CN101930075B - 信号接收器及其控制方法、以及采用其及方法的gps设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号接收器及其控制方法、以及采用所述信号接收器及方法的GPS设备。所述信号接收器包括：输入部，其接收来自多个信道的相应多个信号；复用器单元，其从输入部接收所述多个信号，并以时分方式选择所述多个信号中的一个信号；以及至少一个相位差检测器，其从复用器单元接收所选信号，所述至少一个相位差检测器的数量小于所述多个信道的数量。

Description

信号接收器及其控制方法、以及采用其及方法的GPS设备
技术领域
本发明涉及信号接收器、用于控制信号接收器的方法、以及采用所述信号接收器及方法的GPS设备。
背景技术
用于从围绕地球运行的卫星接收信号并确定相应物体的当前位置的全球导航卫星系统(GNSS)已经被广泛使用。特别是，在GNSS之中，全球定位系统(GPS)已经是公知的。
在实践中，GPS接收器被设计成用于通过分析经由GPS天线从多个GPS卫星(例如，四个或更多个卫星)接收的卫星波来得到位置信息、基于位置信息来计算GPS导航系统的当前位置、以及将用于指示当前位置的位置数据输出给导航设备。换言之，GPS接收器从各卫星接收信号，并对所接收的信号进行解调以得到卫星轨道信息。随后，GPS接收器可以根据GPS卫星的轨道和时间信息以及所接收信号的延迟时间、使用联立方程得出GPS接收器的三维位置。GPS接收器的内部时钟与卫星时钟之间的差的任何影响均可以通过从四个或更多个GPS卫星接收信号来消除。
为了每隔预定时间间隔(例如，每隔一秒)将GPS接收器的当前位置通知给用户，连续跟踪来自GPS卫星的信号是方便的。通常，把要被GPS接收器用于定位计算的信号称为L1频带C/A(清除和捕获或者粗测距和捕获)码。换言之，该信号是通过如下方式得到的GPS信号：使用通过用码长为1023且码片速率为1.023MHz的伪随机噪声(PRN)码对50bps(比特每秒)的数据进行直接扩展而得到的信号、用二相相移键控(BPSK)方案对1575.42MHz的载波进行调制。因此，期望PRN码、载波以及数据的同步，以允许GPS接收器从GPS卫星接收信号。本领域中已经使用的典型GPS接收器使用锁相环(PLL)以用于GPS信号载波同步，并且PLL的数量应当对应于待接收信号的数量。
如以上所提到的，为了允许典型的GPS接收器使用来自GPS卫星的信号来执行定位计算，期望从四个或更多个GPS卫星接收信号。因此，期望至少有四个独立的PLL。在以下描述中，把可以在地球上的特定区域接收其信号的GPS卫星称为可见卫星，把这种卫星的数量称为“可见卫星数”。可见卫星数在开放天空区域中大于或等于10，但基于季节、时间、维度、经度以及地形而定(见例如B.Hofmann-Wellenhof、H.Lichtenegger以及J.Collins的“GlobalPositioningSystem：TheoryandPractic”，Springer-Verlag，Tokyo.2005)。如果可以尽可能多地同时跟踪可见卫星，则即使当正在被跟踪的接收信号的一部分被建筑物和地理特征阻挡时，信号所来自的卫星数量不大于四的频率也会下降。这使得定位计算因可接收卫星数量的下降而中断的频率下降。用于执行同步保持信道处理以从一个GPS卫星接收一个信号的部件在以下描述中将被称为“同步保持信道(synchronization-holdingchannel)”。通常，在许多情形中，GPS接收器可以有八个或更多个同步保持信道。
发明内容
要提供给同步保持信道的时钟频率(在许多卫星中使用)在13至26MHz的范围内，以通过硬件实现同步保持信道。另一方面，同步保持信道中PLL进行处理的间隔可以为例如每毫秒一次(即，1KHz)，这相比于上述时钟频率而言是非常小的频率。在PLL的处理间隔期间要进行的处理只包括相位比较器的相位差计算以及环路滤波器的数据平滑处理，以使得这种处理根据处理的内容或规模可以在几乎10毫秒或更短的时间内完成。
虽然在PLL进行处理的间隔期间进行的处理的规模不是太大，但典型的GPS接收器也包括相位比较器和环路滤波器(等于同步保持信道的数量)。这意味着，同步保持信道数量的增加引起电路尺寸的增加。
因此，期望提供新型的、改进的信号接收器，用于控制信号接收器的方法，以及用于信号接收器的计算机介质产品。其中，两个或更多个同步保持信道共用一个相位比较器和一个环路滤波器，以避免电路尺寸因同步保持信道数量的增加而增加。
根据本发明的任意实施例，多个同步保持信道共用一个相位比较器和一个环路滤波器。因此，可以实现一种新型的、改进的信号接收器、用于接收信号的方法以及GPS设备，其能够防止因同步保持信道数量的增加而导致的电路侧增加。
在第一方面，一种信号接收器包括：输入部，其接收来自多个信道的相应多个信号；复用器单元，其从输入部接收所述多个信号并以时分方式选择所述多个信号中的一个信号；以及至少一个相位差检测器，其从复用器单元接收所选信号，所述至少一个相位差检测器的数量小于所述多个信道的数量。
在第二方面，在信号接收器中，所述至少一个相位差检测器中的每个相位差检测器包括相位检测器和环路滤波器。
在第三方面，在信号接收器中，复用器单元包括：第一复用器，其从来自所述多个信道的相应I信号中选择I信号；以及第二复用器，其从来自所述多个信道的相应Q信号中选择Q信号。
在第四方面，信号接收器进一步包括：载波数控振荡器NCO，其接收所述至少一个相位差检测器的输出。
在第五方面，信号接收器进一步包括：计数器，其保存信道号，复用器单元使用所述信道号来选择所述多个信号中与所保存的信道号相对应的的一个信号。
