FI110725B - Menetelmä vastaanottimen tahdistamisessa ja vastaanotin - Google Patents

Description

110725

Menetelmä vastaanottimen tahdistamisessa ja vastaanotin

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa esitettyyn menetelmään vastaanottimen tahdistamises-5 sa. Lisäksi keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 6 johdanto-osassa esitettyyn vastaanottimeen. Keksintö kohdistuu vielä oheisen patenttivaatimuksen 11 johdanto-osassa esitettyyn langattomaan viestintälaitteeseen.

10 Satelliitteihin perustuvissa sijainninmääritysjärjestelmissä sijainninmää-ritysvastaanotin pyrkii vastaanottamaan satelliittien lähettämää signaalia. Signaalissa on vaihemoduloituna informaatiota, muun muassa satelliittien rataparametrit. Kuitenkin käytännön tilanteissa signaalin voimakkuus sijainninmääritysvastaanottimessa voi olla niin heikko eri-15 tyisesti sisätiloissa, että signaaliin tahdistuminen on vaikeaa. Erityisesti 50 bps datalähetys vaikeuttaa tahdistumista hajotuskoodilla moduloituun kantoaaltoon toimittaessa sellaisilla signaalitasoilla, joilla datan vastaanotto on mahdotonta (ja jolloin data onkin saatava esimerkiksi matkapuhelinverkon välityksellä).

20

Eräs tunnettu paikannusjärjestelmä on GPS-järjestelmä (Global Positioning System), joka käsittää yli 30 satelliittia, joista samanaikaisesti vastaanottimen näkyvissä on tavallisesti korkeintaan 12. Nämä satel-liitit lähettävät mm. satelliitin ratatietoa (Ephemeris data) sekä tietoa [ .* 25 satelliitin kellonajasta. Sijainnin määrityksessä käytettävä vastaanotin päättelee sijaintinsa normaalisti siten, että vastaanottimessa lasketaan useammasta paikannusjärjestelmään kuuluvasta satelliitista olennai-: sesti samanaikaisesti lähetettävän signaalin kulkuaika vastaanotti- meen. Sijainnin määrittämiseksi on vastaanottimen vastaanotettava 30 tyypillisesti vähintään neljän näkyvissä olevan satelliitin signaali, jotta •: · · i sijainti voidaan laskea.

Jokainen GPS-järjestelmän toimiva satelliitti lähettää ns. L1-signaalia ··;; 1575,42 MHz:n kantoaaltotaajuudella. Tätä taajuutta merkitään myös ·...'· 35 154f0, missä f0=10,23 MHz. Lisäksi satelliitit lähettävät L2-signaalia 1227,6 MHz:n kantoaaltotaajuudella, eli 120f0. Satelliitissa suoritetaan .·. ; näiden signaalien modulointi ainakin yhdellä valesatunnaissekvenssillä.

2 110725

Kullakin satelliitilla tämä valesatunnaissekvenssi on erilainen. Moduloinnin tuloksena muodostuu koodimoduloitu laajakaistasignaali. Käytetty modulointitekniikka mahdollistaa sen, että vastaanottimessa pystytään erottamaan eri satelliittien lähettämät signaalit, vaikka lähe-5 tyksessä käytettävät kantoaaltotaajuudet ovat olennaisesti samat. Tästä modulointitekniikasta käytetään nimitystä koodijako-monikäyttö-tekniikka (CDMA, Code Division Multiple Access). Kussakin satelliitissa L1-signaalin moduloinnissa käytetään valesatunnaissekvenssinä mm. ns. C/A-koodia (Coarse/Acquisition code), joka on ns. Gold-koodi. 10 Jokainen GPS-satelliitti lähettää signaalia käyttämällä yksilöllistä C/A-koodia. Koodit muodostetaan kahden 1023-bittisen binäärisekvenssin modulo-2 summana. Ensimmäinen binäärisekvenssi G1 on muodostettu polynomilla X10+X3+1 ja toinen binäärisekvenssi G2 on muodostettu viivästämällä polynomia X10+X9+X8+X6+X3+X2+1 siten, että kulla-15 kin satelliitilla viive on erilainen. Tämä järjestely mahdollistaa sen, että eri C/A-koodit voidaan muodostaa samanlaisella koodigeneraattorilla. C/A-koodit ovat siis binäärikoodeja, joiden kellotusnopeus (Chipping rate) GPS-järjestelmässä on 1,023 MHz. C/A-koodi käsittää 1023 ali-bittiä (Chip), jolloin koodin toistoaika on 1 ms. L1-signaalin kantoaaltoa 20 moduloidaan vielä navigointi-informaatiolla 50 bit/s bittinopeudella. Navigointi-informaatio käsittää tietoa satelliitin ’’terveydentilasta” (health), radasta, satelliitin paikalliseen kelloon liittyviä parametreja jne. GPS-järjestelmän satelliiteissa käytetään paikallisena kellona mm. ns. atomikelloja.

Ί7 25

Satelliitit tarkkailevat laitteistonsa kuntoa toimintansa aikana. Satelliitit voivat käyttää esim. ns. vahtikoiratoimintoja joidenkin laitteistoon mahdollisesti tulleiden vikojen havaitsemiseen ja ilmoittamiseen. Virheet ja toimintahäiriöt voivat olla hetkellisiä tai pidempiaikaisia. 30 Terveydentilatietojen perusteella voidaan mahdollisesti osa virheistä ·:·; kompensoida tai jättää vioittuneen satelliitin lähettämä informaatio .···. kokonaan huomioimatta. Lisäksi tilanteessa, jossa useamman kuin ’·'* neljän satelliitin signaali on vastaanotettavissa, voidaan terveydentila- * · a *;;; tietojen perusteella painottaa eri satelliiteista vastaanotettua informaa- 35 tiota eri tavalla. Tällöin epäluotettavalta vaikuttavien satelliittien mahdollisesti aiheuttamia virheitä mittauksiin voidaan minimoida.

· • » , 110725

O

Satelliittien signaalien havaitsemiseksi ja satelliittien tunnistamiseksi on vastaanottimen suoritettava tahdistus, jossa vastaanotin etsii kulloinkin kunkin satelliitin signaalin ja pyrkii tahdistumaan tähän signaaliin, jotta signaalin kulkuajat voidaan mitata ja signaalin mukana lähetettävä data 5 voidaan vastaanottaa ja demoduloida.

Tunnetun tekniikan mukaisissa vastaanottimissa tähän tahdistukseen kuluva aika riippuu mm. vastaanotetun signaalin voimakkuudesta. Tyypillisesti, mitä heikompi vastaanotettava signaali on, sitä pidempään 10 täytyy integroida jokaisessa etsintäavaruuden (korrelaatio/taajuus) alkiossa mahdollisen signaalin havaitsemiseksi. Tyypillisesti ulkokäyttöön suunnitelluissa tunnetun tekniikan mukaisissa GPS-vastaan-ottimissa satelliittien signaaliin tahdistuminen vie muutamia kymmeniä sekunteja tai muutamia minuutteja, mikäli vastaanotettavan signaalin 15 voimakkuus on suhteellisen suuri, luokkaa -120 - -130 dBm. Kuitenkin tilanteessa, jossa paikannus suoritettaisiin sisätiloissa tai sellaisessa paikassa, jossa vastaanotettava signaali vaimenee esimerkiksi rakennusten tai muiden maastoesteiden vaikutuksesta, tahdistusaika kasvaa huomattavasti.

