DE602004006957T2

DE602004006957T2 - Verfahren und schaltung zur einstellung der referenzoszillatorfrequenz in einem mobilen drahtlosen gerät

Info

Publication number: DE602004006957T2
Application number: DE602004006957T
Authority: DE
Inventors: Charles Los Gatos ABRAHAM
Original assignee: Global Locate Inc
Current assignee: Global Locate Inc
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2024-01-14
Also published as: EP1583980A2; KR100961643B1; EP1583980B1; EP1707978A3; WO2004065979A3; EP1707978A2; US7848778B2; US20060276223A1; US20040142701A1; JP2006517365A; ATE364849T1; EP1707978B1; US7155183B2; US20110053645A1; US8064860B2; DE602004006957D1; WO2004065979A2; KR20050092048A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Mobilfunkgeräte wie sie in Objektlokalisierungssystemen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Oszillatorfrequenz in einem Mobilfunkgerät.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Federal Communications Commission der Vereinigten Staaten verkündete das Gesetz „FCC Commercial Mobile Radio Services" (47 C. F. R. § 20.18(e)(2001)) wonach Mobiltelefone ortbar sein müssen. So haben Mobiltelefonhersteller Lösungen entwickelt, um Mobiltelefone orten zu können.
Eine Lösung kombiniert einen globalen Positionsbestimmungssystem- (GPS) Empfänger mit einem Mobiltelefontransceiver in eine integrierte Mobilfunkvorrichtung. Der GPS-Empfänger kann ein wie im US-Patent mit der Seriennummer 4,968,981 (angemeldet am 6. November 1990) beschriebener Standardempfänger oder ein GPS (A-GPS)-gestützter Empfänger wie im US-Patent mit der Seriennummer 6,453,237 (angemeldet am 17. September 2002) sein.
Solch eine integrierte Vorrichtung sollte eine einzige Komponente für redundante Komponenten in dem GPS-Empfänger und dem Mobiltelefontransceiver benutzen, um das Mobilfunkgerät zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu senken. Eine dieser redundanten Komponenten ist der Referenzoszillator, der im Allgemeinen sowohl in dem Transceiver als auch dem GPS-Empfänger vorhanden ist. Eine derartige integrierte mobile Vorrichtung, die einen Mobiltelefontransceiver und einen GPS-Empfänger aufweist, wurde zum Beispiel in dem US-Patent Nr. 6,122,506 (angemeldet am 19. September 2000) veröffentlicht. Der GSM-Empfänger des US-Patents 6,122,506 empfängt ein GSM-Signal, das Kommunikationsinformationen und ein frequency correction beacon- (FCB)signal enthält, welches wiederum eine Frequenz enthält, die eine Frequenzstandardgenauigkeit hat. Der GSM-Empfänger... liefert dem Mikroprozessorsystem Informationen über Frequenzdifferenzen zwischen der GSM-Referenzsignalfrequenz und der Frequenz, die das GSM-Referenzsignal sein würde, wenn es aus dem gleichen Frequenzstandard wie das FCB-Signal abgeleitet wäre. Die GSM-basierte Frequenzdifferenz wird von dem GSM-Empfänger zu dem Mikroprozessorsystem geleitet.
Um das GPS-Signal zu empfangen, ermittelt das Mikroprozessorsystem eine erwartete Frequenzverschiebung, um eine Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des Referenzsignals, das ausgewählt wurde, und der Frequenz, die es sein würde, wenn es aus dem Frequenzstandard des GPS-Signals abgeleitet wäre, zu korrigieren. Der GPS DSP IC verwendet die erwartete Frequenzverschiebung, um die Referenzfrequenz zu verschieben, und nutzt dann die Referenzfrequenzverschiebung als Basis zur Erzeugung eines nachgebildeten Signals. Das nachgebildete Signal wird mit dem OPS-Signal korreliert, um Korrelationssignale zu erzeugen, die anzeigen, wenn das GPS-Signal empfangen wurde.
Das US-Patent 2006/172306 veröffentlicht einen GPS-Empfänger, der einen numerisch gesteuerten Oszillator zum Antrieb eines Abstimmers in einem GPS-Empfänger aufweist.
In vielen Zellsystemen muss der Oszillator angepasst werden, um die RF-Sendefrequenz innerhalb einer zugelassenen Bandbreite zu halten. Deshalb gibt es den Bedarf an einer integrierten mobilen Vorrichtung, die einen einzelnen Oszillator aufweist, der sowohl vom Mobiltelefonempfänger als auch dem GPS-Empfänger verwendet wird und einen Ausgleichs-/Kompensationsschaltkreis hat, der es dem GPS-Empfänger ermöglicht, weiterhin Signale zu verarbeiten, wenn der Oszillator eingestellt wird, um die Zellübertragungsfrequenz einzuhalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte der Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen definiert.
