用于检测分组同步的系统和方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：用于检测分组同步的系统和方法
用于检测分组同步的系统和方法发明背景发明领域本发明涉及检测来自基于无线电的卫星系统的信号的分组同步，尤其涉及GPS帧同步和GL0NASS串同步。相关技术现今运行的GPS (全球定位系统)和GL0NASS (全球导航卫星系统)是基于无线电的卫星系统。为了提供全球覆盖，GPS使用24到32颗卫星。假定最小数目的24颗卫星，在6条轨道中的每一条轨道中部署4颗卫星。这6个轨道平面的升交点间隔60度。在该配置中，在任何时间从任何给定点应当最少有6颗卫星在视野中。为了提供全球覆盖，GL0NASS包括24颗卫星，其中21颗卫星可用于发射信号而3颗卫星可用作备用。这24颗卫星部署在3条轨道中，每条轨道有8颗卫星。这3个轨道平面的升交点间隔120度。在该配置中，在任何时间从任何给定点应当最少有5颗卫星在视野中。GPS和GL0NASS两者均广播两种信号:粗略捕获(C/A码)信号和精确(P码)信号。一般而言，全球定位设备(本文中称为接收机)锁定到C/A传输而不是P传输。P传输比C/A传输长得多，因此例如通过使用同步来锁定是不切实际的。一旦通过C/A传输建立了锁定，则C/A传输自身就可提供快速P锁定。GPS和GL0NASS的C/A码被选择以达到良好的互相关特性，这些C/A码可被生成为两个最大长度移位寄存器序列的模2总和。每个GPS卫星传送其自己唯一的C/A码，该C/A码具有可标识的伪随机噪声码号(PRN#).相反,每个GL0NASS卫星传送相同的C/A码,并由其信道号(CHN#)标识。C/A码包括导航数据，该导航数据提供关于卫星的确切定位的信息、板上原子钟的偏移和漂移、和关于系统中其他卫星的信息。在GPS中，用于导航数据的C/A格式包括字、帧、和子帧。这些字是30比特长；10个字组成一个子帧；并且5个子帧组成一个帧。在GPS中，C/A码是1023比特长、以1.023Mbps传送，因此具有Ims的重复周期。在GL0NASS中，C/A格式是串，其中每个串包括1.7秒的导航数据和0.3秒的时间标记序列。值得注意的是，GL0NASS中的C/A码是511比特长、以511kbps传送，并因此具有与GPS相同的码重复周期(即，lms) o随着如今可用于提供位置信息的GL0NASS卫星的出现，期望具有包括使用GPS和GL0NASS信号两者进行定位的能力的系统。因此，提出了同步到GPS和GL0NASS信号两者的需要。发明概述描述了一种为GPS信号提供帧同步的方法。该方法可包括对GPS比特执行相干比特提取并随后基于该相干比特提取的诸比特来执行相干帧边界检测。并发地，可对GPS比特执行差分比特提取和基于该差分比特提取的诸比特执行差分帧边界检测。不论是相干帧边界检测和差分帧边界检测中哪一个首先找到帧边界，该帧边界被用于帧同步。
在一个实施例中，对这些GPS比特执行相干比特提取可包括找到第一 GPS子帧的第一遥测(TLM)字的前置码、第一 TLM字和第一切换字(HOW)字的奇偶校验比特、第一 HOW字的星期时间(T0W)、和第一 HOW字的子帧ID比特。执行相干帧边界检测可包括使用第一TLM字和第一 HOW字的奇偶校验比特来检查它们的有效性，以及在有效的第一 HOW字跟随有效的第一 TLM字时声明TOW同步。对这些GPS比特执行相干比特提取可进一步包括找到第二 GPS子帧的第二 TLM字的前置码、第二 TLM字和第二 GPS子帧的HOW字的奇偶校验比特、第二 HOW字的T0W、和第二HOW字的子帧ID比特。执行相干帧边界检测可进一步包括使用第二 TLM字和第二 HOW字的奇偶校验比特来检查它们的有效性。在(I)有效的第二 HOW字跟随有效的第二 TLM字，(2)第二 TOW等于第一 T0W+1，并且(3)第二子帧ID比特等于所述第一子帧ID比特+1时，声明所检测的帧边界。在一个实施例中，相干和差分边界检测仅在存储了两个字之际执行。该方法可使用两个字的滑动窗，其中可删除这两个字的先进GPS比特并添加新GPS比特作为这两个字的后进GPS比特。可按需重复执行对GPS比特的相干和差分比特提取以及相干和差分帧边界检测，直至检测出GPS帧边界。对GPS比特执行差分比特提取可包括找到GPS子帧的遥测(TLM)字的前置码、和切换字(HOW)字的星期时间(STOW)的受限数目的最高有效比特(MSB)。执行差分帧边界检测可包括使用该前置码标识该TLM字。在这点上，可保存受限数目的幸存路径，其中幸存路径是帧边界最有可能的位置.在一个实施例中，该受限数目的幸存路径是可能的300个位置中的10-12个位置。在执行差分帧边界检测时，可使用多个TLM和HOW字。因此，可更新幸存路径以反映帧边界的最有可能的位置。在一个实施例中，每次使用所述前置码标识TLM字时，向一度量加+1。可存储最近的STOW的值，以及在当前STOW等于最近的STOW时，将STOW标志设置为开。在(I)该度量大于或等于一阈值并且该STOW标志被设置为开时声明所检测的帧边界。在一个实施例中，该阈值可以是时间的函数。例如，该阈值可每IOms增加“I”。