CN1319190A - 用有效旋转器进行定位的接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种新的、改进的在无线通信系统中进行定位的方法和装置。本发明的一种实施例包含一种进行定位的方法,它包含接收信号取样、产生粗捕获序列、使所述粗捕获序列旋转而产生旋转的粗捕获序列,以及在一组时移处使所述旋转的粗捕获序列作用于所述信号取样而产生相关的输出数据的步骤。

Description

用有效旋转器进行定位的接收机
                          发明背景
Ⅰ．发明领域
本发明涉及定位。更具体地说，本发明涉及一种在无线通信系统中执行定位的新的、改进的方法和装置。
Ⅱ．相关技术领域描述
无论是政府还是客户都要求在蜂窝电话中具有定位功能。当前的全球定位系统(GPS)可以采用GPS接收机和一组地球轨道卫星来进行定位。因此，就要求在蜂窝电话中引入GPS功能。
然而，蜂窝电话对成本、重量和功耗极为敏感。因此，仅仅增加进行GPS定位的附加电路在蜂窝电话中提供定位功能还远远不够。所以，本发明在蜂窝电话系统中以最小的附加硬件、成本和功耗来提供GPS功能。
                          发明概述
本发明是一种在无线通信系统中执行定位的新的、改进的方法和装置。本发明一种实施例包含了一种执行定位的方法，它包含下述步骤：接收取样信号、产生粗捕获序列(coarse acquisition sequence)、使所述粗捕获序列旋转而产生旋转的粗捕获序列，以及在一组时移处使所述旋转的粗捕获序列作用于所述取样信号而产生相关的输出数据。
                          附图简述
读者在结合附图阅读了本发明的详细描述以后，将更清楚地理解本发明的特征、目的和优点。图中，相同的标号所表示的意义相同。
图1是全球定位系统(GPS)波形发生器的方框图；
图2是按照本发明的用途而配置的蜂窝电话系统高度简化的方框图；
图3是按照本发明一种实施例而构成的接收机方框图；
图4是图3中所示接收机的另一方框图；
图5是按照本发明另一种实施例而构成的接收机；
图6是定位操作期间执行的步骤的流程图；
图7是按照本发明一种实施例而构成的DSP方框图；
图8是在按照本发明一种实施例而执行的搜寻期间所执行的步骤的流程图；
图9是本发明一种实施例中所执行的粗搜寻和细搜寻时的相位的等时线(timeline)；
图10是按照本发明一种实施例所执行的搜寻处理的等时线；
图11是搜寻空间的图；
图12是按照本发明另一实施例的接收机。
                      较佳实施例的详细描述
下面描述无线通信系统中执行定位的新的、改进的方法和装置。结合数字蜂窝电话系统来描述典型的实施例。尽管这样做有很多好处，但应当理解，本发明不同的实施例可以应用于各种不同的场合或结构。通常，这里所描述的各种系统可以用软件控制的处理器、集成电路或分立的逻辑电路来形成，但最好采用集成电路结构。整个应用中将被涉及的数据、指令、命令、信息、信号、符号和码片(chip)最好用电压、电流、电磁波、磁场或磁子(magnetic particle)、光场或光子(opticalparticle)或其组合来表示。另外，每一方框图中的方框可以代表硬件或者方法的步骤。
图1是全球定位系统(GPS)波形发生器的方框图。带有加号的圆圈代表模2相加。通常，GPS星座由24个卫星组成：用于导航的21艘宇宙飞船(SV)，和3个用于备用的宇宙飞船。每一SV含有一个时钟，该时钟通过监视地面站而与GPS时间同步。为了确定位置和时间，一GPS接收机对从几个卫星接收的信号进行处理。在求解4个未知数(x,y,z，时间)时，必须至少使用4个卫星。
