专利名称：一种用于从第一和第二boc波形生成扩展波形的方法和生成器的制作方法
—种用于从第一和第二 BOC波形生成扩展波形的方法和生成器本申请是申请号为200780023193. O,PCT国际申请号为PCT/GB2007/002293、国际申请日为2007年6月20日、题为“信号、系统、方法及装置”的申请的分案申请。
背景技术：
本发明涉及信号、系统和方法，比如，调制、导航和定位信号、适于接收和处理该信号的系统方法和接收机。卫星定位系统(SPS)依赖于对由在特定星座或星座群中的多个卫星、或者基于地面或空气传播等效物广播的测距信号的无源测量。板上时钟被用于生成有规则且通常连续的一系列事件一常常称为“历元(epoch)”，其发生的时间被编码成随机或伪随机码(称为扩展码)，或者至少与之相关联。由于时间历元编码序列的伪随机或随机特征，输出信号 的频谱在由多个因素确定的频率范围上被扩展，这些因素包括扩展码元素的变化率以及用于扩展信号的波形。在现有技术中，在由发射电路滤波之前，扩展波形是恒定码片率的矩形，并且具有(sine)2函数功率谱。测距信号被调制到载波信号上以传送给无源接收机。覆盖陆地、空气传播、海上和太空使用的应用是已知的。典型地，采用二进制相移键控来调制其本身具有恒定幅度的载波信号。通常，至少两个这样的信号以相位正交的方式调制到相同的载波上。结果载波信号保持其恒定包络，但是具有取决于两个独立输入信号的四个相位状态。然而，应当领会，两个调制信号无需具有相同载波幅度。组合信号的恒定载波幅度将通过适当地选择除η /2弧度之外的相对应相位来保持是可能的。许多技术是已知的，借助这些技术使用加性方法(称为‘Interplex’调制)或者角度调制和相加法的组合一称为‘相干自适应副载波调制’(CASM)—来将两个以上的信号调制到相同载波上。这两种技术要求添加其它交调分量，该分量被导出以维持恒定载波幅度。例如，在‘Interplex’调制中，具有三个传送分量的技术是已知的，其中两个在一个载波相位上，且第三个在正交相位上。这些具有至少六个相位状态。此类卫星定位系统的示例是全球定位系统(GPS)。通常，GPS使用多个频率来工作，比如分别以1575. 42MHz、1227. 6MHz和1176. 45MHz为中心的L1、L2和L5。这些信号的每
一个都通过相应的扩频信号来调制。如本领域技术人员将领会的，由GPS卫星导航系统发射的粗略捕获(CA)码信号在使用I. 023MHz的扩展码率(码片率)的情况下在1575. 42MHz的LI频率上被广播。CA码信号具有矩形扩展波形，被二进制相移键控到副载波上并且被归类为BPSK-R1。GPS信号结构是这样的由卫星在LI频率上广播的信号具有相位正交的第二分量，其被称为精确码(P(Y))并且使其仅供授权用户使用。使用在信号功率上比CA码传输低3dB的幅度以10. 23MHz的扩展码来对P (Y)信号进行BPSK调制。因此，Q分量具有
一幅度，该幅度为I分量的幅度的O. 7071 (-3dB)。本领域技术人员应当领会，这些信号的这些状态相对于±1轴(如I⑶GPS 200C中规定的CA码信号的相位)的相角为±35. 265°。本领域技术人员还领会，P码是Y码的函数或者是通过Y码加密的。Y码被用于加密P码。本领域技术人员应领会，对于给定卫星i，包含I和Q分量的LI信号以及L2信号可表示为
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码的幅度，通常Ap = 2AC ；81)是1^2信号的幅度；ω i和ω 2是LI和L2载波频率；Pi (t)表示P (Y)测距码，并且是具有10 . 23Mcbps的码片率的伪随机序列。P码具有恰好为I星期的周期，取+1和-I值；Ci (t)表示CA测距码，并且为1023码片金色码，取+1和-I值；以及屯⑴表示数据消息，取+1和-I值。在不久的将来，期望指定M码的第三军用信号将由GPS卫星在LI频带内传送。卫星星座通常包括24或更多卫星，这些卫星常常在类似或类型形状的轨道上但在多个轨道平面上。来自每个卫星的传输是在相同标称载波频率上——在码分多址卫星(诸如GPS)的情形中，或者在附近相关频率上——诸如GL0NASS。卫星传送不同信号以使得每个卫星能够被单独选中，即使若干卫星同时可见时亦是如此。在类似GPS的CDMA系统中，来自每个卫星的信号借助不同扩展码和/或扩展码率的差异——即，Pi (t)和(3七)序列一来彼此区分开。