FI110821B - GPS-vastaanotin, jossa on nopea keräys suurella tarkkuudella - Google Patents

Description

1 110821

GPS-VASTAANOTIN, JOSSA ON NOPEA KERÄYS SUURELLA TARKKUUDELLA

Tämä hakemus on jatkohakemus US-patenttihakemuksesta 06/037,904,- "Fast Aquisition, 5 High Sensitivity GPS-Receiver", jätetty 02/11/1997, jossa on sama keksijä Norman F. Krasner ja jossa on hakijana sama kuin tässä hakemuksessa.

Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti maailmanlaajuisiin paikallisjärjestelmiin ja erityisesti 10 satelliittisignaalien vastaanottoon ja seurantaan in tegroidussa nopeakeräyksisessä suuritarkkuuksisessa vastaanottimessa.

Perinteisissä maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän (GPS) vastaanottimissa käytetään sarjakorre-15 laattoreita Navstar-satelliiteista lähetettyjen sig naalien keräämiseen, seurantaan, ja demoduloimiseen. Jokainen lähetetty GPS-signaali on suorasekvenssinen hajaspektrisignaali. Kaupalliseen käyttöön saatavilla oleva signaali liittyy Standard Positioning Service:in 20 (SPS) ja käyttää suorasekvenssistä kaksivaihehajautus- signaalia, jossa on 1.023 M-alibittiä sekunnissa ha-jautusnopeus kantotaajuudella 1575.42 MHz. Pseu-dosatunnainen kohina (PN) -sekvenssi on pituudeltaan 1023 alibittiä vastaten yhden millisekunnin aikajak-,···. 25 soa. Jokainen satelliitti lähettää eri PN-koodia (kul- • · täinen koodi), mikä mahdollistaa signaalien samanai kaisen lähetyksen useilta satelliiteilta ja samanaikaisen vastaanoton vastaanottimella, jolloin ne häiritsevät toisiaan vain vähän. Lisäksi kuhunkin signaa-30 liin lisätty data on 50-baudinen binäärivaihemoduloitu data (BPSK) , jossa bittirajat on kohdistettu PN-kehyksen alkuun; 2 0 PN-kehystä on käytössä yhden data-.·. · bittijakson (20 ms) aikana.

j ’. GPS-vastaanottimen ensisijainen tehtävä on . . 35 määrittää PN-koodien saapumisaika. Tämä toteutetaan vertaamalla (kullekin vastanotetulle signaalille) pai-: kallisesti generoitua PN-referenssiä suhteessa vas- 110821 2 taanotettuun signaaliin ja "liikuttamalla" paikallista referenssiä ajan suhteen, kunnes se on aikakohdistettu vastaanotettuun signaaliin. Näitä kahta signaalia verrataan keskenään kertomalla ja integroimalla, mitä 5 kutsutaan korrelaatioprosessiksi. Kun kaksi signaalia on aikakohdistettu, saadaan tulokset. Tyypilliset sar-jakorrelaattorit, joita käytetään GPS-vastaan-ottimissa, vertaavat paikallista ja vastaanotettua signaalia yhdellä aikaoffsetilla annetulla ajanhetkel-10 lä. Jos tällainen vertailu tehdään puolen alibitin välein, päädytään 2046 vertailuun (tai testiin), jotka vaaditaan PN-aikajakson läpikäymiseksi kokonaan. Tällainen haku on tehtävä useille näkyville satelliiteille. Lisäksi virheet vastaanotetun signaalin taajuudes-15 sa usein edellyttävät ylimääräisiä hakuja signaalitaa- juuden eri olettamille. Aika tämän haun toteuttamiseen voi olla erittäin pitkä, erityisesti alhaisilla signaali-kohinasuhteilla. Perinteiset GPS-vastaanottimet käyttävät tällaisten korrelaattoreiden monikertoja 20 rinnakkain nopeuttaakseen keräysprosessia. Siitä huo limatta haku- ja keräysprosessi on aikaa vievä, eri-, ··· tyisesti vastaanotetuilla matalilla signaali- kohinasuhteilla.

,·. : Näin ollen on toivottavaa muodostaa laitteis- ^ | 25 toarkkitehtuuri, joka kehittää keräysnopeutta ja herk- kyyttä nykyisissä perinteisissä GPS-vastaanottimissa. Tällainen arkkitehtuuri mahdollistaisi vastaanottimen toiminnan erittäin alhaisilla tulosignaalin signaali-kohinasuhteilla. Edelleen on toivottavaa integroida !.t<· 30 menetelmä tällaisten signaalien seurantaan keräyspro- ·*’*: sessin jälkeen, jossa laitteistoa käytetään sekä ke- / . räämiseen että seurantaan vastaanotetuilla GPS- ' * signaaleilla.

Esillä oleva keksintö tuo esiin menetelmän ja 35 laitteen maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän sig- ;·· naalien keräämiseen ja seurantaan nopealla keräysno- peudella ja suurella tarkkuudella. Esillä olevan kek- 110821 3 sinnön menetelmässä ensimmäinen pseudosatunnainen ko-hinasovitussuodatintoiminne toteutetaan senhetkiselle maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalien näytteelle senhetkisen sovitetun suodatustuloksen muo-5 dostamiseksi. Senhetkinen sovitettu suodatustulos sen jälkeen kootaan aikaisemmin sovitetun suodatustuloksen aikaisemmasta maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalien näytteen tuloksista kootun sovitetun suodatustuloksen muodostamiseksi.

10 Keksinnön eräässä sovelluksessa sovitettu suodatin ja tunnistuspiiri yhdistetään esitunnistavaan silmukkaintegraattoriin ja jälkitunnistavaan silmuk-kaintegraattoriin. Silmukkaintegraattorit mahdollistavat useiden datakehysten keräyksen ja seurannan käsit-15 täen vastaanotetun maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalin. Tämä johtaa nopean keräyssuoritusky-vyn ja suuren tarkkuuden yhdistelmään. Tehokkaat välineet sovitetun suodattimen toteuttamiseksi esitetään.

Esillä olevan keksinnön muut ominaisuudet tu-20 levät selvemmiksi oheisista piirustuksista ja yksi tyiskohtaisesta selityksestä.

. ··· Esillä oleva keksintö esitetään esimer- ”. kinomaisesti, mutta ei rajoittuen oheisiin kuvioihin .·. : liitteenä olevissa piirustuksissa, joissa viitenumerot I 25 ovat kauttaaltaan samat ja joissa:

Kuvio 1 on lohkokaavioesitys tunnetun teknii-”·* kan mukaisesta maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän korrelaattoripiiristä.

Kuvio 2 on lohkokaavioesitys maailmanlaajui-• t<#: 30 sen paikannusjärjestelmän keräyspiiristä esillä olevan ”*: keksinnön erään sovelluksen mukaisesti.

. Kuvio 3 esittää signaaliaaltomuotoja eri pro- ' ! sessointivaiheissa kuvion 2 keräyspiirissä.

Kuvio 4 on lohkokaavioesitys maailmanlaajui-| * .* 35 sen paikannusjärjestelmän keräyspiiristä, joka myös ·;*·· toteuttaa seurantafunktiot esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti.

4 110321

Kuvio 5 esittää signaalin aaltomuodot eri prosessointivaiheissa kuvion 4 keräyspiirissä.

Kuvio 6A on lohkokaavioesitys sovitetusta suodattimesta, jota käytetään kuvion 4 keräyspiirissä 5 esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti.

Kuvio 6B on lohkokaavioesitys sovitetusta suodattimesta, jota käytetään kuvion 4 keräyspiirissä esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti, jossa mahdollisten lähtöjen alijoukko PN-kehystä koh-10 den muodostetaan.

Kuvio 7 on vaihtoehtoinen esitys kuvion 6A sovitetun suodattimen monimutkaisemmasta osasta esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti.

Kuvio 8 on yksityiskohtaisempi esitys tie-15 tyistä sovitetun suodattimen elementeistä kuviossa 7 esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti.

Kuvio 9 on lohkokaavioesitys maailmanlaajuisesta paikannusjärjestelmästä, joka toteuttaa keräys-ja seuraustoiminteet esillä olevan keksinnön erään so-20 velluksen mukaisesti.

Kuvio 10 esittää lohkokaaviota maailmanlaa-, ··· juisesta paikannusjärjestelmästä, joka toteuttaa kerä- yspiirin esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mu-. : kaisesti .

! *. 25 Kuvio 11 on lohkokaavioesitys maailmanlaajui- sen paikannusjärjestelmän keräyspiiristä, jossa käyte-tään pienennettyä rekisterilaskuria esillä olevan kek-'···’ sinnön erään sovelluksen mukaisesti.

Kuvio 12 on lohkokaavioesitys sovitetusta ',,/· 30 suodattimesta, jota käytetään kuvion 11 keräyspiirissä : esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti.

. Seuraavassa kuvataan menetelmä ja laite maa ilmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalien vastaanottamiseksi nopeasti ja tarkasti keräävällä vas-j ‘ : 35 taanottimella. Seuraavassa kuvauksessa esimerkinomai- ;·· sesti esitetään joukko erityisiä yksityiskohtia, jotta esillä oleva keksintö tulisi täysin ymmärretyksi. Am- 110821 mattimiehelle on kuitenkin selvää, miten keksintöä voidaan käyttää ilman näitä erityisiä yksityiskohtia. Muissa yhteyksissä tunnetut rakenteet ja laitteet esitetään lohkokaavion muodossa esimerkinomaisina.

5 Maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän (GPS) vastaanottimet vastaanottavat GPS-signaaleita, jotka lähetetään maata kiertäviltä GPS-satelliiteilta ja määrittävät sopivien koodien saapumisajan vertaamalla aikaeroa vastaanotetun signaalin ja sisäisesti gene-10 roidun signaalin välillä. Signaalivertailu toteutetaan korrelaatioprosessissa, jossa käytetään kerrontaa ja integrointia vastaanotetulle ja generoidulle signaalille. Tyypillinen tunnetun tekniikan mukainen sarja-korrelaattoripiiri on yleisesti käytössä GPS-15 vastaanottimissa ja se esitetään kuviossa 1. Korre- laattori 100 vastaanottaa tuloon GPS-signaalin 102 ja yhdistää kertojassa 104 vastaanotetun signaalin 102 sisäisesti generoituun PN-koodiin, joka on muodostettu PN-generaattorilla 110. Voimakkuuden neliöiminen (tai 20 muut tunnistus) 106 toteutetaan sen jälkeen yhdistetyn signaalin kootulle näytejoukolle. Mikrokontrolleri 108 . ··♦ ohjaa PN-alibittien, jotka on generoitu PN- generaattorilla 110 sekventointia. Korrelaattorin 100 : järjestelmän mukaisesti vastaanotettua signaalia 102 ! 25 verrataan pitkään sekvenssiin PN-alibittejä yhdellä aikaof f setillä kerrallaan, mikä täten vaatii erittäin pitkän aikajakson kaikkien PN-kehystä vastaavien off-setien hakemiseksi.

