CN114624746B - 一种csk调制符号解码方法、装置、芯片和卫星接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CSK调制符号解码方法、装置、芯片和卫星接收机,利用采样数据存储速率较低,回放和相关运算速率较高的特点,针对一组采样数据进行多次(回放次数与偏移码相位个数相同)回放和相关运算,其速度与采样数据存储速度匹配,从而充分利用采样数据存储速度低的瓶颈实现更多相关操作,提高了整体流程的处理效率。另外,利用同一颗卫星的导航信号的已计算出的扩频码相位、扩频码多普勒频率和载波多普勒频率辅助CSK调制符号的解码,降低了运算量,即使在不使用载波跟踪环和码相位跟踪环的情况下,也可以保证对CSK调制符号码相位同步和载波同步的精度。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信领域,尤其涉及一种CSK调制符号解码方法、装置、芯片和卫星接收机。
背景技术
卫星导航系统为了实现高精度、可靠实时定位,采用CSK(Code Shift Key,码移键控)调制技术播发大量准实时修正信息。能够解码CSK调制符号的接收机,可以采用PPP-RTK(Precise Point Positioning-Real-Time Kinematic精密单点定位-实时动态定位)技术,实现实时高精度定时定位。解码CSK调制符号,需要解决CSK调制符号载波频率和扩频码同步问题,现有的CSK调制符号解码方法主要通过载波跟踪环和码相位跟踪环来确保CSK调制符号载波频率和扩频码同步,存在硬件电路复杂、计算量大、功耗高、成本较高的问题。
发明内容
基于上述现状,本发明的主要目的在于提供一种CSK调制符号解码方法、装置、芯片和卫星接收机,在利用播发CSK调制符号的卫星发出的导航信号进行CSK调制符号解码的基础上,充分利用采样数据存储速度低的瓶颈实现更多相关操作,提高了整体流程的处理效率,另外,利用导航信号的相关参数对CSK调制符号进行解调,无需使用载波跟踪环和码相位跟踪环进行载波同步和扩频码相位同步,降低了卫星接收机的成本。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种CSK调制符号的解码方法,包括步骤:S110,从数据回放子模块中读取一CSK调制符号中预设长度的数据作为当前组采样数据进行回放,从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为所述预设长度的扩频码作为本地扩频码序列,对所述当前组采样数据的每一个采样数据分别与所述本地扩频码序列中的扩频码进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果;其中,所述第一位置为所述完整扩频序列中距扩频码数控振荡器对应所述当前组采样数据的初始码相位的距离为一码相位偏移值的位置,所述扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位通过导航信号的扩频码相位根据第一预设关系确定,所述导航信号由播发所述CSK调制符号的卫星发出;所述扩频码数控振荡器对应非同步时刻的当前组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定;S120,利用本地载波对所述第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果;所述本地载波的频率由载波数控振荡器的载波频率控制字决定,所述载波频率控制字通过所述导航信号的载波多普勒频率根据第三预设关系确定;S130,重复步骤S110和S120,直至得到所述当前组采样数据所有码相位偏移值对应的第二相关结果;S140,对于每一码相位偏移值,计算所有组采样数据对应所述码相位偏移值的第二相关结果的积分值,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值。
优选地,在步骤S110中,若所述CSK调制符号包括非同步时刻采样数据而不包括同步时刻采样数据,则所述扩频码数控振荡器对应第一组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一个CSK调制符号的最后一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据所述第二预设关系确定。
优选地,步骤S140具体包括:第m个积分清零子模块对所有组采样数据对应同一码相位偏移值m的第二相关结果进行积分得到积分值;将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;所有积分清零子模块进行清零操作;其中,m为大于或等于0的整数。
优选地,所述数据回放子模块包括第一存储器和第二存储器,所述第一存储器和第二存储器的存储容量均为所述预设长度的整数倍;所述第一存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第二存储器执行采样数据存储;所述第二存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第一存储器执行采样数据存储;所述第一存储器或第二存储器执行采样数据回放的过程包括:顺次读取所述第一存储器或第二存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对所述第一存储器或第二存储器内采样数据的一轮回放;对所述第一存储器或第二存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成所述存储器内采样数据的回放。
优选地,所述步骤S110之前还包括如下步骤:将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;对所述第一中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
优选地,所述步骤S110之前还包括如下步骤:将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;对所述第一中频剥离数据进行残留中频载波剥离,得到第二中频剥离数据;对所述第二中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
优选地,步骤S140具体包括:一个积分清零子模块分时对每组采样数据对应的每一码相位偏移值的第二相关结果进行积分并锁存对应的积分值;将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;所述积分清零子模块进行清零操作。
优选地,所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,所述采样数据速率等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍;所述扩频码频率控制字为:
所述载波频率控制字为:
L表示每组采样数据的所述预设长度的二分之一。
优选地,当所述扩频码数控振荡器对应所述当前组的前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,若所述小数码相位小于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn,cn+1,cn+1,…,cn+L-1,cn+L-1};
若所述小数码相位大于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn+1,cn+1,cn+2,cn+2,…,cn+L-1,cn+L-1,cn+L}。
优选地,所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,所述采样数据速率等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍,所述扩频码频率控制字为:
所述载波频率控制字为:
其中,
L表示每组采样数据的所述预设长度的二分之一。
优选地,所述扩频码数控振荡器对应所述前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,当所述小数码相位的取值范围为0~0.25、0.25~0.5、0.5~0.75或0.75~1时,所述本地扩频码序列分别为:
其中,所述本地扩频码序列null位置对应的采样数据不进行相关运算。
