TWI777896B - 接收器及信號處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種接收器，包括射頻電路、相關器和信號延遲估計器。射頻電路被配置為接收第一衛星信號及第二衛星信號，以分別產生第一基帶信號及第二基帶信號。該相關器被配置為基於第一本地信號和第一基帶信號執行相關運算，以產生第一相關結果。該相關器還被配置為基於第二本地信號和第二基帶信號執行相關運算，以產生第二相關結果。信號延遲估計器耦接該相關器，且被配置為利用第二相關結果補償第一相關結果，以產生補償後的第一相關結果，並根據補償後的第一相關結果確定第一衛星信號的信號延遲。

Description

接收器及信號處理方法
本公開實施例通常涉及衛星定位技術，以及更具體地，涉及接收器及信號處理方法。
基於衛星的定位接收器需要估計衛星信號到達時間（Time of Arrival，ToA），尤其是經由衛星到該接收器的直接路徑（即視距，Line-of-Sight，LoS）之到達時間，其可用來測量該接收器和衛星之間的距離。在現有技術中，接收器使用相關器(Correlator)對接收之衛星信號和本地信號副本(Local Signal Replica)執行相關運算(Correlation)。通常本地信號副本之信號格式相同於衛星傳送信號，如使用相同的偽隨機噪聲碼（Pseudorandom Noise Code，PRN Code），其產出之相關結果值(Correlation Result)取決於該衛星信號的自相關函數（Auto-Correlation Function，ACF），亦即相關結果值取決於衛星信號格式以及本地信號副本和收到的信號之間的時間延遲。使用不同的本地信號副本(每個副本採用不同的時間延遲)計算對應之相關結果值，接收器可以搜尋或估計出直接路徑信號之到達時間。然而，如果接收器同時收到多徑信號（如：一個直接路徑信號及一個或多個反射路徑信號），則相關器計算出的結果不再是單一衛星信號與本地信號副本之自相關函數，而是由多個信號對應之自相關函數混合而成。亦即相關器計算之結果失真，進而導致直接路徑信號的到達時間估計誤差。由於信號到達時間用來計算接收器位置，其估計誤差會導致用戶位置解算錯誤。
以下發明內容僅是說明性的，而無意於以任何方式進行限制。即，提供以下概述來介紹本文描述的新穎和非顯而易見的技術的概念，重點，益處和優點。選擇的實施方式在下面的詳細描述中進一步描述。因此，以下發明內容既非旨在標識所要求保護的主題的必要特徵，也非旨在用於確定所要求保護的主題的範圍。
本發明通過利用接收到的衛星信號來校準另一接收到的衛星信號的ACF失真，能夠減少或消除直接路徑的估計誤差，以解決上述問題。
第一方面，本發明提供了一種接收器，其中，該接收器包括射頻（RF）電路、相關器和信號延遲估計器。射頻（RF）電路被配置為接收第一衛星信號和第二衛星信號，以分別產生第一基帶信號和第二基帶信號；相關器被配置為基於第一本地信號副本和該第一基帶信號執行相關運算，以產生第一相關結果，以及，基於第二本地信號副本和第二基帶信號執行相關運算，以產生第二相關結果；信號延遲估計器耦接該相關器，被配置為利用該第二相關結果補償該第一相關結果，以產生補償後的第一相關結果，並根據該補償後的第一相關結果確定該第一衛星信號的信號延遲。
在一些實施例中，該第一衛星信號的自相關函數（ACF）不同於該第二衛星信號的自相關函數（ACF）。
在一些實施例中，該第一衛星信號的ACF之基底比該第二衛星信號的ACF寬。
在一些實施例中，該第一衛星信號和該第二衛星信號來自衛星系統的同一顆衛星，以及，該衛星系統包括全球定位系統（GPS）、準天頂衛星系統（QZSS）、伽利略衛星導航系統、北斗衛星導航系統、GLONASS 系統、印度區域導航衛星系統（NavIC）和衛星增強系統（SBAS）中的其中一者。
在一些實施例中，該第一相關結果由該第一衛星信號的直接路徑對應的第一子相關結果和該第一衛星信號的反射路徑對應的第二子相關結果混合而成，該第二相關結果由該第二衛星信號的直接路徑對應的第三子相關結果和該第二衛星信號的反射路徑對應的第四子相關結果混合而成；以及，該信號延遲估計器根據該第二相關結果預測該第二子相關結果，並利用預測得到的第二子相關結果補償該第一相關結果，以獲得補償後的第一相關結果。
在一些實施例中，該相關器使用的該第一本地信號副本和該第二本地信號副本之格式分別基於該第一衛星信號的格式和該第二衛星信號的格式，所產生的該第一相關結果由該第一衛星信號的自相關函數（ACF）決定，所產生的該第二相關結果由該第二衛星信號的自相關函數（ACF）決定。
在一些實施例中，該第一相關結果包括m個樣本點，該第二相關結果包括n個樣本點，以及，該信號延遲估計器利用該第一相關結果的m個樣本點和該第二相關結果的n個樣本點之間的關係補償該第一相關結果的m樣本點的值。
在一些實施例中，m等於2，以及，n等於1。
在一些實施例中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的超前本地信號副本和滯後本地信號副本的兩個樣本點。
在一些實施例中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點。
在一些實施例中，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的任意時間延遲本地信號副本的一個樣本點，其用於搜索該第二衛星信號的可能的反射路徑信號。
