[发明专利]扩频无线电通信信号的基于倒谱的多径抑制

说明书

用于接收一个或多个RF信号的接收机以及方法，该RF信号包括与直接传播路径有关的分量、以及取决于传播环境而与反射传播路径有关的一个或多个附加分量，该接收机包括计算电路，该计算电路被配置为：‑计算接收到的信号与接收机处生成的RF信号的至少一个副本之间的至少第一相关函数(310)，并且至少针对所述第一相关函数的输出执行以下操作：○执行倒谱变换(410)，○从倒谱变换的输出中搜索一个或多个反射传播路径(411)，并且当检测到反射传播路径时，确定相关联的传播特性(412)，并且‑从接收到的信号或第一相关函数的输出中的一个中去除检测到的反射传播路径的贡献。

技术领域

本发明适用于扩频无线电通信领域，特别是卫星无线电导航领域。具体而言，本发明描述了一种被配置为在多径传播环境中跟踪卫星定位信号的GNSS接收机。

背景技术

存在已经被完全部署了多年的两种全球导航卫星系统(GNSS)(美国全球定位系统和俄罗斯GLONASS)，以及正在部署的两种全球导航卫星系统(中国北斗导航卫星系统和欧洲伽利略系统)。这些系统依赖于相同的原理：从沿轨道飞行的多个卫星广播微波射频(RF)信号；该信号携带PRN(伪随机噪声)码，其与被配置为接收广播信号的接收机中的本地副本相关；当接收机能够从卫星获取信号并跟踪信号时，其处理能力使用相关过程来对编码信号进行解调，并且计算伪距，其为接收机与卫星之间的距离。这个伪距与从其它卫星(在不需要高度估计时通常为四个或三个)获取的伪距相结合，以确定位置、速度和时间(PVT)。

定位消息通常由导航消息构成，包括包含有卫星的位置、星历和消息传输时间的信息。导航消息由PRN(伪随机噪声)码进一步调制，其中，每个卫星使用不同的PRN码，以使得GNSS接收机可以隔离源自一个特定卫星的信号。取决于准确度和频谱占用考虑因素，这些信号通常使用BPSK(二进制移位键控)或BOC(二进制偏移载波)调制。

然而，取决于传播环境，GNSS接收机从一个卫星接收的信号可以由信号的视线(LOS)和非视线(NLOS)路径的组合产生，LOS路径是卫星和接收机之间的直接传播路径，而NLOS路径是发生反射的结果。NLOS信号是LOS信号的延迟副本，具有潜在不同的振幅和相位，该延迟是直接传播路径和反射传播路径之间的距离差的函数。当GNSS接收机在城市或室内环境中操作时，尤其会存在多径反射。

这种多径信号的NLOS分量在接收信号的复合相关函数中产生伪像(artifact)，其用于同步接收机并且确定与卫星的伪距。伪像降低了所确定的同步位置的质量，从而影响了整体估计的质量。因此，在城市环境中定位准确度往往会比乡村环境(不存在树木的情况下)中更差，而这是要求高准确度的地方。

此外，由GNSS接收机接收的信号同时包括视线内所有卫星发送的相关联的多径反射和该信号，这进一步使接收过程复杂化。

已知不同的技术来处理接收信号中多径反射的检测和校正的问题。在这些技术中有均衡技术(线性均衡、决策反馈均衡器、自适应滤波器、Viterbi均衡器、Rake接收机……)，目的在于将接收信号的NLOS分量与LOS分量进行组合。然而，这些技术不一定适于均衡以低SNR(信噪比的首字母缩略词)操作的扩频信号，并且可能需要有学习阶段以便表征传播信道，这增加了锁定位置所需的时间，因此可能无法与城市环境中移动的接收机兼容，因为在这种情况下传播信道快速地变化。此外，当基于传播信道的估计时，当接收到的信号是源自不同发射机的各个信号的组合时，这些技术不适于执行该估计。

美国专利6,031,882描述了用于估计传播通道的特性并抑制多个传播路径的各种方法。

这些方法中的第一种方法称为“斜率转换方法”，其通过分析接收到的信号与信号的本地副本之间的相关函数的输出的斜率来确定多径反射的延迟。然后在接收到的信号和重构的多径信号之间使用最小二乘法来估计每个多径的复增益。已知它们相应的延迟和复振幅，可以抑制接收到的信号的多径反射。当噪声水平高时，该方法经受缺乏斜率转换分析的精度的困扰，并且需要高处理能力来确定反射的传播路径的振幅。