DE60213189T2

DE60213189T2 - Ein Verfahren zur Signalwiedererfassung in einem Positionsempfänger, und entsprechendes elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE60213189T2
Application number: DE60213189T
Authority: DE
Inventors: Samuli Pietilä; Harri Valio
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: US7447258B2; EP1321774A1; DE60213189D1; FI112547B; ATE333655T1; FI20012559A0; US20030118086A1; EP1321774B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Reakquisition in einem Positionsempfänger, wobei wenigstens ein moduliertes Spreizbandsignal empfangen wird, ein Referenzsignal gebildet wird, indem ein Referenzcode benutzt wird, der dem Code entspricht, der für die Modulation des zu empfangenden Signals benutzt wird, und eine Korrelation hergestellt wird zwischen dem empfangenen Signal und dem Referenzsignal. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektronische Vorrichtung, die einen Positionsempfänger aufweist, mit Mitteln zum Empfangen von wenigstens einem modulierten Spreizbandsignal, Mitteln zum Bilden eines Referenzcodes, der dem Code entspricht, der für die Modulation des zu empfangenen Signals benutzt wurde, und Mittel zum Herstellen einer Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem Referenzsignal.
Bei Positionsbestimmungssystemen, die auf Satellitenpositionsbestimmung basieren, versucht ein Positionsempfänger, Signale von wenigstens vier Satelliten zu empfangen, um die Position des Positionsempfängers sowie die Zeitdaten zu bestimmen. Ein Beispiel für ein solches Satellitenpositionsbestimmungssystem ist das GPS-System (Global Positioning System), das mehrere Satelliten aufweist, welche die Erde in vorbestimmten Bahnen umkreisen. Diese Satelliten übertragen Ephemeris-Daten, anhand derer die Position eines Satelliten zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden kann, falls die genauen Zeitdaten, die von dem Satellitenpositionsbestimmungssystem benutzt werden, dem Positionsempfänger bekannt sind. Im GPS-System übertragen die Satelliten ein Spreizbandsignal, das mit einem Code moduliert ist, der für jeden Satelliten individuell verschieden ist. So kann der Positionsempfänger unter Benutzung eines Referenzcodes, der einem Satellitencode entspricht, der lokal in dem Positionsempfänger erzeugt wird, Signale voneinander unterscheiden, die von den verschiedenen Satelliten übertragen werden.
Ein Problem bei solchen Positionsbestimmungssystemen, die auf Satellitenpositionsbestimmung basieren, ist oft die Tatsache, dass das Signal, das von einem Satelliten übertragen wird, stark abgeschwächt ist, wenn es den Positionsempfänger erreicht, wobei es sehr schwierig ist, das Signal von dem Hintergrundrauschen zu unterscheiden. Das Signal wird beispielsweise von klimatischen Bedingungen und Hindernissen wie z. B. Gebäuden und der Umgebungstopographie auf dem Signalweg abgeschwächt. Es ist besonders schwierig, eine Positionsbestimmung in einem Gebäude vorzunehmen, da das Gebäude selbst das Signal, das von den Satelliten übertragen wird, stark abschwächt, und andererseits eine Mehrwegausbreitung stark sein kann, da möglicherweise reflektierte Signale, die beispielsweise durch ein Fenster eindringen, nicht unbedingt so abgeschwächt sind wie Signale, die direkt durch das Dach dringen. In diesem Fall kann der Empfänger die Signalausbreitungszeit und die Satellitenposition zum Zeitpunkt der Übertragung des Signals aufgrund von z. B. der Verzögerung der Signalausbreitungszeit, die von der Mehrwegausbreitung des Signals verursacht wird, falsch interpretieren.
Jeder arbeitende Satellit des GPS-Systems überträgt ein so genanntes L1-Signal auf der Trägerfrequenz von 1575,42 MHz. Diese Frequenz ist auch durch 154f₀ dargestellt, wobei f₀ = 10,23 MHz ist. Ferner übertragen die Satelliten ein weiteres Ranging-Signal auf einer Trägerfrequenz von 1227,6 MHz namens L2, d. h. 120f₀. Im Satellit werden diese Signale mit wenigstens einer Pseudosequenz moduliert. Diese Pseudosequenz unterscheidet sich von Satellit zu Satellit. Als ein Resultat der Modulation wird ein codemoduliertes Breitbandsignal erzeugt. Dieses Modulationsverfahren ermöglicht es dem Empfänger, zwischen den Signalen, die von unterschiedlichen Satelliten übertragen werden, zu unterscheiden, obwohl die Trägerfrequenzen, die bei der Übertragung benutzt werden, im Wesentlichen dieselben sind. Dieses Modulationsverfahren wird Codemultiplexverfahren (Code Divisional Multiple Access – CDMA) genannt. Bei jedem Satellit ist die Pseudosequenz, die zum Modulieren des L1-Signals benutzt wird, z. B. ein so genannter C/A-Code (Coarse/Acquisition-Code), ein Code aus der Familie der Gold-Codes. Jeder GPS-Satellit überträgt ein Signal unter Benutzung eines individuellen C/A-Codes. Die Codes werden als eine Modulo-2-Summe von zwei 1023-Bit-Binärsequenzen gebildet. Die erste Binärsequenz G1 ist aus dem Polynom X¹⁰ + Y³ + 1 gebildet, und die zweite Binärsequenz G2 ist durch Verzögern des Polynoms X¹⁰ + X⁹ + X⁸ + X⁶ + X³ + X² + 1 derart gebildet, dass die Verzögerung für jeden Satelliten unterschiedlich ist. Diese Anordnung macht es möglich, verschiedene C/A-Codes durch Benutzen identischer Codegeneratoren zu erzeugen. Die C/A-Codes sind also Binärcodes, deren Chipping-Rate im GPS-System 1,023 MHz ist. Der C/A-Code weist 1023 Chips auf, wobei die Wiederholungsperiode (Epoche) des Codes 1 ms beträgt. Der Träger des L1-Signals wird ferner durch Navigationsinformation bei einer Bitrate von 50 Bit/s moduliert. Die Navigationsinformation umfasst Information zur „Gesundheit", zur Umlaufbahn und zu Zeitdaten des Satelliten usw.
