TWI474691B - 資料訊號相位反轉校正方法及系統 - Google Patents

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Description

資料訊號相位反轉校正方法及系統
本發明涉及全球導航衛星系統(GNSS)中的相移鍵控(Phase Shift Keying,PSK)調變導航資料處理，更具體的，是關於資料訊號相位反轉校正方法及系統。
在PSK通信系統中，載波相位是由傳輸資料來調變的。以二進制PSK(BPSK)為例，當傳輸資料符號(symbol)“0”時，就反轉載波相位(即加180度)。另一方面，當傳輸資料符號“1”時則不改變載波相位。大體上，載波相位是根據傳輸資料符號而改變。在多進制PSK(MPSK)調變中，M可以等於2(即BPSK)、4(即QPSK)等等，傳輸一個資料符號後，載波相位將處於以下M個狀態中的一個：度。已接收載波的相位也可因使用者運動、時脈漂移等等而改變。因此，接收器在可以偵測所傳輸資料符號之前，必須先運行同步過程來追蹤載波相位。同步過程中，接收器必須消除資料符號或位元轉變(transition)所導致的相位改變帶來的影響。例如，在BPSK載波追蹤迴路中，通常使用平方(squaring)方法或科斯塔斯鎖相迴路(Costas PLL)來追蹤載波相位，以在相位錯誤鑒別器中移除資料位元轉變。當MPSK接收器的載波追蹤迴路達到穩態(即鎖定訊號)時，會存在相位模糊(ambiguity)。也就是說，載波追蹤迴路可以追蹤載波相位，但可能存在度的相位錯誤。
以BPSK的PLL為例，PLL可能實現精確追蹤載波相位，也可能存在相位反轉(即伴有180度相位錯誤)。PLL鎖定之後，可通過偵測相位轉變來確定所傳輸的資料位元。接著，檢查所傳輸資料位元或符號流，以校正PLL的相位模糊。一般而言，由於存在相位同步模糊，可用每一資料訊框(frame)的前導(preamble)來同步資料訊框的邊界，並校正資料符號的相位。前導是一個固定且已知的資料符號樣式(pattern)，使得接收器可通過將所接收的前導與已定義前導相比較，以檢查接收資料相位。若PLL運作中出現跳周(cycle slip)，在PLL再次鎖定訊號之後也可能出現相位模糊錯誤。因此，必須用所傳輸資料的內容來校正相位模糊。請注意，當資料訊框傳輸中出現相位模糊錯誤(在BPSK中可以是相位反轉)時，所傳輸的資料訊框會被破壞(corrupt)。因此，總是可以用已定義前導樣式來校正相位反轉錯誤。但前導在每個資料訊框只出現一次。所以當訊號強度太弱，以至於前導長度不足以偵測相位反轉時，前導就不能校正資料相位反轉。此外，當資料訊框傳輸中發生相位反轉時，資料訊框即被破壞。接下來的訊框可通過檢查前導(作相位校正)來恢復，其中，接下來的訊框為好訊框(good frame)。這意味著使用前導常常不能快速校正相位反轉錯誤，因此導致訊框破壞。因此，迫切需要提供一種提高相位反轉校正速度的技術。
在GNSS中，通常由BPSK或差分PSK(DPSK)調變來傳輸導航資料消息(message)。GPS使用BPSK傳輸導航資料消息，一個資料訊框由10個字(word)組成。一個字為30資料位元，並由一個奇偶檢查(parity check)碼保護。每一資料位元傳輸時間為20ms。BPSK相位模糊可用奇偶檢查演算法來消除。同時，在訊框的第一個字(TLM字)中有一個前導(固定的位元樣式)。該前導可用於同步資料訊框邊界，也可用於校正BPSK相位反轉。為成功接收沒有受到破壞的字，在一個資料字傳輸的600ms內不能有任何相位反轉。星基增強系統(Satellite Based Augmentation System,SBAS)也使用BPSK。SBAS資料訊框由500個符號組成，每個符號傳輸時間為2ms。SBAS的資料訊框由迴旋編碼保護，且每個訊框的前導也用於校正BPSK相位反轉。因此，在一個SBAS資料訊框傳輸的1秒內要求不發生相位反轉。對於伽利略衛星定位系統(Galileo)的E1B訊號，一個BPSK資料訊框由250個符號組成，每個符號傳輸時間為4ms。每個訊框有前導樣式以校正相位反轉。因此要求資料相位在1秒之內保持穩定。可見，用前導來校正相位反轉錯誤要求在一個資料訊框之內不出現相位反轉，而GNSS訊號中一個資料訊框的傳輸時間很長。對於高動態且微弱的訊號，用前導來校正相位反轉錯誤就可能存在問題。因此，可能需要其它技術來校正相位反轉錯誤。
