DE10393391B4

DE10393391B4 - Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets in einem GPS-Empfänger

Info

Publication number: DE10393391B4
Application number: DE10393391.3T
Authority: DE
Inventors: Thomas E. Voor; Ronald H. Deck
Original assignee: Motorola Mobility LLC
Current assignee: Google Technology Holdings LLC
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2023-09-27
Also published as: WO2004031796A3; GB0507781D0; KR20050059218A; WO2004031796A2; KR100825659B1; JP2006501480A; GB2409779B; AU2003277145A1; BR0314936A; GB2409779A; DE10393391T5; US6697016B1; CN100427965C; AU2003277145A8; CN1685245A; BRPI0314936B1

Abstract

Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem Empfänger (102) eines globalen Positionierungssystems (GPS), um einen Frequenzfehler eines Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) zu korrigieren, aufweisend: Bestimmen eines fabrikseitigen Frequenz-Offsets des Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) nach der Herstellung des GPS-Empfängers (102) (206), bevor der GPS-Empfänger in eine mobile Vorrichtung eingebaut ist; nach dem Bestimmen des fabrikseitigen Frequenz-Offsets und dem Einbauen des GPS-Empfängers in die mobile Vorrichtung, Suchen nach einem GPS-Satellitensignal unter Verwendung des fabrikseitigen Frequenz-Offsets und eines breiten Frequenzbereichssuchfensters (212); nach Beginnen der Suche nach dem GPS-Signal, Ermitteln eines GPS-Satellitensignals (214); nach Ermitteln des GPS-Signals, Bestimmen eines Betriebsfrequenz-Offsets des Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) aus einer Frequenz des GPS-Satelliten Signals (210); und nach Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets, anschließendes Verwenden eines schmalen Frequenzbereichssuchfensters für darauf folgendes Ermitteln von GPS-Satellitensignalen (218, 220, 222).

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen eine Positionsbestimmungsvorrichtung, die Satellitensignale verwendet, und insbesondere satelliten gestützte Positionsbestimmungsempfänger bzw. Satellitenpositionierungsempfänger, welche während der Herstellung des Empfängers entstandene Frequenzfehler aufweisen und bei denen sich solche Fehler über eine Zeitdauer nach der Herstellung des Empfänger verändern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Satellitenpositionierungsempfänger werden seit Jahren benutzt und werden nunmehr in Form von integrierten Schaltungen ausgeführt, was sie sowohl relativ klein als auch billig macht, verglichen mit ihrer Größe und ihren Kosten vor ein paar Jahren. Folglich werden Satellitenpositionierungsempfänger für weit mehr Anwendungen verwendet, als dies in der Vergangenheit der Fall war. Beispielsweise ist es nun relativ üblich, daß sie in Automobilen im Zusammenhang mit Kartographie- und Navigationssystemen verwendet werden.
In ihrer derzeit gebräuchlichsten Form werden Satellitenpositionierungsempfänger als integrierte Schaltungen vorgesehen und benötigen daher zusätzliche Peripherschaltungen, wie etwa Referenzoszillatoren. Natürlich können Referenzoszillatoren mit Oszillatorschaltungen vorgesehen werden, die stabil und genau arbeiten. Im allgemeinen ist die thermische Stablilität und Genauigkeit eine Frage der Kosten. Das heißt, je stabiler und präziser die Oszillatorschaltung ist, desto mehr wird sie im allgemeinen Kosten. Jedoch ist es für kostensensitive Unterhaltungselektronik wünschenswert, billige Schaltungsteile zu verwenden.
Unter den weniger teueren Oszillatoren sind die Kristalloszillatoren relativ stabil und genau für ihre Kosten. Obgleich andere billige und weniger anspruchsvolle Oszillatoren erhältlich sind, sind Kristalloszillatoren die am meisten verbreitenden Schaltungen im Elektronikbereich. Für einen Großteil der Unterhaltungselektronik, sind Kristalloszillatoren ausreichend stabil und genau und erfordern normalerweise keine Korrektur. Für Kristalloszillatoren und andere Arten von Oszillatoren ist es üblich, daß die Frequenzgenauigkeit mit gemessenen parts per million spezifiziert werden. Beispielsweise wird bei einem Kristalloszillator mit einer Nennbetriebsfrequenz von 10 Megahertz (MHz) bei einem Fehler von ±5 parts per million (ppm) der Frequenzfehler ±50 Hz betragen. Obwohl dieser Fehler im Vergleich zur Nennfrequenz relativ klein ist, ist dies ein nicht akzeptierbarer Fehler bei frequenzsensitiven Anwendungen, wie etwa Kommunikationsanwendungen, bei denen Kanäle durch Frequenzen spezifiziert sind. Ein 50 Hz-Fehler kann hierbei ohne weiteres dazu führen, daß ein Kommunikationssignal in einem zu dem gewünschten Kanal benachbarten Kanal verschoben wird.
