專利名稱：全球衛星定位接收器及其關聯電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通訊裝置，特別是涉及一種全球衛星定位接收器(Global Positioning Satellite，簡稱GPS)及其中的關聯電路(correlating circuit)。
背景技術：
隨著科技的進步，使得各種原先隸屬于尖端科技使用的設備也逐漸地帶入日常生活中，進而促進了人類日常生活食衣住行的便利性。就以全球衛星定位接收器而言，已日漸普及于日常生活中，而為大眾所采納使用，例如使用于汽車的導航設備，便可大幅增進駕駛員明確知悉其所在位置以及其目的地的行進方向等資訊，使駕駛員不致迷失了方向。
請參閱圖1所示，為一種衛星發射的訊框示意圖。如圖1中的A列所示，衛星發射的訊息是以每30秒為一訊框(Frame)，而每一訊框中則又包含了每個6秒的子訊框(Sub Frame)。圖中的B列顯示，訊框中包含著每秒50位元的導航數據(數據即資料，以下皆稱為數據)，也就是說，每位元的導航數據的傳送時間為20ms，這些導航數據在傳送前，會先行與圖中的C列所示的辨識衛星的C/A碼進行互斥或邏輯運算，以獲得圖中的D列所示展開表示的數據。C/A碼的頻率是1.023MHz，也就是每1ms傳送1023位元的C/A碼，而1023位元則恰為每一衛星的辨識C/A碼的長度。衛星在訊息傳送的過程中，是以1575.42MHz的載波，運用導航數據與C/A碼運算所得的結果，來進行雙相移鍵(Bi-Phase Shift Key，簡稱BPSK)調變，如圖中的E列所示，然后才將調變的訊息傳送出去。
在全球衛星定位接收器中，除了使用一射頻前端來接收衛星發射的調變訊息，以獲得取樣數字(數字即數位，以下皆稱為數字)數據外，更需一關聯電路來搜尋C/A碼，以確認可接收數據的衛星。目前共有24個衛星平均散落于六個軌道平面上，一般而言，只要有三到四個衛星便能提供位置的定位，當然衛星數目愈多，愈能提供更精準的定位。此外，因應都卜勒(Doppler)效應的影響，此關聯電路在搜尋C/A碼過程中，也要參考修正都卜勒效應的一修正頻率碼。假設關聯電路獲得的取樣數字數據為IF，而欲搜尋的衛星的C/A碼為Code，修正頻率碼為Doppler，則關聯電路可運用下式的運算式
Σ0NmsIF*Doppler*Code···(1)]]>來計算獲得其最大計算值，以確認可接收數據的衛星的C/A碼偏移量(offset)及都卜勒修正頻率。其中“*”的意思為乘積運算(部分情形下可為一互斥或邏輯運算，亦即單一位元的乘積運算)，亦即單一位元的乘積運算，而N ms的總和累積，是可以變更的選擇。當然，如累積的時段愈長，其訊雜比相對較高，則搜尋結果受到雜訊的影響也就愈小。此種C/A碼的搜尋原理將以7位元的C/A碼為例(一般的衛星C/A碼長度為1023位元)來說明。
請參閱圖2所示，為一種7位元的C/A碼產生電路的示意圖。如圖所示，其包括一3位元移位暫存器210及一單位元乘法器220，單位元乘法器220的輸入為移位暫存器210中即將移出的兩位元的值，而單位元乘法器220的輸出，則隨著位元的移出而移入移位暫存器210中。因此，此電路可產生1110010的7位元循環C/A碼。
在全球衛星定位接收器的關聯電路中，為了搜尋此7位元的C/A碼，并決定所接收的取樣數字數據的偏移量，將運用此7位元C/A碼1110010，以及0111001、1011100、0101110、0010111、1001011、1100101等具有不同偏移位元數的偏移量的偏移碼，來與接收的取樣數字數據進行位元乘積及總和運算。如以單位元的乘積運算而言，則為互斥或邏輯運算，如式(1)所示。假設接收的取樣數字數據中所含的C/A碼為偏移兩位元的1011100，則與上述1110010、0111001、1011100、0101110、0010111、1001011、1100101等幾組不同偏移位元數的偏移量的偏移碼，進行個別位元互斥或邏輯運算后，再求取其總和，則將只有偏移兩位元的1011100這一組與其運算的結果為0，其余的運算結果均為4。如以4為計算值座標的零點，則0的值變成-4，取其平方開根號的結果得到4，亦即接收的取樣數字數據中所含的C/A碼與正確偏移量的偏移碼的計算值為其最大值，而可以一峰值偵測器來檢測。
請參閱圖3所示，為一種關聯電路的搜尋結果波形圖。如圖所示，此關聯電路除了搜尋C/A碼的偏移量外，也搜尋了修正都卜勒效應的都卜勒修正頻率。由圖中可知，具有峰值計算值的對應的C/A碼偏移量與都卜勒修正頻率，乃為持續進行衛星追蹤，以獲得正確的導航數據的C/A碼偏移量與都卜勒修正頻率。
請參閱圖4所示，為一種現有習知的關聯電路的方框示意圖。如圖所示，此關聯電路包括C/A碼暫存器405、都卜勒修正頻率碼暫存器410、I記憶體415、Q記憶體420、都卜勒乘法器425、C/A碼乘法器430、I模擬(模擬即類比，以下皆稱為模擬)加法器435、Q模擬加法器440、I模擬數字轉換器445、Q模擬數字轉換器450、平方和開根號計算器455、積分器460及峰值偵測器465。