每一SV发送两种微波载波：载送用于标准定位服务(SPS)的信号的1575.42MHz L1载波，以及载送进行精确定位服务(PPS)所需信号的1227.60MHz L2载波。PPS用于政府机构，它具有更高的定位精度。
L1载波用粗捕获(C/A)码调制，这一C/A码是一种用于民用定位服务而在1.023Mcps下传送的1023一码片的伪随机码。(请不要将粗捕获码和本文中的粗、细捕获相混淆，尽管两者都使用了C/A码。)每一卫星都拥有其自己的、每隔1ms重复一次的C/A码。用于PPS的P码是一种长度为267天的10.23MHz码。两种载波上都有P码，但P码与L1载波上的C/A码相位偏移90度。与C/A码和P码在进行载波调制前经过异或的50Hz导航消息用来提供系统信息，如卫星轨道和时钟校正。
L1由粗捕获(C/A)码调制，该C/A码是一种用于民用定位服务并且在1.023Mcps下传送的1023码片的伪随机码。每一卫星有其自己的每隔1ms重复一次的C/A码。用于PPS的P码是长度为267天的10.23MHz码。在两者载波上出现的P码与在L1载波上的C/A码相比，相位相差90度。与C/A码和P码在进行载波调制前而进行异或的50Hz导航消息提供系统信息，如卫星轨道和时钟校正。
L1载波由粗捕获(C/A)码调制，该粗捕获码是一种用于民用定位服务而在1.023Mcpc下传送的1023码片伪随机码。每一卫星有其自己的每隔1ms重复一次的C/A码。用于PPS的P码是长度为267天的10.23MHz码。在两种载波上出现的P码与在L1载波上的C/A码在相位上相差90度。在载波调制前与C/A码和P码进行异或的50Hz导航消息提供系统信息，如卫星轨道和时钟校正。
每一卫星具有不同的C/A码，而这些不同的C/A码属于称作金码的一族码。采用金码是因为它们之间的交叉相关较小。C/A码是用如图1.4-2下面的两个10级移位寄存器来产生的。G1发生器采用多项式1+X3+X10，而G2发生器采用多项式1+X2+X3+X6+X8+X9+X10。C/A码是通过将G1移位寄存器的输出与G2移位寄存器的两个位进行异或运算来产生的。
图2是按照本发明构成的蜂窝电话系统高度简化的方框图。移动电话10位于基站12之间，而基站12与基站控制器(BSC)14耦合。移动交换中心MSC16将BSC14与公共电话交换网(PSTN)相连。工作时，某些移动电话通过与基站12接口相连进行电话呼叫，而另一些则处于等待状态。
正如已转让给本发明受让人且在此引述供参考的、标题是“确定无线CDMA收发机的位置的系统和方法”的共同待批的美国专利申请09/040,051中所描述的那样，通过传送含有“辅助信息”的定位请求消息从而使移动电话能够快速捕获GPS信号，可以便于进行定位。该信息包括SV的识别(ID)号(SV ID)、估算的编码相位、估算编码相位周围的搜寻窗大小以及估计的频率多普勒效应。采用该信息，移动单元可以捕获GPS信号，并且更快地确定其位置。
根据辅助消息，移动单元调谐到GPS频率，并开始将所接收的信号与其由基站所指示的、本地产生的用于SV的C/A序列相关。它采用辅助信息使搜寻空间变窄以及补偿多普勒效应，并采用时间相关来获得每一卫星的伪距。注意，这些伪距是基于移动单元时间的(它是从CDMA接收机组合器系统时间计数器得到的)，而该移动单元时间是GPS时间的延迟形式。
在计算了这一信息以后，移动单元发送每一卫星的伪距(最好是1/8码片的分辨率)，以及对基站进行测量的时间。随后，移动单元再调谐到CDMA，继续进行呼叫。
在接收到该信息以后，BSC使用单向延迟估计将伪距从移动单元时间转换成基站时间，并通过求解几个球面的交点来计算移动单元的估计位置。
辅助消息所提供的另一个参数是频率多普勒或多普勒偏移。多普勒效应表示由于发射机和接收机之间的相对速度而引起的接收信号频率的明显改变。载波上多普勒效应称作是频率多普勒，而基带信号上的效应称作是编码多普勒。
