CN102201830B - 广播定位系统的ipdl改进及其基带处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方法，包括如下：发射装置分组，每组以帧为单位按周期轮流暂停发射帧信号中有传输电文部分的扩频码；接收端的基带处理在每一帧信号有传输电文部分不进行AGC计算；广播用OFDM信号的基带处理按原有方法处理；定位用扩频信号的基带处理做如下调整：粗捕获过程，对跟踪列表中的扩频码ID确认信号强弱及其在一个IPDL周期内暂停发射的规则，跟踪过程中对强信号的扩频码ID只对未暂停发射的帧进行处理，对弱信号的扩频码ID只对未暂停发射且所有强信号都暂停发射的那些帧进行处理。本发明能够有效减小远近效应引起的强信号对弱信号的干扰。

Description

广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方法

【技术领域】

本发明涉及一种广播定位系统的方法，特别是一种IPDL的改进方法，及相应的基带处理方法。

【背景技术】

中国专利，公开日为2011.02.16日，公开号为CN101977172A中公开了一种“广播定位信号生成方法、定位方法及装置”，在原有的基于OFDM（正交频分复用）技术的广播系统中通过加扩频码的方式来生成广播定位信号，接收机通过接收该信号，既能够接收广播节目，又能够实现定位功能。因为定位的时候，接收机需要同时接收多个发射装置的扩频码，这就会存在远近效应，即收到的某些发射装置的信号功率远大于另一些发射装置的信号。这样，强信号与弱信号扩频码的互相关有可能超过弱信号扩频码的自相关，直接导致弱信号无法捕获。

对于这个问题，可以采用GPS中互相关消除的方法，先对强信号进行捕获和跟踪，然后在接收数据中减去估计出的强信号，再对弱信号进行捕获和跟踪。但是在信道条件比较复杂的情况下，该方法复杂度很大，而且性能不高。

上述中国专利“广播定位信号生成方法、定位方法及装置”中同时给出了一种带IPDL（Idle Period Downlink，空闲周期下行链路）的实施例，根据网络拓扑把基站分为三组，通过每组基站所用的激励器轮流暂停对广播定位信号的发射，接收端在该段时间内检测其它基站发射的广播定位信号，避免强弱干扰。在上述IPDL实施例中，每组基站所用的激励器轮流暂停对广播定位信号的发射，会造成接收端收到的广播定位信号出现信号强度的跳变，当强信号暂停发射时，收到的信号会突然变小，直接影响广播的正常接收；另外，扩频信号的不连续使精细频偏的计算不好采用基于FFT的方法，大大降低了算法性能。