其中，C/A碼暫存器405用來儲存欲搜尋的C/A碼，都卜勒修正頻率碼暫存器410用來儲存欲搜尋的都卜勒修正頻率碼，I記憶體415用來儲存射頻前端接收的取樣數字數據，Q記憶體420則用來儲存移相九十度的取樣數字數據。I記憶體415與Q記憶體420共可儲存20ms的取樣數字數據，以提供如式(1)的計算所需數據。這些數據將經由都卜勒乘法器425與C/A碼乘法器430的乘法運算，以獲得各位元的乘積值，然后分別經由I模擬加法器435與Q模擬加法器440的運算，以獲得所有位元的乘積值的加總值，再分別以I模擬數字轉換器445與Q模擬數字轉換器450，來再次地轉換為數字數據。
之后，經由平方和開根號計算器455，以求取I模擬數字轉換器445與Q模擬數字轉換器450轉換所得的數字數據的平方和，然后，對平方和開根號，以獲得具有絕對值的計算值。最后，再經由積分器460的累積，以將20ms的取樣數字數據的計算值相加總，并儲存于積分器460的非本質記憶體(Non-coherent Memory)470中。此種作法如上所述地是為了降低雜訊的影響，累積的時段愈長，其訊雜比相對會較高，計算結果所受雜訊的影響將愈低。這些累積的計算值便可經由峰值偵測器465的檢測，而獲得正確的C/A碼偏移量與都卜勒修正頻率。
以上現有習知的關聯電路的說明亦可參考美國專利第5,896,304和6,009,118號，故知，此關聯電路明顯地會存在有以下的缺點1、使用模擬加法器來計算，以獲得所有位元的乘積的加總值，雖然可同時地獲得1023位元C/A碼的乘積的加總值。然而，當制程改變時，卻必須重新設計將模擬數據轉換為數字數據的模擬數字轉換器，以致制程可攜性(process portability)不佳。
2、內建儲存20ms取樣數字數據的記憶體龐大，造成成本過高。
此外，美國專利第6,383,046號所揭露的關聯電路，雖然可改善上述制程可攜性的缺失，但因是先將序列產生的CA碼位元，經序列轉并列后再并行處理，且未提供可暫存取樣數字數據的緩沖器，故其無法達到真正的并行處理的效能。
由此可見，上述現有的全球衛星定位接收器及其關聯電路在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決全球衛星定位接收器及其關聯電路存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。
有鑒于上述現有的全球衛星定位接收器及其關聯電路存在的缺陷，本發明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業知識，并配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的全球衛星定位接收器及其關聯電路，能夠改進一般現有的全球衛星定位接收器及其關聯電路，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的目的在于，克服現有的全球衛星定位接收器及其關聯電路存在的缺陷，而提供一種新型結構的全球衛星定位接收器及其關聯電路，所要解決的技術問題是使其應用可逐次地輸出欲搜尋的C/A碼的部分位元的C/A碼產生單元、可逐次地輸出欲搜尋的修正頻率碼的部分位元的都卜勒產生單元，以供乘積計算單元計算其與接收的取樣數字數據的乘積，以及應用可將逐次輸出的部分位元的乘積值予以加總的數字加總器，而可達成具有制程可攜性的關聯電路。此外，因其C/A碼產生單元與都卜勒產生單元可并行產生多個位元，且具有可暫存取樣數字數據的接收數據儲存器，故具有較佳的并行處理效能。其更應用外部記憶體來作為儲存取樣數字數據的記憶體，而可降低成本，從而更加適于實用。
本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種全球衛星定位接收器的關聯電路，其包括一接收數據儲存器，用以儲存一取樣數字數據；一介面控制器，耦接該接收數據儲存器與一外部記憶體，用以控制自該外部記憶體逐次地將來自一射頻前端的該取樣數字數據，移入該接收數據儲存器中；以及一關聯器，耦接該接收數據儲存器，用以接收該取樣數字數據，并依據該取樣數字數據與代表一衛星的一C/A碼及修正都卜勒效應的一修正頻率碼的計算結果，以搜尋并確認發出該取樣數字數據的該衛星。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其中所述的接收數據儲存器包括可儲存不同時段的該取樣數字數據的兩個記憶空間，而該介面控制器會輪流使用該些記憶空間。