Ausführungsformen dieser Erfindung können ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzung eines konventionellen Oszillators in einem Mobiltelefontransceiver als Quelle eines Referenzsignals für einen GPS-Empfänger bereitstellen. In einer Ausführungsform kann das Verfahren den Gebrauch eines spannungsgesteuerten Oszillators („VCXO") innerhalb eines Mobiltelefontransceivers zur Erzeugung eines Referenzfrequenzsignals für den GPS-Empfänger aufweisen. Der Schaltkreis innerhalb des Telefonempfängers kann ein Frequenzfehlersignal erzeugen. Diese beiden Signale können mit dem GPS-Schaltkreis verbunden und verwendet werden, um einen numerisch gesteuerten Trägeroszillator („NCO") und einen numerisch gesteuerten Code-Oszillator zu steuern. Die numerisch gesteuerten Träger- und Codeoszillatoren können jeweils ein Einstell- und ein Taktsignal erzeugen. Der GPS-Schaltkreis kann die von den NCOs erzeugten Signale nutzen, um GPS-Signale zu verarbeiten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Lehren der vorliegenden Erfindung können in Anbetracht der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen leicht verstanden werden.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer integrierten mobilen Vorrichtung;
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Referenzoszillatorsignals für GPS-Empfänger gemäß der Erfindung, welche des weiteren eine optionale Verbindung 256 zwischen der CPU 216 und der Steuereinrichtung 232 enthält;
3 zeigt ein Datenflussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens, das entsprechend der Erfindung verwendet wird;
4 zeigt ein Beispiel eines Fehlersignals, das durch den Oszillatorsteuerschaltkreis eines Mobiltelefonempfängers erzeugt wird; und
5 zeigt eine Ausführungsform der Arbeitsweise der optionalen Verbindung wie in 2 beschrieben.
Um das Verständnis zu erleichtern, wurden wo möglich identische Referenzzahlen benutzt, um identische Elemente, die in den Figuren gleich sind, zu bezeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Blockdiagramm einer integrierten mobilen Vorrichtung 100, die einen Global Positioning System (GPS)-Schaltkreis 106 gekoppelt an einen Mobiltelefonschaltkreis 104 aufweist. Der GPS-Schaltkreis 106 verfügt über eine Antenne 114 zum Empfang von GPS-Signalen von GPS-Satelliten. Der Mobiltelefonschaltkreis 104 verfügt über eine Antenne 112 zum Übermitteln von Mobiltelefonsignalen und ist an einen Empfangs- und einen Übertragungsschaltkreis gekoppelt. Außerdem liefert der Mobiltelefonschaltkreis 104 ein Referenzfrequenzsignal („f") auf Pfad 108 und ein Frequenzfehlersignal („f_e") auf Pfad 110 zum GPS-Schaltkreis 106. Da sich die Temperatur des Mobiltelefonschaltkreises 104 ändert, wird auch die Frequenz des VCXO variieren. Wie unten beschrieben, werden die Frequenzabweichungen von dem Mobiltelefonschaltkreis 104 nicht fortlaufend korrigiert. Daher variiert die Frequenz beachtlich. Dieser Frequenzfehler ist nicht stark genug, um den Mobiltelefonsignalempfang zu beeinflussen; der Fehler ist jedoch zu groß, um von dem A-GPS-Schaltkreis benutzt zu werden, der wie im US-Patent mit der Seriennummer 6,453,237 beschrieben (angemeldet am 17. September 2002) lange mittelnde Intervalle enthält. Folglich kann der VCXO-Ouput/die VCXO-Leistung von dem GPS-Schaltkreis 106 nicht direkt benutzt werden.
Der Mobiltelefonschaltkreis 104 wird zum Empfang und zur Übertragung von Signalen, die die mobile Telekommunikation erleichtern, auf herkömmliche Weise betrieben. Der GPS-Schaltkreis 106 empfängt und leitet GPS-Satellitensignale auf herkömmliche Weise weiter, um den Standort der integrierten mobilen Vorrichtung 100 festzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung verfügt der GPS-Schaltkreis 106 nicht über einen spannungsgesteuerten Referenzoszillator. Stattdessen verwendet der GPS-Schaltkreis 106 zur Erleichterung der GPS-Signalweiterleitung die Signale f und f_e aus dem Mobiltelefonschaltkreis 104. So werden die Herstellungskosten der mobilen Vorrichtung gesenkt.