Es gibt eine Reihe von Techniken, um Frequenzfehler zu korrigieren. Diese Techniken sind nicht ausschließlich, sondern ihr korrektiver Effekt kann zum Herstellen eines präzisen Referenzoszillators kumuliert werden. Beispielsweise sind genauere Oszillatoren verfügbar, so daß anstelle der Verwendung eines 5,0 ppm-Oszillators der Entwickler ebenso einen Oszillator mit kleiner Toleranz und einer Genauigkeit von 0,5 ppm wählen kann. Eine allgemein übliche Technik ist die Verwendung der automatischen Frequenzkorrektur (Automatic Frequency Correction-AFC). AFC kann mit Hilfe einer Vielzahl von Techniken bzw. Verfahren durchgeführt werden. Eines von den üblicheren Verfahren bei einer Kommunikationsvorrichtung ist das, bei dem die Vorrichtung ein genaues Trägersignal empfängt und es mit seiner internen Oszillatorfrequenz vergleicht, um ein präzises Trägersignal zum Bestimmen eines Frequenzfehlers bzw. -offsets zu bestimmen. Der Offset wird zum Korrigieren der Referenzoszillatorfrequenz durch beispielsweise einen Frequenzsynthesizer oder anderen frequenzabhängigen Operatoren innerhalb der Vorrichtung verwendet.
Bei der WO 01/86316 A2 wird ein Frequenzfehler eines Oszillators durch Charakterisierung des Oszillators minimiert. Ein Referentsignal einer externen Quelle, die einen minimalen Frequenzfehler enthält, wird zu einer elektronischen Vorrichtung vorgesehen. Das externe Signal wird als Referenzfrequenz zum Einschätzen des Referenzfehlers einer internen Frequenzquelle verwendet. Die elektronische Vorrichtung überwacht Parameter, mit denen ein Effekt der Frequenzgenauigkeit der internen Frequenzquelle bestimmt werden kann. Die Temperatur ist ein bekannter Parameter, um einen Effekt der Frequenz der internen Frequenzquelle zu bekommen. Die elektronische Vorrichtung sammelt und speichert die Werte der Parameter sowie der entsprechenden Ausgabefrequenz oder des Frequenzfehlers der internen Frequenzquelle. Die ergebende Charakterisierung der internen Frequenzquelle wird zum Kompensieren der internen Frequenzquelle verwendet, wenn die interne Frequenzquelle nicht für das externe Referenzsignal vorgesehen ist.
Aus der JP 2002 217722 A1 ist ein Referenzfrequenzgenerator bekannt. Um einen Referenzfrequenzgenerator vorzusehen, der ein Referenzsignal verwendet, das von einem GPS-Empfänger ausgegeben wird, kann eine hohe Frequenzstabilität sichergestellt werden, selbst wenn das Referenzsignal nicht aus dem GPS-Empfänger erhalten werden kann. Der Referenzfrequenzgenerator empfängt ein Signal von einem GPS-Satelliten, berechnet Fehlerdaten, die als Frequenzfehler zwischen einem aus dem GPS-Empfänger ausgegebenen Referenzsignal und einem Ausgabesignal von einem VCO bezeichnet werden, und erzeugt Steuerdaten zum Steuern der Oszillationfrequenz des VCO auf der Basis der Fehlerdaten. Eine vorliegende Umrechnungstabelle wird in diesem Referenzfrequenzgenerator zum Vorsehen der Steuerdaten auf der Basis von Temperaturdaten verwendet, die sich aus der Erfassung der umgebenden Temperatur des VCO in dem Fall eines Hold-Over-Modus ergeben, bei dem das normale Referenzsignal nicht aus dem GPS-Empfänger erhalten werden kann. Ferner wird die Umrechnungstabelle periodisch basierend auf den Steuerdaten aktualisiert, die tatsächlich bei einem genauen Steuermodus verwendet werden, bei dem eine hochgenaue Frequenzsteuerung ausgeführt wird.
Die DE 43 42 248 A1 diskutiert eine Kommunikationsvorrichtung und ein Verfahren zu ihrer Kalibrierung. Eine Kommunikationsvorrichtung umfasst einen Empfänger, einen Kristalloszillator mit einer Ausgangsfrequenz, die einer Frequenzdrift von einer gewünschten Betriebs-Ausgangsfrequenz aus unterliegt, eine Kalibrierungseinheit zum Kalibrieren der Ausgangsfrequenz des Kristalloszillators und einen Vergleichschaltkreis. Der Empfänger empfängt, demoduliert und beantwortet ein Steuerungskanalsignal mit einer bekannten, genauen Frequenz. Der Vergleichsschaltkreis vergleicht die Ausgangsfrequenz des Kristalloszillators mit der bekannten, genauen Frequenz des Steuerungskanalssignals. Die Kalibrierungsvorrichtung kalibriert in Abhängigkeit von dem Vergleich die Ausgangsfrequenz im Wesentlichen auf die gewünschte Betriebs-Ausgangsfrequenz.
