下变频方法、装置及带有该装置的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种下变频方法、装置及带有该装置的设备，该方法包括：接收数字中频信号；获取本地载波信号的相位值；根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值；根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性确定并输出数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。本发明的下变频方法、装置及带有该装置的设备避免了将数字中频信号与本地载波信号进行复杂的乘法和加法运算，节省了资源、减少了运算量、提升了信号处理速率。
【专利说明】下变频方法、装置及带有该装置的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理技术，尤其涉及一种下变频方法、装置及带有该装置的设备。
【背景技术】
[0002]在GNSS (Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统)中，天线接收到的卫星信号经模拟下变频后成为中频信号。为了对该卫星信号进行捕获、跟踪或伪时提取(伪随机码序列同步时钟提取)，需要对该中频信号进行数字采样以生成数字中频信号，采样的数字中频信号与本地正交载波相乘进行混频，实现对该卫星信号的载波剥离(下变频)，并生成同相信号(I)和正交信号(Q)，将该同相信号和正交信号与本地的伪随机码相乘即可实现解扩。解扩处理后，则可进行后续的例如捕获、跟踪、伪时提取等处理。
[0003]现有技术中在对数字中频信号进行下变频混频过程中，通常通过载波NCO输出本地载波信号的SIN值(正弦值)以及COS值(余弦值)，然后将其与中频信号的两路信号对应相乘，相乘的过程中需要进行大量的运算，占用较多资源，影响信号处理的效率。
【发明内容】
[0004]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0005]本发明的一个主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可提高信号处理效率的下变频方法及装置。
[0006]本发明的另一个主要目的在于提供一种带有上述下变频装置的设备。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种下变频方法，包括:
[0008]S1:接收数字中频信号；
[0009]S2:获取本地载波信号的相位值；
[0010]S3:根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值；
[0011]S4:根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性确定并输出数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。
[0012]为实现上述目的，本发明还提供了一种下变频装置，包括:
[0013]信号接收模块，用于接收数字中频信号；
[0014]相位值获取模块，用于获取本地载波信号的相位值；
[0015]查找模块，用于根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值；
[0016]处理模块，用于根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性确定并输出该数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。
[0017]为实现上述目的，本发明还提供一种设备，包括上述下变频装置。[0018]本发明的下变频方法、装置及带有该装置的设备，根据本地载波信号的相位值在查找表中查找正弦值和余弦值，并可根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性直接获取下变频后的两路信号，避免了将数字中频信号与本地载波信号进行复杂的乘法和加法运算，节省了资源、减少了运算量、提升了信号处理速率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0020]图1为全球卫星导航系统的一种实施例的方框图，该全球卫星导航系统可包括本发明的下变频装置。
[0021]图2为本发明下变频方法一种实施例的流程图。
[0022]图3为本发明下变频装置一种实施例的方框图。
【具体实施方式】
[0023]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0024]本发明提供了一种下变频方法，包括以下步骤:
[0025]S1:接收数字中频信号；
[0026]S2:获取本地载波信号的相位值；
[0027]S3:根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值；
[0028]S4:根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性确定并输出数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。
[0029]可选地，数字中频信号为I比特量化信号。
[0030]可选地，查找表中存储有平面直角坐标系下至少任意一个象限内的相位值的正弦值和余弦值；根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值具体为:
[0031]在获取的相位值无法直接在查找表中找到时，根据三角函数公式将相位值变换到查找表中存储的相位值的范围之内，再以变换后的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值；