Die vorangehende Diskussion beschreibt die GPS-Schaltkreise als herkömmlich, d.h. die Schaltkreise erhalten und leiten GPS-Signale weiter, die von GPS-Satelliten übertragen werden, um die Standortinformation direkt aus den GPS-Signalen abzuleiten. In einigen Vorgängen reicht die herkömmliche GPS-Signalweiterleitung nicht aus, um die GPS-Signale in einer Kleinsignalumgebung schnell zu entschlüsseln. Folglich kann der GPS-(„A-GPS")-gestützte Schaltkreis wie in den US-Patenten mit der Seriennummer 6,453,237 (angemeldet am 17. September 2002) und der Seriennummer 6,411,892 (angemeldet am 25. Juni 2002), die hierin beide durch Bezugnahme aufgenommen werden, verwendet werden. In solch einem A-GPS-Schaltkreis werden bestimmte „Hilfsinformationen" wie die Satellitenephemeride und die geschätzte Position der mobilen Vorrichtung über ein Mobiltelefonnetzwerk und den Mobiltelefonschaltkreis 104 an den A-GPS-Schaltkreis weitergeleitet. Desweiteren werden in solch einem A-GPS-Schaltkreis kohärente Signale, die den Mittelwert aus vielen C/A-Codeepochen bilden, verwendet, um die schwache Signaldetektion zu verbessern. In dieser Beschreibung beabsichtigt der Begriff GPS-Schaltkreis oder GPS-Empfänger einen A-GPS-Schaltkreis oder A-GPS-Empfänger zu enthalten, d.h. A-GPS und GPS sind hierin austauschbar, wenn nicht anders vermerkt.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Weiterleitung eines Referenzoszillatorsignals zu einem GPS-Empfänger gemäß der Erfindung. Der Mobiltelefonschaltkreis 104 ist speziell für den Betrieb als Funktransceiver in im wesentlichen jeder der verschiedenen Arten von verfügbaren Kommunikationsnetzwerken vorgesehen. Der Mobiltelefonschaltkreis 104 kann beispielsweise allgemein als ein Funkkommunikations-Untersystem angesehen werden, das für den Betrieb in einem terrestrischen oder satellitengestützten Funknetzwerk vorgesehen sein kann, welches netzförmige (digital oder analog) oder persönliche Kommunikationssysteme (PCS) enthält. Dies beinhaltet digitale Systeme, die für den Betrieb als Nahbereichs- oder Weitbereichsnetz vorgesehen sind. Deshalb veranschaulicht der Mobiltelefonschaltkreis 104 nur die Arten kabelloser Vorrichtungen, die für den Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, wie es für den Fachmann nach Lesen der vorliegenden Beschreibung offensichtlich ist.
Der Mobiltelefonschaltkreis 104 weist teilweise eine Hochfrequenz-(RF)-Frontseite 208, einen digitalen Signalprozessor 212 („DSP"), einen Prozessor 216 („CPU"), einen Digital-Analog-Wandler 226 („DAC") und einen spannungsgesteuerten Quarzoszillator 228 („VCXO") auf. Der Schaltkreis 104 ist an eine Antenne 112 gekoppelt. In einer Ausführungsform enthält Schaltkreis 104 zum Speichern von frequenzgesteuerter Software 224 einen Speicher 222. In einer weiteren Ausführungsform sind der Prozessor (CPU) 216 und dessen zugehöriger Speicher 222 ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis („ASIC") zur Steuerung des VCXO 208.
Signale, die von Antenne 112 empfangen werden, sind an eine RF-Frontseite 208 gekoppelt, die die nötige Verstärkungs-, Filterungs- und Mischfunktionen liefert. Um diese Funktionen durchzuführen, enthält die Frontseite 208 Komponenten wie einen Phasenregelkreis („PLL"). Der Fachmann kennt den allgemeinen Zweck eines PLL-Schaltkreises. Im vorliegenden Fall kann zur Vergrößerung der Frequenz des VCXO-Signals auf eine Frequenz, die für die Abwärtsumwandlung des empfangenen Signals nützlich ist, ein PLL-Schaltkreis verwendet werden. Die RF-Frontseite 208 verschiebt (wandelt) im Allgemeinen das Frequenzspektrum auf eine Zwischenfrequenz und verstärkt das RF-Kleinsignal zu einem Signal das zur Weiterverarbeitung durch den DSP 212 geeignet ist.
