DE69919729T2

DE69919729T2 - Empfänger zur positionsbestimmung mit effizientem phasendrehglied

Info

Publication number: DE69919729T2
Application number: DE69919729T
Authority: DE
Inventors: Inyup Kang; C. Gilbert SIH; Qiuzhen Zou
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2019-09-04
Also published as: WO2000014567A1; JP2002524747A; JP4489955B2; EP1112510A1; AU5807899A; US6324227B1; ES2230888T3; PT1112510E; EP1112510B1; KR20010074991A; CN1319190A; DK1112510T3; FI111664B; ID29846A; CA2341853A1; BR9913548A; KR100742145B1; FI20010417A; DE69919729D1; MXPA01002491A

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Positionsortung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neuartiges und verbessertes Verfahren sowie eine neuartige und verbesserte Vorrichtung zum Durchführen einer Positionsortung in einem drahtlosen Kommunikationssystem.
II. Beschreibung des Standes der Technik
Sowohl die behördliche Regulierung als auch Kundenanforderungen haben einen Bedarf an Funktionen für die Positionsortung zellularer Telefone hervorgerufen. Derzeit ist das Global Positioning System (GPS) verfügbar, um eine Positionsortung unter Verwendung eines GPS Empfängers in Verbindung mit einer Anzahl erdumkreisender Satelliten durchzuführen. Es ist daher wünschenswert, die GPS Funktionalität in ein zellulares Telefon einzubringen.
Zellulare Telefone sind allerdings heikel bezüglich Kosten-, Gewichts- und Energieverbrauchsüberlegungen. Daher ist das simple Hinzufügen zusätzlicher Schaltungselemente zum Durchführen einer GPS Ortung eine unbefriedigende Lösung für das Vorsehen einer Positionsortungs-Funktionalität in einem zellularen Telefon. Daher zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine GPS Funktionaltät für ein zellulares Telefonsystem vorzusehen, welches ein Minimum an Zusatzhardware, Zusatzkosten und zusätzlichem Energieverbrauch aufweist.
US-Patent 5,495,499 beschreibt einen Empfänger für mittels Pseudo-Zufallsrauschen (PRN = pseudorandom noise) kodierte Signale. Eine Abtastschaltung liefert digitale Abtastwerte eines empfangenen zusammengesetzten Signals an mehrere Empfangskanal-Schaltungen. Synchronisier-Schaltungen, vorzugsweise nicht-kohärente, liefern ein Tracking jedweder Phasenverschiebungen im empfan genen Signal und justieren entsprechend die Frequenz und die Phase eines lokal erzeugten Träger-Referenzsignals, auch für den Fall des Auftretens von Doppler-Störungen oder von durch die Ionosphäre hervorgerufenen Störungen. Autokorrelatoren in jedem der Kanäle bilden eine Verzögerungs-Regelschleife (delay lock loop), welche die digitalen Abtastwerte des zusammengesetzten Signals mit lokal erzeugten PRN Codewerten korrelieren, um eine Vielzahl von (früh, spät) oder (pünktlich, früh-minus-spät) Korrelations-Signalen zu erzeugen.
US Patent 5,117,232 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Code-Korrelation von Pseudo-Zufallsrauschen-Codes (PN = pseudorandom noise) in einem GPS Empfänger, wobei Vorzeichen und Betragseingabegewichtung für die Abtastwerte für In-Phase (I) und Quadratur-Phase (Q) eines empfangenen, mittels PN-Code modulierten Trägers genutzt werden. In-Phase Referenzsignale (IREF) und Quadratur-Phase Referenzsignale (QREF), die durch eine intern erzeugte PN Codereferenz geliefert werden, werden an eine Vielzahl von I und Q multi-Y-Abgriffs-Korrelatoren/Integratoren zum Korrelieren mit den I und Q Abtastwerten geleitet. Die Vorrichtung korreliert die Iund Q Abtastwerte, die durch IF Abtasten oder Basisband-Abtasten des empfangenen, mittels PN-Code modulierten Trägers gewonnen werden.
US Patent 5,781,156 beschreibt einen GPS Empfänger, der eine Antenne aufweist, welche GPS Signale mit einer RF Frequenz von sichtbaren Satelliten empfängt. Ein Herunterkonvertierer ist mit der Antenne gekoppelt, um die RF Frequenz der empfangenen GPS Signale auf eine Zwischenfrequenz (IF = intermediate frequency) zu reduzieren, und ein Digitalisierer tastet die IF GPS Signale mit einer vorherbestimmten Frequenz ab, um abgetastete IF GPS Signale zu erzeugen. Ein digitaler Signalprozessor führt die Berechnung einer Schnellen Fouriertransformation (FFT = Fast Fourier Transform) der abgetasteten IF GPS Signale durch, um Pseudo-Entfernungs-Informationen oder Pseudorange-Informationen vorzusehen. Der GPS Empfänger in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel beihnaltet außerdem die Fähigkeit, Fehler in seinem lokalen Oszillator, welcher zum Abtasten der GPS Signale verwendet wird, zu korrigieren. Die Berechnungsgeschwindigkeit der Pseudo-Entfernungen und die Empfindlichkeit der Berechnung werden verbessert durch die Übertragung einer Dopplerfrequenz-Verschiebung der sichtbaren Satelliten von einer externen Quelle, etwa einer Basisstation, an den Empfänger.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges und verbessertes Verfahren und eine neuartige und verbesserte Vorrichtung für das Durchführen der Positionsortung in drahtlosen Kommunikationssystemen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein Verfahren für das Durchführen der Positionsortung, das folgendes aufweist: Empfang von Signalabtastwerten bzw. Signalabtastungen, Erzeugung einer groben Akquisitionssequenz, Rotation der erwähnten groben Akquisitionssequenz was eine rotierte grobe Akquisitionssequenz ergibt, und Anwenden der rotierten groben Akquisitionssequenz auf die Signalabtastwerte mit einem Satz von Zeit-Offsets bzw. Zeitversetzungen, was korrelierte Ausgangsdaten ergibt.
Somit wird entsprechend eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Durchführen der Positionsortung entsprechend Anspruch 1 vorgesehen.
