TWI357745B - Method for receiving a first signal channel and a - Google Patents

Description

1357745 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於衛星信號接收！！，_麵於—種應用於全 球導航衛星系統的自適應性分時多工接收器及相應方法，其中全 球導航衛星系統係以導頻通道與資料通道定位衛星。 【先前技術】

於接收器檢測擴頻信號所承載之資_間，其中承載資料之 擴頻信號係經由全料航衛緣_心全球定㈣統，全球導 航衛星系統及㈣略系财)所傳送，血需封慮的三個參數： 可見衛星識別碼，都卜勒頻率及碼相位。於冷啟動狀態時，即最 初接收器剛開始運作之時，可見衛星識別碼，都卜勒頻率及碼相 位等參數皆為未知。因此有必要對每—藉由以上三個參數所可能 的形成之組合進行嘗試。其巾狀衛星識別碼，特定之都卜勒頻 率及特定之碼她卿成德合稱為—假歸刺㈣）。對衛星 SVx而言，倘若錢個可能都卜勒頻率_，dfi，脂，…咖小 以及N個碼她CP0, cpi, cp2, ._為例，則存在M X N箱 假設’如第1圖所示。藉此可推導倘若存在⑽衛星哪咖 svm，則存在之假設數目係為χ χ Μ χ N，即如第2 _示，。遷 不理想的情形T，需進行X X Μ X N次相關性運算才能獲取某一 特定鹏信號。於通常應用情況下，大約1/2或ι/4的碼細 達到較南跟蹤命中率所必要的。因此，引入另外一個參數卜若站 間距係為半㈣元時m碼間距係為1/4碼元時m 1357745 此類推，則上述假設之數目為X χ Μ χ Ν χ p。 '- 倘若於—健收器m相關器，則只有逐-驗證所有 •：可能*現之假設，但若此接收财存在__11，則表示接收 器可於同-時間同時處理兩種假設，顯而處理速度係為上述情況 之兩倍。如需提升速度’可藉由增加相_的數目來達成。於此 同時，將導致成本增加以及硬體複雜度的升高。 對GNSS信號而言，虛擬(pseud〇)隨機碼的碼率為ι 〇23ΜΗζ， #亦即於1毫秒時間内共聰_元。若相關器之時脈頻率為 服貝!此相關器需包含1〇23對乘法器與加法器以對所接收到的 信號進行相關性運算。搜尋頻率係為每—假設需—毫秒。再者， 如此種具有1023對乘法器與加法器之相關器，本身實現就很複 雜。另外，將時脈頻率設定為·ζ，亦不便於實現。反之，於本 例中亦可藉由增㈣脈鮮之大小來減少相關器之數量，以達到 同樣之功效。例如，使用33kHz之時脈頻率，則健需31對乘法 φ 器與加法器便能實現同樣之功效。 g如上所述，硬體的複雜度醜可藉由增加雜鮮來解決， ^是對假設的搜尋解仍祕每—毫秒搜尋—假設。對於一特定 =星與特定之都卜勒頻率而言，於碼相位中存在1〇23個假設，倘 右時脈頻率進—步提升至33 kHz X 1023 = 33.759 MHZ，則對所有 =相位饭设皆可於j毫秒時間中完成。於某些應用中，會要求 ^精準度因此採用Μ的碼間距係必要的，對於特定衛星與 特定之都卜勒_而言，碼相位中係存在鳩個假設需要處理，、 此時時脈鮮進—步提升至33.759脸X 2 = 67.51隨2，則對所 切7745 f的碼触假設皆可於1毫秒_中絲。隨著軸_的增加， • °己隐體谷里亦需隨之增加。不過，與乘法器及加法器相比，記憶 :體之成本她。進—步增加雜頻耗可聽地為各 多路搜索能力，以適應不同的應用需求。 女排 、、於某些GNSS系統中，如歐洲使用的伽利略系統，定義兩種 通道’亦即導頻通道與資料通道，導頻通道中無任何資料本身之 訊息’亦即沒有與導航資料有_資訊係承載於導頻通道中，導 麵航資料係被承載於資料通道中。