專利名稱:適用于頻帶展寬信號的接收機(jī)的制作方法
本發(fā)明涉及一種適用于頻帶展寬信號的接收機(jī)。頻帶展寬信號是一種用偽隨機(jī)碼進(jìn)行編碼的高頻載波信號(下文中稱之為PRC)。該頻譜展寬碼又被一個用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制信號來調(diào)制，這個調(diào)制信號時常也是數(shù)字信號。在這種情況下，為了數(shù)據(jù)傳輸，將另外一種數(shù)字信號疊加在第一種數(shù)字信號一偽隨機(jī)碼一之上。一般來說，兩個數(shù)字信號的時鐘頻率彼此差別很大。
為頻帶展寬之目的而被發(fā)射機(jī)采用的偽隨機(jī)編碼，存儲在接收機(jī)之中，此外，接收機(jī)還包括一個時鐘脈沖發(fā)生器，由它產(chǎn)生時鐘脈沖信號，用以控制存儲器中編碼的讀出。時鐘脈沖信號的相位必須按如下的方式控制，即在存儲在接收機(jī)中的偽隨機(jī)碼與所接收信號的偽隨機(jī)碼之間造成時間的一致。發(fā)射臺到接收機(jī)的距離可以依據(jù)接收的偽隨機(jī)碼和存儲在接收機(jī)之中的偽隨機(jī)碼之間的相位移來加以確定。
采用頻帶展寬信號的系統(tǒng)，例如有，聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分配系統(tǒng)，縮寫為JTIDS和全球定位系統(tǒng)，縮寫為GPS。
全球定位系統(tǒng)(GPS，下同)已由J;J，小斯庇爾科(J，J Spilker，Jr)。在1978年夏季出版的，導(dǎo)航協(xié)會雜志一“導(dǎo)”的第25卷，第2期，第121～146頁“GPS信號結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性”一文之中描述過。
適用于頻帶展寬信號的接收機(jī)也在上面引證過的全球定位系統(tǒng)的出版物的第139頁～146頁之中闡述過。但是這種接收裝置非常復(fù)雜，也非常昂貴。
本發(fā)明的目的，就是為提供一個可以采用一簡單方法使之得以實現(xiàn)，又適用于頻帶展寬信號的接收機(jī)。
本發(fā)明的這一目的是通過在權(quán)利要求
第一項中指明的方法達(dá)到的。有益的進(jìn)一步的改進(jìn)方案，包括在從屬權(quán)利要求
之中。
這種新型接收機(jī)可以具有很高的集成度。
大部分功能可以由一個處理裝置來完成。按照新的解決方案，為實現(xiàn)射頻部分，只要求少量電路。特別是不需要頻率和幅度控制裝置。以一種簡單的方法即可以擴(kuò)展接收機(jī)，使之能夠按時分制多路復(fù)用方式，同多個衛(wèi)星建立聯(lián)系，具體地說，假如它是按照全球定位。系統(tǒng)的接收機(jī)形式加以實現(xiàn)的話，這點更是必要的。所要求的附加的復(fù)雜性則是非常次要的。
現(xiàn)在，根據(jù)特例及附圖，將本發(fā)明詳細(xì)說明如下，其中圖1a至c表示頻帶展寬信號的各種波形圖。
圖2表示新型接收機(jī)的方框圖。
圖3a到b表示接收機(jī)工作的各種信號的波形圖。
為了產(chǎn)生頻帶展憲信號，例如具有1千兆赫頻率的高頻載波(圖1a)，被由0狀態(tài)和1狀態(tài)信號組成的，例如具有1兆赫時鐘頻率的偽隨機(jī)碼PRC(圖1b)調(diào)制。根據(jù)偽隨機(jī)碼是處于0狀態(tài)還是處于1狀態(tài)，載波的相位或保持不變，或相移180°，采用這種方法產(chǎn)生的信號(圖1c)在下文中將稱之為載波信號。
全球定位系統(tǒng)可以用這種信號來測量距離。
假如存儲在接收機(jī)之中的偽隨機(jī)碼的相位，按照為再一次使兩個偽隨機(jī)碼在時間上保持一致的方法來加以控制的話，發(fā)射臺到接收機(jī)的距離就可以采用已知方法來確定。
