ES2866914T3

ES2866914T3 - Aparatos y procedimientos para obtener una función de correlación en el dominio de frecuencia

Info

Publication number: ES2866914T3
Application number: ES17764406T
Authority: ES
Inventors: Andrew Richardson; Michael Turner; David De-Castro Galan; Michael Batisite
Original assignee: Airbus Defence and Space Ltd
Current assignee: Airbus Defence and Space Ltd
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: JP7081887B2; CA3036303A1; EP3510422A1; EP3510422B1; WO2018046694A1; AU2017324466B2; JP2019530324A; AU2017324466A1; US10644743B2; EP3293548A1; US20190199394A1

Abstract

Aparato configurado para calcular una función de correlación entre una señal de DSSS de espectro ensanchado de secuencia directa y un código ensanchado, el aparato comprende: memoria (323) dispuesta para almacenar una pluralidad de muestras de réplica de código, comprendiendo las muestras de réplica de código muestras de un conjugado complejo de una réplica transformada en el dominio de tiempo a frecuencia del código ensanchado obtenido a una primera frecuencia de muestreo; un conjunto de transformación de dominio de tiempo a frecuencia (321; 421) configurado para recibir un bloque de muestras de la señal de DSSS a una segunda frecuencia de muestreo mayor que la primera frecuencia de muestreo, y transformar las muestras del dominio de tiempo al dominio de frecuencia para obtener una pluralidad de muestras de señales en el dominio de la frecuencia, donde la segunda frecuencia de muestreo es igual a la primera frecuencia de muestreo multiplicada por un número entero N; un conjunto de multiplicación (322; 422) configurado para obtener un operador de correlación reproduciendo las muestras de réplica almacenadas N veces, y multiplicar las muestras de señal de dominio de frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas para obtener una pluralidad de muestras multiplicadas; y un conjunto de integración (324; 424) configurado para recibir las muestras multiplicadas y realizar la integración sobre una pluralidad de bloques de muestras de la señal de DSSS para calcular la función de correlación.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparatos y procedimientos para obtener una función de correlación en el dominio de frecuencia

Campo técnico

La presente invención se refiere al cálculo de una función de correlación en el dominio de frecuencia. Más particularmente, la presente invención se refiere a la obtención de una función de correlación entre una señal de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) y una réplica de un código ensanchado.

Antecedentes

La modulación DSSS se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, incluidos los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS - Global Navigation Satellite Systems), sistemas de medición de intervalo de radiofrecuencia, sistemas de transferencia de tiempo por radiofrecuencia, receptores antiinterferencias y sondeo de canales. . Un ejemplo de una señal de DSSS se ilustra en la Fig. 1 y comprende una onda portadora que ha sido modulada en fase con una secuencia de «chips» de seudoruidos, teniendo cada chip una duración mucho más corta que un bit de información. La secuencia de chips puede denominarse código ensanchado y comprende una secuencia de números pseudoaleatorios (PRN). Una señal de datos, que tiene una frecuencia de bits mucho menor que la señal de chip, se puede recuperar de una señal de DSSS recibida multiplicando la señal de DSSS recibida con una réplica del código ensanchado.

Muchos algoritmos de procesamiento de señales digitales (DSP) requieren que una señal de DSSS se correlacione con una réplica de un código ensanchado en el receptor. En un receptor GNSS, el procedimiento de correlación puede considerarse el procedimiento de DSP más importante, ya que sin este no sería posible que el receptor se enganche y rastree las señales del enlace descendente y realice mediciones de tiempo de llegada desde satélites en una constelación de GNSS. En general, un procedimiento de correlación DSSS implica correlacionar las muestras entrantes con una réplica de un código ensanchado candidato, que puede denominarse núcleo de filtro, y detectar un pico en la función de correlación. Para hacer una estimación precisa del tiempo de llegada, muchas implementaciones de GNSS utilizan una frecuencia de muestreo de la señal que es significativamente mayor que la frecuencia de muestreo nativa del núcleo del filtro, que en un receptor GNSS es una muestra por chip.

Un algoritmo de seguimiento basado en Fourier para obtener una función de correlación en un receptor de GNSS se describe en «A Real-time FFT Based Block Processing Method with Near Linear ScalingA Real-time FFT Based Block Processing Method with Near Linear Scaling», M. Turner, A. R. (2015), ION ITM. El algoritmo transforma bloques de muestras de dominio de tiempo con relleno de cero al 50% en bloques de muestras de dominio de frecuencia, aplica las correcciones de fase y Doppler que se obtuvieron durante la adquisición, multiplica las muestras de dominio de frecuencia por el código ensanchado transformado de Fourier relevante y acumula datos sobre un período de símbolo de datos para integrar la función de correlación subyacente en muchos bloques de Transformada Rápida de Fourier (FFT). A continuación, se realiza una operación de FFT inversa (IFFT) para transformar la función de correlación de nuevo en el dominio del tiempo para su posterior procesamiento.