在一些實施例中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點，以及，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的直接路徑和反射路徑的即時本地信號副本的兩個樣本點。
在一些實施例中，該第一相關結果由第一ACF及第二ACF混合而成，該第一ACF對應於該第一衛星信號的直接路徑，該第二ACF對應於該第一衛星信號的反射路徑；該第二相關結果由第三ACF及第四ACF混合而成，該第三ACF對應於該第二衛星信號的直接路徑，該第四ACF對應於該第二衛星信號的反射路徑；以及，該信號延遲估計器根據該第三ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值及該第四ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值預測該第二ACF，並利用預測得到的第二ACF補償該第一ACF。
在一些實施例中，該信號延遲估計器利用該預測得到的第二ACF補償該第一ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值中的至少一個。
第二方面，本發明提供了一種信號處理方法，其中，該方法包括：接收第一衛星信號和第二衛星信號，以分別產生第一基帶信號和第二基帶信號；利用第一本地信號與該第一基帶信號進行相關運算，以產生第一相關結果；利用第二本地信號與第二基帶信號進行相關運算，以產生第二相關結果；利用該第二相關結果對該第一相關結果進行補償，以補償該第一相關結果，並根據該補償後的第一相關結果確定該第一衛星信號的信號延遲。
在一些實施例中，該第一衛星信號的自相關函數（ACF）不同於該第二衛星信號的自相關函數（ACF）。
在一些實施例中，該第一衛星信號的ACF之基底比該第二衛星信號的ACF寬。
在一些實施例中，該第一衛星信號和該第二衛星信號來自衛星系統的同一顆衛星，以及，該衛星系統包括全球定位系統（GPS）、準天頂衛星系統（QZSS）、伽利略衛星導航系統、北斗衛星導航系統、GLONASS 系統、印度區域導航衛星系統（NavIC）和衛星增強系統（SBAS）中的其中一者。
在一些實施例中，該第一相關結果由該第一衛星信號的直接路徑對應的第一子相關結果和該第一衛星信號的反射路徑對應的第二子相關結果混合而成，該第二相關結果由該第二衛星信號的直接路徑對應的第三子相關結果和該第二衛星信號的反射路徑對應的第四子相關結果混合而成；以及，利用該第二相關結果補償該第一相關結果的步驟包括：根據該第二相關結果預測該第二子相關結果，並利用預測得到的第二子相關結果補償該第一相關結果，以獲得該補償後的第一相關結果。
在一些實施例中，該第一本地信號副本和該第二本地信號副本之格式分別基於該第一衛星信號的格式和該第二衛星信號的格式，所產生的該第一相關結果由該第一衛星信號的自相關函數(ACF)決定，所產生的該第二相關結果由該第二衛星信號的自相關函數(ACF)決定。
在一些實施例中，該第一相關結果包括m個樣本點，該第二相關結果包括n個樣本點，以及，該信號處理方法還包括：利用該第一相關結果的m個樣本點和該第二相關結果的n個樣本點之間的關係來補償該第一相關結果的m樣本點的值。
在一些實施例中，m等於2，以及，n等於1。
在一些實施例中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的超前本地信號副本、滯後本地信號副本的兩個樣本點。
在一些實施例中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點。
在一些實施例中，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的任意時間延遲本地信號副本的一個樣本點，其用於搜索該第二衛星信號的可能的反射路徑信號。
在一些實施例中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點，以及，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的直接路徑和反射路徑的即時本地信號副本的兩個樣本點。
在一些實施例中，該第一相關結果由第一ACF及第二ACF混合而成，該第一ACF對應於該第一衛星信號的直接路徑，該第二ACF對應於該第一衛星信號的反射路徑；該第二相關結果由第三ACF及第四ACF混合而成，該第三ACF對應於該第二衛星信號的直接路徑，該第四ACF對應於該第二衛星信號的反射路徑；以及，利用該第二相關結果對該第一相關結果進行補償，以產生補償後的第一相關結果的步驟包括：根據該第三ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值及該第四ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值預測該第二ACF，並利用預測得到的第二ACF補償該第一相關結果。
在一些實施例中，利用預測得到的第二ACF補償該第一相關結果的步驟包括：利用該預測得到的第二ACF補償該第一ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值中的至少一個。
在閱讀了各個附圖中示出的優選實施例和以下詳細描述之後，對於本領域普通技術人員來說，本發明的這些和其它目的無疑將變得顯而易見。本發明內容以通過示例的方式提供，但並非旨在限定本發明。下面的描述中詳細地描述了其它實施例和優點。本發明由申請專利範圍限定。