前述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其中所述的關聯器包括一C/A碼產生單元，以逐次地并行產生代表該衛星的該C/A碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該C/A碼的部分位元；一都卜勒產生單元，用以逐次地并行產生修正都卜勒效應的該修正頻率碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該修正頻率碼的部分位元；一乘積計算單元，耦接該C/A碼產生單元及該都卜勒產生單元，用以逐次地計算該C/A碼產生單元輸出的該C/A碼的部分位元、該都卜勒產生單元輸出的該修正頻率碼的部分位元與接收的該取樣數字數據的乘積；以及一數字加總與峰值偵測單元，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生一加總值，并搜尋不同的該加總值的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
前述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其中所述的C/A碼產生單元包括一C/A碼相位回圈控制器，用以控制逐步地輸出該C/A碼的部分位元。
前述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其中所述的都卜勒產生單元包括一都卜勒頻率回圈控制器，用以控制逐步地輸出該修正頻率碼的部分位元。
前述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其中所述的數字加總與峰值偵測單元包括一數字加總器，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生一I加總及一Q加總；一平方和開根號計算器，耦接該數字加總器，用以接收該I加總及該Q加總，計算該I加總及該Q加總的平方和的開根號值；一積分器，耦接該平方和開根號計算器，用以累加一時段的該平方和開根號計算器的輸出；以及一峰值偵測器，耦接該積分器，用以搜尋不同的該I加總及該Q加總的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
前述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其中所述的時段的長度為可調整。
前述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其中所述的乘積計算單元每次可計算的部分位元數為31、32、33、64、128或更多位元。
本發明的目的及解決其技術問題還采用以下的技術方案來實現。依據本發明提出的一種全球衛星定位接收器，其包括一射頻前端，用以接收一射頻訊號，并將該射頻訊號解調及取樣而獲得一取樣數字數據，以儲存于一外部記憶體中；一接收數據儲存器；一介面控制器，耦接該接收數據儲存器與該外部記憶體，用以控制自該外部記憶體逐次地將該取樣數字數據，移入該接收數據儲存器中；一關聯器，耦接該接收數據儲存器，用以接收該取樣數字數據，并依據該取樣數字數據與代表一衛星的一C/A碼及修正都卜勒效應的一修正頻率碼的計算結果，以搜尋并確認發出該取樣數字數據的該衛星；一數據分離器，耦接該關聯器，用以依據確認的該衛星的數據，以自該取樣數字數據分離產生該射頻訊號載送的一導航數據；以及一導航處理器，耦接該數據分離器，用以接收該導航數據，以計算取得一經緯度數據與一標準時間數據等。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的全球衛星定位接收器，其中所述的接收數據儲存器包括可儲存不同時段的該取樣數字數據的兩個記憶空間，而該介面控制器會輪流使用該些記憶空間。
前述的全球衛星定位接收器，其中所述的關聯器包括一C/A碼產生單元，用以逐次地并行產生代表該衛星的該C/A碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該C/A碼的部分位元；一都卜勒產生單元，用以逐次地并行產生修正都卜勒效應的該修正頻率碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該修正頻率碼的部分位元；一乘積計算單元，耦接該C/A碼產生單元及該都卜勒產生單元，用以逐次地計算該C/A碼產生單元輸出的該C/A碼的部分位元、該都卜勒產生單元輸出的該修正頻率碼的部分位元與接收的該取樣數字數據的乘積；以及一數字加總與峰值偵測單元，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生該加總值，并搜尋不同的該加總值的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
前述的全球衛星定位接收器，其中所述的C/A碼產生單元包括一C/A碼相位回圈控制器，用以控制逐步地輸出該C/A碼的部分位元。
