TWI474634B - 碼相位擷取裝置及方法 - Google Patents

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TWI474634B
TWI474634B TW100139583A TW100139583A TWI474634B TW I474634 B TWI474634 B TW I474634B TW 100139583 A TW100139583 A TW 100139583A TW 100139583 A TW100139583 A TW 100139583A TW I474634 B TWI474634 B TW I474634B
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國立交通大學
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    • H04B1/7073—Synchronisation aspects
    • H04B1/7075—Synchronisation aspects with code phase acquisition

Description

碼相位擷取裝置及方法
本發明是有關於一種碼相位擷取裝置，特別是指一種適用於虛擬隨機(PN,pseudo random)序列的碼相位擷取裝置。
一般信號處理系統中，接收端會將收到的PN序列相比於一參考序列，以找出兩序列間的相位位移來進行同步或資料解析等處理。
碼相位擷取方法多是先計算參考序列與具有目前相位的PN序列之間的互相關值，然後一一更改PN序列相位並對應求出參考序列與相位更改後PN序列之間的互相關值，最後找出互相關值發生最大幅值的那個PN序列，且以參考序列與該找出序列的相位差當作相位位移。為了提高運算效率，習知技術常應用卷積(convolution)理論來求取互相關值，而使用快速傅利葉轉換(FFT,Fast Fourier Transform)法，將兩序列於時域的卷積計算轉換成頻域的乘積計算。
不過，以FFT處理長度N的序列時，需用到N‧log2 N階的複數(complex)乘法以及N‧log2 N階的複數加法，電路成本隨N增大而遽增，並不適用於極長序列應用，例如：GNSS(全球導航衛星系統,Global Navigation Satellite System)或GPS(全球衛星定位系統,Global Positioning System)...等。
因此，本發明之目的，即在提供一種碼相位擷取裝置及方法，能以較少計算成本找出一PN序列相對於參考序列的相位位移。
於是，本發明碼相位擷取方法，包含以下步驟：(S)使用一轉換單元，基於一輸入序列所具有的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }進行複數相位轉換而得到一輸入轉換信號，基於一參考序列所具有的N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 }進行複數相位轉換而得到一參考轉換信號；(T)使用一相對單元，使該輸入轉換信號相比於該參考轉換信號而得到一相對信號；及(U)使用一決定單元，根據該相對信號的相位，並根據該相對信號所相關的該輸入序列位元數目，求取該輸入序列相對於該參考序列之一相位位移。
而本發明碼相位擷取方法，包含以下步驟：(A)使用一第一轉換單元，基於一輸入序列所具有的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }進行複數相位轉換而得到K1 個第一輸入轉換信號，基於一參考序列所具有的N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 }進行複數相位轉換而得到K1 個第一參考轉換信號，其中第i個第一輸入轉換信號會相關於該輸入序列的M1 個位元，第i個第一參考轉換信號會相關於該參考序列的M1 個位元，且各轉換信號隨著不同的起始位元位置i而相關於不同的M1 個位元，N=K1 ×M1 ，i=0~(K1 -1)；(B)使用一第一相對單元，基於一第一相對參數m1 ，使對應起始位元位置i+m1 的該第一輸入轉換信號，相比於對應起始位元位置i的該第一參考轉換信號而得到一相對信號，且每改變該第一相對參數m1 會得到對應的相對信號，m1 =0~(K1 -1)；及(C)使用一第一決定單元，以該K1 個相對信號中幅值最大者所對應的第一相對參數m1 ，作為求取該輸入序列相對於該參考序列之一相位位移的基礎。