[0032]在获取的相位值可以直接在查找表中找到时，以获取的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值。
[0033]可选地，根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性确定并输出数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的值，具体为:
[0034]数字中频信号描述为r=ri+j*rq,其中ri为实部，rq为虚部、j为虚数单位；
[0035]当ri=l, rq=l时，同相信号和正交信号的幅值分别为sin Θ和cos Θ ；
[0036]当ri=l, rq=_l时，同相信号和正交信号的幅值分别为cos Θ和-sin Θ ；
[0037]当ri=_l, rq=l时，同相信号和正交信号的幅值分别为_cos Θ和sin Θ ；[0038]当ri=_l, rq=_l时，同相信号和正交信号的幅值分别为_sin Θ和-cos Θ ；
[0039]其中Θ为获取的相位值。
[0040]本发明还提供了一种下变频装置，包括:
[0041]信号接收模块，用于接收数字中频信号；
[0042]相位值获取模块，用于获取本地载波信号的相位值；
[0043]查找模块，用于根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值；
[0044]处理模块，用于根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性确定并输出数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。
[0045]可选地，数字中频信号为I比特量化信号。
[0046]可选地，查找表中存储有平面直角坐标系下至少任意一个象限内的相位值的正弦值和余弦值；查找模块用于:
[0047]在获取的相位值无法直接在查找表中找到时，根据三角函数公式将相位值变换到查找表中存储的相位值的范围之内，再以变换后的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值；
[0048]在获取的相位值可以直接在查找表中找到时，以获取的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值。
[0049]可选地,数字中频信号描述为r=ri+j*rq,其中ri为实部，rq为虚部、j为虚数单位；处理模块用于:
[0050]在ri=l，rq=l时，使同相信号和正交信号的幅值分别为sin Θ和cos Θ ；
[0051]在ri=l，rq=_l时，使同相信号和正交信号的幅值分别为cos Θ和-sin Θ ；
[0052]在ri=_l，rq=l时，使同相信号和正交信号的幅值分别为_cos Θ和sin Θ ；
[0053]在ri=_l，rq=-l时，使同相信号和正交信号的幅值分别为-sin Θ和-cos Θ ；
[0054]其中Θ为获取的相位值。
[0055]本发明还提供一种设备，包括上述下变频装置。
[0056]参考图1,本发明下变频方法和装置可应用于GNSS(GlobalNavigation SatelliteSystem,全球卫星导航系统)中，该GNSS包括天线、射频模块、ADC (Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)、基带模块和后处理模块。天线用于接收卫星信号，射频模块对天线接收到的卫星信号进行模拟下变频以生成模拟中频信号，该模拟中频信号经ADC进行数字化采样后形成数字中频信号，该数字中频信号经基带模块中的数字下变频装置进行数字下变频后生成1、Q (同相和正交)两路信号，该1、Q两路信号在基带模块中与本地的伪随机码相乘可实现信号的解扩。解扩后的信号可经由后处理模块进行后续处理，例如捕获、跟踪、伪时提取等。上述ADC也可为比较器。
[0057]本发明下变频方法的一种实施例用于对该数字中频信号进行下变频，其包括以下步骤:
[0058]S1:接收数字中频信号。本步骤中，可接收来自ADC或者比较器的数字中频信号。该数字中频信号具体可描述为:r = ri+j*rq,其中ri为实数，rq为虚数，j为虚数单位。
[0059]S2:获取本地载波信号的相位值。本步骤具体可通过检测NCO输出的本地载波信号以获取其相位值，本地产生的正交载波信号具体可描述为S = si+j*sq，其中Si为实数，sq为虚数，j为虚数单位。本步骤中获取的相位值可介于0-360度之间。[0060]S3:根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值。
[0061]S4:根据查找的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性确定并输出数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。
[0062]具体地，查找表中可存储介于0-360度之间的多个相位值的正弦值和余弦值，则在查找时，可以获取的相位值为地址在查找表中查找对应的正弦值和余弦值。
[0063]为了节省存储空间，也可仅存储在平面直角坐标系下至少任意一象限内的相位值的正弦值和余弦值，在获取的相位值不在该象限内时，无法直接在查找表中查找获取的相位值，则根据三角函数公式将获取的相位值变换为查找表中存储的对应的相位值，并以查找表中存储的对应的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值。
[0064]例如，查找表中可仅存储第一象限内，即O度-90度之间的相位值的正弦值和余弦值，即，仅将0-90度之间的相位值作为地址存储对应的正弦值和余弦值。