假如，想借助頻帶展寬信號傳輸數(shù)據(jù)，就可以通過用包含該數(shù)據(jù)的信號去調(diào)制載波信號來實現(xiàn)。這種調(diào)制信號也可以是數(shù)字信號。在這種情況下，另一個數(shù)字信號疊加在數(shù)字偽隨機(jī)碼之上。兩個數(shù)字信號的時鐘頻率最好互相有明顯的差別，時鐘頻率以1兆赫和50赫為宜。
正如上面已經(jīng)指出的，采用頻帶展寬信號的全球定位系統(tǒng)是一個公知的系統(tǒng)，其測距和數(shù)據(jù)傳輸兩者皆借助于全球定位系統(tǒng)GPS來完成。
在全球定位系統(tǒng)接收機(jī)-像從所引證的文獻(xiàn)中得知的接收機(jī)-的現(xiàn)有技術(shù)中，存儲的偽隨機(jī)碼的相位是被控制的。例如，采用所謂的π型高頻脈動控制回路，或超前/滯后控制回路來加以控制。還提供了科塔(Costas)控制回路。在這個回路中，形成了調(diào)制載波信號的I分量和Q分量(遵循適合的信號處理，例如變換成中頻值)，并將調(diào)制信號解調(diào)。
在新型接收機(jī)中，控制標(biāo)準(zhǔn)與已知的接收機(jī)的相同，但是，它是用與已知的接收機(jī)全然不同的方法來實現(xiàn)的。由于控制標(biāo)準(zhǔn)是公知的，在以下的說明中，將不予詳細(xì)的討論。
現(xiàn)在，根據(jù)圖2和圖3，做出如下的說明信號由天線1接收，并提供給射頻部分2，在設(shè)置于射頻部分2之后的中頻部分3中，把頻率變換成5千赫。中頻頻率是按這樣的方法選擇的，即可出現(xiàn)所期望的多普勒頻移最大值時，使中頻維持不等于0。中頻信號在數(shù)字替換器中，按如下這種方法被數(shù)字化，即在超過門限值時，數(shù)字信號處于1狀態(tài);而在低于門限值時，數(shù)字信號處于0狀態(tài)。適當(dāng)?shù)拈T限值為零。
幅度比調(diào)制載波信號大接近20分貝的噪聲信號疊加在被數(shù)據(jù)調(diào)制的接收載波信號之上。假如沒有載波信號，在數(shù)字信號中的0信號和1信號的數(shù)量是相等的。這個數(shù)字化的信號在乘法器5中，與偽隨機(jī)碼相乘，在采樣電路6中，以兩倍于從儲存器7讀出的偽隨機(jī)碼的頻率，對所產(chǎn)生的信號取樣。通過取樣程序的信號示于圖3c。
在乘法器5之后，如果出現(xiàn)載波信號(無論其被傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制信號所調(diào)制或未被調(diào)制)，在整個信號期間，0和1的數(shù)量將也不再均等分配。出現(xiàn)0和1的頻率的分配，將隨載波信號的中頻頻率變化(圖3a和圖3b)，如果所接收的信號未受多普勒頻移影響時，以5千赫頻率變化;而所接收的信號有所期望的多普勒頻率時，以500赫和9.54赫的頻率變化。
由取樣處理所產(chǎn)生的信號被提供給計數(shù)器10。假如沒有載波信號，計數(shù)以線性方式增加，如圖3d中虛線所示。但在有載波信號存在時，無論其是否有調(diào)制信號計數(shù)曲線將形成一條其斜率有時大于或有時小于虛線斜率的曲線，如圖3d中實線所示。這些計數(shù)連續(xù)地提供給兩個乘法器12和13，每個乘法器都接收一個由時鐘脈沖發(fā)生器15產(chǎn)生的有規(guī)則的“+1”和“-1”序列的信號。時鐘頻率與中頻頻率相同，也包括有任一可能出現(xiàn)的多普勒頻移。乘法器13的信號相對于乘法器12的信號偏移一個相當(dāng)于 1/4 中頻信號周期的時間間隔。兩個乘法器的輸出信號對應(yīng)于上面所指出信號的I分量和Q分量。按照相同的方法，在已知的接收機(jī)中也產(chǎn)生這些信號。在新型接收機(jī)中，仍用它們產(chǎn)生控制信號。
求和電路16和17中的每一個，在由時鐘脈沖發(fā)生器15產(chǎn)生的時鐘脈沖的每個周期，求和一次。