本发明还提供了一种CSK调制符号的解码装置,包括:数据回放子模块、扩频码数控振荡器、相关器阵列、载波数控振荡器、第二乘法器、积分清零子模块和判决子模块,所述数据回放子模块从自身读取一CSK调制符号中预设长度的数据作为当前组采样数据进行回放;所述扩频码数控振荡器从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为所述预设长度的扩频码作为本地扩频码序列;所述相关器阵列对所述当前组采样数据的每一个采样数据分别与所述本地扩频码序列中的扩频码进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果;其中,所述第一位置为所述完整扩频序列中距扩频码数控振荡器对应所述当前组采样数据的初始码相位的距离为一码相位偏移值的位置,所述扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位通过导航信号的扩频码相位根据第一预设关系确定,所述导航信号由播发所述CSK调制符号的卫星发出;所述扩频码数控振荡器对应非同步时刻的当前组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定;所述第二乘法器利用本地载波对所述第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果,所述本地载波的频率由所述载波数控振荡器的载波频率控制字决定,所述载波频率控制字通过所述导航信号的载波多普勒频率根据第三预设关系确定;所述数据回放子模块、所述扩频码数控振荡器、所述相关器阵列、所述载波数控振荡器和所述第二乘法器重复工作,直至得到所述当前组采样数据所有码相位偏移值对应的第二相关结果;所述积分清零子模块对于每一码相位偏移值,计算所有组采样数据对应所述码相位偏移值的第二相关结果的积分值;所述判决子模块将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值。
优选地,若所述CSK调制符号包括非同步时刻采样数据而不包括同步时刻采样数据,则所述扩频码数控振荡器对应第一组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一个CSK调制符号的最后一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据所述第二预设关系确定。
优选地,所述相关器阵列包括第一乘法器阵列和累加器,所述第一乘法器阵列的第一输入端输入所述当前组采样数据,所述乘法器阵列的第二输入端输入所述本地扩频码序列,所述第一乘法器阵列的输出端输出相关运算结果至所述累加器,所述累加器的输出端输出所述第一相关结果至所述第二乘法器。
优选地,第m个积分清零子模块对所有组采样数据对应同一码相位偏移值m的第二相关结果进行积分得到积分值;将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;所有积分清零子模块进行清零操作;其中,m为大于或等于0的整数。
优选地,所述数据回放子模块包括第一存储器和第二存储器,所述第一存储器和第二存储器的存储容量均为所述预设长度的整数倍;所述第一存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第二存储器执行采样数据存储;所述第二存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第一存储器执行采样数据存储;所述第一存储器或第二存储器执行采样数据回放的过程包括:顺次读取所述第一存储器或第二存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对所述第一存储器或第二存储器内采样数据的一轮回放;对所述第一存储器或第二存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成所述存储器内采样数据的回放。
优选地,还包括第一中频载波剥离子模块和降采样子模块,所述第一中频载波剥离子模块用于将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;所述降采样子模块用于对所述第一中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
优选地,还包括第一中频载波剥离子模块、第二中频载波剥离子模块和降采样子模块,所述第一中频载波剥离子模块用于将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;所述第二中频载波剥离子模块用于对所述第一中频剥离数据进行残留中频载波剥离,得到第二中频剥离数据;所述降采样子模块用于对所述第二中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
优选地,一个所述积分清零子模块分时对每组采样数据对应的每一码相位偏移值的第二相关结果进行积分并锁存对应的积分值;所述判决子模块将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;所述积分清零子模块进行清零操作。
优选地,所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,所述采样数据速率等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍;所述扩频码频率控制字为:
所述载波频率控制字为:
其中,
L表示每组采样数据的所述预设长度的二分之一。
优选地,当所述扩频码数控振荡器对应所述当前组的前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,若所述小数码相位小于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn,cn+1,cn+1,…,cn+L-1,cn+L-1};
若所述小数码相位大于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn+1,cn+1,cn+2,cn+2,…,cn+L-1,cn+L-1,cn+L}。
优选地,所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,所述采样数据速率等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍,
所述扩频码频率控制字为:
所述载波频率控制字为:
其中,
L表示每组采样数据的所述预设长度的二分之一。
优选地,所述扩频码数控振荡器对应所述前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,当所述小数码相位的取值范围为0~0.25、0.25~0.5、0.5~0.75或0.75~1时,所述本地扩频码序列分别为:
其中,所述本地扩频码序列null位置对应的采样数据不进行相关运算。
本发明还提供了一种芯片,包括任一所述的解码装置。
本发明还提供了一种卫星接收机,包括任一所述的解码装置。
本发明实施例提供的CSK调制符号解码方法、装置、芯片和卫星接收机,利用采样数据存储速率较低,回放和相关运算速率较高的特点,针对一组采样数据进行多次(回放次数与偏移码相位个数相同)回放和相关运算,其速度与采样数据存储速度匹配,从而充分利用采样数据存储速度低的瓶颈实现更多相关操作,提高了整体流程的处理效率,同时对采样数据分组进行相关运算,通过积分计算所有组采样数据对应所述码相位偏移值的第二相关结果的积分值,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值的方式,运算复杂度较低、降低了卫星接收机的设计成本、硬件规模和功耗;另外,利用同一颗卫星的导航信号的已计算出的扩频码相位、扩频码多普勒频率和载波多普勒频率辅助CSK调制符号的解码,降低了运算量,即使在不使用载波跟踪环和码相位跟踪环的情况下,也可以保证对CSK调制符号码相位同步和载波同步的精度。
本发明的其他有益效果,将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述,本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍,应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
以下将参照附图对本发明的一种CSK调制符号解码方法、装置、芯片和卫星接收机的优选实施方式进行描述。图中:
图1为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码方法的流程图;
图2a为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码方法的一个CSK调制符号周期内的采样数据包括同步时刻采样数据的示意图;
图2b为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码方法的一个CSK调制符号周期内的采样数据不包括同步时刻采样数据的示意图;
图3为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码方法的步骤S140中具体的数据流动示意图;
图4为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码方法中数据回放的流程示意图;
图5为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码方法数据流动示意图;
图6为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码装置框图;
图7为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码装置框图;