[0065]假设获取的相位值为Φ 1，Φ 2为查找表中存储的一个相位值，且Φ I和Φ 2之间存在如下关系:
[0066]当φ I 在第二象限时，Φ 1=180- Φ 2，则 Φ 2=180- Φ I ；
[0067]当Φ I 在第三象限时，Φ 1=180+Φ 2;则 Φ 2= Φ 1-180;
[0068]当Φ I 在第四象限时，Φ 1=360-Φ 2;则 Φ2=360_Φ1;
[0069]那么可根据以下三角函数公式(fl) - (f6)将无法直接在查找表中找到的相位值变换到查找表中存储的相位值的范围之内，再以变换后的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值，再根据获取的相位值确定其正弦值和余弦值的正负。
[0070]sin( π-a) =sina,(fl)；
[0071]cos ( π-a) =_cosa,(f2)；
[0072]sin ( π+a) =_sina,(f3)；
[0073]cos ( π+a) =_cosa，(f4)；
[0074]sin (2k π - a ) =-sin a ,(f5)；
[0075]cos (2k π - a ) =cos a , (f6)。
[0076]当Φ1在第二象限时:
[0077]由上式(fl)可知，sinΦ l=sin (180—Φ 2) =sin Φ 2,(fl.1)
[0078]由上式(f2)可知，cosΦ l=cos (180-Φ 2) =_cos Φ 2,(f2.1)；
[0079]所以，当Φ1在第二象限时，要想获得sincM和coscM，则可以以Φ2为地址查找到sin Φ 2 cos Φ 2，再根据上式(Π.1)和(f2.1)，将查找的sin Φ 2确定为sin Φ I,cos Φ 2翻转为-cos Φ 2确定为cos Φ I。
[0080]当Φ1在第三象限时:
[0081]由上式(f3)可知，sinΦ l=sin (180+Φ 2) =_sin Φ 2, (f3.1)；
[0082]由上式(f4)可知，cosΦ l=cos (180+Φ 2) =_cos Φ 2, (f4.1)；
[0083]所以，当Φ I在第三象限时，要想获得sincM和coscji I，则可以以Φ 2为地址查找到sin Φ 2 cos Φ 2，再根据上式(f3.1)和(f4.1)，将查找的sin Φ 2作为翻转为-8?ηΦ2确定为sin<i) I，将查找的cos<i) 2翻转为_cos<i)2确定为cos Φ I。
[0084]当Φ1在第四象限时:
[0085]由上式(f5)可知，sinΦ l=sin (360-Φ 2) =_sin Φ 2,(f5.1)；[0086]由上式(f6)可知，cos Φ l=cos (360-Φ 2) =cos Φ 2, (f6.1)；
[0087]所以，当Φ I在第四象限时，要想获得--ηΦ I和coscji I，则可以以φ 2为地址查找到sin Φ 2 cos Φ 2，再根据上式(f5.1)和(f6.1)，将查找的sin Φ 2作为翻转为-8?ηΦ2确定为sin<i) I，将查找的cos<i) 2确定为cos Φ I。
[0088]因此，步骤S4中，根据查找的正弦值和余弦值和数字中频信号的极性确定1、Q两路信号的幅值时，具有两种情形，一种是当获取的相位值可直接在查找表中找到时，直接根据数字中频信号的极性对查找到的正弦值和余弦值进行极性处理(保持极性不变、将正变为负或将负变为正)后分别作为1、Q两路信号的幅值。
[0089]另外一种是，当获取的相位值不能直接在查找表中找到时，需要首先根据对应的三角函数公式对查找的正弦值和余弦值进行第一极性处理，将其变换为获取的相位值的正弦值和余弦值，然后根据数字中频信号的极性对该获取的相位值下的正弦值和余弦值进行第二极性处理。此处所描述的第一极性处理和第二极性处理的先后顺序仅仅是为了说明其原理，实际实施本发明时，该第一极性处理和第二极性处理可同时进行，或者，先进行第二极性处理，再进行第一极性处理。
[0090]上述数字中频信号的极性是指该数字中频信号的同相、正交两路信号的值(ri和rq)为正或为负。由于本实施例中，该数字中频信号为I比特量化信号，则其极性可包括以下四种:第一种为ri=l, rq=l ;第二种为ri=l, rq=-l ;第三种为ri=_l, rq=l ;第四种为ri=-l, rq=-l。
[0091]步骤S4中，可依照以下描述的数字中频信号的极性与1、Q两路信号的幅值的关系来确定1、Q两路信号的幅值:
[0092]当ri=l,rq=l时，同相信号和正交信号的值分别为sin Θ和cos Θ ;iri=l，rq=-l时，同相信号和正交信号的值分别为COS Θ和-Sin Θ ;当ri=_l，rq=l时，同相信号和正交信号的值分别为-COS Θ和Sin Θ ;当ri=-l, rq=-l时，同相信号和正交信号的值分别为-sin Θ和-cos Θ，其中Θ为获取的相位值。
[0093]下面通过举例进一步对步骤S4进行说明:
[0094]例如，假设查找表中存储的相位值在90-180度之间、获取的相位值Θ I也在90-180度，且查找表中与Θ I对应的正弦值和余弦值分别为A4和B4，则可在查找表中查找到正弦值A4和余弦值B4。此时如果数字中频信号的两路信号(分别设为ri和rq)均为+1，则保持正弦值A4和余弦值B4的极性不变(均为正)，并将A4和B4分别确定为I (同相信号)、Q (正交信号)两路信号的幅值；如果ri为+l，rq为-1，则保持余弦值B4极性不变，将正弦值A4的极性变为负，则1、Q两路信号的幅值分别为-A4和B4。
