TW532016B - Correlation and demodulation circuit for a receiver for signals modulated by a specific code - Google Patents

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532016 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發JL領域： 本發明係有關於一種相關及解調電路，用於由決定重 複長度之第一碼所調變信號之接收器，該第一碼界定傳輸 該等信號之來源。此電路包括一連接至控制裝置之關聯級 ’該控制裝置尤其是用以於正常操作模式或測試模式中規 劃該關聯級。於正常操作模式中，該關聯級欲接收中間信 號’其相應於塑形於接收器調變信號接收裝置之調變信號 。然後以碼產生器所產生之第一碼複製於該關聯級之相關 器控制迴路中使該等中間信號相關。 置用技術說明： 特別調變至載頻並由一或多個傳輸源所傳輸之信號， 通常包括許多信息，必須以相關及解調電路解調之，將該 等信號編碼以界定傳輸源之碼通常爲一假隨機碼。此決定 之重複長度碼對於各傳輸源而言係獨特的，使能辨識由接 收器所接收之信號來自哪一個傳輸源，舉例而言，其可爲 通信領域中之信號或衛星定位信號，像是GPS類之信號。 於G P S接收器之例子中，由位於軌道上之數個衛星所 發射之射頻信號，係由獨特之假隨機碼區分彼此，稱之爲 黃金碼，而調變於.載頻信號。黃金碼係數位碼，由1 0 2 3個 晶片所形成，且每毫秒重複；該等晶片有類似數位1或0之 値，所有黃金碼具有正交特性，因此意指將其彼此相關後 ，期相關結果會接近〇，此特性允許可以獨立地處理同時來 自數個衛星之數個射頻信號，例如於相同接收器中之數個 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 532016 A7 _B7_ 五、發明説明（2 ) 相關通道（correlation channel)中獨立地處理。 GPS信號提供位置與時間給接收器，以計算X、Y、Z 位置、速度以及時間；然而，爲了決定位置與時間，接收 器必須由四個可見衛星獲得資料。 於特定碼調變之信號接收器之多種領域中，像是設頻 信號，吾人必須確保接收器中可以特別允許信息由接收信 號取出之零件可適當地工作，可於組裝前或者組裝後對該 等接收器零件執行運作測試，當然，在廣泛檢查其運作之 前，該等接收器零件必須進行數個基本測試之前置步驟。 於使用GPS接收器時，必須執行接近真實狀況之接收 器運作測試，以確保關聯級之各通道適當地工作，如果此 運作測試成功，舉例而言，則對接收器之使用者保證位置 、速度、以及時間計算之有效性。 藉由舉例，特別於通信領域中，美國第4，1 00,53 1號專 利揭示測量數位設備之位元錯誤率之手段，此設備係使用 由發射器所提供及由用以測試之接收器所接收之假隨機碼 (PRN碼）測試信號而測試之。待測接收器產生一複製 PRN碼，以於關聯級中與由決定長度之PRN碼所調變之信 號相關聯。 此設備之缺點爲編碼測試信號係由外部發射器送至接 收器以供測試，其無法明顯減少測試時間；再者，另一缺 點是傳輸信號必須爲真實通信信號之映像，以構成接收器 運作之測試態’此不可避免地牽涉於測試信號之有額外雜 訊，因此常常不易產生。 本紙張尺度適财關家鮮（⑽）A4規格（21GX297公麓)^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 532016 A7 B7 五、發明説明（3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於GPS類接收器之領域中，美國第5,093,800號專利揭 示一種測試裝置，能產生GPS類射頻信號，由該裝置產生 之此等GPS信號係欲由待測GPS接收器所接收。爲此，該 裝置亦包含有關衛星之資料，使能產生並傳送信號，以相 應於由數個衛星所傳送至該接收器之編碼信號。 此測試裝置之缺點在於爲了能檢查接收器之關聯級工 作正常，測試信號係爲射頻信號，其相當於由衛星發射之 射頻信號，此明顯牽涉以於該裝置所產生之射頻信號產生 額外雜訊，以檢查該關聯級係工作正常。再者，另一缺點 是接收器之運作測試時間相當長，因其相依於假隨機碼之 重複長度，亦即黃金碼。如果該接收器安裝於由乾電池或 蓄電池供電之裝置上，長測試時間亦會不必要地消耗該電 池或蓄電池。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明的一個目的是爲能夠提供一個接收器之相關和解 調電路，以供由一盡可能縮減電路運作的測試時間的碼所 調節的信號之用，而克服先前技藝之測驗裝置或方法的弊 端。此外，透過影響電路的運作測試，與接收信號雜訊相 鏈接的參數可以被列入考慮。. 前文所述之相關和解調電路之目標以及其他目標，特 徵在於測試期間，該碼產生器經由控制裝置適應於產生一 第二重複碼之複製，其較相關性運作用之第一碼爲短，其 具有由較第一碼爲短之第二重複碼所調變並由該關聯級所 提供之中間信號’使得執行關聯級之閉迴路運作較由第一 碼所調變信號者爲快。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2i〇X297公釐） 532016 A7 B7 __ 五、發明説明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 相關和解調電路的一個優點是大大地減少關聯級的閉 迴路測試時間，這允許該電路以及含有它的接收器之運作 狀態迅速地被知道。 在GPS類射頻信號接收器例子中，如果假隨機碼重複 長度相當於黃金代碼，相關和解調電路之測試時間也許相 對地長。此外，如果該電路在關聯級中包括數個相關通道 ，測驗時間也長。