图8为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码装置框图;
图9为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码装置框图;
图10为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码装置框图;
图11为根据本发明的一种优选实施方式的一种CSK调制符号解码装置框图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述,但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分,为了避免混淆本发明的实质,公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的附图都是为了说明的目的,并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求,否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说,是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示,示出了一种CSK调制符号解码方法的流程图,包括如下步骤:
S110,从数据回放子模块中读取一CSK调制符号中预设长度的数据作为当前组采样数据进行回放,从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为预设长度的扩频码作为本地扩频码序列,对当前组采样数据的每一个采样数据(即每一个采样点对应的采样数据)分别与本地扩频码序列中的扩频码进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果。其中,第一位置为完整扩频序列中距扩频码数控振荡器对应当前组采样数据的初始码相位的距离为一码相位偏移值的位置,扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位通过导航信号的扩频码相位根据第一预设关系确定,导航信号由播发CSK调制符号的卫星发出;扩频码数控振荡器对应非同步时刻的当前组采样数据(即当前组采样数据为非同步时刻采样数据所在组的采样数据)的初始码相位等于扩频码数控振荡器对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,扩频码频率控制字通过导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定。具体地,导航信号包括GPS系统的L1C信号、伽利略系统的E1信号、北斗的B1C信号和准天顶卫星系统L1C/A信号、L1C信号等。具体地说,数据回放子模块用于存储CSK调制符号的采样数据并在解码时进行回放,且数据回放子模块的存储容量小于一个完整CSK调制符号周期的采样数据的数量。采样数据的存储和回放可以在两个独立的存储器中交替进行,也可以在同一块存储器中不同的存储区域中交替进行,在一存储区域(或存储器)进行采样数据的存储时,在另一存储区域(或存储器)进行对已存储的采样数据的回放。
本申请实施例,利用采样数据存储速率较低,回放和相关运算速率较高的特点,针对一组采样数据进行多次(回放次数与偏移码相位个数相同)回放和相关运算,其速度与采样数据存储速度匹配,从而充分利用采样数据存储速度低的瓶颈实现更多相关操作,提高了整体流程的处理效率。具体地,回放中每次读取预设长度的采样数据。在采样的过程中,若每个码片有2个采样值,则每次读取预设长度为2L(L为正整数)的采样数据,若每个码片有3个采样值,则每次读取预设长度为3L的采样数据,以此类推。
完整扩频序列是指对应于采样率的一个符号周期的扩频序列,如以L6信号为例,L6信号为准天顶卫星系统所播发的CSK调制符号,L6信号的信号长度为10230码片,若每个码片有2个采样值,则完整扩频序列为{c1,c1,c2,c2,…cn,cn…c10230,c10230},其中cn取值为0或1,cn为L6信号的第n个扩频码码片。若每个码片有3个采样值,则完整扩频序列为{c1,c1,c1,c2,c2,c2,…,cn,cn,cn,…,c10230,c10230,c10230},以此类推。
对同一颗卫星播发的CSK调制符号和导航信号,不论CSK调制符号与导航信号是否在相同或者不同的频段,中频采样使用同一个时钟信号时,中频采样数据(包含CSK调制符号分量和导航信号分量)对应的采样时间均相同,当实现导航信号的正常的跟踪、同步后,每个导航信号的中频采样的码相位均可计算得出。以某个导航信号中频采样数据为基准,计算该采样数据对应的导航信号的扩频码相位值(包含小数码相位),通过该中频采样数据的导航信号的扩频码相位,可以折算出该采样信号的发射时刻,该发射时刻等于对应的CSK调制符号的发射时刻,进而可以折算出该发射时刻CSK调制符号采样数据的扩频码相位,可以将进行该折算的发射时刻称为同步时刻,而根据该同步时刻的采样数据的扩频码相位确定所在组的采样数据的初始码相位。例如,当该同步时刻的采样数据刚好为所在组的采样数据的第一个采样数据,则将该同步时刻的采样数据的扩频码相位作为所在组的采样数据的初始码相位;当该同步时刻的采样数据为所在组的采样数据的第a个采样数据(a≥1),则将该同步时刻的采样数据的扩频码相位减去(a-1)/N,其中N为采样数据速率除以CSK调制符号的标称扩频码速率的倍数,作为所在组的采样数据的初始码相位。例如,当采样数据速率除以CSK调制符号的标称扩频码速率的倍数等于2,该同步时刻的采样数据为所在组的采样数据的第5个采样数据,同步时刻的采样数据的码相位等于500,则采样数据所在组的初始码相位为因而,导航信号的扩频码相位可以折算出CSK调制符号同步时刻所在组的采样数据的初始码相位,该初始码相位即扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位。可见,扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位由导航信号的扩频码相位折算得到,该折算的关系为第一预设关系,该折算关系是客观存在的,本发明实施例利用了该关系辅助进行CSK调制符号的解码。例如,若某CSK调制符号的周期为4ms,码片长度为1000,每个码片有2个采样数据,共有2000个采样数据,以每200个采样数据为一组采样数据进行回放,共有10组采样数据,通过导航信号折算出同步时刻为982ms,同步时刻所在组的采样数据的初始码相位为500(采样时刻982ms对码片周期4ms取模运算,余数等于2ms,2ms除以码片周期4ms并乘以码片长度1000,最终结果为500)。
由于本实施例中,CSK调制符号和导航信号由同一颗卫星在相同时刻播发,因此CSK调制符号和导航信号的扩频码多普勒频率和载波多普勒频率可分别通过第二预设关系和第三预设关系折算,同样,该折算关系是客观存在的,本发明实施例利用了该关系辅助进行CSK调制符号的解码。
需要说明的是,对CSK调制符号解码时,其对应的导航信号也是同步进行接收和解码的,本实施例能够实时利用导航信号辅助进行CSK调制符号的解码,在一些具体的实施例中,可以以20ms、100ms等时间间隔,根据导航信号的相关参数更新CSK调制符号的扩频码频率控制字、载波频率控制字和扩频码数控振荡器对应同步时刻采样数据所在组的初始码相位,保证误差小于同步精度即可。由于受到多普勒效应的影响,相邻两组采样数据的初始码相位间隔并不完全一致,在非同步时刻,扩频码数控振荡器对应当前组采样数据的初始码相位等于扩频码数控振荡器对应当前组的前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,扩频码频率控制字通过导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定,通过扩频码频率控制字去除多普勒效应累积的影响,从而实现精确解码。
S120,利用本地载波对第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果;本地载波的频率由载波数控振荡器的载波频率控制字决定,载波频率控制字通过导航信号的载波多普勒频率根据第三预设关系确定。对每一组采样数据先进行相关运算后输出第一相关结果,再与本地载波进行乘法运算,与传统的先进行载波多普勒剥离再与本地扩频码序列进行并行相关运算的方式相比,减少了运算量。
S130,重复步骤S110和S120,直至得到当前组采样数据所有码相位偏移值对应的第二相关结果。
S140,对于每一码相位偏移值,计算所有组采样数据对应码相位偏移值的第二相关结果的积分值,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值。具体地,针对每一码相位偏移值,计算所有组采样数据对应码相位偏移值的第二相关结果的顺序在此不做限定,既可以对第k组采样数据计算完所有码相位偏移值的第二相关结果后,再对第k+1组采样数据计算所有码相位偏移值的第二相关结果,也可以采用如下方式:先对第k组采样数据计算码相位偏移值m的第二相关结果;接着对第k+1组采样数据计算码相位偏移值m的第二相关结果;……再对第k组采样数据计算码相位偏移值m+1的第二相关结果;接着对第k+1组采样数据计算码相位偏移值m+1的第二相关结果……,直至算出所有组采样数据对应码相位偏移值的第二相关结果。