以下描述為本發明實施的較佳實施例。以下實施例僅用來列舉闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的範疇。在通篇說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的組件。所屬技術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樣的組件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來做為區別組件的方式，而係以組件在功能上的差異來做為區別的基準。本發明的範圍應當參考後附的申請專利範圍來確定。在以下描述和申請專利範圍當中所提及的術語“包含”和“包括”為開放式用語，故應解釋成“包含，但不限定於…”的意思。此外，術語“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個裝置耦接至另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接於該另一裝置，或者透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。文中所用術語“基本”或“大致”係指在可接受的範圍內，所屬技術領域中具有通常知識者能夠解決所要解決的技術問題，基本達到所要達到的技術效果。舉例而言，“大致等於”係指在不影響結果正確性時，所屬技術領域中具有通常知識者能夠接受的與“完全等於”有一定誤差的方式。
本發明通過利用接收到的第一衛星信號來拆解並補償另一接收到的第二衛星信號（其中，第一衛星信號和第二衛星信號均為衛星混合信號，其由一個直接路徑信號及一個或多個多徑/反射信號混合而成，即接收器接收到的衛星信號是直接路徑信號受一個或多個多徑/反射信號影響並到達接收器的混合信號），能夠減少直接路徑的到達時間（ToA）的估計誤差。可以理解地，在本發明實施例中，直接路徑信號通常指接收器收到的該衛星混合信號中信號延遲最短者。第1圖是說明傳送多個信號的衛星系統的示意圖。衛星系統包括全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS），諸如GPS（Global Positioning System，全球定位系統）、Galileo（伽利略）、GLONASS、BeiDou（北斗）、NavIC（印度區域導航衛星系統，Indian Regional Navigation Satellite System）、QZSS（準天頂衛星系統，Quasi-Zenith Satellite System）和SBAS（Satellite-Based Augmentation System，衛星增強系統）等。這些系統中的衛星同時以不同的射頻（Radio-Frequency，RF）頻率和調變格式傳輸多個信號。如第1圖所示，一顆衛星同時發射不同的衛星信號。例如，全球定位系統（GPS）的L1信號和L5信號，其中，L5信號的偽隨機噪聲碼之碼片速率（Code Chip Rate）比L1信號的快十倍，以及，L1信號和L5信號的時序是同步的。應當說明的是，本申請所屬領域之普通技術人員應當理解L1信號和L5信號，因此，本發明對這兩個信號不再做詳細說明。在一實施例中，L1信號可作為第一衛星信號，L5信號可作為第二衛星信號。在一示例中，第一衛星信號和第二衛星信號的自相關函數(ACF)是不同的。另外，同一衛星亦可同時傳送兩個以上之信號，如：目前的北斗(BeiDou)衛星可以同時傳送B1I, B1C, B2a, B2b, B3I等不同的信號。本發明亦可利用一個以上之信號來補償另一信號。為便於說明與理解，本發明實施例以兩個信號進行示例，其中，第一衛星信號和第二衛星信號分別以L1信號和L5信號進行示例說明，但本發明並不應當限於該示例說明。
第2圖是根據本發明一實施例示出的接收器200的示意圖。如第2圖所示。接收器200包括射頻（RF）電路210、相關器（correlator）220、信號延遲估計器（signal delay estimator）230和信號處理電路（signal processing circuit）240。在本實施例中，接收器200位於電子設備中，諸如手機、平板或手錶等。接收器200被配置為/用於接收L1信號（例如，GPS L1CA信號）和L5信號（例如，GPS L5信號），以確定該電子設備的位置。接收到的多個衛星信號可以包括來自衛星系統中的同一衛星/其它衛星或其它衛星系統中的其它衛星的多個信號。例如，GPS衛星可以發射L1CA、L1C（包括資料和導頻分量信號）、L2C（包括CL和CM分量信號）和L5（包括I5和Q5分量信號）。伽利略衛星可以發射E1（包括E1B和E1C分量信號）、E5a（包括資料和導頻分量信號）、E5b（包括資料和導頻分量信號）和E6信號。其它衛星系統（例如，北斗、GLONASS、NavIC和SBAS等）中的同一顆衛星中也可以發出多個信號。在接收器200中，本發明提供了如何使用來自同一衛星的第二信號來補償該同一衛星中的第一信號的多徑誤差（multipath error）。相同的方法能夠適用於接收多個信號並補償第一信號的多徑誤差。相關器220、信號延遲估計器230和信號處理電路240可以被實現在硬體電路或軟體程序中。