Um die Signale der Satelliten zu erfassen und die Satelliten zu identifizieren, muss der Empfänger eine Akquisition durchführen, wobei der Empfänger nach dem Signal eines Satelliten sucht und versucht, sich auf das Signal abzustimmen, so dass die Daten, die mit dem Signal übertragen werden, empfangen und demoduliert werden können.
Der Positionsempfänger muss die Akquisition z. B. durchführen, wenn der Empfänger eingeschaltet wird, und auch in einer Situation, in welcher der Empfänger für lange Zeit nicht dazu in der Lage war, das Signal irgendeines Satelliten zu empfangen. Während der Benutzung des Positionsempfängers können Situationen auftreten, wobei der Positionsempfänger, der das Signal eines Satelliten akquiriert und sich auf dieses abgestimmt hat, die Abstimmung verliert. Der Grund dafür kann sein, dass sich der Positionsempfänger bewegt und Variationen der Umgebung zu Veränderungen der Signalstärke führen. Im Inneren von Gebäuden können auch an verschiedenen Orten im Gebäude große Variationen der Signalstärke auftreten. Beispielsweise kann die Signalstärke in der Nähe eines Fensters wesentlich höher sein als im Mittelteil eines Gebäudes. Auch können auf verschiedenen Stockwerken Unterschiede der Signalstärke auftreten. In einer solchen Situation kann der Empfänger seine Abstimmung für einen Augenblick verlieren, und der Positionsempfänger sollte dazu in der Lage sein, so früh wie möglich eine Reakquisition des geschwächten Signals durchzuführen, damit der Positionsempfänger nicht den eigentlichen Akquisitionsprozess erneut ausführen muss.
Die eigentliche Akquisition wird auf einer Stufe durchgeführt, während der der Positionsempfänger keine Information zur korrekten Codephase des zu empfangenen Satellitensignals besitzt. So muss der Positionsempfänger die korrekte Codephase aus allen in Frage kommenden verschiedenen Codephasen ermitteln, was beim GPS-System eine Gesamtzahl von 1023 möglichen Codephasen bedeutet. Eine solche Situation entsteht beispielsweise bei einem unabhängig arbeitenden Positionsempfänger, der für einige Zeit nicht dazu in der Lage war, ein übertragenes Signal zu empfangen. Üblicherweise liegt die Länge eines solchen Ausfalls, der eine Akquisition nötig macht, im Bereich von einer Minute oder darüber. Auch wenn der Positionsempfänger für eine längere Zeit ausgeschaltet war, muss die eigentliche Akquisition durchgeführt werden.
Eine Reakquisition bezieht sich auf eine Situation, in welcher der Positionsempfänger mit einer Genauigkeit von einigen wenigen Chips die Codephase des zu empfangenden Signals kennt. So kann die Suche nach der Codephase auf einige wenige verschiedene Codephasen beschränkt werden, die der korrekten Codephase nahe kommen. Eine solche Situation kann beispielsweise entstehen, wenn ein unabhängig arbeitender Positionsempfänger für eine kurze Zeit nicht dazu in der Lage ist, ein Signal zu empfangen, üblicherweise für wenige Sekunden. Bei einem solchen Positionsempfänger, bei dem Hilfsdaten von einem anderen Ort als von einem Sender empfangen werden, der das zu empfangende Signal überträgt, ist die Codephase mit der Genauigkeit einiger weniger Chips anhand der Hilfsdaten bekannt. In diesem Fall kann der Positionsempfänger einen Reakquisitionsprozess anstelle des eigentlichen Akquisitionsprozesses ausführen. Solche Hilfsdaten können vorzugsweise über ein mobiles Kommunikationsnetzwerk oder ein anderes Kommunikationsverfahren an den Positionsempfänger übertragen werden.
Fast alle bekannten GPS-Empfänger benutzen Korrelationsverfahren zur Akquisition und Verfolgung von Codes. Korrelationsverfahren können auch für die Reakquisition benutzt werden. Referenzcodes ref(k), d. h. die pseudozufälligen Sequenzen für verschiedene Satelliten, sind lokal in dem Positionsempfänger gespeichert oder werden dort erzeugt. Ein empfangenes Signal wird einer Umwandlung in eine intermediäre Frequenz (Abwärtsumwandlung), wonach der Empfänger das empfangene Signal mit der gespeicherten Pseudosequenz multipliziert. Das Signal, das sich als ein Resultat der Multiplikation ergibt, wird integriert oder tiefpassgefiltert. Das Vorhandensein des Satellitensignals kann anhand dieses gefilterten oder integrierten Signals bestimmt werden. Die Multiplikation wird im Empfänger so wiederholt, dass die Phase der pseudozufälligen Sequenz, die in dem Empfänger gespeichert ist, jedes Mal verschoben wird. Die korrekte Phase wird anhand des Korrelationsergebnisses vorzugsweise so bestimmt, dass dann, wenn das Korrelationsergebnis am höchsten ist, die korrekte Phase gefunden wurde. So wird der Empfänger korrekt auf das empfangene Signal abgestimmt. Nach abgeschlossener Code-Akquisition/Reakquisition sind die nächsten Schritte Frequenzabstimmung und Phasenkopplung.
