Diese Anmeldung beansprucht unter 35 U. S. C. § 119(e) die Priorität der vorläufigen U. S.-Patentanmeldung Nr. 61/834,143, welche am 12. Juni 2013 eingereicht wurde, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist.This application claims under 35 U.S.C. § 119 (e) the priority of US Provisional Patent Application No. 61 / 834,143, filed Jun. 12, 2013, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Empfangen von Signalen von Satellitennavigationssystemen und genauer auf den simultanen Empfang von Signalen von Satelliten von mehreren globalen Navigationssatellitensystem (GNSS = Global Navigational Satellite Systems)-Konstellationen.The present invention generally relates to receiving signals from satellite navigation systems, and more particularly to simultaneously receiving signals from satellites of multiple global navigation satellite systems (GNSS) constellations.
2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art
Satellitennavigationssysteme sehen Positions- und Timing- bzw. Zeitabstimmungs-Informationen für erdgebundene Empfänger vor. Jedes System hat seine eigene Konstellation von Satelliten, welche die Erde umkreisen beziehungsweise sich im Orbit der Erde befinden und, um seine Position zu berechnen, verwendet ein Empfänger auf der Erde die Satelliten ”in der Sicht” (d. h. im Himmel oberhalb) von der Konstellation dieses Systems. Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS = Global Navigational Satellite Systems) werden oft als ein Gattungsbegriff für solche Systeme verwendet, obwohl solche Navigationssatellitensysteme regionale und erweiterte Systeme aufweisen – d. h. Systeme, welche nicht wirklich ”global” sind. Der Begriff ”GNSS”, wie er hierin verwendet wird, umfasst einen beliebigen Typ von Navigationssatellitensystemen, global oder nicht, solange nicht ausdrücklich anderweitig angezeigt.Satellite navigation systems provide position and timing information for terrestrial receivers. Each system has its own constellation of satellites orbiting the Earth, and, to calculate its position, a receiver on Earth uses the satellites "in view" (ie, in the sky above) of the constellation this system. Global navigation satellite systems (GNSS) are often used as a generic term for such systems, although such navigation satellite systems have regional and enhanced systems - d. H. Systems that are not really "global". The term "GNSS" as used herein includes any type of navigation satellite system, global or not, unless expressly otherwise indicated.
Die Anzahl von GNSS-Systemen, sowohl geplante als auch momentan betriebsfähige, nimmt zu. Das weitverbreitet bekannte, weitverbreitet verwendete und wirklich globale Globale Positionsbestimmungssystem (GPS = Global Positioning System) der Vereinigten Staaten trat ein anderes globales System, Russlands GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) bei, und es treten ihm gegenwärtig Europas Galileo und Chinas BeiDou (auch bekannt in ihrer zweiten Generation als COMPASS)-Systeme bei, von welchen jedes seine eigene Konstellation von Satelliten, welche die Erdkugel umkreisen beziehungsweise sich im Orbit der Erdkugel befinden, hat oder haben wird. Regionale Systeme (diejenigen, welche nicht global sind, jedoch vorgesehen sind, nur einen bestimmten Bereich der Erdkugel abzudecken, weisen Japans Quasi-Zenitsatellitensystem (QZSS = Quasi-Zenith Satellite System) und das indische regionale Navigationssatellitensystem (IRNSS = Indian Regional Navigational Satellite System) auf, welche gegenwärtig entwickelt werden. Erweiterte Systeme sind normalerweise auch regional und ”erweiterte” existierende GNSS-Systeme mit beispielsweise Nachrichten von bodenbasierten Stationen und/oder zusätzlichen Navigationshilfen. Diese schließen das Wide Area Augmentation System (WAAS), den European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS), das Multi-functional Satellite Augmentation System (MSAS), and das GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN) ein. Regionale GNSS-Systeme wie beispielsweise QZSS können auch als erweiterte Systeme arbeiten.The number of GNSS systems, both scheduled and currently operational, is increasing. The widely known, widely used and truly global United States Global Positioning System (GPS) joined another global system, Russia's GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS), and it is currently known to Europe's Galileo and China's BeiDou (aka in their second generation as COMPASS) systems, each of which has or will have its own constellation of satellites orbiting the globe or in orbit. Regional systems (those that are not global, but are intended to cover only a specific area of the globe, include Japan's Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) and the Indian Regional Navigational Satellite System (IRNSS)). Extended systems are also typically regional and "enhanced" existing GNSS systems with, for example, ground-based station messages and / or additional navigation aids, including the Wide Area Augmentation System (WAAS), the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS), the Multi-functional Satellite Augmentation System (MSAS), and GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN) Regional GNSS systems such as QZSS can also work as advanced systems.
Die vier in Betrieb befindlichen oder bald in Betrieb befindlichen wahrhaft ”globalen” GNSSs, d. h. GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou sehen vor oder werden vorsehen eine beispiellose Anzahl von Satelliten über dem Kopf, durch welche ein GNSS-Empfänger seine Position unter Verwendung der ”Open Service”-Kanäle bzw. Offenen-Service-Kanäle, welche durch jedes GNSS-System übertragen werden, berechnen kann. GPS überträgt ein Open Service-L1-Signal und hatte 32 arbeitende Satelliten in seiner Konstellation vom Dezember 2012, welche 24 betriebsfähige Satelliten mit vier Satelliten in sechs unterschiedlichen Orbitalebenen konstituieren, was garantiert, dass wenigstens sechs Satelliten zu jedem Zeitpunkt an jeder Stelle der Erde über dem Kopf befindlich sind. GLONASS überträgt ein Open Service-L1-Signal und hat mit Stand von Juli 2012 29 Satelliten in seiner Konstellation, wovon 23 betriebsfähig sind. Galileo überträgt ein Open Service-E1-Signal und hat 30 Satelliten geplant, verteilt in drei orbitalen Ebenen und sieht vor, zu garantieren, dass es sechs bis acht über dem Kopf befindliche zu jedem Zeitpunkt an den „meisten Orten” gibt. BeiDou-2, auch bekannt als COMPASS überträgt ein Open Service-B1-Signal und wird 35 Satelliten in seiner Konstellation haben.The four operating or soon operating truly "global" GNSSs, i. H. GPS, GLONASS, Galileo and BeiDou provide or will provide an unprecedented number of overhead satellites through which a GNSS receiver will position itself using the "Open Service" channels provided by each GNSS System can be charged, calculate. GPS transmits an Open Service L1 signal and had 32 working satellites in its December 2012 constellation, constituting 24 serviceable satellites with four satellites in six different orbital planes, guaranteeing that at least six satellites will pass at any point in the world at any given time are located in the head. GLONASS transmits an Open Service L1 signal and has as of July 2012 29 satellites in its constellation, of which 23 are operational. Galileo transmits an open-service E1 signal and has 30 satellites planned, distributed in three orbital levels, and aims to guarantee that there are six to eight upside-downs at any point in the "most places". At Doou-2, also known as COMPASS transmits an Open Service B1 signal and will have 35 satellites in its constellation.
Demnach kann in der nahen Zukunft ein Minimum von dreißig und ein Maximum von mehr als fünfzig Satelliten über dem Kopf für einen GNSS-Empfänger zu jedem Zeitpunkt verfügbar sein, wenn der GNSS-Empfänger in der Lage ist, Signale von allen vier GNSS-Systemen zu empfangen. Die verschiedenen GNSS-Systeme jedoch verwenden verschiedene Signalstrukturen und die meisten von ihnen verwenden unterschiedliche Frequenzen, was den simultanen Empfang von Signalen von Satelliten in allen vier GNSS-Konstellationen, ohne eine übermäßige Leistungsaufnahme und/oder eine Empfangsvorrichtungskomplexität schwierig macht.Thus, in the near future, a minimum of thirty and a maximum of more than fifty satellites overhead may be available to a GNSS receiver at any time when the GNSS receiver is able to receive signals from all four GNSS systems receive. However, the various GNSS systems use different signal structures and most of them use different ones Frequencies, making it difficult to simultaneously receive signals from satellites in all four GNSS constellations without excessive power consumption and / or receiver complexity.
Demnach wird eine Lösung für einen GNSS-Empfänger benötigt, sodass er simultan Satellitensignale von allen vier GNSS-Konstellationen empfängt, ohne einen übermäßigen Leistungsbedarf und/oder eine übermäßige Vorrichtungskomplexität.Thus, a solution is needed for a GNSS receiver to simultaneously receive satellite signals from all four GNSS constellations without excessive power consumption and / or device complexity.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung adressiert wenigstens die Probleme und Nachteile, welche obenstehend beschrieben sind, und sieht wenigstens die Vorteile, welche untenstehend beschrieben sind, vor. Gemäß einem Aspekt der Erfindung, ist ein GNSS-Empfänger konfiguriert, sodass er simultan Signale von mehreren GNSS-Konstellationen empfängt. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine einzelne analoge Empfangskette in einem GNSS-Empfänger verwendet, um simultan Signale von mehreren GNSS-Konstellationen zu empfangen und zu verarbeiten. Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Signale von mehreren GNSS-Konstellationen voneinander abgetrennt bzw. abgesondert nur nachdem das empfangene Signal, welches alle Signale von den mehreren GNSS-Konstellationen beinhaltet, von analog zu digital umgewandelt worden ist.The present invention addresses at least the problems and disadvantages described above, and at least provides the advantages described below. In accordance with one aspect of the invention, a GNSS receiver is configured to simultaneously receive signals from multiple GNSS constellations. In accordance with another aspect of the present invention, a single analogue receive chain is used in a GNSS receiver to simultaneously receive and process signals from multiple GNSS constellations. In yet another aspect of the present invention, signals from multiple GNSS constellations are separated from one another only after the received signal, which includes all signals from the multiple GNSS constellations, has been converted from analog to digital.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für einen Empfänger in einem Satellitennavigationssystem vorgesehen zum Empfangen von Signalen von mehreren Satelliten aus einer Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen, aufweisend ein Empfangen eines Funkfrequenz (RF = Radio Frequency)-Signals, welches Übertragungen von mehreren Satelliten in der Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen aufweist; ein Umsetzen des RF-Signals, welches Übertragungen von den mehreren Satelliten in der Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen auf ein Zwischenfrequenz (IF = Intermediate Frequency)-Signal, das Übertragungen von den mehreren Satelliten in der Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen aufweist, durch ein Mischen des RF-Signals mit einem von einem lokalen Oszillator abgeleiteten Signal LORF; ein Abtasten des IF-Signals mit einer Abtastrate fS, um das analoge IF-Signal in ein digitales IF-Signal umzuwandeln; und für jedes Satellitensystem ein Abtrennen von Signalen von Satelliten des Satellitensystems aus dem digitalen IF-Signal durch ein Mischen des digitalen IF-Signals mit einem Ausgangssignal eines numerisch gesteuerten Oszillators (NCO) fNCO-GNSS, wobei das NCO-Ausgangssignal fNCO-GNSS eine Frequenz hat, welche einer Mitte einer Übertragungsfrequenz der Satelliten in dem Satellitensystem nach der Umsetzung auf die IF entspricht.In accordance with one aspect of the present invention, a method is provided for a receiver in a satellite navigation system to receive signals from a plurality of satellite systems of a plurality of satellite system constellations, comprising receiving a radio frequency (RF) signal that transmits transmissions from a plurality of satellites Having a plurality of satellite system constellations; converting the RF signal which transmits from the plurality of satellites in the plurality of satellite system constellations to an intermediate frequency (IF) signal having transmissions from the plurality of satellites in the plurality of satellite system constellations by mixing the RF signal with a local oscillator derived signal LO RF ; sampling the IF signal at a sampling rate f S to convert the analog IF signal to a digital IF signal; and for each satellite system, separating signals from satellites of the satellite system from the digital IF signal by mixing the digital IF signal with an output signal of a numerically controlled oscillator (NCO) f NCO-GNSS , the NCO output signal f NCO-GNSS has a frequency corresponding to a center of a transmission frequency of the satellites in the satellite system after being converted to the IF.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Empfangskette in einem Satellitennavigationssystemempfänger vorgesehen, welche einen Empfänger aufweist, welcher konfiguriert ist, um ein Funkfrequenz (RF = Radio Frequency)-Signal zu empfangen, welches Übertragungen von den mehreren Satelliten in einer Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen aufweist; einen komplexen Mischer, welcher konfiguriert ist, um das empfangene RF-Signal mit einem von einem lokalen Oszillator abgeleiteten Signal LORF zu mischen, der eine Ausgabe eines Zwischenfrequenz(IF = Intermediate Frequency)-Signals erzeugt, welches die Übertragungen von mehreren Satelliten in der Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen aufweist; einen Analog-Digital-Wandler (ADC = Analog to Digital Convertor), welcher konfiguriert ist, um das IF-Signal bei einer Abtastrate von fS abzutasten, um das analoge IF-Signal in ein digitales IF-Signal umzuwandeln; und einen komplexen Mischer, welcher konfiguriert ist, um das digitale IF-Signal mit einem Ausgangssignal eines numerisch gesteuerten Oszillators (NCO = Numerically-Controlled Oscillator) fNCO-GNSS zu mischen, wobei das NCO-Ausgangssignal fNCO-GNSS eine Frequenz hat, welche einer Mitte einer Übertragungsfrequenz bei IF von Satelliten in einem Zielsatellitensystem der Mehrzahl von Satellitensystemen entspricht, wobei beziehungsweise wodurch Signale von Satelliten des Zielsatellitensystems aus dem digitalen IF-Signal abgetrennt werden.In accordance with another aspect of the present invention, a receive chain is provided in a satellite navigation system receiver having a receiver configured to receive a radio frequency (RF) signal having transmissions from the plurality of satellites in a plurality of satellite system constellations ; a complex mixer configured to mix the received RF signal with a local oscillator-derived signal LO RF that produces an intermediate frequency (IF) signal output representative of the transmissions from multiple satellites in the satellite Having a plurality of satellite system constellations; an analog to digital converter (ADC) configured to sample the IF signal at a sampling rate of f S to convert the analog IF signal to a digital IF signal; and a complex mixer configured to mix the digital IF signal with an output signal of a Numerically-Controlled Oscillator (NCO) f NCO-GNSS , the NCO output signal f NCO-GNSS having a frequency, which corresponds to a center of a transmission frequency at IF of satellites in a target satellite system of the plurality of satellite systems, whereby signals of satellites of the target satellite system are separated from the digital IF signal.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Empfänger in einem Satellitennavigationssystem vorgesehen, welcher einen oder mehrere Prozessoren und wenigstens ein nicht vergängliches computerlesbares Medium aufweist, welches Programmbefehle, welche darauf aufgezeichnet sind, hat, wobei die Programmbefehle konfiguriert sind, sodass sie den einen oder mehrere Prozessor(en) veranlassen, die Leistungsfähigkeit eines oder mehrerer Schritte des Empfangens eines Funkfrequenz (RF = Radio Frequency)-Signals zu steuern, welches Übertragungen von den mehreren Satelliten in der Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen aufweist; ein Umsetzen des RF-Signals, welches Übertragungen von den mehreren Satelliten in der Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen aufweist, in ein Zwischenfrequenz (IF = Intermediate Frequency)-Signal, welches Übertragungen von den mehreren Satelliten in der Mehrzahl von Satellitensystemkonstellationen aufweist, durch ein Mischen des RF-Signals mit einem von einem lokalen Oszillator abgeleiteten Signal LORF; ein Abtasten des IF-Signals bei einer Abtastrate fS, um das analoge IF-Signal in ein digitales IF-Signal umzuwandeln; und für jedes Satellitensystem ein Abtrennen beziehungsweise Herauslösen von Signalen von Satelliten des Satellitensystems aus dem digitalen IF-Signal durch ein Mischen des digitalen IF-Signals mit einem Ausgangssignal eines numerisch gesteuerten Oszillators (NCO = Numerically-Controlled Oscillator) fNCO-GNSS, wobei das NCO-Ausgangssignal fNCO-GNSS eine Frequenz hat, welche einer Mitte einer Übertragungsfrequenz der Satelliten in dem Satellitensystem nach dem Umsetzen auf die IF entspricht.According to another aspect of the present invention, a receiver is provided in a satellite navigation system having one or more processors and at least one non-transitory computer-readable medium having program instructions recorded thereon, wherein the program instructions are configured to be one or more causing a plurality of processors to control the performance of one or more steps of receiving a radio frequency (RF) signal having transmissions from the plurality of satellites in the plurality of satellite system constellations; converting the RF signal having transmissions from the plurality of satellites in the plurality of satellite system constellations to an intermediate frequency (IF) signal having transmissions from the plurality of satellites in the plurality of satellite system constellations by mixing the RF Signal having a local oscillator-derived signal LO RF ; sampling the IF signal at a sampling rate f s to input the analog IF signal into to convert digital IF signal; and for each satellite system, separating signals from satellites of the satellite system from the digital IF signal by mixing the digital IF signal with an output signal of a Numerically-Controlled Oscillator (NCO) for NCO-GNSS , wherein NCO output signal f NCO-GNSS has a frequency which corresponds to a center of a transmission frequency of the satellites in the satellite system after the conversion to the IF.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein ein mobiles Datenendgerät beziehungsweise Anschlussgerät (terminal) vorgesehen, welches in der Lage ist, Signale von mehreren Satelliten aus einer Mehrzahl von Navigationssatellitensystemkonstellationen zu empfangen, welches einen Empfänger aufweist, welcher konfiguriert ist, um ein Funkfrequenz (RF = Radio Frequency)-Signal zu empfangen, welches Signale der mehreren Satelliten aus der Mehrzahl von Navigationssatellitensystemen GNSS1-GNSSn aufweist; einen komplexen Mischer, welcher konfiguriert ist, um das empfangene RF-Signal mit einem von einem lokalen Oszillator abgeleiteten Signal LORF LORF zu mischen, der eine Ausgabe eines Zwischenfrequenz(IF)-Signals erzeugt, welches die Signale der mehreren Satelliten aus der Mehrzahl von Navigationssatellitensystemen GNSS1-GNSSn aufweist; einen Analog-Digital-Wandler (ADC = Analogto-Digital-Convertor), welcher konfiguriert ist, um das IF-Signal bei einer Abtastrate fS abzutasten, um das analoge IF-Signal in ein digitales IF-Signal umzuwandeln; und eine Mehrzahl von komplexen Mischern, wobei jeder komplexe Mischer i konfiguriert ist, um das digitale IF-Signal mit einem Ausgangssignal eines numerisch gesteuerten Oszillators (NCO = Numerically-Controlled Oscillator) fNCO-GNSSi zu mischen, wobei das NCO-Ausgangssignal fNCO-GNSSi eine Frequenz hat, welche einer Mitte einer Übertragungsfrequenz bei IF von Satelliten in Navigationssatellitensystem GNSSi der Mehrzahl von Navigationssatellitensystemen GNSS1-GNSSn entspricht, wobei beziehungsweise wodurch die Mehrzahl von komplexen Mischern Signale von Satelliten in jedem der Mehrzahl von Navigationssatellitensystemen GNSS1-GNSSn aus dem digitalen IF-Signal abtrennen kann.According to another aspect of the present invention, a mobile terminal is provided which is capable of receiving signals from a plurality of satellites from a plurality of navigation satellite system constellations having a receiver configured to receive a radio frequency (FIG. RF = Radio Frequency) signal having signals of the plurality of satellites of the plurality of navigation satellite systems GNSS 1 -GNSS n ; a complex mixer configured to mix the received RF signal with a local oscillator-derived signal LO RF LO RF which produces an output of an intermediate frequency (IF) signal representative of the signals of the plurality of satellites of the plurality of navigation satellite systems GNSS 1 -GNSS n ; an analog-to-digital converter (ADC) configured to sample the IF signal at a sampling rate f S to convert the analog IF signal to a digital IF signal; and a plurality of complex mixers, each complex mixer i configured to mix the digital IF signal with an output signal of a Numerically-Controlled Oscillator (NCO) f NCO-GNSSi , the NCO output signal f NCO -GNSSi has a frequency which corresponds to a center of a transmission frequency at IF of satellites in navigation satellite system GNSS i of the plurality of navigation satellite systems GNSS 1 -GNSS n , whereby the plurality of complex mixers signals from satellites in each of the plurality of navigation satellite systems GNSS 1 - GNSS n can be separated from the digital IF signal.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammengenommen mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher, in welchen:The above and other aspects, features, and advantages of certain embodiments of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
1A eine Empfängerkette für ein GNSS-System veranschaulicht, welches Signale von vier GNSS-Konstellationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfängt und verarbeitet; 1A illustrates a receiver chain for a GNSS system that receives and processes signals from four GNSS constellations in accordance with an embodiment of the present invention;
1B ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen und Verarbeiten von Signalen von vier GNSS-Konstellationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; 1B FIG. 10 is a flow chart of a method of receiving and processing signals from four GNSS constellations according to an embodiment of the present invention; FIG.