GNSS接收器必須測量其到衛星的距離以確定自身位置。GNSS接收器到衛星的距離稱為偽距(Pseudo-Range,PR)，偽距是通過偵測衛星所傳輸訊號的到達時間(Time Of Arrival,TOA)來測量。廣播衛星導航資料消息承載了系統時間(Time Of Week,TOW即週時間)，TOA需要由TOW來確定。此外，在衛星位置計算中也需要TOW。因此，必須正確收集資料，使GNSS接收器能夠確定使用者的位置、速度和系統時間，簡稱PVT(Position,Velocity and system Time)。但是，在GNSS接收器能偵測到資料位元(資料位元調變了載波相位)之前，必須穩定追蹤載波頻率和相位。若使用PLL，載波的頻率和相位均可鎖定。GNSS接收器可通過檢查已鎖定載波相位來偵測BPSK資料位元。另一方面，鎖頻迴路(Frequency Locked Loop,FLL)只能鎖定載波頻率，且必須使用差分偵測(Differential Detection,DD)技術來偵測資料位元。也就是說，若出現載波相位轉變，則傳輸與先前資料位元不同的一個資料位元。請注意，基於PLL或基於FLL的資料偵測均可能出現相位反轉錯誤。理論上，PLL的資料偵測性能(例如位元錯誤率)好於FLL。但PLL的追蹤穩健性(robustness)不如FLL。例如，FLL還可以鎖定較弱訊號和較高使用者動態的載波。因此，較好的方法是使用FLL和DD技術偵測BPSK資料，使GNSS接收器在較弱訊號和較高動態下也工作良好。
如上所述，可以在FLL中用DD技術偵測BPSK資料位元。DD方法檢查FLL估計中兩個相鄰載波相位是否存在相位轉變。並基於前一個符號的相位以及相位轉變來確定當前的資料符號。但是，DD錯誤傳播會引起接下來接收的所有符號出現相位反轉錯誤。這相當於資料符號的叢發(burst)錯誤。例如，若偵測訊框的第三個SBAS資料符號時出現一個DD錯誤，同一訊框接下來的247個資料符號將全部發生相位反轉。一般而言，使用錯誤偵測或校正碼(例如SBAS訊框使用的迴旋碼)難以解決很長的叢發錯誤。較低的DD錯誤率就會導致很高的訊框(或位元)錯誤率，尤其是對於由很多資料位元組成的資料訊框，例如SBAS資料訊框。因此，FLL和DD方法對GPS也許好用，但並不適合SBAS和Galileo，因為SBAS和Galileo要求載波相位在很長的資料訊框傳輸時間(長為1秒)內保持穩定。因此，雖然FLL穩健性較好，但仍需提供一種技術，以校正FLL的DD錯誤引起的資料符號叢發錯誤。
如上所述，PLL和FLL中均存在相位模糊問題，GNSS接收器可檢查前導或同步字(Sync Word,SW)以校正相位模糊。也就是說，可通過檢查訊框的一個已知序列來校正相位反轉，所述已知序列例如訊框標頭(header)的一個同步字。第1圖展示先前技術中相位反轉如何破壞訊框，以及以習知方法校正相位的時序。如第1圖所示，圖中第一個訊框內發生一次相位反轉。該訊框為壞訊框(bad frame)，且因為GNSS接收器無法得知該訊框內何時發生了相位反轉，必須丟棄該訊框。GNSS接收器直到接收並檢查下一訊框的同步字時，才能察覺相位反轉的發生。例如，為檢查Galileo的E1B中40ms的同步字(即10個符號)，可由下式(1)計算已接收同步字和已知同步字的一個總相關(correlation)值(即已接收同步字符號與已知同步字序列的相應符號的相關運算結果的積累值)，此處稱為metricSW，計算公式為： 其中SW(i)是所接收同步字的一個符號，symB(i)是已知同步字序列的一個相應符號。
在Galileo的E1B中，若無相位反轉，在使用symB(i)硬式確定(即symB(i)等於1或-1)的最佳情況下，metricSW的值應為10。若載波雑訊比(Carrier-to-Noise Ratio,CNR) 較低，由於symB會發生一些錯誤，metricSW值可能小於10。若接收到SW之前發生了相位反轉，metricSW應該為負。第2圖是展示metricSW值與CNR之間關係的示意圖。如第2圖所示，CNR低時容易發生相位反轉校正的假警報。也就是說，CNR低時接收器不能確定相位反轉的校正。
如上所述，迫切需要提供一種用於提高相位反轉校正靈敏度及速度的技術。
有鑑於此，本發明其中之一目的在於提供一種資料訊號相位反轉校正方法及系統，解決高動態、微弱訊號等苛刻條件下相位反轉校正不靈敏、校正速度慢的問題。