Un inconveniente de este procedimiento es que el ancho de banda de memoria instantánea y la capacidad requerida puede muy rápidamente llegar a ser inaceptablemente grande. Por ejemplo, al sobremuestrear la señal ^pRⁿdel servicio Galileo Open, que tiene 4092 chips por ciclo PRN, a una frecuencia de sobremuestreo de 50*, el requisito de almacenamiento de dominio de Fourier por cadena de seguimiento de satélite es: 4092*50(muestreo superior) *13(bit) *2(relleno cero) *2(complejo) = 10639200(bits) = 10.6Mbits.El ancho de banda de la memoria por cadena de seguimiento es: 50(velocidad de sobremuestreo) *1023000(tasa de chip) *2(relleno cero)*13(ancho de bits) *2(complejo)= 2659800000 (bits/seg) = 2.66 (Gbit/seg).Por lo tanto, para rastrear señales de enlace descendente de cien satélites en una constelación GNSS, se necesitaría un ancho de banda total de 266 Gb/s y 1 Gb de capacidad de almacenamiento para un receptor de alto rendimiento con una frecuencia de muestreo de 50 MS/s. Actualmente, la matriz de puerta programable de campo (FPGA) más rica en memoria disponible comercialmente contiene 24.2 Mbits de memoria de acceso aleatorio en bloque (BRAM) y, por lo tanto, solo podría acomodar hasta dos canales de seguimiento en el ejemplo descrito anteriormente. Esta limitación hace que el algoritmo de seguimiento basado en Fourier no sea práctico para las implementaciones de FPGA, sin utilizar memoria volátil rápida fuera del chip FPGA. El documento EP2811320 A1 describe un receptor y un procedimiento para señales de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS), en el que una señal de DSSS recibida se procesa obteniendo secuencialmente una función de correlación entre un segmento de la señal de DSSS y una réplica de un código ensanchado utilizando un procedimiento de correlación basado en transformadas de tiempo y frecuencia, realizando seguimiento de portadora DSSS siguiendo la fase de un pico de correlación en las funciones de correlación obtenidas, y aplicando correcciones de fase a las funciones de correlación obtenidas para proporcionar una compensación Doppler fina.

La invención se realiza en este contexto.

Resumen de la invención

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato según la reivindicación 1. Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato según la reivindicación 2.

En algunas realizaciones según el primer o segundo aspecto, el aparato comprende además un conjunto de filtro de media móvil configurada para multiplicar la función de correlación por una matriz de correlación de filtro de media móvil. En algunas realizaciones según el primer o segundo aspecto, el aparato comprende además un conjunto de modulación configurada para multiplicar la función de correlación por una matriz de modulación para dar cuenta de un esquema de modulación usado en la señal de DSSS.

En algunas realizaciones según el primer o segundo aspecto, el aparato comprende además una pluralidad de ramas de procesamiento de señales, cada una configurada para calcular una función de correlación entre el bloque de muestras de la señal de DSSS y un código ensanchado diferente, en donde el conjunto de filtro de media móvil y/o el conjunto de modulación se comparten entre la pluralidad de ramas de procesamiento de señales de modo que el conjunto de filtro de media móvil y/o el conjunto de modulación están configuradas para recibir una pluralidad de funciones de correlación de la pluralidad de ramas de procesamiento de señales.

En algunas realizaciones según el primer o segundo aspecto, el conjunto de integración está configurado para realizar la integración a través de una transición entre períodos de símbolo de datos consecutivos en la señal de DSSS, y para determinar una polaridad de un símbolo de datos en cada uno de los períodos de símbolo de datos basados en una polaridad de la función de correlación obtenida.

En algunas realizaciones según el primer o segundo aspecto, el aparato comprende además un conjunto de transformación de dominio de frecuencia a tiempo configurado para transformar la función de correlación obtenida del dominio de frecuencia en el dominio de tiempo.

En algunas realizaciones según el primer o segundo aspecto, el aparato está realizado en un chip de matriz de puerta programable en campo.

Según un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento según la reivindicación 9. Según un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento según la reivindicación 10.

En algunas realizaciones según el tercer o cuarto aspecto, el procedimiento comprende además multiplicar la función de correlación por una matriz de correlación de filtro de media móvil.

En algunas realizaciones según el tercer o cuarto aspecto, el procedimiento comprende además multiplicar la función de correlación por una matriz de modulación para tener en cuenta un esquema de modulación utilizado en la señal de DSSS.

En algunas realizaciones según el tercer o cuarto aspecto, el procedimiento comprende además calcular una función de correlación entre el bloque de muestras de la señal de DSSS y un código ensanchado diferente usando una pluralidad de ramas de procesamiento de señal, en donde la matriz de correlación de filtro de media móvil y/o la matriz de modulación se aplican mediante un conjunto compartido configurado para recibir la pluralidad de funciones de correlación de la pluralidad de ramas de procesamiento de señales.

En algunas realizaciones según el tercer o cuarto aspecto, la integración se realiza a través de una transición entre períodos de símbolo de datos consecutivos en la señal de DSSS, y el procedimiento comprende además determinar una polaridad de un símbolo de datos en cada uno de los periodos de símbolo de datos basados en una polaridad de la función de correlación obtenida.

En algunas realizaciones según el tercer o cuarto aspecto, el procedimiento comprende además una etapa de transformar la función de correlación obtenida del dominio de la frecuencia al dominio del tiempo.

