用于在DSSS系统中使用相变计数检测干扰信号的方法与设备

摘要

一种在无线通信设备(106)中检测窄带干扰信号(404)的方法，其包括接收无线通信信号(104)并将无线通信信号(104)下变频到中频(IF)信号(525)。数字化IF信号(525)，以提供数字信号(527)。解扩频、解调并监测数字信号(527)，以计数时间间隔(556)期间的相变的数目(562)。方法进一步包括将时间间隔(556)期间的相变的数目(562)与门限值(560)进行比较，如果时间间隔(556)期间的相变的数目(562)超过门限值(560)，则确定无线通信信号(104)不是窄带干扰信号(404)，如果时间间隔(556)期间的相变的数目(562)少于门限值(560)，确定无线通信信号(104)是窄带干扰信号(404)。

说明书

背景技术

在直接序列扩频(DSSS)系统中，高能量的窄带信号有可能干扰DSSS接收器。由于DSSS接收器中的解调过程的本性，进入解扩频器(despreader)的强信号导致从解扩频器输出的强信号。接收器使用解扩频器输出下行流是出于两个主要目的：1)解调传输的数据，和2)确定DSSS信号的信号强度。如果高能量的窄带信号进入解扩频器，解扩频器的输出的高幅度可能欺骗接收器，使接收器认为自己仍正确地跟踪DSSS信号。

现有技术的用于检测干扰的方法包括在预检测阶段对DSSS信号进行基于频率的分析，例如分析接收的信号的频域表示。这要求广泛地使用快速傅里叶变换(FFT)，这增大了接收器的处理器与存储器的负担，这是因为在信息处理期间必须存储多个时间间隔上的FFT输出。需要一种干扰检测的新方法，其可以容易地添加到现有接收器而没有额外的硬件需求，并对处理器与存储器施加最小的负担。

相应地，存在对克服上面略述的现有技术的缺点的设备与方法的显著需要。

附图说明

参照附图：

图1描绘无线通信系统的系统级图表，其遵照本发明的一个实施例；

图2是电信息通信(telematics)通信单元的框图，其遵照本发明的一个实施例；

图3是无线通信接收器的框图，其遵照本发明的一个实施例；

图4是频谱图，其遵照本发明的一个实施例；

图5是无线通信接收器的更详细的框图，其遵照本发明的一个实施例；

图6是一种方法的流程图，其遵照本发明的一个实施例；和

图7是另一方法的流程图，其遵照本发明的一个实施例。

本领域技术人员将意识到，为阐释的简单清晰起见，图中所示的组件不必按比例绘制。例如，一些组件相对于其它的尺度被夸大。进一步地，在适当的地方，引用标号在图中重复，以指示对应的组件。

具体实施方式

在下面对本发明的示例性实施例的详细描述中，参照了所附绘图，这些附图阐释特定的示例性实施例，本发明可实施于这些示例性实施例中。这些实施例以充分的细节描述，以允许本领域技术人员实施本发明，但可以利用其它实施例，并且可作出逻辑的、机械的、电器的与其它改变，而不偏离本发明的范围。因此，下面的详细描述不应被视作限制性的，且本发明的范围仅受所附权利要求书限制。

在下面的描述中，阐述了多种特定细节，以提供对本发明的全面理解。然而，应该理解，可实施本发明而无须这些特定细节。在其它示例中，未详细显示众所周知的电路、结构与技术，以免使本发明晦涩。

在说明书与权利要求中，可能使用术语“耦合”与“连接”，以及其变形。应该理解，这些术语无疑作为彼此的同义语。在特定实施例中，“连接”可用于指示两个或更多组件处于直接的物理、电气、或逻辑的接触。然而，“耦合”可意味着两个或更多组件彼此之间不处于直接接触，但仍然共同协作或彼此交互。

为解释的清晰起见，本发明的实施例部分地呈现为包括各个功能块。这些块表示的功能可通过使用共享或专用硬件来提供，包括，但不限于，有能力执行软件的硬件。本发明不限于任何特定组件集的实现，且这里的描述仅代表一个实施例。