1C ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Auswählen ist, welche GNSS-Konstellationen für GNSS-Berechnungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur verwenden sind; 1C Fig. 10 is a flow chart of a method of selecting which GNSS constellations to use for GNSS computations according to an embodiment of the present invention;
2A ein Graph ist, welcher die Signale zeigt, welche übertragen werden durch und empfangen werden von Satelliten der GPS-, Galileo-, GLONASS- und BeiDou-Systemkonstellationen (GPS/Gal/GLO/Bei); 2A is a graph showing the signals transmitted and received by satellites of the GPS, Galileo, GLONASS and BeiDou system constellations (GPS / Gal / GLO / Bei);
2B eine grafische Repräsentation der Signale ist, welche durch GPS/Gal/GLO/Bei-Satelliten übertragen werden, und der Frequenz des lokalen Oszillators (LO = Local Oscillator) LORF gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; 2 B is a graphical representation of the signals transmitted by GPS / Gal / GLO / At satellites and the frequency of the local oscillator (LO) LO RF according to an embodiment of the invention;
3A eine grafische Repräsentation der GPS/Gal/GLO/Bei-Zwischenfrequenz(IF)-Signale ist, welche durch Frequenzumsetzung erzeugt werden, und der Mittel-IF-Frequenz fc, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 3A Figure 4 is a graphical representation of the GPS / Gal / GLO / IF signals generated by frequency translation and the center IF frequency f c according to one embodiment of the invention;
3B eine grafische Präsentation der überlappenden GPS/Gal/GLO/Bei-IF-Signale ist, welche durch eine Frequenzumsetzung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden; 3B is a graphical presentation of the overlapping GPS / Gal / GLO / IF signals generated by frequency translation according to one embodiment of the invention;
3C ein Graph ist, welcher die überlappenden GPS/Gal/GLO/Bei-IF-Signale zeigt, welche durch eine Frequenzumsetzung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden; 3C Figure 4 is a graph showing overlapping GPS / Gal / GLO / IF signals generated by frequency translation according to one embodiment of the invention;
4A eine Empfängerkette für ein GNSS-System veranschaulicht, welches Signale von den GPS/Gal/GLO/Bei-Konstellationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfängt und verarbeitet; 4A illustrates a receiver chain for a GNSS system which receives and processes signals from the GPS / Gal / GLO / Bei constellations according to an embodiment of the present invention;
4B die Komponenten eines Signaltrennungsmoduls beziehungsweise Signalabsonderungsmoduls 440 in 4A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; 4B the components of a signal separation module or signal separation module 440 in 4A illustrated in accordance with an embodiment of the present invention;
4C den komplexen Mischer 441, welcher durch die Signaltrenner 440A/B-440D in 4B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird; 4C the complex mixer 441 which through the signal separator 440A / B- 440D in 4B is used according to an embodiment of the present invention;
5A die Frequenzantwort des IF-Filters 423 in 4A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und 5A the frequency response of the IF filter 423 in 4A according to an embodiment of the present invention; and
5B die Frequenzantwort des IF-Filters 423 in 4A mit einem optionalen Bandpass-Filter ist, welcher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hinzugefügt ist. 5B the frequency response of the IF filter 423 in 4A with an optional bandpass filter added according to an embodiment of the present invention.
DETALLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE PRESENT INVENTION
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail untenstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen verwendet werden, um auf gleiche Elemente durchgehend Bezug zu nehmen. In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erklärung zahlreiche spezifische Details erläutert, um ein gründliches Verständnis des beanspruchten Gegenstandes vorzusehen. Es kann jedoch offensichtlich sein, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Details praktiziert werden kann. In anderen Beispielen werden Strukturen und Vorrichtungen in einer Blockschaltbildform veranschaulicht, um ein Beschreiben des beanspruchten Gegenstandes zu erleichtern.Various embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are generally used to refer to like elements throughout. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the claimed subject matter. It may, however, be evident that the claimed subject matter may be practiced without these specific details. In other examples, structures and devices are illustrated in block diagram form to facilitate describing the claimed subject matter.
Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf eine GNSS-Empfänger, welcher simultan Signale von Satelliten von mehreren GNSS-Konstellationen, sowie von erweiterten Systemen mit einer minimalen Schaltungstechnik und einer maximalen Flexibilität empfängt und verarbeitet. Genauer weisen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die folgende Kombination von Merkmalen auf:
- (1) Eine einzelne Funkfrequenz (RF = Radio Frequency)-/Zwischenfrequenz (IF = Intermediate Frequency)-Empfangskette zum Empfangen von Signalen von Satelliten von mehreren GNSS-Konstellationen, während die Bandbreite bei IF auf minimale Werte vor dem Abtasten verringert wird, was auch bei einer minimalen Rate durchgeführt wird;
- (2) digitale Schaltkreise, welche in der Lage ist, alle der komplexen GNSS-Signale zu verarbeiten derart, dass jedes der GNSS-Systemsignale optimal hinsichtlich seiner eigenen Signalcharakteristiken abgesondert beziehungsweise getrennt wird (einschließlich der L-Band-Trägerübertragungsfrequenz und Spreizcode);
- (3) digitale Schaltkreise, welche Komponenten haben, welche basierend darauf, welche GNSS-Systemsignale für den Empfang ausgewählt werden, aktiviert und deaktiviert werden können; und
- (4) einen optionalen Bandsperrfilter, welcher verwendet werden kann, um weiterhin die GNSS-Empfängerempfindlichkeit für interferierende Signale zu verringern.
In general, the present application relates to a GNSS receiver which simultaneously receives and processes signals from satellites of multiple GNSS constellations, as well as extended systems with minimal circuitry and flexibility. More specifically, embodiments of the present invention have the following combination of features: - (1) A single radio frequency (RF) / intermediate frequency (IF) reception chain for receiving signals from satellites of multiple GNSS constellations while reducing the bandwidth at IF to minimum values before sampling, which is also performed at a minimum rate;
- (2) digital circuits capable of processing all of the complex GNSS signals such that each of the GNSS system signals is optimally separated in terms of its own signal characteristics (including the L-band carrier transmission frequency and spreading code);
- (3) digital circuits having components that can be activated and deactivated based on which GNSS system signals are selected for reception; and
- (4) an optional bandstop filter which can be used to further reduce GNSS receiver sensitivity to interfering signals.
1A veranschaulicht eine Empfängerkette für ein GNSS-System, welches Signale von vier GNSS-Konstellationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfängt und verarbeitet. Besonders empfängt die Antenne 110 Signale von den Satelliten in den GPS-, Galileo-, GLONASS- und BeiDou-Systemen (hierin nachstehend ”GPS/Gal/GLO/Bei”). Die Charakteristiken dieser empfangenen Signale, RF-Signale 115 wird unter Bezugnahme auf die 2A bis 2B beschrieben werden. 1A FIG. 12 illustrates a receiver chain for a GNSS system that receives and processes signals from four GNSS constellations in accordance with an embodiment of the present invention. Especially the antenna receives 110 Signals from the satellites in the GPS, Galileo, GLONASS and BeiDou systems (hereinafter "GPS / Gal / GLO / Bei"). The characteristics of these received signals, RF signals 115 is referring to the 2A to 2 B to be discribed.
2A ist ein Graph, welcher die Signale zeigt, welche übertragen werden durch und empfangen werden von Satelliten in den GPS/Gal/GLO/Bei-Konstellationen. Selbstverständlich zeigt, wie durch einen Fachmann verstanden wird, 2A eine vereinfachte Version der empfangenen GPS/Gal/GLO/Bei-Signale. Beispielsweise werden, wie bei allen Signalen, diese Signale immer mit Rauschen beziehungsweise Störungen empfangen, und das GPS-Signal ist, wenn es empfangen wird, unter dem Boden bzw. einer Schwelle eines thermischen Rauschens. Dieses und andere wohlbekannte Details von GNSS-Signalen und Systemen werden aus der Beschreibung hierin ausgeschlossen, da sie die Beschreibung unnötig komplex gestalten. 2A Figure 12 is a graph showing the signals transmitted through and received from satellites in the GPS / Gal / GLO / Bei constellations. Of course, as understood by one skilled in the art, 2A a simplified version of the received GPS / Gal / GLO / Bei signals. For example, as with all signals, these signals are always received with noise, and the GPS signal, when received, is below the threshold of thermal noise. This and other well-known details of GNSS signals and systems are excluded from the description herein because they make the description unnecessarily complex.
Wie in den 2A und 2B gezeigt ist, hat das BeiDou-Open-Service-Signal B1 210 eine nominale Mittelfrequenz von 1561,098 MHz mit einer 1 dB-Bandbreite von ungefähr 4,092 MHz (was bedeutet, dass die Leistung des Signals um 1 dB bei dieser Breite abrutscht beziehungsweise abnimmt), was in der grafischen Repräsentation von 2B durch eine einzelne Linie, welche die nominale Frequenz anzeigt und ein Rechteck beziehungsweise eine Box, welche die 1 dB-Abnahme-Bandbreite anzeigt, gezeigt ist. Das neueste Schnittstellen-Steuer-Dokument (ICD = Interface Controll Document) für das BeiDou-Open-Service-Signal B1 ist das BEIDOU NAVIGATION SATELLITE SYSTEM SIGNAL IN SPACE INTERFACE CONTROL DOCUMENT, welches vom Dezember 2012 datiert, welches hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingebunden ist.As in the 2A and 2 B is shown, the BeiDou open service signal B1 210 a nominal center frequency of 1561.098 MHz with a 1 dB bandwidth of about 4.092 MHz (meaning that the power of the signal slips 1 dB down this width), which is shown in the graphical representation of 2 B by a single line indicating the nominal frequency and a box indicating the 1 dB decrease bandwidth is shown. The latest Interface Control Document (ICD) for the BeiDou open service signal B1 is the BEIDOU NAVIGATION SATELLITE SYSTEM SIGNAL IN SPACE INTERFACE CONTROL DOCUMENT, dated December 2012, which is incorporated herein by reference in its entirety.