还提供了一种为GL0NASS信号提供串同步的方法。该方法包括对GL0NASS比特执行相干和差分比特提取。在一个实施例中，对于相干和差分比特提取两者，可每IOms提取30个比特。随后可以相干和差分模式并行地执行基于相干比特提取的诸比特的串边界检测。不论是相干串边界检测和差分串边界检测中哪一个首先找到串边界，该串边界被用于串同步。执行相干串边界检测可包括将这30比特与GL0NASS的时间标记相关而无需比特翻转。随后可基于该相关指派对于每个相关输出值的度量。在一个实施例中，可每2秒为每个比特位置累加该度量。可基于最高的所累加的度量标识受限数目的幸存路径(例如，8条幸存路径)。可为每个所提取的序列按需更新幸存路径。随后可作出所累加的度量集是否大于或等于阈值的确定，并且若是，则声明时间标记边界检测。值得注意的是，时间标记边界检测可提供串同步。对GL0NASS比特执行差分比特提取还可包括每IOms提取30比特。用于执行差分串边界检测的步骤类似于为相干串边界检测描述的那些步骤；然而，可用比特翻转来执行30比特与时间标记的相关。在一个实施例中，差分串边界检测和相干串边界检测的阈值是不同的。还描述了计算机可读存储设备。此存储设备可包括指令，这些指令在由计算机执行时可执行以上所述的用于为GPS/GL0NASS信号提供帧/串同步的步骤。附图简述

图1图解了能执行混合比特提取(S卩，使用相干比特提取和差分比特提取两者)以检测帧边界的示例性GPS帧边界检测系统。图2A图解了 TLM (遥测)字的结构，TLM字是子帧的第一个字。图2B图解了 HOW (切换字)的结构，HOff是子帧的第二个字。图3图解了使用以上所述的TLM和HOW比特的子集以用于帧同步(sync)的示例性技术。图4图解了示出不同数目的幸存路径用于相干和差分比特检测的性能的图表。图5图解了示出给定15秒的超时的情况下的示例性GPS帧边界检测成功率的图表。图6图解了示出给定30秒的超时的情况下的示例性GPS帧边界检测成功率的图表。图1图解了示出给定45秒的超时的情况下的示例性GPS帧边界检测成功率的图表。图8A图解了包括以双二进制码形式的85个数据比特和30比特时间标志的GL0NASS 串 800。图SB示出基于由(每IOms改变极性的)迂回序列进行的调制的以相对码形式和以双二进制码形式两者的这85个数据比特。图9图解了示例性GL0NASS串边界检测系统的框图。图10图解了示例性时间标志边界检测技术，其可使用具有受限数目的幸存路径的软搜索方案。图11和12图解了标绘用于相干和差分比特边界检测的评分阈值对误报警的图表。图13图解了简要概述时间标志检测技术的流程图。图14A和14B比较相干模式中使用20ms比特边界辅助的不同检测阈值(即，le_3(1(T3)和 le-4 (1(T4))。图15A和15B比较差分模式中使用20ms比特边界辅助的不同检测阈值(即，le_3和 le_4)。图16A和16B比较使用20ms比特边界辅助的相干模式对差分模式的时间标志性倉泛。图17A和17B比较不用20ms比特边界辅助的相干模式对差分模式的时间标志性倉泛。附图的详细描述图1图解了能执行混合比特提取(S卩，使用相干比特提取和差分比特提取两者)的示例性GPS帧边界检测系统100。在此实施例中，使用锁频环(FLL) 101的追踪块可输出FLL频率输出102。积分及转储(I&D)块103可将预定数目的FLL频率输出102积分并随后生成输出。在一个实施例中，I&D块103可实现20:1的积分和转储过程。相干比特提取块104可接收FLL频率输出102以及I&D块103的输出。差分比特提取块106可仅接收I&D块103的输出。帧边界检测块105和107可分别接收相干比特提取块104和差分比特提取块106的输出。复用器108可被用来选择帧边界检测块105和107的输出之一。在一个实施例中，控制信号109选择第一个生成帧同步信号的帧边界检测块。如本文中进一步详细描述的，与帧边界检测105相关联的相干比特提取能提供高动态检测，而与帧边界检测107相关联的差分比特提取能提供高灵敏度检测。如图1中所示，在GPS中，差分和相干这两条路径执行相同的帧同步规程。注意到差分和相干两种方法均具有高和低阈值路径。不论是相干还是差分，比特提取都取决于GPS帧的某些功能方面。GPS帧包括5个子�。�5个子帧的前3个是星历数据。每个子帧具有10个字，其中每个字具有含有6个奇偶校验比特的30个比特。为了正确地提取星历数据，必须找到每个子帧的起始位置。如以下进一步详细描述的，子帧中第一和第二个字的特定比特可被用于帧边界检测。图2A图解了 TLM (遥测)字200的结构，TLM字是子帧的第一个字。TLM字200具有8比特的前置码(1-8)、16个保留比特(9-24)、和6个奇偶校验比特(25-30)。在一个实施例中，这8比特的前置码可被用于帧边界检测。值得注意的是，这8比特的前置码是固定的，这些比特为“10001011”。图2B图解了 HOW (切换字)210的结构，HOff是子帧的第二个字。