若共有256个可能的码相位偏移值,在一些实施例中,先计算数据回放子模块中一组采样数据所有码相位偏移值对应的第一相关结果和第二相关结果,再计算数据回放子模块中下一组采样数据所有码相位偏移值对应的第一相关结果和第二相关结果,直至计算得到每一个码相位偏移值所有的组采样数据的对应的第一相关结果和第二相关结果。如:先计算第1组采样数据所有256个码相位偏移值的对应的第一相关结果和第二相关结果,再计算第2组采样数据所有256个码相位偏移值的对应的第一相关结果和第二相关结果,直至完成数据回放子模块中所有组采样数据的256个码相位偏移值对应的第一相关结果和第二相关结果。就积分而言,计算所有组采样数据对应256个码相位偏移值的每一个码相位偏移值的第二相关结果的积分值,具体来说,例如,每产生某组采样数据某个码相位偏移值m(m为大于或等于0的整数)的第二相关结果,就将该第二相关结果进行积分得到某个码相位偏移值m当前的积分值,并进行锁存,最终,一个CSK调制符号的最后一组采样数据某个码相位偏移值m的第二相关结果被积分,得到码相位偏移值m的最终的积分值,即,积分值是一个CSK调制符号中所有组采样数据某个码相位偏移值m的第二相关结果的总和。
在另一些实施例中,针对某一个码相位偏移值,依次计算数据回放子模块中所有组采样数据的对该码相位偏移值的相关积分,再针对下一个码相位的偏移值,依次计算数据回放子模块中所有组采样数据的对该码相位偏移值的相关积分,直至完成所有码相位偏移值的第二相关结果。如,对于第1个码相位偏移值,先计算数据回放子模块中第1组采样数据对应的第1个码相位偏移值的第一相关结果和第二相关结果,再计算数据回放子模块中第2组采样数据对应的第1个码相位偏移值的第一相关结果和第二相关结果,直至完成数据回放子模块中所有组采样数据的对于第1个码相位偏移值第二相关结果,并计算数据回放子模块中所有组采样数据对应第1个码相位偏移值的第二相关结果的积分值(同样,每产生某组采样数据第1个码相位偏移值的第二相关结果,就将该第二相关结果进行积分得到第1个码相位偏移值当前的积分值)。下一轮回放中,计算数据回放子模块中所有组采样数据对于第2个码相位偏移值的第二相关结果的积分值。重复执行上述步骤,针对256个码相位偏移值中的每一个码相位偏移值,计算得到一个CSK调制符号所有组采样数据对应该码相位偏移值的第二相关结果的积分值。
根据CSK调制符号扩频码良好的自相关性,可以通过硬判决或者软判决的方式完成对积分值结果的判决,由于CSK调制符号的采样数据中包括同一载波频率下的I路和Q路的信号的采样数据,因而需要按照前述实施例的步骤分别获得两路信号对应的上述积分值,具体而言,将I路采样数据与对应的本地扩频码序列中的扩频码进行相关运算得到对应I路信号的第二相关结果的积分值Si,将Q路采样数据与对应的本地扩频码序列中的扩频码进行相关运算得到对应Q路信号的第二相关结果的积分值Sq,将满足预设条件的积分值,即最大对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值,根据判决结果确定CSK调制符号的扩频码序列(例如,若码相位偏移值20对应的最大,则将20判决为CSK调制符号代表的数值),从而完成扩频码的剥离。具体地,根据扩频码码片为0或者1,对相应的采样数据乘以+1或者-1,或者,扩频码码片为0或者1,对相应的采样数据取反。对CSK调制符号扩频码剥离完成后,进行译码,若CSK调制符号为L6信号,则进行RS(Reed-Solomon,里德-索洛蒙码)译码,若CSK调制符号采用64进制LDPC(low densityparity check,低密度奇偶校验)编码,则进行64进制LDPC译码。
本实施例提供的CSK调制符号解码方法利用采样数据存储速率较低,回放和相关运算速率较高的特点,针对一组存储的采样数据进行多次(回放次数与偏移码相位个数相同)回放和相关运算,其速度与采样数据存储速度匹配,从而充分利用采样数据存储速度低的瓶颈实现更多相关操作,提高了整体流程的处理效率;其次,同时对采样数据分组进行相关运算,通过积分计算所有组采样数据对应码相位偏移值的第二相关结果的积分值,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值的方式,与现有的CSK调制符号解码方法主要使用FFT(快速傅立叶变换)进行相关积分的计算方式相比,复杂度较低,有利于降低卫星接收机的硬件规模和功耗,以进一步降低设计成本;再次,利用同一颗卫星的导航信号的已计算出的扩频码相位、扩频码多普勒频率和载波多普勒频率辅助CSK调制符号的解码,降低了运算量,利用了已经同步的导航信号的相关分量,即使在不使用载波跟踪环和码相位跟踪环的情况下,也可以保证对CSK调制符号码相位同步和载波同步的精度。
在另一个实施例中,为了进一步提高数据的处理速度,设置数量与码相位偏移值总数相同的积分清零子模块,一个积分清零子模块只对某一个码相位偏移值的第二相关结果进行积分得到对应的积分值。在本实施例中,步骤S140具体包括:第m个积分清零子模块对所有组采样数据对应同一码相位偏移值m的第二相关结果进行积分得到积分值;将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值;其中,m为大于或等于0的整数。例如,第0个积分清零子模块只对码相位偏移值为0的第二相关结果进行积分,第255个积分清零子模块只对码相位偏移值为255的第二相关结果进行积分;最终判决时,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值。本实施例中,对每一码相位偏移值均设置了独立的积分清零子模块,各积分清零子模块并行工作,提高了数据的处理速度。
同步周期(即两个同步时刻的时间间隔)可能大于等于一个CSK调制符号的扩频码周期,也可能小于一个CSK调制符号的扩频码周期。若某个CSK调制符号一个符号周期的扩频码长度为1000,每个码片对应两个采样数据,采样数据的数量为2000,分成200组采样数据,如图2a所示,当同步周期小于一个CSK调制符号的扩频码周期时,在第n个CSK调制符号的扩频码周期内,同步时刻t1和同步时刻t2对应的第5组采样数据和第105组采样数据的初始码相位由导航信号的扩频码相位折算。其余第1~4组采样数据、第6~104组采样数据、第106~200组采样数据的初始码相位均通过扩频码数控振荡器计算,即等于扩频码数控振荡器对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字(如第5组采样数据通过导航信号折算的初始码相位为20.2,扩频码频率控制字为5.01,则第6组采样数据的初始码相位为25.21)。如图2b所示,若同步周期大于一个CSK调制符号的扩频码周期,第n个CSK调制符号包括非同步时刻采样数据而不包括同步时刻采样数据,扩频码数控振荡器对应第n个CSK调制符号的第一组采样数据的初始码相位等于扩频码数控振荡器对应第(n-1)个CSK调制符号的最后一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字(当前扩频码频率控制字5.01,第(n-1)个CSK调制符号的第200组采样数据的初始相位为995.2,则第n个CSK调制符号的第一组的初始码相位为0.21(计算方式为(995.2+5.01)后对1000(一个扩频码周期)取模,结果为0.21)),扩频码频率控制字通过上一个同步时刻导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定。
在一些实施例中,由于从导航信号的扩频码相位、扩频码多普勒频率折算到扩频码数控振荡器将同步过来的CSK调制符号的相关参数生效有一定的时间差,因此,如图2a所示,在一些实施例中,如CSK调制符号的相关参数折算时刻为t0,扩频码数控振荡器的同步时刻为t1,在t0~t1时间内,数据回放子模块已经回放了4组采样数据,则在t0时刻则计算第5组采样数据的初始码相位,以确保参数生效时,同步参数与回放数据一一对应(同步时刻t1以此类推),在另一些实施例中,也可以在同步参数生效后,再开始数据回放。如图3所示,在一个具体的实施例中,每个CSK调制符号的码片具有两个采样数据,2L个采样数据构成一组采样数据(L为大于等于1的正整数),每个CSK调制符号中采样数据的组数为k个(k为正整数),数据回放子模块的存储容量小于k组采样数据,因此,k组采样数据被分时存储进数据回放子模块。读取时,每次从数据回放子模块中读取一组预设长度2L个采样数据。若共有256个可能的码偏移值,则对应256个积分清零子模块。对同一码相位偏移值m的第二相关结果进行积分,得到第m个积分值为Qm,其中m的取值范围为0到255的正整数,代表一码相位偏移值,n的取值范围为1至k的整数,代表CSK调制符号中的采样数据的组序号。第m个积分清零子模块对应的k个第二相关结果的积分值 表示第n组采样数据对应码相位偏移值m的第二相关结果。然后,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值。