图1描绘无线通信系统100的系统级图表，其遵照本发明的一个实施例。特别地，卫星102通过电信息通信通信单元110，向无线通信设备106或车辆108提供无线通信信号104。卫星102可以是任何通信卫星，例如用于本领域众所周知的全球定位系统(GPS)的卫星。在本发明的一个实施例中，卫星102仅可利用DSSS信号。无线通信设备106可以是任何被适配以接收无线通信信号104的通信设备，例如便携式GPS接收器，或者任何集成GPS接收器的设备，例如具有GPS能力的手机。电信息通信通信单元110优选地被适配以与耦合到电信息通信服务提供商114的另一无线通信网络112(例如蜂窝式通信网络)进行通信。

图2是电信息通信通信单元110的框图，其遵照本发明的一个实施例。如图2所示，电信息通信通信单元110可安装在图1的车辆108中。电信息通信通信单元110优选地包括具有各种输入/输出(I/O)端口的控制器204，以与车辆108的各种部件通信。例如，控制器204耦合到车辆总线206、电源210、人机接口(MMI)212与撞击传感器输入214。到车辆总线206的连接允许诸如开启车门锁、鸣响喇叭、闪烁车灯等操作。控制器204也优选地耦合到各种存储器组件，例如随机存取存储器(RAM)218或闪存220。电信息通信控制器204也优选地包括全球定位系统(GPS)单元222，其提供车辆的位置，如本领域众所周知的那样。电信息通信控制器204也优选地耦合到音频I/O 224，其优选地包括免提系统，该系统用于车辆的用户通过无线通信网络(例如蜂窝式电话网络)进行音频通信。

最后，电信息通信通信单元110可包括无线局域网(WLAN)节点226，该节点也耦合到控制器204，并允许支持WLAN的设备(例如无线通信设备227)与电信息通信控制器204之间的通信。无线通信设备227可与支持WLAN的控制器204通信，从而在通信链路228上通过任何WLAN协议(例如蓝牙、IEEE 802.11、IrdA、或任何其它WLAN应用)与网络接入设备232通信。通信链路228优选地在无线通信设备227与车辆的网络接入设备232之间提供本地低能量连接。网络接入设备232可以是，比如说，蜂窝式电话收发器或本领域众所周知的其它双向无线通信设备。

图3是无线通信接收器302的框图，其遵照本发明的一个实施例。无线通信接收器302可集成到GPS单元222或无线通信设备106中。无线通信接收器302耦合到天线303与射频(RF)电路，以接收无线通信信号104。无线通信接收器302进一步包括下变频器306，其耦合到解扩频器/解调器308，如本领域众所周知的那样。

在本发明的一个实施例中，无线通信信号104可以是从GPS卫星接收的GPS信号，例如来自图1中所示的卫星102的无线通信信号104。解扩频器/解调器308耦合到处理器310。处理器310耦合到实时时钟(RTC)312和与用户系统通信的通用异步接收器/发送器(UART)314。例如，UART 314可与无线通信设备106的控制器、电信息通信通信单元110的控制器204、或任何其它集成接收器302的设备进行通信。RTC 312耦合到已知的振荡器317。解扩频器/解调器308耦合到干扰检测电路307，其在下面更充分地讨论。

最后，处理器耦合到存储器部分320。存储器部分320优选地包括随机存取存储器(RAM)322、只读存储器(ROM)324与非易失存储器(NVM)326。接收器302的组件可集成到单个集成电路(IC)上，或多个IC上。尽管已知的振荡器317被显示为从接收器302分离，已知的振荡器317可集成到接收器302的IC上。

图4是频谱图400，其遵照本发明的一个实施例。GPS卫星在两个频带中发送GPS信号，传统地称为L1带与L2带。这些被称为GPS带。L1带具有标称载波频率1575.42MHz，而L2带具有标称载波频率1227.6MHz。然而，由于卫星与观察者之间的相对运动，这些频率可向上或向下多普勒频移达5kHz。大多数商用接收器仅使用L1带，这是因为L2带主要用于军事应用。

如图4所示，进入接收器302的无线通信信号104可以是GPS信号402，其中接收器302有着具有通带406的带通滤波器，以选择GPS信号402的想要的频率范围，以进行进一步处理。GPS信号402是具有大约50比特每秒(bps)的数据率以及1.023兆片(chip)每秒(Mchips/sec)的片率的相对低强度的信号。如果明显更强的窄带干扰信号404，例如，但不限于，连续波(CW)信号，占据通带406，解扩频器/解调器308之中的解扩频器的输出将始终具有高输出幅度，这将导致GPS接收器在该信道上的干扰。