20 GPS-järjestelmässä satelliitit lähettävät hajaspektrimoduloitua signaa-; lia, joka on muodostettu kussakin satelliitissa yksilöllisellä hajotuskoo- dilla. Tällöin vastaanottimessa pyritään tahdistumaan lähetettyyn ..... signaaliin eli vastaanotin pyrkii selvittämään signaalin koodivaiheen ja 25 Doppler-siirtymän. Käytännössä Doppler-siirtymä voi olla luokkaa +/-6 ’*··' kHz. Vastaavasti modulaatiossa käytetyn koodin pituus on 1023 ali- bittiä, jolloin oikean koodivaiheen selvittämiseksi on tutkittava 1023 eri vaihtoehtoa. Näin ollen koko kaksiulotteisen etsintäavaruuden läpikäymiseen kuluu runsaasti aikaa. Oikean korrelaatiomaksimin selvittä-30 mistä vaikeuttaa se, että hajaspektrimoduloitua signaalia moduloidaan : vielä 50 bit/s datasignaalilla. Tuntemattoman datamodulaation ; vaikutuksesta taajuusestimoinnin epätarkkuus on useita kymmeniä *: hertsejä eikä mittaustulos siten suoraan sovellu alustukseksi kanto aaltoon vaihelukittuvalle silmukalle.

i 35 *: Hajotuskoodilla tarkoitetaan tässä selityksessä siis koodia, jolla kanto aaltoa moduloidaan.

110725

Sijainninmääritysvastaanottimen on suoritettava tahdistus mm. silloin, kun vastaanotin kytketään päälle ja myös tilanteessa, jossa vastaanotin ei ole pitkään aikaan pystynyt vastaanottamaan minkään satelliitin 5 signaalia. Mm. kannettavissa laitteissa tällainen tilanne voi syntyä helposti, koska laite liikkuu ja laitteen antenni ei aina ole optimaalisessa asennossa satelliitteihin nähden, mikä heikentää vastaanottimeen tulevan signaalin voimakkuutta. Myös kaupunkialueilla rakennukset vaikuttavat vastaanotettavaan signaaliin.

10

Sijainninmääritysjärjestelylle on kaksi pääasiallista tehtävää: 1. vastaanottimen pseudo-etäisyyden laskenta eri GPS- satelliitteihin, ja 15 2. vastaanottimen sijainnin määritys, jossa käytetään lasket tuja pseudo-etäisyyksiä sekä satelliittien sijaintitietoa. Satelliittien kulloinenkin sijaintitieto voidaan laskea satelliiteista tai matkaviestinverkon kautta vastaanotettujen ephemeris-ja aikakorjaustietojen perusteella.

20

Etäisyyksiä satelliitteihin nimitetään pseudo-etäisyyksiksi, koska aika ei alunperin ole vastaanottimessa tarkasti tiedossa. Tällöin sijainnin ja ajan määritystä toistetaan, kunnes on saavutettu riittävä tarkkuus ajan ja sijainnin suhteen. Koska aikaa ei tiedetä absoluuttisen tarkasti, on 25 paikka ja aika selvitettävä linearisoimalla yhtälöryhmä jokaista uutta ite- 0’.: raatiota varten.

·:·: Pseudo-etäisyyden laskenta voidaan suorittaa mittaamalla eri satelliit- .···. tien signaalien keskinäiset, näennäiset kulkuviiveet.

30 Lähes kaikki tunnetut GPS-vastaanottimet käyttävät korrelaatiomene-telmiä etäisyyksien laskentaan. Sijainninmääritysvastaanottimessa on ·;·' tallennettu tai generoidaan paikallisesti eri satelliittien valesatunnais- sekvenssit. Vastaanotetulle signaalille suoritetaan muunto välitaajuu-35 delle (Down Conversion), minkä jälkeen vastaanotin suorittaa vastaan- ./·. otetun signaalin kertomisen tallennetulla valesatunnaissekvenssillä.

Kertolaskun tuloksena muodostunut signaali integroidaan tai alipääs- 5 110725 tösuodatetaan, jolloin tuloksena saadaan tieto siitä, onko vastaanotetussa signaalissa ollut jonkin satelliitin lähettämä signaali.

Edellä mainittu tahdistus ja taajuudensäätöprosessi on toistettava kul-5 lekin sellaisen satelliitin signaalille, jota vastaanottimessa vastaanotetaan. Tähän prosessiin kuluu siis runsaasti aikaa erityisesti tilanteessa, jossa vastaanotettavat signaalit ovat heikkoja. Tämän prosessin nopeuttamiseksi käytetään joissakin tunnetun tekniikan mukaisissa vastaanottimissa useampia korrelaattoreita, jolloin samanaikaisesti 10 voidaan etsiä useampia korrelaatiohuippuja. Pelkästään korrelaatto-reiden lukumäärää kasvattamalla ei käytännön sovelluksissa tahdistus-ja taajuudensäätöprosessia voida nopeuttaa kovinkaan paljon, koska korrelaattoreiden lukumäärää ei voi kasvattaa rajattomasti.

15 Joissakin tunnetun tekniikan mukaisissa GPS-vastaanottimissa on käytetty FFT-tekniikkaa vastaanotetun GPS-signaalin Doppler-siirtymän määrittämiseksi tavallisten korrelaattoreiden yhteydessä. Näissä vastaanottimissa käytetään korrelointia vastaanotetun signaalin kaistanleveyden kaventamiseksi 10 kHz-30 kHz:iin. Tämä kapeakais-20 täinen signaali analysoidaan FFT-algoritmeilla kantoaaltotaajuuden määrittämiseksi.

Kansainvälisessä patenttihakemuksessa WO 97/14057 on esitetty GPS-vastaanotin ja menetelmä GPS-signaalien käsittelemiseksi. 25 Tässä julkaisussa esitetty vastaanotin käsittää pääasiassa kaksi eril-listä vastaanotinta, joista ensimmäinen vastaanotin on tarkoitettu käytettäväksi tilanteessa, jossa vastaanotetun signaalin voimakkuus on ': riittävän suuri ja toista vastaanotinta on tarkoitettu käytettäväksi tilan- teessä, jossa vastaanotetun signaalin voimakkuus ei riitä riittävän 30 tarkkaan sijainnin määritykseen käytettäessä ensimmäistä vastaan-otinta. Tässä toisessa vastaanottaessa suoritetaan vastaanotetun .*··. signaalin digitointi ja tallennus muistivälineisiin, jolloin myöhemmin näitä tallennettuja signaaleita käsitellään digitaalisessa signaalinkäsit-tely-yksikössä. Digitaalinen signaalinkäsittely-yksikkö suorittaa konvo-35 luutio-operaatioita vastaanotetulle digitoidulle signaalille. Näiden konvoluutio-operaatioiden tavoitteena on pseudo-etäisyyksien laskenta. Muistivälineisiin tallennetaan tyypillisesti sadasta tuhanteen 110725 6 koodijaksoa (PM Frames), mikä vastaa 100 ms-1 s mittaista signaalia. Tämän jälkeen tutkittavan satelliitin koodia vastaava tallennettu koodi noudetaan vastaanottimen muistista käytettäväksi vastaanotetun signaalin analysointiin.

5

Vastaanottaessa poistetaan myös Doppler-siirtymä. Tämän Doppler-siirtymän määrä on selvitetty joko ensimmäisellä vastaanottimella tai GPS-järjestelmään kuuluvasta tukiasemasta vastaanotetun tiedon perusteella. Tämän jälkeen suoritetaan peräkkäisten kehysten koherentti 10 summaus. Tälle summauksen tuloksena saadulle datajoukolle suoritetaan nopea Fourier-muunnos. Fourier-muunnostulokselle suoritetaan kertolasku, jossa toisena kertojana käytetään muistivälineisiin tallennetun referenssisignaalin Fourier-muunnoksen kompleksikonjukaattia. Tälle kertolaskun tulokselle suoritetaan edelleen käänteinen Fourier-15 muunnos, jolloin saadaan joukko korrelaatiotuloksia. Tässä julkaisussa on siis korrelaatio korvattu Fourier-muunnoksella, jolloin laskutoimitusten määrää on saatu pienennettyä. Julkaisun mukaan menetelmä nopeuttaa 10-100-kertaisesti sijainninmääritystä verrattuna mainitun julkaisun hakemishetkellä tunnettuihin ratkaisuihin.