其特徵在於：該最大幅值之相對信號對應的第一相對參數m1 代表一第一群參數d1 ，且該碼相位擷取方法更包含以下步驟：(B)使用一第二轉換單元，基於第i+d1 個第一輸入轉換信號所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二輸入轉換信號，基於第i個第一參考轉換信號所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二參考轉換信號，其中第j個第二輸入轉換信號X i , j 會相關於該輸入序列的M2 個位元，第j個第二參考轉換信號Y i , j 會相關於該參考序列的M2 個位元，且M1 =K2 ×M2 ，n2 =0~(M2 -1)，mod指模數(modulus)運算；(C)使用一第二相對單元，基於一第二相對參數m2 ，利用該第二輸入轉換信號之於該第二參考轉換信號Y i , j 的相對關係而得到一特徵信號，且每改變該第二相對參數m2 會得到對應的特徵信號，m2 =0~(K2 -1)；及(D)使用一第二決定單元，以該K2 個特徵信號中幅值最大者所對應的第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
其特徵在於：碼相位擷取方法更包含在步驟(D)之前的以下步驟：(F)使用一篩選單元，當得知該最大特徵信號不大於一門檻，使用該K1 個相對信號中次大者對應的第一相對參數m1 來更新該第一群參數d1 ，其中K1 ≦門檻≦K1 ×K2 ；(G)重複步驟(B)、(C)和(F)，直到該篩選單元判斷出該最大特徵信號大於該門檻，才執行步驟(D)使該第二決定單元以最後更新之最大特徵信號對應的第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
而本發明碼相位擷取裝置，包含：一第一轉換單元，基於一輸入序列所具有的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }進行複數相位轉換而得到K1 個輸入轉換信號，基於一參考序列所具有的N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 }進行複數相位轉換而得到K1 個參考轉換信號，其中第i個輸入轉換信號會相關於該輸入序列的M1 個位元，第i個參考轉換信號會相關於該參考序列的M1 個位元，且各轉換信號隨著不同的起始位元位置i而相關於不同的M1 個位元，N=K1 ×M1 ，i=0~(K1 -1)；一第一相對單元，基於一第一相對參數m1 ，使對應起始位元位置i+m1 的該輸入轉換信號，相比於對應起始位元位置i的該參考轉換信號而得到一相對信號，且每改變該第一相對參數m1 會得到對應的相對信號，m1 =0~(K1 -1)；及一第一決定單元，以該K1 個相對信號中幅值最大者所對應的第一相對參數m1 ，作為求取該輸入序列相對於該參考序列之一相位位移的基礎。
其特徵在於：該第一決定單元以該最大幅值之相對信號對應的第一相對參數m1 作為一第一群參數d1 ，且該碼相位擷取裝置更包含：一第二轉換單元，基於第i+d1 個第一輸入轉換信號所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二輸入轉換信號，基於第i個第一參考轉換信號所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二參考轉換信號，其中第j個第二輸入轉換信號X i , j 會相關於該輸入序列的M2 個位元，第j個第二參考轉換信號Y i , j 會相關於該參考序列的M2 個位元，且M1 =K2 ×M2 ，n2 =0~(M2 -1)，mod指模數(modulus)運算；一第二相對單元，基於一第二相對參數m2 ，利用該第二輸入轉換信號之於該第二參考轉換信號Y i , j 的相對關係而得到一特徵信號，且每改變該第二相對參數m2 會得到對應的特徵信號，m2 =0~(K2 -1)；及一第二決定單元，以該K2 個特徵信號中最大者所對應的第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
其特徵在於：碼相位擷取裝置更包含：一篩選單元，當得知該最大特徵信號不大於一門檻，使用該K1 個相對信號中次大者對應的第一相對參數m1 來更新該第一群參數d1 ，其中K1 ≦門檻≦K1 ×K2 ；其中，該第二轉換單元會使用更新後的該第一群參數d1 ，調整該等第二輸入轉換信號和該等第二參考轉換信號，且該第二相對單元會基於調整後的轉換信號更新所有第二相對參數m2 對應的特徵信號；直到該篩選單元判斷出該最大特徵信號大於該門檻，該第二決定單元才以最後更新之最大特徵信號對應的第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