在第六方面，在信号接收器中，所述多个信道的数量为N，用于在所述至少一个相位差检测器中处理一个信道的相应所选信号的时间为T1，在所述至少一个相位差检测器中对所选信号的处理之间的间隔为T0，以及所述至少一个相位差检测器的数量为M，
其中，以及
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数，以及
其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
在第七方面，一种信号处理方法，包括：在输入部处接收来自多个信道的相应多个信号；在用于从输入部接收所述多个信号的复用器单元处，以时分方式选择所述多个信号中的一个信号；以及由相位差检测器对来自复用器单元处的选择的所选信号执行至少一个相位差检测，所述至少一个相位差检测器的数量小于所述多个信道的数量。
在第八方面，在所述信号接收方法中，所述执行相位差检测包括执行相位检测和执行环路滤波。
在第九方面，在所述信号接收方法中，所述选择包括：第一选择，用于从来自所述多个信道的相应I信号中选择I信号；以及第二选择，用于从来自所述多个信道的相应Q信号中第二选择Q信号。
在第十方面，所述信号接收方法进一步包括：对在所述至少一个相位差检测器处执行相位差检测的输出进行载波数控振荡。
在第十一方面，所述信号接收方法进一步包括：保存信道号，并在选择所述多个信号中与保存的信道号相对应的一个信号时使用所述保存的信道号。
在第十二方面，所述在信号接收方法中，在执行相位差检测时，所述多个信道的数量为N，用于在所述至少一个相位差检测器中处理一个信道的相应所选信号的时间为T1，在所述至少一个相位差检测器中对所选信号的处理之间的间隔为T0，以及所述至少一个相位差检测器的数量为M，
其中，以及
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数，以及
其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
在第十三方面，一种全球定位系统GPS设备，包括：频率转换器，其接收来自多个全球定位系统的相应多个GPS信号；同步保持电路，其保持GPS信号中的特定GPS信号，并包括：复用器单元，其从频率转换器接收所述多个信号，并以时分方式选择所述多个信号中的一个信号；以及至少一个相位差检测器，其从复用器单元接收所选信号，所述至少一个相位差检测器的数量小于所述多个信道的数量。
在第十四方面，在所述GPS设备中，所述至少一个相位差检测器中的每个相位差检测器包括相位检测器和环路滤波器。
在第十五方面，在所述GPS设备中，复用器单元包括：第一复用器，其从来自所述多个信道的相应I信号中选择I信号；以及第二复用器，其从来自所述多个信道的相应Q信号中选择Q信号。
在第十六方面，在所述GPS设备中，同步保持电路进一步包括：载波数控振荡器NCO，其接收所述至少一个相位差检测器的输出。
在第十七方面，在所述GPS设备中，同步保持电路进一步包括：计数器，其保存信道号，复用器单元使用所述信道号来选择所述多个信号中与保存的信道号相对应的一个信号。
在第十八方面，在所述GPS设备中，所述多个信道的数量为N，用于在所述至少一个相位差检测器中处理一个信道的相应所选信号的时间为T1，在所述至少一个相位差检测器中对所选信号的处理之间的间隔为T0，以及所述至少一个相位差检测器的数量为M，
其中，以及
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数，以及
其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
在第十九方面，一种信号接收器，包括：用于接收来自多个信道的相应多个信号的装置；用于以时分方式从来自所述用于接收的装置的所述多个信号中选择所述多个信号中的一个信号的装置；至少一个以下装置，所述装置用于检测来自所述用于选择的装置的所选信号的相位差，所述至少一个用于检测相位差的装置的数量小于所述多个信道的数量。
在第二十方面，所述信号接收器进一步包括：对所述至少一个用于检测相位差的装置的输出进行载波数控振荡的装置。
在第二十一方面，所述信号接收器进一步包括：用于保存信道号的装置，所述用于选择的装置使用所述信道号来选择所述多个信号中与保存的信道号对应的一个信号。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施例的GPS接收器的配置的图；
图2是示出了根据本发明实施例的GPS接收器中的同步保持信道的配置的图；
图3是示出了已经在本领域中使用的现有GPS接收器的同步保持信道中使用的PLL的配置的图；
图4是示出了根据本发明一个实施例的同步保持信道中的PLL的配置的图；
图5是示意性地示出了根据本发明实施例中一个实施例的用于生成相位差检测器的处理开始信号的方法的图；以及
图6是示出了根据本发明的一个实施例的用于控制PLL中的计数器的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在以下描述和附图中，具有基本上相同的功能配置的元件将被标注同样的附图标记，并因此在下文中将略去其详细描述。
将按如下次序进行说明。
<1.示例性实施例>
[1-1.接收器的配置]
[1-2.同步保持信道的配置]
[1-3.典型PLL的配置]
[1-4.本实施例的PLL的配置]
[1-5.用于生成相位差检测器的处理开始信号的方法以及用于控制计数器的方法]
<2.结论>
<1.示例性实施例>
[1-1.接收器的配置]
