CN116243345A - 解调北斗gnss信号 - Google Patents

Abstract

解调北斗GNSS信号。提供了一种用于对来自北斗导航卫星系统中的卫星的B2b信号进行解调的方法和设备。所述方法包括以下步骤：跟踪由卫星以第一GNSS操作频带发送的第一信号，以估计第一信号的一个或更多个参数；基于所估计的第一信号的一个或更多个参数，来预测由卫星发送的B2b信号的一个或更多个参数；以及对B2b信号进行解调，以获得由卫星在该B2b信号上调制的数据消息的数据位。解调是基于所预测的B2b信号的所述一个或更多个参数的。

Description

解调北斗GNSS信号

技术领域

本发明涉及全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems(GNSS))。特别地，本发明涉及一种用于对来自北斗(BeiDou)导航卫星系统中的卫星的GNSS信号进行解调的方法、以及被配置成对这种GNSS信号进行解调的GNSS接收器。

背景技术

用于GNSS定位的技术是本领域公知的。现有GNSS包括全球定位系统(GPS)、伽利略(Galileo)、GLONASS、以及北斗。各个GNSS包括绕地球轨道运行的卫星星座，在本领域中也称为“空间飞行器”(SV)。通常，各个SV皆发送多个信号。这些信号被希望计算自身位置的接收器接收。接收器可以使用该信号进行多个测距测量，以导出关于接收器与相应卫星之间的距离的信息。如果可以进行足够数量的测量，则可以通过多边定位(multilateration)来计算接收器的位置。

除了为测距目的而发送的信号(在该信号上可以调制采用导航消息形式的数据)之外，SV还可以发送一个或更多个数据信号。这些并非旨在直接用于测距测量。相反，它们可以被用于提供数据消息，其可以支持一个或更多个目的。一个可能的目的是提供基于卫星的增强系统(satellite-based augmentation，SBAS)。这种增强系统的目的是通过将附加的外部信息并入定位计算中，来提高GNSS的完整性、保证、准确度、可靠性、和/或可用性。SBAS使用地面基础设施来测量来自SV的信号。基于这些测量，计算校正量，校正量补偿误差源(例如，包括诸如时钟漂移和电离层延迟的影响)。将校正量发送给SV，并由SV将校正量作为消息在所述一个或更多个数据信号中进行广播。以此方式，SV可以发送校正数据，该校正数据允许接收器校正其基于该卫星的测距信号作出的测距测量。SBAS通常以区域或大陆规模运行。

其它数据信号可以被提供用于其它目的。例如，可以提供经加密的认证信号，这使得认证测距信号成为可能。这可以允许接收器确认其接收的GNSS信号是真实的SV信号，而不是潜在的欺骗信号。

北斗导航卫星系统(BDS)(本文中也被简称为“北斗”)是中国的GNSS。它在以B2b频带(以1207.14MHz为中心)发送的数据信号中提供精确的点定位(PPP)校正量。

发明内容

希望尽可能高效且准确地解调GNSS数据信号，以使GNSS接收器可以最佳地利用这些信号所支持的服务。

根据一个方面，提供了一种对来自北斗全球导航卫星系统(下文中被称为GNSS)中的卫星的B2b信号进行解调的方法，所述方法包括以下步骤：

跟踪由卫星以第一GNSS操作频带发送的第一信号，以估计第一信号的一个或更多个参数；

基于所估计的第一信号的一个或更多个参数，来预测由卫星发送的B2b信号的一个或更多个参数；以及

对B2b信号进行解调，以获得由卫星在该B2b信号上调制的数据消息的数据位，其中，解调是基于所预测的B2b信号的所述一个或更多个参数的。

所述方法可以允许对B2b频带中的数据信号进行更可靠的位检测(解调)，特别是通过改进对B2b信号的参数的跟踪。所述方法使用由同一卫星发送的另一信号作为导频信号。

常规上，跟踪B2b信号依赖于准确的位检测。同时，准确的位检测依赖于准确的载波跟踪。这意味着不正确的位检测可能在多普勒频率估计中引起误差，从而导致频率锁定环路(FLL)发散。这又会导致位检测的性能变差。这些问题至少部分是由于B2b信号不包括任何(公共可用的)导频信号而出现的。

根据本公开的示例可以通过消除对单独跟踪B2b信号的需要并且改为使用第一信号作为导频来避免这些问题。

数据位可以是具有预定驻留时间(dwell time)的数据位。该驻留时间可以被定义为在解调期间对B2b信号的样本进行求和的相干积分长度。

在一些情况下，预测B2b信号的所述一个或更多个参数可以仅基于所估计的第一信号的一个或更多个参数。在其它情况下，它可以部分地基于所估计的第一信号的一个或更多个参数，并且部分地基于其它参数，诸如这两个信号的参数之间的差的估计。对B2b信号进行解调可以仅基于所预测的B2b信号的所述一个或更多个参数。特别地，所述方法可以在不使用用于跟踪B2b信号的完全分离的跟踪环路的情况下来解调B2b信号，这是因为B2b信号可以基于(至少部分地基于)第一信号的跟踪参数来进行解调。

