专利名称：用于同步一个接收机的方法以及一个接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于同步一个接收机的方法、一个接收机以及一个电子装置。
背景技术：
GPS系统(全球定位系统)是公知的定位系统，其包括超过30颗的卫星，其中一个接收机最多同时可见12颗卫星。这些卫星发送各种信息，比如描述该卫星时钟以及其与GPS时间的关系的天文历数据和时钟数据参数。通常，使用在定位中的接收机通过计算从该定位系统的几个卫星同时发送到该接收机的信号的过渡时间而确定其位置。为了确定其位置，接收机通常必须接收至少四个可见的卫星信号，以便能够计算该位置。
该GPS系统的每一运行卫星以1575.42MHz的载频发送一个所谓的L1信号。该频率也表示为154f0，其中f0＝10.23MHz。另外卫星以1227.6MHz的载频，即120f0发送一个L2信号。在卫星中，这些信号以至少一个伪随机序列调制。每一卫星具有一个不同的伪随机序列。作为调制的结果，形成一个编码调制的宽带信号。该调制技术使得接收机有可能区别由不同卫星发送的信号，尽管使用在发送中的载频是基本上相同。该调制技术被称之为码分多址(CDMA)。使用在每一卫星中用于调制L1信号的伪随机序列之一是所谓的C/A码(粗略/采集码)，所谓的金码。每一GPS卫星使用唯一的C/A码发送信号。该码被形成为两个1023比特的二进制序列的模数2取和。第一个二进制序列G1使用多项式X10+X3+1形成，以及第二个二进制序列G2由延迟多项式X10+X9+X8+X6+X3+X2+1形成，以使每一卫星具有不同延迟。此排列实现利用类似的代码发生器产生不同的C/A码。该C/A码是二进制码，其中GPS系统中的码段的速率是1.023MHz。C/A码包括1023个码段，码的重复时间的平均是1ms。L1信号的载波进一步用导航信息以50比特/s的比特率调制。该导航信息包括关于卫星的″健康状态″、轨道和时钟数据参数等的信息。GPS系统的每一卫星由例如原子钟保持的局部计时。
在操作期间，卫星监视操作中的设备的状态。例如，卫星能够使用所谓的值班狗的功能检测设备中的故障并且提供有关的提示。错误和故障可能是暂时或长期的。根据该健康状态，可能补偿某些错误，或否则由故障卫星发送的信息可能被完全忽略。另外，在可能接收多于四个卫星的信号的情形中，从不同卫星收到的信息能够根据该健康状态以不同的方法加权。因此有可能最小化似乎可能引起不可靠测量的卫星的错误。
为了检测该卫星信号并且识别该卫星，接收机必须执行一个同步化操作，其中该接收机搜索每一卫星的信号并且试图与该信号同步，以能够接收并且解调利用该信号发送的数据。
在已有技术的接收机中，用于这种同步化操作所需时间在诸多的因素中取决于接收信号的强度。通常，将要接收的信号越弱，必须积分以便检测一个可能信号的检索空间(相互关系/频率)的每一单元越长。在通常设计来作户外使用的已有技术的GPS接收机中，如果接收信号相当强，例如在-120到-130dBm的范围中，则与卫星信号的同步使用几十秒或几分钟。但是，如果定位是在户内或在由建筑物或其它在地带中的障碍物使接收信号衷减的地方进行，则实质上会增加同步时间。在户内的信号强度大致通常是-150dBm，因此使用一个顺序搜索的同步所需要的时间将是几小时。对于执行一个合理的定位来说，此时间显然太长。图2a以实例的方式示出来自一个卫星的CDMA信号发送，以及图2b示出当达到该接收机时的发送信号。该将要被接收的信号已经在传输链路上实质衰减。并且包含累计噪音。
当例如该定位接收机被接通时该接收机必须执行同步，并且在长时间没能接收任何卫星的信号的场合，该定位接收机也必须执行同步。像这种情形容易出现在移动装置中，因为该装置的移动以及装置的天线并不总是在相对于卫星的一个最佳位置，这将削弱信号到达接收机的强度。在市区中，建筑物也对接收信号有影响，并且还能够引起所谓的多路径传播，其中通过几个不同路由把信号发送到该接收机，例如从卫星(直接)传播以及从建筑物反射传播。多路径传播的结果是，相同的信号被作为几个具有不同相位的信号接收。
