ES2321723T3 - Deteccion y disminucion de las señales de interferencia periodicas en receptos gps y metos para el mismo. - Google Patents
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Abstract
Un método en un dispositivo portátil de comunicaciones (100) que aloja un transmisor de radio frecuencia y un receptor del sistema de posicionamiento por satélite (110, 400), incluyendo el método: producir una señal de interferencia con el transmisor de radio frecuencia; detectar (210) la presencia de la señal de interferencia (307, 308, 309) en el receptor del sistema de posicionamiento por satélite después de que la señal de interferencia entra en el receptor del sistema de posicionamiento por satélite; teniendo la señal de interferencia una configuración que es conocida antes de la detección; reducir (230) la señal de interferencia suprimiendo el receptor del sistema de posicionamiento por satélite con una señal de supresión (342, 344, 346) que tiene una configuración similar a la señal de interferencia sincronizada con la señal de interferencia.
Description
Detección y disminución de las señales de
interferencia periódicas en receptores GPS y métodos para el
mismo.
La presente descripción se refiere en general a
comunicaciones inalámbricas, y más en concreto a dispositivos de
comunicaciones inalámbricas habilitadas para el sistema de
posicionamiento por satélite, por ejemplo, teléfonos celulares que
tienen receptores del sistema de posicionamiento global (GPS),
dispositivos y métodos para el mismo.
El sistema de posicionamiento global (GPS) es un
sistema de navegación mundial que se basa en una constelación de
satélites en órbita alrededor de la tierra, que se usan como puntos
de referencia para calcular posiciones en tierra. Los cálculos de
posicionamiento basados en GPS se basan en una "triangulación"
donde un receptor de señal GPS determina las distancias a varios
satélites en base al tiempo de recorrido de señales GPS transmitidas
desde los satélites correspondientes. Además de determinar las
distancias a los satélites, los receptores GPS también pueden
obtener información de señales GPS indicativas de posiciones de los
satélites en el espacio. Los receptores GPS también pueden corregir
el retardo de la transmisión de señales GPS a través de la atmósfera
y realizar otras funciones.
La integración de receptores GPS con teléfonos
celulares se está activando inicialmente para cumplir con el mandato
de localización de emergencia (E-911) de la Comisión
Federal para las Comunicaciones en los Estados Unidos. La tecnología
de determinación de posición basada en GPS también permitirá
aplicaciones basadas en posición y servicios de valor añadido en
teléfonos celulares y otros dispositivos de comunicaciones.
En teléfonos celulares habilitados para GPS, es
común que las señales de radio frecuencia (RF) transmitidas desde la
antena del transceptor celular acoplen con la antena GPS. Como
resultado, la energía radio del transceptor celular interfiere con
la operación del receptor GPS. Esta interferencia es agravada por la
proximidad relativamente pequeña del receptor y antena GPS al
transceptor celular y la antena en los aparatos cada vez más
pequeños preferidos por los consumidores.
Además de interferir con la recepción y
decodificación de señales GPS mientras el transceptor celular está
transmitiendo, la operación del receptor GPS también puede ser
perturbada mientras el transceptor celular está en estado inactivo o
de recepción. Se utiliza típicamente un circuito de control
automático de ganancia (AGC) para regular la ganancia de la señal
recibida por antenas GPS a niveles de potencia adecuados para
procesado por el receptor GPS. Sin embargo, el acoplamiento de
energía RF de la antena celular a la antena GPS aumenta generalmente
la resistencia de la señal aplicada a la entrada del receptor GPS.
En respuesta, el circuito AGC tiende a reducir la ganancia de la
señal GPS aplicada al receptor GPS. Cuando el transceptor celular
pasa del estado de transmisión al estado inactivo o de recepción, la
ganancia aplicada por el módulo AGC a la señal en el receptor GPS
puede ser demasiado baja. El módulo AGC debe aumentar posteriormente
la ganancia aplicada en respuesta al nivel inferior de potencia,
pero la latencia asociada con el control de la ganancia de la señal
GPS tiene un efecto adverso en el procesado de la señal GPS.
Todos los esquemas conocidos de la técnica
anterior para suprimir señales GPS durante la operación o
transmisión de radio señales del transceptor se basan en enviar una
señal de supresión al receptor GPS al detectar la presencia de una
señal de interferencia fuera del receptor GPS, antes de que la
interferencia entre en el receptor. La Patente de Estados Unidos
número 6.107.960 titulada "Reducción de la interferencia cruzada
en un sistema combinado de receptor GPS y comunicación" describe,
por ejemplo, controlar un receptor GPS basado en la potencia de un
amplificador de potencia de comunicaciones por radio. En particular,
la Patente de Estados Unidos número 6.107.960 describe activar o
desactivar el receptor GPS de extremo delantero y el procesado de
señales GPS en base a una señal de control de nivel de potencia
aplicada al amplificador de potencia de comunicaciones por radio.
Alternativamente, la Patente de Estados Unidos número 6.107.960
describe detener el procesado de señales GPS cuando la señal de
control de nivel de potencia es alta.
La Patente de Estados Unidos número 6.442.375
titulada "Sistemas y métodos para mantener la operación de un
receptor situado conjuntamente con un transmisor y susceptible de
interferencia por sensibilización del receptor" describe la
desensibilización del receptor GPS a los efectos de las
transmisiones de señal TDMA. Durante las transmisiones de
comunicación, un módulo de control automático de ganancia (AGC)
mantiene, es decir, evita la reducción de, la ganancia aplicada a
señales GPS en respuesta a una señal lógica de control AGC o en
respuesta a una señal del programa del protocolo de comunicaciones
durante intervalos de transmisión TDMA. Durante los modos inactivos
y receptor, el módulo AGC reanuda el control de la ganancia de señal
GPS. Este esquema elimina simplemente la latencia asociada con el
control cíclico de la ganancia de señal GPS explicado anteriormente,
pero no evita la interferencia de la señal GPS. La Patente de
Estados Unidos número 6.442.375 también describe aislar el receptor
GPS de la antena GPS con control lógico de conmutación RF o con un
programa de protocolo de comunicaciones durante los intervalos de
transmisión.
