CN101627318B - 一种处理rf信号的方法 - Google Patents
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Abstract
一种接收和处理RF信号的方法，包括：接收(5)RF信号；模拟处理该信号并将数字输出提供给数字信号处理器，所述数字输出包括专属于RF前端接收器硬件的加入识别码。在该数字信号处理器中，将识别码与预先设定的识别码或识别码组进行比较以确定是否匹配。如果匹配(10)，则处理该数字输出以提供数据给用户，如果不匹配，则执行错误的功能。这种方法使软件开发商仅在硬件和软件相互匹配时方可实现系统功能。这使得复制软件与复制硬件同样困难，因为所复制的软件(15)将无法在不正确的批量硬件中运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理RF信号的方法，例如GPS信号。
背景技术
由Akos等人撰写的文章“用于GPS接收机的实时软件无线结构”(GPS世界，2001年7月)中披露了一种GPS软件接收机，其中通过可编程的微处理器或数字信号处理器来完成GPS信号处理，正好与模拟或离散的硬件组件相反。提供了一种简化的“GPS软件接收机”，由GPS天线和GPS RF前端接收机组成，用于GPS信号预处理(包括滤波、放大和下变频)和模数转换。
GPS RF前端接收机输出的GPS信号采样可被传回运行适当的GPS信号处理软件的现代PC中以确定一个定位。这篇文章的作者将这种GPS软件接收机设想成“插入”模式，例如“软件狗”型设备，因为其简单的结构适于廉价地制造，从而大范围应用。
当然，可安装到PC机上的GPS信号处理软件同样可以很廉价地复制。
已有人建议将GPS接收机中的处理器设置为先加密GPS信号采样，然后将加密后的GPS信号采样发送给外部设备。这意味着要克服上述传统插入型GPS接收机装置的缺点。一旦这种GPS接收机装置得以广泛应用，且GPS接收机装置提供GPS信号采样时所用的数据格式被公知，则用户可以免费使用随便一个GPS信号处理软件来确定定位，且不必需或由GPS接收机装置的供应商授权。加密使得这种GPS接收机只能使用经授权的GPS信号处理软件，这种软件能够解密GPS信号采样以确定定位。
在WO2004/059337中描述了这种方法，并指出特定的接收机必须使用 专用的软件。
但是，对于整个软件产业来说，软件“盗版”是一个公认的问题，并且仍然需要阻止破坏开发和提供GPS软件的商业寿命的软件盗版。
特别地，意欲出售或许可软件GPS接收机的公司所遇到的问题是第三方可以在不支付适当费用的情况下复制软件。这样就被完全未经授权的一方或更多狡猾的“第三次改变问题(3rd shift problem)”轻易地偷窃，因此该软件的授权被许可方将超过规定数量的软件复制品分发出去，这样只需要支付一部分费用即可。
这不是传统的硬件GPS供应商普遍遭遇的问题，因为复制物理芯片(或芯片组)自然要复杂很多。因此，本发明是专门针对上述所谓的软件GPS系统而言的。
本发明的目的在于提供一种防止未经授权的复制软件GPS产品的机制，从而保护所有者/开发商的商业利益。
发明内容
根据本发明，提供了一种接收和处理将数据提供给具有移动接收机的用户的RF信号的方法，包括：
在移动接收机的RF前端接收机中：
接收RF信号；
模拟处理所述信号；以及
提供数字输出，所述数字输出包括专属于RF前端接收机硬件的加入识别码；
将数字输出提供给数字信号处理器；以及
在数字信号处理器中，将识别码与预先设定的识别码或识别码组进行比较，以确定是否匹配。如果匹配，则进一步处理数字输出以提供数据给用户，如果不匹配，则执行错误的功能。
这种方法使软件开发商仅在硬件和软件相匹配时方可实现系统功能。这使得复制软件和复制硬件同样困难，因为所复制的软件将无法在不正确的硬件中运行。
对信号的模拟处理可包括下变频至中频。信号被转换为数字信号，并加入了唯一的识别码。
加入识别码可包括加入来自RF前端接收机的半导体IC的晶圆位置上的编码。每个IC可具有唯一的编码(例如基于晶圆/批量和晶圆位置)。因此，从理论上讲，硬件和软件可以一对一地匹配。
但是显而易见的是，软件仅仅可以在RF前端接收IC的一个特殊变体(variant)中运行，但用于其它变体时则产生错误信息。很容易比较出，相对于已出售的软件许可的数量而言，有多少IC的变体被制造和出售。