该定位系统具有两个主要功能1.计算接收机到不同GPS卫星的伪距，以及2.使用该计算的伪距以及卫星位置信息确定该接收机的位置。在任何给定的时间，能够根据该天文历数据以及从卫星收到的校正信息计算该卫星位置信息。
由于在该接收机中不确切知道该接收机的时间，所以到卫星的距离被称之为伪距。在这种情况下对位置和时间的确定被重复，直到已经实现充分精确的时间以及充分精确的位置。由于目前不知道绝对精度，所以该位置和时间必须通过线性化一组用于每一新迭代的方程式而确定。
能够通过测量不同卫星信号的平均出现的过渡时间而执行该伪距的计算。在接收机与接收信号同步以后，该信号中发送的信息被解调。
几乎全部已知的接收机都使用计算该范围的相关方法。不同卫星的该伪随机序列被存储或被在该定位接收机中产生。对于该接收信号执行一个降频变换，然后接收机把这接收信号与存储的(或本地产生的)伪随机序列倍乘。作为相乘结果形成的信号被积分或低通滤波，因此该结果指示该接收信号包含由卫星发送的信号。在这接收机中执行相乘被重复，以使每次保存在该接收机中的伪随机序列的相位被移动。从相关结果估计正确相位的方式最好是当相关结果最高、该正确相位已经建立时。用这种方法，接收机与该接收信号正确同步。
在已经利用该码执行同步以后，该频率被精确地调谐，并且执行锁相。相关结果还显示在GPS信号中发送的信息，意味着该信号是一个已解调信号。
上述提到的同步和频率调整处理必须在接收机针对接收的每一卫星信号重复。因此，该处理消耗许多时间，特别是在接收弱信号的情形中。在某些已有技术的接收机中，使用几个相关器，以便加速此处理，因此能够同时地搜索更相关的峰值。在实际应用中，不可能通过简单地增加相关器的数量而很多地加速同步和频率调整，因为它们的数目不能无限地增加。
某些已有技术的GPS接收机使用FFT技术，以便确定结合了普通相关器的已收GPS信号的多普勒频移。在这些接收机中，相关被用于把接收信号的带宽降低到10kHz-30kHz。使用FFT算法分析此窄带信号，以便确定载频。
针对处理GPS信号的GPS接收机和方法出现在国际专利申请WO97/14057中。出现于此申请中的接收机包括两个分离的接收机，第一接收机使用在接收信号强度充分的情形中，第二接收机使用在接收信号强度不充分的情形中，以便使用第一接收机执行十分精确位置确定。在第二接收机中，接收信号是数字化并且存储在一个存储器装置中，从而在一个数字信号处理单元中后续处理这些存储的信号。数字信号处理单元对于已收的数字化信号执行卷积运算。卷积运算的目标是计算伪距。存储在存储器装置中的编码序列的数量(PM帧)通常范围是约从一百到一千，其对应于具有100ms到1s长度的信号。在此以后，从在接收信号的分析中被使用的接收机的存储器中检索对应于将要被检查的卫星的码的一个存储码。
接收机中还除去多普勒频移。使用第一接收机或根据从GPS系统的一个基站收到的信息确定多普勒频移的量。在此以后，连续帧被连贯取和。对于作为取和结果的产生的数据集执行快速傅里叶变换。使用存储在该存储器装置中的基准信号的傅里叶变换的复共轭对于该傅里叶变换结果执行相乘。对于此相乘的结果执行进一步的傅里叶逆变换，从而接收若干相关结果。在此公开中由一傅里叶变换替代一个关连因此降低计算的数量。根据该规范，与提交本申请之时已知的方案相比较，该方法把定位加速了10到100倍。
发明内容