La Patente de Estados Unidos número 6.448.925
titulada "Detección y supresión de interferencia para receptores
GPS" describe apagar un receptor GPS en presencia de
interferencia, que es detectada por incrementos en la salida de
correlacionadores encadenados, o por la presencia de deriva de reloj
en ausencia de cambios de temperatura, o por repentinos cambios en
la relación de señal a ruido (S/N) de la señal GPS recibida. La
Patente de Estados Unidos número 6.448.925 se basa en métodos de
estimación en lugar de la determinación de posición GPS en presencia
de interferencia.
En una publicación del IEEE Position, Location
and Navigation Symposium de 1978 titulada "GPSPAC: A Spaceborne
GPS Navigation Set" Eric Hoffman describió un método de suprimir
la entrada de un receptor GPS con un pulso de supresión externo para
permitir la operación GPS en presencia de emisores radioaltimétricos
de alta potencia a bordo.
La Patente de Estados Unidos número 5.301.368
describe un sistema de control de operación incluyendo una unidad
receptora GPS incluyendo un circuito receptor de señal GPS y una
unidad de radio teléfono. La unidad de radio teléfono incluye un
circuito transmisor que transmite una señal de canal de llamada
mientras la unidad de radio teléfono está en un modo
ON-CALL y una señal de canal de control durante un
modo OFF-CALL. El sistema está diseñado para hacer
operativo el circuito transmisor e inoperativo el circuito receptor
de señal GPS durante el modo ON-CALL. El sistema
también permite operaciones alternativas del circuito transmisor y
el circuito receptor de señal GPS durante el modo
OFF-CALL.
La Patente de Estados Unidos número 6.448.925
describe detectar señales de interferencia en un receptor GPS
supervisando la salida del correlacionador, la deriva del reloj, o
cambios repentinos en la relación de señal a ruido. En presencia de
una señal de interferencia, la disposición descrita en esta patente
apaga el receptor GPS, suprime las lecturas GPS, o notifica al
usuario que la determinación de posición GPS puede ser inexacta.
La Patente de Estados Unidos número 5 822 429
describe un aparato de interferencia selectivo que usa una clave de
encriptado para producir interferencias en receptores GPS no
autorizados. Los usuarios que tienen acceso a las claves de
encriptado son capaces de suprimir la señal de interferencia.
Los varios aspectos, características y ventajas
de la descripción serán más plenamente evidentes a los expertos en
la técnica después de la atenta consideración de su descripción
detallada siguiente con los dibujos acompañantes descritos a
continuación.
La figura 1 es un receptor ejemplar susceptible
de interferencia de un transmisor situado conjuntamente.
La figura 2 es un diagrama de proceso
generalizado para eliminar una señal de interferencia.
La figura 3 es un proceso esquemático para
detectar y suprimir una señal de interferencia.
La figura 4 es un diagrama esquemático de
bloques de un receptor GPS ejemplar.
La figura 5 ilustra la puesta en memoria
intermedia de muestras de señal I/Q en la salida del correlacionador
GPS.
La figura 6 ilustra señales TDMA relativas a una
ventana de observación de una memoria intermedia de captura de
receptor.
La figura 7 ilustra un gráfico de la magnitud de
datos de captura con relación a una ventana de observación.
La figura 8 ilustra ventanas secuenciales de
captura de datos y procesado asociado con captura de datos.
La figura 9 es un diagrama esquemático de
bloques de un receptor GPS alternativo.
La figura 10 es un diagrama de bloques parcial
esquemático de un generador ejemplar de señal de supresión.
La figura 11 es otro diagrama esquemático de
bloques parcial de un generador ejemplar de señal de supresión.
La figura 12 es otro diagrama esquemático de
bloques parcial de un generador ejemplar de señal de supresión.
La figura 1 ilustra un dispositivo móvil
ejemplar de comunicaciones inalámbricas 100 incluyendo un receptor
del sistema de posicionamiento por satélite (SPS), por ejemplo, un
receptor del sistema de posicionamiento global (GPS) 110 y un
transmisor de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) 120, que
es parte de un transceptor celular inalámbrico en la realización
ejemplar. En otras realizaciones, el receptor y transmisor SPS son
parte de algún otro dispositivo móvil de comunicaciones, por
ejemplo, un ordenador personal, un asistente digital personal (PDA),
un buscapersonas, dispositivo de acceso a Internet/intranet, un
organizador personal, receptores de mano, entre otros dispositivos
de comunicaciones. En otras realizaciones, el receptor y transmisor
SPS son parte de un dispositivo fijo de comunicaciones, por ejemplo,
un transmisor fijo de estación base.
Generalmente, el receptor SPS es susceptible de
interferencia del transmisor durante la transmisión. En la figura 1,
el transmisor TDMA ejemplar transmite paquetes de datos en
configuración de ráfagas 124, que interfiere con la recepción en el
receptor GPS. Más generalmente, el receptor susceptible de la
interferencia es un receptor distinto del receptor SPS ejemplar, y
el transmisor que crea la interferencia es un transmisor distinto
del transmisor celular ejemplar de comunicaciones.
Dado que los dispositivos móviles de
comunicaciones inalámbricas son relativamente pequeños, y la
tendencia es hacia dispositivos cada vez más pequeños, hay una mayor
probabilidad de interferencia entre transmisor y receptor. En la
figura 1, por ejemplo, la separación espacial entre la antena GPS
112 y la antena del transceptor celular 122 es mínima, lo que crea
un entorno para acoplamiento de radio frecuencia (RF) de la antena
del transceptor celular 122 a la antena GPS 112. La figura 1 ilustra
acoplamiento de antena en 126. La interferencia también puede surgir
de acoplamiento entre circuitos entre un circuito transmisor y
receptor. La figura 1 ilustra el acoplamiento entre circuitos en
128. El acoplamiento es especialmente problemático en las
realizaciones donde los circuitos están situados conjuntamente o
comparten porciones de su montaje mecánico con el fin de reducir el
uso del espacio o de reducir el costo.