'·...· 30 Keräyspiiri

Eräs parannettu keräyspiiri käytettäväksi GPS-vastaanottimissa keksinnön erään sovelluksen mu- kaisesti käyttää yhtä tai useampaa sovitettua suodatinta yhdessä esiprosessoinnin ja jälkiprosessoinnin • ·’ 35 kanssa aikaansaadakseen nopean GPS-signaalien keräyk- *·”· sen suurella tarkkuudella. Erityisesti jälkisovitettu suodatinsilmukkaintegraattori (jota kutsutaan myös 6 110821 "yhdistämissuodattimeksi") muodostaa tarpeellisen integroinnin suuren tarkkuuden saavuttamiseksi, mikä antaa vastaanottimelle mahdollisuuden toimia pienellä signaali-kohinasuhteella. Kuvio 2 esittää GPS-5 tulosignaalin keräyspiirin 200, joka käsittää erilliset keräyspiirit usealle tulokanavalle. Lohkokaavio-esitys keräyspiiristä yhdelle kanavalle 201 GPS-keräyspiirissä esitetään esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti.

10 Tulon peruskaistasignaali 202 syötetään rin nakkain useisiin sovitettuihin suodattimiin 204 kerä-yspiirissä 200. Tulon peruskaistasignaali 202 muodostuu erillisistä tulovaiheen (I) ja neliövaiheen (Q) komponenteista. Kunkin suodattimen osoittimet kussakin 15 kanavassa on järjestetty näytteistetyiksi esityksiksi samasta tai eristä PN-lähetetystä aaltomuodosta käännetyn (flipped) ajan suhteen. Normaalisti tulon näyt-teistysnopeus on alibittinopeuden monikerta ja täten tyypillisesti käytetään 1023M osoitinta sovitetussa 20 suodattimessa, jossa M on pieni kokonaisluku, tyypillisesti 2. Jos tulosignaali sisältää lähetetyn aalto-··· muodon, joka on sovitettu tietylle sovitetulle suodat- ;·._ timelle, sen lähtö sisältää kapean piikin leveydeltään : n. 1 alibitti. Yksi piikki esiintyy kussakin kehysjak- ! 2 5 sossa ja muodostaa saapumisaikainformaation, modulo ykkösen PN-kehysjaksolla. Koska signaali on neliölli-'··’ nen, piikki on itse asiassa kompleksiluku. Sen polari- teetti palautuu tulovaiheelle databaudin reunoilla lähetetyn datajonon mukaisesti. Lisäksi tulokulma voi ; : 30 hitaasti kulkea eteenpäin tai palata taaksepäin ajan suhteen pienin taajuuseroin vastaanotetun signaalin . kantotaajuudessa ja paikallisesti generoidussa taajuu- ; dessa.

Kun signaali on heikko johtuen esimerkiksi 35 esteiden, kuten puiden tai rakennusten vaikutuksesta, jokainen näistä piikeistä voi häiriintyä kohinasta ja täten ne eivät ole suoraan käytettävissä saapumisaika- λ λ Π Of; ·1 I i U υ L· 1 mittauksessa. Piikkien tehon muodostamiseksi sovitetun suodattimen lähtö tunnistetaan neliölaki- tai muulla tunnistusoperaatiolla 206 vaihtelevien vaihekulmien, jotka juuri mainittiin, poistamiseksi. Teho yhdeltä 5 PN-kehykseltä lisätään edeltävän kehyksen tehoon vii-veintegraattorilla 210. Yhden PN-kehyksen viiveelle piikki edelliseltä kehykseltä viivästetään tarkalleen yhdellä PN-kehyksellä ja täten tämä teho ylittää vii-velinjan 211 samalla, kun piikki seuraavasta kehykses-10 ta ylittää viivelinjan 211. Sen jälkeen kaksi piikkiä lisätään yhteen summauspiirille 208 vahvemman piikin muodostamiseksi. Kohinan satunnaisosat lisätään epäko-herentisti (DC-tasoa kasvatetaan) ja tällä tavalla summattujen kehysten määrän neliöjuuri ainoastaan kas-15 vaa. Kohinaan liittyvä DC-taso voidaan määrittää kes-kiarvotusprosessilla integraattorin lähdössä ja vähentää lopullisesta lähdöstä. Tämä helpottaa sopivan tun-nistuskynnyksen määritystä.

Kuten esitetään kuviossa 2, takaisinkytkentä 20 silmukkaintegraattorilta 210 ei ole yksi, vaan sen sijaan 1-e, jossa e on pieni luku verrattuna ykköseen. Silmukkaintegraattori 210 täten tehokkaasti toimii I · · · ;·. "vuotavana" summauspiirinä, joka vaikutukseltaan kes- . kiarvottaa liikkuvassa mielessä kehysluvun karkeasti ; ; 25 vastaamaan l/e:tä. Keksinnön vaihtoehtoisessa sovel- '; *· luksessa silmukkaintegraattori 210 ykkösen takaisin- ’···* kytkennällä, jota seuraa viive ja vähennyspiiri, voi hyvin olla käytössä. Tässä tapauksessa viive asetetaan vastaamaan arvoa MTf. Tämä toteuttaa "boxcar"-tyypisen 30 suodattimen, joka suoraan lisää yhteen viimeiset M- • kehystä. M-datakehyksen sovittamiseen tarvittava tal- .· , lennuskapasiteetti on vaativa ’· '· Keräyspiirin 200 eräässä sovelluksessa sil- ‘ ’ mukkaintegraattori 210 käyttää yksikkötakaisinkytken- ·'·; 35 tää ja toistuvasti summaa M-datakehystä portittamalla takaisinkytkentänä portin 212 läpi jokaisen M:nnen kehyksen jälkeen. Tällä tavalla silmukkaintegraattorin 1 Ί Π C </ 1

0 » ιυ’Ο^ I

ο lähtö saadaan asianmukaiseksi (eli yksi edustus M:lie datakehykselle) jokaisella M:nnellä kehyksellä. Useissa yhteyksissä tämä päivitystaajuus on hyväksyttävä keräystä varten.

5 Viivetasopiiri 211 silmukkaintegraattorissa 210 keräyspiirissä 200 voidaan toteuttaa käyttäen siirtorekistereitä signaalin etenemisen viivästämiseksi piirin läpi. Vaihtoehtoisesti kytkeytyvää muistia (joko yksittäistä tai kaksiporttista) voidaan käyttää 10 siirtorekistereiden sijaan. Tässä tapauksessa muistiin ladataan ja sitä käytetään tavalla, joka emuloi siirtorekistereiden toimintaa silmukkaintegrointifunktios-sa.

Kuvio 3 esittää signaaliaaltomuodot eri pro-15 sessointipisteissä yhdessä keräyspiirissä 201 keräys-piirissä 200. Esimerkkitarkoituksessa kuvio 3 esittää yksinkertaistetun PN-signaalin, jossa on vain seitsemän alibittiä PN-kehystä kohden 1023:n sijaan niin kuin normaalissa GPS-signaalissa. Aaltomuotojen alue 20 kuviossa 3 ulottuu kolmelle databitille 304, 306, 308 yhdessä neljän PN-kehyksen 302 bittiä kohden. Yksin-kertaisuuden vuoksi kohinaa ei esitetä ja vain signaalit tulovaihekanavalle esitetään. Lisäksi oletetaan, , että silmukkasuodatin 210 käyttää yksikkötakaisinkyt- ; ; 25 kentää.

’ "* Peruskaistan PN-signaalin 310 aaltomuoto esittää I/Q-tulosignaalia 202 syötteenä keräyspiirille 200 (vain I tai Q esitetään) . Lähtö sovitetun suoda-tinaaltomuodon 312 jälkeen esittää signaaliaaltomuotoa 30 sen jälkeen, kun I/Q-tulosignaali 202 on esitelty suo-jatulla suodattimena 204. Sovitetusta suodattimesta t 204 signaali etenee voimakkuuden neliöintipiirille '· 206, joka muodostaa lähdön neliöityään aaltomuodon * · 314. Voimakkuuden neliöintipiiristä 206 signaali ete- :*.*· 35 nee silmukkaintegraattoriin 210, joka muodostaa lähdön silmukkaintegraatioaaltomuodon 316 jälkeen. Lähtö sil-mukkaintegraatioaaltomuodon 316 jälkeen esittää sig- Λ Λ O C f · 1 Q I luo I 1 naalin huippuamplitudin kasvamisen ajan suhteen johtuen neliölakitunnistimen ja iteratiivisen etenemisen seurauksista silmukkaintegraattorin 210 läpi. Lisäksi kuvio 3 esittää tunnistuskynnyksen lisättynä lähtöön 5 silmukkaintegraatioaaltomuodon 316 jälkeen. Tunnistus-kynnystaso esittää kynnyssignaalia, joka on asetettu kynnysvertailijalla 214 keräyspiirissä 200.

Vaikka signaalin perusviiva myös kasvaa ajan suhteen, sen DC-komponentti on helposti poistettavissa 10 keskiarvoistamalla lähtö. Koska huipun leveys on pieni suhteessa koko kehyksen jaksoon, huipun vaikutukset keskiarvoon ovat pieniä todellisille GPS-signaaleille. On huomattava, että huippujen paikat tarjoavat saapu-misajan vastaanotetulle GPS-signaalille modulo yhden 15 kehyksen jaksossa. Edelleen on huomattava, että aaltomuotojen skaala kuviossa 3 ei välttämättä ole oikea suhteessa toisiinsa.

Yksittäisen kanavan GPS-keräyksen vaihtoehtoinen sovellus keksinnön erään sovelluksen mukaisesti 20 esitetään kuviossa 4. Keräyspiiri 400 kuviossa 4 on yksikanavainen keräyspiiri vastaten kuvion 2 piiriä, mutta se sisältää ylimääräisiä käsittelyelementtejä. Nämä ylimääräiset elementit sisältävät digitaalisen . . taajuusmuunnospiirin 404, Doppler- ja LO-taajuuden ; * 25 kompensoinnin, digitaalisen uudelleennäytteistimen ’· 406, joka kompensoi Doppler- ja LO-näytteistys- nopeusof f setit ja esitunnistuksen silmukkasuodattimen 410.

Viitaten kuvioon 4 signaalin seurannan ja da-30 tan demoduloinnin prosessi keksinnön erään sovelluksen mukaisesti kuvataan seuraavaksi. Digitaalinen taajuus-,· , muunnospiiri 404 yksinkertaisesti kertoo I/Q- ''· tulosignaalin 402 eksponentilla muodossa exp (-27infdTs) , ’ ‘ missä fd on yhdistetty Doppler- ja LO-taajuusoffse, Ts ·’·*: 35 on näytteistysjakso ja n on juokseva aikaindeksi. Tämä kompensaatio vaaditaan siten, että jäännössignaalitaa-juusvirhe on paljon pienempi kuin PN-kehysnopeus (1 A p* p r < .-1

io i lUOi I

kHz) . Muutoin taajuusoffsetin vaikutus vähentäisi sovitetun suodattimen 408 amplitudia lähtösignaalissa määrällä, joka vastaa I sin (ufdTf) /^fdTs| . Esimerkiksi, jos fd=l/Ts, niin sovitetun suodattimen lähtösignaalin 5 amplitudi olisi nolla.

Doppler-näytteistysnopeuden korj aussignaali 410 on tulona digitaaliselle uudelle näytteistimelle, joka korjaa pienet virheet, jotka johtuvat vastanote-tun I/Q-tulosignaalin 402 "kutistumisesta" tai "ahtau-10 tumisesta" ajan suhteen Doppler-siirtymän seurauksena. Esimerkiksi Doppler error 2 nsek/sek (joka vastaa tarkalleen GPS-satelliittien havaittua Doppleria) edustaa kahden alibitin aikasiirtymää yhden sekunnin jaksossa. Tällainen aikasiirtymä rajoittaa silmukkaintegraatioi-15 den, jotka voidaan toteuttaa, koska tunnistuspiikit myöhemmillä aikajaksoilla eivät ole linjassa aikaisempien aikajaksojen kanssa, määrää ja täten käsittely-vahvistus menee yli (tai itse asiassa vähenee) suhteessa kasvaneeseen integrointiaikaan. Lisäksi korja-20 uspiikki silmukkaintegraattorista laajenee, mikä johtaa virheisiin mitatussa saapumisajassa (tai "pseudo-alueessa") .