本申请人在2011-4-6日申请了申请号为“201110089569.6”的专利“一种接收广播定位信号的基带处理装置及方法”，该装置包括依次连接的帧同步模块、粗捕获模块、精捕获模块、跟踪解码模块以及定位计算模块；所述帧同步模块：用于进行帧同步，确定广播信号帧的帧头位置，即广播定位信号中的扩频码的位置；所述粗捕获模块：进行粗略频偏估计，并在捕获列表中确认当前能够收到的广播定位信号的扩频码ID及其超过门限的路径的粗的码相位；所述精捕获模块：进行计算粗捕获模块捕获到的超过门限的路径的广播定位信号的精细频偏；所述跟踪解码模块：对精捕获成功和正在跟踪的各个路径的广播定位信号的扩频信号进行载波相位和码相位的跟踪，并解出不同发射装置发射的广播定位信号中的电文，计算各个路径的信噪比，再根据不同广播发射装置不同路径的广播定位信号的码相位计算时延差；所述定位计算模块根据广播发射装置的装置号、位置信息和跟踪模块得到的时延差、信噪比参数进行定位。该方法包括如下步骤：步骤10、对基带信号通过帧同步模块进行帧同步，找到广播信号帧的帧头位置，即广播定位信号中的扩频码的位置，帧同步模块判断是否同步成功，否则重复步骤10；是，则进入步骤20；步骤20、初始化粗捕获模块的粗捕获列表、精捕获模块的精捕获列表和跟踪解码模块的跟踪列表，对基带信号进行粗略频偏估计，进入步骤30；步骤30、通过粗捕获模块对接收到的不同广播发射装置发射的广播定位信号用粗略频偏进行下变频，并在粗捕获列表中确认当前收到的广播定位信号的扩频码ID及其超过门限的路径的粗的码相位，所述扩频码ID只对应一广播发射装置；将捕获到的各扩频码ID从粗捕获列表中移除，并将其加入精捕获列表；如果粗捕获模块未捕获到一广播定位信号的路径且精捕获列表和跟踪列表为空，则转入步骤10，重新进行帧同步；否则进入步骤40；步骤40、通过精捕获模块对精捕获列表中的多个广播发射装置发射的超过门限的路径的对应广播定位信号进行精细频偏计算，并判断是否精捕获成功；判断完毕，则将完成精细频偏计算的路径对应的扩频码ID从精捕获列表中移除；并将精捕获成功的扩频码ID及对应的路径放入跟踪列表，如果一广播发射装置所有粗捕获得到的路径进行精捕获，捕获都未成功，则将该广播发射装置对应的扩频码ID重新放入粗捕获列表，并进入步骤50；步骤50、通过跟踪解码模块对跟踪列表中各路径的广播定位信号进行载波相位和码相位的跟踪，并解出不同发射装置发射的广播定位信号中的电文，计算各个路径的信噪比，根据不同广播发射装置不同路径的广播定位信号的码相位计算时延差；如果一广播发射装置的所有路径都跟踪失锁，则将该广播发射装置对应的扩频码ID从跟踪列表中移除，重新放入粗捕获列表，并进入步骤60；步骤60、通过定位计算模块判断跟踪锁定的广播发射装置数是否大于定位需要的广播发射装置数，是，则根据广播发射装置位置信息和跟踪模块得到的时延差、信噪比参数进行定位，否则不进行定位，并跳回步骤30。

本申请人还在2011-4-6日申请了申请号为“201110085151.8”的专利“一种广播定位系统中扩频码的捕获和跟踪方法”，具体包括如下步骤：步骤10、用接收到的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的时间长度为T的一段信号对捕获列表中的扩频码ID对应的扩频码进行粗捕获，得到能够捕获到的扩频码ID及其超过门限值的路径信号的粗码相位；将粗捕获到的各个扩频码对应的路径信号的粗码相位与该扩频码正在进行精捕获和跟踪的路径信号的码相位进行比较，得到该扩频码的新路径信号，对新路径信号进行判断，确定是否要将其加入精捕获和跟踪列表，如果未捕获到任何路径信号且精捕获列表和跟踪列表为空，则退出捕获和跟踪，重新进行帧同步；步骤20、用接收到的一帧数据中未传输电文的扩频码位置处的复数段信号对精捕获列表中的各个路径进行精细频偏计算，某条路径的信号在精捕获计算完成后，将该路径从精捕获列表中移除，并判断精捕获是否成功，如果成功，则将该路径在跟踪列表中的状态改为精捕获成功，并将算出的精确频偏更新到跟踪列表，如果不成功，则将该路径从跟踪列表中移除；步骤30、用步骤10中的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的时间长度为T的一段信号对跟踪列表中精捕获成功的各个路径进行载波相位和码相位的跟踪，并解出广播定位信号中各个发射装置发射的电文，计算各个发射装置的各条路径信号的时延差和信噪比，并将这些参数传给定位模块进行定位；步骤40、根据跟踪列表中所有路径的码相位和信号的帧结构，调整步骤10、20、30中下一帧要处理的输入数据的位置，跳到步骤10，对下一帧数据进行处理。

对于未采用IPDL的广播定位信号的基带处理方法可以参考前述的这两个专利申请文件：“一种广播定位系统的基带处理装置及方法”和“一种广播定位系统中扩频码的捕获和跟踪方法”。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种广播定位系统的IPDL改进方法及其基带处理方法，它能够针对采用IPDL的广播定位信号有效减小远近效应引起的强信号对弱信号的干扰。

本发明是这样实现的：

一种广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方法，具体包括如下步骤：

将发射装置分为复数组，每组发射装置以帧为单位，以复数帧时间为周期轮流暂停发射一个帧信号中有传输电文部分的扩频码；接收端的基带处理对每一帧信号有传输电文部分不进行AGC的计算；