La interferencia del transmisor en el receptor
puede ser especialmente aguda donde el receptor recibe señales
relativamente débiles en comparación con las transmitidas por el
transmisor. En la figura 1, el receptor GPS 110 recibe señales de
satélite 101, 102, 103... De satélites correspondientes SV1, SV2,
SV3 .... Las señales de satélite son típicamente muy débiles, de las
que las más fuertes están a o por debajo de -130 dBm. Más
típicamente, el bloqueo medioambiental de señales de satélite, por
ejemplo, las obstrucciones por follaje pesado o de edificios, puede
reducir aún más la intensidad de señal recibida del satélite.
Actualmente cabe esperar que algunos receptores de satélite reciban
señales de sólo -150 dBM a -160 dBm. Recibir una señal GPS tan débil
es difícil sin la presencia de interferencia, pero es imposible
cuando hay una fuerte señal interferente fuera de banda, o
interferencia. Un transmisor GSM en un teléfono celular de mano
puede emitir hasta +23 dBm de energía de señal en la banda deseada
(800, 900, 1800, o 1900 MHz) al comunicar voz digital e información
de datos a una infraestructura celular.
Cuando se coloca un receptor sensible en la
misma placa de circuitos que un transmisor de alta potencia, es muy
difícil crear en la tarjeta de circuitos un aislamiento entre
circuitos suficiente para evitar que el transmisor interfiera con el
receptor, en particular cuando el receptor debe trabajar
simultáneamente en un rango de señal muy inferior. Así, incluso con
perfecta filtración en la antena del receptor, un escape entre
circuitos a bordo del recorrido de energía del transmisor puede
afectar adversamente a la entrada del receptor.
Aunque el receptor y el transmisor GPS
ejemplares están integrados en un aparato de comunicaciones
inalámbricas en la figura 1, en otras realizaciones más generalmente
el transmisor y receptor susceptibles de la interferencia pueden ser
dispositivos discretos. Así, en otras realizaciones, las señales de
interferencia se pueden originar en una fuente que está en una
posición más alejada del receptor que en la realización ejemplar de
la figura 1 donde el receptor GPS 110 y el transmisor celular 120
están situados conjuntamente.
En una realización ejemplar, un transmisor TDMA
envía una ráfaga de datos durante un intervalo de tiempo de duración
igual a 15/26 de 1 milisegundo (ms), el tiempo de "encendido".
El tiempo de "apagado" es aproximadamente 4,615 ms. En esta
aplicación ejemplar, hay ocho (8) intervalos de tiempo por trama
TDMA y el aparato solamente transmite durante una de estas tramas.
Por lo tanto, el transmisor es activado solamente 12,5% del tiempo
como se ilustra en la figura 1 donde los paquetes de datos
individuales separados en el tiempo son enviados a la
infraestructura. Consiguientemente, es posible inactivar el receptor
GPS durante el 12,5% del tiempo que el transmisor es activo, dejando
87,5% del tiempo para que el receptor GPS sea activo. En la
aplicación ejemplar, los períodos de "apagado" GPS son muy
cortos, menos de un período de código GPS (977,5 microsegundos) y
solamente aproximadamente 1/20 de la duración de un bit de datos
GPS. La pérdida de sensibilidad efectiva es un factor de 0,875 o
-0,58 dB, que se puede superar por integración durante un período de
tiempo ligeramente más largo que el requerido para detectar señales
GPS cuando no hay señal de interferencia.
La interferencia puede afectar al receptor de
varias formas. En la aplicación de receptor GPS ejemplar, el
amplificador de bajo ruido (LNA) del receptor puede saturarse bajo
la influencia de la señal de interferencia. Se puede producir
saturación LNA incluso en presencia de filtros en línea, tal como un
filtro de paso de banda de cerámica, que dejan pasar selectivamente
algunas señales con poca atenuación y que atenúan otras señales a
frecuencias diferentes, por ejemplo, frecuencias distintas de la
frecuencia GPS central. Los filtros en línea protegen generalmente
el extremo delantero del receptor contra la sobrecarga a condición
de que la potencia indeseada de la señal produzca un voltaje de
señal que sea menor que el punto de saturación del amplificador
después de la atenuación y amplificación del ruido. Además de
interferir con la recepción y decodificación de las señales
recibidas mientras el transceptor celular está transmitiendo, la
operación del receptor también puede ser perturbada mientras el
transceptor celular está en estado inactivo o de recepción cuando la
ganancia del receptor se ajusta después de la transición. No se ha
previsto que los ejemplos anteriores, algunos de los cuales se
explican en los antecedentes de la invención, sean exhaustivos.
En el proceso ejemplar 200 de la figura 2, la
señal de interferencia es detectada en el bloque 210. En una
realización, la señal de interferencia es detectada por observación
dentro del receptor afectado por la interferencia o señal de
interferencia, y más en concreto detectando la presencia de una
señal de interferencia en el receptor después de que la señal de
interferencia entra en el receptor, más bien que supervisando la
fuente de la señal de interferencia. En realizaciones de la
descripción donde la señal de interferencia es detectada dentro del
receptor, no se precisa circuitería externa para detectar y suprimir
el receptor, dado que el receptor autodetecta la presencia de
posible interferencia y autoelimina la interferencia. Así no se
precisan entradas adicionales al receptor, por ejemplo, donde un
receptor GPS está incrustado en un paquete de batería de teléfono
celular o en un accesorio. Alternativamente, en otras realizaciones,
la señal de interferencia es detectada fuera del receptor afectado
por la señal de interferencia, por ejemplo, detectando la señal de
interferencia en su fuente.