将对根据本发明实施例的接收器的配置进行描述，所述接收器用于接收从全球导航卫星系统(GNSS)中的至少四个卫星发射的信号，然后基于所接收的信号计算其位置。本实施例采用在日本广泛使用的全球定位系统(GPS)，并且下面所描述的GPS接收器是对应于GPS的接收器的示例。
图1是示出了根据本发明实施例的GPS接收器10的配置的图。在下文中，将参照图1对根据本发明实施例的GPS接收器10的配置进行描述。
图1中所示的GPS接收器10从至少四个或更多个全球定位系统(GPS)接收信号并随后基于所接收的信号计算所述接收器的位置。具体地，图1中所示的GPS接收器10接收被称为L1频带C/A码的扩频信号波作为接收信号。如图1中所示，当对正在被接收的接收信号进行解调时，GPS接收器10将用于取得GPS接收器自身生成的按照伪随机(PRN)次序的扩展码(PRN码)与接收信号的PRN码之间的同步的功能和用于维持PRN码与承载波(载波)之间的同步的功能分开。以此方式把功能分开可以使得同步的取得加快，同时在GPS接收器10中维持小的电路尺寸。当然，本实施例不限于GPS接收器，如以上所描述的GPS接收器。
可替选地，本实施例显然可应用于用于接收从组成GNSS的两个或更多个卫星发送的信号并计算GPS接收器自身位置的各种接收器。
如图1中所示，GPS接收器10包括：晶体振荡器(晶体振荡器；XO)11，用于生成具有预定发送频率的发送信号D1；温度补偿晶体振荡器(TCXO)12，用于生成具有预定振荡频率Fosc的振荡信号D2，振荡频率Fosc不同于XO11的振荡频率；以及倍频器/分频器12，用于使从TCXO12提供的振荡信号D2加倍和/或对振荡信号D2进行划分。
XO11生成振荡信号D1，比如，具有约32.768KHz预定振荡频率的振荡信号。XO11将生成的振荡信号D1提供给如后面所描述的实时时钟(RTC)27。TCXO12生成与从XO11生成的信号不同的信号。例如，TCXO12生成具有约16.368MHz预定振荡频率Fosc的振荡信号D2。TCXO12将生成的振荡信号D2提供给倍频器/分频器13和频率合成器18。倍频器/分频器13以预定倍率、响应于从中央处理单元(CPU)26提供的控制信号D3而将从TCXO12提供的振荡信号D2加倍和/或以预定倍减率倍减。倍频器/分频器13提供振荡信号。D4被加倍和/或倍减到后面所描述的同步取得单元24、后面所描述的同步保持信道单元25、CPU26、后面所描述的定时器28、以及后面所描述的存储器29。
另外，GPS接收器10包括：天线14，其接收从GPS卫星发送的射频(RF)信号；低噪声放大器(LNA)15，其对天线14接收的RF信号D5进行放大；以及带通滤波器(BPF)16，其准许被LNA15放大的RF信号D6的分量之中的预定频带分量通过。GPS接收器10还包括：放大器17，其对通过BPF16的放大RF信号D7进行进一步放大；以及频率合成器18，其响应于从TCXO12提供的振荡信号D2来生成具有预定频率FLO的本地振荡信号D10。另外，GPS接收器10包括：乘法器19，其将具有预定频率FRF的(经放大器17放大的)放大RF信号D8乘以从频率合成器18提供的本地振荡信号D10。GPS接收器10进一步包括：放大器20，其对(用乘法器19通过乘法进行了下变频的)具有预定频率FIF的中频(IF)信号D11进行放大。GPS接收器10进一步包括：低通滤波器(LPF)21，其允许被放大器20放大的放大IF信号D12的分量中的预定频带分量通过。此外，GPS接收器10包括：模拟/数字转换器(A/D)22，其将通过LPF21的模拟格式的放大IF信号D13转换成数字格式的放大IF信号D14。
天线14接收从GPS卫星发射的RF信号。例如，天线14可以接收从GPS卫星发射的频率为1575.42MHz的扩频RF信号。随后，由天线14接收的RF信号D5被提供给LNA15。
LNA15对天线14接收的RF信号D5进行放大。LNA15把通过对所接收的RF信号D5进行放大而得到的放大的RF信号D6提供给BPF16。
BPF16为所谓的表面声波(SAW)滤波器，其允许被LNA15放大的RF信号D6的分量之中的预定频带分量通过BPF16。通过BPF16的放大RF信号D7被提供给放大器17。
放大器17对通过BPF16的放大RF信号D7进行进一步放大。然后，放大器17把具有157.42MHz预定频率FRF的进一步放大的RF信号D8提供给乘法器19。
频率合成器18在从CPU26提供的控制信号D9的控制下，响应于从TCXO12提供的振荡信号D2而生成具有预定频率FLO的本地振荡信号D10。频率合成器18把生成的本地振荡信号D10提供给乘法器19。
乘法器19将经放大器17放大了的具有预定频率FRF的放大RF信号D8乘以从频率合成器18提供的本地振荡信号D10，以对放大的RF信号D8进行下变频。例如，乘法器19生成具有约1.023MHz预定频率FIF的IF信号D11。IF信号D11随后被提供给放大器20。
放大器20对乘法器19进行了下变频的IF信号D11进行放大。放大器20把通过对IF信号D11进行放大而得到的放大IF信号D12提供给LPF21。
LPF21允许被放大器20放大的IF信号D12的分量之中的频率低于预定频率的分量通过。通过LPF21的放大IF信号D13随后被提供给A/D转换器22。
A/D转换器22把通过LPF21的模拟类型的放大IF信号D13转换成数字类型的放大IF信号D14。A/D转换器22进行了转换的放大IF信号D14被提供给同步取得单元24和同步保持信道单元25。
此外，在GPS接收器10的以上结构部件之中，LNA15、放大器17和20、BPF16、频率合成器18、乘法器29、LPF21、以及A/D转换器22形成频率转换器23。此处，例如，频率转换器23可以把天线14接收到的具有1575.42MHz高频的所接收的RF信号D5下变频成具有约1.023MHz低频FIF的放大IF信号D14，以容易地进行数字信号处理。
