利用公共解調模板獲得信號的設備、方法和電腦程式產品的製作方法
2023-09-21 06:33:35 1
專利名稱：利用公共解調模板獲得信號的設備、方法和電腦程式產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及擴頻通信，尤其涉及用於獲得擴頻信號的設備、方法和電腦程式產品。
背景技術：
全球定位系統(GPS)是基於空間的導航通信系統，它利用衛星和相關聯的基於地面的組件來提供環繞地球的位置信息。這種導航系統與基於地面的系統相比，其優點包括世界範圍內和連續覆蓋性，這樣不論天氣狀況如何都可達到非常高的精確度。
在工作時，GPS衛星環繞地球軌道運行，並且連續發射GPS無線電信號。GPS接收機，例如具有GPS處理器的可攜式裝置，從可見衛星接收無線電信號，並且測量每個無線電信號從GPS衛星傳播到GPS接收機天線所花費的時間，由這個信息計算所獲得每個衛星的範圍。獨立的GPS接收機被軍事力量、船員、徒步旅行者及測量員所廣泛使用。也可以在移動通信終端(例如，蜂窩手持機)中提供GPS能力，以便提供可被用於例如基於位置的服務(LBS)的位置定位功能。
GPS衛星無線電信號中提供的星曆信息通常描述衛星的軌道和速度，因此一般能夠使GPS處理器通過三角測量過程計算GPS接收機的位置。由GPS接收機生成精確的位置確定通常需要獲得來自四個或更多這種GPS衛星的導航數據信號的一組導航參數。
獲得GPS衛星信號的過程部分可以包括確定擴頻GPS信號的碼相位，以便確定到達發射衛星的距離，並且可以從信號中恢復星曆數據和其它信息。典型GPS使能裝置包括無線電處理器，它將從天線接收的無線電信號下變換為中頻(IF)信號。為了在接收信號中搜索GPS信號，IF信號的樣本通常在多個離散IF頻率假設的每一個頻率上被解調，該多個離散IF頻率假設對應於一個可能的頻率偏移範圍，該頻率偏移可能歸因於由於該裝置和發射衛星的相對運動而產生的都卜勒頻移、本地振蕩器頻率誤差以及其它原因。每一個解調的信號然後與衛星分配的擴頻碼在多個時間偏移的每一個上進行相關，以生成用於確定衛星擴頻信號計時(即，碼相位)的相關信息。
在一些常規的GPS碼搜索技術中，為了檢驗特定的IF頻率假設，採樣的IF信號樣本流可以乘以與IF頻率假設具有相同頻率的正弦和餘弦序列，以便生成候選的同相(I)和正交(Q)數據流(如果頻率假設是準確的，則這兩個數據流應該基本上對應於無旋轉結構(non-rotating framework)中IF信號的實際I和Q分量)。這兩個候選的I和Q流與在多個碼頻率假設和碼相位假設中搜索的PN碼序列相乘，該PN碼序列被擴展或縮短以適應每個假設的採樣域頻率。如果碼頻率、碼相位以及IF頻率假設的假設結合是準確的，則產生最大相關值。該過程通常可以在包括不同IF載波假設、PN碼起始點假設以及PN碼頻率假設的搜索空間中重複，直到找到最大相關值。
發明內容
根據本發明的一些實施例，提供了在信號中搜索目標調製的方法。對多個假設的載波計時的每一個執行如下步驟根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，偏移與信號相對應的信號值；根據基準載波計時解調偏移的信號值，以產生解調的信號值；根據假設的載波計時與基準載波計時的關係，偏移解調的信號值；確定偏移的解調信號值與目標調製的相關性。響應為假設的載波計時確定的相關性，檢測目標調製。根據本發明進一步的實施例，確定偏移的解調信號值與目標調製的相關性包括，確定偏移的解調信號值與目標調製的各個時間偏移版本的各個相關性，並且，響應為假設的載波計時確定的相關性來檢測目標調製包括，響應確定的相關性來檢測目標調製碼的相位。該目標調製可以是例如偽噪聲(PN)碼，諸如GPS碼或CDMA通信系統碼。
在本發明進一步的實施例中，根據基準載波計時解調偏移的信號值以產生解調的信號值可以包括，將偏移的信號值分類為同相(I)和正交(Q)信號值集合，並且將各個I和Q信號值集合與各個正弦和餘弦基準序列在基準載波計時上相乘，以產生解調的I和Q信號值集合。可以根據假設的載波計時與基準載波計時的關係，偏移解調的I和Q信號值集合，並且確定偏移的解調I和Q信號值集合與目標調製的各個相關性。響應偏移的解調I和Q信號值集合與目標調製的確定的相關性，可以檢測目標調製。
根據本發明進一步的方面，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係偏移與信號相對應的信號值包括，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小信號值的集合，並且，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係偏移解調的信號值包括，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小解調的信號值的集合。根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小信號值的集合可以包括在周期的採樣間隔上複製或去除信號值，並且，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小解調的信號值的集合可以包括在周期的採樣間隔上複製或去除信號值。
在本發明的附加實施例中，確定偏移的解調信號值與目標調製的相關性包括，對多個假設的目標調製計時的每一個執行如下步驟根據目標調製假設計時與目標調製基準計時之間的關係，將偏移的解調信號值進行偏移，以便產生修改的解調信號值的集合；以及確定修改的解調信號值的集合與目標調製在目標調製基準計時上的相關性。響應修改的信號值的集合與目標調製的相關性，可以檢測目標調製。
在本發明的一些實施例中，在信號中搜索目標調製的方法包括，通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性，以及由目標調製相關性來檢測目標調製。在一些實施例中，通過利用公共載波解調模板對各個載波計時假設解調信號值，以便對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性包括，根據載波計時假設與基準載波計時之間的關係為各個載波計時假設偏移信號值，對每個載波計時假設向偏移的信號值應用公共載波解調模板，以便為各個載波計時假設生成各個解調信號值的集合，以及根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係偏移解調信號值的各個集合。通過利用公共載波解調模板對各個載波計時假設解調信號值，以便對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性可以進一步包括，確定各個偏移的解調信號值集合與目標調製的各個相關性。由目標調製相關性來檢測目標調製可以包括，由各個偏移的解調信號值集合與目標調製的相關性來檢測目標調製。