Según un quinto aspecto de la presente invención, se proporciona un medio de almacenamiento legible por ordenador dispuesto para almacenar instrucciones de programas de ordenador que, cuando se ejecutan, realizan un procedimiento según el tercer o cuarto aspecto.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se describen realizaciones de la presente invención solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 ilustra un ejemplo de una señal del sistema global de navegación por satélite (GNSS);

la figura 2 ilustra un aparato para demodular una señal de DSSS según una realización de la presente invención; la figura 3 ilustra un aparato para calcular una función de correlación entre una señal de DSSS y una réplica de un código ensanchado, según una realización de la presente invención;

la figura 4 ilustra un aparato para rastrear una pluralidad de satélites en un receptor GNSS, según una realización de la presente invención;

la figura 5 ilustra un ejemplo de una función de correlación generada por el aparato de la figura 3, según una realización de la presente invención; y

la figura 6 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento para calcular una función de correlación entre una señal de DSSS y una réplica de un código ensanchado, según una realización de la presente invención. Descripción detallada

En la siguiente descripción detallada, solo se han mostrado y descrito, a modo de ilustración, ciertas realizaciones ejemplares de la presente invención. Como comprenderán los expertos en la técnica, las realizaciones descritas pueden modificarse de varias formas diferentes, todo ello sin apartarse del alcance de la presente invención. En particular, las realizaciones de la invención se describen a continuación en relación con el seguimiento de señales GNSS, pero se entenderá que los principios descritos en este documento también se pueden aplicar a otros tipos de señales DSSS. Por consiguiente, los dibujos y la descripción deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva. Los números de referencia similares designan elementos similares en toda la memoria descriptiva.

Con referencia ahora a la figura 2, se ilustra un aparato para demodular una señal de DSSS según una realización de la presente invención. El aparato comprende un correlacionador de adquisición de DSSS 210, un correlacionador de seguimiento de DSSS 220 y un algoritmo de seguimiento de DSSS 230. Aunque en la presente realización se muestran correlacionadores de adquisición y seguimiento 210, 220 separados, en otras realizaciones un solo correlacionador puede realizar la correlación para los procedimientos de adquisición y seguimiento. El correlacionador de adquisición 210 obtiene Doppler grueso y correcciones de fase y las pasa al correlacionador de seguimiento 220.

El correlacionador de adquisición 210 y el correlacionador de seguimiento 220 reciben ambos muestras I y Q de una señal de DSSS recibida. Por ejemplo, un receptor que incluye el aparato de la figura 2 puede comprender además una antena dispuesta para recibir una señal de DSSS, un amplificador dispuesto para amplificar la señal de DSSS recibida, un módulo de conversión descendente dispuesto para convertir de forma descendente la señal de DSSS amplificada a una señal de FI y un convertidor analógico a digital (CAD) dispuesto para muestrear la señal de FI y emitir muestras digitalizadas de la señal de DSSS. Las muestras I y Q se pueden obtener a partir de las muestras de salida del CAD multiplicándolas con formas de onda de seno y coseno del oscilador local.

Además, como se muestra en la figura 2, el correlacionador de adquisición 210 y el correlacionador de seguimiento 220 reciben ambos muestras de una réplica del código ensanchado que se almacenan en la memoria. El correlacionador de adquisición 210 y el correlacionador de seguimiento 220 están ambos configurados para obtener una función de correlación entre las muestras de señales I/Q recibidas y las muestras de la réplica del código ensanchado. Dependiendo de la realización, uno o ambos del correlacionador de adquisición 210 y el correlacionador de seguimiento 220 pueden usar un procedimiento de correlación en el dominio de la frecuencia para obtener la función de correlación. En la figura 3 se ilustra un ejemplo de aparato para obtener una función de correlación entre una señal de DSSS y una réplica de un código ensanchado en el dominio de frecuencia, según una realización de la presente invención.

Como se muestra en la Fig. 3, el aparato de la presente realización comprende un conjunto de transformación de dominio de tiempo a frecuencia 321 que está configurado para recibir un bloque de muestras de una señal de DSSS y transformar las muestras del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia para obtener una pluralidad de muestras de señales del dominio de frecuencia. En la presente realización, el conjunto 321 de transformación en el dominio de la frecuencia está configurado para aplicar una transformación FFT, pero en otras realizaciones se puede usar un tipo diferente de transformación de tiempo a frecuencia.

El aparato comprende además un conjunto de multiplicación 322 que está configurado para multiplicar las muestras de señal en el dominio de frecuencia por un operador de correlación, para obtener una pluralidad de muestras multiplicadas. El conjunto de multiplicación 322 está configurado para generar el operador de correlación a partir de muestras de réplica almacenadas en la memoria 323. Un procedimiento para obtener el operador de correlación se describe con más detalle a continuación. El aparato comprende además un conjunto de integración 324 configurado para recibir las muestras multiplicadas y realizar la integración sobre una pluralidad de bloques de muestras de la señal de DSSS, con el fin de obtener la función de correlación.

En la presente realización, el aparato comprende además un filtro de media móvil 325 configurado para recibir la función de correlación del conjunto de integración 324 y aplicar una función de filtro de media móvil, y un conjunto de portadora de compensación binaria (BOC) 326 configurado para aplicar la modulación BOC después de que se haya aplicado el filtro de media móvil. Como resultará evidente a partir de la siguiente descripción, en algunas realizaciones, la función de filtro de media móvil y/o la modulación BOC pueden aplicarse en diferentes etapas de la cadena de procesamiento, por ejemplo, cuando se genera el operador de correlación antes de que tenga lugar la multiplicación, o después de la multiplicación pero antes de integrar. Además, en algunas realizaciones, el conjunto BOC 326 puede omitirse si la modulación BOC no se usa en la señal de DSSS recibida, o puede aplicarse otro tipo de modulación según se requiera.

Finalmente, en la presente realización el aparato comprende un conjunto IFFT 327 configurado para transformar las muestras del dominio de frecuencia de nuevo al dominio del tiempo para su posterior procesamiento en el receptor. En algunas realizaciones, el conjunto IFFT 327 puede omitirse y puede realizarse un procesamiento adicional en el dominio de la frecuencia. Por ejemplo, se puede calcular una integral de un símbolo de datos al siguiente en el dominio de la frecuencia para determinar la polaridad de los símbolos de datos, sin tener que realizar una transformación de dominio de frecuencia a tiempo.