Entsprechend eines zweiten Aspekts der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Durchführen der Positionsortung entsprechend Anspruch 9 vorgesehen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, Ziele und Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher hervorgehen, in welchen gleiche Bezugszeichen durchweg entsprechend kennzeichnen und worin:
1 ein Blockdiagramm des Global Positioning System (GPS) Wellenform-Generators ist;
2 ein stark vereinfachtes Blockdiagramm eines zellularen Telefonsystems ist, welches in Übereinstimmung mit der Anwendung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist;
3 ein Blockdiagramm eines Empfängers ist;
4 ein weiteres Blockdiagramm des in 3 dargestellten Empfängers ist;
5 ein Empfänger ist, der in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist;
6 ein Flußdiagramm der Schritte ist, die während einer Positionsortungs-Operation durchgeführt werden;
7 ein Blockdiagramm eines DSP ist, der in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist;
8 ein Flußdiagramm ist, welches die Schritte darstellt, die während einer Suche durchgeführt werden, welche in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt werden;
9 eine Zeitlinie ist, welche die Phasen darstellt, über welche Feinsuchen und Grobsuchen in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt werden;
10 eine Zeitlinie des Suchprozesses ist, wenn dieser in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird;
11 ein Diagramm eines Suchraums ist; und
12 ein Empfänger in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele eines neuartigen und verbesserten Verfahrens und einer neuartigen und verbesserten Vorrichtung zum Durchführen einer Positionsortung in drahtlosen Kommunikationssystemen werden beschrieben. Das exemplarische Ausführungsbeispiel wird im Kontext des digitalen zellularen Telefonsystems beschrieben. Während die Anwendung in diesem Kontext von Vorteil ist, können verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung in verschiedene Umgebungen oder Konfigurationen eingebracht werden. Im Allgemeinen können die verschiedenen hierin beschriebenen Systeme durch Software-gesteuerte Prozessoren, integrierte Schaltungen oder diskrete Logik gebildet werden, wobei allerdings die Implementierung als integrierte Schaltung bevorzugt ist. Die Daten, Instruktionen, Befehle, Informationen, Signale, Symbole und Chips, auf die in der gesamten Anmeidung verwiesen werden kann, werden vorzugsweise durch Spannungen, Ströme, elektromagnetische Wellen, magnetische Felder oder Partikel, optische Felder oder Partikel oder eine Kombination der genannten repräsentiert. Ferner können die in jedem Blockdiagramm dargestellten Blöcke Hardware oder Verfahrensschritte repräsentieren.
1 ist ein Blockdiagramm des Global Positioning System (GPS) Wellenform-Generators. Der Kreis mit einem Plus-Zeichen bezeichnet eine modulo-2 Addition. Im Allgemeinen umfaßt die GPS Konstellation 24 Satelliten: 21 für die Navigation genutzte Raumfahrzeuge (SV = space vehicle) und 3 Ersatzeinheiten. Jedes SV weist einen Takt auf, der mit der GPS Zeit durch das Überwachen von Bodenstationen synchronisiert wird. Zum Bestimmen einer Position und einer Zeit verarbeitet ein GPS Empfänger die von verschiedenen Satelliten empfangenen Signale. Wenigstens 4 Satelliten müssen genutzt werden, um nach den 4 Unbekannten (x, y, z, Zeit) aufzulösen.
Jedes SV überträgt 2 Mikrowellenträger: den L1 Träger bei 1575,42 MHz, welcher die für den Standard-Positionsbestimmungsdienst (SPS = Standard Positioning Service) genutzten Signale transportiert, und den L2 Träger bei 1227,60 MHz, welcher die für den Präzisions-Positionsbestimmungsdienst (PPS = Precision Positioning Service) benötigten Signale transportiert. PPS wird durch Regierungsbehörden genutzt und erlaubt eine verbesserte Genauigkeit bei der Positionsbestimmung.
Der L1 Träger wird durch den Groben Akquisitionscode (Coarse Acquisition Code, C/A Code) moduliert, ein 1023-chip Pseudo-Zufalls-Code, der mit 1,023 MHz übertragen wird und der für zivile Positionsortungs-Geräte genutzt wird. (Der Grobe Akquisitionscode ist nicht zu verwechseln mit den hier beschriebenen groben und feinen Akquisitionen, welche beide die Nutzung der C/A Codes erfordern). Jeder Satellit hat seinen eigenen C/A Code, der sich aller 1 ms wiederholt. Der P Code, welcher für PPS genutzt wird, ist ein 10,23 MHz Code, welcher eine Länge von 267 Tagen aufweist. Der P Code erscheint auf beiden Trägern, ist jedoch um 90 Grad zum C/A Code auf dem L1 Träger phasenverschoben. Die 50 Hz Navigationsnachricht, welche mittels Exclusiv-ODER sowohl mit dem C/A Code als auch mit dem P Code vor der Trägermodulation verknüpft wird, liefert Systeminformationen wie beispielsweise Satellitenorbits und Taktkorrekturen.
Jeder Satellit besitzt einen verschiedenen C/A Code, der zu einer Codefamilie gehört, die Goldene Codes genannt werden. Goldene Codes werden verwendet, da die Kreuzkorrelation zwischen ihnen klein ist. Der C/A Code wird durch zwei 10-stufige Schieberegister erzeugt. Der erste Generator nutzt das Polynom 1+X³+X¹⁰, während der zweite Generator das Polynom 1+X²+X³+X⁶+X⁸+X⁹+X¹⁰ nutzt. Der C/A Code wird erzeugt, indem die Ausgabe des ersten Schieberegisters mit 2 Bits des zweiten Schieberegisters mittels Exclusiv-ODER verknüpft wird.
2 ist ein stark vereinfachtes Blockdiagramm eines zellularen Telefonsystems, welches in Übereinstimmung mit der Anwendung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Mobile Telefone 10 befinden sich zwischen Basisstationen 12, welche mit einem Basisstations-Controller (BSC) 14 gekoppelt sind. Eine Mobilvermittlungsstelle (MSC = Mobile Switching Center), nicht dargestellt, verbindet BSC 14 mit dem öffentlichen Telefonnetz (PSTN = Public Switched Telephone Network) 16. Im Betrieb führen einige mobile Telefone Telefonverbindungen durch, indem sie mit Basisstationen 12 in Verbindung stehen, während andere mobile Telefone im Standby-Modus sind.
Wie in US Patent 6,081,229, welches den Titel "System and Method for Determining the Position of a Wireless CDMA Transceiver" trägt und welches dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, beschrieben ist, wird die Positionsortung erleichtert, indem eine Positions-Anforderungsnachricht übertragen wird, welche "Hilfsinformationen" bzw. "aiding information" enthält, welche es dem mobilen Telefon erlaubt, das GPS Signal rasch zu akquirieren. Diese Information beinhaltet die ID Nummer des SV (SV ID), die geschätzte Code-Phase, die Suchfenstergröße um die geschätzte Code-Phase herum und den geschätzten Frequenz-Doppler. Unter Verwendung dieser Information kann die mobile Einheit die GPS Signale akquirieren und ihre Ortung rascher bestimmen.
