Gnss接收机中的接收分集的制作方法
【专利摘要】本申请中所公开的主题涉及在两个或更多个在物理上分离的天线处接收一个或多个SPS信号。在一方面，来自在物理上分离的天线的信号可被下变频为复合数字信号，复合数字信号可经历进一步处理以改善与例如位置估计操作相关的一个或多个性能度量。
【专利说明】GNSS接收机中的接收分集
[0001]本申请是申请日为2010年6月24日，申请号为201080035686.8的发明专利申请
的分案申请。
【技术领域】
[0002]本申请中公开的主题涉及接收从诸如举例来说全球导航卫星系统之类的通信系统发送的无线信号。
【背景技术】
[0003]卫星定位系统(SPS)可包括一种发射机的系统，该发射机的系统被定位为使得实体能够至少部分地基于从发射机接收的信号来确定它们在地球上的位置。这种发射机通常发送以一组数量的码片中的重复的伪随机噪声(PN)码进行标记，并且这种发射机可位于基于地面的控制站、用户设备和/或航天器上。在特定示例中，这种发射机可位于地球轨道卫星上。例如，诸如全球定位系统(GPS)、伽利略(Galileo)、格洛纳斯(Glonass)或北斗之类的全球导航卫星系统(GNSS)的集群(constellation)中的卫星可发送以PN码进行标记的信号，其中该PN码可与由该集群中的其它卫星发送的PN码区分开。为了估计接收机的位置，导航系统可至少部分地基于对从卫星接收的信号中的PN码的检测，使用公知技术，来确定从接收机的“视角”来看的、到卫星的伪距(PSeudorange )测量。
[0004]图1示出了 SPS系统的应用，其中，无线通信系统中的移动站(MS)IOO接收来自视线内的航天器(SV)102a、102b、102c、102d的、去往MS100的传输，并从这些传输中的四个或更多个传输中获得时间测量。MS100可向位置服务器104提供这种测量，该位置服务器104根据这些测量来确定或估计该站的位置。可替代地，用户站100可根据该信息来确定或估计其自身的位置。
[0005]无线通信系统接收机或定位位置系统接收机(例如，举例来说，如上所述的移动站100)可能会经历各种状况下的信号获取和/或跟踪的困难。这种状况可包括微弱的和/或衰落的信号、频率漂移、以及噪声，这仅仅是几个示例而已。这些状况可导致例如获取灵敏度下降、数据解调性能降低、信号的可用性下降、测量质量降低、以及用于位置确定的“准备时间(time to fix)”(TTF)的增加。
【发明内容】
[0006]在一方面，可在移动站的两个或更多个在物理上分离的天线处接收一个或多个无线信号。所述两个或更多个天线可向移动站的接收机提供相应的两个或更多个射频信号。所述射频信号中的一个或多个射频信号可在接收机的一个或多个相应的路径中被下变频以生成一个或多个中等频率信号，并且所述一个或多个中等频率信号可被转换成包括同相分量和正交分量的一个或多个复合数字信号。所述一个或多个复合数字信号可被处理以执行位置估计操作，其中包括检测一个或多个峰值。【专利附图】
【附图说明】
[0007]将参照附图描述非限制性和非穷尽的示例，其中，贯穿各幅图，类似的附图标记指代类似的部件。
[0008]图1是包括移动站的示例性卫星定位系统(SPS)的框图。
[0009]图2是示例性移动站接收机的示意性框图。
[0010]图3是示例性非相干组合器单元的示意性框图。
[0011]图4是示例性相干组合器单元的示意性框图。
[0012]图5是示例性离线相干组合器单元的示意性框图。
[0013]图6是示例性相位估计单元的示意性框图。
[0014]图7是示例性选择分集配置的示意性框图。
[0015]图8是示例性扫描分集配置的示意性框图。
[0016]图9是用于移动站的示例性移动接收机和非相干信号组合器的示意性框图。
[0017]图10是用于移动站的示例性移动接收机和相干信号组合器的示意性框图。
[0018]图11是用于在具有两个或更多个在物理上分离的天线的接收机处处理一个或多个无线信号的方法的示例性实施例的流程图。
