專利名稱：用有效旋轉(zhuǎn)器進(jìn)行定位的接收機(jī)的制作方法
背景技術(shù)：
Ⅰ．發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及定位。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在無線通信系統(tǒng)中執(zhí)行定位的新的、改進(jìn)的方法和裝置。
Ⅱ．相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域描述無論是政府還是客戶都要求在蜂窩電話中具有定位功能。當(dāng)前的全球定位系統(tǒng)(GPS)可以采用GPS接收機(jī)和一組地球軌道衛(wèi)星來進(jìn)行定位。因此，就要求在蜂窩電話中引入GPS功能。
然而，蜂窩電話對成本、重量和功耗極為敏感。因此，僅僅增加進(jìn)行GPS定位的附加電路在蜂窩電話中提供定位功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以，本發(fā)明在蜂窩電話系統(tǒng)中以最小的附加硬件、成本和功耗來提供GPS功能。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種在無線通信系統(tǒng)中執(zhí)行定位的新的、改進(jìn)的方法和裝置。本發(fā)明一種實(shí)施例包含了一種執(zhí)行定位的方法，它包含下述步驟接收取樣信號(hào)、產(chǎn)生粗捕獲序列(coarse acquisition sequence)、使所述粗捕獲序列旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的粗捕獲序列，以及在一組時(shí)移處使所述旋轉(zhuǎn)的粗捕獲序列作用于所述取樣信號(hào)而產(chǎn)生相關(guān)的輸出數(shù)據(jù)。
附圖簡述讀者在結(jié)合附圖閱讀了本發(fā)明的詳細(xì)描述以后，將更清楚地理解本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。圖中，相同的標(biāo)號(hào)所表示的意義相同。


圖1是全球定位系統(tǒng)(GPS)波形發(fā)生器的方框圖；圖2是按照本發(fā)明的用途而配置的蜂窩電話系統(tǒng)高度簡化的方框圖；圖3是按照本發(fā)明一種實(shí)施例而構(gòu)成的接收機(jī)方框圖；圖4是圖3中所示接收機(jī)的另一方框圖；圖5是按照本發(fā)明另一種實(shí)施例而構(gòu)成的接收機(jī)；
圖6是定位操作期間執(zhí)行的步驟的流程圖；圖7是按照本發(fā)明一種實(shí)施例而構(gòu)成的DSP方框圖；圖8是在按照本發(fā)明一種實(shí)施例而執(zhí)行的搜尋期間所執(zhí)行的步驟的流程圖；圖9是本發(fā)明一種實(shí)施例中所執(zhí)行的粗搜尋和細(xì)搜尋時(shí)的相位的等時(shí)線(timeline)；圖10是按照本發(fā)明一種實(shí)施例所執(zhí)行的搜尋處理的等時(shí)線；圖11是搜尋空間的圖；圖12是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的接收機(jī)。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述下面描述無線通信系統(tǒng)中執(zhí)行定位的新的、改進(jìn)的方法和裝置。結(jié)合數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)來描述典型的實(shí)施例。盡管這樣做有很多好處，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不同的實(shí)施例可以應(yīng)用于各種不同的場合或結(jié)構(gòu)。通常，這里所描述的各種系統(tǒng)可以用軟件控制的處理器、集成電路或分立的邏輯電路來形成，但最好采用集成電路結(jié)構(gòu)。整個(gè)應(yīng)用中將被涉及的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號(hào)、符號(hào)和碼片(chip)最好用電壓、電流、電磁波、磁場或磁子(magnetic particle)、光場或光子(opticalparticle)或其組合來表示。另外，每一方框圖中的方框可以代表硬件或者方法的步驟。
圖1是全球定位系統(tǒng)(GPS)波形發(fā)生器的方框圖。帶有加號(hào)的圓圈代表模2相加。通常，GPS星座由24個(gè)衛(wèi)星組成用于導(dǎo)航的21艘宇宙飛船(SV)，和3個(gè)用于備用的宇宙飛船。每一SV含有一個(gè)時(shí)鐘，該時(shí)鐘通過監(jiān)視地面站而與GPS時(shí)間同步。為了確定位置和時(shí)間，一GPS接收機(jī)對從幾個(gè)衛(wèi)星接收的信號(hào)進(jìn)行處理。在求解4個(gè)未知數(shù)(x,y,z，時(shí)間)時(shí)，必須至少使用4個(gè)衛(wèi)星。
每一SV發(fā)送兩種微波載波載送用于標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)的信號(hào)的1575.42MHz L1載波，以及載送進(jìn)行精確定位服務(wù)(PPS)所需信號(hào)的1227.60MHz L2載波。PPS用于政府機(jī)構(gòu)，它具有更高的定位精度。
L1載波用粗捕獲(C/A)碼調(diào)制，這一C/A碼是一種用于民用定位服務(wù)而在1.023Mcps下傳送的1023一碼片的偽隨機(jī)碼。(請不要將粗捕獲碼和本文中的粗、細(xì)捕獲相混淆，盡管兩者都使用了C/A碼。)每一衛(wèi)星都擁有其自己的、每隔1ms重復(fù)一次的C/A碼。用于PPS的P碼是一種長度為267天的10.23MHz碼。兩種載波上都有P碼，但P碼與L1載波上的C/A碼相位偏移90度。與C/A碼和P碼在進(jìn)行載波調(diào)制前經(jīng)過異或的50Hz導(dǎo)航消息用來提供系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘校正。
L1由粗捕獲(C/A)碼調(diào)制，該C/A碼是一種用于民用定位服務(wù)并且在1.023Mcps下傳送的1023碼片的偽隨機(jī)碼。每一衛(wèi)星有其自己的每隔1ms重復(fù)一次的C/A碼。用于PPS的P碼是長度為267天的10.23MHz碼。在兩者載波上出現(xiàn)的P碼與在L1載波上的C/A碼相比，相位相差90度。與C/A碼和P碼在進(jìn)行載波調(diào)制前而進(jìn)行異或的50Hz導(dǎo)航消息提供系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘校正。
L1載波由粗捕獲(C/A)碼調(diào)制，該粗捕獲碼是一種用于民用定位服務(wù)而在1.023Mcpc下傳送的1023碼片偽隨機(jī)碼。每一衛(wèi)星有其自己的每隔1ms重復(fù)一次的C/A碼。用于PPS的P碼是長度為267天的10.23MHz碼。在兩種載波上出現(xiàn)的P碼與在L1載波上的C/A碼在相位上相差90度。在載波調(diào)制前與C/A碼和P碼進(jìn)行異或的50Hz導(dǎo)航消息提供系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘校正。
每一衛(wèi)星具有不同的C/A碼，而這些不同的C/A碼屬于稱作金碼的一族碼。采用金碼是因?yàn)樗鼈冎g的交叉相關(guān)較小。C/A碼是用如圖1.4-2下面的兩個(gè)10級移位寄存器來產(chǎn)生的。G1發(fā)生器采用多項(xiàng)式1+X3+X10，而G2發(fā)生器采用多項(xiàng)式1+X2+X3+X6+X8+X9+X10。C/A碼是通過將G1移位寄存器的輸出與G2移位寄存器的兩個(gè)位進(jìn)行異或運(yùn)算來產(chǎn)生的。
圖2是按照本發(fā)明構(gòu)成的蜂窩電話系統(tǒng)高度簡化的方框圖。移動(dòng)電話10位于基站12之間，而基站12與基站控制器(BSC)14耦合。移動(dòng)交換中心MSC16將BSC14與公共電話交換網(wǎng)(PSTN)相連。工作時(shí)，某些移動(dòng)電話通過與基站12接口相連進(jìn)行電話呼叫，而另一些則處于等待狀態(tài)。
正如已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人且在此引述供參考的、標(biāo)題是“確定無線CDMA收發(fā)機(jī)的位置的系統(tǒng)和方法”的共同待批的美國專利申請09/040,051中所描述的那樣，通過傳送含有“輔助信息”的定位請求消息從而使移動(dòng)電話能夠快速捕獲GPS信號(hào)，可以便于進(jìn)行定位。該信息包括SV的識(shí)別(ID)號(hào)(SV ID)、估算的編碼相位、估算編碼相位周圍的搜尋窗大小以及估計(jì)的頻率多普勒效應(yīng)。采用該信息，移動(dòng)單元可以捕獲GPS信號(hào)，并且更快地確定其位置。
根據(jù)輔助消息，移動(dòng)單元調(diào)諧到GPS頻率，并開始將所接收的信號(hào)與其由基站所指示的、本地產(chǎn)生的用于SV的C/A序列相關(guān)。它采用輔助信息使搜尋空間變窄以及補(bǔ)償多普勒效應(yīng)，并采用時(shí)間相關(guān)來獲得每一衛(wèi)星的偽距。注意，這些偽距是基于移動(dòng)單元時(shí)間的(它是從CDMA接收機(jī)組合器系統(tǒng)時(shí)間計(jì)數(shù)器得到的)，而該移動(dòng)單元時(shí)間是GPS時(shí)間的延遲形式。
在計(jì)算了這一信息以后，移動(dòng)單元發(fā)送每一衛(wèi)星的偽距(最好是1/8碼片的分辨率)，以及對基站進(jìn)行測量的時(shí)間。隨后，移動(dòng)單元再調(diào)諧到CDMA，繼續(xù)進(jìn)行呼叫。
在接收到該信息以后，BSC使用單向延遲估計(jì)將偽距從移動(dòng)單元時(shí)間轉(zhuǎn)換成基站時(shí)間，并通過求解幾個(gè)球面的交點(diǎn)來計(jì)算移動(dòng)單元的估計(jì)位置。
輔助消息所提供的另一個(gè)參數(shù)是頻率多普勒或多普勒偏移。多普勒效應(yīng)表示由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對速度而引起的接收信號(hào)頻率的明顯改變。載波上多普勒效應(yīng)稱作是頻率多普勒，而基帶信號(hào)上的效應(yīng)稱作是編碼多普勒。
在GPS的情況下，頻率多普勒改變所接收的載波頻率，所以其效應(yīng)是與采用載波偏移進(jìn)行的解調(diào)是相同的。由于基站GPS接收機(jī)是主動(dòng)跟蹤所要求的衛(wèi)星的，所以它知道由衛(wèi)星的移動(dòng)而引起的頻率多普勒。另外，衛(wèi)星與基站與移動(dòng)單元相隔甚遠(yuǎn)，從而移動(dòng)單元所看到的多普勒在效果上與基站所看到的多普勒是相同的。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，為了校正頻率多普勒值，移動(dòng)單元在接收機(jī)中采用了旋轉(zhuǎn)器。頻率多普勒的范圍在-4500Hz到+4500Hz內(nèi)，而變化率在1Hz/s的數(shù)量級。
編碼多普勒的作用是改變1.023MHz碼片速率，該速率有效地壓縮或擴(kuò)展了所接收的C/A碼片。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，移動(dòng)單元通過將頻率多普勒乘以比值1.023/1575.42，校正了編碼多普勒。于是，移動(dòng)單元可以通過在必要時(shí)使所接收的IQ取樣的相位以1/16碼片增量偏移(即在其中引入延遲)，在時(shí)間上來校正編碼多普勒。
圖3是按照本發(fā)明一種實(shí)施例構(gòu)成的蜂窩電話(無線用戶單元)接收機(jī)部分的方框圖。接收波形100被模擬成用頻率為Wc＋Wd的載波調(diào)制的C/A信號(hào)c(n)，這里，Wc是標(biāo)稱載波頻率1575.42MHz，而Wd是由衛(wèi)星的移動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒頻率。多普勒頻率范圍從衛(wèi)星直接位于頭頂上方時(shí)的0頻率到處于最壞時(shí)的約4.5kHz。接收機(jī)模擬部分可以被模擬成頻率為wr和隨機(jī)相位θ的載波來解調(diào)，隨后進(jìn)行低通濾波。
所產(chǎn)生的基帶信號(hào)通過一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器(未示出)，產(chǎn)生數(shù)字I、Q取樣，并且存儲(chǔ)起來，從而可以重復(fù)進(jìn)行搜尋。取樣是在二倍于C/A編碼碼片速率(碼片×2)下產(chǎn)生的，該速率是一個(gè)小于進(jìn)行細(xì)搜尋所必須的分辨率，但它使得18ms的取樣數(shù)據(jù)能夠存儲(chǔ)在一個(gè)合理數(shù)量的存儲(chǔ)器內(nèi)。通常，要求在大于10ms的速率下搜尋某樣?xùn)|西，以便能夠在大多數(shù)環(huán)境下進(jìn)行捕獲，并且這時(shí)18ms是較佳的積分時(shí)間。這些環(huán)境包括內(nèi)部的，或者是不能直接看到衛(wèi)星的地方。
運(yùn)行時(shí)，取樣首先由旋轉(zhuǎn)器102旋轉(zhuǎn)，以校正多普勒頻移。旋轉(zhuǎn)的I和Q取樣與衛(wèi)星的C/A序列的各種時(shí)移相關(guān)，并且將結(jié)果由積分器104在Nc個(gè)碼片的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行相干積分。相干積分的和取平方，并且相加，以去掉未知相移θ的影響。為了擴(kuò)大對特定偏移的假設(shè)試驗(yàn)，非相干地將幾個(gè)相干持續(xù)時(shí)間(interval)組合起來。這一去擴(kuò)展在各時(shí)移內(nèi)重復(fù)進(jìn)行，以找到衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)移。旋轉(zhuǎn)器102去掉由衛(wèi)星移動(dòng)所產(chǎn)生的頻率多普勒。它采用基站所規(guī)定的多普勒頻率(最好量化為10Hz時(shí)間間隔)，并旋轉(zhuǎn)I和Q取樣以去掉頻移。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)僅在相干積分窗口上是連續(xù)的。即，旋轉(zhuǎn)器在如1ms的相干積分周期之間停止。所有的相位差由平方和來消除。
圖4是按照本發(fā)明一種實(shí)施例構(gòu)成的接收機(jī)的另一方框圖，圖中，更詳細(xì)地繪出了接收機(jī)的旋轉(zhuǎn)器部分。
圖5是按照本發(fā)明另一種實(shí)施例構(gòu)成的接收機(jī)。本發(fā)明這一內(nèi)部實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是具有這樣的能力，即，通過使本地產(chǎn)生的C/A序列而不是輸入取樣旋轉(zhuǎn)，而使旋轉(zhuǎn)器停止在相干積分周期之間。
如圖所示，C/A序列c(n)是通過作用于sin(WdnTc)和cos(WdnTc)而旋轉(zhuǎn)并且隨后存儲(chǔ)起來的。C/A序列的旋轉(zhuǎn)對于每一衛(wèi)星只需進(jìn)行一次。所以，使C/A序列旋轉(zhuǎn)減少了所需的計(jì)算。它還節(jié)省了在本發(fā)明一種實(shí)施例中進(jìn)行這種計(jì)算所使用的DSP中的存儲(chǔ)器。
劣化定位特性的另一個(gè)重要的影響是在移動(dòng)單元內(nèi)部時(shí)鐘中出現(xiàn)的頻率誤差。正是由于這一頻率誤差，使得人們在1ms的數(shù)量級上使用短相干積分時(shí)間(coherent integration time)。最好在更長的時(shí)間里進(jìn)行相干積分。
在示例性結(jié)構(gòu)中，移動(dòng)單元自由運(yùn)行(內(nèi)部)本機(jī)振蕩器時(shí)鐘是19.68MHz晶體，其頻率允差是+/-5ppm。這會(huì)引起數(shù)量級在+/-7500Hz的大的誤差。這一時(shí)鐘用來產(chǎn)生用了GPS信號(hào)解調(diào)的載波，所以時(shí)鐘誤差將被加到信號(hào)捕獲時(shí)間里。由于可以用來搜尋的時(shí)間很短，所以因該頻率允差而產(chǎn)生的幅度誤差是不能允許的，必須大大減小。
為了能夠有更長的相干積分時(shí)間，在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，CDMA接收機(jī)采用從CDMA導(dǎo)頻得到的定時(shí)，或其他有效的定時(shí)信息源，來對本機(jī)振蕩器進(jìn)行校正。這樣就產(chǎn)生一個(gè)用來將本機(jī)振蕩器時(shí)鐘盡可能調(diào)諧到19.68MHz的控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)用于本機(jī)振蕩器時(shí)鐘，當(dāng)RF單元從CDMA切換到GPS時(shí)，該控制信號(hào)被“凍結(jié)(frozen)”。
然而，即使在采用來自基站(或其他源)的定時(shí)信息進(jìn)行校正以后，也還是有其他的時(shí)鐘誤差的。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，校正后的頻率不定性是+/-100Hz。這一剩余誤差仍然會(huì)降低接收機(jī)的性能，并且在通常情況下避免了更長的相干積分時(shí)間。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，通過在比會(huì)降低性能的1ms更長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行非相干積分，可以容易地避免這一剩余誤差。
還是看圖1,50Hz NAV/系統(tǒng)數(shù)據(jù)也被調(diào)制到L1載波上。如果在兩個(gè)二分之一的相干積分窗之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(0至1或1至0)，那么所得到的相干積分和會(huì)因兩個(gè)二分之一相互抵消而變成零。在最壞的情況下，這將有效地減少非相干累積次數(shù)。盡管所有衛(wèi)星的數(shù)據(jù)邊界是同步的，但由于路徑延遲中存在差異，它們不會(huì)同時(shí)到達(dá)移動(dòng)單元。這一路徑延遲有效地使所接收的數(shù)據(jù)相位隨機(jī)化。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，不同信號(hào)上不同數(shù)據(jù)相位的問題是要將數(shù)據(jù)相位包括到從基站發(fā)送到移動(dòng)單元的輔助信息中。由于基站正在解調(diào)50Hz的數(shù)據(jù)，所以它知道每一衛(wèi)星會(huì)在什么時(shí)候發(fā)生數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。通過利用單向延遲，基站通過指出(20個(gè)中的)哪一個(gè)毫秒時(shí)間間隔內(nèi)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可以用例如(每一衛(wèi)星)5個(gè)數(shù)據(jù)位來對數(shù)據(jù)相位進(jìn)行編碼。
如果相干積分窗跨越50Hz的數(shù)據(jù)邊界，那么相干積分就被分成2個(gè)部分。一個(gè)部分在數(shù)據(jù)邊界的前面，而另一個(gè)部分在數(shù)據(jù)邊界的后面。例如，如果En1是數(shù)據(jù)邊界前面窗口(它是該窗口開頭的二分之一)上的相干積分和，而En2是在數(shù)據(jù)邊界后面窗口上的相干積分和，那么移動(dòng)單元就選擇(En1+En2)(數(shù)據(jù)延遲相同的時(shí)候)和(En1-En2)(數(shù)據(jù)發(fā)生變化的時(shí)候)中最大值(幅度上)來計(jì)算相位變化。移動(dòng)單元還可以這樣選擇，即在該數(shù)據(jù)窗上將兩個(gè)二分之一進(jìn)行非相干組合，或者完全避開該數(shù)據(jù)窗口。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，通過比較和的平方值以及1ms相干積分的差，移動(dòng)單元可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而無需來自基站的輔助信息。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，采用固件DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)方法來進(jìn)行GPS處理。DSP在chipx2(2.046MHz)或chipx8(8.184MHz)速率下接收I和Q取樣，并將4位I、Q取樣的短脈沖(snapshot)存儲(chǔ)在內(nèi)部RAM中。
在本示例性實(shí)施例中，DSP產(chǎn)生C/A序列，執(zhí)行旋轉(zhuǎn)以去除頻率多普勒，并且對于每一個(gè)衛(wèi)星，在基站所提供的搜尋窗上進(jìn)行相關(guān)。DSP進(jìn)行相干積分和非相干組合，并在必要時(shí)使IQ取樣抽取器(decimator)旋轉(zhuǎn)，以補(bǔ)償編碼多普勒。
為了節(jié)省計(jì)算和存儲(chǔ)器，采用碼片分辨率來進(jìn)行初始搜尋，并且在最佳的一個(gè)(或多個(gè))指數(shù)周圍進(jìn)行細(xì)搜尋以獲得1/8碼片(更高的)分辨率。系統(tǒng)時(shí)間是通過對硬件產(chǎn)生的1ms中斷(從本機(jī)振蕩器得到)進(jìn)行計(jì)數(shù)來保持的。
另外，在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，細(xì)搜尋是通過在各種chipx8偏移下，在一個(gè)碼片的持續(xù)時(shí)間內(nèi)對chipx8個(gè)取樣(更高的分辨率)進(jìn)行累積來執(zhí)行的。將這些相關(guān)碼用于累積值，而得到隨特定的chipx8偏移而變化的相關(guān)值。這可以用chipx8分辨率確定編碼偏移。
圖6是描述用來在按照本發(fā)明的一種實(shí)施例執(zhí)行的定位過程中校正本機(jī)振蕩器誤差所執(zhí)行的步驟的流程圖。在步驟500，判斷是否已經(jīng)在近期校正了本機(jī)振蕩器。如果沒有，則從基站得到導(dǎo)頻，并通過比較在步驟502處的導(dǎo)頻定時(shí)和根據(jù)該誤差所產(chǎn)生的校正信號(hào)，來確定本機(jī)振蕩器的誤差。
流程接著進(jìn)行到步驟504，這時(shí)，使校正信號(hào)固定在當(dāng)前值上。在步驟506，進(jìn)入GPS方式，并用經(jīng)校正的時(shí)鐘來執(zhí)行定位。一旦已經(jīng)進(jìn)行了定位，那么移動(dòng)單元就在步驟508離開GPS方式。
圖7描述的是按照本發(fā)明的一種實(shí)施例所構(gòu)成的DSP接收機(jī)系統(tǒng)。DSP用最少的附加硬件來執(zhí)行整個(gè)搜尋操作。DSP核心308、調(diào)制解調(diào)器306、接口單元300、R0M302和存儲(chǔ)器(RAM)304是通過總線306耦合的。接口單元300從RF單元(未示出)接收RF取樣，并將取樣提供到RAM304。RF取樣可以以粗分辨率或細(xì)分辨率的方式存儲(chǔ)起來。DSP核心308用存儲(chǔ)在R0M302以及存儲(chǔ)器304中的指令，處理存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的取樣。存儲(chǔ)器304可以有“多組”，其中的某些組可以存儲(chǔ)取樣，而另一些組可以存儲(chǔ)指令。調(diào)制解調(diào)器700在通常的方式下執(zhí)行CDMA處理。
圖8是在定位操作期間所執(zhí)行的步驟的流程圖。定位操作在接收到輔助消息的時(shí)候開始，并且RF系統(tǒng)在步驟600切換到GPS頻率。當(dāng)RF被切換而接收GPS時(shí)，頻率跟蹤環(huán)路是固定的。DSP從電話微處理器接收輔助信息，并按照多普勒幅度對衛(wèi)星進(jìn)行分類。
在步驟602，將粗搜尋數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DSP RAM中。DSP接收幾百個(gè)微秒的輸入數(shù)據(jù)以設(shè)置Rx AGC。DSP記錄系統(tǒng)時(shí)間，并開始將18ms窗(DSP存儲(chǔ)極限)的chipx2IQ數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其內(nèi)存RAM中。鄰接的數(shù)據(jù)窗用來減弱編碼多普勒的影響。
在存儲(chǔ)了數(shù)據(jù)以后，在步驟604進(jìn)行粗搜尋。DSP開始進(jìn)行粗(chipx2分辨率)搜尋。對于每一個(gè)衛(wèi)星來說，DSP產(chǎn)生C/A碼，根據(jù)頻率多普勒使編碼旋轉(zhuǎn)，并在基站所指定的搜尋窗上進(jìn)行相關(guān)，而這些都是通過將C/A碼多次用于所存儲(chǔ)的粗搜尋數(shù)據(jù)而進(jìn)行的。衛(wèi)星在相同的18ms數(shù)據(jù)窗上進(jìn)行處理，并且對于每一衛(wèi)星，都得到一個(gè)超過某一閾值的最佳chipx2假設(shè)。盡管在本發(fā)明的一種實(shí)施例中使用的是2ms相干積分時(shí)間(有9個(gè)非相干積分)，但是也可以采用更長的相干積分時(shí)間(例如18ms)，當(dāng)然最好進(jìn)行如下所述的某些調(diào)整。
在執(zhí)行了粗搜尋以后，在步驟606進(jìn)行細(xì)搜尋。在開始進(jìn)行細(xì)搜尋以前，DSP計(jì)算每一衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)C/A碼。這使得DSP能夠?qū)崟r(shí)處理細(xì)搜尋。在進(jìn)行細(xì)(chipx8分辨率)搜尋時(shí)，衛(wèi)星每次對不同的數(shù)據(jù)處理一次。
DSP首先使抽取器(decimator)轉(zhuǎn)向，以補(bǔ)償給定衛(wèi)星的編碼多普勒。它還使Rx AGC值復(fù)位，同時(shí)在存儲(chǔ)chipx8取樣的1ms相干積分窗之前，等待下一個(gè)1ms的邊界。
DSP在1ms相干積分窗上處理5種鄰接的chipx8分辨率假設(shè)，這里，中心假設(shè)是在粗搜尋中得到的最佳假設(shè)。在處理了下一個(gè)1ms窗口以后，將結(jié)果相干組合起來，并且在所有Nn次遞歸中非相干地將該2ms和組合起來。
對下一個(gè)衛(wèi)星，對同一數(shù)據(jù)重復(fù)該步驟(從使抽取器轉(zhuǎn)向開始)，直到所有的衛(wèi)星已被處理完為止。如果2個(gè)衛(wèi)星的編碼多普勒在幅度上是相似的，那么就可以對同一數(shù)據(jù)對兩個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行處理以減少所需數(shù)據(jù)組的數(shù)目。在最壞的情況下，對于細(xì)搜尋，采用8組1ms的2*Nn數(shù)據(jù)窗。
最后，在步驟608，將結(jié)果報(bào)告給微處理器，并在DSP中重新開始聲碼器處理，從而呼叫可以繼續(xù)進(jìn)行。DSP將偽距報(bào)告給微處理器，由微處理器將這些偽距傳送到基站。在微處理器再次將聲碼器程序碼下載到DSP存儲(chǔ)器內(nèi)時(shí)，DSP清除其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并重新啟動(dòng)聲碼器。
圖9是描述粗搜尋以后所執(zhí)行的細(xì)搜尋的圖。在粗搜尋中隔開了最佳chipx2相位以后，DSP在該相位周圍進(jìn)行細(xì)搜尋，以獲得chipx8的分辨率。
圖中，在細(xì)搜尋中要比較的5個(gè)相位用一矩形圈了起來。最佳chipx2相位經(jīng)再次估算，使得可以對同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這還使得粗搜尋和細(xì)搜尋可以采用不同的積分時(shí)間。由于每一衛(wèi)星對于編碼多普勒來說可以有不同的值，所以細(xì)搜尋對于每一衛(wèi)星來說是分開進(jìn)行的。
圖10給出的是按照本發(fā)明一種實(shí)施例所進(jìn)行的搜尋過程的等時(shí)線。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，整個(gè)處理(粗+細(xì))是在約1.324秒的時(shí)間里進(jìn)行的，這會(huì)使呼叫中斷，但在進(jìn)行搜尋時(shí)仍會(huì)使呼叫繼續(xù)進(jìn)行。全部1.324秒的搜尋時(shí)間是一個(gè)上限，這是因?yàn)檫@里假設(shè)DSP需要搜尋全部8個(gè)衛(wèi)星，并且每一衛(wèi)星有一個(gè)68碼片的搜尋窗。然而，由于衛(wèi)星軌道幾何形狀的原因，必須用足全部1.324秒的概率是很小的。
在開頭的18ms期間，IQ取樣數(shù)據(jù)是在GPS頻率下收集的。在周期82內(nèi)，在內(nèi)部進(jìn)行粗搜尋，其時(shí)間可以持續(xù)到1.13秒，但在識(shí)別了衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，可能會(huì)早一點(diǎn)結(jié)束。在進(jìn)行了粗搜尋以后，可以在周期84內(nèi)計(jì)算C/A碼，這需要24ms。在周期86內(nèi)，為編碼多普勒調(diào)整轉(zhuǎn)向值，并進(jìn)一步調(diào)整Rx AGC。在周期88內(nèi)，對IQ數(shù)據(jù)取樣進(jìn)行細(xì)搜尋，并且在周期86中連續(xù)進(jìn)行調(diào)整。使用18ms積分時(shí)間使得編碼多普勒可以被忽略，這是因?yàn)樗邮盏腃/A碼相位將移位小于1/16個(gè)碼片。最多可以對8個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行最多8個(gè)序列的調(diào)整和細(xì)搜尋，這樣就完成了整個(gè)定位過程。
另外，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，電話繼續(xù)將反向鏈路幀發(fā)送到基站，同時(shí)進(jìn)行定位過程。這些幀可以含有零個(gè)信息，使得基站可以容易地保持與用戶單元同步，或者幀可以包含附加的信息，如功率控制命令或信息請求。這些幀的傳送最好是當(dāng)GPS取樣不是在具有RF電路的時(shí)候得到的時(shí)候進(jìn)行的，或者是如果具有充足的RF電路而得到GPS取樣的時(shí)候。
盡管使用18ms積分時(shí)間避免了編碼多普勒的影響，但在50Hz速率下，在GPS信號(hào)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送會(huì)因18ms處理間隔內(nèi)出現(xiàn)數(shù)據(jù)變化而產(chǎn)生問題(如上所述)。數(shù)據(jù)變化使得信號(hào)的相位發(fā)生偏移。對于每一衛(wèi)星，會(huì)在不同的地方出現(xiàn)50Hz數(shù)據(jù)邊界。每一衛(wèi)星50Hz轉(zhuǎn)換的相位通過從每一衛(wèi)星到電話路徑長度的變化而可以是隨機(jī)的。
在最壞的情況時(shí)，如果在相干積分時(shí)間中點(diǎn)數(shù)據(jù)位出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，那么相干積分就會(huì)全部消除(wiped out)。因此，在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，基站必須將每一衛(wèi)星的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊界傳送到電話(也如上所述)。最好將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊界也包括在從基站發(fā)出的輔助消息中(如在表示每一衛(wèi)星出現(xiàn)轉(zhuǎn)換的毫秒時(shí)間間隔的一組5數(shù)據(jù)位消息中)。電話采用該邊界將用于每一衛(wèi)星的相干積分時(shí)間間隔分成2段，并判斷在這兩個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)是加入還是減去相干積分和。因此，還通過包括每一GPS信號(hào)的數(shù)據(jù)邊界，增加了定位過程的可靠性。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，頻率不確定性產(chǎn)生損耗Ec/Nt，它是隨相干積分時(shí)間而增加的。例如，當(dāng)不確定性是+/-100Hz時(shí)，Ec/Nt的損耗如表Ⅰ所示的那樣隨相干積分時(shí)間的增加而快速增加。
表Ⅰ如上所述，在移動(dòng)單元中，總有某些未知的本機(jī)振蕩器的頻移。就是這一未知的頻移避免了進(jìn)行更長相干去擴(kuò)展和積分。如果可以減小未知頻移的影響，更長的相干將改進(jìn)處理過程。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，通過將搜尋空間擴(kuò)展成2維以包括頻率搜尋來考慮未知的頻移。對于每一種假設(shè)，進(jìn)行幾次頻率搜尋，這里，每一次頻率搜尋假設(shè)頻移是一個(gè)已知值。通過使頻移有一定的間隔，人們可以將頻率不確定性減小到任一小的值，而其代價(jià)是增加了計(jì)算和存儲(chǔ)。例如，如果采用5個(gè)頻率假設(shè)，所得到搜尋空間如圖10所示。
對于+/-100Hz的頻率不確定性，而這通常是移動(dòng)單元典型的運(yùn)行技術(shù)規(guī)范，該結(jié)構(gòu)將最大的頻移減少到20Hz(一種假設(shè)必須在實(shí)際頻移20Hz內(nèi))。在20ms的相干積分時(shí)間的情況下，具有20Hz頻移的Ec/Nt的損耗是2.42dB。通過將頻率假設(shè)數(shù)翻倍成10，頻率不確定性可以減小到10Hz，這產(chǎn)生．58dB的Ec/Nt損耗。然而，加入另外的假設(shè)加寬了搜尋空間，這增加了計(jì)算和存儲(chǔ)要求。
本發(fā)明的一種實(shí)施例通過使頻移與頻率多普勒相結(jié)合，并計(jì)算每一頻率假設(shè)新的旋轉(zhuǎn)的PN碼來計(jì)算頻率假設(shè)。然而，這使得頻率假設(shè)數(shù)在整個(gè)計(jì)算中取某一倍數(shù)5個(gè)頻率假設(shè)意味著5倍多的計(jì)算。
另外，由于與頻率多普勒相比這一頻率不確定性很小，旋轉(zhuǎn)相位可以被看作是本發(fā)明另一實(shí)施例中在1ms時(shí)間間隔中是不變的(80Hz假設(shè)為周期的8％)。所以通過將相干積分時(shí)間間隔分成1ms子區(qū)間，使子區(qū)間的積分和旋轉(zhuǎn)，從而將計(jì)算頻率搜尋所需的增加的計(jì)算減少三個(gè)數(shù)量級。結(jié)果是可以執(zhí)行更長的相干去擴(kuò)展，并使性能改進(jìn)。
圖12是按照更長相干去擴(kuò)展方法構(gòu)成的接收機(jī)的方框圖。第一組乘法器50通過使IQ取樣與旋轉(zhuǎn)的C/A碼相關(guān)來補(bǔ)償頻率多普勒。這等效于在與未改進(jìn)C/A碼相關(guān)之前使IQ取樣旋轉(zhuǎn)。由于頻率多普勒可以多達(dá)4500Hz，對每一碼片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在用累加器52在1ms時(shí)間間隔(1023個(gè)碼片)內(nèi)進(jìn)行了相干積分以后，第二組乘法器54使1ms積分和(∑I和∑Q)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)頻率假設(shè)。隨后在整個(gè)相干積分時(shí)間間隔內(nèi)將旋轉(zhuǎn)和相加。
回憶一下，僅對1023個(gè)碼片計(jì)算頻率多普勒旋轉(zhuǎn)，以節(jié)省存儲(chǔ)和計(jì)算。對于比1ms長的相干積分時(shí)間，每一相干積分和乘以相移，以使旋轉(zhuǎn)的相位隨時(shí)間是連續(xù)的。為了在數(shù)學(xué)上給出這一點(diǎn)，采用頻率多普勒旋轉(zhuǎn)的1ms相干積分和可以表述成S1=Σn=11023[I(n)+jQ(n)]c(n)e-jwdnTC,]]>這里，∑I=Re{S1}，并且∑Q=Im{S1}這里，I(n)和Q(n)分別是在I和Q信道上接收的輸入取樣，c(n)是未經(jīng)旋轉(zhuǎn)的C/A碼，Wd是頻率多普勒，而Tc是碼片時(shí)間間隔(.9775us)。2ms相干積分和可以表述成S(2ms)=Σn=12046[I(n)+jQ(n)]c(n)e-jwdnTc]]>=Σn=11023[I(n)+jQ(n)]c(n)e-jwdnTc+e-jwd(1023)TcΣ[I(n+1023)+JQ(n+1023)]c(n)e-jwdnTcn=11023]]>=S1+e-jwd(1023)TCS2]]>這里，S1是第一1ms積分和，而S2是第二1ms積分和，第二積分和是用相同的旋轉(zhuǎn)C/A值來計(jì)算的，并且C/A值用來計(jì)算S1。e-jwd(1023)Tc項(xiàng)是補(bǔ)償使用相同的旋轉(zhuǎn)值的相移。與此相似，一個(gè)3ms的相干積分和可以表述成S(3ms)=S1+e-jwd(1023)TcS2+e-jwd(2046)TcS3]]>所以，為了延長積分時(shí)間，并且同時(shí)使用相同的1023元旋轉(zhuǎn)的C/A序列，(n+1)1ms的積分和應(yīng)當(dāng)在被加到整個(gè)和內(nèi)之前乘以e-jwdn(1ms)。由于這是1ms積分和的旋轉(zhuǎn)，所以，我們可以將該運(yùn)算與頻率搜尋組合在一起，以避免進(jìn)行2次旋轉(zhuǎn)。即，由于e-jwdn(lms)e-jwdn(lms)=e-j(wd+wh)n(lms)]]>我們可以將第(n+1)個(gè)1ms的積分和乘以e-j(wd+wh)n(1ms)，以搜尋頻率假設(shè)，并考慮頻率多普勒相移。
注意，頻率搜尋可以在獲得了一個(gè)衛(wèi)星以后而減少，這是因?yàn)轭l率不確定性是不依賴于衛(wèi)星的。如果要求有更長的相干積分，那么就可以進(jìn)行更加精細(xì)的頻率搜尋。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，細(xì)搜尋與粗搜尋相似，但有兩個(gè)區(qū)別。第一，積分時(shí)間間隔總是被相干相加在一起，而不是非相干地取平方和相加。第二，去掉頻率不確定性的旋轉(zhuǎn)(在粗搜尋后應(yīng)當(dāng)是已知的)與頻率多普勒相移組合起來，并用來在將它們相加之前使1ms的相干積分時(shí)間間隔旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，在比18ms更長的積分時(shí)間里對chipx2數(shù)據(jù)的相干積分窗進(jìn)行積分。該實(shí)施例在具有附加存儲(chǔ)器的時(shí)候是有用的。對于比18ms更長的相干積分，50Hz數(shù)據(jù)邊界被當(dāng)作與具有更短積分周期的情況一樣對待。基站給出邊界是在哪里用于每一衛(wèi)星的，并且DSP判斷是否在其計(jì)算的和中加入或減去了20個(gè)1ms的相干積分時(shí)間間隔的和。
然而，由于頻率不確定性和積分時(shí)間常數(shù)的乘積會(huì)影響Ec/Nt的損耗，所以對于長相干積分時(shí)間，必須將頻率不確定性減小到很小的水平上。由于具有20Hz的頻率不確定性使20ms的積分產(chǎn)生的Ec/Nt損耗是2.42dB，所以在400ms的積分時(shí)間里保持相同的損耗要求將頻率不確定性減小到1Hz。為了解決這一問題，以分階段的方法將頻率不確定性減小到1Hz。例如，第一次頻率搜尋將不確定性從100Hz減小到20Hz，第二次搜尋將不確定性減小到4Hz，而第三次搜尋使不確定性減小到1Hz。頻率搜尋還將補(bǔ)償從基站獲得的頻率多普勒中的誤差。
另外，由于每一衛(wèi)星的編碼多普勒是不同的，所以，為了進(jìn)行更長時(shí)間的積分，在較長的積分時(shí)間里對同一數(shù)據(jù)搜尋具有相似多普勒的衛(wèi)星。DSP計(jì)算要花費(fèi)多長的時(shí)間來使1/16的碼片延遲(slip)，或者使抽取器在收集相干積分?jǐn)?shù)據(jù)窗時(shí)使其旋轉(zhuǎn)(slew)。另外，在本實(shí)施例中采用了多個(gè)數(shù)據(jù)窗。
至此，我們已經(jīng)描述了無線通信系統(tǒng)中進(jìn)行定位的方法和裝置。前文中對較佳實(shí)施例的描述可以使本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠使用和制造本發(fā)明。很明顯，對于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，還可以對這些實(shí)施例作各種修改，并且無需發(fā)明人的幫助，可以將所揭示的基本原理應(yīng)用于其他的實(shí)施例。所以，本發(fā)明并非僅限于這里所揭示的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)從最寬的范圍來理解說明書和權(quán)利要求書中所揭示的本發(fā)明的原理和特征。
權(quán)利要求
1．一種進(jìn)行定位的方法，其特征在于，它包含下述步驟(a)接收信號(hào)取樣；(b)產(chǎn)生粗捕獲序列；(c)使所述粗捕獲序列旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的粗捕獲序列；(d)在一組時(shí)移處使所述旋轉(zhuǎn)的粗捕獲序列作用于所述信號(hào)取樣，產(chǎn)生相關(guān)的輸出數(shù)據(jù)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包含累加所述相關(guān)輸出數(shù)據(jù)的步驟。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(d)包含下述步驟進(jìn)行相干積分；進(jìn)行非相干積分。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行粗搜尋，隨后進(jìn)行細(xì)搜尋。
5．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述相干積分是在第一時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的，而所述非相干積分是在第二時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一時(shí)間區(qū)間近似為1毫秒。
7．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述非相干積分是對由所述相干積分所產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行的。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包含存儲(chǔ)所述旋轉(zhuǎn)的粗捕獲序列的步驟。
全文摘要
本發(fā)明是一種新的、改進(jìn)的在無線通信系統(tǒng)中進(jìn)行定位的方法和裝置。本發(fā)明的一種實(shí)施例包含一種進(jìn)行定位的方法,它包含接收信號(hào)取樣、產(chǎn)生粗捕獲序列、使所述粗捕獲序列旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的粗捕獲序列,以及在一組時(shí)移處使所述旋轉(zhuǎn)的粗捕獲序列作用于所述信號(hào)取樣而產(chǎn)生相關(guān)的輸出數(shù)據(jù)的步驟。
文檔編號(hào)H04Q7/34GK1319190SQ99810724
公開日2001年10月24日 申請日期1999年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月9日
發(fā)明者I·康, G·C·斯, 周群真 申請人:夸爾柯姆股份有限公司