原理推導與介紹
一傳送序列從傳送端發出後，會藉由通道傳遞而在接收端形成一輸入序列。且接收端會將輸入序列相比於一參考序列來找出兩序列間的相位位移，做為後續信號處理的基礎。其中，前述序列均為PN序列。
假設輸入序列A具有N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }，參考序列B具有N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 }，經過複數相位(complex phasor)轉換後分別可得到一輸入轉換信號X和一參考轉換信號Y，這兩個轉換信號能對應一個互相關信號U。信號定義可參考式(1)~(3)，其中，|U|和Ψ分別是U的幅值與相位。
接著，進一步定義，根據MLS(Maximum-length Sequence,最大長度序列)理論可知：如果R(q)是R(0)~R(N-1)中具有最大值者，則R(m)=R(q)=N；否則R(m)=-1。又熟悉本技藝者可理解，因此式(3)可改寫如下：
比較式(3)和式(4)，可以推導出，其可投射到如圖1具有相位解析度的複數平面。這意味著，當互相關信號U的相位落於，即可判斷：輸入序列相對於參考序列的相位位移=q。很明顯地，這樣的運算程序比習知採用卷積理論求取最大互相關值來得簡單許多。
不過，隨著序列長度N的增加，各個q值所分配到的相位範圍變小。不幸地，一旦輸入序列受到通道影響，互相關信號U的相位必定出現偏移現象，而造成相位位移q誤判。
因此，更延伸出將序列分群的概念，使賴以判斷相位位移的相位範圍加大，以提高抗雜訊能力。分群概念主要是將輸入序列A分成K1 個第一輸入組{A0 ,A1 ,A2 ...,}，且將參考序列B分成K1 個第一參考組{B0 ,B1 ,B2 ...,}，如式(5)~(6)，其中N=K1 ×M1 ，故每個分群後的組有M1 個位元。
使第一輸入組Ai 經過複數相位轉換後可得到一第一輸入轉換信號Xi ，使第一參考組Bi 經過複數相位轉換後可得到一第一參考轉換信號Yi ，如式(7)~(8)，其中i=0~(K1 -1)，，|Xi |和θ i 分別是Xi 的幅值與相位，|Yi |和Φ i 分別是Yi 的幅值與相位。進一步地，更令第一輸入組相對於第一參考組B i 的第一相對信號表示成式(9)，m1 =0~(K1 -1)。
序列分群後，相位位移q相當於c1 K1 +d1 ，這代表著：輸入組會較佳地相關於參考組B i ，且將輸入組的位元往前循環移動c1 個位元位置後，更新所得的輸入組會相符於參考組B i 。
值得注意的是，當m1 =d1 ，式(9)可改寫成式(10)，其中的K1 個指數都具有相同相位，即，所以第一相對信號的振幅|G d 1 |會大於其他m1 ≠d1 的第一相對信號振幅。
因此，在尚未得知相位位移q=c1 K1 +d1 之前，本例擬藉由這樣的特性找出哪一輸入組最可能相關於參考組B i ，接著再藉由所對應的第一相對信號之相位Ω1 推導出。
綜上，可以整理出：分群之前，各個q值可分配到的相位範圍=；分群之後，各個c1 值可分配到的相位範圍=。由於N=K1 ×M1 ，N遠大於M1 ，所以c1 分配到的相位範圍比q大，自然能有效提升抗雜訊能力。
又，若欲更精確地搜尋相位位移，可再進行第二次分群。在分群前，先循環使用輸入組來更新輸入組Ai ，然後將更新後的第一輸入組Ai 分成K2 個第二輸入組{A i ,0 ,A i ,1 ,A i ,2 ...,}，且將第一參考組Bi 分成K2 個第二參考組{B i ,0 ,B i ,1 ,B i ,2 ...,}，其中M1 =K2 ×M2 ，故每個第二層分群後的組有M2 個位元。
更明確地，使第一輸入組Ai 更新後，第二輸入組Ai,j 的第n2 個位元為，第二參考組Bi,j 的第n2 個位元為，其經複數相位轉換後的信號分別如式(11)和(12)，其中n2 =0~(M2 -1)，j=0~(K2 -1)，，mod指模數(modulus)運算。
熟悉本技藝者可依照前述對於第一層分群的說明推演得到：輸入組相對於參考組B i , j 的第二相對信號，m2 =0~(K2 -1)。之後，針對每一個m2 ，加總所有輸入組A0 ~的第二相對信號得到如式(13)的一組合信號，並取組合信號的絕對值來得到一特徵信號，然後以對應最大特徵信號的那個m2 當作d2 ，如式(14)。又，若的相位為Ω2 ，依式(15)可得。
