DE102009044731A1

DE102009044731A1 - Sperrung von Quadrierungsverlusten für niedrige Signalpegel in Positionsbestimmungssystemen

Info

Publication number: DE102009044731A1
Application number: DE102009044731A
Authority: DE
Inventors: Mikael Hjelm; Joakim Landmark; Andreas Schmid
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: DE102009044731B4

Abstract

Es werden Ausführungsformen bezüglich Akquisition, Detektion und Verarbeitung eines Hochfrequenzsignals in einem globalen Positionsbestimmungssystem beschrieben und abgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen Empfänger zur Detektion und Verarbeitung eines Satellitennavigationssignals und ein diesbezügliches Verfahren.
Die Satellitennavigation ist zu einem Erfordernis für vielfältige elektronische Positionsbestimmungsgeräte geworden, darunter Produkte, die für Fahrzeug- und tragbare Anwendungen bestimmt sind. Als Ergebnis werden städtische und Innenbereiche für aufkommende Satellitennavigationsentwürfe immer wichtiger. Dämpfungs-, Schattenbildungs- und Mehrwege-Fading-Effekte in städtischen Schluchten und Innenbereichen verschlechtern häufig die empfangenen Satellitennavigationssignale. Signalhindernisse in diesen Umgebungen führen oft zu begrenzter Dienstverfügbarkeit.
Ein heutzutage zur Bestimmung einer Position eines Mobilfunkempfängers verwendetes Navigationssystem kann das auf Satelliten basierende GPS-System („Global Positioning System”) und in der nahen Zukunft das europäische Galileo-System benutzen. Die Ausdrücke „GPS” und „Galileo” werden hier austauschbar verwendet und werden hier auch als ein GNSS (Global Navigation Satellite System; „globales Navigationssatellitensystem”) bezeichnet werden. Beide Systeme arbeiten ähnlich und verwenden jeweils etwa 24 bis 31 im Orbit befindliche Satelliten, wobei jeder Satellit eine genau bekannte Position und Zeit aufweist und ein Signal mit einem Zeitstempel sendet, der angibt, wann das Signal von dem Satelliten gesendet wurde. Um in der Lage zu sein, die Position des Mobilempfängers zu berechnen, sind Satellitenzeitgeber in jedem System genau mit einer gemeinsamen Zeitreferenz synchronisiert. Der Mobilemp fänger berechnet seine Position durch die folgenden (vereinfachten) Schritte: als Erstes wird der Zeitstempel von mindestens vier Satelliten durch den Mobilempfänger aus empfangenen Signalen extrahiert und die Ankunftszeit der zeitgestempelten Nachricht wird aufgezeichnet. Die Distanz von jedem Satelliten zu dem Mobilempfänger wird durch Vergleichen des jeweiligen Zeitstempels mit seiner Ankunftszeit unter Verwendung der genau bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Funksignals berechnet. Der Mobilempfänger kann die Position jedes Satelliten jederzeit unter Verwendung von Satelliten-Ephemerisdaten, die regelmäßig aktualisiert und von den Satelliten gesendet wird, genau bestimmen. Somit kann der Mobilempfänger die Distanz zu mindestens drei der Satelliten unter Verwendung von Triangulation berechnen. Der Zeitgeber im Mobilempfänger ist jedoch möglicherweise nicht genau mit den synchronisierten Zeitgebern in den Satelliten synchronisiert. Im Allgemeinen wird ein durch den Mobilempfänger von einem vierten Satelliten empfangenes zeitgestempeltes Signal verwendet, um die Zeitgeberunbestimmtheit in dem Mobilempfänger zu kompensieren. Um die Genauigkeit bei der Bestimmung des Orts des Mobilempfängers noch weiter zu verbessern, werden in der Regel Perturbationseffekte, die an dem empfangenen Signal wirken, wie etwa atmosphärische Effekte, Erddrehung, Relativität usw., in die Berechnung des Orts des Mobilempfängers aufgenommen.
GPS-Satelliten senden auf Trägerfrequenzen von 1,57542 GHz (für das Signal GPS L1) und 1,2276 GHz (für das Signal GPS L2). Der GPS-Träger wird mit einer Spreizspektrumtechnik moduliert, wobei ein Pseudozufallscode mit einer Bitrate von 1,023 Mchip/s (Megachips pro Sekunde) für den GPS-Code der groben Akquisition („C/A”) und 10,23 Mchip/s für den präzisen (P) GPS-Code verwendet wird. Somit bilden abhängig von dem GPS-Signal etwa 100–2000 Trägerzyklen einen Spreizspektrum-Chip. Da die Lichtgeschwindigkeit (in einem Vakuum) etwa 299.792.458 m/s ist, beträgt die „Länge” eines Chips bei 1 Mchip/s etwa 300 m und bei 10 Mchip/s etwa 30 m. Das heißt, dass, um gute Genauigkeit bei der Positionsberechnung zu erhalten, die Ankunftszeit durch den Mobilempfänger innerhalb eines relativ kleinen Bruchteils eines Chips bestimmt werden muss. Existierende Produkte können die Position mit einer Genauigkeit von viel besser als 10 m bestimmen, wenn ein ausreichend hoher Rauschabstand (Signal-zu-Rausch-Verhältnis) besteht, wodurch bestätigt wird, dass es möglich ist, die Ankunftszeit des empfangenen Signals mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Praktische Satellitennavigationsanwendungen erfordern somit Galileo-/GPS-Empfänger mit hoher Positionsbestimmungsgenauigkeit bei niedrigem Rauschabstand. Dies gilt insbesondere für Anwendungen in städtischen und Innenumgebungen, bei denen die Umrisse von Gebäuden und Fahrzeugen die durch die Satelliten gesendeten Signale dämpfen, die bei ungehindertem Empfang auf der Erdoberfläche bereits mit etwa –158,5 dBW recht schwach sind. Das Ergebnis ist eine Verschlechterung der Positionsbestimmungsgenauigkeit in städtischen und Innenumgebungen hinsichtlich Benutzererwartungen oder Systemanforderungen.
Eine verbesserte Empfangsempfindlichkeit ist ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Satellitennavigation im Massenverbrauchermarkt. Galileo-/GPS-Empfänger mit hoher Akquisitions- und Detektionsempfindlichkeit würden eine größere Verbreitung der Nutzung der Satellitennavigation ermöglichen.
