TWI436085B - 行動裝置、全球導航衛星系統裝置及省電方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種省電方法以及一種適用於全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)裝置之系統。
一般而言,省電常常係為GNSS裝置之關注事項。於特定環境下,GNSS裝置並不需要一直保持追蹤(tracking)以不斷鎖定其自身之位置。第1圖係傳統的GNSS信號接收之流程圖,其中GNSS裝置之相關通道(correlation channel)及處理器被週期性地關閉。當偵測到衛星信號具有高品質時,捕獲(acquisition)及追蹤之效能也極大地增加。實驗證明,於所述環境下暫時關閉相關組件而不影響追蹤結果係可達成的。於步驟201中,配置喚醒(wake up)排程。所述喚醒排程用以在特定標準滿足時通知GNSS裝置啟動。所述標準可包含計時器、輸入裝置之觸發或航位推算(dead reckoning)裝置之信號。休眠(sleep)時間可被配置為通知GNSS裝置下一休眠時間。隨後,於步驟203中,GNSS裝置進入休眠模式,且狀態決定程序被週期性地執行。進入休眠模式之前,與位置有關之變量可儲存於GNSS裝置之記憶體裝置。於步驟203中,檢查所述標準以決定是否需要喚醒GNSS裝置。若是,則於步驟205中GNSS裝置被喚醒。所有組件,包含相關通道、記憶體裝置以及處理器皆被開啟並初始化,且變量被儲存以用於進
一步之捕獲與追蹤程序。在下一休眠時間,GNSS裝置於步驟207中重新進入休眠模式,程序返回至步驟203。
由於GNSS裝置中大部分組件皆被關閉,電能耗費可被降至最小。然而,當應用於快速變換之條件下時,所述方案則會導致不可測定之情形發生:GNSS裝置可能處於休眠模式而無法操作。因此,其需要一種更具彈性之架構。
為提供更具彈性之裝置架構並減少電能耗費,特提供以下技術方案:本發明實施例提供一種省電方法,用於全球導航衛星系統裝置,包含:自多個衛星接收衛星信號以執行多個相關程序,其中每一相關程序對應於一衛星;以及基於對應的相關排程致能或禁能至少一相關程序,其中在衛星信號狀況較弱時,該對應的相關排程致能或禁能該至少一相關程序的次數更高。
本發明實施例另提供一種全球導航衛星系統裝置,用於處理自多個衛星獲取之衛星信號,包含:多個相關通道,每一相關通道對衛星信號執行一相關程序,以產生對應於衛星之相關結果;記憶體裝置,用於儲存相關結果;以及處理器,耦接於記憶體裝置,基於相關結果執行捕獲及追蹤程序,其中基於對應的相關排程,每一相關通道皆被週期性地開啟及關閉,其中在衛星信號狀況較弱時,該對應的相關排程致能或禁能該至少一相關程序的次數更高。
本發明實施例又提供一種行動裝置,包含:全球導航
衛星系統裝置,用於處理衛星信號,所述全球導航衛星系統裝置包含:多個相關通道,每一相關通道對該衛星信號執行一相關程序,以產生對應於衛星之相關結果;記憶體裝置,用於儲存相關結果;以及處理器,耦接於記憶體裝置,基於相關結果執行捕獲及追蹤程序,其中基於一對應的相關排程,每一相關通道皆被週期性地開啟及關閉,其中在衛星信號狀況較弱時,該對應的相關排程致能或禁能該至少一相關程序的次數更高。
以上所述的行動裝置、全球導航衛星系統裝置及省電方法,能夠基於相關排程週期性地開啟及關閉相關通道,從而提供了一種更具彈性之裝置架構並減少了電能耗費。
於說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解,硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式,而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。於通篇說明書及後續的請求巷當中所提及的「包含」係為一開放式的用語,故應解釋成「包含但不限定於」。另外,「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此,若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置,則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置,或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