此外，GPS接收器10包括：同步取得单元24，其取得GPS接收器10自身生成的PRN码与从A/D转换器22提供的放大IF信号D14的PRN码之间的同步，并检测放大IF信号D14的载波频率。另外，GPS接收器10还包括：同步保持信道单元25，其保持PRN码与从A/D转换器22提供的放大IF信号D14的PRN码之间的同步，并对消息进行调制。GPS接收器10进一步包括：CPU26，其通过整体上控制各部件来执行各种算术处理。此外，GPS接收器10包括：实时时钟(RTC)27，其基于从X011提供的振荡信号D1来测量时间；定时器28，作为CPU26的内部时钟；以及存储器29，比如，随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
同步取得单元24在CPU26的控制下，基于从倍频器/分频器13提供的加倍的和/或倍减的振荡信号D4来执行从A/D转换器22提供的放大IF信号D14的PRN码的同步取得。另外，同步取得单元24检测放大IF信号D14的载波频率。在执行PRN码的同步取得以及载波频率的检测时，同步取得单元24执行具有粗略准确度的同步取得。此外，可以使用任意结构部件(比如，滑动相关器或者匹配的滤波器)执行同步取得单元24中的同步取得。同步取得单元24把用于标识检测到的GPS卫星的卫星号、PRN码的相位以及载波频率提供给同步保持信道单元25和CPU26。
同步保持信道单元25在CPU26的控制下，基于从倍频器/分频器13提供的加倍的和/或倍减的振荡信号D4来执行从A/D转换器22提供的放大IF信号D14的PRN码的同步取得。另外，同步保持信道单元25对放大IF信号D14中的导航消息进行解码。在保持PRN码与载波之间的同步以及对导航消息进行解码时，同步保持信道单元25使用卫星号、PRN码的相位以及载波频率作为初始值来开始其操作。同步保持单元25并行地对来自多个GPS卫星的放大IF信号D14执行同步保持处理，然后提供检测到的PRN码的相位、载波频率以及导航消息。
CPU26获取从同步保持信道单元25提供的PRN码的相位、载波频率以及导航消息。基于这些类别的信息，CPU26执行各种算术处理，比如，用于计算CPU26自身三维位置的处理以及用于校正相应GPS接收器10的时间信息的处理。另外，CPU26执行对相应GPS接收器10中每个部分以及各种外设(外围设备)和外部输入/输出(I/O)终端的控制。
RTC27基于从XO11提供的振荡信号D1来测量时间。RTC27测量的时间信息用作替代物，直到得到GPS卫星的正确时间信息为止。当得到GPS卫星的正确时间信息时，则CPU26控制XO11适当地校正时间信息。
定时器28用作CPU26的内部时钟，并用于为各结构部件的操作生成各种定时信号和时间标准。例如，在GPS接收器10中，定时器28生成如下这种定时：用于与同步取得单元24同步获取的PRN码的相位同步地发起同步保持单元25中的PRN码生成器的操作的定时。
存储器29可以是随机访问存储器(RAM)或只读存储器(ROM)。在存储器29中，RAM可以用作用于由CPU26等进行各种处理的工作区。RAM可以用于缓存各种输入数据以及保存中间数据、星历表和历书数据(比如，同步保持信道单元得到的卫星轨道信息)、以及处理期间生成的中间数据和算术结果数据。另外，存储器29可以是用于存储各种程序和固定数据的ROM。另外，存储器29可以是非易失性存储器，用于即使当GPS接收器10的电源关断时也存储星历表和历书数据(比如，卫星的轨道信息)、定位信息以及定位结果的定位信息、TCXO12的误差量等。
在GPS接收器10中，同步取得单元24、同步保持信道单元25、CPU26、RTC27、定时器28以及存储器29形成基带处理部分。在具有这些部件中的每个部件的GPS接收器10中，以集成单个电路的形式提供的解调器电路30由至少除了XO11、TCXO12、天线14、LNA15以及BPF16以外的部件形成。
GPS接收器10从至少四个GPS卫星接收RF信号，频率转换器23随后把这些RF信号转换成IF信号。然后，同步取得单元24执行PRN码的同步取得以及载波频率的检测。同步保持信道单元25执行PRN码和载波的同步保持以及导航消息的解调。然后，GPS接收器10基于PRN码的相位、载波频率以及导航消息，由CPU26计算GPS接收器10的三维位置。
在以上描述中，参照图1对根据本发明实施例的GPS接收器10的配置进行了描述。可替选地，GPS接收器10可以具有与图1中所示的配置不同的另一配置，并且可以包括能够用于存储各种数据(比如，用于用户接口的显示数据)和应用的存储单元、可由用户操作的操作单元、以及用于显示目前位置信息的显示单元、等等。在以上的GPS接收器10中，例如，以上结构部件可以经由作为数据传输线路的总线来彼此相连。
如上所述，在CPU26控制下的同步保持信道单元25基于从倍频器/分频器13提供的加倍的和/或倍减的振荡信号D4来执行从A/D转换器22提供的放大IF信号D14的载波和PRN码与载波之间的同步保持，同时，执行放大IF信号D14中所包含的导航消息的解调。
同步保持单元25并行地对来自多个GPS卫星的放大IF信号D14执行同步保持处理，并随后把检测到的PRN码的相位、载波频率以及导航消息提供给CPU26。然后，将对如下这种部分的配置进行描述：其中，针对来自多个GPS信号的放大IF信号D14的特定GPS卫星信号的同步保持(在下文中，称为同步保持信道)。
[1-2.同步保持信道的配置]