En una realización, la configuración de la señal
de interferencia es detectada en una salida del correlacionador del
receptor GPS, aunque más generalmente la configuración de la señal
de interferencia puede ser detectada en otro lugar en el receptor,
que no sea necesariamente un receptor GPS o SPS. La figura 3 ilustra
una señal TDMA ejemplar 300 con ráfagas de datos 302, 304, 306...
que interfieren con un receptor que tiene un correlacionador. La
figura 3 también ilustra una salida del correlacionador que tiene
características de señal correspondientes 312, 314, 316 ... que
corresponden en el tiempo a las ráfagas de señal de
interferencia.
Generalmente, la señal de interferencia es
eliminada o al menos reducida suprimiendo el receptor con una señal
de supresión sincronizada con la señal de interferencia. Muchas
señales de interferencia son transmitidas con configuraciones
repetidas o predecibles, por ejemplo, es sabido que los protocolos
TDMA por aire poseen intervalos específicos de repetición de pulsos
(PRI) y duraciones de anchura de los pulsos (PWD) basados en la
norma concreta que cumpla, por ejemplo, GSM transmite paquetes de
datos que tienen una duración de pulso de 477 microsegundos cada
4,615 ms. Así, una señal de interferencia que tiene una
configuración repetida o predecible, puede ser suprimida con una
señal de supresión sincronizada que tenga una característica
similar. En la figura 3, una característica de la señal de
interferencia en la salida del correlacionador, por ejemplo, su PRI
y/o PWD, es detectada en el bloque 320.
En la figura 2, en el bloque 220, se genera una
señal de supresión, que tiene una característica sustancialmente
similar a la señal de interferencia detectada, en base a la
configuración de la señal de interferencia. La señal de supresión
también se sincroniza con la señal de interferencia. En la figura 2,
en el bloque 230, la señal de supresión se usa para quitar o
eliminar la señal de interferencia en el receptor. En la figura 3,
en el bloque 330, se genera una señal de supresión síncrona que
tiene sustancialmente la misma característica que la señal de
interferencia. Los pulsos de señal de supresión ejemplar 342, 344,
346 ... tienen una duración de anchura de pulso ligeramente mayor
que los pulsos de señal de interferencia correspondientes 307, 308,
309 ..., que aseguran la supresión completa de las señales de
interferencia. En algunas realizaciones la amplitud de los pulsos
de señal de supresión también puede ser mayor que la de los pulsos
de señal de interferencia.
En algunas realizaciones, el control automático
de ganancia (AGC) del receptor se mantiene durante la supresión, en
vez de intentar compensar el AGC, evitando así problemas conocidos
en la técnica. En las aplicaciones de supresión de receptor GPS
ejemplar, el uno o más correlacionadores del receptor GPS se
congelan o suspenden durante la supresión, o las salidas del
correlacionador se ponen a cero durante la supresión, o
alternativamente las salidas del correlacionador pueden ser
ignoradas durante la supresión.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un
receptor ejemplar GPS 400 capaz de autodetección y eliminación de
señales de interferencia periódicas de un transmisor próximo. El
receptor tiene uno o más canales superiores 410 para procesado de
señal tradicional en señales recibidas incluyendo desdispersión 412,
generador Doppler 414, integración coherente 416 durante entre
1-20 ms, demodulación de datos 418, detección I y Q
420, y en algunas realizaciones filtración adicional tal como
integración no coherente 422 donde la salida final 424 se usa para
medir uno o más pseudorangos. El receptor GPS de la figura 4 es
solamente ejemplar, y no se ha previsto limitar la invención. En
otras realizaciones, el receptor puede tener otras formas, por
ejemplo, puede ser un tipo diferente de receptor o puede ser un
receptor GPS o SPS que tenga una arquitectura diferente.
En la figura 4, en una realización, un
interruptor 426 está situado en el recorrido de datos en algún lugar
entre el convertidor A/D 428 y el integrador coherente 416 para
poder eliminar los datos de suma del integrador 416 dejando el
convertidor A/D que coincide en el tiempo a un transmisor TDMA local
activo, que produce la señal de interferencia ejemplar. En la
realización ejemplar, el interruptor 426 está situado entre el
generador Doppler 414 y el integrador 416, pero en otras
realizaciones el interruptor podría estar situado en otro lugar. En
una realización se modifican uno o más recorridos de datos de señal
como se ilustra en el recorrido de señal inferior 430. El recorrido
de señal inferior contiene todos los elementos del recorrido de
datos superior, pero añade un detector de intervalo de repetición de
pulsos 432 y un generador de pulsos de supresión 434.
En la figura 4, la salida 435 del generador de
pulsos de supresión 434 se usa para controlar el interruptor 426
entre un estado abierto y cerrado. El interruptor también controla
el control automático de ganancia (AGC) 436. El AGC interpreta la
señal de salida del generador de configuración de supresión 435 de
modo que el estado del AGC se mantenga constante (mantenido) durante
períodos de supresión activos. Sin embargo, el AGC se puede adaptar
normalmente cuando la señal de salida del generador de configuración
de supresión 435 es inactiva.
En una realización, el recorrido inferior 430
detecta la presencia de la energía de interferencia por observación
de la salida del correlacionador coherente 438 en algún intervalo
periódico, por ejemplo, a intervalos de 1 ms. Si el transmisor
próximo es un transmisor GSM, entonces los pulsos TDMA se producen
durante una duración de pulso de 477 microsegundos cada 4,615 ms. El
PRI y PWD de la señal de interferencia es generalmente asíncrono con
relación al período de 1 ms para procesar la señal GPS, y así el
pulso de supresión 435 debe ser sincronizado con la señal de
interferencia TDMA.