在结束扩频之前，要调制的信号是M-PSK调制信号，其中M是整数并对应于可能的相位的数目，其中每一相位对应于特定源数据符号。对于四相相移键控(QPSK)信号，存在4种可能的相位，其允许2比特的符号。对于GPS，比如说，信号为二相相移键控(BPSK)，其具有两种可能的信号，其允许1比特的符号。由于要发送的源数据作为时间的函数而变化，发送的符号的相位也将作为时间的函数而变化。例如，如果BPSK信号正由接收器适当地解调，由于随机数据，将在随机时间发生180度相变。如果QPSK信号正由接收器适当地解调，则相变被定义为发生于随机时间的分别是大约n^*(90度)的相变，其中n是从1到3的整数。实际上，对于QPSK信号，存在发生于随机时间的90度相变。对于具有50bps的数据率的GPS信号，由于源数据不总是在1与0之间变换，每秒不超过50次相变。然而，给定任何DSSS信号，存在时间间隔期间的相变的预期最小数目。最小数目取决于数据率与要发送的数据的格式。

如果接收器302正跟踪与GPS信号402相比相对高能量的窄带干扰信号404，在时间间隔期间将存在小数目的相变(如果有的话)。例如，如果窄带干扰信号404是CW信号，在时间间隔期间不存在相变。结果，可监测时间间隔期间的相变的数目，以确定无线通信信号104是否是DSSS信号，例如GPS信号402，或者窄带干扰信号404。

图5是无线通信接收器502的更详细的框图500，其遵照本发明的一个实施例。如图5所示，在天线303处接收无线通信信号104，该天线耦合到下变频器306。在下变频器306中，首先通过带通滤波器512处理无线通信信号104，该滤波器优先地选择想要的频率，例如与GPS信号402相关联的频率，例如L1带与L2带中的频率。带通滤波器512耦合到放大器514，该放大器放大来自带通滤波器512的信号。混合器520将放大器514的输出与来自本地振荡器516的本地振荡器信号522混合。这样，混合器520下变频放大器514的输出的频率，以提供中频(IF)信号525。

本地振荡器516可包括频率合成器，其使用压控振荡器与锁相环来产生被锁相到参考振荡器的信号。参考振荡器(为清晰起见，未显示)可包括在无线通信设备106上，或者作为额外的接收器或GPS部件提供，在此情形中，其可以在接收器502的IC之内或之外。振荡器典型地为晶体振荡器，并可与温度补偿电路一起提供。

在初始的下变频后，通过模数(A/D)转换器524将IF信号525转换到数字信号527。其后，在数字信号527进入解扩频器/解调器308之前，通过I/Q分离器526将数字信号527分离为同相(I)分量528与正交(Q)分量530。

接着，I分量528与Q分量530进入最终的下变频过程539。I分量528进入混合器532并与来自数控振荡器(NCO)536的信号混合。Q分量530进入混合器534并与来自NCO 528的信号混合。来自NCO538的输出信号本质上是来自NCO 536的输出信号的相移版本。NCO538输出信号与NCO 536输出信号的相位相差90度。

这样，带通滤波器512、放大器514、混合器520、本地振荡器516、与最终的下变频过程539组成接收器502的下变频器306部分。下变频器306操作以滤出、放大、并减小由接收器502接收的无线通信信号104(例如GPS信号402)的载波频率。在一个实施例中，无线通信信号104为来自特定卫星102的GPS信号402，其典型地出现于具有1575.42MHz(名义L1载波频率)的平移多普勒频率的载波频率的频带中，该多普勒频率主要由卫星相对于接收器502的运动以及振荡器漂移引起。对应的GPS信号402在下变频到IF信号525之后将出现于具有低得多的载波频率的第二频带中。特别地，IF信号525的载波频率将是放大器514的输出的载波频率平移由本地振荡器信号522的频率确定的量。

尽管图5中显示了下变频器306的特定的示例性实施例，其它实施例也可被使用并处于本发明的范围之内。例如，尽管下变频器306被显示为具有一个放大器、一个带通滤波器与一个混合器，更多数目的放大器、带通滤波器与混合器可被使用并处于本发明的范围之内。