[0019]图12是根据一方面的用于处理信号以确定定位位置的系统的示意图。
[0020]图13是根据一方面的移动站的示意图。
【具体实施方式】
[0021]如以上所论述的，无线通信系统接收机或定位位置系统接收机(例如，举例来说，如上所述的移动站100)可经历在各种状况(例如，微弱的和/或衰落的信号、频率漂移、以及噪声)下的信号获取和/或跟踪的困难。这些状况可导致例如获取灵敏度下降、数据解调性能降低、信号的可用性下降、测量质量降低、以及用于位置估计的“准备时间(time tofix)” (TTF)的增加。
[0022]在一方面，为了在考虑到以上提及的状况的情况下提高移动站接收机性能，接收机可对两个或更多个在物理上分离的天线进行合并(incorporate)。由SPS发送的信号可在两个或更多个在物理上分离的天线处接收到，并且在这些分离的天线处接收到的信号可能经历了不同的无线信道状况。在这种环境中，对来自不同路径的信号进行组合可显著提高信号质量。进一步地，至少在某些环境中，对来自不同路径的信号进行组合可有助于去除至少某些热噪声。
[0023]在另一方面，可使用各种组合算法(包括例如非相干和相干算法)对来自两个或更多个在空间上分离的天线的采样进行组合。如以下更充分地论述的，还可使用选择和/或扫描算法。对信号进行组合可产生各种优点，包括例如GNSS信号的获取和跟踪灵敏度提高、数据解调性能提高、信号的可用性增加、测量质量增强、和/或用于位置估计操作的TTF减少。
[0024]在信号正在衰落的状况下，结果可能是接收信号强度的减小。然而，如果在两个在物理上分离的天线处接收到衰落信号，那么两个天线处的信号都受到类似衰落的可能性较小。也就是说，在不同的天线处接收的信号可能是以相关性较小的方式衰落的。本文中描述的示例性组合技术可利用这种特性来提高接收机灵敏度。在有噪声的环境下也可获得改善，其中，对在物理上分离的天线处接收的信号进行组合可得到例如高达1.5到3dB的改善。两个或更多个在物理上分离的天线的使用可称为“空间分集”。
[0025]如本文中所使用的，术语“移动站”(MS)指代定位位置可能随时间而改变的设备。举几个例子来说，定位位置的改变可包括方向、距离、定向(orientation)等等的改变。在特定示例中，移动站可包括蜂窝电话、无线通信设备、用户设备、膝上型计算机、其它个人通信系统(PCS)设备、个人数字助理(PDA)、个人音频设备(PAD)、便携式导航设备、和/或其它便携式通信设备。移动站还可包括适于执行由机器可读指令控制的功能的处理器和/或计算平台。在以下论述中，描述了移动站的各个另外的示例性方面。
[0026]图2是示例性移动站接收机前端电路200的示意性框图。在一方面，移动站100可包括接收机前端电路200。对于本示例来说，包括了天线210和天线220。在一方面，天线210可与包括带通滤波器(BPF) 211、低噪声放大器(LNA) 212、以及复合下变频器213的接收机路径相关联。针对该示例，接收机路径还包括基带滤波器251和模数转换器261。在另一方面，天线220可与包括BPF221、LNA222、以及复合下变频器223的另外的、分离的接收机路径相关联。所述分离的接收机路径亦可包括基带滤波器252和模数转换器262。在一方面，天线210和220可包括能够接收射频信号的任何天线。在另一方面，天线210和220可在物理上分开一定距离。举一个例子，该距离可近似地包括预期在天线处接收的信号的波长。当然，这仅仅是天线可分开的一个示例性距离，并且所主张的主题的范围在这点上不局限于此。
[0027]在一方面，复合下变频器213和223可被提供来自本地振荡器(LO) 430的振荡信号。以此方式，单个振荡器可用于上述这些复合下变频器。然而，所主张的主题的范围在这点上不局限于此。在另一方面，复合下变频器213可从LNA212接收较高频率的实(real)信号，并且可使用由L0230提供的信号来将来自LNA212的信号下变频为可提供给基带滤波器251的较低频率的复合信号。由复合下变频器213生成的较低频率的复合信号可称为包括同相分量和正交分量的模拟基带信号。类似地，复合下变频器223可使用由L0230提供的信号来将从LNA222接收的较高频率的实信号下变频为可提供给基带滤波器252的复合模拟基带信号。