在另一个实施例中,数据回放子模块包括第一存储器和第二存储器,第一存储器和第二存储器的存储容量均为预设长度的整数倍。第一存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时第二存储器执行采样数据存储;第二存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时第一存储器执行采样数据存储。第一存储器或第二存储器执行采样数据回放的过程包括:顺次读取第一存储器或第二存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对第一存储器或第二存储器内采样数据的一轮回放。对第一存储器或第二存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成存储器内采样数据的回放。第一存储器和第二存储器交替执行乒乓操作,具体地,如图4所示,第一存储器在周期CLK1完成存储后,在周期CLK2执行数据回放,此时(周期CLK2内)第二存储器执行采样数据存储,第二存储器在周期CLK3执行采样数据回放时,第一存储器在周期CLK3执行采样数据存储,以此类推。
在存储器执行采样数据回放的过程如下:顺次读取存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对存储器内采样数据的一轮回放。对存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成存储器内采样数据的回放。
在一个具体的实施例中,若共有256个码相位偏移值,则在一个采样数据存储周期内,要完成256轮数据回放,若完成256轮数据回放需要1024个时钟周期,完成256轮数据回放的时间应小于另一存储器存满采样数据的时间,本实施例中,存储器存满采样数据的时间为1280时钟周期,即采样数据存储周期与回放周期的差值t>0。利用采样数据存储速率较低,回放和相关运算速率较高的特点,针对一组采样数据进行多次(回放次数与偏移码相位个数相同)回放和相关运算,其速度与采样数据存储速度匹配,从而充分利用采样数据存储速度低的瓶颈实现更多相关操作,提高了整体流程的处理效率。
在另一个实施例中,以L6信号为例,扩频码长度为10230,采样率取10.23MHz,基带运行速率为204.6MHz,预设长度为64,若第一存储器和第二存储器的大小为64(采样数据),经过1280时钟周期将数据回放子模块的1个存储器(第一存储器或第二存储器)存满,并开始回放,回放周期最大为1280时钟周期,否则会出错。
回放过程包括:每个时钟周期读取64个(预设长度为2L=64)采样数据作为当前组采样数据回放,并完成第一相关结果的计算,对于L6信号,每个信号有256个可能的码相位偏移值,若一个时钟周期完成1组采样信号对应的一个码偏移的64点相关积分处理,则完成1个L6信号256个码相位偏移值的1个完整码周期相关积分需要256*10230/32个时钟周期,在一个存储器存满的时间内(1280个时钟周期),最多可以处理5组L6信号采样数据的256个码相位偏移值的相关运算。当第一存储和第二存储的大小为128时,第一存储器和第二存储器分别需要2560时钟周期存满,第一存储器或第二存储器中采样数据的1个码相位偏移值需要2个时钟周期、完成2次64点采样值的相关积分,每个信号处理需要2*256=512个时钟周期,最多可处理5组信号采样数据256个码相位偏移值的相关运算。当预设长度为64时,第一存储器和第二存储的大小必须为64的倍数才能保证解码的正确。
在另一个实施例中,步骤S110之前还包括如下步骤:将CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;对第一中频剥离数据降采样后得到采样数据,并将采样数据存储至数据回放子模块;其中,若CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则采样数据速率大于或等于CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若CSK调制符号为时分CSK调制符号,则采样数据的速率大于或等于CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
在一些情况下,基于复杂度和准确性等因素考虑,本地中频载波可能从一组特定值中选取,比如中频采样率为Fs,第一中频载波频率只能取r×Fs/64,(r取0、1、2、……、63的正整数),从而得到第一中频剥离数据。一般情况下,r×Fs/64约等于CSK信号中频频率,但仍有一定的残留的中频频率。本实施例中对第一中频剥离数据降采样后进行第二中频载波频率剥离,得到第二中频剥离数据。具体地,步骤S110之前还包括如下步骤:将CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;对第一中频剥离数据进行残留中频载波剥离,得到第二中频剥离数据;对第二中频剥离数据降采样后得到采样数据,并将采样数据存储至数据回放子模块。
在另一些实施例中,还包括将采样数据进行量化后,再存储至数据回放子模块中,以降低在数据回放子模块中所需要的存储空间的大小。具体地,在卫星接收机中,扩频调制信号功率谱密度一般低于信道噪声,信道噪声一般建模为窄带高斯噪声。采样数据包括同相分量I、正交分量Q,每个采样各分量进行2比特量化,将一个采样量化为4比特数据,以节省存储空间。为了在量化过程尽量保证高斯噪声特性,一般通过动态门限保证幅值为量化结果中1和3的比例为7:3。假设采样值为x,量化门限为th,具体量化判决规则、量化值编码、对应的量化值如下表1所示:
表1
量化判决规则 | 量化值编码 | 量化值 |
x>=th | 01 | +3 |
x>=0并且x<th | 00 | +1 |
x>=-th并且x<0 | 10 | -1 |
x<-th | 11 | -3 |
在一个实施例中,步骤S140具体包括:一个积分清零子模块分时对每组采样数据对应的每一码相位偏移值的第二相关结果进行积分并锁存对应的积分值后进行清零。然后,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值。之后,积分清零子模块进行清零操作。本实施例中,对积分清零子模块采用分时复用的方式计算每一个码相位偏移值,节省了硬件成本。
在一个实施例中,若CSK调制符号为非时分CSK调制符号,采样数据速率等于CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,扩频码频率控制字为:
载波频率控制字为:
其中,
L表示每组采样数据的预设长度的二分之一。对应的,公式1和公式3共同限定了第二预设关系,公式2和公式4共同限定了第三预设关系。
具体地,当扩频码数控振荡器对应当前组的前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,若小数码相位小于0.5,则本地扩频码序列为:
{cn,cn,cn+1,cn+1,…,cn+L-1,cn+L-1};
若小数码相位大于0.5,则本地扩频码序列为:
{cn,cn+1,cn+1,cn+2,cn+2,…,cn+L-1,cn+L-1,cn+L};
其中,L表示每组采样数据的预设长度的二分之一,cn表示当前组采样数据中的第一个采样数据对应的完整扩频序列中第n个扩频码,cn的取值为0或1。
以一个L6信号的解码为例,如图5所示,若预设长度为2L=64,采样数据速率等于CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,完整扩频序列为{c1,c1,c2,c2,…cn,cn…c10230,c10230},数据回放子模块中第一存储器和第二存储器的大小均为256,第一存储器存满后,开始数据回放和CSK调制符号的解码。
开始执行第一存储器的第1轮数据回放,处理第1码相位偏移值(即码相位偏移值为m=0)的第一相关结果,具体包括:
第1次读取第一存储器中第一组采样数据L1(1)(在本实施例中为同步时刻的采样数据所在组的一组采样数据;预设长度为64)作为当前组采样数据回放,以及从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为预设长度的扩频码作为本地扩频码序列。其中,扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位为C(0),由导航信号的扩频码相位通过第一预设关系确定;此时,第一位置为:扩频码数控振荡器对应的第1组采样数据的初始码相位C(0)+0(码相位偏移值为0)。若C(0)的整数码相位为n,小数码相位小于0.5,则本地扩频码序列{cn,cn,cn+1,cn+1,…,cn+31,cn+31},若小数码相位大于0.5,则本地扩频码序列{cn,cn+1,cn+1,…,cn+31,cn+31,cn+32},将每一个采样数据与本地扩频码序列并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果。然后,利用本地载波对第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果。