HOW字210具有17比特的TOW (星期时间)(1-17)(左边的MSB (最高有效比特))和右边的LSB (最低有效比特))、2个标志比特(18-19) (18:用于配置000的同步标志和用于配置001的反欺骗标志)(19:用于配置000的动量(momentum)标志和用于配置001的警报标志)、和3个子帧ID比特(20-22)、以及6个奇偶校验比特(25-30)。在一个实施例中，TOW比特和子帧ID比特可被用于帧边界检测。图3图解了使用以上所述的TLM和HOW比特的子集以用于帧同步(sync)的示例性技术300。在技术300中，在步骤301中开始以后，在步骤302中，2个字的滑动窗(S卩，长60比特)可被用来填充缓冲器(例如，FIFO (先进先出))。一旦缓冲器充满，如步骤303中所指示的，就可并发地操作两组步骤。第一组步骤(即，步骤308-310)可以短估计周期使用高阈值，其提供了对高SNR (信噪比)的快速检测。这组步骤还可被表征为关于相干提取所描述的高动态检测。第二组步骤(即，步骤304-307)可为低SNR以长估计周期使用低阈值。值得注意的是，这两组步骤可并发地操作，直至它们中的一组检测出并验证子帧边界。在步骤308，可通过找到固定前置码来标识TLM字。可使用奇偶校验比特来检查TLM字的有效性。在(如其奇偶校验比特所确定的)有效HOW字跟随所标识的有效TLM字时，随后可声明TOW同步状况。在该点处，可开始数据提取(由输出子帧消息312触发)。在一个实施例中，可在步骤308中提取HOW字的TOW比特和子帧ID比特(其中HOW字的D29和D30将一直为零)。注意到，如果未找到TOW同步，则技术返回至步骤302以供下一比特重新进行TOW同步测试。步骤309确定下一 TLM和HOW字何时到达。如果下一 TLM和HOW字尚未到达，则技术300返回至步骤302以用于下一比特。在新的TLM和HOW字到达之后，还可标识并验证这些新的TLM和HOW字(即，实质上确认新到达的TLM和HOW字的TOW同步状况)。值得注意的是，如果新到达的TOW和HOW字的所提取的TOW和子帧ID (SID)等于T0W_旧+1和SID_旧+1，则可在步骤310中声明帧同步状况。也就是说，TOff (被截短的Z计数)和SID必须递增I。若否，则在步骤311中退出TOW同步状况并重新进行TOW同步，S卩，可(每20ms)在传入比特处检查TOW同步状况。在该点处，技术300返回至步骤302。在一个实施例中，不退出经验证的帧同步(结束步骤313)，除非GML检测到丢失的相关器中断、或者检测到数据解调与子帧处理之间的缓冲器溢出。如以上所指示的，在(如步骤303所确定的)缓冲器充满时，(对应于以长估计周期低阈值的)步骤304-306与步骤308-310并发地操作。步骤304-306在信号功率较低时尤其有用，由此降低了通过以上所述的用于TLM和HOW字两者的准则的概率。如以下进一步详细描述的，这些步骤可使用HOW字的较少比特(由此“低”阈值)来进行帧同步确定。步骤304 (类似于步骤308)可使用固定的、8比特前置码来标识TLM字。如果未找到TLM字，则技术300返回至步骤302以供要被载入缓冲器中的下一个比特。在找到前置码之后，步骤305可提取17比特TOW的前(S卩，MSB的)6比特(此后称作STOW (短T0W))。注意到，STOW在3.4小时内不改变，因此在检测过程期间可被视为常量。(此外，如果检测过程正好跨越STOW转换，则仅比特6被影响，这是可接受的。)在提取之后，步骤306可更新幸存路径的内容。幸存路径是保持在存储器中用于继续验证的潜在帧同步位置。这些幸存路径中的每一条可包括比特索引(0 299，即，其中每个子帧具有300比特)、度量的总和(以下描述)、最近的STOW、和经验证的STOW的标志(即，如果新STOW等于先前ST0W，则将标志设为开)。在一个实施例中，每次8比特的前置码得到匹配时，度量可被增加“I”。如果这些度量的总和大于或等于阈值并且经验证的STOW的标志为开，则声明帧同步状况并且技术300在步骤313中结束。在一个实施例中，该阈值可以是时间的函数，并且可以每10秒增加“I”。例如，该阈值可对于小于40秒的时间设为3，对于40与50秒之间的时间设为4，对于50与60秒之间的时间设为5。这对应于以下关系:阈值=max(3，floor (时间/10))(其中，一般的max(A，B)运算选择A和B中的较大者，并且一般的floor (C)运算取C的整数部分)。图4图解了示出不同数目的幸存路径用于相干和差分比特检测的性能的图表400。理想情形是300，这意味着所有可能情形均被保存。一种商业可行的数字是12或10，其以少量损耗(小于0.1dB)显著降低复杂度。在此情形中，仅记录并检查前12或10个出现的前置码匹配。图5图解了示出给定15秒的超时的情况下的示例性GPS帧边界检测成功率的图表500。图6图解了示出给定30秒的超时的情况下的示例性GPS帧边界检测成功率的图表600。图7图解了示出给定45秒的超时的情况下的示例性GPS帧边界检测成功率的图表700。注意到，为了生成图表500、600、和700的仿真，帧边界检测概率是每1500比特(30秒)仿真的。NB=3和PH=I被选作相干比特提取参数设置，并且lOHz/s多普勒斜率被选作默认损害。该概率是从10000次仿真中计算出的。低阈值情形的参数如下:阈值=max(3, floor (时间/10))并且幸存路径的数目为12。表I指示图5、6、和7中所示的GPS帧检测结果的性能概述。表1:GPS巾贞检测的性能概述