Der Entwurf eines verbesserten Galileo-/GPS-Empfängers, der verbesserte Signalakquisition und -detektion und entsprechend verbesserte Positionsbestimmungs-Verfügbarkeit und -Genauigkeit insbesondere in einer Umgebung mit niedrigem Empfangsrauschabstand bereitstellt, würde somit einen ungedeckten Anwendungsbedarf decken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Galileo-/GPS-Empfänger mit hoher Akquisitions- und Detektionsempfindlichkeit zu schaffen. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform werden ein Empfänger, der dafür ausgelegt ist, ein CDMA-Signal in einer Stufe der kohärenten Integration kohärent zu integrieren, und ein diesbezügliches Verfahren bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform ist der Empfänger ein Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems, wie etwa ein Galileo- oder GPS-Empfänger. Der Empfänger enthält eine Datenquelle, die dafür ausgelegt ist, ein Duplikat (oder eine Nachbildung) einer auf ein CDMA-Signal („Code Division Multiple Access”) modulierten Datenbitsequenz zu produzieren, und eine Stufe der kohärenten Integration, die dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal über eine erste Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der Datenbitsequenz kohärent zu integrieren. Bei einer Ausführungsform ist die Datenquelle dafür ausgelegt, das Duplikat der Datenbit unter Verwendung eines Signals zu produzieren, das aus einer mit den Datenbit modulierten externen drahtlosen Quelle empfangen wird. Bei einer Ausführungsform wird das Duplikat der auf das CDMA-Signal modulierten Datenbitsequenz in dem Empfänger unter Verwendung von aus einer externen drahtlosen Quelle empfangenen Hilfsdaten produziert. Die Hilfsdaten könnten einen Satellitenalmanach und eine Zeitsteuerungsreferenz umfassen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Abwärtsumset zungsstufe in dem Empfänger dafür ausgelegt, das CDMA-Signal in ein Basisbandsignal umzusetzen, und eine Frequenzschätzstufe ist dafür ausgelegt, ein Frequenzkorrektursignal für einen Lokaloszillator (lokalen Oszillator) zu produzieren, um ein frequenzkorrigiertes Lokaloszillatorsignal zu produzieren. Die Stufe der kohärenten Integration ist dafür ausgelegt, das CDMA-Signal über eine zweite Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der auf das CDMA-Signal modulierten Datenbitsequenz und des frequenzkorrigierten Lokaloszillatorsignals kohärent zu integrieren. Bei einer Ausführungsform ist die Stufe der kohärenten Integration dafür ausgelegt, das CDMA-Signal neu über die erste Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der Datenbit und des frequenzkorrigierten Lokaloszillatorsignals kohärent zu integrieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Empfänger eine Modulationsdaten-Überlagerungsquelle, die dafür ausgelegt ist, Echtzeit-Modulationsdaten für ein CDMA-Signal in einem gewählten Sub-Rahmen des GNSS („globalen Navigationssatellitensystems”) des CDMA-Signals zu produzieren. Die Echtzeit-Modulationsdaten werden unter Verwendung zuvor gespeicherter Satellitendaten oder Hilfsdaten produziert, wobei das Produzieren der Echtzeit-Modulationsdaten beim Empfang eines Zeitsteuerungssignals von einer externen drahtlosen Quelle eingeleitet wird. Der Empfänger umfasst eine Stufe der kohärenten Integration, die dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal über eine erste Integrationsperiode unter Verwendung der Echtzeit-Modulationsdaten kohärent zu integrieren. Die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten können Almanachdaten umfassen. Die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten könnten zuvor gespeicherte Satellitenmodulationsdaten aus einem zuvor gesendeten Galileo- oder GPS-(„Global Positioning System”)Sub-Rahmen umfassen.
Bei einer Ausführungsform umfassen die zuvor gespeicherten Satellitenmodulationsdaten Daten, die von der externen drahtlosen Quelle mit einer Trägerfrequenz der externen drahtlosen Quelle, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist, empfangen werden. Bei einer Ausführungsform umfasst der gewählte GPS-Sub-Rahmen den GPS-Sub-Rahmen 4 und/oder den GPS-Sub-Rahmen 5.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung werden in den beigefügten Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich. In den Figuren bezeichnen in den verschiedenen Ansichten durchweg identische Bezugssymbole dieselben Bestandteile, und sie werden der Kürze halber möglicherweise nur einmal beschrieben. Für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Galileo-/GPS-Empfängers, der Techniken der kohärenten und nichtkohärenten Integration verwendet, die selektiv durch einen logischen Schalter freigegeben werden, der auf einen Rauschabstand des empfangenen Signals reagiert;
2 ein Blockdiagramm eines Galileo-/GPS-Empfängers, der Techniken der kohärenten und Skalarproduktintegration verwendet, die selektiv durch einen logischen Rauschabstandschalter freigegeben werden;
3 eine repräsentative Zeichnung eines Mobil-Galileo-/GPS-Empfängers an einem ungehinderten Ort, der gedämpfte Satellitensignale und Daten von Slave-Sendern empfängt, wodurch eine Umgebung für die Anwendung einer Ausführungsform reprä sentiert wird;
4 eine grafische Zeichnung von Integrationsergebnissen von 50 kohärenten 100-ms-Integrationen unter Verwendung von durch einen Slave-Sender gesendeten Hilfsdaten, wodurch ein gemäß einer Ausführungsform konstruierter Detektor repräsentiert wird;
5 eine grafische Zeichnung von Integrationsergebnissen von 50 nichtkohärenten 100-ms-Integrationen entsprechend dem in 4 repräsentierten empfangenen Signal;
6 eine grafische Zeichnung von Integrationsergebnissen von 50 nichtkohärenten 397-ms-Integrationen entsprechend dem in 4 repräsentierten empfangenen Signal;
7 ein Blockdiagramm einer Signalflussstruktur für einen mit kohärenter Integration gebildeten Galileo-/GPS-Empfänger, die von einer sekundären bzw. Slave-Datenquelle empfangene Daten verarbeitet, die gemäß einer Ausführungsform konstruiert ist;
8 ein Rahmenformat für durch Slave-Sender gesendete Daten, das gemäß einer Ausführungsform konstruiert ist; und
9 ein Blockdiagramm von Teilen eines Galileo-/GPS-Empfängers mit einer Host-Plattform, die gemäß einer Ausführungsform konstruiert ist.
Die Herstellung und Verwendung der zurzeit bevorzugten Ausführungsformen werden nachfolgend ausführlich besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in vielfältigen spezifischen Kontexten realisiert werden können. Die spezifischen besprochenen Ausführungsformen veranschauli chen lediglich spezifische Arten der Herstellung und Verwendung der Erfindung und begrenzen nicht den Schutzumfang der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich als ein Prozess und Verfahren zur Bereitstellung von verbesserter Signalaquisitions- und -detektionsfähigkeit für ein HF-(Hochfrequenz-)Signal, wie etwa ein Satellitennavigationssignal.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann auch auf andere Signaldetektionsanordnungen in einem Hochfrequenzempfänger, zum Beispiel auf einen Mobiltelefonempfänger, angewandt werden. Unter Verwendung der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Konzepte können weitere Signaldetektionsanordnungen konstruiert und angewandt werden, die hier eingeführte Prozesse in verschiedenen Kontexten verwenden, wie zum Beispiel eine Signaldetektionsanordnung, die verwendet wird, um ein hochfrequenzmoduliertes Trägersignal zu detektieren, das per Funk oder einen fest verdrahteten Kanal zu einem Empfänger in einem lokalen Netzwerk oder zu einem Fernsehausstrahlungsempfänger gesendet werden könnte.
Kohärente Integration bei der Signaldetektion bezieht sich auf die Verarbeitung sowohl des Betrags als auch der Phase eines empfangenen Signals. Kohärente Integration kann durch separates Integrieren von vorzeichenbehafteten Real- und Imaginärkomponenten eines in der komplexen Ebene repräsentierten Signals ausgeführt werden, zum Beispiel durch separates Integrieren der vorzeichenbehafteten gleichphasigen und Quadratur-Signalkomponenten. Das empfangene Signal kann nach Abwärtsumsetzung in das Basisband unter Verwendung eines Lokaloszillators, der eine ungenau auf die Trägerfrequenz des Senders abgestimmte Frequenz aufweisen kann, über einen be grenzten Zeitraum kohärent integriert werden. Zum Beispiel kann der Lokaloszillator eine Frequenz aufweisen, die aus einer Frequenzsuchtabelle ausgewählt wird, die in dem Prozess des Beschaffens eines empfangenen globalen Navigationssatellitensignals verwendet wird. Solche globalen Navigationssatellitensysteme umfassen die Galileo- und GPS-Systeme, und hier beschriebene Anwendungen von Ausführungsformen sind nicht auf diese Systeme beschränkt.
Der Ausdruck kohärente Integration kann die Verarbeitung eines Signals mit einem Prozess des „Multiplizierens und Akkumulierens” umfassen, wobei eine Funktion, die eine inverse Charakteristik einer Spreizspektrummodulation repräsentiert, mit einem empfangenen Signal multipliziert wird. Die inverse Charakteristik kann eine Inverse einer Zeitantwort eines Filters an jedem Ende des Kommunikationsweges oder eine inverse Charakteristik des Kommunikationsweges zwischen einem Satelliten und dem Empfänger umfassen. Die Multiplikation kann Multiplikation mit einer Funktion mit einem komplexen Wert, wie etwa einer komplexwertigen modulierenden Signalkonstellation, umfassen. Ein allgemein in einem Empfänger verwendetes angepasstes Filter kann auch einen Prozess der kohärenten Integration bereitstellen. Systeme, die kohärente Integration verwenden, umfassen ohne Beschränkung Satellitennavigationsempfänger, Mobilkommunikationsempfänger, Satellitenkommunikationsempfänger, Empfänger eines lokalen Netzwerks und Radio- und Fernsehempfänger.