Aus der DE 195 43 882 A1 ist ein Normalfrequenzgenerator bekannt. Der Normalfrequenzgenerator umfasst einen spannungsgesteuerten Kristalloszillator zum Erzeugen eines hochstabilen Ausgangssignals, das als Normalfrequenzsignal verwendet werden kann, einen Satellitenwellenempfänger, der eine Funktionswelle von einem Satelliten empfängt, das ein Präzision-Satellietenzeitsignal aufweist und das Satellitensignal reproduziert, wobei das reproduzierte Signal als Referenz für den spannungsgesteuerten Kristalloszillator verwendet wird, einen Frequenzteiler, der das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Kristalloszillators in einem Untersetzungverhältnis untersetzt, dass so gewählt ist, dass ein bezüglich der Frequenz mit dem Satellitenzeitsignal identisches Kristallzeitsignal erzeugt wird, eine Zeitintervallmessungsschaltung zum Messen eines einer Phasendifferenz zwischen dem Satellitenzeitsignal und dem Kristallzeitsignal entsprechenden Zeitintervalls und zum Erzeugen eines die Phasendifferenz darstellenden digitalen Signals, einen Frequenzsteuerungsprozessor, durch den basierend auf dem digitalen Signal von der Zeitintervallmessungsschaltung arithmetische Steuerdaten bestimmt werden, so dass die Phasendifferenz durch die Arbeitsweise einer Phasenregelschleife auf einen konstanten Wert gehalten wird, und einen D/A-Wandler zum Umwandeln der Steuerdaten vom Frequenzsteuerungsprozessor in eine analoge Spannung.
Die US 5,440 313 offenbart eine GPS synchronisierte Frequenz-/Zeitquelle. Die GPS synchronisierte Frequenz-/Zeitquelle stellt eine genaue, nachweisbare Referenz mit geringen Kosten bereit. Insbesondere enthält die GPS synchronisierte Frequenz-/Zeitquelle einen GPS-Empfänger, einen variablen Frequenzoszillator und einen Mikroprozessor. Der GPS-Empfänger empfängt und erzeugt als Ausgabesignale GPS-Informationen, wohingegen der variable Frequenzoszillator einen Frequenzsteuereingabeanschluss aufweist und ein Ausgabefrequenzsignal erzeugt und mit dem GPS-Empfänger gekoppelt ist. Der Mikroprozessor ist zum Empfangen der durch den GPS-Empfänger erzeugten Ausgabesignale gekoppelt und erzeugt ein Fehlersignal, das einen Unterschied der Frequenz zwischen der GPS synchronisierte Frequenz und dem Ausgabefrequenzsignal des variablen Frequenzoszillators anzeigt. Schaltungen reagieren auf das Fehlersignal zum Erzeugen eines elektronischen Frequenzsteuersignals, das auf die Frequenzsteuereingabe des variablen Frequenzoszillators angelegt wird, um zu veranlassen, dass der Unterschied reduziert wird.
Die US 5,841 396 beschreibt einen GPS-Empfänger, der eine Kommunikationsverbindung nutzt. Ein genaues Trägerfrequenzsignal zum Kalibrieren eines lokalen Oszillators eines GPS-Empfängers, der zum Erlangen von GPS-Signalen verwendet wird. Das genaue Trägerfrequenzsignal wird zum Kalibrieren des lokalen Oszillators derart verwendet, dass die Ausgabe des lokalen Oszillators, der zum Erlangen von GPS-Signalen verwendet wird, durch ein von dem genauen Trägerfrequenzsignal erzeugtes Referenzsignal modifiziert wird. Der GPS-Empfänger sperrt dieses genaue Trägerfrequenzsignal und erzeugt das Referenzsignal. Ferner können Satellitenalmanachdaten zu einer entfernten GPS-Empfängereinheit von einer Basisstation über eine Kommunikationsverlängerung übertragen werden. Die entfernte GPS-Empfängereinheit verwendet diese Satellitenalmanachdaten zum Bestimmen von angenäherten Doppler-Daten für Satelliten hinsichtlich der entfernten GPS-Empfängereinheit.
Unabhängig von der Verwendung genauerer Oszillatorvorrichtungen, hat man herausgefunden, daß als Folge der Herstellungsverfahren die Frequenz einer Oszillatorvorrichtung um mehr als seine angegebene Toleranz abweichen kann. Beispielsweise kann der 0,5 ppm eine erhöhte Temperatur über eine kurze Zeitdauer aushalten, jedoch kann der Kristall größere Veränderungen über größere Zeiträume aufgrund von Alterung oder mechanischen Erschütterungen oder beidem erfahren. Genauer gesagt kann, wenn beispielsweise ein Kristalloszillator einer intensiven Wärme, wie sie etwa beim Leiterplatinenlöten entsteht, ausgesetzt ist, ein Kristall mit einer mit 0,5 ppm angegebenen Toleranz um mehr als das Zehnfache davon, also mehr als 5,0 ppm, abweisen. Darüber hinaus wird die Kristallfrequenz für eine Zeitdauer nach dem Aussetzen einer großen Wärme fortfahren zu der Nennfrequenz zurückzukehren. Diese Zeitdauer beträgt typischerweise ungefähr zwei Tage, und danach hat sich die Kristallfrequenz beruhigt und bleiben die Veränderungen in der Frequenz relativ klein, vorausgesetzt die Vorrichtung wird nicht erneut hohen Temperaturen ausgesetzt. Diese Frequenzveränderung verursacht ein Problem dahingehend, daß nach der Herstellung der Vorrichtung die Vorrichtung normalerweise getestet und abgestimmt wird. Falls die Vorrichtung kurz nach der Herstellung getestet und abgestimmt wird, wird die Abstimmung unwirksam sein, da zu dem Zeitpunkt, bei dem der Benutzer zum Benutzen der Vorrichtung bereit ist, die Betriebsfrequenz des Oszillators von der abweichen wird, wie sie kurz nach der Herstellung war. Es ist daher normalerweise zu erwarten, daß die Frequenz sich verändern wird, und bei Vorrichtungen die Signale empfangen, gibt es einen Frequenzbereich, die die Vorrichtung zum Ermitteln des Trägersignals absucht und im Anschluß daran seinen Frequenzoffset korrigieren wird, falls notwendig. Es hat sich jedoch in einigen Fällen herausgestellt, daß die Frequenz in dem Zeitraum, nachdem die Vorrichtung ursprünglich getestet worden ist und dem ersten Zeitpunkt, bei dem ein Endbenutzer sie benutzt, sich so verändert hat, daß das Suchfenster nicht ausreichend breit ist, um das gewünschte Trägersignal zu lokalisieren. Ein breiteres Suchfenster könnte zwar verwendet werden, jedoch erhöht ein breiteres Suchfenster die Zeit, die die Vorrichtung zum Auffinden des gewünschten Trägersignals benötigt. Es besteht daher ein Bedarf Mittel bereitzustellen, welcher der Oszillatorfrequenzänderung im Anschluß an die Herstellung Rechnung trägt, ohne die Suchzeit während des herkömmlichen Betriebs zu beeinflussen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines satellitengestützen globalen Positionierunsempfängers (Global positioning satellite = GPS) in Übereinstimmung mit der Erfindung; und