[0028]如本文中所使用的下变频(downconversion)”涉及将具有第一频率特性的输入信号变换为具有第二频率特性的输出信号。在一个特定实现中，尽管所主张的主题的范围在这点上不局限于此，但是这种下变频可包括第一信号到第二信号的变换，其中第二信号具有与第一信号的频率相比更低频率的频率特性。这里，在特定示例中，这种下变频可包括射频(RF)信号到基带信号和/或基带信息的变换。然而，这些仅仅是下变频的示例，所主张的主题的范围在这点上不局限于此。
[0029]模数转换器(ADC) 261可从基带滤波器251接收模拟基带信号，并且可生成包括同相分量和正交分量的复合数字信号S1201。ADC262可从基带滤波器252接收模拟基带信号，并且可生成第二分离复合数字信号S2202。随后，数字基带处理引擎可处理复合数字信号S1201和S2202以执行导航操作(仅仅作为一个示例应用)。如以下将描述的，可使用以下所述的各种示例性组合、扫描、和/或选择算法中的任何算法，对从在物理上分离的天线处接收的信号中得到的复合数字信号S1201和S2202进行组合或以另外的方式利用，从而提高移动站的若干性能方面的任何方面。[0030]尽管本文中所描述的示例公开了两个天线和两个接收机前端路径，但是其它示例可使用多于两个天线和接收机前端路径。另外，尽管在图2的接收机前端200中描述的两个接收机前端信号路径被描绘为保持从天线到ADC261和262的分离路径，但是例如，根据所主张的主题的其它示例可在某个点处对信号路径进行组合以共享组件。组合信号可在另一点处通过复合下变频过程而被分离，从而恢复分离的基带信号和信号路径。然而，这仅仅是可如何对接收机前端的某些功能进行组合的示例，并且所主张的主题的范围在这点上不局限于此。进一步地，尽管本文中所描述的示例围绕GNSS接收机为中心，但是所主张的主题的范围在这点上不局限于此，并且本文中所公开的各个方面可进行一般化以用于非GNSS接收机中。
[0031]图3是示例性非相干组合器单元310的示意性框图。如以上所论述的，为了在考虑到各种信号降级状况的情况下提高移动站接收机性能，移动站可对两个或更多个在物理上分离的天线进行合并。由SPS发送的信号可在两个或更多个在物理上分离的天线处被接收，并且在分离天线处接收的信号可经历不同的无线信道状况。对来自不同路径的信号进行组合可显著提高信号质量并提高移动站在信号获取和跟踪方面的性能。
[0032]对于图3的示例来说，以上所述以及图2中所描绘的示例性接收机前端200可生成两个复合数字信号S1201和S2202。针对该示例，可对这两个复合数字信号进行非相干组合，以产生可用于位置估计操作的组合数字信号315 (作为仅一个示例应用)。在一方面，作为针对移动站的位置估计操作的一部分，在准备由测量和位置引擎进行另外的处理的过程中，组合数字信号315可经历相关峰值检测操作。
[0033]非相干组合器310可包括第一单元311，在第一单元311中，使用例如本领域普通技术人员已知的技术，两个复合数字信号SI和S2可经历解扩和旋转操作。另外，可执行相干累积和非相干累积操作。可在组合器单元312处接收得到的采样流SI，301和S2’ 302，对于本示例，组合器单元312可包括非相干累积组合器。组合器312可生成组合数字信号315。
[0034]应当看到，对于图3的非相干组合示例来说，维持了两个分离的分支，直到信号在非相干组合器312处进行了组合为止。在一方面，分离的分支被维持以用于旋转和解扩操作，并且用于在单元311处执行的相`干和非相干累积。在一方面，各个分支的非相干累积得到的和被加到非相干组合器312中。对于本示例，SI’ 301和S2’ 302分别表示进行了旋转和解扩的SI和S2信号，所述进行了旋转和解扩的SI和S2信号进一步经历相干累积以及随后的非相干累积。继续本示例，令