混合器520的输出由A/D转换器524转换到数字信号527。数字信号527进入I/Q分离器526。信号I528与信号Q530进入最终的下变频过程539。该过程的输出进入解扩频器/解调器308，其包括解扩频器543与M-PSK解调器548。解扩频器543包括相关器540、542。混合器532的输出与伪随机噪声(PN)码535耦合到相关器540，其生成I分量输出544。混合器534的输出也与PN码535耦合到相关器542，其生成Q分量输出546。在本发明的一个实施例中，例如GPS，PN码535是速率为1.023Mchips每秒的Gold码。

I分量输出544与Q分量输出546耦合到M-PSK解调器548，其中信号采样率从大约1/(相关器540与542的预先检测的间隔)降低到50Hz。在本实施例中，采样率从1kHz降低到50Hz。然而，采样率的其它降低处于本发明的范围之内。M-PSK解调器548保持对解调信号的相位552的跟踪并将其输出到干扰检测电路307的相变计数器554。解调信号的相位552可包括解调信号的相位信息，例如解调信号的实际相位552、解调信号的相位552中的变化、等等。由M-PSK解调器548输出的解调信号550，例如GPS比特流数据等，被送往处理器310，以用于接收器502与无线通信设备106中。通过合并至少经由四个GPS信道来自四颗GPS卫星的数据，接收器502能够计算其三维位置并确定正确的时间。GPS接收器可通过获取并跟踪来自相继的多颗不同的GPS卫星的信号，从多颗卫星获得该信息。然而，许多GPS接收器被提供为具有多个信号处理信道，每一信道对应于一特定GPS卫星，使得GPS可立刻处理来自多颗GPS卫星的GPS信号。在本发明的另一实施例中，解调信号的相位552可来自解调信号550，且解调信号550的相位中的变化被计算并被送往相变计数器554。

在本发明的一个实施例中，相变计数器554接收解调信号的相位552，如上面所描述的那样。无论何时解调信号的相位552改变，相变计数器554增加计数。例如，如果BPSK信号正由接收器502适当地解调，将在随机时间发生大约180度相变，对于每一相变，相变计数器554增加。如果QPSK信号正由接收器适当地解调，则相变被定义为发生于随机时间的分别是大约n^*(90度)的相变，其中n是从1到3的整数。实际上，对于QPSK信号，存在发生于随机时间的90度相变，对于每一相变，相变计数器554增加。

相变的数目562由相变计数器554在时间间隔556期间进行计数，并输出到比较器564。在每一时间间隔556的末尾，通过比较器564将时间间隔556期间的相变的数目562与门限值560进行比较。时间间隔556可以是任何方便的时间间隔，例如，1秒。

在本发明的一个实施例中，对于特定DSSS系统，门限值560应小于标称数据比特率。作为实施例的示例，GPS信号具有标称数据比特率50bps，意味着每秒不超过此相变，这是因为源数据通常不在1与0之间交替变化。因此，对于被设计为处理GPS信号402的接收器502，门限值560应小于每秒50次相变。在本发明的优选实施例中，门限值560应不超过标称数据比特率的10％，以避免无线通信信号104为窄带干扰信号404的虚假指示。在本特定实施例中，对于50bps的GPS信号，应将门限值560设置为每秒不超过5次相变。本示例不是对本发明的限制，任何门限值560均处于本发明的范围之内。

在本发明的一个实施例中，将比较器566的输出存储在，比如说，寄存器568中，使得在将相变计数器554重置为零后保留比较器566的输出，以用于下一时间间隔556。在本发明的一个实施例中，比较器566的输出是通过条件569或失败条件571。当时间间隔556期间的相变的数目562超过门限值560时，通过条件569发生。通过确定无线通信信号104是，比如说，想要的DSSS信号、GPS信号、等等，这使得无线通信信号104有效。当时间间隔556期间的相变的数目562低于门限值560时，失败条件571发生。通过确定无线通信信号104是窄带干扰信号404，这使得无线通信信号104无效。

在每一时间间隔556的末尾，发送信号以重置干扰检测电路307的组件，并初始化比较器564对相变数目562的比较。向相变计数器554发送信号577，以将相变的数目562重置为零。延时器558被包括以用于信号557，以确保相变计数器554在被复位之前向比较器输出相变的数目562。发送信号573，以初始化比较器对相变计数器554在时间间隔556期间累计的相变数目562与门限值560的比较。信号575指示寄存器568将轮询比较器输出566。

