CN112596084A - 一种北斗b1c信号的多通道测距码生成装置及生成方法 - Google Patents

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杨伟新
李锋
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Abstract

本发明提供一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置及生成方法，装置包括地址单元、存储模块、多个缓存单元、多个码发生模块，其中，卫星通信的一个通道对应一个码发生模块，一个码发生模块对应两个缓存单元。存储模块中存储有一组勒让德序列，根据每一个通道的两个缓存单元寻址信号从存储模块中读取对应的两个勒让德序列，并根据两个勒让德序列，生成单通道的测距码。本发明中只需要在存储模块中存储一组原始的勒让德序列，即可实现卫星通信的每一个通道的测距码的产生，节省了存储模块的存储资源。

Description

一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置及生成方法
技术领域
本发明通信领域，更具体地，涉及一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置及生成方法。
背景技术
近年来全球卫星导航***(Global Navigation Satellite System，GNSS)正处于高速发展的阶段，北斗三号组网双星首发成功，标志着北斗导航***全球组网正式开启。
北斗三号卫星增加了性能更优的互操作信号，特别是BOC调制的B1C信号，其中包含BOC(1,1)调制的数据分量和QMBOC(6,1,4/33)调制的导频分量。
B1C信号测距码采用分层码结构，由主码和子码相异或构成，在接收机设计中，子码用于帧同步，数据分量不含子码，主码用于FPGA基带信号处理中的捕获与跟踪，通过Weil码截断产生，其生成方式如下：
Figure BDA0002769015820000011
式中，L(k)是码长为N的勒让德序列；w表示两个勒让德序列之间的相位差。通过对上述码长为N的Weil码序列进行循环截取，可得到码长为N0的测距码，即截断序列为：
c(n；W；p)＝W((n+p-1)mmod N；w)，n＝0，1，2...，N0-1；
式中，p为截取点，表示从Weil码的第p位开始截取，取值范围为1-N。B1C信号主码的码速率为1.023Mcps，码长为10230，由长度为10243的Weil码通过截断产生，w取值范围为1-5121。
B1C信号主码共有126个，数据码和导频码各63个。目前北三接收机大多是直接将软件方法生成的测距码存储在ROM中，每次从ROM中实时读取所需卫星的码序列。因为B1C信号同时有数据码和导频码，所以存储相同数量卫星的B1C信号主码将消耗两倍的存储资源，并且，其码周期较长，10230长度的码周期远大于2046长度的B1I信号，相比较而言，B1C信号的存储将消耗更多的硬件存储资源。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置及生成方法，用于根据一组勒让德序列生成卫星通信的每一个单通道的测距码，节省硬件存储资源。
根据本发明的第一方面，提供了一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置，包括地址单元、存储模块、多个缓存单元、多个码发生模块，其中，卫星通信的一个通道对应一个码发生模块，一个码发生模块对应两个缓存单元；
所述地址单元，用于存储卫星通信的各个通道的两个缓存单元寻址信号；
所述存储模块，用于存储一组勒让德序列；
两个所述缓存单元，用于根据所述地址单元当前指向所述存储模块的两个缓存单元寻址信号，从所述存储模块中读取对应的两个勒让德序列并分别进行缓存，其中，一个缓存单元缓存一个勒让德序列；
每一个所述码发生模块，用于根据对应的两个缓存单元中缓存的两个勒让德序列，生成单通道的测距码，并反馈两个缓存单元寻址信号。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做出如下改进。
在一种可能的实施方式中，所述存储模块包括一个16位宽、640深度的ROM存储器和一个3位宽的寄存器，所述存储模块中存储的勒让德序列为10243bit。
在一种可能的实施方式中，对于任一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，其中一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的相位差计数右移4位加1，另一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的截取点计数右移4位加1。