[0095]假设获取的相位值Θ 2在第一象限，查找表中存储有一个第三象限的相位值Θ 3和一个第四象限的相位值Θ4，且Θ2和Θ3以及Θ2和Θ 4之间具有如下关系:Θ 2= Θ 3-180，Θ 2=360- Θ 4。则可以Θ 3为地址查找sin Θ 3和cos Θ 3，并根据Θ 2和Θ 3的正弦值、余弦值之间的关系得到的sin Θ 2, cos Θ 2以及数字中频信号的极性确定1、Q两路信号的幅值；或者以Θ 4为地址查找sin0 4和cos Θ 4，并根据Θ2和Θ 4的正弦值、余弦值之间的关系得到的sin Θ 2, cos Θ 2以及数字中频信号的极性确定1、Q两路信号的幅值。例如: [0096]sin Θ 2=_sin θ 3, cos Θ 2=_cos θ 3,当 ri 为 +1, rq 为-1 时，同相信号的幅值为-COS Θ 2=cos θ 3，正交信号的幅值为-sin Θ 2=sin θ 3。
[0097]sin Θ 2=_sin θ 4，cos Θ 2=cos θ 4，当 ri 为-1，rq 为 I 时，同相信号的幅值为-cos Θ 2=-cos Θ 4，正交信号的幅值为sin Θ 2=_sin θ 4。
[0098]该1、Q两路信号的幅值与获取的相位下的正弦值和余弦值以及数字中频信号的极性之间的关系是通过以下推论得到的:
[0099]设对该数字中频信号进行下变频后的信号为:
[0100]dem=r*s= (ri+j^rq) * (si+j*sq)(I)
[0101]令数字下变频后的信号为dem = demi+j*demq，其中demi为实数，用以描述对数字中频信号进行下变频后得到的同相信号；demq为虚数，用以描述对数字中频信号进行下变频后得到的正交信号；j为虚数单位。贝U:
[0102]demi = ri*si_rq*sq
[0103]demq = ri*sq+rq*si(2)
[0104]令si=Sin[$]，sq=Cos[$]，其中Φ为任意相位值，贝丨J有
【权利要求】
1.一种下变频方法，其特征在于，包括以下步骤: S1:接收数字中频信号； s2:获取本地载波信号的相位值； s3:根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值； S4:根据查找的正弦值和余弦值以及所述数字中频信号的极性确定并输出所述数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。
2.根据权利要求1所述的下变频方法， 其特征在于，所述数字中频信号为I比特量化信号。
3.根据权利要求1或2所述的下变频方法，其特征在于，所述查找表中存储有平面直角坐标系下至少任意一个象限内的相位值的正弦值和余弦值；根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值具体为: 在获取的相位值无法直接在所述查找表中找到时，根据三角函数公式将所述相位值变换到所述查找表中存储的相位值的范围之内，再以变换后的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值； 在获取的相位值可以直接在所述查找表中找到时，以获取的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值。
4.根据权利要求2所述的下变频方法，其特征在于，根据查找的正弦值和余弦值以及所述数字中频信号的极性确定并输出所述数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值，具体为: 所述数字中频信号描述为r=ri+j*rq,其中ri为实部，rq为虚部、j为虚数单位； 当ri=l, rq=l时,所述同相信号和正交信号的幅值分别为sin θ和cos θ ； 当ri=l, rq=-l时,所述同相信号和正交信号的幅值分别为cos θ和-sin θ ； 当ri=-l, rq=l时,所述同相信号和正交信号的幅值分别为-cos θ和sin θ ； 当ri=-l, rq=-l时,所述同相信号和正交信号的幅值分别为-sin θ和-cos θ ； 其中θ为获取的相位值。
5.一种下变频装置，其特征在于，包括: 信号接收模块，用于接收数字中频信号； 相位值获取模块，用于获取本地载波信号的相位值； 查找模块，用于根据获取的相位值在查找表中查找对应的正弦值和余弦值； 处理模块，用于根据查找的正弦值和余弦值以及所述数字中频信号的极性确定并输出所述数字中频信号下变频后的同相信号和正交信号的幅值。
6.根据权利要求5所述的下变频装置，其特征在于，所述数字中频信号为1比特量化信号。
7.根据权利要求5或6所述的下变频装置，其特征在于，所述查找表中存储有平面直角坐标系下至少任意一个象限内的相位值的正弦值和余弦值；所述查找模块用于: 在获取的相位值无法直接在所述查找表中找到时，根据三角函数公式将所述相位值变换到所述查找表中存储的相位值的范围之内，再以变换后的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值； 在获取的相位值可以直接在所述查找表中找到时，以获取的相位值为地址，查找对应的正弦值和余弦值。
8.根据权利要求6所述的下变频装置，其特征在于，所述数字中频信号描述为r=ri+j*rq,其中ri为实部，rq为虚部、j为虚数单位；所述处理模块用于: 在ri=l, rq=l时,使所述同相信号和正交信号的幅值分别为sin Θ和cos Θ ； 在ri=l, rq=-l时,使所述同相信号和正交信号的幅值分别为cos Θ和-sin Θ ； 在ri=-l, rq=l时,使所述同相信号和正交信号的幅值分别为-cos Θ和sin Θ ； 在ri=-l, rq=-l时,使所述同相信号和正交信号的幅值分别为_sin Θ和-cos Θ ； 其中Θ为获取的相位值。
9.一种设备，其特征在于，包括权利要求5-8中任意一项所述的下变频装置。
【文档编号】H04L25/03GK103916149SQ201210594073
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】吴林, 卢艳娥, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:西安合众思壮导航技术有限公司