TWI337027B - Boc signal acquisition and tracking method and apparatus - Google Patents

Description

1337027 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於雙偏移載波（binary offset carrier，BOC)調變訊號（以 下簡稱為B0C訊號）之處理，尤其是關於一衛星導航接收器於獲取和追蹤 , 模式時，對BOC訊號的處理方法及裝置。 【先前技術】 鲁 現今可利用的全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System ; gnss)不只一種。一個接收器支持多重規格適地服務G〇cati〇n feased service ; LBS)、無線多媒體通訊以及廣播訊號成為可預期的。以多重規格 LBS為例，此種可支持GNSS訊號多模態接收之接收器可以增強定位的準 確度並接收更多的服務。在GNSS系統中，不同的訊號頻帶支持不同的服 務。因為愈來愈多的頻帶需要被支持，所以會發生頻帶重疊。 GPS是美國衛星導航系統，其為一個持續傳送高頻無線訊號的衛星網 # 路。GPS接收器接收的訊號承載了時間和距離資訊，以便使用者可以在地 球上精準定位。GalUeo系統，一個新興的歐洲衛星導航系統，提供更高的 汛號功率和更穩定的調變，能夠讓使用者即使在困難的環境下也能接收到 微弱的訊號。當兩者合併時，Galileo和GPS將提供多達目前所使用的兩倍 的衛星來源數目。此提供了餘裕，而且對使用者也有很大的效益。除了安 全與救援(Safe and Rescue ; SAR)服務之外，GPS和Galile〇的合併基本上會 有四個頻帶。GPS和Galileo系統會共用某些訊號頻帶。換言之，Gps和 Galileo會共用某些中心頻率而且於相同的某些載波傳送訊號。舉例來說， 5 1337027 GPS L1和Galileo E2_U_E1共用相同的頻帶，必須使用特定的調變方式來 降低系統間和系統内的干擾。雙偏移載頻調變(以下簡稱B〇c)係為一廣泛 使用的方法。 藉由一個方波副載波乘上一偽隨機雜訊(pSeud〇rand〇m noise ; PRN)展 頻碼訊號(町簡· PRN碼減)可絲BQC調變。此讀具有為pRN 展頻碼之碼率(c〇derate)之倍數的頻率。第1圖係為B〇c調變之波形圖。此 B0C之正弦波(以下簡稱為B〇c)訊號的產生係藉由混合一方波之正弦波訊 號和一 PRN碼訊號，然而，B〇c之餘弦波(以下稱為qB〇c ;其中q表示 正父相位)訊號的產生係藉由將一方波之餘弦波訊號和一 pRN碼訊號混合。 B0C訊號具有一個利用副載波頻率將中心頻率之兩個主波瓣位移的對 稱性分離頻譜。此B〇c訊號的特性取決於展頻碼片率、副載波頻率以及於 一 PRN碼片内之副載波相位。習知於GNSS領域内一 B〇c調變訊號係以 B〇C(fc，fs)表示之，其中fc為碼片率；fs為副載波之頻率 '然而&、色經 常表示參考頻率1.〇23Mhz之倍數。因此，B〇c訊號亦可用B〇c(n，昀表 不’其中η為PRN碼片率fc之i.〇23MHz的倍數;m為副載波fs之1〇23MHz 的倍數。 v對於衛星訊號導航而言，BOC訊號較適合應用於追蹤白雜訊(wWte noises)此方式與獨立展頻碼相比較，提供了較佳的固有多徑緩解(邮丨咖出 mitigation)。然而，由於多峰值的自相關性現象使得B〇c方式在獲取和追 蹤上顯得較為困難。存在B0C訊號裡的副載波在B〇c自相關性之_1/+〗碼 片範圍内引起了次要峰值的產生。第2圖係闡示自相關性之示意 6 1337027 ®換D之’對BOC(l，l)和B〇c(l，l)進行相關性計算。如圖所示，中央之 主峰值的兩侧分別具有-谷值。爲計算其相關功率，通常使用侧平方值。 因此，從_辨的肖度視之，二娜值料致二她峰值。而這樣的次 峰值將可此會導致失鎖(跡丨响問題。換言之，—個接收器可能鎖定次峰 值ffij不疋主峰值，因此造成錯誤的追縱。