前述的全球衛星定位接收器，其中所述的都卜勒產生單元包括一都卜勒頻率回圈控制器，用以控制逐步地輸出該修正頻率碼的部分位元。
前述的全球衛星定位接收器，其中所述的數字加總與峰值偵測單元包括一數字加總器，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生一I加總及一Q加總；一平方和開根號計算器，耦接該數字加總器，用以接收該I加總及該Q加總，計算該I加總及該Q加總的平方和的開根號值；一積分器，耦接該平方和開根號計算器，用以累加一時段的該平方和開根號計算器的輸出；以及一峰值偵測器，耦接該積分器，用以搜尋不同的該I加總及該Q加總的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
前述的全球衛星定位接收器，其中所述的時段的長度為可調整。
前述的全球衛星定位接收器，其中所述的乘積計算單元每次可計算的部分位元數為31、32、33、64、128或更多位元。
前述的全球衛星定位接收器，其中更包括N個該關聯器。
前述的全球衛星定位接收器，其中N等于8、10、2或更多。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，為了達到前述發明目的，本發明的主要技術內容如下本發明提出一種全球衛星定位接收器，該全球衛星定位接收器包括射頻前端、接收數據儲存器、介面控制器、關聯器、數據分離器及導航處理器。其中，射頻前端用以接收衛星傳送的射頻訊號，并將射頻訊號解調及取樣而獲得取樣數字數據，以儲存于例如是導航處理器中的記憶體的外部記憶體中。介面控制器，耦接接收數據儲存器與外部記憶體，用以控制自外部記憶體逐次地將儲存的取樣數字數據，移入接收數據儲存器中。關聯器耦接接收數據儲存器，用以接收取樣數字數據，并依據接收的取樣數字數據與代表衛星的C/A碼及修正都卜勒效應的修正頻率碼的計算結果，來搜尋并確認發出上述的取樣數字數據的衛星。數據分離器耦接關聯器，用以依據確認的衛星的數據，以自上述取樣數字數據中，分離產生接收的射頻訊號所載送的導航數據。而導航處理器則耦接數據分離器，用以接收分離產生的導航數據，以計算獲得所需的經緯度數據與標準時間數據等。
本發明的較佳實施例中，其接收數據儲存器包括可儲存不同時段的取樣數字數據的兩個記憶空間，而介面控制器會輪流使用這兩個記憶空間，以將接收數據儲存器視為乒乓緩沖器(Ping-Pong Buffer)使用。
在一實施例中，該全球衛星定位接收器的關聯器包括有C/A碼產生單元、都卜勒產生單元、乘積計算單元及數字加總與峰值偵測單元。其中，C/A碼產生單元用以逐次地并行產生代表衛星的C/A碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的C/A碼的部分位元。都卜勒產生單元用以逐次地并行產生修正都卜勒效應的修正頻率碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的修正頻率碼的部分位元。乘積計算單元耦接C/A碼產生單元及都卜勒產生單元，用以逐次地計算C/A碼產生單元輸出的C/A碼的部分位元、都卜勒產生單元輸出的修正頻率碼的部分位元與接收的取樣數字數據的乘積。而數字加總與峰值偵測單元則耦接乘積計算單元，用以加總乘積計算單元逐次計算所得的乘積，以產生加總值，并搜尋不同的加總值的最大計算值，以確認發出取樣數字數據的衛星。
在一實施例中，C/A碼產生單元包括一C/A碼相位回圈控制器，用以控制逐步地輸出C/A碼的部分位元。而都卜勒產生單元則包括一都卜勒頻率回圈控制器，用以控制逐步地輸出修正頻率碼的部分位元。
在一實施例中，其數字加總與峰值偵測單元包括數字加總器、平方和開根號計算器、積分器及峰值偵測器。其中，數字加總器耦接乘積計算單元，用以加總乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生一I加總及Q加總。平方和開根號計算器耦接數字加總器，用以接收上述的I加總及Q加總，并且計算I加總及Q加總的平方和的開根號值。積分器耦接平方和開根號計算器，用以累加一時段的平方和開根號計算器的輸出。而峰值偵測器則耦接積分器，用以搜尋不同的I加總及Q加總的最大計算值，以確認發出取樣數字數據的衛星。
在一實施例中，累加的時段的長度為可調整。
在一實施例中，乘積計算單元每次可計算的部分位元數為64位元。
在一實施例中，此全球衛星定位接收器更包括N個相同的關聯器，其中N為12，每個關聯器用以分別搜尋不同衛星傳送的數據與追蹤衛星傳送的數據，以增進搜尋的速度。
由上述的說明中可知，因本發明是應用可逐次地并行產生欲搜尋的C/A碼的部分位元的C/A碼產生單元、可逐次地并行產生欲搜尋的修正頻率碼的部分位元的都卜勒產生單元，以供乘積計算單元計算其與接收的取樣數字數據的乘積，以及應用可將逐次輸出的部分位元的乘積值予以加總的數字加總器，故可達成具有制程可攜性的關聯電路，及應用此關聯電路的全球衛星定位接收器的制作。此外，更應用外部記憶體來作為儲存取樣數字數據的記憶體，以降低成本并維持較佳的并行處理效能。