’’ Digitaalinen uudelleennäytteistyspiiri 406 . käyttää keräyspiirille 400 syötettyä dataa laskeakseen ; ’[ 25 uudet datanäytteet, jotka ovat alkuperäisillä näyte- “· “· pisteillä, näytteistyspaikoissa erityisen näytenopeus- ’...· korjauksen määritysten mukaisesti. Esimerkiksi, jos näytteistysnopeus, joka muodostetaan piirille 400 olisi 2 näytettä alibittiä kohden ja haluttu naytteistys-30 nopeus olisi 2-d näytettä alibittiä kohden, uusi näy-.·*·. tejakso olisi siten yhtä suuri kuin Tc/ (2-d) ja täten .·( uudet näytteet otettaisiin paikoissa, jotka ovat alku- • I · peräisen datan vastaavien ajanhetkien jälkeen. Lopulta ‘ ’ liukuma (slippage) olisi yhtä suuri kuin Tc/2, eli yk- |'··; 35 si täydellinen näytejakso. Tämä käsitellään nopeasti ....: pudottamalla yksi näytejakso piiristä 400. Digitaali nen uudelleennäytteistys tehdään digitaalisella osi- 11 110521 tusinterpoloinnilla. Yksinkertaisimmillaan useita näytteitä uuden mielenkiinnon kohteena olevan näytteen paikasta syötetään sopivalle interpolointialgoritmil-le, kuten polynomille tai pitkittäissovitukselle, sig-5 naaliarvon laskemiseksi sopivalla ajanhetkellä.

Piirin 400 vaihtoehtoisessa sovelluksessa digitaalinen uudelleennäytteistin 406 jätetään huomiotta ja se korvataan prosessilla, joka jatkuvasti uudelleen lataa sovitettuun suodattimeen uudet kertoimet, jotka 10 tehokkaasti sisältävät vähän lisättyä viivettä ajan suhteen. Täten digitaalinen uudelleennäytteistin 406 voidaan korvata päivittämällä sovitetun suodattimen suodatinpainot tavalla, joka mahdollistaa viivetoimin-nan näillä suodatinpainoilla. Tämä menetelmä vaatii 15 suodatinkertoimet, joiden koko on useampi kuin yksi bitti kussakin tarkan toteutuksen aikaansaamiseksi ja täten se lisää piirin monimutkaisuutta. Kuitenkin sovitetun suodattimen kertoimien liikuttaminen yhden paikan verran vasemmalle tai oikealle on vaihtoehto 20 näytteen poistamiselle tai lisäämiselle.

Keräyspiiriin 400 kuuluu kaksi silmukkainte-graattoripiiriä. Esitunnistuksen silmukkaintegraatto-;·, ripiiriä 410 käytetään ennen tunnistustoiminnetta 416 . ja jälkitunnistuksen silmukkaintegraattoripiiriä 420 ; 25 käytetään tunnistutoiminteen 416jälkeen. Kaksoissil- *· '· mukkaintegraattoripiiri on hyödyllinen, koska datajak- so vastaa 20 PN-kehystä. Täten PN-signaali toistuu useita kertoja ennen kuin käsillä oleva data invertoi signaalin polariteetin. Täten, jos Doppler-korjaus on 30 hyvä, voidaan koherentisti lisätä PN-kehyksiä joko en-nen tai jälkeen sovitetun suodatintoiminteen. Selvästi .· , maksimissaan 20 tällaista kehystä voidaan lisätä ennen ’· ’· kuin datan polariteetin aiheuttaa suorituskyvyn heik- ’ ’ kenemisen. Tällainen koherentti lisäys parantaa herk- ;·*: 35 kyyttä epäkoherentin (jälki tunnistuksen) integraation kustannuksella, koska koherentti integraatio muodostaa (' f' r- ..1

luo/ I

signaali-kohinasuhteen huippuarvon kohdalla ennen ne-liölakitoiminteen 416 toteutusta.

Kuvio 5 esittää signaaliaaltomuodot eri pro-sessointipisteissä piirissä 400. Esimerkin vuoksi ku-5 vio 4 esittää yksinkertaistetun PN-signaalin, jossa on vain seitsemän alibittiä PN-kehystä kohden 1023:n sijaan, kuten normaalissa GPS-signaalissa. Aaltomuotojen alue kuviossa 4 ulottuu kolmelle databitille 504, 506, 508 neljällä PN-kehykselläj 502 bittiä kohden. Yksin-10 kertaisuuden vuoksi kohinaa ei esitetä ja vain tulo-vaihekanavan signaalit kuvataan. Lisäksi oletetaan, että esitunnistussilmukan suodatin 410 ja jälkitunnis-tussilmukan suodatin 420 molemmat käyttävät yksikköta-kaisinkytkentää. Esitunnistuksen silmukkasuodattimen 15 410 oletetaan kokoavan neljä viimeistä kehystä liikku vasti .

Peruskaistan PN-signaalin 510 aaltomuoto kuvaa esityksen i/Q-tulosignaalista 402 tulona keräys-piirille 400. Lähtö sovitetun suodatinaaltomuodon 512 20 jälkeen esittää signaaliaaltomuotoa i/Q-tulosignaalin 402 käsittelyn jälkeen sovitetussa suodattimessa 408. Sovitetulta suodattimelta 408 signaali etenee esitun-nistuksen silmukkasuodattimen 410 läpi, jossa muodos-, . tetaan lähtö esitunnistuksen silmukkasuodattimen aal- ;'1 25 tomuodon 514 jälkeen. Sen jälkeen signaali syötetään • neliöintipiiriin 416, joka muodostaa lähdön neliöinti- ...* toiminneaaltomuodon 516 jälkeen. Neliöintipiiriltä 416 ...· signaali etenee jälki tunnistuksen silmukkaintegraatto- rille 420, joka muodostaa lähdön silmukkaintegrointi-30 aaltomuodon 518 jälkeen. Lähtö silmukkaintegrointiaal-.*··. tomuodon 518 jälkeen kuvaa signaalin huippuamplitudin / ( kasvua ajan suhteen johtuen neliölakitunnistimen toi- '· *· minnasta ja iteratiivisesta etenemisestä silmukkainte- ’ · graattorin 420 läpi. Lisäksi kuvio 5 esittää tunnis- 35 tuskynnystason, joka on lisätty lähtöön silmukkainte-graatioaaltomuodon 518 jälkeen. Tunnistuskynnystaso edustaa tunnistuskynnystasoa, jonka kynnysvertailija η < o n n \ 13 I i U OL· j 426 on asettanut keräyspiirissä 400. On huomattava, että lähdön huiput silmukkaintegraatioaaltomuodon 518 jälkeen eivät kasva lineaarisesti, kuten yksittäisessä silmukkaintegrointipiirissä 200, kuten esitetään kuvi-5 ossa 3. Kuitenkin joka neljännen huipun amplitudi vastaten esitunnistuksen suodatinmuistia kasvaa lähes lineaarisesti. Kuten kuviossa 3 on edelleen huomattava, että amplitudien skaalat aaltomuodoille kuviossa 5 eivät välttämättä ole skaalattu toistensa suhteen.

10 Tulon analyysi suhteessa lähdön signaali- kohinasuhteeseen eri parametreillä liittyen keräyspii-rin 400 toimintaan johtaa seuraavaan yhtälöön: (S/N)out=L(S/N)i2 x F x npostd x npred/(l/ (F npred) + 2 (S/N)i) 15

Yllä olevassa yhtälössä muuttujilla on seuraavat arvot : L = Ldopp X Ldata

Ldopp = sinc2 (f req_of f set x npred x 0.001) 20 Ldata = (1-0.315 x npred/20)2

Yllä olevassa yhtälössä muuttujilla on seuraavat kuva-ukset: npred: esitunnistettujen kehysten summattu lu- • 25 kumäärä * # . npostd riippumattomien jälkitunnistettujen ke- ,,,· hysten summattu lukumäärä = kehysten ko konaismäärä/npred F: riippumattomien näytteiden lukumäärä PN- 30 kehystä kohden, asetettu arvoon 1023

Ldopp: häviö johtuen Doppler-virheestä

Ldata: häviö johtuen datasiirtymistä heikentäen . Ί koherenttia integraatiota freq_offset: kantotaajuuden virhe vastaanotetun sig- ·.·. 35 naalin ja vastaanottimen estimaatin vä- ti,; Iillä (sisältäen paikallisen oskillaat torin ja Dopplerin virheet)

i4 11 n Q n I

Yllä olevassa yhtälössä (S/N)out on huippuläh-tösignaalin teho jaettuna taustakohinatehon neliökes-kiarvolla; ja (S/N)in on keskimääräinen signaaliteho jaettuna keskimääräisellä kohinateholla, joka on mi-5 tattu kaistanleveydellä vastaten alibittinopeutta (suunnilleen 1 MHz) . Huomaa, että (npred x npostd) vastaa integroitujen PN-kehysten kokonaismäärää. Yllä olevaa yhtälöä voidaan käyttää npostd ja npred (M ja L kuviossa 4) parametrien valintaan maksimilähdön SNR:n 10 saamiseksi (minkä normaalisti pitäisi ylittää n. 15 dB tai kertoimen n. 30 hyvän tunnistustodennäköisyyden ja pienen virhetunnistusasteen saavuttamiseksi). Joissain tilanteissa, kun Doppler-virhe voi olla suuri, voidaan hidastaa askelta tai säätää Doppler-ohjaustasoja läh-15 tönä mikrokontrollerilta 428, kunnes tunnistus onnistuu .

Kuvion 4 keräyspiiri 400 myös sisältää rekis-teripankin 418. Rekisteripankki on piirielementti, joka voi vastaanottaa dataa joko jälkitunnistuksen sil-20 mukkaintegraattorilta 420 tai esitunnistuksen silmuk- kaintegraattorilta 410. Jälkitunnistusdata jälkitun-nistuksen silmukkaintegraattorilta 420 vastaa keräys-moodia. Signaaliseurannan ja demoduloinnin aikana GPS-. vastaanottimen on seurattava kantotaajuutta ja ; ; 25 -vaihetta samoin kuin PN-koodivaihetta ja demoduloita- '· va 50-baudinen datasanoma. Tämä kaikki voidaan tehdä käyttäen I- ja Q-näytteitä sovitetulta suodattimelta i * · signaalihuipussa ja sen läheisyydessä. Tässä tapauksessa esitunnistuksen silmukkaintegraattori 410 tehok-30 kaasti, koherentisti lisää n. 10 datakehystä (puolen bitin jakson) ja lähettää tulokset lähellä huippua re- t* t kisteripankkiin. Tällöin tyypillinen päivitysnopeus on * » ’· " 100 päivitystä sekunnissa. Mikroprosessori lukee nämä ·’ ’ tulokset ja toteuttaa kantoaallon, koodin ja bitin 35 seurantasilmukat ohjelmassa ja lähettää ohjaussignaa- leita (esimerkiksi mikrokontrollerilta 428) ylläpi- • » tääkseen asianmukaisen seurannan. Tällaisten seuran- 15

I iUoZ I

tasilmukoiden suunnittelu on tunnettua tekniikkaa. Huomaa, että on mahdollista käyttää vain yhtä silmuk-kaintegraattoria kuviossa 4 esitetyn kahden sijaan. Yksi silmukkaintegraattori palvelee joko keräystä tai 5 seurantaa. Kuitenkin tässä tilanteessa ei olisi lainkaan esitunnistusintegrointia keräyksen aikana ja jäl-kitunnistusintegrointia seurannan aikana. Mikroprosessori kuitenkin pystyy suorittamaan jälkitunnistusinte-groinnin seurannan aikana.

