TWI468718B - 用於處理組合式導航信號的方法、裝置及製品 - Google Patents

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Description

用於處理組合式導航信號的方法、裝置及製品
本文中公開的標的涉及處理接收自發射機的具有多個信號分量的導航信號。
衛星定位系統(SPS)通常包括定位成使得各實體能夠至少部分地基於接收自發射機的信號來決定其在地球上的位置的發射機系統。此類發射機通常發射用有設定數目個碼片的重複偽隨機雜訊(PN)碼標記的信號，並且可位於基於地面的控制站、用戶裝備及/或空間飛行器上。在特定示例中，此類發射機可位於環地軌道衛星上。例如，諸如全球定位系統(GPS)、Galileo、Glonass或Compass之類的全球導航衛星系統(GNSS)的群集中的衛星可發射用與該群集中的其他衛星所發射的PN碼可區分的PN碼標記的信號。
為了在接收機處估計位置，導航系統可至少部分地基於對從接收自衛星的信號中的PN碼的檢測使用公知技術來決定至在接收機的「視野中」的衛星的偽距測量。這種至衛星的偽距可以至少部分地基於在接收機處擷取收到信號的程序期間在用與衛星相關聯的PN碼標記的收到信號中檢測到的碼相來決定。為了擷取收到信號，導航系統通常將收到信號與本地產生的與衛星相關聯的PN碼相關。例如，此類導航系統通常將此類收到信號與此類本地產生的PN碼的多個碼移及/或時移版本相關。檢測到產生具有最高信號功率的相關結果的特定時移及/或碼移版本可指示與所擷取到的信號相關聯的碼相以供用在如上面所討論的偽距測量中。
一旦檢測到接收自GNSS衛星的信號的碼相，接收機就可形成多個偽距假設。使用外加資訊，接收機就可排除這樣的偽距假設以在實效上減少與真偽距測量相關聯的模糊性。在對接收自GNSS衛星的信號的時基的知識上有著充分準確性的情況下，就可以排除一些或所有假偽距假設。
圖1圖示了SPS系統的應用，藉此無線通訊系統中的行動站(MS)100接收來自在MS 100的視線中的衛星102a、102b、102c、102d的傳輸，並且從這些傳輸中的4個或更多個來推導時間測量。MS 100可將此類測量提供給定位實體(PDE)104，後者從這些測量決定該站的位置。替換地，用戶站100可從此資訊決定其自己的位置。
MS 100可藉由將屬特定衛星的PN碼與收到信號相關來搜索來自該衛星的傳輸。此收到信號在有雜訊的情況下通常包括來自在MS 100處的接收機的視線內的一顆或更多顆衛星的傳輸的合成。相關可在稱為碼相搜索窗W CP 的碼相假設範圍上以及在稱為都卜勤搜索窗W DOPP 的都卜勤頻率假設範圍上執行。如以上指出的，此類碼相假設通常被表示為PN碼移範圍。同樣，都卜勤頻率假設通常被表示為都卜勤頻段。
在一個特定的實現中，提供了一種在其中從發射機接收導航信號的方法。該導航信號包括第一導航信號分量和第二導航信號分量。第一導航信號分量中的碼相至少部分地基於第二導航信號分量中的資訊來決定。然而，應當理解，這僅僅是一個示例實現，並且所要求保護的標的並不被限定於此特定實現。
貫穿本說明書引述的「一個示例」、「一個特徵」、「示例」或「特徵」意指結合該特徵及/或示例所描述的特定特徵、結構或特性包含在所要求保護的標的的至少一個特徵及/或示例中。由此，短語「在一個示例中」、「示例」、「在一個特徵中」或「特徵」貫穿本說明書始終在各處的出現並非必然全部引述同一特徵及/或示例。此外，特定特徵、結構、或特性在一個或更多個示例及/或特徵中可被組合。
本文中描述的方法體系取決於根據特定特徵及/或示例的應用可以藉由各種手段來實現。例如，此類方法體系可在硬體、韌體、軟體、及/或其組合中實現。在硬體實現中，例如，處理單元可在一個或更多個專用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理裝置(DSPD)、可程式邏輯裝置(PLD)、現場可程式閘陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、電子裝置、設計成執行本文中描述的功能的其他設備單元、及/或其組合內實現。
本文中引述的「空間飛行器」(SV)涉及能夠向地球表面上的接收機發射信號的物體。在一個特定示例中，這樣的SV可包括對地靜止衛星。替換地，SV可包括在軌道中行進並且相對於地球上的固定位置移動的衛星。然而，這些僅僅是SV的示例，並且所要求保護的標的在這些方面並不受到限定。
