專利名稱：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器及其方法
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種低功耗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，特別是關(guān)于 一種適應性調(diào)整時鐘頻率以實現(xiàn)低功耗的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收 器及其方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，經(jīng)濟實惠的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器已成為非 常受歡迎的產(chǎn)品，體積小、便于攜帶且容易上手。然而此種便攜式 的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器必須使用電池供電。而電池必然受到電 量的限制，因此，在研發(fā)此類便攜式全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器時， 降低功耗以具有長時間使用效能便成為重要的課題。
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器通常包含兩個主要單元或者兩個主 要專欠4牛才莫塊，艮卩量領(lǐng)'J系纟克(measure engine)^乂及導航系纟克(navigation engine)。
例如量測系統(tǒng)可包含多個相關(guān)器以及單 一 凄t字信號處理器 (Digital Signal Processor, DSP)。相關(guān)器對降頻后的信號執(zhí)4亍相關(guān) 性計算，以搜尋或追蹤衛(wèi)星。數(shù)字信號處理器輪流計算并調(diào)整來自 這些信道的信號的編碼相位以及多普勒頻率以找尋其相關(guān)性，并且 對已知相關(guān)性的信號進行追蹤及數(shù)據(jù)解碼。值得注意的是，數(shù)字信 號處理器對前述來自所有信道的信號的計算及調(diào)整必須在短時內(nèi) (如一毫秒內(nèi))完成，而所有信道的信號的編碼片,殳(code chips)、編 碼相位(code phases)以及這些多普孝力步貞率(Doppler frequencies)的計 算及調(diào)整的量測結(jié)果通常在固定時間(如 一 秒內(nèi))傳送至導航系統(tǒng)， 且在一秒內(nèi)計算出全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器使用者的位置、速度以 及時間信息。計算使用者的位置、速度以及時間信息是由獨立的全 球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的微處理器或者具有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)軟件的電子裝置的中央處理器所負責。
時鐘產(chǎn)生器用以為射頻單元以及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的
時鐘，為數(shù)字信號處理器提供數(shù)字信號處理器時鐘，以及為微處理 器提供微處理器時鐘。數(shù)字信號處理器控制相關(guān)器時鐘與數(shù)字信號 處理器時鐘，微處理器則控制其微處理器時鐘。
依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器持續(xù)不斷地通過所有 的信道接收信號。相關(guān)器則對來自所有信道的信號執(zhí)行相關(guān)性計 算，數(shù)字信號處理器輪流計算并調(diào)整來自所有信道的信號的編碼相 位以及多普勒頻率。當全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器搜尋或追蹤特定數(shù) 目的衛(wèi)星時，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗維持相同，不因搜尋 失聯(lián)衛(wèi)星的搜尋范圍大小或者不同的信道阻礙或信道衰減所造成 衛(wèi)星信號強度的不同而改變，然而在某些情況下，相關(guān)器可能會因 為某些原因，在前述搜尋或追蹤衛(wèi)星時，對某些信號停止執(zhí)行相關(guān) 性計算。因此實際上傳輸信號的信道數(shù)目是會改變的，但是所有與 硬件相關(guān)的時鐘頻率(相關(guān)器時鐘頻率、數(shù)字信號處理器時鐘頻率 以及微處理器時鐘頻率)在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的操作過程 中，卻總是保持相同。
然而，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗與相關(guān)器時鐘頻率、數(shù) 字信號處理器時鐘頻率以及微處理器時鐘頻率成正比?，F(xiàn)有技術(shù)維 持所有時鐘頻率相同，而不考慮衛(wèi)星信號的變動是導致無法有效降 低全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器功耗的原因。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，使用者用指令或是相關(guān)器開關(guān)控制，才能停止 或者暫停前述的這些時鐘頻率。結(jié)果，勢必無法避免在使用者動態(tài)
特性驟變的操作情況下，例如突然的加速或減速，將使全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收器無法有效使用，或者突然的信道衰減或信道阻礙使 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器定位效能驟然降低等缺點。
本發(fā)明提供一種適應性調(diào)整時鐘頻率，而實現(xiàn)低功耗的全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)接收器及其方法，以具有長時間使用效能。