Ansprechend auf die Hilfsnachricht stellt die mobile Einheit die GPS Frequenz ein und beginnt mit dem Korrelieren des empfangenen Signals mit ihren lokal erzeugten C/A Sequenzen für jene SVs, die durch die Basisstation mitgeteilt wurden. Die mobile Einheit nutzt die Hilfsinformation, um den Suchraum einzugrenzen und Doppler-Effekte zu kompensieren, und erhält Pseudo-Entfernungen bzw. Pseudo-Ranges für jeden Satelliten durch Anwendung einer Zeitkorrelation. Es sei darauf hingewiesen, daß die Pseudo-Ranges auf der Zeit der mobilen Einheit basieren (abgeleitet vom Zeitzähler des Kombinierersystems des CDMA Empfängers), welche eine verzögerte Version der GPS Zeit ist.
Nachdem diese Information berechnet wurde, sendet die mobile Einheit die Pseudo-Ranges für jeden Satelliten (vorzugsweise mit 1/8 Chip Auflösung) und die Zeit, zu welcher die Messungen vorgenommen wurden, an die Basisstation. Die mobile Einheit stellt anschließend wieder CDMA ein, um die Verbindung bzw. Anruf fortzusetzen.
Nach Empfang der Informationen nutzt die BSC die Einweg-Verzögerungsschätzung, um die Pseudo-Ranges aus der Zeit der mobilen Einheit in die Zeit der Basisstation zu konvertieren und berechnet die geschätzte Position der mobilen Einheit durch Auflösen nach dem Schnittpunkt von mehreren Kugeln.
Ein weiterer, durch die Hilfsnachricht gelieferter Parameter ist der Frequenz-Doppler oder Doppler-Offset. Der Doppler-Effekt wird sichtbar als eine scheinbare Änderung der Frequenz des empfangenen Signals aufgrund der relativen Geschwindigkeit zwischen Übertrager und Empfänger. Die Auswirkungen des Dopplers auf den Träger werden als Frequenz-Doppler bezeichnet, während die Auswirkungen auf das Basisband-Signal als Code-Doppler bezeichnet werden.
Im Fall von GPS ändert der Frequenz-Doppler die empfangene Trägerfrequenz, so daß die Wirkung die gleiche ist als würde mit einem Träger-Offset demoduliert. Da der GPS Empfänger der Basisstation für den gewünschten Satelliten ein aktives Tracking ausführt, kennt sie den Frequenz-Doppler aufgrund der Satellitenbewegung. Ferner ist der Satellit so weit von der Basisstation und der mobilen Einheit entfernt, daß der durch die mobile Einheit wahrgenommene Doppler effektiv der gleiche ist wie der durch die Basisstation wahrgenommene Doppler. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nutzt die mobile Einheit einen Rotator im Empfänger, um den Wert des Frequenz-Dopplers zu korrigieren. Der Frequenz-Doppler weist einen Bereich von -4500 Hz bis +4500 Hz auf, und die Änderungsrate liegt in der Größenordnung von 1 Hz/s.
Die Auswirkungen des Code-Dopplers bestehen darin, daß sich die 1,023 MHz Chip-Rate ändert, was effektiv die Breite der empfangenen C/A Code-Chips komprimiert oder expandiert. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung korrigiert die mobile Einheit den Code-Doppler durch Multiplizieren des Frequenz-Dopplers mit dem Verhältnis 1,023/1575,42. Die mobile Einheit kann den Code-Doppler anschließend über der Zeit korrigieren, indem die Phase der empfangenen IQ Abtastwerte in 1/16 Chip Schritten verdreht wird (d.h. in die Phase eine Verzögerung eingebracht wird), falls erforderlich.
3 ist ein Blockdiagramm des Empfängerteils eines zellularen Telefons (drahtlose Teilnehmereinheit). Die empfangene Wellenform 100 wird modelliert während das C/A Signal c(n) mit einem Träger mit der Frequenz w_c + w_d moduliert wird, wobei w_c die Nenn-Trägerfrequenz 1575,42 MHz ist und w_d die Doppler-Frequenz ist, die durch die Satellitenbewegung hervorgerufen wird. Die Doppler-Frequenz reicht von 0, wenn der Satellit unmittelbar oberhalb ist, bis etwa 4,5 kHz in ungünstigsten Fall. Der analoge Teil des Empfängers kann modelliert werden als eine Demodulation mit einem Träger mit der Frequenz w_r und einer zufälligen Phase θ, gefolgt von einer Tiefpaß-Filterung.
Das resultierende Basisband-Signal wird durch einen A/D-Konverter (nicht dargestellt) geleitet, um die digitalen Abtastwerte für I und Q zu erzeugen, welche gespeichert werden, so daß sie wiederholt abgesucht werden können. Die Abtastwerte werden mit dem Doppelten der C/A Code Chip-Rate (chip x 2) erzeugt, welches eine niedrigere Auflösung ist, als für die Durchführung des Feinsuch-Algorithmus' notwendig ist, wodurch jedoch das Speichern von 18 ms Abtastdaten in einem Speicher vernünftiger Größe ermöglicht wird. Im Allgemeinen ist es erstrebenswert, die Suche über einen Bereich von mehr als 10 ms durchzuführen, um die Akquise unter den meisten Umweltbedingungen zu ermöglichen, wobei 18 ms eine bevorzugte Integrationsdauer ist. Diese Umweltbedingungen beinhalten den Betrieb drinnen oder den Betrieb, bei dem kein direkter Sichtkontakt zum Satelliten besteht.
Im Betrieb werden die Abtastwerte bzw. Abtastungen zuerst durch einen Rotator 102 rotiert, um den Doppler-Frequenz-Offset bzw. die Doppler-Frequenz-Verschiebung zu korrigieren. Die rotierten Abtastwerte für I und Q werden mit den verschiedenen Offsets für die C/A Sequenz des Satelliten korreliert, und die resultierenden Produkte werden über Nc Chips durch Integratoren 104 kohärent integriert. Die kohärenten Integrationssummen werden quadriert und zusammenaddiert, um den Effekt des unbekannten Phasen-Offset θ zu entfernen. Um den Hypothesen-Test für einen speziellen Offset zu verbessern, werden mehrere kohärente Intervalle nicht-kohärent kombiniert. Diese Entspreizung wird wiederholt mit verschiedenen Zeit-Offsets wiederholt, um den Zeit-Offset des Satellitensignals aufzufinden. Der Rotator 102 entfernt den Frequenz-Doppler, der durch die Bewegung des Satelliten hervorgerufen wird. Er nutzt die Doppler-Frequenz, die durch die Basisstation (vorzugsweise quantisiert in 10 Hz Intervalle) spezifiziert wurde und rotiert die Abtastwerte für I und Q, um den Frequenz-Offset zu entfernen.
Die Rotation kann nur über das kohärente Integrationsfenster kontinuierlich sein. Das bedeutet, daß der Rotator zwischen kohärenten Integrationsperioden von beispielsweise 1 ms stoppt. Jede resultierende Phasendifferenz wird durch das Quadrieren und Summieren eliminiert.