Los receptores GPS usan típicamente señales de
temporización internas para procesar las señales GPS recibidas, que
son periódicas. Por ejemplo, la porción de espectro de difusión de
la señal se repite a intervalos de 1 ms, de modo que se requiere que
un integrador coherente sume durante al menos 1 ms para detección
apropiada de señales. El contenido de bits de datos de navegación en
la secuencia de mensajes transmitidos por satélite es transmitido a
una tasa de 50 bits por segundo, de modo que también es deseable
tener generadores de temporización internos dentro del receptor GPS
durante períodos de tiempo de procesado de 20 ms correspondientes a
cada bit de datos. Se usa típicamente un período de tiempo asociado
con un número entero concreto de bits de datos para generar señales
de temporización internas, tal como eventos de temporización
periódicos de 100 ms y 1 segundo sincronizados al proceso de
recepción GPS. Así, hay señales de temporización internas dentro de
un receptor GPS que se producen a tasas de 1 ms, 20 ms, 100 ms, y 1
segundo que podrían existir como señales de hardware físico
(interrupción) o basarse en acumular un cierto número de las señales
de tasa más rápida en un proceso de software. Estas señales de
temporización internas son las que se usan para medir la
temporización de los pulsos de energía TDMA con relación a las
señales de temporización GPS internas de modo que el generador de
pulsos de supresión se pueda poner a la temporización apropiada para
eliminar la señal TDMA del recorrido de señal principal. Otros
receptores pueden tener otras señales de temporización que se pueden
usar para esta finalidad. De otro modo puede ser necesario generar
señales de temporización.
En la realización ejemplar, la energía de señal
de interferencia, que es interferencia fuera de banda en la
aplicación ejemplar, produce un aumento en el suelo de ruido, que es
mensurable en la salida del filtro de vaciado e integrado GPS
coherente. En una realización, el generador de código PN se apaga
para mejorar la medición de ruido.
La figura 5 ilustra la recogida de muestras de
señal I/Q en la salida del integrador GPS coherente 500 en una
memoria intermedia 510. En la figura 6, las muestras de señal I/Q
son recogidas a una tasa de 1 ms, durante un período de 100 ms (o el
período del período de intervalo de medición GPS). La primera
muestra capturada es síncrona con un intervalo periódico de medición
GPS o con una señal de temporización GPS interna, tal como una
interrupción de 100 ms u otro evento de intervalo de medición GPS.
Todas las mediciones de temporización internas a GPS son realizadas
con relación al punto de intervalo de medición. En otras
realizaciones, se puede usar alternativamente otros períodos de
tiempo. Las muestras I y Q en la memoria intermedia contienen un
registro de temporización de la salida del integrador coherente de 1
ms 500.
En la figura 7 se calcula la magnitud de todas
las muestras de señal. Entonces se examina en las muestras de
magnitud elevaciones periódicas de la magnitud que sean síncronas
con la configuración de pulsos TDMA conocida a priori, que se
ilustra en la figura 6. En la figura 7, las características de señal
dT1, dT2, dT3 se miden y comparan con la configuración de pulsos
conocida. En la aplicación GSM ejemplar hay aproximadamente 21
pulsos en una muestra de 100 ms. Dado que el período de muestreo es
1 ms, habrá algunas muestras que contengan completamente una ráfaga
de energía TDMA. Otros pulsos solaparán dos períodos de muestreo de
1 ms, distribuyendo su energía según el solapamiento.
En una realización se evalúa la magnitud y el
grado de solapamiento de todos los pulsos TDMA, para medir un
retardo de tiempo dT1 dado los dT2 y dT3 conocidos de GSM. Se
calcula una medición exacta de dT1 con una exactitud y resolución
inferior al tiempo de muestra de 1 ms. Se selecciona un tiempo
futuro de medición GPS de 100 ms, por ejemplo, el tiempo K+2 en la
figura 8. El retardo de tiempo del borde ascendente de la primera
ráfaga TDMA después del tiempo de medición GPS de K+2100 ms se
denomina dT4 y ahora puede ser calculado en base al dT1 medido
durante el intervalo K-ésimo, la tasa conocida de repetición de
pulsos dT2, y el intervalo de tiempo conocido entre los intervalos
de tiempo de medición K-ésimo y K+2º (200 ms en este ejemplo).
Específicamente, con intervalos de tiempo de medición de 100 ms y
separando 200 ms el evento de captura (801 en la figura 8) y el
evento de predicción (805). La relación dT1 + N * dT2 >= 200 ms
proporciona un método para calcular el número entero de pulsos dT2
contenidos en los períodos K-ésimo y K+1º de 100 ms. Entonces se
calcula N por N = entero ((200 ms-dT1)/dT2). La
cantidad dT4 puede ser calculada como dT4 = dT1 + N *
dT2-200 ms, que representa el retardo de tiempo
desde el inicio del tiempo de medición K+2º a la llegada del primer
pulso TDMA después del tiempo de medición K+2º. Se puede usar un
modulador de anchura de pulso como el generador de configuración de
supresión y preestablecer para inicio en el tiempo de medición GPS
futuro K+2 de 100 ms. El modulador de anchura de pulso tiene un
retardo de tiempo inicial dT4, que corresponde al retardo de tiempo
del primer pulso TDMA a generar por el transmisor después del tiempo
de medición K+2 previsto, y entonces empieza una configuración de
pulsos que tiene una duración dT3 y tasa de repetición dT2. Esto
preestablece efectivamente una señal de supresión que asocia las
ráfagas TDMA futuras esperadas, y la configuración de pulsos
continúa ejecutándose y permaneciendo síncrona con las ráfagas TDMA
durante muchos segundos.
El suelo de ruido de la señal queda generalmente
afectado con cada pulso de transmisor TDMA que entra en el receptor,
de modo que los picos individuales en el suelo de ruido corresponden
a la energía TDMA, y se puede medir la temporización relativa de los
picos. La figura 7 ilustra dos señales de temporización GPS internas
adyacentes de 100 ms 710 y 720, que abarcan un período de
observación de señal de 100 ms 730. En la figura 4, la magnitud de
la salida del integrador coherente 438 se observa a pasos de 1 ms
durante el período de 100 ms, correspondiente al período 730 en la
figura 7. El integrador 438 crea cien mediciones de señales en fase
y cuadratura para las que se pueden crear y almacenar cien señales
de magnitud en la memoria intermedia 440 con relación a las señales
de inicio y parada, por ejemplo, la señal de inicio 710 y la señal
de parada 720 en la figura 7. En la figura 4, el detector de
repetición de pulsos 432 observa la salida de la memoria intermedia
de captura de 100 ms de duración y mide el PRI de la señal de
interferencia TDMA midiendo el período dT2 y un retardo de tiempo
dT1 que representa el retardo de tiempo desde el inicio del registro
al primer pulso del registro. El período dT2 y un retardo de tiempo
dT1 se ilustran en la figura 7.