發(fā)明內(nèi)容為解決前述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的主要目的在于提供一種 適應性調(diào)整時鐘頻率，實現(xiàn)低功耗的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器及其 方法。
本發(fā)明提供的低功耗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器包含相關(guān)器、數(shù) 字信號處理器以及微處理器。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的相關(guān)器以 相關(guān)器時鐘頻率對來自多個信道的信號執(zhí)行相關(guān)性計算。數(shù)字信號 處理器則根據(jù)相關(guān)器負載控制相關(guān)器時鐘頻率以執(zhí)行相關(guān)性計算。 數(shù)字信號處理器對衛(wèi)星通過信道所傳輸?shù)男盘栠M行解碼，即以數(shù)字 信號處理器時鐘頻率，輪流計算并調(diào)整這些信號的編碼相位以及多 普勒頻率，且根據(jù)前述計算以及調(diào)整結(jié)果的累計通量或預定低限信 道數(shù)目，控制數(shù)字信號處理器時鐘頻率。微處理器以微處理器時鐘 頻率，處理來自數(shù)字信號處理器前述計算以及調(diào)整結(jié)果的量測結(jié) 果，以獲取全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器使用者的位置、速度以及時間 信息。微處理器根據(jù)處理此量測結(jié)果的累計進展，控制微處理器時 鐘頻率，以符合全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中時間限制的規(guī)范。
本發(fā)明同樣提供一種實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器實現(xiàn)低功
耗的方法，包含以相關(guān)器時鐘頻率，對來自多個信道的多個信號 執(zhí)行相關(guān)性計算；以及根據(jù)相關(guān)器負載控制相關(guān)器時鐘頻率以執(zhí)行 相關(guān)性計算。
本發(fā)明提供的方法還包含以數(shù)字信號處理器，輪流計算并調(diào)整 來自這些信道的編碼相位以及多普勒頻率。在前述計算編碼相位以 及多普勒頻率的步驟中，本發(fā)明方法還包含依據(jù)單位時間內(nèi)這些編 碼相位以及這些多普勒頻率的計算所應達到的進度，或者預估在單 位時間內(nèi)所應處理的信道數(shù)目，控制數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
本發(fā)明提供的方法進 一 步包含以微處理器及其時鐘頻率，處理 來自數(shù)字信號處理器的信道編碼相位以及信道多普勒頻率，以更平 滑量測結(jié)果，進而獲取較佳的位置信息。在前述處理該量測結(jié)果的 步驟中，本發(fā)明方法還包含根據(jù)處理位置平滑所需的計算量，控制 微處理器時鐘頻率。
依據(jù)本發(fā)明，不僅能在單位時間內(nèi)(如1毫秒內(nèi))完成對來自所 有信道信號的編碼相位以及多普勒頻率的計算及調(diào)整，同時也能降低全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗。

圖1是顯示本發(fā)明全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的方框圖。
圖2A是顯示計算并調(diào)整來自相關(guān)器的信號的編碼相位以及多 普勒頻率的時間關(guān)系示意圖。
圖2B是本發(fā)明數(shù)字信號處理器處理累計通量的時間關(guān)系示意圖。
圖3是顯示1毫秒內(nèi)數(shù)字信號處理器輸出通量的詳細時間關(guān)系 示意圖。
圖4A、 4B及4C分別顯示依據(jù)本發(fā)明的三種不同搜尋或追蹤 范圍的編碼-頻率域圖。
圖5是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的方法流程圖。
圖6是顯示圖5中時間與被調(diào)整的相關(guān)器時鐘之間的關(guān)系示意圖。
圖7A與圖7B是顯示本發(fā)明在1秒內(nèi)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收 器的射頻功率與相關(guān)器時鐘頻率間的關(guān)系示意圖。
圖8是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的方法流程圖。
圖9是顯示圖8中時間與被調(diào)整的數(shù)字信號處理器時鐘頻率或 微處理器時鐘頻率之間的關(guān)系示意圖。
圖IO是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的方法流程圖。
圖ll是顯示圖10中時間與被調(diào)整的數(shù)字信號處理器時鐘頻率 或微處理器時鐘頻率間的關(guān)系示意圖。
具體實施方式
請參考圖1,是顯示本發(fā)明全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的方框圖。 本發(fā)明提供的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器包含射頻單元70、時鐘產(chǎn) 生器80、合成器90、量測系統(tǒng)(measure engine)100以及導4元系統(tǒng) (navigation engine)200。
