TW561723B - Mobile wireless communication devices for receiving spread spectrum signals and methods therefor - Google Patents

Description

561723 A7 _____B7 i、發明説明~) ^ ~" 發明領域 本發明通常係關於展頻通訊，以及更特別的係關於從展 頻L號中’舉例來5兒仗全球疋位系統（Global Positioning System (GPS))信號中，利用行動無線通訊裝置，及其方法 擷取時間。 發明背景 GPS式的行動手機將可以提供符合聯邦通信組織 (Federal Communications Commission)的 E-911定位命令的 短期解決方案。 現存的GPS衛星會傳送一 c/A碼（具有1023個位元的長度） 及每秒50個位元（BPS)的導航資料信息，從中可以在 1 5 75.42 MHz的L1頻道信號中決定時間。該L1頻道亦包括 一 P/Y軍用信號。現存的GPS衛星亦會在1227.6 MH2^L2 頻道信號上傳送P/Y軍用信號。 軍用接收器可以解調變該ρ/γ信號以及量測L丨及L2頻道一 信號之間的延遲’其可以准許移除電離層延遲的誤差，因 此可以提供5公尺内的量測準確性。相反地，只根據L丨頻道 信號之量測準確性則只能達到約20-25公尺的範圍内，主要 係因為電離層延遲所造成的。 50 BPS導航資料信息的解調變可以降低至約3〇 dB-Hz的 信號偵測等級，但這對大部分的GPs式行動手機而言通常 太* ’其需要約20 dB-Hz或更小的低信號偵測等級。在GPS 式的行動手機中，希望可以直接從GpS展頻信號中擷取準 確的時間而不必解調變該導航資料信息。 -4 · 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)~' 一 561723 A7 B7 五、發明説明（2 過去，當該GPS衛星升級時，已經有各種方法修改GPS 傳送信號，特別是L2頻道信號，使其更適合民間（civil)/商 業（commercial)的應用。 舉例來說，在最近發行的"L2民用信號（L2CS)設計計劃 (L2 Civil Signal (L2CS) Design Plans)’’中所述的現行的 GPS信號修改提案中’例如包括在L2頻道中產生一新的c/A 碼。所提議的新的L2CS信號的產生係根據長及短片段碼的 逐個位元（bit-by-bit)多工處理，其中一個係另一個的整數 倍數。該L2CS提案中的長及短片段碼皆長於現存的1〇23個 位元的C/A碼並且提供高達45dB的相互關聯性保護（cr〇ss correlation protection)，大部分行動通訊裝置所能夠操作的 動態範圍。 泫提礒的新的L2CS信號亦延伸時間的模糊性⑴㈣ ambiguity)，或疋確疋視窗，至1 · 5秒。該延伸後的時間模 糊性係現存的GPS C/A碼的一種實質的改良，其時間的模 糊性為1毫秒，或是如果考慮5〇 BPS導航資料信息的邊緣的 話，則有20毫秒。 先前技藝圖1中所示的係用以實現該新的L2CS Gps信號 的架構電路方塊圖。該電路包括一用以產 :: 段碼㈣段碼產生器，以及-用以產生— 片T碼之10,230片段碼產生器。先前技藝圖2所示的係該長 片段碼係該短片段碼的整數倍數，對每個767 25〇的長^ 碼剛好會重複75次。對應該長片段碼的15秒週期，雖然: 任何的間隔T都可以知道準確的時間，但是卻沒有—種方法 -5- 561723 A7

所提議的L2民用信號中的逐個位元多工處理操 士兩種選擇方法中的任一種方法快速地從1〇,23〇片段短: 父遞至767,250片段長碼。在其中一種交遞技術中，在先; 技藝圖1中，該1〇,230片段短碼會與包括準確日寺間的 類的資料信息混合，與L1頻道Gps信號相同。不過，行動 手機無法解㈣此信號。並且，具有準確的、週時間 〇f Week)”位元及其它資訊，包括舉例來說，衛星運行軌道 星曆表的導航資料信息，只會每6秒才傳送一次，其會延長 行動手機取得時間所需要的時間及電池功率。 在另外一種交遞技術中，該接收器會利用試驗及莩 聯的方式直接取得短10,230片段碼，然後取得767,25〇長片 段碼’其中該所有長片段碼會試驗加相對於短片段碼可 能的排列。在此一較近的技術中，當該接收器鎖定在 767,250長片段碼時，時間可準確地達到短或是長片段 碼的時間（約1微秒）的分辨率，但是絕對時間仍然無法得 知。 —在某些應用中，包括行動手機，其希望在不需要解調變 定期傳达的導航資料信息便能取得時間，丨5秒可能不足以 從GPS信號中#|取時間。在該些及其它的應用中所希望的 係一種不必解調變該導航資料信息便可以直接從展頻信號 中擷取準確的時間的方法。 熟悉該技藝的人士從下面本發明的詳細說明以及隨附的