在GPS的情况下，频率多普勒改变所接收的载波频率，所以其效应是与采用载波偏移进行的解调是相同的。由于基站GPS接收机是主动跟踪所要求的卫星的，所以它知道由卫星的移动而引起的频率多普勒。另外，卫星与基站与移动单元相隔甚远，从而移动单元所看到的多普勒在效果上与基站所看到的多普勒是相同的。在本发明的一种实施例中，为了校正频率多普勒值，移动单元在接收机中采用了旋转器。频率多普勒的范围在-4500Hz到+4500Hz内，而变化率在1Hz/s的数量级。
编码多普勒的作用是改变1.023MHz码片速率，该速率有效地压缩或扩展了所接收的C/A码片。在本发明的一种实施例中，移动单元通过将频率多普勒乘以比值1.023/1575.42，校正了编码多普勒。于是，移动单元可以通过在必要时使所接收的IQ取样的相位以1/16码片增量偏移(即在其中引入延迟)，在时间上来校正编码多普勒。
图3是按照本发明一种实施例构成的蜂窝电话(无线用户单元)接收机部分的方框图。接收波形100被模拟成用频率为Wc＋Wd的载波调制的C/A信号c(n)，这里，Wc是标称载波频率1575.42MHz，而Wd是由卫星的移动所产生的多普勒频率。多普勒频率范围从卫星直接位于头顶上方时的0频率到处于最坏时的约4.5kHz。接收机模拟部分可以被模拟成频率为wr和随机相位θ的载波来解调，随后进行低通滤波。
所产生的基带信号通过一个A/D转换器(未示出)，产生数字I、Q取样，并且存储起来，从而可以重复进行搜寻。取样是在二倍于C/A编码码片速率(码片×2)下产生的，该速率是一个小于进行细搜寻所必须的分辨率，但它使得18ms的取样数据能够存储在一个合理数量的存储器内。通常，要求在大于10ms的速率下搜寻某样东西，以便能够在大多数环境下进行捕获，并且这时18ms是较佳的积分时间。这些环境包括内部的，或者是不能直接看到卫星的地方。
运行时，取样首先由旋转器102旋转，以校正多普勒频移。旋转的I和Q取样与卫星的C/A序列的各种时移相关，并且将结果由积分器104在Nc个码片的时间内进行相干积分。相干积分的和取平方，并且相加，以去掉未知相移θ的影响。为了扩大对特定偏移的假设试验，非相干地将几个相干持续时间(interval)组合起来。这一去扩展在各时移内重复进行，以找到卫星信号的时移。旋转器102去掉由卫星移动所产生的频率多普勒。它采用基站所规定的多普勒频率(最好量化为10Hz时间间隔)，并旋转I和Q取样以去掉频移。
在本发明的一种实施例中，旋转仅在相干积分窗口上是连续的。即，旋转器在如1ms的相干积分周期之间停止。所有的相位差由平方和来消除。
图4是按照本发明一种实施例构成的接收机的另一方框图，图中，更详细地绘出了接收机的旋转器部分。
图5是按照本发明另一种实施例构成的接收机。本发明这一内部实施例的优点是具有这样的能力，即，通过使本地产生的C/A序列而不是输入取样旋转，而使旋转器停止在相干积分周期之间。
如图所示，C/A序列c(n)是通过作用于sin(WdnTc)和cos(WdnTc)而旋转并且随后存储起来的。C/A序列的旋转对于每一卫星只需进行一次。所以，使C/A序列旋转减少了所需的计算。它还节省了在本发明一种实施例中进行这种计算所使用的DSP中的存储器。
劣化定位特性的另一个重要的影响是在移动单元内部时钟中出现的频率误差。正是由于这一频率误差，使得人们在1ms的数量级上使用短相干积分时间(coherent integration time)。最好在更长的时间里进行相干积分。
在示例性结构中，移动单元自由运行(内部)本机振荡器时钟是19.68MHz晶体，其频率允差是+/-5ppm。这会引起数量级在+/-7500Hz的大的误差。这一时钟用来产生用了GPS信号解调的载波，所以时钟误差将被加到信号捕获时间里。由于可以用来搜寻的时间很短，所以因该频率允差而产生的幅度误差是不能允许的，必须大大减小。