在一种可能的实施方式中，每一个所述码发生模块包括两个使用单元、运算器、调制单元和码输出单元，两个所述使用单元与所述码发生模块对应的两个所述缓存单元对应；
每一个所述使用单元，用于从对应的所述缓存单元中获取勒让德序列后，右移一位取最低位；
所述运算器，用于对两个使用单元的最低位进行异或运算，得到码片信息；
所述调制单元，用于产生副载波调制信号，基于副载波调制信号对所述码片信息进行副载波调制；
所述码输出单元，用于输出有副载波调制的北斗B1C信号的测距码主码序列。
在一种可能的实施方式中，所述副载波调制信号为方波信号，所述方波信号的周期为单位码片长度，所述副载波调制信号为1位宽寄存器变量；
所述调制单元，用于当频率使能信号使能时，对生成的副载波调制信号取反，生成方波信号。
在一种可能的实施方式中，所述码发生模块还包括与每一个使用单元对应的计数单元；
任一所述计数单元，用于对对应的使用单元的右移次数进行统计；
所述使用单元，用于当对应的计数单元统计到使用单元已经右移16位，获取对应的缓存单元中勒让德序列。
在一种可能的实施方式中，每一个所述缓存单元为16位宽，以通道的数量为周期进行循环刷新。
根据本发明的第二方面，提供一种北斗B1C信号的多通道测距码生成方法，包括：
确定卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号；
根据卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，从存储器中循环读取与当前通道的两个缓存单元寻址信号对应的两组勒让德序列；
根据两组勒让德序列，生成单通道测距码。
在一种可能的实施方式中，所述确定卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号包括：
对于任一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，其中一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的相位差计数右移4位加1，另一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的截取点计数右移4位加1。
在一种可能的实施方式中，所述根据两组勒让德序列，生成单通道测距码包括：
当频率使能信号使能时，根据两个缓存单元寻址信号，获取对应的两个勒让德序列后，右移一位取最低位；
对两个两个勒让德序列的最低位进行异或运算，得到码片信息；
产生副载波调制信号，基于副载波调制信号对所述码片信息进行副载波调制；
输出有副载波调制的北斗B1C信号的测距码主码序列。
本发明提供的一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置及生成方法，存储模块中存储一组勒让德序列，根据每一个通道的两个缓存单元寻址信号从存储模块中读取对应的两个勒让德序列，并根据两个勒让德序列，生成单通道的测距码。本发明只需要在存储模块中存储一组原始的勒让德序列，即可实现卫星通信的每一个通道的测距码的产生，节省了存储模块的存储资源。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置结构示意图；
图2为图1中每一个码发生模块的内部结构示意图；
图3为图2中码发生模块的内部工作原理示意图；
图4为本发明实施例提供的北斗B1C信号的多通道测距码生成装置的信号输入输出示意图；
图5为码发生模块的信号输入输出示意图；
图6是本发明实施例提供的一种北斗B1C信号的多通道测距码生成方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明实施例提供的一种北斗B1C信号的多通道测距码生成装置，如图1所示，装置包括地址单元、存储模块、多个缓存单元、多个码发生模块，其中，卫星通信的一个通道对应一个码发生模块，一个码发生模块对应两个缓存单元。
其中，地址单元，用于存储卫星通信的各个通道的两个缓存单元寻址信号；存储模块，用于存储一组勒让德序列；两个缓存单元，用于根据地址单元当前指向存储模块的两个缓存单元寻址信号，从存储模块中读取对应的两个勒让德序列并分别进行缓存，其中，一个缓存单元缓存一个勒让德序列；每一个码发生模块，用于根据对应的两个缓存单元中缓存的两个勒让德序列，生成单通道的测距码，并反馈两个缓存单元寻址信号。
可以理解的是，在卫星通信中，通常需要用到B1C信号测距码，传统的方式是将每一个卫星对应的测距码均存储于存储模块中，由于B1C信号测距码为10230bit，那么比如，存储模块要存储32颗卫星的测距码，那么对存储模块的内存资源有很高的要求。
