[发明专利]用于全球导航卫星系统接收器的相关运算系统及其方法

说明书

技术领域

本发明是关于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收器，特别是有关全球导航卫星系统接收器使用快速傅利叶转换(Fast FourierTransform，FFT)技术的相关运算(correlation)系统及方法。

背景技术

快速傅利叶转换是处理数字信号熟知的技术，已应用于卫星通信领域，例如全球导航卫星系统。对全球导航卫星系统接收器而言，首次定位时间(Time toFirst Fix，TTFT)对使用者来说一直是个至关重要的问题。首次定位时间通常指的是3D定位时找到至少4颗卫星所费的时间。为了改善首次定位时间的效率，以长时间积分获取卫星信号是不希望的。快速傅利叶转换提供有力的解决方法，能够改善相关运算的速度及信号获取、追踪的效率。

获取一颗卫星必须考虑可视卫星(visible satellites)、码相位(code phase)及多普勒频率区(Doppler frequency bin)等至少三个方面。包含特定卫星、特定码相位及特定多普勒频率区的一个组合称为一个假设。来自特定卫星的信号是以扩频方式编码，接收器通过将信号与延迟的扩频码，例如伪随机噪声(PseudoRandom Noise，可简称为PRN)码，进行相关运算以侦测来自特定卫星的信号。如果相关运算的相关结果够高，表示接收器命中卫星，此即称为“获取”(acquisition)。随后，接收器使用延迟的扩频码与来自特定卫星的信号同步，此即称为“追踪”(tracking)。举例而言，对于特定卫星及特定多普勒频率区，全球定位系统GPS接收器需要搜寻1023个码相位。传统上，该1023个码相位的相关运算是以时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)方式完成。众所周知，这将花费许多时间。而且，由于噪音及其它干扰，接收器的准确度和灵敏度会受到影响。故需要提供额外的处理程序来提高接收器的性能。快速傅利叶转换是个合适的解决方法，可以满足这些要求。快速傅利叶转换提供强大的相关运算能力，有助于快速获取信号，但是需要大量的存储器以供后续处理使用，硬件成本是一大负担。

发明内容

本发明提供一种用于全球导航卫星系统接收器的相关运算系统及其方法，该相关运算系统使用快速傅利叶转换引擎以执行相关运算并利用后端快速傅利叶转换(post-FFT)来提升接收器的性能。

本发明的相关运算系统中，快速傅利叶转换引擎用以对输入的数据流执行快速傅利叶转换操作(FFT operation)，并利用伪随机噪声码副本，以产生频域相关结果(frequency-domain correlation result)。快速傅利叶转换引擎并对频域相关结果执行反快速傅利叶转换操作(IFFT operation)，以在相关运算的阶段为每个假设产生后端相关数据(post correlation data)。快速傅利叶转换引擎并对已选取的假设的后端相关数据执行FFT操作，以在后端相关运算的阶段产生后端快速傅利叶转换相关结果(post-correlation FFT result)。快速傅利叶转换引擎以可编程(programmable)的时分复用方式执行该多个操作。用以存储数据流的快速傅利叶转换数据缓冲区、用以存储频域相关结果的反快速傅利叶转换数据缓冲区以及用以存储已选取的假设的后端快速傅利叶转换相关结果的假设缓冲区，可通过分成三个部分的数据缓冲区实施。相关运算系统具有强度运算单元，用以计算相关结果或快速傅利叶转换结果的强度，即在相关运算阶段及后端相关运算阶段，强度运算单元是共享的(shared)。相关运算系统还具有频谱存储器，用以存储后端快速傅利叶转换相关结果。而且，频谱存储器并用以累积相关运算结果的相参(coherent)积累结果，作为信号非相参(incoherent)积累之用。

本发明还提供另一种相关运算系统，该相关运算系统使用时域相关器，对数据流执行相关运算操作，并且使用快速傅利叶转换引擎，对相关结果执行后端快速傅利叶转换，以得到后端快速傅利叶转换相关结果，从而提升接收器的性能。该相关运算系统具有强度运算单元，用以计算后端快速傅利叶转换产生的相关结果或快速傅利叶转换结果的强度。该相关运算系统还具有频谱存储器，用以存储后端快速傅利叶转换相关结果。而且，频谱存储器并用以累积相关结果的相参积累结果，作为信号非相参积累之用。