DE69713861T2

DE69713861T2 - Verfahren und Einrichtung zum Empfang und zur Umwandlung von Spreizbandsignalen

Info

Publication number: DE69713861T2
Application number: DE69713861T
Authority: DE
Inventors: Marc Engels; Bert Gyselinckx; Alain Rabaeijs
Original assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Current assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2017-10-25
Also published as: ATE220463T1; EP0856745A1; ES2180019T3; DE69713861D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren für den Empfang und für die Umwandlung von Spreizbandsignalen. Noch spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Einrichtung und auf ein Verfahren für den Empfang und für die Verarbeitung von Spreizbandsignalen zur gleichen Zeit in verschiedenen Frequenzbanden.

Hintergrund der Erfindung

Eine wachsende Anzahl von Anwendungen und Systemen für die Kommunikation von Informationen bedient sich heutzutage der Spreizbandtechnik. Die Spreizbandtechnik ist eine digitale Modulationstechnik, bei der sich ein digitales Signal über ein weites Frequenzband so ausbreitet, daß es ein einem Rauschen ähnliches Spektrum besitzt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß jedes Datenbit des digitalen Signals in vielfache Sub-Bits bzw. Unterbits [gewöhnlich Chips genannt oder Pseudozufallsrauschcodebits PN (PN = Pseudo Noise code bits)] zerlegt wird, die dann moduliert und nach oben zu einer Trägerfrequenz konvertiert werden. Durch die Verwendung von orthogonalen Codes für verschiedene Kommunikationsverbindungen kann das gleiche Frequenzband für verschiedene, gleichzeitige Kommunikationsverbindungen verwendet werden. Durch die Verwendung des gleichen PN Codes als den Überträger, kann ein Empfänger das empfangene Spreizbandsignal korrelieren und daraus das Datensignal rekonstruieren, während andere Empfänger, die andere Codes oder andere Übertragungstechniken verwenden, dies nicht können. Einer der Vorteile bei der Verwendung der Technik der Spreizbandkommunikation ist die Widerstandsfähigkeit gegen Schmalbandinterferenzsignale. Weil Spreizbandempfänger schnell in Anwendungen und Systemen für die Konsum- bzw. die Verbrauchermärkte eingeführt werden, stellen die Kosten für das Empfangssystem einen größeren ausschlaggebenden Faktor dar, wenn es darum geht wettbewerbsfähig zu bleiben.
Eine spezifische Klasse von Spreizbandsystemen sind Geräte und Empfänger für die Positionsbestimmung. Solche Geräte gewinnen an Bedeutung, sowohl für den Konsummarkt als auch für den Markt, der auf Anwendungen für hohe Präzision ausgerichtet ist. Heute basieren die meisten bestehenden Systeme auf dem amerikanischen Global Positioning System (GPS). Weil dies ein militärisches System ist, kann eine präzise Bestimmung der Position in jedem Augenblick durch den Satellitenbetreiber unmöglich gemacht werden, wenn dieser bewußt Irrtümer einführt. Darüber hinaus kann in vielen Gebieten die Anzahl der sichtbaren Satelliten zu begrenzt sein, um eine genaue Position zu bestimmen. Diese beiden Probleme können verringert werden, indem man außerdem ein zweites Positionierungssystem anwendet, wie etwa das Russische Global Orbiting Navigation Satellite System (GLONASS).
Über kombinierte GPS- und GLONASS-Empfänger ist berichtet worden. S. Riley, N. Howard, E. Aardoom, R. Daly und P. Silvestrin offenbaren in « Ein kombinierter GPS-/ GLONASS-Empfänger von hoher Präzision für Anwendungen im Weltraum (A combined GPS/GLONASS high precision receiver for space applications) », ION-GPS 95, Palm Springs, USA, September 1995, einen Prototyp eines kombinierten Multikanal GPS-/GLONASS-Empfängers, der in der Lage ist gleichzeitig die Groberfassungscodes und die Präzisionscodes zu verfolgen. Dieser Empfänger trennt die GPS- und die GLONASS- Signale auf zwei verschiedene Kanäle von Hardwarekomponenten, einen Kanal für die GPS-Signale und einen Kanal für die GLONASS-Signale. Die japanische Patentanmeldung JP7128423 - 950519 « Gemeinsamer Empfänger für GPS und GLONASS (Receiver Common to GPS and GLONASS) » offenbart ein Gerät, das beide Signale empfängt, sowohl GPS- als auch GLONASS-Signale. Diese Signale werden umgewandelt in erste IF Signale durch einen Spiegelfrequenzenmischer. Die Schwingungsfrequenz eines lokalen Oszillators wird so eingestellt, daß sie in der Mitte zwischen der GPS- Trägerfrequenz und der GLONASS-Trägerfrequenz liegt. Dieser Empfänger trennt die GPS- und die GLONASS-Signale auf zwei verschiedene Kanäle von Hardwarekomponenten, einen Kanal für die GPS-Signale und einen Kanal für die GLONASS-Signale. Diese Implementierungen von kombinierten GPS-/GLONASS- Empfängern gemäß dem Stand der Technik sind kompliziert und daher kostenintensiv.