所述方法还可以包括(特别地，在跟踪第一信号之前)接收第一信号和B2b信号。信号可以由RF前端经由天线来接收(如稍后在下面概括的)。

可选地：第一信号的所述一个或更多个参数包括该第一信号的码相位；B2b信号的所述一个或更多个参数包括该B2b信号的码相位；并且所述方法包括以下步骤：基于所估计的第一信号的码相位，来预测B2b信号的码相位。

预测B2b信号的码相位的步骤可以包括：向所估计的第一信号的码相位相加偏移量或者从所估计的第一信号的码相位减去偏移量。

通常，偏移量可以是正的或负的。应理解，减去正偏移量相当于加上负偏移量，减去负偏移量相当于加上正偏移量。

B2b信号的码相位可以仅基于所估计的第一信号的码相位以及偏移量来预测。

所述方法还可以包括以下步骤：估计第一信号与B2b信号之间的群延迟差(groupdelay difference)，其中，偏移量包括所估计的群延迟差或者由所估计的群延迟差组成。

估计群延迟差可以基于通过解调B2b信号而获得的数据位。特别地，所述方法可以包括以下步骤：在预定驻留时间内从B2b信号中擦去所述数据位，以生成残留载波信号；以及在预定驻留时间内对残留载波信号的样本进行积分(即，求和)。擦去数据位的步骤可以包括：将B2b信号乘以表示所述数据位的信号。这些步骤可以在扩频码已经从B2b信号被擦去之后对B2b信号执行。可以针对扩频码的多个相位重复这些步骤，特别地，可以针对扩频码的超前(early)相位、即时(prompt)相位以及滞后(late)相位重复这些步骤。

所述方法还可以包括以下步骤：在估计群延迟差的步骤之前，从B2b信号中擦去所获得的数据位；以及在擦去所述数据位之后，在预定驻留时间内对B2b信号的样本进行积分，其中，群延迟差是基于积分的结果来估计的。

以这种方式对信号样本进行积分可以有助于使群延迟差的估计更可靠。预定驻留时间可以对应于被擦去的数据位的组合持续时间。B2b信号的样本可以在该整个持续时间内被相干地积分。

可选地：第一信号的所述一个或更多个参数包括第一信号的频率；B2b信号的所述一个或更多个参数包括该B2b信号的频率；并且所述方法包括：基于所估计的第一信号的频率，来预测B2b信号的频率。例如，该频率可以包括多普勒频率或者由多普勒频率组成。可以仅基于所估计的第一信号的频率来预测B2b信号的频率。这里，应理解，所估计的和所预测的频率与相应信号的载波频率有关。

预测B2b信号的频率的步骤可以包括：通过预定比例因子来缩放所估计的第一信号的频率。比例因子可以由第一信号的标称载波频率与B2b信号的标称载波频率之间的比率来定义。

第一GNSS操作频带可以是以下项中的一者：北斗B2a频带；北斗B3频带；北斗B1C频带；以及北斗B1I频带。在第一信号的这些频带中，B2a频带可能是最优选的，因为B2a频带(在1176.45MHz)在频率上最接近B2b频带(在1207.14MHz)。B3频带(1268.52MHz)在频率上稍微远离B2b频带；而B1I频带(1561.098MHz)和B1C频带(1575.42MHz)在频率上更进一步与B2b频带间隔开。通常，频率间距越小，相应的信号所经历的群延迟之间的相关性就越好。换句话说，B2a信号最可能经历与B2b信号类似的群延迟，并且这些信号之间的群延迟差很可能是最稳定的。

所述方法还可以包括以下步骤：跟踪由第二卫星以第二GNSS操作频带发送的第二信号，以估计该第二信号的一个或更多个参数；基于所估计的第二信号的一个或更多个参数，来预测由第二卫星发送的B2b信号的一个或更多个参数；以及对所述B2b信号进行解调，以获得由第二卫星在所述B2b信号上调制的数据消息的数据位，其中，解调是基于所预测的B2b信号的所述一个或更多个参数的。

这样，所述方法可以辅助解调多个卫星的B2b数据消息。各个卫星的B2b信号是基于所估计的由同一卫星以不同的频带发送的另一信号的参数来解调的。与第二卫星的信号相关的跟踪、预测以及解调是优选地和与第一卫星的信号相关的跟踪、预测以及解调并发地执行的。第二GNSS操作频带可以是与第一GNSS操作频带相同的频带，或者可以是不同的频带。第二GNSS操作频带是以下项中的一者：北斗B2a频带；北斗B3频带；北斗B1C频带；以及北斗B1I频带。

提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序，该计算机程序被配置成当所述计算机程序在一个或更多个物理计算装置上运行时，使所述一个或更多个物理计算装置执行上面概述的方法的所有步骤。

可以将计算机程序存储在计算机可读存储介质上(可选为非暂时性的)。所述一个或更多个物理计算装置可以包括GNSS接收器的一个或更多个处理器或由这样的一个或更多个处理器组成。