經由上述可知，本發明一種全球衛星定位接收器及其關聯電路，是應用可逐次地產生欲搜尋的C/A碼的部分位元的C/A碼產生單元、可逐次地產生欲搜尋的修正頻率碼的部分位元的都卜勒產生單元，以供乘積計算單元計算其與接收的取樣數字數據的乘積，以及應用可將逐次輸出的部分位元的乘積值予以加總的數字加總器，來達成具有制程可攜性的關聯電路。此外，更應用外部記憶體來作為儲存取樣數字數據的記憶體，以降低成本。借由上述技術方案，本發明全球衛星定位接收器及其關聯電路至少具有下列優點1、本發明應用可逐次地并行產生欲搜尋的C/A碼的部分位元的C/A碼產生單元、可逐次地并行產生欲搜尋的修正頻率碼的部分位元的都卜勒產生單元，以供乘積計算單元計算其與接收的取樣數字數據的乘積，以及應用可將逐次輸出的部分位元的乘積值予以加總的數字加總器，故可以避免數字計算電路過于龐大，且具有較佳的效能。
2、本發明因無模擬加法器，故可達成具有制程可攜性的關聯電路，及應用此關聯電路的全球衛星定位接收器的制作。
3、本發明應用外部記憶體來取代內建的儲存20ms取樣數字數據的記憶體，故可以降低成本。
綜上所述，本發明創新結構的全球衛星定位接收器，其應用可逐次地輸出欲搜尋的C/A碼的部分位元的C/A碼產生單元、可逐次地輸出欲搜尋的修正頻率碼的部分位元的都卜勒產生單元，以供乘積計算單元計算其與接收的取樣數字數據的乘積，以及應用可將逐次輸出的部分位元的乘積值予以加總的數字加總器，而可達成具有制程可攜性的關聯電路。此外，因其C/A碼產生單元與都卜勒產生單元可并行產生多個位元，且具有可暫存取樣數字數據的接收數據儲存器，故具有較佳的并行處理效能。其更應用外部記憶體來作為儲存取樣數字數據的記憶體，而可降低成本。本發明具有上述諸多的優點及實用價值，并在同類產品中未見有類似的結構設計公開發表或使用而確屬創新，其不論在產品的結構或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，且較現有的全球衛星定位接收器及其關聯電路具有增進的多項功效，從而更加適于實用，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，以下特以較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
圖1為一種衛星發射的訊框示意圖。
圖2為一種7位元的C/A碼產生電路示意圖。
圖3為一種關聯電路的搜尋結果波形圖。
圖4為一種現有習知的關聯電路方框示意圖。
圖5為根據本發明較佳實施例的一種全球衛星定位接收器方框示意圖。
圖6為根據本發明較佳實施例的一種關聯電路方框示意圖。
2103位元移位暫存器 220單位元乘法器405C/A碼暫存器 410都卜勒修正頻率碼暫存器415I記憶體 420Q記憶體425都卜勒乘法器 430C/A碼乘法器435I模擬加法器 440Q模擬加法器445I模擬數字轉換器 450Q模擬數字轉換器455平方和開根號計算器460積分器465峰值偵測器470非本質記憶體500全球衛星定位接收器510射頻前端511接收天線 512低雜訊放大器513混波器515本地震蕩器516低通濾波器517模擬數字轉換器518外部記憶體519介面控制器520接收數據儲存器530關聯器540數據分離器550導航處理器600關聯電路 610C/A碼產生單元611C/A碼產生器 613C/A碼相位回圈控制器620都卜勒產生單元621都卜勒產生器623都卜勒頻率回圈控制器 630乘積計算單元631I都卜勒乘法器 633Q都卜勒乘法器635I乘法器 637Q乘法器640數字加總與峰值偵測單元650數字加總器651I加總器 653Q加總器
660平方和開根號計算器670積分器680峰值偵測器具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的全球衛星定位接收器及其關聯電路其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
請參閱圖5所示，為根據本發明較佳實施例的一種全球衛星定位接收器的方框示意圖。如圖所示，此全球衛星定位接收器500，其包括有射頻前端(Radio Frequency Front End)510、介面控制器519、接收數據儲存器520、關聯器(Correlator)530、數據分離器(Data Extractor)540及導航處理器(Navigation Processor)550。其中，射頻前端510是由接收天線511、低雜訊放大器(Low Noise Amplifier)512、混波器(Mixer)513、本地震蕩器(Local Oscillator)515、低通濾波器516及模擬數字轉換器517所組成。而圖中的外部記憶體518也可以是導航處理器550中的記憶體，因全球衛星定位接收器在搜尋模式時，導航處理器550中的記憶體并不使用，此時，如將其作為儲存取樣數字數據之用，則可進一步節省成本。