經由導頻通道傳輸之信號係被稱 為導頻信號’並且導頻信號係對接收器所識別。藉由將導頻信號 作為-辅师訊’將麟長输秒_干齡達到 跟縱精度。 【發明内容】 "因此，為有效解決以上所述之技術問題，本發明提供了一種 自術星接收第一通道與第二通道之方法及接收器。 本發明揭示-種接收器，用於自—衛星接收—第—通道血一 第二通道’第-通道包含至少—已知參數、不同於第二通道之至 夕相異參數’及與第二通道朗的至少—共同參數這些參數 之特定組合構成-假設’接收器包含：—相關器，用以猶一相 關性運算；-時脈控㈣’控制相關器之一時脈頻率；以及一控 制單元，將於—特定咖可嘗試之全部假設數目.提供至時脈” 器，使得時脈控制器依據全部假設數目控制相關器之時脈頻率， 時脈控制綠置-假設分配來指秘特定時射細㈣衛星之 1357745 第一與第二通道之假設執行相關性運算；全部假設數目係依據這 些參數而分配。 . 本發明同樣揭示一種自一衛星接收一第一通道與一第二通道 之方法’第-通道包含至少—已知參數、不同於第二通道之至少 -相異參數以及與第二通道共同的至少—共同參數，這些參數之 組合構成-假設，包含：設置一假設分配以指示對第一與第二通 道之14些假設執行之相關性運算，這些假設係依據這些參數而分 • 配，以及依據假設分配來對每一假設執行相關性運算。 依據本發明之減ϋ及減方法，同—衛星之導頻通道與資 料通道係被視為兩個不·同之衛星而處理。其中大部分的相_資 源係分配用來接入並跟蹤導頻通道，以取得衛星之碼相位及都卜 勒頻率資訊’利用此等資訊便可解調變承載於該衛星之 上的資料’進而大大提高系統效能。 【實施方式】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易僅， 下文特舉出較佳實施例，尬合所關式，作詳細說明如下： 如上述’分時多工接收器需進行相關性運算的次數為χ X Μ χ Νχρ。假設時脈頻率係硬體多工頻率的W(例如：具有31對乘 去器與加法器的相關器之頻率為33kHZ)。_多工傳輸的等式如 下： Κ>=ΧχΜχΝχρ ⑴ 其中Μ係指於都卜勒頻率範圍内所要嘗試的假設數目，n係 指於碼她朗崎要#簡假設數目。？低需滿足之 精度，如上述，p=2表示·距係為1/2碼元大小，p 碼=係為1/4碼元大小。X係表示需嘗試的衛星數目汶係表 於一毫秒時間可嘗試的假設數目。 於K為固定值之情形下，分時多工 總安排所要f試_㈣例說明，若KP=2Q46，== -毫秒時間嘗試綱6健設數目。職積組合的κ可表示為：卜 1 X助X 2。即表明於―毫秒時間中，關於—特稍星與一特定 之都卜勒頻率之1〇23個碼相位假設係以具有1/2碼間距之精準产 來進行嘗試。於某些情釘’碼相位範圍是已知的，因此沒有^ 要於碼她朗内嘗試财的假設。修，_組合κ可表示為： 3 341 X 2。即表明於一毫秒時間中，基於三種都卜勒頻率下 對682個碼她以具有1/2碼間距之精準絲進行嘗試。 於搜索到魅錢後，搜索進程進㈣衛星信舰行跟縱， 此時碼相位已鎖定，並無需搜尋如此多的碼相位假設。則乘積組 合Κ可表示為：u χ 3 χ 15 χ 4。即表明於一毫秒時間中，^個衛 星係被搜尋，對每-瓣星而·I·，細具有1/4 _距之精準度對 基於三種不_卜勒鮮，及供選擇的15碼相位之假設進行嘗 忒。如上述，適當地分配乘積組合以適應於固定時脈頻率的運作 模式下。該方法被稱之為固定速率自適應域 (fix-rate-adaptive-domain)。 然而，在實踐中，時常沒有必要於碼相位範圍内搜索15個假 設，亦沒有必要在3個不同的都卜勒頻率上進行搜索。另外，有 1357745 的並不需要搜索這麼多顆衛星。再者，有時並不需要搜索這麼多 .·顆衛星。如果可以省略這種不必要的進程，則接收器的功能損耗 可顯著減輕。 