Die US-Patentschrift Nr. 5,822,384 offenbart ein Suchverfahren zur Akquisition von Zeitabstimmung zwischen einer sich spreizenden Sequenz eines Empfängers oder der eines Senders. In dem Verfahren wird ein Spreizsignal empfangen und demoduliert. Die Demodulation umfasst einen Testschritt, der aus dem Messen der Energie des demodulierten Signals durch Integrieren des demodulierten Signals während eines Zeitintervalls und durch Vergleichen der Energie mit einem Schwellenwert, um zu bestimmen, ob der Schwellenwert überschritten wird. Wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird, wird eine Zeitverschiebung modifiziert, der Wert eines Zählers wird erhöht und die vorangegangenen Schritte werden wiederholt, bis der Zähler einen vorbestimmten Wert erreicht. Wenn der Zähler den vorbestimmten Wert mit einer vorbestimmten Häufigkeit erreicht hat, endet der Prozess. Wenn andererseits die Energie eine Anzahl von verschiedenen Schwellenwerten überschreitet, bevor der Zähler den vorbestimmten Wert erreicht hat, wird die Abstimmung angezeigt.
Im Stand der Technik der US-Patentschrift Nr. 5,822,384 ist ein Detektorsystem zur Abstimmungsakquisition offenbart, wobei das empfangene Spreizbandsignal auf einen Detektor angewandt wird. Das Ausgangssignal des Detektors wird auf mehrere Integratoren angewandt. Jeder Integrator weist eine unterschiedliche Integrationszeit auf. Die Energien, die von den Integratoren bestimmt werden, werden aufeinander folgend auf Komparatoren angewandt, die verschiedene Schwellenwerte empfangen. Wenn der erste Komparator, der den Ausgangswert des ersten Integrators mit einem ersten Schwellenwert vergleicht, ermittelt, dass der Ausgangswert den ersten Schwellenwert überschreitet, wird der Ausgangswert des zweiten Integrators mit dem zweiten Komparator verbunden, der den Ausgangswert mit einem zweiten Schwellenwert vergleicht. Wenn der Ausgangswert von dem zweiten Integrator den zweiten Schwellenwert überschreitet, wird der nächste Vergleich zwischen dem Ausgangswert des dritten Integrators und einem dritten Schwellenwert durchgeführt. Die Abstimmung wird angezeigt, wenn alle Vergleiche anzeigen, dass der Ausgangswert von jedem Integrator den jeweiligen Schwellenwert überschreitet. Die Ermittlungszeit wird also nicht verringert, sondern es müssen alle Vergleiche durchgeführt werden, wie in 3 der US-Patentschrift Nr. 5,822,384 zu sehen ist.
Bei Empfängern des Stands der Technik wurden Versuche unternommen, die Reakquisition eines schwachen Signals beispielsweise durch Benutzen einer langen Korrelationszeit zu verbessern, um eine bessere Unterscheidbarkeit der Korrelationsspitzen zu erreichen. In der Praxis bedeutet dies allerdings, dass die Reakquisitionszeit in allen Situationen lang ist, auch dann, wenn die Signalstärke dies nicht erforderlich macht. Ferner erhöht sich der Stromverbrauch mit steigender Korrelationszeit. Wenn andererseits die Reakquisitionszeit kurz gehalten wird, arbeitet der Positionsempfänger nicht gut im Inneren von Gebäuden und an anderen Orten, wo die Signalstärke schwach ist. Bei dem Aufbau des Positionsempfängers gemäß dem Stand der Technik wird so die Zeit, die zur Reakquisition benutzt wird, von der schwächsten Signalstärke bestimmt, bei der der Positionsempfänger dazu in der Lage sein muss, die Reakquisition durchzuführen. Um eine optimale Auflösung zu erreichen, muss also ein Kompromiss zwischen der Zeit für die Reakquisition und der schwächsten Signalstärke geschlossen werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Durchführen der Reakquisition bei einem Positionsempfänger bereitzustellen. Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Positionsempfänger zu erzielen. Genauer ausgedrückt, ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation in wenigstens einem ersten und einem zweiten Teil parallel durchgeführt wird, und dass verschiedene Korrelationszeiten im ersten Teil und im zweiten Teil benutzt werden, und wenn entweder der erste oder der zweite Teil der Korrelation die Signalakquisition anzeigt, die Anzeige der Signalakquisition bereitgestellt wird, und wenn der Teil der Korrelation mit der kürzeren Korrelationszeit die Signalakquisition anzeigt, der andere Teil nicht zu Ende geführt werden muss.