20

Kansainvälisessä hakemusjulkaisussa WO 00/35125 on esitetty satelliittiperusteisessa tietoliikennejärjestelmässä suoritettava taajuu-den siirtymän mittaus spektrianalysaattorilla. Julkaisussa on mainittu, että päätelaitteen vastaanottama signaali korreloidaan kaikkien häiriö- • · * .... 25 signaaleiden kanssa, ja jos korrelaatio löytyy jollekin häiriösignaalille, niin tällöin tämä häiriösignaali vähennetään halutusta vastaanotetusta signaalista. Vähentäminen suoritetaan jokaiselle häiriösignaalille, joka korreloi päätelaitteen vastaanottaman signaalin kanssa. Jos päätelaitteen vastaanottaman signaalin kanssa korreloivaa signaalia ei 30 löydy, mutta jos löydetään muita signaaleita, jotka korreloivat häiriö-signaalien kanssa niin tällöin erotellut häiriösignaalit vähennetään :vastaanotetusta signaalista. Tällöin jäljelle jää häiriöitä ja erottelematto-;* mia vastaanotettuja varsinaisia signaaleja.

· 35 Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä vastaanottimen tahdistumiseksi hajaspektrimoduloituun signaaliin, jolla menetelmällä pyritään nopeuttamaan lukittumista 7 110725 kantoaallon vaiheeseen. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että ennalta tuntemattoman datamodulaation spektriä leventävä vaikutus poistetaan hakemalla kokeilemalla alkuperäinen data. Kun 1 ja -1 arvoina oleva data kerrotaan onnistuneesti arvatulla eli samalla datalla, 5 datan vaikutus signaaliin katoaa. (1 x 1 = 1 ja -1 x -1 = 1). Tämä suoritetaan edullisesti kokeilemalla tietyn mittaisilla databittikuvioilla tarvittaessa kaikkia mahdollisia bittikombinaatioita, ja lisäksi eri databittikuvi-oiden eri vaiheistuksilla, kunnes saadaan mahdollisimman korkea ja kapea spektripiikki. Tällöin datamodulaation vaikutus on poistettu ja 10 tarkempi taajuusestimointi on mahdollista. Täsmällisemmin ilmaistuna nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle vastaan-ottimelle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen 15 patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle langattomalle viestintälaitteelle on vielä pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 11 tunnusmerkkiosassa.

20 Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaista me-netelmää sovellettaessa voidaan vastaanottimen lukkiintumista satel-Hittien kantoaallon vaiheeseen huomattavasti nopeuttaa. Tällöin myös sijainnin määritys voidaan suorittaa nopeammin. Keksinnön mukaisella

• · I

.... 25 menetelmällä voidaan myös vastaanottimen kokonaisenergiankulutusta ,· · pienentää, millä on merkitystä erityisesti kannettavissa laitteissa. Tämä perustuu siihen, että vaihelukitukseen kuluva aika on lyhyempi.

30 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa . ·!· kuva 1 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon vastaan- . · · · otinta pelkistettynä lohkokaaviona, /:; 35 „ 110725

O

kuva 2 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen vastaanottimen tarkkuustahdistuslohkoa pelkistettynä lohkokaaviona, 5 kuva 3 esittää yksinkertaistettuna integraattorin lähtösignaaiin muodostumista, kuva 4a esittää esimerkinomaisesti keksinnön mukaisella menetelmällä muodostettuja datayritteitä, 10 kuva 4b esittää esimerkinomaisesti kuvan 4a mukaisista datayrit-teistä seuraavia spektrejä, ja kuva 5 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista 15 elektroniikkalaitetta pelkistettynä lohkokaaviona.

Seuraavassa keksintöä selostetaan käyttämällä esimerkkiä sijainnin-määritysjärjestelmästä GPS-järjestelmää ja sijainninmääritysvastaan-ottimesta GPS-vastaanotinta, mutta on selvää, että nyt esillä olevaa 20 keksintöä voidaan soveltaa muidenkin sijainninmääritysjärjestelmien ja tiedonvälitysjärjestelmien yhteydessä, joissa vastaanotin pyritään tah- :" distamaan lähetettyyn signaaliin.

i I • » * .··· Kuvassa 1 esitetyssä keksinnön erään edullisen suoritusmuodon 25 mukaisessa vastaanottimessa 1 vastaanotettava signaali muunnetaan sopivimmin välitaajuudelle muunninlohkossa 2. Tässä vaiheessa signaali käsittää sinänsä tunnetusti kaksi komponenttia: I- ja Q-kompo-nentit, joiden välillä on 90° vaihe-ero. Nämä välitaajuudelle muunnetut analogiset signaalikomponentit digitoidaan digitointilohkossa 3 ja 30 johdetaan ensimmäiseen kertojalohkoon 4. Ensimmäisessä kertojaloh-kossa 4 digitoidun signaalin I- ja Q-komponentit kerrotaan numeerisesti ohjatun oskillaattorin 5 (NCO, Numerically Controlled Oscillator) :·' muodostamalla signaalilla. Tämä numeerisesti ohjatun oskillaattorin 5 signaali on tarkoitettu korjaamaan Doppler-siirtymästä ja vastaanot-35 timen 1 paikallisoskillaattorin (ei esitetty) taajuusvirheestä johtuva taajuuspoikkeama. Ensimmäisen kertojalohkon 4 muodostama signaali johdetaan keksinnön tässä edullisessa suoritusmuodossa tahdistus- 110725 9 lohkoon 6. Tämä tahdistuslohko 6 pyrkii siis löytämään satelliitin koodi-vaiheen ja ainakin karkean taajuuspoikkeaman, minkä jälkeen suoritetaan keksinnön mukaisella menetelmällä toinen tahdistusvaihe. Myös tätä kuvataan jäljempänä tässä selityksessä. Ohjauslohkolla 7 ohjataan 5 tahdistuksen aikana skannauslohkoa 8, jonka avulla numeerisesti ohjatun oskillaattorin 5 taajuutta säädetään tarvittaessa. Ohjauslohko 7 ohjaa valintalohkoa 9 kytkemään tämän skannauslohkon 8 muodostaman signaalin tahdistuksen aikana numeerisesti ohjatulle oskillaattorille 5, tarkkuustahdistuslohkon 33 muodostaman ohjaussignaalin 10 toisen tahdistusvaiheen aikana numeeristesti ohjatulle oskillaattorille 5, tai silmukkasuodattimen 11 muodostaman ohjaussignaalin numeerisesti ohjatulle oskillaattorille 5 sen jälkeen, kun tahdistus on saavutettu. Edullisesti tarkkuustahdistuslohkolla 33 ohjataan tätä silmukkasuodattimen 11 toimintaa. Tämä silmukkasuodatin 11 muodostaa osan 15 sinänsä tunnetusta koodivaihelukitusta silmukasta ja kantoaaltovaihe-lukitusta silmukasta. Toisessa kertojalohkossa 35 suoritetaan vastaanotetun signaalin ja vertailukoodin välinen kertolasku. Toisen kertoja-lohkon 35 lähtösignaali johdetaan integraattoriin 36. Integraattorin 36 ulostulosignaali johdetaan edelleen tarkkuustahdistuslohkoon 33.