步骤10、用接收到的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号对捕获列表中的扩频码ID对应的扩频码进行粗捕获，得到能够捕获到的扩频码ID及其超过门限值的路径信号的粗码相位；将粗捕获到的各个扩频码对应的路径信号的粗码相位与该扩频码正在进行精捕获和跟踪的路径信号的码相位进行比较，得到该扩频码的新路径信号，对新路径信号进行判断，确定是否要将其加入精捕获和跟踪列表，如果未捕获到任何路径信号且精捕获列表和跟踪列表为空，则退出捕获和跟踪，重新进行帧同步；对跟踪列表中的扩频码ID确认其信号强弱；对跟踪列表中未确认一个IPDL周期内暂停发射的规则的扩频码ID确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则；

步骤20、用接收到的一帧数据中未传输电文的扩频码位置处的复数段信号对精捕获列表中的各个路径进行精细频偏计算，某条路径的信号在精捕获计算完成后，将该路径从精捕获列表中移除，并判断精捕获是否成功，如果成功，则将该路径在跟踪列表中的状态改为精捕获成功，并将算出的精确频偏更新到跟踪列表，如果不成功，则将该路径从跟踪列表中移除；

步骤30、用步骤10中的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号对跟踪列表中精捕获成功的且当前帧需要处理的扩频码ID的各个路径进行载波相位和码相位的跟踪，并解出跟踪列表中精捕获成功的且当前帧需要处理的扩频码ID对应的发射装置发射的广播定位信号中的电文，计算这些发射装置的各条路径信号的时延差和信噪比，并将这些参数传给定位模块进行定位；所述当前帧需要处理的扩频码ID确定规则为：对强信号的扩频码ID只对未暂停发射的帧进行处理；对弱信号的扩频码ID只对未暂停发射且所有强信号都暂停发射的那些帧进行处理；

步骤40、根据跟踪列表中所有路径的码相位和信号的帧结构，调整步骤10、20、30中下一帧要处理的输入数据的位置，跳到步骤10，对下一帧数据进行处理。

所述的扩频码ID确认信号强弱的具体方法如下：

步骤1、统计若干个IPDL周期时间内，跟踪列表中的各个扩频码粗捕获到的最大径的相关值的模值，根据最大值乘一个比例值定一个门限，超过该门限的为强信号；

步骤2、如果强信号的扩频码个数加上在一个IPDL周期时间内能处理的弱信号的扩频码个数少于定位需要的扩频码个数，且强信号的个数大于1，跳到步骤3，否则完成；

步骤3、将强信号中最弱的那个扩频码改为弱信号，跳到步骤2。

进一步的，所有发射装置的扩频码ID在一个IPDL周期内的所有帧是否暂停发射的规则事先规定好，或者通过某个信息通道传输到接收端，这样接收端只要确定了一个扩频码ID在一个IPDL周期内是否暂停发射的规则，就可以确定所有扩频码ID在一个IPDL周期内是否暂停发射的规则。

进一步的，相邻的发射装置采用不同组的扩频码，以提高整个系统的性能。

进一步的，对定位用的扩频信号的基带处理时，在粗捕获过程中，对跟踪列表中未确认一个IPDL周期内暂停发射的规则的扩频码ID，确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则的具体方法如下：如果某个扩频码ID在某帧粗捕获成功，则认为该扩频码ID在该帧未暂停发射，否则认为暂停发射，统计超过一个IPDL周期后如果能够与某个暂停发射的规则对应上，则确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则成功，否则一直统计下去。

进一步的，对定位用的扩频信号的基带处理时，某个扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则确认后，只有在其跟踪的所有路径都失锁，从跟踪列表中移除后才变为未确认；如果所有发射装置的扩频码ID在一个IPDL周期内的所有帧是否暂停发射的规则已经知道，则只要有一个扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则确认后，所有扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则也就确认。

本发明具有如下优点：

本发明方法的运算量小，能够有效减小远近效应引起的强信号对弱信号的干扰，克服了GPS互相关消除的方法在信道条件比较复杂的情况下，复杂度很大，而且性能不高的问题；而且克服了现有IPDL技术中，因为接收端收到的广播定位信号出现信号强度的跳变，当强信号暂停发射时，收到的信号会突然变小，导致影响广播的正常接收，和扩频信号的不连续使精细频偏的计算不好采用基于FFT的方法而导致降低了算法性能的问题。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明方法的示意图。