本發明提供一種資料訊號相位反轉校正方法，包含：從一訊號源接收一導頻訊號和一資料訊號；通過對一預定數目的已接收導頻訊號與一已知導頻序列的相應符號作相關運算來處理該導頻訊號；基於該相關運算確定該導頻訊號是否發生相位反轉；以及當該導頻訊號發生相位反轉時，校正該資料訊號的一相位。
本發明另提供一種資料訊號相位反轉校正系統包含：一接收模組，用於從一訊號源接收一導頻訊號和一資料訊號；一處理模組，用於處理該導頻訊號；一相位反轉偵測 裝置，通過對一預定數目的已接收導頻訊號與一已知導頻序列的相應符號作相關運算，並基於該相關運算，並基於該相關運算確定該導頻訊號是否發生相位反轉；以及一校正模組，用於根據該確定的結果校正該資料訊號的一相位。
本發明提供的資料訊號相位反轉校正方法及系統可以提高校正相位反轉的靈敏度及速度。
在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元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。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。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的“包括”和“包含”係為一開放式的用語，故應解釋成“包含但不限定於”。以外，“耦接”一詞在此係包含任何直接及間接的電性連接手段。間接的電性連接手段包括通過其他裝置進行連接。
在GNSS中，每顆衛星傳輸資料訊號和導頻(pilot)訊號，資料訊號與導頻訊號的載波相位之間具有固定的關係。例如，在時序上，資料訊號與導頻訊號是同相或正交的。資料訊號由一個資料訊框流組成。導頻訊號不含資料 (dataless)或者由一個已知的週期性副碼序列(secondary code sequence)調變。在接收器將資料訊號和導頻訊號分別用於解碼已傳輸資料、增強追蹤迴路靈敏度之前，必須首先使資料訊號和導頻訊號同步。資料訊號和導頻訊號的格式不同，但它們之間的關係是固定的。因此對於BPSK調變資料訊號和導頻訊號，當資料訊號有相位反轉時，可以合理推論導頻訊號也在相同時刻發生了相位反轉。也就是說，資料訊號和導頻訊號中都發生了BPSK相位反轉。
第3圖展示Galileo E1資料訊號和導頻訊號的資料結構，Galileo E1是GNSS的一種。在Galileo E1中，每顆衛星傳輸資料訊號E1B和導頻訊號E1C。第3圖上部展示資料訊號E1B的符號流，第3圖下部展示導頻訊號E1C的符號流。資料訊號E1B逐訊框傳輸，導頻訊號E1C以重複的副碼序列傳輸。資料訊號E1B的每個訊框包含120個資料位元，然後用迴旋碼方案將資料位元編碼為240個資料符號。另外，10個資料符號的同步字加入到每個訊框的標頭。因此，每一秒的訊框由250個符號組成。符號週期為4ms。導頻訊號由週期性的副碼序列調變。每個副碼序列包含25個符號。因此一個副碼序列的時長週期為4×25=100ms。
如第3圖所示，資料訊號E1B的每個訊框包含10個符號的同步字以及240個符號的資訊載量(payload)資料區。資訊載量資料區承載未知的導航資料消息。在一秒的 訊框週期內，導頻訊號E1C將25個符號的副碼序列重複十次。
第4圖展示GPS L1C資料訊號和導頻訊號的資料結構，GPS L1C是GNSS的另一種。第4圖的上部顯示資料訊號L1CD的符號流，而下部顯示導頻訊號L1CP的符號流。資料訊號L1CD的每一訊框具有9位元的“間隔時間”(Time of Interval，以下簡稱TOI)字。利用BCH(Bose、Chaudhuri及Hocquenghem)碼將9位元的TOI字編碼成為52個符號。可將TOI視為Galileo E1的同步字SW。除了TOI之外，每一訊框還包含1748個符號的導航資料。符號週期為10ms，也就是說，GPS L1C的符號時序為每秒100個符號。導頻訊號L1CP也利用同樣的符號時序。導頻訊號L1CP用副碼序列編碼，副碼序列具有1800個符號且稱為“重疊碼”(overlay code)。對每一資料訊號L1CD的訊框而言，導頻訊號L1CP的副碼序列出現一次。資料訊號L1CD的訊框同步表明已找到TOI的起始符號，導頻訊號L1CP的導頻同步則表明已找到副碼序列的起始符號。由此可知，資料訊號L1CD的TOI前緣(leading edge)與導頻訊號L1CP的重疊碼前緣對齊(align with)。