在接收器200的操作中，射頻（RF）電路210接收多個衛星信號（例如，第一衛星信號和第二衛星信號），並將該多個衛星信號轉換為多個基帶信號（例如，第一基帶信號和第二基帶信號）。例如，第一衛星信號包括L1信號，第二衛星信號包括L5信號，第一基帶信號包括L1基帶信號（即L1信號經過頻移處理後獲得的基帶信號）；以及，第二基帶信號包括L5基帶信號（即L5信號經過頻移處理後獲得的基帶信號）。為便於說明與理解，在本發明實施例中，第一衛星信號和第二衛星信號分別以L1信號和L5信號進行示例說明，但本發明並不限於該示例說明。相關器220基於衛星信號格式產生本地信號副本，並基於本地信號副本與接收到的基帶信號執行相關運算（Correlation Operation）而產生相關值。例如，相關器220被配置為基於第一本地信號副本和第一基帶信號執行相關運算以產生第一相關結果，以及，基於第二本地信號副本和第二基帶信號執行相關運算以產生第二相關結果。其中一種本地信號副本之實施例為：不同的本地信號副本之格式相同於衛星信號格式，但具有不同的時間延遲量，其相關結果值取決於該衛星信號之自相關函數ACF(T)。自相關函數ACF的值由衛星信號格式、收到的衛星信號強度，以及，收到的衛星信號與本地信號副本之相對時間延遲(T)決定。亦即，不同的本地信號副本與衛星信號進行相關運算後將具有不同的ACF(T)值。更具體來說，相關器可以對基帶信號進行以下操作：多普勒頻率去除（Doppler Frequency Removal）、衛星偽隨機噪聲碼擦除、使用一個或多個本地信號副本和基帶信號進行相關運算（如相乘積分）得到一個或多個對應的相關結果值ACF(T)。由於相關器的詳細操作為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述其細節。此外，本發明中的本地信號副本包含但不應限制於完全相同於衛星信號格式之副本，只要是衍生於衛星信號格式之副本皆適用。為方便說明，本實施例以相關器220包括兩個相關器對應兩個不同衛星信號進行示例說明，但本發明並不限於該示例。在包含兩個相關器的示例中，第一相關器被配置為針對L1信號產生第一相關結果、第二相關器被配置為針對L5信號產生第二相關結果，例如，第一相關器產生之相關值為ACF_L1(T)，而第二相關器產生之相關值為ACF_L5(T)。在一示例實施例中，每個相關器使用相同於對應衛星信號格式之本地信號副本。應當說明的是，本發明不應限制於包含兩個相關器之實施例。亦即，同一相關器可以使用不同信號(如L1和L5信號)之副本與收到之信號做相關運算，或使用多個相關器處理不同信號和不同副本之相關運算，具體地，本發明實施例不做限制。在一示例實施例中，相關器220可以包括第一相關器和第二相關器，其中，第一相關器被配置為基於第一本地信號副本和相關器220接收到的L1信號（第一基帶信號）執行相關運算，以產生第一相關結果，如自相關函數ACF_L1；第二相關器被配置為基於第二本地信號副本和第二基帶信號執行相關運算，以產生第二相關結果，如自相關函數ACF_L5。例如，第一相關器可以進行以下操作：多普勒頻率去除、衛星偽隨機噪聲碼擦除、L1基帶信號和本地L1信號（亦稱為第一本地信號副本）的相關運算（如相乘積分）等。類似地，第二相關器可以進行以下操作：多普勒異頻去除、衛星PRN碼擦除、L5基帶信號和本地L5信號（第二本地信號副本）之間的相關運算（如相乘積分）等。由於相關器的詳細操作為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述其細節。本發明的重點在於利用L5信號的相關結果補償L1信號的相關結果，以獲得準確的L1信號直接路徑對應的延遲，即減少L1信號反射路徑的干擾。
請參照第3圖，第3圖為根據本發明一實施例示出的自相關函數ACF_L1與ACF_L5的示意圖。在本發明實施例中，接收器同時接收到L1信號和L5信號，在多徑干擾下，接收到的L1/L5信號均為混合路徑（composite path）信號，其包括直接路徑（direct path）信號和多徑（multipath path，例如，反射路徑）信號。為便於說明與理解，以一個反射/多徑信號為例。第一相關器對收到的L1信號進行相關運算，其相關結果值可稱為ACF_L1_Composite(T)，其中，T為收到的信號與本地信號副本之間的時間延遲。假如只有收到直接路徑信號，則第一相關器算出的結果值可表示為ACF_L1_Direct(T)；同理，假如只有收到反射路徑信號，則第一相關器算出的結果值可表示為ACF_L1_Reflect(T)。ACF_L1_Composite(T)相當於是由ACF_L1_Direct(T)和ACF_L1_Reflect(T)混合而成。同理，第二相關器對收到的L5信號進行相關運算，其相關結果值ACF_L5_Composite(T)相當於是由L5直接路徑信號的相關結果ACF_L5_Direct(T)和L5反射路徑信號的相關結果ACF_L5_Reflect(T)混合而成。可以理解地，第一相關結果（如ACF_L1_Composite(T）、ACF_L1)由第一衛星信號（如L1信號）的直接路徑對應的第一子相關結果（如ACF_L1_Direct(T)）/第一ACF和該第一衛星信號的反射路徑對應的第二子相關結果（如ACF_L1_Reflect(T)）/第二ACF混合而成，第二相關結果（如ACF_L5_Composite(T)、ACF_L5）由第二衛星信號（如L5信號）的直接路徑對應的第三子相關結果（如ACF_L5_Direct(T)）/第三ACF和該第二衛星信號的反射路徑對應的第四子相關結果（如ACF_L5_Reflect(T)）/第四ACF混合而成。在第3圖A的上部示例中，最左部之三角形所示的相關值曲線可以看做是直接路徑信號對應的第一子相關結果ACF_L1_Direct(T)或第一ACF，而帶虛線的右部三角形所示的相關值曲線可以看做是反射路徑對應的第二子相關結果ACF_L1_Reflect(T)或第二ACF。