20

Kuvassa 2 on pelkistettynä lohkokaaviona esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen vastaanottimen tarkkuustahdis-. . tuslohkon 33 rakennetta. Se käsittää edullisesti desimointilohkon 38, muistivälineet 39, yritekoodilohkon 40, toisen kertojalohkon 41, spektri-25 analysointilohkon 42, etsintälohkon 43, ja toistolohkon 44. Myöhemmin ” tässä selityksessä kuvataan tarkemmin tämän tarkkuustahdistuslohkon 33 rakennetta.

Nyt esillä olevan keksinnön soveltamiseksi vastaanottimen 1 on ensin 30 suoritettava koodivaiheen selvitys ja karkea kantoaaltotaajuuden selvitys. Tämä voidaan tehdä jollakin sinänsä tunnetulla menetelmällä tai esim. seuraavasti.

Käyttöjännitteiden kytkemisen jälkeen tai tilanteessa, jossa vastaanotin 35 1 ei ole pystynyt vastaanottamaan GPS-satelliittien signaalia pitkään aikaan, suoritetaan vastaanottimessa 1 kaksidimensioinen etsintävaihe kullekin satelliitille, joiden signaalia vastaanotetaan. Tässä kaksidimen- 110725 10 sioisessa etsintävaiheessa tarkoituksena on selvittää kunkin satelliitin kantoaaltotaajuus sekä koodivaihe. Tähän kantoaaltotaajuuteen vaikuttaa siis satelliitin liikkumisesta johtuva Doppler-siirtymä sekä vastaanottimen paikallisoskillaattorin epätarkkuudet. Taajuusepä-5 varmuus voi olla varsin suuri, jopa ± 6 kHz, jolloin vastaanottimen 1 on suoritettava etsintä n. 12kHz:n taajuusalueelta varsinaisen lähetys-taajuuden (L1 = 1575,42 MHz) suhteen. Vastaanotin 1 ei myöskään tiedä tarkkaa koodivaihetta, jolloin vastaanottimen on suoritettava myös koodivaiheen selvitys 1023 mahdollisesta koodivaiheesta. Tällöin 10 saadaan kaksidimensioinen etsintäprosessi, jossa yksi dimensio on taajuuspoikkeama 12 kHz:n alueella ja toinen dimensio on koodivaihe 1023:sta erilaisesta koodivaiheesta. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä voidaan kerrallaan tutkia n. 500 Hz:n taajuusalue, jolloin menetelmää toistetaan tarvittaessa 24 15 kertaa koko tutkittavan 12kHz:n taajuusalueen kattamiseksi. On selvää, että tässä selityksessä käytettävät esimerkkiarvot ovat vain keksintöä selventävinä, mutta eivät rajoittavina esimerkkeinä. Keksintöä voidaan soveltaa muissakin kuin GPS-järjestelmissä, jolloin mm. mainitut taajuusarvot, koodivaiheet sekä koodien lukumäärä voi vaih-20 della.

Selostetaan seuraavaksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen menetelmän toimintaa kuvan 1 mukaisessa vastaanotti-messa 1. Ensin suoritetaan ensimmäinen tahdistusvaihe, jossa pyri-'· 25 tään selvittämään taajuuspoikkema ja koodivaihe siten, että taajuus- tarkkuus on muutamien kymmenien hertsien luokkaa ja mahdollinen :...· vaihevirhe on sopivimmin pienempi kuin yhden alibitin pituus. Tätä ensimmäistä tahdistusvaihetta on tarkemmin selitetty hakijan aikaisemmassa, vielä salaisessa suomalaisessa patenttihakemuksessa Fl-30 19992653, johon tässä yhteydessä viitataan. Tahdistuksen käynnistä miseksi skannauslohko 8 asettaa numeerisesti ohjatun oskillaattorin 5 taajuuden siten, että vastaanottimella 1 vastaanotetaan edullisesti taajuusalueen pienimpiä taajuuksia, tässä esimerkissä 1575,414 MHz—1575,4145 MHz. Vastaanotin voi määrittää aloitus-35 taajuuden myös siten, että vastaanotin käyttää hyväksi esim. aikaisemmin selvitettyä sijaintitietoa ja/tai almanakkatietoa, jolloin sijainnin-määritystä voidaan vielä nopeuttaa. Vastaanotettavasta signaalista 110725 11 tallennetaan näytteitä edullisesti kompleksisiksi näytevektoreiksi, joissa kussakin on 1023 näytettä tässä edullisessa suoritusmuodossa. Näytteiden tallennustaajuus tässä edullisessa suoritusmuodossa on olennaisesti sama kuin alibittien kellotusnopeus, eli n. 1 023 000 5 näytettä sekunnissa. Näytevektorit ovat jatkuvia siten, että seuraava näytevektori jatkuu ajallisesti edellisen näytevektorin jälkeen, eli näyte-vektorin viimeisen näytteen ja seuraavan näytevektorin ensimmäisen näytteen aikaero on olennaisesti sama kuin näytevektorin peräkkäisten näytteiden välinen aikaero. Nämä 1023 näytettä vastaavat siis 10 n. 1 ms:n mittaista signaalia, jolloin aika-taajuusmuunnoksessa taajuusalue on n. 1 kHz, josta osa voidaan hyödyntää.

Näytevektoreita on edullisesti N kappaletta, missä N on sopivimmin kahden potenssi. Lisäksi näytevektoreiden muodostus toistetaan 15 keksinnön edullisessa suoritusmuodossa K kertaa. Näytevektoreiden lukumäärän N arvoa määritettäessä tulee huomioida GPS-järjes-telmässä se, että signaaliin on moduloitu informaatiota bittinopeudella 50 bittiä/s binäärisenä vaihemodulaationa. Toinen tätä näytevektoreiden lukumäärää N rajoittava tekijä on vastaanottimen paikallisoskil-20 laattorin taajuusstabiilius.

Näytevektoreiden muodostusvaiheen lisäksi keksinnön mukaisessa ! . tahdistusmenetelmässä suoritetaan korrelointivaihe korrelaatiofunktio- matriisin muodostamiseksi.

:···: 25 Tämä korrelointivaihe voidaan suorittaa osittain jo näytteenoton aikana, tai sen jälkeen kun N kappaletta näytevektoreita on muodostettu. Jos korrelointivaihe suoritetaan esim. siten, että kunkin näytevektorin tallennuksen jälkeen lasketaan sille aika-taajuusmuunnos, kuten nopea 30 Fourier-muunnos (FFT), voidaan samaa aika-taajuusmuunninta käyttää kaikissa N kappaleessa näytevektoreita. Jos sen sijaan korrelointivaihe suoritetaan N näytevektorin tallennuksen jälkeen, on käytettävä joko kullekin näytevektorille omaa aika-taajuusmuunninta, tai aika-taajuus-muunnokset suoritetaan eri näytevektoreille peräkkäin samassa aika-35 taajuusmuuntimessa. Vaikka tässä selityksessä pääasiassa käytetään esimerkkinä aika-taajuusmuunnoksesta Fourier-muunnosta ja käänteisestä muunnoksesta, eli taajuus-aikamuunnoksesta käänteistä Fourier- 110725 12 muunnosta, on selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan näihin esimerkkeihin.

Kullekin näytevektorille suoritetaan diskreetti Fourier-muunnos 102, 5 sopivimmin nopea Fourier-muunnos, eli FFT-muunnos. Käytännön laskutoimituksissa käytetään edullisesti 1024:ää arvoa, koska tällöin diskreetti Fourier-muunnos on käytännön sovelluksissa huomattavasti tehokkaammin toteutettavissa (FFT-algoritmilla) kuin käytettäessä 1023:a arvoa. Eräs tapa tämän aikaansaamiseksi on lisätä ylimää-10 räinen nolla 1024:ksi alkioksi, tai suorittaa näytteenotto siten, että kompleksisissa näytevektoreissa on 1024 näytettä 1023:n näytteen sijasta näytteenottoajan ollessa kuitenkin olennaisesti sama. Tällä on vähäinen vaikutus muunnostulokseen.

