專利名稱：數(shù)字相關的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字相關的方法和計算機程序、計算機可讀的存儲媒體和實現(xiàn)該方法的設備。
許多應用中都存在兩個數(shù)字信號的相關問題。例如，在包括一個全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器的碼分多路訪問(CDMA)類型的通訊的接收器中，需要一個包含一個偽隨機噪聲信號(PRN)的入射CDMA信號和一個本地產(chǎn)生的復制PRN信號的相關，以便確定兩者之間的相位差，并由此獲取和跟蹤一個CDMA信號。
這樣的信號可以表示為1、1.5、2或更多個位的形式。但是所用的位數(shù)越多，電路越復雜，或者，如果通過軟件來實現(xiàn)，則處理信號所需的微處理能力就要越強。在US4507748、US4593378、US5239496和US5305245中公布了一些已知的數(shù)字相關方法。
本發(fā)明的一個目的是提供另外一種高效的數(shù)字相關的方法。
依照本發(fā)明，提供了一種當?shù)谝粋€和第二個信號中都包含一系列的數(shù)值數(shù)據(jù)值時兩個數(shù)字的相關方法，和具有操作這種方法的處理裝置的設備，相關方法包括以下步驟(a)順序計算第一個和第二個數(shù)字信號的相應的數(shù)值數(shù)據(jù)值的乘積，并提供一個這些乘積的累加和；(b)依據(jù)累加和與上限和下限之間的偏差，通過一個預定的量來增加或減少累加和，以便將累加和返回到上述限制等級之間；和(c)提供一個相關參數(shù)，該參數(shù)為累加和與上限和下限間的偏差出現(xiàn)次數(shù)的函數(shù)。
這一方法提供了另外一種高效的數(shù)字關聯(lián)方法。
在一個優(yōu)選的方法中，相關參數(shù)的增加或減小取決于累加和的偏差是高于上限還是低于下限。
在這一方法中，可以很方便地提供作為計數(shù)器的相關參數(shù)，其中當累加和偏差高于上限時，計數(shù)器加1；當累加和偏差低于下限時，計數(shù)器減1。
其中累加和存儲于一個寄存器中，其中可以通過允許寄存器下溢或上溢來實現(xiàn)步驟(b)?？梢岳靡粋€簡化的處理結構來完成。
第一個信號可以是一個第三個數(shù)字信號的低位表示，或者是一個模擬信號的低位表示，進一步簡化了處理。
依照本發(fā)明，還提供了一個全球定位系統(tǒng)接收器，包括一個接收器裝置，用于接受包括一個目標偽隨機噪聲碼的源信號；和用于產(chǎn)生對應于目標碼的早期和后期的復制信號的處理裝置，將源信號與早期和后期的復制相關并分別返回早期和后期的相關值，計算一個用于確定是否需要目標碼的代碼相位鑒別器；其中源信號與早期和后期的復制信號間的相關由下列步驟來執(zhí)行(a)順序計算源信號與早期和后期信號的相應的數(shù)值數(shù)據(jù)值的乘積，并提供一個這些乘積的累加和；(b)依據(jù)累加和與上限和下限之間的偏差，通過一個預定的量來增加或減少累加和，以便將累加和返回到上述限制等級之間；和(c)提供早期和后期的相關參數(shù)，該參數(shù)為累加和與上限和下限間的偏差的出現(xiàn)次數(shù)的函數(shù)。
當源信號被接受為一個通過目標信號調制的載波信號時，該方法可以進一步包括提供源信號的同相(I)和相差90°(Q)的分量的步驟；其中I和Q分量都與早期(E)和后期(L)復制信號相關，分別產(chǎn)生IE、IL、QE和QL相關值；并且計算作為IE、IL、QE和QL的函數(shù)的代碼相位鑒別器。
在沒有精確的載波鎖相情況下，該方法提供了增強的代碼相位相關。
理想情況下，早期和后期的相關值的增加或減小取決于累加和的偏差是高于上限還是低于下限。在這一情況下，早期和后期的相關值可以當作計數(shù)器，其中當累加和偏差高于上限時，計數(shù)器加1；當累加和偏差低于下限時，計數(shù)器減1。
累加和被存儲到一個寄存器中，可以通過允許寄存器下溢或上溢來實現(xiàn)步驟(b)。
下面僅利用例子，參考附圖來說明本發(fā)明的實施方案，附圖中圖1A-1E說明依照本發(fā)明的方法；圖2概要顯示了一個能夠實現(xiàn)圖1A-1E說明的方法的計算機系統(tǒng)；