图2是示出了根据本发明实施例的GPS接收器10中的同步保持单元25的配置的图。现在参照图2，在以下描述中，将对根据本发明实施例的GPS接收器10中的同步保持单元25的配置进行描述。
同步保持对来自多个GPS信号的放大IF信号D14的特定GPS卫星信号执行保持(在下文中，称为同步保持信道)。同步保持单元25包括：锁相环(PLL)101，其对载波的信道执行同步保持；延迟锁定环(DLL)102，其对PRN码的信道执行同步保持；以及PRN码生成器130，其生成CPU26指定的特定GPS卫星的PRN码。
PLL101对来自多个GPS卫星的放大IF信号D14的特定GPS卫星信号的载波信道执行同步保持，随后输出正在被跟踪的GPS卫星的载波频率。如此所得到的载波频率被提供给DLL102，并且还经由CPU26用于定位计算。另外，PLL101还执行导航消息的提取，提取的导航消息随后被提供给CPU26。
DLL102对来自多个GPS卫星的放大IF信号D14的特定GPS卫星信号的PRN信号信道执行同步保持，随后输出正在被跟踪的GPS卫星的频率以及PRN码的相位。在DLL102中所得到的PRN码的相位被提供给PLL101，并且还经由CPU26用于定位计算。另外，把所得到的PRN码频率提供给PRN码生成器130。
PRN码生成器130生成与从DLL102得到的PRN码频率相对应的PRN码。生成的PRN码的类型取决于要同步的GPS卫星的种类，并且从CPU26提供。
在以上描述中，对根据本发明第一实施例的GPS接收器10中的同步保持单元25的配置进行了描述。接下来，将在对典型GPS接收器10的同步保持信道中使用的PLL的示例性配置进行描述之后，对图2中所示的同步保持信道100中使用的PLL101的配置进行描述。
[1-3.典型PLL的配置]
图3是示出了已经在本领域中使用的现有GPS接收器的同步保持信道中使用的PLL40的配置的图。如图3中所示，现有GPS接收器的同步保持信道中使用的PLL40包括：混频器41、42和43；LPF44和45；相位检测器46；环路滤波器47；以及载波数控振荡器(NCO)48。继而，GPS接收器中包括的图3中所示的PLL40的数量等于同步保持信道的数量。
混频器41用于移除(或者反向扩展)从A/D转换器22提供的放大的IF信号D14中的特定GPS卫星信号的PRN码。将放大的IF信号D14乘以从PRN码生成器130输出的PRN码的延迟(提示或守时)信号D104。随后，混频器41进行了反向扩展的信号被提供给混频器42和43。
混频器42将混频器41的输出乘以从载波NCO48输出的余弦(cos)分量，以从混频器41的输出中取出特定GPS卫星信号的同相分量(I分量)。作为结果，I分量IP包括正在被跟踪的GPS卫星信号的载波频率与从NCO48生成的载波的频率之间的和以及差。随后，在混频器42中得到的I分量IP被提供给LPF44。
为了从混频器41的输出中取出特定GPS卫星信号的载波的正交分量(正交相位；Q分量)QP，将混频器41的输出乘以从NCO48输出的正弦(sin)分量。作为结果，Q分量QP包括正在被跟踪的GPS卫星信号的载波频率与从NCO48生成的载波的频率之间的和以及差。Q分量QP被提供给LPF45。
LPF44和45从正在被跟踪的GPS卫星信号的载波频率以及从NCO48生成的载波频率中取出相应混频器42和43的输出中的两个频率分量的和以及差之中的频率差。LPF44和45中的每个都具有移除噪声的作用。LPF44和45中每个LPF的输出被提供给相位检测器46。
相位检测器46分别根据通过LPF44和45的I分量IP和Q分量QP来计算正在被跟踪的GPS卫星信号的载波与从NCO48生成的载波之间的相位差。随后，将相位检测器46得到的相位差提供给环路滤波器47。
环路滤波器47是一种用于根据相位检测器46生成的相位差信息来实现期望的环路响应、同时移除不必要的噪声的LPF。CPU26为环路滤波器47提供用于期望环路响应的适当参数。来自环路滤波器47的输出被提供给载波NCO48。
载波NCO48根据输入来生成与频率对应的载波信号。载波NCO48随后输出用作标准的载波信号D101以及与载波信号D101具有90度相移的信号D102。从载波NCO48，将输出信号D101提供给混频器42并将输出信号D102提供给混频器48。
在以上描述中，对典型GPS接收器的同步保持信道中使用的PLL40的配置进行了描述。如上所述，对于这种典型GPS接收器，为每个同步保持信道提供一个PLL。因此，每个同步保持信道即需要相位检测器46也需要环路滤波器47，并且所需要的相位检测器46和环路滤波器47的数量等于同步保持信道的数量。因此，如上所述，在典型的GPS接收器中，即使在PLL处理间隔期间要进行的处理的规模不是太大的情况下，电路尺寸也会因为需要与同步保持信道的数量相同数量的相位检测器和环路滤波器而增加。
这里，如现在所描述的，在根据本发明实施例的GPS接收器中，多个同步保持信道共用PLL的相位比较器和环路滤波器并且按分时(timesharing)的方式进行处理，这防止了期望的电路尺寸增加。
[1-4.本示例性实施例的PLL的配置]
图4是示出了根据本发明示例性实施例中的一个示例性实施例的同步保持单元25中的PLL111的配置的图。现在参照图4，将对根据本发明实施例的同步保持单元25中使用的PLL111的配置进行描述。