這兩個三角形之基底寬度取決於L1信號格式中的偽隨機噪聲碼碼片速率。兩個三角形疊加形成混合路徑對應之第一相關結果ACF_L1_Composite(T)，其形狀取決於反射路徑信號的延遲和信號強度。需要注意的是，本實施例中展示的ACF為三角形，但衛星信號的ACF不限於三角形。例如，由於GPS L1C信號中的BOC（二進制偏移載波，binary offset carrier）調變，其ACF為三個三角形疊加而成。當反射路徑信號延遲過小時，ACF_L1_Direct(T)和ACF_L1_Reflect(T)部分重疊。換句話說，此時相關器計算L1信號的相關結果值不再是ACF_L1_Direct(T)，而是另外包含了ACF_L1_Reflect(T)的貢獻。在本實施例中，由於L1信號具有較低的PRN（偽隨機噪聲數）碼片速率，其直接路徑信號對應的ACF和反射路徑信號對應的ACF是重疊的，導致混合路徑對應的ACF_L1的形狀不對稱。另外，雖然L1信號和L5信號的反射路徑具有相同的延遲，但L5信號之偽隨機噪聲碼碼片速率較L1信號高，亦即ACF_L5之三角形基底較ACF_L1三角形基底窄，故反射路徑信號的影響較小。本發明實施例以ACF_L5_Direct(T)和ACF_L5_Reflect(T)不重疊為例進行說明，如第3圖的下部所示。
為了定位或/和解調解碼衛星傳送的資料，接收器估計衛星直接路徑信號延遲以追蹤直接路徑信號，然後相關器選擇必要的本地信號副本延遲(T)算出對應的相關值ACF_L1_Direct(T)，以ACF_L1_Direct(T)做後續信號處理。以第3圖為例，為了追蹤和估計直接路徑信號延遲，可計算兩個相關結果值：如ACF_L1_E1和ACF_L1_L1，分別對應兩個本地信號副本延遲T L1,E1和T L1,L1。如果已知ACF的特性(如其形狀)，則可以透過ACF_L1_E1、ACF_L1_L1、T L1,E1和T L1,L1算出直接路徑信號延遲，亦即第3圖中左邊三角形峰值對應的信號延遲。如第3圖所示，由於接收器同時收到直接路徑和反射路徑信號，因此需要偵測出反射路徑信號，估計其與直接路徑信號間的關係，從而排除反射路徑對直接路徑信號處理的影響。如第4圖所示，將受反射路徑影響的相關值ACF_L1_L1修正為ACF_L1_L1’。
在一實施例中，利用L5信號的相關結果值來減少或去除L1信號的相關結果值中的多徑干擾。為便於描述與理解，定義ACF_L1_Direct(T)、ACF_L1_Reflect(T)、ACF_L5_Direct(T)和ACF_L5_Reflect(T)的峰值對應之T值分別為T L1,DP、T L1,RP、T L5,DP和T L5,RP。由於L1反射路徑信號與L5反射路徑信號有相同(或近似)的延遲，信號延遲估計器230利用L5信號的相關結果值求得T L5,DP與T L5,RP之間的時間差，其等於(或近似)T L1,DP與T L1,RP之間的時間差，並可用來估計ACF_L1_Reflect(T)。相關器計算出L1信號的相關值ACF_L1_Composite(T)後將其減去估計得到的ACF_L1_Reflect(T)，從而獲得補償後的ACF_L1_Composite(T)，該補償後的ACF_L1_Composite(T)可視為L1直接路徑信號的ACF_L1_Direct(T)。第4圖以ACF_L1_L1為例，經過移除反射路徑信號ACF的影響後，ACF_L1_L1變成了ACF_L1_L1’，從而減少或消除了反射路徑信號的影響/干擾。如果需要更準確的估計，則信號延遲估計器230可進一步補償L5信號與L1信號之間的增量延遲（即進一步補償T L1,DP與T L5,DP之間的時間差），以更準確地估計L1信號反射路徑對應的ACF的峰值位置，從而可更準確地估計L1信號的反射路徑對應的ACF。例如，L5信號和L1信號之間的增量延遲可以通過估計兩者經過電離層之延遲差來獲得（如通過使用已知的電離層模型來估計獲得）。然後，信號延遲估計器230從ACF_L1中減去L1信號反射路徑對應的ACF估計值來獲得補償後的ACF，其中，補償後的ACF類似於L1信號的直接路徑對應的ACF。所屬技術領域的技術人員應容易理解：在已知的L1信號和L5信號格式下（如相對應的ACF形狀），根據被告知、量測、或估計以得到的L1和L5信號間的時間延遲(含直接路徑和反射路徑信號，T L1,DP，T L1,RP，T L5,DP，T L5,RP)可以得知ACF_L1_Direct(T)與ACF_L1_Reflect(T)如何混合而成ACF_L1_Composite(T)，進而拆解出ACF_L1_Direct(T)和ACF_L1_Reflect(T)。從而通過補償ACF_L1_Composite(T)可大大消除或減少ACF_L1_Refelct(T)對ACF_L1_Direct(T)的影響，進而基於補償後的ACF_L1_Compose(T)，可準確地確定L1信號的信號延遲。
