CN101881834A - Cboc调制信号的接收系统及其接收方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的CBOC调制信号的接收系统及其接收方法，系统包括：天线、射频前端处理模块和相关器，其中：所述的相关器包括：本地子载波复现及分割子模块、相关运算子模块和重新组合及输出子模块。方法为：天线接收导航信号，并进行射频前端处理，得到数字中频信号；对数字中频信号进行本地复现和分割处理，得到本地复现部分子载波信号；对数字中频信号和本地复现部分子载波信号进行相关处理，得到这两个信号的相关信号；对相关信号进行重新组合处理，得到没有旁峰的相关信号，通过该信号实现信号的捕获和跟踪。本发明得到的本地复现信号与接收中频信号的相关结果只有一个主峰而没有旁峰的存在，消除了信号误捕获问题存在的可能。

Description

CBOC调制信号的接收系统及其接收方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的系统及其方法，具体是一种CBOC(CompositeBinary Offset Carrier，复合二进制载波偏移)调制信号的接收系统及其接收方法。

背景技术

2007年7月，美国与欧洲委员会决定将MBOC(Multiplexed Binary Offset Carrier，多元二进制载波偏移)调制同时应用于Galileo OS和GPS IIIA民用信号，预计欧盟的Galileo E1OS信号会使用CBOC调制。相比于BOC(Binary Offset Carrier，二进制载波偏移)调制，CBOC调制信号的功率谱提供了更丰富的高频分量，因而具有更高的伪码跟踪精度和抗多径性能。

Galileo系统推荐使用的CBOC(6，1，γ/ρ)将BOC(1，1)和BOC(6，1)通过在时域加权叠加得到扩频调制的子载波，进而调制到E1的导频和数据支路上。一个码片内以s_BOC(1，1)和s_{BOC (6，1)}来表示BOC(1，1)和BOC(6，1)的子载波，则CBOC(6，1，γ/ρ)调制子载波表示为：

$\mathrm{sc}\left(t\right)=\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\ρ}}}{s}_{\mathrm{BOC}\left(\mathrm{1,1}\right)}\left(t\right)+\sqrt{\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\ρ}}}{s}_{\mathrm{BOC}\left(\mathrm{6,1}\right)}\left(t\right),$

进而可以得到广播的CBOC(6，1，γ/ρ)信号：

其中：T_C是伪随机码片周期；A代表信号的幅值；c_ir(t-iT_c)是伪随机码中第i个码片；r(t)是长为T_C的矩形波；d_i是调制到伪随机码上的数据；f_L1是E1段载波中心频率，

是载波初始相位；可调参数γ，ρ表示CBOC信号中BOC(1，1)和BOC(6，1)的权重。由此得到的CBOC调制信号是一个四电平序列。

导航信号经射频前端处理变为中频信号以后通过相关器与本地复现信号进行相关运算，根据对相关结果的判断来实现信号的捕获和跟踪。其中相关器的功能是通过计算接收中频信号与本地复现信号的相关值来判断是否捕获到了信号，如果相关值超过一定门限，就可以认为已经捕获到了导航信号，从而进入信号跟踪过程。

经对现有文献检索发现，中国专利申请号为：200780023012.4，名称为：CBOC扩展波形调制的无线电导航信号的接收方法和接收机，提出的接收机包括本地波形发生器组和用于对所述本地波形和所述复合波形在持续时间T的时间间隔上执行相关的多个相关器，其通过对本地波形和接收复合波形在持续时间T的时间间隔上进行相关，从而实现对信号的接收。但是该技术提出的信号相关函数结果具有多个峰值存在，称中央的尖峰为主峰，其余的尖峰为旁峰，由于旁峰的存在，在信号接收的过程中，会产生误捕获问题，即接收机锁定的不是信号的主峰而是旁峰，进而会带来很大的接收误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种CBOC调制信号的接收系统及其接收方法。本发明通过对射频前端处理的中频信号与本地复现部分子载波的相关运算，实现了没有旁峰的相关器输出，具有消除接收过程中误捕获问题存在可能性的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及的CBOC调制信号的接收系统，包括：天线、射频前端处理模块和相关器，其中：天线接收导航信号，天线与射频前端处理模块相连传输导航信号，射频前端处理模块与相关器相连传输中频导航信号，相关器输出没有旁峰的接收信号与本地信号的相关信息。