很明顯地，各個c2 值可分配到的相位範圍=，比起第一層分群的相位範圍又更大些，更能抵抗雜訊，所以第二層得到的相位位移q=c1 K1 +d1 =(c2 K1 +d2 )K1 +d1 會更準確地指出輸入序列A相對於參考序列B的位移。
第一較佳實施例
參閱圖2，本發明碼相位擷取裝置500之第一較佳實施例包含一轉換單元51、一相對單元52以及一決定單元53。碼相位擷取裝置500會根據是否將輸入序列分群進行以下三種實施方法。
第一種實施方法：轉換單元51基於輸入序列的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }進行複數相位轉換而得到一輸入轉換信號，且基於參考序列的N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 }進行複數相位轉換而得到一參考轉換信號。也就是說，在此實施方法中，輸入序列不會被分群。相對單元52使輸入轉換信號相比於參考轉換信號而得到一相對信號。決定單元53根據相對信號的相位，並根據該相對信號所相關的該輸入序列位元數目，求取兩序列間之相位位移。其中，當相對信號的相位落於，決定單元53判斷相位位移=q，0≦q<N。
第二種實施方法：轉換單元51轉換出的輸入轉換信號具有K1 個第一輸入轉換信號，且轉換出的參考轉換信號具有K1 個第一參考轉換信號，其中第i個第一輸入轉換信號Xi 是基於M1 個位元所得，第i個第一參考轉換信號Yi 是基於M1 個位元所得，n1 =0~(M1 -1)，N=K1 ×M1 ，i=0~(K1 -1)。也就是說，在此實施方法中，輸入序列的M1 個位元會被分到同一群。相對單元52根據第一輸入轉換信號Xi 與各個第一參考轉換信號的相對關係，求出一對應的第一相對信號。決定單元53從中找出具有最大幅值的第一相對信號，並且當該具有最大幅值的第一相對信號是相關於第(z1 +d1 )個第一輸入轉換信號和第z1 個第一參考轉換信號，且該具有最大幅值的第一相對信號的相位落於，決定單元53判斷相位位移=c1 K1 +d1 ，0≦z1 <K1 ，0≦d1 <K1 ，0≦c1 <M1 。
第三種實施方法：延續第二種實施方法，轉換單元51根據M2 個位元轉換出K2 個第二輸入轉換信號，且根據M2 個位元轉換出K2 個第二參考轉換信號，n2 =0~(M2 -1)，M1 =K2 ×M2 ，0≦j≦(K2 -1)。相對單元52根據第二輸入轉換信號與各個第二參考轉換信號的相對關係，求出一對應的第二相對信號。也就是說，在此實施方法中，輸入序列的M2 個位元會被分到同一群。決定單元53找出具有最大幅值的第二相對信號，並且當該具有最大幅值的第二相對信號是相關於第(z2 +d2 )個第二輸入轉換信號和第z2 個第二參考轉換信號，且該具有最大幅值的相對信號的相位落於，決定單元53判斷相位位移=(c2 K2 +d2 )K1 +d1 ，0≦z2 <K2 ，0≦d2 <K2 ，0≦c2 <M2 。
第二較佳實施例
參閱圖3，在前述理論基礎下，本發明碼相位擷取裝置100之第二較佳實施例適用於接收一輸入序列A，以找出其相對於一參考序列B的相位位移。該碼相位擷取裝置100包含一第一級擷取電路1，其包括了一第一轉換單元11、一第一相對單元12和一第一決定單元13。
碼相位擷取裝置100所執行的本發明碼相位擷取方法之較佳實施例包含如圖4的以下步驟。且為方便說明，這裡假設輸入序列A的N個位元為{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }，參考序列B的N個位元為{y0 ,y1 ,y2 ...,yN-1 }。
步驟71：第一轉換單元11基於式(7)~(8)，計算關於輸入序列A的K1 個第一輸入轉換信號{X0 ,X1 ,X2 ...,}，且計算關於參考序列B的K1 個第一參考轉換信號{Y0 ,Y1 ,Y2 ...,}。
第一輸入轉換信號Xi 的產生方式是：從具有N個位元的輸入序列A中，每隔K1 個位元位置挑選一個位元形成具有M1 個位元的第一輸入組A0 ，然後改變挑選的起始位元而形成具有M1 個位元的第一輸入組A1 ，...直到選出第一輸入組。接著，加總輸入組Ai 所屬M1 個位元經複數相位轉換的結果，來得到一個第一輸入轉換信號Xi 。簡言之，輸入轉換信號Xi 是基於位元所得，n1 =0~(M1 -1)。
依此類推，可使用位元得到第一參考組Bi 的第一參考轉換信號Yi 。其中N=K1 ×M1 ，i=0~(K1 -1)，且該等第一輸入組Ai 和該等第一參考組Bi 會隨著不同的起始位元位置i而具有不同的M1 個位元。