量測系統(tǒng) 100包含相關(guān)器(correlator)102以及數(shù)字信號處理器(DSP)104。 導航系統(tǒng)200包含孩t處理器 (microprocessor)202以及內(nèi)存204。 對于獨立的全5求導4元衛(wèi)星系統(tǒng) 接收器而言，例如設置在車內(nèi)的行動導航裝置，導航系統(tǒng)200可 內(nèi)嵌于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的整合芯片內(nèi)。對于非獨立的全球 導航衛(wèi)星系統(tǒng)接收器，例如安裝在筆記型計算機的全球?qū)Ш叫l(wèi)星 系統(tǒng)軟件，導航系統(tǒng)200則可由計算機的中央處理器以執(zhí)行軟件的 方式來實現(xiàn)。射頻單元70通過多個信道接收外界多個衛(wèi)星的信號。 時鐘產(chǎn)生器80用以產(chǎn)生參考時鐘。合成器90根據(jù)所接收的參考時 鐘，用以分別為相關(guān)器102、數(shù)字信號處理器104以及微處理器202 提供時鐘l(相關(guān)器時鐘)、時鐘2(數(shù)字信號處理器時鐘)以及時鐘 3(微處理器時鐘)。相關(guān)器102可由多個子相關(guān)器(sub-correlator)所 組成，例如相關(guān)器1、相關(guān)器2至相關(guān)器N。合成器90則分別 為相關(guān)器1、相關(guān)器2至相關(guān)器N、提供各自的相關(guān)器時鐘(時鐘 1-1、時鐘1-2至時鐘l-N)。
數(shù)字信號處理器104可適應性地控制相關(guān)器102的相關(guān)器時鐘 以及數(shù)字信號處理器104的數(shù)字信號處理器時鐘。微處理器202則 可適應性地控制其微處理器時鐘。相關(guān)器102以時鐘1的相關(guān)器時 鐘頻率對來自多個信道所接收的信號執(zhí)行相關(guān)性計算。而當衛(wèi)星已 被鎖定或者搜尋范圍較小時，又可將相關(guān)器時鐘頻率降低以降低功 耗?？傊嚓P(guān)器負載與衛(wèi)星數(shù)目以及搜尋范圍具有高度相關(guān)。即， 相關(guān)器負載也取決于搜尋或追蹤衛(wèi)星信號的編碼-頻率域 (code-frequency domain)范圍。在執(zhí)4亍一目關(guān)寸生i十算(correlations)后， 數(shù)字信號處理器104會以時鐘2的數(shù)字信號處理器時鐘頻率，輪流 計算并調(diào)整前述多個信號的編碼相位以及多普勒頻率，且根據(jù)前述
計算以及調(diào)整結(jié)果的累計通量或預定的低限信道數(shù)目，控制數(shù)字信 號處理器時鐘頻率。微處理器202處理來自數(shù)字信號處理器104所 計算并調(diào)整信號的編碼相位以及多普勒頻率的量測結(jié)果。微處理器
202處理前述量測結(jié)果以獲取全J求導航衛(wèi)星系統(tǒng)接收器的位置信 息。微處理器202以時鐘3的微處理器時鐘頻率處理前述量測結(jié)果， 且依據(jù)處理量測結(jié)果的累計進展，控制微處理器時鐘頻率。
請參考圖2A以及圖2B。圖2A是時間關(guān)系圖，其是顯示計算并調(diào)整來自相關(guān)器102的信號的編碼相位以及多普勒頻率的時間 關(guān)系示意圖。圖2B是本發(fā)明數(shù)字信號處理器104處理累計通量的 時間關(guān)系示意圖，其對應圖2A中在1毫秒內(nèi)計算并調(diào)整來自各信 道的信號的編碼相位以及多普勒頻率的時刻(time ticks)。全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收器自信道1至信道N接收多個衛(wèi)星信號，每一衛(wèi)星 與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的距離均不相同。因此，對每一衛(wèi)星信 號而言，其最佳積分時段不僅不同步且積分時段長短均不同，這是 因為搜尋或追蹤不同衛(wèi)星通常不會同步。在圖2A中，在個別信道 上所標示出的橢圓形表示對此信道完成積分，需要數(shù)字信號處理器 104進行計算及調(diào)整來自該信道的信號的編碼相位以及多普勒頻 率。如圖2A中的虛線方框所示，數(shù)字信號處理器104必須在1毫 秒內(nèi)對來自近90%的信道的信號的編碼相位以及多普勒頻率完成 計算及調(diào)整。如圖2B中所示，在此1毫秒內(nèi)，相關(guān)性計算通量大， 則數(shù)字信號處理器104的對信號的編碼相位以及多普勒頻率計算 及調(diào)整結(jié)果的通量(或是數(shù)字信號處理器104的負載)即大。接著， 請參考圖3，顯示圖2A、圖2B中 一毫秒的虛線方框的詳細時刻圖。 數(shù)字信號處理器104以圖8或圖10所示的方法，自動調(diào)整其工作 的數(shù)字信號處理器時鐘頻率，以在下 一 毫秒前完成對所有信道的信 號的前述計算及調(diào)整的要求。如果順利，通常數(shù)字信號處理器104 在1秒內(nèi)便將對每一衛(wèi)星信號的編碼相位以及多普勒頻率計算以 及調(diào)整的量測結(jié)果傳送至導航系統(tǒng)200。使用者便能從導航系統(tǒng) 200獲取其位置、速度以及時間信息。
圖3是顯示1毫秒內(nèi)數(shù)字信號處理器輸出通量的詳細時間關(guān)系 示意圖。當利用圖8的方法(稍后詳述)調(diào)整數(shù)字信號處理器時鐘頻 率時，可如圖3中所示以硬件計數(shù)器標示出前述累計通量或者前述 軟件負載與時間的關(guān)系為佳。然而當利用圖10的方法(稍后詳述) 調(diào)整數(shù)字信號處理器時鐘頻率時，前述硬件計數(shù)器則可省略。為在 1毫秒內(nèi)完成對來自所有信道的信號的編碼相位以及多普勒頻率的 計算及調(diào)整，數(shù)字信號處理器104以第一數(shù)字信號處理器時鐘頻 率，計算并調(diào)整這些信號的編碼相位以及多普勒頻率，如碼相位以 及多普勒頻率的計算及調(diào)整累計通量落后該預定信道數(shù)目與總信道數(shù)目的比率，則數(shù)字信號處理器104便將數(shù)字信號處理器時鐘提 高至第二數(shù)字信號處理器時鐘頻率。在完成對所有信號的計算及調(diào) 整后，數(shù)字信號處理器104便降低數(shù)字信號處理器時鐘至低于第一 數(shù)字信號處理器時鐘頻率的第三數(shù)字信號處理器時鐘頻率，以降低 功耗。是以依據(jù)本發(fā)明，不僅能在1毫秒內(nèi)完成對來自所有信道的 信號的編碼相位以及多普勒頻率的計算及調(diào)整，同時也能降低全球 導航衛(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗。有關(guān)如何調(diào)整數(shù)字信號處理器時鐘頻 率將在圖8以及圖11中更詳細地i兌明。
