一種用於從第一和第二boc波形生成擴展波形的方法和生成器的製作方法

2023-06-17 18:10:26

專利名稱：一種用於從第一和第二boc波形生成擴展波形的方法和生成器的製作方法
—種用於從第一和第二 BOC波形生成擴展波形的方法和生成器本申請是申請號為200780023193. O,PCT國際申請號為PCT/GB2007/002293、國際申請日為2007年6月20日、題為「信號、系統、方法及裝置」的申請的分案申請。
背景技術：
本發明涉及信號、系統和方法，比如，調製、導航和定位信號、適於接收和處理該信號的系統方法和接收機。衛星定位系統(SPS)依賴於對由在特定星座或星座群中的多個衛星、或者基於地面或空氣傳播等效物廣播的測距信號的無源測量。板上時鐘被用於生成有規則且通常連續的一系列事件一常常稱為「曆元(epoch)」，其發生的時間被編碼成隨機或偽隨機碼(稱為擴展碼)，或者至少與之相關聯。由於時間曆元編碼序列的偽隨機或隨機特徵，輸出信號 的頻譜在由多個因素確定的頻率範圍上被擴展，這些因素包括擴展碼元素的變化率以及用於擴展信號的波形。在現有技術中，在由發射電路濾波之前，擴展波形是恆定碼片率的矩形，並且具有(sine)2函數功率譜。測距信號被調製到載波信號上以傳送給無源接收機。覆蓋陸地、空氣傳播、海上和太空使用的應用是已知的。典型地，採用二進位相移鍵控來調製其本身具有恆定幅度的載波信號。通常，至少兩個這樣的信號以相位正交的方式調製到相同的載波上。結果載波信號保持其恆定包絡，但是具有取決於兩個獨立輸入信號的四個相位狀態。然而，應當領會，兩個調製信號無需具有相同載波幅度。組合信號的恆定載波幅度將通過適當地選擇除η /2弧度之外的相對應相位來保持是可能的。許多技術是已知的，藉助這些技術使用加性方法(稱為『Interplex』調製)或者角度調製和相加法的組合一稱為『相干自適應副載波調製』(CASM)—來將兩個以上的信號調製到相同載波上。這兩種技術要求添加其它交調分量，該分量被導出以維持恆定載波幅度。例如，在『Interplex』調製中，具有三個傳送分量的技術是已知的，其中兩個在一個載波相位上，且第三個在正交相位上。這些具有至少六個相位狀態。此類衛星定位系統的示例是全球定位系統(GPS)。通常，GPS使用多個頻率來工作，比如分別以1575. 42MHz、1227. 6MHz和1176. 45MHz為中心的L1、L2和L5。這些信號的每
一個都通過相應的擴頻信號來調製。如本領域技術人員將領會的，由GPS衛星導航系統發射的粗略捕獲(CA)碼信號在使用I. 023MHz的擴展碼率(碼片率)的情況下在1575. 42MHz的LI頻率上被廣播。CA碼信號具有矩形擴展波形，被二進位相移鍵控到副載波上並且被歸類為BPSK-R1。GPS信號結構是這樣的由衛星在LI頻率上廣播的信號具有相位正交的第二分量，其被稱為精確碼(P(Y))並且使其僅供授權用戶使用。使用在信號功率上比CA碼傳輸低3dB的幅度以10. 23MHz的擴展碼來對P (Y)信號進行BPSK調製。因此，Q分量具有
一幅度，該幅度為I分量的幅度的O. 7071 (-3dB)。本領域技術人員應當領會，這些信號的這些狀態相對於±1軸(如I⑶GPS 200C中規定的CA碼信號的相位)的相角為±35. 265°。本領域技術人員還領會，P碼是Y碼的函數或者是通過Y碼加密的。Y碼被用於加密P碼。本領域技術人員應領會，對於給定衛星i，包含I和Q分量的LI信號以及L2信號可表示為
Slij (t) = ApPi (t) (Ii (t) cos (ω jt) +AcCi (t) (Ii (t) sin (ω^),以及SL2i (t) = BpPi (t) Cli (t) cos ( ω 2t)其中Ap和Ac是P和CA碼的幅度，通常Ap = 2AC ；81)是1^2信號的幅度；ω i和ω 2是LI和L2載波頻率；Pi (t)表示P (Y)測距碼，並且是具有10 . 23Mcbps的碼片率的偽隨機序列。P碼具有恰好為I星期的周期，取+1和-I值；Ci (t)表示CA測距碼，並且為1023碼片金色碼，取+1和-I值；以及屯⑴表示數據消息，取+1和-I值。在不久的將來，期望指定M碼的第三軍用信號將由GPS衛星在LI頻帶內傳送。衛星星座通常包括24或更多衛星，這些衛星常常在類似或類型形狀的軌道上但在多個軌道平面上。來自每個衛星的傳輸是在相同標稱載波頻率上——在碼分多址衛星(諸如GPS)的情形中，或者在附近相關頻率上——諸如GL0NASS。衛星傳送不同信號以使得每個衛星能夠被單獨選中，即使若干衛星同時可見時亦是如此。在類似GPS的CDMA系統中，來自每個衛星的信號藉助不同擴展碼和/或擴展碼率的差異——即，Pi (t)和(3七)序列一來彼此區分開。然而，對於由衛星傳送的信號之間的幹擾而言，仍餘留相當大的餘地。典型地，CA碼的功率譜在載波頻率LI處具有最大功率，而在CA碼的基礎頻率——I. 023MHz——的倍數處為零。因此，應當領會，在載波頻率的任一側——在±1. 023MHz、±2. 046MHz等處——存在零。類似地，P(Y)碼的功率譜在LI與L2頻率的中心處具有最大振幅，並且在土 10. 23MHz的倍數處存在零，如用sine函數波形所預期的。使用副載波調製測距碼也是已知的，即，將另一信號與類似於P碼和/或CA碼的信號卷積，以創建二進位偏置載波(BOC)調製，如可從例如通過引用全部納入於此的國際專利申請 PCT/GB2004/003745, 2001-2002 冬季，第 227-246 頁，第 48 卷，Navigation,J. W. Betz 的 「Binary Offset Carrier Modulation for Radionavigation (用於無線電導航的二進位偏置載波調製)」以及Pratt，A. R.，Owen J. I. R.，美國，俄勒岡州，波特蘭，2003. 9-122003 年 9 月，導航協會會議錄(Proceedings of Institute of NavigationConference)的「Performance of GPS Galileo Receivers Using m-PSK BOC Signals(使用m-PSK BOC信號的GPS伽利略接收機的性能)」中領會到的。標準BOC調製是眾所周知的。二進位擴展碼的一部分與二進位副載波信號的組合產生用於調製譬如LI的載波的BOC信號。BOC信號是通由為矩形方波的二進位副載波(稱為擴展碼元調製)與擴展碼元(擴展碼元素序列)的乘積形成的。BOC擴展碼元調製可被表示為例如Ci (t) *sign (sin (2 π fst))，其中fs是副載波的頻率。本領域技術人員應當理解，BOC (fs，f。)標示使用fs的副載波頻率以及f。的碼率(或碼片率)的二進位偏置載波調製。使用二進位偏置載波得到以下發射自衛星的信號的示例性信號描述SLli (t) = Amscim(t)rni (t) (Ii (t) cos ( ω jt) +Agscig(t) gi (t) (Ii (t) sin ( ω jt)=IsLii(t)+QSLii(t)，以及SL2i (t) = BmSCim (t) Hii (t) (Ii (t) cos ( ω 2t)
其中Am、Ag 和 Bm 為振幅；Hii (t)為用於信號的同相(餘弦)分量的擴展碼；gi(t)為用於信號的正交(正弦)分量的擴展碼；SCiffl (t)表示對應於Hii (t)的副載波信號；scig (t)表示對應於gi (t)的副載波信號；ω工和ω 2被標示為LI和L2載波頻率。應當領會，以上所表達的實施例針對LI信號在同相上使用單個分量，且在正交相·位上使用單個分量。類似地，L2信號包括單個分量。然而，本領域技術人員應當理解，LI和/或L2信號可使用一個或多個分量。BOC信號典型地為矩形或方波。然而，提出了涉及利用多個信號電平的更複雜的擴展碼元調製，如可從例如以上提到的國際專利申請PCT/GB2004/003745以及Pratt，A. R.，Owen J. I. R.，美國，俄勒岡州，波特蘭，2003. 9-12 2003年9月，導航協會會議錄的「Performance of GPS Galileo Receivers Using m-PSK BOC Signals (使用 m_PSK BOC信號的GPS伽利略接收機的性能)」中領會到的。這些提供了用於更好控制結果信號頻譜的手段，因為BOC擴展碼元調製的功率譜密度Φη,π(χ)完全由下式定義，其中X是一般化頻率變量
. πχ) . (πχΛsin ——.sin ——
______ , . . 2π \2η) \ m J= · ~r Τ| / \ '
ma>Q ·[——}.COS〔——I
.I J v2 J .其中X= ω/ω。在用作擴展碼元調製波形的多電平數字波形的子集中，特定類別已被認為已賦予名稱合成BOC(CBOC)，如可從例如出於所有目的通過引用納入於此的美國，加利福尼亞州，長灘,2005,13-16 2005 年 9 月，導航協會會議錄,Avila-Rodriguez, J. Α.等人的「RevisedCombined Galileo/GPS Frequency and Signal Performance Analysis (經修訂的組合伽利略/GPS頻率和信號性能分析)」中領會到的，其中若干二進位偏置波形信號被加性地組合以形成擴展碼元調製波形。用於頻譜控制的其它選擇也已出現，即，使用時間復用技術，其中若干BOC擴展碼元調製波形以定義的時間序列被組合，如可從以上PCT申請以及長灘，2005年9月13-16 日，GNSS 2005,導航協會會議錄(Proceedings of Institute of NavigationConference),第 2448-2460 頁，Pratt, A. R. , Owen, J. I. R.的 「Signal MultiplexTechniques in Satellite Channel Availability, Possible Applications toGalileo (可應用於伽利略的衛星信道可用性中的信號復用技術)」和聖地牙哥，2005年I月24-26日,導航協會，國家技術會議，會議記錄，第332-345頁,Pratt, A. R. , Owen, J. I.R.的「Signal Optimisation in LI (LI中的信號最優化)」中領會到的。此技術指派特定擴展碼元調製一取自此類調製波形的定義字母表，每擴展元素(或時隙-按碼元素量化)一種。通過選擇哪種BOC調製被用在哪個時隙中的過程，每個擴展碼元調製分量的相對比例可被控制。儘管僅這種布置的二進位版本是已知的，但對於本領域技術人員而言，多電平等效布置也是可能的，其中該多電平等效布置涉及用於確定在每個時隙使用哪種擴展碼元調製的時間復用以及使用為多電平並且可以是基本BOC擴展碼元波形的組合的擴展碼元調製的字母表兩者。示例性實現中的此類組合可以是加性或乘性的，或者可以是用於組合基調製波形的某些其它手段。復用BOC已提出了若干衛星導航系統使用公共調製頻譜的建議，以使得信號/服務保持一定程度的互操作性，如可從例如對話C5第7頁，2006年四月，聖地牙哥，IEEE PLANS/IoN 國家技術會議,會議記錄，Hein, G. W.等人的 MBOC :The New Optimized SpreadingModulation for GALILEO LI OS and GPS L1C(MB0C :用於伽利略 OS 和 GPS LlC 的新最優化擴展調製)中領會到的。公共頻譜不要求不同的衛星導航系統發射同樣的波形。已 公開的公共頻譜——稱為復用BOC或MBOC——可通過時間復用技術或通過疊加(添加)所需BOC分量來獲得。使用二進位偏置載波的時間復用技術已被稱為TMB0C，而疊加技術已被稱為合成B0C，或按其詞首字母稱為CB0C。在圖2中示出了使用BOC調製分量構造擴展碼元調製的時間復用方法，該圖示出了一對信號200。整體BOC信號或副載波202包括第一擴展碼元調製A的204到208個突發，其每個突發具有擴展碼的一個碼片的歷時。有若干個使用這種調製的連續碼片。整體MBOC 202還包括相異的第二擴展碼元調製B——具有類似特性但具有不同載波偏置頻率——的至少一個突發210。所繪製的MBOC 202還包括第三擴展碼元調製突發212，其被標識為具有又一載波偏置頻率的調製類型C。在已知領域中，這些調製突發的每一個具有BOC特定但具有公共碼片率。在從導航衛星傳輸之前，載波信號和擴展碼元調製進一步被擴展碼214調製。可領會到，僅示出完整擴展碼的示例性碼片數目一碼片η到碼片n+4。對於具有二進位偏置載波擴展碼元調製分量的時間復用技術，這些分量的相對幅度是根據專用於每一個的時間比例(以碼序列元素或碼片為單位計的)來確定的。在圖2的示例中，分派給第一擴展碼元調製A的比例為3/5，分派給B的為1/5，而分派給C的為1/5，假定這種模式將無限延續下去。對於本領域技術人員而言，應當清晰的是，落在每個分量的相對功率被設成1/N的倍數的這種限制內的其它比例是可能的，其中N是重複擴展序列的長度。這種限制還可通過對擴展序列的每個重複使用不同時間復用指派來克服。CBOCMBOC頻譜的替換性表述是藉助加性方法，由此兩個時間連續二進位偏置載波擴展碼元調製波形被加性組合。圖3給出了使用這種方法產生的波形的例示300。示出了第一BOC分量302和第二 BOC分量304或波形。兩個分量302和304的相對幅度通過BOC分量的每一個的振幅來控制。第一 BOC 302是基線BOC波形，它是B0C(1，I)波形。第二波形304例示了 B0C(5，1)波形。示出了擴展碼306的多個碼片——碼片η到碼片n+4。示出了通過第一波形302和第二波形304的加性組合產生的CBOC波形308。可以領會，CBOC波形308包括分別反映其與第一 BOC 302和第二 BOC 304的關係的第一和第二分量。與第一分量相比，第二分量310在幅度上減小。對於所示的2分量CBOC波形308，結果信號波形具有4個電平。通常，當從η個BOC波形導出時，CBOC波形具有2n電平。取決於相對振幅，這些電平的一部分可能是重合的。 二進位偏置載波擴展碼元調製
標識二進位偏置載波調製的常規手段是通過兩個參數η和m。調製被標示為B0C(n，m)，其中η應用於偏置載波的頻率，而m指碼片率。參數m和η常常與GPS類信號相關聯，其中主控衛星時鐘在10. 23MHz或其某個倍數或分數上振蕩。這些參數可在隨後呈現由以下表達的意義偏置載波頻率=η X I. 023MHz碼片率=m X 1.023M碼片每秒。在包含兩個BOC調製分量的時間復用頻譜的已知實現中，擴展碼元調製的相位在轉變至每個碼元素(碼片)時是相同的。例如，如果BOC擴展碼元調製在特定碼元素的開頭具有正向轉變——具有值+1，而在特定碼元素的開頭具有負向轉變——具有值-1，則這些相位指派可被應用於完整序列中的每個擴展碼元。MBOC可由伽利略和GPS導航衛星使用的一個公共功率頻譜密度(PSD)為
權利要求
1.一種從第一(404)和第二(418) BOC波形生成CBOC波形的方法，所述CBOC波形具有預定功率譜密度，所述功率譜密度包括在至少兩個預定時間區間(碼片n;碼片n+1)上取平均的所述第一(404)和第二(418)B0C波形的功率譜密度的減小的交叉頻譜項；所述方法包括將所述第一(404)和第二(418)BOC信號在所述至少兩個預定時間區間(碼片n ;碼片n+1)中的後續預定時間區間(碼片n+1)上的所述狀態布置成與所述第一(404)和第二(418)BOC信號在所述至少兩個預定時間區間(碼片n;碼片n+1)中的當前預定時間區間(碼片n)上的所述狀態互補的步驟。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述布置使得生成所述第一(404)和第二(418)B0C波形在所述至少兩個預定時間區間(碼片n ;碼片n+1)上的功率譜密度的至少第一和第二互補交叉頻譜項。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，包括在至少兩個預定時間區間(碼片n;碼片n+1)上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率譜密度的至少減小的交叉頻譜項的所述預定功率譜密度包括在至少兩個預定時間區間(碼片n;碼片n+1)上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率譜密度的基本為零的交叉頻譜項。
4.一種用於從第一(404)和第二(418)BOC波形生成CBOC波形的信號發生器,所述CBOC波形具有預定功率譜密度，所述功率譜密度包括在至少兩個預定時間區間上取平均的所述第一(404)和第二(418)B0C波形的功率譜密度的減小的交叉頻譜項；所述發生器包括用於將所述第一(404)和第二(418)BOC信號在所述至少兩個預定時間區間中的後續預定時間區間上的所述狀態布置成與所述第一(404)和第二(418)BOC信號在所述至少兩個預定時間區間中的當前預定時間區間上的所述狀態互補的裝置。
5.如權利要求4所述的信號發生器，其特徵在於，所述用於布置的裝置使得生成所述第一(404)和第二(418)BOC波形在所述至少兩個預定時間區間上的功率譜密度的至少第一和第二互補交叉頻譜項。
6.如權利要求5所述的信號發生器，其特徵在於，包括在至少兩個預定時間區間上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率譜密度的至少減小的交叉頻譜項的所述預定功率譜密度包括在至少兩個預定時間區間上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率譜密度的基本為零的交叉頻譜項。
全文摘要
本發明的實施例提供了信號、系統、方法及裝置，一種用於產生調製信號的方法，包括組合至少兩個調製信號——例如BOC及其派生物，將其具有相應相對相位或狀態({++，--}和{+-，-+})的部分(一個碼片或多個碼片)選擇成多個所述部分的平均至少減小所述至少兩個調製信號的合成復頻譜的交叉頻譜項。
文檔編號G01S19/01GK102707293SQ20111045340
公開日2012年10月3日 申請日期2007年6月20日 優先權日2006年6月20日
發明者A·R·帕裡特, J·I·R·歐文 申請人:國防部長