561723 A7 ---- B7 五、發明説明（4 ) 圖式中便可以完全了解本發明的各個方面，特性及優點。 圖式簡單說明 圖1所示的係用以產生所提議的L2CS展頻GPS信號的先 前技藝的電路。 圖2所示的係所提議的先前技藝L2CS信號格式的長及短 片#又碼之間的關係的先前技藝的示意圖。 圖3所示的係根據本發明範例的具體實施例用於產生展 頻信號的圖1中的電路的修改部份之架構圖。 圖4所示的係長及短片段碼之間的關係，其中的比例可以 使得在其中的每個連續間隔中從該長片段碼中有效地移除 某個片段。 圖5所示的係長及短片段碼之間的關係，其中的比例可以 使侍在其中的每個連續間隔中將某個片段有效地加入該長 片段碼中。 圖6所示的係圖2的長及短片段碼的位元數字以及圖4所― 不之本發明的範例具體實施例之間的關係比較。 圖7所不的係用以從，舉例來說利用行動無線通訊裝置， 所接收到的展頻信號中取得時間的程序流程圖。 圖8所不的係用以接收具有重複長及短片段碼之展頻信 龙的fe例行動然線通訊裝置，其中的比例係一具有餘數位 元的非整數數字。 發明詳細說明 & 在本^明中，頻譜信號包括一重複的短片段碼及重複的 長片I又碼，其中該長片段碼係該短片段碼的非整數倍數。

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口此長片段碼長度及短片段碼長度的比例包括一正或負餘 數其會卩边者遠片段碼的重複而累加。 、 在圖3的範例電路圖式中，該範例長片段碼係由767,749 片丰又碼產生為3 10所產生的767,249片段碼，而該範例短片 段j則係由10,230片段碼產生器320所產生之1〇,23〇片段碼 。每個碼的時脈速率（或片段速率）都係1〇23 MHz ,以及因 ^在傳送時會多工處理該短碼及長碼的片&，所以每個片 &的有效時間係2/1，〇23,000秒。該短片段碼每2〇毫秒便會 重複而"亥長片&碼則係每1 · 5秒減去一個片段的時間，戋 是1 ·49999()225秒，才會重複。長片段碼長度與短片段碼長 度的比例係74.99990225，或75餘數為1〇,229。該1〇,229餘 數可以當作係一-丨位元餘數。 ’ 、 在圖…$長與短片段碼的比例可以使_分鐘的週 ，中’該長片段碼會每1.5秒便有效地短循環一個片段，或 是位元。圖4所示的係在其每個週期期間，該長片段碼會有 效地短循環i個位元，其係因為該長及短片段碼之間的：整 數關係所造成的。在該範例具體實施例中，在[週期= 是間隔中，該長片段碼會短循個位元，在該第二間隔； 則已經短循環二個位元，等等。 在另-具體實施例令，該長及短片段瑪之間的關係可 利用，舉例來說’ 767,75 1片段碼產生器代替圖3的7⑴ 產生767,75 1片段碼’以便在每個時間間隔: 間有效地將一個或是多個位元加入該長片段碼中。： 767,75 1長片段碼的週期或是持續時間係！ 5秒加上一個 ___ _, 8 本紙張尺度適财s a家標準(⑽）織格(21() χ 297公€