而可能在範_彳定時產生一個近 乎150米之嚴重誤差。這樣的錯誤在導航中是不被允許的。 另外’ BOC相關性結果之主波瓣（主峰值）之寬度會影響接收器在訊 籲號獲取和追縱時的性能。若主波瓣窄，則有益於追蹤及定位，因為能夠追 縱至】侧又精準的碼相位。但窄的主波瓣會使訊號獲取困難，因為窄的相 關性計算捕會導雜細微的碼相位搜賴隔，而需要較長的獲取時間。 【發明内容】 為解決以上技術問題，本發明提供了一種B〇c訊號獲取和追縱的裝置 及方法。 • 依據本發明之一實施例的B〇C訊號獲取和追蹤之裝置，包含：載波單 -用於產生載波’碼單元，用於產生包含例如至少一個副載波和一 BOC之餘弦副載波（B〇c_c〇s)的複數個副載波，卩及一刪碼，並輸出 BOC副載波以及B0C餘弦副載波與剛碼兩者中之一者；以及碼延遲估 計器，用於接收-訊號，藉由细來自載波單元之載波從所接收的訊號中 移除載波成分，藉由 BQC職波紐收到的簡產生訊號並 藉由利用BOC餘弦副載波和㈣碼其中一者為接收到的訊號產生一職 、？ fl號或PRN編碼讯號，計算B〇c訊號的一自相關值及訊號與 1337027 30C餘弦訊號和PRN編碼訊號其中一者的交叉相關值，並將前述自相關值 和前述交叉相關值合併以產生一合併相關值。此B〇c訊號獲取和追蹤裝置 進一步具有一用於控制載波單元、碼單元以及碼延遲估計器的控 制器控制碼單元以輸出BOC餘弦副載波或者PRN碼。舉例而言，在訊號 獲取模式下，控制器控制碼單元輸出B〇c副載波和B〇c餘弦副載波·，而 在訊號追縱模式下’控制器控制碼單元輸出B0C副載波及卩咖碼。因此， 碼估計器能夠基於内建之演算法適當產生一合併相關值。 依據本發明之一實施例的BOC訊號獲取和追蹤方法，包含：接收一訊 號；產生一載波；產生的載波包括例如至少一 B〇c副載波和一 B〇c餘弦 副載波以及一 PRN碼；輸出BOC副載波並選擇輸出該B0C餘弦副載波與 前述PRN碼中之一者；藉由利用所述載波從接收訊號中移除載波成分；藉 由利用B0C副載波為該訊號產生一 b〇c訊號；藉由利用b〇c餘弦副載波 和PRN碼其中一者為訊號產生一 B〇c餘弦訊號或一 pRN編碼訊號；計算 B0C訊號的自相關性結果；計算B〇c訊號與B〇c餘弦訊號的交叉相關值 或B0C訊號與prn編碼訊號的交叉相關值；以及將自相關值與交叉相關 值合併以產生一合併相關值。舉例來說’在訊號獲取模式下，輪出B〇c副 載波及B0C餘弦副載波；而在訊號追蹤模式下，輸出B〇c副載波及pRN 碼。因此，可以基於内建之演算法適當產生該合併相關值。 本發明提供之B0C訊號獲取和追蹤的裝置及方法，籍由依據不同的模 式產生不同的合併相關值。解決了由於多峰值的自相關性現象而導致的 BOC方式在獲取和追蹤上的困難，有效降低了衛星導航系統間和系統内的 8 干擾。 【實施方式】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優雌更鴨祕，下文特 舉出她實施例，並配合所義式，料細說明如下。 如前述所提及，由於副歡引起的BQC訊號姆值鮮希望有的。移 ’、峰值的種方法即合併相關性函數。如第3圖所示，Bocq])之 φ 關（即BOC (卜1〕與BOC (卜0進行相關性計算）的相關性功率 產生了—具有—主峰和兩個側峰（或次峰）的曲線。另外，BOC (1，1) 。PRN碼的父又侧產生__具有兩侧峰而無主峰的曲線。藉由適當合併 B〇c (1，〇 自相關值（即B〇c 〇，υ 瓜〇(： (1，和b〇c 〇，〇 與卿碼（即B0C (】，i)卿）的交叉相關值，可有效去除側峰。該 相關性合併函數可藉由下式表達： φ = R2boc/boc (τ) - axR2BOCA3RN(x) ⑴ 其中τ係為碼片之碼延遲，且a為一可變係數。在第3圖中，使用的是默 (1 ’ 0 W及ct為1.4。如圖所示，該合成湖性辨曲線有—具有一明顯 高峰而較窄的主麟’而無辦。為取得較高之精轉，此函數較適宜應 用於訊號追蹤。 為迅速獲取-減’具有―寬域刺相曲雜適宜。