所述的射频前端处理模块处理射频卫星导航信号，包括：放大滤波子模块、多级混频子模块和模数转换子模块，其中：放大滤波子模块与天线相连传输导航信号，放大滤波子模块与多级混频子模块相连传输经放大滤波后的导航信号，多级混频子模块与模数转换子模块相连传输混频后的导航信息，模数转换子模块与相关器相连传输采样后的数字中频导航信号。

所述的相关器将中频信号与本地复现部分子载波进行相关运算并组合得到没有旁峰存在的相关信息，包括：本地子载波复现及分割子模块、相关运算子模块、重新组合及输出子模块，其中：相关运算子模块的一个输入端与射频前端处理模块相连传输中频导航信号，相关运算子模块的另一个输入端与本地子载波复现及分割子模块相连传输复现子载波信号，相关运算子模块的输出端与重新组合及输出子模块相连传输相关运算的结果信息，重新组合及输出子模块输出重新组合后没有旁峰的信号相关结果。

本发明涉及的上述CBOC调制信号的接收系统的接收方法，包括以下步骤：

第一步，天线接收导航信号，并对接收到的导航信息进行射频前端处理，得到数字中频信号。

所述的射频前端处理，包括以下步骤：

1)通过射频滤波器滤出射频信号中不需要的频率分量，并由低噪声放大器放大，得到放大的高频信号；

2)将放大的高频信号和本地晶振产生的信号进行三级混频，得到模拟的中频信号；

3)将模拟的中频信号进行量化后，得到数字中频信号。

第二步，对数字中频信号进行本地复现和分割处理，得到本地复现部分子载波信号。

所述的本地复现和分割处理，是：在本体复现导航信号的调制信号子载波sc(t)，并将该子载波sc(t)划分为2p个相等的部分子载波，其中：p是调制信号子载波sc(t)中的伪随机码序列内的码片数目。

第三步，对第一步的数字中频信号和第二步的本地复现部分子载波信号进行相关处理，得到这两个信号的相关信号。

所述的相关处理，是：

$R_i\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}s\left(t\right)S{C}_i(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt},$

其中：s(t)是第一步的数字中频信号，SC_i(t-τ)是第二步的第i部分的本地复现部分子载波信号，R_i(τ)是s(t)和SC_i(t-τ)的相关信号，i＝0，1，...，2p-1，2p是本地复现部分子载波信号的数目。

第四步，对相关信号进行重新组合处理，得到没有旁峰的相关信号，通过该信号实现信号的捕获和跟踪。

所述的重新组合处理，是：

$R_{\mathrm{proposed}}\left(\mathrm{\τ}\right)\underset{i=0}{\overset{p-1}{\mathrm{\Π}}}\left\{\right|R_i\left(\mathrm{\τ}\right)|+|R_{2p-i-1}\left(\mathrm{\τ}\right)|-|R_i\left(\mathrm{\τ}\right)-R_{2p-i-1}\left(\mathrm{\τ}\right)\left|\right\},$

其中：R_proposed(τ)是没有旁峰的相关信号，R_i(τ)是数字中频信号与第i部分的本地复现部分子载波信号的相关信号，R_2p-i-1(τ)是数字中频信号与第(2p-i-1)部分的本地复现部分子载波信号的相关信号，i＝0，1，...，p-1，2p是本地复现部分子载波信号的数目。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：得到的本地复现信号与接收中频信号的相关结果只有一个主峰而没有旁峰的存在，从而在信号捕获过程中，就不会出现锁定在旁峰的情况，即消除了误捕获问题存在的可能。