第2圖係依本發明實施例之GNSS裝置之示意圖。所
述GNSS裝置可符合全球定位系統(Global Positioning System,GPS)標準(包含GNSS標準群組之標準),接收衛星信號以進行定位。所述GNSS裝置包含射頻(Radio Frequency,RF)前端104,用於處理自天線102接收之RF信號#RF,並輸出數位信號#D至多個相關通道110。相關通道110於實體上並列配置以同時對所有衛星執行相關計算,並分別產生多個相關結果#S1、#S2…#Sn。相關結果#S1、#S2…#Sn被儲存至記憶體裝置106,而處理器108則利用相關結果#S1、#S2…#Sn以執行捕獲及追蹤程序。
第3圖係依本發明實施例之導航方法之流程圖。本實施例之硬體架構如第2圖所示。於本實施例中,射頻前端104、記憶體裝置106以及處理器108未被關閉。相關通道110係分別由相關排程來管理以被開啟或關閉。具體地,衛星信號之信號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)決定相關通道110之開啟或關閉。由於省電方案實施於每一相關通道,因此,相關通道110中一些相關通道可以一直運作,而另一些則被關閉。於步驟301中,射頻前端104自多個衛星接收衛星信號#RF,並輸出數位信號#D至相關通道110。於步驟303中,數位信號#D被傳送至相關通道110以執行對應的相關程序。一般而言,相關程序係衛星捕獲之必要步驟,其包含至少一相干相關(coherent correlation)程序。先前技術中有很多不同的基於數位信號#D來執行相干相關程序之方法,因此詳細說明於此略過,以簡化說明。相關結果#S1、#S2…#Sn可由對應於每一衛星之衛星信號中產生。於步驟305中,基於所述相關結果執行進一步之
補獲及追蹤程序。
於本實施例中,步驟303中之相關通道110係基於對應的相關排程而分別開啟或關閉的,而開啟與關閉之發生則被定義為工作週率(duty cycle)。第4圖係依本發明實施例之基於相關排程之相關程序的操作流程圖。於步驟401中,配置相關排程。所述相關排程定義了於特定週期內相關通道110之工作週率。工作週率係定義相關通道110之有效時間(active time)與特定週期之比率,所述特定週期包含有效時間及無效時間(inactive time),而所述時間係基於GNSS裝置之不同狀態而決定的。舉例而言,當處理器108於步驟305中利用相關結果獲取GNSS裝置之位置及動態資訊(dynamics)時,可基於衛星之分佈(distribution)來估測精度釋度(Dilution Of Precision,DOP)。GNSS裝置之動態資訊至少包含GNSS裝置之速度及加速度其中之一。若GNSS裝置快速移動,則無效時間應當縮短。與此相反,慢速移動之GNSS裝置則配置較長的無效時間較佳。DOP可影響位置估測之準確度,舉例而言,當DOP失效時,需要更長之有效時間來鎖定位置。由於在有效時間內所述位置係連續更新的,因此,其定位準確度(fixed accuracy)亦可依據變動誤差(variation error)來估測。每一衛星之信號品質,例如SNR,可由對應之衛星信號中估測得出。當信號品質良好時,較短之有效時間亦足以獲取準確的位置。因此,相關排程之工作週率可基於一個或多個所述變量來決定,所述變量包含信號品質、GNSS裝置之動態資訊、DOP以及GNSS裝置之定位準確度。