权利要求
1.一种为GPS信号提供帧同步的方法，所述方法包括: 对GPS比特执行相干比特提取；基于所述相干比特提取的比特执行相干帧边界检测；对所述GPS比特执行差分比特提�。� 基于所述差分比特提取的比特执行差分帧边界检测，其中，执行差分帧边界检测和执行相干帧边界检测是并发进行的；以及提供帧同步，其中，不论是所述相干帧边界检测和所述差分帧边界检测中哪一个首先找到帧边界，所述帧边界被用于所述帧同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述GPS比特执行所述相干比特提取包括:找到第一 GPS子帧的第一遥测(TLM)字的前置码、所述第一 TLM字和第一切换字(HOW)字的奇偶校验比特、所述第一 HOW字的星期时间(T0W)、和所述第一 HOW字的子帧ID比特。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，执行所述相干帧边界检测包括:使用所述第一 TLM字的奇偶校验比特来检查所述第一 TLM字的有效性。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，执行所述相干帧边界检测包括:使用所述第一个HOW字的奇偶校验比特来检查所述第一 HOW字的有效性。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，执行所述相干帧边界检测包括:在有效的第一HOff字跟随有效的第一 TLM字时声明TOW同步。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述GPS比特执行相干比特提取包括:找到第二 GPS子帧的第二 TLM字的前置码、所述第二 TLM字和所述第二 GPS子帧的HOW字的奇偶校验比特、第二 HOW字的T0W、和所述第二 HOW字的子帧ID比特。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，执行所述相干帧边界检测包括:使用所述第二TLM字的奇偶校验比特来检查所述第二 TLM字的有效性。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，执行所述相干帧边界检测包括:使用所述第二 HOW字的奇偶校验比特来检查所述第二 HOW字的有效性。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，执行所述相干帧边界检测包括:在(I)有效的第二 HOW字跟随有效的第二 TLM字，(2)第二 TOW等于第一 T0W+1，并且(3)所述第二子帧ID比特等于所述第一子帧ID比特+1时，声明所检测的帧边界。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括，仅在两个字被存储时，继续执行相干和差分边界检测。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括，删除所述两个字的先进GPS比特并添加新GPS比特作为所述两个字的后进GPS比特，以及重复执行对GPS比特的相干和差分比特提取以及相干和差分帧边界检测。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述GPS比特执行差分比特提取包括；找到GPS子帧的遥测(TLM)字的前置码、和切换字(HOW)字的星期时间(STOW)的受限数目的最高有效比特(MSB)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，执行所述差分帧边界检测包括:使用所述前置码标识所述TLM字。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，执行所述差分帧边界检测包括:保存受限数目的幸存路径，其中所述幸存路径是所述帧边界的最有可能的位置。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述受限数目的幸存路径是可能的300个位置中的10-12个位置。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括，使用多个TLM和HOW字执行所述差分帧边界检测，以及更新所述幸存路径以反映帧边界的最有可能的位置。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括，每次使用所述前置码标识TLM字时，向一度量加+1。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括，存储最近的STOW的值，以及在当前STOW等于所述最近的STOW时，将STOW标志设置为开。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，执行所述差分帧边界检测包括；在(1)所述度量大于或等于一阈值并且所述STOW标志被设置为开时声明所检测的帧边界。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述阈值是时间的函数。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述阈值每IOms增加“I”。