4 ist ein weiteres Blockdiagramm eines Empfängers, wobei der Rotator-Teil des Empfängers mit weiteren Details dargestellt ist.
5 ist ein Empfänger, der in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung nutzt die Fähigkeit aus, den Rotator zwischen kohärenten Integrationsperioden stoppen zu können, indem die lokal erzeugte C/A Sequenz anstelle der Eingabe-Abtastwerte rotiert wird.
Wie dargestellt wird die C/A Sequenz c(n) durch Anwendung der sinusförmigen Funktionen sin(W_dnT_C) und cos(W_dnT_C) rotiert und anschließend gespeichert. Die Rotation der C/A Sequenz muß für jeden Satelliten nur einmal vorgenommen werden. Daher verringert das Rotieren der C/A Sequenz die Menge notwendiger Berechnungen. Außerdem wird Speicher in dem in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für diese Berechnung verwendeten DSP gespart.
Eine weitere bedeutsame Beeinträchtigung, welche die Leistungsfähigkeit des Algorithmus zur Positionsortung verschlechtert, ist der Frequenzfehler des internen Taktsignals bzw. des Signals der internen Taktuhren der mobilen Einheiten. Es ist dieser Frequenzfehler, welcher die Verwendung kurzer kohärenter Integrationszeiten, in der Größenordnung von 1 ms, bedingt. Es ist jedoch wünschenswert, die kohärente Integration über längere Zeitperioden durchzuführen.
In exemplarischen Konfigurationen ist die frei laufende (interne) Taktuhr eines lokalen Oszillators einer Mobilstation ein 19,68 MHz Kristall, der eine Frequenzabweichung von +/-5ppm aufweist. Dies kann große Fehler in der Größenordnung von +/- 7500 Hz verursachen. Dieser Takt bzw. diese Taktuhr wird verwendet, um die Träger zu erzeugen, die für die Demodulation der GPS Signale verwendet werden, und der Taktfehler wird somit die Signalakquisitionszeit vergrößern. Da die für die Suche zur Verfügung stehende Zeit sehr kurz ist, sind Fehler dieser Größenordnung aufgrund der Frequenzabweichung nicht hinnehmbar und müssen erheblich reduziert werden.
Um längere kohärente Integrationszeiten zu ermöglichen, korrigiert der CDMA Empfänger in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung den lokalen Oszillatorfehler, in dem er das vom CDMA Piloten akquirierte Timing oder eine beliebige andere verfügbare Quelle mit Timing-Informationen verwendet. Dies liefert ein Steuersignal, weiches verwendet wird, um den lokalen Oszillator-Takt so genau wie möglich auf 19,68 MHz einzustellen. Das Steuersignal, welches an den lokalen Oszillator-Takt angelegt wird, wird eingefroren, wenn die RF bzw. HF Einheit von CDMA auf GPS umschaltet.
Selbst nachdem die Korrektur unter Verwendung der Timing-Information von der Basisstation (oder einer anderen Quelle) durchgeführt wurde, verbleibt ein zusätzlicher Taktfehler. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die resultierende Frequenz-Unschärfe nach der Korrektur +/- 100 Hz. Dieser verbleibende Fehler reduziert weiterhin die Leistungsfähigkeit des Empfängers und verhindert im A1lgemeinen längere kohärente Integrationszeiten. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der verbleibende Fehler einfach dadurch vermieden, daß die nicht-kohärente Integration für eine Dauer von mehr als 1 ms durchgeführt wird, was die Leistungsfähigkeit reduziert.
Wie ebenfalls in 1 gezeigt werden die 50 Hz NAV/Systemdaten ebenfalls auf den L1 Träger aufmoduliert. Wenn ein Datenübergang (0 zu 1 oder 1 zu 0) zwischen den zwei Hälften eines kohärenten Integrationsfensters stattfindet, wird die resultierende kohärente Integrationssumme Null sein, da die beiden Hälften einander auslöschen werden. Dies reduziert letztlich die Anzahl nicht-kohärenter Akkumulationen im ungünstigsten Fall um Eins. Obgleich die Datenbegrenzungen aller Satelliten synchronisiert sind, erreichen sie die mobile Einheit aufgrund der Differenzen in der Wegeverzögerung nicht gleichzeitig. Diese Wegeverzögerung führt letztlich zu einer Zufallsverteilung der empfangenen Datenphase.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Problem der verschiedenen Datenphasen der verschiedenen Signale darin, die Datenphase in die Hilfsinformation aufzunehmen, die von der Basisstation an die mobile Einheit gesendet wird. Da die Basisstation die 50 Hz Daten demoduliert, ist bei der Basisstation be kannt, wann die Datenübergänge für jeden Satelliten auftreten. Unter Verwendung der bekannten Einweg-Verzögerung kann die Basisstation die Datenphase beispielsweise in 5 Bits (pro Satellit) kodieren, welche anzeigen, in welchem Millisekunden-Intervall (von insgesamt 20) der Datenübergang stattfindet.
Falls das kohärente Integrationsfenster die 50 Hz Datenbegrenzung überspannt, wird die kohärente Integration in zwei (2) Teilabschnitte aufgeteilt. Ein Teilabschnitt geht der Datenbegrenzung voraus und ein Teilabschnitt folgt der Datenbegrenzung nach. Falls beispielsweise En1 die kohärente Integrationssumme über das Fenster ist, welches der Datenbegrenzung der ersten Hälfte dieses Fensters vorangeht, und En2 die kohärente Integrationssumme über das Fenster ist, welches der Datenbegrenzung folgt, dann wählt die mobile Einheit das Maximum (des Betrags) von (En1 + En2) (falls die Daten gleich geblieben sind) und (En1 – En2) (falls sich die Daten geändert haben), um die Phasenänderung zu berücksichtigen. Die mobile Einheit hat die Option, ein nicht-kohärentes Kombinieren der beiden Hälften über dieses Datenfenster durchzuführen oder dieses Datenfenster vollständig zu vermeiden.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung versucht die mobile Einheit, die Datenübergänge ohne die Hilfsinformation von der Basisstation aufzufinden, indem sie das Betragsquadrat der Summe und der Differenz einer 1 ms kohärenten Integration vergleicht.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Firmware-basierter Ansatz mit einem DSP (Digitaler Signalprozessor) genutzt, um die GPS Verarbeitung durchzuführen. Der DSP empfängt die Abtastwerte für Iund Q mit einer Rate von chip x 2 (2,046 MHz) oder chip x 8 (8,184 MHz) und speichert eine Momentaufnahme der 4-bit Abtastwerte für Iund Q in seinem internen RAM.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel erzeugt der DSP die C/A Sequenz, führt die Rotation zum Eliminieren des Frequenz-Dopplers durch und korreliert über das von der Basisstation für jeden der Satelliten gelieferte Suchfenster. Der DSP führt die kohärente Integration und das nicht-kohärente Kombinieren durch und dreht einen IQ Abtastwert-Dezimator nach Bedarf, um den Code-Doppler zu kompensieren.