为了能够有更长的相干积分时间，在本发明的一种实施例中，CDMA接收机采用从CDMA导频得到的定时，或其他有效的定时信息源，来对本机振荡器进行校正。这样就产生一个用来将本机振荡器时钟尽可能调谐到19.68MHz的控制信号。控制信号用于本机振荡器时钟，当RF单元从CDMA切换到GPS时，该控制信号被“冻结(frozen)”。
然而，即使在采用来自基站(或其他源)的定时信息进行校正以后，也还是有其他的时钟误差的。在本发明的一种实施例中，校正后的频率不定性是+/-100Hz。这一剩余误差仍然会降低接收机的性能，并且在通常情况下避免了更长的相干积分时间。在本发明的一种实施例中，通过在比会降低性能的1ms更长的时间内进行非相干积分，可以容易地避免这一剩余误差。
还是看图1,50Hz NAV/系统数据也被调制到L1载波上。如果在两个二分之一的相干积分窗之间出现数据转换(0至1或1至0)，那么所得到的相干积分和会因两个二分之一相互抵消而变成零。在最坏的情况下，这将有效地减少非相干累积次数。尽管所有卫星的数据边界是同步的，但由于路径延迟中存在差异，它们不会同时到达移动单元。这一路径延迟有效地使所接收的数据相位随机化。
在本发明的一种实施例中，不同信号上不同数据相位的问题是要将数据相位包括到从基站发送到移动单元的辅助信息中。由于基站正在解调50Hz的数据，所以它知道每一卫星会在什么时候发生数据转换。通过利用单向延迟，基站通过指出(20个中的)哪一个毫秒时间间隔内会出现数据转换，可以用例如(每一卫星)5个数据位来对数据相位进行编码。
如果相干积分窗跨越50Hz的数据边界，那么相干积分就被分成2个部分。一个部分在数据边界的前面，而另一个部分在数据边界的后面。例如，如果En1是数据边界前面窗口(它是该窗口开头的二分之一)上的相干积分和，而En2是在数据边界后面窗口上的相干积分和，那么移动单元就选择(En1+En2)(数据延迟相同的时候)和(En1-En2)(数据发生变化的时候)中最大值(幅度上)来计算相位变化。移动单元还可以这样选择，即在该数据窗上将两个二分之一进行非相干组合，或者完全避开该数据窗口。
在本发明的另一种实施例中，通过比较和的平方值以及1ms相干积分的差，移动单元可以发现数据转换而无需来自基站的辅助信息。
在本发明的一种实施例中，采用固件DSP(数字信号处理器)方法来进行GPS处理。DSP在chipx2(2.046MHz)或chipx8(8.184MHz)速率下接收I和Q取样，并将4位I、Q取样的短脉冲(snapshot)存储在内部RAM中。
在本示例性实施例中，DSP产生C/A序列，执行旋转以去除频率多普勒，并且对于每一个卫星，在基站所提供的搜寻窗上进行相关。DSP进行相干积分和非相干组合，并在必要时使IQ取样抽取器(decimator)旋转，以补偿编码多普勒。
为了节省计算和存储器，采用码片分辨率来进行初始搜寻，并且在最佳的一个(或多个)指数周围进行细搜寻以获得1/8码片(更高的)分辨率。系统时间是通过对硬件产生的1ms中断(从本机振荡器得到)进行计数来保持的。
另外，在本发明的一种实施例中，细搜寻是通过在各种chipx8偏移下，在一个码片的持续时间内对chipx8个取样(更高的分辨率)进行累积来执行的。将这些相关码用于累积值，而得到随特定的chipx8偏移而变化的相关值。这可以用chipx8分辨率确定编码偏移。
图6是描述用来在按照本发明的一种实施例执行的定位过程中校正本机振荡器误差所执行的步骤的流程图。在步骤500，判断是否已经在近期校正了本机振荡器。如果没有，则从基站得到导频，并通过比较在步骤502处的导频定时和根据该误差所产生的校正信号，来确定本机振荡器的误差。