执行错误功能可包括提供错误信息，在简化功能下运行，或者不处理数字输出。
RF信号优选地包括从基于卫星的导航系统(例如GPS)中接收到的扩展频谱信号，并且进一步处理数字输出是用于提供导航信息。
本发明同样提供一种制造RF前端接收机的方法，包括：
用专属于RF前端接收机硬件的嵌入式识别码来制造RF前端接收机，其中RF前端接收机用于提供识别码，作为到数字信号处理器的数字输出的一部分，其中软件的提供者同意在数字信号处理器中运行嵌入式识别码，以处理数字输出。
通过将RF前端接收机硬件的识别码与软件提供者相匹配，可以跟踪硬件销售过程中软件许可的销售情况。
因此，制造和监测RF前端接收机的方法，包括：用这种方法制造RF前端接收机，出售RF前端接收机并通知软件提供者验证RF前端接收机购买者的身份。
本发明同样提供了一种计算机程序，包括用于分析数字信号的计算机程序编码装置，所述数字信号包括与RF信号相对应的数字采样信号，所述RF信号用于提供数据给用户以及加入了专属于RF前端接收机硬件的识别码的数字输出，其中所述分析包括将识别码与预先设定的识别码或识别码组进行比较，以确定是否匹配。如果匹配，则进一步处理所述数字输出以提供数据给用户，如果不匹配，则执行错误的功能。
本发明还提供RF信号接收机，包括：
天线，用于接收RF信号；
RF前端接收机，用于加入专属于RF前端接收机硬件的识别码，并提供数字输出；
数字信号处理器，用于接收数字输出；以及
数字信号处理器中使用的软件，用于将识别码与预先设定的识别码或识别码组进行比较，以确定是否匹配，如果匹配，则进一步处理数字输出以提供数据给用户，如果不匹配，则执行错误功能。
附图说明
以下将结合附图，仅通过示例的方式来描述本发明：
图1示出了传统GPS接收机结构的示意图；
图2更详细地示出了RF前端接收机；以及
图3用于解释本发明的方法。
具体实施方式
本发明总体上涉及RF信号接收机，值得特别注意的是，所谓的“软件GPS”，顾名思义，就是所有数据处理都由软件实现的GPS系统，所接收的数据存储在存储缓存器中。这使得与接收机的实时连接中断，并减少了所需要的专用硬件(例如相关器)的数量。
软件GPS接收机30的基本结构如图1所示。
接收机包括接收机前端32，使用天线34来接收无线信号。接收机前端32从一个或更多的卫星中接收调制RF信号。
接收到的信号经接收机前端32放大、滤波、下变频及数字化，以从接收到的信号产生基带信号33，并且是以数字化采样的形式。
数字化采样被提供给存储缓存器36，并且存储在存储器36中的数据由普通用途的CPU即数字信号处理器(DSP)38来处理。用户接口由输入/输出系统40提供。数字化采样被处理以从卫星信号中提取信息和数据。数据采样一般是一或二比特数据形式，并且具有比从卫星中接收到的信号的数据速率更高的模拟到数字的采样速率。
DSP38实现了更多的传统专用硬件系统的功能，相应地，通过公知的方式来相关、复用并进行傅立叶变换。
图2更详细地示出了RF前端接收机32。
在低噪放大器(LNA)52对从天线中接收到的信号进行放大前，表面声波(SAW)滤波器50对信号进行滤波。在混频器54中，用电压控制振荡器(VCO)56的输出对信号进行混频。该操作将信号下变频至基带，其中信号交给滤波器60来进一步滤波，并在放大器62中用自动增益控制(AGC)进行放大。在转换器63中进行模数转换，其中也为AGC设置提供反馈控制。RF前端接收机同样包括所示的振荡器64和频率合成器66，通过频率合成控制时钟驱动器68来产生时钟信号CLK。
本发明还特别涉及在RF前端接收机和DSP之间的连接，如图1中箭头33所示，以及在DSP38中执行的处理。
本发明提供专属于该接口上的RF前端接收机硬件的识别码，并且该编码可通过DSP中的软件来验证。因此，软件可被烧结(tie)到特定的硬件上。这意味着轻易地复制软件不能实现系统的功能，因为所复制的软件将不能(或者说不可能)和不同的RF前端接收机硬件匹配。即使匹配(因为软件仅感应批量RF前端接收机芯片)，随后也会检测到硬件和所出售的软件之间的不匹配。
图2示出了加入到数据合成器67中的模数转换器63的输出端的数据上的UID，所述UID由来自UID形成单元69提供。