—種取得 寬相關性函數崎低側峰的方法係、合併B〇c自細值和B〇c與b〇c_c〇s (QBOC)的交叉相關值。第4圖所示為B〇c ( ii)自相關之相關性功率、 9 1337027 BOC Ο ’ 1) /QBQC (1，1)交叉相關之相關性功率、以及前述二者以特 定係數合併之相關性功率的曲線。藉由一適當係數將前述兩者合併，可以 取得具有一寬主波瓣的合併相關性結果。該合併函數可以由下式表達： ^c〇mbi= R2b〇c/r〇c (τ) + pxR2B〇c/QB〇c⑴ （2) 其中τ係為碼片之碼延遲，p為一可變係數。在第4圖中，係採用( ^， 1)及QBOC (1，1)，且β為0.8。如圖所示，此合成相關具有一寬形主波 瓣。儘管其中仍有側峰存在，但該側峰已經有一定程度的縮減並且比較平 滑。此函數適合於訊號獲取。 值得注意的是，在任一種相關性合併中，係數(α，β)都可根據需要 加以變化。 第5圖係為根據本發明之b〇c訊號獲取和追蹤裝置的方塊圖。此裝置 可以作為一 GNSS訊號接收器（如一 GPS接收器）的一部分實行。例如， 該裝置接收來自一 GNSS訊號接收器的一 RF前端的輸入中頻（正）資料。 如圖所示，載波單元10提供一載波訊號至載波混頻器102及1〇4以移除資 料之中頻成分。此載波訊號可藉由一由載波數控振盪器12所實現之本地振 盈器產生。相位偏移1§ 14用以進行相位偏移。頻道I和頻道q中已移除的 中頻訊號分別供給至混頻器202、204以及206、208。碼單元20包含用於 提供一碼訊號之碼數控振盈器（numeral controlled oscillator;NCO) 22、用

於接收來自碼數控振盪器22之碼訊號以產生pjyvj碼之pjyyj碼產生器24、 以及一脈波形成單元25。脈波形成單元25接收pRN碼，並藉由利用pRN 1337027 碼產生BOC副載波和BOC-cos副載波。該等副載波係藉由脈波形成單元 25中的副載波產生器252產生的。脈波形成單元25輸出BOC副載波，同 時輸出BOC-cos副載波與PRN碼中之一者。脈波形成單元25具有一多工 器254，其接收BOC-cos (QBOC)副載波和PRN碼，並選擇輸出其中一者。 B0C副載波被提供至混頻器202及206，以於通道I和通道Q中產生 B〇C訊號。多工器254選中的輸出被供給至混頻器204和208。當選中的 輸出係BOC-cos副載波頻率時，即會產生一 BOC-cos (QB0C)訊號。當 選中的輸出係PRN碼時，則會產生一 prn編碼訊號。混頻器202、204、 206、208之輸出被分別供給至積分與傾印單元3〇2、3〇4、3〇6、3〇8以做 積分與傾印之處理。接著將積分與傾印單元3〇2、3〇4、3〇6、3〇8之積分結 果供給至合併單元40。合併單元40藉由合併來自302單元與304單元之 積分結果以於I通道獲得一組合相關性，並且合併來自3〇6單元與3〇8單元 之積分結果以於Q通道獲得一組合相關性來合成積分結果。合併單元4〇根 據方程式（1)或方程式合併前述積分結果。另外，本實施例中之係 數α或β係由合併單元40所決定的。此外，係數α或p亦能由外部供給至 合併單元40。 合併單元40的一輸出被傳送至一鑑別器5〇，該鑑別器s〇從接收到的 相關值中輪出一追蹤誤差迴饋給載波單元10及碼單元20,以使該等單元能 執行適畲之調節。混頻器102、104、202、204、206、208，積分與傾印單 兀302、304、306、308，合併單元4〇以及鑑別器5〇係構成了一碼延遲估 计 100。 l337〇27 依據本發明之BOC訊號獲取和追蹤裳置還包含_控制器6〇。控制器 6〇控制載波數控㈣H 、碼數控缝器22以及多工器254。例如，控制 器6〇控制多工器254於訊號獲取模式時輸Φ BOC_cos訊號並於訊號追蹤模 式時輸出PRN瑪。控制器60能接收外部命令並相應地控制各別單元。在 另一實施例中’使用於合併單元40的係數α或β係由控制器6〇所決定。 雖然本實施例描述BOC之正弦波訊號（B〇c訊號）、B〇c_c〇s訊號 (QBOC訊號），以及PRN碼，但亦可使用其他訊號組合，諸如B〇c訊號 及其B0C 5皆波说和/或BOC-cos s皆波訊號。