流程接着进行到步骤504，这时，使校正信号固定在当前值上。在步骤506，进入GPS方式，并用经校正的时钟来执行定位。一旦已经进行了定位，那么移动单元就在步骤508离开GPS方式。
图7描述的是按照本发明的一种实施例所构成的DSP接收机系统。DSP用最少的附加硬件来执行整个搜寻操作。DSP核心308、调制解调器306、接口单元300、R0M302和存储器(RAM)304是通过总线306耦合的。接口单元300从RF单元(未示出)接收RF取样，并将取样提供到RAM304。RF取样可以以粗分辨率或细分辨率的方式存储起来。DSP核心308用存储在R0M302以及存储器304中的指令，处理存储在存储器中的取样。存储器304可以有“多组”，其中的某些组可以存储取样，而另一些组可以存储指令。调制解调器700在通常的方式下执行CDMA处理。
图8是在定位操作期间所执行的步骤的流程图。定位操作在接收到辅助消息的时候开始，并且RF系统在步骤600切换到GPS频率。当RF被切换而接收GPS时，频率跟踪环路是固定的。DSP从电话微处理器接收辅助信息，并按照多普勒幅度对卫星进行分类。
在步骤602，将粗搜寻数据存储在DSP RAM中。DSP接收几百个微秒的输入数据以设置Rx AGC。DSP记录系统时间，并开始将18ms窗(DSP存储极限)的chipx2IQ数据存储在其内存RAM中。邻接的数据窗用来减弱编码多普勒的影响。
在存储了数据以后，在步骤604进行粗搜寻。DSP开始进行粗(chipx2分辨率)搜寻。对于每一个卫星来说，DSP产生C/A码，根据频率多普勒使编码旋转，并在基站所指定的搜寻窗上进行相关，而这些都是通过将C/A码多次用于所存储的粗搜寻数据而进行的。卫星在相同的18ms数据窗上进行处理，并且对于每一卫星，都得到一个超过某一阈值的最佳chipx2假设。尽管在本发明的一种实施例中使用的是2ms相干积分时间(有9个非相干积分)，但是也可以采用更长的相干积分时间(例如18ms)，当然最好进行如下所述的某些调整。
在执行了粗搜寻以后，在步骤606进行细搜寻。在开始进行细搜寻以前，DSP计算每一卫星的旋转C/A码。这使得DSP能够实时处理细搜寻。在进行细(chipx8分辨率)搜寻时，卫星每次对不同的数据处理一次。
DSP首先使抽取器(decimator)转向，以补偿给定卫星的编码多普勒。它还使Rx AGC值复位，同时在存储chipx8取样的1ms相干积分窗之前，等待下一个1ms的边界。
DSP在1ms相干积分窗上处理5种邻接的chipx8分辨率假设，这里，中心假设是在粗搜寻中得到的最佳假设。在处理了下一个1ms窗口以后，将结果相干组合起来，并且在所有Nn次递归中非相干地将该2ms和组合起来。
对下一个卫星，对同一数据重复该步骤(从使抽取器转向开始)，直到所有的卫星已被处理完为止。如果2个卫星的编码多普勒在幅度上是相似的，那么就可以对同一数据对两个卫星进行处理以减少所需数据组的数目。在最坏的情况下，对于细搜寻，采用8组1ms的2*Nn数据窗。
最后，在步骤608，将结果报告给微处理器，并在DSP中重新开始声码器处理，从而呼叫可以继续进行。DSP将伪距报告给微处理器，由微处理器将这些伪距传送到基站。在微处理器再次将声码器程序码下载到DSP存储器内时，DSP清除其数据存储器，并重新启动声码器。
图9是描述粗搜寻以后所执行的细搜寻的图。在粗搜寻中隔开了最佳chipx2相位以后，DSP在该相位周围进行细搜寻，以获得chipx8的分辨率。
图中，在细搜寻中要比较的5个相位用一矩形圈了起来。最佳chipx2相位经再次估算，使得可以对同一组数据进行比较。这还使得粗搜寻和细搜寻可以采用不同的积分时间。由于每一卫星对于编码多普勒来说可以有不同的值，所以细搜寻对于每一卫星来说是分开进行的。