一方面，本发明假设软件GPS接收机中所使用的RF前端芯片的制造商准备和软件GPS编码的开发商合作。
特别地，本发明的这个方面需要前端芯片制造商创建专用于软件GPS开发商的RF前端的客户变体。这并不意味着制造商必须向软件开发者提供这种变体，但是他们将向软件开发商提供定购型号和所有定购变体的购买者。
所有的RF前端芯片都包括专属识别码(“UID”)，通过这种方式，没有其它前端(该芯片的任何变体)可含有相同的UID。随后，通过这样一种方式设计RF前端，即在正常的操作过程中，用公知的方式将UID嵌入由芯片输出的中频(“IF”)数据流中。
因此，软件开发商能够通过这样的方式编写软件GPS编码，即在操作过程中，将从IF数据流中提取UID并检查是否有效，如果无效则拒绝运行。这使得未授权的复制不能使用，因为RF前端供应商可告知软件开发商任何额外的芯片销量。
本发明的最简单的形式可包括软件GPS开发商(“The SoftwareDeveloper”)，设计其软件以通过特定的制造商“The Manufacturer”生产的特定的RF前端型号“RF N型”运行。
RF N型的设计是包括例如在生产线上通过激光“烧入”的64比特UID。
UID可由以下区域组成，包括：
-晶圆上的芯片位置；
-晶圆数量；以及
-变体码(例如8比特)。
因此，UID是专属的，且没有两个芯片会含有相同码的UID。
对于所有的芯片来说，第一变体可以具有设定为0的变体码。随后，软件开发商可以同意制造商制造RF N型变体，称为“RF N型版本2”，这样除了8比特的变体区域将一直是1以外，所有的这种变体将与N型相同。因此，由于变体区域同样是1，制造商可同意不再制造其它变体。
RF前端接收机被设计为周期性地将UID嵌入其运行时输出的IF数据流中。
制造商同样同意向软件开发商提供所有定购“RF N型版本2”变体的详细内容，包括定购的数量和购买者的身份。
随后，软件开发商可以开发一种软件GPS产品并将其许可给第三方开发商。随后，软件开发商告诉第三方开发商他们在设计中需要使用“RF N型版本2”，并且在运行时用这种方式写入软件，以从其处理的IF数据流中提取UID。
如果UID不包括具有适当值(在这种情况下为1)的变体区域，则随后软件将无法正确运行。
在该示例中，仅有变体码需要由DSP进行分析。当然，可以认为特别的变体码相当于一组UID编码。
这种应用提供了绘制到芯片型号或变体上的软件，并且可包括数以千计的芯片。很可能会具有更好的控制。例如软件可从一个UID(也就是将预定的软件与单片硬件相匹配)到批量的数以千计的芯片中寻找与任意数量的UID进行匹配。
将UID嵌入IF数据流中的方法可以简化为插入全编码(例如64比特)，例如每1024比特，既可以通过覆盖另外被输出的IF数据采样，或通过在相邻的IF采样之间实际地插入编码。但是，UID同样可以在IF数据流中扩展开——在某一时刻一次有限的1比特，插入例如32比特的间隔中。
图3中示出了这种方法。
制造商用嵌入的UID完成了制造芯片的步骤(步骤70)，软件开发商也同意该步骤。与此并行地，为具有同意的批量UID的特殊变体开发GPS编码(步骤72)。硬件出售后，制造商继续建议软件开发商出售变体(步骤74)，软件开发商监测GPS编码的许可或出售(步骤76)，其应当与芯片的销售量相匹配。
如上所述，制造商可将用于每个定购“RF N型版本2”的客户的准确 UID的详细信息提供给软件开发商，从而允许软件开发商制造专门针对特定客户或客户群购买的UID的软件的变体。
假设软件检测到无效的UID或没有UID，会出现许多可能性：
-完全停止；
-向用户报告错误消息；以及
-在降低的性能下运行(有消息给用户或没有消息给用户)。
UID可包括一些形式的循环冗余检测或真实加密，以使其更难于仿制。
嵌入UID的方式可以通过软件控制(通过将适当的控制信号发送至前端)。不管使用真正的插入还是覆盖，这种控制都可以包括改变周期、在某一时刻的比特数，完全关闭，仅在请求时插入。所有这些都可以使第三方更难以“破解”该方案。
芯片同样可以包括电可擦除可编程唯读存储器(EEPROM)，可以使IF流中嵌入的编码增大或被在运行时上载至前端的编码取代。这种特性可被用于与某种形式的“登记”(例如与由软件开发商运行的在线服务器)相联系，其中提交UID，如果有效，则返回基于UID的加密编码。