Das GPS L1-Signal 220 und das Galileo E1-Signal 225 überlappen in den 2A und 2B, da sie dieselbe nominale Mittelfrequenz von 1575,42 MHz gemeinsam verwenden, die dunkleren Bereiche von 2A jedoch zeigen, wo sich das Galileo Signal 225 von dem GPS-Signal 220 unterscheidet. Das neueste ICD für GPS ist GLOBAL POSITIONING SYSTEMS DIRECTORATE SYSTEMS ENGINEERING & INTEGRATION INTERFACE SPECIFICATION (IS-GPS-200G), welches vom 31. Januar 2013 datiert, welches hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingebunden ist. Das neueste ICD für Galileo ist das GALILEO OPEN SERVICE SIGNAL IN-SPACE INTERFACE CONTROL DOCUMENT (Galileo OS SIS ICD), Ausgabe 1.1, welche vom September 2010 datiert, welche hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit eingebunden ist.The GPS L1 signal 220 and the Galileo E1 signal 225 overlap in the 2A and 2 B because they share the same nominal center frequency of 1575.42 MHz, the darker areas of 2A however, show where the Galileo signal 225 from the GPS signal 220 different. The latest ICD for GPS is GLOBAL POSITIONING SYSTEMS DIRECTORATE SYSTEMS ENGINEERING & INTEGRATION INTERFACE SPECIFICATION (IS-GPS-200G), dated January 31, 2013, which is incorporated herein by reference in its entirety. Galileo's latest ICD is the GALILEO OPEN SERVICE SIGNAL IN-SPACE INTERFACE CONTROL DOCUMENT (Galileo OS SIS ICD), Edition 1.1, dated September 2010, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
Das GLONASS L1-Signal 230B hat eine nominale Mittelfrequenz von 1602 Mhz, in seiner gegenwärtigen Verkörperung jedoch verwendet GLONASS ein Frequenzmultiplexverfahren (FDM = Frequency Division Multiplexing) eher als ein Codemultiplexverfahren (CDM = Code Division Multiplexing), um seine Satellitensignale zu differenzieren beziehungsweise aufzuteilen. Genauer hat GLONASS vierzehn L1/L2-Satellitenkanäle mit Mittelübertragungsfrequenzen bei mehrfachen von ±0,5625 MHz von der Mittelfrequenz 1602 MHz. Das GLONASS-230A-Signal, welches in 2A gezeigt ist, ist der +6-Satellitenkanal mit einer Mittelfrequenz bei 1605,375 MHz, welcher hier verwendet wird, um die höchste Übertragungsfrequenz aller GLONASS-FDM-Kanäle anzuzeigen. Weitere Verkörperungen von GLONASS können CDM verwenden, um seine Satellitensignale aufzuteilen beziehungsweise zu unterscheiden. Wie bei den anderen GNSS-Signalen treffen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf sowohl die gegenwärtige Verkörperung als auch beliebige zukünftige Verkörperungen zu, mit Abwandlungen, welche für einen Fachmann offensichtlich sind. Das GLONASS-230B-Signal, welches in 2B gezeigt ist, ist eine grafische Repräsentation der Bandbreite, welche durch alle der vierzehn FDM-Kanäle, welche um 1602 MHz zentriert sind, bedeckt beziehungsweise eingeschlossen wird. Aufgrund seiner Verwendung von FDM, um Kanäle zu unterscheiden beziehungsweise aufzuteilen, hat die grafische Repräsentation aller GLONASS-Kanäle (GLONASS-Signal-230B) eine breitere Bandbreite als die anderen GLONASS-Signale, ungefähr 8 MHz. Die jüngste öffentlich erhältliche ICD für GLONASS L1- und L2-Signale in englisch ist das GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM INTERFACE CONTROL DOCUMENT (Edition 5.1), datiert 2008, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingebunden ist.The GLONASS L1 signal 230B has a nominal center frequency of 1602 MHz, but in its present embodiment GLONASS uses Frequency Division Multiplexing (FDM) rather than Code Division Multiplexing (CDM) to differentiate its satellite signals. More specifically, GLONASS has fourteen L1 / L2 satellite channels with center frequencies at multiple of ± 0.5625 MHz from the center frequency 1602 MHz. The GLONASS 230A signal, which is in 2A is the +6 satellite channel with a center frequency at 1605.375 MHz, which is used here to indicate the highest transmission frequency of all GLONASS FDM channels. Further embodiments of GLONASS may use CDM to split or differentiate its satellite signals. As with the other GNSS signals, the principles of the present invention apply to both the current embodiment and any future embodiments, with variations obvious to one skilled in the art. The GLONASS 230B signal, which is in 2 B is a graphical representation of the bandwidth covered by all of the fourteen FDM channels centered at 1602 MHz. Due to its use of FDM to differentiate channels, the graphical representation of all GLONASS channels (GLONASS Signal 230B) has a wider bandwidth than the other GLONASS signals, approximately 8 MHz. The most recent publicly available ICD for GLONASS L1 and L2 signals in English is the GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM INTERFACE CONTROL DOCUMENT (Edition 5.1), dated 2008, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
Zurückkehrend zu 1A werden die GPS/Gal/GLO/Bei-Signale RF 115 (welche als 210, 220, 225 und 230B in 2B gezeigt sind), welche durch die Antenne 110 empfangen worden sind, einem Frequenzumsetzungsmodul 120 zugeführt. Eine Frequenzumsetzung ist ein sehr bekannter Vorgang im Funkempfang und weist die Umsetzung des empfangenen Signals höherer Frequenz, hierin das ”Funkfrequenz-” oder ”RF”-Signal genannt, zu einer niedrigeren Frequenz, hierin die ”Zwischenfrequenz” oder ”IF” genannt, auf. Es gibt viele Gründe zum Durchführen von Frequenzumsetzungen, einer der primären ist es, dass es leichter ist, die Signale bei einer niedrigeren Frequenz zu handhaben und zu verarbeiten. Diese Frequenzumsetzung wird durch ein Mischen des RF-Signals mit einem Signal durchgeführt, welches durch einen lokalen Oszillator (LO = Local Oscillator) erzeugt wird, wobei die Frequenz desjenigen LO-Signals hierin als LORF bezeichnet werden wird. Die vielen Mittelwerte und Variationen, welche möglich sind, wenn eine Frequenzumsetzung durchgeführt wird sowohl als die Stufen und Schritte, welche in der Empfangskette vor, während und nach der Frequenzumsetzung auftreten werden, sind für einen Fachmann wohlbekannt und benötigen keine weitere Erklärung hier.Returning to 1A become the GPS / Gal / GLO / Bei signals RF 115 (which as 210 . 220 . 225 and 230B in 2 B shown), which through the antenna 110 received, a frequency conversion module 120 fed. Frequency translation is a well-known process in radio reception and has the implementation of the higher frequency received signal, herein the "radio frequency" or "radio frequency" Called "RF" signal at a lower frequency, herein called the "intermediate frequency" or "IF". There are many reasons for performing frequency translations, one of the primary is that it is easier to handle and process the signals at a lower frequency. This frequency translation is accomplished by mixing the RF signal with a signal generated by a Local Oscillator (LO), the frequency of that LO signal herein referred to as LORF will be designated. The many averages and variations that are possible when frequency translation is performed as well as the stages and steps that will occur in the receive chain before, during, and after frequency translation are well known to one skilled in the art and need no further explanation here.
Wie in 2B gezeigt ist, ist das LORF, welches in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgewählt ist, ungefähr in der Mitte der erwünschten 4 GPS/Gal/GLO/Bei-GNSS-Signale. Genauer ist LORF nominell gewählt, sodass es 1547fx ist, wobei fx die Frequenz des lokalen Oszillators = 1,0230625 MHz ist, und demnach ist LORF = 1582,6776875 MHz, wie in 2B gezeigt ist.As in 2 B 10, the LO RF selected in accordance with one embodiment of the present invention is approximately in the middle of the desired 4 GPS / Gal / GLO / At-GNSS signals. Specifically, LO RF is nominally chosen to be 1547f x , where f x is the frequency of the local oscillator = 1.0230625 MHz, and thus LO RF = 1582.6776875 MHz, as in 2 B is shown.
Da das LORF-Signal komplex ist, das heißt In-Phasen (I)- und Blind (Q)-Komponenten hat, ist auch die Ausgabe des Frequenzumsetzungsmoduls 120 komplex, was durch die doppelt linierte Ausgabe von IF-Signalen 125 in 1A angezeigt ist. Alle komplexen Signale in 1A sind durch Doppellinien angezeigt.Since the LO RF signal is complex, that is, has In-phase (I) and Blind (Q) components, so too is the output of the frequency conversion module 120 complex, which is due to the double-lined output of IF signals 125 in 1A is displayed. All complex signals in 1A are indicated by double lines.
Die 3A–3B–3C sind grafische Repräsentationen und ein Graph der GPS/Gal/GLO/Bei-IF-Signale 25, welche durch das Frequenzumsetzungsmodul 120 ausgegeben werden. Nach dem Mischen der RF-Signale 115 mit dem LORF-Signal, sind die resultierenden IF-Signale 125 nun um eine viel niedrigere IF-Mittelfrequenz fc zentriert, welche durch die Mittelnulllinie, welche in 3A gezeigt ist, angezeigt ist. Das Spektrum der 3A, welches die Ausgangs-IF-Signale 125 zeigt, ist komplex, mit sowohl positiven als auch negativen Frequenzkomponenten. In der tatsächlichen beziehungsweise aktuellen Praxis jedoch sind die positiven und die negativen Frequenzen übereinander gefaltet, was zu den überlappenden Signalen, welche in 3B gezeigt sind, führt. Genauer sind die BeiDou-Signale 210, welche bei ungefähr –22 MHz in 3A zentriert gezeigt sind, tatsächlich bei ungefähr +22 MHz in 3B zentriert, was verursacht, dass diese die GLONASS-Signale 230B, welche bei ungefähr 19,5 MHz in 3B zentriert sind, überlappen. 3C zeigt den Überlapp von GLONASS 230A (dem +6 GLONASS-Satellitenkanal) und BeiDou 210 in Einheiten der Amplitude (db).The 3A - 3B - 3C are graphical representations and a graph of the GPS / Gal / GLO / IF IF signals 25 generated by the frequency conversion module 120 be issued. After mixing the RF signals 115 with the LORF signal, are the resulting IF signals 125 now centered around a much lower IF center frequency f c , which is defined by the center zero line, which in 3A is shown is displayed. The spectrum of 3A , which is the output IF signals 125 shows is complex, with both positive and negative frequency components. In actual or current practice, however, are the positive and the negative frequencies folded over each other, resulting in the overlapping signals, which in 3B shown leads. More precise are the BeiDou signals 210 , which at about -22 MHz in 3A centered at actually about + 22 MHz in 3B centered, which causes these to be the GLONASS signals 230B , which at about 19.5 MHz in 3B are centered, overlap. 3C shows the overlap of GLONASS 230A (the +6 GLONASS satellite channel) and BeiDou 210 in units of amplitude (db).
Zurückkehrend zu 1A werden die IF-Signale 125, welche durch das Frequenzumsetzungsmodul 120 ausgegeben werden, als nächstes einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 130 zugeführt. Abermals ist eine Analog-Digital-Wandlung ein Vorgang, welcher Fachleuten sehr bekannt ist, und schließt offensichtlich die Wandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal ein, was bedeutet, dass das Signal nun durch Einsen und Nullen repräsentiert wird. Es gibt viele Gründe zum Durchführen einer Analog-Digital-Wandlung, einer der primären ist, dass es leichter ist, die Signale in dem digitalen Bereich beziehungsweise der digitalen Domäne handzuhaben und zu verarbeiten. Die vielen Mittel und Variationen, welche möglich sind, wenn eine Analog-Digital-Wandlung durchgeführt wird, sowie die Stufen und Schritte, welche in der Empfangskette bevor, während und nach der Analog-Digital-Wandlung auftreten können, sind für Fachleute wohlbekannt und bedürfen keiner weiteren Erklärung hier.Returning to 1A become the IF signals 125 generated by the frequency conversion module 120 output next to an analog-to-digital converter (ADC) 130 fed. Again, analog-to-digital conversion is a process that is well known to those skilled in the art, and obviously involves the conversion of an analog signal to a digital signal, which means that the signal is now represented by ones and zeros. There are many reasons for performing an analog-to-digital conversion, one of the primary is that it is easier to handle and process the signals in the digital domain and the digital domain, respectively. The many means and variations that are possible when performing an analog-to-digital conversion, as well as the stages and steps that may occur in the receive chain before, during and after the analog-to-digital conversion, are well known and appreciated by those skilled in the art no further explanation here.
Einmal in den digitalen Bereich beziehungsweise die digitale Domäne umgewandelt, werden IF-Signale 125 (nach wie vor komplex, wie durch die doppelten Linien in 1A gezeigt wird) dem Signalabsonderungsmodul beziehungsweise Signaltrennungsmodul 140 zugeführt, welches einen GPS-Signaltrenner 140A, einen Galileo-Signaltrenner 140B, einen GLONASS-Signaltrenner 140C und einen BeiDou-Signaltrenner 140D aufweist. Jeder Signaltrenner 140A–140B–140C–140D empfängt das gleiche digitale Signal, welches von dem ADC 130 ausgegeben wird. Teilweise aufgrund dessen, dass diese digitale Ausgabe komplex ist, das heißt I- und Q-Komponenten hat, kann der offensichtliche Überlapp von Signalen, welcher in den 3B und 3C gezeigt ist, durch die digitale Schaltung im GPS-Signaltrenner 140A, dem Galileo-Signaltrenner 140B, dem GLONASS-Signaltrenner 140C und dem BeiDou-Signaltrenner 140D getrennt beziehungsweise aufgetrennt werden. Weitere Details betreffend das Signaltrennmodul 140 werden untenstehend in Bezugnahme auf die spezifische Ausführungsform des Signaltrennmoduls 440, welches in den 4B und 4C gezeigt ist, diskutiert werden.Once converted into the digital domain or the digital domain, IF signals become 125 (still complex, as indicated by the double lines in 1A is shown) the Signalabsonderungsmodul or signal separation module 140 fed, which is a GPS signal separator 140A , a Galileo signal conditioner 140B , a GLONASS signal conditioner 140C and a BeiDou signal conditioner 140D having. Every signal separator 140A - 140B - 140C - 140D receives the same digital signal from the ADC 130 is issued. Due in part to the fact that this digital output is complex, that is to say having I and Q components, the obvious overlap of signals which can be found in the 3B and 3C is shown by the digital circuitry in the GPS signal separator 140A , the Galileo signal separator 140B , the GLONASS signal conditioner 140C and the BeiDou signal conditioner 140D be separated or separated. Further details concerning the signal separation module 140 will be described below with reference to the specific embodiment of the signal separation module 440 , which in the 4B and 4C is shown to be discussed.
Der GPS-Signaltrenner 140A, der Galileo-Signaltrenner 140B, der GLONASS-Signaltrenner 140C und der BeiDou-Signaltrenner 140D trennen die GPS-, die Galileo-, die GLONASS- und die BeiDou-Signale jeweils ab und geben diese aus, sodass die getrennten Signale für eine Navigationsverarbeitung und -berechnung verwendet werden können, welche für jedes GNSS-System geeignet ist. Im Allgemeinen trennt jeder Signaltrenner sein eigenes Ziel-GNSS-System von Satellitensignalen ab.The GPS signal separator 140A , the Galileo signal separator 140B , the GLONASS signal conditioner 140C and the BeiDou signal conditioner 140D respectively separate and output the GPS, Galileo, GLONASS and BeiDou signals so that the separated signals can be used for navigation processing and calculation suitable for each GNSS system. In general, each signal divider separates its own target GNSS system from satellite signals.
Wie obenstehend angezeigt ist, ist 1A eine H-Pegel-Abstraktion der Komponenten, welche in dem System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beteiligt sind, und die vielen Komponenten und Stufen, welche notwendig sein können für und/oder bevorzugt sein können in einer GNSS-Empfangskette, wie sie wohlbekannt für einen Fachmann sind, sind zur Klarheit der Präsentation ausgelassen worden. Beispielsweise ist eine bestimmte Verstärkung und Filtern vor und nach dem Frequenzumsetzungsmodul 120 und dem ADC 130 notwendig, wie es für einen Fachmann wohlbekannt ist, jedoch in 1A nicht gezeigt ist. Einiges von dieser Verstärkung und Filterung ist untenstehend in Bezugnahme auf die spezifische Ausführungsform, welche in den 4A, 4B und 4C gezeigt ist, diskutiert. Allgemein gesagt wird die spezifische Implementierung der vorliegenden Erfindung in der Empfangskette eines bestimmten GNSS-Empfängers immer viele wohlbekannte Empfangskettenkomponenten zusätzlich zu denen, welche in 1A gezeigt sind, involvieren, wie durch Fachleute verstanden wird.As indicated above, is 1A H-level abstraction of the components involved in the system according to one embodiment of the present invention and the many components and steps that may be necessary for and / or preferred in a GNSS receiving chain as well known to a person skilled in the art have been omitted for clarity of presentation. For example, some gain and filtering is before and after the frequency translation module 120 and the ADC 130 necessary, as is well known to a person skilled in the art, but in 1A not shown. Some of this amplification and filtering is described below with reference to the specific embodiment which is incorporated herein by reference 4A . 4B and 4C shown is discussed. Generally speaking, the specific implementation of the present invention in the receive chain of a particular GNSS receiver will always include many well known receive chain components in addition to those found in FIG 1A as will be understood by those skilled in the art.