本发明的目的是提供一个接收机，即使发送信号是弱信号，接收机与发送信号的同步的执行也能够比已有技术的接收机实质上更快。本发明特别适合于使用在对接收机定位的过程中，而且适合于使用在其它接收机中，有益地使用在其中接收机必须与一个扩展频谱信号同步的CDMA接收机中。本发明基于这种概念，即基于卷积和时间-频率变换，比如快速傅里叶变换的频率解析属性被更有效地使用，从而有可能比采用傅里叶变换的已有技术解决方案同时地检查更大的信息量。根据本发明的一种方法的特征在于本方法包括下列步骤1)通过使所述一组取样矢量的每一个与所述基准码之间相关，执行所述取样的编码调制扩展频谱信号和所述基准码之间的所述相关以产生一组对应的N个相关结果；2)从所述一组N个相关结果形成一个相关函数矩阵；3)基于该相关函数矩阵执行一个时间-频率域变换，以形成一个连贯搜索矩阵；和4)通过检查该连贯搜索矩阵的单元值确定在接收机上接收的编码调制扩展频谱信号的所述载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位。
根据本发明的一个接收机的特征在于该接收机包括用于通过执行所述一组取样矢量的每一个和所述基准码之间的相关形成一组N个相关结果的装置；
用于从所述一组N个相关结果形成一个相关函数矩阵的装置；用于以所述相关函数矩阵为基础执行一个时间-频率域变换以形成一个连贯搜索矩阵的装置；和用于通过检查所述连贯搜索矩阵的单元值确定在接收机上接收的编码调制扩展频谱信号的所述载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位的装置。
根据本发明的一个电子装置的特征在于该电子装置还包括用于通过执行所述一组取样矢量的每一个和所述基准码之间的相关形成一组N个相关结果的装置；用于从所述一组N个相关结果形成一个相关函数矩阵的装置；用于以所述相关函数矩阵为基础执行一个时间-频率域变换以形成一个连贯搜索矩阵的装置；和用于通过检查所述连贯搜索矩阵的单元值确定在接收机上接收的编码调制扩展频谱信号的所述载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位的装置。
与已有技术的方法以及接收机比较，本发明提供可观的优点。尤其在定位接收机的过程中，根据本发明的方法能使接收机更快地与接收信号同步。以此方法定位能够被更快执行，即使在弱接收信号的地方，例如在户内或在实质上衰减信号传播路径障碍物的市区。与已有技术方法比较，根据本发明的方法实质上改善了同步加速。根据本发明的接收机能够使用相对小数目的部件实现，并且总能耗能够被保持在一个合理的水准，因此本发明特别适合于在便携装置中使用。因此该定位接收机还可以与一个移动站结合实现。
下面参照附图更详细地描述本发明，其中图1是其中执行根据本发明方法的一个接收机的简化方框图；图2a示出从卫星发送信号的简化示意图；图2b示出接收机中的图2a的简化信号的一个实例；图3示出按照简化示意图的本发明最佳实施例一个方法的相关步骤；图4示出按照简化示意图的本发明最佳实施例一个方法的分析步骤；图5示出按照简化示意图的本发明最佳实施例一个方法的取和步骤；
图6示出按照简化示意图的本发明最佳实施例一个方法的决定步骤；图7示出根据本发明最佳实施例的一个电子装置的简化方框图；并且图8示出一个已有技术的相关器，可被用于在根据本发明最佳实施例的方法中。
具体实施例方式
在图1所示的接收机1中，接收信号最好在转换框2中转换成一个中频。如公知，在此阶段的信号包括两个成份，I和Q，之间存在90度的相位差。中频转换的模拟信号成份在数字化框3中被数字化并且通至乘法器框4中。在乘法器框4中，数字化信号的I和Q成份与数字控制的振荡器(NCO)5产生的信号倍乘。数控振荡信号被用于校正由多普勒频移引起的频差以及接收机1的本机振荡器(没示出)的频差。如将在后面描述那样，数字控制的振荡器5还结合根据本发明的方法使用。乘法器块4形成的信号被通至同步块6，其中执行根据本发明的方法。同步块6试图找到在以后同步操作执行中使用的码相位卫星的频率偏移。这将在后面的描述中叙述。同步过程中，控制部件7按照要求控制调节数控振荡器5的频率的扫描框8。控制部件7使得第一开关9在同步过程中把扫描框8形成的信号连接到数控振荡器5，或当同步已经实现时把由码跟踪框11形成的控制信号连接到数控振荡器5。第二开关10被用于控制码跟踪框11的操作。码跟踪框11形成码锁相环以及载波相位锁定环(没示出)的一部分。