Ein Dokument, das den Stand der Technik beschreibt, ist "Testresultate der digitalen Abwärtskonversion mit einem Breitband L-Band GPS-Empfänger (Digital downconversion test results with a broadband L-Band GPS reveiver)" von A. Brown und W. Sward, AIAA/IEEE Digital Avionics Systems Konferenz, Phoenix, AZ, USA, 1994. Dieses Dokument beschreibt die Architektur eines voll digitalen Empfängers, der für das Global Positioning System (GPS), für die Satelliten- Funknavigation und für andere Anwendungen der Technik des Spreizbandes ausgelegt worden ist. Durch ein direktes Abtasten, d. h. Entnehmen von Proben/Mustern aus dem L-Band der Radiofrequenzen mit einem Minimum an analogen Komponenten können phasenkohärente Messungen quer über einen breiten Bandbereich von Frequenzen durchgeführt werden, was es ermöglicht einen Satz von Messungen aus Signalen von verschiedenen Frequenzen zu kombinieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für den Empfang und für die Umwandlung von Spreizbandsignalen zu offenbaren. Das besagte Verfahren erlaubt es, Spreizbandsignale im wesentlichen gleichzeitig in verschiedenen Frequenzbanden auf dem gleichen Kanal von Hardwarekomponenten zu empfangen. Die empfangenen Signale werden auf dem besagten Kanal von Hardwarekomponenten bearbeitet und das resultierende Signal kann daher anschließend innerhalb eines elektronischen Kreises weiter benutzt werden.
Das besagte Verfahren umfaßt den Schritt der Umwandlung analoger Signale in ein digitales Signal niedrigerer Frequenz. Der besagte Umwandlungsschritt umfaßt die Schritte des Einfangens einer Vielzahl von einfallenden Signalen innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbereiches, das Herausfiltern aus den einfallenden Signalen einer ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen in einer Vielzahl von vorherbestimmten Banden mit vorherbestimmten Bandbreiten, das Abtasten der ersten Vielzahl von analogen Signalen mit einer Abtastfrequenz fs, wobei fs derart gewählt wird, daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfasst, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem absichtlichen Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing.
Dieses Verfahren kann weiter die Schritte der Digitalisierung des besagten resultierenden zeitdiskreten Signals aufweisen, wodurch eine dritte Vielzahl von digitalisierten Spreizbandsignalen definiert wird, und das Herausfiltern eines digitalisierten Signals aus dieser erwähnten dritten Vielzahl von digitalisierten Signalen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Abtastfrequenz fs in dem Verfahren der Umwandlung analoger Signale in ein digitales Signal niedrigerer Frequenz so gewählt, daß sie die minimale Abtastfrequenz darstellt, die ein resultierendes zeitdiskretes Signal ergibt, das eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem absichtlichen Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird fs gewählt als die Abtastfrequenz, die ein resultierendes zeitdiskretes Signal ergibt, welches eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen enthält, welche die erste Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen darstellen, die einem Aliasing ohne ein wesentliches Selbstaliasing unterworfen werden, und fs wird ferner derart gewählt, daß die harmonischen Frequenzen von fs außerhalb den besagten vorherbestimmten Banden liegen, und fs wird weiterhin derart gewählt, daß fs größer ist als oder gleich wie das Minimum der Abtastfrequenzen fmin für eine jede der besagten vorherbestimmten Bandbreiten. fmin wird definiert als fmin = (2 · f1)/n, wobei f1 die niedrigste Frequenz unter den besagten vorherbestimmten