1B ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen und Verarbeiten von Signalen von mehreren GNSS-Konstellationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Schritt 150 werden die GNSS-Signale von den Konstellationen von Satelliten in einer Anzahl n von GNSS-Systemen GNSS1-GNSSn durch den GNSS-Empfänger empfangen. In Schritt 155 werden die Empfangenen RF-Signale durch das Frequenzumsetzungsmodul 120 (unter Verwendung von LORF) in IF-Signale umgesetzt. In Schritt 160 werden IF-Signale 125, welche die Signale von allen GNSS-Systemen GNSS1-GNSSn aufweisen, durch den ADC 130 von analog in digital umgewandelt. In Schritt 180 werden die noch kombinierten GNSS1-GNSSn Digitalsignale in die Signale für jedes individuelle GNSS-System GNSSi durch das Signaltrennmodul 140 abgetrennt. In Schritt 185 werden die abgetrennten Signale für jedes individuelle GNSS-System GNSSi, welche durch das Signaltrennmodul 140 ausgegeben werden, individuell, entsprechend ihrer jeweiligen GNSS-Signalisierstrukturen und Protokolle für eine GNSS-Berechung verarbeitet, und dann wird eine Multi-GNSS-Navigationslösung berechnet (unter Verwendung aller Informationen, welche aus den Signalen aus allen GNSS-Systemen GNSS1-GNSSn erzeugt werden). Wie durch den gepunkteten Pfeil aus Schritt 185 in 1B angezeigt ist, hängt, was als Nächstes passiert, von der bestimmten Implementation und dem beteiligten System ab. Wie jedoch bei den meisten GNSS-Systemen wahr ist, würden die Schritte 150–155–160–180–185 am wahrscheinlichsten kontinuierlich und/oder periodisch wiederholt, um inter alia Positioninformationen zu aktualisieren. Das Verfahren nach Schritt 185 enden zu lassen, wäre eine fehlführende Vereinfachung. 1C ist ein Beispiel der Schritte, welche nach und vor den Schritten 180 und 185 in einem bestimmten Multi-GNSS-System auftreten können. 1B FIG. 10 is a flowchart of a method of receiving and processing signals from multiple GNSS constellations according to an embodiment of the present invention. In step 150 For example, the GNSS signals from the constellations of satellites in a number n of GNSS systems GNSS 1 -GNSS n are received by the GNSS receiver. In step 155 The received RF signals are passed through the frequency conversion module 120 (using LO RF ) converted into IF signals. In step 160 become IF signals 125 having the signals from all GNSS systems GNSS 1 -GNSS n through the ADC 130 converted from analog to digital. In step 180 The still combined GNSS 1 -GNSS n digital signals into the signals for each individual GNSS system GNSS i through the signal separation module 140 separated. In step 185 the separated signals for each individual GNSS system GNSS i , which through the signal separation module 140 individually processed according to their respective GNSS signaling structures and protocols for a GNSS calculation, and then a multi-GNSS Navigation solution calculated (using all information generated from the signals from all GNSS systems GNSS 1 -GNSS n ). As indicated by the dotted arrow from step 185 in 1B what happens next depends on the particular implementation and system involved. However, as is true with most GNSS systems, the steps would be 150 - 155 - 160 - 180 - 185 most likely repeated continuously and / or periodically to update position information inter alia. The procedure after step 185 It would be a mistake to simplify matters. 1C is an example of the steps taken after and before the steps 180 and 185 in a given multi-GNSS system.
1C ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Auswählen, welche GNSS-Konstellationen für GNSS-Berechnungen zu verwenden sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Schritt 170 werden die GNSS-Konstellationen, deren Signale für Navigations-/Positions-Berechnungen verwendet werden, ausgewählt (beispielsweise Teilsatz beziehungsweise Untermenge GNSSS, ausgewählt aus möglichen GNSS1-GNSSn). Welcher Teilsatz GNSSS ausgewählt wird, und wann das System auswählen wird, weniger als alle möglichen GNSS-Systeme auszuwählen, kann von einer Anzahl von verschiedenen Metriken abhängen, welche abhängig von der bestimmten Ausführungsform gewählt, gemischt und variiert werden können, wie durch einen Fachmann verstanden wird. Beispielsweise kann, zum Minimieren der GNSS-Empfänger-Leistungsaufnahme und/oder, wenn die GNSS-Signalbedingungen gut sind, das System wählen, die Signalverarbeitung auf ein oder zwei GNSS-Systeme zu beschränken. Als ein anderes Beispiel dafür, wann das System weniger als alle verfügbaren GNSS-Systeme oder ein einzelnes GNSS-System auswählen kann (oder automatisiert sein kann, um diese auszuwählen), ist, wenn erweiterte Informationen über andere Kommunikationskanäle für das/die bestimmte GNSS-System(e) oder zur Verfügung stehen. Beispielsweise können, wenn erweiterte GNSS-Informationen wie beispielsweise gegenwärtige GPS/GLONASS-Ephemeride über ein verfügbares Zellnetzwerk verfügbar sind, das GNSS-System oder die -Systeme mit verfügbaren erweiterten Informationen ausgewählt werden. Als ein Beispiel eines Auswahlparameters kann das System das GNSS-System mit den meisten Satelliten, welche gegenwärtig in Sicht sind (oder aus dem vorangehenden Beispiel das GNSS-System mit den verfügbaren erweiterten Informationen) auswählen. Variationen dieses Beispiels würden Ausführungsformen einschließen, welche solche Faktoren wie die Aufrechterhaltung und Wartung der Satelliten in dem GNSS-System mit den meisten Satelliten in Sicht berücksichtigen. Als ein anderes Beispiel eines Auswahlparameters können regionale Mandate angewandt werden. China kann beispielsweise anordnen, dass BeiDou die primäre Navigationsquelle für Fracht-Transporte beziehungsweise Fracht-LKW-Transporte in China ist. 1C FIG. 10 is a flow chart of a method for selecting which GNSS constellations to use for GNSS calculations, according to an embodiment of the present invention. In step 170 For example, the GNSS constellations whose signals are used for navigation / position calculations are selected (eg, subset GNSS S selected from possible GNSS 1 -GNSS n ). Which subset GNSS S is selected, and when the system will choose to select less than all possible GNSS systems, may depend on a number of different metrics, which may be chosen, mixed, and varied depending on the particular embodiment, as per one skilled in the art is understood. For example, to minimize GNSS receiver power consumption and / or, if the GNSS signal conditions are good, the system may choose to limit signal processing to one or two GNSS systems. As another example of when the system may select (or be automated to select) less than all available GNSS systems or a single GNSS system, if extended information is available via other communication channels for the particular GNSS system System (s) or are available. For example, if extended GNSS information such as current GPS / GLONASS ephemeris is available over an available cell network, the GNSS system or systems with available extended information may be selected. As an example of a selection parameter, the system may select the GNSS system with most of the satellites currently in sight (or from the previous example, the GNSS system with the available extended information). Variations on this example would include embodiments that consider such factors as maintaining and maintaining the satellites in the GNSS system with most satellites in sight. As another example of a selection parameter, regional mandates may be applied. For example, China may order BeiDou to be the primary source of navigation for freight or freight trucking in China.
In Schritt 173 werden die Signaltrennkomponenten von denjenigen GNSS-Konstellationen, welche in Schritt 170 nicht ausgewählt wurden, abgeschaltet (das heißt alle GNSS1-GNSSn außerhalb des ausgewählten Teilsatzes GNSSS). Beispielsweise werden, wenn GPS, Galileo und GLONASS in Schritt 170 ausgewählt wurden, die Komponenten in dem BeiDou-Signaltrenner 140D in Schritt 173 abgeschaltet. In Schritt 180 (welcher identisch zu Schritt 180 in 1B ist,) werden die Signale des ausgewählten Teilsatzes abgetrennt beziehungsweise abgetrennt, wie in Bezugnahme auf die 1A und 1B diskutiert ist (das heißt jedes individuelle Signal in dem ausgewählten Teilsatz GNSSS wird abgetrennt). Folgend auf das vorangehende Beispiel würden in Schritt 180 die ausgewählten GPS-, Galileo- und GLONASS-Informationen abgetrennt und durch das Signaltrennungsmodul 140 ausgegeben, während die BeiDou-Komponenten deaktiviert verblieben. In Schritt 185 (welcher identisch zu Schritt 185 in 1B ist,) werden die abgetrennten Signale, welche durch das Signaltrennmodul 140 ausgegeben werden, individuell gemäß ihren jeweiligen GNSS-Signalisierstrukturen und -Potokollen zur GNSS-Berechnung verarbeitet, und dann wird eine Multi-GNSS-Navigationslösung unter Verwendung all der Informationen berechnet, welche aus den Signalen der ausgewählten Konstellationen erzeugt werden. Folgend auf das vorangehende Beispiel werden die GPS-, Galileo- und GLONASS-Signale, welche abgetrennt und ausgegeben werden, durch das Signaltrennmodul 140 individuell gemäß ihren jeweiligen GNSS-Signalisierungsstrukturen und -Protokollen für die GNSS-Berechnung verarbeitet und dann wird eine Multi-GNSS-Navigationslösung berechnet (unter Verwendung all der Informationen, welche aus den Signalen der ausgewählten GPS-, Galileo- und GLONASS-Konstellationen von Satelliten erzeugt werden).In step 173 become the signal separation components of those GNSS constellations, which in step 170 are not selected, turned off (ie, all GNSS 1 -GNSS n outside the selected subset GNSS S ). For example, when GPS, Galileo and GLONASS are in step 170 the components in the BeiDou signal conditioner 140D in step 173 off. In step 180 (which is identical to step 180 in 1B is) the signals of the selected subset are separated, as with reference to FIGS 1A and 1B is discussed (ie, each individual signal in the selected subset GNSS S is disconnected). Following on from the previous example, in step 180 the selected GPS, Galileo and GLONASS information is separated and passed through the signal separation module 140 while the BeiDou components remained disabled. In step 185 (which is identical to step 185 in 1B is,) the separated signals, which by the signal separation module 140 are output, individually processed according to their respective GNSS signaling structures and protocols for GNSS calculation, and then a multi-GNSS navigation solution is calculated using all the information generated from the signals of the selected constellations. Following the foregoing example, the GPS, Galileo and GLONASS signals which are separated and output are passed through the signal separation module 140 is processed individually according to their respective GNSS signaling structures and protocols for GNSS computation, and then a multi-GNSS navigation solution is computed (using all the information obtained from the signals of the selected GPS, Galileo and GLONASS constellations of satellites be generated).
Als Nächstes wird die Multi-GNSS-Navigationslösung, welche in Schritt 185 berechnet wird, in den Schritten 191 und 195 der 1C befolgt. In Schritt 191 wird bestimmt, ob die Multi-GNSS-Navigationslösung eine bestimmte Minimalgrenzwertbedingung erfüllt hat, welche beispielsweise sein kann, ob sie ein bestimmtes Niveau von Genauigkeit erreicht hat. Der Zweck von Schritt 191 ist es, zu bestimmen, ob GNSS-Berechnungen fortgeführt nur durch den ausgewählten Teilsatz GNSSS gefertigt werden sollten, oder ob ein oder mehrere der gegenwärtig nicht ausgewählten/nicht verwendeten GNSS-Systeme zu den GNSS-Berechnungen hinzugefügt werden sollten, um beispielsweise eine größere Genauigkeit zu erreichen. Diese Analyse kann unabhängig von dem Rest des Systems (unter Verwendung eines unabhängigen Kriteriums) durchgeführt werden oder kann durch eine Anwendung vorgesehen sein, welche gegenwärtig die GNSS-Navigationslösung(en) verwendet und ein bestimmtes Genauigkeitsniveau benötigt. Wie für einen Fachmann wohlbekannt ist, gibt es eine Anzahl von Metriken für die Genauigkeit, auf deren Kombination manchmal als abgeschätzter Positionsfehler (EPE = Estimated Position Error) für einen bestimmten GNSS-Empfänger und/oder eine Navigation-/Positions-Anwendung Bezug genommen wird.Next, the multi-GNSS navigation solution, which is in step 185 is calculated in the steps 191 and 195 of the 1C followed. In step 191 It is determined whether the multi-GNSS navigation solution has met a certain minimum threshold condition, which may be, for example, whether it has reached a certain level of accuracy. The purpose of step 191 It is to determine whether GNSS calculations should continue to be made only by the selected subset GNSS S , or whether one or more of the currently unselected / unused GNSS systems should be added to the GNSS computations, for example a larger one To achieve accuracy. This analysis can be done independently of the rest of the system (using an independent criterion) or may be provided by an application currently using the GNSS navigation solution (s) and requiring a certain level of accuracy. As is well known to one skilled in the art, there are a number of metrics for accuracy, the combination of which is sometimes referred to as Estimated Position Error (EPE) for a particular GNSS receiver and / or a navigation / position application ,
Wenn der minimale Grenzwert in Schritt 191 nicht erfüllt beziehungsweise getroffen wird, bildet das Verfahren eine Rückkehrschleife und schaltet ein oder mehrere der nicht ausgewählten, demnach abgeschalteten Signaltrenner 140X in Schritt 175 ein (das heißt wählt ein oder mehrere GNSS-Konstellationen, welche vorangehend den Schritt 170 nicht ausgewählt waren, aus, was dazu führt, dass sein/deren Signaltrenner 140X in Schritt 173 abgeschaltet werden). Offensichtlich wird, wenn alle der möglichen GNSS-Konstellationen verwendet werden (das heißt alle Signaltrenner 140A, ... Z sind bereits angeschaltet) Schritt 175 ausgelassen. In einer Ausführungsform schaltet Schritt 175 nur eine GNSS-Konstellation zu einer Zeit an. Beispielsweise wird, wenn nur die GPS-Signale abgetrennt und verarbeitet werden (das heißt, wenn GPS das einzige GNSS ist, welches gegenwärtig ausgewählt ist), und der minimale Grenzwert in Schritt 191 nicht erfüllt wird, nur eine GNSS-Konstellation, beispielsweise die Galileo-Konstellation in Schritt 175 zur zusätzlichen Verarbeitung und Berechnung angeschaltet. Wenn zu einem zukünftigen Zeitpunkt der minimale Grenzwert wiederum in Schritt 191 unter Verwendung sowohl der GPS- als auch der Galileo-Konstellationen nicht erfüllt wird, wird eine andere GNSS-Konstellation beispielsweise GLONASS angeschaltet, wenn das Verfahren zu Schritt 175 zurückkehrt. In einer solchen Ausführungsform kann die Liste von GNSS-Konstellationen, welche anzuschalten sind, vorbestimmt sein, bestimmt durch den GNSS-Empfänger (basierend beispielsweise auf empfangenen Signalen) und/oder durch das System, in dem der GNSS-Empfänger ist, bestimmt werden (beispielsweise kann eine Bodenstation die bevorzugte Reihenfolge basierend auf gegenwärtigen Bedingungen bestimmen und die Liste an alle kollokierten beziehungsweise zusammengestellten GNSS-Empfänger übertragen.). In anderen betrachteten Ausführungsformen kann der GNSS-Empfänger und/oder -System eine Anzahl von Faktoren berücksichtigen, wenn Schritt 175 durchgeführt wird, einschließlich beispielsweise der gegenwärtigen Leistungssituation des GNSS-Empfängers (in einer Ausführungsform, in der der GNSS-Empfänger tragbar und batteriebetrieben ist, wie beispielsweise ein mobiles Datenendgerät). Wenn die eine oder mehreren GNSS-Konstellationen in Schritt 175 angeschaltet sind, kehrt das Verfahren zu Schritt 180 und 185 zurück, um die gegenwärtig betriebsfähigen GNSS-Signale abzutrennen und zu verarbeiten, um wiederum eine Multi-GNSS-Lösung zu berechnen.If the minimum limit in step 191 is not met or met, the method forms a return loop and switches one or more of the unselected, thus disconnected signal separator 140X in step 175 one (that is, select one or more GNSS constellations preceding the step 170 were not selected, resulting in his / her signal separator 140X in step 173 be switched off). Obviously, when all of the possible GNSS constellations are used (that is, all signal separators 140A , ... Z are already on) Step 175 omitted. In one embodiment step switches 175 only one GNSS constellation at a time. For example, if only the GPS signals are separated and processed (that is, if GPS is the only GNSS currently selected), and the minimum threshold is in step 191 is not met, just a GNSS constellation, such as the Galileo constellation in step 175 for additional processing and calculation turned on. If at a future time the minimum limit is again in step 191 is not satisfied using both the GPS and Galileo constellations, another GNSS constellation, for example GLONASS, is turned on when the method moves to step 175 returns. In such an embodiment, the list of GNSS constellations to be turned on may be predetermined as determined by the GNSS receiver (based, for example, on received signals) and / or by the system in which the GNSS receiver is located ( for example, a ground station may determine the preferred order based on current conditions and transmit the list to all collocated GNSS receivers.). In other contemplated embodiments, the GNSS receiver and / or system may take into account a number of factors when step 175 including, for example, the current performance situation of the GNSS receiver (in an embodiment where the GNSS receiver is portable and battery powered, such as a mobile terminal). If the one or more GNSS constellations in step 175 are turned on, the process returns to step 180 and 185 to separate and process the currently operational GNSS signals to again calculate a multi-GNSS solution.