图2为CMMB的帧结构示意图。

图3为信标的结构示意图。

图4为叠加的gold码时隙内的结构示意图。

【具体实施方式】

如图1所示，本发明方法在广播定位系统中采用IPDL（Idle PeriodDownlink，空闲周期下行链路）。

将发射装置分为若干组，每组发射装置以帧为单位按一定周期轮流暂停发射某些帧信号中有传输电文部分（即未与原OFDM信号叠加的部分）的扩频码。优选的，所有发射装置的扩频码ID在一个IPDL周期内的所有帧是否暂停发射的规则可以事先规定好，或者通过某个信息通道传输到接收端，这样接收端只要确定了一个扩频码ID在一个IPDL周期内是否暂停发射的规则，就可以确定所有扩频码ID在一个IPDL周期内是否暂停发射的规则。在布网时，相邻的发射装置尽量采用不同组的扩频码，以提高整个系统的性能。

1）由于一帧信号中暂停发射的时间很短，而且不在广播信号传输数据的部分，因此对原来的广播接收机接收广播节目的影响很小，为了进一步减小信号强度突然变化的影响，接收端的基带处理在每一帧信号有传输电文部分不进行AGC的计算。

2）对广播用的OFDM信号的基带处理可以按广播原有的基带处理方法进行处理。

3）对定位用的扩频信号的基带处理方法，由于只对有传输电文部分的扩频码暂停发射，而且强弱信号的互相关只会影响粗捕获和跟踪，因此，对于扩频信号的基带处理方法只需要对粗捕获和跟踪进行调整，粗捕获和跟踪原来的方法可以参考本申请人申请的“一种广播定位系统中扩频码的捕获和跟踪方法”。具体包括如下步骤：

步骤10、用接收到的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的时间长度为T的一段信号对捕获列表中的扩频码ID对应的扩频码进行粗捕获，得到能够捕获到的扩频码ID及其超过门限值的路径信号的粗码相位；将粗捕获到的各个扩频码对应的路径信号的粗码相位与该扩频码正在进行精捕获和跟踪的路径信号的码相位进行比较，得到该扩频码的新路径信号，对新路径信号进行判断，确定是否要将其加入精捕获和跟踪列表，如果未捕获到任何路径信号且精捕获列表和跟踪列表为空，则退出捕获和跟踪，重新进行帧同步；

步骤20、用接收到的一帧数据中未传输电文的扩频码位置处的复数段信号对精捕获列表中的各个路径进行精细频偏计算，某条路径的信号在精捕获计算完成后，将该路径从精捕获列表中移除，并判断精捕获是否成功，如果成功，则将该路径在跟踪列表中的状态改为精捕获成功，并将算出的精确频偏更新到跟踪列表，如果不成功，则将该路径从跟踪列表中移除；

步骤30、用步骤10中的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的时间长度为T的一段信号对跟踪列表中精捕获成功的各个路径进行载波相位和码相位的跟踪，并解出广播定位信号中各个发射装置发射的电文，计算各个发射装置的各条路径信号的时延差和信噪比，并将这些参数传给定位模块进行定位；

步骤40、根据跟踪列表中所有路径的码相位和信号的帧结构，调整步骤10、20、30中下一帧要处理的输入数据的位置，跳到步骤10，对下一帧数据进行处理。

对于本发明所述的采用IPDL的广播定位系统的扩频信号的基带处理只需要对上述的步骤10和步骤30进行调整。

在粗捕获过程（即步骤10）中，对跟踪列表中的扩频码ID需要确认其信号强弱；对跟踪列表中未确认一个IPDL周期内暂停发射的规则的扩频码ID需要确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则；在跟踪过程（即步骤30）中，对强信号的扩频码ID只对未暂停发射的帧进行处理；对弱信号的扩频码ID只对未暂停发射且所有强信号都暂停发射的那些帧进行处理。