10

Sovitettu suodatin

Kuvio 6A esittää yksityiskohtaisen esityksen sovitetusta suodattimesta 408 keräyspiirissä 400 keksinnön erään sovelluksen mukaisesti, sovitettu suoda-15 tin 408 käyttää painotettua osoitinviivetasorakennet-ta. Suodatin 408 on jaettu kahteen erilliseen osaan. Ensimmäinen osa sisältää alibittisovitetun suodattimen 604, joka on sovitettu yksittäisen alibitin aika-aaltomuotoon. Alibittisovitettua suodatinta 604 seuraa 20 osoitinsuodatin 608, joka on sovitettu näennäissatunnaisen signaalikuvion senhetkiseen kuvioon. Jakamalla , *:* suodatin tällä tavalla osoitinsuodatin sisältää osoit- » f * · timia, jotka olettavat vain arvoja ±1 ja edelleen joka : toinen osoitin voidaan asettaa nollaksi. Sovitetussa » t · » * ; 25 suodattimessa, joka on esimerkkinä kuviossa 6A, olete- » * * taan, että näytteistysnopeus, joka muodostetaan osoi- > * ;;; tinsuodattimelle 608 on kaksi näytettä alibittiä koh- '··' den generoituna alasnäytteistimellä 606.

Osoitinsuodatin 608 sisältää myös lisäinpuun i » · ...· 30 610 ja kertojat 612. Kuvio 6A järjestelmässä lisäinpuu i « · 't>(! 610 vaatii suunnilleen 512 lisäintä summauksen toteut- <\ ·, tamiseksi. Tässä esimerkissä lisäinten koot vaihtele- ’ ! vat q:sta q+10 bittiin q.-n ollessa tulon kvantisointi » · . (tyypillisesti 2- 4-bittiseen I:hin ja Q:hun). Saatua » » ; 35 kompleksisuutta voidaan merkittävästi vähentää käyttä- ",**i mällä suurinopeuksisia kokoajia peräkkäisten lähtöjen summaamiseksi kertojilta 612. Esimerkiksi yksi kokoaja i6

I I V iti» I

voisi summata kertojien lähdöt wl:stä wl6:een ja toinen voisi summata lähdöt kertojilta wl7:ltä w32:een jne. Tämä esitetään kuviossa 7 ja 8. Suoraviivainen sovellus käyttäen kokoajaa voisi käyttää 16:1 multi-5 plekseriä, jonka tulot on kytketty kuhunkin rekisteriin Fl - G16 (esitetään kuviossa 8) , jolloin voidaan vuorostaan valita näiden rekisterien lähdöt ja koota ne. Joissain tilanteissa tämä voi johtaa suureen port-timäärään.

10 Kuvio 7 esittää osoitinsuodatinta 608, jossa käytetään 16 osoitinta sisältävää suodatinta/kokoajaa 710 painotus- ja summaustoiminteen muodostamiseksi peräkkäisille 16 osoittimen ryhmille. Vastaavat rakenteet 706 ja 712 toteuttavat näiden elementtien 710 15 lähtöjen lisäyksen.

Kuvio 8 esittää yksityiskohtaisemmin suodat-timen/kokoajan 710. Kuvion 8 piiri käyttää alilohko-sarjaa, jossa jokainen sisältää kaksi siirtorekisteriä 802, 804, jotka on järjestetty kahteen silmukkaan da- 20 tan tarjoamiseksi painotuskertojalle ja kokoajalle.

Alilohko 802 sisältää multiplekserin ja alilohko 804 sisältää multiplekserin 808. Tällä järjestelyllä väl-tetään se, että tarvittaisiin joukko 16:1 multiplekseri.. reitä datan valitsemiseksi, mikä joissain sovelluksis- ;\j 25 sa johtaa erittäin porttiherkkään järjestelmään. 2.046 • · .·. : MHz:n kellojakson aikana siirtorekisteriä siirretään < · · ,··*, oikealle kerran ja kierrätetään 15 kertaa siten, että !’.! suodatustoiminne vastaten 16 rekisterin datamäärää to- « · teutetaan käyttäen kellonopeutta, joka on 16-kertainen 30 isäntäkelloon nähden. Siirtorekisterit sisältäen ali- '...· lohkon 802 ja alilohkon 804 vastaavat parillista ja • · · *...· paritonta datanäytemäärää. Ylempi puolikas, alilohko .·. : 802 käsitellään yhden 2.046 MHz:n jakson aikana ja alempi alilohko 804 käsitellään seuraavan 2.046 MHz:n • · 35 jakson aikana. Tämä kaksoislohkorakenne käyttää hyö- : V dykseen sitä tosiasiaa, että vain puolet rekistereistä • · 17

i I O' O il I

osoiterekisterissä 608 on kytketty lisäinpuuhun 610 kullakin ajanhetkellä.

Kahden siirtorekisterin toiminta piirissä 800 on seuraava. Parillisella kahden MHz:n f0 kellorajalla 5 multiplekseri 806 on Ά1-asemassa ja multiplekseri 810 on 1A1-asemassaan; rekisteri G16 kerrotaan osoitinpai-nolla 814 ja tallennetaan keräimeen 812 ja kaikki Ό'-rekisterit siirtyvät oikealle. Data rekisteristä G16 syötetään rekisteriin G1 seuraavassa lohkossa. Multi-10 plekseri 806 asetetaan sen jälkeen 'B'-asentoon ja data rekistereiden G2 - G16 huippujoukossa 802 kierrätetään, kerrotaan osoitinpainolla 814 ja kootaan kokoajassa 812. Parittomalla 2 MHz-.n f0 kelloajalla multiplekseri 808 on 'A'-asemassaan ja multiplekseri 810 on 15 'B1-asemassaan; rekisteri H16 kerrotaan osoitinpainol la 814 ja tallennetaan kokoajaan 812, ja kaikki Ή'-rekisterit siirtyvät oikealle. Data rekisteristä H16 syötetään rekisteriin Hl seuraavassa lohkossa (ei esitetty) . Multiplekseri 808 asetetaan sen jälkeen ’B' — 20 asemaan ja data rekistereiden H2 - H16 alajoukossa 804 kierrätetään, kerrotaan osoitinpainolla 814 ja kootaan kokoajassa 812. Sen jälkeen prosessi toistetaan.

. *:* Painoarvot osoittimelle siirretään siirtore- ·*·.. kistereissä 814. Kun painoarvot on siirretty, ne yh- ,·. : 25 distetään kertojassa 816 multiplekserin 810 lähtöön • » : ennen syöttämistä kokoajaan 812. Painoarvot ovat +/-1, !..* joten kertoja 816 toimii valikoivana invertterinä. Tä- ;;; mä siirtorekisteri on 32 astetta pitkä. Se siirtää 16 ···’ kertaa f0:n kellojakson aikana.

30 Viitaten kuvioon 7, oletetaan, että tulonope- . * * ·...· us suodattimelle on suunnilleen 2.046 MHz. Tällä tulo- nopeudella keräysnopeus on suunnilleen 32.736 MHz, jo-: ka on hyvin halvan integroidun piiriteknologian suori- tuskyvyn rajoissa. Täten osoitisuodattimen 608 proses-. 35 sointi, joka esitetään lohkojen 702 ylärivillä kuvios- ; *.· sa 7 (otsikoitu "16-osoittiminen suodatin/kokoaja") voitaisiin toteuttaa 64 tällaisella kokoajalla, joiden 18

ViCC2 1 kunkin koko on q+4 bittiä. Arvolle q=4 tämä vastaa suunnilleen 512 täyttä lisääjää, joka vastaa kahden 16x16 kertojan kompleksisuutta (ilman rekistereitä, jotka ovat osa kokoajaa) . Täten yksi I- ja yksi Q-5 sovitettu suodatinkanava esittäisi porttikompleksisuu-den, joka vastaa suunnilleen neljää 16x16 kertojaa lisättynä tallennusbiteillä kooltaan suunnilleen 17500 (4-bittiselle I- ja Q-kvantisoinnille) . Tämä luku voitaisiin sen jälkeen kertoa sovitetun suodattimen käy-10 tettyjen kanavien määrällä. Tietenkin, jos kokoajat toimivat suuremmalla nopeudella, vaadittujen porttien määrää voidaan edelleen vähentää.

64 kokoajan 702 lähdöt kuviossa 7 yllä olevalle esimerkille vedostetaan nopeudella 2.046 MHz. 15 Nämä signaalit voidaan asettaa 64 rekisterin joukkoon ja siellä järjestää neljään 16 rekisterin joukkoon. Nämä toiminnot toteutetaan lohkoilla 712. Koska vedostus (näytteistys) -nopeus on 32.736 MHz, niin kunkin 16 rekisterin ryhmän lähdöt voidaan koota kuvion 8 ra-20 kennetta vastaavalla rakenteella (osoitinpainot ase tettuna ykköseksi). Tällöin tarvittaisiin neljä tällaista kokoajaa. Täten voisi seurata 4-osoittiminen kokoaja 706, joka vastaisi 16-osoittimista kokoajaa, mutta käyttäisi kelanopeutta, joka on neljäsosa niiden ;\j 25 kelanopeudesta ja jonka siirtorekisterit olisivat pi- .·. : tuudeltaan 4, 16 sijaan. Tällöin on huomattava, että ·... summaukseen tarvittava laitteisto on vain 10 % suurem- pi kuin alkuperäisen 64 suodatus/kokoamistoiminteen ** vaatima määrä. Huomaa, että vain yksi alibittitason 30 sovitettu suodatin 604 tarvitaan kaikkien tällaisten PN-tason sovitettujen suodattimien palveluun.

* * *

Keksinnön vaihtoehtoisessa sovelluksessa so-.·. : vitettu suodatin voidaan toteuttaa piirillä, joka to- teuttaa nopean Fourier-muunnoksen (FFT:n). Tällöin 35 kohdistettu viiverajasuodatin 408 keräyspiirissä 400 : toteuttaa FFT-toiminteet nopeille konvoluutioille.

Viitaten kuvioon 6A, jossa on ymmärrettävä, että FFT- 19 ‘Ί ' V' . , j

• i s« I

piiri korvaa osoitetun viiverajasuodattimen 608, FFT-toiminne toteutetaan signaalidatalle 602 ja painovek-toreille 612. Sen jälkeen nämä kaksi kerrotaan yhteen ja tulos käänteismuunnetaan rengaskonvoluution laske-5 miseksi, kuten ammattimiehille on selvää. Tämä toimin-nesarja voidaan toteuttaa kullekin PN-kehykselle ja saatu data voidaan koota ja tunnistaa elementeillä 410, 416 ja 420.

Rengaskonvoluution sijaan vaihtoehtoinen to-10 teutustapa on toteuttaa "limityslisäys" tai "limitys- tallennus" -toiminteet. Nämä toiminteet ovat ammattimiehille tuttuja ja välttävät rengaskonvoluution monimutkaisemman prosessoinnin kustannuksella. Kuitenkin tämä vaihtoehtoinen sovellus voi johtaa parempaan te-15 hokkuuteen. Muita nopean konvoluution menetelmiä myös tunnetaan alalla. Esimerkiksi julkaisusta "Fast Fourier Transforms and Convolution Algorithms", H.J. Nussbaumer, New Yourk, Springer-Verlag, 1982 tunnettuja menetelmiä voidaan myös käyttää korvattaessa kek-20 sinnön suodatustoiminnetta.