如圖所示，接收天線511用以接收衛星傳送的射頻訊號，此射頻訊號將經由低雜訊放大器512的放大，然后經由本地震蕩器515、混波器513與低通濾波器516的解調，以獲得載波中的基頻訊號，再經模擬數字轉換器517的取樣，便可得到接收的取樣數字數據。取樣數字數據的取樣率為C/A碼傳送頻率的整數倍，以本例而言為1.023MHz的整數倍，如以1倍為例，則每1ms將獲得1023個取樣數字數據。這些取樣數字數據將儲存于圖5的外部記憶體518中。如前所述，為了降低接收數據中雜訊的影響，此處假設關聯器530欲以20ms的取樣數字數據來累積計算，如前面所述的式(1)所示，則外部記憶體518將至少儲存20ms的取樣數字數據。
介面控制器519依關聯器530的運算需求，控制逐步地自外部記憶體518中，將儲存的取樣數字數據移入接收數據儲存器520中，以供使用。當然，如熟習此藝者所知，為了不影響關聯器530的搜尋速率，故圖中的接收數據儲存器520可包括儲存不同時段(每一時段1ms)的取樣數字數據的兩個記憶空間，而介面控制器519則會控制輪流使用這兩個記憶空間，以使接收數據儲存器520可視為乒乓緩沖器(Ping-Pong Buffer)來使用。
關聯器530由接收數據儲存器520中接收上述的取樣數字數據，并依據接收的取樣數字數據與代表衛星的C/A碼及修正都卜勒效應的修正頻率碼的計算結果，來搜尋并確認發出上述的取樣數字數據的衛星，其計算電路將以圖6為例，而在后述中說明。
如圖所示，為了增進搜尋的速度，此全球衛星定位接收器可包括N個相同的關聯器，其中N的值較佳地為12，以使每個關聯器負責搜尋與追蹤不同衛星傳送的數據。
數據分離器540耦接這些關聯器530，用以依據確認的衛星的數據，以自上述取樣數字數據中，分離產生接收的射頻訊號所載送的導航數據。而導航處理器550則耦接數據分離器540，用以接收分離產生的導航數據，以計算獲得所需的經緯度數據與標準時間數據等。這些經緯度數據與標準時間數據等，便可傳送至具有例如是地理資訊系統(Geography InformationSystem，簡稱GIS)的電腦中，以提供使用者現在位置與前進方向等的地圖資訊。
請參閱圖6所示，為根據本發明較佳實施例的一種關聯電路方框示意圖。如圖所示，此全球衛星定位接收器的關聯電路600，其包括接收數據儲存器520、介面控制器519及關聯器530。而關聯器530則包括C/A碼產生單元610、都卜勒產生單元620、乘積計算單元630及數字加總與峰值偵測單元640。其中，C/A碼產生單元610包括C/A碼產生器(C/A CodeGenerator)611及C/A碼相位回圈控制器(C/A Code Phase LoopController)613。都卜勒產生單元620包括都卜勒產生器(DopplerGenerator)621及都卜勒頻率回圈控制器(Doppler Frequency LoopController)623。乘積計算單元630包括I都卜勒乘法器631、Q都卜勒乘法器633、I乘法器635及Q乘法器637。而數字加總與峰值偵測單元640則包括具有I加總器651與Q加總器653的數字加總器650、平方和開根號計算器660、積分器670及峰值偵測器680。現將其工作原理詳細說明如下由圖5的射頻前端510傳送而來的20ms的取樣數字數據，將儲存于外部記憶體518中，并由介面控制器519依關聯器530的運算需求，而控制逐步地自外部記憶體518中，將儲存的取樣數字數據移入接收數據儲存器520，以待與代表衛星的C/A碼或C/A碼的移位值及都卜勒修正頻率碼進行如式(1)的運算。C/A碼產生器611會依據C/A碼相位回圈控制器613的控制，以并行地產生代表不同衛星的C/A碼及不同偏移量的C/A碼的移位值的部分位元，并逐步地輸出所產生的C/A碼的部分位元，例如在1023位元的C/A碼中，每次產生及輸出64位元，則可分成16次輸出。
同樣，都卜勒產生器621則依據都卜勒頻率回圈控制器623的控制，以并行地產生修正都卜勒效應的不同的修正頻率碼的部分位元，并逐步地輸出所產生的修正頻率碼的部分位元，例如在1023位元的修正頻率碼中，每次產生及輸出64位元，則可分成16次輸出。其中，修正頻率碼可以如本實施例地包括I修正頻率碼與Q修正頻率碼，且I修正頻率碼與Q修正頻率碼的相位相差九十度，以容納取樣時脈頻率的相位誤差。
I都卜勒乘法器631與Q都卜勒乘法器633分別接收都卜勒產生器621逐次輸出的I修正頻率碼與Q修正頻率碼，并與接收數據儲存器520輸出的取樣數字數據進行乘積運算。I乘法器635及Q乘法器637則分別接收I都卜勒乘法器631與Q都卜勒乘法器633的運算輸出，并與C/A碼產生器611逐次輸出的C/A碼進行乘積運算。而這些乘積運算結果將逐次地分別輸出至I加總器651與Q加總器653。
