DE102006035028A1

DE102006035028A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Bitgrenze eines codierten Wiederholungssignals

Info

Publication number: DE102006035028A1
Application number: DE102006035028A
Authority: DE
Inventors: Jia-Horng Jhonghe Shieh
Original assignee: MediaTek Inc
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-07-29
Also published as: US7917362B2; US20070250309A1; TWI326772B; CN101059562A; CN101059562B; TW200745587A; DE102006035028B4

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Bitgrenze eines kodierten Wiederholungssignals umfasst Bits, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aufweist, mit: (a) wiederholtes Zählen der Zeiträume von einer Anfangszahl bis zu einer vorbestimmten Zahl in einer vorbestimmten Zeit, (b) Ermitteln der Vorzeichenwechsel in den Zeiträumen, (c) Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit einer Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungszahl des Zeitraumes und (d) Bestimmen der Bitgrenze gemäß eines Ereignisses aus Schritt (c).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Bitgrenze eines kodierten Wiederholungssignals gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1.
In Positionsbestimmungssystemen, wie z.B. einem globalen Positionsbestimmungssystem (GPS), erfasst ein Positionierempfänger Positionen auf der Basis von Radiowellen und Zeitunterschieden zwischen Satelliten und sich selbst, oder einem dreieckigen Positionierungstheorem, so dass der Positionierungsempfänger vier Satellitensignale anfordert, um Breitengrad und Längengrad zu berechnen. Im GPS-System überträgt jeder Satellit ein Spread-Spektrum- bzw. Signalspreizungs-moduliertes Signal, das mit einem Code, C/A-Code (Coarse Acquisition Code bzw. Grob/Erfassung-Code = Signal mit "grober Erfassung") oder P-Code (Precision Code bzw. der genaue Code, der wesentlich "genauer" als der C/A Code ist) moduliert wird, der für jeden Satelliten individuell ist. Somit kann der Positionierungsempfänger die durch verschiedene Satelliten übertragenen Signale unter Verwendung eines Referenzcodes gemäß des Satellitencodes, der vor Ort im Positionierungsempfänger erzeugt wird, voneinander unterscheiden.
Bei schwachen Signalzuständen wird ein durch einen Satelliten übertragenes Signal kräftig abgeschwächt, wenn es am Positionierungsempfänger ankommt, und zwar wegen der klimatischen Bedingungen oder Hindernisse, wie z.B. Gebäude und Umgebungsanlagen beim Routing bzw. Wegewahl des Signals. Das Signal kann sich auch zum Positionierungsempfänger durch eine Mehrzahl von unterschiedlichen Routen bzw. Strecken bewegen, die die sogenannte Mehrwegeausbreitung bewirkt und die Synchronisierung des Positionierungsempfängers mit einem gewünschten Signal verstärkt, weil das übertragene Signal am Empfänger durch verschiedene Routings ankommt. Infolge dieser Mehrwegeausbreitung wird dasselbe Signal wie mehrere Signale mit unterschiedlichen Phasen empfangen.
Bei schwachen Signalzuständen sind Position und Zeitunsicherheiten groß, und die C/A-Code-Zeitraum- bzw. Zeitabschnitt-Mehrdeutigkeit resultiert in der Unkenntnis des Datenbit-Timings. Somit ist eine Bitsynchronisierung erforderlich, und es gibt eine Anzahl von geeigneten Verfahren, um die Bitsynchronisierung durch Erfassen des Moments der Änderung für das Bit (Grenze) zu erreichen. Die Erfassung der Bitgrenze ist notwendig, um die Navigationsdaten zu erfassen, um die kohärente Integration in der Regelschleife bzw. Tracking-Loop zu verwenden, und um Pseudobereiche zu berechnen.