2 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Selbstkorrektur eines Frequenz-Offsets bei einem GPS-Empfänger in Übereinstimmung mit der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Während die Anmeldeunterlagen mit den Ansprüchen die Merkmale der Erfindung definieren, die als neu zu betrachten sind, abschließt, wird davon ausgegangen, daß die Erfindung unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren der Zeichnung, in welcher durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet werden, besser verstanden wird.
Die Erfindung löst das Problem durch Verwendung von zwei unterschiedlichen Suchfensterfrequenzbereichen. Unter Verwendung der Frequenzfehlereinstellung, die während des Testens des Empfängers im Anschluß an die Herstellung des Empfängers bestimmt worden ist, wird anfänglich ein breites Suchfenster in Zusammenhang mit dem fabrikseitig eingestellten Frequenzfehlers bzw. -offsets verwendet. Nachdem ein gewünschtes Trägersignal ermittelt worden ist, wird ein neuer Frequenz-Offset bestimmt und das enge bzw. schmale Frequenzsuchfenster im Anschluß daran verwendet. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird dieses Verfahren nach dem fabrikseitigen Testen beim ersten Hochfahren (Power-up) der Vorrrichtung durchgeführt, bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Nachricht für den Benutzer des Empfängers angezeigt, um ihn, falls der Empfänger das gewünschte Trägersignal unter Verwendung des breiten Trägerfrequenzsuchfensters nicht entdeckt oder ermittelt hat, zu veranlassen, sich zu einer Stelle zu bewegen, mit einer freien Sichtverbindung zum Himmel, unter der Annahme, daß der Benutzer sich im Haus oder einer anderen abgeschirmten Stelle befindet.
Gemäß 1 ist ein schematisches Blockdiagramm 100 eines satellitengestützen globalen Positionierungsempfängers (Global positioning satellite = GPS) 102 in Übereinstimmung mit der Erfindung gezeigt. Der GPS-Empfänger weist ein Front-Ende einschließlich einer Antenne 104, einem Filter 106 und einem Verstärker 108 auf. Die Front-End-Bauteile sind zum Empfangen und zum Verstärken von Signalen abgestimmt, wie in einem gewünschten Frequenzband, das von Satelliten 112 gesendet wird, empfangen worden sind. Es ist zu beachten, daß obgleich die hierin erläuterten beispielhaften Ausführungformen sich auf GPS-Systeme beziehen, es denkbar ist, daß die Erfindung ebenso auf andere Empfängerapplikationen, einschließlich anderer Satellitenpositionierungssysteme, anwendbar ist. Der Verstärker 108 sieht ein gefiltertes und verstärktes Signal zu einem GPS-Abwärtswandler 110 vor. Der Abwärtswandler weist einen Frequenzsynthesizer und eine Abwärtsmischstufe auf und synthetisiert Frequenzen in dem GPS-Frequenzband unter Verwendung eines Referenzsignals von einem Referenzoszillator 114. Obgleich GPS-Satelliten alle mit der gleichen Frequenz senden verursacht ihre gegenwärtige Position und Bewegungsrichtung relativ zu dem Empfänger Doppler-Verschiebungen bei dem empfangenen Signalen, die bestens bekannt sind. Tatsächlich wird die Bestimmung des Doppler-Fehlers bei der Berechnung der Empfängerposition verwendet. Die synthetisierten Signale werden mit den von dem Front-End empfangenen Signal gemischt, um ein Basisbandsignal zu erzeugen, welches einen GPS-Basisprozessor 116 zusammen mit Information bezüglich des vom Abwärtswandler verwendeten Doppler-Fehlers zugeführt wird. Der Basisbandprozessor führt eine Korrelation durch, um festzustellen, falls ein GPS-Signal bei einer Frequenz empfangen worden ist, die momentan durch den GPS-Abwärtswandler synthetisiert wird. Er berücksichtigt dabei den Offset-Fehler des Referenzoszillators, welcher von einer Steuervorrichtung 118 vorgesehen wird, welche den Offset-Fehler aus einem Speicher 120 erhält. Nach der Ermittlung einer ausreichenden Anzahl von Satellitensignalen, kann der GPS-Basisbandprozessor feststellen, ob der vorhandene Offset korrekt ist. Falls nicht wird ein neuer Offset zu der Steuervorrichtung weitergegeben, welche den neuen Offset in dem Speicher speichert. Die Steuervorrichtung gibt ihm so Suchfensterparameter zu dem GPS-Basisbandprozessor weiter, welche den Frequenzbereich bestimmen, der von dem Basisbandprozessor abgesucht wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Referenzoszillator 114 ein Kristalloszillator, wie beispielsweise ein Kristalloszillator mit Temperaturkompensation. Bei einem alternativen Empfängerentwurf kann die Steuervorrichtung den Oszillator über ein Kommunikationsinterface 122 überwachen und die Frequenz des Oszillators mittels eines Digital-/Analog-Controllers (Digital to Analog Controller = DAC) 124 einstellen. Die Steuervorrichtung liefert einen digitalen Wert an dem DAC, welcher den digitalen Wert in eine Steuerspannung umsetzt. Die Steuerspannung wird an den Oszillator in bekannter Weise angelegt, um den Referenzoszillator einzustellen.