在本發明的其它實施例中，通過利用公共載波解調模板對各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性包括，基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個載波解調模板，以及通過利用各個載波解調模板，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性。基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個載波解調模板可以包括，基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由反旋核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個反旋模板。通過利用各個載波解調模板，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性可以包括，向信號值應用各自的反旋模板以便產生反旋信號值的各個集合，以及向反旋信號值的各個集合應用目標解調模板，以便產生各個目標調製相關性。
在進一步的實施例中，由目標調製相關性來檢測目標調製包括，為各個目標調製相關性生成各個相關性度量，以及由該相關性度量來檢測目標調製。為各個目標調製相關性生成各個相關性度量可以包括，生成各個相關性度量而不生成分離的I和Q目標調製相關性。在可選實施例中，為各個目標調製相關性生成各個相關性度量可以包括，向各個反旋信號值集合應用各個I和Q模板的集合，以便為各個載波計時假設生成各個I和Q相關性的集合，並且由I和Q相關性來生成各個相關性度量。基於各個載波計時假設和基準載波計時之間的關係，可以由I和Q核心模板的公共集合生成I和Q模板。
根據本發明進一步的方面，提供了在信號中搜索GPS偽噪聲(PN)碼的方法。通過利用公共IF解調模板為各個IF計時假設解調與信號相對應的信號值，對各個IF計時假設確定各個PN碼相關性。由PN碼相關性來檢測PN碼。該IF計時假設可以與各個假設的都卜勒頻移相對應。
在本發明的附加實施例中，一種在信號中搜索目標調製的設備包括，通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置，以及由目標調製相關性來檢測目標調製的裝置。通過利用公共載波解調模板對各個載波計時假設解調信號值，以便對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置可以包括，用於根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係為各個載波計時假設偏移信號值的裝置，以及對每個載波計時假設向偏移的信號值應用公共載波解調模板，以便對各個載波計時假設生成解調信號值的各個集合的裝置，以及根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係偏移解調信號值的各個集合的裝置。在一些實施例中，通過利用公共載波解調模板對各個載波計時假設解調信號值，以便對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置包括，基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，從核心模板的公共集合中為各個載波計時假設生成各個載波解調模板的裝置，以及通過利用各個載波解調模板，對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置。
根據本發明的附加實施例，諸如移動通信終端的GPS使能裝置包括被配置為將無線電信號變換為中頻(IF)信號值的無線電處理器。該裝置進一步包括相關性處理器，該相關性處理器被配置為利用公共IF解調模板為各個IF計時假設確定各個PN碼相關性，以及由目標調製相關性來檢測目標調製。
本發明的附加實施例提供一種在信號中搜索目標調製的電腦程式產品。該電腦程式產品包括在計算機可讀介質中實現的電腦程式代碼。該程序代碼包括被配置為通過利用公共載波解調模板對各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，以便對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的程序代碼，以及被配置為由目標調製相關性來檢測目標調製的程序代碼。
圖1和2是說明了根據本發明各個實施例來檢測目標調製的示例性操作的流程圖。
圖3是說明了根據本發明進一步實施例的示例性GPS實現的示意圖。
圖4-17是說明了根據本發明的一些實施例來檢測目標調製的示例性操作的信號圖。
圖18-20是說明了根據本發明各個實施例來檢測目標調製的示例性操作的流程圖。
圖21-35是說明了根據本發明的一些實施例來檢測目標調製的示例性操作的信號圖。
圖36是說明了根據本發明更進一步實施例來檢測目標調製的示例性操作的流程圖。
圖37-40是說明了根據本發明的一些實施例來檢測目標調製的示例性操作的信號圖。
具體實施例方式
現在參考顯示本發明實施例的附圖，將在下面更加全面地描述本發明。然而，本發明不應被理解為對這裡所述的實施例的限制。而是，提供這些實施例以便更徹底和完整地進行揭示，並且將本發明的範圍更全面地傳達給本領域技術人員。在整個文件中，同樣的數字指同樣的元件。
還將會明白，如這裡所使用的詞語「包括」、「包含」是開放式的，即指一個或更多聲明的元件、步驟和/或功能，而不排除一個或更多未聲明的元件、步驟和/或功能。還將會明白，這裡所使用的詞語「和/或」是指並且包括一個或更多相關聯的列出項目的任意及所有可能的組合。還將會進一步地明白，當傳輸、通信或其它交互作用被描述為發生在元件「之間」時，這樣的傳輸、通信或其它交互作用可以是單向的和/或雙向的。