步驟72：第一相對單元12基於式(9)，為每一個第一相對參數m1 計算第一相對信號，來描述第一輸入轉換信號之於第一參考轉換信號Y i 的相對關係，m1 =0~(K1 -1)。
步驟73：第一決定單元13選取對應最大幅值之第一相對信號的相對參數m1 當作第一群參數d1 ，並且以之相位Ω1 推導出第一偏移參數。
步驟74：第一決定單元13根據第一群參數d1 和第一偏移參數c1 ，輸出相位位移q=c1 K1 +d1 。
值得注意的是，由於輸入序列會受到通道影響，所以求出的第一偏移參數c1可能不是整數，因此本例較佳地以無條件捨去法計算，但在其他應用中也可以是採無條件進入法或四捨五入法。
第三較佳實施例
參閱圖5，本發明碼相位擷取裝置200之第三較佳實施例包含第一級擷取電路1’和一第二級擷取電路2。該第二級擷取電路2包括一第二轉換單元21、一第二相對單元22、一篩選單元25以及一第二決定單元23。相比於第二較佳實施例，第一級擷取電路1’的第一決定單元13’只會輸出第一群參數d1 ，而不會輸出第一偏移參數c1 。
碼相位擷取裝置200所執行的本發明碼相位擷取方法之較佳實施例包含如圖6的以下步驟：
步驟81：第一轉換單元11基於式(7)~(8)，為輸入序列A計算K1 個第一輸入轉換信號{X0 ,X1 ,X2 ...,}，且為參考序列B計算K1 個第一參考轉換信號{Y0 ,Y1 ,Y2 ...,}。
其中，輸入轉換信號Xi 是根據位元所得，參考轉換信號Yi 是根據位元所得，n1 =0~(M1 -1)。
步驟82：第一相對單元12基於式(9)，為每一個第一相對參數m1 計算第一相對信號，來描述第一輸入轉換信號之於第一參考轉換信號Y i 的相對關係，m1 =0~(K1 -1)。
步驟83：第一決定單元13’從該K1 個第一相對信號中選出幅值較大的S(S>1)個，並以對應最大幅值之第一相對信號的相對參數m1 當作第一群參數d1 。
步驟84：第二轉換單元21基於式(11)~(12)，為第一輸入組計算K2 個第二輸入轉換信號{X i ,0 ,X i ,1 ,X i ,2 ...,}，且為第一參考組Bi 計算K2 個第二參考轉換信號{Y i ,0 ,Y i ,1 ,Y i ,2 ...,}。
其中，第二輸入轉換信號X i , j 是根據位元所得，n2 =0~(M2 -1)，產生方式是：從具有M1 個位元的輸入組中，每隔K2 個位元位置挑選一個位元形成具有M2 個位元的第二輸入組Ai,j ，並加總第二輸入組Ai,j 所屬M2 個位元經複數相位轉換的結果，而得到該第二輸入轉換信號Xi,j 。
依此類推，可使用位元得到第二參考組Bi,j 的第二參考轉換信號Yi,j 。其中M1 =K2 ×M2 ，j=0~(K2 -1)，且該等第二輸入組Ai,j 和該等第二參考組Bi,j 會隨著不同的起始位元位置j而具有不同的M2 個位元。
步驟85：第二相對單元22基於式(13)~(14)，為每一個第二相對參數m2 值計算關於輸入組Ai 的第二相對信號，且加總所有輸入組A0 ~的第二相對信號，並取加總結果的絕對值來得到一特徵信號。
其中，第二相對信號能描述第二輸入轉換信號之於第二參考轉換信號Y i , j 的相對關係，m2 =0~(K2 -1)。
步驟86：篩選單元25基於式(14)，從K2 個特徵信號中選出最大者，並檢視其值是否大於一門檻。若是，流程跳到步驟88；若否，則執行步驟87。較佳地，K1 ≦門檻≦K1 ×K2 ，且門檻接近K1 ×K2 。
步驟87：篩選單元25從步驟83的S個第一相對信號中挑選出幅值次大者，並以其對應的相對參數m1 當作更新後的第一群參數d1 ，接著跳到步驟84以執行步驟84~86，直到最大特徵信號高於門檻。
這是因為理想上，當賴以進行第二層分群的第一群參數d1 為最佳值時，最大特徵信號的幅值=K1 ×K2 。因此，如果步驟86檢視發現最大特徵信號遠低於門檻，可能是起因於第一層分群時選定的第一群參數d1 有誤。
步驟88：第二決定單元23在式(14)的基礎下，基於最後更新的第一群參數d1 ，獲取對應最大特徵信號的m2 來當作第二群參數d2 ，並且以之相位Ω2 推導出。
同樣地，若第二偏移參數c2 為非整數，本例可採用無條件捨去法、無條件進入法或四捨五入法來使其逼近到一整數。
步驟89：第二決定單元23基於第一群參數d1 、第二群參數d2 和第二偏移參數c2 ，輸出相位位移q=(c2 K2 +d2 )K1 +d1 。
模擬結果