這是爲什麼中間測試信號供應給電路之 關聯級，具有縮減長度的假隨機碼，以供較快速檢查此電 路運作的一個原因。 因爲射頻信號也包括雜訊，可以定義縮減的假隨機碼 長度而考慮到此雜訊。以沒有任何雜訊方式產生之縮減的 碼測試信號，允許提供關聯級累積計數器輸出信號，其功 率接近包括雜訊的真實輸出功率。較佳地，這些測試信號 的假隨機碼重複長度係爲31個晶片，而黃金代碼的是1023 '個晶片。 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中間測驗信號可以於相關和解調電路外所產生，或較 佳地在電路裡面由整合式測試信號產生器所產生。此等測 試信號產生器僅需要相關和解調電路的少量空間，因爲他 們僅僅四十個左右之邏輯閘或正反器所形成，而該電路卻 有近兩百萬個電晶體。這些測試信號產生器係由控制裝置 所開啓，例如微處理器裝置。 有利地，在微處理器裝置內所程式化的期間將測試信 號產生裝置打開。當電路安裝在接收器時，測試信號產生 裝置之開啓，避免中間信號由接收器的接收裝置送給該電 — ...... - - 7 __ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 532016 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（5 ) 路；因此，於測試階段，電路僅收到起源於測試信號產生 裝置之中間測試信號。 在關聯級的所有通道中相同地強加這些測試信號，以 供這些通道之同時測試。微處理器控制各通道的碼產生器 ，.使其於測試階段爲各通道產生縮減的假隨機碼之一複製 〇 應當注意的是從接收器外面不提供任何測試信號；相 反地，較佳地應用無雜訊的操作測試檢查信號於相關和解 調電路，而非習知之中間信號。 當這個電路安裝在調變信號接收器內以迅速執行測試 階段時，相關和解調電路測試時間的降低在理論上係必要 的。如果這個接收器安裝在一可攜式物體中，例如手錶或 .者電話，測試時間的降低可以防止在蓄電池或者存儲電池 中許多能量被消耗。然而，相關和解調電路也能夠先於安 裝在接收器中，以無雜訊測試信號供應給關聯級而測試之 ，其相應於習知之中間信號。 使用者其亦可隨心所欲地於任何時候執行接收器之相 關和解調電路之完整測試。 相關和解調電路的目的、優點與特徵於圖式中該電路 之具體賓施例之以下描述中將更顯淸楚： 圖式之簡單說明= 圖1槪要地顯示根據本發明之一具有相關和解調電路之 射頻信號接收器； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁} •裝· -訂 532016 A7 __ B7 _ 五、發明説明（6 ) 圖2槪要地顯示根據本發明之電路之測試信號產生器之 電子元件； 圖3 a顯示依照本發明測試信號產生裝置之一縮減之 PRN碼產生器； 圖3b顯示一 PRN碼產生器，其能在正常的操作模態和 測試模態中被規劃，以供依照本發明電路的關聯級的每個 通道之用；以及 圖4槪要地表示依照本發明關聯級的一相關器的元件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元_件主要符號說明： 1 GPS類接收器 2 天線 3 接受裝置 4， 第一電子電路 4” 第二電子電路 5 時脈信號產生器 6 相關和解調電路 7 關聯級 7， 通道 10 資料轉移匯流排 11 緩衝暫存器 11， 緩衝暫存器 12 微處理器裝置 13 資料匯流排 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 532016 A7 B7 五、發明説明（7 ) 14 測試信號產生裝置 15 測試信號產生器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 16 多工器 17 測試選擇器 18 儲存裝置 19 控制匯流排 20 載波混合器 21 碼混合器 22 累積計數器 23 碼鑑別器 24 碼數値控制振盪器 25 假隨機碼產生器 26 載波鑑別器 27 載波數値控制振盪器 28 正弦/餘弦表 30 正反器 32-34 XOR加法器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 40 正反器 41-45 XOR加法器 46-48 多工器 151 數値控制振盪器 152 小PRN碼產生器 153 數値控制振盪器 154 訊息產生器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210>< 297公釐） 532016 A 7 B7_ 五、發明説明（8 ) 155 信號混合器 156 信號混合器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳實施例說明： 在下列描述中，相關和解調電路的具體實施例將由 GPS類型射頻信號接收器被解釋；應知道技藝人士所知的 在這個技術領域中之數種接收機的元件’將不會被詳細地 描述。. 在此類GPS接收機中，所接收之射頻信號，其係由一 稱爲黃金碼（Gold code)之假隨機碼所調變，更包括由相 關和解調電路所解調的訊息。來自至少四個衛星的訊息因 此允許電路的微處理器裝置特別計算X、Y和Z位置、接收 器的速度及/或時間。然而，使用此一相關和解調電路也可 能應用於供一決定的重複長度碼所調變的信號所用之其他 類型接收器。舉例來說，相關和解調電路可能在通訊接收 器、或在使用搭載一決定的碼之光信號之量測接收器、或 在其他領域所用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1槪要地顯示具有相關和解調電路的GPS類接收器。 天線2用來接收源起於幾個衛星之GPS射頻信號，裝置3用 以接收及塑形由天線2所供應之射頻信號，以及相關和解調 電路6接收來自接受裝置3而頻率位階爲400仟赫之複數形式 中間信號IF 〇 在接受裝置3中，第一電子電路4’首先將射頻頻率信號 ，舉例來說，從l，57542GHz轉換到頻率179MHz。