排程配置完成後,於步驟403中,相關通道110被初始化以於相關排程所定義之有效時間內執行相關程序。相關通道110可包含相干模組及非相干模組(未繪示)。相干模組對衛星信號執行相干相關程序以形成頻率偏移(frequency shift)與碼相位(code phase)之矩陣。於矩陣中,對應於推測的頻率偏移與碼相位對之相關結果於一段同相積分時間(coherent integration time)內被累積。依據GPS標準,所述同相積分時間通常係為20毫秒(ms)。非相干模組執行非相干相關(incoherent correlation)程序,加總不同時段中所形成之多個矩陣,以獲取對應於頻率偏移與碼相位對之峰值(peak value)。理論上,頻率偏移與碼相位對即為期望之相關結果#Sn,其隨後被傳送至捕獲及追蹤程序。信號功率亦可自非相干模組中獲取。
於步驟405中,當相關通道110有效時,處理器108遵循相關排程以監視相關通道110是否需要被關閉。若有效時間未用完,程序返回至步驟403,從而相關程序可連續執行。
於步驟407中,當已達關閉時間時,相關通道110進入休眠,其休眠時間係為相關排程中定義之無效時間。步驟409於無效時間內執行,處理器108週期地檢查關閉的相關通道110是否需要開啟。相關通道110亦可於偵測到期望事件時被喚醒,所述期望事件例如快速動態資訊變換或航位推算變換。當依排程已達開啟時間時,程序返回至步驟403。
第5圖係依本發明實施例之相關排程下相關結果之示
意圖。圖示之上部係繪示數位信號#D之SNR隨時間之變化,下部係繪示由相關通道110產生之相關結果其中之一#Sn。如圖所示,相關結果#Sn於基本週期(basic period)P內被重置及重新累積。有效時間與無效時間係基於基本週期P而定義。基本週期P可係為同相積分時間20ms之倍數。於A時段,SNR良好,因此圖中以表示工作週率之規則的圖形來繪示相關通道110之開啟或關閉,舉例而言,兩開一閉,即工作週率可為2/3。於B時段,SNR退化,於此情形下需執行更嚴格之相關程序,因此相關通道110依排程連續運作。於C時段,SNR較B時段時佳,但仍差於A時段時。於此情形下,工作週率被配置為3/4,其較A時段之工作週率更高。
以上所述GNSS裝置之相關通道110可係為多個相同之硬體電路,或由處理器108執行之具不同通道變量之軟體副程式(subroutine)。可選地,相關通道110亦可由藉由分時多工(Time Division Multiplexing,TDM)來執行多個相關程序之一個硬體電路來實作。上述GNSS裝置可係為行動裝置之一部分,而所述行動裝置例如手機(cell phone)或個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA),而其實施之省電方法可係為與基本硬體(例如GPS接收器)相互作用之軟體程式。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,舉凡熟悉本案之人士援依本發明之精神所做之等效變化與修飾,皆應涵蓋於後附之申請專利範圍內。
102‧‧‧天線
104‧‧‧射頻前端
106‧‧‧記憶體裝置
110‧‧‧相關通道
108‧‧‧處理器
第1圖係傳統的GNSS信號接收之流程圖。
第2圖係依本發明實施例之GNSS裝置示意圖。
第3圖係依本發明實施例之導航方法之流程圖。
第4圖係依本發明實施例之基於相關排程之操作的流程圖。
第5圖係依本發明實施例之相關排程下相關結果之示意圖。
102‧‧‧天線
104‧‧‧射頻前端
106‧‧‧記憶體裝置
110‧‧‧相關通道
108‧‧‧處理器
Claims (21)
- 一種省電方法,用於一全球導航衛星系統裝置,該方法包含:自多個衛星接收多個衛星信號以執行多個相關程序,其中每一相關程序對應於一衛星;以及基於一對應的相關排程致能或禁能至少一相關程序,其中在衛星信號狀況較弱時,該對應的相關排程之一工作週率更高。
- 如申請專利範圍第1項所述之省電方法,更包含:基於該多個衛星之分佈估測一精度釋度;藉由該多個衛星信號獲取該全球導航衛星系統裝置之位置及動態資訊;以及基於該全球導航衛星系統裝置之位置計算該全球導航衛星系統裝置之定位準確度。
- 如申請專利範圍第2項所述之省電方法,更包含:估測每一衛星之衛星信號之品質。