15 Vastaanottimessa on tallennettuna sopivimmin kaikkien GPS-jäijestel-män satelliittien (ei esitetty) C/A-koodia vastaavat vertailukoodit r(x), missä x viittaa satelliitin tunnukseen, esim. x on välillä 1—36. Vertailu-koodeja ei välttämättä tarvitse tallentaa, vaan ne voidaan myös generoida vastaanottimessa. Korrelaatiovaiheessa valitaan tai generoidaan 20 kulloinkin sen satelliitin vertailukoodi, jonka lähettämään signaaliin . .· vastaanotinta tahdistetaan. Vertailukoodi on edullisesti käännetty ajalli sesti takaperin. Tälle takaperoiselle vertailukoodille suoritetaan diskreetti Fourier-muunnos, sopivimmin nopea Fourier-muunnos. Takaperoinen vertailukoodi ja/tai sen FFT-muunnos on voitu tallentaa '···' 25 jo etukäteen vastaanottimen muistivälineisiin, tai se muodostetaan vertailukoodista r(x) tahdistuksen yhteydessä.

Seuraavaksi korrelaatiovaiheessa suoritetaan kunkin näytevektorin Fourier-muunnostuloksen ja takaperoisen vertailukoodin Fourier-30 muunnoksen välinen kertolasku. Näille kertolaskujen tuloksille suoritetaan vielä käänteinen Fourier-muunnos, jolloin tuloksena saadaan vertailukoodin r(x) ja vastaanotetun signaalin ristikorrelaatio kaikilla " · mahdollisilla kokonaislukuviipeillä (1023 kpl). Tämä perustuu siihen, että aikatason signaalien konvoluution Fourier-muunnos vastaa 35 Fourier-muunnettujen, eli taajuustasoon muunnettujen aikatason signaalien, kertolaskua. Kun lisäksi käytetään takaperoista vertailu-koodia, voidaan Fourier-muunnoksella suorittaa nopea diskreettiai- 110725 13 kainen korrelaatio. Ristikorrelaatiotulos käsittää tässä edullisessa esimerkissä tällöin 1023 alkiota. Näistä eri näytevektoreista muodostetuista ristikorrelaatiotuloksista muodostetaan korrelaatiofunktiomatriisi, jossa rivien määrä on näytevektoreiden lukumäärä N.

5

On selvää, että vertailukoodin ajallisen kääntämisen sijasta voidaan näytevektoreista muodostaa takaperoisia näytevektoreita, jolloin edellä esitetyissä laskutoimituksissa käytetään vertailukoodia r(x) suoraan ja takaperoisia näytevektoreita. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa ei 10 tarvitse tehdä kumpaakaan edellä mainituista kääntämisistä, eli voidaan käyttää vertailukoodia r(x) ja näytevektoreita sellaisenaan. Tämä perustuu korrelaatioteoreeman ominaisuuden hyödyntämiseen, joka ilmaisee, että kahden aikadiskreetin funktion z1t z2 välinen ristikor-relaatio corr(z1, z2) voidaan muodostaa taajuustasoon muunnettujen 15 funktioiden taajuus-aikamuunnoksen avulla.

Tässä yhteydessä on syytä korostaa sitä, että edellisessä kappaleessa esitetty menetelmä näytevektoreiden ja vertailukoodin r(x) välisen risti-korrelaation laskemiseksi johtuu korrelaation ja konvoluution perusomi-20 naisuuksista ja niiden välisestä läheisestä riippuvuudesta, jolloin funktion kääntämisellä takaperoiseksi aikatasossa on käytännöllisesti katsoen matemaattinen riippuvuus kompleksikonjugaatin muodostamiseen taajuustasossa. On syytä vielä mainita, että kokonaisuudessaan tämän keksinnön soveltamisen kannalta ei sinänsä ole merki- I » · 25 tystä sillä, mitä menetelmää käytetään ristikorrelaatiotuloksen aikaansaamiseksi.

t ·

Korrelaatiovaiheessa muodostetun korrelaatiofunktiomatriisin rivit esittävät vastaanotetun signaalin ja vertailukoodin ristikorrelaatiota eri 30 vaihe-eroilla yhden millisekunnin välein otettuna. Seuraavassa vaiheessa käytetään korrelaatiofunktiomatriisin transpoosia, jossa rivit esittävät aikatasossa signaalin näytteitä siten kuin tunnetun tekniikan : . mukaisessa korrelaattorissa. Kukin rivi vastaa tiettyä koodivaihe-eroa vastaanotetun signaalin ja vertailukoodin välillä. Tämän korrelaa-35 tiofunktiomatriisin transpoosin kullekin riville suoritetaan Fourier-!* muunnos koherentin etsintämatriisin muodostamiseksi, jolloin voidaan suorittaa taajuusanalyysi todellisen taajuussiirtymän selvittämiseksi.

14 1 10725 Käytännön sovelluksissa ei korrelaatiofunktiomatriisista tarvitse erikseen muodostaa transponoitua matriisia, vaan tallennetun korrelaatio-funktiomatriisin alkiot luetaan muistista 16 (kuva 5) eri suunnassa, 5 edullisesti sarakkeittain.

Korrelaatiofunktiomatriisi voidaan muodostaa myös esim. sinänsä tunnetusti sovitettuja suodattimia (matched filter) käyttämällä.

10 Kuten edellä kuitenkin todettiin, GPS-järjestelmässä signaalia moduloidaan 50 bit/s signaalilla, mikä voi rajoittaa lukumäärän N arvoa käytännön sovelluksissa. Tällöin lukumäärä N on valittava sopivimmin siten, että modulointi ei olennaisesti vaikuta analyysiin. Lisäksi optimi N-arvoon vaikuttaa se, mitä ikkunafunktiota Fourier-muunnoksessa 15 käytetään. Valitsemalla lukuarvoksi esim. N = 32 saadaan vastaanottimen kohinakaistan leveydeksi luokkaa 30 Hz, joka on vielä hieman liian suuri sellaisten signaalien ilmaisemiseen, joiden voimakkuus on luokkaa -150 dBm vastaanottimessa. Tämän vuoksi tahdistuslohkossa 6 suoritetaan vielä optionaalinen epäkoherentti summausvaihe, jossa 20 signaalikohinasuhdetta parannetaan.

^ Epäkoherentin summausvaiheen toteuttamiseksi toistetaan edellä esi tettyjä näytevektoreiden muodostusvaihetta, korrelointivaihetta ja ana-lyysivaihetta K kertaa. Tämä toistojen lukumäärä K valitaan edullisesti *·· 25 siten, että signaali-kohinasuhdetta saadaan riittävästi parannettua, kuitenkin kohtuullisessa ajassa. Kullakin analyysivaiheen suoritusker-ralla muodostetaan yksi koherentti etsintämatriisi, jolle suoritetaan epäkoherentti summaus epäkoherentin etsintämatriisin muodostamiseksi. Epäkoherentti etsintämatriisi muodostetaan edullisesti seuraavasti. 30 Kunkin koherentin etsintämatriisin kompleksisista alkioista lasketaan edullisesti suuruus (itseisarvo) tai muu lukuarvo, kuten alkion suuruus-arvon toiseen potenssiin korotus. Kunkin epäkoherentin etsintämatriisin vastinalkioista lasketut lukuarvot summataan, eli suoritetaan matriisien yhteenlasku.