然而，对于由卫星传送的信号之间的干扰而言，仍余留相当大的余地。典型地，CA码的功率谱在载波频率LI处具有最大功率，而在CA码的基础频率——I. 023MHz——的倍数处为零。因此，应当领会，在载波频率的任一侧——在±1. 023MHz、±2. 046MHz等处——存在零。类似地，P(Y)码的功率谱在LI与L2频率的中心处具有最大振幅，并且在土 10. 23MHz的倍数处存在零，如用sine函数波形所预期的。使用副载波调制测距码也是已知的，即，将另一信号与类似于P码和/或CA码的信号卷积，以创建二进制偏置载波(BOC)调制，如可从例如通过引用全部纳入于此的国际专利申请 PCT/GB2004/003745, 2001-2002 冬季，第 227-246 页，第 48 卷，Navigation,J. W. Betz 的 “Binary Offset Carrier Modulation for Radionavigation (用于无线电导航的二进制偏置载波调制)”以及Pratt，A. R.，Owen J. I. R.，美国，俄勒冈州，波特兰，2003. 9-122003 年 9 月，导航协会会议录(Proceedings of Institute of NavigationConference)的“Performance of GPS Galileo Receivers Using m-PSK BOC Signals(使用m-PSK BOC信号的GPS伽利略接收机的性能)”中领会到的。标准BOC调制是众所周知的。二进制扩展码的一部分与二进制副载波信号的组合产生用于调制譬如LI的载波的BOC信号。BOC信号是通由为矩形方波的二进制副载波(称为扩展码元调制)与扩展码元(扩展码元素序列)的乘积形成的。BOC扩展码元调制可被表示为例如Ci (t) *sign (sin (2 π fst))，其中fs是副载波的频率。本领域技术人员应当理解，BOC (fs，f。)标示使用fs的副载波频率以及f。的码率(或码片率)的二进制偏置载波调制。使用二进制偏置载波得到以下发射自卫星的信号的示例性信号描述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 为振幅；Hii (t)为用于信号的同相(余弦)分量的扩展码；gi(t)为用于信号的正交(正弦)分量的扩展码；SCiffl (t)表示对应于Hii (t)的副载波信号；scig (t)表示对应于gi (t)的副载波信号；ω工和ω 2被标示为LI和L2载波频率。应当领会，以上所表达的实施例针对LI信号在同相上使用单个分量，且在正交相·位上使用单个分量。类似地，L2信号包括单个分量。然而，本领域技术人员应当理解，LI和/或L2信号可使用一个或多个分量。BOC信号典型地为矩形或方波。然而，提出了涉及利用多个信号电平的更复杂的扩展码元调制，如可从例如以上提到的国际专利申请PCT/GB2004/003745以及Pratt，A. R.，Owen J. I. R.，美国，俄勒冈州，波特兰，2003. 9-12 2003年9月，导航协会会议录的“Performance of GPS Galileo Receivers Using m-PSK BOC Signals (使用 m_PSK BOC信号的GPS伽利略接收机的性能)”中领会到的。这些提供了用于更好控制结果信号频谱的手段，因为BOC扩展码元调制的功率谱密度Φη,π(χ)完全由下式定义，其中X是一般化频率变量
. πχ) . (πχΛsin ——.sin ——
______ , . . 2π \2η) \ m J= · ~r Τ| / \ '
ma>Q ·[——}.COS〔——I
.I J v2 J .其中X= ω/ω。在用作扩展码元调制波形的多电平数字波形的子集中，特定类别已被认为已赋予名称合成BOC(CBOC)，如可从例如出于所有目的通过引用纳入于此的美国，加利福尼亚州，长滩,2005,13-16 2005 年 9 月，导航协会会议录,Avila-Rodriguez, J. Α.等人的“RevisedCombined Galileo/GPS Frequency and Signal Performance Analysis (经修订的组合伽利略/GPS频率和信号性能分析)”中领会到的，其中若干二进制偏置波形信号被加性地组合以形成扩展码元调制波形。