基于此，本发明提供了一种能够节省存储模块的内存资源的测距码生成装置，其中，北斗卫星包括多个通道，每一个通道可生成一个对应的测距码，测距码的生成需要两个勒让德序列，每一个通道对应一个码发生模块，该码发生模块用来生成对应通道的测距码。由于码发生模块需要根据两个勒让德序列生成单通道的测距码，因此，一个码发生模块对应有两个缓存单元，用来缓存两个勒让德序列。
对于北斗卫星的任一个通道，可获取两个缓存单元寻址信号，其中，缓存单元寻址信号对应的是各个通道生成测距码所需勒让德序列在存储模块中的存储地址。对于北斗卫星所有通道对应的缓存单元寻址信号，按照一定的顺序依次置入地址单元中。
地址单元指向当前时刻存储模块的读取地址，缓存单元根据地址单元当前指向存储模块的两个缓存单元寻址信号，从存储模块中读取对应的两个勒让德序列并分别进行缓存。
码发生模块从两个缓存单元接收缓存的两个勒让德序列，基于两个勒让德序列，生成单通道的测距码，并反馈两个缓存单元寻址信号。
本发明实施例中，存储模块中存储一组勒让德序列，根据每一个通道的两个缓存单元寻址信号从存储模块中读取对应的两个勒让德序列，并根据两个勒让德序列，生成单通道的测距码。只需要在存储模块中存储一组原始的勒让德序列，根据原始的勒让德序列即可实现卫星通信的每一个通道的测距码的产生，相比传统的直接将生成的所有的卫星通信的测距码存储于存储模块，节省了存储模块的存储资源。
在一种可能的实施例方式中，存储模块包括一个16位宽、640深度的ROM存储器和一个3位宽的寄存器，存储模块中存储的勒让德序列为10243bit。
在一种可能的实施例方式中，对于任一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，其中一个缓存单元寻址信号的数值大小为任一个通道的相位差计数右移4位加1，另一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的截取点计数右移4位加1。
可以理解的是，对于北斗卫星的任意一个通道，根据卫星通信规范，均设计有对应的相位差计数和截取点计数，一个通道的两个缓存单元寻址信号中的其中一个缓存单元寻址信号为该通道的相位差计数右移4位加1得到的，另一个缓存单元寻址信号为该通道的截取点计数右移4位加1得到。
其中，两个缓存单元寻址信号数值大小分别等于各个通道的相位差计数和截取点计数右移4位并加1，相位差计数和截取点计数右移4位对应于各个通道生成码片所用勒让德序列的存储地址，加1后保证了缓存单元寻址信号始终为各个通道的后续勒让德序列所对应的存储地址，只要保证在使用单元用完之前，对应的缓存单元寻址信号置入地址单元中，就可以刷新相应的缓存单元，确保***正常稳定运行。
通过上述的工作方式，只需在存储模块中存储一组10243bit的勒让德序列，即可实现北斗B1C信号多通道测距码主码的实时产生，其关键在于多个缓存单元和多个缓存单元寻址信号的时序控制。对于北斗B1C信号的跟踪，FPGA时钟频率远大于B1C信号的码速率，各个缓存单元的刷新速率远大于各个缓存单元寻址信号的更新速率，上述***能正常稳定运行。对于北斗B1C信号的捕获，所需码速率远大跟踪，以最极端的情况为例，码频率使能信号为1，则由于副载波的存在，16位宽的使用单元可以使用32个时钟周期，相应的缓存单元刷新周期应不大于32个时钟周期，则可同时有16个码发生模块正常工作。
在一种可能的实施例方式中，参见图2，每一个码发生模块包括两个使用单元、运算器、调制单元和码输出单元，两个使用单元与码发生模块对应的两个缓存单元对应。
其中，每一个使用单元，用于从对应的缓存单元中获取勒让德序列后，右移一位取最低位；运算器，用于对两个使用单元的最低位进行异或运算，得到码片信息；调制单元，用于产生副载波调制信号，基于副载波调制信号对所述码片信息进行副载波调制；码输出单元，用于输出有副载波调制的北斗B1C信号的测距码主码序列。
可以理解的是，图2为每一个码发生模块的内部结构示意图，每一个码发生模块包括两个使用单元、一个运算器、一个调制单元和一个码输出单元，一个码发生模块中的两个使用单元与两个缓存单元对应。使用单元从对应的缓存单元中获取勒让德序列，并右移一位取最低位，并置入运算器中。运算器将两个使用单元移位后的勒让德序列进行异或操作，得到该通道的码片信息。
调制单元产生副载波调制信号，对运算器输出的单通道的码片信息进行副载波调制，通过码输出单元输出有副载波调制的北斗B1C信号的测距码主码序列。
其中，副载波调制信号为方波信号，方波信号的周期为单位码片长度，副载波调制信号为1位宽寄存器变量。调制单元，用于当频率使能信号使能时，对生成的副载波调制信号取反，生成方波信号。频率使能信号用以控制使用单元和调制单元的频率，也就是控制生成单通道测距码的频率。