Eine lange Periode der kohärenten Integration für die Signaldetektion in einem GPS-Empfänger führt zu einer höheren Empfangsempfindlichkeit. Hohe Empfangsempfindlichkeit ist für Positionsbestimmungsgenauigkeit in einer Umgebung mit niedrigem Rauschabstand, insbesondere in einer Umgebung mit einem Kommunikationsweg ohne Sichtlinie, wichtig. Die Empfangsempfindlichkeit kann um etwa 3 dB verbessert werden, wenn die Periode der kohärenten Integration verdoppelt wird. Die maximale Periode der kohärenten Integration wird jedoch durch das Frequenzoffset eines zur Abwärtsumsetzung in dem GPS-Empfänger mit Bezug auf die Frequenz des empfangenen Trägers verwendeten Lokaloszillatorfrequenzsignals begrenzt.
Für die Positionsbestimmung in tiefen städtischen und mäßigen Innenumgebungen, in denen verbesserte Empfangsempfindlichkeit für ein Signal, das in einer ungehinderten Umgebung nur etwa –158,5 dBW beträgt, eine Vorausbedingung ist, ist die nichtkohärente Integration zu dem neuesten Stand der Signaldetektionstechnik geworden. Nichtkohärente Integration bezieht sich im Allgemeinen auf die Verarbeitung nur des Betrags eines empfangenen Signals. Im Gegensatz zu sehr langen Intervallen der kohärenten Integration, die eine genaue Abstimmung der Frequenz des Lokaloszillators mit der Frequenz des empfangenen Trägers erfordern, kann nichtkohärente Integration einen hohen Grad von Lokaloszillator-Frequenzabweichung aufrechterhalten.
Eine bekannte Verwendung der kohärenten Integration ist für die anfängliche Signalakquisition, da Modulationsdaten aus dem Satelliten unbekannt sind. Wenn kohärente Integration verwendet werden würde, würde die Integration über ein geändertes Modulationsdatenbit, wie zum Beispiel ein binärphasenumgetastetes Modulationsdatenbit, das von „1” zu „0” wechselt, sowie in dem GPS-System verwendet wird, aufgrund der invertierten Phase über eine Datenbitgrenze des modulierten Signals hinweg ein 0- oder kleines Integrationsergebnis produzieren. Wenn kohärente Integration in stark behinderten städtischen oder Innen-Kommunikationsumgebungen verwendet werden würde, würde eine 20-ms-Integrationsperiode, die bei der GPS-Modulationsfrequenz von 50 Hz einem Modulationsdatenbit entspricht, unzureichenden Rauschabstand für zuverlässige Signalakquisition und -detektion bereitstellen. Eine Technik zur Bereitstellung von kohärenter Integration jenseits eines 20-ms-Intervalls ist somit ein wesentliches Element in solchen stark behinderten Kommunikationsumgebungen.
Nunmehr mit Bezug auf 1 ist ein Blockdiagramm eines Galileo-/GPS-Empfängers dargestellt, der kohärente und nichtkohärente Integrationstechniken verwendet, die selektiv durch einen logischen Schalter als Reaktion auf einen Rauschabstand (Signal-zu-Rausch-Verhältnis) eines empfangenen Signals freigegeben werden. Und in 2 ist ein Blockdiagramm eines Galileo-/GPS-Empfängers dargestellt, der kohärente und Skalarprodukt-Integrationstechniken verwendet, die durch einen ähnlichen logischen Rauschabstandschalter selektiv freigegeben werden. In jedem in 1 und 2 dargestellten Empfänger wird ein Signal durch eine Antenne 101 empfangen, die mit einem HF-(„Hochfrequenz”-)Frontend 102 gekoppelt ist, das das empfangene Signal verstärkt, abwärts umsetzt und filtert. Der Korrelationsblock 103 entspreizt das Signal dann, um ein komplexes (abgetastetes) digitales Basisbandsignal zu bilden. Der folgende Integrationsblock (der in 1 dargestellte kohärente/nichtkohärente Integrationsblock 104 oder der in 2 dargestellte kohärente/Skalarprodukt-Integrationsblock 204) produziert eine Entscheidungsstatistik für das Signal, das in dem folgenden Spitzendetektionsblock 105 detektiert wird. Das resultierende Signal wird dann in dem Positionsberechnungsblock 106 verwendet, um eine physische Position für den Galileo-/GPS-Empfänger zu bestimmen.
Da nichtkohärente Integration nur den Betrag der Datenbits integriert, vermeidet sie Datenbitauslöschung, wenn sich ein Modulationsdatenbit ändert. Die nichtkohärente Integration verursacht jedoch im Vergleich zu kohärenter Integration eine Reduktion des Rauschabstands, was als „Quadrierungsverluste” bezeichnet wird. In einer Situation mit niedrigem Rauschabstand wird auch die Rauschenergie quadriert, wodurch der Rau schabstandgewinn des nichtkohärent integrierten Signals reduziert wird.
Ein Nachteil der nichtkohärenten Integration besteht somit darin, dass sie die Empfangsempfindlichkeit nicht so effizient wie kohärente Integration verbessern kann, wenn die Integrationsperiode vergrößert wird. Die Verdopplung einer Periode der nichtkohärenten Integration kann die Empfangsempfindlichkeit um etwa 1,5 dB verbessern. Die Verdopplung einer Periode der kohärenten Integration verbessert dagegen die Empfangsempfindlichkeit um etwa 3 dB. Dies ist ein wesentlicher Nachteil der nichtkohärenten Integration, da verlängerte nichtkohärente Integration nur die Hälfte des Gewinns einer vergleichbar verlängerten Periode der kohärenten Integration liefert.
Eine andere aktuelle Lösung umfasst Skalarprodukt-Integration, wobei die Integration nur lange genug ausgeführt wird, um die Quadrierungsverluste zu kompensieren. Das Skalarprodukt weist bei niedrigen Rauschabstandswerten immer noch wesentliche Verluste auf, und die längere Integrationsperiode verbraucht Strom, was bei einem batteriebetriebenen Gerät ein Nachteil ist.
Bei hier beschriebenen Ausführungsformen werden decodierte Satellitendatenbit durch einen Satellitendaten-Slave-Sender mit einer Rahmen-Wiederholungsrate wiederholt, d. h. einmal alle 20 ms oder einem ganzzahligen Vielfachen davon. In dem GPS-System beträgt die Modulationsdatenrate 50 Hz, entsprechend einer GPS-Rahmenwiederholungsperiode von 20 ms. Die Übertragung decodierter Satellitendatenbit erfolgt durch Satellitendaten-Slave-Sender, die sich an besonders schwierigen Empfangsstandorten für ein GPS-Signal befinden, d. h. in Inneneinrichtungen, Tunneln, Zügen oder ähnlichen Strukturen. Die Slave-Sender sind mit einem GPS-Positionsbestimmungs empfänger verbunden, der so angeordnet wird, dass er GPS-Daten mit einem ungehinderten Kommunikationsweg zu den Satelliten decodieren kann.