第1次读取第一存储器中存储的第二组采样数据L1(2)作为当前组采样数据回放,以及从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为预设长度的扩频码作为本地扩频码序列;此时,第一位置为:扩频码数控振荡器对应的第2组采样数据的初始码相位C(1)+0,其中,C(1)=C(0)+扩频码频率控制字;扩频码频率控制字由公式1计算。若C(1)的整数码相位的值为(n+32),小数码相位小于0.5,则本地扩频码序列为{cn+32,cn+32,cn+33,cn+33,…,cn+63,cn+63},若小数码相位大于0.5,则本地扩频码序列为{cn+32,cn+33,cn+33,…,cn+63,cn+64},将每一个采样数据与本地扩频码序列进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果。利用本地载波对第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果。
第3组、第4组采样数据处理的过程与第二组采样数据处理的过程相同,在此不再赘述。当第4组采样数据处理完成后,完成第一存储器第一轮数据回放,计算出了第一存储器中存储的采样数据的一码相位偏移值(m=0)的第一相关结果和第二相关结果。
开始执行第一存储器的第2轮数据回放,处理第2码相位偏移值(m=1)的第一相关结果,从第一存储器的开始位置重新读取第一组采样数据L1(1)作为当前组采样数据回放,具体如下:
第2次读取第一存储器中第一组采样数据L1(1),以及从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为预设长度的扩频码作为本地扩频码序列;此时,第一位置为:C(0)+1(m=1),若C(0)的整数部分为n,小数部分小于0.5,则本地扩频码序列为{cn+1,cn+1,cn+2,cn+2,…,cn+32,cn+32}。若C(0)的小数部分大于0.5,本地扩频码序列为{cn+1,cn+2,cn+2,…,cn+32,cn+32,cn+33},将每一个采样数据与本地扩频码序列进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果。利用本地载波对第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果。
第2次读取第一存储器中存储的第二组采样数据L1(2),以及从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为预设长度的扩频码作为本地扩频码序列;此时,第一位置为:C(1)+1,若C(1)的整数部分为n+32,小数部分小于0.5,则本地扩频码序列为{cn+33,cn+33,cn+34,cn+34,…,cn+64,cn+64},若C(1)的小数部分大于0.5,则本地扩频码序列为{cn+33,cn+34,cn+34,…,cn+64,cn+64,cn+65},将每一个采样数据与本地扩频码序列进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果。利用本地载波对第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果。
若共有256个码相位偏移值,则需回放256轮,回放完成后,等待第二存储器存满,当第二存储器存满后,第一存储器开始存储数据,第二存储器开始回放数据,此时,第二存储器存储的第一组采样数据对应的扩频码初始码相位为C(4),第二存储器回放过程和第一存储器回放的过程相同,在此不再赘述。
最后,对每一码相位偏移值m(m的取值范围为0至255的正整数),计算所有组采样数据(本实施例中L6信号的码片长度为10230,每组采样数据的预设长度为64,每一个码片有2个采样数据,因此共有320组采样数据),对应码相位偏移值的第二相关结果的积分值,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值,本实施例中扩频码相位同步的精度不少于半个码片。
在一个具体的实施例中,若CSK调制符号为时分CSK调制符号,采样数据速率等于CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍,扩频码频率控制字为:
载波频率控制字为:
其中,L表示每组采样数据的预设长度的二分之一。
当扩频码数控振荡器对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,若小数码相位为0~0.25、0.25~0.5、0.5~0.75或0.75~1时,则本地扩频码序列分别为:
具体地,以L6信号为例,包含L6D分量L6E分量,L6D和L6E分量的传输速率为2000bps(比特率),载波扩频码剥离子模块每次仍只处理一个L6分量(L6D或者L6E)一组采样数据的相关计算,对于另一个L6分量则不进行相关运算,在后续的数据回放中处理,因此,若确定一个L6信号的一个分量时,数据回放子模块需要回放256次,则接收两个分量信号时,需要回放512次,本实施例中扩频码相位同步的精度不少于半个码片。
如图6至图8所示,本发明实施例中还提供了一种CSK调制符号的解码装置,包括:载波扩频码同步模块1000和CSK调制符号处理模块2000。
载波扩频码同步模块1000用于将卫星导航信号的参数转换成CSK调制符号的参数,参数包括:载波多普勒频率、扩频码多普勒频率和同步时刻所在组的采样数据的初始码相位,并输出到CSK调制符号处理模块2000。
CSK调制符号处理模块2000包括数据回放子模块2100、载波扩频码剥离子模块2200、积分清零子模块2300和判决子模块2400。
载波扩频码剥离子模块2200包括:扩频码数控振荡器2210、载波数控振荡器2220、相关器阵列2230和第二乘法器2240。
数据回放子模块2100从自身读取一CSK调制符号中预设长度的数据作为当前组采样数据进行回放;扩频码数控振荡器2210从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为预设长度的扩频码作为本地扩频码序列;相关器阵列2230对当前组采样数据的每一个采样数据(即每一个采样点对应的采样数据)与本地扩频码序列中的扩频码进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果。其中,第一位置为完整扩频序列中距扩频码数控振荡器2210对应当前组采样数据的初始码相位的距离为一码相位偏移值的位置,同步时刻,扩频码数控振荡器2210对应采样数据所在组的初始码相位通过载波扩频码同步模块1000,由导航信号的扩频码相位根据第一预设关系确定,导航信号由播发CSK调制符号的卫星发出;对于非同步时刻采样数据所在组的采样数据,扩频码数控振荡器2210对应当前组采样数据的初始码相位等于扩频码数控振荡器2210对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,扩频码频率控制字通过载波扩频码同步模块1000,由导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定。在一些实施例中,载波扩频码同步模块1000在处理器中以软件的方式实现,CSK调制符号处理模块2000在芯片通过硬件门电路实现。
第二乘法器2240利用本地载波对第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果;本地载波的频率由载波数控振荡器2220的载波频率控制字决定,载波频率控制字通过导航信号的载波多普勒频率根据第三预设关系确定。
数据回放子模块2100、扩频码数控振荡器2210、载波数控振荡器2220、相关器阵列2230、和第二乘法器2240重复工作,直至得到当前组采样数据所有码相位偏移值对应的第二相关结果。
积分清零子模块2300对于每一码相位偏移值,计算所有组采样数据对应码相位偏移值的第二相关结果的积分值,判决子模块2400将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值。
在一些实施例中,还包括译码子模块2500,用于对扩频码剥离后的CSK调制符号进一步译码,具体的,若CSK调制符号为L6信号,则进行RS(Reed-Solomon,里德-索洛蒙码)译码,北斗三代信号采用64进制LDPC(low density parity check,低密度奇偶校验)编码,将来播发的CSK调制符号预计采用64进制LDPC编码,则进行64进制LDPC译码。
具体地,相关器阵列2230包括第一乘法阵列2231和累加器2232。第一乘法器阵列2231的第一输入端为当前组采样数据,乘法器阵列2231的第二输入端为本地扩频码序列,第一乘法器阵列2231的输出端连接累加器2232,累加器2232的输出端连接第二乘法器2240。
与传统的采用FFT(快速傅立叶变换)进行相关积分的计算方式相比,本实施例的CSK调制符号解码装置进行相关运算更为简单,成本更低。
在一些实施例中,为了进一步提高数据的处理速度,设置数量与码相位偏移值总数相同的积分清零子模块2300,一个积分清零子模块2300只对某一个码相位偏移值的第二相关结果进行积分得到对应的积分值。在本实施例中,第m(m为大于或等于0的整数)个积分清零子模块2300对所有组采样数据对应同一码相位偏移值m的第二相关结果进行积分得到积分值。将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值。之后,所有积分清零子模块2300进行清零操作。