第5圖是展示GPS L5資料訊號與導頻訊號的資料結構示意圖，GPS L5是GNSS的另一種。第5圖的上面三列顯示資料訊號I5的符號流，而第5圖的最下一列顯示導頻訊 號Q5的符號流。每一資料訊號I5的訊框包含8位元的前導與292位元的導航資料。利用前向錯誤更正(Forward Error Correction,FEC)碼將上述含300位元的訊框編碼成600個資料符號。隨後，每一資料符號(資料符號週期為10ms)使用紐曼霍夫曼(Neumann Hoffman,NH)序列調變，每一NH序列具有10個碼符號(碼符號週期為1ms)。符號時序為每秒1000個符號。導頻訊號Q5具有多個含20個符號的副NH序列，同樣以每秒1000個符號的符號時序進行重複。為了對資料訊號I5進行訊框同步，應找到資料訊號I5的前導的起始位元，其中，資料訊號I5的前導的起始位元相當於Galileo E1的同步字。為找到前導的起始位元，首先須完成資料訊號I5的資料符號同步。為了對導頻訊號Q5進行導頻同步，必須找到副碼序列(即20個符號的副NH序列)的起始符號。儘管資料訊號I5訊框的中間轉換較複雜，但資料訊號I5訊框的前導的起始位元間接與其中一個導頻訊號Q5副碼序列的起始符號對齊。
以Galileo E1C為例，第6圖是本發明實施例概念的示意圖。如圖所示，第6圖資料訊號的第一個訊框(本實施例中，以好訊框為例)內發生一次相位反轉(或者一個DD錯誤，DD錯誤將引起叢發錯誤)。導頻訊號的每一箭頭線指示一次相位反轉檢查。在先前技術中，直到檢查完下一個訊框的同步字之後才能找到並校正相位反轉(或DD錯 誤)。而通過多次檢查導頻訊號，本發明的實施例可以比先前技術更早找到並校正相位反轉(或DD錯誤)。請注意，校正相位反轉錯誤之後，叢發錯誤的長度會減小。因此，Galileo E1B/C訊號所用的例如交錯器和解交錯器(deinterleaver)的錯誤校正技術也可用於校正這類短叢發錯誤。
第7圖是根據一個實施例的資料訊號相位反轉校正系統100的方塊示意圖。接收模組120用於從訊號源(例如衛星，未示出)接收資料訊號和導頻訊號。處理模組130用於處理資料訊號和導頻訊號。根據導頻訊號的處理結果，相位反轉偵測裝置140用於偵測導頻訊號內是否發生相位錯誤(例如相位反轉)。若導頻訊號內有相位反轉，則推論資料訊號內也有相位反轉。校正模組150負責校正資料訊號的相位反轉。
在相位反轉校正系統100中，接收模組120對訊號執行RF處理，並輸出基帶資料訊號和導頻訊號。處理模組130對基帶資料訊號和導頻訊號執行都卜勒(Doppler)移除、碼相關、訊框同步、導頻同步等等。相位反轉偵測裝置140用一些處理結果(細節將在後文描述)確定相位反轉的存在，相位反轉偵測裝置140可在數位訊號處理器(DSP)中用硬體或軟體實現。校正模組150也可在DSP中實現，或者在處理模組130的Doppler移除器中實現。於 實作中，校正模組150也可能併入相位反轉偵測裝置140內。
第8圖為根據一個實施例實現資料訊號相位反轉校正系統的GNSS接收器700的示意圖。GNSS接收器700包括用於接收衛星訊號的天線701。來自每顆衛星的衛星訊號包括資料訊號和導航訊號。RF前端703用於實施RF相關的操作，例如本領域熟知的下變頻(down conversion)等等。天線701和RF前端703、或者單獨的RF前端703可認為是包含在第7圖中相位反轉校正系統100的接收模組120之內。Doppler移除器714用於去掉訊號中的Doppler頻率成分。本領域技術人員都了解，Doppler移除器714包括載波數控振盪器(未示出)、移相器(未示出)和混頻器(未示出)。接著，已移除Doppler頻率成分的資料訊號和導頻訊號傳遞至後續部分。請注意，Doppler移除器714也可以追蹤載波相位。GNSS接收器700具有資料碼相關器725和導頻碼相關器727，資料碼相關器725用於對來自Doppler移除器714的資料訊號和資料訊號的測距(ranging)碼作相關運算，以輸出資料符號流，導頻碼相關器727用於對來自Doppler移除器714的導頻訊號和導頻訊號的測距碼作相關運算，以輸出導頻符號流。以Galileo E1為例，資料碼相關器725輸出資料訊號E1B的資料符號流symB，導頻碼相關器727輸出導頻訊號E1C的導頻符號流symC。 也可用時分多工方式，用單一的相關器實現資料碼相關器725和導頻碼相關器727。