Eine wünschenswerte Anwendung für eine Positionsbestimmungseinrichtung, wie etwa einem GPS-Empfänger ist die Verwendung des GPS-Empfängers in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung. Eine GPS-fähige mobile Kommunikationsvorrichtung ist in Notfallsituationen besonders nützlich, bei denen der Benutzer seine Position nicht weiß oder nicht in der Lage ist seine Position einem Notfalldienstmitarbeiter mitzuteilen.
Eine typische mobile Kommunikationsvorrichtung weist eine Antenne zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzsignalen bzw. Funksignalen auf. Die Antenne ist mit einem Transceiver 128 gekoppelt. Der Transceiver weist Verstärker, Aufwärtsmischerstufen, Abwärtsmischerstufen, Frequenzsynthesizer, automatische Frequenzkorrektur (AFC), Signalverarbeitungsschaltungen usw. wie im Stand der Technik bekannt, auf. Der Transceiver arbeitet unter der Steuerung der Steuervorrichtung 118 und arbeitet zusammen mit einem Audio-Prozessor 130. Der Audioprozessor spielt über einen Lautsprecher 132 Stimmensignale die er von den Transceiver empfangen hat, ab und empfängt Stimmensignale über ein Mikrophon 134, die von dem Benutzer der mobilen Kommunikationsvorrichtung erzeugt worden sind. Ein Benutzerinterface 136 weist übliche Elemente wie eine Anzeige und ein Tastenfeld oder andere Tasten auf, die es dem Benutzer ermöglichen, die mobile Kommunikationsvorrichtung und den GPS-Empfänger zu bedienen. Die mobile Kommunikationsvorrichtung kommuniziert mit einer Basisstation 138, die eine Dienstzelle oder einen Dienstbereich in der Nähe der Basisstation errichtet. Da die Zeit zum Erzielen einer Positionerfassung in einem autonomen Modus ohne Hilfe sehr viel länger dauern kann als es in einer Notfallsituation wünschenswert ist, ist es wünschenswert den GPS-Empfänger durch Senden von Hilfsinformationen zu dem GPS-Empfänger über eine mobile Kommunikationsvorrichtungsverbindung mit der Basisstation zu unterstützen. Die Hilfsinformation kann entweder von dem lokalen GPS-Empfänger 140 bei der Station oder von einem Positionshilfsserver 142, welcher durch die Basisstation über ein Netzwerk zugänglich ist, erhalten werden. Die Hilfsinformation enthält beispielsweise Ephemeridenzeitinformation für Satelliten die gegenwärtig sichbar sind, Frequenzkorrektur und ähnliches. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Referenzoszillator 114 des GPS-Empfängers nicht mittels der Hilfe der Zellenbasisstation oder anderer Mittel, die mit dem drahtlosen Kommunikationsdienstenetzwerke, welches mit der Basisstation verbunden ist, korrigiert.
Gemäß 2 ist ein Flußdiagramm 200 eines Verfahrens zur Selbstkorrektur eines Freuqenz-Offsets in einem GPS Empfänger in Übereinstimmung mit der Erfindung gezeigt. Beim Start 202 des Prozesses wird der Empfänger aus Bauteilen einschließlich einer Oszillatoreinrichtung wie einem Kristalloszillator zusammengebaut. Während der Herstellung (204) des Empfängers wird der Empfängerer intensiver Wärmer ausgesetzt, wie sie etwas während des Lötens auftritt, was bewirkt, daß die Betriebsfrequenz des Oszillators sich verschiebt. Im Anschluß an die Herstellung des Empfängers, wenn der Empfänger ausreichend abgekühlt ist, wird er getestet und abgestimmt. Während des fabrikseitigen Testens wird der Empfänger mit einem Trägersignal versorgt, so daß der Frequenz-Offset seines Referenzoszillators bestimmt werden kann (206). Der anfängliche Frequenz-Offset wird als fabrikseitiger Frequenz-Offset bezeichnet. Der Offset ist ein Wert, der den Unterschied der tatsächlichen gegenwärtigen Betreibsfrequenz des Referenzsoszillators von seiner Nennfrequenz beschreibt. Wenn der fabrikseitige Frequenz-Offset stimmt ist, wird er in einem nicht flüchtigen Speicher des Empfängers oder der mobilen Kommunikationsvorrichtung gespeichert, falls der GPS Empfänger in der mobilen Kommunikationsvorrichtung eingebaut ist.