圖3概要顯示了一個使用依照本發(fā)明的方法的全球定位系統(tǒng)接收器；圖4概要顯示了圖3中的全球定位系統(tǒng)接收器的接收器頻道和接收器處理器的細節(jié)。
參照圖1A-1E，參考兩個信號說明相關的方法，兩個信號都是表示一系列由20×2.5位數(shù)據(jù)單元組成的一系列數(shù)值數(shù)據(jù)。如圖1A中所描述的曲線10，提供對應于一個采樣正弦波的第一個參考信號。該信號與如圖1B中的曲線11所描述的第二個信號相關。兩個信號分別有2和-2的最大值和最小值。
根據(jù)該方法，將第一個和第二個數(shù)據(jù)信號對應的數(shù)值數(shù)據(jù)值相乘，其結果顯示于圖1C。具有相同位表示的第一個和第二個信號的理論最大值和最小值分別為4和-4，盡管對于圖1A和圖1B的第一個和第二個信號，最大值和最小值為4和-2，表示相關的等級。
如圖1D中的曲線13所描述，提供一個修正的乘積累加和，其中，如果累加和超過4或小于-4，則該值分別減4或加4。
如圖1E所示，返回一個邏輯值，其中，如果累加和減4，返回一個1，如果累加和加4，則返回一個-1，如果沒有修正累加和，則返回一個0。然后提供一個作為邏輯返回值的和的相關參數(shù)，應用圖1A和1B中所描述的信號，該值應等于7。
每個信號的離散值和計算步驟示于下面的表1中。(*)表示為了使累加和返回到分別為4和-4的上限和下限之間，對累加和進行了修正。
表1時間間隔1-20上的參數(shù)值由此，在給出的例子中，對于一個正弦波的2.5位表示和信號表示，其中乘積的最大值和最小值，累加和上限和下限累加和分別為4和-4，邏輯輸出的和為7。這對應于一個真實的倍數(shù)—但和7.5等于未修正的累加總和(30)除以限值(4)。
圖2概要顯示了一個能夠實現(xiàn)上述方法的計算機系統(tǒng)21。該計算機系統(tǒng)包括一個處理器22，該處理器具有中央處理單元(CPU)23和一個隨機存儲器(RAM)24。該計算機系統(tǒng)還包括一個顯示器25、鍵盤26、鼠標27和一個軟盤驅動器28，所有這些都以熟知的方式連接到處理器上。為軟盤驅動器提供一張軟盤29，其中存儲一個包括用于操作本發(fā)明方法的指令的計算機程序。此外，也可使用其它類型的計算機可讀取的存儲媒體和相應的硬件，如一個電子設備中的只讀存儲器(ROM)。
在這樣一個計算機系統(tǒng)21中，依照本發(fā)明的方法的可以很容易在硬件中，在利用適當計算機程序和配置的軟件中，或通過兩者的組合來得以實現(xiàn)。當然，這樣的編程和配置是眾所周知的，一個本技術領域的普通熟練人員可以很容易地實現(xiàn)該方法。
如前所述，在全球定位系統(tǒng)接收器中需要進行兩個數(shù)字信號的相關，其中，包括一個偽隨機噪聲碼(PRN)的引入的全球定位系統(tǒng)信號與一個本地產(chǎn)生的復制的PRN碼進行相關，以便確定兩個信號間的相位差，由此獲取和跟蹤該全球定位系統(tǒng)信號。全球定位系統(tǒng)的一般原理，以及該實現(xiàn)原理的方法和設備都是熟知的。例如，可參見“全球定位系統(tǒng)原理和應用”(編者，Kaplan)，ISBN 0-89006-793-7 ArtechHouse，在下文中簡稱“Kaplan”。
眾所周知，每個導航衛(wèi)星定時和測距(NAVSTAR)全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星傳輸兩種載波頻率；1575.42MHz的基本頻率L1和1227.60MHz的次級頻率L2。載波頻率通過具有一個針對每個衛(wèi)星都是唯一的PRN序列的擴展的頻譜碼來調制，也可通過導航數(shù)據(jù)訊息來調制。L1信號通過處理/采集(C/A)碼和精度(P[Y])碼來調制，而L2信號僅通過P[Y]碼來調制。P[Y]碼最初是用于軍事和有選擇的政府機構用戶的精確定位服務，而C/A碼是用于標準的定位服務(SPS)，目前對此可以不受限制地存取。