Epäkoherentti etsintämatriisi voidaan käytännön sovelluksissa muodostaa ainakin kahdella tavalla. Ensimmäisessä toteutusvaihto- !!* 35 110725 15 ehdossa tallennetaan kullakin toistokerralla muodostettu koherentti etsintämatriisi. Tarvittavien toistokertojen jälkeen suoritetaan epäkohe-rentti etsintämatriisi summaamalla vastinalkiot kaavan 8 mukaisesti. Tässä toteutusvaihtoehdossa tarvitaan muistia kaikkien koherenttien 5 etsintämatriisien alkioiden tallentamiseen. Toisen toteutusvaihtoehdon mukaan lasketaan ensin yksi koherentti etsintämatriisi, jonka arvot kopioidaan summamatriisin alkioiksi. Kullakin seuraavalla toistokerralla muodostetaan koherentti etsintämatriisi, jonka arvot summataan epä-koherentin etsintämatriisin vastinalkioiden kanssa. Tässä vaihtoeh-10 dossa suoritetaan vastinalkioiden summaus siis joka toistokerralla. Tällöin tallennetaan vain yksi koherentti etsintämatriisi, jolloin muistia tarvitaan vähemmän kuin ensimmäisessä vaihtoehdossa.

Sen jälkeen, kun tarvittavat toistokerrat on suoritettu, selvitysvaiheessa 15 tutkitaan tämän epäkoherentin etsintämatriisin alkioiden arvoja ja pyritään löytämään sellainen arvo, joka ylittää ennalta asetetun kynnysarvon ja on selvästi muita arvoja suurempi. Jos tällainen arvo löytyy, ilmaisee se koodivaihe-eron sekä taajuuspoikkeaman ensimmäisessä tahdistusvaiheessa halutulla tarkkuudella, koska kyseessä on todennä-20 köisesti satelliitin lähettämä signaali. Mikäli signaali ei ole satelliitin lähettämää, vaan kohinaa tai muuta satunnaista häiriösignaalia, ei merkittäviä korrelaatiohuippuja pitäisi muodostua. Koodivaihe-ero ilmenee tämän suurimman arvon rivi-indeksistä ja vastaavasti taajuuspoik-keama ilmenee sarake-indeksistä. Jos sen sijaan epäkoherentista 25 etsintämatriisista ei löydy tällaista arvoa, eli tutkitulla taajuusalueella ei todennäköisesti vastaanotettu haettavan satelliitin lähettämää signaalia, muutetaan tutkittavaa taajuuskaistaa ja suoritetaan edellä esitetyt vaiheet epäkoherentin etsintämatriisin muodostamiseksi. Tällä menetelmällä saadaan koko tutkittava 6 kHz:n alue käytyä läpi toistamalla 30 edellä esitetyt vaiheet tarvittavan monta kertaa.

Tarvittaessa voidaan edellä esitetyt vaiheet toistaa koko tutkittavalle taajuuskaistalle ja tallentaa eri toistokerroilla muodostetut epäkohe-rentit etsintämatriisit tai vain mahdolliset huippukohdat, ennen kuin 35 etsitään suurinta korrelaatiohuippua. Tällöin voidaan pienentää virhe-tulkintojen mahdollisuutta mm. sellaisessa tilanteessa, jossa kynnys- 110725 16 arvo on asetettu liian pieneksi ja häiriösignaali voi aiheuttaa virhetul-kinnan.

Sen jälkeen, kun tahdistuslohkossa 6 on löydetty jonkin satelliitin sig-5 naali ja selvitetty koodivaihe sekä summittainen taajuuspoikkeama, suoritetaan vielä keksinnön mukaista menetelmää soveltava toinen tahdistusvaihe. Tässä toisessa tahdistusvaiheessa pyritään vielä tarkentamaan taajuuspoikkeaman todellista arvoa. Tämän suorittamiseksi ohjauslohko 7 asettaa tarkkuustahdistuslohkon 33 suorittamaan 10 taajuuden ja koodivaiheen hienosäädön. Tahdistuslohkossa 6 suoritetun ensimmäisen tahdistusvaiheen tulosten perusteella ohjauslohko 7 asettaa numeerisesti ohjatun oskillaattorin 5 selvitetyn taajuuspoikkeaman ilmaisemaan arvoon. Lisäksi vertailukoodigeneraattoriin 34 asetetaan vastaanotettavan satelliitin käyttämää koodia vastaava 15 vertailukoodi. Vertailukoodin koodivaihe asetetaan tahdistuslohkossa 6 selvitetyn koodivaihetiedon perusteella oikeaksi. Tämän jälkeen vastaanotetaan satelliitin lähettämää signaalia ja johdetaan se ensimmäisen muunninlohkon 2, digitointilohkon 3 ja ensimmäisen kertoja-lohkon 4 lisäksi vielä toiseen kertojalohkoon 35. Toisessa kertojaloh-20 kossa suoritetaan vastaanotetun signaalin ja vertailukoodin välinen kertolasku, jolloin toisen kertojalohkon 35 lähdössä on satelliitin lähettämään signaaliin moduloitu informaatio, mikäli taajuus ja koodivaihe ovat oikeat. Taajuuden ja koodivaiheen hienosäädön suorittamiseksi toisen kertojalohkon 35 lähtösignaali johdetaan integraattoriin 36.

: 25 Integraattorissa 36 suoritetaan tässä suoritusmuodossa toisen kertoja-lohkon 35 muodostaman signaalin integrointia maksimissaan yhden .· ·. databitin ajan, mikä GPS-järjestelmässä on n. 20 ms. Kyseessä on siis ns. "integrate and dump” tyyppinen suodatus. Tämä ulostulosignaali johdetaan edelleen tarkkuustahdistuslohkoon 33, jossa tarvittaessa 30 suoritetaan signaalin desimointi desimointilohkossa 38. Tämän desi-moinnin tarkoituksena on vähentää tallennettavan datan määrää toisessa tahdistusvaiheessa. Integraattorisignaali tai desimoitu inte-graattorisignaali johdetaan tallennettavaksi muistivälineisiin 39. Muistivälineisiin 39 tallennetaan tietty määrä signaalista otettuja näytteitä, 35 minkä jälkeen suoritetaan datamodulaatio tarkemman taajuuspoikkeaman ja kellovaiheen selvittämiseksi.