Vielä keksinnön eräässä sovelluksessa keräys-piirin 400 sovitettu suodatin voidaan korvata koheren-\l' tiliä integrointitoiminteella silmukassa 410. Sekä so- vitettu suodatustoiminne että koherentti integrointi-25 toiminne ovat lineaarisia aikariippumattomia suodatus- ·. : toiminteita ja on tunnettua, että tällainen korvaus .·.[ johtaa identtiseen lähtöön komposiittifunktiolta olet- taen, että käytetään riittävän tarkkaa numeerista esi-···’ tystä. Näiden operaatioiden vaihtaminen voi johtaa 30 pienempään laitteistovaatimukseen riippuen kunkin toi- minteen toteuttamiseen käytetystä tarkasta menetelmäs-'<t>· tä (kuten sovitettu FFT-suodatin vs. osoitettu viive- : rajasummaverkko) .

! Vielä keksinnön eräässä sovelluksessa neli- 35 öintitoiminne 206 ja 214 voidaan korvata neliöjuuri- J toiminteella tai muulla epälineaarisella tunnistetoi- 20 r.GCii minteella, joka poistaa signaalivaiheen kootusta signaalista, joka on lähetetty tälle piirille.

Yksinkertaistettu sovitettu suodatin 5 Yllä olevassa esityksessä sovitettu suodatin 408 jatkuvasti laskee kunkin näytearvon vastaten kaikkia PN-alibittejä GPS-kehyksessä (1023 alibittiä, tyypillisesti 2046 näytearvoa käsittäen kaksi näytettä alibittiä kohden). Kuitenkin on mahdollista vähentää 10 sovitetun suodattimen monimutkaisuutta ja silti ylläpitää esillä olevan keksinnön edut.

Eräs menetelmä sovitetun suodatinosan monimutkaisuuden vähentämiseksi on käyttää sovitettua suodatinta, joka jatkuvasti antaa lähdön, mutta jonka pi-15 tuus (eli impulssivasteen kesto) on pienempi kuin koko PN-sekvenssi. Keksinnön erään sovelluksen mukaisesti kuvion 6A sovitettu suodatin 408 on rakenteellisesti yksinkertaistettu. Esimerkiksi siirtorekisteri 614 voisi käyttää vain 127 rekisteriä täyden 2045 rekiste-20 rin sijaan ja painorakenne 612 voisi käyttää 64 painoa täyden 1023 painon sijaan. Tämä johtaa yksinkertaisem-paan sovitettuun suodattimeen 408 kertoimella 16. Täs-sä sovelluksessa lisäinpuuta 610 myös vähennetään vas-. taamaan siirtorekisterin ja painorakenteiden pienen- ; *; 25 nettyä skaalaa.

• *· Sovitettu suodatin tämän rakenteellisen yk- ...: sinkertaistamismenetelmän mukaisesti johtaa heikenty- neeseen järjestelmäherkkyyteen, koska kokonaisinte-graatioaika lähtödatasanaa kohden on pienempi kuin ko-30 konainen PN-alikehys. Kuitenkin taataan huipun muodos- .··. taminen kussakin PN-kehyksessä ja myös nopea keräysai- • · · • ( ka suhteessa vaihtoehtoisiin menetelmiin. On huomatta- '· ’·' va, että skaalan pienennykset siirtorekisterissä, pai- norakenteissa ja lisäinpuussa sovitetussa suodattimes-35 sa 408, muutkin kuin eksplisiittisesti mainitut, ovat mahdollisia ja johtavat suhteellisesti muutettuihin 1 - · η o - ',· i

2 2_ I i O C·* I

suodatuskykyominaisuuksiin.

Kuvio 6B esittää yksinkertaistettua sovitettua suodatinta keksinnön vaihtoehtoisen sovelluksen mukaisesti. Sovitettu suodatinjärjestelmä 640 muodos-5 taa osan mahdollisista lähdöistä PN-kehyksessä, mutta sillä on sovitetun suodattimen pituus, joka tehollisesti vastaa PN-kehyksen pituutta. Esimerkiksi tämä vastaisi suodattimen muodostamista, joka muodostaa lähdön kullekin 64 peräkkäiselle kellojaksolle 10 2046:sta kellojaksosta PN-kehystä kohden. Jokainen lähtö esittäisi potentiaalista pseudoaluetta.

Sovitetulla suodattimena 620 on sama herkkyys kuin normaalilla sovitetulla suodattimena 408 vastaten pituudeltaan PN-kehyksen pituutta; kuitenkin, 15 koska se muodostaa vain osan kaikista lähdöistä kehystä kohden, sen todennäköisyys huipun muodostamiseen kutakin kehystä kohden on muodostettujen lähtöjen määrän ja PN-kehyspituuden suhde. Täten 100 %:n todennäköisyyden saavuttamiseksi keräykselle muodostetun läh-20 dön pitäisi "askeltaa" aikasiirtymän täyden alueen yli vastaten yhtä PN-kehystä. Esimerkiksi yllä kuvatussa esimerkissä, jossa 64 lähtöä annetaan 2046:sta kellos-. ·:* ta PN-kehystä kohden, on 2046/64 tai 32 askelta, jotka )*·,. vaaditaan täyden PN-alueen kattamiseen. Sovitettu suo- .·. : 25 datin tämän vaihtoehtoisen sovelluksen mukaisesti on ; herkkyydeltään parempi kuin aikaisemmin esitetyt yk- sinkertaistetut suodatinmenetelmät.

;;; Sovitettu suodatinjärj estelmä 640 sisältää ···* sovitetun suodattimen 620, joka muodostaa mahdollisten 30 lähtöjen alijoukon PN-kehystä kohden. Erityisesti esi-tetty rakenne muodostaa 32 lähtöä PN-kehystä, jonka • pituus on 1023, kohden. Seuraavan esityksen selventä- : miseksi oletetaan, että näytteistysnopeus on yksi näy- ; te alibittiä kohden eli 1.023 Mnäytettä/s (C/A- 35 koodeille käyttäen standardin mukaista paikannuspalve-: ' : lua GPS:ää) . Edelleen selvyyden vuoksi kuvio 6B esit- ·;·; tää yhden sovitetun suodattimen 620, joka voi käsitel- 22

a a f ) r ‘: -l I I ϋ Q L· I

lä 32 datanäytettä kerrallaan. Tähän suodattimeen voidaan yhdistää silmukkaintegraattori 630 pidemmän suodattimen muodostamiseksi, erityisesti pituudeltaan 1023 .

5 Seuraavassa esityksessä viitataan kuvioon 6B, jossa siirtorekisterielementit 622 ja painorakenne 624 saavat nimetyt erityiset, mutta esimerkinomaiset arvot tietyllä ajanhetkellä. Ajanhetkellä 0 (t=0) datanäyt- teet rekistereissä Rl - R32 ovat, vastaavasti x(32), 10 x(31), ..., x(l), missä x(l) edustaa ensimmäistä tulo- datanäytettä ajan suhteen, x(2) toista jne. Ajanhetkellä t=0 suodatinrakenne 620 muodostaa tuloksen x(1)W1023+X(2)w(1022)+ ... +x(31)w(992). Vastaavasti ajanhetkillä t=l - t=31 suodatinpainot 624 pysyvät sa-15 mana, mutta dataa siirretään yhden paikan verran ja vastaava laskenta toteutetaan. Silloin seuraava data on lähtönä sovitetulta suodattimelta ja se tallennetaan silmukkaintegraattoriin 630 ensimmäiselle 32 kellojaksolle (kukin rivi vastaa yhtä peräkkäistä lähtö-20 datanäytettä):

Lohkon 1 sovitetun suodattimen laskenta x(l)w(1023) +x(2)w(1022+ . . .+x (32) w (992) V: 25 x (2 ) w (1023) +x (3) w (1022) + . . .+x (33) w (992) ’ · x(32)w(1023)+x(33)w(1022)+ ...+x(63)w(992) 30 Tällä ajanhetkellä, kun 32 näytettä on käsi-, telty, painot korvataan painoilla, jotka ovat 32 pie- *· "· nempiä kuin niiden alkuperäiset arvot (eli ww(991) • * ...,w(960)) ja sovitettu suodatin muodostaa tulokset 35 seuraavalle 32 näytteelle (ajanhetkillä t = 32 - t = 63) : 23 11CG2 1

Lohkon 2 sovitetun suodattimen laskenta x(33)w(991)+x(34)w(990)+ . . .+x(64)w(960) X (34 ) w (991) +x (35}w(1022) + . . .+x (65) w (960) 5 · x(6 4)w(9 91)+x(6 5)w(9 9 0)+ . . .+x(95)w(960)

Silmukkaintegraattorin 630 vaikutus kuitenkin 10 on lisätä yhteen vastaavat kahden ylhäällä olevan matriisin rivit, jolloin saadaan siirtorekistereissä kokonaistulokseksi kullekin ajanhetkelle t=23 - t=63.

Lohkon 2 silmukkaintegraattorin lähtö 15 x(1)w(1023)+x(2)w(1022)+ ...+x(64)w(960) X(2)w(1023)+x(3)w(1022)+ ...+x(65)w(960) • 20 x(32) w(1023) +x(33) w(1022) + . . .+x (95) w (960)

Jokainen rivi tässä jälkimmäisessä matriisis- :··· sa on identtinen pituudeltaan 64 sovitetun suodattimen : *·· muodostamaan riviin vastaten lähtöä ajanhetkellä t=0, 25 1, ...,31. täten silmukkasuodatin toteuttaa vaaditut : funktiot mahdollistaakseen sovitetun suodattimen toi- • · minnan pidempänä sovitettuna suodattimena. Vastaavasti jokaisen 32 lisänäytteen jälkeen uusi painojoukko otetaan käyttöön 32 pienempänä kuin edellinen joukko. Yl-30 lä oleva analyysi soveltuu ja silmukkaintegraattorin * * lähdöt kunkin 32 lisänäytteen jälkeen edustaa suoda-···’ tinlähtöjä ajanhetkillä t=0 - t=31, joka johtaisi pi- dempiin sovitettuihin suodattimiin. 32 tällaisen jak-•;··| son jälkeen sovitetulla suodattimena 620 muodostettu 35 datajoukko on: 24 1 luo/ 1

Lohkon 32 sovitetun suodattimen laskenta x(993)w(31)+x(994)w(3 0)+ . . .+x(1024)w(0) x (994) w (31) +x (995) w (30) + ...+x(1025)w(0) • 5 · x(1024) w(31) +x(1025) w(30) + . . .+x (1055) w (0) Tämä data lisätään edelliseen dataan toimin-10 nan toteuttamiseksi. Jokainen aikasilmukkaintegraatto-ri 630 päivitetään tässä viimeisessä lohkossa, sen sisältö voidaan lähettää toiselle puskurille. Seuraava aikasilmukkaintegraattori 630 päivitetään, sen alkutila voidaan asettaa nollaksi, ellei haluta integroida 15 useiden kehysten yli.

Eräs haittapuoli liittyen yllä esitettyyn esimerkkiin on, että kooltaan w(0) painoa ei ole, koska on vain 1023 painoa PN-kehystä (ohden 8jos näytös-nopeus vastaa PN-pituutta). Kuitenkin, jos w(0) asete-20 taan arvoon w(1023), muodostetaan tehokkaasti asianmukainen suodatinpituus 1024. Tämä sovellus hyödyntää PN-signaalin jaksollisuutta.