Um Berechnungsaufwand und Speicher zu sparen, wird die anfängliche Suche mit einer Auflösung von ½ Chip durchgeführt und eine feinere Suche, die eine 1/8 Chip (höhere) Auflösung liefert, wird um den besten Index (oder die besten Indizes) herum durchgeführt. Die Systemzeit wird erhalten, indem Hardware-generierte 1 ms Interrupts (abgeleitet vom lokalen Oszillator) gezählt werden.
Zusätzlich wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Feinsuche durchgeführt, indem die chip x 8 Abtastwerte (höhere Auflösung) über die Dauer eines Chips mit verschiedenen chip x 8 Offsets akkumuliert werden. Die Korrelationscodes werden auf die akkumulierten Werte angewandt, was Korrelationswerte ergibt, die mit dem jeweiligen chip x 8 Offset variieren. Dies ermöglicht die Bestimmung des Code-Offset mit einer Auflösung von chip x 8.
6 ist ein Flußdiagramm, welches die Schritte darstellt, die in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt werden, um während einer Positionsortungs-Prozedur den lokalen Oszillatorfehler zu korrigieren. Im Schritt 500 wird bestimmt, ob der lokale Oszillator kürzlich korrigiert wurde. Falls nicht, wird der Pilot von der Basisstation akquiriert und der Fehler des lokalen Oszillators wird in Schritt 502 durch Vergleich mit dem Timing des Piloten bestimmt, und ein Korrektursignal wird basierend auf diesem Fehler erzeugt.
Der Ablauf führt dann zu Schritt 504, in welchem das Korrektursignal auf seinem aktuellen Wert eingefroren bzw. festgehalten wird. Im Schritt 506 wird in den GPS Modus eingetreten, und die Positionsortung wird unter Verwendung des korrigierten Taktsignals durchgeführt. Sobald die Positionsortung durchgeführt wurde, verläßt die mobile Einheit den GPS Modus.
7 ist eine Darstellung eines DSP Empfängersystems, welches in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist. Der DSP führt die gesamte Suchoperation mit minimaler Zusatz-Hardware durch. Ein DSP Kern 308, ein Modem 306, eine Schnittstelleneinheit 300, ein ROM 302 und ein Speicher (RAM) 304 sind mittels eines Bus 310 gekoppelt. Schnittstelleneinheit 300 empfängt RF Abtastwerte von einer RF Einheit (nicht dargestellt) und liefert die Abtastwerte an das RAM 304. Die RF Abtastwerte können in einer groben oder in einer feinen Auflösung gespeichert werden. Der DSP Kern 308 verarbeitet die im Speicher gespeicherten Abtastwerte unter Verwendung von Anweisungen bzw. Instruktionen, die sowohl in ROM 302 als auch im Speicher 304 gespeichert sind. Speicher 304 kann mehrere "Bänke" aufweisen, wobei einige dieser Bänke Abtastwerte und einige dieser Bänke Anweisungen speichern. Das Modem 306 führt in einem Normalmodus die CDMA Verarbeitung durch.
8 ist ein Flußdiagramm der während der Positionsortungs-Operation durchgeführten Schritte. Eine Positionsortungs-Operation beginnt, wenn die Hilfsnachricht empfangen wurde, und das RF System wird im Schritt 600 auf die GPS Frequenzen umgeschaltet. Wenn die RF auf das Empfangen von GPS umgeschaltet ist, wird die Schleife zum Frequenz-Tracking fest eingestellt. Der DSP empfängt Hilfsinformationen vom Mikroprozessor des Telefons und sortiert die Satelliten nach Doppler-Betrag.
Im Schritt 602 werden die groben Suchdaten innerhalb des DSP RAM gespeichert. Der DSP empfängt über einige hundert Mikrosekunden Eingabedaten, um einen Rx AGC einzustellen. Der DSP stellt die Zeit fest und beginnt mit dem Speichern eines 18 ms Fensters (DSP Speicherbegrenzung) von chip x 2 IQ Daten in seinem internen RAM. Ein zusammenhängendes Fenster von Daten wird genutzt, um den Einfluß von Code-Doppler zu verringern.
Sobald die Daten gespeichert sind, wird im Schritt 604 eine grobe Suche durchgeführt. Der DSP beginnt die grobe Suche (mit Auflösung chip x 2). Für jeden Satelliten erzeugt der DSP den C/A Code, rotiert den Code basierend auf dem Frequenz-Doppler und korreliert über das durch die Basisstation festgelegte Suchfenster durch wiederholte Anwendung des C/A Codes auf die gespeicherten groben Suchdaten. Satelliten werden über das gleiche 18 ms Datenfenster verarbeitet, und die beste chip x 2 Hypothese, die einen Schwellwert übersteigt, wird für jeden Satelliten gewonnen. Obgleich eine kohärente Integrationszeit von 2 ms (mit 9 nicht-kohärenten Integrationen) in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genutzt wird, können auch längere kohärente Integrationszeiten genutzt werden (beispielsweise 18 ms), obgleich vorzugsweise nur dann, wenn zusätzliche Einstellungen, wie weiter unten beschrieben, vorgenommen werden.
Sobald die grobe Suche durchgeführt wurde, wird in Schritt 606 eine feine Suche durchgeführt. Vor dem Beginn der Feinsuche berechnet der DSP den rotierten C/A Code für jeden der Satelliten. Dies ermöglicht es dem DSP, die Feinsuche in Echtzeit durchzuführen. Beim Durchführen der Feinsuche (mit einer Auflösung von chip x 8) werden die Satelliten nacheinander über verschiedene Daten bearbeitet.
Der DSP dreht zunächst den Dezimator, um den Code-Doppler des (der) gegebenen Satelliten zu kompensieren. Der DSP setzt außerdem den Rx AGC Wert zurück, während auf die nächste 1 ms Begrenzung gewartet wird, bevor ein kohärentes Fenster von chip x 8 Abtastwerten mit einer Dauer von 1 ms gespeichert wird.
Der DSP verarbeitet 5 zusammenhängende Hypothesen mit einer chip x 8 Auflösung über das kohärente Integrationsfenster mit einer Dauer von 1 ms, wobei die mittlere Hypothese die beste aus der groben Suche erhaltene Hypothese ist. Nach dem Verarbeiten des nächsten 1 ms Fensters werden die Ergebnisse kohärent kombiniert und diese 2 ms Summe wird für alle Nn Iterationen nicht-kohärent kombiniert.