第二電子 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ) A4規格（210X297公釐） '11 * ' 一 532016 A7 _B7___ 五、發明説明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電路IF4”實行雙轉換，以將GPS信號首先調整到4.76MHz 的頻率，然後藉由4.36MHz取樣而到400仟赫的頻率。於位 階爲頻率400仟赫取樣和定量之中間複數信號IF因此供應給 相關和解調電路。那中間複數信號IF因此具有同相信號I 和四分之一相位信號Q，藉由定義2個位元之被斜線交會之 粗體線而表示於圖中。然而，如果在前級執行2位元轉換’ 這些中間信號IF能夠以4或2n位元（η係爲大於1之整數） 定義。 對於頻率轉換運作而言，時脈信號產生器5爲射頻接收 和塑形裝置3之一部份。舉例來說，以不被顯示的石英振盪 器提供這個產生器，校準到位階爲17.6MHz的頻率。二個時 脈信號CLK與CLK16被供應到相關及解調電路，以供應時 脈給所有電路的運作。第一時脈頻率CLK可以爲4.3 6MHz， 而第二時脈頻率可以固定爲16倍，也就是272.5仟赫，以供 關聯級的大部份所用以節省耗能。 應注意到由第一電路4’供應的信號提供，以半數例子而 言，有2輸出位元（+ 1和-1 )與4輸出位元（+3 ; +1 ; -1 ; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -3)的不同對等性（parity)之信號；因此必須考慮接收器 裡GPS信號解調運作之此對等性。 相關和解調電路6包括關聯級7，其具有12個通道V ;資 料轉移匯流排1 0將每個通道連接到分別的緩衝暫存器11 ; 以及一資料匯流排1 3，將每個緩衝暫存器連接到微處理器 裝置12。連接到微處理器的儲存裝置18爲微處理器裝置12 之一部份，舉例來說，以儲存與位於軌道上每個衛星有關 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 532016 A7 _____ B7 五、發明説明（10 ) 之資料，以及每個衛星之載頻和假隨機碼參數。所有相關 和解調電路的元件都能製作於單一半導體基板上，例如矽 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 基板。 在相關和解調電路6的輸入處放置測試信號產生裝置1 4 ’其包括測試信號產生器1 5和多工器1 6 ;測試信號產生裝 置14的多工器16其一輸入端接收由接收裝置3所供應之中間 信號IF，並於另一輸入端接收中間測試信號。該多工 器1 6係由控制裝置供應的控制信號Test藉著控制匯流排1 9 和緩衝暫存器1 Γ所控制，該控制裝置整合於微處理器裝置 1 2 ;如果需要的話，多工器1 6也能夠整合於測試信號產生 器15中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在沒有控制信號Test的正常操作模態，代表由幾個衛 星所發射之射頻信號之中間信號IF係由多工器1 6傳輸到關 聯級7給所有通道7’。某些通道係於正常操作模態中經由微 處理器12不同地規劃，使得他們各自藉由使用中間信號IF 搜尋可見衛星，以供解調所接收之GPS訊息。相反地，當 微處理器12下令測試期間時，微處理器12特別經由控制匯 流排19將測試控制信號送給測試信號產生裝置14。在這測 試期間，測試信號產生器15因此接通，以及接收測試信號 Test的多工器16僅傳送由產生器15所產生的中間測試信號 IFt…到關聯級7 ;該測試信號產生器將會參考圖2而更詳細 地解釋。 一旦接通，測試信號產生器1 5產生中間測試信號IFtest ，代替習知的中間信號執行代表閉迴路裡關聯級之測試。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 532016 A7 _B7___ 五、發明説明（11 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 這些測試信號IF t e s:係以比黃金碼更短的重複長度之假隨機 碼一起調變，爲了要快速地執行閉迴路測試。較佳地，縮 減之假隨機碼重複長度是3 1個晶片，也就是25-1 ’然而黃金 碼卻具有1023個晶片的重複長度，也就是21 Μ。 在1023個晶片中，接近1000個晶片，在比例方面♦.，可認 爲是射頻信號雜訊的同等物。結果，選擇3 1晶片的縮減碼 ，以能提供無雜訊中間測試信號供代表關聯級的測試。 當然，對於使用相關和解調電路的其他領域而言，縮 減之第二假隨機碼重複長度可能是2 ( ” -1，然而所接收 信號之第一假隨機碼之重複長度是2n—l。數目η和m是整 數，而η大於3且m爲在1和η - 1之間的決定數値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在測試期間，微處理器12將測試控制信號TMS送給各 設置在分別的通道V之測試選擇器17。每個通道^包括接收 信號IF或相關器8，以及較佳地包括預定經由特定資 料而設定進入運作之控制器9，特別是用以獲得衛星以及追 蹤由該通道所偵測的衛星的信號處理法則。測試選擇器1 7 各連接到分別的相關器8，有供應指令CS給該相關器的任 務，特別是規劃假隨機碼產生器，將會參考圖3b而更詳細 地解釋。 在正常運作中，沒有指令CS被選擇器1 7傳輸到相關器 8，其意指碼產生器相關器8欲產生一碼複製，具有與黃金 碼同等之重複長度。然而在測試期間，當碰上微處理器1 2 的指令時，選擇器1 7將送出用來規劃配置碼產生器之指令 CS，使其產生有比黃金碼更短重複長度的假隨機碼複製。