Nunmehr mit Bezug auf 3 ist eine repräsentative Zeichnung dargestellt, die einen Mobil-Galileo-/-GPS-Empfänger an einem ungehinderten Ort zeigt, der gedämpfte Satellitensignale und lokal gesendete Hilfsdaten von Slave-Sendern empfängt, wodurch eine Umgebung für die Anwendung einer Ausführungsform repräsentiert wird. Wie in 3 dargestellt, empfängt ein Galileo-/GPS-Empfänger 303 schwache Signale 306, die durch eine Struktur 302 gedämpft werden, von Satelliten S1 und S2. Slave-Antennen, wie etwa die Slave-Antenne 305, die mit Satellitendaten-Slave-Sendern, wie etwa dem Satellitendaten-Slave-Sender 304, gekoppelt sind, empfangen Direkt-Sichtlinien-Satellitensignale, wie etwa das Sichtlinien-Signal 301. Die Slave-Sender senden decodierte Satellitendatenbit, die den Datenbit entsprechen, die auf das Signal moduliert werden, das durch den Galileo- oder GPS-Satelliten gesendet wird, dergestalt, dass die Latenz der in einem Galileo-/GPS-Empfänger von dem Slave-Sender empfangenen decodierten Bit relativ zu dem von dem Galileo-/GPS-Satelliten empfangenen Signals im Wesentlichen bekannt oder bestimmt sein kann. Bei einer Ausführungsform senden die Slave-Sender decodierte Satellitendatenbit, die den in einem Galileo-/GPS-Empfänger empfangenen Satellitensignal-Datenbit entsprechen und im Wesentlichen mit diesen synchronisiert sind. Auf diese Weise kann ein Galileo-/GPS-Empfänger, der sich in einem Bereich mit schwachem Signalempfang befindet, Korrelationsergebnisse in einem Signaldetektionsprozess speichern, bis über die Satellitendaten-Slave-Sender Informationen empfangen werden, die angeben, ob ein empfangenes Bit eine 1 oder eine 0 ist. Wenn zum Beispiel das empfangene Datenbit eine 0 war, wird das Korrelationsergebnis vor der Integration mit –1 multipliziert, und wenn es eine 1 war, wird das Ergebnis unver ändert integriert. Die Notwendigkeit der Hilfsdaten bei dem Signaldetektionsprozess, der ein integraler Teil von A-GPS bei 3GPP ist, kann bei bestimmten Ausführungsformen auch beseitigt werden, da derselbe Informationsinhalt aus der empfangenen bitweisen Datenmodulation aus dem sekundären Slave-Senderkanal abgeleitet werden kann.
Die Slave-Sender können ein beliebiges Medium zur Übertragung der decodierten Daten benutzen. Die durch einen Slave-Sender gesendeten Bit werden bei einer Ausführungsform auf einem Frequenzband gesendet, das von allen Galileo- und GPS-Trägersignalen verschieden ist, wie z. B. in Form eines FM-Signals („Frequenzmodulation”) oder eines PM-Signals („Phasenmodulation”) oder eines Signals, das einem zellularen oder lokalen Netzwerk oder einem Ausstrahlungssignal zugeteilt ist. Die Bit könnten sogar durch terrestrische Fernseh- oder Rundfunksender gesendet werden, solange ihre Signale in Bereichen decodiert werden können, von denen erwartet wird, dass sie von einem Galileo-/GPS-Empfänger benutzt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen wird Dienstgüte des durch Slave-Sender benutzten drahtlosen Mediums aufgenommen, um die Notwendigkeit von Puffern in dem positionsbestimmenden Galileo-/GPS-Empfänger zu verringern. Die niedrige Datenrate und die Nähe eines Slave-Senders zu einem Galileo-/GPS-Empfänger ermöglichen eine zuverlässige Wiederholung der Galileo-/GPS-Daten mit bekannter oder minimaler Latenz.
Die erforderliche Genauigkeit für die Latenz der durch einen lokalen Slave-Sender gesendeten Bit kann geschätzt werden, wenn man berücksichtigt, dass die Datenbit-Modulationsrate bei dem GPS-System nur 50 Hz beträgt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines HF-Signals über eine Funkschnittstelle beträgt ungefähr 1 Fuß pro Nanosekunde. Wenn ein Galileo-/GPS-Empfänger und ein Slave-Sender etwa 100 Fuß auseinander liegen, beträgt somit die Unbestimmtheit der Ausbreitungszeit über die Funkschnittstelle ungefähr 100 ns oder 0,0005% eines 20-ms-GPS-Datenbit, was sich für sich nur insignifikant auf die Signalakquisition oder -detektion auswirkt. Wenn ein lokaler Slave-Sender die Modulationsdaten mit einer bekannten Weiterübertragungslatenz weiter überträgt, kann die Gesamt-Latenzunbestimmtheit somit im Vergleich zu einem Galileo- oder GPS-Datenbit klein sein, wodurch keine wesentliche Verschlechterung der Leistungsfähigkeit eines hier eingeführten Satellitensignalakquisitions- und -detektionsprozesses eingeführt werden würde. Wenn der Ort des Galileo-/GPS-Empfängers wesentlich von dem Slave-Sender getrennt ist, kann eine weitere Berücksichtigung, wie etwa eine a-priori-Schätzung des Orts des Galileo-/GPS-Empfängers mit Bezug auf den Slave-Sender erforderlich sein, um die Latenzunbestimmtheit zu verringern.
Die Modulationsbit für einen bestimmten Satelliten, die von einem Slave-Sender gesendet werden, werden bei einer Ausführungsform auf einem designierten Kanal für den bestimmten Satelliten gesendet, wodurch ein Galileo-/GPS-Empfänger den Slave-Senderbitstrom mit dem empfangenen Signal eines bestimmten Satelliten korrelieren kann.
Ein Vorteil der Verwendung der durch einen Slave-Sender gesendeten Datenbit besteht darin, dass die Quadrierungsverluste durch Verwendung kohärenter Integration vermindert werden können. Dies führt zu einem Gewinn von etwa 1 dB beim Rauschabstand pro dB des Rauschabstands unter –150 dBM Trägerleistung. Ein Vorteil des Prozesses besteht darin, dass der minimale Grad des Galileo-/GPS-Signalempfangs von –160 dBM auf –170 dBM Trägerleistung oder weniger für derzeitige Spitzenprodukte verlagert wird. Die Integrationszeit und dadurch der Stromverbrauch werden dementsprechend für Signale mit einer Trägerleistung unter –150 dBM wesentlich verringert.
Nunmehr mit Bezug auf 4 ist eine grafische Zeichnung dargestellt, die Integrationsergebnisse von fünfzig Versuchen („Iterationen”) einer kohärenten 100-ms-Integration als Funktion der Korrelationsoffset-Zeit (wobei die „Korrelationsoffset-Zeit” ungefähr in Einheiten von einem Zehntel eines Chipintervalls ausgedrückt wird) unter Benutzung von durch einen Slave-Sender gesendeten Daten zeigt, wodurch ein gemäß einer Ausführungsform konstruierter Empfänger repräsentiert wird. Das Verhältnis der korrekten Spitze zu der höchsten falschen Spitze beträgt ungefähr 10,7 dB.
5 zeigt eine grafische Zeichnung, die Integrationsergebnisse von fünfzig Versuchen einer nichtkohärenten 100-ms-Integration entsprechend dem in 4 repräsentierten empfangenen Signal zeigt. Dieses Mal beträgt das Verhältnis der korrekten Spitze zu der höchsten falschen Spitze nur 1,4 dB.
6 zeigt eine grafische Zeichnung, die Integrationsergebnisse von fünfzig Iterationen von Versuchen einer nichtkohärenten 397-ms-Integration entsprechend dem in 4 repräsentierten empfangenen Signal zeigt. Die Anzahl 397 ist die Anzahl der nichtkohärenten Integrationen, die erforderlich ist, um denselben Rauschabstand wie kohärente 100-ms-Integrationen unter Verwendung von durch einen Slave-Sender gesendeten Hilfsdaten zu erzielen.
Ein gemäß einer Ausführungsform konstruierter Galileo-/GPS-Empfänger umfasst somit vorteilhafterweise Kenntnis von aus einem Slave-Sender durch einen sekundären Kommunikationsweg empfangenen Modulationsdatenbit, um die Verwendung kohärenter Integration zur Signalakquisition und -detektion bei niedrigen Signalpegeln zu ermöglichen. Es ist zu beachten, dass, um die modulierten Datenbit zu dem Galileo-/GPS-Empfänger zu senden, der Slave-Sender eine Demodulation ausführen muss, um jedes modulierte Datenbit zu extrahieren.