Hay múltiples pulsos en el registro de 100 ms en
que todos los retardos de tiempo de pulso a pulso pueden ser
promediados para acumular mediciones de PRI para el transmisor TDMA.
Si el PRI de la señal detectada corresponde al PRI del transmisor
TDMA situado conjuntamente así como la anchura de pulso dT3,
entonces es probable que la configuración de pulsos detectada sea
del transmisor TDMA y continuará en el futuro durante un período de
tiempo. Así, es posible, usando mediciones dT1 y dT2, así como el
conocido PRI del transmisor, programar un generador de pulsos de
supresión, por ejemplo, el generador 434 en la figura 4, para
generar pulsos de supresión en el futuro que abarcarán
sustancialmente los pulsos de energía TDMA que entren en el receptor
y eliminar los pulsos de interferencia del recorrido de procesado de
señal preferido.
En la realización alternativa de la figura 9,
los recorridos de señal superior e inferior de la figura 2 se
combinan en un solo recorrido, que proporciona una capacidad bimodo
de modos de detección de señales TDMA y eliminación de pulsos. Esta
arquitectura se basa en un procesador más rápido que el tiempo real
que comparte en el tiempo múltiples satélites en el mismo bloque de
hardware. En la figura 9, se usa al menos un canal de procesado de
señal GPS en unión con un microprocesador de control 910 y un
generador de pulsos de supresión 912. Como antes de, la salida del
generador de pulsos de supresión 912 controla un interruptor 914 y
un AGC 916 entre estados activo e inactivo. Para el caso de
múltiples canales de procesado de señal, cada canal de procesado de
señal puede ser usado como un detector de señal de interferencia
apagando el generador PN correspondiente 918 mientras el
interruptor 914 está cerrado. En este modo, la salida de las sumas
del integrador coherente 920 se guardan en una memoria intermedia
FIFO de captura I, Q 922. Como se ha explicado anteriormente, la
primera muestra en la memoria intermedia FIFO corresponde en el
tiempo a una señal de temporización GPS, tal como el inicio de un
evento de 100 ms que se sincroniza con el tiempo de procesado de
señal GPS. Cada entrada posterior en la memoria intermedia de
captura corresponde en el tiempo al número de entrada por un ms más
el tiempo de la primera entrada. Cuando la memoria intermedia FIFO
está llena, lo que se le puede comunicar al microprocesador 910 por
un cierto evento de interrupción de 100 ms, el microprocesador 910
extrae el contenido de la memoria intermedia FIFO y lo examina para
detección de uno o más posibles pulsos periódicos del transmisor
TDMA, como se ha explicado anteriormente. En este caso, un algoritmo
de software hace la detección de magnitud de cada uno de los pares
I, Q, calcula un suelo de ruido, y mide incrementos sustanciales en
el suelo de ruido que corresponden a las características PDI/PWD del
transmisor. Los eventos de captura almacenados en la memoria
intermedia FIFO son almacenados con relación al tiempo de procesado
de señal GPS, el microprocesador, que también actúa como el
controlador de receptor GPS, calcula los retardos de tiempo dT1,
dT2, y dT3 representados en la figura 7, calcula los controles para
el generador de configuración de supresión 912 para poner la señal
de supresión a tiempo para que corresponda a futura energía TDMA,
eliminándola así del recorrido de datos de procesado de señal GPS
para procesado futuro.
La figura 8 ilustra cómo se usan tres intervalos
sucesivos de tiempo GPS de 100 ms 801, 803, 805 en un
microprocesador de tiempo real interrumpido para recoger muestras I
y Q de datos 100 en un tampón, por ejemplo la memoria intermedia
FIFO 922 en la figura 9. Una vez recogidos durante el intervalo 801,
el microprocesador es interrumpido al inicio del intervalo 803 para
procesar el contenido de la memoria intermedia de captura. El
microprocesador determina los intervalos de tiempo dT1, dT2, dT3
durante el período siguiente 809, calcula dT4 y preestablece el
generador de pulsos de supresión con controles que le permiten
iniciar sincrónicamente con la alineación temporal apropiada al
inicio del intervalo 805. Al inicio del intervalo 805, el generador
de pulsos de supresión empieza en el bloque 810 y sigue creando
pulsos de supresión a la tasa PDI/PWD apropiada para eliminar la
señal TDMA de forma continua durante el intervalo 805 y todos los
intervalos en el futuro hasta que el microprocesador cambie los
controles o adquiera suficientes mediciones GPS para un cálculo de
posición. Una vez terminado el cálculo de posición, todo el receptor
GPS se apaga. Aunque el período de recogida de datos 801 y el
período de análisis de datos 803 son de 100 ms de duración en la
realización ejemplar, se puede emplear períodos más cortos y más
largos a condición de que el período de recogida de datos contenga
al menos un pulso del transmisor. Para aplicaciones GSM, el período
debe ser al menos 4,615 segundos para garantizar que se contenga al
menos un pulso de transmisor en el registro capturado.
En aplicaciones de comunicaciones celulares, el
procesador celular puede soportar la detección de señales de
interferencia. Por ejemplo, el procesador celular podría enviar un
mensaje de puerto serie a la función GPS para informar al receptor
GPS de que el transmisor está encendido o apagado. Claramente, si el
transmisor está apagado, no hay razón para que el GPS busque y
elimine la señal de interferencia periódica del recorrido de
procesado GPS porque no está presente. Así, se podría enviar un
simple mensaje de puerto serie desde el procesador del controlador
del teléfono celular para indicar estados de transmisor encendido y
apagado, tomando GPS apropiadas medidas antisupresión solamente si
el transmisor está encendido.