粗捕获过程中对跟踪列表中的扩频码ID确认信号强弱的具体方法如下：

步骤11、统计若干个IPDL周期时间内，跟踪列表中的各个扩频码粗捕获到的最大径的相关值的模值，根据最大值乘一个比例值定一个门限，超过该门限的为强信号；

步骤12、如果强信号的扩频码个数，加上在一个IPDL周期时间内能处理的弱信号的扩频码个数，少于定位需要的扩频码个数，且强信号的个数大于1，跳到步骤13；否则完成。

步骤13、将强信号中最弱的那个扩频码改为弱信号，跳到步骤12。

在粗捕获过程中，对跟踪列表中未确认一个IPDL周期内暂停发射的规则的扩频码ID，确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则的具体方法如下：

如果某个扩频码ID在某帧粗捕获成功，则认为该扩频码ID在该帧未暂停发射，否则认为暂停发射，统计超过一个IPDL周期后如果能够与某个暂停发射的规则对应上，则确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则成功，否则一直统计下去。

某个扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则确认后，只有在其跟踪的所有路径都失锁，从跟踪列表中移除后才变为未确认。

如果所有发射装置的扩频码ID在一个IPDL周期内的所有帧是否暂停发射的规则已经知道，则只要有一个扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则确认后，所有扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则也就确认。

在跟踪过程中，对强信号的扩频码ID只对未暂停发射的帧进行处理；对弱信号的扩频码ID只对未暂停发射且所有强信号都暂停发射的那些帧进行处理。跟踪环路的更新时间需要随之调整。

具体实施例：

如图2所示，为广播信号CMMB（中国移动多媒体广播）的帧结构示意图，其每1秒为1帧，划分为40个时隙，每个时隙的长度为25ms，包括1个信标和53个OFDM符号，码速率为10M。信标的结构如图3所示，包括发射机标识信号（TXID）以及2个相同的同步信号，TXID的长度为36us，一个同步信号的长度为204.8us。

广播定位信号是在CMMB信号上叠加511位的Gold码，码速率为5M，叠加的Gold码以时隙（25ms）为周期重复，其在时隙内的结构图如图4所示，其中，码头部分（136us）将原来的CMMB信号（即TXID和第一个同步信号的前100us）去掉，只有Gold码，信号能量与后面的CMMB信号能量相当；叠加码部分保持原有的CMMB信号，叠加的Gold码的信号能量低于码头20db。码头部分的Gold码以BPSK调制电文，每比特电文的持续时间为150ms；叠加码部分不调制电文。Gold码总共有21组，其ID编号从0到20。

其改进的IPDL方法如下：

将所有扩频码分为3组，每组发射装置以3个时隙为周期轮流暂停发射1个时隙信号中码头部分的扩频码。以每比特电文持续时间的起始时隙为起点，按0，1，2循环计数，计数为0的那些时隙将扩频码ID对3求余为0的那些扩频码的码头部分暂停发射；计数为1的那些时隙将扩频码ID对3求余为1的那些扩频码的码头部分暂停发射；计数为2的那些时隙将扩频码ID对3求余为2的那些扩频码的码头部分暂停发射。

接收端的基带处理在每一帧信号的码头部分不进行AGC（自动增益控制）的计算。

对广播用的OFDM信号的基带处理可以按广播原有的基带处理方法进行处理，具体如下：首先进行帧同步，找到同步符号的位置；然后利用OFDM符号的循环前缀和同步符号计算小数频偏和整数频偏，利用同步符号进行定时估计；用这些信息对输入信号进行频偏和FFT窗口的校正后进行FFT得到频域数据，对频域数据进行导频和有效数据的分离；利用导频进行小数频偏的计算和信道估计，然后对有效数据进行均衡、解交织和信道解码。

对定位用的扩频信号的基带处理方法，具体步骤如下：

步骤1、对接收的广播定位信号的基带信号取连续的两个204.8us长度的序列进行滑动自相关，在25ms时间内统计相关值的模值的最大值及其位置，如果最大值超过预先存储的阈值，则认为帧同步成功，此时进行计算的这两个序列即对应信标中的两个同步信号的位置，第一个序列起始位置前36us的位置即为扩频码码头的起始位置，跳到步骤2，如果最大值未超过阈值，则帧同步未成功，休眠100ms后再重复步骤1；