本文中所描述的位置決定及/或估計技術可用於各種無線通訊網路，諸如無線廣域網路(WWAN)、無線區域網路(WLAN)、無線個人域網路(WPAN)，等等。術語「網路」和「系統」在本文中能被可互換地使用。WWAN可以是分碼多工存取(CDMA)網路、分時多工存取(TDMA)網路、分頻多工存取(FDMA)網路、正交分頻多工存取(OFDMA)網路、單載波分頻多工存取(SC-FDMA)網路，等等。CDMA網路可實現諸如cdma2000、寬頻CDMA(W-CDMA)等的一種或更多種無線電存取技術(RAT)，以上只是列舉了少數無線電技術。在此，cdma2000可包括根據IS-95、IS-2000、以及IS-856標準實現的技術。TDMA網路可實現行動通訊全球系統(GSM)、數位高級行動電話系統(D-AMPS)、或其他某種RAT。GSM和W-CDMA在來自名為「第三代夥伴專案(3GPP)」的集團的文件中描述。Cdma2000在來自名為「第三代夥伴專案2(3GPP2)」的集團的文件中描述。3GPP和3GPP2文件是公衆可獲取的。例如，WLAN可包括IEEE 802.11x網路，並且WPAN可包括藍牙網路、IEEE 802.15x。本文中所描述的這類位置決定技術也可用於WWAN、WLAN及/或WPAN的任何組合。
根據一示例，一種設備及/或系統可至少部分地基於從各SV接收到的信號來估計其位置。具體而言，這樣的設備及/或系統可獲得「偽距」測量，其包括相關聯的各SV與導航衛星接收機之間的距離的近似。在特定示例中，這樣的偽距可在能夠處理來自一個或更多個作為衛星定位系統(SPS)一部分的SV的信號的接收機處決定。為決定其位置，衛星導航接收機可獲得至三顆或更多顆衛星的偽距測量以及它們在發射之時的位置。
本文中描述的技術可隨同若干SPS’中的任何一個及/或SPS’的組合使用。此外，這類技術可隨同利用偽衛星或者衛星與偽衛星組合式定位系統使用。偽衛星可包括廣播被調制在L頻帶(或其他頻率)載波信號上的PN碼或其他測距碼(例如，類似於GPS或CDMA蜂巢信號)的基於地面的發射機，其中該載波信號可以與時間同步。這樣的發射機可以被指派唯一性的PN碼從而准許其能被遠端接收機標識。偽衛星在其中來自軌道衛星的GPS信號或許不可用的情形中是有用的，諸如在隧道、礦井、建築物、市區都市街道或其他封閉區域中。偽衛星的另一種實現被稱為無線電信標。如本文所使用的術語「衛星」旨在包括偽衛星、偽衛星的均等物、及可能還有其他。如本文中所使用的術語「PS信號」旨在包括來自偽衛星或偽衛星的均等物的類SPS信號。
如本文中所引述的「全球導航衛星系統」(GNSS)涉及包括根據通用訊令格式發射同步導航信號的SV的SPS。這樣的GNSS可包括例如處在同步軌道中的SV的群集，以便從該群集中的多個SV同時向地球表面的遼闊部分上的位置發射導航信號。GNSS衛星可發射具有多個導航信號分量的導航信號。這些導航信號分量可在相同或不同的載波頻率上被發射。不僅如此，這些導航信號分量還可在相同的載波頻率上但在不同基帶調制上被發射，不同的基帶調制諸如有二進位偏移載波(1,1)(「BOC(1,1)」)或二進位移相鍵控(「BPSK」)之類。可根據不同的碼長來調制這些導航信號分量。例如，這些導航信號分量中的一個可以是傳統L1 C/A GPS信號，而第二導航信號分量可以是提議的具有更長碼長的L1 C--D GPS信號，這裏僅是比較和例舉幾個示例。
這些導航信號分量中的每一個被發射並且可由例如行動站中的接收機接收。一旦接收到這些導航信號分量，就將它們對照與各個導航信號分量中的每一個對應的已知參考碼進行相關。對於每個導航信號分量，接收機產生參考碼並將其比對收到導航信號分量中的碼。
圖2A示出了如(在時間索引0時開始)接收到的導航信號分量的預定碼S1與該碼的參考副本SR(下文中被稱為「參考碼」)之間的比較的示例。在此示例中，經填充的方形指示一個二進位碼元(例如，+1)，而空著的方形指示另一個二進位碼元(例如，-1)。在圖2A的示例中可見，這兩個碼沒有對準。
圖2B中，將參考碼SR關於時間索引0移位到有8個碼片的偏移。在參考碼處於此位置中的情況下，現在這兩個碼對準了。如果參考碼處在使得如接收到的碼與該參考碼對準的位置中，那麽這兩個碼之間的偏移就被稱為該信號的碼相。因此，收到碼S1具有8個碼片的碼相。
碼相可被用作對收到信號的延遲的指示，其進而可被用作對發射機與接收機之間的距離的測量。補充地或替換地，碼相可被用在涉及一個或更多個其他信號的接收及/或發射的同步操作中。例如，從碼相推導出的時基資訊可用來使接收機同步到分時槽的存取通道。分時槽的存取通道的示例包括(例如，在下行鏈路或反向鏈路上)可由收到碼的發射機發射的存取通道以及(例如，在上行鏈路或前向鏈路上)可由該位置處的接收機監視的傳呼通道。
在一個示例中，收到碼序列與參考碼的相關可在時域中藉由根據如下關係式(1)在參考碼的長度的某個部分上對收到碼與參考碼的乘積進行積分來執行：
其中 x 是收到碼， r 是長度為 N 的參考碼，而 y(t) 是在偏移 t 處的相關結果。在此，收到碼可包括複基帶信號，如此使得相關是對收到碼的I和Q分量中的每一個來執行的。
雖然所獲得的相關結果(及/或這兩個碼的相關度的其他表達)可被用作對應的偏移的能量結果，但是該能量結果也可作為關於I和Q分量的這樣的相關結果的平方和來演算。此類在偏移範圍上的演算的結果可能具有三角形狀，其可藉由在接收機前端中濾波來平滑。