在接通工作电压以后，或在接收机1已经没有能力长时间接收GPS卫星信号的情形中，在该接收机1中将针对每一已收的卫星信号执行一个二维搜索步骤。该二维搜索的目标是确定每一卫星的载频和码相位。该载频受由于卫星的运动产生的多普勒频移以及接收机本机振荡器的不精密的影响。该频率的不精密可能大到±6kHz，该情况中的接收机必须相对于实际传输频率(L1＝1575.42MHz)搜索大致12kHz的频率范围。接收机1也不知道准确的码相位，因此该接收机必须也从1023个有可能码相位确定准确的码相位。这将引起一个二维搜索过程，其中搜索在12kHz范围中的频率偏移以及从1023个不同码相位搜索出一个码相位。在根据本发明最佳实施例的一个方法中，有可能一次检查大致500Hz的频率范围，因此如果有必要的话，该方法将重复24次，以便覆盖将要被检查的12kHz的整个频率范围。明显地，使用在该说明书中的值仅用作阐明本发明的实例而不构成本发明的限制。本发明还可以应用于GPS系统之外的系统，其中频率值、码相位和码的数量能够改变。
下面根据图1描述在接收机1中执行的本发明最佳实施例的一个方法的操作。为了开始同步，扫描框8设置数控振荡器5的频率，以使接收机有利地接收该频率范围的最低频率，本实例中的该频率范围是1575.414MHz-1575.4145MHz。该接收机还可以通过使用预先确定的位置信息和/或年鉴信息指定该开始频率，从而可能进一步加速定位。接收信号的取样最好按照复数取样矢量pk(1)，pk(2)...pk(N)，保存在取样矢量形成框12中，在最佳实施例中的每一复数取样矢量包括1023个取样。在本最佳实施例中，取样在存储在取样矢量形成框12中的速率与码段的分割速率基本相同，大致是1023000个取样。取样矢量是连续的，以使一个取样矢量时间上继续在另一取样矢量之后，即预先取样矢量的最后的取样和下一个取样矢量的第一取样之间的时间差基本上与该矢量的连续取样之间的时间差相同。该1023个取样对应于1ms的信号，其对应于可被使用的一个部分的1kHz的一个频率范围。取样矢量形成步骤以图3中的参考数字101表示。
取样矢量的数量最好是N，其中N最好是2的幂。另外，在本发明的最佳实施例中，如后面说明书中叙述的那样，取样矢量的形成被重复K次。在下面，下标K被用于表示不同的重复。当定义取样矢量pk(1)，pk(2)...pk(N)的数目N时，必须考虑到在该GPS系统中，这信号以50比特/s的比特速率的信息调制为二进制调相信号。另一个限制该取样矢量pk(1)，pk(2)...pk(N)的数目N的因素是接收机本机振荡器的频率稳定度。
除了取样矢量形成步骤之外，根据本发明的同步方法还包括一个相关步骤，其中形成一个相关函数矩阵。
该相关步骤能够在取样过程中部分地执行，或在N个取样矢量pk(1)，pk(2)...pk(N)已经形成以后执行。如果通过一个时间-频率变换，比如快速傅里叶变换(FFT)执行相关步骤，则在已经保存了取样矢量以后针对每一取样矢量计算该时间-频率变换，同一个时间-频率变换能够被用于所有的N个取样矢量pk(1)，pk(2)...pk(N)。另一方面，如果该相关步骤在已经保存了N个取样矢量以后执行，必须针对每一取样矢量使用单独的时间-频率变换器，即针对不同取样矢量连续地使用同一个时间-变换器执行时间频率变换。图3示出这种方法的相关步骤，其中从取样矢量pk(1)，pk(2)...pk(N)形成相关函数矩阵Cx，k。
虽然在本说明书中该傅里叶变换主要地使用作为一个时间-频率变换的实例，并且该傅里叶逆变换被使用作为一个逆变换的实例，但是作为一个频率-时间变换，本发明显然不应仅限制为这些实例。
对于每一取样矢量pk(1)，pk(2)...pk(N)执行离散傅里叶变换102，最好是一个快速傅里叶变换FFT。