Banden darstellt, und n = Untergrenze (f1/B), wobei B die Bandbreite der besagten Banden darstellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung für den im Wesentlichen gleichzeitigen Empfang von Spreizbandsignalen in verschiedenen Frequenzbanden und für die Umwandlung der besagten Spreizbandsignale in ein digitales Signal von niedrigerer. Frequenz offenbart. Die besagte Einrichtung umfaßt Mittel für das Einfangen einer Vielzahl von einfallenden Spreizbandsignalen innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbereiches. Die Einrichtung umfaßt ferner eine Kette von elektronischen Hardwarekomponenten, einschließlich eines Filters für das Herausfiltern aus den besagten einfallenden Signalen einer ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen in einer Vielzahl von vorherbestimmten Banden mit vorherbestimmten Bandbreiten, und sie umfaßt weiterhin eine Abtasteinheit für das Abtasten der besagten analogen Signale mit einer Abtastfrequenz fs, wobei fs derart gewählt wird, daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem absichtlichen Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing. Die Einrichtung kann ferner Mittel umfassen für die Digitalisierung des erwähnten resultierenden zeitdiskreten Signals, wodurch eine dritte Vielzahl von digitalisierten Spreizbandsignalen definiert wird, und Mittel für das Herausfiltern eines der digitalisierten Signale aus dieser besagten dritten Vielzahl von digitalisierten Signalen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt die globale Struktur eines kombinierten GPS- und GLONASS-Empfängers gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Es wird eine Kette von Bausteinen gezeigt, die eine Antenne (103), ein HF (HF = Hochfrequenz/RF = radio frequency) frontseitiges Ende (102), eine digitale Korrelationsmaschine (101) und einen Mikroprozessor (100) umfassen.
Fig. 2 zeigt die Struktur eines Einzelfrequenzumwandlers am frontseitigen Ende gemäss dem Stand der Technik. BPF steht für Bandpassdurchlassfilter (Band Pass Filter), LNA für rauscharmer Verstärker (Low Noise Amplifier), ADC für Analog-Digital Umsetzer (Analog- to-Digital Converter) und LPF für Tiefpassfilter (Low Pass Filter).
Fig. 3 zeigt die Struktur eines "Aliasings" einer Einzelfrequenz am frontseitigen Ende gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. BPF steht für Bandpassfilter d. h. Bandpassdurchlassfilter, LNA für rauscharmer Verstärker, ADC für Analog-Digital Umsetzer.
Fig. 4 zeigt das Frequenzspektrum der verschiedenen Signale an dem frontseitigen Ende des "Aliasings" gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für den Empfang und für die Umwandlung von Spreizbandsignalen offenzulegen. Das besagte Verfahren erlaubt es Spreizbandsignale im wesentlichen gleichzeitig in verschiedenen Frequenzbanden auf dem gleichen Kanal der Hardwarekomponenten zu empfangen. Die erhaltenen Signale werden auf dem besagten Kanal der Hardwarekomponenten bearbeitet und das resultierende Signal kann danach innerhalb eines elektronischen Kreises weiter benutzt werden. Das besagte Verfahren umfaßt den Schritt der Umwandlung von analogen Signalen in ein digitales Signal niedrigerer Frequenz. Der besagte Umwandlungsschritt umfaßt die Schritte des Einfangens einer Vielzahl von einfallenden Signalen innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbereiches, ein Herausfiltern aus den einfallenden Signalen einer ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen in einer Vielzahl von vorherbestimmten Banden mit vorherbestimmten Bandbreiten, und das Abtasten der besagten analogen Signale mit einer Abtastfrequenz fs, wobei fs derart gewählt wird, daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing.