GNSS接收器700具有同步偵測裝置730，關於同步偵測裝置730可參考本發明的發明人在2008年6月13日申請的美國專利申請號12/138644，題為“SYNC DETECTION DEVICE AND METHOD FOR GNSS”。同步偵測裝置730包括訊框同步相關單元735，訊框同步相關單元735用於對資料符號流symB的符號與可能的假設(hypotheses)作相關運算，以輸出相關運算結果。對於Galileo E1B，若無其他輔助資訊來縮小相關運算的範圍，共有250個假設需以上述方式作相關運算。導頻同步相關單元737用於對導頻符號流symC的符號與已知導頻訊號序列(也稱為已知導頻序列)的可能假設作相關運算，以輸出相關運算結果。同步偵測裝置730進一步包含同步確定單元(未示出)，同步確定單元從訊框同步相關單元735和導頻同步相關單元737接收相關運算結果，以執行訊框同步和導頻同步。以上部分不是本發明欲討論的問題，因而在此省略，相關的細節可參考前述美國專利申請。Doppler移除器714、資料碼相關器725、導頻碼相關器727和同步偵測裝置730可以包含在第7圖中的處理模組130之內。
GNSS接收器700具有相位反轉偵測裝置740，相位反轉偵測裝置740實現了第7圖中的相位反轉偵測裝置140。 相位反轉偵測裝置740接收已接收導頻訊號與已知導頻序列的相關運算結果(圖未示，第8圖所示為本發明實施例的另一情況，即相位反轉偵測裝置740接收已接收資料訊號的同步字與相應已知同步字序列的相關運算結果)，並週期性積累相關運算結果，並暫存積累值，以檢查是否有相位反轉發生，也就是說基於該積累值確定該導頻訊號是否有相位反轉。若找到某一時刻導頻訊號中發生了一次相位反轉，可推論該時刻資料訊號也發生一次相位反轉。當確定有相位反轉時，相位反轉偵測裝置740反轉資料符號流的相位，以校正相位反轉。另一情況下，相位反轉偵測裝置740也接收已接收資料訊號的同步字與相應已知同步字序列的相關運算結果，以確認(double check)相位反轉的存在，稍後進一步描述細節(第8圖所示即為此种情況，但本發明不以此為限)。校正相位反轉後，資料符號流symB傳遞至導航處理器750供進一步訊號處理，此問題本發明不深入討論。導航處理器750可用例如DSP來實現，導航處理器750可認為是包括在第7圖的處理模組130內。
第9圖是根據本發明第一實施例的資料訊號相位反轉校正方法的流程圖。此方法可以在第8圖的相位反轉偵測裝置740中執行。此方法過程於步驟S810開始。在步驟S820中，接收資料符號流symB，然後在步驟S830中，相位反轉偵測裝置740檢查旗標phaseReversal是否為真，旗 標phaseReversal指示是否存在相位反轉。其中，旗標phaseReversal初始設定為假(若旗標phaseReversal為真，則過程進行至步驟S840，反轉資料符號流的相位，即令symB=-symB)。旗標phaseReversal為假時，過程進行至步驟S850。在步驟S850中，從導頻相關運算計算metricPT，相位反轉偵測裝置740按下式計算metricPT值：
其中，symC(i)是已接收導頻訊號的導頻符號流，NH(i)是給導頻訊號(即已知導頻序列)的一個已知序列的相應符號，metricPT是已接收導頻符號流與已知導頻序列的相關運算結果的積累值(即從導頻相關運算計算metricPT)。對於每m個符號，相位反轉偵測裝置740可計算其中N個(N為預定數目，下同)符號的metricPT值，其中N≦m。由於同步偵測裝置730的導頻同步單元737已計算出NH(i)與symC(i)的每個相關運算值，相位反轉偵測裝置740可簡單的接收N個導頻符號(從i=0至i=N-1)的NH(i)與symC(i)相關運算值，並積累至暫存結果metricPT。