Durch die vorliegende Erfindung werden beträchtliche Vorteile im Vergleich zu Verfahren und Positionsempfängern gemäß dem Stand der Technik erzielt. Bei dem Positionsempfänger gemäß der Erfindung ist es möglich, eine schnelle Reakquisition eines starken Signals durchzuführen und trotzdem eine ausreichende Empfindlichkeit zur Reakquisition eines schwachen Signals zu erreichen. Bei dem Positionsempfänger gemäß der Erfindung müssen keine Kompromisse hinsichtlich der Rate der Reakquisition und der niedrigsten Signalstärke geschlossen werden, die empfangen werden kann, wobei der Positionsempfänger in optimaler Weise sowohl im Freien als auch im Inneren von Gebäuden benutzt werden kann. Mit dem Positionsempfänger gemäß der Erfindung kann eine schnelle Reakquisition mit relativ großen Signalstärken durchgeführt werden, was die Nutzbarkeit des Positionsempfängers verbessert. So kann beispielsweise bei der Fortbewegung mit einem Fahrzeug die Reakquisition eines starken Satellitensignals an einem Ort durchgeführt werden, an dem die Signalstärke nur für einen Augenblick stärker wird. Eine solche Situation kann z. B. in einer Stadt auftreten, wo Gebäude das Signal in großem Umfang abschwächen. An einer Kreuzung oder an anderen n Orten kann die Signalstärke jedoch höher sein, und eine schnelle Reakquisition ist möglich. Bei dem Positionsempfänger gemäß der Erfindung werden keine zwei Betriebsmodi für schwache und starke Signale benötigt, wobei die Reakquisition sowohl von starken als auch schwachen Satellitensignalen gleichzeitig durchgeführt werden kann.
Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben werden, wobei:
1 eine elektronische Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer vereinfachten Blockdarstellung zeigt, und
2 einen Akquisitionsblock gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer vereinfachten Blockdarstellung zeigt.
Im Folgenden soll der Betrieb eines Empfängers PR gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die vereinfachten Blockdarstellungen von 1 und 2 näher beschrieben werden. Ein moduliertes Spreizbandsignal, das über eine Antenne 1 empfangen werden soll, wird in einem Hochfrequenzverstärker 2 verstärkt und mit Hilfe eines Taktsignals, das von einem Taktgenerator 3 und einem Frequenz-Synthesizer 4 gebildet wird, in einem Wandlerblock 5 vorzugsweise auf eine intermediäre Frequenz oder direkt auf ein Basisband modifiziert. Auf dieser Stufe ist das Signal immer noch im Analogformat, wobei es in einem Analog/Digital-Umwandler 6 in ein digitales Signal umgewandelt wird. Der Analog/Digital-Umwandler 6 stellt nicht nur ein digitales Empfangssignal, sondern auch eine Steuerung an einen automatischen Verstärkungsregelungsblock 7 (AGC – Automatic Gain Control) zum Ausgleichen von Variationen in der Stärke des empfangenen Signals in einer als solchen bekannten Weise bereit. Das digitale Signal, das auf eine intermediäre Frequenz oder ein Basisband umgewandelt ist, wird zur Umwandlung des digitalen Signals in zwei Signale mit verschiedenen Phasen (I/Q), zur Multiplikation mit einem Referenzcode und zur Korrelation an einen oder mehrere digitale Abstimmungsblöcke 8 übertragen. In dem Abstimmungsblock 8 ist das Ziel, die Codephase und die Frequenzverschiebung des empfangenen Signals anhand der Korrelation zu ermitteln. Der Abstimmungsblock 8 bildet eine Rückkopplung, um bei Bedarf die Codephase des Referenzcodes und der Empfangsfrequenz anzupassen. Nachdem die Codephase und die Frequenzverschiebung bestimmt wurden, das heißt, nachdem der Empfänger das zu empfangene Signal aufgespürt hat, ist es möglich, bei Bedarf die Demodulation und Speicherung der Navigationsinformation zu starten, die in dem Signal übertragen wird. Ein Steuerblock 30 speichert vorzugsweise Navigationsinformation in einem Speicher 36.
Der Steuerblock 30 weist vorzugsweise wenigstens einen Prozessor 37 (Zentralprozessor, CPU) auf. In 1 ist eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) 38 als zu dem Abstimmungsblock 8 gehörig dargestellt, doch es ist offensichtlich, dass die digitale Signalverarbeitungseinheit 38 auch in anderen Funktionen als in Verbindung mit dem Abstimmungsblock benutzt werden kann. In der Praxis kann die Anzahl von digitalen Signalverarbeitungseinheiten 38 und/oder Prozessoren 37 in elektronischen Vorrichtungen ED mehr als eine betragen. In einigen Anwendungen können Signalverarbeitungsfunktionen auch in Verbindung mit dem Prozessor 37 implementiert sein, wobei eine eigentliche Signalverarbeitungseinheit 38 nicht unbedingt notwendig ist.
Im Folgenden soll die Operation des Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Situation der Reakquisition beschrieben werden. Ein Positionsempfänger PR enthält gespeicherte Information zu einem Satelliten, auf den der Positionsempfänger abgestimmt wurde, oder diese Information kann von einem Kommunikationsnetzwerk (nicht dargestellt), wie z. B. einem Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerk, empfangen werden. Nachdem die Signalstärke abgenommen hat, kann diese gespeicherte Information im Positionsempfänger benutzt werden, um beispielsweise die mögliche Codephase des Signals einzuschätzen. Dies kann dazu beitragen, die Reakquisition des Signals zu beschleunigen.