I加總器651與Q加總器653逐次地分別接收I乘法器635及Q乘法器637輸出的乘積運算結果，并求取每次輸出的位元值的總和。以上例每次計算64位元的乘積而言，在經過16次總和計算之后，I加總器651與Q加總器653將分別輸出1023位元的乘積運算的加總值I加總與Q加總。I加總與Q加總輸出至平方和開根號計算器660，以進行I加總的平方加上Q加總的平方，其和再開根號的運算，然后進入積分器670，以求取1～20ms等時段可調整的取樣數字數據的乘積運算及平方和開根號運算的計算值的累積值。
最后，由峰值偵測器680就取樣數字數據與C/A碼產生器611變化產生的C/A碼與不同偏移量的C/A碼的移位值，及都卜勒產生器621變化產生的不同修正頻率碼的計算值中，搜尋其最大計算值，以確認發出取樣數字數據的衛星。例如，欲搜尋的衛星數目為24顆，衛星的C/A碼為1023位元，故具有1023個不同偏移量的C/A碼，而都卜勒修正頻率搜尋的范圍為20個區段，也就是具有20個修正頻率碼，則峰值偵測器680將就24×1023×20次運算的計算值中，搜尋每顆衛星的計算值中是否具有可接受的峰值，以確認該衛星傳送的訊息為可接收。當然，如熟習此藝者所知，當取樣數字數據的取樣率大于1倍以上時，則計算次數將隨著取樣率的倍數而倍增。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其包括一接收數據儲存器，用以儲存一取樣數字數據；一介面控制器，耦接該接收數據儲存器與一外部記憶體，用以控制自該外部記憶體逐次地將來自一射頻前端的該取樣數字數據，移入該接收數據儲存器中；以及一關聯器，耦接該接收數據儲存器，用以接收該取樣數字數據，并依據該取樣數字數據與代表一衛星的一C/A碼及修正都卜勒效應的一修正頻率碼的計算結果，以搜尋并確認發出該取樣數字數據的該衛星。
2.根據權利要求1所述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其中所述的接收數據儲存器包括可儲存不同時段的該取樣數字數據的兩個記憶空間，而該介面控制器會輪流使用該些記憶空間。
3.根據權利要求1所述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其中所述的關聯器包括一C/A碼產生單元，用以逐次地并行產生代表該衛星的該C/A碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該C/A碼的部分位元；一都卜勒產生單元，用以逐次地并行產生修正都卜勒效應的該修正頻率碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該修正頻率碼的部分位元；一乘積計算單元，耦接該C/A碼產生單元及該都卜勒產生單元，用以逐次地計算該C/A碼產生單元輸出的該C/A碼的部分位元、該都卜勒產生單元輸出的該修正頻率碼的部分位元與接收的該取樣數字數據的乘積；以及一數字加總與峰值偵測單元，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生一加總值，并搜尋不同的該加總值的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
4.根據權利要求3所述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其中所述的C/A碼產生單元包括一C/A碼相位回圈控制器，用以控制逐步地輸出該C/A碼的部分位元。
5.根據權利要求3所述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其中所述的都卜勒產生單元包括一都卜勒頻率回圈控制器，用以控制逐步地輸出該修正頻率碼的部分位元。
6.根據權利要求3所述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其中所述的數字加總與峰值偵測單元包括一數字加總器，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生一I加總及一Q加總；一平方和開根號計算器，耦接該數字加總器，用以接收該I加總及該Q加總，計算該I加總及該Q加總的平方和的開根號值；一積分器，耦接該平方和開根號計算器，用以累加一時段的該平方和開根號計算器的輸出；以及一峰值偵測器，耦接該積分器，用以搜尋不同的該I加總及該Q加總的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
7.根據權利要求6所述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其中所述的時段的長度為可調整。
8.根據權利要求3所述的全球衛星定位接收器的關聯電路，其特征在于其中所述的乘積計算單元每次可計算的部分位元數為31、32、33、64、128或更多位元。