Wenn der minimale Grenzwert in Schritt 191 erfüllt wird, wird in Schritt 193 bestimmt, ob die Multi-GNSS-Navigationslösung eine bestimmte maximale Grenzwertbedingung erfüllt und/oder überschritten hat, welche beispielsweise sein kann, ob sie ein Genauigkeitsniveau darüber hinaus, was gegenwärtig benötigt wird, erreicht hat. Der Zweck von Schritt 191 ist es, zu bestimmen, ob GNSS-Berechnungen fortdauernd durch den gesamten ausgewählten Teilsatz GNSSS gefertigt werden sollten oder ob ein oder mehrere der gegenwärtig ausgewählten GNSS-Signaltrenner abgeschaltet werden sollten, um beispielsweise Leistung einzusparen und/oder die Berechnungsressourcenverwendung zu verringern. Die maximale Grenzwertbedingung ist nicht darauf beschränkt, eine Bedingung der Multi-GNSS-Navigationslösung zu sein und kann anstelle dessen beispielsweise ein Prozentsatz einer Gesamtleistung, welche gegenwärtig durch die GNSS-Komponenten verbraucht wird, sein.If the minimum limit in step 191 is met, in step 193 determines whether the multi-GNSS navigation solution has met and / or exceeded a certain maximum threshold condition, which may be, for example, whether it has reached a level of accuracy beyond what is currently needed. The purpose of step 191 It is to determine whether GNSS computations should continue to be made through the entire selected subset GNSS S , or whether one or more of the currently selected GNSS signal trimmers should be turned off, for example, to conserve power and / or reduce computational resource usage. The maximum limit condition is not limited to being a condition of the multi-GNSS navigation solution, and instead may be, for example, a percentage of a total power currently consumed by the GNSS components.
Wenn der maximale Grenzwert in Schritt 193 nicht erfüllt wird, bildet das Verfahren eine Rückwärtsschleife zu Schritt 180, um die GNSS-Signale des ausgewählten Teilsatzes GNSSS abzutrennen und um eine neue Multi-GNSS-Navigationslösung zu berechnen. Diese Ausführungsform nimmt an, dass das System gegenwärtig eingestellt ist, um fortfahrend GNSS-Navigationslösungen zu erzeugen; dies ist jedoch in anderen Ausführungsformen nicht der Fall. Beispielsweise könnte die gesamte GNSS-Empfangskette in anderen Ausführungsformen abgeschaltet werden, um Leistung einzusparen, bis eine neue Multi-GNSS-Lösung benötigt wird, wodurch effektiv diese Iteration des Verfahrens unbefristet beendet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Schleife zu vorbestimmten Intervallen beziehungsweise Zeitintervallen getätigt werden, um Leistung einzusparen (beispielsweise alle 1 ms). In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren nach einer bestimmten Anzahl von Iterationen zu Schritt 170 zurückkehren (eher als zu Schritt 180), um eine Neuauswahl eines Teilsatzes GNSSS zu ermöglichen. In Ausführungsformen, welche in einem mobilen Datenendgerät implementiert sind, wird der ausgewählte Start-Teilsatz GNSSS in der Fabrik voreingestellt (beispielsweise eine anfängliche Auswahl eines GNSS-Systems wie beispielsweise GPS) und dann würde das Verfahren primär aus einem Anschalten und Abschalten der verschiedenen anderen GNSS-Signaltrennmodule 140A...140Z bestehen wie durch das mobile Datenendgerät in dem Gebiet benötigt oder bevorzugt – was bedeutet, dass eine Rückkehr zu Schritt 170 effektiv ein Rücksetzen des Verfahrens durch das mobile Datenendgerät gemäß solchen Ausführungsformen ist. If the maximum limit in step 193 is not satisfied, the method forms a backward loop to step 180 to separate the GNSS signals of the selected subset GNSS S and to calculate a new multi-GNSS navigation solution. This embodiment assumes that the system is currently tuned to continue generating GNSS navigation solutions; however, this is not the case in other embodiments. For example, in other embodiments, the entire GNSS receive chain could be turned off to save power until a new multi-GNSS solution is needed, effectively terminating this iteration of the process indefinitely. In some embodiments, the loop may be taken at predetermined intervals or intervals to conserve power (eg, every 1 ms). In other embodiments, the method may step after a certain number of iterations 170 return (rather than to step 180 ) to allow reselection of a GNSS S subset. In embodiments implemented in a mobile data terminal, the selected starting subset GNSS S is preset in the factory (e.g., an initial selection of a GNSS system such as GPS) and then the method would primarily consist of turning on and off the various others GNSS signal breakers 140A ... 140Z as required or preferred by the mobile terminal in the area - which means a return to step 170 effectively, resetting the method by the mobile terminal according to such embodiments.
Wenn der maximale Grenzwert in Schritt 193 erfüllt ist, bildet das Verfahren eine Schleife rückwärts, um abzuschalten oder um einen oder mehrere der gegenwärtig ausgewählten und demnach angeschalteten Signaltrenner 140X in Schritt 177 abzuwählen (das heißt es subtrahiert eine oder mehrere GNSS-Konstellationen, welche gegenwärtig im Teilsatz GNSSS sind, was dazu führt, dass ihre Signaltrenner 140X in Schritt 173 abgeschaltet werden). Offensichtlich wird, wenn nur eine GNSS-Konstellation verwendet wird (das heißt nur ein Signaltrenner 140X ist gegenwärtig angeschaltet) Schritt 177 ausgelassen. In einer Ausführungsform schaltet Schritt 177 nur eine GNSS-Konstellation zu einem Zeitpunkt aus. Beispielsweise wird, wenn die GPS-, Galileo- und GLONASS-Signale abgetrennt werden und verarbeitet werden (das heißt GNSSS = GPS, Galileo, GLONASS), und der maximale Grenzwert in Schritt 193 erfüllt ist, wird nur eine GNSS-Konstellation, beispielsweise die GLONASS-Konstellation in Schritt 177 abgewählt. Wenn zu einem zukünftigen Zeitpunkt der maximale Grenzwert in Schritt 193 wiederum erfüllt ist, wird eine andere GNSS-Konstellation, beispielsweise Galileo abgeschaltet, wenn das Verfahren zu Schritt 177 zurückkehrt. In einer solchen Ausführungsform kann die Liste von GNSS-Konstellationen, welche abzuwählen sind, das heißt abgeschaltet werden, vorbestimmt sein, durch den GNSS-Empfänger bestimmt werden (basierend beispielsweise auf empfangenen Signalen) und/oder durch das System, in welchem der GNSS-Empfänger ist, bestimmt werden (beispielsweise kann eine Bodenstation die bevorzugte Reihenfolge basierend auf gegenwärtigen Bedingungen bestimmen und die Liste zu allen kollokierten GNSS-Empfängern übertragen.). In anderen betrachteten Ausführungsformen kann der GNSS-Empfänger und/oder -System eine Anzahl von Faktoren in Betracht ziehen, wenn er/es Schritt 177 durchführt, einschließlich beispielsweise der gegenwärtigen Leistungssituation des GNSS-Empfängers (in einer Ausführungsform, in der der GNSS-Empfänger tragbar und batteriebetrieben ist, wie beispielsweise ein mobiles Datenendgerät). Wenn die eine oder mehrere GNSS-Konstellation(en) in Schritt 177 abgewählt ist/sind, kehrt das Verfahren zu Schritt 173 zurück, um die Signaltrenner der abgewählten GNSSs abzuschalten und dann die gegenwärtig in Betrieb befindlichen GNSS-Signale zu verarbeiten, um wiederum eine Multi-GNSS-Lösung zu berechnen.If the maximum limit in step 193 is satisfied, the method loops backwards to turn off or one or more of the currently selected and thus turned-on signal dividers 140X in step 177 (that is, it subtracts one or more GNSS constellations that are currently in subset GNSS S , resulting in their signal separators 140X in step 173 be switched off). Obviously, if only one GNSS constellation is used (that is, only one signal splitter 140X is currently on) Step 177 omitted. In one embodiment step switches 177 just one GNSS constellation at a time. For example, when the GPS, Galileo, and GLONASS signals are separated and processed (that is, GNSS S = GPS, Galileo, GLONASS), and the maximum limit in step 193 is satisfied, only one GNSS constellation, for example, the GLONASS constellation in step 177 deselected. If at a future time the maximum limit in step 193 is met again, another GNSS constellation, such as Galileo, is turned off when the process moves to step 177 returns. In such an embodiment, the list of GNSS constellations which are to be deselected, that is, disabled, may be predetermined, determined by the GNSS receiver (based, for example, on received signals), and / or by the system in which the GNSS receiver Receiver (eg a ground station can determine the preferred order based on current conditions and transmit the list to all collocated GNSS receivers.). In other contemplated embodiments, the GNSS receiver and / or system may consider a number of factors as it steps 177 including, for example, the current performance situation of the GNSS receiver (in an embodiment where the GNSS receiver is portable and battery powered, such as a mobile terminal). If the one or more GNSS constellation (s) in step 177 is deselected, the method returns to step 173 to turn off the signal disconnectors of the deselected GNSSs and then process the currently operating GNSS signals to again calculate a multi-GNSS solution.
Simultan und/oder getrennt von den Schritten 191 und 193 wird die Multi-GNSS-Navigationslösung von Schritt 185 in Schritt 195 zu dem System ausgegeben. In den meisten Ausführungsformen wird dies ein Vorsehen der Multi-GNSS-Navigationslösung für eine Anwendung, welche gegenwärtig die GNSS-Navigation-/Positions-Informationen nützt, bedeuten. Diese Anwendung kann die Multi-GNSS-Navigationslösung (als beispielsweise eine nicht ausreichende Genauigkeit habend) zurückweisen, und diese Zurückweisung kann als ein Teil der Analyse in den Schritten 191 und 193 wie obenstehend diskutiert verwendet werden. Nach Schritt 195 kann eine Anzahl von Dingen in dem System als ein Gesamtes passieren, abhängig von der spezifischen Ausführungsform – die möglichen Variationen sind wohlbekannt für und/oder implementierbar durch einen Fachmann – wie durch die punktierte Linie, welche aus Schritt 195 herauskommt, angezeigt ist.Simultaneous and / or separate from the steps 191 and 193 becomes the multi-gnss navigation solution by step 185 in step 195 output to the system. In most embodiments, this will mean providing the multi-GNSS navigation solution to an application currently using the GNSS navigation / position information. This application may reject the Multi-GNSS navigation solution (for example, as having insufficient accuracy), and this rejection may be considered part of the analysis in the steps 191 and 193 as discussed above. After step 195 For example, a number of things may happen in the system as a whole, depending on the specific embodiment - the possible variations are well known to and / or implementable by one skilled in the art - such as the dotted line resulting from step 195 comes out, is displayed.
Wie in 1A sollten die Verfahren, welche in den 1B und 1C gezeigt sind, als konzeptuelle Rahmenwerke verstanden werden, welche Details, welche für die Erklärung der vorliegenden Erfindung belanglos sind, auslassen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Schritte im Wesentlichen simultan durchgeführt werden (besonders in einer Ausführungsform, in der eine oder mehrere Schritte ein Teil einer konstant sich wiederholenden Schleife sind). Ein oder mehrere Schritte der Verfahren, welche in den 1B und 1C gezeigt sind, können zusammengelegt werden und/oder ein einzelner Schritt kann weiterhin in Unterschritte aufgeteilt werden. Die Details, wie ein oder mehrere Schritte zusammengelegt, getrennt und/oder anderweitig implementiert werden (ob in Hardware, Software oder eine Kombination von Hardware und Software), hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie sie für einen Fachmann wohlbekannt ist. Dies wird durch ein Beispiel in Bezugnahme auf die spezifische Ausführungsform demonstriert werden, welche untenstehend unter Bezugnahme auf die 4A, 4B und 4C diskutiert ist.As in 1A the procedures used in the 1B and 1C are to be understood as conceptual frameworks that omit details that are not pertinent to the explanation of the present invention. In some embodiments, one or more of the steps may be performed substantially simultaneously (particularly in an embodiment where one or more steps are part of a constant repeating loop). One or more steps of the processes which are described in the 1B and 1C can be merged and / or a single step can be further subdivided. The details of how to merge, separate, and / or otherwise implement one or more steps (whether in hardware, software, or a combination of hardware and software) depends on a number of factors, as well known to those skilled in the art. This will be demonstrated by way of example with reference to the specific embodiment which will be described below with reference to FIGS 4A . 4B and 4C is discussed.
4A veranschaulicht eine Empfängerkette beziehungsweise Empfangskette für ein GNSS-System, welches in der Lage ist, Signale von den GPS/Gal/GLO/Bei-Konstellationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu empfangen und zu verarbeiten. Die Antenne 410 empfängt Signale von Satelliten in dem GPS, Galileo, GLONASS und BeiDou-Systemen, deren Charakteristiken obenstehend unter Bezugname auf die 1A, 2A und 2B diskutiert worden sind. Die empfangenen GPS/Gal/GLO/Bei-Signale werden einer Vorverstärkung und einer Filterung 413 zugeführt. Die Vorverstärkungs- und (anfänglichen) Filter-Vorgänge sind für einen Fachmann im Gebiet des Funkempfangs wohlbekannt und schließen in dem Fall von GNSS-Signalen ein Verstärken der Signale, welche von Satelliten ungefähr 20.000 Kilometer entfernt empfangen worden sind, ein – diese sozusagen laut genug machend, um gehört zu werden. Ebenso würde am Wahrscheinlichsten ein grober Filtervorgang folgen, um die erwünschten GNSS-Signale aus dem Rest des Spektrums zu isolieren. Die vielen Mittel beziehungsweise Einrichtungen und Variationen, welche möglich sind, wenn eine Vorverstärkung und ein Filtern durchgeführt wird, sowie die Stufen und Schritte, welche in der Empfangskette vor, während und nach der Vorverstärkung und dem Filtern auftreten können, sind für einen Fachmann wohlbekannt und bedürfen hier keiner weiteren Erklärung. 4A FIG. 10 illustrates a receiver chain for a GNSS system capable of receiving and processing signals from the GPS / Gal / GLO / Bei constellations according to one embodiment of the present invention. The antenna 410 receives signals from satellites in the GPS, Galileo, GLONASS and BeiDou systems, whose characteristics are referenced above with reference to FIG 1A . 2A and 2 B have been discussed. The received GPS / Gal / GLO / Bei signals are preamplified and filtered 413 fed. The preamplification and (initial) filtering operations are well known to those skilled in the art of radio reception and, in the case of GNSS signals, include amplifying the signals received from satellites approximately 20,000 kilometers away - this, so to speak, loud enough doing to be heard. Likewise, most likely, a gross filtering would follow to isolate the desired GNSS signals from the rest of the spectrum. The many means and variations that are possible when performing preamplification and filtering, as well as the steps and steps employed in the art Receive chain can occur before, during and after the preamplification and filtering are well known to one skilled in the art and need no further explanation.
