲碼包括1023碼片，粗捕獲碼的周期是1毫秒。
44.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述預定速率是偽隨機碼片速率的兩倍。
45.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述每個分塊積分器進一步包括一個并行乘加器單元，所述并行乘加器單元根據(jù)一組預定數(shù)量的預積分結果和相應的一段偽隨機噪聲碼執(zhí)行部分相關運算。
46.根據(jù)權利要求45所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述每個分塊積分器進一步包括連接在所述并行乘加器單元與所述控制邏輯之間的至少兩個存儲寄存器，兩個存儲寄存器交替地存儲來自存儲單元的先前部分相關運算結果和存儲當前部分相關運算結果，所述控制邏輯控制每個分塊積分器的所述至少兩個存儲寄存器的運行，所述的至少兩個存儲器串聯(lián)連接。
47.根據(jù)權利要求32所述的接收擴頻信號的接收機，其特征在于所述先前相關運算結果根據(jù)先前一組預定數(shù)量的預積分結果和一段相應的偽隨機噪聲碼而得到。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在擴頻通信中采用分塊積分實現(xiàn)并行相關器的方法和設備。處理擴頻信號的設備包括一個中頻信號預處理單元和多個并行分塊積分器。中頻信號預處理單元能夠根據(jù)輸入信號和本地參考信號以預定速率產(chǎn)生預積分結果。中頻信號預處理單元產(chǎn)生的預積分結果被分成多組，每組包含預定數(shù)量的預積分結果。多個并行分塊積分器與該中頻信號預處理單元通信。每個分塊積分器能夠連續(xù)接收多組預積分結果，對于每組預定數(shù)量的預積分結果，每個分塊積分器能夠將該組預定數(shù)量的預積分結果分別和多段經(jīng)過偏移后的偽隨機噪聲碼進行部分相關運算從而得到多個部分相關運算結果，直到分塊積分器接收到下組預定數(shù)量的預積分結果。
文檔編號G01S1/00GK1889370SQ20051008154
公開日2007年1月3日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權日2005年6月30日
發(fā)明者李世杰, 程明強, 俞波 申請人:凹凸科技(中國)有限公司