於另-情形下，κ係可變的，時脈頻率係隨模式的調整而改 變。例如’於衛星搜索模式下，接收器需要儘快獲取衛星信號， 因此，通常會使用-更高的時脈頻率。若於衛星追縱模式下，會 使用-較低的時脈頻率以減少能f損耗。該方法被稱之為自適應 •速率自適應域(adaptive-rate-adaptive_domain；) 〇 如上所述，有些全球導航衛星系统，如伽利略系統，具有用 ^衛星通訊的導频通道與資料通道，亦即每—衛星传输两种信 可，導頻信号和資料信号。對同样的衛星而言，導頻通道和資料 通道使用不同的;只别码，例如不同的虛擬隨機碼^因此，於本發 明中’提出的來自同-衛星的導频通道和f料通道可依據分時多 工方法而被视为係各別具有導魏道和資料通道_个衛星。该 方程可以表示为： Κ>=(Χρ+ΧφχΜχΝχρ (2) 其中’ Xp與Xd分別表示對導頻通道與資料通道分配各自對 應之相關性運算時槽。 對同一衛星而言，儘管經由導頻通道與資料通道分別進行傳 輸的導頻信號與資料信號皆係以不同之虛擬隨機瑪進行編碼，但 疋導頻通道與資料通道之其他諸如都卜_移、碼相位等參數係 為相同，亦即除虛擬隨機哚聲碼對應之參數外，關於衛星的導頻 通道與資料通道之其他參數，例如都卜勒頻率與碼相位係為相 同。因此倘若將同—衛星之導頻通道與資料通道視為不同衛星之 通道則必齡導致_性運㈣源的浪費。 如上所述，導頻信號是已知的，而接收並跟蹤特定衛星之導 頻通道的導齡號係可行的’並藉由湘諸如都卜細移與碼相 位等自導頻通道獲取之信息，來跟蹤資料通道所承載的資料。接 收器的衛星跟蹤迴路可分配大多數相關性運算資源來對導頻通道 的導頻信號進行相關性運算以接收並跟蹤導頻通道。當資料通道 始解擴頻(dispreading)及解調變資料位元時，衛星跟蹤迴路僅需 跟蹤同-衛星之資料通道。大部分__#源齡關來接收 並跟蹤導頻通道，而小部分的相關性資源係被分配為解擴頻及解 凋變承載於同一衛星之資料通道上的資料。 第3圖係顯示依據本發明實施例之利用分時多工分配複數個 假設的示意圖。於此例中，K=2〇46，即表明時長係為1毫秒，嘗 試2046個假設。係以分時多工方式對2046個假設進行嘗試的。 例如於一個時槽間對一個假設進行嘗試，對假設的複用方式在衛 星之各別域、都卜勒頻移、碼相位及碼間距係被設置為11 X 3 X 31 χ2。亦即表明共有η個衛星之假設被嘗試。對每一衛星而言， 係以3種都卜勒頻率與31個碼相位進行嘗試，並且碼間距係為1/2 碼元。但31個碼相位假設數目卻太多。依據本發明，僅分配小部 分碼相位假設來處理資料以實現導航，而其餘之假設係被用於接 收並跟蹤導頻信號。例如：對每一衛星而言，共需嘗試3 X 31 χ 2 =186個假設。於186個假設中(SV0〜SV10)中，其中180個假設 (ΗΥ1 〜ΗΥ 180, ΗΥ187〜ΗΥ366,…，ΗΥ1861 〜ΗΥ2040)係用來對導 1357745 頻信號進行相關性計算的，而剩余的6個假設(Ηγΐ81〜Ήγΐ86, HY367〜ίίΥ：372’…，ΗΥ2041〜HY2046)係分配用來擴展資料通道承 載之資料。第3圖中’-系列衛星名(SVG〜SV1G)之後綴字母”ρ” 與”d”係分職轉親道與資料通道。舉舰明絲處理資料 之假設係以設置成碼相位CPG來進行，但其他不同之設置亦有可 能，主要係依據實際情況對其進行設置。例如，同樣可設置對應 於碼相位CP8的部分假設並發送以處理資料。 第4圖係顯示依據本發明之GNSS接收器的結構示意圖，其 中包含位於後部分之基帶端3GG。以下將結合第3目進行說明，接 收器包含一用以處理射頻信號之射頻前端1〇〇，一接收控制器2〇〇 以及-基帶端300。