裝 訂

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^又的時間，或1.5 Ο ο ο Ο 1 9 5 5秒。兮π庄 ^---，00009775，L；?4^r 在其每個週期期門兮旦y π i士 、為 圖5所不的係 一週期式門/ , β1°λ長片 有效地長循環1個位元。在第 Κ心中’該長片段碼長循環i位元，而在 隔中則已經長循環二個位元，等等。 '間 中’該長片段碼及該短片段碼的比例的餘 二=:/加，其中1分鐘的週期係由_的除: 特別的是，該範例除法比例方塊會 计=毫秒碼產生器時段（epoeh)(3〇〇〇次計數表示i分鐘） 接ΪΪ = Γ249>^Μ “重^為其初始的狀態， 接者h餘數累加程序會在下一分鐘再次重複。 圖6所示的係、圖2的先前技藝圖式的長及短片段碼之位元 =子及圖4之短循環技術之間的關係比較表。在先前的技藝 ’该長片段碼係該短片段碼的整數倍數，75。因此，在 圖6中’在該長片段碼的位元行γ中並不會有位元的累加。 “發明之範例具體實施例中，餘數位元會在該長片段碼 的母個週期期間進行累加。表格中的γ行表示在丨分鐘週期 的該長片段碼的連續重複令’該長片段碼之餘數位元的累 :數子。所累加的該餘數位元數字係表示該長片段碼的重 =的數字’其可以作為不必解調變該導航資料信息便可以 從該展頻信號中擷取絕對時間的基礎。 在圖6中，如上面所述，該餘數位元的數字會在每1分鐘 的時間週期中進行累加，由圖3中的除法電路的比例所決定 。在另-具體實施例中’該餘數位元進行累加的時間間隔

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係每週，其與重置該Gps參考時脈的週期一致。該一週長 勺累加間’或是任何其它所希望的間隔，可以藉由適當 地改變圖3中妁除法比例方塊230來選擇。 田 立=圖7中，在方塊71〇中，會在一行動無線通訊裝置或是 ，分其它接收器接收展頻信號。圖8所示的係Gps式的行動 無線通訊裝置，或是部分具有Gps接收器或是更一般化的 展頻信號接收器的其它裝置81〇用以從Gps衛星接收信號。 圖8中的範例行動無線通訊裝置亦包括記憶體830，一無 、、泉電接收态/發射器84〇，並且包括一顯示器85〇以及一輸入 860 ,耦合至該處理器，如一般所熟知的。 在圖7中，在方塊72〇中，會在某個特定時間，藉由將所 接收的長及短片段碼與在該行動無線通訊裝置所產生的對 應的長及短片段碼進行關聯，以決定該接收器所接收的長 及短片段碼的對應的位元數字。在圖8中，該些作業的執行 ^舉例來說，可以藉由GPS感測器及量測裝置81〇或藉由部 刀其匕k號關聯性或是處理裝置，舉例來說，序列或並列 關恥态，耦合至該處理器82〇。一般而言，該長及短片段碼 的位元數字係藉由該關聯作業來決定的。 一一般而言，累加餘數位元的數字係該長及短片段碼的位 元數字的函數。在圖7中，該累加餘數位元的數字係在方塊 730决定，其係為在方塊72〇中所決定的長及短片段碼位元 數字的函數。 在該長及短片段碼之比例係在該長片段碼的每個週期期 間忒長片段碼會有效地短循環一個位元的範例具體實施例 -10-

561723 A7 B7 五、發明説明（8 中’該累加的餘數位元的數字係與該第一及第二比例之間 的差異成正比。該第一比例係將該長片段碼位元數字Y除 以該短片段碼長度的分數部份，該第二比例則係將該短片 I又碼位元數字X除以該短片段碼長度。該累加餘數位元數 子Μ ’可以下面的量化方式表示： 等式（1) [短碼長度]*[((γ/短碼長度）的Fract—part)一 (X /短碼長度）]， 其中=及Y係由方塊720的關聯性所4定的短及長片段碼位 凡數字，以及"短片段碼長度"則係該等式的係數。 在忒長及短片段碼之比例係其每個連續週期期間會將一 個位元有效地加人該U段碼中的另—具體實施例中，續 累加餘數位元之數字M，可以下面的量化方式表示： 等式⑺㈠[短碼長度]*[((γ/短碼長度）的心 (X/短碼長度）]， — 卜 其係由方塊720的關聯性所決定的短及長片段碼位 :數子’以及該"短片段瑪長度"的負號則係該等式的係 數 短 。另外， 片段碼之 -般來說’時間係該累加餘數位元數字的函 時間可以當作係該累加餘數位元數字及該長及 位7L數字的函數，進一步討論如下。 . ^ , L 〜、4卿逆頌週期期間合牌 個位兀有效地加入該長片段 Ί胃將一 ”次疋攸该長片段碼有效地