110725 17

Datamodulaatio suoritetaan edullisesti seuraavasti. Yritekoodilohkossa 40 muodostetaan tahdistuksessa käytettävä yritekoodi (bittikuvio) ja asetetaan sen vaihe. Tässä esimerkissä oletetaan, että yritekoodin pituudeksi on valittu neljä bittiä, mutta käytännön sovelluksissa yrite-5 koodin pituus voi olla pidempi tai lyhyempi kuin mainitut neljä bittiä. Edullisesti yritekoodin pituus on kuudesta kahteentoista bittiä. Lisäksi oletetaan, että tutkitaan neljää eri kellovaihetta, mutta käytännössä tutkittavien kellovaiheiden määrä voi vaihdella ja on edullisesti neljästä kuuteen vaiheeseen. Tällöin tutkittavien bittikuvio/kellovaihe-10 kombinaatioiden määrä tässä selityksessä on kuusitoista ja käytännön sovelluksissa edellä esitetyillä lukuarvoilla se on edullisesti 256:sta 1536:een eri kombinaatiota. Luonnollisesti tämä kombinaatioiden määrä voi olla suurempikin erityisesti, mikäli vastaanottimen prosessointikapasiteetti on riittävä suorittamaan tarvittavat laskutoimitukset 15 siten, että oikea koodivaihe saadaan selvitettyä riittävän nopeasti, edullisesti muutamassa sadassa millisekunnissa. Sen jälkeen, kun yritekoodilohkossa 40 on asetettu ensimmäinen vaihtoehtoinen bitti-kuvio, esim. 1111, yritekoodille ja ensimmäinen koodivaihe, suoritetaan toisessa kertojalohkossa 41 tämän yritekoodin ja muistiin 39 20 tallennetun näytejonon välinen kertolasku. Tällöin toisen kertojalohkon lähdössä on diskreetti, aikatasoinen signaali, joka analysoidaan spektrianalysointilohkossa 42. Spektrianalysointilohkossa 42 suoritetaan edullisesti aika-taajuusmuunnos, kuten diskreetti Fourier-muun-nos (DFT) tai nopea Fourier-muunnos (FFT). On selvää, että myös 25 muita aika-taajuusmuunnoksia voidaan tässä yhteydessä soveltaa. Etsintälohkossa 43 etsitään spektrianalysointilohkon 42 muodostamasta signaalista maksimeita ja tallennetaan edullisesti suurin löytynyt maksimi. Lisäksi spektrianalysointilohkon 42 muodostamasta signaalista voidaan määrittää myös muita suureita, 30 jotka esittävät spektrianalysointilohkon 42 muodostaman signaalin ominaisuuksia, kuten suurimman maksimin suhdetta toiseksi :v suurimpaan maksimiin, maksimien lukumäärää, tai vastaavaa informaatiota, jolla signaalin spektriä voidaan arvioida ja verrata.

:· Tämän jälkeen yritekoodilohko 40 valitsee esimerkiksi seuraavan 35 kellovaiheen tahdistuksessa käytettävälle yritekoodille, esim. arvon 11Γ1, minkä jälkeen suoritetaan uusi kertolasku toisessa kertojalohkossa 41 yritekoodin ja integraattorin ulostulosignaalin välillä.

110725 18

Kertolaskutulos johdetaan jälleen spektrianalysointilohkoon 42, minkä jälkeen etsintälohko 43 suorittaa spektrianalysointilohkon 42 muodostaman signaalin tarkastelun. Tässä vaiheessa voidaan etsintälohkossa 43 verrata aikaisemmilla tahdistuskerroilla suoritettua 5 analyysiä sen arvioimiseksi, onko nyt tällä etsintäkerralla saavutetun signaalin spektri parempi kuin aikaisemmilla tahdistuskerroilla muodostettujen signaaleiden spektri. Tässä arvioinnissa voidaan käyttää hyväksi kullakin tahdistuskerralla muodostetun signaalin suurinta maksimia, jolloin edullisesti suurin näistä suurimmista 10 maksimeista osoittaa lähinnä oikeaa tulosta.

Sen jälkeen, kun kaikki mahdolliset kellovaiheet on käyty läpi, ohjaa toistolohko 44 yritekoodilohkoa 40 asettamaan yritekoodiin seuraavan bittikuvion ja kellovaiheeksi ensimmäisen kellovaiheen. Tämän jälkeen 15 suoritetaan jälleen kertolasku, spektrianalysointi ja etsintävaiheet, kuten edellä on esitetty. Näitä vaiheita toistetaan, kunnes kaikki mahdolliset bittikombinaatiot ja kellovaiheet kullakin bittikombinaatiolla on käyty läpi. Tässä vaiheessa etsintälohkolla 43 on tieto siitä, millä bittikombinaatiolla ja kellovaiheella saavutettiin paras spektri. Toisaalta 20 keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että tallennetaan kullakin bittikombinaatiolla ja kellovaiheella aikaansaatu spektri, ja sen jälkeen, kun kaikki mahdolliset kombinaatiot on käyty läpi, suoritetaan tallennettujen spektrien analysointi ja vertailu. Tämä jälkimmäinen ; vaihtoehto kuitenkin vaatii huomattavasti enemmän muistia kuin edellä .: 25 kuvattu vaihtoehto, jossa tallennetaan vain kulloinkin tutkituista ,^· spektreistä selvitetty suurin maksimi. Tämä suurimman maksimin sijainti ilmaisee nyt sen, mikä bittikuvio on todennäköisesti oikea ja myös sen, mikä on oikea kellovaihe. Tällöin tästä kellovaiheesta voidaan päätellä myös vastaanottimen oman vertailukellon poikkeama 30 oikeasta satelliiteissa käytössä olevasta ajasta. Kuvissa 4a ja 4b on esitetty eräs esimerkki keksinnön mukaisessa menetelmässä •V · sovellettavista datayritteistä ja niiden avulla saatavista spektrituloksista.

Kuvaan 4b on nuolella 402 merkitty tämän esimerkin tilanteessa ' ‘ saavutettavaa parasta tulosta ja vastaavasti kuvaan 4a on nuolella 401 35 merkitty tämän parhaan tuloksen saavuttamisessa käytettyä yritekoodia.

110725 19

Sen jälkeen, kun tarkkuustahdistus on suoritettu, asetetaan numeerisesti ohjattu oskillaattori 5 oikeaan taajuuteen sekä vertailukoodigeneraattori 34 asetetaan vastaanotettavan satelliitin käyttämää koodia vastaavaksi. Tämän jälkeen voidaan aloittaa 5 signaalin vastaanotto ja demodulointi.

On selvää, että yritekoodilohko 40 voi suorittaa koodien generoinnin myös siten, että ensin yhdellä kellovaiheella muodostetaan kaikki mahdolliset bittikombinaatiot, minkä jälkeen keilovaihetta muutetaan ja 10 jälleen muodostetaan tällä kellovaiheella kaikki bittikombinaatiot, kunnes kaikki kombinaatiot on tutkittu.

Edellä esitetyllä menetelmällä voidaan tarkentaa vastaanotetun signaalin taajuuspoikkeama sekä symbolikello. Tahdistuslohkossa 6 suori-15 tetun tahdistuksen tai muulla tavalla suoritetun tahdistuksen jälkeen voi datamodulaation vaikutuksesta vielä olla joidenkin kymmenien hertsien taajuuspoikkeama. Tällöin integraattorin ulostulosignaali voi sisältää kuvassa 3 esitetyn kaltaista signaalia. Signaalissa oleva kohina ei korreloi taajuuspoikkeamaa kuvaavan signaalin kanssa eikä signaalissa 20 käytetyn datamodulaation kanssa. Kun integraattorin lähtösignaali kerrotaan signaalilla, joka edustaa datamodulaatiossa käytettyä dataa bi-polaarimuodossa, datamodulaation vaikutus häviää. Tämä johtuu siitä, että sekä 1 x 1 että "1 x '1 antavat molemmat tulokseksi 1.

25 Tämän kertolaskun jälkeen signaalissa oleva kohina poikkeaa alkuperäisestä kohinasta. Kuitenkin signaalin tilastolliset ja taajuusspektriomi-naisuudet pysyvät olennaisesti muuttumattomina. Tällöin kertolaskun tuloksena saadaan kompleksinen signaali, joka kuvaa taajuuspoikkeamaa, joka on joko positiivinen tai negatiivinen riippuen signaalin 30 vaiheesta. Lisäksi signaalissa on jonkin verran kohinaa.

; Nyt esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että edellä kuvattu yritekoodin eri kellovaiheiden avulla suoritettu analysointi suoritetaan osana tahdistuslohkossa 6 suoritettavaa tahdistusvaihetta. 35 Tällöin on mahdollista lisätä koherenttia integrointiaikaa yli databitin keston. Täten tahdistusherkkyys kasvaa muutamilla desibeleillä. Tällöin tahdistuslohko 6 pitää käynnistää uudelleen jokaiselle yritekoodille tai 110725 20 vastaanottimessa on useita rinnakkaisia eri yritekoodeja kokeilevia tahdistuslohkon 6 mukaisia lohkoja.