Pk(i)＝FFT(pk(i)) 其中i＝1，...N (1)这在图3中由框FFT1、FFT2...FFTN示出。实践中，使用在计算中的值的数量最好是1024，因为随后该离散傅里叶变换在实际应用的执行可能比当使用值1023时更有效率地多。这样做的一种方法是添加一个额外零作为该第1024个单元。这对于变换结果具有较小的影响。
对应于GPS系统全部卫星的C/A码r(x)最好被存储在该接收机中，其中x涉及该卫星标识符，例如在1-36的范围内。不需要存储该基准码，但是它们也能够在该接收机中产生。在该相关阶段，发送在一个特定时间同步接收机的信号的卫星的基准码被选择或产生。该基准码被暂时反向。对于反向的基准码执行一个离散傅里叶变换103，最好是快速傅里叶变换(FFT)，由图3中的r(x)表示。
R(x)＝FFT(r(x)) (2)该反向的基准码r(x)和/或其FFT变换可以预先保存在接收机的存储器装置中，或结合同步处理从基准码r(x)中形成。
相关阶段的下一个步骤中，执行在用于每一取样矢量pk(i)的傅里叶变换结果Pk(i)与该反向基准码r(x)的傅里叶变换R(x)之间的相乘104。
Mx，k(i)＝R(x)·Pk(i) (3)对于这些相乘的结果执行一个反向傅里叶变换105，从而该结果是基准码r(x)与具有全部的可能整数延迟(1023)的接收信号的交叉相关。
mx，k(i)＝iFFT(Mx，k(i))(4)此结果是基于该事实，即时域信号的卷积的傅里叶变换对应于付立叶变换的信号的乘积，即时域信号转变成频域信号。当也使用反向基准码时，能够使用傅里叶变换执行快速的离散时间相关。因此，在本最佳实例中，该交叉相关结果包括1023个单元。从各种取样矢量pk(i)形成的交叉相关结mx，k被用于形成相关函数矩阵Cx，k，其中行的数量是取样矢量的数目N。
显然，不用该基准码的时间转换，从取样矢量pk(i)有可能形式反向的取样矢量pk(i)，其中该基准码r(x)被直接使用，而该反向的取样矢量被使用在上面出现的计算中。在一个最佳实施例中，不需要执行上述的任一转换，但是基准码r(x)与取样矢量pk(i)能照常使用。这是基于对相关定理的性质的使用，其显示在两个时间离散的函数z1、z2之间的交叉相关性corr(z1，z2)能够利用频域变换函数的一个频率-时间变换形成。能够利用下面表达式表示corr(z1，z2)∝ IFFT((Z1*·Z2) (5)因此，在本发明的一个最佳实施例中，有可能通过下述的过程形成在取样矢量pk(i)和基准码r(x)之间的交叉相关对于该取样矢量pk(i)和基准码r(x)执行傅里叶变换(最好是快速傅里叶变换FFT)以便形成的傅里叶变换Pk(i)和基准码r(x)的傅里叶变换R(x)，形成该取样矢量pk(i)的傅里叶变换Pk(i)的复共轭P*k(i)，把形成的复共轭P*k(i)与该基准码的傅里叶变换R(x)倍乘，并且对于该相乘结果执行傅里叶逆变换。另外，能够从基准码的傅里叶变换R(x)形成一个复共轭R*(x)，其中把该复共轭与取样矢量的傅里叶变换Pk(i)相乘，然后对于该相乘结果执行一个反向傅里叶变换。
在此连接方式中，应该强调的是前一段出现的对于在取样矢量和基准码r(x)之间的交叉相关的计算是相关与卷积以及在它们之间的密切相关性的基本性质的结论，因此在时域中的一个功能的转换实际相当于在频域中的一个复共轭的形成。此更详细的相关描述可见在此引作参考的出版物″Digital SignalProcessing-A Practical Approach″(著者是Emmanuel C.1feachor和BarrieW.Jervis，Addison-Wesley出版公司，1993年ISBN 0-201-54413-X，第4章″Correlation and Convoution″)。还应该指出，对于本发明的申请来说以哪个方法用于获得该交叉相关结果是不重要的。