还提供了一种全球导航卫星系统接收器(下文中被称为GNSS接收器)，该GNSS接收器包括：

至少一个跟踪环路，所述至少一个跟踪环路被配置成跟踪由北斗GNSS中的卫星以第一GNSS操作频带发送的第一信号，以估计该第一信号的一个或更多个参数；

预测子系统，该预测子系统被配置成基于所估计的第一信号的一个或更多个参数，来预测由卫星发送的B2b信号的一个或更多个参数；以及

解调器，该解调器被配置成对B2b信号进行解调，以获得由卫星在该B2b信号上调制的数据消息的数据位，

其中，该解调器被配置成基于所预测的B2b信号的所述一个或更多个参数来解调该B2b信号。

所述至少一个跟踪环路、预测子系统、以及解调器皆可以由GNSS接收器的软件或者硬件来限定。在一些示例中，所有这些组件皆是以软件来限定的。

GNSS接收器还可以包括：RF前端，该RF前端用于经由天线接收第一信号和B2b信号，并对它们进行下变频和数字化；第一混频器，该第一混频器用于从第一信号中擦去残留载波；以及第二混频器，该第二混频器用于从B2b信号中擦去残留载波。GNSS接收器还可以包括：第一中频(IF)处理单元，该第一IF处理单元用于处理由RF前端从RF下变频到IF的第一信号；以及第二中频处理单元，该第二中频处理单元用于处理由RF前端从RF下变频到IF的B2b信号。可以将RF前端的输出端联接至所述中频处理单元中的各个中频处理单元的输入端。可以将第一IF处理单元的输出端联接至第一混频器的输入端。可以将第二IF处理单元的输出端联接至第二混频器的输入端。

GNSS接收器还可以包括至少第一相关器，该第一相关器被联接至第一混频器的输出端，该第一相关器被配置成擦去第一信号的扩频码。第一相关器可以是第一相关器组的部分，该第一相关器组包括超前相关器、即时相关器、以及滞后相关器。类似地，GNSS接收器还可以包括至少第二相关器，该第二相关器被联接至第二混频器的输出端，该第二相关器被配置成擦去B2b信号的扩频码。第二相关器可以是第二相关器组的部分，该第二相关器组包括超前相关器、即时相关器、以及滞后相关器。

可以将第一相关器组的一个或更多个输出端(包括第一相关器的输出端)联接至所述至少一个跟踪环路。可以将第二相关器组的至少一个输出端(包括第二相关器的输出端)联接至解调器的输入端。

可选地：第一信号的所述一个或更多个参数包括该第一信号的码相位；B2b信号的所述一个或更多个参数包括该B2b信号的码相位；并且该预测子系统包括加法器或减法器，该加法器或减法器被配置成通过向所估计的第一信号的码相位相加偏移量或者从该所估计的第一信号的码相位减去偏移量，来预测B2b信号的码相位。

该预测子系统可以包括群延迟差估计器，该群延迟差估计器被配置成估计第一信号与B2b信号之间的群延迟差，其中，偏移量包括所估计的群延迟差或者由所估计的群延迟差组成。

可选地：第一信号的所述一个或更多个参数包括第一信号的频率；B2b信号的所述一个或更多个参数包括该B2b信号的频率；并且该预测子系统包括频率转换器，该频率转换器被配置成基于所估计的第一信号的频率，来预测B2b信号的频率。

附图说明

现在，参照附图，通过示例的方式对本发明进行描述，其中：

图1是根据示例的GNSS接收器的示意性框图；以及

图2是例示根据示例的由图1的GNSS接收器执行的方法的流程图。

应注意，这些图是图解的并且不是按比例绘制的。

具体实施方式

现在，对本发明的实施方式进行详细说明，附图中例示了其示例。所描述的实施方式不应被解释为限于本章节中给出的描述；该实施方式可以具有不同的形式。

发明人已经认识到，解调通过跟踪用于由同一QZSS卫星发送的另一信号的参数辅助的北斗B2b信号可能是有利的。实际上，另一个信号充当B2b信号的导频。用于B2b信号的最初计划的导频信道现在改为用于其扩频码不是公共的下行链路消息服务。因此，没有导频信号可用于B2b跟踪。这使得B2b(数据)信号的跟踪和解调更加困难。B2b信号具有仅2ms的信道位持续时间。在之前的解决方案中，由于没有导频，因此需要可靠的位检测，以便准确地跟踪B2b信号。同时，可靠的位检测依赖于准确的载波跟踪。不正确的位检测可以被载波跟踪环路解释为多普勒频移，从而潜在地导致频率锁定环路(FLL)的发散。该问题特别是在低载波噪声比(例如，对于小于33dBHz的C/N₀)时出现。

在根据本公开的示例中，GNSS接收器跟踪由北斗GNSS中的卫星以第一频带发送的第一信号。将第一信号的跟踪参数用于辅助B2b信号(在不同频带中)的解调。在下面描述的示例中，第一信号是B2a信号。然而，应理解，本公开的范围不限于此。在其它示例中，第一信号可以为多个其它北斗频带(至少包括B1C、B3、或B1I)中的任一频带中的信号。