步骤2、粗捕获列表被初始化为所有可能收得到的扩频码ID（0到20），精捕获列表和跟踪列表被初始化为空，利用OFDM符号的循环前缀计算小数频偏，利用同步信号计算整数频偏，将这两个频偏值相加得到粗略频偏估计，并跳到步骤3；

步骤3、对接收到的码头位置处的一段信号进行粗捕获，在捕获列表中确认当前能够捕获到的广播定位信号的扩频码ID（一个扩频码ID对应一个发射装置）及其超过门限的路径的粗的码相位，将这些路径与正在进行精捕获和跟踪的路径进行比较，如果是新的路径且满足一定条件，则将该路径加入精捕获和跟踪列表，该路径在跟踪列表中的状态为粗捕获成功，否则不进行处理，跳到步骤4；

步骤4、如果未确认一个IPDL周期内暂停发射的规则，对跟踪列表中所有扩频码ID确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则，跳到步骤6；否则，跳到步骤5；

步骤5、当IPDL计数为0时，对跟踪列表中的扩频码ID确认其信号强弱，跳到步骤6；

步骤6、对精捕获列表中的那些发射装置的超过门限的路径的叠加码位置处的广播定位信号进行精细频偏计算，计算完成后将完成的那些路径从精捕获列表中移除，然后判断一个IPDL周期内暂停发射的规则是否已经确认，如果未确认，跳到步骤1，重新进行帧同步；否则，跳到步骤7；

步骤7、判断精捕获是否成功，将精捕获成功的那些路径在跟踪列表中的状态改为精捕获成功，并将算出的精确频偏更新到跟踪列表，将精捕获不成功的那些路径从跟踪列表中移除，跳到步骤8；

步骤8、对跟踪列表中精捕获成功的那些路径的码头位置处的一段信号进行载波相位和码相位的跟踪，并解出广播定位信号中的电文，计算各个路径的信噪比，根据不同发射装置不同路径的广播定位信号的码相位计算时延差。跳到步骤9；

步骤9、根据跟踪列表中所有路径的码相位和信号的帧结构，调整步骤3到步骤8中要处理的输入数据的位置，并将定位模块需要的参数传输给定位模块。跳回步骤3。

上述步骤3和步骤8中对所有发射装置所有路径的信号，处理相同的一段信号，为了获得更优的性能，选取长度为Gold码周期的长度，即102.2微秒。

步骤3中确认当前能够收到的广播定位信号的扩频码ID（一个扩频码ID对应一个发射装置）及其超过门限的路径的粗的码相位，用FFT（快速傅里叶变换）的方法来减少运算量，具体步骤如下：

步骤3.1、将码头处要处理的102.2微秒的输入数据进行FFT变换并取共轭得到序列A，跳到步骤3.2；

步骤3.2、如果捕获列表中还有未捕获的扩频码ID，将本地存储的该扩频码按相同采样率得到的序列做FFT的结果取出与序列A按元素相乘得到序列B，跳到步骤3.3；否则结束；

步骤3.3、对序列B进行IFFT得到序列C，跳到步骤3.4；

步骤3.4、计算序列C中元素模值的均值，乘一定倍数得到门限值，跳到步骤3.5；

步骤3.5、在序列C中将各个元素的模值与门限比较，只要存在超过门限的值就认为该扩频码ID对应的发射装置的广播定位信号能够捕获到，由超过门限的值对应的序列中的位置确定路径的粗的码相位，跳到步骤3.2；

这里要说明的是：当102.2微秒的输入数据的长度不是2的幂次时，可以先进行线性插值使其变为2的幂次，计算出的码相位为插值后的序列的码相位，需要换算到处理前的输入序列中的码相位。另外，也可以参考GPS软件接收机中利用FFT的粗捕获方法中将输入数据变为2的幂次的方法。

步骤3中得到的某个发射装置某条路径的码相位后，需要与该发射装置对应的扩频码正在进行精捕获和跟踪的路径的码相位进行比较，当该码相位与正在进行精捕获和跟踪的所有路径的差值都大于一个门限时，认为该路径为新的路径。该门限为跟踪模块能够分辨的两条路径码相位差的最小值。