射頻前端勘接收經擴頻編碼之GNSS信號 (如.伽利略信號），並將這些信號轉換中頻(IF)信號，其中中頻信 號係被傳送至基帶端3GG。以上錢包含關於每—個可接收衛星之 導頻信號與資料信號。町料細具作流程。 每一中頻率k號係被傳送至基帶端3〇〇中之載波混頻器/副載 波移除器310 ’其中載波混頻器/副載波移除器31〇之載波混頻部 分以經由數位控制振蕩器c〇ntr〇1丨ed 〇sdllatopNc〇) 產生之載波信號混頻中頻信號’⑽中頻信號轉換為基頻信號。 另外’載波混頻器/副載波移除器31〇之副載波移除器部分係用以 移除信號中之副載波。同樣地，亦可啊移除信號之毅與副載 波’以上僅為舉例朗，任何可適驗移除毅與副毅之方法 皆可運用於本發明巾。碼產生器324利驗由編碼數位控制振蕩 器322產生之碼時脈(c〇de d〇ck)，以產生虛擬隨機噪聲碼。為獲 1357745 ==號，錄剛_输_㈣齡號的虛擬 ”碼_接_信號進行相關性計算。時脈控制器3〇6係 2 θ供具有K時脈速度之時脈信號。相關器326依據時脈信 執仃相關性計算，其中提供時脈速度Κ之操作亦可為接收器内 部固有之操作。相關器326包含混碼器(未顯示)與累加器(未顯 不），错由触賴絲蝴基絲繼親麵制信號並 對f加後結果求積分，亦即相關器326對基頻信號執行一相關性 計算。於作相關性計算之前，相關器326接收一關於乘積组合K 的指令，並依據該指示進行相關性計算，該經由控制單元綱產 生之指令係有關於乘積組合κ的指令，關於乘積組合K的說明詳 見說明書後續内容。控制單元綱可以係内置於控制器200，亦可 以係設置於外部其他硬體電路、娜巾钱由軟體實現。 於本實施例中，控制單元204係内置於控制器200中。藉由 相關器326輸出之積分結果係被儲存於記憶體35〇中，獲取結果 判決器330判斷是否已取得相關器326輸出之積分結果；若已取 得，獲取結果判決器330觸發信號跟蹤操作。因為於跟縱模式中 搜尋速度沒有必要非常之大，所以會適當降低時脈頻率。另外， 於跟蹤模式下亦可適當限缩碼相位域之範圍與都卜勒頻率域之範 圍。因此，藉由改變乘積組合κ係可用以調整相關器326之分時 多工方式。獲取結果判決器330經由載波迴路控制器318與編碼 迴路控制器328將一反饋信號分別發送至載波數位控制振蕩器 312與編碼數位控制振蕩器322 ’藉此於瑪相位域與都卜勒頻率域 内跟縱信號。資料抽取器340係依據相關器326之輸出，並從輸 13 比 7745 入"is號中抽取資料。 .- 若自-特定衛星獲取導頻錢，即已獲得猶星之都卜勒頻 :^、‘14目位’同樣地，亦已麟該衛星之資料通道，控制相關器 6於所指定假設之時勘對資料通道之:越進行侧性計算，以 解擴頻資料。於本例中，係將最後6恤設分配至每— 處理資料。 如上所述’時脈控彻3G6提供具有κ時脈速度之時脈信號。 鲁其中時脈速度係為固定不變或係為可變的。倘若係為可變之時脈 速度’時脈控彻306接收一指令以控制時脈速度與相關器汹 之運作速度’其中該指令係關於由控制單元2〇4提供之乘積組合 Κ。。時脈控制器306包含一計數器(未顯示），相關器似依據該; 數器所紀錄之數目以執行相關性計算。 印一併參考第3圖’若該計數器顯示存在衛星sv〇之自肋 至HY180的假設，則執行相關性計算；而若該計數器顯示存在之 • 假設係自HY181至HY186,相關器汹則對資料執行相關性計算。 藉由分料工之原理來處理全料航衛星祕(如··伽利略系 統)之導頻通道或資料通道的方法的流程如第5圖所示。於步驟 S10 ’接收控制器200設置假設分配，其中係確定於一週期時間 (如：lms)内處理資料所需的假設，而剩餘的假設係用以接收並跟 蹤導頻信號。需注意，以上設置係隨時可改變或進行調整的。