. ·;· Toinen haittapuoli liittyen yllä mainitun esimerkin menetelmään on, että viimeinen rivi lohkossa .·. : 25 32 alkaa arvolla x(1024) . Olisi edullista kuitenkin, ·, : jos sana olisi lohkon 1 ensimmäinen sana seuraavalle PN-kehykselle, jolloin sama sovitetun suodattimen läh-;;; töjoukko lasketaan kullekin kehykselle, kehyspituuden ···’ 1023 modulo. Ongelma tässä on, että 32 ei jaa tasan 30 lukua 1023. Tämä huipun kohdistusongelma voidaan rat-kaista estämällä joukon 32 viimeisen rivin laskenta ja : lisäämällä se silmukkaintegraattoriin 630. Tämä tehok- X ; kaasti aikaansaa 32:nnen arvon silmukassa virheelli- ! seksi ja täten vain 31 peräkkäistä sovitetun suodatti- 35 men lähtöä on voimassa. Sovitetussa suodattimessa 620 ; ,· painot w(1023), w (1022)+...+, w (992) yksinkertaisesti :**: ladattaisiin painorakenteeseen 624, 31.:ssä jaksossa 1 '10821 25 lohkon 32 alusta jakson 32 sijaan. Edelleen silmuk-kaintegraattorilaskin nollattaisiin tällä ajanhetkellä ja samoin. Vaihtoehtoinen korjaus on käyttää sovitettua suodatinta pituudeltaan 31 tai 33, jotka molemmat 5 jakavat 1023.-n tasan.

Monet variaatiot ovat mahdollisia liittyen yksinkertaistettuun sovitettuun suodatinrakenteeseen 640 kuviossa 6B. Ensiksi sovitettu suodatin 620 voitaisiin toteuttaa piirille 800 kuviossa 8, joka käyt-10 tää vain yhtä kertojaa/kokoajaa. Edelleen suodatinpai-not voidaan tuottaa siirtorekisterin kautta. Tällöin toimintojärjestys, joka vaaditaan yllä olevassa menetelmässä, olisi yhtäpitävä sen kanssa, että yksinkertaisesti muodostetaan painot sekventiaalisesti järjes-15 tyksessä w(1023), w(1022), ...w(l).

On myös mahdollista yhdistää kaksi tai useampi suodatin/kokoaja kuviossa 7 kuvion 6B kokoajaan pidemmän sovitetun suodattimen (kuten 64 tai 128) toteuttamiseksi. Itse asiassa mitä tahansa sovitettua 20 suodatinrakennetta voidaan käyttää osoitetun viivera-jarakenteen 622 sijaan sovitetussa suodattimessa 620. On tietenkin mahdollista laskea epäjatkuva lähtöjoukko ··· sovitetulta suodattimelta usealla tavalla. Esimerkiksi :\t> sovitetun suodattimen 620 siirtorekisteri 620 voitai- : 25 siin siirtää neljä kertaa kutakin sovitettua suodatin- ! laskentaa kohden joka neljännen sovitetun suodatinläh- dön muodostamiseksi.

GPS-vastaanotin 30 Kuvio 9 esittää perinteisen GPS-vastaanot- .···. timen 900 keräyspiiriä keksinnön erään sovelluksen mu- ’·’ kaisesti. GPS-signaalit vastaanotetaan GPS-antennilla 902 ja ovat tulona GPS-vastaanottimelle 900 tulopiirin 904 kautta. PN-koodit vastaanotetuissa GPS-35 signaaleissa kerätään ja niitä seurataan piirissä 400a yhdessä ulkoisen prosessorin 910 kanssa yllä kuvatun 26 110821 toiminteen, joka kuvattiin suhteessa kuvioihin 4 - 8, mukaisesti. Keräyspiirin 400a lähtö käsittää pseudo-aluedatan 908 vastaten kultakin GPS-satelliitilta vastaanotettuja signaaleita. Kukin satelliitti myös lä-5 hettää efemerididataa, joka vastaanotetaan tulopiiril-lä 904 ja demoduloidaan piirillä 400b. Prosessori 910 käsittelee efemeridi- ja pseudoaluedatan määrittääkseen vastaanottimen paikan. Prosessorin 910 lähtö ohjaa tulo-/lähtölaitetta, kuten näyttöä 912, joka graa-10 fisesti tai tekstimuodossa esittää yksikön paikan. Tässä kokoonpanossa kuvion 4 piiri toteuttaa sekä keräyksen että seurannan yhdessä prosessorin 910 kanssa.

Kuvio 10 esittää keräyspiirin toteutusta GPS- vastaanottimessa 1000 keksinnön vaihtoehtoisen sovel- 15 luksen mukaisesti. GPS-vastaanotin 1000 on yhdistetty GPS- ja tietoliikennelähetinvastaanotin. Vastaanotin 1000 sisältää GPS-vastaanotinasteen sisältäen keräys- piirin 400 ja tietoliikennelähetinvastaanotinasteen 1020. GPS-signaalit vastaanotetaan GPS-antennin 1002 20 kautta ja syötetään keräyspiirille 400, joka kerää PN- koodit eri vastaanotetuille satelliiteille. Pseudo- aluedata, joka muodostetaan keräyspiirille 400, käsi- . ·;· tellään prosessorilla 1012 lähetettäväksi lähetinvas- :'· taanottimelle 1020. Lähetinvastaanotin 1020 sisältää • «· .·. : 25 lähetys-/vastaanottokytkimen (tai duplekserin 1008) , ·, : joka reitittää tietoliikennesignaalit (tyypillisesti RF-signaalit) tietoliikenneantenniin ja tietoliiken- 1 · ;;; neantennilta 1004 ja vastaanottimeen 1000. Vastaanote- *··’ tut tietoliikennesignaalit ovat tulona tietoliikenne- 30 vastaanottimeen 1010 ja siirretään prosessorille 1012 käsittelyä varten. Prosessorilta 1012 lähetettävät ' ί tietoliikennesignaalit etenevät modulaattoriin 1014 ja ·’ : taajuusmuuntimelle 1016. Tehovahvistin 1018 kasvattaa ! signaalin vahvistusta sopivalle tasolle lähetettäväksi , 35 tukiasemaan 1006. Yhdistetyssä GPS-/tietoliikenne- | järjestelmän vastanottimessa 1000 keräyspiirille 400 generoitu pseudoaluedata lähetetään tietoliikenneyh- 1Ί ;'Ί O r ' -1

I U O L I

27 teyden kautta tukiasemaan 1006. Tukiasema 1006 sen jälkeen määrittää vastaanottimen 1000 paikan perustuen pseudoaluedataan etävastaanottimelta ja efemeridida-taan, joka on vastaanotettu sen omalta GPS-vas-5 taanottimelta tai muulta tällaisen datan lähteeltä. Datan paikka voidaan lähettää takaisin GPS-vastaanottimelle 1000 tai toiseen etäpaikkaan. Tietoliikenneyhteys vastaanottimen 1000 ja tukiaseman 1006 välillä voidaan toteuttaa usealla eri sovelluksella 10 sisältäen suoran linkin tai matkapuhelinlinkin.

Menetelmä rekisteriluvun vähentämiseksi

Edellä kuvatut GPS-keräyspiirien esimerkit, jotka kaikki on toteutettu useina sovitettuina suodat-15 timina rinnakkain, kukin vaativat erillisen siirtore-kisterin tulevan datan tallentamista varten (kuten ke-räyspiiri 200 kuviossa 2). Näille piireille, jos suuri kanavamäärä toteutetaan rinnakkaisena, esimerkiksi 8 kanavaa, niin rekistereiden määrä tulee suureksi ja 20 saattaa dominoida järjestelmän kokonaisporttimäärää.

Edelleen voi olla hyväksyttävä tehontarve liittyen tähän suureen rekisterimäärään. Keksinnön eräässä sovel- * » · ·· luksessa GPS-keräyspiiri tulo-GPS-signaalidatan pitä- ; miseksi käyttää yksittäistä siirtorekisteriä tuloas- '·· 25 teessä.

·,: Syy, miksi monen sovitetun suoda tinkana van joukko perinteisesti tarvitsee monta siirtorekisteriä, on, että edellytykset Doppler-kantoaallon korjauksen ja Doppler-aikakorjauksen (näytekellon muutoksen) suo-30 rittamiselle muuttuvat yhdeltä kanavalta seuraavalle ;;; siirryttäessä. Täten, jos Doppler-kantoaallon korjaus toteutetaan tulevalle datalle, N uutta datajonoa vas-täten N tää eri Doppleria N: lie kanavalle joudutaan muodostamaan. Vastaavasti signaalin muuttuvan alibit-35 tinopeuden seuraamiseksi siirtorekisterille, joka pi- * ·’ tää dataa, syötetty kello muuttuu tiettyyn kanavaan ' ’ liittyvän Dopplerin vaatimalla tavalla. Tämä jälleen 28 ·ί < ρ ry .: ’, .λ ί > U Ο 4. ί on perinteisesti toteutettu siten, että käytetään erillisiä rekistereitä kunkin kanavan datan pitämiseen.

Keksinnön eräässä sovelluksessa kompensoidaan 5 muuttuva kantoaalto muuttamalla sovitettuja suodatin-painoja säännöllisesti (esimerkiksi kerran PN-kehystä kohden tai kerran millisekunnissa), yhdessä kantoaal-tokorjauksen kanssa sovitetun suodattimen jälkeen. Tämä sovellus siten eliminoi erillisten siirtorekisteri-10 en käyttötarpeen. Tehollisen näytteistysnopeuden muuttaminen on jälleen sovitetun suodattimen painojen muuttamista säännöllisesti yhdessä datasignaalin uu-delleennäytteistyksen kanssa sovitetun suodatintoimin-teen jälkeen.

15 Kuvio 11 on lohkokaavioesitys pienennetyn re kisterin omaavasta GPS-keräyspiiristä esillä olevan keksinnön erään sovelluksen mukaisesti. Piirissä 1100 tulodata syötetään yksittäiseen datansiirtorekisteriin 1102. Tulosiirtorekisterin koko on tyypillisesti 1023 20 tai 2046 riippuen näytteiden määrästä alibittiä kohden. Siirtorekisterin 1102 lähtö syötetään rinnakkain N:lie sovitetulle suodatinkanavalle, 1104, 1106 jatku-·;· en aina kanavalle 1108. Ensimmäisen sovitetun suoda- tinkanavan 1104 käsittävät piirit esitetään yksityis-·. : 25 kohtaisemmin; kuitenkin on ymmärrettävä, että N sovi- ·,: tettua suodatinkanavaa sisältää identtiset piirit. Jo- « · kainen kanava sisältää varaston kantoaallon vakioar-;;; voille 1112 ja varaston PN-vakioarvoille 1114. Kanto- ···' aallon vakiot ovat tulona kantoaallon painotuspiirille 30 1118. Vastaavasti PN-vakiot ovat tulona PN- painotuspiirille 1120. Painotettu kantoaalto- ja PN-vakiot yhdistetään summausverkossa 1122.