在本发明的一个实施例中，寄存器568存储并输出通过条件569与失败条件571中的每一个的记录。可将这些通过条件569与失败条件571中的每一个发送给算法572，其可使用干扰检测电路307的结果来与接收器502的处理器310一起采取适宜的操作。例如，在GPS系统中，如果无线通信信号104有效，从而被确定为GPS信号402而非窄带干扰信号404，则对应于无线通信信号104的GPS信道(例如L1带)可被包括在GPS位置、时间、速度(PVT)解中。如果无线通信信号104无效，从而被确定为窄带干扰信号404，算法572可采取一个或多个操作。在一个实施例中，可重新初始化对应于无线通信信号104的GPS信道，并试图在对应的GPS信道上重新获得无线通信信号104。在另一实施例中，可从GPS PVT解中排除对应于无线通信信号104的GPS信道，而无需重新初始化信道。在又一实施例中，可将失败条件571与另一干扰信号监测方法进行交叉检查，以进行确认。

图6是一种方法的流程图600，其遵照本发明的一个实施例。在步骤602中，将无线通信信号104下变频到IF信号525，其后使用A/D转换器524将IF信号525数字化为数字信号527。还是在步骤602中，可由I/Q分离器526将数字信号527分离为I分量与Q分量，其后由最终的下变频过程539将I分量与Q分量下变频。在步骤603中，下变频过程539的I与Q输出通过解扩频器/解调器308，如上面所描述的那样。在步骤604中，从解扩频器/解调器308向相变计数器554输出解调信号的相位552。在本发明的一个实施例中，从M-PSK解调器548输出解调信号的相位552。相变计数器554在时间间隔556期间对相变的数目562进行计数。在步骤606中，确定时间间隔556期间的相变的数目562是否超过门限值560。如果是这样，在步骤608，记录通过条件569，在步骤612，存储通过条件569。如果不是，在步骤610，记录失败条件571，在步骤612，存储失败条件571。如上面所讨论的那样，通过条件569使无线通信信号104有效，即不是窄带干扰信号404，而是想要的DSSS信号、GPS信号、等等。失败条件571使无线通信信号104无效，即指示无线通信信号104可能是窄带干扰信号404。

在步骤614中，确定干扰检测电路307指示通过条件569还是失败条件571。如果指示通过条件569，在步骤616中，在GPS PVT解中包括对应于无线通信信号104的GPS信道，且干扰检测电路307继续测试无线通信信号104，如自步骤616发出的返回箭头所指示的那样。

如果指示失败条件571，可采取一个或多个操作，如步骤618与620所指示的那样。在步骤618中，可从GPS PVT解排除对应于无线通信信号104的GPS信道。在步骤620中，可重新初始化对应于无线通信信号104的GPS信道，并试图在对应的GPS信道上重新获得无线通信信号104。

图7是另一方法的流程图700，其遵照本发明的一个实施例。在步骤702中，接收器502接收无线通信信号104。在步骤704中，由带通滤波器512、放大器514与混合器520将无线通信信号104下变频到IF信号525，如上面所描述的那样。在步骤706中，由A/D转换器524将IF信号525数字化为数字信号527，由I/Q分离器526分离为I分量与Q分量，并通过最终的下变频过程539。在步骤708中，由解扩频器/解调器308将数字信号527解扩频并解调，如上面所描述的那样，以提供解调信号550与解调信号的相位552。在步骤710中，确定时间间隔556期间的解调信号的相位552的相变的数目562是否超过门限值560。如果是这样，在步骤712，使无线通信信号104有效，并在步骤714，确定无线通信信号104不是窄带干扰信号404。在步骤716中，确定无线通信信号104是GPS信号402。在步骤718中，在GPS PVT解中包括对应于无线通信信号104的GPS信道。

如果在步骤710中，时间间隔556期间的相变的数目562小于门限值560，则在步骤720，使无线通信信号104无效，并在步骤722，确定无线通信信号104是窄带干扰信号404。在此情形中，可采取一个或多个操作，如步骤724与726所指示的那样。在步骤724中，可从GPS PVT解排除对应于无线通信信号104的GPS信道。在步骤726中，可重新初始化对应于无线通信信号104的GPS信道，并试图在对应的GPS信道上重新获得无线通信信号104。

尽管我们显示和描述了本发明的特定实施例，本领域技术人员将意识到进一步的修改与改进。因此，需要理解的是，所附权利要求书意欲覆盖所有这样的属于本发明的真正实质与范围的修改与变化。