可對經取樣的收到信號分量執行能量相關。取決於具體設計，能量結果可被表達為定點或浮點值，並且其可以用任意性的單位計，例如在其中這些能量結果僅被用來決定峰值之間的相對差的情形中。在其中能量結果還可被用於一個或更多個其他任務(例如，與其他系統參數比較)的情形中，可選擇對於此類一或多個任務而言恰適的測量標度。
圖3示出了在一個特定實現中可用來獲得能量結果的相關器300的一個示例的方塊圖。乘法器310被適配成將複收到碼S10與參考碼相乘，而累加器320被適配成在參考碼的長度上累加乘積。可被實現為平方器的非線性檢測器330被適配成獲得每個分量的平方和，而累加器340被適配成將這些平方和相加以獲得能量結果。可被實現為諸如線性反饋移位暫存器(LFSR)之類的移位暫存器的參考碼產生器350可根據收到碼的碼片率或其某種衍生物來時鐘控制。替換地，可以用恰適的速率從儲存中讀取或者可從外部設備或電路接收參考碼。
儘管圖3的示例示出了串列相關器，但相關器300也可被實現成執行並行相關(同時乘這些碼的一個以上位元)或者串列和平行作業的任何組合。GPS接收機例如可包括相關器300的多個實例，其中每個實例接收參考碼的副本並且應用不同的相應延遲，以一次獲得關於一個以上碼相假設的結果。相關器300的多個實例還可被用來一次搜索一個以上參考碼。包括一個或更多個相關器以及被配置成控制這些相關器以獲得關於合意假設集合的能量結果的邏輯(例如，處理器)的模組可被稱為搜索器或者用於搜索的裝置。
可為每個要被考慮的偏移(即或「碼相假設」)重複如以上描述的對能量結果的演算。在GPS C/A碼相迴圈中，例如，有1023個可能的假設(或者在1/2碼片的解析度下存在2046個假設)。然而在許多情形中，可藉由應用如從先前的搜索及/或從外部源(諸如定位實體(PDE))獲得的對收到碼元的碼相位置的知識來大大減少要被搜索的假設的數目。在此類實現中，搜索可被減少至例如256個碼片或32個碼片或以下的寬度。
替換地，關於各種碼相假設的相關及/或能量結果可經由頻域中的操作來獲得。在此，可在選定的解析度下藉由例如將收到碼變換到頻域中(例如，使用諸如快速傅立葉變換(FFT)之類的離散傅立葉變換(DFT)操作)、將經變換的信號與參考碼的匹配濾波器相乘、並應用逆變換以獲得時域中相應的結果來高效率地搜索整個碼相迴圈。一些頻域相關技術還可被用來在頻域中執行更窄的搜索。例如，美國公開專利申請No. 2004/0141574(Akopian，2004年7月22日公布)旨在描述用於在有限的碼相範圍上進行搜索的頻域方法。
至於時域中的演算，可能希望在頻域實現中包括恰適相關器的多個實例(例如，諸如電晶體及/或閘之類的邏輯元件的集合，這些邏輯元件被程式編寫或以其他方式被安排成執行FFT、IFFT以及相關聯的操作)以支援一次對一個以上參考碼進行搜索。還可能希望事先執行參考碼的變換並且將結果儲存在記憶體中(例如，非揮發性記憶體中)。
除了在碼相維度中定位受到碼之外，還可能希望考慮接收機與發射機之間的相對運動。在此，在其中接收到具有兩個導航信號分量的導航信號的實現中，接收機與發射源之間的此類相對運動(及/或這兩者之間的視在運動，如可能由運動的反射體引起)引起接收機處的都卜勤頻率誤差，其可按赫茲計地被表達為，其中 v 是接收機與源的視在相對速度， f 是導航信號分量以赫茲計的載波頻率， c 是光速，而φ 是接收機的行進方向與從該接收機至發射源的方向之間的角度。如果接收機正在直接朝著源行進，那麽φ =0，而如果接收機正在直接遠離源地行進，那麽φ =π弧度。在此示例中，都勤將實效地減小如在接收機處接收到的信號的頻率(即，意味著觀察到的頻率要小於真實頻率)。
對於特定實現中的地面GPS用戶而言，由於SV與用戶相對於彼此的組合運動造成的都卜勤頻移可能折合約+/-2.7ppm。接收機處的一個或更多個振盪器的頻率誤差可能添加約另外的2ppm，即總共4.7ppm的頻率不決定性(替換地，可至少在一定程度上校正本機振盪器誤差，例如用PLL或其他的校正迴路)。此4.7ppm對應於1.57542GHz的L1載波頻率處的約+/-7.5kHz。
圖4示出了延及跨頻率維度中的20個假設以及碼相維度中的32個碼相假設或頻段的碼相搜索窗的示例。對碼相搜索窗的每個維度的假設的特定位置及/或間隔的選擇可由外部獲得及/或從一個或更多個先前的搜索獲得的資訊來指導。例如，可能知道或估計出合意信號位於自給定碼相起某個數目的碼片以內及/或該信號可以在給定頻率周圍的某個頻寬以內被找到，如此使得碼相搜索窗可被相應地定義。在其中要對一個以上的碼進行搜索的情形中，相關聯的搜索窗不一定需要具有相同的維度。
可進行搜索(例如，根據D個頻率假設乘C個碼假設的搜索窗)以獲得D×C個能量結果的網格，每個結果對應於這D個頻率假設中的一個以及這C個碼假設中的一個。與關於特定頻率假設的碼相假設相對應的能量結果的集合在本文中被稱為「都卜勤頻段」。