此處，所謂的b〇c諧波訊號 表不具有頻率為fs之倍數的B0C訊號，舉例來說，B0C副載波的雙頻諧 波副載波可用BOC-sh(2fs)來表示，且BOC_c〇s副載波的雙頻諧波副載波 可用BOC-cos(2fs)來表示。依此類推。 另外，前述實施例中，碼單元20輸出PRN編碼、BOC副載波以及 B〇C-COS副載波。然而，除了該PRN碼及前述兩種副載波’更多副載波（如 BOC及BOC-cos副載波之諧波），均能藉由該碼單元20產生並輸出。多工 器254可在控制器60的控制下從prn碼以及複數個副載波中輸出被選中 的一個或多個。 综上所述’雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限制 本發明’任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作 各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定 者為準。 【圖式簡單說明】 12 1337027 第1圖係闡示BOC訊號和BOC-cos訊號產生之波形圖； 第2圖係闡示BOC (1，1)自相關性之相關性結果的示意圖； 第3圖係闡示BOC 〇，D /prn碼交又相關性之相關性功率、b〇c (1 ’ Ο自相關性之相關性功率，以及前述二者以特定係數合併之相關性 功率的波形圖；

第4圖係闡示BOC ( 1，1)自相關之相關性功率、BOC ( 1，1 ) /QBOC (1 ’ 1)交叉相關之相關性功率、以及前述二者以特定係數合併之相關性 功率的波形圖；以及 第5圖係闡示根據本發明之b〇C訊號獲取和追蹤裝置的方塊圖。 【主要元件符號說明】 10 載波單元 100 碼延遲估計器 102 ， 104 混頻器 12 載波數控振盪器 14 相位偏移器 20 碼單元 202 ， 204 、 206 ’ 208混頻器 22 碼數控振盪器 24 PRN碼產生器 25 脈波形成單元 252 副載波產生器 254 多工器 302 ， 304 ， 306，308積分與傾印單元 40 合併單元 50 鑑別器 60 控制器 13

Claims (1)

1337027 4年9月衫日修正本 修改日期2010年9月 23日 、申請專利範圍： i一種雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置，包括： -碼單元，用以產生-雙偏移載波副載波、-雙偏移栽波^波^ 和一偽隨機雜訊碼，並輸出所述雙偏移載波副載波，並且根據—押制广^ 選擇輪出所述雙偏移載波副載波諧波或者所述偽隨機雜訊碼； —控制器’產生所述控制信號，以控制所述碼單元輸出所述雙偏移載 波副載波諧波或者所述偽隨機雜訊碼；以及 —碼延遲估計器，用以接收一訊號，通過接收的訊號與所述雙偏移載 波副栽波，產生一自相關值，通過所述接收的訊號與所述雙偏移載波副載 波諧波或者所述偽隨機雜訊碼，產生一交叉相關值，以及將所述自相關值 與所述交又相關值合併，以產生一合併相關值。 2. 如申請專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤褒置，進— 步包括一載波單元，用以產生一載波。 3. 如申請專利範圍第2項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置，其中 所述碼延遲估計器利用來自所述載波單元之所述載波將一載波成分從所接 收之訊波中移除。 4.如申請專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置，其中 所述雙偏移載波副載波諧波包含關於所述雙偏移載波副載波的一雙偏移載 波之餘弦副載波。 5,如申請專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置，其 中’所述雙偏移載波副載波諧波包括關於所述雙偏移載波副載波的雙偏移 14 1337027 修改曰期2010年9月23日 載波之餘弦波副載波之一諧波。 