在该相关阶段形成的相关函数矩阵Cx，k的行表示接收信号与具有1个毫秒间隔的不同相位差的基准码的交叉相关。按照公式，该相关函数矩阵能够被表示成C‾x,k=mx,k,(1)mx,k,(2)···mx,k,(N)---(6)]]>
在下一个阶段，即分析阶段，使用相关函数矩阵Cx，k的转置矩阵106，如已有技术相关器那样，其中该行表示时域中的信号抽样。每一行对应于在接收信号以及基准码之间的一个确定的码相位差。对于相关函数矩阵Cx，k的每一行执行傅里叶变换107，形成连贯搜索矩阵Ax，k因此执行一个频率解析以便确定实际的频移。这在图4示出。
Ax,k=FFT(Cx,kT)---(7)]]>在实际应用中，不需要以一个单独步骤从相关函数矩阵形成转置矩阵，而是从存储器16(图7)以不同方向，最好按列读出存储的相关函数矩阵Cx，k的单元。
相关函数矩阵Cx，k还可以通过已知方式使用匹配滤波器形成。例如美国专利US5,373,531公开了一种使用匹配滤波器(图8)实现的相关器25，能够适用于形成该相关函数矩阵Cx，k。该匹配滤波器从三移位寄存器形成，以使接收信号的I-成份馈送到第一移位寄存器26、接收信号的Q-成份送到第二移位寄存器27、以及对应于卫星的码的基准码被馈送到第三移位寄存器28。移位寄存器26、27、28的长度最好与取样矢量的长度相同，在该GPS系统中是1023比特。当一个取样矢量已经被转移到该移位寄存器26、27时，执行如下的相关操作。在包含I-成分的移位寄存器26的比特与包含第一基准数据块29中的基准码的移位寄存器28的比特之间执行“同”运算，在包含Q-成分的移位寄存器27的比特与包含第二基准数据块30中的基准码的移位寄存器28的比特之间执行“同”运算。该操作的结果是比特说明相关信息如果接收信号的一个比特(在I与Q-成分中检验的)与该基准码的对应比特匹配，则结果是二进制值1，如果否，则是二进制值0。如果该信号与该基准码完全相关，则所有的比特具有1值。如果没有相关比特，则所有的比特具有0值。作为相关的结果产生的值在第一取和块31(I-值)和第二取和块32(Q-值)中取和，因此该结果是在一个确定时间具有一个确定编码延迟的一个相关值mx，k(i)。在一个比较以后，基准码被移动1，在其以后形成一个新相关结果。根据上述方法形成的每一相关结果对应于该相关函数矩阵Cx，k的一行的一单元(总共1023单元)。按照要求针对每一取样矢量重复上述的步骤，因此以计算的每一迭代获得相关函数矩阵Cx，k的一行。
但是，如上所述，该GPS系统中的信号是以50比特/s的一个信号调制的，这将在实际应用中限制数目N的值。在此情况中该数目N必须被最佳地选择，以使该调制实质上不对于这分析有影响。此外，N的最佳值取决于使用在傅里叶变换中的窗函数。例如，如果N被选择等于32，则该噪声频带宽度是在30Hz的数量级，其对于该接收机的具有强度约为-150dBm的信号检波来说仍然太大。为此原因，在同步框6中执行一个其中的信噪比被改进的可选择非连贯取和步骤。
为了实现该非连贯的取和步骤、取样矢量形成步骤，上述的相关步骤和分析步骤被重复108K次(图5)。重复的数量K最好选择使得在合理的时间中能够充分改进信噪比。每次执行该分析步骤都形成一个连贯的搜索矩阵Ax，k，并且对于该矩阵执行一个非连贯取和操作，以便形成一个非连贯的搜索矩阵Sx。该非连贯搜索矩阵Sx最好如下地形成。针对每一连贯搜索矩阵Ax，k的每一个复数单元ax，k(i，j)计算任一幅值或某些其它绝对值，比如幅值的平方。从每一非连贯搜索矩阵的相应的单元计算的数值被取和，即执行该矩阵的相加，能够利用公式表示Sx=Σk=1K|ax,k(1,1)|L|ax,k(1,N)|MOM|ax,k(1023,1)|K|ax,k(1023,N)|---(8)]]>在实际应用中，一个非连贯搜索矩阵至少能够以两个方式形成。第一选择方案中的，以每一迭代形成的连贯搜索矩阵被存储。重复要求的数目以后，通过根据公式8的相等单元的取和形成一个非连贯搜索矩阵。在此选择方案中，需要对于存储全部连贯搜索矩阵的单元的存储器。根据另一选择方案，最初地计算一个连贯搜索矩阵，并且此矩阵的值被复制作为该非连贯取和矩阵的单元。以每一迭代形成一个连贯搜索矩阵，并且矩阵的值被与该非连贯搜索矩阵的相应单元取和。在此选择中，因此在每次迭代执行相等单元的取和。因此仅存储一个连贯搜索矩阵，从而需要的存储器小于第一选择。