圖5示出了20個都卜勤頻段的能量分布或網格內的峰值的示例，每個都卜勤頻段具有64個碼相假設。在此示例中，毗鄰的碼相假設相隔1/2個碼片，以使得該網格延及跨碼空間中的32個碼元。此附圖中的能量峰值指示在都卜勤頻段10中的碼相假設16處存在所選擇的SV信號。接收機(或此類設備內的搜索器)可從收到信號的相同部分為若干不同的相應SV產生能量網格，其中這些網格有可能具有不同的維度。
收到信號可包括相同發射信號在不同路徑上傳播從而在不同時刻到達接收機的各版本。此類收到信號與對應的參考碼的相關可能導致在不同網格點處的若干個峰值，每個峰值是由於所發射信號的不同實例(也被稱為多徑)造成的。這些多徑峰值可能落入相同的都卜勤頻段內。
圖6圖示了根據一個實現的用於檢測收到導航信號分量中的碼相的方法600。首先，在操作605處，接收來自發射機的導航信號分量。在一個示例中，接收到第一和第二導航信號分量。這些導航信號分量可作為來自發射機的單個導航信號被接收。接下來，在操作610處，至少部分地基於第二導航信號分量中的資訊來檢測碼相。所利用的來自第二導航信號分量的資訊的類型的示例可包括例如相關檢測、時基資訊和都卜勤頻移估計。
發射具有導航信號分量的導航信號的發射機可位於例如SV上或者地面位置上。在一個特定的實現中，可在諸如圖1中所示的MS 100之類的行動站(MS)上的接收機處接收導航信號。
根據一個實現，如以上所討論的那樣，導航信號可包括多個導航信號分量。例如，導航信號可包括已根據二進位移相鍵控(「BPSK」)調制方案調制的第一導航信號分量以及根據諸如二進位偏移載波(1,1)(「BOC(1,1)」)之類的不同調制方案調制的第二導航信號分量。然而，這些僅是可被用來提供導航信號的相關聯的不同導航信號分量的不同調制方案的示例，並且所要求保護的標的在此方面不受限定。而且，儘管導航信號在以上已被描述為包括第一和第二導航信號分量，但是應當領會，更多的導航信號分量也可被包括在這樣的導航信號中，諸如根據某些實現的第三和第四導航信號分量。
根據一個實現，可從單個發射機、諸如位於SV處的單個發射機之類發射具有第一和第二導航信號分量的導航信號。根據一個實現，導航信號的第一和第二導航信號分量可包含供接收機使用的不同導航資訊。相應地，此類接收機可對第一和第二導航信號分量兩者檢測碼相和都卜勤頻移。
根據一個方面，對第一和第二導航信號分量的處理是同調組合式。根據另一方面，對第一和第二導航信號分量的處理是非同調組合式。藉由組合對接收到的第一和第二導航信號分量的處理，可達成比若在每個收到導航信號分量被單獨處理的情況下可能達到的增益更高的收到導航信號增益。
在例如第一和第二導航信號分量是在導航信號中的相同載波頻率上被發射的情形中，可同調地組合對此類導航信號分量的處理。作為相同載波頻率上的導航信號被發射的第一和第二導航信號分量會經歷共同的都卜勤頻移和傳播通道。在加性高斯白雜訊(AWGN)和平坦衰落通道中，第一和第二導航信號分量上的衰減也會是相同的。因為在此情形中導航信號的第一和第二導航信號分量以相同的載波相位到達接收機，所以對第一和第二導航信號分量的處理被同調地組合。
可藉由將由相關器輸出的同調預檢測和相加或者藉由將這兩個導航信號分量作為單個合成信號來對待的方式在接收機中實現同調組合。
圖7A圖示了根據一個方面的關於根據BPSK調制方案調制的第一導航信號分量的參考碼700。如圖所示，關於第一調制信號分量的參考碼包括在任何時間區間上具有或為「1」或為「-1」的值的二進位信號。在此示例中，每個一微秒(μs)區間表示所發射信號的PN序列中的單個碼片，並且該信號持續整個μs區間或為「1」或為「-1」。
圖7B圖示了根據一個方面的關於根據BOC(1,1)調制方案調制的第二導航信號分量的參考碼705。如圖所示，關於第二調制信號分量的參考碼包括在任何時間區間上具有或者從「1」躍遷到「-1」或者從「-1」躍遷到「1」的值的二進位信號。在此示例中，每個一微秒(μs)區間可表示所發射信號的PN序列中的單個碼片。如圖所示，該PN序列或者在區間開始處始於「1」並在區間結束處終於「-1」或者在區間開始處始於「-1」並在每個μs區間結束處終於「1」。
相應地，圖7A和7B中示出的關於信號分量的參考碼根據不同的調制方案來調制。在一個特定的實現中，對第一和第二導航信號分量的處理可包括決定合成參考碼。此類合成參考碼可被用來與具有第一和第二導航信號分量的收到導航信號相關。可藉由對關於第一和第二導航信號分量的已知參考碼求和來決定該合成參考碼。在此示例中，可藉由對圖7A和7B中所示的關於第一和第二導航信號分量的參考碼求和來決定該合成參考碼。
圖7C圖示了根據一個方面的合成參考碼710。該合成參考碼是三位準碼或信號，這與關於第一和第二導航信號分量的參考碼形成對比，其中後兩者均是二進位碼或信號。