附图说明

图1是CBOC(6，1，1/11)调制信号的子载波信号的图形示意图。

图2是实施例中本地复现部分子载波信号的图形示意图。

图3是实施例中M_i＝|R_i(τ)|+|R_2p-i-1(τ)|的信号的图形示意图。

图4是实施例中N_i＝|R_i(τ)-R_2p-i-1(τ)|的信号的图形示意图。

图5是实施例中r_i＝M_i-N_i的信号的图形示意图；

其中：(a)是|R_o|+R_2p-1|-|R_o-R_2p-1|的信号的图形示意图，(b)是|R₁|+R_2p-2|-|R₁-R_2p-2|的信号的图形示意图，(c)是|R_1-1|+|R₁|-|R_1-1-R₁|的信号的图形示意图。

图6是实施例中接收到的中频信号与本地复现信号的相关结果示意图。

图7是分别采用实施例技术和现有的自相关函数技术得到的相关结果图形。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例涉及的CBOC调制信号的接收系统，包括：天线、射频前端处理模块和相关器，其中：天线接收导航信号，天线与射频前端处理模块相连传输导航信号，射频前端处理模块与相关器相连传输中频导航信号，相关器输出没有旁峰的接收信号与本地信号的相关信息。

所述的射频前端处理模块处理射频卫星导航信号，包括：放大滤波子模块、多级混频子模块和模数转换子模块，其中：放大滤波子模块与天线相连传输导航信号，放大滤波子模块与多级混频子模块相连传输经放大滤波后的导航信号，多级混频子模块与模数转换子模块相连传输混频后的导航信息，模数转换子模块与相关器相连传输采样后的数字中频导航信号。

本实施例中射频前端处理模块采用的是Zarlink公司的GP2015超小型射频前端器件。

所述的相关器将中频信号与本地复现部分子载波进行相关运算并组合得到没有旁峰存在的相关信息，包括：本地子载波复现及分割子模块、相关运算子模块、重新组合及输出子模块，其中：相关运算子模块的一个输入端与射频前端处理模块相连传输中频导航信号，相关运算子模块的另一个输入端与本地子载波复现及分割子模块相连传输复现子载波信号，相关运算子模块的输出端与重新组合及输出子模块相连传输相关运算的结果信息，重新组合及输出子模块输出重新组合后没有旁峰的信号相关结果。

本实施例中相关器采用的是Xilinx公司的Spartan-3A DSP 1800A开发板。

本实施例涉及的上述CBOC调制信号的接收系统的接收方法，包括以下步骤：

第一步，天线接收导航信号，并对接收到的导航信息进行射频前端处理，得到数字中频信号。

本实施例中的导航信号是CBOC(6，1，1/11)调制信号，具体是将BOC(1，1)和BOC(6，1)在时域加权叠加得到的信号，其子载波是：

$\mathrm{sc}\left(t\right)=\sqrt{\frac{11-1}{11}}{s}_{\mathrm{BOC}\left(\mathrm{1,1}\right)}\left(t\right)+\sqrt{\frac{1}{11}}{s}_{\mathrm{BOC}\left(\mathrm{6,1}\right)}\left(t\right),$

因而得到的CBOC(6，1，1/11)调制信号的子载波为一个四电平序列，如图1所示。其中：Tc＝1/(1.023*106)为伪随机码码片周期，同时也是BOC(1，1)信号的子载波周期，Ts＝1/(6*1.023*106)为BOC(6，1)子载波周期。本实施例中一个伪随机码序列中码片数目为p＝4092，相对应的伪随机码序列持续时间为Tp，且有Tp＝p*Tc。