在步驟S860中，相位反轉偵測裝置740基於metricPT值確定導頻符號流symC是否發生相位反轉，以確定旗標phaseReversal的狀態(即基於metricPT確定旗標phaseReversal)。接著，步驟轉至S820。步驟S820至S860重複循環進行。若步驟S860確定存在相位反轉，則設定旗 標phaseReversal狀態為“真”。於是，在步驟S830中，相位反轉偵測裝置740檢查旗標得到結果為“真”。在此情況下，由於存在相位反轉，相位反轉偵測裝置740反轉資料符號流的相位(即symB=-symB)以校正相位反轉。以上方法可以使用相位反轉偵測裝置140來實現，具體來說，可以將前文提到過的校正模組150併入相位反轉偵測裝置140內。在另一實施例中，可以不對已偵測資料符號流symB進行相位反轉，而是反轉載波追蹤迴路的已估計相位。如前所述，Doppler移除器714可追蹤載波相位，在此情況下，所稱的載波追蹤迴路指示從Doppler移除器714至導航處理器750的迴路。另一情況下，可以用DSP的程式實現導航處理器750，所稱的載波追蹤迴路以該程式實現。也就是說，相位反轉也可在Doppler移除器714或導航處理器750中校正。
第10圖進一步展示第9圖過程細節的流程圖。在此流程圖中，更具體明確的描述了相位校正和相位反轉確定所需的子處理(sub-process)。處理過程於步驟S910開始。在步驟S920中，相位反轉偵測裝置740接收資料符號流symB。步驟S930中，相位反轉偵測裝置740檢查是否旗標phaseReversal為真。這時，由於尚未檢查導頻符號流，旗標phaseReversal處於狀態“假”，這種情況下過程進行至步驟S945(而若旗標phaseReversal為真，則過程進行至步驟S940，反轉資料符號流symB的相位，即symB=-symB)。 步驟S945中，接收導頻符號流symC。步驟S950中，通過計算並積累導頻符號流的第i個符號symC(i)與已知導頻序列的相應符號NH(i)(例如相應的副碼符號)的相關運算結果，計算得出metricPT，其中i=0至N-1。步驟S952中，設定i=i+1。步驟S954中，檢查i值是否已到N。若否，過程轉至步驟S920。若是，即i=N，則意味著已計算出當前N個導頻符號的metricPT，過程繼續至步驟S963，以確定是否有相位反轉。步驟S963中，相位反轉偵測裝置740確定metricPT值是否大於零。若metricPT值為負(即metricPT<0)，意味著有相位反轉，則設定旗標phaseReversal為“真”(步驟S965)。若metricPT值為正(即metricPT>0)，意味著無相位反轉，則設定旗標phaseReversal為“假”(步驟S967)。無論旗標設定為真或假，過程均進行至步驟S970。步驟S970中，metricPT值和i均重置為零，過程回到步驟S920以檢查下N個導頻符號。
第11圖是根據本發明第二實施例的資料訊號相位反轉校正方法的流程圖。過程於步驟S1010開始。在步驟S1020中，接收資料符號流symB。步驟S1025中，用公式(1)計算metricSW。同時，步驟S1040接收導頻符號流symC，步驟S1045按公式(2)計算metricPT。步驟S1060中，相位反轉偵測裝置740基於metricSW和metricPT，確 定旗標phaseReversal的狀態(真或假)。確定旗標phaseReversal的狀態時也可以考慮其他時序資訊，例如計算出的metricSW和metricPT的時間對應關係。若有相位反轉，則設定旗標phaseReversal為真，否則設定旗標phaseReversal為假。步驟S1070中，檢查旗標phaseReversal。若旗標phaseReversal為假，過程回到步驟S1020和步驟S1040。若旗標phaseReversal為真，意味著有相位反轉，則相位反轉偵測裝置740反轉資料符號流symB的相位，也就是令symB=-symB(步驟S1080)。在此實施例中，除檢查導頻符號流symC之外也檢查資料符號流，以幫助確定相位反轉的存在。
第12圖是根據本發明進一步實施例的資料訊號相位反轉校正方法的流程圖。過程於步驟S1110開始。步驟S1120中，相位反轉偵測裝置740接收資料符號流symB。步驟S1130中，相位反轉偵測裝置740檢查是否旗標phaseReversal為真。這時，由於尚未檢查導頻符號流，旗標phaseReversal為假，這種情況下過程進行至步驟S1145(而若旗標phaseReversal為真，則轉向步驟S1140，反轉資料符號流symB的相位，即symB=-symB)。步驟S1145中，接收導頻符號流symC。步驟S1150中，通過計算並積累導頻符號流的第i個符號symC(i)與已知導頻序列的相應符號NH(i)(例如相應的副碼符號)的相關運算結果，計算 得出metricPT，其中i=0至N-1。