ES2307576T3 - Procedimiento, aparato y sistema para la estabilizacion de la frecuencia utilizando rafagas de señales celulares. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento que comprende: un módulo celular (11) que responde a una señal de comunicación celular proporcionando un impulso de activación derivado del componente de datos de la señal de comunicación celular y que dirige el impulso de activación a lo largo de una trayectoria de hardware especial que se extiende desde el módulo celular a un módulo de usuario (12), en el que la trayectoria de hardware especial conduce el impulso de activación de tal modo que el impulso de activación se proporciona al módulo de usuario sustancialmente sin ningún retardo aleatorio significativo; y en el que el módulo de usuario incluye un módulo de generación de frecuencias que proporciona una referencia de frecuencia estable basándose en al menos dos impulsos de activación basados en un contador de tramas de datos celular o contador de intervalos de tiempo o contador de bits de datos.
Description
Procedimiento, aparato y sistema para la
estabilización de la frecuencia utilizando ráfagas de señales
celulares.
La presente invención se refiere a estabilizar
un oscilador de baja calidad en un dispositivo temporizador, tal
como se utiliza en un receptor del sistema de posicionamiento global
(GPS, Global Positioning System) y, en concreto, a determinar de
forma aproximada la frecuencia portadora de una señal GPS utilizando
un oscilador estabilizado.
En la navegación según señales recibidas de
satélites GPS por un receptor GPS, primero debe adquirirse la
difusión de la señal emitida por cada satélite, es decir, el
receptor GPS debe correlacionar la fase de una réplica del código
utilizado por el satélite para "des-extender"
la señal y, para hacerlo, también debe determinar la frecuencia
portadora de la señal, una frecuencia que sólo se conoce de forma
nominal debido al desplazamiento de frecuencia ocasionado por el
movimiento relativo del satélite y el receptor GPS (el denominado
desplazamiento Doppler), o debido a otros factores que incluyen,
por ejemplo, una diferencia en la velocidad de reloj (esencialmente
un oscilador) de los satélites en comparación con la del receptor
GPS.
Un receptor GPS no puede determinar el
desplazamiento Doppler a menos que se conozcan la hora exacta, la
localización de referencia y efemérides o puntos de calendario. La
diferencia en velocidades de reloj ocasiona lo que aquí se denomina
un "error de frecuencia", es decir, la diferencia entre la
frecuencia portadora generada localmente (por un oscilador en el
receptor GPS) y la frecuencia portadora nominal. El error de
frecuencia es una parte del desplazamiento de frecuencia global y
debe determinarse, para determinar el desplazamiento Doppler, la
otra parte del desplazamiento de frecuencia global. El oscilador del
receptor GPS es esencialmente una referencia de frecuencia, y este
tipo de referencias de frecuencia (osciladores) son a menudo
osciladores de bajo coste que tienden al desplazamiento debido a
cambios en la temperatura ambiente y debido al envejecimiento. En la
práctica, es imposible predecir cuánto se ha desplazado un
oscilador de este tipo desde la última vez que se utilizó. Por
tanto, siempre hay un error de frecuencia desconocido cuando se
enciende un receptor GPS.
El documento de patente estadounidense nº
4.445.118 muestra enviar una referencia de frecuencia estable a un
receptor GPS para eliminar errores de frecuencia. El documento de
patente estadounidense nº 5.841.396 muestra utilizar una señal de
frecuencia portadora celular (no estable) como una referencia de
frecuencia de este tipo. El documento de patente estadounidense nº
6.122.506 muestra utilizar una señal de radiodifusión de frecuencia
dedicada y, en concreto, el canal de control de frecuencia GSM
(FCCH, Frequency Control Channel) para eliminar errores de
frecuencia en receptores GPS. El documento de patente estadounidense
nº 6.178.195 describe obtener información de temporización y
referencia de frecuencia de una señal secundaria, por ejemplo, la
enviada desde un satélite de órbita terrestre baja. Todas estas
formas de eliminar el error de frecuencia se basan en utilizar una
frecuencia portadora o una versión corregida de una frecuencia
portadora, en algunos casos, una frecuencia portadora derivada de
una señal de comunicación celular y, en algunos casos, una
frecuencia portadora proporcionada por una instalación especial de
radiodifusión de referencia de portadora GPS terrestre.