如图4中所示，PLL111包括：混频器103，其去除从A/D转换器22提供的放大IF信号D14中的特定GPS卫星信号的PRN码；混频器104，其取出特定GPS卫星信号的载波的I分量IP；混频器105，其取出特定GPS卫星信号的载波的Q分量QP；以及LPF106和107，其去除频带限制所引起的不期望有的频率分量，比如噪声。另外，PLL111还包括：相位检测器113，其参考I分量IP与Q分量QP之间的比率来检测所接收的GPS卫星信号中的载波与从载波数控振荡器(载波NCO)110生成的载波之间的相位差；以及环路滤波器114，其使从相位检测器113输出的相位差平滑。另外，PLL111还包括：载波NCO110，其去除正在被跟踪的GPS卫星信号的载波；复用器(MUX)116，其在来自多个信道的I信号之中选择连接到相位检测器113的I信号；以及复用器(MUX)115，其在来自多个信道的Q信号之中选择连接到相位检测器113的Q信号。此外，PLL111包括：解复用器(DEMUX)117，其在来自多个信道的载波NCO110之中选择连接到环路滤波器114的载波NCO110；以及计数器118，其保存复用器115和116以及解复用器117应当选择哪个信道信号。此外，PLL111包括：寄存器119，其保存多个信道中每个信道的在环路滤波器中生成的中间结果。
分别提供等于同步保持信道的数量的混频器103、104以及105；LPF106和107；以及载波NCO110。相比较而言，相位检测器113、环路滤波器114、计数器118、寄存器119、复用器115和116、以及解复用器117的所需数量小于同步保持信道的数量。这里，效率的显著改进是在同步保持信道的数量与相位差检测器112的数量之间的关系中实现的，其中每个相位差检测器包括相位检测器113和环路滤波器114。
在本实施例中，确定所需相位差检测器112的数量M，使得它将会小于同步保持信道的数量N(N≥2)(N＞M)。现在，将对在具体地给定N时如何确定M进行描述。首先，计算一个相位差检测器112的可共用同步保持信道的最大数量L。如果把用于相位检测器中的处理时间定义成T1并把PLL的处理间隔定义成T0，则一个相位差检测器112的可共用同步保持信道的最大数量L被确定为使得最大数量L将会满足以下公式(1)：
...(公式1)，
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数。
例如，如果T0＝1ms并且T1＝15μs，则M满足如下公式(2)：
...(公式2)，
其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
例如，如果N＝20并且L＝67，则M＝1。如果N＝20并且L＝15，则M＝2。
这里，在以下描述中，为了简化解释，把同步保持信道的数量N设置为八(8)，把相位差检测器112的数量M设置为一(1)。然而，该数量可以更大或更小，只要其满足上述条件。
混频器103用于移除(或者反向扩展)从A/D转换器22提供的放大IF信号D14中的特定GPS卫星信号的PRN码。将放大IF信号D14乘以从PRN码生成器130输出的PRN码的提示或守时信号。随后把混频器103进行了反向扩展的信号提供给混频器104和105。
混频器104将混频器103的输出乘以从载波NCO110输出的余弦分量，以从混频器104的输出中取出特定GPS卫星信号的I分量IP。作为结果，I分量IP包括正在被跟踪的GPS卫星信号的载波频率与从NCO110生成的载波的频率之间的和以及差。随后把在混频器104中得到的I分量IP提供给LPF106。
混频器105将混频器103的输出乘以从载波NCO110输出的正弦分量，以从混频器103的输出中取出特定GPS卫星信号的Q分量QP。作为结果，Q分量QP包括正在被跟踪的GPS卫星信号的载波频率与从NCO110生成的载波的频率之间的和以及差。把混频器105取出的Q分量QP提供给LPF107。
LPF106和107从正在被跟踪的GPS卫星信号的载波频率以及从NCO110生成的载波频率中滤除混频器104和105的相应输出中的两个频率分量之间的和以及差之中的频率差。LPF106和107中的每个都具有移除噪声的作用。分别通过后面所描述的复用器115和116把LPF106和107中每个LPF的输出提供给相位检测器113。
相位检测器113分别根据通过LPF44和45的I分量IP和Q分量QP来计算正在被跟踪的GPS卫星信号的载波与从NCO48生成的载波之间的相位差。随后把相位检测器113得到的相位差信息提供给环路滤波器114。
环路滤波器114是一种用于根据相位检测器113生成的相位差信息来实现期望的环路响应并同时移除不必要的噪声的LPF。CPU26为环路滤波器114提供用于期望环路响应的适当参数。通过后面所描述的复用器117把来自环路滤波器114的输出提供给载波NCO110。
载波NCO110根据输入来生成与频率对应的载波信号。载波NCO110随后输出用作标准的载波信号D101以及与载波信号D101具有90度相移的信号D102。从载波NCO110，把输出信号D101提供给混频器104并把输出信号D102提供给混频器105。
复用器115和116中的每个复用器用于在来自多个同步保持信道的LPF106和107的输出之中选择来自特定同步保持信道的输出。计数器118中保存要选择的同步保持信道。根据多个同步保持信道的载波NCO110，解复用器117用于选择要连接到环路滤波器114的信道。计数器118中以信道号的形式保存要选择的同步保持信道的信息。
计数器118保存信道号，所述信道号用于由复用器115和116以及解复用器117在多个同步保持信道的信号之中选择特定同步保持信道的信号。在本实施例中，在同步保持信道的数量等于八的情况下，保存信道号0至7。用于控制计数器118的计数器值的方法将在后面进行描述。