步驟S1152中，設定i=i+1。步驟S1154中，檢查i值是否已到N。若否，過程轉至步驟S1120。若是，即i=N，則意味著已計算出當前N個導頻符號的metricPT，過程繼續至步驟S1163，以確定是否有相位反轉。步驟S1163中，相位反轉偵測裝置740確定metricPT值是否大於零。若metricPT值為負(即metricPT<0)，意味著有相位反轉，則設定旗標phaseReversal為真(步驟S1165)。若metricPT值為正(即metricPT>0)，意味著無相位反轉，則設定旗標phaseReversal為假(步驟S1167)。無論旗標設定為真或假，過程均進行至步驟S1170。步驟S1170中，metricPT值和i均重置為零。然後過程進行至步驟S1180，步驟S1180中，基於例如CNR估計的參考資訊重新確定或者調整N值。例如，若CNR低，N則需要更大。接著，過程回到步驟S1120以檢查下N個導頻符號。如上所述，在此實施例中可根據實際情況動態調整N。
以上實施例中，當確定導頻符號流symC有相位反轉時，就校正資料符號流symB的相位。但有些情況下，資料符號流symB的相位並不在相位反轉偵測裝置740中校正，相位反轉偵測裝置740只是通知導航處理器750資料符號流symB發生了相位反轉，使導航處理器750在後續處理中能適當處理資料符號和導頻符號。
任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視所附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧相位反轉校正系統
120‧‧‧接收模組
130‧‧‧處理模組
140、740‧‧‧相位反轉偵測裝置
150‧‧‧校正模組
700‧‧‧GNSS接收器
701‧‧‧天線
703‧‧‧RF前端
714‧‧‧Doppler移除器
725‧‧‧資料碼相關器
727‧‧‧導頻碼相關器
730‧‧‧同步偵測裝置
735‧‧‧訊框同步相關單元
737‧‧‧導頻同步相關單元
750‧‧‧導航處理器
S810~S860、S910~S970、S1010~S1080、S1110~S1180‧‧‧步驟
第1圖展示先前技術中相位反轉如何破壞訊框，以及用習知方法校正相位的時序。
第2圖是展示metricSW值與CNR之間關係的示意圖。
第3圖展示Galileo E1資料訊號和導頻訊號的資料結構，Galileo E1是GNSS的一種。
第4圖展示GPS L1C資料訊號和導頻訊號的資料結構，GPS L1C是GNSS的另一種。
第5圖是展示GPS L5資料訊號與導頻訊號的資料結構示意圖，GPS L5是GNSS的另一種。
第6圖是本發明實施例概念的示意圖。
第7圖是根據一個實施例的資料訊號相位反轉校正系統100的方塊示意圖。
第8圖為根據一個實施例實現資料訊號相位反轉校正系統的GNSS接收器700的示意圖。
第9圖是根據本發明第一實施例的資料訊號相位反轉校正方法的流程圖。
第10圖進一步展示第9圖過程細節的流程圖。
第11圖是根據本發明第二實施例的資料訊號相位反轉校正方法的流程圖。
第12圖是根據本發明進一步實施例的資料訊號相位反轉校正方法的流程圖。
100．．．資料訊號相位反轉校正系統
120．．．接收模組
130．．．處理模組
140．．．相位反轉偵測裝置
150．．．校正模組

Claims (21)

  1. 一種資料訊號相位反轉校正方法，包含：從一訊號源接收一導頻訊號和一資料訊號；通過對一預定數目的已接收導頻訊號與一已知導頻序列的相應符號作相關運算來處理該導頻訊號；基於該相關運算確定該導頻訊號是否發生相位反轉；以及當該導頻訊號發生相位反轉時，校正該資料訊號的一相位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料訊號相位反轉校正方法，其中，該導頻訊號和該資料訊號的相位關係為同相。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之資料訊號相位反轉校正方法，其中，該導頻訊號和該資料訊號的相位關係為正交。