在產生該合成參考碼時，在給定的時間點處實效地加總關於第一和第二導航信號分量的參考碼。加總關於各自的導航信號分量的二進位參考碼結果得到三位準的合成參考碼，後者在給定時間點處能具有三個不同的值，即「2」、「0」和「-2」。該合成參考碼在任何1μs區間期間在「2」與「0」、「0」與「2」、「0」與「-2」以及「-2」與「0」之間躍遷。
該合成參考碼被用來與接收到的組合式第一和第二導航信號分量相關。藉由以此方式對包括導航信號分量的相關在內的處理進行同調組合，便達成了比單獨地相關第一和第二導航信號中的任何一個更大的總信號增益。在一個實現中，例如，第一導航信號分量可包括根據在開放的空中具有-158.5dBW的最小接收功率的BPSK來調制的傳統GPS L1 C/A碼，而第二導航信號分量可包括根據具有-157dBW的最小接收功率的在L1頻率上的BOC(1,1)來調制的碼。第一和第二導航信號分量的組合因此可具有-154.67dBW的接收功率。相應地，相對於分別對L1 C/A和L1C信號進行獨立處理而言，分別可達成3.82dBW和2.32dBW的增益。
在其中相關是線性操作的特定實施例中，接收機僅需將收到信號對照合成參考碼進行相關就能收到來自這兩個導航信號分量的組合能量。由於兩個二位準(1，-1)碼或信號即二進位碼或信號的和是三位準(2，0，-2)碼或信號，因而如果合成參考波形為0則可藉由跳躍取樣來實現相關器。
以上所討論的用於同調地組合第一和第二導航信號分量的方法的實現可適用於在其中第一和第二導航信號在相同的相位中並且在相同的載波頻率上被發射的特定實例。然而，在其他實現中，第一和第二導航信號分量可以不是在相同的載波頻率上被發射，並且取而代之的是對該第一和第二導航信號分量的處理可以是非同調的。
可以非同調地組合對由單個發射機在不同頻率上發射的導航信號分量的處理以在給定時間段上對系統雜訊取平均並對組合式導航信號分量進行相關並且增强檢測性能。這可以藉由將由對每個分量信號的獨立審視或研究所獲得的能量分布或網格求和來實現。能量分布可由示出收到導航信號的相關峰值的能量網格或圖表來表示。該能量分布可包括位於碼相假設處：都卜勤假設處的相關檢測，諸如舉例而言上面圖4和5中所示的那些。一旦接收到導航信號分量，便由接收機將該導航信號分量對照已知的參考碼/信號進行相關。作為相關的結果，關於碼相假設和都卜勤頻段的相關檢測得以決定。
圖8A~D圖示了根據一個方面的關於由單個SV發射的不同導航信號分量以及合成信號的能量分布。圖8A圖示了關於第一導航信號的能量分布800，而圖8B圖示了關於在與第一導航信號分量的頻率不同的頻率上發射的第二導航信號分量的能量分布805。在圖8A~D的特定解說中，關於特定導航信號分量的能量分布可包括水平方向上的碼相假設/偏移以及垂直方向上的頻率假設/都卜勤頻移。碼相假設域的長度可與用來調制相關聯的導航信號分量的偽隨機雜訊碼的長度成比例。例如，關於傳統GPS L1 C/A碼的能量分布可在碼相假設上(即，在水平方向上)具有已知的寬度，諸如每個在1.0ms寬度的有1023個碼片的偽隨機雜訊碼。諸如GPS L1C--D之類的其他GPS碼可將更長的偽隨機雜訊碼用來調制所發射的導航信號分量，諸如每個在10.0ms長度的有10230個碼片的偽隨機雜訊碼。相應地，用於較長GPS碼的碼相假設域將是用於傳統GPS L C/A碼的碼相假設域的十倍那樣長。
圖8A圖示了具有關於第一導航信號分量的相關峰值的能量分布。圖8B圖示了具有關於第二導航信號分量的相關峰值的能量分布。在此特定實現中，第一導航信號分量是用調制第二導航信號分量的碼的長度的1/10的碼長度來調制的。
為了加總關於第一和第二導航信號分量的能量分布，可在碼相假設上(即，在水平方向上)並在頻率假設上(即，在垂直方向上)對各自的能量分布進行正規化。因為在此特定實現中第一導航信號分量是用有1023個碼片的偽隨機雜訊碼來調制的，並且因此其碼相域是在此特定示例中用有10230個碼片的偽隨機雜訊碼來調制的第二導航信號分量的碼相域的1/10，所以對第二能量分布805的每個非重複區間可重複第一能量分布810十次。
可加總第一和第二能量分布805和810以產生圖8D中所示的合成能量分布815。在不同載波頻率上的信號將至少部分地基於發射載波頻率而經歷不同的都卜勤頻移。此類都卜勤頻移(例如，如作用於從不同導航信號分量推導出的能量分布805和810的都卜勤平移)能被正規化並以赫茲計來表達為，其中 v 是接收機相對於發射源的視在速度， f 1 是第一導航信號分量以赫茲計的載波頻率， f 2 是第二導航信號分量以赫茲計的載波頻率， c 是光速，而φ 是接收機的行進方向與從該接收機到發射源的方向之間的角度。φ 和 v 的值可經由來自諸如舉例而言圖1中示出的PDE 104之類的定位實體(PDE)的擷取輔助資料來決定。諸能量元被相加以使得求和的能量元的都卜勤頻段對應於相同的SV-用戶速度向量。
圖8A~D圖示了非同調組合式示例，其中第一導航信號分量的能量分布800被重複並且頻率維度中的能量元在被縮放以移除載波頻率的作用時具有一對一的映射。在這些能量分布中的各種能量元是根據碼相假設和頻率對準的。