f,,,ο\f..0-1、
K ( M Y ( MK [{ M r { M V
[0035]Sl=Y^+ ￡a.,,并且 S2'=艺艺/,.,2 + YjQi2(1)
j—\ V ?=? J V i—\ J/=1、i=l J 、/=1 J
、JV'-J
[0036]其中Ii l, Qi l, Ii；2, Qi 2是针对SI和S2的两个分支的同相和正交采样，并且{M，K}分别是相干和非相干求和的数量。对于本示例来说，等式I的内括号内部的求和表示单元311的相干累积操作，并且外括号内的元素的求和表示单元311的非相干累积操作。为了产生组合数字信号315，非相干组合器312在其输出处产生kjl’ +k2S2’，其中Ii1, k2表示组合权重值。当然，加权技术不限于上述的{0，1}方案。相反，这仅仅是一个示例性加权技术，并且所主张的主题的范围在这点上不局限于此。[0037]如先前所提及的，对于一个示例应用，组合信号315可能会受到与发生在具有单个天线的接收机中的处理类似的进一步处理，以识别相关峰值，并提供导航操作的测量。然而，由于该示例，来自在物理上分离的天线的两个信号已被组合，信号完整性可得到提高，并且因而接收机性能可得到增强。
[0038]在一方面，信号流SI和S2的两条路径可具有不同的组延迟特性，其至少部分地由以下因素产生:温度效应、滤波器效应、制造过程变量、和/或两个天线之间的距离(作为仅仅几个示例因素)。为了补偿这种组延迟，移动站100可执行自校准操作以使接收机的路径同步。在一方面，自校准操作可包括:如果存在可观测到的信号，则测量来自于接收机的每条路径的延迟的差。所测量得到的差可用于调整这些路径中的一条路径的定时(timing)，以使这些路径同步。在另一方面，该自校准操作可被执行为针对接收机和/或移动站的制造过程的一部分。可替代地，可在现场(in the field)执行自校准操作。在一方面，自校准操作可执行单次，或者在另一方面，自校准操作可定期地执行和/或根据需要执行。当然，所主张的主题的范围在这点上不局限于用于执行自校准操作的任何特定频率和/或调度。进一步地，在另一方面，可针对这里所描述的示例中的任一示例来执行自校准操作。
[0039]图4是示例性相干组合器单元410的示意性框图。如上所述，如利用图3的示例，为了在考虑到各种信号降级状况的情况下提高移动站接收机性能，移动站可对于耦合到具有多条路径的接收机前端200的两个或更多个在物理上分离的天线进行合并，并且对来自不同路径的信号进行组合可提高信号质量。
[0040]对于图4的示例，如上描述和在图2中描绘的示例性接收机前端200可生成两个复合数字信号S1201和S2202。对于该示例，两个复合数字信号可由相干组合器单元410进行相干组合，以产生组合数字信号415，以用于位置估计操作(作为仅一个示例应用)。在一方面，在准备作为针对移动站的位置估计操作的一部分的另外处理的过程中，组合数字信号415可经历峰值检测操作(作为仅一个示例应用)。
[0041]相干组合器410可包括第一单元411，在第一单元411中，使用例如本领域普通技术人员已知的技术，两个复合数字信号S1201和S2202可经历解扩和旋转操作。另外，可在单元411处执行相干累积操作。可在相干组合器412处接收得到的采样流SI’ 401和S2’402。组合器412可生成相干采样流SeA403，相干采样流SMh403可在单元413处经历非相干求和以产生组合数字信号415。在一方面，这些操作可以每个卫星为基础来执行，但是所主张的主题的范围在这点上不局限于此。
[0042]还应当看到，对于图4的相干组合示例，维持了两个分离的分支，直到信号在相干组合器412处进行了组合为止。在一方面，分离分支被维持以用于旋转和解扩操作，并且被进一步维持以用于单元411处执行的相干累积。针对每个分支的相干累积得到的和被提供给相干组合器412，并且可在单元413处对组合流执行非相干求和。对于本示例，S1’401和S2M02分别表示进行了旋转和解扩的SI和S2信号，这些信号在单元411中进一步经历相干累积。继续本示例，令