图10给出的是按照本发明一种实施例所进行的搜寻过程的等时线。在本发明的一种实施例中，整个处理(粗+细)是在约1.324秒的时间里进行的，这会使呼叫中断，但在进行搜寻时仍会使呼叫继续进行。全部1.324秒的搜寻时间是一个上限，这是因为这里假设DSP需要搜寻全部8个卫星，并且每一卫星有一个68码片的搜寻窗。然而，由于卫星轨道几何形状的原因，必须用足全部1.324秒的概率是很小的。
在开头的18ms期间，IQ取样数据是在GPS频率下收集的。在周期82内，在内部进行粗搜寻，其时间可以持续到1.13秒，但在识别了卫星信号时，可能会早一点结束。在进行了粗搜寻以后，可以在周期84内计算C/A码，这需要24ms。在周期86内，为编码多普勒调整转向值，并进一步调整Rx AGC。在周期88内，对IQ数据取样进行细搜寻，并且在周期86中连续进行调整。使用18ms积分时间使得编码多普勒可以被忽略，这是因为所接收的C/A码相位将移位小于1/16个码片。最多可以对8个卫星进行最多8个序列的调整和细搜寻，这样就完成了整个定位过程。
另外，在本发明的某些实施例中，电话继续将反向链路帧发送到基站，同时进行定位过程。这些帧可以含有零个信息，使得基站可以容易地保持与用户单元同步，或者帧可以包含附加的信息，如功率控制命令或信息请求。这些帧的传送最好是当GPS取样不是在具有RF电路的时候得到的时候进行的，或者是如果具有充足的RF电路而得到GPS取样的时候。
尽管使用18ms积分时间避免了编码多普勒的影响，但在50Hz速率下，在GPS信号上进行数据传送会因18ms处理间隔内出现数据变化而产生问题(如上所述)。数据变化使得信号的相位发生偏移。对于每一卫星，会在不同的地方出现50Hz数据边界。每一卫星50Hz转换的相位通过从每一卫星到电话路径长度的变化而可以是随机的。
在最坏的情况时，如果在相干积分时间中点数据位出现反转，那么相干积分就会全部消除(wiped out)。因此，在本发明的另一种实施例中，基站必须将每一卫星的数据转换边界传送到电话(也如上所述)。最好将数据转换边界也包括在从基站发出的辅助消息中(如在表示每一卫星出现转换的毫秒时间间隔的一组5数据位消息中)。电话采用该边界将用于每一卫星的相干积分时间间隔分成2段，并判断在这两个时间区间内是加入还是减去相干积分和。因此，还通过包括每一GPS信号的数据边界，增加了定位过程的可靠性。
在本发明的示例性实施例中，频率不确定性产生损耗Ec/Nt，它是随相干积分时间而增加的。例如，当不确定性是+/-100Hz时，Ec/Nt的损耗如表Ⅰ所示的那样随相干积分时间的增加而快速增加。
    Nc     Ec/Nt
    1023(1ms)     0.14dB
    2046(2ms)     0.58dB
    4092(4ms)     2.42dB
    6138(6ms)     5.94dB
    8184(8ms)     12.6dB
                            表Ⅰ
如上所述，在移动单元中，总有某些未知的本机振荡器的频移。就是这一未知的频移避免了进行更长相干去扩展和积分。如果可以减小未知频移的影响，更长的相干将改进处理过程。
在本发明的一种实施例中，通过将搜寻空间扩展成2维以包括频率搜寻来考虑未知的频移。对于每一种假设，进行几次频率搜寻，这里，每一次频率搜寻假设频移是一个已知值。通过使频移有一定的间隔，人们可以将频率不确定性减小到任一小的值，而其代价是增加了计算和存储。例如，如果采用5个频率假设，所得到搜寻空间如图10所示。