Nunmehr mit Bezug auf 7 ist ein Blockdiagramm dargestellt, das eine mit kohärenter Integration gebildete Signalflussstruktur für einen Galileo-/GPS-Empfänger zeigt, die Daten 701 verarbeitet, die von einem Slave-Satellitendatensender empfangen werden, um Modulationsdatenüberlagerung 704 bereitzustellen, die gemäß einer Ausführungsform konstruiert ist. Wie in 7 dargestellt, sind ein Verzögerungsblock 702 und ein Vorzeichenauswahlblock 703 in dem Signalverarbeitungsweg zwischen dem Korrelationsblock und dem Block der kohärenten Integration vorgesehen. Der Verzögerungsblock 702 stellt Zeitsynchronisation der Ergebnisse kohärenter Integration mit den Daten aus dem Slave-Sender bereit und kann als ein Speicher oder eine Registerbank, zum Beispiel eine zirkulare Speicheranordnung, gebildet werden. Der Vorzeichenauswahlblock 703 multipliziert durch den Verzögerungsblock 702 produzierte verzögerte Korrelationswerte abhängig von einem aus der Slave-Satellitendatenquelle empfangenen Modulationsdaten-Überlagerungsbit mit +1 oder –1. Dessen ungeachtet kann für Fälle, in denen keine Satellitendaten aus einer Slave-Quelle verfügbar sind, nichtkohärente oder Skalarprodukt-Integration in dem Empfänger vorgesehen werden, um Modulationsdaten-Überlagerungsbit-Rahmenflanken zu bestimmen oder um die Verzögerung der Datenbit durch den Kanal von dem sekundären bzw. Slave-Sender zu schätzen. 7 zeigt den Datenweg für das empfangene Signal, nachdem die Datenbit aus dem Slave-Sender verfügbar sind und nachdem die Verzögerung bekannt ist.
Nunmehr mit Bezug auf 8 ist ein beispielhaftes Rahmenformat für durch einen sekundären bzw. Slave-Sender gesendete Daten dargestellt, das gemäß einer Ausführungsform konstruiert ist. 8 zeigt einen Rahmen pro beispielhafte 20-ms-GPS-Rahmenwiederholungsperiode. Bei einer Ausführungsform könnten die Rahmen für mehrere Galileo- und GPS-Satelli tensignale sequenziell verbunden werden, um einen größeren Rahmen zu bilden. Die in 8 angegebenen Parameter umfassen die Folgenden:

Nr Sats: die Anzahl der Satelliteninformationsfelder, die der Rahmen enthält.
Sat i, i = 1, ..., N: die Satellitennummer.
Sat Nr: eine Nummer eines bestimmten Satelliten.
Bit: ein aus einem Satellitennavigationssignal empfangener Modulationsdaten-Überlagerungsbitwert.
Tdelta next: das Zeitintervall zum Beispiel in ms zu der nächsten Satellitendatenrahmenflanke.
Doppler: ein optionaler Parameter, der das Dopplerfrequenz-Offset eines empfangenen Galileo-/GPS-Satellitensignals angibt, der von dem Galileo-/GPS-Empfänger verwendet werden kann, um den Suchraum für die Korrelationsspitze zu verringern.

Der Parameter „Tdelta next” ermöglicht es dem Empfänger, zu schätzen, ob der Modulationsdaten-Überlagerungsbitwert aus einem vorherigen Datenrahmen der Bitwert sein könnte, der für einen entsprechenden Datenrahmen des nächsten Satelliten verwendet werden sollte. Der Galileo-/GPS-Empfänger könnte die Bitreihenfolge des Satellitensignals von dem Slave-Sender in einer bekannten, aber anderen Reihenfolge als die Bitreihenfolge, in der der Galileo-/GPS-Empfänger die Bitreihenfolge von dem Satelliten empfängt, empfangen. Deshalb könnte die Reihenfolge der Korrelationsspitzen verschieden sein. Dieses Datenelement ist optional, da der Empfänger annehmen kann, dass seine Position nicht zu weit von dem Slave-Sender entfernt sein kann und er kann deshalb schätzen, ob die Reihenfolge der Satellitendaten vernünftig ist. Wahlweise kann das erste Feld Tdelta next die erwartete Verzögerung vom Empfang der Satellitendaten zu dem ersten über die drahtlose Schnittstelle gesendeten Bit enthalten. Damit kann man die in 7 dargestellte Verzögerung einstellen.
Die Menge an Daten in Bit pro Sekunde, die für einen 20-ms-Slave-Datenrahmen zu senden ist, kann für ein Maximum von zwölf sichtbaren Satelliten als etwa (17 Bit)·(12 Satelliten)/(20 ms) = 10200 Bit/s oder etwa 10 kbit/s geschätzt werden. Diese Datenrate ist mit vielen Arten von drahtloser Übertragung mit kurzer Reichweite heute ohne Weiteres erzielbar, sogar mit einem IR-Kommunikationskanal zwischen dem Satellitensender und dem Galileo-/GPS-Empfänger.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, die eine Modifikation des oben eingeführten Prozesses enthält, um Quadrierungsverluste in Satellitennavigationsempfängern zu verhindern.
Als Erstes ist erkennbar, dass die maximale Zeit der kohärenten Integration durch die Restfrequenzabweichung zwischen der empfangenen Signalfrequenz und der durch einen Lokaloszillator in dem Empfänger zur Abwärtsumsetzung der empfangenen Frequenz in das Basisband erzeugten Frequenz begrenzt wird. Diese Frequenzabweichung kann sich aus unbekannten Komponenten der Satelliten- und Empfängerbewegung, aus Mehrwege-Ausbreitungseffekten sowie aus Frequenzschwankungen des Lokaloszillators ergeben. Während die Bewegung der Satelliten vorhersehbar ist, sind die Bewegung des Empfängers, Mehrwege-Ausbreitungseffekte und Lokaloszillatorschwankungen a priori unbekannt. Die Signalakquisition und -detektion in einer städtischen oder Innenumgebung kann eine Zeit der kohärenten Integration erfordern, die die 20-ms-Rahmendauer des GPS-Systems übersteigt.
Außerdem ist erkennbar, dass die Datenübertragung, die erforderlich ist, um eine Modulationsdatenüberlagerung zu kompensieren, eine bestimmte Verarbeitungszeit erfordert, wodurch letztendlich eine nichttolerierbare Verzögerungsunbestimmt heit entsteht. Die Kompensation der Modulationsdatenüberlagerung, d. h. die Bestimmung der Zeitsteuerung von Modulationsbitübergängen, erfordert im Vergleich zu der Dauer eines Rahmens eine kleine Latenz.
Die zum Kompensieren der Modulationsdatenüberlagerung erforderlichen Informationen sind per se in aktuellen Satelliten-GPS-Empfängern nicht verfügbar. Gemäß einer Ausführungsform wird somit eine Modifikation der Hilfs-Protokollstandards bereitgestellt, um Daten zu liefern, die direkt wie hier beschrieben verwendet werden können.
Das Obige betreffende Ausführungsformen werden wie folgt eingeführt.