Normalerweise wird nach der Herstellung der Empfänger vorübergehend gelagert und anschließend zu einem Laden oder direkt zu dem Kunden verschickt (208). Die Zeitdauer zwischen der Herstellung und dem Empfang durch dem Empfang durch den Endkunden wird gewöhnlich in der Größenordnung von Tagen oder länger liegen. Es hat sich herausgestellt, daß während dieser Zeitdauer der Inaktivität, die Betriebsfrequenz des Oszillators sich um einen beträchtlichen Betrag verschieben wird, typischerweise um mehr als die genannte Frequenztoleranz bezüglich der Temperatur. D. h., das obwohl eine Oszillatorvorrichtung mit einer 0,5 ppm-Toleranz bezüglich Temperatur angegeben werden kann, sich ihre Frequenz um mehr als 5,0 ppm während der ursprünglichen Abklingzeitdauer verschieben kann. Falls eine typische Suche nach einem Trägersignal mit dem fabrikseitigen Frequenz-Offset durchgeführt wird, kann der Empfänger unter Umständen das gewünschte Trägersignal nicht erfassen, da die Frequenz des Referenzoszillators sich zu sehr verändert hat und da solche Suchen typischerweise auf einen Frequenzbereich eines voreingestellten Fensters oder Bereichs beschränkt sind. Falls der Empfänger das gewünschte Trägersignal in dem Fenster nicht findet, wird angenommen, daß kein Trägersignal vorhanden ist. Daher beginnt der Empfänger gemäß der Erfindung einen Betreibsfrequenz-Offset unter Verwendung eins breiten Frequenzbereichssuchfenster 212 (210). Die Breite im Sinne des Frequenzbereichs des weiten bzw. breiten Suchfensters wird auf der Grundlage des jeweiligen Designs, und der Oszillatorantwort auf den Herstellungsprozess und der darauf folgenden Frequenzverschiebung über die Zeitdauer unmittelbar nach der Herstellung ausgewählt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Oszillator ein Kristalloszillator mit Temperaturkompensation, der eine Toleranz von 0,5 ppm aufweist und ein breites Suchfenster weist einen Bereich von 5,0 ppm auf. Nach dem Beginn der anfänglichen Suche zum Bestimmen des neuen Freuqenz-Offsets, der als Betriebsfrequenz-Offset bezeichnet wird, muß der Empfänger ein GPS-Satellitensignal 214 ermitteln. Der Empfänger macht dies durch den Beginn einer Suche unter Verwendung des fabrikseitigen Frequenz-Offsets, dem Absuchen des Spektrums um der resultierenden Frequenz herum und innerhalb des breiten Suchfensters. Der Empfänger kann dem Benutzer des Receivers dazu veranlassen (216), den Empfänger zu einer Stelle zu bewegen, bei dem er freie Sicht zum Himmel hat, um die Ermittlung des Satellitensignals zu unterstützen. Dieses Auffordern kann durch eine Routine und damit automatisch zum ersten Zeitpunkt erfolgen, bei dem der Empfänger versucht ein GPS-Satellitensignal zu ermitteln, oder nachdem das gesamte Suchfenster abgesucht worden ist und kein GPS-Satellitenträgersignal lokalisiert werden konnte. Die Aufforderung kann beispielsweise durch Anzeigen einer Nachricht auf einem Display bzw. einer Anzeigevorrichtung des Empfängers oder der mobilen Kommunikationsvorrichtung, die den Empfänger enthält, durchgeführt werden. Alternativ kann ein Audiosignal verwendet werden, oder im Anschluß an eine Textnachricht. Sobald der Empfänger GPS-Satellitensignale ermittelt hat, kann er den gegenwärtigen Frequenz-Offset des Refernzoszillators bestimmen. Der Frequenz-Offset, der zu dieser Zeit bestimmt wird, wird der Betreibsfrequenz-Offset für den darauf folgenden Betrieb (22), abgesehen von kleineren Änderungen, und wird in einem nicht-flüchtigen Speicher zur Verwendung mit dem Empfänger gespeichert. Es ist zu erwarten, daß dieser Frequenz-Offset sich wesentlich von dem fabrikseitigen Frequenz-Offset unterscheidet. Da erwartet wird, daß die Oszillatorfrequenz im weiten Verlauf relativ stabil bleibt, und Veränderungen nicht die angegebene Toleranz der Oszillatorvorrichtung überschreiten, wird des weiteren ein schmales Suchfenster 222 für den darauf folgenden Positionsbestimmungsbetrieb verwendet. Das schmale Frequenzsuchfenster braucht dabei nicht breiter zu sein als die normale Betriebstoleranz der Oszillatorvorrichtung. Bei der bevorzugten Ausführungform wird ein 0,5 ppm Oszillator mit Temperaturkompensation verwendet und das schmale Suchfenster umfasst einen Frequenzbereich von nicht mehr als 0,5 ppm der Nennfrequenz des Oszillators oder