以下提出使用蒙地卡羅法(Monte Carlo method)所得到的統計模擬結果，其中序列長度N=216 -1，且所示模擬結果是參考1000次模擬數據。圖7和圖8顯示了第一層分群所得到的第一群參數d1 和第一偏移參數c1 。當訊雜比=-5dB，d1 正確率=1，c1 正確率卻只有0.1~0.2。因此，從圖9的模擬示意圖可發現相位位移q於訊雜比=-5dB的標準差=4，這代表第一層分群所獲得的相位位移q介於理想值±4間。
而圖10~12則說明當訊雜比=-5dB，第二層分群所得到的第二群參數d2 和第二偏移參數c2 正確率都為1，且相位位移q標準差=0。換句話說，第二層分群所獲得的相位位移q符合理想值，精確度較第一層分群大幅提升。
值得注意的是，在其他應用中，也可以進行第三或更高層分群來增加相位位移精確度。參閱圖13，在前述說明的基礎下，本發明領域具有通常知識者能輕易使用類似於第二級擷取電路2’的至少一個第三級擷取電路3(圖中顯示一個)來調整相位位移，故在此不多贅述。
且值得注意的是，習知技術選用FFT而使用N‧log2 N階的複數乘法與N‧log2 N階的複數加法來處理長度N的序列。但是，前述較佳實施例的碼相位擷取裝置100、200在第一層分群的步驟中只進行基於式(7)和(9)的3N個複數加法，在第二層分群的步驟中只進行基於式(11)和(13)的3N個複數加法，總運算量=3N×分群層數，且不需進行任何乘法，電路成本銳減。
此外，熟悉本技藝者明瞭：當以FFT處理PN序列時，第一層蝴蝶(butterfly)運算是基於0或1的位元值(即位元寬度=1)，而隨後較高層蝴蝶運算則必須處理位元寬度高於一的複數計算，電路設計相當繁雜。而前述較佳實施例所進行複數加法的係數非0即1，易於實現。
最後，值得一提的是，習知技術通常是利用互相關函數的振幅特性來尋找最佳的相位位移。而前述較佳實施例則是改從相對信號的相位特性著手，並藉由序列的多層次分群強化抗雜訊能力，實為一大突破。
綜上所述，前述較佳實施例的複數加法次數=(3N×分群層數)，雖然總運算量隨分群層數線性遞增，不過通常使用兩次分群就能得到不錯的相位位移精確度，計算成本可有效降低，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
100‧‧‧碼相位擷取裝置
200‧‧‧碼相位擷取裝置
300‧‧‧碼相位擷取裝置
500‧‧‧碼相位擷取裝置
1、1’‧‧‧第一級擷取電路
11‧‧‧第一轉換單元
12‧‧‧第一相對單元
13、13’‧‧‧第一決定單元
2、2’‧‧‧第二級擷取電路
21‧‧‧第二轉換單元
22‧‧‧第二相對單元
23‧‧‧第二決定單元
25‧‧‧篩選單元
3‧‧‧第三級擷取電路
51‧‧‧轉換單元
52‧‧‧相對單元
53‧‧‧決定單元
71~74‧‧‧步驟
81~89‧‧‧步驟
圖1是一示意圖，說明互相關信號的相位解析度；
圖2是一方塊圖，說明碼相位擷取裝置之第一較佳實施例；
圖3是一方塊圖，說明碼相位擷取裝置之第二較佳實施例；
圖4是一流程圖，說明碼相位擷取方法之較佳實施例；
圖5是一方塊圖，說明碼相位擷取裝置之第三較佳實施例；
圖6是一流程圖，說明碼相位擷取方法之較佳實施例；
圖7~9是模擬示意圖，說明第一層分群的表現；
圖10~12是模擬示意圖，說明第二層分群的表現；及圖13是一方塊圖，說明碼相位擷取裝置之另一態樣。
81~89．．．步驟

Claims (14)

  1. 一種碼相位擷取方法，包含以下步驟：(S)使用一轉換單元，基於一輸入序列所具有的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }進行複數相位轉換而得到一輸入轉換信號，基於一參考序列所具有的N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 }進行複數相位轉換而得到一參考轉換信號；(T)使用一相對單元，使該輸入轉換信號相比於該參考轉換信號而得到一相對信號；及(U)使用一決定單元，根據該相對信號的相位，並根據該相對信號所相關的該輸入序列位元數目，求取該輸入序列相對於該參考序列之一相位位移；其中，該相對信號是基於該輸入序列的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }而求出；步驟(U)中，當該相對信號的相位落於，該決定單元判斷該輸入序列相對於該參考序列的相位位移=q，0≦q<N。