Der DSP 212 enthält typischerweise verschiedene Schaltkreise zum Abfragen von Daten- und Sprachsignalen von dem empfangenen Mobiltelefonsignal. Außerdem vergleicht der DSP 212 den Ausgang des lokalen VCXO 228 mit einem Träger- oder Pilotton des empfangenen Mobiltelefonsignals, um ein Frequenzfehlersignal auf Pfad 214 zu erzeugen. Das Frequenzfehlersignal wird von der CPU 216 weitergeleitet, um einen Wert (digitales Wort oder Nachricht) zu erzeugen, der die Größe des Frequenzfehlersignals darstellt. Der Wert des Frequenzfehlersignals wird von der CPU 216 an den DAC 226 und einen Microcontroller 232 weitergeleitet. Das Frequenzfehlersignal ist die Differenz in Hertz zwischen dem empfangenen Signal und dem aus dem VCXO-Signal abgeleiteten Signal, das verwendet wird, um die Abwärtswandlung innerhalb der Frontseite 208 durchzuführen (d.h., das Fehlersignal ist die Differenz zwischen der Mittenfrequenz des eigentlichen IF-Signals und der Mittenfrequenz des idealen IF-Signals).
In einer Ausführungsform führt die CPU 216 die Frequenzsteuersoftware 224, die innerhalb des Speichers 218 gespeichert ist, aus. So produziert die CPU 216 eine Steuerspannung für den DAC 226, die auf das Frequenzfehlersignal f_e reagiert. Der DAC 226 produziert wiederum ein Analogsignal zur Steuerung der VCXO-Signalfrequenz auf Pfad 108. Das Signal f auf Pfad 108 ist an den GPS-Schaltkreis 106, die Frontseite 208, den DSP 212 und den Mobiltelefonübertragungsschaltkreis gekoppelt. Die Frontseite 208 verwendet das Referenzfrequenzsignal 230 zur Weiterleitung des empfangenen Signals von Antenne 112 wie oben beschrieben.
In noch einer anderen Ausführungsform enthält die Vorrichtung 100, wie unten mit Referenz zu 5 beschrieben, eine optionale Verbindung 256 zwischen dem CPU 216 und dem Microcontroller 232.
4 zeigt einen Graph 400 eines Beispiels des Frequenzfehlersignals f_e (Achse 412) auf Pfad 110 über der Zeit (Achse 414). Die Nominalfrequenz des vom VCXO 228 erzeugten Signals liegt auf einer Frequenz f_o. Die Frequenzsteuersoftware 224 bildet einen Grenzwert bei ± f_t um die Frequenz f_o. Das IF-Signal auf Pfad 210 ist typischerweise eine sich verändernde Frequenz aufgrund der Dopplerverschiebung, die durch die Bewegung der mobilen Vorrichtung relativ zur Funknetzantenne verursacht wird aufgrund des asynchronen Betriebs des Basisstationsoszillatoren des Mobiltelefonsystems und des VCXO 228 aufgrund der Instabilität des VCXO (z.B. Temperaturschwankungen) und aufgrund anderer Gründe. Diese Ungenauigkeiten lassen das Frequenzfehlersignal f_e von der Frequenz f_o abweichen. Zur Erzeugung des Frequenzfehlersignals f_e verarbeitet der DSP 212 das IF-Signal um die Differenz zwischen der eigentlichen IF-Signalzentrumsfrequenz und der idealen Zentrumsfrequenz des IF-Signals zu bestimmen. Da die Mittenfrequenz des IF-Signals von der idealen Mittenfrequenz wegläuft, erhöht sich der Frequenzfehler (Wert 404). Aufgrund der Steuerungssoftware stellt die CPU bei der Grenzfrequenz f_t die Ausgangsfrequenz f des VCXO 228 auf gegenüberliegende Grenzfrequenz f_o – f_t oder f_o + f_t ein. So bleibt die Frequenz f des VCXO 228 im Rahmen der Mobiltelefongrenzfrequenzen. Da der VCXO-Ausgang auch von dem Übertragungsgerät innerhalb des Mobiltelefonschaltkreises genutzt wird, kann das übertragene Signal andere Mobiltelefonsignale und Transceiver beeinflussen, wenn das VCXO-Signal aus dem Bereich der Grenzfrequenz läuft. So muss das VCXO-Signal innerhalb des Bereichs bleiben. Die Mobiltelefonbetriebsgrenzen sind jedoch größer als bei der GPS-Signalverarbeitung von sehr schwachen Signalen gewünscht.