在一种可能的实施例方式中，码发生模块还包括与每一个使用单元对应的计数单元；任一所述计数单元，用于对对应的使用单元的右移次数进行统计；使用单元，用于当对应的计数单元统计到使用单元已经右移16位，获取对应的缓存单元中勒让德序列。
可以理解的是，每一个码发生模块中还包括与两个使用单元对应的计数单元，其中计数单元对使用单元的使用次数进行统计，也就是对使用单元的右移次数进行统计。当计数单元统计到使用单元已经右移16次，将缓存单元中的勒让德序列置入使用单元中。
频率使能信号为外部提出的码速率需求，在频率使能信号的驱动下，副载波调制信号取反，在副载波调制信号的驱动下，两个使用单元同步进行移位操作。
在一种可能的实施例方式中，每一个缓存单元为16位宽，以通道的数量为周期进行循环刷新。
可以理解的是，每一个缓存单元为16位宽，每一个缓存单元是根据地址单元中的缓存单元寻址信号读取的存储模块中的勒让德序列，地址单元是循环存储各个通道对应的缓存单元寻址信号，因此，缓存单元也是以通道的数量为周期进行循环刷新，即更新缓存的勒让德序列。
图3示出了一种单通道测距码生成的逻辑图如图3所示，在单通道测距码生成的过程中，主要***相位计数信号、相位差计数信号、截取点计数信号。
码相位计数信号实现了码相位信号由0到10229的循环计数，码相位计数、相位差计数和截取点计数同步加1，在码相位信号等于10229时，使用单元和缓存单元共移位14位宽，在码相位信号等于10229时，码相位信号置0，相位差计数和截取点计数复位。
相位差计数信号对应一个使用单元计数信号和一个缓存单元寻址信号，其中，相位差计数信号的高位和低位分别对应缓存单元寻址信号和使用单元计数信号。同样的，截取点计数信号也对应一个使用单元计数信号和一个缓存单元寻址信号，其中，截取点计数信号的高位和低位分别对应缓存单元寻址信号和使用单元计数信号。当相位差和截取点的计数范围在10240-10243时，缓存单元寻址信号保持不变，使用单元置为3bit勒让德寄存器。
图2和图3均为码发生模块的内部工作原理，通过上述的工作方式，可以实现通道内输出实时的、首尾连续的、频率可控的、码相位可控的、且调制有副载波的北斗B1C信号测距码主码序列。
图4显示了根据本发明的一种北斗B1C信号多通道测距码生成装置的输入输出信号，其中，对于每一个通道，输入信号主要有频率使能信号、相位差计数信号截取点计数信号，将这几个信号输入生成装置，可生成每一个通道的测距码序列。
图5展示了一个码发生模块的输入输出信号，码发生模块的输入信号主要包括频率使能信号、相位差计数信号、截取点计数信号、两个缓存单元存储的两个勒让德序列，将这些信号输入码发生模块，即可输出单通道的测距码序列，主要包括1bit码序列和码相位，还反馈两个缓存单元寻址信号。
图6提供了一种北斗B1C信号的多通道测距码生成方法，主要包括：601、确定卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号；602、根据卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，从存储器中循环读取与当前通道的两个缓存单元寻址信号对应的两组勒让德序列；603、根据两组勒让德序列，生成单通道测距码。
其中，确定卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号包括：对于任一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，其中一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的相位差计数右移4位加1，另一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的截取点计数右移4位加1。
其中，根据两组勒让德序列，生成单通道测距码包括：当频率使能信号使能时，根据两个缓存单元寻址信号，获取对应的两个勒让德序列后，右移一位取最低位；对两个两个勒让德序列的最低位进行异或运算，得到码片信息；产生副载波调制信号，基于副载波调制信号对所述码片信息进行副载波调制；输出有副载波调制的北斗B1C信号的测距码主码序列。
可以理解的是，本发明实施例提供的北斗B1C信号的多通道测距码生成方法是在前述各实施例提供的北斗B1C信号的多通道测距码生成装置的基础上生成的各通道测距码。基于北斗B1C信号的多通道测距码生成装置生成各个通道的测距码的技术特征可参见前述各实施例的技术特征，在此不再赘述。