Eine vorteilhafte Struktur des digitalen Abstimmungsblocks 8 ist in der Blockdarstellung von 2 für einen Empfangskanal gezeigt. In der Praxis werden normalerweise mehrere Empfangskanäle benutzt; allerdings ist ihre Struktur im Wesentlichen ähnlich wie die in 2 gezeigte, wobei die Beschreibung des Betriebs von einem Empfangskanal ausreichend zum Verständnis der Erfindung ist. In einem ersten Mischer 9 im Abstimmungsblock 8 werden zwei Signalsample I (Inphase) und Q (Quadraturphase) mit verschiedenen Phasen aus dem empfangenen Signal gebildet, das in digitalen Samples ausgebildet ist. Dies wird vorzugsweise so erreicht, dass das Signal eines ersten numerisch gesteuerten Oszillators 10 an einen Phasenverschiebungsblock 11 übertragen wird, wo zwei Signale mit verschiedenen Phasen aus dem Signal gebildet werden. Die Phasenverschiebung zwischen diesen Signalen beträgt etwa 90 °. In der Ausführungsform von 2 werden bei der Bildung der Phasenverschiebung Sinus-Kosinus-Tabellen benutzt, doch es ist offensichtlich, dass andere Verfahren in dem Phasenverschiebungsblock 11 benutzt werden können. Die Samplesignale I, Q mit verschiedenen Phasen werden an jeden Korrelatorzweig 16a, 16b übertragen, um mit verschiedenen Codephasen eine Korrelation für das Zweiphasensignal durchzuführen. In 2 sind nur zwei solche Korrelatorzweige 16a, 16b gezeigt, doch ihre Anzahl kann auch mehr als zwei betragen, und ihr Aufbau ist im Wesentlichen identisch mit dem der dargestellten Korrelatorzweige 16a, 16b. Anhand des Signals dieser verschiedenen Korrelatorzweige ist es möglich, beispielsweise die Phase des Referenzcodes in Bezug auf die Codephase des empfangenen Signals zu bestimmen. Jeder Korrelatorzweig weist einen zweiten Mischer 12a, 12b zum Multiplizieren des Referenzcodes mit den Samplesignalen I, Q auf. Der Referenzcode, der zu dieser Zeit benutzt wird, ist der Code, der bei der Code-Modulation des Satelliten benutzt wird, dessen Reakquisition erreicht werden soll. Der Referenzcode wird in einem Codegenerator 13 erzeugt, dessen Chipping-Rate in einem zweiten numerisch gesteuerten Oszillator 14 gebildet wird. Der Referenzcode wird auf eine Verzögerungsleitung 15 übertragen, wo der Referenzcode verzögert wird, um Referenzcodes mit verschiedenen Codephasen zu erzeugen, die an die verschiedenen Korrelatorzweige 16a, 16b des Abstimmungsblocks 8 übertragen werden.
Die Erfindung kann auch in solchen Positionsempfängern angewandt werden, bei denen nur ein Korrelatorzweig für jeden Empfangskanal benutzt wird. So wird die Verzögerungsleitung 15 nicht unbedingt benötigt, doch die Verschiebung der Codephase erfolgt mit Hilfe des Codegenerators 13 und des zweiten numerisch gesteuerten Oszillators 14.
Von dem zweiten Mischer 12a, 12b wird das Mischergebnis an einen Kombinationsblock 17a, 17b ausgegeben, um Samples der Mischergebnisse der Signalkomponenten I, Q zu kombinieren, die in dem zweiten Mischer für eine bestimmte Periode gebildet werden, vorzugsweise eine Epoche (etwa 1 ms in dem GPS-System). Das Kombinieren kann durch Addition, Integration oder auf anderem entsprechenden Wege erfolgen. Auf dieser Stufe werden die verschiedenen Signalkomponenten I, Q immer noch separat verarbeitet, wobei die Kombinationsblöcke 17a, 17b zwei separate identische Kombinationsmittel wie z. B. Addierer (nicht dargestellt) aufweisen.
Die Kombinationsergebnisse, die in den Kombinationsblöcken 17a, 17b gebildet wurden, werden vorzugsweise in einem Speicher, wie z. B. Registern 18a, 18b der digitalen Verarbeitungseinheit DSP gespeichert. So können die Ergebnisse in weiteren Verarbeitungsschritten aus diesen Registern abgerufen werden.
In dem Akquisitionsblock gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, wie dargestellt in 2, sind die oben ausgeführten Operationen auf Hardware-Niveau implementiert, und die folgenden Funktionen des Akquisitionsblocks sind als Programmcodes der digitalen Verarbeitungseinheit DSP implementiert. Diese Schnittstelle ist in 2 durch eine durchbrochenen Linie 19 dargestellt. Es ist allerdings offensichtlich, dass in der Praxis auch andere Arten von Implementierungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden können.
Jeder Korrelatorzweig 16a, 16b weist wenigstes erste und zweite Korrelationsmittel zum Durchführen der Korrelation in wenigstens zwei Teilen auf. Die ersten Korrelationsmittel umfassen einen ersten kohärenten Summierungsblock 20a, 20b, einen ersten nicht kohärenten Wertbildungsblock 22a, 22b, einen ersten Filterblock 24a, 24b, und einen ersten Vergleichsblock 26a, 26b.
Entsprechend umfassen die zweiten Korrelationsmittel einen zweiten kohärenten Summierungsblock 21a, 21b, einen zweiten nicht kohärenten Wertbildungsblock 23a, 23b, einen zweiten Filterblock 25a, 25b, und einen zweiten Vergleichsblock 27a, 27b.