eines Bereichs, der der angegebenen Frequenztoleranz bzgl. der Temperatur des Referenzoszillators im wesentlichen gleich ist. Bei dem darauf folgenden Positionsbestimmungsvorgängen kann der Empfänger bestimmte Hilfsinformationen (224) von beispielsweise den Zellen-Mobilnachrichtennetzwerk erhalten, wie im Stand der Technik bekannt. Während der darauf folgenden Positionsbestimmungsvorgänge, kann der Frequenz-Offset, wie zuvor erwähnt, sich verändern und in diesem Fall wird der neue Frequenz-Offset gespeichert. Es ist denkbar, daß falls während der Verwendung des schmalen Frequenzsuchbereichs ein Signal erfaßt wird, dieses jedoch als ein schwaches Signal erkannt wird, der GPS-Empfänger dem Benutzer auffordern kann sich an eine freie Stelle zu begeben, um die Stärke des Signals zu erhöhen und die Positionsbestimmungszeit zu verringern. Des weiteren ist es denkbar, daß falls während der Suche unter Verwendung des schmalen Frequenzbereichssuchfensters kein Signal gefunden wird, der GPS-Empfänger zur Verwendung des breiten Frequenzbereichssuchsfensters zurückkehrt (225). Bei einer Ausführungsform der Erfindung, ist der GPS-Empfänger in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung zur Verwendung bei der Positionsbestimmung im Zusammenhang mit einem Notfalldienstruf. Aufgrund der langen Zeitdauer, die zum Erzielen einer ersten Bestimmung notwendig ist, ist es denkbar, daß die erste Bestimmung zum ersten mal vorgenommen wird, wenn die mobile Kommunikationsvorrichtung eingeschaltet bzw. hochgefahren wird. Unter Bestimmung wird das Bestimmen der gegenwärtigen Position der Vorrichtung verstanden und daher der gegenwärtiger Frequenz-Offset-Fehler. Außerdem ist es denkbar, daß der Offset-Fehler, der in dem Speicher der Vorrichtung gespeichert ist, veraltet sein kann und falls eine beträchtliche Zeitdauer seit der letzten Verwendung des GPS-Receivers verstrichen ist, der GPS-Receiver ein Suchen unter Verwendung des breiten Frequenzbereichsfensters initiieren kann.
Daher sieht die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem Empfänger eines globalen Positionnierungssystems (GPS) vor, um einen Frequenzfehlers, der während der Herstellung des GPS-Empfängers hervorgerufen wurde, zu korrigieren, daß mit der Bestimmung eines fabrikseitigen Frequenz-Offsets eines Referenzoszillators des GPS-Empfängers nach Herstellung des GPS-Empfängers begonnen wird. Nach der Bestimmung des fabrikseitigen Frequenz-Offsets beginnt der Empfänger mit dem Suchen nach einem GPS-Satelllitensignal unter Verwendung des fabrigseitigen Frequenz-Offsets und eines breiten Frequenzbereichssuchfensters um ein GPS-Satellitensignal zu ermitteln. Nach Ermittlung des GPS-Signals, beginnt der Empfänger mit dem Bestimmen eines Betriebsfrequenz-Offset des Refernezoszillators des GPS-Empfängers aus einer Frequenz des GPS-Satelittensignals. Für darauf folgende Positionsbestimmungsvorgänge ermittelt der Empfänger Satellitensignale unter Verwendung eines schmalen Frequenzbereichssuchfensters. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Referenzoszillator eine Nennfrequenz auf und ein bestimmen des Betreibsfrequenz-Offset wird mit dem breiten Frequenzfensterbereich durchgeführt, der zumindest auf 3,0 ppm der Nennbetriebsfrequenz des Referenzoszillators eingestellt ist. Die Erfindung ist insbesondere auf Kristalloszillatoren anwendbar, einschließlich Kristaloszillatoren mit Temperaturkompensation. Die Erfindung kann nach dem Beginn der Suche nach dem GPS-Signal ein Anzeigen einer Nachricht auf einem Display des GPS-Empfängers, einschließlich eines Displays einer mobilen Komminukationsvorrichtung, in welche der GPS-Empfänger eingebaut ist, enthalten, die den Benutzer des GPS-Empfängers veranlaßt, den GPS-Empfänger zu einer freien Stelle zu bewegen. Das Anzeigen der Nachricht kann automatisch durchgeführt werden oder nach der Suche des GPS-Satellitensignals und dem nicht auffinden des GPS-Satellitensignals nach einer gewissen Zeitdauer.
Während die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Zahlreiche Modifikationen, Veränderungen, Variationen, Ersetzungen oder Äquivalenten sind für den Fachmann offensichtlich, ohne verlassen des Erfindungsgedankens bzw. -umfangs, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, veranlassen müßte.