步骤3中满足一定条件是指精捕获和跟踪列表未满或者捕获到的新路径是该发射装置的最强径或第一条径。在精捕获或跟踪列表满了，且捕获到的新路径是该发射装置的最强径或第一条径时，要将该路径加入精捕获和跟踪列表，就需要在精捕获和跟踪列表中移除一条径。移除规则可以优选如下：优先移除该发射装置对应的精捕获未完成的路径，次之移除跟踪未稳定的路径，如果还是没有则全部跟踪稳定，移除信噪比最低的路径。

步骤4中，对跟踪列表中所有扩频码ID确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则的具体方法如下：如果某个扩频码ID在本时隙粗捕获成功，则认为该扩频码ID在本时隙未暂停发射，否则认为暂停发射；统计超过一个IPDL周期后，如果最近的3个时隙中有一个扩频码ID有两个时隙未暂停发射，1个时隙暂停发射，则确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则成功，暂停发射的那个时隙的IPDL计数等于该扩频码ID对3求余的结果，然后每个时隙对IPDL计数加1并对3求余，否则一直统计下去。

上述步骤5中，对跟踪列表中的扩频码ID确认其信号强弱的具体方法如下：

步骤5.1、统计3个时隙内跟踪列表中的各个扩频码粗捕获到的最大径的相关值的模值，根据最大值乘一个比例值定一个门限，超过该门限的为强信号，跳到步骤5.2；

步骤5.2、如果强信号的扩频码个数加上在一个IPDL周期时间内能处理的弱信号的扩频码个数少于定位需要的扩频码个数，且强信号的个数大于1，跳到步骤5.3；否则完成；

步骤5.3、将强信号中最弱的那个扩频码改为弱信号，跳到步骤5.2。

上述步骤6中的精细频偏估计先将未传输电文的扩频码位置处的广播定位信号的数据用粗略频偏进行下变频，然后根据精捕获列表中的扩频码ID及该路径的码相位用本地存储的扩频码序列对其进行解扩。用对1024段间隔为1毫秒的数据的解扩结果进行FFT的方法来计算精确频偏，以提高其性能。根据FFT的模值的峰值是否超过门限来判断精捕获是否成功。门限根据FFT结果的模值的均值乘一定倍数确定。

步骤6中对1024段间隔为1毫秒的数据的选取方法如下：将一帧的25ms从步骤3和步骤8中要计算的数据的起始位置开始，等分成25份，每份1ms的数据去掉最前面153.3微秒的数据和最后面51.1微秒的数据，这样就得到了精捕获需要运算的数据。

精捕获的频率精度可以到1Hz左右，频率计算范围可以从-500Hz到500Hz。精捕获完成至少需要1.024秒的数据，此时，如果还无法确认某个扩频码在一个IPDL周期内暂停发射的规则，则说明信号非常差或者帧同步有误，重新进行帧同步。

步骤8中跟踪的方法用3阶PLL锁定载波相位，用1阶DLL锁定码相位，PLL采用经典的科斯塔（Costas）锁相环的鉴别器，容许电文的跳变。DLL采用S曲线的鉴别器以对抗多径。根据各个路径跟踪得到的I（同相）路和Q（正交）路的解扩后的信号进行信噪比估计；将同一发射装置各个跟踪路径的I路值进行累加，然后判决该发射装置传输的电文；根据各个路径锁定的码相位计算出各个路径的时延差，方法的具体描述可以参考GPS捕获和跟踪的相关资料。

步骤9中调整要处理的输入数据的位置，方法如下：设已经捕获和跟踪上的所有发射装置所有路径中的最后一个到达路径的传输电文的扩频码位置的起始点为A，已经捕获和跟踪上的所有发射装置所有路径中的第一个到达路径的传输电文的扩频码位置的结束点为B，以A和B的中点为中心，选取102.2微秒长度的序列为该段信号。

步骤9中传输给定位模块的参数包括所有正在跟踪和精捕获的发射装置的扩频码ID，这些发射装置的所有正在跟踪和精捕获的路径与第一个到达路径的时延差，上述每个路径的状态（跟踪稳定和未跟踪稳定），对于跟踪稳定的路径给出信噪比。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方法，其特征在于，具体包括如下步骤： 

将发射装置分为复数组，每组发射装置以帧为单位，以复数帧时间为周期轮流暂停发射一个帧信号中有传输电文部分的扩频码；接收端的基带处理对每一帧信号有传输电文部分不进行AGC的计算； 