Die. Begriffe "Aliasing" und "Selbstaliasing" sind in dieser Patentschrift wie folgt zu verstehen. Ein Signal mit einem Spektrum G(w), wobei G(w) ein Spektralband mit einer Breite bestimmt, das einem Abtasten mit einer Abtastfrequenz fs unterzogen wird, führt zu einem Spektrum Gs(w), das aus Wiederholungen von G(w) besteht. Dieses Verfahren des Abtastens nennt man "Aliasing" in dem Fall wo das Verfahren zu einer Überlappung der Wiederholungen der Signale aus dem ersten Spektrum führt. "Selbstaliasing" kann auftreten in dem Fall wo das Spektrum G(w) aus einer Summe einer Vielzahl von Spektren besteht, zum Beispiel aus dem Spektrum G1(w) und G2(w), wobei beide, G1(w) und G2(w), jeweils ein Spektralband mit einer Breite bestimmen. Gs(w) wird mit "Selbstaliasing" bezeichnet, wenn das Spektrum des Abtastsignals Gs(w) = G1s(w) + G2s(w), das aus sich überlappenden Wiederholungen von G(w) besteht, "Aliasing"- Abbildungen von G1(w) und/oder G2 (w) umfaßt, die sich mit sich selbst überlappen.
Eine Vielzahl von Signalen, die innerhalb eines vorherbestimmten kontinuierlichen Frequenzbandes liegen, bestimmen ein Band von Signalen. Der vorbestimmte Frequenzbandbereich ist so definiert, daß er zwischen zwei Frequenzpunkten liegt. Die Bandbreite ist die positive Differenz zwischen zwei Werten dieser zwei Frequenzpunkte. Mehrere weiter verfeinerte Definitionen einer Bandbreite bestehen auch. Ein gewöhnlicher Weg für die Bezeichnung einer Bandbreite ist die Definition einer 3 dB Bandbreite. Ein Band wird dann definiert als der Bereich von benachbarten Signalen, benachbart in der Frequenz, die zwischen zwei Frequenzsignalen liegen und die stärker sind als eine vorherbestimmte Amplitude. Die Bandbreite wird dann definiert als die positive Differenz zwischen den Werten der zwei Frequenzpunkte, von denen die Signale nicht schwächer sind als 3 dB, im Vergleich mit der vorherbestimmten Amplitude.
Das Verfahren für den Empfang und für die Umwandlung von Spreizbandsignalen wird in einer Einrichtung ausgeführt. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung offenbart für den im wesentlichen gleichzeitigen Empfang von Spreizbandsignalen in verschiedenen Frequenzbanden. Die besagte Einrichtung umfaßt Mittel für das Einfangen einer Vielzahl von einfallenden Spreizbandsignalen innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbereiches. Diese Mittel können aus einer oder aus mehreren Antennen bestehen, einem oder mehreren Verstärkern, einem oder mehreren Filtern, einem oder mehreren Multiplexern, einem oder mehreren Mischern und irgend welchen anderen Schaltungsbauteilen. Solch eine Kette von Komponenten wählt die einfallenden Signale aus, wandelt sie nach unten um und bereitet sie auf. Die Einrichtung umfasst ferner eine andere Kette von Hardwarekomponenten, einschließlich eines Filters für das Herausfiltern aus den einfallenden Signalen von einer ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen in einem oder in mehreren vorherbestimmten Banden mit vorherbestimmten Bandbreiten, und eine Abtasteinheit für das Abtasten der besagten analogen Signale mit einer Abtastfrequenz fs, wobei fs derart gewählt ist, daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing. Die Einrichtung umfaßt ferner Mittel für die weitere Verarbeitung der zweiten Vielzahl von analogen Signalen. Diese Mittel können Mittel einschließen für die Digitalisierung des besagten resultierenden zeitdiskreten Signals, wodurch eine dritte Vielzahl von digitalisierten Spreizbandsignalen definiert wird, und Mittel für das Herausfiltern eines digitalisierten Signals aus dieser besagten dritten Vielzahl von digitalisierten Signalen.
Die Kette von Hardwarekomponenten kann auf einem einzelnen Siliziumchip implementiert werden. Die weitere Verarbeitung der zweiten Vielzahl von Signalen kann mit Hilfe eines elektronischen Kreises bewerkstelligt werden. Dieser Kreis kann auf dem gleichen Siliziumchip implementiert werden. Die verschiedenen Komponenten dieses Kreises und der Kette der Hardwarekomponenten können auch auf einer gedruckten Schalttafel konfiguriert werden oder sie können auf einem Multichip-Modulsubstrat konfiguriert werden. Für den Zweck der Unterrichtung über diese Erfindung wird hier nachfolgend ein Beispiel beschrieben. Dieses Beispiel bezieht sich auf eine spezifische Klasse von Empfängern für die Positionsbestimmung. Im besonderen wird ein kombinierter GPS- und GLONASS-Empfänger diskutiert. Es ist offensichtlich, daß diejenigen, die Experten auf diesem Gebiet sind, sich andere Wege der Implementierung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung vorstellen können.