Nach der Vorverstärkung und dem anfänglichen Filtern werden die empfangenen GPS/Gal/GLO/Bei-GNSS-Signale einem komplexen Mischer 420 zugeführt. Der komplexe Mischer 420 mischt die empfangenen GPS/Gal/GLOBei-GNSS-Signale mit einem komplexen LORF, wie obenstehend unter Bezugnahme auf die 1A und 3A bis 3C diskutiert war, was zu einem komplexen und Zwischenfrequenz (IF = Intermediate Frequency)-Signal führt. Wie in 4A gezeigt ist, stammt das komplexe LORF-Signal von einem lokalen Oszillator (LO) 450, welcher Timing- bzw. Zeitvorgabe-Signale für das System erzeugt. Alle Timing-Signale in den 4A und 4B sind durch gepunktete Linien angezeigt. LO 450 erzeugt ein bestimmtes Frequenz(fx)-Referenzsignal, welches als die Basis für andere Timing-Signale verwendet wird. Wie für Fachleute wohlbekannt ist, kann die Frequenz der tatsächlichen Ausgabe des LO zu hoch sein und demnach eine Verringerung mittels eines Teilers beziehungsweise Dividierers benötigen, um das erwünschte fx-Frequenz-Referenzsignal zu erhalten. Darüber hinaus wird, um das LORF-Signal zu erzeugen, welches typischerweise viele Male größer sein würde als die lokale Oszillator- oder Referenzfrequenzen, das Timing-Signal bei einer Frequenz fx in Wirklichkeit mit der benötigten Frequenz multipliziert. Die Techniken um dies zu tun sind für Fachleute wohlbekannt und schließen beispielsweise einen Phasenregelkreis (PLL = Phase Locked Loop) unter anderen Verfahren ein. Wie für Fachleute wohlbekannt ist, wird, obwohl allgemein auf einen ”lokalen Oszillator” Bezug genommen wird, die Erzeugung des LO-Signals in der tatsächlichen Praxis typischerweise durch eine Mehrzahl von Komponenten durchgeführt und kann die Zuführung von externen Timing-Signalen beispielsweise Tracking und andere Zwecke aufweisen.After preamplification and initial filtering, the received GPS / Gal / GLO / At-GNSS signals become a complex mixer 420 fed. The complex mixer 420 mixes the received GPS / Gal / GLOBei GNSS signals with a complex LORF as described above with reference to FIGS 1A and 3A to 3C was discussed, resulting in a complex and intermediate frequency (IF) signal. As in 4A is shown, the complex LO RF signal originates from a local oscillator (LO) 450 which generates timing signals for the system. All timing signals in the 4A and 4B are indicated by dotted lines. LO 450 generates a certain frequency (f x ) reference signal, which is used as the basis for other timing signals. As is well known to those skilled in the art, the frequency of the actual output of the LO may be too high and thus require a divider reduction to obtain the desired f x -frequency reference signal. Moreover, to generate the LO RF signal, which would typically be many times larger than the local oscillator or reference frequencies, the timing signal at a frequency f x is actually multiplied by the required frequency. The techniques for doing so are well known to those skilled in the art and include, for example, a Phase Locked Loop (PLL) among other methods. As is well known to those skilled in the art, while generally referring to a "local oscillator", in actual practice the generation of the LO signal is typically performed by a plurality of components, and the supply of external timing signals may include tracking and others Have purposes.
In der Ausführungsform der 4A ist fx = 1,0230625 MHz, was multipliziert wird mit einem Multiplizierer 451 von 1547, was zu 1547fx = 1582,6776875 MHz führt. Dieses Signal ist jedoch noch nicht komplex und benötigt eine Blindkomponente (Q), welche durch ein Multiplizieren des Signals mit einer 90 Grad-Phasenverschiebung erzeugt wird, was durch das Modul 453 getätigt wird. Demnach ist die Ausgabe des Moduls 453, welche dem komplexen Mischer 420 zugeführt wird, das LORF-Signal, mit I- und Q-Komponenten und einer Frequenz von 1547fx = 1582,6776875 MHz. Wie für einen Fachmann wohl bekannt ist, ist dies nur einer der vielen Wege, auf welchen ein komplexes 1547fx-Signal aus einem LOfx-Signal erzeugt werden könnte.In the embodiment of the 4A f x = 1.0230625 MHz, which is multiplied by a multiplier 451 of 1547, resulting in 1547f x = 1582.6776875 MHz. However, this signal is not yet complex and needs a reactive component (Q), which is generated by multiplying the signal by a 90 degree phase shift, which is done by the module 453 is made. Accordingly, the output of the module 453 which the complex mixer 420 is fed, the LO RF signal, with I and Q components and a frequency of 1547f x = 1582.6776875 MHz. As is known to a person skilled in, this is just one of the many ways in which a complex 1547f x signal from a lof x signal could be generated.
Die Ausgabe des komplexen Mischers 420, d. h. die Mischung des komplexen LORf-Signals und der empfangenen, verstärkten und gefilterten GPS/Gal/GLO/Bei-GNSS-Signale wird dem IF-Filter 423 zugeführt. Der Zweck des IF-Filters 423, welcher ein Bandpass-Filter ist, ist es, das eingehende Signal beziehungsweise zugeführte Signal für eine weitere Verarbeitung (insbesondere für den Analog-Digital-Wandlungs-Vorgang) zu verschmälern und er kann, wie einem Fachmann wohlbekannt ist, aus mehreren Komponentenfiltern in einer Kette aufgebaut sein. In der Ausführungsform der 4A hat der IF-Filter 423 die Frequenzantwort, welche in 5A gezeigt ist. Die Frequenzantwort in 5A ist das Ergebnis eines Zwei-Null Butterworth Hochpassfilters (high pass two-zero Butterworth Filter) mit einer Eckkreisfrequenz von 5,2 MHz. 5B zeigt die Frequenzantwort, wenn ein Bandsperrfilter, d. h. ein Chebyshev-Filter dritter Ordnung mit einer Eckkreisfrequenz von 23,7 MHz und einem 1 dB-Sperrband von 9 MHz bis 19 MHz zu dem Filter, dessen Frequenzantwort in 5A gezeigt ist, hinzugefügt wird. Dies ist vorteilhaft, da, wie gesehen werden kann, der Filter mit der Frequenzantwort, welcher in 5B gezeigt ist, die GPS/Gal/GLO/Bei-Signale, welche von dem komplexen Mischer 420 ausgegeben werden, effektiv isoliert, wie in 3C gezeigt ist. Ein Eliminieren aller Signale außerhalb des GPS/Gal/GLO/Bei-Signalbereichs ist vor dem Analog-Digital-Wandlungs-Vorgang wünschenswert, um beliebige große Interferierende vor der Umwandlung zu eliminieren, da es keinen Weg gibt, solch eine Interferenz nach der Wandlung zu eliminieren, was zu einem C/NO (das Verhältnis von Träger zu Rausch-Spektraldichte)-Verlust führt, welcher niemals wieder ausgeglichen werden kann.The output of the complex mixer 420 ie, the mixture of the complex LO Rf signal and the received, amplified and filtered GPS / Gal / GLO / At-GNSS signals becomes the IF filter 423 fed. The purpose of the IF filter 423 , which is a bandpass filter, is to narrow the incoming signal for further processing (in particular for the analog-to-digital conversion process) and, as is well known to a person skilled in the art, can consist of several component filters in one Be built chain. In the embodiment of the 4A has the IF filter 423 the frequency response, which in 5A is shown. The frequency response in 5A is the result of a two-zero Butterworth high pass two-zero Butterworth filter with a corner frequency of 5.2 MHz. 5B shows the frequency response when a band rejection filter, ie a third order Chebyshev filter with a corner angular frequency of 23.7 MHz and a 1 dB stopband of 9 MHz to 19 MHz, is applied to the filter whose frequency response is 5A shown is added. This is advantageous because, as can be seen, the filter with the frequency response which is in 5B shown is the GPS / Gal / GLO / In signals coming from the complex mixer 420 be issued, effectively isolated, as in 3C is shown. Eliminating all signals outside the GPS / Gal / GLO / On signal range is desirable prior to the analog-to-digital conversion process to eliminate any large interferers prior to conversion since there is no way to add such interference after conversion which results in a C / N O (Carrier to Noise Spectral Density) loss that can never be equalized.
Zurückkehrend zu 4A werden die Signale, welche durch den IF-Filter 423 ausgegeben werden, als Nächstes einem Verstärker mit variierbarer Verstärkung (VGA = Variable Gain Amplifier) 425 für eine weitere Verstärkung vor dem Analog-Digital-Wandlungs-Vorgang zugeführt. Der VGA 425 wird wenigstens teilweise durch eine automatische Verstärkungssteuerung (ACG = Automatic Gain Control) 460 gesteuert, welche kontinuierlich Signale entlang der Empfangskette überwacht, um einen konsistenten Amplitudenpegel über das System hinweg aufrechtzuerhalten. Die verstärkte Ausgabe von VGA 425 wird dem Analog-Digital-Wandler (ADC) 430 zugeführt, dessen Zweck obenstehend unter Bezugnahme auf 1A diskutiert worden ist.Returning to 4A be the signals passing through the IF filter 423 Next, a variable gain amplifier (VGA = Variable Gain Amplifier) 425 for further amplification before the analog-to-digital conversion process. The VGA 425 is at least partially controlled by an Automatic Gain Control (ACG) 460 which continuously monitors signals along the receive chain to maintain a consistent amplitude level throughout the system. The amplified edition of VGA 425 is the analog-to-digital converter (ADC) 430 whose purpose is described above with reference to 1A has been discussed.
In 4A ist die Abtastrate (fS) von ADC 430 fS = 48fx = 49,107 MHz, wobei, wie bei dem LORF-Signal das Timing-Signal zum Abtasten aus einem Referenzfrequenz (fx)-Signal stammt, welches durch einen Multiplizierer 452 mit 48 multipliziert wird. Das Abtasten ist der fundamentale Vorgang, durch welchen analoge Signale in digitale Signale umgewandelt werden, und die Nyquist-Abtastrate, welche zweimal die höchste Frequenzkomponente des analogen Signals, welches abzutasten ist, ist, ist die minimale Abtastrate für einen ADC wie beispielsweise 430. Demnach ist für eine Abtastrate von 49,107 MHz die Signalbandbreite, welche erfasst wird, ungefähr 24,5 MHz, was mehr als genug ist, um die GPS/Gal/GLO/Bei-Bandbreite einzupassen, wie in 3C gezeigt ist. Wie Fachleuten bekannt ist, sollte die ADC-Abtastrate immer höher sein als das Minimum wenigstens in diesem bestimmten Fall, um genug Frequenzraum für praktisch implementierbare Roll-Off-IF-Filter zu ermöglichen wie beispielsweise den Bandsperrfilter, welcher die Frequenzantwort hat, welche in 5B gezeigt ist.In 4A is the sampling rate (f S ) of ADC 430 f S = 48f x = 49.107 MHz, where, as in the case of the LO RF signal, the timing signal for sampling originates from a reference frequency (f x ) signal which is output by a multiplier 452 multiplied by 48. Sampling is the fundamental process by which analog signals are converted to digital signals and the Nyquist sampling rate, which is twice the highest Frequency component of the analog signal to be sampled is the minimum sampling rate for an ADC such as 430 , Thus, for a sampling rate of 49.107 MHz, the signal bandwidth being detected is approximately 24.5 MHz, which is more than enough to fit the GPS / Gal / GLO / In bandwidth, as in 3C is shown. As is known to those skilled in the art, the ADC sampling rate should always be higher than the minimum, at least in this particular case, to allow enough frequency space for practically implementable roll-off IF filters, such as the notch filter which has the frequency response which is in 5B is shown.
In der Ausführungsform, welche in 4A gezeigt ist, werden die komplexen digitalen Signale, welche durch den ADC 430 ausgegeben werden, welche bei 49,107 MHz abgetastet worden sind, dem Signaltrennungsmodul 440 zugeführt, welches den GPS/Galileo-Signaltrenner 440A/B, den GLONASS-Signaltrenner 440C und den BeiDou-Signaltrenner 440D aufweist. Jedes der individuellen Module empfängt dieselbe digitale Eingabe von dem ADC 430. Wie obenstehend erwähnt ist, wurden der GPS- und Galileo-Signaltrenner teilweise in den Trenner 440A/B kombiniert, da die übertragenen GPS- und Galileo-Signale dasselbe Frequenzband gemeinsam verwenden. Demnach hat, anders als die anderen Signaltrenner, der GPS/Galileo-Signaltrenner 440A/B zwei Ausgänge, einen für GPS und einen für Galileo. Ein Abschnitt des GPS/Galileo-Signaltrenners 440A/B in 4A wurde durch eine gepunktete Linie abgetrennt, wodurch die zusätzliche(n) Komponente(n) im GPS/Galileo-Signaltrenner 440A/B, nicht in dem GLONASS- und BeiDou-Signaltrenner 440C und 440D angezeigt wird. Wie in 1A trennen der GPS/Galileo-Signaltrenner 440A/B, der GLONASS-Signaltrenner 440C und der BeiDou-Signaltrennter 440D die GPS-, Galileo-, GLONASS- und BeiDou-Signale jeweils ab und geben die Signale für eine Verwendung für Navigationsverarbeitung und Berechnung aus.In the embodiment which is in 4A shown, are the complex digital signals generated by the ADC 430 which has been sampled at 49.107 MHz, the signal separation module 440 which is the GPS / Galileo signal separator 440A / B, the GLONASS signal conditioner 440C and the BeiDou signal conditioner 440D having. Each of the individual modules receives the same digital input from the ADC 430 , As mentioned above, the GPS and Galileo signal isolators partially went into the splitter 440A / B combined because the transmitted GPS and Galileo signals share the same frequency band. Thus, unlike the other signal isolators, the GPS / Galileo signal isolator 440A / B two outputs, one for GPS and one for Galileo. A section of the GPS / Galileo signal conditioner 440A / B in 4A was separated by a dotted line, eliminating the additional component (s) in the GPS / Galileo signal separator 440A / B, not in the GLONASS and BeiDou signal conditioners 440C and 440D is shown. As in 1A disconnect the GPS / Galileo signal isolator 440A / B, the GLONASS signal conditioner 440C and the BeiDou signal separator 440D the GPS, Galileo, GLONASS, and BeiDou signals, respectively, and output the signals for use in navigation processing and computation.
4B veranschaulicht die Details der Komponenten innerhalb des GPS-/Galileo-Signaltrenners 440A/B, des GLONASS-Signaltrenners 440C und des BeiDou-Signaltrenners 440D in 4A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen weist jeder Signaltrenner 440 einen komplexen Mischer 441, welcher die ADC 430-Ausgabe (welche alle GNSS-Signale in digitaler Form hat) auf die spezifische GNSS-Trägerfrequenz (letztendlich basierend auf der Original GNSS-Satellitenmittelübertragungsfrequenz) herabmischt, und einen Tiefpass-Filter (LPF = Low Pass Filter) 447, welcher mit der spezifischen GNSS-Spreizcode-erzeugten Bandbreite übereinstimmt. Ein nummerisch gesteuerter Oszillator (NCO) 443, dessen Timing-Signalzuführung letztendlich von LO 450 abgeleitet ist, sieht das geeignete Frequenzmischsignal für den komplexen Mischer 441 vor. 4B illustrates the details of the components within the GPS / Galileo signal conditioner 440A / B, the GLONASS signal conditioner 440C and the BeiDou signal conditioner 440D in 4A according to an embodiment of the present invention. In general, each signal separator 440 a complex mixer 441 which the ADC 430 Output (which has all GNSS signals in digital form) down to the specific GNSS carrier frequency (ultimately based on the original GNSS satellite mid-transmission frequency) and a low pass filter (LPF) 447 which matches the specific GNSS spreading code generated bandwidth. A numerically controlled oscillator (NCO) 443 whose timing signal feed is ultimately from LO 450 is derived, sees the appropriate frequency mixing signal for the complex mixer 441 in front.