下面，參考根據本發明各實施例的方法和無線終端的框圖和/或操作實例，對本發明進行描述。將會明白，框圖中的每一個框和/或操作實例，以及框圖中的多個框和/或操作實例的組合可以由模擬和/或數字硬體和/或電腦程式指令來實施。這些電腦程式指令可被提供給通用計算機、專用計算機、ASIC和/或其它可編程數據處理設備的處理器，使得經由計算機和/或其它可編程數據處理設備的這些指令產生用於實現由框圖和/或操作實例所指定的功能/行為的手段。在一些替換的實施中，圖中注釋的功能/行為可以以框圖和/或操作實例所注釋的以外的順序來發生。例如，被表示為連續發生的兩個操作實際上可以基本上同時執行，或者操作有時可以以相反的順序執行，這取決於有關的功能/行為。
根據本發明的一些實施例，設備可以包括被配置為提供這裡描述的操作的電路。這種設備可以包括任意的多種類型的裝置，包括但不局限於導航裝置、蜂窩手持機、包括通信接口的計算機以及外設、可以將蜂窩無線終端與數據處理、傳真及數據通信能力相結合的個人通信終端、能夠包括無線收發信機、尋呼機、網際網路/內聯網入口、區域網接口、廣域網接口、網頁瀏覽器、組織器和/或日曆的個人數據助理(PDA)。
用於執行本發明所述操作的電腦程式代碼可以用如Java、Smalltalk或C++的面向對象的程式語言、諸如「C」程式語言的常規程序程式語言，或者諸如彙編語言和/或微碼的低級代碼來編寫。程序代碼可以全部在單獨的處理器上執行，和/或作為一個獨立的軟體包或作為其它軟體包的一部分而跨越多個處理器執行。
本發明的一些實施例起因於這樣的現實，即諸如數位訊號處理器(DSP)的各種硬體處理器能夠高效地執行在諸如GPS碼搜索過程之類的調製搜索過程中所使用的乘法和加法操作。例如，一些GPS獲得技術中所涉及的載波反旋和PN碼相關任務涉及一系列的乘法和加法操作，這些操作利用表示假設載波頻率以及假設PN碼起始搜索點和頻率數值的模板。然而，由於通常必須估計載波頻率、PN碼相位和PN碼頻率的多個假設以便找到峰值相關，因此，需要大量的這種模板來進行搜索。這會由於在配置各種模板中的延遲而降低處理器的速度。並且，常規的搜索技術可能包括大量不必要的計算。
在本發明的一些實施例中，可以執行信號數據集合的預處理和後處理，以便可以使用公共調製模板來為多個載波頻率假設的每一個進行解調。在進一步的實施例中，可以使用一種公共碼模板，以通過用於多個碼頻率假設的載波解調算法來進一步處理數據集合。
圖1說明了根據本發明的一些實施例來檢測目標調製(例如GPS PN碼)的示例性技術。根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，偏移信號值(例如，採樣的IF信號值)(方框110)。然後，向偏移的信號值應用公共解調模板(方框120)。基於假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，再次對該得到的解調信號值進行偏移(方框130)，例如以消除(或基本上消除)由先前的偏移所引起的時間失真。然後確定偏移的解調信號值與目標調製的一個或多個相關性(方框140)。例如，可以為多個目標調製相位和頻率假設確定多個相關。如果還有另一個載波計時假設需要估計，則對新的載波計時假設重複進行預偏移、解調、後偏移以及相關性操作(方框150、110-140)。一旦生成了對多個載波計時假設的相關性，就可以由這些相關性來檢測目標調製，例如通過識別最大相關性(方框160)。這樣，例如，可以確定目標調製的相位。
圖2說明了根據本發明進一步實施例的示例性操作。根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，偏移信號值(例如，採樣的IF信號值)(方框210)。然後，向偏移的信號值應用公共解調模板(方框220)。基於假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，再次對該得到的解調信號值進行偏移(方框230)。
在內循環中(方框240-260)，估計了對於給定載波計時假設的多個目標調製計時假設。特別地，根據假設目標調製計時與基準目標調製計時之間的關係，對偏移的解調信號值進行偏移(方框240)。然後應用公共目標解調模板來生成與目標調製的一個或多個相關性(方框250)。將會理解，該相關性可以針對目標調製的多個假設相位。在方框260，如果還有其它的目標調製計時需要估計，則對新的假設重複進行偏移和解調操作(方框240、250)，以便為每個目標調製計時假設生成相關性。
跳出到外搜索循環，一旦為所有目標調製計時假設生成了相關性，並且需要估計另一個載波計時假設(方框270)，則為新的載波計時假設重複進行預偏移操作(方框210)、解調操作(方框220)、後偏移操作(方框230)以及內循環操作(方框240、250)。在方框270，一旦生成了對多個載波計時假設的相關性，就可以由這些相關性來檢測目標調製，例如通過識別最大相關性(方框280)。
圖3說明了其中可以應用本發明一些實施例的環境的例子，特別地，為了實現GPS使能裝置300的碼獲得。該GPS使能裝置300可以是例如導航裝置、蜂窩電話和其它個人通信和/或計算裝置。該裝置300包括GPS接收機310，該GPS接收機包括無線電處理器320和碼搜索處理器334。該無線電處理器接收由GPS衛星10發射的射頻信號，該射頻信號包括GPS信號15。該無線電處理器320將接收的信號下變換為較低頻率的信號，該信號被提供(例如以數字採樣的形式)給碼搜索處理器330。例如，該無線電處理器320可以被配置為將標稱頻率為1575.42MHz的無線電信號下變換為標稱頻率為1.023MHz的IF信號。將會理解，該IF頻率只是一個例子，並且它提供給採樣頻率為4.092Megasamples/sec一個方便關係。其它的IF頻率例如對於其它採樣率來說可能更加合適。
碼搜索處理器330被配置為利用公共載波調製模板332和/或公共碼解調模板334，為在裝置300處接收的GPS信號15搜索多個載波計時(例如，頻率/周期)假設。特別地，在下面描述的一些示例性實施中，碼搜索處理器330可操作地對由接收信號導出的信號值進行偏移，以便將各個載波計時和或碼計時假設調整為公共模板，使得利用減少數目的解調模板就可以達到對頻率/碼空間的高效搜索。在其它實施例中，偏移的載波解調模板可以由核心模板的公共集合而生成。