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之資料訊號相位反轉校正方法，其中，該處理該導頻訊號和該資料訊號之步驟包含計算相關結果值的一積累值，在該確定該導頻訊號是否 發生相位反轉之步驟中基於該積累值確定該導頻訊號是否有相位反轉。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之資料訊號相位反轉校正方法，其中，該相關結果值的該積累值是週期性計算的。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之資料訊號相位反轉校正方法，更包含根據該導頻訊號的一載波雑訊比調整該已接收導頻訊號之該預定數目。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之資料訊號相位反轉校正方法，其中，若該積累值為一負值，則確定該導頻訊號有相位反轉。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之資料訊號相位反轉校正方法，更包含：基於該導頻訊號的該處理結果與該資料訊號的一處理結果中的至少一個，確定該導頻訊號是否有相位反轉。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之資料訊號相位反轉校正方法，其中，處理該資料訊號和處理該導頻訊號是同時進行。
  10. 一種資料訊號相位反轉校正系統，包含：一接收模組，用於從一訊號源接收一導頻訊號和一資料訊號；一處理模組，用於處理該導頻訊號；一相位反轉偵測裝置，通過對一預定數目的已接收導頻訊號與一已知導頻序列的相應符號作相關運算，並基於該相關運算確定該導頻訊號是否發生相位反轉，從而得到確定結果；以及一校正模組，用於根據該確定結果校正該資料訊號的一相位。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該校正模組位於該相位反轉偵測裝置內。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該校正模組是包含在該處理模組中的一都卜勒移除器，該都卜勒移除器用於去掉該資料訊號和該導頻訊號的都卜勒頻率成分，當該導頻訊號發生相位反轉時，該都卜勒移除器校正該資料訊號的相位。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之資料訊號相位反轉 校正系統，其中，該校正模組是包含在該處理模組中的一導航處理器，當該導頻訊號發生相位反轉時，該導航處理器校正該資料訊號的相位。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該導頻訊號和該資料訊號的相位關係為同相。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該導頻訊號和該資料訊號的相位關係為正交。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該相位反轉偵測裝置計算相關結果值的一積累值，並基於該積累值確定該導頻訊號是否有相位反轉。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該相位反轉偵測裝置週期性計算該相關結果值的該積累值。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之資料訊號相位反轉 校正系統，其中，該相位反轉偵測裝置進一步根據該導頻訊號的一載波雑訊比調整該已接收導頻訊號的該預定數目。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，若該積累值為一負值，則該相位反轉偵測裝置確定該導頻訊號有相位反轉。
  20. 如申請專利範圍第10項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該相位反轉偵測裝置基於該導頻訊號的該處理結果與該資料訊號的一處理結果中的至少一個，確定是否有相位反轉。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之資料訊號相位反轉校正系統，其中，該處理模組同時處理該資料訊號和該導頻訊號。
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