Als Erstes kann die Beschränkung der maximalen Periode der kohärenten Integration aufgrund von Restfrequenzabweichung durch Aufteilen der Periode der kohärenten Integration in zwei oder mehr sukzessive Intervalle gemildert werden. Im ersten Intervall wird eine anfängliche Periode der kohärenten Integration, die in der Regel 1 ms bis 10 ms beträgt, mit einer anfänglichen Lokaloszillatorfrequenz verwendet. In dem zweiten und jedem weiteren Intervall wird eine weitere kohärente Integration der resultierenden Vor-Detektions-Abtastwerte ausgeführt. Das Ergebnis dieses zweischrittigen oder mehrschrittigen kohärenten Integrationsprozesses ist gleich dem einer verlängerten kohärenten Integration. Die Vor-Detektions-Abtastwerte aus den individuellen Intervallen werden zur Frequenzschätzung und Korrektur der Frequenz des Lokaloszillators verwendet. Die Unbestimmtheit der Frequenzabweichung, die nach kohärenter Integration geschätzt werden kann, ist umgekehrt proportional zu der Dauer der Periode der kohärenten Integration. Bei einer Periode der kohärenten Integration von 1 ms beträgt der Frequenzschätzungsbereich +/–500 Hz. Er beträgt bei 50 ms kohärenter Integration nur +/– 10 Hz. Die tolerierbare Frequenzabweichung nimmt auch mit zunehmender Dauer der kohärenten Integration proportional ab. Obwohl oft eine akzeptable Frequenzabweichung von etwa +/–300 Hz für 1 ms kohärenter Integration als akzeptabel betrachtet wird, reduziert sich dies für 50 ms kohärenter Integration auf nur +/–6 Hz. Die Vor-Detektions-Abtastwerte des anfänglichen kurzen kohärenten Integrationsprozesses werden deshalb einer Frequenzschätzungseinheit zugeführt, die die Abwärtsumsetzungsfrequenz des Lokaloszillators mittels eines Schleifenfilters justiert. Diese Frequenzkompensation, die in beiden Intervallen der kohärenten Integration verwendet werden kann, kann die Frequenzabweichung auf einen akzeptablen Wert für die verlängerte kohärente Integration reduzieren.
Statt zu versuchen, die Modulationsdatenüberlagerung in Echtzeit mit einer bekannten Latenz über einen sekundären bzw. Slave-Datensender zu senden, können als Zweites relevante Informationen, die verwendet werden können, um die Modulationsdatenüberlagerung abzuleiten, wie etwa Satellitendaten oder Hilfsdaten, im Voraus einem GPS-Empfänger zugeführt werden, zum Beispiel aus einer externen drahtlosen Quelle. Dies ermöglicht eine Antizipierung und Konstruktion der Modulationsdatenüberlagerung durch den GPS-Empfänger ohne signifikante Latenzunbestimmtheit beim kohärenten Integrieren über Bitdatengrenzen hinweg.
Das GPS-Datensignal wird in 25 GPS-Rahmen unterteilt, wobei jeder GPS-Rahmen 1500 Bit aufweist, sodass 20 ms·1500 = 30 s Übertragungszeit für jeden Rahmen erforderlich ist. Jeder GPS-Rahmen wird in fünf GPS-Sub-Rahmen von jeweils 300 Bit unterteilt. Die GPS-Sub-Rahmen 4 und 5 jedes GPS-Rahmens enthalten Almanachdaten, die grobe Koordinaten der gesamten Konstellation von GPS-Satelliten bereitstellen. Ein vorgeschlagenes Verfahren zum Erhalten der Modulationsdaten besteht deshalb darin, die Almanach-Bitströme der GPS-Sub-Rahmen 4 und 5 unter Verwendung verfügbarer Satellitendaten oder unter Verwendung von Hilfsdaten zu berechnen, die zum Beispiel, ohne Einschränkung, durch die A-GPS-Protokolle des 3GPP (Third Generation Partnership Program; „Partnerschaftsprogramm der dritten Generation”), das parallele amerikanische/asiatische 3GPP2-Programm oder die OMA (Open Mobile Alliance; „Offene Mobilallianz”) der Mobiltelefonindustrie spezifiziert werden. Satellitenalmanachdaten können autonom mit ausreichender Genauigkeit durch Extrapolation unter Verwendung von Orbitalmodellen berechnet werden. Die Synchronisation mit den Bitübergängen kann entweder durch eine ausreichend genaue Zeitreferenz, die als Hilfsdaten zugeführt wird, oder durch vorherige Akquisition eines GPS-Satellitensignals erzielt werden.
Als Drittes ist erkennbar, dass sich bestimmte Informationen, wie etwa bestimmte Almanachdaten, nur selten mit der Zeit ändern. Solche Daten können daher verwendet werden, um zu schätzen, wann der assoziierte vierte oder fünfte Sub-Rahmen beginnt, und bestimmte Datenbit können zur Antizipierung von Datenbit in einem späteren vierten oder fünften Sub-Rahmen gespeichert werden. Die Erzeugung von Echtzeit-Modulationsdaten kann beim Empfang eines Initiierungssignals aus einer externen drahtlosen Quelle eingeleitet werden. Durch Berechnen oder anderweitiges Erzeugen der Modulationsdaten der Sub-Rahmen 4 und 5 lokal im Empfänger müssen existierende standardisierte Protokolle nicht geändert werden, und neue Standardisierungsbemühungen können vermieden werden. Die existierenden Hilfsprotokolle aus 3GPP, 3GPP2 und OMA stellen die erforderlichen Eingangsdaten bereit.
Nunmehr mit Bezug auf 9 ist ein Blockdiagramm von Teilen eines Satellitensignalempfängers dargestellt, die einen mit einer Host-Plattform 902 gekoppelten Galileo-/GPS-Empfänger 901 enthalten. Der gemäß einer Ausführungsform konstruierte Satellitensignalempfänger ist dafür ausgelegt, eine Sperrung von Quadrierungsverlusten durch Verwendung eines verlängerten Prozesses der kohärenten Integration zur Akquisition eines Satellitensignals bereitzustellen. In dem Galileo-/GPS-Empfänger 901 wird ein Satellitensignal durch die Antenne 101 empfangen, die mit dem Abwärtsumsetzungs- und Filterblock 15 gekoppelt ist, der das empfangene Signal in ein komplexes (abgetastetes) digitales Basisbandsignal umsetzt und das Signal filtert. Der Entspreizungsblock 16 multipliziert das abwärts umgesetzte Signal mit einer Entspreizungs-Chipsequenz mit einer angenommenen Phase, die die Frequenzspreizungschips entfernt. Die Entspreizungs-Chipsequenz wird aus dem Modulationsdatenblock 14 erhalten, der einen lokalen Codegeneratorblock 13 verwendet, um die Entspreizungs-Chipsequenz für ein bestimmtes Satellitensignal, deren Akquisition der Galileo-/GPS-Empfänger versucht, zu bestimmen. Bei einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform moduliert der Modulationsdatenblock 14 die Entspreizungs-Chipsequenz mit einem Duplikat der Datenbit, die auf das Galileo-/GPS-Signal moduliert werden. Das Duplikat der auf das Galileo-/GPS-Signal modulierten Datenbit wird hier auch als eine Datenmodulationsbitüberlagerung oder als Modulationsdaten bezeichnet und ist nicht auf Galileo- und GPS-Signale beschränkt. Die Echtzeit-Datenmodulationsbitüberlagerung kann durch einen Anwendungsprozessor 12 bereitgestellt werden, d. h. die mit dem zur Zeit empfangenen satellitensignalassoziierte Datenmodulations-Bitüberlagerung wird durch den Anwendungsprozessor bereitgestellt. Der Modulationsdatenblock 14 kann auch unabhängig von dem Anwendungsprozessor 12 und dem lokalen Codegenerator 13 operieren. Als Nächstes akkumuliert der Block 17 für kurze kohärente Integration die durch die Abwärtsumsetzung durch einen Lokaloszillator mit einer anfänglichen Lokaloszillatorfrequenz produzierten entspreizten Signalabtastwerte und Entspreizung dieser mit einem lokalen Codeduplikat unter Berücksichtigung von Datenmodulation über ein anfängliches kurzes Integrationsintervall. Natürlich wird in der Praxis eine Suche über einen Bereich angenommener Entspreizungsphasen und angenommener Lokaloszillatorfrequenzen ausgeführt, um ein bestimmtes Satellitensignal zu beschaffen. Ein in dem Frequenzschätzungsblock 21 detektierter Phasenfehler wird mit dem Schleifenfilter 20 verwendet, um die Frequenz des Lokaloszillators zu justieren. Die justierte Lokaloszillatorfrequenz wird dann in dem Abwärtsumsetzungs- und Filterungsblock 15 verwendet, um ein Basisbandsignal zu produzieren, das in dem Block 18 für verlängerte kohärente Integration verwendet wird, um ein längeres Intervall für kohärente Integration des empfangenen Signals bereitzustellen. In dem Block 19 für nichtkohärente Integration wird eine Sequenz von Ergebnissen der verlängerten kohärenten Integration summiert, um eine Entscheidungsstatistik für das empfangene Signal zu produzieren.