Die digitale Verarbeitungseinheit DSP liest in Intervallen die Werte ab, die in dem Register 18a, 18b gespeichert sind, und führt die kohärente Kombination der Werte in dem ersten 20a, 20b und dem zweiten 21a, 21b kohärenten Summierungsblock aus. Die Kombinationszeit, die in dem ersten kohärenten Summierungsblock 20a, 20b benutzt wird, ist verschieden von der, die in dem zweiten kohärenten Summierungsblock 21a, 21b benutzt wird. In dem Beispiel von 2 ist das Ziel des ersten kohärenten Summierungsblocks 20a, 20b, eine schnelle Reakquisition eines starken Signals durchzuführen, während die Kombinationszeit relativ kurz ist, beispielsweise im Bereich von 1 bis 5 ms. Entsprechend ist es das Ziel des zweiten kohärenten Summierungsblocks 21a, 21b, eine Reakquisition eines schwachen Signals durchzuführen, wobei die Kombinationszeit relativ lang ist, beispielsweise im Bereich von 20 bis 40 ms.
Die kohärenten Summierungsergebnisse werden von dem ersten kohärenten Summierungsblock 20a, 20b an den ersten inkohärenten Wertbildungsblock 22a, 22b dann ausgegeben, wenn die Kombinationszeit, die für den ersten kohärenten Summierungsblock 20a, 20b eingestellt ist, abgelaufen ist. Entsprechend werden die kohärenten Summierungsergebnisse des zweiten kohärenten Summierungsblocks 23a, 23b an den zweiten inkohärenten Wertbildungsblock 22a, 22b dann ausgegeben, wenn die Kombinationszeit, die für den zweiten kohärenten Summierungsblock 22a, 22b eingestellt ist, abgelaufen ist. Die inkohärenten Wertbildungsblöcke 22a, 22b; 23a, 23b bilden einen Wert, der proportional ist zum der Größe von Kohärenzwerten, d. h. solchen Werten, die proportional sind zu der Länge eines Vektors. Dies kann vorzugsweise durchgeführt werden, indem die I- und Q-Komponenten zum Quadrat genommen und addiert werden (I² + Q²). Andere für diesen Zweck geeignete Berechnungsverfahren können ebenfalls benutzt werden.
Nachdem die inkohärenten Werte gebildet wurden, werden sie in dem ersten Filterblock 24a, 24b und dem zweiten Filterblock 25a, 25b gefiltert. Beim Filtern wird vorzugsweise Tiefpassfiltern benutzt. Bei den Filtern wird vorzugsweise die Kombinationszeit des ersten und zweiten Filterblocks berücksichtigt, so dass die Grenzfrequenz der Tiefpassbandbreite umso niedriger ist, je länger die kohärente Summierungszeit ist. So ist in dem Beispiel von 2 die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung im ersten Filterblock 24a, 24b höher als im zweiten Filterblock 25a, 25b.
Die Werte, die in dem ersten Filterblock 24a, 24b tiefpassgefiltert wurden, werden an den ersten Vergleichsblock 26a, 26b übertragen, und die Werte, die in dem zweiten Filterblock 25a, 25b tiefpassgefiltert wurden, werden an den zweiten Vergleichsblock 27a, 27b übertragen. In dem ersten 26a, 26b und dem zweiten 27a, 27b Vergleichsblock werden die gefilterten Werte mit einem bestimmten Schwellenwert verglichen, und wenn der gefilterte Wert vorzugsweise höher ist als der Schwellenwert, wird bestimmt, dass das gesuchte Signal gefunden wurde und seine Codephase bestimmt wurde. Die korrekte Codephase wird anhand des Korrelatorzweigs 16a, 16b gefunden, in dem die Schwelle überschritten wurde, da der Referenzcode in verschiedenen Phasen an verschiedene Korrelatorzweige übertragen wird. So kann der Reakquisitionsschritt für diesen Satelliten unterbrochen werden, und es kann ein Übergang zum Verfolgungsmodus erfolgen.
Wenn allerdings kein Korrelatorzweig 16a, 16b eine Akquisition anzeigt, können die oben dargestellten Schritte wiederholt werden, indem eine unterschiedliche Codephase benutzt wird, und, wenn nötig, indem die Empfangsfrequenz gewechselt wird. Um die Codephase anzupassen, speichert die digitale Verarbeitungseinheit DSP einen neuen Wert in einem Codephasensteuerregister 28. Anhand dieses Werts wird die Frequenz des zweiten numerisch gesteuerten Oszillators 14 verändert. Entsprechend speichert die digitale Verarbeitungseinheit DSP zum Anpassen der Empfangsfrequenz einen neuen Wert in einem Frequenzsteuerregister 29, um die Frequenz des ersten numerisch gesteuerten Oszillators 10 anzupassen.