用于频谱控制的其它选择也已出现，即，使用时间复用技术，其中若干BOC扩展码元调制波形以定义的时间序列被组合，如可从以上PCT申请以及长滩，2005年9月13-16 日，GNSS 2005,导航协会会议录(Proceedings of Institute of NavigationConference),第 2448-2460 页，Pratt, A. R. , Owen, J. I. R.的 “Signal MultiplexTechniques in Satellite Channel Availability, Possible Applications toGalileo (可应用于伽利略的卫星信道可用性中的信号复用技术)”和圣地亚哥，2005年I月24-26日,导航协会，国家技术会议，会议记录，第332-345页,Pratt, A. R. , Owen, J. I.R.的“Signal Optimisation in LI (LI中的信号最优化)”中领会到的。此技术指派特定扩展码元调制一取自此类调制波形的定义字母表，每扩展元素(或时隙-按码元素量化)一种。通过选择哪种BOC调制被用在哪个时隙中的过程，每个扩展码元调制分量的相对比例可被控制。尽管仅这种布置的二进制版本是已知的，但对于本领域技术人员而言，多电平等效布置也是可能的，其中该多电平等效布置涉及用于确定在每个时隙使用哪种扩展码元调制的时间复用以及使用为多电平并且可以是基本BOC扩展码元波形的组合的扩展码元调制的字母表两者。示例性实现中的此类组合可以是加性或乘性的，或者可以是用于组合基调制波形的某些其它手段。复用BOC已提出了若干卫星导航系统使用公共调制频谱的建议，以使得信号/服务保持一定程度的互操作性，如可从例如对话C5第7页，2006年四月，圣地亚哥，IEEE PLANS/IoN 国家技术会议,会议记录，Hein, G. W.等人的 MBOC :The New Optimized SpreadingModulation for GALILEO LI OS and GPS L1C(MB0C :用于伽利略 OS 和 GPS LlC 的新最优化扩展调制)中领会到的。公共频谱不要求不同的卫星导航系统发射同样的波形。已 公开的公共频谱——称为复用BOC或MBOC——可通过时间复用技术或通过叠加(添加)所需BOC分量来获得。使用二进制偏置载波的时间复用技术已被称为TMB0C，而叠加技术已被称为合成B0C，或按其词首字母称为CB0C。在图2中示出了使用BOC调制分量构造扩展码元调制的时间复用方法，该图示出了一对信号200。整体BOC信号或副载波202包括第一扩展码元调制A的204到208个突发，其每个突发具有扩展码的一个码片的历时。有若干个使用这种调制的连续码片。整体MBOC 202还包括相异的第二扩展码元调制B——具有类似特性但具有不同载波偏置频率——的至少一个突发210。所绘制的MBOC 202还包括第三扩展码元调制突发212，其被标识为具有又一载波偏置频率的调制类型C。在已知领域中，这些调制突发的每一个具有BOC特定但具有公共码片率。在从导航卫星传输之前，载波信号和扩展码元调制进一步被扩展码214调制。可领会到，仅示出完整扩展码的示例性码片数目一码片η到码片n+4。对于具有二进制偏置载波扩展码元调制分量的时间复用技术，这些分量的相对幅度是根据专用于每一个的时间比例(以码序列元素或码片为单位计的)来确定的。在图2的示例中，分派给第一扩展码元调制A的比例为3/5，分派给B的为1/5，而分派给C的为1/5，假定这种模式将无限延续下去。对于本领域技术人员而言，应当清晰的是，落在每个分量的相对功率被设成1/N的倍数的这种限制内的其它比例是可能的，其中N是重复扩展序列的长度。这种限制还可通过对扩展序列的每个重复使用不同时间复用指派来克服。CBOCMBOC频谱的替换性表述是借助加性方法，由此两个时间连续二进制偏置载波扩展码元调制波形被加性组合。图3给出了使用这种方法产生的波形的例示300。示出了第一BOC分量302和第二 BOC分量304或波形。两个分量302和304的相对幅度通过BOC分量的每一个的振幅来控制。第一 BOC 302是基线BOC波形，它是B0C(1，I)波形。第二波形304例示了 B0C(5，1)波形。示出了扩展码306的多个码片——码片η到码片n+4。示出了通过第一波形302和第二波形304的加性组合产生的CBOC波形308。可以领会，CBOC波形308包括分别反映其与第一 BOC 302和第二 BOC 304的关系的第一和第二分量。与第一分量相比，第二分量310在幅度上减小。对于所示的2分量CBOC波形308，结果信号波形具有4个电平。通常，当从η个BOC波形导出时，CBOC波形具有2n电平。取决于相对振幅，这些电平的一部分可能是重合的。 二进制偏置载波扩展码元调制