Otro método para que el procesador del
controlador de teléfono celular ayude al proceso de detección es
cubrir el proceso de transferencia de un ciclo de intervalos a otro.
Como se ha explicado, un teléfono celular GSM puede poner un pulso
de transmisor en uno (o más) de ocho intervalos de tiempo dedicados,
o ciclos de intervalos. Los intervalos de tiempo se numeran 1 a 8.
Una vez que un aparato es asignado a un ciclo concreto de
intervalos, permanece en dicho ciclo de intervalos la mayor parte
del tiempo. Así, el método de medir la temporización del transmisor
durante un primer intervalo y posteriormente poner un pulso de
supresión para quitar la señal de interferencia en un segundo
intervalo posterior funciona bien a condición de que la señal del
transmisor permanezca en el mismo ciclo de intervalos. Hay eventos
en el teléfono celular y la red que hacen que un aparato concreto
sea reasignado de un ciclo de intervalos a otro, por ejemplo, en
itinerancia de una región de torres de red celular a otra. Tales
eventos se producen a menudo cuando el aparato se usa en un vehículo
en movimiento. La red informa al teléfono celular que conmute a otra
torre, y al mismo tiempo tiene lugar típicamente una reasignación de
ciclos de intervalos.
La reasignación de ciclos de intervalos en
dispositivos celulares de comunicaciones puede ser afrontada
volviendo a medir periódicamente la temporización de la
interferencia TDMA, o haciendo que el procesador celular informe al
receptor GPS cada vez que tenga lugar un evento de reasignación de
ciclos de intervalos. La información de temporización relativa para
la reasignación de ciclos de intervalos sería útil para
resincronizar la señal de supresión. Por ejemplo, si el índice de
ciclo de intervalos cambia del ciclo de intervalos 2 al ciclo de
intervalos 5, entonces algún tipo de mensaje del procesador del
controlador de teléfono celular al procesador GPS indicando el
cambio y la temporización relativa permitirían al procesador GPS
reasignar el generador de pulsos de supresión para acomodar el
cambio del ciclo de intervalos sin tener que volver a medir la
temporización de la señal de interferencia. Un mensaje tal como
"mover 3 ciclos de intervalos de temporización en la dirección
positiva" ayudaría en gran medida al rendimiento de tal
sistema.
La mayor parte del tiempo en una llamada de voz,
un dispositivo de comunicaciones GSM opera solamente en uno de ocho
ciclos de intervalos, de modo que solamente 12,5% del tiempo de
recepción total está "cubierto" por la señal del transmisor. Un
aparato GSM también puede operar en modo de ciclos de intervalos
múltiples tal como en una llamada de datos, en la que el aparato usa
más de un ciclo de intervalos para transmitir y recibir datos de las
torres de red. En tal caso, el generador de señal de supresión
tendría que ser capaz de generar más que una señal de supresión
periódica. Una forma de resolver estos problemas es que el
procesador del controlador de teléfono celular envíe un mensaje de
un byte al procesador de control GPS. Cada bit del único byte indica
si el transmisor está activo en un ciclo concreto de intervalos,
correspondiendo cada bit al número de ciclo de intervalos. Si todos
los bits son cero, entonces esto indica que el transmisor está
apagado porque ninguno de los ocho ciclos de intervalos es utilizado
actualmente para transmitir activamente. Si uno de los ocho bits es
activo, el receptor GPS hallaría y eliminaría la señal de
interferencia del recorrido GPS, una vez hallada la señal, la
temporización asociada con los controles del generador de pulsos de
supresión están asociados con el índice de ciclos de intervalos del
bit de ciclo de intervalos activo. Si el bit de ciclo de intervalos
cambia entonces en el futuro, el GPS solamente tiene que mover la
temporización relativa del generador de pulsos de supresión de
manera que corresponda al cambio de temporización indicado por el
nuevo bit de ciclo de intervalos activo. Este método también cubre
el caso de ciclos de intervalos múltiples activos porque en todo
momento el GPS conocerá cuántos ciclos de intervalos suprimir y la
temporización relativa de uno al otro. Así, el simple mensaje de un
byte antes descrito también cubre el caso de más de un ciclo de
intervalos activo teniendo simplemente todos los bits asociados con
ciclos de intervalos activos en el estado "1". El procesador
del controlador de teléfono celular envía el byte de ciclo de
intervalos activo al receptor GPS cada vez que hay un cambio de
estado, por ejemplo, para transmisión desactivada el controlador
envía "00000000", para transmisión activada en el ciclo de
intervalos 1 el controlador envía "10000000". Cuando el ciclo
de intervalos de transmisión cambia del intervalo 1 al 5, el
controlador envía "00001000". Cuando ciclos de intervalos
múltiples están activos, por ejemplo, los intervalos 1 y 5, el
controlador envía "10001000". Para transmisión desactivada, el
controlador envía "00000000".
Las figuras 10-12 ilustran un
generador de configuración de supresión ejemplar. El período de la
forma de onda de salida del circuito de supresión puede llegar a 224
períodos del reloj de control, establecido por el contador de 24
bits 930 en la figura 10. Si el período del reloj de control es 62,5
ns, esto es igual a una forma de onda de salida que se repite
aproximadamente cada segundo. En la figura 11 se pueden definir
hasta cuatro pulsos en el período estableciendo las palabras de
control de 24 bits pulso 0 tiempo de inicio 32 a pulso 3 tiempo de
inicio 34. Los pulsos comparten un registro de anchura de pulso
programable de 24 bits 936 que define la duración de pulso. Los
"pulsos de supresión" de la señal de salida 938 es la señal que
se envía al interruptor y AGC, explicado anteriormente, e ilustrado
en las figuras 4 y 9, para evitar que la señal TDMA entre en el
correlacionador GPS y para evitar que se ajuste el AGC en base a la
señal de interferencia.