I＝-Z(O)+2Z(π)-Z(2π)Q＝-Z(O)+2Z( (π)/2 )-2Z( (3π)/2 )+Z(2π)每個被加數(shù)按括號中給定的時刻分別計數(shù)。確保計數(shù)在所期望的時間內(nèi)得到進(jìn)一步處理的控制線，在圖2之中未予示出，對于那些本領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員，如果它們知道它的功能，將能在圖2的電路中作出適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。
求和分量I和Q在乘法器19中相乘，所產(chǎn)生的數(shù)值作為乘法處理的積，提供給數(shù)字低通
波器32。低通
波器32的輸出信號按照以下的方法控制時鐘脈沖發(fā)生器的頻率和相位，即，使低通
波器32的輸出信號，與變換成中頻值的載波信號有相同的頻率和相同的相位。乘法器12，13，19求和電路16，17，低通
波器32，時鐘脈沖發(fā)生器15和相移裝置14構(gòu)成科斯塔(Costas)回路。在控制狀態(tài)下，由求和電路16輸出的數(shù)字值I序列代表調(diào)制信號，借助這個調(diào)制信號所發(fā)射的數(shù)據(jù)，按已知的方法，在圖中未示出的計算裝置中被還原。
I值和Q值不僅提供給乘法器19，而且還提供給平方電路18和20。在平方電路中，每個值都被自乘，這些值的平方加到求和電路21，這些代表載波信號幅值的求和值，交替地(22)提供給第一數(shù)字低通
波器(23)和第二數(shù)字低通
波器(24)。對兩個低通
波器來說替換速率相同，偽隨機(jī)碼就是以這個速率從存儲器7中讀出的(脈動頻率，125赫)。低通
波器23和24的輸出信號提供給處理裝置25，在處理裝置中，計算這些值的和與差。按已知的方法，可以確定控制信號，以控制在時鐘脈沖發(fā)生器9產(chǎn)生的時鐘脈沖信號的相位，這個時鐘脈沖信號在分頻器8中被二分頻之后控制從存儲器7讀出偽隨機(jī)碼。另外，由時鐘脈沖發(fā)生器9產(chǎn)生的時鐘脈沖信號，還用作取樣電路6的時鐘脈沖信號。相位控制是按照以下分式進(jìn)行，即，使接收機(jī)存儲的偽隨機(jī)碼與所接收信號的偽隨機(jī)碼具有相同相位。相對于一個參考周期，偽隨機(jī)碼的時間位置與接收機(jī)到發(fā)射臺之間的距離成正比，因此，也把偽隨機(jī)碼的時間位置提供給圖中未予示出的計算裝置。
時鐘脈沖發(fā)生器9，分頻器8，存儲器7，取樣裝置6，計數(shù)器10，乘法器12，求和電路16和17，平方電路18和20，求和電路21，低通
波器23和24，以及處理裝置25構(gòu)成了一已知的超前/滯后控制回路。由時鐘脈沖發(fā)生器9輸出的時鐘信號-除了上面已指出的方式之外-還周期性地(時鐘頻率125赫)超前或滯一個時鐘周期，如在所引證的全球定位系統(tǒng)文獻(xiàn)中所知。這是由處理裝置來控制的。
涉及到科斯塔(Costas)回路所做的陳述，也適用于其方框圖已示于圖2之中的超前/滯后控制回路。也即，理所當(dāng)然可以產(chǎn)生上述功能的各時鐘信號未在圖中示出，因為本領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員將可以作出適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。
實現(xiàn)單個的組合也是熟練人員力所能及的。例如，乘法器5可以是一個異-或門;采樣電路6可以采用J-K觸發(fā)器這一明顯有利的方式來實現(xiàn)，J-K觸發(fā)器從時鐘脈沖發(fā)生器9接收所需要的時鐘脈沖。此外當(dāng)數(shù)字值采用許多單元加以處理時，借助于處理裝置，上述若干組合皆可實現(xiàn)。
