CN103472470B - 一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法，所述方法包括：获取中频数据和本地产生的载波数据；根据所述中频数据和所述载波数据，在乘法运算表中查找对应的乘法结果；输出所述对应的乘法结果。采用本发明的技术方案后，采用基本的选择电路和乘法运算表代替了乘法运算器，简化了电路的设计，提高了运算的效率和减少了资源的开销。

Description

一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法和装置
技术领域
本发明涉及卫星导航信号处理技术领域，尤其涉及一种卫星信号调制解调中乘法运算的实现方法。
背景技术
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)利用导航卫星进行定时、定位和测距，能在全世界范围内实现全天候、全方位连续为海上、陆地和空中的用户提供实时高精度的三维空间、速度和时间信息。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的北斗导航系统，以GPS系统为例，该系统主要由三部分组成，即空间部分、地面控制部分和用户装置部分。空间部分由24颗卫星组成，分布在6个道平面上。地面控制部分由负责管理、协调整个地面控制系统的工作的主控站、在主控站的控制下，向卫星注入寻电文的地面天线、作为数据自动收集中心的监测站和通讯辅助系统组成。用户装置部分主要由GPS接收机和卫星天线组成。
在当前的卫星导航系统接收装置设计中，为了能够跟踪淹没于噪声之中的卫星信号，必须首先将输入I/Q路中频信号进行一定时长的积分，而在进行积分之前需要首先对中频信号进行混频相乘，将信号频谱从频带搬移到基带，然后再与本地产生伪随机码相关对其进行解扩频，最后将得到的结果送入积分模块。由于在常见的基带跟踪芯片设计中，芯片都被设计成支持多个硬件通道，能够同时对不同模式下或相同模式下多颗卫星信号进行跟踪，因此载波与伪随机码剥离模块也被硬件中构建多次。因此为了节省芯片总面积，降低功耗，实现更加高效的设计，有必要对现有的设计进行改进。
在现有的载波与伪随机码剥离模块中，首先将载波NCO（数控振荡字）的值分别生成用于I/Q路混频的SIN值（正弦值）以及COS值（余弦值），然后将其与中频信号对应相乘，相乘操作是通过一个定点的乘法器完成，如附图1所示，输入数据101经过乘法器102和乘法器103进行乘法操作。通过上述混频过程之后的结果则进入到伪随机码剥离电路，该操作是由伪随机码相关器完成的，最后才将结果送到积分累加电路。当前的设计中每一通道都需要一个SIN值（正弦值）以及COS值（余弦值）产生电路，至少一个用于混频的定点乘法器，还需要多个伪随机码相关器，因此需要较大的硬件开销。由于模块在跟踪开始之后就稳定不间断地运行直到关闭该通道，较大的硬件开销也带来功耗的提升。
随着接收机的小型化和定位要求越来越高，如何减少硬件开销和功耗，提升接收机的运算效率，是当前接收机发展的重要问题。
目前接收机的调制解调电路中主要涉及到的就是乘法运算，传统的做法通常使用乘法器来完成。如附图1所示，输入信号101在乘法器102和乘法器103中进行乘法运算，假设在电路中参与运算的输入量的位数为n，同时输入量的状态数为2的n次幂，那么乘法器是最好的选择。但是如果输入量的状态数小于2的n次幂，这时使用乘法器便会造成资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法和装置，通过基本的选择电路和乘法运算表解决参与乘法运算的输入量的实际状态不能遍历它能表示的最大状态量（2的n次幂）时，使用乘法器造成的逻辑电路资源的浪费问题。
本发明提供一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法，所述方法包括：获取中频数据和本地产生的载波数据；根据所述中频数据和所述载波数据，在乘法运算表中查找对应的乘法结果；输出所述对应的乘法结果。
更进一步，所述乘法运算表，是由所述中频数据与所述载波数据生成的二维遍历乘法表。
更进一步，所述乘法运算表，是由所述中频数据的取值域与所述载波数据的取值域生成的二维遍历乘法表。
更进一步，所述二维乘法遍历表根据乘法结果的对称性生成绝对值结果表和符号结果表。
本发明还提供一种应用一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法的实现装置。
更进一步，所述乘法运算表，是由所述中频数据与所述载波数据生成的二维遍历乘法表。
更进一步，所述乘法运算表，是由所述中频数据的取值域与所述载波数据的取值域生成的二维遍历乘法表。
更进一步，所述二维乘法遍历表根据乘法结果的对称性生成绝对值结果表和符号结果表。
采用本发明的技术方案后，采用基本的选择电路和乘法运算表代替了乘法运算器，简化了电路的设计，提高了运算的效率和减少了资源的开销。