將會理解，儘管本發明的一些實施例在GPS應用以及這裡所描述的這些示例性的實施例中可以是特別有益的，但是本發明包含各種其它信號搜索應用。例如，在本發明的一些實施例中，在這裡沿這條線描述的技術可以被用於其它擴頻信號獲得的應用，例如，在獲得諸如導頻和同步信號的通信信號中。還將會進一步理解到，儘管這裡討論了基於無線電的GPS應用，但是本發明還包括利用諸如有線和光通信應用的其它傳輸介質的實施例。
根據本發明一些實施例的一種示例性的碼搜索技術將參考圖4-17給予描述，這些圖是說明了在諸如可以被用於例如GPS應用的信號數據上的示例性操作的信號圖。在所說明的過程中，首先對輸入採樣流進行預偏移，使得採樣的計時符合公共的同相(I)和正交(Q)解調模板的時間標度。然後通過相對簡單的分類過程將得到的信號值分為分離的I和Q信號值流，I和Q信號值流與各自的I和Q模板相乘。然後將得到的解調I和Q信號值流進行後偏移，以便消除預偏移步驟的影響，然後附加地進行偏移，使得每一個都與公共碼解調模板相兼容。然後偏移流的每一個都與公共碼解調模板相乘，以便生成相關性。
將會明白，這裡描述的兩個波形的相乘是在波形上點乘以點進行的，並且相關性牽涉到將兩個波形相乘並在波形長度上對各單獨的乘法輸出進行求和。相關性包括將兩個波形相乘不只一次來完成相關性過程，這很像上面描述的過程，其中，第一步消除IF載波，第二步反轉在發射機進行的調製過程。輸入信號與假設的IF載波頻率之間的匹配程度以及調製波形的起始點和頻率確定了相關性結果。在GPS和CDMA信號的情況下，信號通常是不「可見」的，直到相關性過程實際完成。
參考圖4，說明了實例信號採樣數據400。如圖所示，數據對應4.1T的IF周期(其中T是數據的採樣周期)以及7.6T的PN碼周期。現在參考圖5，偏移數據400，以便調整數據400使其與公共的正弦和餘弦模板相匹配。這是通過調整輸入波形使其匹配0，1，0，-1，0，1，0...的正弦波形以及1，0，-1，0，1，0，-1...的餘弦波形來做到的。如上所注釋的，實例數據恰好具有4.1T的周期。為了將該數據與4T的基準IF周期對準，每第m個採樣要被刪除，相應地偏移剩餘的採樣(在圖中向左邊)。索引m通過下式給出m=TIF,hTIF,h-TIF,ref,---(1)]]>其中TIF，h是對信號假設的IF頻率，TIF，ref是與公共模板相關聯的基準IF頻率。對當前例子來說，假定(正確的)假設為IF載波具有4.1T的周期，m＝4.1*1/0.1，每第41個信號值被去除(每隔40個信號值去除一個信號值)，以產生信號值500的修改的集合，如圖5所示。將會理解，對於周期小於基準周期4T的假設，信號採樣能夠以相似的方式得到複製。因為數據已經被偏移以便與正弦和餘弦模板想要的周期相匹配，現在信號值能夠通過交替地將採樣分配給集合而被分類為I和Q集合600和700，如圖6和7所示。
圖8說明了現在可以應用於圖6所示的I數據集合的公共正弦解調模板800。將會理解，應用到圖7所示Q數據的相應餘弦解調模板會看起來相近似，除了偏移一個採樣。將圖6和圖7的各個I和Q數據集合600，700與各個正弦和餘弦解調模板相乘，產生分別示於圖9和圖10的解調的信號值集合900和1000。接下來解調的信號值集合900和1000被後偏移以便消除預偏移的影響。在當前例子中，每第40個採樣被複製，得到示於圖11和圖12的偏移的數據集合1100和1200。
下一步可以是在多個PN碼周期假設上處理數據集合1100和1200。根據本發明進一步的方面，可以使用偏移和公共碼模板而使該過程變得流線型。
圖13說明了具有周期為4T的公共碼模板1300。如圖14和15所示，假定(正確的)碼周期假設為7.6T，數據集合1100和1200通過複製每第k個採樣而得到偏移，其中k=Tc,hTc,h-Tc,ref,]]>其中Tc，h是假設的碼周期(在該情況下，7.6T)，Tc，ref是基準碼周期(在該情況下，8T，表示模板周期4T的諧波)。這樣，複製每第19個採樣，產生示於圖14和圖15的偏移的I和Q信號值集合1400和1500。
當示於圖14和圖15的信號值集合1400和1500與圖13的公共碼模板1300相乘時(假定碼起始點的正確假設)，產生示於圖16和17的相關性數據1600和1700。對於所說明的圖4-17的例子，IF周期、碼周期和碼相位假設都是準確的(正確的)，產生高的相關度。特別地，數據集合1600具有0.70的平均值，而數據集合1700具有0.07的平均值。兩個值的RSS是0.70。將會理解，假設的準確度越低，產生的相關度也越低。
將會明白，當未知調製起始點時，上面描述的相關性操作可以使用調製模板的多個起始點，以便找到最大相關性。在碼片沿邊界和碼片中間點處使用起始點應該是足夠的。對I和Q的位置也是類似的，但是在碼調製域而不是IF載波域。
圖18說明了根據本發明進一步實施例的GPS PN碼相位檢測的示例性操作。無線電信號例如在蜂窩手持機或其它GPS使能裝置被接收(方框1805)。接收的信號被下變換到IF並被採樣(方框1810，1820)。根據假設的IF周期和基準IF周期之間的關係對採樣進行偏移(方框1825)。然後向偏移的採樣應用公共IF解調模板(方框1830)。對得到的解調信號值進行偏移，以便消除前面偏移的時間失真。
進入內循環，然後對多個PN碼周期假設估計解調值。根據PN碼周期假設與基準PN碼周期之間的關係來偏移解調值，該基準PN碼周期與公共PN碼解調模板相關聯(方框1840)。然後確定偏移的解調值與PN碼模板的各個相位的各個相關性(方框1845)。對於給定的IF周期假設，對多個碼周期假設的每一個重複進行該過程(方框1840-1850)。對每個IF周期假設重複進行解調和相關性過程(1825-1850)。一旦生成了對所有IF周期假設的相關性(方框1855)，接收信號的PN碼相位就可以由生成的相關性來確定(方框1860)。