在以上說明之中，對偽隨機(jī)碼使用了不同的參考。而在全球定位系統(tǒng)之中，每個衛(wèi)星(即發(fā)射臺)均有特定的偽隨機(jī)碼。出于導(dǎo)航之目的，必需同時測量，至少必需迅速地連續(xù)測量出到各個衛(wèi)星的距離。采用新型接收機(jī)就可以按分時制多路復(fù)用的有利方式來完成測量。為此，必需把所需要的各衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼存儲在接收機(jī)中，每一毫秒進(jìn)行一次從一個偽隨機(jī)碼到下一個偽隨機(jī)碼的替換，而上述的控制運(yùn)算皆在這些周期內(nèi)完成。控制電路繼續(xù)鎖定到所需的全部衛(wèi)星上，而從所有衛(wèi)星接收到信號的數(shù)據(jù)還原可以不中斷。
權(quán)利要求
1.一個適用于頻帶展寬調(diào)制載波信號的接收機(jī)，在該接收機(jī)中，為頻帶展寬目的被發(fā)射機(jī)采用的，而存儲于該接收機(jī)中的編碼，與所接收信號的頻帶展寬編碼相同步，所接收信號的調(diào)制在該接收機(jī)中解調(diào)，該接收機(jī)包含有幾個控制回路，為控制之目的，在控制回路中產(chǎn)生了調(diào)制載波信號的I分量和Q分量，其特征在于，所接收的信號，按數(shù)字信號有第一值和第二值這樣的方式被數(shù)字化，第一值和第二值取決于需要數(shù)字化的接收信號是否超過或低于一個門限值，數(shù)字化的信號與存儲(7)在接收機(jī)中的編碼相乘(5)，作為乘法處理的積所產(chǎn)生的信號被取樣(6)，通過取樣過程所產(chǎn)生的信號提供給一個計數(shù)器，在此形成第一個和I=-Z(O)+2Z(π)-Z(2π)與第二個和Q=-Z(O)+2Z( (π)/2 )-2Z( (3π)/2 )+Z(2π)，或等于幾倍或幾分之一的和，各個被加數(shù)按括號中給定的間隔分別計數(shù)，這里的2π等于要數(shù)字化的信號的周期，兩個和的時間序列就是I分量和Q分量，為了控制之目的，進(jìn)一步按已知的方法處理。
2.按照權(quán)利要求
1的接收機(jī)，其特點在于，數(shù)字信號由“0”值和“1”值，或由“+1”值和“-1”值組成。
3.按照權(quán)利要求
1或2中的接收機(jī)，其特征在于，所接收的調(diào)制載波信號，在數(shù)字化之前，就替換到中頻值。
4.按照權(quán)利要求
1至3中的任一個的接收機(jī)，其特征在于，計數(shù)器周期地復(fù)位。
5.按照權(quán)利要求
3或4中的任一個的接收機(jī)，其特征在于，計數(shù)器輸出值與由“+1”和“-1”組成的脈沖序列相乘(12，13)并且一個相對另一個偏移一個中頻信號1/4周期的時間間隔。
6.按照權(quán)利要求
1至5中的任一個的接收機(jī)，其特征在于，取樣電路(6)是一個J-K觸發(fā)器。
專利摘要
用于頻帶展寬信號的接收機(jī)中存儲的偽隨機(jī)碼， 與所接收的調(diào)制信號的偽隨機(jī)碼同步，然后調(diào)制信 號被解調(diào)。為此目的而提供的裝置包括多個控制回 路，在接收機(jī)中，隨后將替換成3中頻值的調(diào)制載波 信號被數(shù)字化4，然后與存儲器7的偽隨機(jī)碼相乘5。 按這種方法產(chǎn)生的信號，以兩倍于從存儲器7讀出的 頻率被取樣6，取樣信號提供給一個計數(shù)器10，由計 數(shù)器的輸出值形成I信號和Q信號。對于同步和解調(diào) 所需的控制變量，由控制回路的I信號和Q信號決定。
文檔編號H04B1/16GK85106644SQ85106644
公開日1987年3月25日 申請日期1985年9月3日
發(fā)明者沃夫?qū)瘛け葼?申請人:勞倫茨標(biāo)準(zhǔn)電氣股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan