採用特定碼調製的信號接收機的相關和解調電路的製作方法
2023-10-09 01:05:04
專利名稱：採用特定碼調製的信號接收機的相關和解調電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及到用預定重複長度的第一碼調製的信號接收機的相關和解調電路，所述第一碼限定了上述信號的發射源。該電路包括連接到控制裝置的一個相關級，控制裝置專用於配置所述相關級的正常操作模式或測試模式。在正常操作模式下，上述的級就會接收與接收機調製信號接收裝置中成形的調製信號相對應的中頻信號。然後，在上述相關級的一個相關器控制環中將中間信號與一個碼發生器產生的第一碼副本相關。
對於GPS接收機，射頻信號是由位於軌道上的若干個衛星發射的，彼此間由調製在載頻信號上的一種被稱為Gold碼的特殊偽隨機碼加以區別。Gold碼是由1023個片構成並且每毫秒重複一次的一種數位訊號。這些片具有和一個位相同的1或0值。所有Gold碼都具有正交特性，這也就意味著將它們彼此相關的相關結果能給出一個接近0的值。這一特性允許在同一接收機的若干相關信道中獨立地處理同時來自若干個衛星的若干射頻信號。
GPS信號為接收機提供用於計算X，Y和Z位置，速度和國際標準時間的位置和時間數據。然而，為了確定位置和時間，接收機必須從至少四個看得見的衛星上獲得數據。
在採用特殊碼調製信號接收機的各種場合，例如是射頻信號，必須要假設接收機中用於從接收信號中提取消息的那些部分工作正常。在組裝前、後可以對上述接收機部分執行操作測試。當然，上述接收機部分在檢查其整體操作之前還需要經過多次初步的元件測試步驟。
在GPS接收機的使用過程中，必須緊密結合著實際條件來執行上述接收機的操作測試，以便確認相關級的各個信道在正常工作。如果操作測試是成功的，就能為接收機的用戶保證其對位置，速度和時間的計算是正確有效的。
例如在電信領域中，美國專利US4,100,531公開了用於測量諸如數據傳輸設備等數字設備的誤碼率的裝置。對設備的測試是採用由一個發射機提供的偽隨機碼(PRN碼)，並且由待測接收機來接收。被測接收機產生一個PRN碼副本，在一個相關級中與按照確定長度的PRN碼進行調製的信號執行相關。
這種設備的一個缺點在於，在測試中，編碼的測試信號是由外部發射機發送給接收機的，這種測試不允許明顯地縮短測試時間。另外一個缺點是，為了構成代表接收機操作性能的測試，發射的信號必須能反映真實通信信號。這樣就必須為測試信號加上噪聲，而這一點往往是難以實現的。
在GPS型接收機的領域，美國專利US5,093,800公開了一種能夠產生GPS型射頻信號的測試裝置。由該裝置產生的GPS信號可以由待測的GPS接收機來接收。為此，該裝置還包括關於衛星的數據，這樣就能產生和發射與若干衛星發射給接收機的編碼信號相對應的信號。
這種測試裝置的一個缺點在於，為了能夠檢查接收機的相關級工作是否正常，測試信號是一種與衛星發射的射頻信號等效的射頻信號。為了檢查相關級工作是否正常，該裝置產生的射頻信號顯然就要包括產生額外的噪聲。另一個缺點是接收機操作測試時間比較長，因為這取決於偽隨機碼也就是Gold碼的重複長度。如果接收機被裝在一個由電池或蓄電池供電的設備中，長時間測試就會不必要地消耗上述電池或蓄電池。
本發明的目的是為用於按照一種碼調製的信號接收機提供一種相關和解調電路，它能夠儘量縮短代表上述電路操作的測試時間，克服了現有技術的測試設備或方法的缺點。另外，在上述電路的操作測試中還可以考慮到與接收信號噪聲有關的參數。
這種相關和解調電路的一個優點在於大大縮短了相關級的閉環測試時間。這樣就能加快上述電路和包含這種電路的接收機的操作狀態。
對於GPS型射頻信號接收機來說，如果偽隨機碼重複長度相當於Gold碼，相關和解調電路測試時間會比較長。另外，如果上述電路的相關級中包括若干個相關信道，測試時間也會延長。為此就要用一種縮短長度的偽隨機碼為電路的相關級提供中間測試信號，以便快速檢查電路的操作。
由於射頻信號也包括噪聲，縮短的偽隨機碼長度在考慮這一噪聲時會收到限制。在無噪聲條件下產生的這種縮短碼的測試信號能夠使相關級積分計數器輸出信號所提供的功率接近包括噪聲的實際輸出信號的功率。最佳測試信號的偽隨機碼重複長度是31片，而Gold碼是1023片。
可以在相關和解調電路外部產生這些中間測試信號，或者是最好在電路內部由一體的測試信號發生器來產生。這些測試信號發生器僅僅在相關和解調電路中佔據少量空間，因為它們只是由四十來個邏輯門或觸發器構成的，而整個電路具有接近2百萬個電晶體。由一個控制裝置也就是微處理器裝置來切換這些測試信號發生器。
可以按照在微處理器裝置中編程的時間周期切換上述測試信號發生器。如果上述電路是安裝在一個完整的接收機中，上述測試信號發生器的導通就會阻止由接收機的接收裝置向上述電路發送中間信號。這樣，在測試階段中，該電路僅僅接收測試信號發生器發出的中間測試信號。
在相關級的所有信道中相等地利用這些測試信號對信道同時進行測試。微處理器控制各個信道的碼發生器，使其在測試階段中為各個信道產生縮短的偽隨機碼的一個副本。
值得注意的是，沒有從整個接收機的外部提供測試信號。反之就最好採用無噪聲操作檢查測試信號來代替普通的中間信號提供給相關和解調電路。
如果相關和解調電路是安裝在一個調製信號接收機中，為了快速執行測試階段，縮短電路的測試時間在理論上是需要的。如果接收機是安裝在諸如手錶或電話等便攜物體中的，測試時間的縮短能夠避免過多地消耗蓄電池中的能量。然而，也可以在相關和解調電路被安裝到接收機內之前用提供給相關級的對應著普通中間信號的無噪聲測試信號對它進行測試。
用戶自己也可以在任何時候對接收機相關和解調電路主動執行完整的測試。
優選實施例詳述下文要參照一種GPS型射頻信號接收機來解釋相關和解調電路的實施例。應該注意到有幾種接收機元件是本領域技術人員所公知的，在本文中無需詳細說明。
在這種GPS接收機中，接收的射頻信號是用被稱為Gold碼的一種偽隨機碼調製的，信號中還包括需要由相關和解調電路解調的消息。電路中的微處理器裝置用來自至少四個衛星的消息就能計算出具體的X，Y和Z位置，接收機的速度，和/或時間。然而，使用這種相關和解調電路還要面對其他類型的用於按照確定重複長度調製的碼來調製的接收機。例如，這種相關和解調電路可以用在電信接收機中，或者是用在採用光信號傳送一種確定代碼的測量接收機中，或者是用於其他領域。
圖1表示帶相關和解調電路的GPS型接收機的示意圖。它包括用於接收從若干個衛星發出的GPS射頻信號的一個天線2，用於接收天線2提供的射頻信號並且整形的裝置3，以及從接收裝置3接收400kHz頻率級合成形式的中間信號IF的一個相關和解調電路6。
在接收裝置3中，第一電子電路4』首先將來自1，57542GHz頻率的射頻信號變換成例如是179MHz的頻率。第二電子電路中頻4″執行雙變頻，首先將GPS信號調節到4.76MHz的頻率，然後按4.36MHz採樣後最終變成400kHz的頻率。按照400kHz頻率級採樣並量化的中間合成信號中頻被提供給相關和解調電路。這樣的中間合成信號中頻是由一個同相信號I和圖中與確定為2比特的一條斜線交叉的黑體線表示的一個雙相信號Q構成的。然而，如果在前級已經執行了2-比特或者是2n比特(n是大於1的整數)變換，這些中間信號中頻就可以超過4比特。
用於頻率變換操作的時鐘信號發生器5是射頻接收和整形裝置3的一部分。這一發生器具有一個圖中沒有表示的石英振蕩器，它被校準到17.6MHz的頻率級上。兩個時鐘信號CLK和CLK16被提供給相關和解調電路作為所有電路操作的時鐘。第一時鐘頻率CLK的值是4.36MHz，而第二時鐘頻率可以固定在供大部分相關級使用的16倍以下即272.5kHz，以便節省能量消耗。
值得注意的是，在近半數情況下，由第一電路4』提供的信號會給出不同奇偶的信號，即2輸出位的(+1和-1)，4輸出位的(+3；+1；-1；-3)。對接收機中的GPS信號解調操作必須要考慮到這種奇偶。
上述相關和解調電路6包括一個相關級7，它是由12個信道7』，將各個信道連接到各自一個緩衝寄存器11的數據傳輸總線10，以及將各個緩衝寄存器連接到微處理器裝置12的的數據總線13構成的。連接到作為微處理器裝置12一部分的微處理器上的存儲裝置18用來存儲與位於軌道上的各個衛星和載波頻率以及用於各個衛星的偽隨機碼參數有關的數據。構成相關和解調電路的所有元件都可以集成在單個半導體基片例如是一個矽基片上。
在相關和解調電路6的輸入端設有測試信號發生裝置14，它包括測試信號發生器15和一個多路復用器16。測試信號發生裝置14的多路復用器16在一個輸入端接收由接收裝置3提供的中間信號中頻，在另一個輸入端接收中間測試信號IFtest。由集成在微處理器裝置12中的控制裝置通過控制總線19和緩衝寄存器11』提供的控制信號來控制上述多路復用器16。必要時也可以將多路復用器16集成在測試信號發生器15中。
在沒有控制信號Test的正常操作模式下，多路復用器16將代表若干衛星發射的射頻信號的中間信號中頻傳送給用於所有信道7』的相關級7。通過微處理器12將某些信道配置成不同的正常操作模式，這些信道各自用中間信號中頻搜索一個看得見的衛星，對接收的GPS消息解調。反之，當微處理器12執行測試階段時，微處理器12通過控制總線19向測試信號發生裝置14發送測試控制信號。在測試階段中，測試信號發生器15就被接通，多路復用器16接收測試信號Test，僅僅將發生器15產生的中間測試信號IFtest發送給相關級7。以下要參照圖2具體解釋上述測試信號發生器。
一旦接通，測試信號發生器15就產生中間測試信號IFtest代替普通的中間信號來執行代表閉環中的相關級的測試。為了更快地執行閉環測試，採用比Gold碼的重複長度短的一種偽隨機碼來調製這些測試信號IFtest。縮短的偽隨機碼的最佳重複長度是31片即25-1，而Gold碼的重複長度是1023片即210-1。
接近1000片的1023片從比例上可能被認為是相當於射頻信號噪聲。反之，之所以選擇31片縮短的碼是為了能夠為了代表相關級的測試提供無噪聲中間測試信號。
當然，對於採用相關和解調電路的其它領域，縮短的第二偽隨機碼的重複長度可以是2(n-m)-1，而接收信號的第一偽隨機碼的重複長度是2n-1。數字n和m都是整數，n大於3，而m的確定值在1和n-1之間。
在測試階段，微處理器12向各自位於一個獨立信道7』中的測試選擇器17發送測試控制信號TMS。每個信道7』包括一個接收信號IF或IFtest的相關器8和一個控制器9，用來通過一個專用程序進入操作，特別是一種信號處理算法，用來獲取衛星信號並且跟蹤由該信道檢測到的衛星。分別連接到各自的相關器8上的測試選擇器17的任務是為上述相關器提供指令CS，特別是用來配置一個偽隨機碼發生器，以下要參照圖3b具體解釋。
在正常操作中，選擇器17不向相關器8發送指令CS，這一意味著碼發生器會產生與Gold碼具有相等重複長度的一個碼的副本。然而，在測試階段中，一旦收到微處理器12的指令，選擇器7就發送用於配置碼發生器的指令CS，使其產生一個重複長度比Gold碼短的偽隨機碼副本。因此，在測試階段中，這一縮短的偽隨機碼必須是被調製到中間測試信號上的一種偽隨機碼。
控制信號TMS從理論上來說被定義為一種用於正常操作或各種測試模式的二比特控制字。如果TMS的二進位數字等於00，就是正常操作，不發送測試指令CS。如果TMS的二進位數字等於11，就用從輸入端引入的中間測試信號IFtest實施閉環測試模式檢查相關級7的所有信道7』工作是否正常。如果TMS的二進位數字等於01，就是開始由微處理器12通過一個沒有表示的測試矢量發生器來控制對各個信道的相關器模塊8執行測試。如果TMS的二進位數字等於10，就可以開始通過測試矢量發生器對各個信道的控制器模塊執行測試。按照本發明，信號TMS的最佳值是00或11。
在沒有表示的另一個實施例中，所有選擇器17都可以是微處理器裝置12的一部分。同樣也可以通過總線10和13向各個相關器8發送指令CS。
在選擇器17發送指令CS的同時，微處理器12通過總線13和10發送與需要搜索的偽隨機碼有關以及和中間測試信號的載波頻率有關的參數。發送這些參數是為了在測試階段中配置所有的信道7』，象正常操作中一樣，但是是單獨針對每一個信道。然而，在測試階段中對所有信道的參數是相同的，這樣就能用相同的方式同時在所有信道中處理具有縮短的唯一偽隨機碼的中間測試信號IFtest。
在上文所述的正常操作中，各信道的寄存器11能夠接收微處理器12以及和每一個相關信道7』有聯繫的存儲裝置18發出的配置數據或參數。在相關並鎖定在一個特定衛星上之後，通過寄存器11可以向微處理器12發送關於GPS消息的數據，PRN碼的狀態，有關Doppler效應的頻率增量，偽範圍，以及其它數據。
在測試階段，上述寄存器11接收閉環測試的結果，以及需要由微處理器來處理的消息。在測試完之後，在將相關和解調電路設置到正常模式之前，微處理器就能檢查出所有相關信道是否都能獨立地工作正常。
還要注意到，這些寄存器11可以在相關階段中累積數據，在衛星探測和跟蹤操作過程中可以使用這些數據，不需要自動發送給微處理器12。
在另一個實施例中，相關級的所有信道7』可以共用一個寄存器框11，放在寄存器框中的數據對每一個信道是公用的。
如果每一個信道7』都包括一個用於所有衛星探測和跟蹤階段的控制器9，就能縮小微處理器12的尺寸。這種微處理器12例如可以是EMMicroelectronic-Marin SA，Switzerland製造的一種8-位CoolRISC-816微處理器。然而也可以用較大尺寸的微處理器例如是一個32-位微處理器來避免在各個信道中安置控制器9。按照本發明，在這種情況下，尺寸較大的這種微處理器在正常操作和測試階段中能夠勝任所有衛星探測和跟蹤處理工作。
圖2示意性地表示了構成測試信號發生器15的不同單元。如上所述，用微處理器的指令接通這一測試信號發生器。一旦接通，它就產生中間測試信號IFtest，將信號輸入在閉環中等待測試的相關級。無噪聲中間測試信號IFtest是這樣設計的，它是從在接收機中整形的射頻信號中提取的中間信號。然而，這一中間測試信號或替代信號是用長度比Gold碼要短的一種偽隨機碼來調製的，以便縮短相關級的測試時間。
測試信號發生器15包括一個8-位數字控制振蕩器(NCO)151，利用時鐘信號CLK確定碼的時鐘，一個小PRN碼發生器152，一個消息發生器154，一個8-位數字控制振蕩器153(NCO)，利用時鐘信號CLK確定載波頻率的時鐘，以及兩個信號混頻器155和156。8-位振蕩器151和153的頻率解析度等級是17kHz，它是由4.36MHz的時鐘頻率CLK除以28獲得的。
在測試階段，兩個8-位數字控制振蕩器151和153各自從微處理器接收一個8-位二進位字。第一振蕩器151接收一個用於產生時鐘信號PRN-CLK的碼增量，為後面的小PRN碼發生器152定時鐘。第二振蕩器153接收一個載波頻率增量。用於產生載波信號，其中之一是同相信號，而其它是雙相信號。載波頻率的值對於相關級的閉環測試並不是很重要。因此，載波頻率值可以採取和普通中間信號一樣的400kHz以下的值。
圖3a中所示的具體的小PRN碼發生器152從振蕩器151接收時鐘信號PRN-CLK，用來產生重複長度縮短的偽隨機碼。如下文所述，這種碼的重複長度最好是31即25-1。
時鐘信號PRN-CLK的頻率是從數字控制振蕩器151的輸入端輸入的碼增量的一個函數。如果碼增量值被固定在2也就是二進位數字的11000，時鐘信號PRN-CLK就等於17kHz的24倍也就是408kHz。碼增量當然也可以固定在更高值，接近相關級碼發生器在正常操作時的頻率1.023MHz。然而，為了能使測試階段近似上述相關級在正常操作下的真實過程，為頻率PRN-CLK選擇的值是408kHz。
如圖4所示，相關級的輸出信號必須和它們的普通中間信號是等效的，包括比有用信號高大約16dB的噪聲，或者是提供給相關級輸入端的無噪聲中間測試信號。其目的是考慮到固有的射頻信號噪聲，用無噪聲測試信號對相關級執行一種接近實際的快速測試。
為了使中間測試信號接近普通的中間信號，必須在載波頻率信號上的50Hz頻率處設置一個消息。這樣就能讓微處理器在測試結束時檢查所管理的各個信道對正確的消息解調。為此就要用一個恆定相位延遲信號(1ms)為消息發生器154計時，在50Hz(模20-恆定相位延遲)處給出一個消息。
來自消息發生器154的消息和來自小PRN碼發生器152的縮短的PRN碼在一個混頻器155中混頻。混頻器155的輸出在混頻器156中又混頻或調製到環路載波上產生中間測試信號IFtest。
圖3a表示小偽隨機碼發生器152的細節，上述發生器的構造是本領域技術人員所公知的。因為它必須產生長度為31的碼，它在一個編碼器G1s和一個編碼器G2s中包括一系列五個觸發器30，用FF和各個觸發器的編號表示。在每個時鐘敲擊點PRN-CLK上從觸發器FF1到觸發器FF5產生各觸發器30的一次狀態轉換。
在第一編碼器G1s中，觸發器30的FF3和FF5各自的輸出在XOR型加法器34中相加。加法器34的輸出被引入觸發器FF1，每當時鐘敲擊點PRN-CLK上在最後一個觸發器FF5的輸出上產生一個第一編碼信號G1s。
在第二編碼器G2s中，觸發器30的FF2和FF5各自的輸出在XOR型加法器32中相加。加法器32的輸出被引入觸發器FF1，每當時鐘敲擊點PRN-CLK上在最後一個觸發器FF5的輸出上產生一個第二編碼信號G2s。
第一和第二編碼信號G1s和G2s又在一個XOR型加法器33中相加產生編碼的信號Gs，它對應著從小PRN碼發生器152輸出的信號。
圖3b表示在相關級的各個相關器中使用的一種普通的偽隨機發生器25。這種發生器的構造是本領域技術人員所公知的，可用於在正常操作中產生一種Gold碼副本。然而，這種碼發生器25還包括多路復用器46到48，用於在測試階段中配置上述發生器。在測試階段需要這樣來配置碼發生器25，令其在測試信號發生器中產生一種偽隨機碼副本，也就是重複長度為31(25-1)的碼。
偽隨機碼發生器25包括第一編碼器G1，其中串聯設置有十個觸發器40，用FF和各個觸發器的編號表示，第二編碼器G2，其中也串聯設置有十個觸發器，還有一個時移選擇器G2(TAP選擇器)用來確定具體的衛星碼。在正常操作中，編碼器G1的觸發器FF3和FF10各自的輸出在XOR型加法器41中相加。如果不為上述多路復用器46提供指令CS，觸發器FF10的輸出信號就自由通過(在圖中用虛線表示)多路復用器46。加法器41的輸出被引入觸發器40的FF1的輸入，每當時鐘敲擊點PRN-CLK上在最後一個觸發器FF10的輸出上產生一個第一編碼信號G1。這一時鐘信號PRN-CLK在正常操作時的值大約是1.023MHz，而在測試階段中的值大約是408kHz，它是中間測試信號的一個函數。
在測試階段對多路復用器46施加一個指令CS，僅有觸發器40的FF3和FF5的輸出在加法器41中相加。這種配置相當於參照圖3a所述的編碼器G1s，用來產生一個輸出信號G1s。
在編碼器G2中，觸發器FF2，FF3，FF6，FF8，FF9和FF10各自的輸出在XOR型加法器42中相加。加法器42的輸出通過多路復用器47被引入第一觸發器40的FF1的輸入。在正常操作中，如果不為上述多路復用器47提供指令CS，多路復用器47的輸出信號就自由通過(在圖中用虛線表示)多路復用器47。這樣，每當時鐘敲擊點PRN-CLK上就在第二編碼器G2的最後一個觸發器40FF10的輸出上產生一個第二編碼信號G2。
編碼器G2的觸發器FF2到FF5的輸出被引入XOR型加法器45，其輸出提供給多路復用器47的輸入。在測試階段中對多路復用器47施加一個指令CS，將加法器45的輸出引入第一觸發器FF1的輸入，代替加法器42的輸出。這種配置相當於參照圖3a所述的編碼器G2s，用來產生一個輸出信號G2s。
選擇器G2特別包括一個XOR型加法器43，用來將從第二編碼器G2的十個觸發器40當中選擇的兩個觸發器例如是觸發器40FF3和FF7的輸出信號相加，產生一個確定衛星的特殊碼。選擇器G2的加法器43還會產生一定的延遲，這是本技術領域中的技術人員所公知的。
如果不對多路復用器48施加指令CS，加法器43的輸出就能自由通過(在圖中用虛線表示)多路復用器48。因此，在正常操作中，選擇器G2的輸出可以在一個XOR型加法器44中與輸出G1相加而給出輸出信號G。在這種情況下，由輸出G確定特別為一個確定的衛星產生一個Gold碼副本。
在測試階段中對多路復用器48施加一個指令CS，這樣就僅有輸出G1和G2在加法器44中相加，以便產生一個與上文中參照圖3a所述的信號Gs相對應的信號。
圖4表示為本領域技術人員所公知的相關級中的相關器的不同電子元件。關於這種相關器的各種元件的具體細節，讀者可以參見Philip Ward所著並且編輯為Elliott D.Kaplan(Artech HousePubLishers，USA 1996)，ISBN出版號是0-89006-793-7的一本書「Understanding GPS Principles and Applications」的第五章所描述的技術，特別是圖5.8和5.13用大線路圖表示了圖4的所有元件。值得注意的是在該圖中用帶斜槓的粗體線表示一定數量的並行位。
在測試階段，相關級信道的所有相關器都是按相同的方式配置，用於代表相關和解調電路操作的測試。為了簡化以下的說明而僅僅描述了一個相關器。
該相關器包括一個載波混頻器20，一個碼混頻器21，積分計數器22，碼鑑別器23和載波鑑別器26，用於碼24和載波27的數字控制振蕩器，一個偽隨機碼發生器25，和一個用於載波的sin/cos表28。
首先，載波混頻器20的一個輸入端在正常操作中接收用虛線表示的中間IF信號，或是在測試階段接收中間測試信號IFtest。這些中間信號是複合信號，也就是說，它們是由符合公式(I+iQ)的一個同相信號I和一個雙相信號Q構成的。如上文所述，對到達混頻器20的信號的選擇是由微處理器控制裝置來執行的。在一個PRN碼控制環和一個載波控制環中處理這些中間信號。
在混頻器20中對中間信號IFtest執行乘法運算，一方面用Cosines負i乘以內部產生的載波副本的Sinus以便從中間複合信號中提取同相信號I，另一方面用負Sinus負i乘以內部產生的載波副本的Cosines以便從中間信號中提取雙相信號Q。
在這一載波相關操作之後將信號I和Q輸入一個碼混頻器21以便建立和內部產生的碼等效的PRN碼。一方面將同相信號I和雙相信號Q各自乘以PRN碼的一個早期副本E，另一方面乘以PRN碼的一個晚期副本L，給出四個輸出信號IE，IL，QE和QL。在每個相關級信道中僅僅保留有半片間隔的早期和晚期副本，不考慮中間的準時副本。
四個相關信號IE，IL，QE和QL被輸入到作為前置檢測元件的積分計數器22。用對應著Gold碼的一個完整周期的十個比特代表積分計數器22的四個輸出值IES，ILS，QES和QLS。然而，在碼和載波控制環中僅僅使用8個最高有效位。
在正常操作中，在每一毫秒或每一恆定相位延遲之後獲得完整的一組輸出值IES，ILS，QES和QLS，因為碼重複長度是1023片，而碼時鐘頻率是1.023MHz。與此相反，在碼重複長度縮短到31片而碼時鐘頻率是408kHz的測試階段中，是在大約每76μs之後獲得一組完整的輸出值。這一76μs的值對應著31除以408kHz。
為了在正常操作或測試階段中提供完整的組，積分計數器22隨著每一個碼序列的開頭或結尾開始計數。這樣就能估算用於獲得對應著積分時間比例也就是(1ms/76μs)乘以碼重複長度比例即1023/31的時間增益。用於相關和解調電路的閉環測試的時間增益大約比如果採用重複長度為1023片的偽隨機碼獲得的測試時間小435倍。如果在測試階段中將碼時鐘頻率固定在1023MHz，這一增益甚至能小1000倍，因為積分時間從76μs變成了大約31μs。
通過將用於IPS值的兩個輸出信號IES和ILS及用於QPS值的兩個輸出信號QES和QLS相加就可以獲得對應著偽準時值的另外兩個輸出值IPS和QPS。
在PRN碼控制環中將四個輸出信號IE，IL，QE和QL引入一個用來對上述輸出信號執行能量計算操作的碼鑑別器23。在碼鑑別器23中執行對一定數量整數周期例如是16個周期中的數值累計。還包括一個濾波器的這一鑑別器23為一個碼數字控制振蕩器(NCO)24提供一個濾波的碼相位環增量。這一相位環增量能夠通過調整相位而產生碼的副本。這樣，振蕩器24就從鑑別器23接收例如是一個濾波的28-位二進位字。
在一個搜索程序的開頭，通過微處理器及參數輸入和輸出寄存器提供一個碼相位增量INCR-C，以便固定必須由振蕩器24提供的碼時鐘頻率的起始值。當然，這一增量INCR-C的值對於電路處在正常操作模式或測試階段是不同的。
時鐘頻率信號PRN-CLK被提供給PRN碼發生器25，為產生偽隨機碼的早期和晚期副本確定時鐘。如果對碼發生器25施加一個指令CS，就意味著按照測試階段來配置該發生器，用以產生具有31個重複長度的代碼副本。同樣在測試階段中將增量INCR-C提供給數字控制振蕩器24，最好讓振蕩器輸出上的時鐘頻率PRN-CLK具有408kHz的值。
在載波控制環中，偽準時輸出信號IPS和QPS被輸入到載波鑑別器26。在一定數量整數周期例如是16個周期中用載波鑑別器26執行一種數值累計。還包括一個濾波器的這一鑑別器26向一個載波數字控制振蕩器(NC0)27提供一個濾波的載波環路增量。這一載波環路增量可以通過頻率調節而產生載波副本。例如，這一振蕩器27可以從鑑別器26接收一個濾波的24-位二進位字。
對於一個搜索程序開頭的碼控制環，可以通過微處理器輸入一個頻率增量INCR-P。頻率增量INCR-P可以將振蕩器27產生的載波頻率初步固定在與中間信號的載波頻率的一個近似值上。當然，這一增量INCR-P當電路處在正常操作模式或測試階段時是不同的。
來自數字控制振蕩器27的輸出信號被提供給sin/cos表28，由後者為混頻器20提供兩個合成信號。合成信號(Cosx-iSinx)和(-Sinx-iCosx)在混頻器20中與中間合成信號相乘後提供一個同相信號I和雙相信號Q。
如上所述，為調製到中間測試信號上的偽隨機碼選擇31片重複長度的做法能夠在電路測試階段中考慮到具有1023片重複長度的射頻信號中固有的噪聲。
提供給相關級的普通中頻信號IF包括的噪聲要比有用信號高大約16dB。因而必須要考慮到積分計數器22所提供的輸出信號上的真實信號的信噪比(SNR)，以便獲得與沒有噪聲的中間測試信號近似的值。一般來說，如果碼副本與中間測試信號碼是同相的，其輸出信號的SNR大約在15dB到20dB之間。
如果對相關級的測試是用從接收機外部產生的無噪聲射頻信號來執行的，積分計數器22就有可能出現飽和狀態。正是為此，才需要在用射頻測試信號來執行代表相關級操作的測試時為上述信號添加噪聲。與此相反，採用本發明的中間測試信號不需要添加噪聲，因為積分計數器的輸出值累加中不會出現飽和現象。
積分輸出信號的功率與接收機所接收的射頻信號之間的關係由公式PS＝(C/N0)Tσ2來決定，其中的(C/N0)T一項代表信噪比(SNR)，T取值為1ms，而σ2代表平均噪聲功率。中間測試信號由此產生的積分計數器輸出信號與包括噪聲的真實射頻信號的輸出功率具有近似的輸出功率。這樣就能用具有縮短到31片的偽隨機碼的無噪聲測試信號對相關級執行一種接近實際的閉環操作測試。
在測試階段的結尾，在積分計數器22的各個輸出信道中對中間信號消息解調，以便為微處理器提供數據。依據測試結果和接收到的數據，微處理器就能檢查各個相關級信道工作是否正常。由於縮短了偽隨機碼的重複長度，大大縮短了測試時間，同時又能保證閉環測試接近真實的操作測試。在這種閉環測試模式下可以完成對90％以上元件的測試。
如上所述，可以按照一個由微處理器裝置的程序來確定的時間周期重複這種閉環測試操作。當然，如果將帶有相關和解調電路又包括測試信號發生器的接收機安裝在由電池或蓄電池供電的便攜物體中，也可以使用這種程序。這種便攜物體例如可以是手錶或手持電話，這些設備即使在測試階段中也需要節省功率消耗。
儘管如此，也可以設想在接收機中安裝相關和解調電路之前來執行這種測試。在這種情況下，可以在一個測試臺上執行對相關級電路的閉環測試，或者甚至可以在電路或晶片生產線的末尾處執行測試。
在權利要求書所限定的本發明範圍之內，本領域的技術人員顯然還可以設想出相關和解調電路的其他實施例。能夠配置成正常操作模式和測試模式的這種電路可以用在採用確定的碼重複長度的調製信號的任何接收機中。可以由位於測試臺上的測試信號發生器來提供中間測試信號，發生器不一定要集成在電路中。然而，因為測試信號發生器僅僅包括四十來個邏輯門或觸發器，而整個電路具有接近2百萬個電晶體，這種構造只會給電路增加一點點空間。
權利要求
1.一種用於接收機(1)的相關和解調電路(6)，所接收的信號是用確定重複長度的第一碼調製的，上述第一碼規定了上述信號的發射源，上述電路包括一個相關級(7)，它被連接到用於按正常操作模式或測試模式配置上述相關級的一個控制裝置(2)上，在正常模式下，上述相關級可以接收對應著在接收機調製信號接收裝置(3)中整形的調製信號的中頻信號(IF)，上述中頻信號在上述相關級(7)的一個相關器控制環(8)中和一個由碼發生器(25)提供的第一碼的副本相關，其特徵在於在測試階段中，上述碼發生器(25)適合通過控制裝置(12)利用由一種比第一碼要短的第二重複碼調製的測試中頻信號(IFtest)，產生一個比用於相關操作的第一碼要短的第二重複碼的副本，並且提供給相關級(7)用來執行代表相關級閉環操作的一種測試，比採用第一碼調製的信號更快。
2.按照權利要求1的相關和解調電路(6)，其特徵在於它包括一個測試信號發生器(15)，它能夠在測試階段為相關級提供中頻測試信號(IFtest)代替來自接收機的中頻信號(IF)，上述測試信號是採用比第一碼的重複長度短的第二碼來調製的，用來執行代表相關級(7)的閉環操作的一種測試。
3.按照權利要求2的相關和解調電路(6)，對於射頻信號接收機(1)，第一碼是第一偽隨機碼，它對於各個發射衛星是不同的，其特徵在於測試信號發生器(15)在測試階段中提供採用比第一偽隨機碼的重複長度短的第二偽隨機碼來調製的測試信號(IFtest)，並且這一碼發生器(25)在測試階段中適合通過控制裝置(2)產生用於與測試信號相關操作的第二偽隨機碼的一個副本。
4.按照權利要求3的用於GPS接收機的相關和解調電路(6)，其特徵在於控制裝置是微處理器裝置(12，18)的一部分，它能夠計算位置，速度和時間數據，在相關操作的開頭修改控制環參數，並且在測試階段檢查相關級工作是否正常。
5.按照權利要求3和4之一的相關和解調電路(6)，其特徵在於相關級(7)包括各自設有一個相關器(8)的若干個信道(7』)，在正常操作時可以同時捕捉和跟蹤若干個看得見的衛星，而在測試階段中，所有相關級信道中的各個碼發生器(25)都改成產生相同的第二碼副本，僅僅從測試信號發生器(15)接收測試信號(IFtest)，以便同時檢查所有相關級信道的相關操作是否工作正常。
6.按照權利要求4的相關和解調電路(6)，其特徵在於由微處理器(12)的程序按照預定的時間周期發出相關級(7)的測試階段指令。
7.按照權利要求3到6之一的相關和解調電路(6)，其特徵在於測試信號發生器(15)在測試階段中產生由確定重複長度的第二偽隨機碼調製的載波頻率測試信號，從而在涉及到載波頻率和相關級的偽隨機碼的控制環中對按照第一偽隨機碼調製的射頻信號中的固有噪聲加以考慮，以便獲得和諸如積分計數器(22)等待檢測元件的輸出信號相近似的功率。
8.按照權利要求7的相關和解調電路(6)，其特徵在於微處理器裝置(12)與相關級各信道中的碼發生器(25)協作，按照第一或第二偽隨機碼的重複長度來確定待檢測元件的積分時間。
9.按照權利要求3或7的相關和解調電路(6)，其特徵在於測試信號發生器(15)包括一個第二偽隨機碼發生器，作為第一數字控制振蕩器(151)的一個8-位振蕩器，它根據微處理器裝置提供的第一二進位字為第二偽隨機碼發生器(152)提供時鐘信號(PRN-CLK)，作為第二數字控制振蕩器(153)的一個8-位振蕩器，它根據微處理器裝置提供的第二二進位字產生載波頻率信號，第二偽隨機碼被調製到上述載波頻率信號上，以及一個消息發生器(154)，其消息信號也被調製到載波頻率信號上，相關級(7)被用來為微處理器裝置提供測試消息數據，用於在閉環操作測試階段中檢查相關級。
10.按照權利要求7或9的相關和解調電路(6)，其特徵在於縮短的第二偽隨機碼的重複長度等於31，而射頻信號的第一偽隨機碼的重複長度等於1023，能夠在相關級待檢測元件(22)的一個輸出上提供考慮到射頻信號中固有噪聲的近似信號(IES，ILS，QES和QLS)。
11.按照權利要求3到5之一的相關和解調電路(6)，其特徵在於相關級(7)包括連接到相關器(8)上用於各個信道(7』)的一個控制器(9)，用來執行對所有同步任務中的數位訊號的一種處理算法，以便在正常操作模式或測試模式下為碼發生器(25)調節特定的相位和/或頻率參數。
12.按照權利要求5的相關和解調電路(6)，其特徵在於相關級(7)各信道中的相關器(8)包括用來產生載波頻率信號副本的一個裝置(27，28)，在正常操作模式或測試模式下可以由微處理器裝置(12)根據提供給相關器的中間信號的載波頻率來進行修改。
13.按照前述權利要求之一的相關和解調電路(6)，其特徵是上述電路的所有元件都被裝在單個半導體基片例如是一個矽基片上。
全文摘要
專用於一種偽隨機碼射頻信號接收機(1)的相關和解調電路(6)包括一個連接到控制裝置(12)上的相關級(7),由控制裝置來配置上述相關級的正常操作模式或測試模式。在正常操作中,上述相關級接收對應著在用於從接收機接收調製信號的一個裝置(3)中整形的射頻信號的一個中頻信號(IF)。上述中間信號在上述相關級(7)的一個相關器控制環(8)中和一個由碼發生器(25)提供的第一碼的副本相關。在測試階段中,碼發生器(25)適合通過控制裝置(12)產生一個重複長度比射頻信號的偽隨機碼要短的一種偽隨機碼的副本。具有縮短的偽隨機碼的中頻測試信號(IF
文檔編號H04B1/707GK1360399SQ01143668
公開日2002年7月24日 申請日期2001年12月17日 優先權日2000年12月18日
發明者P·-A·法林, J·－D·埃蒂恩尼, R·裡姆-維斯, E·菲羅茲 申請人:阿蘇拉布股份有限公司