通過將沿上述線路的技術與其它碼搜索流線型化技術相結合，可以得到附加的效率。例如，共同未決的美國專利申請序列號為------，題目為Apparatus，Methods and Computer Program Products forGPS Signal Acquisition Using an Ada ptive Search Engine(代理人日程表編號U040116/9314-84)，在這裡同時提出申請並且其全部內容在此引用作為參考，它描述了這樣的搜索技術，其中適用於DSP或類似計算裝置的靈活處理結構可被用於自適應地修改碼相位和IF頻率搜索空間，以便提高效率和/或準確度。這些技術可以按照上述線路利用解調和相關處理技術來實施。美國專利申請序列號為------，題目為Apparatus，Methods and Computer Program Products forPositioning System Signal Processing Using ParallelComputational Techniques(代理人日程表編號U040118/9314-86)，在這裡同時提出申請並且其全部內容在此引用作為參考，它描述了利用單一比特算法進行相關處理的流線型化技術，該技術可以與根據本發明實施例的技術和/或在前述美國專利申請序列號------(代理人日程表編號U040116/9314-84)中描述的技術相結合。
根據本發明進一步的實施例，可以不進行上述信號值偏移而估計載波和碼計時假設，但是仍然限制檢測各個假設所使用的解調模板的數量，該檢測是通過根據計時假設與基準計時之間的關係，由核心解調模板的集合生成解調模板來實現的。特別地，各個載波計時假設(例如，各個都卜勒頻移)可以通過由核心模板集合生成的載波解調模板而得到估計。
參考圖19，在本發明的一些實施例中，利用公共載波解調核心模板來檢測目標調製(例如，GPS PN碼)。根據載波計時假設和基準載波計時之間的關係由核心模板的集合生成用於特定載波計時假設的載波解調模板(方框1910)。然後向信號值應用生成的載波解調模板(方框1920)。然後，通過例如將解調的信號值與目標調製的時間偏移版本進行相關來確定對於給定載波計時假設的解調信號值的一個或多個相關性(方框1930)。如果還有額外的載波計時假設需要估計(方框1940)，則對新的載波計時假設重複進行模板生成、解調和相關性操作(方框1910、1920、1930)。一旦對所有的載波計時假設都已生成了相關性，則檢測目標調製(方框1940)。例如，檢測可以牽涉比較由各個相關性生成的相關性度量(例如L1或L2度量)。
圖20說明了根據本發明進一步的實施例的目標調製檢測的示例性操作。根據假設載波計時與基準載波計時之間的關係，由核心模板的公共集合生成對於給定載波計時假設的I和Q模板(方框2005)。向信號值應用I和Q模板，以便生成信號值的I和Q集合(方框2010)。根據假設載波計時與基準載波計時之間的關係，可以由核心模板集合構造反旋模板(方框2015)。然後向信號值的I和Q集合應用反旋模板(方框2020)。向反旋的I和Q信號值集合應用目標調製模板(例如「解碼片(dechipping)」模板)，以便生成解調信號值的I和Q集合(方框2030)。向解調信號值的I和Q集合應用I和Q模板(方框2030)，並且由該結果生成相關性度量(方框2035)。如果還有額外的載波計時假設需要估計，則對新的載波計時假設重複進行方框2005-2035的操作。在為每一個載波計時假設都生成相關性度量之後，則由相關性度量來檢測目標調製(方框2045)。
現在將參考圖21-37，將描述圖20中用於在示例性信號中檢測碼片(PN)碼的操作的應用，該操作也可以在GPS PN碼搜索中進行。對於解釋性的例子，假定標稱的或基準IF周期是信號採樣周期T的4倍。將會理解，在沒有衛星運動引入的都卜勒頻移的情況下，該基準IF周期可以例如符合標稱IF周期。在該解釋性的例子中，按照在前述美國專利申請序列號------(代理人日程表編號U040118/9314-86)中所述的線路，信號值和模板被量化到1比特的值。這使得利用相對簡單的位邏輯操作就可以實現各種載波解調和解碼片操作。
示例性信號S在圖21中有所解釋，它具有3.5倍於信號採樣周期T的IF(載波)周期，即示例性信號S的周期比標稱的IF周期稍短一些，該標稱的IF周期是採樣周期T的4倍，它可以歸因於例如都卜勒頻移。在下面的討論中，假定PN碼具有5倍於採樣周期T的周期，這對於估計3.5T的(正確的)IF周期假設來說是想要得到的。
因為IF周期假設是3.5T，所以相應地對要應用到信號S的I和Q模板進行偏移。這可以通過由公共核心模板的集合生成I和Q模板來實現，在這種情況下，基於假設的IF周期(3.5T)和標稱或基準IF周期(4T)，模板1具有4位值1010，而模板2具有4位值1010。特別地，I和Q模板可以通過每隔m個信號值在模板1和模板2之間變化而生成，其中m=TIF,nominal(1TIF,nominal-TIF,hypothetical)=4T(10.5T)=8.]]>這樣，如圖22所示，I模板在信號值編號0處從模板1(1010)開始，在信號值編號4處變化到模板2(1010)。模板2在信號值編號8處重複，但是模板在信號採樣編號12處再變化到模板1。該過程重複進行以生成圖24所示的I模板。如圖24所示，該結果與從「基準」I模板(101010...)中去除每第8個值是相等的。參考圖23和25，使用相似過程來生成Q模板。
參考圖26和27，然後向信號S應用生成的I和Q模板，以便生成I和Q信號值集合。特別地，I和Q模板與信號S進行邏輯與，以便生成圖26和27所示的I和Q信號值集合。
相似的技術可用於反旋I和Q信號值集合。參考圖28，用於給定IF周期假設的反旋模板由一組4位的核心模板生成，該模板包括具有值1100的模板1、具有值0110的模板2、具有值0011的模板3以及具有值1001的模板4(將會理解這些核心模板對應於覆信號空間中的象限)。與生成I和Q模板相似，這些模板每隔8個信號值而改變，即在信號值編號0處從模板1開始，在信號值編號4處模板變化到模板2，在信號值編號8處保持在模板2，在信號值編號12處模板變化到模板3，等等。利用位邏輯XOR操作，這樣生成的反旋模板被應用到圖26和27所示的I和Q信號值集合，以便產生圖29和30所示的反旋的I和Q信號值集合。
在執行上述IF載波解調之後，然後將信號值與解碼片(PN碼)模板進行相關。假定將圖31所示的解碼片模板應用到圖29和30所示的反旋的I和Q信號值集合，示於圖32和33的結果通過位邏輯XOR操作來產生。然後通過位邏輯AND操作將I和Q模板應用到解碼片的信號值集合，以便生成示於圖34和35的相關性。L1相關性度量可通過將I和Q相關性的位相加而由I和Q相關性生成。L2相關性度量可以通過生成圖34和35所示相關性中的各個位的和，並且由此計算RSS值來生成。對示例性的例子，I相關和是26，Q相關和是25，得到51的L1度量和36的L2度量。
本發明進一步的實施例來自於如下實現，即上述操作可以通過消除一定的I、Q模板應用而被流線型化。如圖36所示，對於給定的載波計時假設，可以根據載波計時假設與基準載波計時之間的關係由核心模板的集合(例如上面所描述的)生成反旋模板(方框3610)。將反旋模板應用到信號值，以便生成反旋的信號值(方框3620)。將目標調製(例如，解碼片)模板應用到反旋的信號值，以便生成目標調製相關性(方框3630)。然後由該相關性確定相關性度量(例如L1或L2度量)(方框3640)。正如下面更具體描述的，生成相關性度量，可以將相關進行I/Q分割，或者也可以不進行I/Q分割。如果還有額外的載波計時假設需要估計(方框3850)，則對新的假設重複進行模板生成、反旋、解碼片以及度量確定操作(方框3610，3620，3630，3640)。當已經生成了對於多個假設的相關性度量之後，則基於相關性度量來檢測目標調製(例如，解碼片碼)。
現在將參考圖37-40，對圖21中信號S的這種處理的示例性應用進行描述。將反旋模板(參考圖28，如上所述生成的)應用到信號S得到如圖37所示的結果。應用解碼片模板(上面在圖31中所示的)得到如圖38所示的結果。應用I和Q模板(參考圖23-25，如上所述生成的)得到分別如圖39和40所示的I和Q相關性。對這個例子來說，L1度量為51，L2度量為36，與參考圖22-35所描述過程的結果相一致。將會理解，如果只想要L1度量，則可以消除參考圖39和40所描述的I/Q分割，使得為給定IF假設生成相關性度量的操作可減少為如下(1)生成反旋模板；(2)反旋(XOR)；(3)解碼片(XOR)；以及(4)相加。將會理解，後三步操作的每一步都可以沿著前述共同未決的美國專利申請序列號------(代理人日程表編號U040118/9314-86)中所述的線路，利用一位並行處理技術而在單獨的指令循環中實現。
圖1-40說明了根據本發明各個實施例的設備、方法和電腦程式產品的示例性實施的結構、功能和操作。還應該注意的是，在一些可選實施中，圖中解釋的行為可以以圖中標註的順序以外的順序發生。例如，被表示為連續發生的兩個操作實際上可以基本上同時執行，或者操作有時可以以相反的順序執行，這取決於牽涉的功能。
在附圖和說明書中，揭示了本發明典型的說明性實施例，儘管使用了特定的詞語，但是它們只是以廣義的且描述性的方式來使用的，而不是為了限制的目的，本發明的範圍由後面的權利要求來闡述。
權利要求
1.一種在信號中搜索目標調製的方法，該方法包括對多個假設的載波計時的每一個執行如下步驟根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，偏移與信號相對應的信號值；根據基準載波計時解調偏移的信號值，以產生解調的信號值；根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，偏移解調的信號值；確定偏移的解調信號值與目標調製的相關性，其中該方法進一步包括響應為假設載波計時確定的相關性，檢測目標調製。
2.根據權利要求1所述的方法，其中目標調製包括偽噪聲(PN)碼。
3.根據權利要求2所述的方法，其中PN碼包括GPS碼或CDMA通信系統碼的其中之一。
4.根據權利要求2所述的方法，其中確定偏移的解調信號值與目標調製的相關性包括，確定偏移的解調信號值與PN碼的各個時間偏移版本的各個相關性，並且，響應為假設載波計時確定的相關性來檢測目標調製包括，響應確定的相關性來檢測PN碼的碼相位。
5.根據權利要求1所述的方法其中根據基準載波計時解調偏移的信號值以產生解調的信號值包括將偏移的信號值分類為同相(I)和正交(Q)信號值集合；以及將各個I和Q信號值集合與各個正弦和餘弦基準序列在基準載波計時上相乘，以產生解調的I和Q信號值集合；其中根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，偏移解調的信號值包括，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係，偏移解調的I和Q信號值集合；其中確定偏移的解調信號值與目標調製的相關性包括，確定偏移的解調I和Q信號值集合與目標調製的各個相關性；以及其中響應為假設的載波計時確定的相關性來檢測目標調製包括，響應偏移的解調I和Q信號值集合與目標調製的確定的相關性，檢測目標調製。
6.根據權利要求1所述的方法其中根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係偏移與信號相對應的信號值包括，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小信號值的集合；並且其中根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係偏移解調的信號值包括，根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小解調的信號值的集合。
7.根據權利要求6所述的方法其中根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小信號值的集合包括，在周期的採樣間隔上複製或去除信號值；並且，其中根據假設的載波計時與基準載波計時之間的關係增大或減小解調的信號值的集合包括，在周期的採樣間隔上複製或去除信號值。
8.根據權利要求1所述的方法其中確定偏移的解調信號值與目標調製的相關性包括，對多個假設目標調製計時的每一個執行如下步驟根據目標調製假設計時與目標調製基準計時之間的關係，將偏移的解調信號值偏移，以產生修改的解調信號值的集合；以及確定修改的解調信號值的集合與目標調製在目標調製基準計時上的相關性；以及其中響應確定的相關性來檢測目標調製包括，響應修改的信號值的集合與目標調製的相關性，檢測目標調製。
9.根據權利要求1所述的方法，其中響應為假設載波計時確定的相關性來檢測目標調製包括為各個確定的相關性生成各個相關性度量；以及響應相關性度量以檢測目標調製。
10.一種在信號中搜索目標調製的方法，該方法包括通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性；以及由目標調製相關性來檢測目標調製。