在另一實施例中，相關器220提供多個ACF取點/樣本點（其對應不同時間延遲之本地信號副本），如超前碼（early code）相關值ACF_L1_E1和滯後碼（late code）相關值ACF_L1_L1給信號延遲估計器230，以估計和追蹤信號延遲（亦即ACF峰值位置）。相關器使用具有不同時間延遲的本地信號副本與接收到的信號做相關運算，其產出之相關值為ACF的不同取點。假設相關值ACF_L1_P1對應於即時本地信號副本（亦可稱為即時碼，亦即本地信號副本之時間延遲對齊到接收信號），則超前碼相關值ACF_L1_E1所使用之本地信號副本為超前本地信號副本（亦可稱為超前碼），其時間延遲超前即時碼，例如，超前0.5個碼片間距。而滯後碼相關值ACF_L1_L1所使用之本地信號副本為滯後本地信號副本（亦可稱為滯後碼），其時間延遲落後即時碼，例如，落後0.5個碼片間距。根據ACF的形狀，超前碼相關值ACF_L1_E1和滯後碼相關值ACF_L1_L1這兩個相關值可用來推算本地信號副本相對於接收信號之時間延遲，進而追蹤接收信號之到達時間(ToA)。如第3圖所示，由於反射路徑的影響，ACF_L1不再是原本直接路徑對應的ACF。失真後的ACF_L1導致錯誤的滯後碼相關值ACF_L1_L1(甚至有可能導致ACF_L1_E1也不準確)，進而導致ToA的計算錯誤。因此，在第3圖的示例中，信號延遲估計器230從相關值ACF_L1_L1中減去估計之L1信號反射路徑對應的貢獻（如估計/預測得到的L1信號反射路徑對應的相關值），以獲得新的超前碼相關值ACF_L1_E1和/或新的滯後碼相關值ACF_L1_L1，以此兩者計算ToA，進而排除反射路徑信號的影響。例如，在第4圖中，原始的滯後碼相關值ACF_L1_L1被調整為新的滯後碼相關值ACF_L1_L1’，以供信號延遲估計器230去計算L1信號的路徑延遲。
如本領域技術人員所熟知，不同的ACF相關值取點，可透過執行接收之衛星信號與不同的本地信號副本之間的相關運算(correlation)產生，每個取點使用不同的本地信號副本時間延遲，如：即時碼、超前碼和滯後碼。在一實施例中，相關器（correlator）220計算m個ACF_L1相關值取點（樣本點）和n個ACF_L5相關值取點，其中，m為大於或等於1的整數，n為大於或等於1的整數。例如，m等於2，及n等於1，則相關器（correlator）220產生ACF_L1[0], ACF_L1[1]和ACF_L5[0]三個相關值。信號延遲估計器230可根據ACF_L1[0]，ACF_L1[1]和ACF_L5[0]之間的關係特性(含ACF_L1[0]，ACF_L1[1]，ACF_L5[0]使用的本地信號副本的時間延遲關係，以及ACF_L1和ACF_L5的形狀特性)，計算出直接路徑的延遲。
第5圖是根據本發明一實施例示出的信號延遲估計器230的示意圖。如第5圖所示，信號延遲估計器230包括L1延遲鑑別器（delay discriminator）510和兩個L5延遲鑑別器520和530。在本實施例中，相關器220提供L1直接路徑信號的超前碼相關值ACF_L1_E1和滯後碼相關值ACF_L1_L1至L1延遲鑑別器510，以及，相關器220還提供L5直接路徑信號的超前碼相關值ACF_L5_E1和滯後碼相關值ACF_L5_L1給L5延遲鑑別器520，並提供L5反射路徑信號的超前碼相關值ACF_L5_E2和滯後碼相關值ACF_L5_L2給L5延遲鑑別器530。然後，L1延遲鑑別器510使用超前碼相關值ACF_L1_E1和滯後碼相關值ACF_L1_L1來計算L1信號的直接路徑的信號延遲，L5延遲鑑別器520使用超前碼相關值ACF_L5_E1和滯後碼相關值ACF_L5_L1估計L5直接路徑信號的信號延遲，以及，L5延遲鑑別器520使用超前碼相關值ACF_L5_E2和滯後碼相關值ACF_L5_L2來估計L5反射路徑信號的信號延遲。在確定了L1直接路徑信號的信號延遲、L5直接路徑信號的信號延遲和L5反射路徑信號的信號延遲之後，L1延遲鑑別器510可以使用以下等式預測L1反射路徑信號的信號延遲：
T L1,RP= T L1,DP+ (T L5,RP- T L5,DP)…（1）;
其中，T L1,RP為L1信號的反射路徑（亦可描述為“L1反射路徑信號”）的信號延遲，T L1,DP為L1信號的直接路徑（亦可描述為“L1直接路徑信號”）的信號延遲，T L5,RP為L5信號的反射路徑（亦可描述為“L5反射路徑信號”）的信號延遲，以及， L5,DP是L5信號的直接路徑（亦可描述為“L5直接路徑信號”）的信號延遲。此外，L1延遲鑑別器510可依下式來預測L1反射路徑信號之強度（magnitude）：M L1,RP= M L1,DP* (M L5,RP/ M L5,DP)…….（2）;
其中， M L1,RP為L1反射路徑信號之強度， M L1,DP為L1直接路徑信號之強度， M L5,RP為L5反射路徑信號之強度，以及，M L5,DP是L5直接路徑信號之強度。然後，在估計出L1反射信號的延遲和強度，並且已知L1反射信號的ACF的形狀的前提下（例如，可根據所使用之本地信號副本格式獲知），L1延遲鑑別器510可以從ACF_L1_L1和/或ACF_L1_E1減去L1反射信號之ACF相關結果值進行補償，以獲得新/補償後的超前碼相關值ACF_L1_E1和/或新的滯後碼相關值ACF_L1_L1，以用於確定直接路徑信號的時間延遲。例如，在第4圖中，將原來的滯後碼相關值ACF_L1_L1調整為新的滯後碼相關值ACF_L1_L1’，以供信號延遲估計器230去計算L1信號的新信號延遲。
綜上所述，通過利用L5信號的資訊（相關結果），可以對ACF_L1進行適當的補償，移除L1反射路徑信號的影響，從而更加準確地確定L1信號的信號延遲（如拆解出ACF_L1_Direct和ACF_L1_Reflect），以用於信號處理電路240後續的信號處理，例如，確定電子設備的位置和解碼L1信號等。
需要說明的是，上述GPS系統只是一個例子，本發明不限於此。在其它實施例中，接收器200可以支持伽利略衛星導航系統，以及，接收器200可以使用E5a/E5b信號來估計E1信號的反射路徑，以補償E1信號對應的ACF。在一些實施例中，接收器200可以支持北斗衛星導航系統，以及，接收器200可以利用B2a/B2b信號來估計B1I/B1C信號的反射路徑，以補償B1I/B1C信號對應的ACF。