图1是根据示例的GNSS接收器的框图。GNSS接收器可以被配置成从单个GNSS星座(即，北斗)接收卫星信号，或者GNSS接收器可以被配置成从多个星座(例如，伽利略和北斗)接收卫星信号。GNSS接收器包括用于接收卫星信号的天线10。将联接至天线10的RF前端20配置成对经由天线10接收的卫星信号进行下变频和数字化。RF前端基本上调节信号以用于后续信号处理。由前端执行的其它典型任务包括滤波、放大以及自动增益控制。

GNSS接收器还包括第一中频(IF)处理单元34和第二IF处理单元32。第一IF处理单元34被配置成处理在RF前端中从射频(RF)转换到IF的第一信号。将第二IF处理单元32配置成处理在RF前端中从RF转换到IF的B2b信号。对于本示例，RF前端应当具有足够宽的带宽以捕获完整的B2b频谱以及B2a频谱的至少部分。通常，前端不必覆盖整个B2a频谱。对于本目的，精确地跟踪B2a信号的频率就足够了。精确的时间跟踪不是必需的。对于B2a信号的频率跟踪，部分B2a频谱通常是足够的。

将第一IF处理单元34的输出端联接至第一混频器43的输入端。第一混频器43的另一输入端接收本地载波(下文中被称为复制第一载波信号)，该本地载波被生成以复制引入第一信号的载波频率和相位。复制第一载波信号是由第一载波生成器41生成的数字正弦信号。这样，第一混频器43被配置成通过将引入B2a信号与复制第一载波信号混频，来从引入信号中擦去(即，去除)任何残留载波，例如，因多普勒效应而造成的偏移量。尽管在引入信号到达第一混频器43之前已经去除了卫星信号的载波，但是将存在因卫星与GNSS接收器之间的相对运动而造成的载波偏移量。第一载波生成器41包括被配置成生成复制第一载波信号的数控振荡器(NCO)。

将第一混频器43的输出作为输入提供给包括三个相关器的第一相关器组。各个相关器皆由乘法器53a至50c组成，这些乘法器的输出被作为输入提供给相应的积分清除(integrate-and-dump，I/D)单元55a至51c。乘法器将输入信号乘以复制第一扩频码(卫星在发送第一信号时使用的扩频码的复制)。I/D单元在适当的驻留时间内计算最终所得的乘积值的总和。该驻留时间限定了相干积分的长度。第一相关器组包括：“超前”(E)相关器(包括乘法器53a和I/D单元55a)；“即时”(P)相关器(包括乘法器53b和I/D单元55b)；以及“滞后”(L)相关器(包括乘法器53c和I/D单元55c)。正如它们的名字所暗示的，这三个相关器使用复制第一扩频码的不同移位版本。复制第一扩频码是二进制伪随机噪声(PRN)信号，并且是由在码相位反馈控制器62的控制下操作的第一码生成器51生成的。码相位反馈控制器62接收三个相关器的输出。根据三个相关器(E、P、L)中的哪一个相关器具有最大输出，控制器62确定是否调节(例如，递增或递减)提供给第一码生成器51的针对第一信号的码相位延迟控制信号。

这样，第一相关器组与码相位反馈控制器62和第一码生成器51一起充任B2a信号的码相位跟踪环路，换句话说，延迟锁定环路(DLL)。码相位跟踪环路确保由“P”相关器使用的复制第一扩频码的码相位以尽可能小的延迟来跟踪所接收的B2a信号的实际码相位。还将即时(P)相关器的输出作为输入提供给载波频率反馈控制器64。将载波频率反馈控制器64配置成跟踪B2a信号的载波频率和相位。该载波频率反馈控制器以频率控制信号的形式向第一载波生成器41提供反馈。组件的这种配置实现了B2a信号的载波跟踪环路。通过控制第一载波生成器41中的NCO的频率，控制复制第一载波信号的频率和相位两者，以匹配残留载波的频率和相位。(通过增加频率来使复制第一载波信号的相位提前；通过降低频率来使相位延迟。)实际上，这实现了锁相环(PLL)，从而跟踪残留载波频率和相位。

即时相关器的标签(“P”)不应与图1中用于第一码生成器51的标签“B2a-P”混淆。后一标签(B2a-P)反映了在本示例中码相位跟踪环路正在跟踪B2a导频信号的事实。

I/D单元55a至51c的输出包括复值化样本，也被称为同相和正交样本(I/Q样本)。特别地，用于即时(P)相关器的I/D单元55b的输出表示B2a信号的I/Q样本。应理解，尽管相关器组中的各个相关器皆被示为包括单个乘法器53和单个I/D单元55a至55c，但是当以硬件实现时，正如其它硬件框那样，该相关器将包括分离的I分支和Q分支。即，将存在用于同相(I)样本的乘法器和I/D单元，以及用于正交相位(Q)样本的另一乘法器和I/D单元。不过，为了简单起见，更方便的是将这些例示为具有复输出的单个乘法器和单个I/D单元，并且在此将描述它们是怎样的。