Das oben identifizierte Kombinieren, kohärente Summieren und Filtern werden in jedem Korrelatorzweig 16a, 16b in wenigstens zwei Teilen durchgeführt, wobei eine unterschiedliche Kombinationszeit und Filtergrenzfrequenz benutzt wird. Auch kann der Schwellenwert, der bei dem Vergleich benutzt wird, für die verschiedenen Teile unterschiedlich sein. Es ist allerdings offensichtlich, dass das Kombinieren, kohärente Summieren, Filtern und Vergleichen in mehr als einem Teil durchgeführt werden können, wobei eine unterschiedliche Kombinationszeit und Filtergrenzfrequenz für jeden Teil benutzt werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erfolgt jeder Vergleich in wenigstens zwei Teilen; also kann eine schnelle Reakquisition für ein starkes Signal durchgeführt werden, da der erste Vergleichsblock 26a, 26b das Überschreiten des Schwellenwerts relativ schnell erfassen wird. Entsprechend wird bei einem schwachen Signal der zweite Vergleichsblock 27a, 27b ein mögliches Überschreiten des Schwellenwerts erfassen, wenn die Signalstärke im Allgemeinen für eine Reakquisition ausreichend ist. Deshalb besteht bei dem Verfahren nicht die Notwendigkeit, auf die Vergleichsresultate des langsameren Blocks zu warten, wenn es möglich ist, von dem Vergleich des schnellen Blocks zu bestimmen, dass die korrekte Codephase ermittelt wurde, während andererseits keine Notwendigkeit besteht, Vergleiche zwischen der Reakquisitionszeit und der schwächsten empfangbaren Signalstärke anzustellen.
Die elektronische Vorrichtung ED weist vorzugsweise auch Mittel MT zum Durchführen der Funktionen einer Funkkommunikationsvorrichtung auf, wie z. B. eine zweite Antenne 31, ein Funkelement 32, ein Audiomittel wie z. B. ein Codec 33a, einen Lautsprecher 33b und ein Mikrofon 33c, einen Bildschirm 34, eine Tastatur 35 und einen Speicher 36. Der Steuerblock 30 kann wenigstens teilweise gemeinsam sein, um die Funktionen des Empfängers PR und der Funkkommunikationsvorrichtung MT durchzuführen, oder es können separate Prozessoren oder Ähnliches für diese Funktionen benutzt werden.
Obwohl die Erfindung beispielhaft unter Benutzung eines modulierten Spreizbandsignals, das in einem Satellitensystem benutzt wird und mit einem individuellen Code moduliert wird, als moduliertes Spreizbandsignal beschrieben wurde, kann die Erfindung auch auf andere Systeme angewandt werden, die Spreizbandmodulation benutzen und wo die verschiedenen Zustände von binärer und anderer Information mit Symbolen moduliert werden.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht allein auf die oben dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Rahmen des Umfangs der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden kann.

Claims

Verfahren zum Durchführen einer Reakquisition in einem Positionsempfänger (PR), wobei wenigstens ein moduliertes Spreizbandsignal empfangen wird, ein Referenzsignal gebildet wird, indem ein Referenzcode benutzt wird, der dem Code entspricht, der für die Modulation des zu empfangenden Signals benutzt wird, und eine Korrelation hergestellt wird zwischen dem empfangenen Signal und dem Referenzsignal, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation parallel in wenigstens einem ersten und einem zweiten Teil durchgeführt wird, und verschiedene Korrelationszeiten in dem ersten und in dem zweiten Teil benutzt werden, und, wenn einer der zwei Teile der Korrelation die Signalakquisition anzeigt, die Anzeige der Signalakquisition bereitgestellt wird, und wenn der Teil der Korrelation mit der kürzeren Korrelationszeit die Signalakquisition anzeigt, der andere Teil nicht zu Ende geführt werden muss.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Signale (I, Q) mit unterschiedlichen Phasen aus dem empfangenen Signal gebildet werden, für die die Korrelation in dem ersten und dem zweiten Teil durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Korrelation wenigstens die folgenden Schritte durchgeführt werden: ein erster Kombinationsschritt zum Kombinieren des Signals für eine Zeit, die im Wesentlichen der Länge des Codes entspricht, der bei der Modulation benutzt wurde, ein zweiter Kombinationsschritt zum Durchführen der kohärenten Kombination der Signale, die in dem ersten Schritt erzeugt wurden, ein Größenbestimmungsschritt zum Bestimmen des Werts, der zu der Größe der kohärent kombinierten Signale proportional ist, ein Filterschritt zum Filtern der Werte, die zu der Größe der Signale proportional sind, für eine bestimmte Filterzeit, und ein Vergleichsschritt zum Vergleichen der gefilterten Werte, die proportional zu der Größe der Signale sind, mit einem bestimmten Schwellenwert, um die Signalakquisition anhand des Vergleichs zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kombinationsschritt, der Größenbestimmungsschritt, der Filterschritt und der Vergleichsschritt in dem ersten Teil und in dem zweiten Teil der Korrelation durchgeführt werden, und dass für den zweiten Kombinationsschritt, der in dem ersten Teil der Korrelation durchzuführen ist, eine kürzere Zeitspanne benutzt wird als in dem zweiten Kombinationsschritt, der in dem zweiten Teil der Korrelation durchzuführen ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Filterschritt, der in dem ersten Teil der Korrelation durchzuführen ist, eine höhere Grenzfrequenz benutzt wird als in dem Filterschritt, der in dem zweiten Teil der Korrelation durchzuführen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Codephaseninformation in Bezug auf das zu empfangende Signal gespeichert wird, wobei zur Reakquisition des zu empfangenden Signals die Codephase anhand der gespeicherten Codephaseninformation geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reakquisition des Signals durchgeführt werden kann, wenn der Vergleich, der in dem Vergleichsschritt eines Teils durchgeführt wird, anzeigt, dass der Wert, der proportional zu der Größe des Signals ist, den Schwellenwert übersteigt.