Beispiel

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Ausführung des kombinierten GPS- und GLONASS-Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung einen Mikroprozessor (100), eine digitale Korrelationsmaschine (101), ein analoges frontseitiges Ende (102), und eine Antenne (103).
Auf dem Mikroprozessor (100) läuft die Anwendungssoftware und der Mikroprozessor (100) steuert den gesamten Empfänger. Typische Steuerungsfunktionen sind eine automatische Verstärkungsregelung und die Kontrolle der digitalen Korrelationsmaschine (101).
Die digitale Korrelationsmaschine (101) umfaßt eine Anzahl von Kanälen, von denen ein jeder Signale von einem GPS- oder einem GLONASS-Satelliten verfolgt. Beide Codes können verfolgt werden, sowohl die Groberfassungscodes als auch die Präzisionscodes. Für jeden Kanal werden die Korrelationswerte zwischen dem Eingangssignal und dem Code gemessen. Die Trägerfrequenz und die Codephase werden von der Anwendungssoftware gesteuert. Zusätzlich zu dieser Basisfunktionalität enthält die digitale Korrelationsmaschine auch Merkmale für eine Mehrwegabschwächung, eine Kalibrierung und eine schnelle Erfassung.
Das analoge frontseitige Ende (102) wandelt die HF Signale um, die von der Antenne (103) eingefangen werden als ein zeitdiskretes Signal, das von der digitalen Korrelationsmaschine verwendet werden kann.
In der Architektur eines frontseitigen Endes gemäß dem Stand der Technik, wie es in der Patentschrift JP7128423 - 950519 oder in dem Aufsatz « Ein kombinierter GPS-/ GLONASS-Hochpräzisionsempfänger für Raumanwendungen (A combined GPS/GLONASS high precision receiver for space applications) », ION-GPS 95, Palm Springs, USA, September 1995, von S. Riley, N. Howard, E. Aardoom, R. Daly und P. Silvestrin offenbart worden ist, werden die GPS- und die GLONASS-Signale auf eine unterschiedliche Kette von Hardwarekomponenten getrennt. Solch eine Architektur für einen Einzelfrequenz-Empfänger wird in Fig. 2 gezeigt. Zuerst unterdrückt ein Bandpassfilter (200) Signale, die außerhalb des Bandes liegen. Ein Band auf dieser Stufe wird definiert als ein Band, das beide Banden umschließt, sowohl das GPS- als auch das GLONASS-Band. Das gefilterte Signal wird verstärkt (201) und gemischt (202) mit einer Frequenz von 1416 MHz. Dies führt zu einem ersten Zwischenfrequenzsignal. In diesem Zustand werden die GPS- und das GLONASS-Signale mit Hilfe der Bandpassfilter (203) und (204) getrennt. Die daraus resultierenden GPS- und GLONASS-Zwischenfrequenzsignale werden weiter nach unten umgewandelt in der zweiten Mischstufe, welche die Frequenzmischer (205) und (206) umfaßt. Anschließend werden die resultierenden GPS- und GLONASS-Signale gefiltert (207) (208), bevor von ihnen eine Probe genommen wird und von den Analog-Digital Unwandlern (209) und (120) digitalisiert werden.
Wegen der Natur des Spreizbandspektrums der GPS- und der GLONASS-Signale und wegen der geringen Kreuzkorrelation zwischen denselben kann die Struktur des frontseitigen Endes gemäß dem Stand der Technik erheblich vereinfacht werden, indem die GPS- und GLONASS-Signale einem Aliasing unterzogen werden, gemäß einer Form der Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 3 zeigt die Struktur eines "Aliasings" einer Einzelfrequenz am frontseitigen Ende gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Bandpassfilter (300), der geräuscharme Verstärker (301) und der Mischer (302) sind ähnlich wie diejenigen aus der Fig. 2. Ausgehend von dieser Stufe werden die GPS- und die GLONASS-Signale jedoch nicht auf einen unterschiedlichen Kanal von Hardwarekomponenten getrennt, sondern sie werden weiter zusammen behandelt. Der Bandpassfilter (303) filtert das kombinierte GPS- und GLONASS-Signal und der Analog-Digital Umwandler (ADC) (304) tastet dieses Signal ab mit einer Abtastfrequenz fs = 59,1 MHz. Die Abtastfrequenz wird geliefert als ein Input zu dem ADC (304). In dem ADC wird dieses Signal auch digitalisiert.