: Tällöin data siirtorekisteriltä 1102 on eden nyt N: n sovitetun suodatinverkon läpi, joista kukin . 35 yhdistää PN- ja taajuusvakiot. Tämän järjestelyn tar- j koituksena on, että jos yksittäinen PN-kehys tulosig- *: * *: naalissa olisi muotoa s(t)=P(t-d)exp(j2uft) , missä 29 1 f L C £ ί p(t) on 1023 alibitin PN-sekvenssi, f on Doppler-taajuuden residuaali ja d on suhteellinen viive, niin sovitettu suodatin tälle signaalille omaisi impulssi-vasteen, joka on identtinen s(t):lle, paitsi ajan suh-5 teen kääntynyt. Tämä painotusfunktio voidaan jakaa kahteen osaan, joista toinen vastaa PN-sekvenssiä P(t- d) ja toinen vastaa kantoaallon painotusfunktiota βχρ^2π^), t:n vaihdellessa 0:sta suodattimen impuls-sivasteen pituuteen (tyypillisesti 1 millisekuntiin). 10 Koska f ja d muuttuvat kanavalta toiselle, ja myös muuttuvat hitaasti ajan suhteen, nämä painotusfunktiot on säännöllisesti päivitettävä. Useimmissa tapauksissa päivitys kerran millisekunnissa (PN-kehyksessä) on enemmän kuin riittävä, koska kantotaajuus muuttuu vain 15 vähän (tyypillisesti alle 1 Hz) ja PN-vaihe muuttuu erittäin vähän (vähemmän kuin 0.03 alibittiä) yhden millisekunnin aikana.

Kantoaallon painotuspiirin 118 ja PN-painotuspiirin 1120 toiminta esitetään tarkemmin kuvi-20 ossa 12. Yhdistetty "w" ja "c" suodatinvakiot, joita käytetään kuvioissa 11 ja 12, vastaavat suodattimen siirtofunktiota, ei peruskaistalla, vaan taajuudella , ··· f. Täten data, joka lähtee sovitetulta suodattimelta, :·, ei myöskään ole peruskaistalla. Täten, jos peräkkäisiä ,·, ; 25 PN-kehyksiä sovitetulta suodattimelta (esim. viivera-

‘ I I

; jaintegraattorilta kuviossa 4) koherentisti yhdiste-

I I

tään, signaalin kantotaajuus sovitetulta suodattimelta ···’ on kompensoitava siten, että vaiheet kulkevat kehyk- ...* sestä toiseen. Tämä kompensointi toteutetaan kertojal- 30 la 1124 kuvion 11 kanavan 1 lähdössä. Yleisimmässä : muodossaan oskillaattori 1116 syöttäen kertojaa 1124 on yksinkertaisesti exp(-j2nft), missä f on Doppler, . joka on korjattava, ja t on jatkuvasti lisääntyvä ai- ‘I ka. Tämä sen jälkeen alasmuuntaa signaalin suodattimen i · · · · 35 lähtöön 0-taajuudelle ja mahdollistaa kehys kehykseltä : integroinnin.

» »

I I

30 1 Λ· Π π η -1 I ιϋοI ]

Koherentin kehys kehykseltä lisäyksen toteuttamiseksi ei ole tarpeen käyttää kantovaiheen syntetisaattoria 1116 piirissä 1100, vaan sen sijaan yksi vaihe voi olla käytössä koko kehyksellä. Vaihetta on 5 sen jälkeen lisättävä seuraavalle kehykselle kootun Doppler-vaiheen kehystä kohden vastaavalla määrällä, nimittäin 2ufTf:llä, missä Tf on kehyksen kesto (yksi millisekunti). Tämä sovellus pienentää kantovaihesyntetisaattorin 1116 toimintanopeutta. On huomattava, 10 että vierekkäiset näytelähdöt sovitetulta suodattimel-ta tätä taajuusmuunnosta seuraten tässä tapauksessa omaavat hieman eri vaiheen, nimittäin 2πίΤα:η, missä Tc on alibitin kesto. Normaalisti pienet Doppler-virheet liittyen GPS-satelliitteihin (tyypillisesti alle 3500 15 Hz:n) johtavat siihen, että tämä vaihe-ero on merkityksetön (alle 1 asteen).

Tämän kantovaihesyntetisaattorin 1116 lähtö syötetään digitaaliseen uudelleennäytteistyspiiriin 1126. Tämä piiri toimii muuttuvana viiverajana, joka 20 voi viivästää tulosignaalia alueella ±1/2 näytettä. Tämä voidaan tehdä yksinkertaisimmalla tavalla lineaarisella interpolaattorilla, joka yksinkertaisesti pai-nottaa kaksi vierekkäistä näytettä suhteessa aikaeroihin halutussa näytteistysajassa suhteessa lähimmän • · . . 25 kahden näytteen aikoihin sen molemmin puolin. Lineaa- I · ; rinen interpolaatio johtaa signaalispektrin siirtymi- » · ; / seen; kuitenkin tämä voidaan kompensoida ekvalisoin- <>< tisuodattimella, joka on sijoitettu ennen sovitettua suodatinta, esimerkiksi osaksi alibittisovitettua suo-30 datinta 1202 kuviossa 12. Kun yli puolen näytteen viivettä tarvitaan, käytetään yksinkertaisesti rengas-siirtoa PN-vakioille, jotka on tallennettu varastoon * t t ,* , 1114 etenevää tai palaavaa "eteenpäin/palaa- * '1 komennoin", kuten esitetään kuviossa 11, ja sen jäi-

* I » « I

’ ‘ 35 keen säädetään uudelleennäytteistyspiirin hienointer- /’: polaatiota. PN-vakioiden päivittäminen tällä tavalla » * on suhteellisen epäsäännöllinen operaatio, joka vaadi- ί i '<·> I 31 taan alle kolme kertaa sekunnissa johtuen suhteellisen pienestä aika-Dopplerista liittyen GPS-satelliitteihin (tyypillisesti alle 2700 nsek/sek) . Kaikkien yllä olevien toimintojen ohjaus voidaan toteuttaa piirissä 5 1100 perinteisellä mikrokontrollerilla tai mikropro sessorilla 1110.

Kuvio 12 esittää esimerkkiä siitä, miten erillinen painotus PN- ja kantotaajuudelle voidaan toteuttaa esillä olevan keksinnön eräässä sovelluksessa. 10 Sovitettu suodatin 1200 käyttää painotettua viivera- kennetta. Tulovaiheen tai neliövaiheen datatulo on tulona alibittisovitetulle suodattimelle 1202, joka sovitetaan yksittäisen alibitin aika-aaltomuotoon. Lähtö alibittisovitetulta suodattimelta 1202 sen jälkeen 15 alasnäytteistetään kahteen näytteeseen alibittiä kohden alasnäytteistimessä 1204. Alasnäytteistety signaali sen jälkeen syötetään viiverajasuodattimeen, joka on sovitettu senhetkiseen näennäissatunnaiseen signaa-likuvioon. "w"-vakioita 1206 osoitinsuodattimessa ovat 20 ne, jotka vastaavat PN-vakioita ja "c"-vakioita 1208 ovat ne, jotka vastaavat kantotaajuutta. Lähdöt painotetuilta signaaleilta sen jälkeen yhdistetään lisäin-. ·.·· puussa 1210 lähdön muodostamiseksi sovitetulta suodat- ;“.>φ timelta 1200. Kuvion 12 piiri edustaa etenevän sovel- .·. : 25 luksen modifikaatiota kuviosta 6A. Kuitenkin piirin • · · j 1200 painotusta voidaan vastaavasti käyttää eri tehoi- • · · sissa sovitetuissa suodatinrakenteissa, joita tässä esitetään, kuten kuvioiden 6B, 7 ja 8 rakenteissa.

’···’ Kuten voidaan nähdä, on mahdollista yhdistää 30 kuvion 12 painot, jolloin w- ja c-painot voidaan yh-distää painojen dl=wl x cl, d2=w2 x c2 jne. muodosta-1 : miseksi. Tällaisilla yhdistelmillä vältettäisiin kaksi _·] . tulotoiminnetta. Kuitenkin piirissä 1200 esitetty jär- ! jestely on jonkin verran edullisempi kuin tämä sovel- 35 lus. Ensiksi useissa tapauksissa PN-vakiot w ovat täy-' ' : sin reaalisia eli niillä ei ole kvadratuurikomponent- ·;··; tia. Täten kuviossa 12 w-vakiot vaativat vain 1023 sa- 32 λ ·ιηπ η I I IUOZ 1 nan tallennuksen ja 1023 tuloa lähtöä kohden tulovai-heen ja neliövaiheen pisteessä. Taajuusvakiot c, jotka ovat kompleksisia, käsittävät sekä tulovaiheen että neliövaiheen komponentin. Täten ne vaatisivat 2046 sa-5 nan tallennuksen ja myös vaativat 4092 tuloa ja 2048 lisäystä lähtöpisteen tulovaiheessa tai neliövaihees-sa. Tämä suuri määrä tallennettavia taajuusvakioita voi pienentyä merkittävästi, jos joukko peräkkäisiä c-vakioiden arvoja valitaan identtisiksi, esimerkiksi 10 16. Tämä voidaan tehdä useissa tapauksissa, koska

Doppler-korjaukset ovat normaalisti erittäin pieniä, luokkaa joitain kHz ja tehollinen tila näytteiden välillä painotettuna peräkkäisillä vakioilla on suunnilleen 1 MHz. Täten peräkkäiset taajuusvakiot vastaavat 15 vaiheen muutosta luokkaa 0.003 maksimissaan tai n. 1 astetta vaiheessa. Jos 16 taajuusvakiota rivillä olisi samanlaisia, niin maksimivirhe tässä tapauksessa olisi n. 8 astetta, mikä johtaa alle 0.09 dB signaalitehon menetykseen.

20 Useimmissa tapauksissa PN-vakiot w on päivi tettävä harvoin, koska aika-Doppler GPS:lle ei ylitä kolmea alibittiä sekunnissa. Kuitenkin kantoaallon . ··· Doppler-painot c on päivitettävä useammin, ehkä 100 kertaa sekunnissa, koska Doppler voi muuttua noin 1 Hz .·. : 25 sekunnissa. Päivitysprosessi voi johtaa pieneen sig- j naalitehon menetykseen, koska painot häiriintyvät päi- !.. vitysprosessin aikana (ellei kallista kaksoispuskuri- sovellusta käytetä). Koska Doppler-painoja on paljon '···' vähemmän kuin PN-painoja (olettaen, että 16 Doppler- 30 painoa rivillä ovat identtisiä), häiriön kesto (eli uuden datan lataaminen kantoaaltovakioiden varastoon : 1112) minimoituu erottamalla painotusproseduurit, ku- . ten esitetään kuviossa 12.

Joissain GPS-vastaanottimissa on paljon taa-, * 35 juus- ja näytteistysnopeusvirheitä johtuen heikosti : ’ ohjatusta paikallisesta referenssioskillaattorista.

Esimerkiksi, jos kymmenen osaa miljoonasta (PPM) kris- 33

•1 ·Ί Η Γ\ f'1; A

I IVOt I

tallioskillaattoria käytettäisiin, niin taajuusvirheet 15750 Hz:n ympärillä esiintyisivät kaikilla kanavilla (jättäen huomiotta paljon pienemmät Doppler-taajuusvirheet) ja vastaavasti 10 mikrosekunnin näyt-5 teistysaikavirheet sekuntia kohden seuraisivat. Vaikka piirit 1100 ja 1200 kuviossa 11 ja 12, vastaavasti, voivat sovittaa tällaiset suuret virheet, voidaan havaita edeltävästä esityksestä, että tällaisilla suurilla virheillä voi olla negatiivinen vaikutus järjes-10 telmän suorituskykyyn ja/tai kompleksisuuteen. Tämä tilanne on erityisesti silloin, kun halutaan peräkkäisten taajuusvakioiden määrän olevan sama. Tämän tyyppinen suuri taajuusvirhe, joka on yhteinen kaikille kanaville (eli on yhteismuotoinen), voidaan helpos-15 ti kompensoida käyttämällä yhtä digitaalista taajuus-muunnospiiriä ennen kuvion 11 sovitettua suodatinta (kuten ennen datansiirtorekisteriä tai juuri sen jälkeen) . Tämä eliminoi tarpeen peräkkäisille piireille tällaisten suurten virheiden kompensoimiseksi. Näyt-20 teistysnopeus on yhä suhteellisen pieni, joten sitä ei tarvitse erikseen kompensoida vastaavalla tavalla.