对于+/-100Hz的频率不确定性，而这通常是移动单元典型的运行技术规范，该结构将最大的频移减少到20Hz(一种假设必须在实际频移20Hz内)。在20ms的相干积分时间的情况下，具有20Hz频移的Ec/Nt的损耗是2.42dB。通过将频率假设数翻倍成10，频率不确定性可以减小到10Hz，这产生．58dB的Ec/Nt损耗。然而，加入另外的假设加宽了搜寻空间，这增加了计算和存储要求。
本发明的一种实施例通过使频移与频率多普勒相结合，并计算每一频率假设新的旋转的PN码来计算频率假设。然而，这使得频率假设数在整个计算中取某一倍数：5个频率假设意味着5倍多的计算。
另外，由于与频率多普勒相比这一频率不确定性很小，旋转相位可以被看作是本发明另一实施例中在1ms时间间隔中是不变的(80Hz假设为周期的8％)。所以通过将相干积分时间间隔分成1ms子区间，使子区间的积分和旋转，从而将计算频率搜寻所需的增加的计算减少三个数量级。结果是可以执行更长的相干去扩展，并使性能改进。
图12是按照更长相干去扩展方法构成的接收机的方框图。第一组乘法器50通过使IQ取样与旋转的C/A码相关来补偿频率多普勒。这等效于在与未改进C/A码相关之前使IQ取样旋转。由于频率多普勒可以多达4500Hz，对每一码片进行旋转。在用累加器52在1ms时间间隔(1023个码片)内进行了相干积分以后，第二组乘法器54使1ms积分和(∑I和∑Q)旋转，以实现频率假设。随后在整个相干积分时间间隔内将旋转和相加。
回忆一下，仅对1023个码片计算频率多普勒旋转，以节省存储和计算。对于比1ms长的相干积分时间，每一相干积分和乘以相移，以使旋转的相位随时间是连续的。为了在数学上给出这一点，采用频率多普勒旋转的1ms相干积分和可以表述成： S 1 = Σ n = 1 1023 [ I ( n ) + jQ ( n ) ] c ( n ) e - j w d nT C , 这里，∑I=Re{S1}，并且∑Q=Im{S1}
这里，I(n)和Q(n)分别是在I和Q信道上接收的输入取样，c(n)是未经旋转的C/A码，Wd是频率多普勒，而Tc是码片时间间隔(.9775us)。2ms相干积分和可以表述成： S ( 2 ms ) = Σ n = 1 2046 [ I ( n ) + jQ ( n ) ] c ( n ) e - j w d n T c = Σ n = 1 1023 [ I ( n ) + jQ ( n ) ] c ( n ) e - jw d n T c + e - jw d ( 1023 ) T c Σ [ I ( n + 1023 ) + JQ ( n + 1023 ) ] c ( n ) e - j w d n T c n = 1 1023 = S 1 + e - jw d ( 1023 ) T C S 2
这里，S1是第一1ms积分和，而S2是第二1ms积分和，第二积分和是用相同的旋转C/A值来计算的，并且C/A值用来计算S1。e-jwd(1023)Tc项是补偿使用相同的旋转值的相移。与此相似，一个3ms的相干积分和可以表述成： S ( 3 ms ) = S 1 + e - jw d ( 1023 ) T c S 2 + e - jw d ( 2046 ) T c S 3
所以，为了延长积分时间，并且同时使用相同的1023元旋转的C/A序列，(n+1)1ms的积分和应当在被加到整个和内之前乘以e-jwdn(1ms)。由于这是1ms积分和的旋转，所以，我们可以将该运算与频率搜寻组合在一起，以避免进行2次旋转。即，由于 e - jw d n ( lms ) e - jw d n ( lms ) = e - j ( w d + w h ) n ( lms )
我们可以将第(n+1)个1ms的积分和乘以e-j(wd+wh)n(1ms)，以搜寻频率假设，并考虑频率多普勒相移。
注意，频率搜寻可以在获得了一个卫星以后而减少，这是因为频率不确定性是不依赖于卫星的。如果要求有更长的相干积分，那么就可以进行更加精细的频率搜寻。