Sen jälkeen kun oikea taajuuspoikkeama ja koodivaihe on selvitetty, 5 voidaan vastaanotin asettaa seurantatilaan (tracking). Heikoimmilla signaaleilla ei datavastaanotto onnistu, vaan on sinänsä tunnetusti turvauduttava esim. matkaviestinverkon kautta saatuun dataan. Etäisyysmittaus on edelleen mahdollista alentuneella tarkkuudella. Seurantatila asetetaan valitsemalla valintalohkossa 9 numeerisesti 10 ohjatulle oskillaattorille 5 ohjausarvo, joka vastaa olennaisesti selvitettyä taajuuspoikkeamaa ja vertailukoodigeneraattoriin 34 vertailukoodille koodivaihe, joka vastaa olennaisesti selvitettyä koodivaihetta. Lisäksi tarkkuustahdistuslohkon 33 selvittämän symbolikellon avulla voidaan datan demoduloinnissa käytetyn 15 kellosignaalin vaihe alustaa olennaisesti samaksi kuin vastaanotetun signaalissa välitetyn datan todellinen vaihe. Tämä voidaan tehdä edullisesti datakellon rekonstruointilohkossa 37. Vastaanotettu informaatio johdetaan nyt integraattorilta 36 silmukkasuodattimeen 11, jossa muodostetaan myös takaisinkytkentä mm. numeerisesti ohjatun 20 oskillaattorin 5 taajuuden jatkuvaa hienosäätöä varten.

Edellä esitetyssä vastaanottimessa muunninlohko 2, digitointilohko 3 ja tahdistuslohko 6 voivat olla yhteisiä kaikille vastaanottokanaville, mutta integraattoreita 36 voi kullakin kanavalla olla useampia, vaikka 25 oheisessa kuvassa 1 on esitetty selvyyden vuoksi vain yksi integraattori ja yksi vastaanottokanava.

On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella 30 oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

< t · . . t »

Claims (11)

1. 21 11fi725 Patenttivaatimukset: 1 'υ
2. 1. Menetelmä vastaanottimen tahdistamiseksi hajotuskoodilla moduloituun signaaliin, jota on moduloitu datalähetteellä, jossa 5 menetelmässä selvitetään lähetetyn signaalin taajuussiirtymä ja data-lähetteen symbolitahdistus, tunnettu siitä, että menetelmässä muodostetaan hajotuskoodista riippumaton yritekoodi, ja suoritetaan vastaanotetun signaalin kertominen mainitun yritekoodin ainakin kahdella eri arvolla spektritulosten muodostamiseksi, jolloin mainituilla 10 eri yritekoodeilla muodostettujen spektritulosten perusteella päätellään taajuussiirtymä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä lisäksi valitaan yritekoodille ainakin kaksi eri 15 vaihesiirtoa, jolloin spektritulosten laskenta suoritetaan eri yritekoodeilla kullakin yritekoodin vaihesiirrolla.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä etsitään kustakin spektrituloksesta suurin maksimi, 20 ja verrataan eri spektrituloksista etsittyjä suurimpia maksimeita, jolloin taajuussiirtymä päätellään sen suurimman maksimin perusteella, joka on suurin mainituista suurimmista maksimeista.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että menetelmässä suoritetaan ensimmäinen tahdistusvaihe signaalin karkean taajuussiirtymän ja hajotuskoodin tahdistuksen selvittämiseksi, : ja toinen tahdistusvaihe, jossa suoritetaan vastaanotetun signaalin kertominen mainitulla yritekoodilla, jolloin muodostettujen spektri-tulosten perusteella päätellään tarkennettu taajuussiirtymä ja data-30 lähetteen symbolitahdistus.
6. 5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotetun signaalin kertominen mainitulla yritekoodilla suoritetaan ennen signaalin karkean taajuussiirtymän ja hajotuskoodin •i 35 tahdistuksen selvittämistä, jolloin muodostetaan useita eri yritekoodeja, : ja suoritetaan useita taajuussiirtymän ja datalähetteen symboli- 110725 tahdistuksen selvityksiä, joissa kussakin käytetään yhtä mainituista useista eri yritekoodeista.
7. 6. Vastaanotin, joka käsittää tahdistusvälineet hajotuskoodilla 5 moduloituun signaaliin tahdistumiseksi, jota on moduloitu data-lähetteellä, ja selvitysvälineet lähetetyn signaalin taajuussiirtymän ja datalähetteen symbolitahdistuksen selvittämiseksi, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää lisäksi yritekoodin muodostusvälineet, joka yrite-koodi on hajotuskoodista riippumaton, välineet (41) vastaanotetun 10 signaalin kertomiseksi mainitun yritekoodin ainakin kahdella eri arvolla spektritulosten muodostamiseksi, ja päättelyvälineet taajuussiirtymän päättelemiseksi mainituilla eri yritekoodeilla muodostettujen spektri-tulosten perusteella.
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet ainakin kahden eri vaihesiirron valitsemiseksi yritekoodille, jolloin spektritulosten laskenta on järjestetty suoritettavaksi eri yritekoodeilla kullakin yritekoodin vaihesiirrolla.
9. 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää välineet suurimman maksimin etsimiseksi kustakin spektrituloksesta, ja vertailuvälineet eri spektrituloksista etsittyjen suurimpien maksimien vertaamiseksi, jolloin taajuussiirtymä on järjestetty pääteltäväksi sen suurimman maksimin perusteella, joka 25 on suurin mainituista suurimmista maksimeista.
10. 9. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotin käsittää tahdistuslohkon (6) signaalin karkean taajuussiirtymän ja hajotuskoodin tahdistuksen selvittämiseksi, ja · ! 30 tarkkuustahdistuslohkon (33), jossa on välineet (41) vastaanotetun signaalin kertomiseksi mainitulla yritekoodilla, ja välineet (43) tarkennetun taajuussiirtymän ja datalähetteen symbolitahdistuksen ’; päättelemiseksi muodostettujen spektritulosten perusteella. *: 35 10. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen vastaanotin, tunnettu : siitä, että vastaanotetun signaalin kertominen mainitulla yritekoodilla on järjestetty suoritettavaksi ennen signaalin karkean taajuussiirtymän ja 110725 hajotuskoodin tahdistuksen selvittämistä, jolloin vastaanotin käsittää välineet useiden eri yritekoodien muodostamiseksi, ja kaksi tai useampia tahdistuslohkoja (6), joissa kussakin on välineet taajuus-siirtymän ja hajotuskoodin tahdistuksen selvittämiseksi käyttämällä 5 yhtä mainituista useista eri yritekoodeista.
11. 11. Langaton viestintälaite, joka käsittää ainakin yhden vastaanottimen, joka käsittää tahdistusvälineet hajotuskoodilla moduloituun signaaliin tahdistumiseksi, jota on moduloitu datalähetteellä, ja selvitysvälineet 10 lähetetyn signaalin taajuussiirtymän ja datalähetteen symboli-tahdistuksen selvittämiseksi, tunnettu siitä, että langaton viestintälaite käsittää lisäksi yritekoodin muodostusvälineet, joka yritekoodi on hajotuskoodista riippumaton, välineet (41) vastaanotetun signaalin kertomiseksi mainitun yritekoodin ainakin kahdella eri arvolla spektri-15 tulosten muodostamiseksi, ja päättelyvälineet taajuussiirtymän päättelemiseksi mainituilla eri yritekoodeilla muodostettujen spektri-tulosten perusteella. » » Patentkrav: 110725