Vaikka keksinnön mukaiset menetelmät ja lait-. ··· teet on kuvattu viitaten GPS-satelliitteihin, on sel- vää, että nämä opetukset ovat yhtäpitäviä niissä pai-.·. : 25 kallisjärjestelmissä, jotka käyttävät pseudoliittejä . tai satelliittien ja pseudoliittien yhdistelmää. Pseu- doliitit ovat maalla toimivia lähettimiä, jotka lähettävät PN-koodia (vastaa GPS-signaalia), joka on modu-'···’ loitu L-kaistan kantosignaalille, ja yleensä synkro- 30 noitu GPS-aikaan. Jokaiselle lähettimelle voidaan ni- :,ti! metä uniikki PN-koodi, jotta se voidaan identifioida 1 : etävastaanottimessa. Pseudoliitit ovat käyttökelpoisia _·’ . tilanteissa, joissa GPS-signaalit maata kiertäviltä I satelliiteilta ovat saavuttamattomissa, kuten tunne- 35 leissa, kaivoissa, rakennuksissa tai muilla suljetuil- : 1 : la alueilla. Termi "satelliitti" tässä käytettynä on ·;··· tarkoitettu sisältämään pseudoliitit tai niitä vastaa- 110821 34 vat laitteet ja termi GPS-signaalit, tässä käytettynä, on tarkoitettu sisältämään GPS-signaaleita vastaavat signaalit pseudoliiteilta tai vastaavilta laitteilta.

Edeltävässä esityksessä keksintöä on kuvattu 5 viitaten Yhdysvaltojen globaaliin paikannussatelliit-tijärjestelmään (GPS). On totta kuitenkin, että nämä menetelmät voidaan yhtä hyvin soveltaa vastaaviin satelliittipaikannusjärjestelmiin, kuten venäläiseen Glonass-järjestelmään. Termi "GPS" tässä käytettynä 10 sisältää tällaiset vaihtoehtoiset satelliittipaikannusjärjestelmät, sisältäen venäläisen Glosass-järjestelmän. Termi "GPS-signaalit" sisältää signaalit vaihtoehtoisilta satelliittipaikannusjärjestelmiltä.

Edellä olevassa järjestelmä on kuvattu vas-15 taanottamaan GPS-signaalit nopeakeräyksisellä suuri-tarkkuuksisella keräyspiirillä. Vaikka esillä olevaa keksintöä on kuvattu viitaten tiettyihin esimerkkisovelluksiin, on selvää, että useat modifikaatiot ja muutokset voidaan tehdä näihin sovelluksiin poikkea-20 matta keksinnön hengestä ja piiristä, joka määritellään patenttivaatimuksissa. Näin ollen selitystä ja piirustuksia on pidettävä esimerkinomaisina eikä rajoittavina.

Claims (20)

1. Menetelmä maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalien keräämiseksi, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 5 vastaanotetaan maailmanlaajuisen paikannusjärjes telmän signaalien näyte; lähetetään maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalien näyte sovitetuille suodattimille siirtore-kisterin viivelähtöjen kautta; 10 kussakin sovitetussa suodattimessa sovitettujen suodattimien joukossa muodostetaan sovitettu suodatin-paino, ensimmäinen painotettujen kertoimien jono vastaten pseudosatunnaista sekvenssiä ja toisen painotettujen kertoimien jonon vastaten kantotaajuussekvens-15 siä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siirtorekisterin pituus vastaa sovitettujen suodattimien maksimipituutta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että: ·· muutetaan yhtä tai useampaa painotettua kerrointa _ ensimmäisessä painotettujen kertoimien sarjassa jak soittain; ja _ lisätään aikakorjaus GPS-signaalien näytteeseen ' 25 sovitetun suodatintoiminteen jälkeen kussakin sovite- ; ; tussa suodattimessa sovitettujen suodattimien joukos- ' ·.. sa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää 30 seuraavat vaiheet: muunnetaan yhtä tai useampaa painotettua kerrointa .·· toisessa painotettujen kertoimien jonossa jaksoittain; .' · ja ’· '· lisätään kantotaajuuskorjaus GPS-signaalien näyt- ·”· 35 teeseen sovitetun suodatintoiminteen jälkeen kussakin sovitetussa suodattimessa sovitettujen suodattimien .·*·. joukossa. 110821

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää seuraavat vaiheet: muunnetaan yhtä tai useampaa painotettua kerrointa 5 toisessa painotettujen kertoimien jonossa jaksoittain; ja lisätään kantotaajuuskorjaus GPS-signaalin näytteeseen sovitetun suodatintoiminteen jälkeen kussakin sovitetussa suodattimessa sovitettujen suodatti-10 mien joukossa.

6. Piiri maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalien keräämiseksi ja seuraamiseksi vastaanotettuna maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän vastaanottimessa, tunnettu siitä, että keräyspii- 15 ri (400) käsittää: tulosignaaliportin (402) maailmanlaajuisen paikannusjärjestelmän signaalien vastaanottamiseksi; sovitetun suodattimen (408), joka on kytketty tulosignaaliporttiin suodatetun datajoukon muodostami-20 seksi; ensimmäisen silmukkaintegraattorin (410), joka on kytketty sovitetun suodattimen lähtöön, jolla ensimmäisellä silmukkaintegraattorilla on lähtö; epälineaarisuusoperaattorin, joka on kytketty " 25 ensimmäisen silmukkaintegraattorin lähtöön, jolla epä- lineaarisuusoperaattorilla on lähtö; toisen silmukkaintegraattorin (420), joka on kytketty epälineaarisuusoperaattorin lähtöön; ja että ensimmäinen silmukkaintegraattori 30 (410) yhdistää ensimmäisen suodatetun datalohkon sovi tetusta suodattimesta (408), ja että ensimmäisen data-lohkon alku ja seuraavan datalohkon alku esiintyvät ·; , ajanhetkinä, joita erottaa GPS-signaalien kehyskeston moninkerta. ·:··. 35 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen piiri, tunnettu siitä, että piiri edelleen käsittää: -] ·ι n o n *i 37 I ίϋοάΐ digitaalisen taajuusmuunnospiirin (406), joka on kytketty tulosignaaliporttiin; digitaalisen uudelleennäytteistyspiirin (404), joka on kytketty digitaaliseen taajuusmuunnospiiriin 5 (406); ja rekisteripankin (418), joka on kytketty ensimmäiseen silmukkaintegraattoriin (410) ja toiseen silmuk-kaintegraattoriin (420).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen piiri, 10 tunnettu siitä, että se seuraa ainakin yhtä vastaanotettujen GPS-signaalien osasignaalia.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen piiri, tunnettu siitä, että ainakin toinen ensimmäisestä silmukkaintegraattorista (410) ja toisesta silmuk- 15 kaintegraattorista (420) toteuttavat takaisinkytkentä- piirin, jolla on yksikkövahvistus.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen piiri, tunnettu siitä, että ainakin toinen ensimmäisestä silmukkaintegraattorista (410) ja toisesta silmukkain- 20 tegraattorista (420) toteuttavat takaisinkytkentäpii- rin, jonka vahvistus on alle yhden.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen piiri, tunnettu siitä, että rekisteripankki (418) toteutetaan random access -muistilla.

12. Patenttivaatimuksen 6 mukainen piiri, tunnettu siitä, että piiri käsittää edelleen kolmannen silmukkaintegraattorin, joka on kytketty sovitetun suodattimen lähtöön ja ensimmäisen silmukkaintegraattorin tuloon.

13. Sovitettu suodatinpiiri, tunnettu siitä, että piiri käsittää: sovitetun suodatinpiirin tulon (602), joka vas-y , taanottaa GPS-signaalien näytteitä; kertojan (612), johon kuuluu ensimmäinen tulo, jo-·;·· 35 ka on kytketty sovitetun suodattimen tuloon, ja lähtö; siirtorekisterin (802), johon kuuluu tulo, joka on ;;; kytketty kertojan lähtöön; ja 38 1 10821 kertojan (816), joka kytketty siirtorekisterin lähtöön ja toinen tulo kertojasta on kytketty siirto-rekisterin lähtöön.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitettu 5 suodatinpiiri, tunnettu siitä, että sovitettu suodatinpiiri toteuttaa sovitetun suodatustoiminteen GPS-signaalien näytteille.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sovitettu suodatinpiiri, tunnettu siitä, että piiri edel- 10 leen käsittää käsittää joukon sovitettuja suodattimia, jotka on kytketty viivelähtöihin datasiirtorekisteris-sä (802, 804), jolloin jokainen sovitettu suodatin sovitetussa suodatinjoukossa toteuttaa sovitetun suoda-tintoiminteen GPS-signaalien näytteille.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen sovitettu suodatinpiiri, tunnettu siitä, että datasiirtore-kistereiden pituus vastaa sovitetun suodatinjoukon maksimipituutta.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen sovitettu 20 suodatinpiiri, tunnettu siitä, että jokainen so- vitettu suodatin sovitettujen suodattimien joukossa edelleen käsittää sovitetun suodatinverkon, joka muodostaa sovitetut suodatinpainot (624), ensimmäisen painotetun kerroinjonon vastaten pseudosatunnaista . ‘ 25 sekvenssiä ja toisen painotetun kerroinjonon vastaten kantotaajuussekvenssiä.

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen sovitettu suodatinpiiri, tunnettu siitä, että jokainen sovitettu suodatinpiiri sovitettujen suodatinpiirien 30 joukossa edelleen käsittää: ensimmäisen piirin, joka on järjestetty muuttamaan yhtä tai useampaa painotettua kerrointa ensimmäisessä _ painotettujen kertoimien sarjassa jaksoittain; ja toisen piirin, joka on sovitettu lisäämään aika- 35 korjauksen GPS-signaalien näytteeseen sovitetun suoda-tintoiminteen jälkeen. 39 110821

19. Patenttivaatimuksen 15 mukainen sovitettu suodatinpiiri, tunnettu siitä, että jokainen sovitettu suodatin sovitettujen suodattimien joukossa edelleen käsittää: 5 ensimmäisen piirin, joka muuttaa yhden tai useam man painotetun kertoimen painotettujen kertoimien toisessa jonossa jaksoittain, ja toisen piirin, joka on järjestetty muodostamaan kantotaajuuskorjauksen GPS-signaalien näytteille sovi-10 tetun suodatintoiminteen jälkeen.

20. Patenttivaatimuksen 15 mukainen sovitettu suodatinpiiri, tunnettu siitä, että jokainen sovitettu suodatin sovitettujen suodattimien joukossa edelleen käsittää: 15 kolmannen piirin, joka muuttaa yhtä tai useampaa painotettua kerrointa toisessa painotettujen kertoimien jonossa jaksoittain; ja neljännen piirin, joka on järjestetty lisäämään kantotaajuuskorjauksen GPS-signaalien näytteeseen so-20 vitetun suodatintoiminteen jälkeen.

4. A ' C - · . * I i U O <1 J