在执行所需数目的迭代以后，在确定步骤中检查该非连贯搜索矩阵Sx的单元sx(i，j)的值，在一个尝试中发现110个超出前述门限的值，以及显然大于其它值的那些值。如果找到这种值，其表示码相位差和频率偏移，因为它可能是由一卫星发送的信号。如果该信号不是由一个卫星发送的信号，但是包括噪音或其它偶然的干扰信号，则将不会引起显著的相关峰值。从高位值的行指数显见该码的相位差，并且该频率偏移相应地由该列指数表示。图6的实例示出一个情形，其中已经发现显然大于其它值的一个值。另一方面，如果该非连贯搜索矩阵Sx中没有发现这样的值，即由搜索的卫星发送的信号可能没有被在该检验的频率范围中已收，则将变化要被检验的频率范围，并且执行预先描述的步骤以便形成一个新的非连贯搜索矩阵。通过本方法，通过重复上述步骤所需要的次数而能够检验6kHz的整个范围。
当需要时，预先描述的步骤能够针对要被检查的整个频率范围重复，并且针对不同迭代或仅包含可能峰值范围而形成的非连贯搜索矩阵能够在对于最大相关峰值进行搜索之前存储。使用这种方法，能够降低误分析的可能性，例如在门限值设置太低以及能够引起误分析的寄生信号的情形中。
如果可得到能够识别具有-150dBm强度的信号的码相位和频率偏移的装置，则在能够进行确定相位和频率偏移的尝试之前，该频率范围将必须在数十Hz的范围在扫描。使用本发明，有可能扫描几百Hz宽的范围，即比使用已有技术的接收机快得多。
一旦确定校正频率偏移和码相位，该接收机就能够被设置成跟踪模式。在此情况中，对于非常弱信号的数据接收不太可能成功，以这种公知方式可能需要依靠通过例如移动电话网络接收的数据。在此情况中，距离测量仍然有可能，但是精确度降低。通过把切换器(图1)变化到第二位置而设置跟踪模式，从而接收的信息被馈送到码跟踪框11，其中还提供一个反馈连接以便允许数控振荡器5的频率细调。
为了计算该位置，根据从至少四个卫星收到的信号，接收机执行信号接收。在此情况中，根据每一卫星信号，按照需要重复预先描述的同步处理，于是选择被用于执行同步的卫星的码作为基准序列r(x)。
用于实现本方法而需要的大部分块能够被在一个数字信号处理机(没示出)中执行。该数字信号处理机的硬件解决方案或者软件实现的解决方案都可用于执行FFT变换。另外，最好是微处理器的一个控制元件可用于控制该接收机的操作。
根据本发明一个最佳实施例、包括移动站和定位接收机的一个电子装置24被图7所示。第一天线13被用于接收由定位卫星发送的信号。接收的信号被加到第一射频部分14，其中该信号被降频变换并且数字化。在其它组成部件之中，第一射频部分包括图1所示接收机的变换框2、数字化框3和乘法器框4。此阶段最好包括I和Q成份的数字化信号被加到数字信号处理单元15，其中在取样矢量形成框12中形成取样矢量。取样被保存在第一存储器装置16中，该装置16包括例如读/写存储器并且最好还包括只读存储器和/或非易失读/写存储器，用于存储数字信号处理单元15的程序代码。在本实施例中，同步框6的功能，比如相关函数矩阵Cx，k的形成，使用例如付立叶变换器FFT1、FFT2，...，FFTN和/或匹配滤波器，在信号处理单元15中执行。在数字信号处理单元15中还执行连贯搜索矩阵Ax，k的形成和非连贯的取和步骤。数字信号处理单元15把关于计算相位差和频率偏移的信息发送到包括例如微处理器和I/O逻辑的处理器框17。该处理器框17控制扫描框8和第一切换器9。最佳地，码跟踪框11至少部分地作为处理器框的程序指令实现。辅助存储器装置18被用作为处理器框17的数据和程序存储器。显然，第一存储器装置16和辅助存储器装置18还可以包括公用存储器。定位信息可能在显示器19上显示给用户。