En la presente realización, la memoria 323 está dispuesta para almacenar la pluralidad de muestras de código de réplica que tienen una primera frecuencia de muestreo. En la presente realización, la frecuencia de muestreo a la que se almacenan las muestras de código de réplica es igual a la frecuencia de muestreo nativa de «banda base» del código ensanchado. Las muestras de código de réplica comprenden muestras de un conjugado complejo de una réplica transformada en el dominio de tiempo a frecuencia del código ensanchado, a la primera frecuencia de muestreo. El conjunto FFT 321 recibe las muestras de señal I, Q de la señal de DSSS a una segunda frecuencia de muestreo que es más alta que la primera frecuencia de muestreo, y en la presente realización es igual a un número entero N múltiplo de la primera frecuencia de muestreo. Para generar un operador de correlación con el mismo número de muestras que el bloque de muestras de señales de DSSS que se está procesando actualmente, el conjunto de multiplicación 322 está configurado para reproducir las réplicas de muestras almacenadas N veces. A continuación se describirá un procedimiento para obtener el operador de correlación a partir de las muestras de réplica almacenadas.

La definición básica de correlación compleja en el dominio del tiempo durante un período de tiempo t, utilizando la notación de álgebra lineal, es:

C ,-s ,= f , (1)

donde Ctes una matriz de operador de correlación que se deriva de la réplica del código ensanchado durante el tiempo de duración t, s es la señal vector muestreada durante la misma duración, y f es la salida de la función de correlación. En general, la réplica del operador de correlación debe muestrearse a la misma velocidad que la señal y puede definirse para correlación cíclica o con relleno de ceros. Por tanto, en la presente realización, las muestras de código de réplica almacenadas se reproducen N veces para generar un operador de correlación con la frecuencia de muestreo correcta. La razón por la que las muestras de código de réplica almacenadas pueden simplemente replicarse N veces, en lugar de almacenar las muestras de código de réplica a la misma frecuencia de muestreo a la que se reciben las muestras de señal de DSSS, resultará evidente a partir de la siguiente explicación.

La matriz de correlación C^t es una matriz circulante llena de la réplica en turnos de muestra individuales sobre cada fila, o sobre cada columna. La réplica también puede contener modulación adicional como BOC, en cuyo caso la modulación adicional se representará en la matriz del operador de correlación C^t .La simetría de esta matriz de correlación se muestra a continuación:

Como se explicó anteriormente, la frecuencia de muestreo de la réplica debe aumentarse para que coincida con la de la señal de DSSS que se está procesando. Para comprender el procedimiento mediante el cual se obtiene el operador de correlación en el dominio de Fourier en las realizaciones de la presente invención, puede ser útil considerar la matriz de correlación de dominio de tiempo, que se puede definir utilizando una serie específica de operadores lineales desde los cuales se puede derivar la ecuación de dominio de Fourier correspondiente.

En primer lugar, se muestrea la réplica de duración t a una frecuencia menor que la frecuencia de muestreo que se utilizará para las muestras de la señal de DSSS. En la presente realización, la réplica de duración t se muestrea a su frecuencia de muestreo nativa, igual a la frecuencia de bits del código de réplica. En algunas realizaciones, la réplica puede incluir cualquier modulación adicional tal como modulación BOC (1,1), pero en la realización de la Fig. 3 se aplica cualquier modulación adicional después de la integración en el dominio de la frecuencia.

Para un PRN que toma valores de 0 o 1, la frecuencia de muestreo de la banda base corresponde a una muestra por chip. Para los núcleos de filtro continuo, esta frecuencia de muestreo es arbitraria. En cualquier caso, la frecuencia de muestreo a la que se almacenan las muestras de código de réplica debe seleccionarse de manera que sea suficiente para abarcar el ancho de banda del núcleo del filtro. En la presente realización, la frecuencia de muestreo seleccionada para las muestras de código de réplica es un múltiplo entero de la frecuencia nativa del código ensanchado. El código de réplica muestreado a la frecuencia nativa se indica con ct (también denominada núcleo del filtro de «banda base»), y la versión de Fourier de este vector que se ha interpolado a la frecuencia de muestreo de la señal de DSSS se indica con c/.La relación entre la frecuencia de muestreo de la señal de DSSS y la frecuencia de muestreo del filtro nativo se define como l.

La matriz del operador de correlación Ct, que contiene N filas y columnas, se puede derivar de la réplica de banda base interpolada de Fourier utilizando operadores lineales, 1) perforando la réplica de la banda base interpolada de Fourier para producir el núcleo del filtro de banda base con muestreo ascendente relleno de cero, 2) aplicando modulación BOC a la réplica rellena de cero resultante, 3) aplicando un filtro de media móvil para producir una réplica de muestreo y retención de orden cero, que se utiliza como núcleo del filtro de correlación, y 4) aplicando una matriz de permutación multiplicada a izquierda y derecha. Este procedimiento permite sintetizar la matriz del operador de correlación circulante Ct a partir del filtro, que se puede escribir en forma de matriz como:

N

c ,= Z p,MBZR,p, (3)

donde P¡ es la i-ésima matriz de permutación cíclica de orden N,

donde M es la matriz de correlación del filtro de media móvil,

B = I - P UI (5)

donde B es una matriz de modulación BOC (1,1),

donde 5ij es el konica delta y 5(xd) es la función delta de Dirac, Z es una matriz de puesta a cero de muestra para transformar la réplica interpolada de Fourier en el núcleo del filtro de banda base con relleno de ceros,

y R^t es una matriz con la réplica c/ en la primera columna y cero en el resto.