圖3概要顯示一個使用本發(fā)明的方法的全球定位系統(tǒng)接收器。SPS全球定位系統(tǒng)信號是通過一個天線30接收并在一個預處理器31中進行預處理；通常是通過為使頻帶以外的高頻干擾最小化的帶通濾波、前置放大、向下轉換為中等頻率(IF)和模數(shù)轉換來進行預處理。產(chǎn)生的數(shù)字化的中頻信號仍是已調制的，仍包含所有的來自可利用衛(wèi)星的信息，被送入到每一個12個并行接收器頻道32中(圖4顯示了一個這樣的頻道)。為了獲取導航信息，在與接收器處理器33合作的各自的數(shù)字接收器頻道中獲取和跟蹤衛(wèi)星信號。這種用于獲取和跟蹤的方法是眾所周知的，例如，可參見同上的Kaplan的第四章(全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號的特征)和第五章(全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號的獲取和跟蹤)。
利用獲取的導航信息和傳輸?shù)竭_的時間，導航處理器34利用常規(guī)的算法來計算接收器的位置，并將該位置在顯示器35上顯示給用戶。
通常，預處理器31將通過數(shù)字接收器頻道32以前端模擬電路的形式來實現(xiàn)，接收器處理器33和導航處理器34以普通目的的微處理器或嵌入到一個全球定位系統(tǒng)應用的特定的集成電路(ASIC)中的微處理器的形式來實現(xiàn)。
圖4概要顯示了與接收器處理器合作的接收器頻道的進一步的細節(jié)情況。為了取回引入信號中的信息，必須去掉一個載波(CW)，這可以通過接收器利用一個載波發(fā)生器41產(chǎn)生同相(I)和相差90°(Q)的復制載波信號來完成。理想情況下，復制的載波具有與接收的信號相同的頻率，然而，由于接收器和沿軌道運行的衛(wèi)星間的相對移動所導致的多普勒頻移，接收器接收到的全球定位系統(tǒng)信號的頻率通常與精確的衛(wèi)星傳輸頻率不同。為了精確復制接收到的載波頻率，可以采用一個常規(guī)的載波鎖相環(huán)(PLL)。盡管不合乎要求，但也可以完全省去鎖相步驟，因為載波的多普勒頻移及其對碼相位鑒別器的相關影響是相當小的。
為了獲得代碼鎖相，通過一個代碼發(fā)生器42，以一個與接收到的載波相關的頻率(即加上多普勒頻移)，產(chǎn)生早期的(E)、即時的(P)和后期的(L)PRN序列的復制代碼。然后利用依照本發(fā)明的方法，通常通過在一個積分器43對全部的PRN碼進行充分的積分，將復制的代碼與I和Q信號進行相關，以產(chǎn)生三個同相相關的分量(IE、IL、IP)和三個相差90°的相關分量(QE、QL、QP)。
相關的方法包括的步驟有首先，順序計算相應的源信號和早期和后期信號的數(shù)值數(shù)據(jù)值的乘積，并由此提供一個乘積的累加和。然后，根據(jù)累加和與上限和下限之間的偏差，通過一個預定的量來增加或減少累加和，以便將累加和返回到上述限制等級之間；最后，提供早期和后期的相關值，作為累加和與上限和下限間的偏差的出現(xiàn)次數(shù)的計數(shù)器，其中當累加和偏差高于上限時，計數(shù)器加1；當累加和偏差低于下限時，計數(shù)器減1。
在接收器處理器44中，根據(jù)公式1來計算一個代碼相位鑒別器CPD＝∑(IE+QE)2-∑(IE-QE)2[公式1]其中求和是充分針對整個目標代碼的。然后一個限值檢測被用于代碼相位鑒別器，其中如果代碼相位鑒別器為高，則表明相位匹配。否則，代碼發(fā)生器通過單片相位超前產(chǎn)生下一個系列的復制代碼，并且重新計算代碼相位鑒別器。任何聲明的相位匹配都要通過重新計算鑒別器來確認。一個線性的相位掃描將最終導致引入的PRN代碼與就地產(chǎn)生的復制代碼同相位，并由此獲取代碼。
本領域的技術人員可以理解，本發(fā)明所講述的內容同樣適用于其它類型的包括處理裝置的設備，而不是僅適用于上述的計算機系統(tǒng)或全球定位系統(tǒng)接收器。例如，在離散的相關器裝置中可以利用數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.一種將第一個和第二個數(shù)字信號相關的方法，其中兩種信號都包含一系列數(shù)值數(shù)據(jù)值，該方法包括步驟(a)順序計算第一個和第二個數(shù)字信號的相應的數(shù)值數(shù)據(jù)值的乘積，并提供一個這些乘積的累加和；(b)依據(jù)累加和與上限和下限之間的偏差，通過一個預定的量來增加或減少累加和，以便將累加和返回到上述限制等級之間；和(c)提供一個相關參數(shù)，該參數(shù)為累加和與上限和下限間的偏差的出現(xiàn)次數(shù)的函數(shù)。