Genauer empfängt in dem GPS-/Galileo-Signaltrenner 440A/B der NCO 443A/B eine Timing-Signalzuführung 48fx (welche letztendlich von dem LO 450 stammt) und gibt ein komplexes digitales Signal der Frequenz 7fx (die Details des NCO werden untenstehend unter Bezugnahme auf Tabelle 1 diskutiert werden) aus. 7fx = 7,1614375 MHz = grob die Mittelfrequenz der GPS-/Galileo-Signale in der IF-Domäne, d. h. die Mitte der GPS-/Galileo-IF-Signale 220/225 in den 3B und 3C, erzeugt durch ein Mischen der GPS-/Galileo-RF-Signale mit dem komplexen LORF in dem Mischer 420. Dieses Timing-Signal der Frequenz 7fx, welches durch den NCO 443A/B ausgegeben wird, wird dem komplexen Mischer 441A/B zugeführt, wo es mit der ADC 430-Ausgabe (welche alle GNSS-Signale in digitaler Form hat) gemischt wird. Die Ausgabe des komplexen Mischers 441A/B, welche effektiv zu der GPS-/Galileo-(IF)-Trägerfrequenz ”herabgemischt” wurde, tritt durch eine Spektral-Inversions-Einheit 445A/B hindurch, welche die GPS-/Galileo-IF-Signale 220/225 von der ”negativen Seite” des Spektrums ”invertiert”, wie in 3A gezeigt ist. In der Praxis kann dies getätigt werden durch ein einfaches Invertieren des Vorzeichens der Q-Komponente des digitalen Signals, welches durch den NCO 443A/B ausgegeben wird.More specifically, it receives in the GPS / Galileo signal separator 440A / B the NCO 443A / B is a timing signal feed 48f x (which is ultimately from the LO 450 is derived) and outputs a complex digital signal of frequency 7 fx (the details of the NCO will be discussed below with reference to Table 1). 7fx = 7.1614375 MHz = roughly the center frequency of the GPS / Galileo signals in the IF domain, ie the center of the GPS / Galileo IF signals 220 / 225 in the 3B and 3C generated by mixing the GPS / Galileo RF signals with the complex LO RF in the mixer 420 , This timing signal of frequency 7f x , which by the NCO 443A / B is issued to the complex mixer 441A / B supplied where it is with the ADC 430 Output (which has all GNSS signals in digital form) is mixed. The output of the complex mixer 441A / B which has been effectively "blended" to the GPS / Galileo (IF) carrier frequency passes through a spectral inversion unit 445A / B through which the GPS / Galileo IF signals 220 / 225 from the "negative side" of the spectrum "inverted", as in 3A is shown. In practice, this can be done by simply inverting the sign of the Q component of the digital signal generated by the NCO 443A / B is output.
Einmal durch die Spektral-Inversions-Einheit 445A/B invertiert, wird das komplexe digitale Signal durch Galileo-LPF 447B gefiltert, welches der Galileo-Spreizcodeerzeugten Bandbreite von 4,092 MHz (Null-zu-Null-Frequenzspektrum nach dem Abtasten) entspricht. Demnach ist die Ausgabe von Galileo-LPF 447B das Galileo-Signal in komplexer digitaler Form plus einem verbleibenden Trägerfrequenz-Offset (d. h. – 96,25 kHz und den Doppler- und Oszillatoroffsetthermen), welcher entfernt werden wird, um das Galileo-Signal bereit zur weiteren Verarbeitung durch das GNSS-System 400 zu machen. Um die entsprechende GPS-Ausgabe zu erzeugen, wird die Ausgabe des Galileo-LPF 447B dem GPS-LPF 447A zugeführt, welcher der GPS-Spreizcode-erzeugten Bandbreite entspricht, welche nur 2,046 MHz (Null-zu-Null-Frequenzspektrum nach dem Abtasten) ist. Demnach wird der Galileo-LPF 447B vor dem GPS-LPF 447A in dem Signalweg platziert, da die Ausgabe des Galileo-LPF 447B das GPS-Signal noch in sich haben wird. Die Ausgabe des GPS-LPF 447A ist das GPS-Signal in komplexer digitaler Form plus einem verbleibenden Trägerfrequenz-Offset (d. h. –96,25 kHz = Übertragungsfrequenz – LORF + NCO-Ausgangsfrequenz = 1575,42 MHz – 1582,6776875 MHz + 7 × 1,0230625 MHz = –0,09625 MHz), welcher entfernt werden wird, um das GPS-Signal für eine Weiterverarbeitung durch das GNSS-System 400 bereit zu machen. Wie es für einen Fachmann wohlbekannt ist, gibt es andere Frequenz-Offsets, welche entfernt werden müssen wie beispielsweise den Doppler-Offset und andere mögliche Oszillator-Offsets abhängig von der Ausführungsform. Solche wohlbekannten Merkmale/Probleme, welche GNSS-Systemen gemein sind, werden jedoch nicht diskutiert werden, um ein Verschleiern der Erfindung im unnötigen Detail zu vermeiden.Once through the spectral inversion unit 445A / B inverts, the complex digital signal is through Galileo LPF 447B which corresponds to the Galileo spread code generated bandwidth of 4.092 MHz (zero-to-zero frequency spectrum after sampling). Accordingly, the output of Galileo LPF 447B the Galileo signal in complex digital form plus a residual carrier frequency offset (ie, 96.25 kHz and the Doppler and Oscillator offset heaters) which will be removed to make the Galileo signal ready for further processing by the GNSS system 400 close. To generate the corresponding GPS output, the output of the Galileo LPF 447B the GPS-LPF 447A which corresponds to the GPS spread code generated bandwidth, which is only 2.046 MHz (zero-to-zero frequency spectrum after sampling). Accordingly, the Galileo LPF 447B in front of the GPS-LPF 447A placed in the signal path, since the output of the Galileo LPF 447B the GPS signal will still be in it. The output of the GPS-LPF 447A is the GPS signal in complex digital form plus a remaining carrier frequency offset (ie -96.25 kHz = transmission frequency - LO RF + NCO output frequency = 1575.42 MHz - 1582.6776875 MHz + 7 × 1.0230625 MHz = - 0.09625 MHz), which will be removed to provide the GPS signal for further processing by the GNSS system 400 to get ready. As is well known to a person skilled in the art, there are other frequency offsets that need to be removed, such as the Doppler offset and other possible oscillator offsets, depending on the embodiment. However, such well-known features / problems common to GNSS systems will not be discussed in order to avoid obscuring the invention in unnecessary detail.
In jedem Signaltrenner 440 ist der numerische Steueroszillator NCO 443 ein digitaler Signalerzeuger, welcher eine synchrone (das heißt getaktete) diskrete Zeit erzeugt, diskretwertige Repräsentation eines Kurvenverlaufs. Ein NCO weist im Allgemeinen zwei Teile auf: einen Phasenakkumulator (PA), welcher einen Frequenzsteuerwert zu jeder Taktabtastung addiert, und einen Phase-zu-Verstärker-Wandler (PAC = phase-to-amplifier convertor), welcher den PA-Frequenzsteuerwert verwendet, um die entsprechende Amplitudenabtastung zu erzeugen. In dieser Ausführungsform verwendet der PAC eine Nachschlagetabelle (LUT = Look Up Table), um den Amplitudenwert dem Phasenwert, welcher durch die PA ausgegeben wird, anzupassen. In anderen Ausführungsformen kann der PAC eine Interpolation sowohl als auch die LUT verwenden, um eine bessere Genauigkeit vorzusehen und Phasenfehlerrauschen beziehungsweise Phasenfehlerstörungen zu verringern. In noch weiteren Ausführungsformen können andere Verfahren neben LUT's verwendet werden einschließlich das Verwenden eines mathematischen Algorithmus wie beispielsweise einer Potenzserie, insbesondere in einem Software-NCO.In every signal separator 440 is the numerical control oscillator NCO 443 a digital signal generator which generates a synchronous (ie clocked) discrete time, discrete representation of a waveform. An NCO generally has two parts: a phase accumulator (PA) which adds a frequency control value to each clock sample, and a phase-to-amplifier converter (PAC) which uses the PA frequency control value. to generate the corresponding amplitude sample. In this embodiment, the PAC uses a Look Up Table (LUT) to adjust the amplitude value to the phase value output by the PA. In other embodiments, the PAC may use interpolation as well as the LUT to provide better accuracy and reduce phase error noise. In yet other embodiments, other methods besides LUTs may be used, including using a mathematical algorithm such as a power series, particularly in a software NCO.
Im GPS-Galileo-Signaltrenner 440A/B, welcher in 4B gezeigt ist, verwendet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der NCO 443A/B eine LUT, mit Werten, wie sie in Tabelle 1 untenstehend gezeigt sind. Im Allgemeinen muss die LUT des NCO 443 die Taktrate (Clocking Rate) in die erwünschte komplexe Oszillatorfrequenz (komplex, da sie I- und Q-Komponenten hat), umsetzen. Um es auf einem anderen Wege zu sagen, sieht bei jedem Ticken der Uhr beziehungsweise des Takts die Tabelle den Punkt in dem Zyklus der Zweikurvenverläufe I und Q vor, welche die erwünschte Frequenz haben. Für den GPS-/Galileo-NCO 441A/B sieht die LUT I(cos) und Q(sin)-Werte für jedes Ticken der 48fx-Uhr beziehungsweise des 48fx-Taktes vor, welche einem komplexen Digitalsignal der Frequenz 7fx entsprechen. Tabelle 1: GPS/Galileo NCO 441A/B Nachschlagetabelle
NCO-Phase von 48fx Takt cos sin
0 15 0
1 9 12
2 –4 14
3 –14 6
4 –13 –7
5 –2 –15
6 11 –11
7 15 2
8 8 13
9 –6 14
10 –14 4
11 –12 –9
12 0 –15
13 12 –9
14 14 4
15 6 14
16 –7 13
17 –15 2
18 –11 –11
19 2 –15
20 13 –8
21 14 6
22 4 14
23 –9 12
24 –15 0
25 –9 –12
26 4 –14
27 14 –6
28 13 7
29 2 15
30 –11 11
31 –15 –2
32 –8 –13
33 6 –14
34 14 –4
35 12 9
36 0 15
37 –12 9
38 –14 –4
39 –6 –14
40 7 –13
41 15 –2
42 11 11
43 –2 15
44 –13 8
45 –14 –6
46 –4 –14
47 9 –12
In the GPS Galileo signal separator 440A / B, which in 4B is used, according to an embodiment of the present invention, the NCO 443A / B is a LUT, with values as shown in Table 1 below. In general, the LUT of the NCO 443 the clock rate (clocking rate) in the desired complex oscillator frequency (complex, since it has I and Q components) implement. To say it another way, with each tick of the clock, the table provides the point in the cycle of the two-waveforms I and Q having the desired frequency. For the GPS / Galileo NCO 441A / B sees the LUT I (cos) and Q (sin) values for each tick of the x-Watch 48f or 48f of the x -Taktes before, which correspond to a complex digital signal of the frequency x 7f. Table 1: GPS / Galileo NCO 441A / B lookup table
NCO phase of 48f x clock cos sin
0 15 0
1 9 12
2 -4 14
3 -14 6
4 -13 -7
5 -2 -15
6 11 -11
7 15 2
8th 8th 13
9 -6 14
10 -14 4
11 -12 -9
12 0 -15
13 12 -9
14 14 4
15 6 14
16 -7 13
17 -15 2
18 -11 -11
19 2 -15
20 13 -8th
21 14 6
22 4 14
23 -9 12
24 -15 0
25 -9 -12
26 4 -14
27 14 -6
28 13 7
29 2 15
30 -11 11
31 -15 -2
32 -8th -13
33 6 -14
34 14 -4
35 12 9
36 0 15
37 -12 9
38 -14 -4
39 -6 -14
40 7 -13
41 15 -2
42 11 11
43 -2 15
44 -13 8th
45 -14 -6
46 -4 -14
47 9 -12
Die Werte für sin und cos werden, wie in Tabelle 1 obenstehend gezeigt, vom NCO 443A/B ausgegeben, was die Eingabe ist, welche mit der ADC 430-Ausgabe im komplexen Mischer 441A/B zu mischen ist. Im Allgemeinen (d. h. für alle Signaltrenner) hat der komplexe Mischer 441 die Komponenten, Eingabe und Ausgabe wie in 4C gezeigt. Die digitale ADC 430-Ausgabe, welche alle der GNSS-Signale enthält, wird auf der linken Seite zugeführt, welche eine In-Phasen-Komponente (IADC-IF) und eine Blindkomponente (QADC-IF) hat. Die NCO 443-Ausgabe, welche die In-Phasen-Komponente (INGO-GNSS = cos in den Tabellen hierin) und eine Blindkomponente (QNCO-GNSS = sin in den Tabellen hierin) hat, wird an der oberen Seite der 4C zugeführt. Einmal durch die Komponenten des komplexen Mischers verarbeitet (welche für einen Fachmann wohlbekannt sind), werden diese Eingangssignale ein komplexes digitales Ausgangssignal bei dem Basisband für dieses spezifische GNSS, d. h. das Digitalsignal, welches die In-Phasen-Komponente (IGNSS-BB) und eine Blindkomponente (QGNSS-BB) hat, welches als Ausgabe auf der rechten Seite der 4C gezeigt ist.The values for sin and cos become, as shown in Table 1 above, the NCO 443A / B output what is the input, which with the ADC 430 Output in the complex mixer 441A / B to mix. In general (ie for all signal conditioners) has the complex mixer 441 the components, input and output as in 4C shown. The digital ADC 430 Output containing all of the GNSS signals is supplied on the left side, which has an in-phase component (I ADC-IF ) and a reactive component (Q ADC-IF ). The NCO 443 Output having the in-phase component (I NGO-GNSS = cos in the tables herein) and a dummy component (Q NCO-GNSS = sin in the tables herein) is shown on the upper side of FIG 4C fed. Once processed by the components of the complex mixer (which are well known to a person skilled in the art), these input signals become a complex digital output signal at the baseband for that specific GNSS, ie the digital signal containing the in-phase component (I GNSS-BB ) and has a dummy component (Q GNSS-BB ) which is output on the right side of the 4C is shown.
Fortfahrend mit dem GLONASS-Signaltrenner 440C der 4B, empfängt der NCO 443C die Timing-Signaleingabe 48fx, (welche letztendlich von dem LO 450 stammt) und gibt ein komplexes digitales Signal der Frequenz 18,5fx = 18,92665625 MHz = die mittlere Übertragungsfrequenz des GLONASS-Signals in der IF-Domäne, d. h. die Mitte des GLONASS-IF-Signals 230B in 3B aus, welches durch ein Mischen des GLONASS-RF-Signals mit dem komplexen LORF im Mischer 420 erzeugt wird. Dieses Timing-Signal der Frequenz 18,5fx, welches durch den NCO 443C ausgegeben wird, wird in den komplexen Mischer 441C eingespeist, wo es mit der ADC 430-Ausgabe (welche alle GNSS-Signale in digitaler Form hat) gemischt wird. Die Ausgabe des komplexen Mischers 441C, welche effektiv auf die GLONASS(IF)-Trägerfrequenz ”herabgemischt” wurde, wird direkt dem GLONASS-LPF 447C zugeführt, welcher mit der GLONASS-Spreizcode-erzeugten Bandbreite von 1,022 MHz (Null zu Null Frequenzspektrum nach dem Abtasten) übereinstimmt. Die digitale GLONASS-Ausgabe des NCO 443C benötigt das spektrale Invertieren, welches für GPS, Galileo und BeiDou-Signale benötigt wird nicht, da die GLONASS-IF-Signale 230B bereits auf der ”positiven” Seite des IF-Spektrums sind, wie in 3A gezeigt ist. Die Ausgabe des GLONASS-LPF 447C ist das GLONASS-Signal in komplexer digitaler Form, bereit für ein Weiterverarbeiten durch das GNSS-System 400.Continuing with the GLONASS signal conditioner 440C of the 4B , the NCO receives 443C the timing signal input 48f x , (which is ultimately from the LO 450 is) and outputs a complex digital signal of frequency 18.5f x = 18.92665625 MHz = the average transmission frequency of the GLONASS signal in the IF domain, ie the center of the GLONASS IF signal 230B in 3B by mixing the GLONASS RF signal with the complex LO RF in the mixer 420 is produced. This timing signal of frequency 18.5f x , which by the NCO 443C is spent in the complex mixer 441C fed in with the ADC 430 Output (which has all GNSS signals in digital form) is mixed. The output of the complex mixer 441C which was effectively "blended" to the GLONASS (IF) carrier frequency, will be sent directly to the GLONASS LPF 447c which matches the GLONASS spread code generated bandwidth of 1.022 MHz (zero to zero frequency spectrum after sampling). The digital GLONASS edition of the NCO 443C The spectral inversion needed for GPS, Galileo and BeiDou signals is not needed because the GLONASS IF signals 230B already on the "positive" side of the IF spectrum are, as in 3A is shown. The issue of the GLONASS LPF 447c is the GLONASS signal in complex digital form, ready for further processing by the GNSS system 400 ,
Wie die GPS- und/oder Galileo-Signale hat das GLONASS-Signal in komplexer digitaler Form ebenso einen verbleibenden Trägerfrequenz-Offset = Übertragungsfrequenz – LORF + NCO-Ausgabefrequenz; sein exakter Betrag und die Berechnung hängen jedoch davon ab, welche der vierzehn GLONASS-Kanäle übertragen werden. In jedem Fall wird wie bei den anderen GNSS-Ausgaben der GLONASS-Offset entfernt werden, um das GLONASS-Signal bereit für ein Weiterverarbeiten durch das GNSS-System 400 zu machen.Like the GPS and / or Galileo signals, the GLONASS signal in complex digital form also has a remaining carrier frequency offset = transmission frequency - LO RF + NCO output frequency; however, its exact amount and calculation depend on which of the fourteen GLONASS channels are transmitted. In any event, as with the other GNSS outputs, the GLONASS offset will be removed to provide the GLONASS signal ready for further processing by the GNSS system 400 close.