以 第3圖所π，最後從⑽個假設中剩餘的6個假設係被用以處理 信號資料，而其他的180個假設係被用以接收/跟蹤導頻信號。於 步驟S20 ’接收器接收信號並藉由射頻前端1〇〇來處理射頻信號。 1357745 需注意，此時繼續保持接收信號，而此處流程之順序僅為方便說 .明本發明，所示流程圖中步驟之順序並非為對本發明之限制。於 :步驟S3G ’触11 _導齡狀虛峨機鱗碼吨行相關性計 算，獲取結果判決器330觸是否已取得導頻信號(步驟S4〇)，若 尚未接收導頻信號，則保持相關性計算以接收導頻信號；若已接 收導頻is號，則跟蹤該導頻信號。除此之外，皆已獲得導頻信號 之都卜勒頻率與碼相位。如上述，對於一特定衛星而言，關於導 • 頻通道與資料通道之都卜勒頻率與碼相位皆相同。亦即等同於資 料通道被獲取。於步驟S50，相關器326利用已獲取的都卜勒頻率 與碼相位解擴頻，並以所設置的假設分配中特定之假設解調變資 料通道之資料。 於某些情況下，沒有必要嘗試如此多的假設。依據本發明， 相關器326與其他部分組件於分時多工之某些時槽時的狀態係為 空閒。舉例而言，分時多工之時槽數CPn>2_，則接收控制器2〇〇 _ 產生一失能信號TAP—MUTE，以使接收器之部分組件停止運作， 進而減少能量損耗。目前市場上使用的接收器中，主要耗能組件 包含相關裔與έ己憶體草元。因此，於本發明實施例中，失能作發 TAP_MUTE係被傳送至時脈控制器306並關閉一相關器時脈、被 傳送至記憶體350並產生關於記憶體之晶片致能信號、被傳送至 相關器326停止其中進行的邏輯通訊。同樣地，失能信號 TAP_MUTE亦可傳送至其他組件，以停止其運行，以達到減少功 耗。因此有關失能信號TAP_MUTE的傳送途徑可根據實際需要而 靈活設置。 15 1357745 上述之實施繼用來例舉本㈣之實施紐，減闡釋本發 明之技觸徵’並_來關本伽之賴範_。任何熟悉此技 術者可輕易完狀改變或解性之鑛關於本㈣所主張之範 圍’本發明之翻保護簡應以申料纖圍為準。 雖然本發明已喻佳實補娜如上，财並_以限定本 發明，任何熟習此技藝者，在猶縣利之精神和細内，當 可作各種之更動觸飾，因此本發明之保護制當視後附之申請 專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示特疋彳#星之碼相位域與都卜勒頻率域之假設示 意圖。 第2圖係顯示關於可用衛星之碼相位域與都卜勒頻率域之假 設不意圖。 第3圖係顯示铺本翻實補之细分時多功配複數個 假設的示意圖。 第4圖係顯示依據本發明之GNSS接收器的結構示意圖。 第5圖侧示本發明之基於分時多功處理全球導航衛星系 統之導頻通道或資料通道的方法流程圖。 【主要元件符號說明】 200〜接收控制器； 204〜控制單元； 100〜射頻前端； 300〜基帶端； 16 1357745 306〜時脈控制器； 310〜載波混頻器/副載波移除器 312〜載波數位控制振蕩器； 318〜載波迴路控制器； 322〜編碼數位控制振蕩器； 324〜碼產生器； 326〜相關器； 328〜編碼迴路控制器； 330〜結果判決器； 350〜記憶體。 340〜資料抽取器； 17

Claims (1)