所述的射频前端处理，包括以下步骤：

1)通过射频滤波器滤出射频信号中不需要的频率分量，并由低噪声放大器放大，得到放大的高频信号；

2)将放大的高频信号和锁相环频率合成器产生的第一本振信号本地晶振产生的信号(1.4GHz)混频，经过滤波后得到差频信号(175.42MHz)；该175.42MHz差频信号与第二本振信号(140MHz)混频，经过声表面滤波器中心频率选择得到差频信号(35.42MHz)；该35.42MHz差频信号经过自动增益放大后与第三本振信号(31.11MHz)混频，经过低通滤波器得到模拟的中频信号(4.309MHz)；

3)将模拟的中频信号进行量化后，得到数字中频信号s(t)。

第二步，对数字中频信号进行本地复现和分割处理，得到本地复现部分子载波信号。

所述的本地复现和分割处理，是：首先要根据CBOC(6，1，1/11)信号的特性复现本地子载波sc(t)，进而根据一个伪随机序列内码片数目，将复现子载波sc(t)分成若干部分子载波，载波分割的过程可以通过如图2所示的方法得到。一个伪随机序列内码片数目为p＝4092，则子载波sc(t)可以分割为2p个部分子载波，分别表示为SC_i(t)，其中：i＝0，1，...，2p-1，SCi(t)的周期为T_P。得到的部分子载波的时域波形如图2所示，且有：

sc(t)＝SC₀(t)+SC₁(t)+...+SC_2p-2(t)+SC_2p-1(t)。

第三步，对第一步的数字中频信号和第二步的本地复现部分子载波信号进行相关处理，得到这两个信号的相关信号。

所述的相关处理，是：

$R_i\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}s\left(t\right)S{C}_i(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt},$

其中：s(t)是第一步的数字中频信号，SC_i(t-τ)是第二步的第i部分的本地复现部分子载波信号，R_i(τ)是s(t)和SC_i(t-τ)的相关信号，i＝0，1，...，2p-1，2p是本地复现部分子载波信号的数目。

第四步，对相关信号进行重新组合处理，得到没有旁峰的相关信号，通过该信号实现信号的捕获和跟踪。

所述的重新组合处理，包括以下步骤：

1)计算M_i＝|R_i(τ)|+|R_2p-i-1(τ)|，由于i＝0，1，...，p-1，所以共计算p次，得到的图形如图3所示，具有一个主峰和若干个旁峰；

2)计算N_i＝|R_i(τ)-R_2p-i-1(τ)|，由于i＝0，1，...，p-1，所以共计算p次，得到的图形如图4所示，只有旁峰的存在；

3)计算r_i＝M_i-N_i，i＝0，1，...，p-1，由于i＝0，1，...，p-1，所以共计算p次，得到的图形如图5所示，具有一个主峰和2i(i＝0，1，...，p-1)个旁峰，且旁峰和主峰具有相同的形状，其中：

图5(a)表示|R_o|+|R_2p-1|-|R_o-R_2p-1|，图5(b)表示|R₁|+|R_2p-2|-|R₁-R_2p-2|，图5(c)表示|R_1-1|+|R₁|-|R_1-1-R₁|；

4)将3)得到的p个结果进行相乘，得到的图形如图6所示，即接收到的中频信号与本地复现信号的相关结果。

上述的整个重新组合处理的过程可以通过下式表示：

$R_{\mathrm{proposed}}\left(\mathrm{\τ}\right)\underset{i=0}{\overset{p-1}{\mathrm{\Π}}}\left\{\right|R_i\left(\mathrm{\τ}\right)|+|R_{2p-i-1}\left(\mathrm{\τ}\right)|-|R_i\left(\mathrm{\τ}\right)-R_{2p-i-1}\left(\mathrm{\τ}\right)\left|\right\}.$

分别采用本实施例技术和现有的自相关函数技术得到的相关结果图形如图7所示，由该图可知：现有的自相关函数技术得到的相关结果既有主峰也有旁峰，而本实施例技术得到的相关结果只有主峰没有旁峰，利用这个完全没有旁峰的结果进行信号捕获与跟踪时，就不存在锁定在相关值旁峰的问题，这样就可以彻底消除误捕获问题存在的可能。