請一并參考圖4A、 4B、 4C以及圖5、圖6。圖4A、 4B及4C 分別顯示依據(jù)本發(fā)明的三種不同搜尋或追蹤范圍的編碼-頻率域 圖。圖5是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的方法流程圖，根據(jù)圖4A、 4B、 4C中顯示的三種不同搜尋或追蹤范圍適應性調(diào)整相關(guān)器時鐘以實 現(xiàn)低功耗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的方法流程圖。圖6是顯示圖5 中時間與被調(diào)整的相關(guān)器時鐘之間的關(guān)系示意圖。由于可利用的衛(wèi) 星數(shù)目會因各種狀況而有所改變，在獲取一、兩個衛(wèi)星的信息或者 獲取位置信息之后，搜尋或追蹤的這些信號的編碼-頻率域范圍即 有所改變。因此，相關(guān)器102對這些信號執(zhí)行相關(guān)性計算的這些信 道的信道數(shù)目也時常會改變。例如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器能同 時追蹤數(shù)個衛(wèi)星。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器能接收直接波(line of sight)的衛(wèi)星信號強度相較其它經(jīng)過多重路徑或受阻礙的衛(wèi)星信號 強度要相對來得強，但由于追蹤信號弱的衛(wèi)星需要較長的積分時段 以傳播信號，因此追蹤信號弱的衛(wèi)星要比追蹤信號強的衛(wèi)星需要更 多的功耗。當衛(wèi)星信號強度足以取得導航點(navigation fix)時，相 關(guān)器102便可暫時僅對較弱的衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性計算?；蛘撸?關(guān)器102也可通過使用外推法(extrapolation)預測對其執(zhí)行相關(guān)性 計算的結(jié)果以暫停對強度大的衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性計算，而持續(xù)對 強度小、執(zhí)行相關(guān)性計算的積分時段超過1毫秒的衛(wèi)星信號執(zhí)行相 關(guān)性計算，以收集所需的數(shù)據(jù)。
因此，相關(guān)器102對衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性計算的信道數(shù)目并不 固定。在獲取一、兩個衛(wèi)星的信息或者獲取位置信息后，搜尋衛(wèi)星 信號的編碼-頻率域范圍即可大幅減小。眾所周知，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗與相關(guān)器時鐘頻率成正比(也與數(shù)字信號處理器 時鐘頻率以及微處理器時鐘頻率成正比)。本發(fā)明中，能同時搜尋
的衛(wèi)星數(shù)目(searching capability)也與相關(guān)器時鐘頻率成正比。依據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)，相關(guān)器時鐘頻率一直維持相同，但本發(fā)明根據(jù)相關(guān)器 102所執(zhí)行相關(guān)性計算的衛(wèi)星信號的信道數(shù)目或者搜尋或追蹤衛(wèi)星 信號的編碼-頻率域范圍，來適應性調(diào)整相關(guān)器時鐘頻率。因此， 本發(fā)明能有效地減少全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗。
請參考圖6,例如假定可利用的衛(wèi)星數(shù)目為M(如圖5的數(shù) 目)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器開機，起初以較高的相關(guān)器時鐘頻 率嘗試在最短時間內(nèi)確定當下位置。此時，搜尋M個衛(wèi)星的編碼-頻率域范圍即為全范圍，即稱為「冷開機」。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接 收器開機時，是處于圖4A所示對所有編碼-頻率域范圍進行搜尋的 全搜尋范圍狀態(tài)，以期能盡快找到外界任何可利用的衛(wèi)星。由于相 關(guān)器102必須對通過所有信道所接收的衛(wèi)星信號進行相關(guān)性計算， 因此數(shù)字信號處理器104設定相關(guān)器102的時鐘為圖6中所示較高 的第一相關(guān)器時鐘頻率flQ
經(jīng)過一段時間的搜尋或追蹤后，獲取了 一個或兩個衛(wèi)星的信 息，甚至獲取第一個定位點之后，搜尋全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星的編 碼-頻率域范圍便可轉(zhuǎn)換為如圖4B所示的特定范圍的搜尋，便能大 幅降低相關(guān)器負載，而數(shù)字信號處理器104設定相關(guān)器102的相關(guān) 器時鐘為圖6中所示相對中等的第二相關(guān)器時鐘頻率f2。由于獲取 了一個或兩個衛(wèi)星的信息或者獲取了第一個定位點，相關(guān)器102對 衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性計算的信道數(shù)目便能減少，搜尋衛(wèi)星信號的編 碼-頻率域范圍也可進一步減小。