Dieser Schritt (beginnend mit dem Drehen des Dezimators) wird für die gleichen Daten für den nächsten Satelliten wiederholt, bis alle Satelliten verarbeitet wurden. Falls der Code-Doppler für 2 Satelliten im Betrag ähnlich ist, kann es möglich sein, beide Satelliten über die gleichen Daten zu verarbeiten, um die Anzahl der erforderlichen Datensätze zu reduzieren. In ungünstigsten Fall werden 8 Sätze von 2*Nn Datenfenstern mit je 1 ms Dauer für die Feinsuche verwendet.
In Schritt 608 werden schließlich die Ergebnisse an den Mikroprozessor gemeldet und der Vocoder-Prozeß wird innerhalb des DSP neu gestartet, damit die Verbin dung fortgesetzt werden kann. Der DSP meldet Pseudo-Ranges bzw. Pseudo-Entfernungen an den Mikroprozessor, welcher diese an die Basisstation weiterleitet. Nachdem der Mikroprozessor den Vocoder-Programmcode in den DSP Speicher erneut geladen hat, löscht der DSP seinen Datenspeicher und startet den Vocoder neu.
9 ist ein Diagramm, welches die Feinsuche darstellt, welche nach der groben Suche durchgeführt wird. Nach dem Isolieren der besten chip x 2 Phase in der groben Suche führt der DSP eine Feinsuche um diese Phase herum durch, um eine Auflösung von chip x 8 zu erhalten.
Die 5 in der Feinsuche zu vergleichenden Phasen sind innerhalb eines Rechtecks dargestellt. Die beste chip x 2 Phase wird erneut evaluiert, so daß Vergleiche über den gleichen Datensatz vorgenommen werden können. Dies ermöglicht außerdem die Verwendung von verschiedenen Integrationszeiten für die grobe Suche und die Feinsuche. Die Feinsuche wird gesondert für jeden Satelliten durchgeführt, da jeder Satellit einen anderen Wert für den Code-Doppler aufweisen kann.
10 liefert eine Zeitlinie des Suchprozesses, wenn dieser in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird. Die gesamte Verarbeitungszeit (grobe + feine Suche) wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in ungefähr 1,324 Sekunden durchgeführt, wodurch die Verbindung unterbrochen wird, was aber dennoch die Fortsetzung der Verbindung erlaubt, sobald die Suche durchgeführt wurde. Die Gesamt-Suchzeit von 1,324 Sekunden ist eine obere Grenze, da hierfür angenommen wird, daß der DSP alle 8 Satelliten absuchen muß und daß jeder Satellit ein Suchfenster von 68 Chips aufweist. Die Wahrscheinlichkeit, daß die vollständigen 1,324 Sekunden erforderlich werden, ist hingegen aufgrund der Geometrie der Satellitenorbits sehr klein.
Während der ersten 18 ms 80 werden IQ Abtastwertdaten mit der GPS Frequenz gesammelt. Während der Zeitspanne 82 wird eine grobe Suche intern durchgeführt, welche bis zu 1,13 Sekunden dauern kann, die jedoch wahrscheinlich früher beendet wird, wenn die Satellitensignale identifiziert sind. Sobald die grobe Suche durchgeführt wurde, werden die C/A Codes während der Zeitspanne 84 berechnet, was 24 ms beansprucht. Während der Zeitspannen 86 wird der Drehwert für den Code-Doppler eingestellt, und der Rx AGC wird weiter justiert. Während der Zeitspannen 88 werden Feinsuchen mit den IQ Datenabtastwerten durchgeführt, wobei während der Zeitspannen 86 eine kontinuierliche Justierung durchgeführt wird. Die Verwendung von 18 ms Integrationszeiten erlaubt die Vernachlässigung des Code-Dopplers, da die empfangene C/A Code-Phase um weniger als ein 1/16 eines Chips verschoben sein wird. Bis zu acht Sequenzen von Justierungen und Feinsuchen werden für bis zu acht Satelliten durchgeführt, wonach die Prozedur zur Positionsortung vollständig ist.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Telefon zusätzlich damit fortfahren, auf der Rückwärtsverbindung Rahmen zur Basisstation zu übertragen, während die Prozedur zur Positionsortung durchgeführt wird. Diese Rahmen können Null-Informationen aufweisen, einfach um es der Basisstation zu ermöglichen, die Synchronisation mit der Teilnehmereinheit aufrecht zu erhalten, oder die Rahmen können Informationen enthalten, wie beispielsweise Leistungssteuerungs-Kommandos oder Informationsanforderung. Die Übertragung dieser Rahmen wird vorzugsweise durchgeführt, wenn die GPS Abtastwerte nicht gesammelt werden und die RF Schaltung verfügbar ist, oder, falls eine ausreichende RF Schaltung vorhanden ist, auch während GPS Abtastwerte gesammelt werden.
Obgleich die Verwendung einer Integrationszeit von 18 ms die Auswirkungen des Code-Dopplers vermeidet, kann die Übertragung von Daten über GPS Signale mit einer Rate von 50 Hz Probleme verursachen, falls ein Datenwechsel innerhalb der Verarbeitungsspanne von 18 ms auftritt (wie weiter oben beschrieben). Der Datenwechsel führt zu einer Verschiebung der Phase des Signals. Die 50 Hz Datenbegrenzungen treten für jeden Satelliten an verschiedenen Orten auf. Die Phasen der 50 Hz Übergänge sind effektiv zufällig durch die variierenden Pfadlängen von jedem der Satelliten zu dem Telefon.
Im ungünstigsten Fall, nämlich falls das Datenbit in der Mitte eines kohärenten Integrationsintervalls invertiert wurde, kann die kohärente Integration völlig ver nichtet werden. Aus diesem Grund muß in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Basisstation die Datenübergangs-Begrenzungen für jeden Satelliten an das Telefon kommunizieren (ebenfalls weiter oben beschrieben). Vorzugsweise ist die Datenübergangs-Begrenzung ebenfalls in der von der Basisstation übertragenen Hilfsnachricht enthalten (beispielsweise in einem Satz von Nachrichten mit je fünf Bit, welche ein Millisekunden-Intervall anzeigen, in welchem der Übergang für jeden Satelliten stattfindet). Das Telefon nutzt diese Begrenzung zum Aufteilen des kohärenten Integrationsintervalls für jeden der Satelliten in 2 Teilstücke und zum Entscheiden, ob die kohärenten Integrationssummen in diesen 2 Intervallen zu addieren oder zu subtrahieren sind. Somit wird durch das Einfügen der Datenbegrenzung eines jeden GPS Signals die Zuverlässigkeit der Ortungsprozedur erhöht.
Im exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt jede Frequenzunschärfe einen Verlust in Ec/Nt, welcher sich mit der kohärenten Integrationszeit vergrößert. Für das Beispiel einer Unschärfe von +/- 100 Hz vergrößert sich der Verlust von Ec/Nt rasch mit einer Vergrößerung der kohärenten Integrationszeit, wie in Tabelle Idargestellt.