在另一些实施例中,数据回放子模块2100包括第一存储器和第二存储器,第一存储器和第二存储器的存储容量均为预设长度的整数倍。第一存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时第二存储器执行采样数据存储;第二存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时第一存储器执行采样数据存储。第一存储器或第二存储器执行采样数据回放的过程包括:顺次读取第一存储器或第二存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对第一存储器或第二存储器内采样数据的一轮回放。对第一存储器或第二存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成存储器内采样数据的回放。
如图9所示,在一些实施例中,CSK调制符号处理模块2000还包括第一中频载波剥离子模块2600和降采样子模块2700。第一中频载波剥离子模块2600用于将CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据。降采样子模块2700用于对第一中频剥离数据降采样后得到采样数据,并将采样数据存储至数据回放子模块2100。在一些情况下,在采用本地中频载波进行第一中频载波剥离时,由于本地中频载波与CSK调制符号上的中频载波存在一些偏差,得到的第一中频剥离数据存在中频载波残留。为了解决上述问题,在另一些实施例中,CSK调制符号处理模块2000包括第一中频载波剥离子模块2600、第二中频载波剥离子模块(图中未示)和降采样子模块2700。第一中频载波剥离子模块2600用于将CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据。第二中频载波剥离子模块用于对第一中频剥离数据进行残留中频载波剥离,得到第二中频剥离数据。降采样子模块2700用于对第二中频剥离数据降采样后得到采样数据,并将采样数据存储至数据回放子模块2100。在一些实施例中,一个积分清零子模块2300分时对每组采样数据对应的每一码相位偏移值的第二相关结果进行积分并锁存对应的积分值后进行清零。将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为CSK调制符号代表的数值。
如图10所示,在另一些实施例中,还包括:卫星导航信号处理模块3000和混频采样模块4000,混频采样模块4000用于将接收到的卫星发射信号经过混频、模数转换等转换成中频采样数据,并输出至卫星导航信号处理模块3000和CSK调制符号处理模块2000,卫星导航信号处理模块3000用于向载波扩频码同步模块1000输出卫星导航信号的参数。中频数据采样率一般在30MHz左右,卫星接收机工作时钟通常在250MHz以上,对于同一段低采样率的数据,卫星接收机能够以高的时钟速率经过多次处理,进行多个卫星信号的接收。
如图11所示,在另一些实施例中,卫星导航信号处理模块3000包括:中频数据回放子模块3100、载波扩频码剥离子模块3200、积分清零子模块3300和载波扩频码跟踪子模块3400。当积分清零子模块3300完成指定时间长度的积分后,输出积分结果并复位进行下一个周期(预设时间长度)的积分操作。卫星导航信号需要超前和滞后码相位的相关结果进行扩频码同步误差检测,同时某些卫星导航信号具有数据通道以及导频通道等特点,需要进行多个并行的积分/清零运算。中频数据回放子模块3100用于对中频采样数据的存储和回放。载波扩频码剥离子模块3200用于完成对导航信号的残留载波频率的解调和扩频码的解调。积分清零子模块3300用于完成对导航信号预设时间长度的积分和清零。载波扩频码跟踪子模块3400用于完成本地载波频率与接收到的导航信号载波频率同步和扩频码相位同步。具体地,采用锁相环(PLL,Phase-Locked Loop)和延迟锁相环(DLL,Delay-LockedLoop)实现本地载波频率与卫星导航信号载波频率的同步、本地扩频码相位与卫星导航信号扩频码相位的同步。
具体地,中频数据回放子模块3100包括第一存储器和第二存储器。第一存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时第二存储器执行采样数据存储;第二存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时第一存储器执行采样数据存储。第一存储器或第二存储器执行采样数据回放的过程包括:顺次读取第一存储器或第二存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对第一存储器或第二存储器内采样数据的一轮回放。对第一存储器或第二存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成存储器内采样数据的回放。
本实施例中,还提供了一种芯片,用于执行上述的解码方法。
本实施例中,还提供了一种卫星接收机,包括上述的CSK调制符号的解码装置。
需要说明的是,本发明中采用步骤编号(字母或数字编号)来指代某些具体的方法步骤,仅仅是出于描述方便和简洁的目的,而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了,相关方法步骤的顺序,应由技术本身决定,不应因步骤编号的存在而被不适当地限制,本领域技术人员可以根据技术本身确定各种允许的、合理的步骤顺序。
本领域的技术人员能够理解的是,在不冲突的前提下,上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解,上述的实施方式仅是示例性的,而非限制性的,在不偏离本发明的基本原理的情况下,本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换,都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (25)
1.一种CSK调制符号的解码方法,其特征在于,包括步骤:
S110,从数据回放子模块中读取一CSK调制符号中预设长度的数据作为当前组采样数据进行回放,从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为所述预设长度的扩频码作为本地扩频码序列,对所述当前组采样数据的每一个采样数据分别与所述本地扩频码序列中的扩频码进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果;
其中,所述第一位置为所述完整扩频序列中距扩频码数控振荡器对应所述当前组采样数据的初始码相位的距离为一码相位偏移值的位置,所述扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位通过导航信号的扩频码相位根据第一预设关系确定,所述导航信号由播发所述CSK调制符号的卫星发出;所述扩频码数控振荡器对应非同步时刻的当前组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定;
S120,利用本地载波对所述第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果;所述本地载波的频率由载波数控振荡器的载波频率控制字决定,所述载波频率控制字通过所述导航信号的载波多普勒频率根据第三预设关系确定;
S130,重复步骤S110和S120,直至得到所述当前组采样数据所有码相位偏移值对应的第二相关结果;
S140,对于每一码相位偏移值,计算所有组采样数据对应所述码相位偏移值的第二相关结果的积分值,将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值。
2.根据权利要求1所述的解码方法,其特征在于,
在步骤S110中,若所述CSK调制符号包括非同步时刻采样数据而不包括同步时刻采样数据,则所述扩频码数控振荡器对应第一组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一个CSK调制符号的最后一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据所述第二预设关系确定。
3.根据权利要求1所述的解码方法,其特征在于,
步骤S140具体包括:
第m个积分清零子模块对所有组采样数据对应同一码相位偏移值m的第二相关结果进行积分得到积分值;
将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;
所有积分清零子模块进行清零操作;
其中,m为大于或等于0的整数。
4.根据权利要求1所述的解码方法,其特征在于,所述数据回放子模块包括第一存储器和第二存储器,所述第一存储器和第二存储器的存储容量均为所述预设长度的整数倍;