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移除一個位元的一具體實施例中，該 式來決定 ΊΤΓ了从下面的等 等式（3) Tr=[M*(長碼重複時間）] + (γ*丁)]， 其中Μ係累加餘數位元數字，長片段碼之位 丁則係長片段碼的位元時間。 歎字’而 在該長及短片段碼之比例係其每個連續週期期：一 個位元有效地加入該長片段碼中或是從該長片段^會將一 移除一個位元的一具體實施例中，時間士有政地 ^ — 一 '々』从稭由先氺定 該短位元碼的重複的數字Ν，以該短片段碼的位二 表示，其表示如下： 子來 等式（4) Ν = (Μ*長片段碼長度·Μ)/(短片段蝎長 IntegerJPart [(Υ+Μ)/(短片段碼長度）]， 又 接著時間Tr便可以Ν及該短片段碼位元數字來決定，其 如下： 二 等式（5) Tr=N*(短碼重複時間）+ (χ*τ), 其中Ν係該短位元碼重複的數字，χ係該短片段碼之位元數 字，而Τ則係該短片段碼之位元時間。位元數字又及γ，累 加餘數位兀的數字，以及短片段碼的重複的數字都可以藉 由一處理器執行來決定，舉例來說，行動無線通訊裝置^ 處理器820。 傳送該短及長片段碼序列的發射器，舉例來說Gps衛星 •12-

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，曰在犄間的同意點（agreed-t〇p〇int)處進行同步化 丁星期六半夜十二點的㈣每週時間重置時間。特另4的。 =第忒：及長片段碼會設定成時間的同意點處的短片段碼 mr及長片段碼的第—位元…，當接收器利 述的方法來決定確定的時間時，該接收 的絕對時間。 胃β」用 播也面接收器’例如行動無線通訊裝置的信號傳 播時間通吊都必須考慮並且包含在該接收器任何 間的量測中，如孰朵兮技获Α + ' #…^技}人士所热知的。該傳播時間係 ‘之;中衛星的準確位置與地面上接收器的預測位 並且接著將所計算出來的範圍除以光速而 :、：接=置座標可以從衛星的星曆表資料中取得 合ίί ㈣面㈣接收器取得’舉例來說，其 曰、工行動電活貪料信息將該資料傳送給該接收器。 收外’衛星時脈誤差亦必須包含在絕對接 線通二=星時脈修正參數亦可以由該行動無 :&上面所时淪的兩種資料路徑中的其中一種 得r传，直接從衛星取得或是從地面接收器取 的的程序4測時間參數τγ，以及加總來自該信號 二：間以及衛星時脈修正參數’該接收器不需要解調 的資料信息便可以計算出該行動無線通訊 裝置中任何置測時段的準確的時間。 雖然已經利用建立本發明者自創的方式對本發明及其最 561723 A7 B7 五、發明説明（彳彳） 佳的模式加以說明，並且可以讓熟習該技藝的人士製造及 使用本發明，但是可以瞭解及發現到此處所揭露的示範具 體實施例具有許多的等效實例，並且在不脫離本發明的範 圍及精神下可以進行各種的修改及變化，本發明的範圍及 精神並非由具體實施例限定，而是由隨附的申請專利範圍 加以限定。 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 展頻信號取得 種用以從一行動無線通訊裝置中的一 時間的方法，其包括： ’该展頻信號 該長及短片段 週期中進行累 在該行動無線通訊裝置接收一展頻信號 匕括重複短片段碼及一重複長片段碼， 碼的比例係一具有在該長片段碼之連續 加的餘數位元的非整數數字； =由將所接收到的長及短片段碼與在該行動無線通 二衣置所產生的對應的長及短片段碼進行相關聯以決 疋在某個特定時間的長及短片段碼的對應的位元數字； 所决定的累加餘數位元的數字係該長及短片段碼之 位元數字的函數；以及 2· 所決定的時間係該累加餘數位元數字的函數。 如申請專利範圍第1項之方法，所決定的時間係與該累 加餘數位元數字及該長片段碼的位元數字之總和^正 比。 3·如申請專利範圍第2項之方法，所決定的累加餘數位元 數字係與第一及第二比例之間的差異成正比，第一比例 係將長片段碼位元數字除以該短片段碼長度的分數部 份，第二比例則係將該短片段碼位元數字除以該短片段 碼長度。 4·如申請專利範圍第3項之方法，所決定的累加餘數位元 數字係與該差異及該短片段碼長度的乘積成正比。 5·如申請專利範圍第4項之方法，該展頻信號係一全球定 位系統（GPS)信號，其會在與gPS#考時脈重置週期一致 -15- 本紙張尺度適财S國家標準(CNS) Μ規格(灿xS97公爱) >61723