Por tanto, lo que se necesita es una forma de
eliminar el error de frecuencia en un receptor GPS que no esté
basada en una frecuencia portadora para proporcionar así una
referencia de frecuencia derivada de forma indirecta de una fuente
diferente del todo de la utilizada por la técnica anterior.
De forma correspondiente, la presente invención
proporciona un sistema, un aparato y un procedimiento
correspondiente para proporcionar una referencia de frecuencia a un
módulo de usuario, tal como un módulo receptor de un sistema de
posicionamiento global (GPS), incluyendo el procedimiento las etapas
de: a) obtener una respuesta del módulo celular a una señal de
comunicación celular proporcionando un impulso de activación
derivado del componente de datos de la señal de comunicación
celular; y b) dirigir el impulso de activación a lo largo de una
trayectoria de hardware especial que se extiende desde el módulo
celular a un módulo de usuario; en el que la trayectoria de
hardware especial conduce el impulso de activación de modo que el
impulso de activación se proporciona al módulo de usuario
sustancialmente sin ningún retardo aleatorio significativo y en el
que el módulo de usuario incluye un módulo de generación de
frecuencias que proporciona una referencia de frecuencia estable
basado en al menos dos impulsos de activación basados en un
contador de tramas de datos celulares o contador de intervalos de
tiempo o contador de bits de datos.
En otro aspecto adicional de la invención, el
procedimiento también incluye el paso de identificar cada nueva
trama o intervalo de tiempo o bit de datos en la señal de
comunicación digital y el impulso de activación se proporciona cada
vez que se identifica una nueva trama o intervalo de tiempo o bit de
datos, respectivamente.
En otro aspecto adicional más de la invención,
el procedimiento también incluye la etapa de que el módulo de
usuario responda a una señal de navegación por satélite del sistema
de posicionamiento global (GPS) y que el módulo de usuario responda
a la referencia de frecuencia estable, utilizando la referencia de
frecuencia estable para estabilizar el funcionamiento de un reloj
local.
Por tanto, la presente invención proporciona un
impulso de activación de hardware derivado de una señal de
comunicación celular como una referencia de frecuencia. La invención
utiliza la velocidad de transmisión de datos a través de la señal
de comunicación celular como la base para la referencia de
frecuencia. De esta manera, una referencia de frecuencia se obtiene
de forma indirecta de una fuente totalmente diferente de las
utilizadas en las soluciones anteriores. La invención compensa de
forma eficaz prácticamente todos los retardos internos, permitiendo
una precisión de \sim10 \mus en recuperación de tiempo GPS.
Resultarán evidentes características y ventajas
de la invención a partir de la consideración de la siguiente
descripción detallada que se presenta en relación con los dibujos
adjuntos, en los que:
la fig. 1 es una ilustración simplificada de un
receptor GPS que incluye módulos para proporcionar una referencia
de frecuencia según la presente invención; y
la fig. 2 es un diagrama de flujos de un
procedimiento según la invención para proporcionar una referencia
de frecuencia a un receptor GPS.
Según la invención, una referencia de frecuencia
para un receptor del sistema de posicionamiento global (GPS) se
genera de forma indirecta a partir del componente de datos de una
señal de comunicación celular recibida, por ejemplo, mediante un
contador de tramas situado dentro del teléfono móvil GSM. Aunque la
invención se mostrará y describirá de forma específica para una
referencia de frecuencia generada a partir del componente de datos
de una señal de comunicación celular recibida, debe entenderse que
la invención abarca también utilizar cualquier aspecto o componente
de la señal de comunicación celular para generar una frecuencia de
referencia para un receptor GPS.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, se
muestra un receptor GPS 10 según la invención de modo que incluye
un módulo celular 11 (no proporciona necesariamente una capacidad de
comunicación celular completa) y un módulo GPS 12. El módulo
celular responde a través de una antena celular 14 a una señal de
comunicación celular proporcionada por una estación base celular
17. El módulo GPS responde a señales de navegación GPS a través de
una antena GPS 15. El módulo celular procesa la señal de
comunicación celular eliminando el portador celular y extrayendo el
componente de datos, que consiste en datos organizados en tramas,
incluyendo delimitadores (cabeceras y pies) que permiten al módulo
celular distinguir una trama de la siguiente. El módulo celular
incluye un contador de tramas para contar las tramas. El contador
de tramas también detecta los límites de las tramas, lo cual se
utiliza en la reconstrucción de la frecuencia. El contador de tramas
se menciona aquí precisamente como un ejemplo. En GSM, también
podría haber un contador de intervalos de tiempo y un contador de
bits, así como también detectores de límite correspondientes.