标识二进制偏置载波调制的常规手段是通过两个参数η和m。调制被标示为B0C(n，m)，其中η应用于偏置载波的频率，而m指码片率。参数m和η常常与GPS类信号相关联，其中主控卫星时钟在10. 23MHz或其某个倍数或分数上振荡。这些参数可在随后呈现由以下表达的意义偏置载波频率=η X I. 023MHz码片率=m X 1.023M码片每秒。在包含两个BOC调制分量的时间复用频谱的已知实现中，扩展码元调制的相位在转变至每个码元素(码片)时是相同的。例如，如果BOC扩展码元调制在特定码元素的开头具有正向转变——具有值+1，而在特定码元素的开头具有负向转变——具有值-1，则这些相位指派可被应用于完整序列中的每个扩展码元。MBOC可由伽利略和GPS导航卫星使用的一个公共功率频谱密度(PSD)为
权利要求
1.一种从第一(404)和第二(418) BOC波形生成CBOC波形的方法，所述CBOC波形具有预定功率谱密度，所述功率谱密度包括在至少两个预定时间区间(码片n;码片n+1)上取平均的所述第一(404)和第二(418)B0C波形的功率谱密度的减小的交叉频谱项；所述方法包括将所述第一(404)和第二(418)BOC信号在所述至少两个预定时间区间(码片n ;码片n+1)中的后续预定时间区间(码片n+1)上的所述状态布置成与所述第一(404)和第二(418)BOC信号在所述至少两个预定时间区间(码片n;码片n+1)中的当前预定时间区间(码片n)上的所述状态互补的步骤。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述布置使得生成所述第一(404)和第二(418)B0C波形在所述至少两个预定时间区间(码片n ;码片n+1)上的功率谱密度的至少第一和第二互补交叉频谱项。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括在至少两个预定时间区间(码片n;码片n+1)上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率谱密度的至少减小的交叉频谱项的所述预定功率谱密度包括在至少两个预定时间区间(码片n;码片n+1)上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率谱密度的基本为零的交叉频谱项。
4.一种用于从第一(404)和第二(418)BOC波形生成CBOC波形的信号发生器,所述CBOC波形具有预定功率谱密度，所述功率谱密度包括在至少两个预定时间区间上取平均的所述第一(404)和第二(418)B0C波形的功率谱密度的减小的交叉频谱项；所述发生器包括用于将所述第一(404)和第二(418)BOC信号在所述至少两个预定时间区间中的后续预定时间区间上的所述状态布置成与所述第一(404)和第二(418)BOC信号在所述至少两个预定时间区间中的当前预定时间区间上的所述状态互补的装置。
5.如权利要求4所述的信号发生器，其特征在于，所述用于布置的装置使得生成所述第一(404)和第二(418)BOC波形在所述至少两个预定时间区间上的功率谱密度的至少第一和第二互补交叉频谱项。
6.如权利要求5所述的信号发生器，其特征在于，包括在至少两个预定时间区间上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率谱密度的至少减小的交叉频谱项的所述预定功率谱密度包括在至少两个预定时间区间上取平均的所述第一(404)和第二(418)BOC波形的功率谱密度的基本为零的交叉频谱项。
全文摘要
本发明的实施例提供了信号、系统、方法及装置，一种用于产生调制信号的方法，包括组合至少两个调制信号——例如BOC及其派生物，将其具有相应相对相位或状态({++，--}和{+-，-+})的部分(一个码片或多个码片)选择成多个所述部分的平均至少减小所述至少两个调制信号的合成复频谱的交叉频谱项。
文档编号G01S19/01GK102707293SQ20111045340
公开日2012年10月3日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月20日
发明者A·R·帕里特, J·I·R·欧文 申请人:国防部长