在申請專利範圍中使用諸如“第一”，“第二”，“第三”等序數術語來修改申請專利要素，其本身並不表示一個申請專利要素相對於另一個申請專利要素的任何優先權、優先級或順序，或執行方法動作的時間順序，但僅用作標記，以使用序數詞來區分具有相同名稱的一個申請專利要素與具有相同名稱的另一個元素要素。
雖然已經對本發明實施例及其優點進行了詳細說明，但應當理解的係，在不脫離本發明的精神以及申請專利範圍所定義的範圍內，可以對本發明進行各種改變、替換和變更，例如，可以通過結合不同實施例的若干部分來得出新的實施例。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。所屬技術領域中具有通常知識者皆在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
200:接收器 210:射頻（RF）電路 220:相關器 230:信號延遲估計器 240:信號處理電路 510:L1延遲鑑別器 520,530:L5延遲鑑別器
附圖（其中，相同的數字表示相同的組件）示出了本發明實施例。包括的附圖用以提供對本公開實施例的進一步理解，以及，附圖被併入並構成本公開實施例的一部分。附圖示出了本公開實施例的實施方式，並且與說明書一起用於解釋本公開實施例的原理。可以理解的是，附圖不一定按比例繪製，因為可以示出一些部件與實際實施中的尺寸不成比例以清楚地說明本公開實施例的概念。 第1圖是說明傳送多個信號的衛星系統的示意圖。 第2圖是根據本發明一實施例的接收器的示意圖。 第3圖是根據本發明一實施例的ACF_L1和ACF_L5的示意圖。 第4圖是根據本發明一實施例的補償ACF_L1的示意圖。 第5圖是根據本發明一實施例示出的信號延遲估計器的示意圖。 在下面的詳細描述中，為了說明的目的，闡述了許多具體細節，以便所屬技術領域中具有通常知識者能夠更透徹地理解本發明實施例。然而，顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實施一個或複數個實施例，不同的實施例或不同實施例中披露的不同特徵可根據需求相結合，而並不應當僅限於附圖所列舉的實施例。
200:接收器 210:射頻（RF）電路 220:相關器 230:信號延遲估計器 240:信號處理電路

Claims (28)

  1. 一種接收器，其中，該接收器包括： 射頻（RF）電路，被配置為接收第一衛星信號和第二衛星信號，以分別產生第一基帶信號和第二基帶信號； 相關器，被配置為基於第一本地信號副本和該第一基帶信號執行相關運算，以產生第一相關結果，以及，基於第二本地信號副本和第二基帶信號執行相關運算，以產生第二相關結果； 信號延遲估計器，耦接該相關器，被配置為利用該第二相關結果補償該第一相關結果，以產生補償後的第一相關結果，並根據該補償後的第一相關結果確定該第一衛星信號的信號延遲。
  2. 如請求項1所述的接收器，其中，該第一衛星信號的自相關函數（ACF）不同於該第二衛星信號的自相關函數（ACF）。
  3. 如請求項2所述的接收器，其中，該第一衛星信號的ACF之基底比該第二衛星信號的ACF寬。
  4. 如請求項1所述的接收器，其中，該第一衛星信號和該第二衛星信號來自衛星系統的同一顆衛星，以及，該衛星系統包括全球定位系統（GPS）、準天頂衛星系統（QZSS）、伽利略衛星導航系統、北斗衛星導航系統、GLONASS系統、印度區域導航衛星系統（NavIC）和衛星增強系統（SBAS）中的其中一者。
  5. 如請求項1所述的接收器，其中，該第一相關結果由該第一衛星信號的直接路徑對應的第一子相關結果和該第一衛星信號的反射路徑對應的第二子相關結果混合而成，該第二相關結果由該第二衛星信號的直接路徑對應的第三子相關結果和該第二衛星信號的反射路徑對應的第四子相關結果混合而成；以及，該信號延遲估計器根據該第二相關結果預測該第二子相關結果，並利用預測得到的第二子相關結果補償該第一相關結果，以獲得補償後的第一相關結果。
  6. 如請求項5所述的接收器，其中，該相關器使用的該第一本地信號副本和該第二本地信號副本之格式分別基於該第一衛星信號的格式和該第二衛星信號的格式，所產生的該第一相關結果由該第一衛星信號的自相關函數（ACF）決定，所產生的該第二相關結果由該第二衛星信號的自相關函數（ACF）決定。
  7. 如請求項1所述的接收器，其中，該第一相關結果包括m個樣本點，該第二相關結果包括n個樣本點，以及，該信號延遲估計器利用該第一相關結果的m個樣本點和該第二相關結果的n個樣本點之間的關係補償該第一相關結果的m樣本點的值。
  8. 如請求項7所述的接收器，其中，m等於2，以及，n等於1。
  9. 如請求項7所述的接收器，其中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的超前本地信號副本和滯後本地信號副本的兩個樣本點。
  10. 如請求項7所述的接收器，其中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點。
  11. 如請求項7所述的接收器，其中，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的任意時間延遲本地信號副本的一個樣本點，其用於搜索該第二衛星信號的可能的反射路徑信號。
  12. 如請求項7所述的接收器，其中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點，以及，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的直接路徑和反射路徑的即時本地信號副本的兩個樣本點。