[0043]
【权利要求】
1.一种用于接收无线信号的方法，所述方法包括:在移动站的两个或更多个在物理上分离的天线处接收一个或多个卫星定位系统(SPS)信号，所述两个或更多个天线被配置为向所述移动站的接收机提供相应的两个或更多个射频信号；在所述接收机的前端的一个或多个路径中对所述射频信号中的一个或多个相应的射频信号进行下变频，以生成包括同相分量和正交分量的两个或更多个复合数字信号；以及处理所述两个或更多个复合数字信号，以至少部分地改善与位置估计操作相关的一个或多个性能度量，包括:根据非相干组合算法对所述两个或更多个复合数字信号进行组合以生成组合数字信号，其中，所述非相干组合算法包括: 分别对所述两个或更多个复合数字信号中每一个进行解扩和旋转；以及 在非相干组合操作中对解扩信号进行组合，以产生所述组合数字信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述处理所述两个或更多个复合数字信号的步骤另外还包括:检测一个或多个峰值。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述非相干组合操作包括: 分别对针对所述两个或更多个复合数字信号的解扩和旋转操作的结果进行相干累积； 分别对针对所述两个或更多个复合数字信号的所述相干累积的结果进行非相干累积，以产生两个或更多个非相干累积；以及 将所述两个或更多个非相干累积相`加以生成所述组合数字信号。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述将所述两个或更多个非相干累积相加的步骤包括:执行至少部分地取决于所述两个或更多个天线的相应增益的加权和。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括: 使用来自所述两个或更多个天线的所述相应的两个或更多个射频信号，并且使用单个接收机路径，来执行两个或更多个按顺序的浅搜索，所述浅搜索产生与所述两个或更多个浅搜索相关联的相应的两个或更多个性能度量；以及 至少部分地基于对所述两个或更多个性能度量的比较来选择所述两个或更多个天线中的一个天线。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述两个或更多个性能度量包括分别从所述两个或更多个射频信号获取的航天器的数量。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述两个或更多个性能度量至少部分地基于分别来自于所述两个或更多个射频信号的信号强度估计。
8.—种移动站,包括: 两个或更多个在物理上分离的天线，其接收一个或多个SPS信号，并且提供相应的两个或更多个射频信号； 接收机，其包括用于从所述两个或更多个天线中接收所述相应的两个或更多个射频信号的一个或多个路径，所述一个或多个路径包括相应的两个或更多个复合混合器，其中所述两个或更多个复合混合器用于对所述射频信号中的一个或多个射频信号进行下变频，以生成包括同相分量和正交分量的两个或更多个复合数字信号；以及 数字基带处理引擎，其处理所述两个或更多个复合数字信号，以至少部分地改善与位置估计操作相关的一个或多个性能度量，所述数字基带处理引擎包括组合单元，所述组合单元被配置为根据非相干组合算法对所述两个或更多个复合数字信号进行组合以生成组合数字信号，其中，所述非相干组合算法包括: 分别对所述两个或更多个复合数字信号中每一个进行解扩和旋转；以及 在非相干组合操作中对解扩信号进行组合，以产生所述组合数字信号。
9.如权利要求8所述的移动站，其中，所述数字基带处理引擎另外被配置为:至少部分地通过检测所述组合信号的一个或多个峰值，来处理所述两个或更多个复合数字信号。