本发明实施例提供的北斗B1C信号的多通道测距码生成装置及生成方法，与卫星通信的各个通道对应的缓存单元寻址地址是按照一定的时序置入地址单元，地址单元按照一定的时序从存储模块中读取对应的勒让德序列，根据读取的勒让德序列，生成单通道的勒让德序列，只需要在存储模块中存储一组原始的勒让德序列，根据原始的勒让德序列即可实现卫星通信的每一个通道的测距码的产生，相比传统的直接将生成的所有的卫星通信的测距码存储于存储模块，节省了存储模块的存储资源。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种B1C信号的多通道测距码生成装置，其特征在于，包括地址单元、存储模块、多个缓存单元、多个码发生模块，其中，卫星通信的一个通道对应一个码发生模块，一个码发生模块对应两个缓存单元；
所述地址单元，用于存储卫星通信的各个通道的两个缓存单元寻址信号；
所述存储模块，用于存储一组勒让德序列；
两个所述缓存单元，用于根据所述地址单元当前指向所述存储模块的两个缓存单元寻址信号，从所述存储模块中读取对应的两个勒让德序列并分别进行缓存，其中，一个缓存单元缓存一个勒让德序列；
每一个所述码发生模块，用于根据对应的两个缓存单元中缓存的两个勒让德序列，生成单通道的测距码，并反馈两个缓存单元寻址信号。
2.根据权利要求1所述的多通道测距码生成装置，其特征在于，所述存储模块包括一个16位宽、640深度的ROM存储器和一个3位宽的寄存器，所述存储模块中存储的勒让德序列为10243bit。
3.根据权利要求1所述的多通道测距码生成装置，其特征在于，
对于任一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，其中一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的相位差计数右移4位加1，另一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的截取点计数右移4位加1。
4.根据权利要求1或3所述的多通道测距码生成装置，其特征在于，每一个所述码发生模块包括两个使用单元、运算器、调制单元和码输出单元，两个所述使用单元与所述码发生模块对应的两个所述缓存单元对应；
每一个所述使用单元，用于从对应的所述缓存单元中获取勒让德序列后，右移一位取最低位；
所述运算器，用于对两个使用单元的最低位进行异或运算，得到码片信息；
所述调制单元，用于产生副载波调制信号，基于副载波调制信号对所述码片信息进行副载波调制；
所述码输出单元，用于输出有副载波调制的北斗B1C信号的测距码主码序列。
5.根据权利要求4所述的多通道测距码生成装置，其特征在于，所述副载波调制信号为方波信号，所述方波信号的周期为单位码片长度，所述副载波调制信号为1位宽寄存器变量；
所述调制单元，用于当频率使能信号使能时，对生成的副载波调制信号取反，生成方波信号。
6.根据权利要求4所述的多通道测距码生成装置，其特征在于，所述码发生模块还包括与每一个使用单元对应的计数单元；
任一所述计数单元，用于对对应的使用单元的右移次数进行统计；
所述使用单元，用于当对应的计数单元统计到使用单元已经右移16位，获取对应的缓存单元中勒让德序列。
7.根据权利要求1或3或4所述的多通道测距码生成装置，其特征在于，每一个所述缓存单元为16位宽，以通道的数量为周期进行循环刷新。
8.一种北斗B1C信号的多通道测距码生成方法，其特征在于，包括：
确定卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号；
根据卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，从存储器中循环读取与当前通道的两个缓存单元寻址信号对应的两组勒让德序列；
根据两组勒让德序列，生成单通道测距码。
9.根据权利要求8所述的多通道测距码生成方法，其特征在于，所述确定卫星通信的每一个通道对应的两个缓存单元寻址信号包括：
对于任一个通道对应的两个缓存单元寻址信号，其中一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的相位差计数右移4位加1，另一个缓存单元寻址信号的数值大小为所述任一个通道的截取点计数右移4位加1。
10.根据权利要求8所述的多通道测距码生成方法，其特征在于，所述根据两组勒让德序列，生成单通道测距码包括：
当频率使能信号使能时，根据两个缓存单元寻址信号，获取对应的两个勒让德序列后，右移一位取最低位；
对两个两个勒让德序列的最低位进行异或运算，得到码片信息；
产生副载波调制信号，基于副载波调制信号对所述码片信息进行副载波调制；
输出有副载波调制的北斗B1C信号的测距码主码序列。
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