  13. 如請求項2所述的接收器，其中，該第一相關結果由第一ACF及第二ACF混合而成，該第一ACF對應於該第一衛星信號的直接路徑，該第二ACF對應於該第一衛星信號的反射路徑；該第二相關結果由第三ACF及第四ACF混合而成，該第三ACF對應於該第二衛星信號的直接路徑，該第四ACF對應於該第二衛星信號的反射路徑；以及，該信號延遲估計器根據該第三ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值及該第四ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值預測該第二ACF，並利用預測得到的第二ACF補償該第一ACF。
  14. 如請求項13所述的接收器，其中，該信號延遲估計器利用該預測得到的第二ACF補償該第一ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值中的至少一個。
  15. 一種信號處理方法，其中，該方法包括： 接收第一衛星信號和第二衛星信號，以分別產生第一基帶信號和第二基帶信號； 利用第一本地信號與該第一基帶信號進行相關運算，以產生第一相關結果； 利用第二本地信號與第二基帶信號進行相關運算，以產生第二相關結果； 利用該第二相關結果對該第一相關結果進行補償，以補償該第一相關結果，並根據該補償後的第一相關結果確定該第一衛星信號的信號延遲。
  16. 如請求項15之信號處理方法，其中，該第一衛星信號的自相關函數（ACF）不同於該第二衛星信號的自相關函數（ACF）。
  17. 如請求項16之信號處理方法，其中，該第一衛星信號的ACF之基底比該第二衛星信號的ACF寬。
  18. 如請求項15之信號處理方法，其中，該第一衛星信號和該第二衛星信號來自衛星系統的同一顆衛星，以及，該衛星系統包括全球定位系統（GPS）、準天頂衛星系統（QZSS）、伽利略衛星導航系統、北斗衛星導航系統、GLONASS系統、印度區域導航衛星系統（NavIC）和衛星增強系統（SBAS）中的其中一者。
  19. 如請求項15之信號處理方法，其中，該第一相關結果由該第一衛星信號的直接路徑對應的第一子相關結果和該第一衛星信號的反射路徑對應的第二子相關結果混合而成，該第二相關結果由該第二衛星信號的直接路徑對應的第三子相關結果和該第二衛星信號的反射路徑對應的第四子相關結果混合而成；以及，利用該第二相關結果補償該第一相關結果，以產生補償後的第一相關結果的步驟包括： 根據該第二相關結果預測該第二子相關結果，並利用預測得到的第二子相關結果補償該第一相關結果，以獲得該補償後的第一相關結果。
  20. 如請求項19之信號處理方法，其中，該第一本地信號副本和該第二本地信號副本之格式分別基於該第一衛星信號的格式和該第二衛星信號的格式，所產生的該第一相關結果由該第一衛星信號的自相關函數(ACF)決定，所產生的該第二相關結果由該第二衛星信號的自相關函數(ACF)決定。
  21. 如請求項15之信號處理方法，其中，該第一相關結果包括m個樣本點，該第二相關結果包括n個樣本點，以及，該信號處理方法還包括： 利用該第一相關結果的m個樣本點和該第二相關結果的n個樣本點之間的關係來補償該第一相關結果的m樣本點的值。
  22. 如請求項21之信號處理方法，其中，m等於2，以及，n等於1。
  23. 如請求項21之信號處理方法，其中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的超前本地信號副本、滯後本地信號副本的兩個樣本點。
  24. 如請求項21之信號處理方法，其中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點。
  25. 如請求項21之信號處理方法，其中，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的任意時間延遲本地信號副本的一個樣本點，其用於搜索該第二衛星信號的可能的反射路徑信號。
  26. 如請求項21之信號處理方法，其中，該第一相關結果包括對應於該第一衛星信號的即時本地信號副本的一個樣本點，以及，該第二相關結果包括對應於該第二衛星信號的直接路徑和反射路徑的即時本地信號副本的兩個樣本點。
  27. 如請求項15之信號處理方法，其中，該第一相關結果由第一ACF及第二ACF混合而成，該第一ACF對應於該第一衛星信號的直接路徑，該第二ACF對應於該第一衛星信號的反射路徑；該第二相關結果由第三ACF及第四ACF混合而成，該第三ACF對應於該第二衛星信號的直接路徑，該第四ACF對應於該第二衛星信號的反射路徑；以及，利用該第二相關結果對該第一相關結果進行補償，以產生補償後的第一相關結果的步驟包括： 根據該第三ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值及該第四ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值預測該第二ACF，並利用預測得到的第二ACF補償該第一相關結果。
  28. 如請求項27之信號處理方法，其中，利用預測得到的第二ACF補償該第一相關結果的步驟包括： 利用該預測得到的第二ACF補償該第一ACF的超前碼相關值和滯後碼相關值中的至少一個。
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