Eine Histogramm-Annäherung des Standes der Technik unterbricht z.B. eine angenommene Datenbit-Periode (20 ms) in 20 C/A-Code 1-ms-Zeitraumperioden und ermittelt Vorzeichenwechsel zwischen aufeinander folgenden Zeiträumen. Für jeden ermittelten Vorzeichenwechsel wird eine entsprechende Histogramm-Zellenanzahl erhöht, bis eine Anzahl in einer spezifischen Zelle die anderen 19 Bits durch eine vorbestimmte Menge bzw. Wert überschreitet. Der Ablauf der Histogrammannäherung ist der folgende. Ein Zellenzähler wird beliebig festgelegt und läuft von 1 bis 20. Jeder ermittelter Vorzeichenwechsel wird durch Addieren von 1 zu einer Histogrammzelle gemäß des Zellenzählers erfasst bzw. aufgezeichnet. Der Ablauf setzt sich fort, bis eins der Folgenden eintritt: (a) Zwei Zellenanzahlen überschreiten einen ersten Schwellenwert, (b) Verlust der Sperre, und (c) eine Zellenanzahl überschreitet einen zweiten Schwellenwert. Wenn (a) eintritt, scheitert die Bitsynchronisierung wegen des niedrigen Verhältnisses C/N (Verhältnis zwischen der Leistung eines Trägers und der einer Störung) oder wegen des Fehlens der Bitzeichen-Übergänge bzw. -Transitionen, und die Bitsynchronisierung wird neu vorbereitet bzw. wieder initialisiert. Wenn (b) eintritt, wird die Sperre wieder hergestellt. Wenn (c) eintritt, ist die Bitsynchronisierung erfolgreich, und die C/A-Code-Zeitraumanzahl wird auf den korrekten Wert zurückgesetzt.
Dieses beachtend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erhöhen der Effizienz der extrahierten Information vom codierten Wiederholungssignal insbesondere für die niedrige C/N-Verwendung durch Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel des codierten Wiederholungssignals mit einer Bewertungs- bzw. Gewichtsfunktion.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Erhöhung der Effizienz der extrahierten Information vom codierten Wiederholungssignal, insbesondere für die niedrige C/N-Verwendung durch Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel des codierten Wiederholungssignals mit einer Gewichtsfunktion gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung gemäß Anspruch 7 bzw. 13. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Wie sich aus der detaillierten Beschreibung nachfolgend deutlicher zeigt, umfasst das beanspruchte Verfahren zum Bestimmen einer Bitgrenze eines codierten Wiederholungssignals Bits, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aufweist, mit: (a) wiederholtes Zählen der Zeiträume von einer Anfangsanzahl bis zu einer vorbestimmten Anzahl in einer vorbestimmten Zeit, (b) Erfassen der Vorzeichenwechsel in den Zeiträumen, (c) Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit einer Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungszahl des Zeitraumes, und (d) Bestimmen der Bitgrenze gemäß eines Ergebnisses aus Schritt (c).
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Aus führungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung. Darin zeigt:
1 ein schematisches Diagramm von Korrelations-Wertbildungen im Vergleich zu den Zeiträumen für dem Fall, dass die Signalqualität schwach ist.
2 ein Histogramm entsprechend 1 gemäß der Histogrammannäherung beim Stand der Technik.
3 ein Ablaufdiagramm eines Ablaufes gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ein schematisches Diagramm eines Ergebnisses entsprechend 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ein Histogramm gemäß 4.
6 ein schematisches Diagramm eines Ergebnisses gemäß 1 entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 eine Histogramm gemäß 6.
8 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der Histogrammannäherung des Stands der Technik kann ein Empfänger eine Bitgrenze ermitteln, wenn eine Zellenanzahl den zweiten Schwellenwert überschreitet. Wenn jedoch die Rauschleistung hoch ist oder die Signalqualität schwach ist, erleichtert die Anwendung der Histogrammannäherung, um die Bitgrenze falsch einzuschätzen. Zum Beispiel bezüglich 1 und 2. 1 stellt ein schematisches Diagramm von Korrela tions-Wertbildungen im Vergleich zu Zeiträumen für den Fall dar, dass die Signalqualität schwach ist, während 2 ein Histogramm entsprechend 1 gemäß der Histogrammannäherung des Stands der Technik darstellt. Weil die Signalqualität schwach ist, stellt das Histogramm in 2 eine Position von 1 als die Position der Bittransition dar, welche in Wirklichkeit 10 ist.
Kurz gesagt, die Histogrammannäherung des Stands der Technik ist für die niedrige C/N-Anwendung nicht geeignet.