藉由對第一和第二導航信號分量的非同調組合處理，相關檢測的增益得以增大。
圖9示出了MS的特定實現，其中無線電收發機906可適配成將帶有諸如語音或資料之類的基帶資訊的RF載波信號調制到RF載波上，以及解調經調制的RF載波以獲得這樣的基帶資訊。天線910可適配成在無線通訊鏈路上發射經調制的RF載波並且在無線通訊鏈路上接收經調制的RF載波。
基帶處理器908可適配成將來自CPU 902的基帶資訊提供給收發機906以供在無線通訊鏈路上傳輸。在此，CPU 902可從用戶介面916內的輸入設備獲得這樣的基帶資訊。基帶處理器908還可適配成將來自收發機906的基帶資訊提供給CPU 902以供藉由用戶介面916內的輸出設備傳輸。
用戶介面916可包括多個用於輸入或輸出諸如語音或資料之類的用戶資訊的設備。這樣的設備可包括例如鍵盤、顯示螢幕、話筒、以及揚聲器。
SPS接收機(SPS Rx)912可適配成藉由SPS天線914來接收並解調來自SV的傳輸，並且將經解調資訊提供給相關器918。相關器918可適配成從接收機912所提供的資訊推導相關函數。例如對於給定的PN碼，相關器918可如上所解說的那樣產生相關函數，該相關函數定義在碼相範圍上以擺放碼相搜索窗，並且定義在都卜勤頻率假設範圍上。如此，可根據所定義的同調和非同調積分參數來執行個別相關。
相關器918還可適配成從與收發機906所提供的引導頻信號有關的資訊來推導引導頻有關的相關函數。此資訊可被用戶站用於擷取無線通訊服務。
通道解碼器920可適配成將從基帶處理器908接收到的通道碼元解碼成底層源位元。在其中通道碼元包括迴旋編碼的碼元的一個示例中，這樣的通道解碼器可包括Viterbi解碼器。在其中通道碼元包括迴旋碼的串列或並行級聯的第二示例中，通道解碼器920可包括turbo解碼器。
記憶體904可適配成儲存機器可讀取指令，這些指令可運行以執行已描述或建議的程序、示例、實現、或其示例中的一項或多項。CPU 902可適配成存取並執行這樣的機器可讀取指令。藉由運行這些機器可讀取指令，CPU 902可指導相關器918分析由相關器918提供的SPS相關函數、從其峰值推導測量、以及決定對定位的估計是否足夠準確。然而，這些僅僅是在特定方面中可由CPU執行的任務的示例，並且所要求保護的標的在這些方面並不受限定。
在特定示例中，在用戶站處的CPU 902可至少部分地基於如以上所解說的那樣從各SV接收到的信號來估計該用戶站的位置。CPU 902還可適配成如以上根據特定示例所解說的那樣至少部分地基於在第一收到信號中檢測出的碼相來決定用於擷取第二收到信號的碼搜索範圍。
以上所描述的同調和非同調方法適用於諸如傳統GPS L1 C/A、Galieo L1F以及提議的GPS L1C--D和GPS L1C--P之類的各種導航系統。
這些方法還適用於提議的準天頂衛星系統(QZSS)衛星。此類QZSS衛星除了發射類GPS的L1信號之外還可發射基於空間的增廣系統(SBAS)信號(L1-切換活動交換格式(SAIF))。此類信號可如上所述地在接收機處被一同處理以達成改善的SNR。
對導航信號分量的或同調或非同調的組合處理結果得到改善的導航系統總性能。SNR得到改善並且對低功率導航信號分量的靈敏度也得到改善。
雖然已解說和描述了目前考慮作為示例特徵的內容，但是本領域技藝人士將理解，可作出其他各種修改並且可換用等效技術方案而不會脫離所要求保護的標的。此外，可作出許多修改以使特定境況適應於所要求保護的標的的教導而不會脫離本文中所描述的中心思想。因此，無意將所要求保護的標的限定於所公開的特定示例，而是旨在使如此要求保護的標的還可包括落在所附請求項及其等效形式的範圍內的所有方面。
100．．．行動站
102a~d．．．衛星
104．．．定位實體
300．．．相關器
310．．．乘法器
320．．．累加器
330．．．非線性檢測器
340．．．累加器
350．．．參考碼產生器
600~610．．．步驟流程
700~710．．．參考碼
800~815．．．能量分布
902．．．CPU
904．．．記憶體
906．．．無線電收發機
908．．．基帶處理器
910,914．．．天線
912．．．SPS接收機
916．．．用戶介面
918．．．相關器
920．．．通道解碼器
將參照以下附圖來描述非限定性和非窮盡性的特徵，其中相近參考標號貫穿各種附圖始終指代相近部分。
圖1是根據一個方面的衛星定位系統(SPS)的示意圖。
圖2A和2B示出了根據一個實現的收到碼與參考碼的比較。
圖3是根據特定示例的相關器的示意性方塊圖。
圖4是示出了根據一個特定實現的二維搜索窗的圖示。
圖5是示出了在一個特定示例中如可從視線信號獲得的峰值的能量標繪。
圖6圖示了根據一個方面的檢測收到導航信號中的碼相的方法。
圖7A~C圖示了根據一個方面的第一和第二導航信號分量以及合成信號。
圖8A~D圖示了根據一個方面的第一和第二導航信號分量以及合成信號的能量分布。
圖9是根據一個方面的行動站的示意圖。