Im GLONASS-Signaltrenner 440C, welcher in 4B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, verwendet der NCO 443c eine LUT mit Werten wie in Tabelle 2 untenstehend gezeigt. Die LUT des GLONASS-NCO 443C muss die 48fx-Taktrate in das erwünschte komplexe digitale Signal umsetzen, welches eine Frequenz von 18,5fx hat. Um eine ganze Zahl von Zyklen zu erzeugen, hat die LUT des GLONASS-NCO 443C I- und Q-Werte, welche über zwei Perioden erzeugt werden, und hat demnach zweimal so viele Werte, d. h. 2 × 48fx = 96 Werte, wobei ein 18,5fx-Signal ein 37fx-Signal über eine 96fx-Periode wird. Tabelle 2: GLONASS NCO 441C Nachschlagetabelle
NCO-Phase von 48fx Takt cos sin
0 31 0
1 –23 20
2 4 –31
3 17 26
4 –30 –8
5 28 –14
6 –12 29
7 –10 –29
8 27 15
9 –30 6
10 19 –25
11 2 31
12 –22 –22
13 31 2
14 –25 19
15 6 –30
16 16 27
17 –29 –10
18 29 –12
19 –14 28
20 –8 –30
21 26 17
22 –31 4
23 20 –23
24 0 31
25 –20 –23
26 31 4
27 –26 17
28 8 –30
29 14 28
30 –29 –12
31 29 –10
32 –15 27
33 –6 –30
34 25 19
35 –31 2
36 22 –22
37 –2 31
38 –19 –25
39 30 6
40 –27 16
41 10 –29
42 12 29
43 –28 –14
44 30 –8
45 –17 26
46 –4 –31
47 0 31
48 23 20
49 –31 0
50 23 –20
51 –4 31
52 –17 –26
53 30 8
54 –28 14
55 12 –29
56 10 29
57 –27 –16
58 30 –6
59 –19 25
60 –2 –31
61 22 22
62 –31 –2
63 25 –19
64 –6 30
65 –16 –27
66 29 10
67 –29 12
68 14 –28
69 8 30
70 –26 –17
71 31 –4
48 23 20
49 –31 0
50 23 –20
51 –4 31
52 –17 –26
53 30 8
54 –28 14
55 12 –29
56 10 29
57 –27 –16
58 30 –6
59 –19 25
60 –2 –31
61 22 22
62 –31 –2
63 25 –19
64 –6 30
65 –16 –27
66 29 10
67 –29 12
68 14 –28
69 8 30
70 –26 –17
71 31 –4
72 –20 23
73 0 –31
74 20 23
75 –31 –4
76 26 –17
77 –8 30
78 –14 –28
79 29 12
80 –29 10
81 15 –27
82 6 30
83 –25 –19
84 31 –2
85 –22 22
86 2 –31
87 19 25
88 –30 –6
89 27 –15
90 –10 29
91 –12 –29
92 28 14
93 –30 8
94 17 –26
95 4 31
In the GLONASS signal conditioner 440C which is in 4B According to one embodiment of the present invention, the NCO uses 443c a LUT with values as shown in Table 2 below. The LUT of the GLONASS NCO 443C must translate the 48f x clock rate into the desired complex digital signal, which has a frequency of 18.5f x . To generate an integer number of cycles, the LUT of the GLONASS NCO has 443C I and Q values generated over two periods and thus has twice as many values, ie 2 x 48f x = 96 values, with an 18.5f x signal representing a 37f x signal over a 96f x period becomes. Table 2: GLONASS NCO 441C lookup table
NCO phase of 48f x clock cos sin
0 31 0
1 -23 20
2 4 -31
3 17 26
4 -30 -8th
5 28 -14
6 -12 29
7 -10 -29
8th 27 15
9 -30 6
10 19 -25
11 2 31
12 -22 -22
13 31 2
14 -25 19
15 6 -30
16 16 27
17 -29 -10
18 29 -12
19 -14 28
20 -8th -30
21 26 17
22 -31 4
23 20 -23
24 0 31
25 -20 -23
26 31 4
27 -26 17
28 8th -30
29 14 28
30 -29 -12
31 29 -10
32 -15 27
33 -6 -30
34 25 19
35 -31 2
36 22 -22
37 -2 31
38 -19 -25
39 30 6
40 -27 16
41 10 -29
42 12 29
43 -28 -14
44 30 -8th
45 -17 26
46 -4 -31
47 0 31
48 23 20
49 -31 0
50 23 -20
51 -4 31
52 -17 -26
53 30 8th
54 -28 14
55 12 -29
56 10 29
57 -27 -16
58 30 -6
59 -19 25
60 -2 -31
61 22 22
62 -31 -2
63 25 -19
64 -6 30
65 -16 -27
66 29 10
67 -29 12
68 14 -28
69 8th 30
70 -26 -17
71 31 -4
48 23 20
49 -31 0
50 23 -20
51 -4 31
52 -17 -26
53 30 8th
54 -28 14
55 12 -29
56 10 29
57 -27 -16
58 30 -6
59 -19 25
60 -2 -31
61 22 22
62 -31 -2
63 25 -19
64 -6 30
65 -16 -27
66 29 10
67 -29 12
68 14 -28
69 8th 30
70 -26 -17
71 31 -4
72 -20 23
73 0 -31
74 20 23
75 -31 -4
76 26 -17
77 -8th 30
78 -14 -28
79 29 12
80 -29 10
81 15 -27
82 6 30
83 -25 -19
84 31 -2
85 -22 22
86 2 -31
87 19 25
88 -30 -6
89 27 -15
90 -10 29
91 -12 -29
92 28 14
93 -30 8th
94 17 -26
95 4 31
Fortfahrend mit dem BeiDou-Signaltrenner 440D der 4B empfängt die BeiDou-NCO 443D eine Timing-Signaleingabe 48fx (welche letztendlich vom LO 450 stammt) und gibt ein komplexes digitales Signal der Frequenz 21fx = 21,4843125 MHz = in etwa die mittlere Übertragungsfrequenz des BeiDou-Signals in der IF-Domäne aus, das heißt die Mitte der BeiDou-IF-Signale 210, welche in den 3B und 3C gezeigt sind, welche durch ein Mischen der BeiDou-RF-Signale mit dem komplexen LORF im Mischer 420 erzeugt werden. Dieses Timing-Signal der Frequenz 21fx, welches durch den NCO 443D ausgegeben wird, wird dem komplexen Mischer 441D eingespeist, wobei es mit der ADC 430-Ausgabe (welche alle GNSS-Signale in digitaler Form hat) gemischt wird. Die Ausgabe des komplexen Mischers 441D, welche effektiv auf die BeiDou(IF)-Trägerfrequenz ”herabgemischt” wurde, tritt durch die Spektralinversionseinheit 445D hindurch, welche die BeiDou-IF-Signale 210 von der ”negativen Seite” des Spektrums invertiert, wie in 3A gezeigt ist. In der Praxis kann dies getan werden durch ein einfaches Invertieren des Vorzeichens der Q-Komponente des digitalen Signals, welches durch den NCO 443D ausgegeben wird. Einmal durch die spektrale Inversionseinheit 445D invertiert, wird das komplexe digitale Signal durch die BeiDou-LPF 447D gefiltert, welches der BeiDou-Spreizcode-erzeugten Bandbreite von 1,022 MHz (Null zu Null Frequenzspektrum nach dem Abtasten) entspricht. Demnach ist die Ausgabe der BeiDou-LPF 447D das BeiDou-Signal in komplexer digitaler Form plus einem verbleibenden Trägerfrequenz-Offset (d. h. –95,375 kHz = Übertragungsfrequenz – LORF + NCO-Ausgabefrequenz = 1561,098 MHz – 1582,6776875 MHz + 21 × 1,0230625 MHz = –0,095375 MHz), welcher entfernt werden wird, um das BeiDou-Signal für eine Weiterverarbeitung durch das GNSS-System 400 bereit zu machen.Continue with the BeiDou signal isolator 440D of the 4B receives the BeiDou NCO 443d a timing signal input 48f x (which is ultimately from the LO 450 is) and outputs a complex digital signal of frequency 21f x = 21,4843125 MHz = approximately the mean transmission frequency of the BeiDou signal in the IF domain, that is, the center of the BeiDou IF signals 210 which in the 3B and 3C shown by mixing the BeiDou RF signals with the complex LO RF in the mixer 420 be generated. This timing signal of frequency 21f x , which by the NCO 443d is issued to the complex mixer 441D fed it with the ADC 430 Output (which has all GNSS signals in digital form) is mixed. The output of the complex mixer 441D which was effectively "blended" to the BeiDou (IF) carrier frequency passes through the spectral inversion unit 445D through which the BeiDou IF signals 210 inverted by the "negative side" of the spectrum, as in 3A is shown. In practice, this can be done by simply inverting the sign of the Q component of the digital signal provided by the NCO 443d is issued. Once through the spectral inversion unit 445D inverted, the complex digital signal through the BeiDou LPF 447d which matches the BeiDou spread code generated bandwidth of 1.022 MHz (zero to zero frequency spectrum after sampling). Thus, the output of the BeiDou LPF 447d the BeiDou signal in complex digital form plus a residual carrier frequency offset (ie -95.375 kHz = transmission frequency - LO RF + NCO output frequency = 1561.098 MHz - 1582.6776875 MHz + 21 × 1.0230625 MHz = -0.095375 MHz), which will be removed to the BeiDou signal for further processing by the GNSS system 400 to get ready.
Im BeiDou-Signaltrenner 440D, welcher in 4B gezeigt ist, verwendet gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der NCO 443D eine LUT mit Werten, wie sie in Tabelle 3 untenstehend gezeigt sind. Tabelle 3: BeiDou NCO 441D Nachschlagetabelle
NCO-Phase von 48fx Takt cos sin
0 31 0
1 –29 12
2 22 –22
3 –12 29
4 0 –31
5 12 29
6 –22 –22
7 29 12
8 –31 0
9 29 –12
10 –22 22
11 12 –29
12 0 31
13 –12 –29
14 22 22
15 –29 –12
16 31 0
17 –29 12
18 22 –22
19 –12 29
20 0 –31
21 12 29
22 –22 –22
23 29 12
24 –31 0
25 29 –12
26 –22 22
27 12 –29
28 0 31
29 –12 –29
30 22 22
31 –29 –12
32 31 0
33 –29 12
34 22 –22
35 –12 29
36 0 –31
37 12 29
38 –22 –22
39 29 12
40 –31 0
41 29 –12
42 –22 22
43 12 –29
44 0 31
45 –12 –29
46 22 22
47 –29 –12
In the BeiDou signal isolator 440D which is in 4B shown uses according to an embodiment of the present invention, the NCO 443d an LUT with values as shown in Table 3 below. Table 3: BeiDou NCO 441D lookup table
NCO phase of 48f x clock cos sin
0 31 0
1 -29 12
2 22 -22
3 -12 29
4 0 -31
5 12 29
6 -22 -22
7 29 12
8th -31 0
9 29 -12
10 -22 22
11 12 -29
12 0 31
13 -12 -29
14 22 22
15 -29 -12
16 31 0
17 -29 12
18 22 -22
19 -12 29
20 0 -31
21 12 29
22 -22 -22
23 29 12
24 -31 0
25 29 -12
26 -22 22
27 12 -29
28 0 31
29 -12 -29
30 22 22
31 -29 -12
32 31 0
33 -29 12
34 22 -22
35 -12 29
36 0 -31
37 12 29
38 -22 -22
39 29 12
40 -31 0
41 29 -12
42 -22 22
43 12 -29
44 0 31
45 -12 -29
46 22 22
47 -29 -12
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein weiteres digitales Filtern verwendet werden, um die verschiedenen GNSS-Signalströme zu schwächen (decimate), um beispielsweise die Verarbeitungsrate oder die Speicheranforderungen daraufhin zu verringern.In other embodiments of the present invention, further digital filtering may be used to decimate the various GNSS signal streams, for example, to reduce the processing rate or memory requirements thereafter.
Demnach sehen, wie obenstehend gezeigt ist, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine einzelne RF-/IF-Empfangskette für Signale von Satelliten von mehreren GNSS-Konstellationen vor, wobei diese Empfangskette auch die IF-Signalbandbreite auf minimale Werte verringert, bevor die Signale einer ADC-Abtastung unterworfen werden, welche ebenso bei einer minimalen Rate durchgeführt wird. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auch skalierbar – mehr oder weniger GNSS-Signaltrenner können in dem System sein, und diese individuellen Module können wie erwünscht an- oder abgeschaltet werden. Im Allgemeinen ist die digitale Schaltung in der Lage, eine Eingabe, welche alle der komplexen GNSS-Signale enthält, zu verarbeiten derart, dass jedes der GNSS-Systemsignale optimal hinsichtlich seiner eigenen Signalcharakteristiken (einschließlich der L-Band-Trägerübertragungsfrequenz und dem Spreizcode) abgetrennt wird. Darüber hinaus ist ein Bandpass-/Bandsperrr-Filter beschrieben, welcher, wenn er zu der Empfangskette vor der ADC-Abtastung hinzugefügt wird, interferierende Signale aus dem digitalen Signal entfernen wird, wodurch die die GNSS-Empfänger-Empfindlichkeit auf interferierende Signale verringert wird.Thus, as shown above, embodiments of the present invention provide a single RF / IF receive chain for signals from satellites of multiple GNSS constellations, which receive chain also reduces the IF signal bandwidth to minimum values before the signals of an ADC signal are reduced. Sampling, which is also performed at a minimum rate. The embodiments of the present invention are also scalable - more or less GNSS signal isolators may be in the system, and these individual modules may be turned on or off as desired. In general, the digital circuit is capable of processing an input containing all of the complex GNSS signals such that each of the GNSS system signals is optimally separated in terms of its own signal characteristics (including the L-band carrier transmission frequency and the spreading code) becomes. In addition, a bandpass / band-stop filter is described which, when added to the receive chain prior to the ADC scan, will remove interfering signals from the digital signal, thereby reducing the GNSS receiver sensitivity to interfering signals.
Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, wird verstanden werden, dass verschiedene Abwandlungen getätigt werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demnach wird es Fachleuten offensichtlich sein, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern alles enthalten kann, was durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente umfasst ist.While various embodiments have been described, it will be understood that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, it will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the described embodiments, but may include all that is covered by the appended claims and their equivalents.