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之碼相位擷取方法，其中，該轉換單元於步驟(S)轉換出的輸入轉換信號具有K1 個第一輸入轉換信號，且轉換出的參考轉換信號具有K1 個第一參考轉換信號，其中第i個第一輸入轉換信號Xi 是基於M1 個位元所得，第i個第一參考轉換信號Yi 是基於M1 個位元所得，n1 =0~(M1 -1)，N=K1 ×M1 ，i=0~(K1 -1)；該相對單元於步驟(T)根據第i個第一輸入轉換信號 Xi 與各個第一參考轉換信號的相對關係，求出一對應的第一相對信號；且該決定單元於步驟(U)找出具有最大幅值的第一相對信號，並且當該具有最大幅值的第一相對信號是相關於第(z1 +d1 )個第一輸入轉換信號和第z1 個第一參考轉換信號，且該具有最大幅值的第一相對信號的相位落於，該決定單元以d1 作為求取該輸入序列相對於該參考序列之相位位移的基礎，0≦z1 <K1 ，0≦d1 <K1 ，0≦c1 <M1 。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之碼相位擷取方法，其中，該決定單元於步驟(U)判斷該輸入序列相對於該參考序列的相位位移=c1 K1 +d1 。
  4. 依據申請專利範圍第2項所述之碼相位擷取方法，更包含以下步驟：(V)該轉換單元根據M2 個位元轉換出K2 個第二輸入轉換信號，且根據M2 個位元轉換出K2 個第二參考轉換信號，n2 =0~(M2 -1)，M1 =K2 ×M2 ，0≦j≦(K2 -1)；(W)該相對單元根據第二輸入轉換信號與各個第二參考轉換信號的相對關係，求出一對應的第二相對信號；及(X)該決定單元找出具有最大幅值的第二相對信號，並且當該具有最大幅值的第二相對信號是相關於第(z2 +d2 )個第二輸入轉換信號和第z2 個第二參考 轉換信號，且該具有最大幅值的相對信號的相位落於，該決定單元判斷該輸入序列相對於該參考序列的相位位移=(c2 K2 +d2 )K1 +d1 ，0≦z2 <K2 ，0≦d2 <K2 ，0≦c2 <M2 。
  5. 一種碼相位擷取方法，包含以下步驟：使用一第一轉換單元，基於一輸入序列所具有的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }進行複數相位轉換而得到K1 個第一輸入轉換信號，基於一參考序列所具有的N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 }進行複數相位轉換而得到K1 個第一參考轉換信號，其中第i個第一輸入轉換信號會相關於該輸入序列的M1 個位元，第i個第一參考轉換信號會相關於該參考序列的M1 個位元，且各轉換信號隨著不同的起始位元位置i而相關於不同的M1 個位元，N=K1 ×M1 ，i=0~(K1 -1)；使用一第一相對單元，基於一第一相對參數m1 ，使對應起始位元位置i+m1 的該第一輸入轉換信號，相比於對應起始位元位置i的該第一參考轉換信號而得到一相對信號，且每改變該第一相對參數m1 會得到對應的相對信號，m1 =0~(K1 -1)；及使用一第一決定單元，以該K1 個相對信號中幅值最大者所對應的第一相對參數m1 ，作為求取該輸入序列相對於該參考序列之一相位位移的基礎。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述之碼相位擷取方法，更包含一步驟(A)： 使用該第一決定單元，以該具有最大幅值之相對信號對應的第一相對參數m1 作為一第一群參數，且更利用該最大幅值之相對信號的相位得到一第一偏移參數，而根據該第一群參數和該第一偏移參數得到該相位位移。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述之碼相位擷取方法，其中，步驟(A)中，該第一決定單元使用該最大幅值之相對信號的相位Ω1 和各轉換信號相關的位元數目M1 ，計算出該第一偏移參數，且以無條件捨去法、無條件進入法或四捨五入法來將該第一偏移參數逼近到一整數。
  8. 依據申請專利範圍第5項所述之碼相位擷取方法，其中，該最大幅值之相對信號對應的第一相對參數m1 代表一第一群參數d1 ，且該碼相位擷取方法更包含以下步驟：(B)使用一第二轉換單元，基於第i+d1 個第一輸入轉換信號所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二輸入轉換信號，基於第i個第一參考轉換信號所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二參考轉換信號，其中第j個第二輸入轉換信號X i ,j 會相關於該輸入序列的M2 個位元，第j個第二參考轉換信號Y i ,j 會相關於該參考序列的M2 個位元，且M1 =K2 ×M2 ，n2 =0~(M2 -1)，mod指模數(modulus)運算；(C)使用一第二相對單元，基於一第二相對參數m2 ，利用該第二輸入轉換信號之於該第二參考轉換信號Y i ,j 的相對關係而得到一特徵信號，且每改變該第二相 對參數m2 會得到對應的特徵信號，m2 =0~(K2 -1)；及(D)使用一第二決定單元，以該K2 個特徵信號中最大者所對應的第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述之碼相位擷取方法，更包含一步驟(E)：使用該第二決定單元，以該最大特徵信號對應的第二相對參數m2 作為一第二群參數，且更利用該最大特徵信號的相位得到一第二偏移參數，而根據該第一群參數、該第二群參數和該第二偏移參數得到該相位位移。
  10. 依據申請專利範圍第8項所述之碼相位擷取方法，更包含在步驟(D)之前的以下步驟：(F)使用一篩選單元，當得知該最大特徵信號不大於一門檻，使用該K1 個相對信號中次大者對應的第一相對參數m1 來更新該第一群參數d1 ，其中K1 ≦門檻≦K1 ×K2 ；(G)重複步驟(B)、(C)和(F)，直到該篩選單元判斷出該最大特徵信號大於該門檻，才執行步驟(D)使該第二決定單元以最後更新之最大特徵信號對應的第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
  11. 一種碼相位擷取裝置，包含：一第一轉換單元，基於一輸入序列所具有的N個位元{x 0 ,x 1 ,x 2 ...,x N -1 }進行複數相位轉換而得到K1 個第一輸入轉換信號，基於一參考序列所具有的N個位元{y 0 ,y 1 ,y 2 ...,y N -1 } 進行複數相位轉換而得到K1 個第一參考轉換信號，其中第i個第一輸入轉換信號會相關於該輸入序列的M1 個位元，第i個第一參考轉換信號會相關於該參考序列的M1 個位元，且各轉換信號隨著不同的起始位元位置i而相關於不同的M1 個位元，N=K1 ×M1 ，i=0~(K1 -1)；一第一相對單元，基於一第一相對參數m1 ，使對應起始位元位置i+m1 的該第一輸入轉換信號，相比於對應起始位元位置i的該第一參考轉換信號而得到一相對信號，且每改變該第一相對參數m1 會得到對應的相對信號，m1 =0~(K1 -1)；及一第一決定單元，以該K1 個相對信號中幅值最大者所對應的第一相對參數m1 ，作為求取該輸入序列相對於該參考序列之一相位位移的基礎。
  12. 依據申請專利範圍第11項所述之碼相位擷取裝置，其中，該第一決定單元以該最大幅值之相對信號對應的第一相對參數m1 作為一第一群參數，且更利用該最大幅值之相對信號的相位得到一第一偏移參數，而根據該第一群參數和該第一偏移參數得到該相位位移。
  13. 依據申請專利範圍第11項所述之碼相位擷取裝置，其中，該第一決定單元以該最大幅值之相對信號對應的第一相對參數m1 作為一第一群參數d1 ，且該碼相位擷取裝置更包含：一第二轉換單元，基於第i+d1 個第一輸入轉換信號 所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二輸入轉換信號，基於第i個第一參考轉換信號所相關的M1 個位元進行複數相位轉換而得到K2 個第二參考轉換信號，其中第j個第二輸入轉換信號X i ,j 會相關於該輸入序列的M2 個位元，第j個第二參考轉換信號Y i ,j 會相關於該參考序列的M2 個位元，且M1 =K2 ×M2 ，n2 =0~(M2 -1)，mod指模數(modulus)運算；一第二相對單元，基於一第二相對參數m2 ，利用該第二輸入轉換信號之於該第二參考轉換信號Y i ,j 的相對關係而得到一特徵信號，且每改變該第二相對參數m2 會得到對應的特徵信號，m2 =0~(K2 -1)；及一第二決定單元，以該K2 個特徵信號中最大者所對應的第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述之碼相位擷取裝置，更包含：一篩選單元，當得知該最大特徵信號不大於一門檻，使用該K1 個相對信號中次大者對應的第一相對參數m1 來更新該第一群參數d1 ，其中K1 ≦門檻≦K1 ×K2 ；其中，該第二轉換單元會使用更新後的該第一群參數d1 ，調整該等第二輸入轉換信號和該等第二參考轉換信號，且該第二相對單元會基於調整後的轉換信號更新所有第二相對參數m2 對應的特徵信號；直到該篩選單元判斷出該最大特徵信號大於該門檻，該第二決定單元才以最後更新之最大特徵信號對應的 第二相對參數m2 作為求取該相位位移的基礎。
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