在这种情况下，如果合法的UID和匹配的加密编码是显而易见的，则可以写入软件GPS编码，以仅使功能完整。如果制造商既不能或不愿提供客户变体，或不提供被购买芯片的充分详细的资料，则该选择是特定相关的，因为它允许软件开发商确保他们的UID上的软件没有任何UID的先前的知识。
本发明的系统允许对与形成软件GPS编码的软件相连接的软件进行保护，例如导航应用和使用的地图。
本发明的系统可具有公知的软件GPS系统的所有优点。例如，一旦可用于存储器缓存器，本发明的系统即可用于对采样的GPS数据进行实时处理，或者该处理可随后进行，并且可以在不同的位置上进行。因此，接收机可以不包括用于解译GPS数据的所有处理功能。
以上结合软件GPS描述了本发明，但是同样可应用于其它导航系统和/ 或其它软件无线电装置。因此，本发明同样适用于当前正在开发的伽利略导航系统。
应当注意，制造和销售包括专属ID(UID)的芯片是公知的，例如EEPROM芯片，因此供应UID将成为本领域技术人员的日常工作。
通过阅读本发明披露的内容，本领域技术人员显然可进行其它修改。并且设计、制造和使用文中所述的GPS接收机和部件以及用于改变或增加本文中已描述的性能时所使用的部件均可包括于其中。
Claims (11)
1.一种接收和处理扩展频谱RF信号的方法，所述扩展频谱RF信号来自基于卫星的定位系统，用于将导航信息提供给具有移动接收机的用户，所述方法包括：
在所述移动接收机的RF前端接收机中：
接收所述RF信号；
模拟处理并数字化所述信号，以产生数字化采样；以及
提供数字输出信号，所述数字输出信号包括所述数字化采样；
其特征在于，所述数字输出信号还包括专属于所述RF前端接收机硬件的识别码；
所述方法的特征还在于：将所述数字输出信号提供给数字信号处理器；以及
在所述数字信号处理器中，将所述识别码与预先设定的识别码或识别码组进行比较，以确定是否匹配，如果匹配，则进一步处理所述数字输出信号以提供所述导航信息给所述用户，如果不匹配，则执行错误的功能。
2.如权利要求1所述的方法，其中模拟处理所述信号包括下变频至中频。
3.如上述任意一项权利要求所述的方法，其中加入识别码包括加入来自所述RF前端接收机的半导体IC的晶圆位置的编码。
4.如权利要求3所述的方法，其中加入识别码包括加入来自大批量半导体IC的编码。
5.如权利要求1所述的方法，其中执行所述错误的功能包括提供错误消息，在简化的功能下运行，或者不处理所述数字输出信号。
6.一种制造RF前端接收机的方法，所述RF前端接收机用于从基于卫星的定位系统中接收扩展频谱信号，所述方法包括：
制造所述RF前端接收机(32)，其中所述RF前端接收机用于将数字输出信号提供给数字信号处理器，
其特征在于，所述RF前端接收机(32)被制造成具有专属于所述RF前端接收机硬件的嵌入式识别码，且适于将所述识别码包括在所述数字输出信号中，
其中软件的供应商同意在所述数字信号处理器中运行所述嵌入式识别码以处理所述数字输出信号。
7.一种用于从基于卫星的导航系统中接收扩展频谱RF信号的RF信号接收机，包括：
用于接收所述RF信号的天线；
RF前端接收机(32)，用于：
模拟处理并数字化所述信号，以产生数字化采样；以及
提供数字输出信号，所述数字输出信号包括所述数字化采样；
数字信号处理器(38)，其适于接收所述数字输出信号；以及
在所述数字信号处理器中使用的软件，
其特征在于，所述RF前端接收机(32)适于在所述数字输出信号中包括专属于所述RF前端接收机硬件的识别码，
其中，所述软件用于将所述识别码与预先设定的识别码或识别码组进行比较，以确定是否匹配，如果匹配，则进一步处理所述数字输出信号以提供导航信息给用户，如果不匹配，则执行错误的功能。
8.如权利要求7所述的接收机，其中所述RF前端接收机用于将所述RF信号下变频至中频。
9.如权利要求7或8所述的接收机，其中所述识别码包括来自所述RF前端接收机的半导体IC的晶圆位置的编码。
10.如权利要求9所述的接收机，其中所述识别码包括来自大批量半导体IC的编码。
11.如权利要求7所述的接收机，其中所述错误的功能包括提供错误消息，在简化功能下运行模式，或者不处理所述数字输出信号的功能。
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