Elektronische Vorrichtung (ED), die einen Positionsempfänger (PR) umfasst, der Mittel (1–6) zum Empfangen wenigstens eines modulierten Spreizbandsignals, Mittel (13, 14, 15) zum Bilden eines Referenzcodes, der dem Code entspricht, der bei der Modulation des zu empfangenden Signals benutzt wurde, und Mittel (8) zum Durchführen einer Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem Referenzsignal zur Reakquisition des zu empfangenden Signals aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zum Durchführen einer Korrelation wenigstens erste Korrelationsmittel (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) und zweite Korrelationsmittel (21a, 21b; 23a, 23b; 25a, 25b; 27a, 27b) parallel zu den ersten Korrelationsmitteln (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) zum Herstellen der Korrelation parallel in dem wenigstens ersten und zweiten Teil umfassen, sowie Mittel (20a, 21a; 20b, 21b) zum Benutzen unterschiedlicher Korrelationszeiten in dem wenigstens ersten und zweiten Teil, und dass die Mittel (8) zum Durchführen einer Korrelation angepasst sind, um eine Anzeige der Signalakquisition bereitzustellen, wenn der erste oder der zweite Teil der Korrelation die Signalakquisition anzeigen, und dass, wenn der Teil der Korrelation mit der kürzeren Korrelationszeit die Signalakquisition anzeigt, der andere Teil nicht zu Ende geführt werden muss.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (9, 11) zum Bilden von zwei Signalen (I, Q) mit unterschiedlichen Phasen aus dem empfangenen Signal umfasst.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) und die zweiten Korrelationsmittel (21a, 21b; 23a, 23b; 25a, 25b; 27a, 27b) Folgendes umfassen: erste Korrelationsmittel (17a, 17b) zum Kombinieren von Proben, die aus dem Signal während einer Zeit gebildet werden, die im Wesentlichen der Länge des Codes entspricht, der bei der Modulierung benutzt wurde, dass die ersten Korrelationsmittel (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) Folgendes umfassen: Zweite Kombinationsmittel (20a, 20b) zum Durchführen einer kohärenten Kombination der Signale, die in dem ersten Schritt gebildet wurden, Größenbestimmungsmittel (22a, 22b) zum Bestimmen eines Werts, der proportional ist zu der Größe des kohärent kombinierten Signals, Filtermittel (24a, 24b) zum Filtern der Werte, die proportional sind zu der Größe des Signals, für eine bestimmte Filterzeit, Vergleichsmittel (26a, 26b) zum Vergleichen der gefilterten Werte, die proportional zu der Größe des Signals sind, mit einem bestimmten Schwellenwert, dass die zweiten Korrelationsmittel (21a, 21b; 23a, 23b; 25a, 25b; 27a, 27b) Folgendes umfassen: zweite Kombinationsmittel (21a, 21b) zum Durchführen einer kohärenten Kombination der Signale, die in dem ersten Schritt gebildet wurden, Größenbestimmungsmittel (23a, 23b) zum Bestimmen eines Werts, der proportional ist zu der Größe des kohärent kombinierten Signals, Filtermittel (25a, 25b) zum Filtern der Werte, die proportional sind zu der Größe des Signals, für eine bestimmte Filterzeit, Vergleichsmittel (27a, 27b) zum Vergleichen der gefilterten Werte, die proportional zu der Größe des Signals sind, mit einem bestimmten Schwellenwert, und dass die ersten (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) und die zweiten Korrelationsmittel (21a, 21b; 23a, 23b; 25a, 25b; 27a, 27b) Bestimmungsmittel (37, 38) zum Bestimmen der Akquisition des Signals anhand des Vergleichs umfassen.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist, dass eine kürzere Zeit zur kohärenten Kombination in den zweiten Kombinationsmitteln (20a, 21a) der ersten Korrelationsmittel benutzt wird als in den zweiten Kombinationsmitteln (20b, 21b) der zweiten Korrelationsmittel.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist, dass eine höhere Grenzfrequenz in den Filtermitteln (24a, 25a) der ersten Korrelationsmittel benutzt wird als in den Filtermitteln (24b, 25b) der zweiten Korrelationsmittel.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (36) zum Speichern von Codephaseninformation in Bezug auf das zu empfangende Signal umfasst, sowie Mittel (37, 38) zum Schätzen der Codephase anhand der gespeicherten Codephaseninformation, um eine Reakquisition des zu empfangenden Signals durchzuführen.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (37, 38) zum Durchführen einer Reakquisition des Signals umfasst, nachdem der Vergleich, der in dem Vergleichsschritt von einem Teil (16a, 16b) durchgeführt wurde, angezeigt hat, dass der wert, der proportional zu der Größe der Signale ist, den Schwellenwert überschreitet.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen ersten (16a) und einen zweiten (16b) Korrelatorzweig umfasst, der wenigstens die ersten (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) und die zweiten Korrelationsmittel (21a, 21b; 23a, 23b; 25a, 25b; 27a, 27b) enthält.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Mittel (15) umfasst, um den Referenzcode in einer unterschiedlichen Phase an jeden Korrelatorzweig (16a, 16b) zu übertragen.
Elektronische Vorrichtung (ED) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (MT) zum Durchführen von Mobilstationsfunktionen umfasst.