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） -- 532016 A7 B7 五、發明説明（12 ) 此縮減之假隨機碼因此必爲在測試期間裡調變於中間測試 信號上之一假隨機碼。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 控制信號TMS係理論地定義爲兩位元控制字，以供正 常運作或各種不同的測試模態之用。如果TMS在二進數等 於00，沒有測試指令CS爲正常運作而傳送。如果TMS在 二進數等於11，那麼施加閉迴路測試模態，以檢查所有的 通道7’正用中間測試信號爲輸入而適當地工作。如果TMS 在二進數等於01，經由未顯示的測試向量產生器而能進行 每個通道的相關器模組8的測試，由微處理器12所控制。如 果TMS在二進數等於10，經由測試向量產生器而能進行每 個通道的控制器模組9的測試。於本發明中，信號TMS較佳 地爲數値00或11。 在未顯示的其它可能的具體實施例中，所有的選擇器 17可以爲微處理器裝置12的一部份。而且，每個相關器8的 指令CS能夠經由匯流排10和13而傳送。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 選擇器17送出指令CS之同時，微處理器12經由匯流排 13和10傳送有關要被搜尋的假隨機碼且有關於中間測試信 號的載頻之參數。傳輸這些參數以在測試期間規劃所有的 通道V，如同也發生在正常運作一般，但係個別地發生在每 個通道。然而，在測試期間，那些參數對所有的通道而言 是相同的，所以具有縮減之獨特假隨機碼之中間測試信號 IF係於所有通道同時地及以同一方式處理。 如同先前在正常運作所示，每個通道中的暫存器11能 夠接受來自微處理器12和儲存裝置18之規劃（configuring ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） +6--- 532016 A7 B7_ 五、發明説明（彳3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 資料或參數，其係相關於每個關聯通道7’。在關聯和鎖定在 特定衛星之後，經由暫存器11、有關GPS訊息之資料、 PRN碼的狀態、與都普勒效應（Doppler-effect)的頻率增 加、假範圍和其他資料能傳送到微處理器1 2。 在測試期間，暫存器11接收閉迴路測試的結果’和由 微處理器所處理的訊息。在測試之後，在正常運作裡設定 相關和解調電路之前，微處理器能因此檢查是否所有的關 聯通道正確地、獨立外部地運作。 亦應注意到這些暫存器11能在關聯期間積聚資料，其 將會在衛星獲得期間和追蹤期間使用，而無須自動地轉送 到微處理器1 2。 在其它可能的具體實施例中，可想到所有關聯級的通 道7’有單一區塊暫存器11，而給定放置在暫存器區塊之某資 料對每個通道而言是相同的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 給定每個通道7’包括控制器9以供所有的衛星獲得以及 追蹤時期之用，微處理器12可以減小。舉例來說，微處理 器12可爲瑞士之 EM微電子公司（EM Microelectronic — Marin SA)之8位元CoolRISC-816微處理器。然而，較大的 微處理器能夠用來避免於每個通道裡放置控制器9,舉例來 說，32位元微處理器。在此情況中，較大的微處理器將負 責依照本發明之正常運作和測試期間所有的衛星獲得和追 蹤程序工作。 圖2槪要地顯示測試信號產生器15之不同單元。這個測 試信號產生器根據微處理機的指令而開啓，如先前所描述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 46---— 532016 A7 B7 五、發明説明（14 ) (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 。一旦開啓，它產生中間測試信號IFtest而於閉迴路中引入 待測試之關聯級。無雜訊中間測試信號IFtsst必須以相同方 式設計成於接收器中塑形的射頻信號而取出之中間信號。 然而，中間測試信號或替換信號必須以比黃金碼更短的長 度之假隨機碼一起調變，以要減少關聯級測試時間。 測試信號產生器15包括8位元數値控制振盪器（NCO ) 151以供由時脈信號CLK定時序之碼所用，小的PRN碼產 生器152，訊息產生器154，8位元數値控制振盪器（NC〇） 153以供由時脈信號定時序的載頻所用，以及二個信號混合 器155和156。兩個8位元振盪器151和153有17仟赫階之頻率 解析度，其係由4.3 6MHz除以28的時脈頻率CLK所定義。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在測試期間，兩個8位元數値控制振盪器（NCO) 151和 153各接收來自微處理器的8位元二進字。第一個振盪器151 接收用來產生時脈信號PRN - CLKs以將後續之小PRN碼產 生器152定時序之碼增量。第二振盪器153接收一用以產生 載頻信號的載頻增量，其一爲同相信信號，而另一爲四分 之一相位信號。載頻値對於閉迴路測試而言沒有很重要。 因此，這個載頻可以像傳統的中間信號爲400仟赫或更低的 數値。 小的PRN碼產生器152，在圖3a更詳細地顯示，接收來 自振盪器151的時脈信號PRN— CLKs，以產生縮減之重複長 度的假隨機碼，碼的重複長度較佳地爲3 1，也就是25-1，解 釋如下。 時脈信號PRN - CLKs之頻率係爲數値控制振盪器151輸 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） '17 " 532016 A7 ____B7_ 五、發明説明（15 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 入端索引入的碼增量之函數。