Der Lokaloszillator kann sich in einer separaten Einrichtung, wie etwa einer separaten integrierten Schaltung, befinden, wobei sein Ausgangssignal mit dem Abwärtsumsetzungs- und Filterungsblock gekoppelt wird. Ein Lokaloszillator kann als ein digitaler Prozess, wie etwa ein NCO („numerisch gesteuerter Oszillator”) implementiert werden.
In der Host-Plattform 902 empfängt ein Anwendungsprozessor 12, wie etwa ein Mikroprozessor mit unterstützendem Speicher und Software, Satellitenhilfsdaten 10, wie etwa Almanach- und Zeitsteuerungsdaten, von einem sekundären bzw. Slave-Sender, d. h. einer externen drahtlosen Quelle, mittels eines (nicht gezeigten) Empfängers. Unter Verwendung eines Satellitenorbitmodells 11 und der Zeitsteuerungsdaten berechnet der Anwendungsprozessor Parameter, die dem Galileo-/GPS-Empfänger 901 ausreichen, um die Modulationsbitsequenz für einen bestimmten Satelliten zu bestimmen, dessen Signal der Galileo-/GPS-Empfänger 901 versucht zu beschaffen. Parameter, die ausreichen, um in Echtzeit die Modulationsdatenüberlagerungs- Bitsequenz für das bestimmte Satellitensignal zu definieren, werden an den Modulationsdatenblock 14 gekoppelt. Auf diese Weise kann der Galileo-/GPS-Empfänger ein verlängertes Intervall der kohärenten Integration benutzen, das länger als die 20-ms-Rahmenlänge eines GPS-Signals ist, und es kohärent über ein sich änderndes Modulationsdatenbit hinweg integrieren.
Die Struktur und Funktionsweise einer Ausführungsform eines Detektionsprozesses für ein empfangenes Signal einschließlich eines Rückkopplungsmechanismus zum Justieren der Frequenz eines Lokaloszillators wird in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung Nr. 12/326,669 mit dem Titel „Adaptive Correlation for Detection of a High-Frequency Signal”, angemeldet am 2. Dezember 2008 beschrieben, welche hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.
Somit wurde ein Empfänger beschrieben, der verwendet werden kann, um ein empfangenes Signal in einer Umgebung mit niedrigem Rauschabstand zu beschaffen und zu detektieren. Es wurde das Konzept eingeführt, einen Empfänger bereitzustellen, der eine Datenquelle enthält, die dafür ausgelegt ist, ein Duplikat einer auf ein CDMA-Signal („Code Division Multiple Access”) modulierten Datenbitsequenz zu produzieren, und eine Stufe der kohärenten Integration, die dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal über eine erste Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der Datenbitsequenz zu integrieren, enthält. Bei einer Ausführungsform ist die Datenquelle dafür ausgelegt, das Duplikat der Datenbit unter Verwendung eines Signals zu produzieren, das aus einer externen drahtlosen Quelle empfangen wird, die mit den Datenbit moduliert wird. Bei einer Ausführungsform wird das aus der externen drahtlosen Quelle empfangene Signal auf einer Frequenz empfangen, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist.
Bei einer Ausführungsform wird das Duplikat der auf das CDMA-Signal modulierten Datenbitsequenz in dem Empfänger unter Verwendung von aus einer externen drahtlosen Quelle empfangenen Bitdaten produziert. Bei einer Ausführungsform umfassen die Hilfsdaten einen Satellitenalmanach und eine Zeitsteuerungsreferenz.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Abwärtsumsetzungsstufe dafür ausgelegt, das CDMA-Signal in ein Basisbandsignal umzusetzen, und eine Frequenzschätzungsstufe ist dafür ausgelegt, ein Frequenzkorrektursignal für einen Lokaloszillator zu produzieren, um ein frequenzkorrigiertes Lokaloszillatorsignal zu produzieren. Die Stufe der kohärenten Integration ist dafür ausgelegt, das CDMA-Signal unter Verwendung des Duplikats der auf das CDMA-Signal modulierten Datenbitsequenz und des frequenzkorrigierten Lokaloszillatorssignals kohärent über eine zweite Integrationsperiode zu integrieren. Bei einer Ausführungsform ist die Stufe der kohärenten Integration dafür ausgelegt, das CDMA-Signal unter Verwendung des Duplikats der Datenbit und des frequenzkorrigierten Lokaloszillatorsignals neu (wieder) kohärent über die erste Integrationsperiode zu integrieren. Bei einer Ausführungsform ist der Empfänger ein Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform stellt einen Empfänger bereit, der eine Modulationsdatenüberlagerungsquelle enthält, die dafür ausgelegt ist, Echtzeit-Modulationsdaten für ein CDMA-Signal in einem gewählten Sub-Rahmen des GNSS („globalem Navigationssatellitensystems”) des CDMA-Signals zu produzieren. Die Echtzeit-Modulationsdaten werden unter Verwendung von zuvor gespeicherten Satellitendaten oder von Hilfsdaten produziert, wobei das Produzieren der Echtzeit-Modulationsdaten beim Empfang eines Zeitsteuerungssignals aus einer externen drahtlosen Quelle eingeleitet wird. Der Emp fänger enthält eine Stufe der kohärenten Integration, die dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal unter Verwendung der Echtzeit-Modulationsdaten kohärent über eine erste Integrationsperiode zu integrieren. Bei einer Ausführungsform umfassen die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder die Hilfsdaten Almanachdaten. Bei einer Ausführungsform umfassen die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder die Hilfsdaten zuvor gespeicherte Satellitenmodulationsdaten aus einem zuvor gesendeten Sub-Rahmen von Galileo oder GPS („Global Positioning System”).
Bei einer Ausführungsform umfassen die zuvor gespeicherten Satellitenmodulationsdaten Daten, die aus der externen drahtlosen Quelle mit einer Trägerfrequenz der externen drahtlosen Quelle empfangen werden, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist. Bei einer Ausführungsform umfasst der gewählte GPS-Sub-Rahmen den GPS-Sub-Rahmen 4 und/oder den GPS-Sub-Rahmen 5.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Produzieren eines Duplikats von auf ein CDMA-Signal modulierten Datenbit und das kohärente Integrieren des CDMA-Signals über eine erste Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der Datenbit bereit. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Produzieren des Duplikats der Datenbit unter Verwendung eines Signals, das von einer externen drahtlosen Quelle empfangen wird, die mit den Datenbit moduliert wird. Bei einer Ausführungsform wird das von der externen drahtlosen Quelle empfangene Signal auf einer Frequenz empfangen, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist.
Bei einer Ausführungsform wird das Duplikat der Datenbit unter Verwendung von Hilfsdaten produziert, die von einer externen drahtlosen Quelle empfangen werden. Bei einer Ausfüh rungsform umfassen die Hilfsdaten einen Satellitenalmanach und eine Zeitsteuerungsreferenz. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Umsetzen des CDMA-Signals in ein Basisbandsignal, das Produzieren eines Frequenzkorrektursignals für einen Lokaloszillator und das kohärente Integrieren des CDMA-Signals über eine zweite Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der Datenbit und eines Lokaloszillatorsignals mit einer durch das Frequenzkorrektursignal korrigierten Frequenz. Bei einer Ausführungsform ist das CDMA-Signal ein Signal eines globalen Navigationssatellitensystems.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Empfangen eines CDMA-Signals bereit. Das Verfahren umfasst das Produzieren von Echtzeit-Modulationsdaten in einem gewählten Sub-Rahmen des CDMA-Signals aus zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten beim Empfang eines Zeitsteuerungssignals von einer externen drahtlosen Quelle. Das Verfahren umfasst das kohärente Integrieren des CDMA-Signals über eine erste Integrationsperiode unter Verwendung der Echtzeit-Modulationsdaten.