用于B2b信号的接收链包括类似于它们在用于第一信号(即，在这个示例中是B2a信号)的接收链中的对应部分的许多组件。将第二IF处理单元32的输出端联接至第二混频器44的输入端。第二混频器44的另一输入端接收本地载波(下文中被称为B2b复制载波信号)，该本地载波被生成以复制引入B2b信号的载波频率。B2b复制载波信号是由第二载波生成器42生成的数字正弦信号。这样，第二混频器44被配置成通过将引入B2b信号与B2b复制载波信号混频，来从引入信号中擦去(即，去除)任何残留载波，例如，因多普勒效应而造成的偏移量。第二载波生成器42包括被配置成生成B2b复制载波信号的NCO。

将第二混频器44的输出作为输入提供给包括三个相关器的第二相关器组。再一次地，各个相关器皆包括乘法器54a至54c和相应的I/D单元56a至56c(它们被以与上面针对乘法器53a至53c和I/D单元55a至55c所描述的方式相同的方式视为具有复值化输出)。各个乘法器皆将从第二混频器44输出的信号与复制B2b扩频码相乘。再一次地，第二相关器组包括超前(E)相关器、即时(P)相关器、以及滞后(L)相关器，它们使用复制B2b扩频码的不同移位版本。复制B2b扩频码(再次地，二进制PRN信号)是由第二码生成器52生成的。第二码生成器52在图1中被标记为“B2b-D”，其反映了B2b数据信号正被跟踪的事实。(如上提及，B2b导频信号的扩频码不是公共的)。下面将描述第二码生成器52的延迟反馈控制。

将第二相关器组的输出作为输入提供给另一组乘法器82a至82c，其中，各个相关器输出皆被作为输入提供给乘法器82a至82c中的相应乘法器。还将即时(P)相关器的输出作为输入提供给解调器70。解调器70对该相关器输出执行位检测，以解调B2b信号，从而获得由卫星在该信号上调制的数据消息的数据位。在该示例中的解调器70执行差分位检测-比较连续位时段之间的载波相位，以便确定数据位。差分位检测的使用意味着不必相干地跟踪B2a残留载波的相位。假设频率跟踪足够准确(例如，跟踪到实际多普勒频移的1KHz内)，那么当前位时段内的相位将以与前一(参考)位时段内的相位近似相同的速率旋转。因此，它们之间的相位差将为位检测产生可靠的判定变量。

乘法器82a至82c中的各个乘法器皆被配置成从其相应的输入擦去所检测到的数据位。为了做到这一点，解调器70向乘法器提供当前检测到的位(被表示为+1或-1)。各个乘法器82a至82c皆将这个当前检测到的位乘以它的另一输入端处的信号(它是来自第二相关器组中的相关器之一的输出信号)。应注意，可以在从各个I/D单元56a至56c到相应乘法器82a至82c的路径中设置延迟部件(未示出)，以确保所检测到的位在到达各个乘法器时与I/Q样本正确对准。在乘法器82a至82c擦去所述位之后，将各个乘法器的输出信号馈送至相应的积分单元84a至84c。各个积分单元在预定驻留时间内对信号样本进行积分(求和)。在该示例中，预定驻留时间对应于由乘法器82a至82c擦去的多个位的组合位持续时间。这允许比仅在一个位持续时间内进行积分更长的相干积分。将积分单元84a至84c的输出作为输入提供给群延迟差(GDD)估计器86。

GDD估计器86的目的是为第二码生成器52提供延迟反馈控制。将该GDD估计器配置成估计第一信号(在该示例中是B2a信号)与B2b信号之间的群延迟差。该GDD估计器的输出通过加法器63与码相位反馈控制器62的输出进行求和。将加法器63的输出作为输入提供给第二码生成器52。这样，复制B2b扩频码的码相位是由第一信号的码相位延迟控制信号(由第一信号的码相位跟踪环路中的码相位反馈控制器62生成)和GDD估计之和来控制的。预期第一信号的码相位延迟控制信号将准确地跟踪第一信号(在该示例中为B2a信号)，从而解决由(a)接收器和卫星的动态特性和(b)外部因素(诸如变化的电离层延迟)两者所造成的码相位变化。对于第一信号和B2b信号两者，动态特性是相同的，这是因为两个信号都是由同一卫星发送并由同一接收器接收的。因此，GDD估计器86仅需要调节外部因素。特别地，该GDD估计器补偿由诸如两个频带的不同频率处的电离层延迟之类的因素的变化而造成的两个信号之间的群延迟差随时间的变化。

GDD估计器86基本上执行与码相位反馈控制器62类似的一组操作。该GDD估计器比较积分单元84a至84c的输出并且标识具有最大值的输出。如果在对应于即时(P)相关器的输出上看不到最大值，则GDD估计器86根据最大值是对应于超前(L)相关器还是对应于超前(E)相关器，来递增或递减其输出值。

如上提及，对GDD估计器86的输出与第一信号的码相位延迟控制信号进行求和，并且反馈回所得的求和值以控制第二码生成器52。因而，随着时间的过去，GDD估计器的输出将跟踪第一信号的码相位与B2b信号的码相位之间的差。加法器63的输出将跟踪B2b信号的码相位。