9.一種全球衛星定位接收器，其特征在于其包括一射頻前端，用以接收一射頻訊號，并將該射頻訊號解調及取樣而獲得一取樣數字數據，以儲存于一外部記憶體中；一接收數據儲存器；一介面控制器，耦接該接收數據儲存器與該外部記憶體，用以控制自該外部記憶體逐次地將該取樣數字數據，移入該接收數據儲存器中；一關聯器，耦接該接收數據儲存器，用以接收該取樣數字數據，并依據該取樣數字數據與代表一衛星的一C/A碼及修正都卜勒效應的一修正頻率碼的計算結果，以搜尋并確認發出該取樣數字數據的該衛星；一數據分離器，耦接該關聯器，用以依據確認的該衛星的數據，以自該取樣數字數據分離產生該射頻訊號載送的一導航數據；以及一導航處理器，耦接該數據分離器，用以接收該導航數據，以計算取得一經緯度數據與一標準時間數據等。
10.根據權利要求9所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中所述的接收數據儲存器包括可儲存不同時段的該取樣數字數據的兩個記憶空間，而該介面控制器會輪流使用該些記憶空間。
11.根據權利要求9所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中所述的關聯器包括一C/A碼產生單元，用以逐次地并行產生代表該衛星的該C/A碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該C/A碼的部分位元；一都卜勒產生單元，用以逐次地并行產生修正都卜勒效應的該修正頻率碼的部分位元，并控制逐步地輸出所產生的該修正頻率碼的部分位元；一乘積計算單元，耦接該C/A碼產生單元及該都卜勒產生單元，用以逐次地計算該C/A碼產生單元輸出的該C/A碼的部分位元、該都卜勒產生單元輸出的該修正頻率碼的部分位元與接收的該取樣數字數據的乘積；以及一數字加總與峰值偵測單元，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生該加總值，并搜尋不同的該加總值的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
12.根據權利要求11所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中所述的C/A碼產生單元包括一C/A碼相位回圈控制器，用以控制逐步地輸出該C/A碼的部分位元。
13.根據權利要求11所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中所述的都卜勒產生單元包括一都卜勒頻率回圈控制器，用以控制逐步地輸出該修正頻率碼的部分位元。
14.根據權利要求11所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中所述的數字加總與峰值偵測單元包括一數字加總器，耦接該乘積計算單元，用以加總該乘積計算單元逐次計算的乘積，以產生一I加總及一Q加總；一平方和開根號計算器，耦接該數字加總器，用以接收該I加總及該Q加總，計算該I加總及該Q加總的平方和的開根號值；一積分器，耦接該平方和開根號計算器，用以累加一時段的該平方和開根號計算器的輸出；以及一峰值偵測器，耦接該積分器，用以搜尋不同的該I加總及該Q加總的最大計算值，以確認發出該取樣數字數據的該衛星。
15.根據權利要求14所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中所述的時段的長度為可調整。
16.根據權利要求11所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中所述的乘積計算單元每次可計算的部分位元數為31、32、33、64、128或更多位元。
17.根據權利要求11所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中更包括N個該關聯器。
18.根據權利要求17所述的全球衛星定位接收器，其特征在于其中N等于8、10、2或更多。
全文摘要
本發明是關于一種全球衛星定位接收器及其關聯電路，是應用可逐次地產生欲搜尋的C/A碼的部分位元的C/A碼產生單元、可逐次地產生欲搜尋的修正頻率碼的部分位元的都卜勒產生單元，以供乘積計算單元計算其與接收的取樣數字數據的乘積，以及應用可將逐次輸出的部分位元的乘積值予以加總的數字加總器，來達成具有制程可攜性的關聯電路。此外，更應用外部記憶體來作為儲存取樣數字數據的記憶體，以降低成本。
文檔編號G01S5/14GK1741397SQ20041005718
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月27日 優先權日2004年8月27日
發明者許家彰 申請人:旺玖科技股份有限公司