Die Frequenzspektren der Signale an den verschiedenen Punkten in dem einem Aliasing unterzogenen frontseitigen Ende werden in der Fig. 4 gezeigt. Demgemäß wird ein Verfahren und eine Einrichtung für den Empfang und für die Umwandlung von GPS- und GLONASS-Spreizbandsignalen gezeigt.
Das besagte Verfahren und die besagte Einrichtung erlauben es, Spreizbandsignale im wesentlichen gleichzeitig in verschiedenen Frequenzbereichen auf der gleichen Kette von Hardwarekomponenten zu empfangen. Das besagte Verfahren umfaßt den Schritt der Umwandlung von analogen Signalen ((a) in Fig. 4) in ein digitales Signal niedrigerer Frequenz. Der besagte Verfahrenschritt umfasst die Schritte des Einfangens einer Vielzahl von einfallenden Signalen innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbereiches ((b) in Fig. 4), den Schritt des Herausfilterns aus den einfallenden Signalen einer ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen in einer Vielzahl von vorherbestimmten Banden mit vorherbestimmten Breiten ((c) in Fig. 4), und den Schritt des Abtasten der besagten ersten Vielzahl von analogen Signalen mit einer Abtastfrequenz fs, wobei fs derart gewählt ist, daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl Von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem Aliasing unterzogen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing in dem ADC (304). Das resultierende zeitdiskrete Signal wird danach digitalisiert, wodurch eine dritte Vielzahl von digitalisierten Spreizbandsignalen definiert wird ((d) in Fig. 4), und ein digitalisiertes Signal wird aus dieser besagten dritten Vielzahl von digitalisierten Signalen herausgefiltert.
Die Abtastfrequenz fs kann nicht willkürlich gewählt werden. Zwei Bedingungen müssen erfüllt werden. Erstens, um ein Selbstaliasing zu vermeiden (d. h. ein Aliasing von einer der GPS- oder GLONASS-Banden mit sich selbst), lautet die Bedingung für das Minimum der Abtastfrequenz für ein jedes der analogen Signale aus der Vielzahl der einfallenden analogen GPS- und GLOMASS-Signale wie folgt: fmin = (2 · f1) /n; wobei f1 die niedrigste Frequenz der analogen Signale aus einem Band (das GPS- oder das GLONASS-Band) bedeutet und n = Untergrenze (f1/B); wobei B für die vorherbestimmte Bandbreite der einfallenden analogen Signale (die Bandbreite des GPS- oder des GLONASS-Bandes) steht. Die Untergrenze eines Signals ist sein ganzzahliger Teil, zum Beispiel hat man für Untergrenze (2,1) = 2 und für Untergrenze (3,9) = 3. Für das GPS Signal, das in Fig. 4 gezeigt wird, sind f1 = 149,19 MHz und B = 20,46 MHz. Für das GLONASS-Signal, das in Fig. 4 gezeigt wird, sind f1 = 181,45 MHz und B = 23,16 MHz. Folglich ist fmin = 42,63 MHz für das GPS-Signal, das in Fig. 4 gezeigt wird, und fmin = 51,84 MHz für das GLONASS-Signal, das in Fig. 4 gezeigt wird. Wenn man jedoch als das Minimum der Abtastfrequenz fs denjenigen Wert nimmt, der höher ist, als oder gleich wie die beiden minimalen Abtastfrequenzen fmin, dann wird fs = 51,84 MHz ein