En la figura 11, el generador de pulsos de
supresión controla cuatro pulsos, cada uno de los cuales puede ser
habilitado o inhabilitado individualmente por software estableciendo
las palabras de control "pulso 0 tiempo de inicio" 32 a
"pulso 3 tiempo de inicio" 34. Cada pulso tiene un tiempo de
inicio programable de 24 bits, de modo que cada pulso pueda empezar
en cualquier lugar en el período de forma de onda. Todos los pulsos
pasan a través del circuito O 940, y por ello los pulsos se pueden
definir para solapar, o incluso iniciar al final del período de modo
que los pulsos se extiendan al período siguiente. Cualquier pulso
puede ser habilitado o inhabilitado en cualquier tiempo por control
apropiado de una señal correspondiente de "habilitación de
pulso". Un pulso puede ser movido dentro del período de forma de
onda inhabilitándolo, reprogramando su tiempo de inicio, y
habilitándolo posteriormente de nuevo.
En la figura 10, el temporizador de período 930
crea el período de forma de onda que el generador de pulsos de
supresión referencia. El temporizador de período es programado con
una "anchura de introducción" 942 y una "anchura de
período" 944. La anchura de introducción especifica una cantidad
de tiempo a esperar después de habilitar el circuito antes de
comenzar el primer período. Los registros de "anchura de
introducción" y "anchura de período" tienen 24 bits de ancho
en la realización ejemplar. El temporizador 930 empieza en 1 y
cuenta hasta que se alcanza la anchura apropiada. Cuando se alcanza
dicho recuento terminal (para la anchura de introducción o la
anchura de período), el temporizador de período se reposiciona a 1,
y comienza a contar la anchura de período de nuevo.
En la figura 12, un acumulador de error
fraccional envía pulsos ocasionales en "ajuste fraccional" de
señal 950 al temporizador de período para hacer que el temporizador
de período ajuste un error de tiempo acumulado. La "anchura de
introducción" y la "anchura de período" tienen registros de
fracción de 8 bits que el software puede definir. Estos registros
representan 256 partes del reloj de control. Al final de la anchura
de introducción, el acumulador de error se carga con la parte
fraccional de la anchura de introducción. Entonces, al final de cada
período, la parte fraccional de la anchura de período se añade al
error acumulado. Cuando la acumulación de ocho bits da lugar a una
llevada de salida, se le notifica al temporizador de período de modo
que pueda prolongar el período siguiente un ciclo de reloj completo.
Otras realizaciones pueden incluir otras arquitecturas del
generador de señal de supresión.
Aunque la presente descripción y lo que se
considera actualmente los mejores modos de las invenciones se han
descrito de una manera que confirma su posesión por los inventores y
que permite a los expertos en la técnica hacer y usar las
invenciones, se entenderá y apreciará que hay muchos equivalentes de
las realizaciones ejemplares aquí descritas y que se puede hacer
innumerables modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance
de la invención, que no se ha de limitar por las realizaciones
ejemplares, sino por las reivindicaciones anexas.
Claims (10)
1. Un método en un dispositivo portátil de
comunicaciones (100) que aloja un transmisor de radio frecuencia y
un receptor del sistema de posicionamiento por satélite (110, 400),
incluyendo el método:
producir una señal de interferencia con el
transmisor de radio frecuencia;
detectar (210) la presencia de la señal de
interferencia (307, 308, 309) en el receptor del sistema de
posicionamiento por satélite después de que la señal de
interferencia entra en el receptor del sistema de posicionamiento
por satélite;
teniendo la señal de interferencia una
configuración que es conocida antes de la detección;
reducir (230) la señal de interferencia
suprimiendo el receptor del sistema de posicionamiento por satélite
con una señal de supresión (342, 344, 346) que tiene una
configuración similar a la señal de interferencia sincronizada con
la señal de interferencia.
2. El método de la reivindicación 1, detectando
la presencia de la señal de interferencia supervisando el receptor
del sistema de posicionamiento por satélite.
3. El método de la reivindicación 1, detectar la
presencia de la señal de interferencia incluye supervisar (320) un
correlacionador de señal (438) del receptor del sistema de
posicionamiento por satélite.
4. El método de la reivindicación 3,
inhabilitando un generador de código PN (918) del receptor del
sistema de posicionamiento por satélite al detectar la presencia de
la señal de interferencia.
5. El método de la reivindicación 1, detectar
(320) la presencia de la señal de interferencia incluye supervisar
periódicamente una salida coherente del correlacionador del sistema
de posicionamiento por satélite en el receptor del sistema de
posicionamiento por satélite.
6. El método de la reivindicación 1, suprimir el
receptor del sistema de posicionamiento por satélite con la señal de
supresión incluye al menos uno de no tener en cuenta una salida de
un correlacionador de señal (438) del receptor del sistema de
posicionamiento por satélite durante períodos de supresión, aplicar
entrada cero al correlacionador de señal del receptor del sistema de
posicionamiento por satélite durante los períodos de supresión, y
suspender la operación del correlacionador de señal del receptor del
sistema de posicionamiento por satélite durante los períodos de
supresión.
7. El método de la reivindicación 1, manteniendo
la ganancia del receptor del sistema de posicionamiento por satélite
de señal durante la supresión.
8. El método de la reivindicación 1,
almacenando (807) una señal de salida del
correlacionador del sistema de posicionamiento por satélite,
detectando la presencia de una señal de
interferencia en el receptor del sistema de posicionamiento por
satélite analizando (809) la señal de salida almacenada del
correlacionador del sistema de posicionamiento por satélite.
9. El método de la reivindicación 8,
identificando una característica de la señal de
interferencia analizando (809) la señal de salida almacenada del
correlacionador del sistema de posicionamiento por satélite,
sincronizando la señal de supresión con la señal
de interferencia en base a la característica de la señal de
interferencia.
10. Un dispositivo portátil de comunicaciones
(100) que aloja un transmisor de radio frecuencia y un receptor del
sistema de posicionamiento por satélite (110, 400), estando adaptado
el dispositivo portátil de comunicaciones para realizar el método
según cualquier reivindicación precedente.
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