如果碼增量固定爲24，其係 二進數1 1 000，時脈頻率PRN — CLKs等於17仟赫之24倍，也 就是408仟赫。碼增量當然能夠固定爲較高値，使得接近正 常運作裡關聯級碼產生器之1 · 0 2 3 Μ Η z頻率。然而，已經選 擇.408仟赫的PRN — CLKs頻率，以允許測試期間接近正常運 作裡關聯級的真實處理。 參考圖4而解釋，關聯級的輸出信號，必須同等於傳統 的中間信號，包括雜訊較有用的信號大約大1 6分貝，或在 關聯級的輸入端所供應之無雜訊中間測試信號；目的是考 慮固有的射頻信號雜訊，以利用無雜訊測試信號進行接近 真實環境之關聯級的快速測試。 爲了要提供類似傳統的中間信號的中間測試信號，必 須將訊息以50赫頻率置於載頻信號上；此允許微處理器在 測試結束時檢查每個通道已經處理到解調正確的訊息。爲 此，訊息產生器154以時期信號（epoch signal) ( 1個ms) 定時序以提供50赫之訊息（模除20-時期信號）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 來自訊息產生器154的訊息和來自小PRN產生器152之 縮減之PRN碼在混合器155混合；混合器155的輸出係亦在 混合器1 56裡的迴路載波上混合或調變，以產生中間測試信 號 I F t e s t 0 圖3a更詳細地顯示小假隨機碼產生器152，該產生器的 結構係爲這個技術領域裡之技藝人士所熟知，因其必須產 生3 1的碼長度，所以於編碼器Gi s和解碼器G2S中包括一連 串的五個正反器30，其由標號FF與各正反器之號碼所定義 ___________ 18___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 532016 A7 ___B7_ 五、發明説明（16 ) 。每個正反器30的狀態轉移係在PRN - CLKS每一時脈緣從 正反器FF1到正反器FF5而產生。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在第一編碼器Gis中，正反器30中FF3和FF5各自有一 輸出在XOR加法器34相加，加法器34的輸出則引入正反器 FF1，以在最後正反器FF5的輸出於PRN— CLKS每一時脈緣 產生第一編碼信號Gu。 在第二解碼器Gw中，正反器30中FF2至FF5各自有一 輸出在XOR加法器32相加，加法器32的輸出則引至正反器 FF1，以在最後正反器FF5的輸出於PRN - CLKS每一時脈緣 產生第二編碼信號G2S。 第一與第二編碼信號Gu、G2S係亦在XOR加法器33相 加以產生編碼信號Gs，其相應於來自小PRN碼產生器1 52 的輸出信號。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3b顯示在關聯級的每個相關器中所使用的傳統假隨 機碼產生器25，此產生器的結構係爲在此技術領域裡技藝 人士所熟知，其爲了於正常運作裡產生黃金碼的複製。然 而，此碼產生器25也包括多工器46到48，以能亦於測試期 間裡規劃該產生器。在測試期間，必須規劃碼產生器2 5以 產生假隨機碼複製，其係於測試信號產生器所產生，也就 是碼有31 (即2M)的重複長度。 假隨機碼產生器25包括第一編碼器G!，其中由標號FF 和各正反器的號碼所定義之十個正反器40係一系列地擺置 ;以及用以定義特定衛星碼的時間偏移選擇器G2 ( TAP選 擇器）。在正常運作裡，編碼器Gi的正反器FF3和FF10各 ___W-- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 532016 A7 B7 五、發明説明（17 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 自有一輸出在XOR加法器41相加。如果沒有指令CS施加 於多工器46，來自正反器FF10之輸出信號自由地通過多工 器46 (圖中虛線顯示）；加法器41的輸出則引入正反器40 中FF1的輸入，以在PRN— CLK各時脈於最後一正反器 FF 1 0的輸出產生第一編碼信號G!;在正常運作裡，此時脈 信號PRN - CLK大約爲1.023MHz，而測試期間裡約408仟赫 ，其爲中間測試信號的函數。 在測試期間，指令CS係施加於多工器46，所以只有正 反器40中FF3和FF5的輸出在相加器41相加，參考圖3a而解 釋，此規劃相應於編碼器G1S以產生輸出信號Gis。 在解碼器G2中，正反器FF2、FF3、FF6、FF8、FF9和 FF10各自有一輸出在XOR加法器42相加。加法器42的輸出 係藉多工器4引至正反器40中之第一正反器FF1的輸入。在 正常運作中，如果沒有指令CS施加於該多工器47，多工器 42的輸出自由地（在圖形裡的虛線顯示）經過多工器47。 第二編碼信號G2因此在PRN - CLK之每一時脈而於第二編 碼器G2的最後正反器FF 10的輸出處產生。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 正反器FF2至FF5的輸出係引入XOR加法器45，其輸出 則引到多工器47之輸入。在測試期間，指令CS係施加於多 工器47，使得加法器45的輸出引至於第一正反器FF1的輸入 ，而非加法器42的輸出；此規劃係相應於編碼器G2S，參考 圖3a所解釋，以產生輸出信號G2S。 特別地，選擇器G2包括XOR加法器43，其將來自二個 正反器的信號相加，選自十個正反器40之中，舉例來說， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 532016 A7 _ B7 五、發明説明（18 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第二編碼器⑺的正反器FF3和FF7，以產生預定衛星之一特 定碼。