10.如权利要求8所述的移动站，其中，所述非相干组合操作包括: 分别对针对所述两个或更多个复合数字信号的解扩和旋转操作的结果进行相干累积； 分别对针对所述两个或更多个复合数字信号的所述相干累积的结果进行非相干累积，以产生两个或更多个非相干累积；以及 将所述两个或更多个非相干累积相加以生成所述组合数字信号。
11.如权利要求10所述的移动站，其中，所述组合单元被配置为:至少部分地通过使用至少部分地取决于所述两个或更多个天线的相应增益的加权和，来将所述两个或更多个非相干累积相加。
12.如权利要求8所述的移动站，其中，所述数字基带处理引擎进一步被配置为使用来自所述两个或更多个天线的所述相应的两个或更多个射频信号，并且使用单个接收机路径，来执行两个或更多个按顺序的浅搜索，所述浅搜索产生与所述两个或更多个浅搜索相关联的相应的两个或更多个性能度量，所述数字基带处理引擎进一步被配置为至少部分地基于对所述两个或更多个性能度量的比较来选择所述两个或更多个天线中的一个天线。
13.如权利要求12所述的移动站，其中，所述两个或更多个性能度量包括分别从所述两个或更多个射频信号获取的航天器的数量。
14.如权利要求12所述的移动站，其中，所述两个或更多个性能度量包括分别来自于所述两个或更多个射频信号的信号强度估计。
15.一种用于接收无线信号的装置，所述装置包括: 用于在移动站的两个或更多个在物理上分离的天线处接收一个或多个卫星定位系统(SPS)信号的模块，所述两个或更多个天线向所述移动站的接收机提供相应的两个或更多个射频信号； 用于在所述接收机的前端的一个或多个路径中对所述射频信号中的一个或多个相应的射频信号进行下变频，以生成包括同相分量和正交分量的两个或更多个复合数字信号的模块；以及 用于处理所述两个或更多个复合数字信号，以至少部分地改善与位置估计操作相关的一个或多个性能度量的模块，包括:用于根据非相干组合算法对所述两个或更多个复合数字信号进行组合以生成组合数字信号的模块，其中，所述非相干组合算法包括: 分别对所述两个或更多个复合数字信号中每一个进行解扩和旋转；以及 在非相干组合操作中对解扩信号进行组合，以产生所述组合数字信号。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述用于处理所述两个或更多个复合数字信号的模块另外还包括:用于检测一个或多个峰值的模块。
17.如权利要求15所述的装置，其中，所述非相干组合操作包括: 分别对针对所述两个或更多个复合数字信号的解扩和旋转操作的结果进行相干累积； 分别对针对所述两个或更多个复合数字信号的所述相干累积的结果进行非相干累积，以产生两个或更多个非相干累积；以及 将所述两个或更多个非相干累积相加以生成所述组合数字信号。
18.如权利要求17所述的装置，其中，将所述两个或更多个非相干累积相加包括:执行至少部分地取决于所述两个或更多个天线的相应增益的加权和。
19.如权利要求15所述的装置，进一步包括: 用于使用来自所述两个或更多个天线的所述相应的两个或更多个射频信号，并且使用单个接收机路径，来执行两个或更多个按顺序的浅搜索的模块，所述浅搜索产生与所述两个或更多个浅搜索相关联的相应的两个或更多个性能度量；以及 用于至少部分地基于对所述两个或更多个性能度量的比较来选择所述两个或更多个天线中的一个天线的模块。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述两个或更多个性能度量包括分别从所述两个或更多个射频信号获取的航天器的数量。
21.如权利要求19所述的装置，其中，所述两个或更多个性能度量至少部分地基于分别来自于所述两个或更多个射频信号的信号强度估计。
【文档编号】G01S19/36GK103630917SQ201310689754
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2010年6月24日 优先权日:2009年6月24日
【发明者】E·M·西米克, D·N·洛维奇, S·拉曼 申请人:高通股份有限公司