El término MBZC^t de la ecuación (3) prepara la réplica en la columna 1 de R^t de tal manera que se transforma en la réplica de muestra y retención muestreada de banda base c^t, a la frecuencia de muestreo de señal requerida y con modulación aplicada BOC (1,1). Las matrices de permutación cíclica Pⁱ aplicadas a la izquierda y la derecha y la suma final aseguran que se construya una matriz de correlación desplazando progresivamente el vector a una columna adyacente, desplazando las filas en barril. Bajo la transformada de semejanza de Fourier, la ecuación (3) se puede reescribir como:

Además, dado que la matriz de transformación discreta de Fourier es unitaria, dentro de una constante de escala, entonces:

FF* = I (9)

y la ecuación (8) se puede expandir a:

Puede observarse que los términos agrupados son transformaciones de similitud de los operadores encerrados desde el conjunto de bases de tiempo discreto hasta el conjunto de bases de Fourier. Al volver a escribir los operadores para indicar una nueva representación de conjunto de bases de cada uno, la ecuación (10) se puede simplificar de la siguiente manera:

N

C f = Y j P /M f B fZ f C ( P / (11)

i

En el dominio de F ou rie r,^ IWy Bf son todas diagonal, ya que son todas las matrices circulantes en el dominio del tiempo. Esto permite refactorizar la ecuación (11) de la siguiente manera:

C t / = M fB f Y P l fZ f C t tfP l i (12)

Además, puesto que Mf, Bf y son todas diagonal, entonces:

debe ser también diagonal. El término de suma en (13) es una matriz de correlación en el dominio de la frecuencia que se construye en el dominio del tiempo desde el núcleo del filtro de banda base, ct y con muestreo ascendente relleno de cero hasta la frecuencia de muestreo de la señal de DSSS. En el dominio de Fourier, este operador es la transformación de Fourier de la réplica rellena de cero ct a lo largo de la diagonal de la matriz.

Como se describió anteriormente, en la presente realización, el conjunto de multiplicación 322 está configurado para reproducir las muestras de réplica almacenadas N veces para generar un operador de correlación con el mismo número de muestras que el bloque de muestras de señales de DSSS que se está procesando actualmente. Esto se basa en la constatación de que la transformada de Fourier de un vector de muestreo ascendente relleno de cero se puede construir a partir del vector relleno distinto de cero en el dominio de Fourier simplemente replicándolo varias veces para llenar el vector completo. Esto se produce porque el relleno de cero periódico actúa para submuestrar el conjunto de bases de Fourier, lo que a su vez da como resultado el alias de las integrales de Fourier y el núcleo del filtro de dominio de Fourier repetido. Por lo tanto, en las realizaciones de la presente invención, el operador de correlación de muestreo y retención de orden cero completo en el dominio de Fourier se puede construir almacenando solo las muestras de réplica de código de banda base transformadas de Fourier a la frecuencia de muestreo de banda base, reproduciendo las muestras de réplica de código almacenadas N veces, y aplicando operadores diagonales a la réplica sintetizada.

Por lo tanto, si la relación entre la frecuencia de muestreo de la banda base y la frecuencia de muestreo de la señal es M, entonces hay una reducción de M veces en el requisito de almacenamiento para la réplica en el dominio de frecuencia, donde M puede tomar un valor entero como en el ejemplo anterior o puede tomar un valor no entero.

Además, en las formas de realización de la invención en las que es necesario realizar el seguimiento de una pluralidad de códigos ensanchados, como un receptor GNSS, se puede aprovechar una propiedad similar para lograr mayores ganancias de eficiencia. La figura 4 ilustra un aparato para rastrear una pluralidad de satélites en un receptor GNSS, según una realización de la presente invención. Como se muestra en la Fig.4, el aparato comprende una pluralidad de cadenas de procesamiento, cada una de las cuales está dispuesta para correlacionar las muestras de señales transformadas de Fourier emitidas por el conjunto FFT 421 con un código ensanchado diferente, con el fin de rastrear un satélite diferente en la constelación GNSS. Cada cadena de procesamiento comprende un conjunto de multiplicación 422, una memoria (omitida en la figura 4 para mayor claridad) y un conjunto de integración 424. Además, en la presente realización, las cadenas de procesamiento están configuradas para compartir un filtro de media móvil 425, el conjunto BOC 426 y el conjunto IFFt 427. Esta disposición aprovecha el hecho de que la matriz de filtro de media móvil Mf y la matriz BOC Bf son independientes de las réplicas de código específicas utilizadas por las cadenas de procesamiento individuales y, por lo tanto, se pueden aplicar a las funciones de correlación generadas por todas las cadenas de procesamiento.

En las realizaciones mostradas en las Figs. 3 y 4, los conjuntos de integración 324, 424 pueden configurarse para continuar acumulando muestras hasta que se haya procesado un símbolo completo de muestras. La función de correlación integrada generada por el conjunto de integración 324, 424 puede transformarse entonces de nuevo en el dominio del tiempo por los conjuntos IFFT 327, 427 para recuperar el pico de correlación en el dominio del tiempo.