如在這個技術領域裡的技藝人士所熟知者，藉著選 擇器Ch的加法器43之相加也產生特定延遲。 如果沒有指令CS施加於該多工器48，這個加法器43的 輸出自由地（在圖形裡虛線所顯示）經過多工器48。因此 ，在正常運作中，選擇器G2的輸出能與輸出Cl·一起相加於 X〇R加法器44，以產生輸出信號G。在這情況裡，輸出G 定義針對一決定衛星的黃金碼之複製。 在測試期間，將指令CS施加於多工器48，使得只有輸 出G!、G2在加法器44相加，以產生相應於圖3所解釋的信號 Gs之一信號。 圖4顯示在這個技術領域裡技藝人士所熟知的關聯級的 相關器的不同電子元件。對於與這個相關器的各種不同的 元件有關的更多細節，讀者可以參考由Philip Ward所著、 編者Elliott D. Kaplan之教學書「了解GPS原理和應用」的 第 5章（ArtechHouse Publisher，美國 1996) ，ISBN 版本號 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 0-8 9 00 6-79 3-7，特別是圖5.8和5.13，其大略顯示圖4的元件 。應注意到此圖，所顯示的具有斜槓之粗體線定義特定數 目的平行位元。 在測試期間，以相同方式規劃所有關聯級通道之相關 器以供測試，其代表相關和解調電路的運作。下列描述裡 爲了簡化起見，只有描述其中一個相關器。 相關器包括載波混合器20、碼混合器21、累積計數器 22、碼鑑別器23、載波鑑別器26、碼24和載波27之數値控制 ________..,0 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（2i〇、x297公釐〉 532016 A7 _B7___ 五、發明説明（19 ) 振盪器、假隨機碼產生器25、以及載波之正弦/餘弦表28 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 首先，載波混合器20在正常運作中於一輸入接收中間 信號IF，以虛線顯示，或測試期間裡接收中間測試信號 IFt_。這些中間信號是複數信號，也就是遵照公式（I + iQ )他們具有同相（in-phase )信號I和四分之一（quarter ) 相位信號Q。如以上所解釋，到達混合器20之信號的選擇係 由微處理器裝置所施加；這些中間信號在PRN碼控制迴路 和載波控制迴路中加以處理。 於混合器20中，在一方面中間信號IFt…相乘於餘弦減 1乘上內部產生載波複製的正弦，以從中間複數信號取出同 相信號I ;而另一方面，相乘於負正弦減i乘上內部產生載 波複製的餘弦，以從中間複數信號取出四分之一相位信號 Q。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在這個載波關聯運作之後，信號I和Q輸入碼混合器 2 1，以找出發現與內部產生者等效之prn碼。在一方面， 同相信號I和四分之一相位信號Q係各自乘上PRN碼的一 一早複製E ( eady replica)，而另一方面乘上PRN碼的遲 複製L( late replica)，以產出給四個輸出信號Ie、lL、qe 和Q〃在每個關聯級通道，只有保持那些被半晶片隔開的 早和遲複製，而不考慮中間的精準複製。 四個關聯信號Ie、、qe和ql輸入累積計數器22，其 爲預先檢測元件。累積計數器22的四個輸出値IES、Us、Qes 和’其由10個位元表示，相應於黃金碼的一個全循環。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 532016 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（20 ) 然而，只有8個最高有效位元在碼和載波控制迴路中使用。 在正常運作中，在每毫秒或每個新時期之後，獲得一 組完整輸出値Ihs、Us、QES和Qu，因爲碼重複長度是具有 1.02 3MHz碼時脈頻率的1 023個晶片。相反地，在測試期間 ’以碼重複長度縮減到3 1晶片以及4 0 8仟赫的碼時脈頻率， 在大約每7 6 // s之後’獲得一組完整的輸出數値。7 6 // s的 這個數値係相應於3 1除以408仟赫。 爲了要於正常運作或測試期間裡提供完整輸出，跟隨 每個碼序列的開始或結束之後，累積計數器22持續計算； 因此，它可以估計用以獲得相應於累積時間比率的輸出數 値的時間增益，也就是（lms/ 76 // s )，乘上碼重複長度 比率，也就是1 023 / 3 1。相關和解調電路的閉迴路測試的 時間增益，相較於如果假隨機碼有1023重複長度所要達到 之測試時間大約小435倍。如果於測試期間裡碼時脈頻率固 定於1 02 3MHz，這個增益甚至可達1000倍，因爲累積時間將 會大約從76// s變爲31/z s。 藉由爲Ips値將Ies和Ils兩個信號相加、以及爲QPS値 將QES和Qu兩個信號相加，而獲得相應於虛擬精準數値兩 個其他輸出値Ips、Qps。 在PRN碼控制迴路中，四個輸出向作信號Ies、Ks、 QES和Qls則引入碼鑑別器23內，其執行輸出信號之能量計 算運作。在某數目之累積週期（integration cycles )期間之 數値累積，舉例來說1 6個週期’係於碼鑑別器2 3內執行； 也包括濾波器之鑑別器23供應被過濾的碼相位迴路增量到 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----；--7^^·裝------訂------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 532016 A7 ____B7_ 五、發明説明（21 ) 碼數値控制振盪器（NCO ) 24 ;此相位迴路增量允許調校相 位以產生碼複製；舉例來說，振盪器24因此接收來自鑑別 器23的被過濾之28位元二進字。 