码相位反馈控制器62与GDD估计器86之间的一个差别是GDD估计器86使用较小的环路增益。这意味着GDD估计器是以小于由码相位反馈控制器62用来调节第一信号的码相位延迟控制信号的增量的增量来修改所估计的群延迟差(该GDD估计器输出该群延迟差)的。使用较小的增量(即，较小的环路增益)确保GDD估计器86仅跟踪群延迟差的缓慢改变的变化-特别是由电离层的变化而造成的变化，而不是与接收器和卫星的动态特性相关联的变化。

这样，用于在一种意义上控制复制B2b扩频码的码相位的跟踪环路是作为第一信号的码相位跟踪环路的分支来操作的。该分支受第一信号的码相位延迟控制信号(由码相位反馈控制器62输出)的影响，并因此跟踪由第一信号的延迟控制跟踪的相同变化。然而，在本示例中，该分支还跟踪第一信号与B2b信号之间的码相位关系(换句话说，延迟关系)中的任何漂移。

虽然B2b信号的码相位是由图1中的“内部”环路(包括码相位反馈控制器62、GDD估计器86、以及加法器63)来跟踪的，但是B2b信号的载波频率由图中的“外部”环路来进行跟踪。如上面已经说明的，载波频率反馈控制器64跟踪第一信号(在本示例中为B2a信号)的频率和相位。将由该控制器输出的频率控制信号提供给第一载波生成器41。还将该频率控制信号提供给频率转换器65，该频率转换器将该频率控制信号转换成用于B2b信号的第二频率控制信号。该第二频率控制信号控制第二载波生成器42。

第一信号的频率变化(例如，由变化的多普勒频率造成的)通过固定比率直接与B2b信号的频率变化相关。这是因为两个信号都由同一卫星发送并由同一接收器接收。因而，卫星与接收器之间的相对速度对于两个信号是相同的。该相对速度对各个信号具有与信号的频率成比例的影响。为了将第一信号的频率控制信号转换成B2b信号的频率控制信号，频率转换器65简单地根据固定比率缩放所述频率控制信号。如果F₁表示第一信号的标称载波频率，并且F₂表示B2b信号的标称载波频率，则由频率转换器65应用的固定比率是：

换句话说，如果f₁是第一信号的频率控制信号，并且f₂是B2b信号的频率控制信号，则频率转换器65执行以下计算：

这样，不需要单独的跟踪环路来跟踪B2b信号的频率。而且，在本示例中，使用差分位检测，根本不需要跟踪B2b信号的码相位。第二载波生成器42是间接地但是单独地根据第一信号的频率控制信号来控制的，该频率控制信号是在第一信号的载波跟踪环路中生成的。

图1的框图中所示的组件可以以硬件或软件、或者两者的混合来实现。根据本实现，框62、63、64、65、70、82a至82c、84a至84c以及86是以运行在GNSS接收器的处理器上的软件来实现的。换句话说，它们在功能上以要由(可编程)处理器执行的计算机程序代码来进行限定。处理器可以是通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、或者其它合适的处理器。接收链的上游的框(即，框20、32、34、41、42、43、44、51、52、53a至53c、54a至54c、55a至55c和56a至56c、以及天线10)在当前实现中是以硬件来实现的。

图2是例示由图1的GNSS接收器100执行的方法的流程图。在步骤210中，接收器100接收给定北斗卫星的信号。(实际上，接收器可以在同一步骤中接收所有北斗卫星的信号；然而，现在出于阐释的目的，我们关注单个卫星的信号)。如上面已经说明的，由RF前端20经由天线10来接收信号。

在步骤220中，接收器获取B2a信号，并实现导频同步。用于GNSS信号获取的方法在本领域中是公知的，并且在此将不再进一步描述，因为它们在本公开的范围之外。在获取了B2a信号之后，接收器现在开始跟踪它。跟踪B2a信号涉及估计B2a信号的参数。特别地，根据本方法，连续地跟踪B2a信号的码相位(参见步骤232)，并且连续地跟踪B2a信号的载波频率(和相位)(参见步骤234)。如上面已经说明的，码相位反馈控制器62负责跟踪码相位，而载波频率反馈控制器64负责跟踪载波频率(和相位)。

在步骤242中，接收器基于在步骤232中估计的B2a信号的码相位来预测B2b信号的码相位。这涉及将偏移量相加至B2a信号的所估计的码相位(或等效地，从所估计的码相位中减去偏移量)。根据本示例，偏移量是这两个信号之间的所估计的群延迟差。如上说明的，在图1的背景下，该相加步骤是由加法器63来执行的。

在步骤244中，接收器基于B2a信号的所估计的频率来预测B2b信号的频率。这涉及根据取决于这两个信号频带的标称中心频率的比例因子来缩放所估计的第一信号的频率。如上说明的，该转换是由频率转换器65来执行的。

在步骤250中，解调器70对B2b信号进行解调，以获得由卫星在该信号上调制的数据消息的数据位。该解调是基于所预测的B2b信号的参数(码相位和频率)的，因为所预测的参数被用于驱动第二载波生成器42和第二码生成器52。第二载波生成器42和第二码生成器52分别控制由第二混频器44执行的混频操作和第二相关器组的操作。因此，所预测的参数影响解调器70执行的在位检测之前的信号处理。在给定驻留时间内检测一组位。在本示例中，驻留时间为10ms。B2b信号具有1000bps的数据速率；因此，在驻留时间内检测到10个位。顺序地逐个检测所述位。