Claims (7)

1.一种CBOC调制信号的接收系统，包括：天线、射频前端处理模块和相关器，其中：天线接收导航信号，天线与射频前端处理模块相连传输导航信号，其特征在于，射频前端处理模块与相关器相连传输中频导航信号，相关器输出接收信号与本地信号；

所述的相关器包括：本地子载波复现及分割子模块、相关运算子模块和重新组合及输出子模块，其中：相关运算子模块的一个输入端与射频前端处理模块相连传输中频导航信号，相关运算子模块的另一个输入端与本地子载波复现及分割子模块相连传输复现子载波信号，相关运算子模块的输出端与重新组合及输出子模块相连传输相关运算的结果信息，重新组合及输出子模块输出重新组合后没有旁峰的信号相关结果。

2.根据权利要求1所述的CBOC调制信号的接收系统，其特征是，所述的射频前端处理模块包括：放大滤波子模块、多级混频子模块和模数转换子模块，其中：放大滤波子模块与天线相连传输导航信号，放大滤波子模块与多级混频子模块相连传输经放大滤波后的导航信号，多级混频子模块与模数转换子模块相连传输混频后的导航信息，模数转换子模块与相关器相连传输采样后的数字中频导航信号。

3.一种根据权利要求1所述的CBOC调制信号的接收系统的接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，天线接收导航信号，并对接收到的导航信息进行射频前端处理，得到数字中频信号；

第二步，对数字中频信号进行本地复现和分割处理，得到本地复现部分子载波信号；

第三步，对第一步的数字中频信号和第二步的本地复现部分子载波信号进行相关处理，得到这两个信号的相关信号；

第四步，对相关信号进行重新组合处理，得到没有旁峰的相关信号，通过该信号实现信号的捕获和跟踪。

4.根据权利要求3所述的CBOC调制信号的接收方法，其特征是，第一步中所述的射频前端处理，包括以下步骤：

1)通过射频滤波器滤出射频信号中不需要的频率分量，并由低噪声放大器放大，得到放大的高频信号；

2)将放大的高频信号和本地晶振产生的信号进行三级混频，得到模拟的中频信号；

3)将模拟的中频信号进行量化后，得到数字中频信号。

5.根据权利要求3所述的CBOC调制信号的接收方法，其特征是，第二步中所述的本地复现和分割处理，是：在本体复现导航信号的调制信号子载波sc(t)，并将该子载波sc(t)划分为2p个相等的部分子载波，其中：p是调制信号子载波sc(t)中的伪随机码序列内的码片数目。

6.根据权利要求3所述的CBOC调制信号的接收方法，其特征是，第三步中所述的相关处理，是：

$R_i\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}s\left(t\right){\mathrm{SC}}_i(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt},$

其中：s(t)是第一步的数字中频信号，SC_i(t-τ)是第二步的第i部分的本地复现部分子载波信号，R_i(τ)是s(t)和SC_i(t-τ)的相关信号，i＝0，1，...，2p-1，2p是本地复现部分子载波信号的数目。

7.根据权利要求3所述的CBOC调制信号的接收方法，其特征是，第四步中所述的重新组合处理，是：

$R_{\mathrm{proposed}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{i=0}{\overset{p-1}{\mathrm{\Π}}}\left\{\right|R_i\left(\mathrm{\τ}\right)|+|R_{2p-i-1}\left|\left(\mathrm{\τ}\right)\right|-|R_i\left(\mathrm{\τ}\right)-R_{2p-i-1}\left(\mathrm{\τ}\right)|\},$

其中：R_proposed(τ)是没有旁峰的相关信号，R_i(τ)是数字中频信号与第i部分的本地复现部分子载波信号的相关信号，R_2p-i-1(τ)是数字中频信号与第(2p-i-1)部分的本地复现部分子载波信号的相关信号，i＝0，1，...，p-1，2p是本地复现部分子载波信号的数目。

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