在特定編碼-頻率域范圍搜尋或追蹤衛(wèi)星信號，所需數(shù)據(jù)均已 收集后，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器便轉(zhuǎn)換為追蹤狀態(tài)，如圖4C所 示在更小的編碼-頻率域范圍內(nèi)搜尋，而僅追蹤可利用的M個衛(wèi)星。 由于追蹤此M個衛(wèi)星以便持續(xù)從此M個衛(wèi)星獲取位置信息，因此 相關(guān)器102僅需對M個衛(wèi)星的信號執(zhí)行相關(guān)性計算，數(shù)字信號處 理器104便將相關(guān)器102的時鐘設定為，如圖6所示，低于第一、 第二相關(guān)器時鐘頻率的第三相關(guān)器時鐘頻率f3。請參考圖7A與圖7B,分別顯示本發(fā)明在1秒內(nèi)全球?qū)Ш叫l(wèi)星 系統(tǒng)接收器的射頻功率(RF Power)與相關(guān)器時鐘頻率間的關(guān)系示 意圖。在射頻單元的處理階段內(nèi)，所有的衛(wèi)星信號均在應用頻寬內(nèi) 傳播且混合，射頻功率通常與相關(guān)器的工作負載成正比。換而言之， 如果所有的衛(wèi)星信號均具有足夠的強度且穩(wěn)定，則所有衛(wèi)星信號的 積分時段均不會超過1秒，那么射頻功率便能降低。以圖7B為例， 依據(jù)相關(guān)器的搜尋或追蹤條件，適應性調(diào)整射頻功率即能降低射頻 單元的功耗。此外，在較佳的射頻前端設計中，也可針對不同的噪 聲指數(shù)(noise figure)需求，設定低噪聲》丈大器(low noise amplifier) 不同的電流值。在衛(wèi)星信號強的接受條件下，可設定較低的低噪聲 放大器電流值，以配合可接受的噪聲指數(shù)。但在室內(nèi)接收條件或者 住宅密度高的接收條件下，為得到較優(yōu)的接收效能，則需設定較高 的低噪聲放大器電流值。如圖7A所示，初始時，數(shù)字信號處理器 104將相關(guān)器102的相關(guān)器時鐘設定為較高的相關(guān)器時鐘頻率f4, 以同時處理多個衛(wèi)星信號的相關(guān)性計算，接著，在對僅需短積分時 段的強衛(wèi)星信號停止執(zhí)行相關(guān)性計算后，數(shù)字信號處理器104將相 關(guān)器102的相關(guān)器時鐘設定為相對中等的相關(guān)器時鐘頻率fs。然后， 由于相關(guān)器102僅需對少數(shù)積分時段較長的衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性 計算，因此，數(shù)字信號處理器104將相關(guān)器102的相關(guān)器時鐘設定 為 一 個更低的相關(guān)器時鐘頻率f6。由此便能如圖4至圖6中所示降 低相關(guān)器的功耗，但卻無法降低射頻單元功耗。然而，有時由于一 個或多個衛(wèi)星信號需要超過1秒的積分時段，因此，如圖7A所示 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的射頻單元功耗無法降低而 一 直維持在 第一射頻功耗位準。但如圖7B所示，在設定相關(guān)器時鐘為&以及 fs頻率的階段，可使射頻單元功耗維持在第二射頻功耗位準，然后 當衛(wèi)星信號接收條件好，無須再對衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性計算時，便 可將相關(guān)器時鐘設定為最低的相關(guān)器時鐘頻率f7,僅僅維持相關(guān)器 的數(shù)值控制振蕩器(numerical control oscillator)的運行即可。此類 數(shù)值控制振蕩器通?？梢娪谙嚓P(guān)器用以編碼相位抹除或多普勒頻
率抹除，在此相關(guān)器時鐘為頻率fV的階段，射頻功率能更進一步降 低，以獲取更高的低功耗效能。同樣地假定可利用的衛(wèi)星數(shù)目為M(如圖5)。本發(fā)明調(diào)整相關(guān)器 時鐘頻率的另一實施例中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器開機時，是處 于圖4A所示對所有編碼-頻率域范圍進行搜尋的全搜尋范圍狀態(tài)， 以期能盡快找到天空中任何可利用的衛(wèi)星。由于相關(guān)器102必須對 通過所有信道所接收的衛(wèi)星信號進行相關(guān)性計算，因此數(shù)字信號處 理器104將相關(guān)器102的第 一相關(guān)器時鐘頻率設定為圖6中所示最 高的第一相關(guān)器時鐘頻率。
因為相關(guān)器102在較大搜尋范圍內(nèi)對部分衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性 計算，經(jīng)過一段時間的搜尋或追蹤后，獲取了一個或兩個衛(wèi)星的信 息之后，搜尋全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星的編碼-頻率域范圍便可轉(zhuǎn)換 為一個特定范圍的搜尋。由于部分衛(wèi)星信號強度夠且穩(wěn)定，因此相 關(guān)器102便停止對此部分衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性計算，數(shù)字信號處理 器104暫時以外推法(extrapolation)預測對其執(zhí)行相關(guān)性計算的結(jié) 果。相關(guān)器102持續(xù)對執(zhí)行相關(guān)性計算的積分時段超過數(shù)秒的衛(wèi)星 信號執(zhí)行相關(guān)性計算，以從其中收集所需的量測結(jié)果。由于相關(guān)器 10 2僅需對特定范圍的衛(wèi)星信號執(zhí)行相關(guān)性計算，因此數(shù)字信號處 理器104將相關(guān)器102的頻率設定為相對中等的第二相關(guān)器時鐘頻 率f2。然后，相關(guān)器102僅需對M個衛(wèi)星的信號執(zhí)行相關(guān)性計算， 持續(xù)獲取導航信息(前述使用者的位置、速度以及時間信息等)，數(shù) 字信號處理器104便將相關(guān)器102的頻率設定第三相關(guān)器時鐘頻率 f3，其中此第三相關(guān)器時鐘頻率f3低于第一、第二相關(guān)器時鐘頻率。 因此，就本發(fā)明的另一方面而言，在戶外接收條件時，對任何衛(wèi)星 信號執(zhí)行相關(guān)性計算的積分時段均不會大于l秒，因此全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)接收器的射頻單元功耗便能降低，以實現(xiàn)一低功耗的全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)接收器。