Un ejemplo de un pico de correlación se ilustra en la Fig. 5, según una realización de la presente invención. En la presente realización, la señal de DSSS recibida es una señal del Sistema de Posición Global (GPS) modulada por un código ensanchado Grueso/de Adquisición (BA). El código ensanchado BA comprende una secuencia de NSA que se repite cada milisegundo y hay 1023 chips por secuencia de NSA. En la presente realización, la señal y el código ensanchado se muestrean a una velocidad de 20,46 millones de muestras (Mmuestras) por segundo. Por lo tanto, hay 20 muestras por chip y 20460 muestras en cada TRF y TRF inversa. La función de correlación también tendrá 20460 muestras, reflejando todas las fases del código ensanchado en comparación con la señal.

La magnitud de la función de autocorrelación de NSA del código BA del GPS es de aproximadamente 30 decibeles (dB). La figura 5 ilustra la función de correlación obtenida para los parámetros descritos anteriormente. Como se muestra en la figura 5, la función de correlación incluye un pico de correlación. El índice del intervalo de correlación en el que se produce el pico de correlación indica la fase de código de la señal recibida. Además, en la presente realización, dado que hay 20 muestras por chip, habrá 20 intervalos de correlación temprana y tardía alrededor del pico de correlación, correspondientes a diferencias de fase de código de hasta más y menos un chip entre la señal de DSSS y la réplica del código ensanchado. Con diferencias de fase de código mayores que ± 1 chip, los resultados de correlación se acercarán a cero.

Con referencia ahora a la figura 6, se ilustra un diagrama de flujo que muestra un procedimiento para obtener una función de correlación entre una señal de DSSS y una réplica de un código ensanchado, según una realización de la presente invención. El procedimiento mostrado en la Fig. 6 corresponde a la secuencia de operaciones realizadas por los bloques de procesamiento en el aparato mostrado en la Fig. 3, hasta e incluyendo el conjunto de integración 324. En algunas realizaciones, el procedimiento puede comprender además etapas adicionales correspondientes a las operaciones realizadas por cualquiera de los filtros de media móvil 325, el conjunto BOC 326 y el conjunto IFFT 327 de la figura 3. Además, en algunas realizaciones, un procedimiento similar al que se muestra en la figura 6 puede ser realizada por cada una de una pluralidad de ramas de procesamiento como se muestra en la realización de la figura 4, para obtener una pluralidad de funciones de correlación entre la señal de DSSS y diferentes códigos ensanchados.

Como se muestra en la figura 6, el procedimiento comienza en la etapa S601 recibiendo un bloque de muestras de la señal de DSSS a una frecuencia de muestreo superior a la frecuencia de muestreo a la que se almacenan en la memoria las muestras de réplica. Luego, en la etapa S602, las muestras de señal de DSSS recibidas se transforman del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia para obtener una pluralidad de muestras de la señal del dominio de la frecuencia. A continuación, en la etapa S603 se obtiene un operador de correlación reproduciendo las muestras de réplica almacenadas, y en la etapa S604 las muestras de señal del dominio de frecuencia se multiplican por el operador de correlación obtenido para obtener una pluralidad de muestras multiplicadas. Finalmente, en la etapa ^s605, las muestras multiplicadas se integran en una pluralidad de bloques de muestras de la señal de DSSS para calcular la función de correlación.

Como se explicó anteriormente con referencia a las Figs. 3 y 4, un procedimiento como el que se muestra en la Fig.6 proporciona una reducción significativa en la capacidad de memoria que se requiere para almacenar las muestras de código de réplica, ya que las muestras de código se pueden almacenar a una frecuencia de muestreo mucho más baja que la frecuencia en que se muestrea la señal de DSSS recibida.

Se han descrito realizaciones de la presente invención que pueden lograr una reducción significativa en el número de muestras de código de réplica que deben almacenarse, cuando se usa un algoritmo de correlación basado en Fourier. Específicamente, el número de muestras de código de réplica que deben almacenarse se reduce en un factor igual a la frecuencia de muestreo ascendente de réplicas. Esto es posible aprovechando el hecho de que la transformada de Fourier de la réplica de la banda base tiene una envolvente aproximadamente constante y, por lo tanto, puede cuantificarse de manera homogénea en todas las muestras en el dominio de la frecuencia. Por tanto, se necesitan menos bits para almacenar la réplica de banda base.

Además, este ancho de bit reducido tiene ventajas adicionales así como una reducción en la capacidad de almacenamiento requerida para almacenar las muestras de código de réplica. Las operaciones numéricas implementadas dentro de los conjuntos de multiplicación 322, 422 pueden implementarse con menos puertas de silicio, y los registros de acumulación resultantes usados para almacenar la función de correlación en el dominio de la frecuencia también pueden hacerse más pequeños. Cuando se implementa en un FPGA, el enrutamiento de la señal también se simplifica mediante la correspondiente disminución en el ancho de bits de acumulación. Por ejemplo, una realización como la que se muestra en la Fig. 4 sería capaz de rastrear aproximadamente 350 satélites al implementarse en una FPGA con 24,2 Mbits de BRAM dedicado.

En las realizaciones de la invención descritas anteriormente, la frecuencia de muestreo nativa de la señal de DSSS es un múltiplo entero de la frecuencia de muestreo a la que se almacenan las muestras de código de réplica. Por consiguiente, las muestras de réplica almacenadas se muestrean para que coincida con la frecuencia de muestreo nativa de la señal de DSSS reproduciendo las muestras de réplica almacenadas un número entero de veces. Esto da como resultado un operador de correlación que tiene el mismo número de muestras que el bloque de muestras de señales de DSSS que se están procesando actualmente, lo que permite realizar una multiplicación en el dominio de la frecuencia. Sin embargo, en otras realizaciones, la frecuencia de muestreo nativa de la señal de DSSS puede ser un múltiplo no entero de la frecuencia de muestreo de las muestras de código de réplica.