所述第一存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第二存储器执行采样数据存储;所述第二存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第一存储器执行采样数据存储;
所述第一存储器或第二存储器执行采样数据回放的过程包括:
顺次读取所述第一存储器或第二存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对所述第一存储器或第二存储器内采样数据的一轮回放;
对所述第一存储器或第二存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成所述存储器内采样数据的回放。
5.根据权利要求1所述的解码方法,其特征在于,所述步骤S110之前还包括如下步骤:
将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;
对所述第一中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;
其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
6.根据权利要求1所述的解码方法,其特征在于,所述步骤S110之前还包括如下步骤:
将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;
对所述第一中频剥离数据进行残留中频载波剥离,得到第二中频剥离数据;
对所述第二中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;
其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
7.根据权利要求1所述的解码方法,其特征在于,
步骤S140具体包括:
一个积分清零子模块分时对每组采样数据对应的每一码相位偏移值的第二相关结果进行积分并锁存对应的积分值;
将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;
所述积分清零子模块进行清零操作。
9.根据权利要求8所述的解码方法,其特征在于,当所述扩频码数控振荡器对应所述当前组的前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,若所述小数码相位小于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn,cn+1,cn+1,…,cn+L-1,cn+L-1};
若所述小数码相位大于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn+1,cn+1,cn+2,cn+2,…,cn+L-1,cn+L-1,cn+L}。
12.一种CSK调制符号的解码装置,其特征在于,包括:数据回放子模块、扩频码数控振荡器、相关器阵列、载波数控振荡器、第二乘法器、积分清零子模块和判决子模块,
所述数据回放子模块从自身读取一CSK调制符号中预设长度的数据作为当前组采样数据进行回放;所述扩频码数控振荡器从完整扩频序列中自第一位置开始读取长度为所述预设长度的扩频码作为本地扩频码序列;所述相关器阵列对所述当前组采样数据的每一个采样数据分别与所述本地扩频码序列中的扩频码进行并行相关运算,并将所有相关运算结果累加得到第一相关结果;
其中,所述第一位置为所述完整扩频序列中距所述扩频码数控振荡器对应所述当前组采样数据的初始码相位的距离为一码相位偏移值的位置,所述扩频码数控振荡器对应同步时刻所在组的采样数据的初始码相位通过导航信号的扩频码相位根据第一预设关系确定,所述导航信号由播发所述CSK调制符号的卫星发出;所述扩频码数控振荡器对应非同步时刻的当前组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据第二预设关系确定;
所述第二乘法器利用本地载波对所述第一相关结果进行载波多普勒频率剥离得到第二相关结果,所述本地载波的频率由所述载波数控振荡器的载波频率控制字决定,所述载波频率控制字通过所述导航信号的载波多普勒频率根据第三预设关系确定;
所述数据回放子模块、所述扩频码数控振荡器、所述相关器阵列、所述载波数控振荡器和所述第二乘法器重复工作,直至得到所述当前组采样数据所有码相位偏移值对应的第二相关结果;
所述积分清零子模块对于每一码相位偏移值,计算所有组采样数据对应所述码相位偏移值的第二相关结果的积分值;所述判决子模块将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值。
13.根据权利要求12所述的解码装置,其特征在于,
若所述CSK调制符号包括非同步时刻采样数据而不包括同步时刻采样数据,则所述扩频码数控振荡器对应第一组采样数据的初始码相位等于所述扩频码数控振荡器对应前一个CSK调制符号的最后一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字,所述扩频码频率控制字通过所述导航信号的扩频码多普勒频率根据所述第二预设关系确定。
14.根据权利要求12所述的解码装置,其特征在于,所述相关器阵列包括第一乘法器阵列和累加器,所述第一乘法器阵列的第一输入端输入所述当前组采样数据,所述乘法器阵列的第二输入端输入所述本地扩频码序列,所述第一乘法器阵列的输出端输出相关运算结果至所述累加器,所述累加器的输出端输出所述第一相关结果至所述第二乘法器。
15.根据权利要求12所述的解码装置,其特征在于,
第m个积分清零子模块对所有组采样数据对应同一码相位偏移值m的第二相关结果进行积分得到积分值;
将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;
所有积分清零子模块进行清零操作;
其中,m为大于或等于0的整数。
16.根据权利要求12所述的解码装置,其特征在于,所述数据回放子模块包括第一存储器和第二存储器,所述第一存储器和第二存储器的存储容量均为所述预设长度的整数倍;
所述第一存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第二存储器执行采样数据存储;所述第二存储器在存满后开始执行采样数据回放且此时所述第一存储器执行采样数据存储;
所述第一存储器或第二存储器执行采样数据回放的过程包括:
顺次读取所述第一存储器或第二存储器内的各组采样数据并分别进行一次回放,从而完成对所述第一存储器或第二存储器内采样数据的一轮回放;
对所述第一存储器或第二存储器内的采样数据进行与码相位偏移值总数相同轮次的回放,从而完成所述存储器内采样数据的回放。
17.根据权利要求12所述的解码装置,其特征在于,还包括第一中频载波剥离子模块和降采样子模块,
所述第一中频载波剥离子模块用于将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;
所述降采样子模块用于对所述第一中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;
其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
18.根据权利要求12所述的解码装置,其特征在于,还包括第一中频载波剥离子模块、第二中频载波剥离子模块和降采样子模块,
所述第一中频载波剥离子模块用于将所述CSK调制符号进行第一中频载波剥离后得到第一中频剥离数据;
所述第二中频载波剥离子模块用于对所述第一中频剥离数据进行残留中频载波剥离,得到第二中频剥离数据;
所述降采样子模块用于对所述第二中频剥离数据降采样后得到所述采样数据,并将所述采样数据存储至所述数据回放子模块;
其中,若所述CSK调制符号为非时分CSK调制符号,则所述采样数据速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的2倍,若所述CSK调制符号为时分CSK调制符号,则所述采样数据的速率大于或等于所述CSK调制符号的标称扩频码速率的4倍。
19.根据权利要求12所述的解码装置,其特征在于,一个所述积分清零子模块分时对每组采样数据对应的每一码相位偏移值的第二相关结果进行积分并锁存对应的积分值;
所述判决子模块将满足预设条件的积分值对应的某一码相位偏移值判决为所述CSK调制符号代表的数值;
所述积分清零子模块进行清零操作。
21.根据权利要求20所述的解码装置,其特征在于,当所述扩频码数控振荡器对应所述当前组的前一组采样数据的初始码相位加扩频码频率控制字之和等于整数码相位n与小数码相位之和,若所述小数码相位小于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn,cn+1,cn+1,…,cn+L-1,cn+L-1};
若所述小数码相位大于0.5,则所述本地扩频码序列为:
{cn,cn+1,cn+1,cn+2,cn+2,…,cn+L-1,cn+L-1,cn+L}。
24.一种芯片,其特征在于,包括如权利要求12至23任一所述的解码装置。
25.一种卫星接收机,其特征在于,包括权利要求12至23任一项所述的解码装置。
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