11.根據權利要求10所述的方法，其中通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調信號值，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性包括根據載波計時假設與基準載波計時之間的關係為各個載波計時假設偏移信號值；對每個載波計時假設向偏移的信號值應用公共載波解調模板，以便為各個載波計時假設生成解調信號值的各個集合；以及根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係偏移解調信號值的各個集合。
12.根據權利要求11所述的方法其中通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調信號值，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性進一步包括，確定各個偏移的解調信號值集合與目標調製的各個相關性；以及其中由目標調製相關性來檢測目標調製包括，由各個偏移的解調信號值集合與目標調製的相關性來檢測目標調製。
13.根據權利要求12所述的方法其中對每個載波計時假設向偏移的信號值應用公共載波解調模板，以便為各個載波計時假設生成解調信號值的各個集合包括將偏移的信號值分類為同相(I)和正交(Q)信號值集合；以及將各個I和Q信號值集合與各個正弦和餘弦基準序列在基準載波計時上相乘，以產生解調的I和Q信號值集合；其中根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係，偏移解調的信號值的各個集合包括，根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係，為各個載波計時假設偏移解調的I和Q信號值集合；其中確定各個偏移的解調信號值集合與目標調製的各個相關性包括，確定各個偏移的解調I和Q信號值集合與目標調製的相關性；以及其中由各個偏移的解調信號值集合與目標調製的相關性來檢測目標調製包括，響應偏移的解調I和Q信號值集合與目標調製的確定的相關性，檢測目標調製。
14.根據權利要求11所述的方法，其中根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係的各個解調信號值集合的偏移提供了在解調信號值之中的計時關係，該關係與根據載波計時假設與基準載波計時之間的確定的關係，在為各個載波計時假設對信號值進行偏移之前，在信號值之中的計時關係基本相同。
15.根據權利要求11所述的方法其中根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係為各個載波計時假設偏移信號值包括，根據載波計時假設與基準載波計時之間的關係增大或減小信號值的集合；以及其中根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係偏移解調信號值的各個集合包括，根據載波計時假設與基準載波計時之間的關係增大或減小解調的信號值的集合。
16.根據權利要求15所述的方法其中根據載波計時假設與基準載波計時之間的關係增大或減小信號值的集合包括，在周期的採樣間隔上複製或去除信號值；以及，其中根據載波計時假設與基準載波計時之間的關係增大或減小解調的信號值的集合包括，在周期的採樣間隔上複製或去除信號值。
17.根據權利要求10所述的方法，其中通過基於基準載波計時，利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調信號值，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性包括，利用公共目標解調模板，為各個目標調製計時假設確定各個目標調製相關性。
18.根據權利要求10所述的方法，其中通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性包括基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個載波解調模板；以及通過利用各個載波解調模板，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性。
19.根據權利要求18所述的方法其中基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，從核心模板的公共集合中為各個載波計時假設生成各個載波解調模板包括，基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由反旋核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個反旋模板；以及其中通過利用各個載波解調模板，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性包括向信號值應用各個反旋模板，以產生反旋信號值的各個集合；以及將目標解調模板應用到反旋信號值的各個集合，以生成各個目標調製相關性。
20.根據權利要求19所述的方法，其中由目標調製相關性來檢測目標調製包括為各個目標調製相關性生成各個相關性度量；以及由相關性度量來檢測目標調製。
21.根據權利要求20所述的方法，其中為各個目標調製相關性生成各個相關性度量包括，生成各個相關性度量而不生成分離的I和Q目標調製相關性。
22.根據權利要求20所述的方法，其中為各個目標調製相關性生成各個相關性度量包括向各個反旋信號值集合應用各個I和Q模板的集合，以便為各個載波計時假設生成I和Q相關性的各個集合；以及由I和Q相關性來生成各個相關性度量。
23.根據權利要求22所述的方法，進一步包括基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由I和Q核心模板的公共集合生成I和Q模板的各個集合。
24.根據權利要求10所述的方法，其中目標調製包括偽噪聲(PN)碼。
25.根據權利要求24所述的方法，其中PN碼包括GPS碼或CDMA通信系統碼的其中之一。
26.根據權利要求10所述的方法，其中由目標調製相關性來檢測目標調製包括，響應目標調製相關性，檢測信號中目標調製的相位。