Selbstaliasing der GES-Signale verursachen. Um dies zu vermeiden, muss eine zweite Bedingung erfüllt sein: das heißt es soll keine Harmonische der Abtastfrequenz ins Innere der Frequenzbande fallen, weder derjenigen der GPS- Signale, noch derjenigen der GLONASS-Signale. Die minimalen Frequenzen, die diese zusätzliche Bedingung erfüllen, liegen zwischen 58,5 MHz und 59,7 MHz. Die Abtastfrequenz in diesem besonderen Beispiel von fs = 59,1 MHz ist in der Mitte dieses Intervalls gewählt worden. Es sei bemerkt, daß für diese besondere Wahl der Abtastfrequenz eine Harmonische zwischen die GPS- und die GLONASS-Banden fällt. Eine Alternative bestand in der Wahl einer Abtastfrequenz mit keiner Harmonischen zwischen den GPS- und den GLONASS- Frequenzbanden. Dies würde zu einer höheren fs führen, die zwischen 68,2 MHz und 72,6 MHz liegt.
Wie aus Fig. 4(d) ersehen werden kann, verursacht ein Abtasten bei 59,1 MHz ein Aliasing zwischen den GPS- und GLONASS-Signalen: ihre Frequenzen überlappen sich. Weil die Signale eine Spreizbandnatur besitzen und weil ihre Codes niedrige Werte der Kreuzkorrelation aufweisen (das Maximum des Wertes der Kreuzkorrelation zwischen den GPS- und den GLONASS-Groberfassungscodes bei einer Null Dopplerdifferenz beträgt -18,5 dB), kann das erforderte Signal immer noch demoduliert werden.
Das einem Aliasing unterzogenen frontseitige Ende aus Fig. 3 erfordert als Komponenten in einer besonderen Ausführungsform nur 1 Mischer, 2 Bandpassfilter und 1 Analog-Digital Umwandler. Verglichen mit den 3 Mischern, 5 Bandpassfiltern und 2 Analog-Digital Umwandlern an dem frontseitigen Ende in Fig. 2, ist dies weniger als die Hälfte der Anzahl der Komponenten. Jedoch haben die Analog- Digital Umwandler für das einem Aliasing unterzogene frontseitige Ende eine höhere Bandbreite und sie sollten daher einen stabileren Taktgeber abgeben und weniger Instabilität des Abtastens aufweisen.
Die einzigartigen Eigenschaften des einem Aliasing unterzogenen frontseitigen Endes sind darauf zurückzuführen, dass die GPS- und die GLONASS-Signale einem absichtlichen Aliasing unterzogen werden. Auch in anderen Situationen könnten wir dieses Prinzip anwenden. Nachstehend folgt eine nicht erschöpfende Liste von Anwendungen:
a) Die GLONASS Frequenzbandbreite wird in naher Zukunft geändert werden. Die gleiche Technik kann dann noch immer angewandt werden, wenn auch mit verschiedenen Werten für die Abtastfrequenz.
b) Wenn nur Groberfassungscodes verfolgt werden sollten, dann könnten die Abtastfrequenzen herab gesetzt werden. Tatsächlich ist für die Groberfassung das GPS- Signal fmin = 4,01 MHz und für die Groberfassung des GLONASS-Signals fmin = 28,6 MHz. In Kombination mit der Bedingung des Anti-Selbstaliasings liegt das erste Intervall der erlaubten Abtastfrequenz fs zwischen 28,6 MHz und 31,0 MHz.
c) Wenn beide Signale, sowohl das Signal auf dem L1 Träger als auch das Signal auf dem L2 Träger, durch den Empfänger verwendet werden, dann wird eine Doppelfrequenz an dem frontseitigen Ende benötigt. Solch ein frontseitiges Ende besteht im wesentlichen aus zwei frontseitigen Enden mit Einzelfrequenz.
d) Der Mischer (302) und der Bandpassfilter (303) in der Fig. 3 können eliminiert werden, indem die HF-Signale direkt abgetastet werden.
e) Das Aliasing kann auch für andere Spreizbandsignale wie die GPS- und GLONASS-Signale verwendet werden. Die Technik ist besonders vorteilhaft, wenn das Spreizband mit einer Frequenzteilung kombiniert wird.