300．．．相關器
310．．．乘法器
320．．．累加器
330．．．非線性檢測器
340．．．累加器
350．．．參考碼產生器

Claims (47)

  1. 一種用於處理組合式導航訊號的方法，包括以下步驟：接收來自一發射機的一導航信號，該導航信號包括一第一導航信號分量和一第二導航信號分量；以及至少部分地基於該第二導航信號分量中的資訊來檢測該第一導航信號分量中的一碼相。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一導航信號分量是用一二進位移相鍵控技術來調制的。
  3. 如請求項1之方法，其中該第二導航信號分量是用一二進位偏移載波(1，1)技術來調制的。
  4. 如請求項1之方法，還包括以下步驟：組合對該第一和第二導航信號分量的處理。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一和第二導航信號分量是在一相同的載波頻率上被接收的，並且該組合包括同調地組合對該第一和第二導航信號分量的處理。
  6. 如請求項5之方法，其中該檢測碼相之步驟包括以下步驟：將該第一和第二導航信號分量與一三位準的參考信號相關。
  7. 如請求項5之方法，其中該同調地組合之步驟包括以下步驟：加總關於該第一導航信號分量的一參考信號與關於該第二導航信號分量的一參考信號以產生一合成參考信號。
  8. 如請求項4之方法，其中該組合之步驟包括以下步驟：非同調地組合對該第一導航信號分量和該第二導航信號分量的處理。
  9. 如請求項8之方法，其中該非同調地組合之步驟包括以下步驟：至少部分地基於所接收到的第一導航信號分量來決定一第一能量分布、至少部分地基於所接收到的第二導航信號分量來決定一第二能量分布，並且其中該組合對第一和第二導航信號分量的處理包括加總該第一和第二能量分布。
  10. 如請求項9之方法，其中該第一和第二能量分布中的每一個包括根據時間和頻率對準的一能量元陣列。
  11. 一種用於處理組合式導航訊號的裝置，包括：一接收機，其被適配成接收來自一發射機的一導航信號分量，該導航信號包括一第一導航信號分量和一第二導航信號分量；以及處理器，其被適配成至少部分地基於該第二導航信號分量中的資訊來檢 測該第一導航信號分量中的一碼相。
  12. 如請求項11之裝置，其中該處理器還被適配成，組合對該第一和第二導航信號分量的處理。
  13. 如請求項11之裝置，其中該第一和第二導航信號分量是在一相同的載波頻率上被發射的，並且其中該處理器還被適配成，同調地組合對該第一和第二導航信號分量的處理。
  14. 如請求項11之裝置，其中該處理器還被適配成，非同調地組合對該第一和第二導航信號分量的處理。
  15. 如請求項14之裝置，其中該處理器還被適配成，至少部分地基於以下動作來非同調地組合對該第一和第二導航信號分量的處理：至少部分地基於所接收到的第一導航信號分量來決定一第一能量分布；至少部分地基於所接收到的第二導航信號分量來決定一第二能量分布；以及加總該第一和第二能量分布。
  16. 一種用於處理組合式導航訊號的裝置，包括：用於接收來自一發射機的一導航信號分量的構件，該導 航信號包括一第一導航信號分量和一第二導航信號分量；以及用於至少部分地基於該第二導航信號分量中的資訊來檢測該第一導航信號分量中的一碼相的構件。
  17. 如請求項16之裝置，還包括用於組合對該第一和第二導航信號分量的處理的構件。
  18. 如請求項17之裝置，其中該用於組合式構件還包括：用於回應於該第一和第二導航信號分量是在一相同載波頻率上被接收到而同調地組合對該第一導航信號分量和該第二導航信號分量的處理的構件。
  19. 如請求項17之裝置，其中該用於組合式構件還包括：用於非同調地組合對該第一和第二導航信號分量的處理的構件。
  20. 如請求項19之裝置，其中該用於非同調地組合式構件還被適配成，至少部分地基於以下動作來非同調地組合對該第一和第二導航信號分量的處理：至少部分地基於所接收到的第一導航信號分量來決定一第一能量分布；至少部分地基於所接收到的第二導航信號分量來決定一第二能量分布；以及 加總該第一和第二能量分布。
  21. 一種用於處理組合式導航訊號的製品，包括：包含儲存於其上的機器可讀取指令的儲存媒體，該機器可讀取指令若由計算平臺執行則被適配成使該計算平臺能：接收來自一發射機的一導航信號，該導航信號包括一第一導航信號分量和一第二導航信號分量；以及至少部分地基於該第二導航信號分量中的資訊來檢測該第一導航信號分量中的一碼相。
  22. 如請求項21之製品，其中該機器可讀取指令還被適配成，使該計算平臺能組合對該第一和第二導航信號分量的處理。
  23. 如請求項22之製品，其中組合該處理包括，非同調地組合對該第一導航信號分量和該第二導航信號分量的處理。