27.一種在信號中搜索GPS PN碼的方法，該方法包括通過利用公共載波解調模板為各個IF計時假設解調與信號相對應的信號值，對各個IF計時假設確定各個PN碼相關性；由PN碼相關性來檢測PN碼。
28.根據權利要求27所述的方法，其中IF計時假設對應於各個假設的都卜勒頻移。
29.一種在信號中搜索目標調製的設備，該設備包括裝置，用於通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性；以及裝置，用於由目標調製相關性來檢測目標調製。
30.根據權利要求29所述的設備，其中通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置包括用於根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係為各個載波計時假設偏移信號值的裝置；以及對每個載波計時假設向偏移的信號值應用公共載波解調模板，以便對各個載波計時假設生成解調信號值的各個集合的裝置；以及根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係偏移解調信號值的各個集合的裝置。
31.根據權利要求30所述的設備，其中用於通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置進一步包括用於確定各個偏移的解調信號值的集合與目標調製的各個相關性的裝置；以及其中用於由目標調製相關性檢測目標調製的裝置包括由各個偏移的解調信號值的集合與目標調製的相關性來檢測目標調製的裝置。
32.根據權利要求30所述的設備，其中用於通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置包括用於基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個載波解調模板的裝置；以及用於通過利用各個載波解調模板，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的裝置。
33.一種GPS使能裝置，包括無線電處理器，其被配置為將無線電信號變換為中頻(IF)信號值；以及相關處理器，該相關處理器被配置為利用公共IF解調模板為各個IF計時假設確定各個PN碼相關性，並且由目標調製相關性來檢測目標調製。
34.根據權利要求33所述的裝置，其中相關處理器可操作地根據IF計時假設與基準IF計時之間的各個關係為各個IF計時假設偏移信號值，對每個載波計時假設向偏移的信號值應用公共IF解調模板，以便為各個IF計時假設生成解調信號值的各個集合，以及根據IF計時假設與基準IF計時之間的各個關係偏移解調信號值的各個集合。
35.根據權利要求34所述的裝置，其中相關處理器可操作地確定各個偏移的解調信號值的集合與PN碼的各個相關性，並且由各個偏移的解調信號值的集合與PN碼的相關性來檢測PN碼。
36.根據權利要求33所述的裝置，其中相關處理器可操作地基於各個IF計時假設與基準IF計時之間的關係，由核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個IF解調模板，並且利用各個IF解調模板，為各個IF計時假設確定各個PN碼相關性。
37.根據權利要求33所述的裝置，其中IF計時假設與各個假設的都卜勒頻移相對應。
38.一種在信號中搜索目標調製的電腦程式產品，該電腦程式產品包括在計算機可讀存儲介質中實現的電腦程式代碼，該程序代碼包括被配置為通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，以便對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的程序代碼；以及被配置為由目標調製相關性來檢測目標調製的程序代碼。
39.根據權利要求38所述的電腦程式產品，其中被配置為通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調信號值，以便對各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的程序代碼包括被配置為根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係為各個載波計時假設偏移信號值的程序代碼；被配置為對每個載波計時假設向偏移的信號值應用公共載波解調模板，以便對各個載波計時假設生成解調信號值的各個集合的程序代碼；以及被配置為根據載波計時假設與基準載波計時之間的各個關係偏移解調信號值的各個集合的程序代碼。
40.根據權利要求39所述的電腦程式產品其中被配置為通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的程序代碼包括被配置為確定各個偏移的解調信號值的集合與目標調製的各個相關性的程序代碼；以及其中被配置為由目標調製相關性來檢測目標調製的程序代碼包括被配置為由各個偏移的解調信號值的集合與目標調製的相關性來檢測目標調製的程序代碼。
41.根據權利要求39所述的電腦程式產品，其中被配置為通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的程序代碼包括被配置為基於各個載波計時假設與基準載波計時之間的關係，由核心模板的公共集合為各個載波計時假設生成各個載波解調模板的程序代碼；以及被配置為通過利用各個載波解調模板，為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性的程序代碼。
全文摘要
在信號中檢測目標調製，該信號例如由諸如移動通信終端的裝置接收的無線電信號。通過利用公共載波解調模板為各個載波計時假設解調與信號相對應的信號值，以便為各個載波計時假設確定各個目標調製相關性，以及由目標調製相關性來檢測目標調製。目標調製可以是例如諸如GPS碼或CDMA通信系統碼的偽噪聲(PN)碼，並且載波計時假設可以與各種潛在的都卜勒頻移相對應。
文檔編號G01S1/00GK101023371SQ200580028220
公開日2007年8月22日 申請日期2005年2月23日 優先權日2004年8月16日
發明者W·O·小坎普 申請人:索尼愛立信移動通訊股份有限公司