Claims

1. Verfahren für die Umwandlung analoger Signale in ein Digitalsignal niedrigerer Frequenz, das die folgenden Schritte umfaßt:

- ein Einfangen einer Vielzahl von einfallenden Spreizbandsignalen innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbereiches;

- ein Herausfiltern aus den einfallenden Signalen einer ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen in einer Vielzahl von vorherbestimmten Spektralbanden mit vorherbestimmten Bandbreiten;

wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es ferner den darin bestehenden Schritt umfaßt:

eine Probe zu entnehmen von der ersten Vielzahl von analogen Signalen mit einer Abtastfrequenz fs, wobei fs derart gewählt wird, daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem absichtlichen Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin die Schritte enthält:

- einer Digitalisierung des besagten resultierenden zeitdiskreten Signals, wodurch eine dritte Vielzahl von digitalisierten Spreizbandsignalen definiert wird; und

- ein Herausfiltern eines digitalisierten Signals aus dieser besagten dritten Vielzahl von digitalisierten Signalen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem fs so gewählt wird, daß fs die minimale Abtastfrequenz darstellt, derart daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem absichtlichen Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem fs so gewählt wird, daß die harmonischen Frequenzen von fs außerhalb den besagten vorherbestimmten Frequenzbanden liegen, und derart, daß fs größer ist als oder gleich wie das Minimum der Abtastfrequenzen fmin für eine jede der besagten vorherbestimmten Bandbreiten, wobei fmin definiert wird als fmin = (2 · f1)/n, wobei f1 die niedrigste Frequenz aus dem vorherbestimmten Band ist und n = Untergrenze (f1/B), mit B als der Bandbreite des besagten Bandes.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die besagten einfallenden Signale GPS- und GLONASS-Signale umfassen und bei welchem die besagten vorherbestimmten Bandbreiten mindestens eine Bandbreite umfassen, welche die beiden nebeneinander liegenden GPS- und GLONASS-Frequenzen abdeckt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem fs so gewählt wird, daß fs die minimale Abtastfrequenz darstellt, derart daß die besagten analogen Signale im wesentlichen keine Selbstaliasing aufweisen.

7. Einrichtung für den im wesentlichen gleichzeitigen Empfang von Spreizbandsignalen in verschiedenen Frequenzbereichen und für die Umwandlung der besagten Spreizbandsignale in ein Digitalsignal niedrigerer Frequenz, wobei die Einrichtung umfaßt:

- Mittel (300, 301, 302) für das Einfangen einer Vielzahl von einfallenden Spreizbandsignalen innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbereiches;

- einen Filter (303), um aus den besagten einfallenden Signalen eine erste Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen in einer Vielzahl von vorherbestimmten Spektralbanden mit vorherbestimmten Bandbreiten herauszufiltern;

wobei diese Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ferner umfaßt:

- eine Abtasteinheit (304) für das Abtasten der besagten analogen Signale mit einer Abtastfrequenz fs, wobei fs derart gewählt ist, daß das resultierende zeitdiskrete Signal eine zweite Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen umfaßt, die der ersten Vielzahl von analogen Spreizbandsignalen entsprechen, die einem absichtlichen Aliasing unterworfen werden, ohne ein wesentliches Selbstaliasing;

- Mittel für die Digitalisierung des besagten resultierenden zeitdiskreten Signals, wodurch eine dritte Vielzahl von digitalisierten Spreizbandsignalen definiert wird; und

- Mittel für das Herausfiltern eines digitalisierten Signals aus dieser besagten dritten Vielzahl von digitalisierten Signalen.

8. Einrichtung gemäß Anspruch 7, bei welcher die besagten Mittel für das Einfangen von einfallenden Spreizbandsignalen, die besagten Filter, die besagte Abtasteinheit, die besagten Mittel für die Digitalisierung und die besagten Mittel für die Filterung in einer Kette von elektronischen Hardwarekomponenten konfiguriert sind.

9. Einrichtung gemäß Anspruch 8, bei welcher die Kette der besagten elektronischen Hardwarekomponenten auf einem einzelnen Siliziumchip integriert ist.