再者，當獲取導航點(navigation fix)后，追蹤衛(wèi)星的范圍便最小 化。假設全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器停止確定當下位置，數(shù)字信號處 理器104即將相關(guān)器102的相關(guān)器時鐘設定為較低的基本參考時 鐘，如圖7B所示的相關(guān)器時鐘頻率f7?；緟⒖紩r鐘即為直接來 自于時鐘產(chǎn)生器80的時鐘，以維持相關(guān)器外推法(extrapolation)計 算的最小功率即可。請一并參考圖8及圖9。圖8是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的方法 流程圖，其中適應性調(diào)整數(shù)字信號處理器時鐘頻率或微處理器時鐘 頻率，以實現(xiàn)低功耗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器。圖9是顯示圖8中 時間與被調(diào)整的數(shù)字信號處理器時鐘頻率或微處理器時鐘頻率之 間的關(guān)系示意圖。
Nl為總信道數(shù)，Ll則代表預定信道數(shù)目，k為信道的編索碼。 數(shù)字信號處理器104設定k=l，數(shù)字信號處理器104的數(shù)字信號處 理器時鐘設定在圖9所示的第一數(shù)字信號處理器時鐘頻率。數(shù)字信 號處理器104開始輪流計算并調(diào)整來自Nl個信道的衛(wèi)星信號的編 碼相位以及多普勒頻率。在處理每一信道的信號過程中，本發(fā)明的 數(shù)字信號處理器104(或者安裝全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)軟件裝置的中央 處理器)會監(jiān)控其通量。如累計通量落后該預定信道數(shù)目與總信道 數(shù)目的比率，即k〉Ll且累計通量T<L1/N1%,如圖9所示，數(shù) 字信號處理器104會將其時鐘提高至第二數(shù)字信號處理器時鐘頻 率，以加速計算及調(diào)整。如累計通量并未落后，數(shù)字信號處理器 104便維持以第一數(shù)字信號處理器時鐘頻率，繼續(xù)計算并調(diào)整來自 Nl個信道的衛(wèi)星信號的編碼相位以及多普勒頻率，或者將其時鐘 直接降至第三數(shù)字信號處理器時鐘頻率，以降低功耗。如k〉Nl， 即完成對所有信道的計算后，數(shù)字信號處理器104便如圖9所示， 改變時鐘頻率至相對較低的第三數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
同樣地，微處理器202也能如圖8、圖9所示的適應性調(diào)整數(shù) 字信號處理器時鐘頻率的方法一樣，調(diào)整其微處理器時鐘頻率。微 處理器202以微處理器時鐘頻率處理來自數(shù)字信號處理器104的編 碼相位以及多普勒頻率的計算以及調(diào)整結(jié)果的量測結(jié)果，以獲取全 球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的位置信息。微處理器2 0 2根據(jù)處理此量測 結(jié)果的累計進展，控制其微處理器時鐘頻率。微處理器202以第一 微處理器時鐘頻率開始處理該量測結(jié)果。本發(fā)明中微處理器202也 會監(jiān)控其處理量測結(jié)果的累計進展。如累計進展落后于預定期間與 處理所有信道的量測結(jié)果的比率時，微處理器202便將其時鐘提高 至相對較高的第二微處理器時鐘頻率，以加速進展。如累計進展并 未落后，微處理器202便維持以第一微處理器時鐘頻率，繼續(xù)處理計算并調(diào)整的結(jié)果。完成對所有信道量測結(jié)果的處理后，微處理器
2 0 2便改變時鐘頻率至相對較低的第三微處理器時鐘頻率，以降低
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗。
依據(jù)多數(shù)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的規(guī)范，導航系統(tǒng)200中微 處理器202處理來自數(shù)字信號處理器104的量測結(jié)果，以每秒為間 隔，為使用者提供全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的位置、速度及時間信 息。根據(jù)處理前述量測結(jié)果的累計進展，控制其微處理器時鐘頻率 及如前述適應性調(diào)整數(shù)字信號處理器時鐘頻率，能對降低全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗有所貢獻。
請一并參考圖IO及圖11。圖IO是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的方 法流程圖，適應性調(diào)整數(shù)字信號處理器時鐘頻率或微處理器時鐘頻 率，以實現(xiàn)低功耗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器。圖ll是顯示圖10中 時間與被調(diào)整的數(shù)字信號處理器時鐘頻率或樣i處理器時鐘頻率間 的關(guān)系示意圖。
Nl為總信道數(shù)，L2則代表預定低限信道數(shù)目，k為信道的編索 碼。首先，數(shù)字信號處理器104比較相關(guān)器102將傳送至數(shù)字信號 處理器104的這些信號的編碼相位以及多普勒頻率的總信道數(shù)目 與預定低限信道數(shù)目L2作比較。
如總信道數(shù)目Nl小于預定低限信道數(shù)目L2,數(shù)字信號處理器 104便開始以相對較低的第 一數(shù)字信號處理器時鐘頻率，輪流計算 并調(diào)整來自Nl個信道的衛(wèi)星信號的編碼相位以及多普勒頻率，以 降低全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗。