22.—种为GL0NASS信号提供串同步的方法，所述方法包括: 对GL0NASS比特执行相干比特提取；基于所述相干比特提取的比特执行相干串边界检测；对所述GL0NASS比特执行差分比特提�。� 基于所述差分比特提取的比特执行差分串边界检测，其中，执行差分串边界检测和执行相干串边界检测是并发进行的；以及提供串同步，其中，不论是所述相干串边界检测和所述差分串边界检测中哪一个首先找到串边界，所述串边界被用于所述串同步。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，对GL0NASS比特执行相干比特提取包括:每IOms提取30比特。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，执行相干串边界检测包括:将所述30比特与GL0NASS的时间标记相关而无需比特翻转。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，执行相干串边界检测进一步包括:为每个相关输出值指派度量。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，执行相干串边界检测进一步包括:每2秒为每个比特位置累加所述度量。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，执行相干串边界检测进一步包括:基于最高的所累加的度量标识受限数目的幸存路径。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，幸存路径的所述受限数目是8。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，执行相干串边界检测进一步包括:为每个所提取的序列按需更新所述幸存路径。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，执行相干串边界检测进一步包括:确定所累加的度量集是否大于或等于一阈值，并且若是，则声明时间标记边界检测，其中时间标记边界检测提供所述串同步。
31.如权利要求22所述的方法，其特征在于，对所述GL0NASS比特执行差分比特提取包括:每IOms提取30比特。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，执行差分串边界检测包括:用比特翻转将所述30比特与GLONASS的时间标记相关。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，执行差分串边界检测进一步包括:为每个相关输出值指派度量。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，执行差分串边界检测进一步包括:每2秒为每个比特位置累加所述度量。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，执行差分串边界检测进一步包括:基于最高的所累加的度量标识受限数目的幸存路径。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，幸存路径的所述受限数目是8。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，执行差分串边界检测进一步包括为每个所提取的序列按需更新所述幸存路径。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，执行差分串边界检测进一步包括:确定所累加的度量集是否大于或等于一阈值，并且若是，则声明时间标记边界检测，其中时间标记边界检测提供所述串同步。
全文摘要
为GPS信号提供帧同步的方法可包括对GPS比特执行相干比特提取并随后基于该相干比特提取的诸比特来执行相干帧边界检测。并发地，可对这些GPS比特执行差分比特提取和基于该差分比特提取的诸比特来执行差分帧边界检测。不论是相干帧边界检测和差分帧边界检测中哪一个首先找到帧边界，随后该帧边界被用于帧同步。为GLONASS信号提供串同步的方法包括对GLONASS比特执行相干和差分比特提取。
文档编号G01S19/25GK103154773SQ201180047382
公开日2013年6月12日申请日期2011年9月14日优先权日2010年9月30日
发明者G·李, H-J·郑申请人:高通股份有限公司

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用于检测分组同步的系统和方法