在搜尋程序的開始，碼相位增量INCR - C經由微處理 器、參數輸入和輸出暫存器而提供，以固定振盪器24必須 提供的碼時脈頻率之開始數値。當然，如果電路在正常的 操作模態或測試期間，此增量INCR - C的數値是不同的。 時脈頻率向PRN — CLK係供應給PRN碼產生器25，以 爲假隨機碼的早和遲複製之產生提供時序。如果指令CS施 加於碼產生器25，這表示將產生器在測試期間規劃成產生 具有3 1重複長度之碼複製。同樣地，在測試期間，供應給 數値控制振盪器24之增量INCR-C可使振盪器的輸出之時 .脈頻率PRN— CLK較佳地爲408仟赫。 在載波控制迴路中，將虛擬精準輸出信號IPS、QPS輸 入載波鑑別器26。在某數目累積週期期間於載波鑑別器26 執行數値累積，例如1 6個週期。也包括濾波器之鑑別器26 供應被過濾的載波迴路增量給載波數値控制振盪器（NCO ) 27，此載波迴路增量允許調整頻率以產生載波複製；舉例 來說，此振盪器27因此接收來自鑑別器26的被過濾的24位 元二進字。 至於在搜尋程序開始的碼控制迴路，特別將一頻率增 量INCR - P經由微處理器而輸入。頻率增量INCR — P允許 由振盪器27所產生之載頻初始地固定於中間信號的載頻之 一可比較値。當然，電路在正常操作模態或測試期間’這 --- 24—---- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----,--裝------訂------~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 532016 A7 B7 五、發明説明（22 ) 增量IN C R - P的數値是不同的。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 來自數値控制振盪器27的輸出信號係供應至正弦/餘弦 表28，使其產出兩複數信號到混合器20 ’將複數信號（ Cosx-iSinx)和（-Sinx-iCosx)在混合器20中與中間複數信 號相乘，以提供同相信號I和四分之一相位信號Q。 如以上所描述者，爲調變於中間測試信號上之假隨機 碼選擇3 1晶片的重複長度的事實允許射頻裡的固有雜訊具 有1 023晶片的碼重複長度，以供電路測試期間裡列入考慮 〇 供應到關聯級的傳統中間信號IF包括大約比有用的信 號大16分貝的雜訊。因此必須考慮到累積計數器22所提供 之輸出信號上真實信號之雜訊比（SNR )，以具有與無雜訊 之中間測試信號可比較的數値。正常地，當碼複製同相於 中間測試信號碼的時候，輸出信號具有SNR在1 5和20分貝 之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如果關聯級的測試與在接收器外面所產生的無雜訊射 頻信號一起執行，就累積計數器22而言將會有飽和的風險 。這就是爲什麼爲了要用射頻測試信號得到關聯級的運作 之測試代表，必需對該些信號加入雜訊。相反地，以本發 明之中間測試信號，因爲在累積計數器的輸出數値聚積不 會飽和，所以不需要加入雜訊。 依照接收器所接收之射頻信號而定之累積器輸出信號 的功率係由以下公式得到·· Ps = ( C/ No ) Τ σ 2，其中（C/ Ν。）Τ，Τ爲lms，代表信號雜訊比（SNR )，而σ 2代表表 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 532016 A7 __B7 五、發明説明（23 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 現平均雜訊功率。因此，中間測試信號產生具有可比較輸 出功率的累積計數器輸出信號，其可與包括雜訊的真實射 頻信號的輸出功率相比較。因此允許接近真實之閉迴路操 作測試，在關聯級上以具有縮減至3 1之假隨機碼執行測試 〇 在測試期結束時，那些中間信號訊息解調於累積計數 器22的每個輸出通道裡，以要供應資料給微處理器。接收 測試結果和資料之一功能，微處理器可以檢查是否每個關 聯級通道適當地工作。由於假隨機碼重複長度縮減的結果 ，當保証閉迴路測試係可相較於真實操作測試的時候，測 試時間則大幅地減少。因此，超過90%之元件可以在閉迴路 測試模態中被測試。 這個閉迴路測試運作能在決定期間重複，如早先所解 釋者，爲程式化微處理器裝置的一功能。當然，當具有相 關和解調電路的接收器安裝在由乾電池或蓄電池提供電力 之可攜帶物中的時候，該程式化很有用，其中接收器包括 測試信號產生器。當然，這個可攜帶物可能是，舉例來說 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，錶或可攜式電話，其需要節省耗電’甚至是在測試期間 〇 無論如何，完全可能假設在接收器裡架設關聯和解調 電路運作之前進行測試。在如此的情況裡’電路的關聯級 的閉迴路測試可能在測試座上或甚至在晶圓上電路的製造 生產線末端執行。 當然，相關和解調電路的其他具體實施例也可能由技 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 532016 A7 B7___五、發明説明（24 ) 藝人士所設想，而不跳脫由本發明之申請專利範圍所界定 的範疇。能在正常的操作模態與測試模態被規劃之本發明 電路可以在任何由決定碼重複長度所調變之信號的接收器 所使用。中間測試信號可能由測試信號產生器所供應，舉 例來說，位於在測試座上，而非整合在電路中的產生器。 然而，由於測試信號產生器只包括四十個左右邏輯閘或正 反器，而電路已經接近兩百萬個電晶體，因此本發明之電 路只佔微不足道之空間。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 532016 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 1. 