Por supuesto, la invención también puede usarse
con otros tipos de sistemas celulares, aparte de GSM, tales como,
por ejemplo, sistemas de acceso múltiple por división del tiempo
(AMDT), sistemas de acceso múltiple por división de código (AMDC) y
AMDC de banda ancha (AMDCA). Estos otros sistemas tienen estructuras
de datos propias, diferentes de GSM. En general, puede decirse que
el impulso de activación de la invención se proporciona a lo que es
un módulo de usuario para una u otra aplicación, siendo un módulo
receptor GPS sólo una de dichas aplicaciones.
En la figura 1, también se muestra una capa 16
de conectividad de software, que es la forma en la que el módulo
celular y el módulo GPS se comunicarían normalmente los mensajes. Se
muestra porque, aunque es un medio mediante el cual puede
comunicarse la activación, no es adecuado dado que una activación
enviada a través de la capa de conectividad de software encontraría
importantes retardos temporales variables.
El contador de tramas aumenta, por ejemplo, de 0
a algún valor final predeterminado de cómputos graduales, cada vez
que se recibe una nueva trama. El cómputo gradual se inicia cuando
el módulo celular detecta el inicio de una trama.
Según la invención, cada vez que el contador de
tramas vuelve a cero, se genera un impulso de activación. Mediante
un filtro o un bucle de retroalimentación dedicado, los impulsos de
activación se convierten en una señal de frecuencia, es decir, los
propios impulsos se utilizan como la referencia de frecuencia. Una
referencia de frecuencia de este tipo es estable dado que la señal
celular no está sujeta al fenómeno de desplazamiento de frecuencia
que afecta a las transmisiones GPS vía satélite (dado que las
estaciones base celulares son estacionarias y el movimiento de un
receptor GPS terrestre respecto a una estación base celular es
despreciable en su desplazamiento Doppler de la señal de
comunicación celular). La frecuencia generada se utiliza entonces
para medir el error de frecuencia en el módulo GPS, por ejemplo, en
un oscilador GPS, es decir, se utiliza para medir la diferencia
entre la frecuencia generada localmente (oscilador GPS) y la
frecuencia construida (basada en datos).
La figura 2 es un diagrama de flujos que muestra
las etapas para sincronizar el módulo GPS de la figura 1 con una
referencia de frecuencia derivada de una señal de comunicación
celular.
Una forma de utilizar los impulsos para medir el
error del oscilador local es utilizar el impulso de origen celular
en el control de paso de los impulsos del oscilador local. Si el
oscilador local está funcionando a la frecuencia deseada, entonces
se contabilizará/medirá un número de impulsos correspondiente
durante un periodo de control de paso, siendo un periodo de control
de paso el tiempo entre dos impulsos celulares consecutivos. Si el
oscilador local no está funcionando a la frecuencia deseada,
entonces el número correspondiente de impulsos no se contabilizaría
durante un periodo de control de paso, y, en su lugar, se
contabilizaría un número diferente, de modo que existe un error
conocido en términos de una diferencia entre el número contabilizado
y el número que debería haberse contabilizado. Este control de
paso/conteo puede repetirse y filtrarse para obtener un resultado
más fiable.
Otra forma ligeramente más compleja, pero en
algunas aplicaciones más ventajosa, de utilizar los impulsos para
medir el error del oscilador local es generar primero una referencia
de frecuencia más fiable filtrando los impulsos de origen celular
y, después, utilizando la frecuencia filtrada para el control de
paso. El filtrado reducirá el ruido y la fluctuación de la señal de
activación, proporcionando resultados más precisos.