Bei einer Ausführungsform umfassen die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten Almanachdaten. Bei einer Ausführungsform umfassen die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten zuvor gespeicherte Satellitenmodulationsdaten aus einem zuvor gesendeten Sub-Rahmen.
Bei einer Ausführungsform umfassen die zuvor gespeicherten Satellitenmodulationsdaten Daten, die von der externen drahtlosen Quelle mit einer Trägerfrequenz der externen drahtlosen Quelle empfangen werden, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist. Bei einer Ausführungsform umfasst der gewählte Sub-Rahmen einen Sub-Rahmen 4 und/oder einen Sub-Rahmen 5 des GPS („Global Positioning System”).
Obwohl Prozesse zur Akquisition und Detektion eines empfangenen Signals in einer Umgebung mit niedrigem Rauschabstand und diesbezügliche Verfahren für die Anwendung auf einem Galileo- oder GPS-Empfänger beschrieben wurden, versteht sich, dass andere Anwendungen dieser Prozesse, wie etwa für andere HF-Signalempfänger, in dem allgemeinen Schutzumfang der Erfindung in Betracht gezogen werden und nicht auf Galileo- oder GPS-Anwendungen beschränkt werden müssen, die hier eingeführte Prozesse verwenden.
Obwohl die Erfindung hauptsächlich in Verbindung mit spezifischen beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist für Fachleute erkennbar, dass diverse Änderungen der Konfiguration und Einzelheiten dieser vorgenommen werden können, ohne von dem Wesentlichen und dem Schutzumfang der durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung wird deshalb durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass alle Abänderungen, die in den Schutzumfang und dem Äquivalentumfang der Ansprüche liegen, in den Ansprüchen eingeschlossen werden.

Claims

Empfänger, umfassend: eine Datenquelle, die dafür ausgelegt ist, ein Duplikat einer Datenbitsequenz zu produzieren, die auf ein CDMA-Signal moduliert ist, und eine Stufe der kohärenten Integration, die dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal kohärent unter Verwendung des Duplikats der Datenbitsequenz über eine erste Integrationsperiode zu integrieren.
Empfänger nach Anspruch 1, wobei die Datenquelle dafür ausgelegt ist, das Duplikat der Datenbit unter Verwendung eines Signals zu produzieren, das von einer externen drahtlosen Quelle empfangen wird, die mit den Datenbit moduliert ist.
Empfänger nach Anspruch 2, wobei das von der externen drahtlosen Quelle empfangene Signal auf einer Frequenz empfangen wird, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist.
Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Duplikat der auf das CDMA-Signal modulierten Datenbitsequenz in dem Empfänger unter Verwendung von Hilfsdaten produziert wird, die von einer externen drahtlosen Quelle empfangen werden.
Empfänger nach Anspruch 4, wobei die Hilfsdaten einen Satellitenalmanach und eine Zeitsteuerungsreferenz umfassen.
Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Abwärtsumsetzungsstufe, die dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal in ein Basisbandsignal umzusetzen, und eine Frequenzschätzungsstufe, die dafür ausgelegt ist, ein Frequenzkorrektursignal für einen Lokaloszillator zu produzieren, um ein frequenzkorrigiertes Lokaloszillatorsignal zu produzieren, wobei die Stufe der kohärenten Integration dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal unter Verwendung des Duplikats der auf das CDMA-Signal modulierten Datenbitsequenz und des frequenzkorrigierten Lokaloszillatorsignals über eine zweite Integrationsperiode kohärent zu integrieren.
Empfänger nach Anspruch 6, wobei die Stufe der kohärenten Integration dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal unter Verwendung des Duplikats der Datenbit und des frequenzkorrigierten Lokaloszillatorsignals erneut kohärent über die erste Integrationsperiode zu integrieren.
Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Empfänger ein Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems ist.
Empfänger, umfassend: eine Modulationsdatenüberlagerungsquelle, die dafür ausgelegt ist, Echtzeit-Modulationsdaten für ein CDMA-Signal in einem ausgewählten GNSS-Sub-Rahmen des CDMA-Signals zu produzieren, wobei die Echtzeit-Modulationsdaten unter Verwendung von zuvor gespeicherten Satellitendaten oder von Hilfsdaten produziert werden und das Produzieren der Echtzeit-Modulationsdaten beim Empfang eines Zeitsteuerungssignals von einer externen drahtlosen Quelle eingeleitet wird, und eine Stufe der kohärenten Integration, die dafür ausgelegt ist, das CDMA-Signal unter Verwendung der Echtzeit-Modulationsdaten kohärent über eine erste Integrationsperiode zu integrieren.
Empfänger nach Anspruch 9, wobei die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten Almanachdaten umfassen.
Empfänger nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten zuvor gespeicherte Satellitenmodulationsdaten aus einem zuvor gesendeten Galileo- oder GPS-Sub-Rahmen umfassen.
Empfänger nach Anspruch 11, wobei die zuvor gespeicherten Satellitenmodulationsdaten Daten umfassen, die von der externen drahtlosen Quelle mit einer Trägerfrequenz der externen drahtlosen Quelle empfangen werden, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist.
Empfänger nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der ausgewählte GPS-Sub-Rahmen den GPS-Sub-Rahmen 4 und/oder den GPS-Sub-Rahmen 5 umfasst.
Verfahren mit den folgenden Schritten: Produzieren eines Duplikats von Datenbit, die auf ein CDMA-Signal moduliert werden; kohärentes Integrieren des CDMA-Signals über eine erste Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der Datenbit.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Duplikat der Datenbit unter Verwendung eines Signals produziert wird, das von einer externen drahtlosen Quelle empfangen wird, die mit den Datenbit moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das von der externen drahtlosen Quelle empfangene Signal auf einer Frequenz empfangen wird, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Duplikat der Datenbit unter Verwendung von Hilfsdaten produziert wird, die von einer externen drahtlosen Quelle empfan gen werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Hilfsdaten einen Satellitenalmanach und eine Zeitsteuerungsreferenz umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, ferner mit den folgenden Schritten: Umsetzen des CDMA-Signals in ein Basisbandsignal; Produzieren eines Frequenzkorrektursignals für einen Lokaloszillator; und kohärentes Integrieren des CDMA-Signals über eine zweite Integrationsperiode unter Verwendung des Duplikats der Datenbit und eines Lokaloszillatorsignals mit einer durch das Frequenzkorrektursignal korrigierten Frequenz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das CDMA-Signal ein Signal eines globalen Navigationssatellitensystems ist.
Verfahren zum Empfangen eines CDMA-Signals mit den folgenden Schritten: Produzieren von Echtzeit-Modulationsdaten in einem ausgewählten Sub-Rahmen des CDMA-Signals aus zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten beim Empfang eines Zeitsteuerungssignals von einer externen drahtlosen Quelle; und kohärentes Integrieren des CDMA-Signals über eine erste Integrationsperiode unter Verwendung der Echtzeit-Modulationsdaten.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten Almanachdaten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei die zuvor gespeicherten Satellitendaten oder Hilfsdaten zuvor gespeicherte Satellitenmodulationsdaten aus einem zuvor gesendeten Sub- Rahmen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die zuvor gespeicherten Satellitenmodulationsdaten Daten umfassen, die von der externen drahtlosen Quelle mit einer Trägerfrequenz der externen drahtlosen Quelle empfangen werden, die von einer Trägerfrequenz des CDMA-Signals verschieden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei der ausgewählte Sub-Rahmen einen GPS-Sub-Rahmen 4 und/oder GPS-Sub-Rahmen 5 umfasst.