若總信道數(shù)目Nl大于預定低限信道數(shù)目L2，數(shù)字信號處理器 104便將其時鐘提高至相對較高的第二數(shù)字信號處理器時鐘頻率， 再開始輪流計算并調(diào)整來自Nl個信道的衛(wèi)星信號的編碼相位以及
多普勒頻率，以在1毫秒的限制時段內(nèi)完成計算。接著，當完成對 所有信道中衛(wèi)星信號的計算及調(diào)整的量測結(jié)果后，數(shù)字信號處理器
104 1"更如圖11所示，將其時鐘頻率改變至第三^t字信號處理器時 鐘頻率，此第三數(shù)字信號處理器時鐘頻率來自時鐘產(chǎn)生器80的基 本參考頻率，且低于第一、第二數(shù)字信號處理器時鐘頻率。同樣地， 微處理器202也能如圖10、圖ll所示，適應性調(diào)整數(shù)字信號處理器時鐘頻率的方法一樣，調(diào)整其微處理器時鐘頻率。
依據(jù)本發(fā)明提供的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)及其方法，通過適應性調(diào)
整相關(guān)器、數(shù)字信號處理器以及微處理器時鐘頻率，能實現(xiàn)低功耗
的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡根據(jù)本發(fā)明所做的均等
變化與修飾，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，從多個信道接收多個信號，該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器包含相關(guān)器，以相關(guān)器時鐘頻率對來自該多個信道的該多個信號執(zhí)行相關(guān)性計算；以及數(shù)字信號處理器，根據(jù)相關(guān)器負載控制該相關(guān)器時鐘頻率以執(zhí)行相關(guān)性計算。
2. 如權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，該相關(guān)器負載取決于該多個信道的數(shù)目，該相關(guān)器對通過該多 個信道的該多個信號執(zhí)行相關(guān)性計算。
3. 如權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，該相關(guān)器負載取決于搜尋或追蹤該多個信號的編碼-頻率域范 圍。
4. 如權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，在獲取位置信息之后，該數(shù)字信號處理器降低該相關(guān)器時鐘頻 率。
5. 如權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，在獲取衛(wèi)星的信息后，該數(shù)字信號處理器會降低該相關(guān)器時鐘 頻率。
6. 如權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，該數(shù)字信號處理器以數(shù)字信號處理器時鐘頻率，輪流計算并調(diào) 整來自該多個信道的該多個信號的編碼相位以及多普勒頻率。
7. 如權(quán)利要求6所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，該數(shù)字信號處理器根據(jù)該多個編碼相位以及該多個多普勒頻率 的計算與調(diào)整結(jié)果的累計通量，控制該數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
8. 如權(quán)利要求7所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，當已計算并調(diào)整來自預定信道數(shù)目的該多個信號后，若該累計 通量落后該預定信道數(shù)目與總信道數(shù)目的比率，則該數(shù)字信號處理 器提高該數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
9. 如權(quán)利要求6所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，該數(shù)字信號處理器根據(jù)預定低限信道數(shù)目，控制該數(shù)字信號處 理器時鐘頻率。
10. 如權(quán)利要求9所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，若總信道數(shù)目大于該預定低限信道數(shù)目，則該數(shù)字信號處理器 提高該數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
11. 如權(quán)利要求6所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，還包含微處理器，以微處理器時鐘頻率處理來自該數(shù)字信號處 理器的該多個編碼相位以及該多個多普勒頻率的計算以及調(diào)整結(jié) 果的量測結(jié)果，以獲取位置信息。
12. 如權(quán)利要求11所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征 在于，該微處理器根據(jù)處理該量測結(jié)果的累計進展，控制該微處理 器時鐘頻率。
13. 如權(quán)利要求12所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征 在于，在已處理預定期間的該量測結(jié)果后，若該累計進展落后該預 定期間與處理所有信道的該量測結(jié)果的比率，則該微處理器提高該 微處理器時鐘頻率。
14. 如權(quán)利要求1所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征在 于，該數(shù)字信號處理器依據(jù)該相關(guān)器負載，控制射頻功率。
15. 如權(quán)利要求14所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征 在于，在戶外接收條件時，該數(shù)字信號處理器降低該射頻功率。