在步骤260中，接收器从相关器输出中擦去在步骤250中获得的所检测到的B2b位。如上说明的，这是由乘法器82a至82c来完成的。在步骤270中，积分单元84a至84c对由相应的乘法器82a至82c输出的样本进行积分。对驻留时间内的所有样本进行积分。这是可能的，因为所述位已经从该驻留时间内被擦去。换句话说，擦去位允许在步骤270中使用更长的相干积分时间。这种较长的积分可以提高GDD估计的准确度。在步骤280中，GDD估计器86估计(更新)B2a信号与B2b信号之间的当前群延迟差。如已提及的，将在步骤280中生成的所估计的群延迟差相加至在步骤232中为B2a信号估计的码相位，以便预测B2b信号的码相位(参见步骤242)。

对从各个可见的北斗卫星接收的信号重复图2所例示的过程。这样，借助于相应卫星的B2a信号，可以解调北斗星座的所有可见卫星的B2b信号。

这里，我们有机会再一次强调该方法不限于由B2a信号的跟踪参数辅助的解调。由北斗卫星发送的任何合适的第一信号(不仅是B2a信号)都可以被用于辅助该卫星的B2b信号的解调。当解调多个北斗卫星的B2b信号时，辅助解调的第一信号在每种情况下都可以是相同的，或者在至少一些情况下是不同的。例如，可以将B2a信号用作所有卫星的第一信号。在另一情况下(纯作为示例)，可以使用B3信号来为一个卫星提供解调辅助，并且可以使用B1C信号来为另一卫星提供解调辅助。

应理解，本公开的范围在其它方面也不限于上述示例。例如，尽管GDD估计器86提供了一种通过向B2a码相位相加偏移量来预测B2b码相位的有利方式，但是这不是唯一的可能性。其它示例可以消除GDD估计器(以及向其提供输入的乘法器82a至82c和积分单元84a至84c)。相反，作为近似，可以假设这两个信号之间的码偏移量(延迟)在时间上是恒定的，并且不需要被跟踪。在这种情况下，通过加法器63将恒定的固定偏移量相加至B2a信号的码相位。

其它变型例涉及实现这些框的方式。在上面讨论的示例中，某些组件被限定在运行于GNSS接收器的处理器上的软件或软件模块中。然而，在其它示例中，这些单元中的一些或全部可以以专用的、固定功能的硬件来实现。同样，在其它实施方式中，根据上面的示例，以硬件限定的组件可以以软件来限定。

在权利要求中，置于括号中的任何参考标号不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在除权利要求中列出的部件或步骤之外的其它部件或步骤。然而，在使用词语“包括”的情况下，这也作为特殊情况公开了所列出的部件或步骤是穷举的可能性，即，设备或方法可以仅由那些部件或步骤组成。在部件之前的不定冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。这些实施方式可以借助于包括多个截然不同的部件的硬件来实现。在列举了多个装置的装置权利要求中，这些装置中的几个可以由同一硬件来实现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并非指示无法有利地使用这些措施的组合。而且，在所附权利要求中列出了包括“A；B；以及C中的至少一者”应被解释为(A和/或B)和/或C。

在涉及方法的流程图、概述、权利要求以及描述中，列出步骤的顺序通常并非旨在限制它们被执行的次序。这些步骤可以以与所指示的次序不同的次序来执行(除非具体指出，或其中随后的步骤依赖于前面步骤的产物)。不过，描述步骤的次序在某些情况下可以反映优选的操作顺序。

而且，一般而言，各种实施方式可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或者其任何组合来实现。例如，一些方面可以以硬件来实现，而其它方面可以以固件或软件来实现，这些固件或软件可以由控制器、微处理器或其它计算装置来执行，尽管这些不是限制性示例。虽然本文所描述的各个方面可以作为框图、流程图、或者使用一些其它的图示表示来进行例示和描述，但是应理解，本文所描述的这些框、设备、系统、技术或方法可以作为非限制性示例以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算装置、或者其一些组合来实现。

本文所描述的实施方式可以通过可由设备的数据处理器(正如在处理器实体中)执行的计算机软件、或者通过硬件、或者通过软件和硬件的组合来实现。此外，在这点上，应注意，图中的逻辑流程中的任何框均可以表示程序步骤、或者互连的逻辑电路、框和功能、或者程序步骤和逻辑电路、框和功能的组合。可以将软件存储在诸如存储器芯片或在处理器内实现的存储器框之类的物理介质上、诸如硬盘或软盘的磁介质上、以及诸如DVD及其数据变体、CD之类的光学介质上。

存储器可以是适合于本地技术环境的任何类型的，并且可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器装置、磁存储器装置和系统、光学存储器装置和系统、固定存储器和可移除存储器。数据处理器可以是适合于本地技术环境的任何类型的，并且作为非限制性示例，可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、门级电路以及基于多核处理器架构的处理器中的一个或更多个。