  24. 如請求項23之製品，其中該非同調地組合包括，至少部分地基於所接收到的第一導航信號分量來決定一第一能量分布、至少部分地基於所接收到的第二導航信號分量來決定一第二能量分布，並且其中組合對該第一和第二導航信號分量的處理包括加總該第一和第二能量分布。
  25. 如請求項22之製品，其中該機器可讀取指令還被適配成，使該計算平臺能在一相同載波頻率上接收該第一和第二導航信號分量，並且組合該處理包括，同調地組合對該第一和第二導航信號分量的處理。
  26. 如請求項25之製品，其中該同調地組合包括，加總關於該第一導航信號分量的一參考信號和關於該第二導航信號分量的一參考信號以產生一合成參考信號。
  27. 如請求項22之製品，其中該機器可讀取指令還被適配，成使該計算平臺能將該第一和第二導航信號分量與一三位準的參考信號相關以檢測該碼相。
  28. 一種用於處理組合式導航訊號的方法，包括以下步驟：從一第一導航衛星接收一導航信號，該導航信號包括至少一第一信號分量與一第二信號分量，該第一信號分量使用一第一調制類型來調制，該第二信號分量使用一不同的第二調制類型來調制；處理該接收到的導航信號，其中處理該接收到的導航信號的步驟包含解調該接收到的導航信號；將該處理過的導航信號與一合成參考信號互相關聯(correlating)，其中該合成參考信號，包含對應該第一信號分量的參考信號與對應該第二信號分量的參考信號的加 總。
  29. 如請求項28之方法，其中該第一調制類型是二進位移相鍵控調制。
  30. 如請求項29之方法，其中該第二調制類型是二進位偏移載波調制。
  31. 如請求項28之方法，其中該第一導航衛星是一全球定位系統衛星。
  32. 如請求項28之方法，其中該第一信號分量被調制在具有一第一載波頻率之載波上，且該第二信號分量被調制在具有一第二載波頻率之載波上。
  33. 如請求項28之方法，其中該第一信號分量包含具有一第一碼長度的分量，且該第二信號分量包含具有一不同的第二碼長度的分量。
  34. 如請求項28之方法，其中對應該第一信號分量的該參考信號是二進位參考信號，對應該第二信號分量的該參考信號是二進位參考信號，而該合成參考信號是三位準參考信號。
  35. 一種導航裝置，包括：接收器電路，用以從一第一導航衛星接收一導航信號，該導航信號包括至少一第一信號分量與一第二信號分量，該第一信號分量使用一第一調制類型來調制，該第二信號分量使用一不同的第二調制類型來調制；處理電路，用以處理該接收到的導航信號，其中該處理電路包含解調電路，用以解調該接收到的導航信號；一或更多個互相關聯器(correlators)，用以將該處理過的導航信號與一合成參考信號互相關聯，其中該合成參考信號，包含對應該第一信號分量的參考信號與對應該第二信號分量的參考信號的加總。
  36. 如請求項35之導航裝置，其中該第一調制類型是二進位移相鍵控調制。
  37. 如請求項36之導航裝置，其中該第二調制類型是二進位偏移載波調制。
  38. 如請求項35之導航裝置，其中該第一信號分量被調制在具有一第一載波頻率之載波上，且該第二信號分量被調制在具有一第二載波頻率之載波上。
  39. 如請求項35之導航裝置，其中該第一信號分量包含具有一第一碼長度的分量，且該第二信號分量包含具有一 不同的第二碼長度的分量。
  40. 如請求項35之導航裝置，其中對應該第一信號分量的該參考信號是二進位參考信號，對應該第二信號分量的該參考信號是二進位參考信號，而該合成參考信號是三位準參考信號。
  41. 一種導航裝置，包括：接收構件，用以從一第一導航衛星接收一導航信號，該導航信號包括至少一第一信號分量與一第二信號分量，該第一信號分量使用一第一調制類型來調制，該第二信號分量使用一不同的第二調制類型來調制；處理構件，用以處理該接收到的導航信號，其中該處理構件包含解調構件，用以解調該接收到的導航信號；互相關聯構件，用以將該處理過的導航信號與一合成參考信號互相關聯(correlating)，其中該合成參考信號，包含對應該第一信號分量的參考信號與對應該第二信號分量的參考信號的加總。
  42. 如請求項41之導航裝置，其中該第一調制類型是二進位移相鍵控調制。
  43. 如請求項42之導航裝置，其中該第二調制類型是二進位偏移載波調制。
  44. 如請求項41之導航裝置，其中該第一導航衛星是一全球定位系統衛星。
  45. 如請求項41之導航裝置，其中該第一信號分量被調制在具有一第一載波頻率之載波上，且該第二信號分量被調制在具有一第二載波頻率之載波上。
  46. 如請求項41之導航裝置，其中該第一信號分量包含具有一第一碼長度的分量，且該第二信號分量包含具有一不同的第二碼長度的分量。
  47. 如請求項41之導航裝置，其中對應該第一信號分量的該參考信號是二進位參考信號，對應該第二信號分量的該參考信號是二進位參考信號，而該合成參考信號是三位準參考信號。
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