   的週期中累加餘數位元。 11:專利範圍第1項之方法，所決定的短片段碼之重 複子係該累加餘數位元數字及該長片段碼位元數字 =函數’所決定的時間係該短片段碼重複數字及該短片 奴碼位元數字的函數。 7·專利，圍第1項之方法，所決定的時間係該累加 $ 、 兀數予及戎長及短片段碼之位元數字的函數。 • ㈣式行動無線通訊裝置的展㈣號中取 传GPS時間的方法，其包括： 裝 勺：：：動無線通訊裝置接收一展頻信號，該展頻信號 匕 硬短片段碼及-重複長片段碼，該長片段碼及 =、―又馬的比例係-具有會在該長片段碼之連續週期 j行累加的餘數位元的非整數數字； =將所接收到的長及短片段碼與在該行動無線通 所產生的對應的長及短片段碼進行相關聯以決 疋在某個特定時間的長及短片段瑪的對應的位元數字； 所的累加餘數位元的數字係該長及短片段碼之 位兀數子的函數；以及 斤决疋的時間係該累加餘數位元數字的函數。 9·利範圍第8項之方法’所決定的時間係與該累 比。&數字及該長片㈣的&元數字之總和成正 10.==範圍第9項之方法’所決定的累加餘數位元 子υ-及第二比例之間的差異成正比’第— -16- 561723 、申請專利範圍 t將長片段碼位元數字除以該短片段碼長度的分數部 伤’第二比例則係將該短片段碼位元數字除以該短片段 碼長度。 項之方法，所決定的累加餘數位元 :係“差異及該短片段碼長度的乘積成正比。 專利範圍第8項之方法’會在與一 GPs參考時脈重 置^期-致’長度為—週的週期中累加餘數位元。 ==範圍第8項之方法’所決定的短片段碼之重 的函…x累加餘數位％數字及該長片段碼位元數字 函數，所決定的時間係該短片段 段碼位元數字的函數。 ⑭數子及该短片 14·如申請專利範圍第8項之方法，所決定 餘數位元數字及該長及短片段碼之位元數字2累加 15· —種行動無線通訊裝置，其包括·· 、 。 號具有一=短的:頻信號接收器，該展頻信 η 片&碼及-重複長片段碼m 及紐片段碼的比例係一具有會在 Y又蝎 期中進行累加的餘數位元的非整數數字^碼之連續週 用以決定在特定時間時該展頻作 對應的位元數字的展頻信號關聯裝置:的長及短片段碼 用以决定一係為該長及短片段碼之位 的累加餘數位元數字的裝置；以及 +的函數 置用以決定係該累加餘數位元數字的函數的時間的较 •17- 本紙張尺度it财㈣冢料(_ Α4規格$ 10X297公釐） 561723

   16·如申請專利範圍第15項 ^ w 貝之裝置，用以決定該累加餘數位 疋數子Μ與下面的函數成正比的裝置 [Fractional jpart(Y/短片段碼長度）]一[χ/短片段碼長度]， 其中Y係該長片段碼之位元數字而χ則係該短片段碼之 位元數字。 17.如申請專利範圍第16項之裝置，用以決定時間與M + Y成 正比的裝置。 18·如申請專利範圍第15項之裝[該|頻信號係一全球定 位系統（GPS)信號，用以決定在與Gps參考時脈重置週期 一致的週期中累加的餘數位元數字的裝置，該接收器係 一 GPS接收器。 19.如申請專利範圍第15項之裝置，用以決定係該累加餘數 位元數字及該長及短片段碼之位元數字的函數的時間 的裝置。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)