1357745 十、申請專利範圍： 中華民_年11月智日修改替換頁 •通!Π自^衛星接收—第—通道與—第二通道的接收器，該第 數=^!一已知參數、不同於該第二通道之至少-相異ί .合構成二二同參數，該等參數之特定組 道接收她設’繼物祕該第二通 一相關器’用以執行-相關性運算； • 日植㈣11 ’控偷糊n之-時脈辭；以及 他控.制單元’將於一特定時期可嘗試之全雜設數 器’使得該時脈控制器依據該—^ 定時射率’該時脈控制器設置一假設分配來指示於該特 夺'种W帽H對該魅之該第—與該第二通道之該等假設執 打目關ϋ運算’該全部假設數目係依據該等參數而分配。 =如申請專利範圍第1項所述之接收器，其中該第—通道係為 •導頻通道，該第二通道係為資料通道。 他申請專利範圍第1項所述之接收器，其中該相異參數係為 識別碼。 4. 如申請專利範圍第丨項所述之接收器，其中該共同參數包含 都卜勒頻率與碼相位。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之接收器，其中於設置該假設分 配之過程巾，該第—通道與該第二通道碰視為_不同之衛星 而處理。 18 1357745 中華民國100年11月2S日修改替換頁 6. 如申請專利範圍第1項所述之接收器，其中該控制單元藉由 利用該已知參數來指示該相關器對該第一通道執行相關性運算。 7. 如申請專利範圍第1項所述之接收器，其中當自一特定衛星 接收該第一通道，並獲得該第一通道之該等參數，則該控制單元 藉由利用該第一與第二通道之該共同參數分配該等假設之一部分 以對該特定衛星之該第二通道執行相關性運算。 &如申請專利範圍第〗項所述之接收器，其中該第一通道係為 導頻通道’該第二通道係為資料通道；該第—與第二通道之該共 同參數包含都卜勒頻率與碼相位。 9.如中請專利範圍第8項所述之接收器，其中該控制單元為該 導頻通道之i定碼她分配鮮假設之—部分，以使該相關器 處理該資料通道。 10.如申請專利範圍第i項所述之接收器，其中該控制單元判

斷假設之—時槽係否為空閒，且當該時槽為空啊，則輸出一失 能仏號並於該時槽期間失能該相關器。 爾至跳通道與—第二通道之方法，該3 一通道包含至少—已知參數、不同於該第二通道之至少-相显4 數以及觸：姆瞻Μ咖，聯數之組料 成-條設，销作帽通购帛―_哪二 _ 個假設，該方法包含： 設置一假設分配以指示對該 第-與該第二通道之轉假設執 19 1357745 中華民國100年II月29曰修改替換頁 行之相關性運算，該等假設係依據該等參數而分配；以及 依據該假設分配來對該等假設執行相關性運算。 12·如申請專利範圍第11項所述之自該衛星接收該第-與該 第-通道之方法，其中該第—通道係為導頻通道，該苐二通道係 為資料通道。 ' 13.如申睛專利麵第u項所述之自該衛星接輯第一與索 第二通道之方法’其巾該相異參數係為識別碼。 K如申物咖第u項所述之自該魅接收該第一與替 -通道之方法，射該共同參數包含都卜勒辭與馬相位。 第二第11項所述之自該魅接輯第一與該 法，其中於設置該假設分配之過程中，該第一 第二通道係被視為_獨之衛絲處理。 / 第-通it U她鮮11項所述之自該衛星接收該第-財 第一通道之雜，射彻 / ^亥 性運算。 残轉对—輕執行相關 第二通道二11TOu_接收該第- 該第-通道之該等特定衛星接收該第1道，並: 來分配該等假設之—部〜職第""與第二通道之該共同」 性運算。 ”憤特定衛星之該第二通道執行; 18.如申請專利範圍第11項所述之自該衛星接收該第1 20 苐 ' 中華民國100年11月苏曰修改替換頁 法’其中該第一通道係為導頻通道， 為資料通道 喝相位 該第二通道係 該第-與第二通道之該朗參數包含都卜勒頻率與 ， 19.如申請專利關* 18項所述之自該衛星接收該第—與該 第二通道之方法’其中將該等假設的-部分分配給該導頻通道: 一特定碼相位，用以處理該資料通道。 20.如申請專利範圍第n項所述之自該衛星接收該 #第與该第二通道之方法，其中更包含判斷假設之—時 槽係否為空閒，且當該時槽被判斷為空閒時輸出一失能 信號並於該時槽期間停止相關性運算。

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