附图说明
图1是传统采用乘法器结构示意图；
图2是本发明实施例乘法实现结构示意图；
图3是本发明实施例流程示意图；
图4是本发明实施例数值映射示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是传统采用乘法器结构示意图；图2是本发明实施例乘法实现结构示意图；图3是本发明实施例流程示意图；图4是本发明实施例数值映射示意图。
在本发明实施例中，如附图2所示，201和202在图中标示为输入数据，在实际中视应用场景而定，如果是调制电路，201和202即分别表示待解调信号和本地载波；如果是解调电路，201和202即分别表示基带信号和本地载波。203为选择电路，用于进行乘法实现操作。
在本发明实施例中，如附图3所示的流程示意图：
步骤301中，获取数据，根据不同的设计需求，获取相应的数据，对应于附图2中的201和202，但也可以不局限于201和202的两个数据输入，可以是多个数据输入。
步骤302中，根据待设计系统的特性，对所有输入数据进行统计分析，统计分析可以采用遍历列举的方式，列举各个输入数据在系统中可能出现的状态，以及各个输入数据能够表示的最大状态数。
步骤303中，根据步骤302的分析结果，遍历所有输入数据的状态组合，计算得出相应的输出状态，建立乘法运算表，写出并化简输出量的逻辑表达式。
步骤304中，根据303中得到的逻辑表达式设计电路，完成电路实现。
在本发明实施例中，以GNSS卫星信号处理为例，目前主流的GNSS射频模块的输出为2bit量化的数字信号，把该信号作为本方案的输入数据A，数值映射如图4所示：
401为射频模块2bit的原始输出，有4种状态；
402为射频模块输出的映射数值，401和402为一一对应的关系；
403为真实数值402的符号二进制数表示，403为4bit，显然，4bit的二进制数可以表示16个数值，这个的4个状态不能遍历它本身的全部状态。
假设另一个输入数据B的状态为-2，-1，1,2，用二进制表示需要3bit（3’b101, 3’b111, 3’b001, 3’b010），但3bit本身能表示的状态总数为8个。
对于传统调制解调运算，使用乘法器实现，因为乘法器会遍历两个输入量的所有状态进行组合，所以状态总和为A的状态总和与B的状态总和之乘积，即128个结果，而在本发明方案中，可以预先设计该128个结果的乘法运算表，然后根据输入数据在该乘法运算表中进行选择，直接输出对应的结果，从而免去进行乘法运算所需要的资源开销和时间耗费。
本发明的另一个实施例中，可以对乘法运算表进行优化，通过选择的方式，只用电路实现可能出现的状态，而非遍历，如表1所示：
表1
  3’b101 3’b111 3’b001 3’b010
4’b0001 -2 -1 1 2
4’b0011 -6 -3 3 6
4’b1111 2 1 -1 -2
4’b1101 6 3 -3 -6
表1为本例中实际可能的所有状态，总共16个，而乘法器需要遍历的状态总和为128个，到这一步系统已经获得了优化，减少了乘法运算表的存储量。
本发明的又一个实施例中，根据分析输入数据A和输入数据B，发现状态之间存在对称关系，还可以进一步对乘法运算表进行优化，如：
取输入数据A的第一个比特作为数值量的绝对值，第二个比特作为数值符号。
对提前输入数据B的最高比特作为符号，对前两个状态取补码得到数值量的绝对。
然后分别建立绝对值结果表和符号结果表，如表2和表3所示：
表2
  3’b001 3’b010
1’b0 2 1
1’b1 6 3
表3
  1’b0 1’b1
1’b0 + -
1’b1 - +
至此，状态量总和减至8个，大大减小了运算资源的浪费。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法，其特征在于，所述方法包括:获取中频数据和本地产生的载波数据;根据所述中频数据和所述载波数据，在乘法运算表中查找对应的乘法结果;输出所述对应的乘法结果；若获取的输入数据A和输入数据B存在对称关系；则取所述输入数据A的第一个比特作为数值量的绝对值，以所述输入数据A第二个比特作为数值符号；以所述输入数据B的最高比特作为符号，对所述输入数据B的前两个状态取补码得到数值量的绝对值。
2.根据权利要求1所述的卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法，其特征在于，所述乘法运算表，是由所述中频数据与所述载波数据生成的二维遍历乘法表。
3.根据权利要求1所述的卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法，其特征在于，所述乘法运算表，是由所述中频数据的取值域与所述载波数据的取值域生成的二维遍历乘法表。
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