Gemäß 3 stellt diese ein Ablaufdiagramm eines Ablaufes 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Der Ablauf 30 wird zum Bestimmen einer Bitgrenze eines codierten Wiederholungssignals genutzt, wie z.B. Positionierungssignale von Satelliten in einem GPS-System, das aus Bits zusammengestellt ist, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aufweist, und umfasst die folgenden Schritte:
Schritt 300: Start.
Schritt 301: Wiederholtes Zählen der Zeiträume von einer Anfangsanzahl bis zu einer vorbestimmten Anzahl in einer vorbestimmten Zeit.
Schritt 302: Ermitteln der Vorzeichenwechsel in den Zeiträumen.
Schritt 304: Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit einer Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungszahl des Zeitraumes.
Schritt 306: Bestimmen der Bitgrenze gemäß einem Ergebnis aus Schritt 304.
Schritt 308: Ende.
Gemäß des Ablaufes 30 erfasst die vorliegende Erfindung jeden ermittelten Vorzeichenwechsel mit der Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungszahl des Zeitraumes, um somit die zu findende Bittransition leichter zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel einen ermittelten Vorzeichenwechsel einer möglichen Bittransition in einer Histogrammzelle mit einer Gewichtung erfassen, die größer als eine Gewichtung gemäß einer unwahrscheinlichen Bittransition ist. Daher ist der Ablauf der vorliegenden Erfindung wie folgt. Ein Zellenzähler wird beliebig festgelegt und läuft von 1 bis 20 (oder von 0 bis 19). Jeder ermittelte Vorzeichenwechsel wird durch Addieren von 1·K zu einer Histogrammzelle entsprechend des Zellenzählers erfasst, wobei K ein Ergebnis der Gewichtsfunktion ist. Der Ablauf setzt sich fort, bis eins der Folgenden eintritt: (a) Zwei Zellenanzahlen überschreiten einen ersten Schwellenwert, (b) Verlust der Sperre und (c) eine Zellenanzahl überschreitet einen zweiten Schwellenwert. Wenn (a) eintritt, scheitert die Bitsynchronisierung wegen des niedrigen C/N oder mangels der Bitzeichentransitionen, und die Bitsynchronisierung wird wieder initialisiert. Wenn (b) eintritt, wird die Sperre wieder hergestellt. Wenn (c) eintritt, ist die Bitsynchronisierung erfolgreich, und die C/A-Code-Zeitraumanzahl wird auf den korrekten Wert zurückgesetzt.
Daher kann die vorliegende Erfindung durch Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit der Gewichtsfunktion die mögliche Bittransition finden. Zu beachten ist, dass die Gewichtsfunktion die mögliche Bittransition deutlicher macht, und zahlreiche Gleichungen dieses Ziel erreichen können. Zum Beispiel ist K = Wc, und
[epoch correlation value = Zeitraum-Korrelationswert]
wobei k eine Position eines Zeitraumes mit einem Vorzeichenwechsel in einem Bit ist.
Gemäß Gleichung 1, wenn eine Bittransition eintritt, wird ein Durchschnitt der Stichproben von und nachfolgend einer Position der Bittransition nahe einem Schwellenwert sein (ab bzw. ohne 0). Bezüglich 4 und 5 stellt 4 ein schematisches Diagramm eines Ergebnisses von Gleichung 1 gemäß 1, und 5 stellt ein Histogramm gemäß 4 dar. Das Histogramm in 5 stellt eine Position von 10 mit dem höchsten Wert dar, welcher die Position der Bittransition ist. Daher kann das in 5 dargestellte Histogramm zum Herausfinden der genauen Position der Bittransition verwendet werden, um somit die Bitgrenze zu bestimmen.
Anders als Gleichung 1, kann die Gewichtsfunktion K = Wb sein, und
wobei k eine Position eines Zeitraumes mit einem Vorzeichenwechsel in einem Bit ist.
Gemäß Gleichung 2 tritt ein maximaler oder minimaler Wert ein, wenn eine Bittransition auftritt, und ein Wert nahe 0, wenn aufeinander folgende Bits 0 oder 1 sind. Gemäß 6 und 7 stellt 6 ein schematisches Diagramm des Ergebnisses von Gleichung 2 gemäß 1, und 7 ein Histogramm gemäß 6 dar. Das Histogramm in 7 stellt eine Position von 10 mit dem höchsten Wert dar, welcher die Position der Bittransition ist. Daher kann das in 7 dargestellte Histogramm zum Herausfinden der genauen Position der Bittransition verwendet werden, um somit die Bitgrenze zu bestimmen.