Tabelle I
Wie ebenfalls bereits festgestellt existiert stets ein unbekannter Frequenz-Offset des lokalen Oszillators der mobilen Einheit. Es ist dieser unbekannte Frequenz-Offset, der die Durchführung einer längeren kohärenten Entspreizung und Integration verhindert. Eine längere Kohärente würde die Verarbeitung verbessern, falls die Auswirkungen des unbekannten Frequenz-Offsets verringert werden könnten.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dieser unbekannte Frequenz-Offset berücksichtigt, indem der Suchraum auf 2 Dimensionen ausgedehnt wird und Frequenzsuchen einschließt. Für jede Hypothese werden mehrere Frequenzsuchen durchgeführt, wobei für jede Frequenzsuche angenommen wird, daß der Frequenz-Offset ein bekannter Wert ist. Durch räumliches Beabstanden der Frequenz-Offsets kann die Frequenz-Unschärfe auf einen beliebig kleinen Wert reduziert werden, allerdings auf Kosten zusätzlichen Berechnungs- und Speicheraufwands. Für das Beispiel von 5 verwendeten Frequenzhypothesen ist der resultierende Suchraum in 11 dargestellt.
Für eine +/- 100 Hz Frequenzunschärfe, was der typischen Betriebsspezifikation einer mobilen Einheit entspricht, reduziert diese Konfiguration den maximalen Frequenz-Offset auf 20 Hz (eine der Hypothesen muß innerhalb von 20 Hz Abweichung vom tatsächlichen Frequenz-Offset liegen). Mit einer kohärenten Integrationszeit von 20 ms beträgt der Verlust bezüglich Ec/Nt 2,42 dB bei einem Frequenz-Offset von 20 Hz. Durch eine Verdopplung der Anzahl der Frequenz-Hypothesen auf 10 kann die Frequenzunschärfe auf 10 Hz verringert werden, was einen Ec/Nt Verlust von 0,58 dB bewirkt. Allerdings erweitern die zusätzlichen Hypothesen den Suchraum, was sowohl den Berechnungsaufwand als auch die Speicheranforderungen erhöht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung berechnet die Frequenz-Hypothese, indem der Frequenz-Offset mit dem Frequenz-Doppler zusammengelegt und anschließend ein neuer rotierter PN Code für jede Frequenz-Hypothese berechnet wird. Allerdings macht dies die Anzahl der Frequenz-Hypothesen zu einem multiplikativen Faktor bei der gesamten Berechnung: 5 Frequenz-Hypothesen würden den 5-fache Berechnungsaufwand bedeuten.
Da die Frequenzunschärfe klein gegenüber dem Frequenz-Doppler ist, kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Rotationsphase alternativ als konstant über ein Intervall von 1 ms (8% einer Periode für eine 80 Hz Hypothese) betrachtet werden. Durch Aufteilen des kohärenten Integrationsintervalls in Subintervalle von 1 ms werden deshalb die Integrationssummen der Subintervalle rotiert, um den zusätzlichen Berechnungsaufwand zu reduzieren, der erforderlich ist, um die Frequenzsuchen auf drei Größenordnungen zu berechnen. Im Ergebnis kann eine längere kohärente Entspreizung durchgeführt werden, und die Leistungsfähigkeit kann verbessert werden.
12 ist ein Blockdiagramm eines Empfängers, der in Übereinstimmung mit der Verwendung des Ansatzes mit längerer kohärenter Entspreizung konfiguriert ist. Der erste Satz von Multiplizierern 50 kompensiert den Frequenz-Doppler durch Korrelieren der IQ Abtastwerte mit einem rotierten C/A Code. Dies ist äquivalent zum Rotieren der IQ Abtastwerte vor deren Korrelation mit dem unmodifizierten C/A Code. Da der Frequenz-Doppler 4500 Hz erreichen kann, wird die Rotation für jeden Chip angewendet. Nach einer kohärenten Integration über ein 1 ms Intervall (1023 Chips) unter Verwendung von Akkumulatoren 52 rotiert der zweite Satz von Multiplizierern 54 die 1 ms Integrationssummen (Σ_I und Σ_Q), um die Frequenz-Hypothese zu implementieren. Die rotierten Summen werden dann über das gesamte kohärente Integrationsintervall addiert.
Es sei daran erinnert, daß die Rotation betreffend den Frequenz-Doppler nur mit 1023 Chips berechnet wurde, um Speicher und Berechnungsaufwand zu sparen. Für kohärente Integrationszeiten von mehr als i ms wird jede kohärente Integrationssumme mit einem Phasen-Offset multipliziert, um die Phase der Rotation bezüglich der Zeit kontinuierlich zu gestalten. Mathematisch dargestellt kann die kohärente Integrationssumme über 1 ms mit Rotation betreffend den Frequenz-Doppler wie folgt ausgedrückt werden:
wobei I(n) und Q(n) die Eingabe-Abtastwerte sind, die entsprechend über die Kanäle I und Q empfangen wurden, c(n) ist der nicht-rotierte C/A Code, w_d ist der Frequenz-Doppler und T_c ist das Chip-Intervall (0,9775 μs). Eine 2 ms kohärente Integrationssumme kann ausgedrückt werden als:
Hier bezeichnet S₁ die erste 1 ms Integrationssumme und S₂ die zweite 1 ms Integrationssumme, die unter Verwendung der gleichen rotierten C/A Werte berechnet wird, die auch für S₁ genutzt werden. Der Term e^{–jwd(1023)Tc} ist der Phasen-Offset, der die Verwendung der gleichen rotierten Werte kompensiert. Gleichermaßen kann eine 3 ms kohärente Integrationssumme ausgedrückt werden als:
Somit sollte die (n + 1) 1 ms Integrationssumme mit e^{–jwdn(1
ms)} multipliziert werden, bevor sie zur Gesamtsumme addiert wird, um die Integrationszeit zu erweitern, wenn die gleiche rotierte C/A Sequenz mit 1023 Elementen genutzt wird. Da dies eine Rotation der 1 ms Integrationssummen ist, kann diese Operation mit der Frequenzsuche kombiniert werden, um zu vermeiden, daß 2 Rotationen durchzuführen sind. Das bedeutet, da gilt
daß die (n + 1)-te 1 ms Integrationssumme mit e^{–j(wd+wh)n(1
ms)} multipliziert werden kann, um eine Frequenz-Hypothese abzusuchen und den Phasen-Offset des Frequenz-Dopplers zu berücksichtigen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Frequenzsuche reduziert werden kann, nachdem ein Satellit akquiriert wurde, da die Frequenz-Unschärfe nicht vom Satelliten abhängt. Eine viel feinere Frequenzsuche kann durchgeführt werden, wenn eine längere kohärente Integration erwünscht ist.