步骤10、用接收到的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号对捕获列表中的扩频码ID对应的扩频码进行粗捕获，得到能够捕获到的扩频码ID及其超过门限值的路径信号的粗码相位；将粗捕获到的各个扩频码对应的路径信号的粗码相位与该扩频码正在进行精捕获和跟踪的路径信号的码相位进行比较，得到该扩频码的新路径信号，对新路径信号进行判断，确定是否要将其加入精捕获和跟踪列表，如果未捕获到任何路径信号且精捕获列表和跟踪列表为空，则退出捕获和跟踪，重新进行帧同步；对跟踪列表中的扩频码ID确认其信号强弱；对跟踪列表中未确认一个IPDL周期内暂停发射的规则的扩频码ID确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则； 

步骤20、用接收到的一帧数据中未传输电文的扩频码位置处的复数段信号对精捕获列表中的各个路径进行精细频偏计算，某条路径的信号在精捕获计算完成后，将该路径从精捕获列表中移除，并判断精捕获是否成功，如果成功，则将该路径在跟踪列表中的状态改为精捕获成功，并将算出的精确频偏更新到跟踪列表，如果不成功，则将该路径从跟踪列表中移除； 

步骤30、用步骤10中的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号对跟踪列表中精捕获成功的且当前帧需要处理的扩频码ID的各个路径进行载波相位和码相位的跟踪，并解出跟踪列表中精捕获成功的且当前帧需要处理的扩频码ID对应的发射装置发射的广播定位信号中的电文，计算这些发射装置的各条路径信号的时延差和信噪比，并将这些参数传给定位模块进行定位；所述当前帧需要处理的扩频码ID确定规则为：对强信号的扩频码ID只对未暂停发射的帧进行处理；对弱信号的扩频码ID只对未暂停发射且 所有强信号都暂停发射的那些帧进行处理； 

步骤40、根据跟踪列表中所有路径的码相位和信号的帧结构，调整步骤10、20、30中下一帧要处理的输入数据的位置，跳到步骤10，对下一帧数据进行处理；

所述的扩频码ID确认信号强弱的具体方法如下： 

步骤1、统计若干个IPDL周期时间内，跟踪列表中的各个扩频码粗捕获到的最大径的相关值的模值，根据最大值乘一个比例值定一个门限，超过该门限的为强信号； 

步骤2、如果强信号的扩频码个数加上在一个IPDL周期时间内能处理的弱信号的扩频码个数少于定位需要的扩频码个数，且强信号的个数大于1，跳到步骤3，否则完成； 

步骤3、将强信号中最弱的那个扩频码改为弱信号，跳到步骤2。 

2.根据权利要求1所述的广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方法，其特征在于：所有发射装置的扩频码ID在一个IPDL周期内的所有帧是否暂停发射的规则事先规定好，或者通过某个信息通道传输到接收端，这样接收端只要确定了一个扩频码ID在一个IPDL周期内是否暂停发射的规则，就可以确定所有扩频码ID在一个IPDL周期内是否暂停发射的规则。 

3.根据权利要求1所述的广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方法，其特征在于：相邻的发射装置采用不同组的扩频码，以提高整个系统的性能。 

4.根据权利要求1所述的广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方法，其特征在于：对定位用的扩频信号的基带处理时，在粗捕获过程中，对跟踪列表中未确认一个IPDL周期内暂停发射的规则的扩频码ID，确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则的具体方法如下：如果某个扩频码ID在某帧粗捕获成功，则认为该扩频码ID在该帧未暂停发射，否则认为暂停发射，统计超过一个IPDL周期后如果能够与某个暂停发射的规则对应上，则确认其在一个IPDL周期内暂停发射的规则成功，否则一直统计下去。 

5.根据权利要求1所述的广播定位系统的IPDL改进及其基带处理方 法，其特征在于：对定位用的扩频信号的基带处理时，某个扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则确认后，只有在其跟踪的所有路径都失锁，从跟踪列表中移除后才变为未确认；如果所有发射装置的扩频码ID在一个IPDL周期内的所有帧是否暂停发射的规则已经知道，则只要有一个扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则确认后，所有扩频码ID在一个IPDL周期内暂停发射的规则也就确认。 

Images