El uso de un contador de tramas, que tendría que
proporcionarse como equipo adicional, es sólo una forma de
implementar la presente invención y es la realización preferida en
algunas aplicaciones, aplicaciones en las que tener una referencia
de frecuencia más baja resulta ventajoso. En el caso de la
comunicación celular GSM, puede utilizarse un contador de tramas
para generar una referencia de frecuencia de 216,28 Hz. También es
posible generar impulsos de activación a la velocidad de los
intervalos de tiempo (siendo ésta ocho intervalos de tiempo por
trama) utilizando un contador de intervalos de tiempo, que produce
una frecuencia de referencia alta; el uso de la velocidad de
intervalos de tiempo daría una referencia de frecuencia de 1733,4
Hz. Es posible generar una referencia de frecuencia aún más alta;
utilizando la velocidad de transferencia de bits de 156,25 bits por
intervalo de tiempo proporcionaría una referencia de frecuencia de
270844,17 Hz (es decir, utilizando un contador de bits de datos, en
lugar del contador de tramas, proporcionaría, en el caso de una
señal de comunicación celular GSM, una referencia de frecuencia de
270844,17 Hz). En otros sistemas celulares aparte del GSM, las
velocidades de transferencia de datos y las estructuras de datos
son, por supuesto, diferentes y la invención no está concebida para
estar restringida a la comunicación celular GSM.
Para implementar la invención, un receptor
GPS/telefónico celular típico tendría que modificarse para incluir
hardware que proporcione el impulso de activación y software para
proporcionar la generación de frecuencias.
Claims (11)
1. Un procedimiento que comprende:
un módulo celular (11) que responde a una señal
de comunicación celular proporcionando un impulso de activación
derivado del componente de datos de la señal de comunicación celular
y que dirige el impulso de activación a lo largo de una trayectoria
de hardware especial que se extiende desde el módulo celular a un
módulo de usuario (12), en el que la trayectoria de hardware
especial conduce el impulso de activación de tal modo que el
impulso de activación se proporciona al módulo de usuario
sustancialmente sin ningún retardo aleatorio significativo; y
en el que el módulo de usuario incluye un módulo
de generación de frecuencias que proporciona una referencia de
frecuencia estable basándose en al menos dos impulsos de activación
basados en un contador de tramas de datos celular o contador de
intervalos de tiempo o contador de bits de datos.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente identificar cada nueva trama en la
señal de comunicación celular y en el que el impulso de activación
se proporciona cada vez que se identifica una nueva trama.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente identificar cada nuevo intervalo de
tiempo en la señal de comunicación celular y en el que el impulso de
activación se proporciona cada vez que se identifica un nuevo
intervalo de tiempo.
4. Un procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente el paso de identificar cada nuevo bit
de datos en la señal de comunicación digital y en el que el impulso
de activación se proporciona cada vez que se identifica un nuevo
bit de datos.
5. Un procedimiento según cualquier
reivindicación precedente, que comprende además que el módulo de
usuario responda a una señal de navegación vía satélite del sistema
de posicionamiento global (GPS) y que responda a la referencia de
frecuencia estable usando la referencia de frecuencia estable para
estabilizar el funcionamiento de un reloj local.
6. Un aparato que comprende
un módulo celular (11) que responde a una señal
de comunicación celular para proporcionar un impulso de activación
derivado del componente de datos de la señal de comunicación
celular;
un módulo de usuario (12), que incluye un módulo
de generación de frecuencia que proporciona una referencia de
frecuencia estable basada en al menos dos impulsos de activación
basados en un contador de frecuencia celular o contador de
intervalos de tiempo o un contador de bits; y
una trayectoria de hardware especial, que
conduce el impulso de activación desde el módulo celular al módulo
de usuario de tal modo que el impulso de activación se proporciona
sin ningún retardo aleatorio significativo.
7. Un aparato según la reivindicación 6, que
comprende un contador de tramas y en el que el impulso de activación
se proporciona cada vez que el contador de tramas indica una nueva
trama.
8. Un aparato según la reivindicación 6, que
comprende además un contador de intervalos de tiempo y en el que el
impulso de activación se proporciona cada vez que el contador de
intervalos de tiempo indica un nuevo intervalo de tiempo.
9. Un aparato según la reivindicación 6, que
comprende además un contador de bits de datos y en el que el
impulso de activación se proporciona cada vez que el contador de
bits de datos indica un nuevo bit de datos.
10. Un aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 9, en el que el aparato es un receptor del
sistema de posicionamiento global (GPS), que comprende un módulo
GPS (12) que incluye un módulo de generación de frecuencias,
incluyendo también el módulo GPS un oscilador local, respondiendo el
módulo GPS a una referencia de frecuencia estable y respondiendo
además a una señal de navegación vía satélite GPS.
11. Un sistema que comprende un aparato según
cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 y una estación (17) base
celular para proporcionar una señal de comunicación celular para
comunicar con el módulo celular.
Applications Claiming Priority (2)
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