本文所讨论的实施方式可以在诸如集成电路模块的各种组件中加以实践。集成电路的设计通常是高度自动化的过程。复杂且功能强大的软件工具可用于将逻辑级设计转换成准备在半导体基板上蚀刻和形成的半导体电路设计。

Claims (14)

1.一种对来自北斗全球导航卫星系统GNSS中的卫星的B2b信号进行解调的方法，所述方法包括以下步骤：

跟踪(232、234)由所述卫星以第一GNSS操作频带发送的第一信号，以估计所述第一信号的一个或更多个参数；

基于所估计的所述第一信号的一个或更多个参数，来预测(242、244)由所述卫星发送的所述B2b信号的一个或更多个参数；以及

对所述B2b信号进行解调(250)，以获得由所述卫星在所述B2b信号上调制的数据消息的数据位，

其中，所述解调是基于所预测的所述B2b信号的所述一个或更多个参数的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一信号的所述一个或更多个参数包括所述第一信号的码相位；

所述B2b信号的所述一个或更多个参数包括所述B2b信号的码相位；并且

所述方法包括以下步骤：基于所估计的所述第一信号的码相位，来预测(242)所述B2b信号的所述码相位。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，预测(242)所述B2b信号的所述码相位的步骤包括：向所估计的所述第一信号的码相位相加偏移量或者从所估计的所述第一信号的码相位减去偏移量。

4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：估计(280)所述第一信号与所述B2b信号之间的群延迟差，

其中，所述偏移量包括所估计的群延迟差或者由所估计的群延迟差组成。

5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括以下步骤，在估计(280)所述群延迟差之前：

从所述B2b信号中擦去(260)所获得的数据位；以及

在擦去所述数据位之后，在预定驻留时间内对所述B2b信号的样本进行积分(270)，

其中，所述群延迟差是基于所述积分的结果来估计(280)的。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中：

所述第一信号的所述一个或更多个参数包括所述第一信号的频率；

所述B2b信号的所述一个或更多个参数包括所述B2b信号的频率；并且

所述方法包括以下步骤：基于所估计的所述第一信号的频率，来预测(244)所述B2b信号的频率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，预测(244)所述B2b信号的频率的步骤包括：通过预定比例因子来缩放所估计的所述第一信号的频率。

8.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述第一GNSS操作频带是以下项中的一者：北斗B2a频带；北斗B3频带；北斗B1C频带；以及北斗B1I频带。

9.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

跟踪(232、234)由第二卫星以第二GNSS操作频带发送的第二信号，以估计所述第二信号的一个或更多个参数；

基于所估计的所述第二信号的一个或更多个参数，来预测(242、244)由所述第二卫星发送的B2b信号的一个或更多个参数；以及

对所述B2b信号进行解调(250)，以获得由所述第二卫星在所述B2b信号上调制的数据消息的数据位，

其中，所述解调(250)是基于所预测的所述B2b信号的所述一个或更多个参数的。

10.一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码被配置成当所述计算机程序在一个或更多个物理计算装置上运行时，使所述一个或更多个物理计算装置执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法的所有步骤。

11.一种全球导航卫星系统GNSS接收器(100)，所述GNSS接收器包括：

至少一个跟踪环路(62、64)，所述至少一个跟踪环路被配置成跟踪(232、234)由北斗GNSS中的卫星以第一GNSS操作频带发送的第一信号，以估计所述第一信号的一个或更多个参数；

预测子系统(63、65、86)，所述预测子系统被配置成基于所估计的所述第一信号的一个或更多个参数，来预测(242、244)由所述卫星发送的B2b信号的一个或更多个参数；以及

解调器(70)，所述解调器被配置成对所述B2b信号进行解调(250)，以获得由所述卫星在所述B2b信号上调制的数据消息的数据位，

其中，所述解调器(70)被配置成基于所预测的所述B2b信号的所述一个或更多个参数来解调(250)所述B2b信号。

12.根据权利要求11所述的GNSS接收器，其中：

所述第一信号的所述一个或更多个参数包括所述第一信号的码相位；

所述B2b信号的所述一个或更多个参数包括所述B2b信号的码相位；并且

所述预测子系统包括加法器(63)或减法器，所述加法器或减法器被配置成通过向所估计的所述第一信号的码相位相加偏移量或者从所估计的所述第一信号的码相位减去偏移量，来预测(242)所述B2b信号的所述码相位。

13.根据权利要求12所述的GNSS接收器，其中，所述预测子系统包括群延迟差估计器(86)，所述群延迟差估计器被配置成估计(280)所述第一信号与所述B2b信号之间的群延迟差，其中，所述偏移量包括所估计的群延迟差或者由所估计的群延迟差组成。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的GNSS接收器，其中：

所述第一信号的所述一个或更多个参数包括所述第一信号的频率；

所述B2b信号的所述一个或更多个参数包括所述B2b信号的频率；并且

所述预测子系统包括频率转换器(65)，所述频率转换器被配置成基于所估计的所述第一信号的频率，来预测(244)所述B2b信号的频率。

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