在本发明的示例性实施例中，细搜寻与粗搜寻相似，但有两个区别。第一，积分时间间隔总是被相干相加在一起，而不是非相干地取平方和相加。第二，去掉频率不确定性的旋转(在粗搜寻后应当是已知的)与频率多普勒相移组合起来，并用来在将它们相加之前使1ms的相干积分时间间隔旋转。
在本发明的另一种实施例中，在比18ms更长的积分时间里对chipx2数据的相干积分窗进行积分。该实施例在具有附加存储器的时候是有用的。对于比18ms更长的相干积分，50Hz数据边界被当作与具有更短积分周期的情况一样对待。基站给出边界是在哪里用于每一卫星的，并且DSP判断是否在其计算的和中加入或减去了20个1ms的相干积分时间间隔的和。
然而，由于频率不确定性和积分时间常数的乘积会影响Ec/Nt的损耗，所以对于长相干积分时间，必须将频率不确定性减小到很小的水平上。由于具有20Hz的频率不确定性使20ms的积分产生的Ec/Nt损耗是2.42dB，所以在400ms的积分时间里保持相同的损耗要求将频率不确定性减小到1Hz。为了解决这一问题，以分阶段的方法将频率不确定性减小到1Hz。例如，第一次频率搜寻将不确定性从100Hz减小到20Hz，第二次搜寻将不确定性减小到4Hz，而第三次搜寻使不确定性减小到1Hz。频率搜寻还将补偿从基站获得的频率多普勒中的误差。
另外，由于每一卫星的编码多普勒是不同的，所以，为了进行更长时间的积分，在较长的积分时间里对同一数据搜寻具有相似多普勒的卫星。DSP计算要花费多长的时间来使1/16的码片延迟(slip)，或者使抽取器在收集相干积分数据窗时使其旋转(slew)。另外，在本实施例中采用了多个数据窗。
至此，我们已经描述了无线通信系统中进行定位的方法和装置。前文中对较佳实施例的描述可以使本领域中的普通技术人员能够使用和制造本发明。很明显，对于本领域中的普通技术人员来说，还可以对这些实施例作各种修改，并且无需发明人的帮助，可以将所揭示的基本原理应用于其他的实施例。所以，本发明并非仅限于这里所揭示的实施例，应当从最宽的范围来理解说明书和权利要求书中所揭示的本发明的原理和特征。

Claims (8)

1．一种进行定位的方法，其特征在于，它包含下述步骤：
(a)接收信号取样；
(b)产生粗捕获序列；
(c)使所述粗捕获序列旋转，产生旋转的粗捕获序列；
(d)在一组时移处使所述旋转的粗捕获序列作用于所述信号取样，产生相关的输出数据。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包含累加所述相关输出数据的步骤。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(d)包含下述步骤：
进行相干积分；
进行非相干积分。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行粗搜寻，随后进行细搜寻。
5．如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相干积分是在第一时间区间内进行的，而所述非相干积分是在第二时间区间内进行的。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一时间区间近似为1毫秒。
7．如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述非相干积分是对由所述相干积分所产生的结果进行的。
8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包含存储所述旋转的粗捕获序列的步骤。
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