Wie oben erwähnt, sind bei schwachen Signalzuständen die Position und Zeitungewissheiten groß, und die C/A-Code-Zeitraum-Mehrdeutigkeit ergibt sich in Unkenntnis des Datenbit-Timings. Die vorliegende Erfindung kann die Bitgrenzen effizient herausfinden, indem die möglichen Bittransitionen mit den Gewichtsfunktionen deutlicher erstellt werden, um somit die Bitsynchronisierung zu erreichen, die Navigationsdaten zu erfassen, die kohärente Integration im Tracking-Loop anzuwenden, und die Pseudobereiche zu berechnen.
Über eine Durchführung des Ablaufes 30 wird auf 8 Bezug genommen, die ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 80 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Vorrichtung 80 wird zum Bestimmen einer Bitgrenze eines kodierten Wiederholungssignals genutzt, wie zum Beispiel Positionierungssignale von Satelliten in einem GPS-System, das aus Bits zusammengestellt ist, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aufweist, und einen Zähler 800, eine Ermittlungseinheit 802, eine Speichereinheit 804, und eine Entscheidungseinheit 806 umfasst. Der Zähler 800 zählt wiederholt die Zeiträume von einer Anfangszahl bis zu einer vorbestimmten Zahl in einer vorbestimmten Zeit. Die Ermittlungseinheit 802 ermittelt Vorzeichenwechsel in den Zeiträumen. Die Speichereinheit 804 erfasst jede ermittelte Vorzeichenwechsel mit einer Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungsnummer des Zeitraumes. Die Entscheidungseinheit 806 bestimmt die Bitgrenze gemäß eines statistischen Ergebnisses der Speichereinheit 804 nach der vorbestimmten Zeit.
Daher kann die Vorrichtung 80 es ermöglichen, die Bittransition leichter herauszufinden. Zum Beispiel wird der Zähler 800 beliebig eingestellt und läuft von 1 bis 20 (oder von 0 bis 19). Jeder durch die Ermittlungseinheit 802 ermittelte Vorzeichenwechsel wird durch Addieren von 1·K zu einer Histogrammzelle entsprechend des Zellenzählers in der Speichereinheit 804 erfasst, wobei K ein Ergebnis der Gewichtsfunktion ist. Danach bestimmt die Entscheidungseinheit 806 die Bitsynchronisierung gemäß der folgenden Regeln: (a) Zwei Zellenanzahlen überschreiten einen ersten Schwellenwert, (b) Verlust der Sperre, und (c) eine Zellenanzahl überschreitet einen zweiten Schwellenwert. Wenn (a) eintritt, scheitert die Bitsynchronisierung wegen des niedrigen C/N oder mangels der Bitzeichentransitionen, und die Bitsynchronisierung wird wieder initialisiert. Wenn (b) eintritt, wird die Sperre wieder hergestellt. Wenn (c) eintritt, ist die Bitsynchronisierung erfolgreich, und die C/A-Code-Zeitraumanzahl wird auf den korrekten Wert zurückgesetzt.
Daher kann die Vorrichtung 80 durch Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit der Gewichtsfunktion die mögliche Bittransition finden. Zu beachten ist, dass die Gewichtsfunktion die mögliche Bittransition deutlicher machen soll, und zahlreiche Gleichungen dieses Ziel erreichen können, wie z.B. die oben erwähnten Gleichungen 1 und Gleichungen 2.
Im Vergleich verbessert die vorliegende Erfindung die Histogrammannäherung, um die möglichen Bittransitionen deutlicher zu machen als es der Stand der Technik macht, so dass ein gemäß der vorliegenden Erfindung erstellter Positionierungsempfänger auch bei schwachen Signalzuständen, in denen Position und Zeitunsicherheiten groß sind, verwendbar ist. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann die Effizienz des Extrahierens der Informationen von den kodierten Wiederholungssignalen verbessern, und ist für geringe C/N-Anwendungen geeignet.
Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese besonderen Ausführungsformen begrenzt. Abänderungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre. Sie werden durch die folgenden Ansprüche definiert.
Zusammenfassend kann Folgendes festgehalten werden:
Ein Verfahren zum Bestimmen einer Bitgrenze eines kodierten Wiederholungssignals umfasst Bits, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aufweist, mit: (a) wiederholtes Zählen der Zeiträume von einer Anfangszahl bis zu einer vorbestimmten Zahl in einer vorbestimmten Zeit, (b) Ermitteln der Vorzeichenwechsel in den Zeiträumen, (c) Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit einer Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungszahl des Zeitraumes, und (d) Bestimmen der Bitgrenze gemäß einem Ergebnis aus Schritt (c).

30: Ablauf
80: Vorrichtung
800: Zähler
802: Ermittlungseinheit
804: Speichereinheit
806: Entscheidungseinheit

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Bitgrenze eines kodierten Wiederholungssignals, wobei das kodierte Wiederholungssignal Bits aufweist, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aufweist, mit folgenden Schritten: (a) wiederholtes Zählen der Zeiträume von einer Anfangszahl bis zu einer vorbestimmten Zahl in einer vorbestimmten Zeit; (b) Ermitteln der Vorzeichenwechsel in den Zeiträumen; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner Folgendes aufweist: (c) Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit einer Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungszahl des Zeitraumes; und (d) Bestimmen der Bitgrenze gemäß einem Ergebnis aus Schritt (c).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) das Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel durch Addieren von 1·K zu einem Histogramm gemäß der Abzählungszahl des Zeitraumes umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass K = Wc ist, und
wobei k eine Position eines Zeitraumes mit einem Vorzeichenwechsel, a > 0, b > 0, und (a + b + 1) gleich der vorbestimmten Zahl ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wc in einem Schwellenwert begrenzt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass K = Wb ist, und
wobei c > 0, d > 0, k eine Position eines Zeitraums mit einem Vorzeichenwechsel, und (c + d + 1) gleich der vorbestimmten Zahl ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kodierte Wiederholungssignal ein Positionierungssignal ist, das von einem Satellit ausgesendet wird.
Vorrichtung (80) zum Bestimmen einer Bitgrenze eines kodierten Wiederholungssignals mit Bits, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aufweist, umfasst die Vorrichtung Folgendes: – ein Zähler (800) zum wiederholten Zählen der Zeiträume von einer Anfangszahl bis zu einer vorbestimmten Zahl in einer vorbestimmten Zeit; – eine Ermittlungseinheit (802) zum Ermitteln der Vorzeichenwechsel in den Zeiträumen; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (80) Folgendes aufweist: – eine Speichereinheit (804) zum Erfassen von jedem ermittelten Vorzeichenwechsel mit einer Gewichtsfunktion bis zu einer entsprechenden Abzählungszahl des Zeitraumes; und – eine Entscheidungseinheit (806) zum Bestimmen der Bitgrenze gemäß eines statistischen Ergebnisses der Speichereinheit (804) nach der vorbestimmten Zeit.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (804) jeden ermittelten Vorzeichenwech sel durch Addieren von 1·K zu einem Histogramm entsprechend der Abzählungszahl des Zeitraumes erfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass K = Wc ist, und
wobei k eine Position eines Zeitraumes mit einem Vorzeichenwechsel in einem Bit, a > 0, b > 0, und (a + b + 1) gleich der vorbestimmten Zahl ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Wc in einem Schwellenwert begrenzt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass K = Wb ist, und
wobei k eine Position eines Zeitraums mit einem Vorzeichenwechsel, c > 0, d > 0 und (c + d + 1) gleich der vorbestimmten Zahl ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das kodierte Wiederholungssignal ein von einem Satelliten ausgesandtes Positionierungssignal ist.
Ein GPS-Empfänger umfasst die Vorrichtung zum Bestimmen einer Bitgrenze eines kodierten Wiederholungssignals mit Bits, wobei jedes eine Mehrzahl von Zeiträumen aus Anspruch 7 aufweist, bzw. durch wenigstens eines der Merkmale der Ansprüche 7 bis 12 gekennzeichnet ist.