移动站的操作也是以处理器框17的应用软件实现。因此，显示器19可用于以已知方式呈现电话呼叫信息。该用户能够使用键盘20控制该定位接收机和该移动站。音频信号的编码和解码借助于编解码器21执行。图7还示出移动站的射频部分22以及第二天线23。
本发明不仅局限于前面描述的实施例，而是能够在不背离由附加权利要求定义的范围的条件下修改。
权利要求
1.一种使接收机与发送的编码调制扩展频谱信号同步的方法，该方法包括执行在频率对码相位空间中的搜索以确定在接收机上接收的该编码调制扩展频谱信号的载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位，所述搜索包括1)执行一组取样矢量与一个基准码之间的相关，以产生一组相关结果，所述取样矢量是从所接收的编码调制扩展频谱信号形成的，所述基准码对应于所述编码调制扩展频谱信号的调制中使用的一个；2)从所述一组相关结果形成一个相关函数矩阵；3)基于该相关函数矩阵执行一个时间-频率域变换，以形成一个连贯搜索矩阵；和4)通过检查该连贯搜索矩阵的单元值确定在接收机上接收的编码调制扩展频谱信号的所述载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位。
2.一种接收机，包括一个用于在频率对码相位空间中执行搜索以确定在接收机上接收的编码调制扩展频谱信号的载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位，以便使该接收机与该编码调制扩展频谱信号同步的同步装置，该同步装置设置成用于1)执行一组取样矢量与一个基准码之间的相关，以产生一组相关结果，所述取样矢量是从所接收的编码调制扩展频谱信号形成的，所述基准码对应于所述编码调制扩展频谱信号的调制中使用的一个；2)从所述一组相关结果形成一个相关函数矩阵；3)基于该相关函数矩阵执行一个时间-频率域变换，以形成一个连贯搜索矩阵；和4)通过检查该连贯搜索矩阵的单元值确定在接收机上接收的编码调制扩展频谱信号的所述载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位。
3.一种电子装置，包括一个定位接收机，该定位接收机包括一个用于在频率对码相位空间中执行搜索以确定由定位接收机接收的编码调制扩展频谱信号的载频的频移和在编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位，以便使该定位接收机与该编码调制扩展频谱信号同步的同步装置，该同步装置设置成用于1)执行一组取样矢量与一个基准码之间的相关，以产生一组相关结果，所述取样矢量是从所接收的编码调制扩展频谱信号形成的，所述基准码对应于所述编码调制扩展频谱信号的调制中使用的一个；2)从所述一组相关结果形成一个相关函数矩阵；3)基于该相关函数矩阵执行一个时间-频率域变换，以形成一个连贯搜索矩阵；和4)通过检查该连贯搜索矩阵的单元值确定在定位接收机上接收的编码调制扩展频谱信号的所述载频的频移和在该编码调制扩展频谱信号的调制中使用的码的码相位。
全文摘要
使接收机(1)与发送码调制扩展频谱信号同步的方法使用至少一个对应于用在调制中的一个码的基准码(r(x))。在调制中用的发送信号的频移和码的码相位在该方法中确定。该方法包括取样矢量形成步骤，从接收信号取样(101)以便形成取样矢量((p
文档编号H04B1/707GK1642029SQ200510005668
公开日2005年7月20日 申请日期2000年12月9日 优先权日1999年12月9日
发明者I·康托拉 申请人:诺基亚移动电话有限公司