2.依照權利聲明1的方法，其中相關參數(shù)的增加或減小取決于累加和的偏差是高于上限還是低于下限。
3.依照權利聲明2的方法，其中相關參數(shù)為一個計數(shù)器；其中當累加和偏差高于上限時，計數(shù)器加1；當累加和偏差低于下限時，計數(shù)器減1。
4.依照權利聲明1的方法，其中累加和被存儲到一個寄存器中；可以通過允許寄存器下溢或上溢來實現(xiàn)步驟(b)。
5.依照權利聲明1的方法，其中第一個信號是第三個數(shù)字信號的降位表示。
6.依照權利聲明1的方法，其中第一個信號是一個模擬信號的低位表示。
7.一種以上參考


的方法。
8.一種包括運行上述權利聲明的方法的指令的計算機程序。
9.一種計算機可讀存儲媒體，其中存儲著依照權利聲明8的計算機程序。
10.一種包括依照權利聲明9的計算機可讀程序的電子設備。
11.一種具有用來運行依照權利聲明1-6的方法的處理裝置的設備。
12.一種全球定位系統(tǒng)接收器，包括用于接收包含目標偽隨機噪聲碼的接收器裝置；和用于產(chǎn)生對應于目標碼的早期和后期的復制信號的處理裝置，將源信號早期和后期的復制碼信號相關聯(lián)并分別返回早期和后期的相關值，計算一個用于確定是否需要目標碼的代碼相位鑒別器；其中源信號與早期和后期的復制信號間的相關由下列步驟來執(zhí)行(a)順序計算源信號與早期和后期信號的相應的數(shù)值數(shù)據(jù)值的乘積，并提供一個這些乘積的累加和；(b)依據(jù)累加和與上限和下限之間的偏差，通過一個預定的量來增加或減少累加和，以便將累加和返回到上述限制等級之間；和(c)提供早期和后期的相關參數(shù)，該參數(shù)為累加和與上限和下限間的偏差的出現(xiàn)次數(shù)的函數(shù)。
13.依照權利聲明12的全球定位系統(tǒng)接收器，其中提供了與源信號的同相(I)和相差90°(Q)的分量，其中I和Q分量都與早期(E)和后期(I)復制信號相關，分別產(chǎn)生相關值IE、IL、QE和QL；并且計算作為IE、IL、QE和QL的函數(shù)的代碼相位鑒別器。
14.依照權利聲明12或13的全球定位系統(tǒng)接收器，其中早期和后期的相關值的增加或減小取決于累加和的偏差是高于上限還是低于下限。
15.依照權利聲明14的全球定位系統(tǒng)接收器，其中早期和后期的相關值可以當作計數(shù)器，其中當累加和偏差高于上限時，計數(shù)器加1；當累加和偏差低于下限時，計數(shù)器減1。
16.依照權利聲明12-15的全球定位系統(tǒng)接收器，其中累加和被存儲到一個寄存器中；并可以通過允許寄存器下溢或上溢來實現(xiàn)步驟(b)。
17.一種以上參考附圖3和4來說明的全球定位系統(tǒng)接收器。
全文摘要
一種第一個和第二個數(shù)字信號相關的方法,其中兩種信號都包含一系列數(shù)值數(shù)據(jù)值,與一個用于該方法的計算機程序、計算機可讀存儲媒體(24)和裝置(21)一同公開。該方法包括的步驟有:(a)順序計算第一個和第二個數(shù)字信號的相應的數(shù)值數(shù)據(jù)值的乘積,并提供一個這些乘積的累加和;(b)依據(jù)累加和與上限和下限等級之間的偏差,通過一個預定的量來增加或減少累加和,以便將累加和返回到上述限制等級之間;和(c)提供一個相關參數(shù),該參數(shù)為累加和與上限和下限間的偏差的出現(xiàn)次數(shù)的函數(shù)?？梢愿鶕?jù)累加和的偏差是高于上限等級還是低于下限等級,來增加或減小相關參數(shù)。
文檔編號G06F17/10GK1346470SQ00806131
公開日2002年4月24日 申請日期2000年11月27日 優(yōu)先權日1999年12月11日
發(fā)明者K·R·懷特, C·J·古丁斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司