寄存器119是用于存储从环路滤波器114生成的中间结果的空间。寄存器119可以使用触发器(flip-flop)或RAM实现，但不限于此。环路滤波器114生成的中间结果对于各个同步保持信道是不同的。因此，寄存器119期望配备与同步保持信道的数量相对应的可用存储空间。计数器118规定中间结果在寄存器119中存储于哪个信道区域中或者下次要使用的中间结果从哪个信道区域中取出。
信号D201是如下这种信号：其代表环路滤波器114的计算结束并发起对下一个同步保持信道的相位差检测，此处理将由相位检测器113和环路滤波器114进行。同时，信号D201是用于对计数器118进行更新的信号。
在以上描述中，参照图4对PLL111的配置进行了描述。在本领域中已经使用的典型方法中，各同步保持信道中安装的相位差检测器112通过图1中所示的倍频器/分频器12生成的处理开始信号同时启动。在本实施例中，一个相位差检测器112按分时的方式承担多个同步保持信道的处理。因此，除了倍频器/分频器13生成的处理开始信号以外，还使用用于开始相位差检测器112处理的信号。在以下描述中，将对根据本实施例的用于生成相位差检测器112的处理开始信号的方法以及用于控制计数器118的方法进行描述。
[1-5.用于生成相位差检测器处理开始信号的方法以及用于控制计数器的方法]
图5是示意性地示出了根据本发明实施例中的一个实施例的用于生成相位差检测器112的处理开始信号的方法的图。在下文中，参照图5，将对根据该实施例的用于生成相位差检测器112的处理开始信号的方法进行描述。
如果假定要处理的同步保持信道按照从编号0至7的次序依次被处理，则采用倍频器/分频器13生成的处理开始信号作为用于处理信道0(零)的开始信号。另一方面，用于处理信道1至7的处理开始信号采用环路滤波器114的处理终止信号D201。然而，最后一个信道(在图5中所示的示例中为信道7)的处理终止信号不再是要处理的信道。因此，不采用它作为处理开始信号。如上所述，计数器118负责确定要连接到复用器115和116以及解复用器117的同步保持信道。另外，计数器118还负责确定寄存器119中用于环路滤波器114所生成的中间结果的存储空间以及寄存器119中用于环路滤波器114所使用的中间结果的存储位置。基本上，执行与上述处理开始信号的控制相同的控制。换言之，使用图1中所示倍频器/分频器13生成的处理开始信号把计数器118初始化成零(0)，随后，使用环路滤波器114的处理终止信号D201把计数器的计数器值加一(1)。然而，如果计数器已经保存最大信道号(在此示例中为7)，则计数器118不执行对计数器值的任何增加。
图6是示出了根据本发明实施例中一个实施例的用于控制PLL111中的计数器118的方法的流程图。在以下描述中，将参照图6对本实施例的用于控制PLL111中的计数器118的方法进行描述。例如，可以由CPU26执行图6中所示的一系列步骤。
首先，确定计数器118是否从倍频器/分频器13接收到处理开始信号(步骤S101)。作为步骤S101中的确定结果，如果存在从倍频器/分频器13接收到的处理开始信号，则计数器118的计数器值被初始化成零(0)(步骤S102)，处理结束。另一方面，作为步骤S101中的确定结果，如果不存在来自倍频器/分频器13的处理开始信号，则确定计数器118是否从环路滤波器114接收到处理终止信号(步骤S103)。
作为步骤S103中的确定结果，如果存在从环路滤波器114接收到的处理终止信号，则连续确定计数器118的计数器值是否达到了要处理信道的最大数量(步骤S104)。另一方面，作为以上步骤S103中的确定结果，如果不存在来自环路滤波器114的处理终止信号，则处理结束而不进行任何改变。
作为以上步骤S104中的确定结果，如果确定计数器118的计数器值未达到要处理信道的最大数量，则把计数器118的计数器值加一(1)(步骤S105)。另一方面，作为以上步骤S104中的确定结果，如果确定计数器118的计数器值达到了要处理信道的最大数量，则处理结束而不进行任何改变。此外，处理进一步转到再次进行以上步骤S101中的处理，其中，确定来自倍频器/分频器13的处理开始信号是否发送给计数器118。在以上描述中，除了本实施例的用于生成相位差检测器112的处理开始信号的方法以外，还对本发明第一实施例的用于控制PLL111和计数器118的方法进行了描述。
<2.结论>
如上所述，根据本发明的实施例，可以减少通常已经安装在本领域中已有的多个同步保持信道中的相位差检测器(包括相位检测器和环路滤波器)的数量，并且可以按分时的方式使用一个相位差检测器来执行多个同步保持信道的处理。可以实现已经安装在多个同步保持信道的每个同步保持信道中的相位差检测器数量的减少。因此，即使在同步保持信道的数量增加的情况下，也可以使回路尺寸(cyclesize)得以减小以及使功率消耗得以减少。
此外，在本发明实施例的任意实施例中，并不假定用于卫星的同步保持或同步取得的方法在任何具体实施例中实现。可以是要安装在GPS接收器中的同步取得单元和/或同步保持信道单元。另外，可以通过允许CPU26读取存储器29等中存储的任何计算机可执行指令来顺序进行本实施例中所描述的各种处理。
本申请包含与2009年6月26日提交日本专利局的日本在先专利申请JP2009-152472中公开的主题相关的主题，该日本专利申请的全部内容经引用并入本文。
本领域技术人员应当理解，根据设计需要和其它因素，可以做出各种修改、组合、子组合和变换，只要它们在所附权利要求或其等同内容的范围内。

Claims (18)

1.一种信号接收器，包括：
输入部，其接收来自多个信道的相应多个信号；
复用器单元，其从所述输入部接收所述多个信号，并以时分方式选择所述多个信号中的一个信号；以及
至少一个相位差检测器，其从所述复用器单元接收所选信号，所述至少一个相位差检测器的数量小于所述多个信道的数量，