Im exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Feinsuche ähnlich der groben Suche durchgeführt, jedoch mit 2 Abweichungen. Erstens, die Integrationsintervalle werden stets kohärent addiert anstelle des Quadrierens und nichtkohärenten Addierens. Zweitens, die Rotation zum Entfernen der Frequenz-Unschärfe (welche nach der groben Suche bekannt sein sollte) wird mit dem Phasen-Offset des Frequenz-Doppler kombiniert und verwendet, um die 1 ms kohärenten Integrationsintervalle vor dem Zusammenaddieren zu rotieren.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das kohärente Integrationsfenster mit chip x 2 Daten über Integrationszeiten integriert, die größer sind als 18 ms. Dieses Ausführungsbeispiel ist nützlich, wenn zusätzlicher Speicher zur Verfügung steht. Für kohärente Integrationen, die länger als 18 ms dauern, werden die 50 Hz Datenbegrenzungen genauso behandelt wie bei kürzeren Integrationsperioden. Die Basisstation zeigt an, wo sich die Begrenzungen für jeden der Satelliten befinden, und der DSP entscheidet, ob die Summe von 20 1 ms kohärenten Integrationsintervallen zu seiner fortlaufenden Summe zu addieren oder von dieser zu subtrahieren ist.
Da allerdings das Produkt aus der Frequenz-Unschärfe und der Integrationszeitkonstante den Verlust bezüglich Ec/Nt beeinflußt, muß die Frequenz-Unschärfe im Fall langer kohärenter Integrationsintervalle auf sehr kleine Werte reduziert werden. Da eine Integration über 20 ms bei einer Frequenz-Unschärfe von 20 Hz in einem Verlust bezüglich Ec/Nt von 2,42 dB resultiert, erfordert eine Integrationszeit von 400 ms die Reduzierung der Frequenz-Unschärfe auf 1 Hz, um den gleichen Verlust zu wahren. Um dieses Problem zu korrigieren, wird die Frequenz-Unschärfe in einer hierarchischen Weise auf 1 Hz reduziert. Beispielsweise reduziert eine erste Frequenzsuche die Unschärfe von 100 Hz auf 20 Hz, eine zweite Suche reduziert die Unschärfe auf 4 Hz, und eine dritte Suche reduziert die Unschärfe auf 1 Hz. Die Frequenzsuche kompensiert außerdem die Fehler im Frequenz-Doppler, der von der Basisstation geliefert wird.
Zum Durchführen längerer Integrationen werden zusätzlich nur Satelliten mit ähnlichem Doppler über die gleichen Daten für lange Integrationszeiten abgesucht, da der Code-Doppler für jeden Satelliten unterschiedlich ist. Der DSP berechnet, wie lange es dauert, 1/16 eines Chips zu verrutschen und dreht den Dezimator, während er ein kohärentes Integrationsdaten-Fenster sammelt. Zusätzlich werden für dieses Ausführungsbeispiel mehrere Datenfenster genutzt.
Damit wurden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Positionsortung in einem drahtlosen Kommunikationssystem beschrieben. Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist dafür vorgesehen, jeden Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann leicht ersichtlich sein, und die hierin definierten allgemeinen Prinzipien können auf andere Ausführungsbeispiele ohne die Anwendung erfinderischen Handelns angewendet werden. Folglich ist es nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern die vorliegende Erfindung soll im Einklang mit dem breitesten in den Ansprüchen definierten Rahmen stehen.

Claims

Ein Verfahren zur Durchführung einer Positionsortung, wobei Folgendes vorgesehen ist: Empfang von Signalabtastungen; und Erzeugung einer groben Akquisitionssequenz; gekennzeichnet durch: Rotation der erwähnten groben Akquisitionssequenz was eine rotierte grobe Akquisitionssequenz ergibt; und Anwenden der rotierten groben Akquisitionssequenz auf die Signalabtastungen mit einem Satz von Zeitversetzungen bzw. Offsets, was korrelierte Ausgangsdaten ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner das Akkumulieren der erwähnten korrelierten Ausgangsdaten vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erwähnte Anwendung der erwähnten rotierten groben Akquisitionssequenz Folgendes aufweist: Durchführen einer kohärenten Integration; und Durchführen einer nicht-kohärenten Integration.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine grobe Suche gefolgt von einer feinen bzw. genauen Suche durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erwähnte kohärente Integration über eine erste Dauer hinweg ausgeführt wird und wobei die erwähnte nichtkohärente Integration über eine zweite Dauer hinweg ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erwähnte erste Dauer annähernd eine ms ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erwähnte nicht-kohärente Integration basierend auf Ergebnissen ausgeführt wird, die aus der erwähnten kohärenten Integration erzeugt wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner die Speicherung der rotierten groben Akquisitionssequenz vorgesehen ist.
Eine Vorrichtung zur Durchführung einer Positionslokalisierung oder – ortung, wobei Folgendes vorgesehen ist: Mittel (300) zum Empfang von Signalabtastungen; und Mittel (308) zur Erzeugung einer groben Akquisitionssequenz; gekennzeichnet durch: Mittel (102, 308) zum Rotieren der groben Akquisitionssequenz, was eine rotierte grobe Akquisitionssequenz ergibt; und Mittel (308) zum Anwenden der erwähnten rotierten groben Akquisitionssequenz auf Signalabtastungen bei einem Satz von Zeitversetzungen oder Zeitoffsets, was korrelierte Ausgangsdaten ergibt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ferner Mittel (308, 52) vorgesehen sind zum Akkumulieren der erwähnten korrelierten Ausgangsdaten.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erwähnten Mittel (308) zum Anwenden der erwähnten rotierten groben Akquisitionssequenz Folgendes aufweisen: Mittel (104, 308) zum Durchführen der kohärenten Integration; und Mittel (308) zum Durchführen der nicht-kohärenten Integration.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine grobe Suche oder Search gefolgt von einer feinen Suche durchgeführt wird.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erwähnten Mittel (104, 308) zur Durchführung der kohärenten Integration angepasst sind zur Durchführung der kohärenten Integration über eine erste Dauer und wobei die er wähnten Mittel (308) zur Durchführung der nicht-kohärenten Integration adaptiert sind zur Durchführung der nicht-kohärenten Integration über eine zweite Dauer.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die erste Dauer annähernd 1 ms ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Mittel (308) zur Durchführung einer nicht-kohärenten Integration mit den erwähnten Mitteln (104, 308) zur Durchführung der kohärenten Integration gekoppelt sind und wobei die nicht-kohärente Integration auf Ergebnissen erzeugt aus der erwähnten kohärenten Integration ausgeführt wird.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ferner Mittel (304) zum Speichern der rotierten groben Akquisitionssequenz vorgesehen sind.