6. 如申請專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置’其中 所述控制器控制所述碼單元於訊號獲取模式時輸出所述雙偏移載波副載波 諧波。 7. 如申請專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置’其中 所述控制器控制所述碼單元於訊號追蹤模式時輸出所述偽隨機雜訊碼。 8. 如申請專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置，其中 所述碼單元包含一碼產生器，用以產生所述偽隨機雜訊碼；一副載波產生 器’用以產生所述雙偏移載波副載波；以及一多工器，用以接收所述雙偏 移載波副載波諧波和所述偽隨機雜訊碼，並輸出所述雙偏移載波副載波諧 波以及所述偽隨機雜訊碼之一者。 9·如申請專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤裝置，其中 所述碼延遲估計器包括一合併單元，當所述碼單元輸出所述偽隨機雜訊碼 時所述合併單元藉由平方所述自相關值、平方所述交叉相關值，並從所 述自相關平方值中縣經過—係數相乘後的交叉相關平方值來產生所述合 併相關值。 〇·如申叫專利範圍第1項所述之雙偏移載波訊號獲取和追縱裝置，其 中所述艇遲估龍包括—合併單元，#所述碼單元_誠雙偏移載波 】載波咕波時’所述合併單元藉由平方所述自相關值、平方所述交叉相關 值’並將經過-餘姆制所歧叉侧平方值添加刺述自相關平方 值中來產生所述合併相關值。 15 I337〇27 修改曰期2010年9月23曰 11. 一種雙偏移載波訊號獲取及追蹤方法，包含步驟有： 接收一訊號； 產生一雙偏移載波副載波、一雙偏移載波副載波諧波和一偽隨機雜訊 碼； 輸出所述雙偏移載波副載波，同時根據一控制信號選擇輸出所述雙偏 移載波副載波諧波或者所述偽隨機雜訊碼； 通過接收的訊號與所述雙偏移載波副載波，計算一自相關值； 通過所述接收的訊號與所述雙偏移載波副載波諧波或者所述偽隨機雜 訊碼，計算一交叉相關值；以及 合併所述自相關值與所述交叉相關值以產生一合併相關值。 12. 如申請專利範圍第11項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤方法，進 一步包括產生一載波。 13·如申請專利範圍第12項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤方法，其 中利用所述載波將一載波成分從所接收之訊號中移除。 14. 如申請專利範圍第1〗項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤方法，其 中’所述雙偏移載波副載波諧波包括關於所述雙偏移載波副栽波的—雙偏 移載波之餘弦波副載波。 15. 如申請專利範圍第u項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤方法，其 中，所述雙偏移載波副載波諧波包括關於所述雙偏移載波副栽波的雙偏移 载波之餘弦波副載波之—諧波。 16·如申請專利範圍第u項所述之雙偏移載波訊號獲取和追蹤方法，其 )6 1337027 修改日期20丨0年9月23日 令，當輸出所述偽隨機雜訊碼時，所述合併相關值係藉由平方所述自相關 值、子方所述交叉侧值，並從所述自相關平方值中減去藉由—係數相乘 後的交叉相關平方值產生。 I7.如申睛專利細第11項所述之雙偏移載波訊號獲取和追縱方法其 中’當輸出所述雙偏移載波職波魏時，所述合併編齡藉由平方所 述自相關值、平方所述交叉相·，並將藉由—餘乘方後的交又相關平 方值添加到所述自相關平方值中產生。 十一、圖式：

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