- 如申請專利範圍第3項所述之省電方法,其中每一相關排程皆包含一週期以及該工作週率,該工作週率用於定義該週期中一相關程序處於被致能之時間。
- 如申請專利範圍第4項所述之省電方法,更包含:基於一對應衛星之衛星信號品質、該全球導航衛星系統裝置之動態資訊、該精度釋度以及該全球導航衛星系統裝置之定位準確度調整一相關排程之該工作週率。
- 如申請專利範圍第4項所述之省電方法,其中該衛星信號狀況係該衛星之衛星信號品質,以及弱信號品質下 之該工作週率高於強信號品質下之該工作週率。
- 如申請專利範圍第4項所述之省電方法,其中該衛星信號狀況係該衛星之衛星信號品質,以及當該衛星信號品質增強時該工作週率減小,該衛星信號品質減弱時該工作週率增大。
- 一種全球導航衛星系統裝置,用於處理自多個衛星獲取之衛星信號,包含:多個相關通道,每一相關通道對該衛星信號執行一相關程序,以產生對應於一衛星之一相關結果;一記憶體裝置,用於儲存該相關結果;以及一處理器,耦接於該記憶體裝置,基於該相關結果執行捕獲及追蹤程序,其中基於一對應的相關排程,每一相關通道皆被週期性地開啟及關閉,其中在衛星信號狀況較弱時,該對應的相關排程之一工作週率更高。
- 如申請專利範圍第8項所述之全球導航衛星系統裝置,其中該處理器:基於該多個衛星之分佈估測一精度釋度;利用該相關結果獲取該全球導航衛星系統裝置之位置及動態資訊;以及基於該全球導航衛星系統裝置之位置計算該全球導航衛星系統裝置之定位準確度。
- 如申請專利範圍第9項所述之全球導航衛星系統裝置,其中該處理器進一步估測每一衛星之衛星信號之品質。
- 如申請專利範圍第10項所述之全球導航衛星系統 裝置,其中每一相關排程皆包含一週期以及該工作週率,該工作週率用於定義該週期中一相關程序處於被致能之時間。
- 如申請專利範圍第11項所述之全球導航衛星系統裝置,其中該處理器基於一對應衛星之衛星信號品質、該全球導航衛星系統裝置之動態資訊、該精度釋度以及該全球導航衛星系統裝置之定位準確度來調整一相關排程之該工作週率。
- 如申請專利範圍第11項所述之全球導航衛星系統裝置,其中該衛星信號狀況係該衛星之衛星信號品質,以及弱信號品質下之該工作週率高於強信號品質下之該工作週率。
- 如申請專利範圍第11項所述之全球導航衛星系統裝置,其中該衛星信號狀況係該衛星之衛星信號品質,以及當該衛星信號品質增強時該工作週率減小,該衛星信號品質減弱時該工作週率增大。
- 一種行動裝置,包含:一全球導航衛星系統裝置,用於處理衛星信號,該全球導航衛星系統裝置包含:多個相關通道,每一相關通道對該衛星信號執行一相關程序,以產生對應於一衛星之一相關結果;一記憶體裝置,用於儲存該相關結果;以及一處理器,耦接於該記憶體裝置,基於該相關結果執行捕獲及追蹤程序,其中基於一對應的相關排程,每一相關通道皆被週期性地開啟及關閉,其中在衛星信號狀況較 弱時,該對應的相關排程之一工作週率更高。
- 如申請專利範圍第15項所述之行動裝置,其中該處理器:基於該多個衛星之分佈估測一精度釋度;利用該相關結果獲取該全球導航衛星系統裝置之位置及動態資訊;以及基於該全球導航衛星系統裝置之位置計算該全球導航衛星系統裝置之定位準確度。
- 如申請專利範圍第16項所述之行動裝置,其中該處理器進一步估測每一衛星之衛星信號之品質。
- 如申請專利範圍第17項所述之行動裝置,其中每一相關排程皆包含一週期以及該工作週率,該工作週率用於定義該週期中一相關程序處於被致能之時間。
- 如申請專利範圍第18項所述之行動裝置,其中該處理器基於一對應衛星之衛星信號品質、該全球導航衛星系統裝置之動態資訊、該精度釋度以及該全球導航衛星系統裝置之定位準確度調整一相關排程之該工作週率。
- 如申請專利範圍第18項所述之行動裝置,其中該衛星信號狀況係該衛星之衛星信號品質,以及弱信號品質下之該工作週率高於強信號品質下之該工作週率。
- 如申請專利範圍第18項所述之行動裝置,其中該衛星信號狀況係該衛星之衛星信號品質,以及當該衛星信號品質增強時該工作週率減小,該衛星信號品質減弱時該工作週率增大。
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