一種接收器之相關及解調電路，用於由一決定重複長 度之一第一碼所調變信號，該第一碼界定一傳輸該等信號 枝來源，該電路包含一關聯級連接至控制裝置，其係特別 地規劃該關聯級於正常操作模式或測試模式，於正常操作 模式中，該關聯級係欲接收中間信號，其相應於該等調變 信號，塑形於接收器調變信號接收裝置，將該等中間信號 與一由一碼產生器所供應之該第一碼之一碼複製於該關聯 級之一相關器控制迴路中進行相關，其中於測試模式中， 該碼產生器藉由控制裝置而適於產生一第二碼之一碼複製 ，其短於該第一碼，其用以與中間測試信號相關運作，該 等中間測試信號係由該第二碼所調變並提供給該關聯級， 該第二碼具有較該第一碼爲短之重複長度，使得執行閉迴 路運作之該關聯級之一測試，較由該第一碼所調變之信號 者更快。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2. 如申請專利範圍第1項之相關及解調電路，其中包括 一測試信號產生器，能夠於測試期間供應該等中.間測試信 號給該關聯級，以取代來自該接收器之中間信號，該等測 試信號係由該第二碼所調變，該第二碼具有較該第一碼爲 短之重複長度，以執行閉迴路運作之該關聯級之一測試。 3·如申請專利範圍第2項之相關及解調電路，用於一射 頻信號接收器中，該第一碼爲一第一假隨機碼，其對於各 發射衛星係不同，其中該信號產生器於測試期間供應由一 第二假隨機碼所調變之測試信號，該第二假隨機碼具有較 該第一假隨機碼爲短之重複長度，以及其中該碼產生器係 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 532016 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 適於藉由控制裝置產生該第二假隨機碼之一複製，以供於 測試期間與該等測試信號之相關性運作。 4·如申請專利範圍第3項之相關及解調電路，用於一 GPS類接收器中，其中該該第一碼爲一第一假隨機碼，其 對於各發射衛星係不同，其中該控制裝置形成微處理器裝 置之一部份，其能夠計算位置、速度以及時間資料，於相 關性運作之開始時調適控制迴路參數，以及檢查是否該關 聯級於測試期間適當工作。 5 .如申請專利範圍第3項之相關及解調電路，其中該關 聯級包括數個通道，各備置有一相關器，以於正常運作時 允許同時捕獲及追蹤數個可見衛星，而於測試期間，所有 關聯級通道，其中各碼產生器係適於產生相同第二碼複製 ，僅接收來自該測試信號產生器之該等測試碼，以同時檢 查所有關聯級通道之相關性運作正常工作。 6. 如申請專利範圍第4項之相關及解調電路，其中該微 處理器係被程式化，以於預定期間下令該關聯級之測試期 〇 , 7. 如申請專利範圍第3項之相關及解調電路，其中該測 試信號產生器於測試期間產生由該第二假隨機碼所調變之 載頻測試信號，其重複長度係被決定，以列入考慮，於相 關於載頻以及關聯級之假隨機碼之控制迴路中，其於由該 第一假隨機碼所調變之射頻信號中具有天生雜訊’以具有 一可比較功率，其可相較於預偵測元件之輸出信號’像是 累積計數器。 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------一----- (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 532016 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第7項之相關及解調電路，其中該微 處理器裝置協同該關聯級之各通道之碼產生器界定預偵測 元件之累積期間爲該第一或第二假隨機碼之重複長度之一 函數。 9. 如申請專利範圍第3項之相關及解調電路’其中該測 試信號產生器包括一*第二假隨機碼產生器’ 一弟一數値控 制震盪器，像是一個八位元震盪器，用以基於一由該微處 理器裝置所提供之第一個二進位字而供應時脈信號給該第 二假隨機碼產生器，一第二數値控制震盪器，像是一個八 位元震盪器，用以基於一由該微處理器裝置所提供之第二 個二進位字而產生載頻信號，第二假隨機碼係調變於該載 頻信號，以及一信息產生器，其信息信號係亦調變於該載 頻信號，該關聯級係欲供應測試信息資料給該微處理器裝 置，以供該關聯級之閉迴路運作期之檢查。 10. 如申請專利範圍第7項之相關及解調電路，其中該縮 減之第二假隨機碼具有一重複長度爲3 1，而該第一假隨機 碼具有一重複長度爲1 023，允許於該關聯級預偵測元件之 一輸出提供可比較信號，其考慮射頻信號之天生雜訊。 11. 如申請專利範圍第3項之相關及解調電路，其中該關 聯級包括，對每一個通道而言，一控制器連接.於相關器’ 用以實施一處理所有同步工作之數位信號之演算法，使得 於一正常運作模式或一測試模式中特別調整該碼產生器之 相位及/或頻率參數。 12. 如申請專利範圍第5項之相關及解調電路，其中該關 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ 裝 訂 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) -30- 532016 A8 B8 C8 D8 ___ 六、申請專利範圍 聯級之各通道之相關器包括產生裝置，用以產生載頻信號 之一複製，能夠於一正常運作模式或一測試模式中適應於 該微處理器裝置，而爲由該相關器所供應之該等中間信號 之載頻之一函數。 1 3 .如申請專利範圍第1項之相關及解調電路，其中該電 路之所有元件係製於一單一半導體基板，像是矽基板上。 —1·—— —·ϋϋ mi 1_1 >1 nemae ΛίΜΒί ϋ-ΙΒΙ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 1^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -31 -