其中，所述多个信道的数量为N，用于在所述至少一个相位差检测器中处理一个信道的相应所选信号的时间为T1，在所述至少一个相位差检测器中对所选信号的处理之间的间隔为T0，以及
所述至少一个相位差检测器的数量为M，
其中，以及
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数，以及其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
2.如权利要求1所述的信号接收器，其中，所述至少一个相位差检测器中的每个相位差检测器包括相位检测器和环路滤波器。
3.如权利要求1所述的信号接收器，其中，所述复用器单元包括：第一复用器，其从来自所述多个信道的相应I信号中选择I信号；以及第二复用器，其从来自所述多个信道的相应Q信号中选择Q信号。
4.如权利要求1所述的信号接收器，进一步包括：
载波数控振荡器，其接收所述至少一个相位差检测器的输出。
5.如权利要求1所述的信号接收器，进一步包括：
计数器，其保存信道号，所述复用器单元使用所述信道号来选择所述多个信号中与所保存的信道号相对应的一个信号。
6.一种信号接收方法，包括：
在输入部处接收来自多个信道的相应多个信号；
在从所述输入部接收所述多个信号的复用器单元处，以时分方式选择所述多个信号中的一个信号；以及
通过至少一个相位差检测器对来自所述复用器单元处的选择的所选信号执行至少一个相位差检测，所述至少一个相位差检测器的数量小于所述多个信道的数量，
其中，在执行相位差检测时，所述多个信道的数量为N，用于在所述至少一个相位差检测器中处理一个信道的相应所选信号的时间为T1，在所述至少一个相位差检测器中对所选信号的处理之间的间隔为T0，以及
所述至少一个相位差检测器的数量为M，
其中，以及
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数，以及
其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
7.如权利要求6所述的信号接收方法，其中，所述执行相位差检测包括执行相位检测和执行环路滤波。
8.如权利要求6所述的信号接收方法，其中，所述选择包括：第一选择，用于从来自所述多个信道的相应I信号中选择I信号，以及第二选择，用于从来自所述多个信道的相应Q信号中选择Q信号。
9.如权利要求6所述的信号接收方法，进一步包括：
对在所述至少一个相位差检测器处执行相位差检测的输出进行载波数控振荡。
10.如权利要求6所述的信号接收方法，进一步包括：
保存信道号，并在选择所述多个信号中与保存的信道号相对应的一个信号时使用所述保存的信道号。
11.一种全球定位系统GPS设备，包括：
频率转换器，其接收来自多个全球定位系统的相应多个GPS信号；
同步保持电路，其保持所述多个GPS信号中的特定GPS信号，并包括：
复用器单元，其从所述频率转换器接收所述多个GPS信号，并以时分方式选择所述多个GPS信号中的一个信号；以及
至少一个相位差检测器，其从所述复用器单元接收所选信号，所述至少一个相位差检测器的数量小于多个信道的数量，
其中，所述多个信道的数量为N，用于在所述至少一个相位差检测器中处理一个信道的相应所选信号的时间为T1，在所述至少一个相位差检测器中对所选信号的处理之间的间隔为T0，以及
所述至少一个相位差检测器的数量为M，
其中，以及
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数，以及
其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
12.如权利要求11所述的GPS设备，其中，所述至少一个相位差检测器中的每个相位差检测器包括相位检测器和环路滤波器。
13.如权利要求11所述的GPS设备，其中，所述复用器单元包括：第一复用器，其从来自所述多个信道的相应I信号中选择I信号；以及第二复用器，其从来自所述多个信道的相应Q信号中选择Q信号。
14.如权利要求11所述的GPS设备，其中，所述同步保持电路进一步包括：
载波数控振荡器，其接收所述至少一个相位差检测器的输出。
15.如权利要求11所述的GPS设备，其中，所述同步保持电路进一步包括：
计数器，其保存信道号，所述复用器单元使用所述信道号来选择所述多个GPS信号中与保存的信道号相对应的一个信号。
16.一种信号接收器，包括：
用于接收来自多个信道的相应多个信号的装置；
用于以时分方式从来自所述用于接收的装置的所述多个信号中选择所述多个信号中的一个信号的装置；以及
至少一个以下装置，所述装置用于检测来自所述用于选择的装置的所选信号的相位差，所述至少一个用于检测相位差的装置的数量小于所述多个信道的数量，
其中，所述多个信道的数量为N，用于在至少一个用于检测相位差的装置中处理一个信道的相应所选信号的时间为T1，在所述至少一个用于检测相位差的装置中对所选信号的处理之间的间隔为T0，以及
所述至少一个用于检测相位差的装置的数量为M，
其中，以及
其中，表示下取整函数符号，其中，为不超出x的最大整数，以及
其中，表示上取整函数符号，其中，为x以上的最小整数。
17.如权利要求16所述的信号接收器，进一步包括：
对所述至少一个用于检测相位差的装置的输出进行载波数控振荡的装置。
18.如权利要求16所述的信号接收器，进一步包括：
用于保存信道号的装置，所述用于选择的装置使用所述信道号来选择所述多个信号中与保存的信道号相对应的一个信号。
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