En tales realizaciones de muestreo ascendente que no son enteros, el conjunto de multiplicación está configurado para obtener el operador de correlación reproduciendo las muestras de réplica almacenadas un número entero de veces, y la señal de DSSS se muestrea a alguna otra frecuencia cercana a la frecuencia entera a la que se reproducen las réplicas de muestras almacenadas. Estas muestras de la señal de DSSS se transforman de Fourier de una manera idéntica a la descrita anteriormente. A continuación, si la frecuencia de muestreo de la señal es más lenta que la frecuencia de muestreo ascendente de números enteros aplicada a las muestras de réplica almacenadas, se rellenan ceros en el centro de la transformada de Fourier de la señal de DSSS, realizando efectivamente una interpolación de Fourier. Alternativamente, si la frecuencia de muestreo de la señal es más rápida que la frecuencia de muestreo ascendente de números enteros aplicada a las muestras de réplica almacenadas, entonces el exceso de muestras se elimina del centro de la transformada de Fourier de la señal de DSSS, realizando efectivamente una reducción de Fourier. Este procedimiento asegura que la réplica y la señal coincidan con la frecuencia de muestreo. Es decir, la frecuencia de muestreo de las muestras de señales de DSSS interpoladas o diezmadas coincide con una frecuencia de muestreo del operador de correlación, lo que permite que las muestras de señales de DSSS en el dominio de la frecuencia interpoladas o reducidas sean multiplicadas por el operador de correlación. Este procedimiento permite una aproximación suficientemente cercana al procedimiento de muestreo ascendente de enteros para proporcionar un nivel aceptable de precisión.

Aunque se han descrito aquí determinadas realizaciones en esta invención con referencia a los dibujos, se entenderá que serán posibles muchas variaciones y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Aparato configurado para calcular una función de correlación entre una señal de DSSS de espectro ensanchado de secuencia directa y un código ensanchado, el aparato comprende:

memoria (323) dispuesta para almacenar una pluralidad de muestras de réplica de código, comprendiendo las muestras de réplica de código muestras de un conjugado complejo de una réplica transformada en el dominio de tiempo a frecuencia del código ensanchado obtenido a una primera frecuencia de muestreo;

un conjunto de transformación de dominio de tiempo a frecuencia (321; 421) configurado para recibir un bloque de muestras de la señal de DSSS a una segunda frecuencia de muestreo mayor que la primera frecuencia de muestreo, y transformar las muestras del dominio de tiempo al dominio de frecuencia para obtener una pluralidad de muestras de señales en el dominio de la frecuencia, donde la segunda frecuencia de muestreo es igual a la primera frecuencia de muestreo multiplicada por un número entero N;

un conjunto de multiplicación (322; 422) configurado para obtener un operador de correlación reproduciendo las muestras de réplica almacenadas N veces, y multiplicar las muestras de señal de dominio de frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas para obtener una pluralidad de muestras multiplicadas; y un conjunto de integración (324; 424) configurado para recibir las muestras multiplicadas y realizar la integración sobre una pluralidad de bloques de muestras de la señal de DSSS para calcular la función de correlación.

2. Aparato configurado para calcular una función de correlación entre una señal de DSSS de espectro ensanchado de secuencia directa y un código ensanchado, el aparato comprende:

un conjunto de transformación de dominio de tiempo a frecuencia (321; 421) configurado para recibir un bloque de muestras de la señal de DSSS a una segunda frecuencia de muestreo mayor que la primera frecuencia de muestreo, y transformar las muestras del dominio de tiempo al dominio de frecuencia para obtener una pluralidad de muestras de señales en el dominio de la frecuencia, donde la segunda frecuencia de muestreo es igual a la primera frecuencia de muestreo multiplicada por un número no entero X;

un conjunto de multiplicación (322; 422) configurado para obtener un operador de correlación reproduciendo las muestras de réplica almacenadas un número entero de N veces, y multiplicar las muestras de señal de dominio de frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas para obtener una pluralidad de muestras multiplicadas; y

un conjunto de integración (324; 424) configurado para recibir las muestras multiplicadas y realizar la integración sobre una pluralidad de bloques de muestras de la señal de DSSS para calcular la función de correlación; donde N es menor que X y el conjunto de multiplicación está configurado para aplicar una interpolación en el dominio de la frecuencia a las muestras de la señal en el dominio de la frecuencia de manera que una frecuencia de muestreo de las muestras de la señal interpolada coincida con una frecuencia de muestreo del operador de correlación, antes de multiplicar las muestras de señal en el dominio de la frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas, o

donde N es mayor que X y el conjunto de multiplicación está configurado para aplicar una reducción en el dominio de la frecuencia a las muestras de la señal en el dominio de la frecuencia de manera que una frecuencia de muestreo de las muestras de la señal reducida coincida con una frecuencia de muestreo del operador de correlación, antes de multiplicar las muestras de señal en el dominio de la frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas.

3. El aparato de la reivindicación 1 o 2, que comprende además:

un conjunto de filtro de media móvil (325; 425) configurado para multiplicar la función de correlación por una matriz de correlación de filtro de media móvil.

4. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:

un conjunto de modulación (326; 426) configurado para multiplicar la función de correlación por una matriz de modulación para dar cuenta de un esquema de modulación usado en la señal de DSSS.

5. El aparato de la reivindicación 3 o 4, que comprende además:

una pluralidad de ramas de procesamiento de señales (422, 424), cada una configurada para calcular una función de correlación entre el bloque de muestras de la señal de DSSS y un código ensanchado diferente,

donde el conjunto de filtro de media móvil (425) y/o el conjunto de modulación (426) se comparten entre la pluralidad de ramas de procesamiento de señales de modo que el conjunto de filtro de media móvil y/o el conjunto de modulación está configurado para recibir una pluralidad de funciones de correlación de la pluralidad de ramas de procesamiento de señales.

6. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conjunto de integración está configurado para realizar la integración a través de una transición entre períodos de símbolo de datos consecutivos en la señal de DSSS, y para determinar una polaridad de un símbolo de datos en cada uno de los períodos de símbolo de datos basados en una polaridad de la función de correlación obtenida.

7. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:

un conjunto de transformación de dominio de frecuencia a tiempo (327; 427) configurado para transformar la función de correlación obtenida del dominio de frecuencia en el dominio de tiempo.

8. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde que el aparato está incorporado en un chip de matriz de puerta programable en campo.

9. Un procedimiento para calcular una función de correlación entre una señal de DSSS de espectro ensanchado de secuencia directa y un código ensanchado utilizando una pluralidad de muestras de réplica de código, comprendiendo las muestras de réplica de código de un conjugado complejo de una réplica transformada en el dominio de tiempo a frecuencia del código de expansión obtenido a una primera frecuencia de muestreo, comprendiendo el procedimiento:

recibir (S601) un bloque de muestras de la señal de DSSS a una segunda frecuencia de muestreo mayor que la primera frecuencia de muestreo, donde la segunda frecuencia de muestreo es igual a la primera frecuencia de muestreo multiplicada por un número entero N;

transformar (S602) las muestras del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia para obtener una pluralidad de muestras de la señal del dominio de la frecuencia;

obtener (S603) un operador de correlación reproduciendo las muestras de réplica almacenadas N veces; multiplicar (S604) las muestras de señal en el dominio de la frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas para obtener una pluralidad de muestras multiplicadas; y

integrar (S605) las muestras multiplicadas en una pluralidad de bloques de muestras de la señal de DSSS para calcular la función de correlación.

10. Un procedimiento para calcular una función de correlación entre una señal de DSSS de espectro ensanchado de secuencia directa y un código ensanchado utilizando una pluralidad de muestras de réplica de código, comprendiendo las muestras de réplica de código de un conjugado complejo de una réplica transformada en el dominio de tiempo a frecuencia del código de expansión obtenido a una primera frecuencia de muestreo, comprendiendo el procedimiento:

recibir (S601) un bloque de muestras de la señal de DSSS a una segunda frecuencia de muestreo mayor que la primera frecuencia de muestreo, donde la segunda frecuencia de muestreo es igual a la primera frecuencia de muestreo multiplicada por un número no entero N;

transformar (S^{6 0 2}) las muestras del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia para obtener una pluralidad de muestras de la señal del dominio de la frecuencia;

obtener (S603) un operador de correlación reproduciendo las muestras de réplica almacenadas un número entero de N veces;

multiplicar (S604) las muestras de señal en el dominio de la frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas para obtener una pluralidad de muestras multiplicadas; y

integrar (S605) las muestras multiplicadas en una pluralidad de bloques de muestras de la señal de DSSS para calcular la función de correlación,

donde N es menor que X y el procedimiento comprende además la aplicación de una interpolación en el dominio de la frecuencia a las muestras de la señal en el dominio de la frecuencia de manera que una frecuencia de muestreo de las muestras de la señal interpolada coincida con una frecuencia de muestreo del operador de correlación, antes de multiplicar las muestras de señal en el dominio de la frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas, o

donde N es mayor que X y el procedimiento comprende además la aplicación de una reducción en el dominio de la frecuencia a las muestras de la señal en el dominio de la frecuencia de manera que una frecuencia de muestreo de las muestras de la señal reducida coincida con una frecuencia de muestreo del operador de correlación, antes de multiplicar las muestras de señal en el dominio de la frecuencia por las muestras de réplica almacenadas reproducidas.

11. El procedimiento de la reivindicación 9 o 10, que comprende además:

multiplicar la función de correlación por una matriz de correlación de filtro de media móvil.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende además:

multiplicar la función de correlación por una matriz de modulación para dar cuenta de un esquema de modulación usado en la señal de DSSS.

13. El procedimiento de la reivindicación 11 o 12, que comprende además:

calcular una función de correlación entre el bloque de muestras de la señal de DSSS y un código ensanchado diferente usando una pluralidad de ramas de procesamiento de señales,

donde la matriz de correlación del filtro de media móvil y/o la matriz de modulación se aplican mediante un conjunto compartido configurado para recibir la pluralidad de funciones de correlación de la pluralidad de ramas de procesamiento de señales.

14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, donde la integración se realiza a través de una transición entre periodos consecutivos de símbolos de datos en la señal de DSSS, y el procedimiento comprende además:

determinar una polaridad de un símbolo de datos en cada uno de los períodos de símbolo de datos basados en una polaridad de la función de correlación obtenida.

15. Un medio de almacenamiento legible por ordenador dispuesto para almacenar instrucciones de programas de ordenador que, cuando se ejecutan, realizan un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14.