Claims

Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem Empfänger (102) eines globalen Positionierungssystems (GPS), um einen Frequenzfehler eines Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) zu korrigieren, aufweisend: Bestimmen eines fabrikseitigen Frequenz-Offsets des Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) nach der Herstellung des GPS-Empfängers (102) (206), bevor der GPS-Empfänger in eine mobile Vorrichtung eingebaut ist; nach dem Bestimmen des fabrikseitigen Frequenz-Offsets und dem Einbauen des GPS-Empfängers in die mobile Vorrichtung, Suchen nach einem GPS-Satellitensignal unter Verwendung des fabrikseitigen Frequenz-Offsets und eines breiten Frequenzbereichssuchfensters (212); nach Beginnen der Suche nach dem GPS-Signal, Ermitteln eines GPS-Satellitensignals (214); nach Ermitteln des GPS-Signals, Bestimmen eines Betriebsfrequenz-Offsets des Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) aus einer Frequenz des GPS-Satelliten Signals (210); und nach Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets, anschließendes Verwenden eines schmalen Frequenzbereichssuchfensters für darauf folgendes Ermitteln von GPS-Satellitensignalen (218, 220, 222).
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets mit einem breiten Frequenzbereichsuchfenster durchgeführt wird, daß breiter als eine spezifizierte Frequenztoleranz bezüglich Temperatur des Referenzoszillators (114) eingestellt ist.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Frequenz-Offsets durch ein Bestimmen des fabrikseitigen Frequenz-Offsets durchgeführt wird und das Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets durch Bestimmen des Frequenz-Offset eines Referenzkristalloszillators durchgeführt werden.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen des Frequenz-Offset durch ein Bestimmen des fabrikseitigen Frequenz-Offsets durchgeführt wird und das Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets durch Bestimmen des Frequenz-Offsets bei einem Referenzkristalloszillator mit Temperaturkompensation durchgeführt wird.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 1, wobei nach Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets, danach ein Frequenzbereichssuchfenster, das im Wesentlichen gleich einer Frequenztoleranz bezüglich Temperatur des Referenzoszillators (114) ist, zum darauf folgenden Ermitteln von GPS-Satellitensignalen verwendet wird.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 1, wobei nach Beginn des Suchens nach dem GPS-Signal eine Nachricht auf einem Display das GPS-Empfängers angezeigt wird, die einem Benutzer des GPS-Empfängers anweist, den GPS-Empfänger zu einer freien Stelle zu bewegen.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 6, wobei das Anzeigen der Nachricht durchgeführt wird, nachdem das Suchen des GPS-Satellitensignals erfolgt ist und das GPS-Satellitensignal nach einer Zeitdauer nicht gefunden wurde.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung mit einem Empfänger eines globalen Positionierungssystems (GPS), um einen Frequenzfehler eines Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) zu korrigieren, aufweisend: Bestimmen eines fabrikseitigen Frequenz-Offsets des Referenzoszillators (114) des GPS-Empfängers (102) nach Herstellung des GPS-Empfängers (102) (206), bevor der GPS-Empfänger in eine mobile Vorrichtung eingebaut ist; nach Bestimmen des fabrikseitigen Frequenz-Offsets und dem Einbauen des GPS-Empfängers in die mobile Vorrichtung, Suchen nach einem GPS-Satellitensignal unter Verwendung des fabrikseitigen Frequenz-Offsets und eines breiten Frequenzbereichssuchfensters (212); nach Beginnen der Suche nach dem GPS-Signal, Ermitteln eines GPS-Satellitensignals (214); nach Ermitteln des GPS-Signals, Bestimmen eines Betriebsfrequenz-Offsets des Referenzoszillators des GPS-Empfängers (102) aus einer Frequenz des GPS-Satellitensignals (210); und nach Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets, danach Verwenden eines schmalen Frequenzbereichssuchfensters und A-GPS-Hilfsinformationen, die von einer Quelle außerhalb der mobilen Kommunikationsvorrichtung empfangen wird, zum darauffolgenden Ermitteln von GPS-Satellitensignalen (218, 220, 222, 224).
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einer mobilen Kommunikationsvorrichtung mit einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets mit dem breiten Frequenzbereichssuchfensters durchgeführt wird, daß breiter als eine spezifizierte Frequenztoleranz bezüglich Temperatur des Referenzoszillators (114) eingestellt ist.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einer mobilen Kommunikationsvorrichtung mit einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen des Frequenz-Offsets durch das Bestimmen des fabrikseitigen Frequenz-Offsets durchgeführt wird und das Bestimmen des Betriebsfrequenz-Offsets durch das Bestimmen des Frequenz-Offsets eines Referenzkristalloszillators bestimmt wird.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einer mobilen Kommunikationsvorrichtung mit einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 8, wobei nach Beginn des Suchens nach dem GPS-Signal, eine Nachricht auf einem Display des GPS-Empfängers angezeigt wird, die einen Benutzer des GPS-Empfängers anweist, den GPS-Empfänger zu einer Stelle außerhalb des Hauses zu bewegen.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einer mobilen Kommunikationsvorrichtung mit einem GPS-Empfänger (102) nach Anspruch 11, wobei das Anzeigen der Nachricht durchgeführt wird, nachdem das GPS-Satellitensignal gesucht worden ist und nach einer Zeitdauer das GPS-Satellitensignal nicht gefunden worden ist.
Verfahren zum Durchführen einer Selbstjustierung eines Frequenz-Offsets bei einer mobilen Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei nach Beginn der Suche nach dem GPS-Signal, eine Nachricht auf einem Display des GPS-Empfängers (102) angezeigt wird, die dem Benutzer des GPS-Empfängers anweist, den GPS-Empfänger zu einer freien Stelle zu bewegen.