16. 如權(quán)利要求14所述的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器，其特征 在于，對來自所有信道的該多個信號完成積分后，該數(shù)字信號處理 器在一秒內(nèi)降低該射頻功率。
17. —種實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功耗的方法，該方法 包含-.以相關(guān)器時鐘頻率，對來自多個信道的多個信號執(zhí)行相關(guān)性計算；以及根據(jù)相關(guān)器負載控制該相關(guān)器時鐘頻率以執(zhí)行相關(guān)性計算。
18. 如權(quán)利要求17所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在獲取位置信息之后，還包含降低該相關(guān)器時鐘頻率。
19. 如權(quán)利要求17所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該控制的步驟期間且獲取衛(wèi)星的信息之 后，還包含降低該相關(guān)器時鐘頻率。
20. 如權(quán)利要求17所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該控制步驟后，還包含以數(shù)字信號處 理器時鐘頻率，輪流計算并調(diào)整來自該多.個信道的該多個信號的編 碼相位以及多普勒頻率。
21. 如權(quán)利要求20所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該計算并調(diào)整該多個信號的該多個編碼 相位以及該多個多普勒頻率的步驟中，還包含根據(jù)該多個編碼相 位以及該多個多普勒頻率的計算與調(diào)整結(jié)果的累計通量，控制該數(shù) 字信號處理器時鐘頻率。
22. 如權(quán)利要求21所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該計算并調(diào)整該多個信號的該多個編碼 相位以及該多個多普勒頻率的步驟中，還包含當已計算以及調(diào)整 來自預定信道數(shù)目的該多個信號后，若該累計通量落后該預定信道 數(shù)目與總信道數(shù)目的比率，則提高該數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
23. 如權(quán)利要求20所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該控制步驟之后，還包含根據(jù)預定低限 信道數(shù)目，控制該數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
24. 如權(quán)利要求23所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該控制步驟之后，還包含若總信道數(shù) 目大于該預定低限信道數(shù)目，則提高該數(shù)字信號處理器時鐘頻率。
25. 如權(quán)利要求20所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該計算并調(diào)整該多個信號的該多個編碼 相位以及該多個多普勒頻率的步驟之后，還包含以;徵處理器時鐘 頻率，處理來自該數(shù)字信號處理器的該多個編碼相位以及該多個多 普勒頻率的計算以及調(diào)整結(jié)果的量測結(jié)果，以獲取位置信息。
26. 如權(quán)利要求25所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在該處理該量測結(jié)果的步驟中，還包含根據(jù)處理該量測結(jié)果的累計進展，控制該微處理器時鐘頻率。
27. 如權(quán)利要求26所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在處理該量測結(jié)果的步驟中，還包含當 已處理預定期間的該量測結(jié)果后，若該累計進展落后該預定期間與 處理所有信道的該量測結(jié)果的比率，則提高該微處理器時鐘頻率。
28. 如權(quán)利要求17所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，還包含用數(shù)字信號處理器，根據(jù)該相關(guān) 器負載，控制射頻功率。
29. 如權(quán)利要求28所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，在戶外接收條件時，該數(shù)字信號處理器降 低該射頻功率。
30. 如權(quán)利要求28所述的實現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器低功 耗的方法，其特征在于，對來自所有信道的該多個信號完成積分后， 該數(shù)字信號處理器在 一 秒內(nèi)降低該射頻功率。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器及其方法，其中從多個信道接收多個信號，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器包含相關(guān)器，以相關(guān)器時鐘頻率對來自多個信道的多個信號執(zhí)行相關(guān)性計算；以及數(shù)字信號處理器，根據(jù)相關(guān)器負載控制相關(guān)器時鐘頻率以執(zhí)行相關(guān)性計算。依據(jù)本發(fā)明，不僅能在單位時間內(nèi)(如1毫秒內(nèi))完成對來自所有信道信號的編碼相位以及多普勒頻率的計算及調(diào)整，同時也能降低全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的功耗。
文檔編號G01S1/08GK101303404SQ20071016029
公開日2008年11月12日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者葉信忠, 李明鴻, 游宗樺 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司