In einer Ausführungsform steuert die CPU 216 nicht ständig den VCXO-Output. Die Steuerung erfolgt nur periodisch, wenn das VCXO-Signal größer als die Schwellenfrequenz ist, d.h. zur Zeit 410 wenn die Fehlerkurve 402 Punkt 408 erreicht. Zeitgleich bringen die CPU 216 und DAC 226 die VCXO-Signalfrequenz auf einen Wert nahe der entgegengesetzten Frequenzschwelle.
In einer anderen Ausführungsform weist die Frequenzsteuersoftware 224 die CPU 216 an, den VCXO 228-Ausgang fortwährend anzupassen, um den Träger- oder Pilotton genauer verfolgen zu können, d.h. die Größe der nötigen Korrekturen, die durch Frequenzfehler verursacht werden, zu verringern.
In 2 werden Signale (wie z.B. GPS-Signale) von einer Antenne 114 empfangen. Ein Hochfrequenz in Mittelfrequenzwandler (RF/IF-Wandler) 242 filtert, verstärkt und verschiebt die Frequenz des Signals zur Digitalisierung durch einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 244. Die Elemente 114, 242 und 244 sind im Wesentlichen den Elementen ähnlich, die in einem herkömmlichen GPS-Empfänger verwendet werden.
Der Ausgang des A/D 244 ist an eine Reihe von Verarbeitungskanälen 240₁ , 240₂ , ... 240_n gekoppelt (wobei n eine ganze Zahl ist), die in digitaler Logik implementiert sind. Jeder Verarbeitungskanal 240 kann verwendet werden, um das Signal von einem bestimmten GPS-Satelliten zu verarbeiten. Das Signal in einem bestimmten Kanal wird von einem Tuner 246, der von einem numerisch gesteuerten Trägeroszillator (NCO) 250 betrieben wird, welcher ein Trägereinstellsignal erzeugt, digital abgeglichen. Der Tuner 246 dient zwei Zwecken. Erstens wird die IF-Frequenz, die nach der RF/IF-Umwandlung bleibt, entfernt, um ein Basisband- oder ein Signal nahe dem Basisband zu erzeugen. Zweitens werden die Frequenzvariationen, die aufgrund der Satellitendopplerfrequenzverschiebung auftreten, welche wiederum aus der Satellitenbewegung und der Nutzerbewegung resultieren, und die Referenzfrequenzfehler f_e beseitigt. Der Ausgang des Tuners ist ein Basisbandsignal oder ein Signal nahe des Basisbands, das aus einer gleichphasigen Komponente (I) und einer phasenverschobenen Komponente (Q) besteht. Der Tuner 246 und der Dezimierungsschaltkreis 248 sind im Wesentlichen denen ähnlich, die in einem herkömmlichen GPS-Empfänger verwendet werden. Der numerisch gesteuerte Trägeroszillator NCO 250 liefert ein Referenzsignal für den Tuner 246. Das Referenzsignal wird durch die Registrierung des NCO 250 unter Verwendung der VCXO-Frequenz auf Anlage 108 und durch die NCO-Steuerung mit einem Steuerungswort, das von dem Microcontroller 232 geliefert wird, erzeugt, welcher das Frequenzfehlersignal f_e enthält.
Ein Dezimierungsschaltkreis 248 verarbeitet die Ausgabe des Tuners 246. Die Ausgabe des Dezimierungsschaltkreises 248 ist eine Reihe von komplexen Signalabfragen mit I- und Q-Komponenten, die zeitlich präzise ausgegeben werden, damit sie zur Taktung des Eingangssignals passen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Dezimierungsbetrieb ein einfacher Vorsummierer, der alle eingehenden Signalabfragen während des Zeitraums einer Ausgangsabfrage aufaddiert. Zur zeitlichen Aufeinanderabstimmung des Abtastverfahrens wird ein numerisch gesteuerter Code-Oszillator (NCO) 252 verwendet. Der numerisch gesteuerte Code-Oszillator NCO 252 wurde eingestellt, um eine Frequenz von (2 × f_s) zu erzeugen, wo f_s = f_o (C/A-Codechippingfrequenz des GPS-Signals), die an die Dopplerverschiebung angepasst ist. Der NCO 252 gleicht sowohl die Dopplerverschiebung als auch den Frequenzfehler f_e basierend auf äußeren Eingaben von Firmwarebefehlen über den Pfad 249 ab. Da die Dopplerverschiebung bei jedem Satelliten anders ist, wird für jeden Kanal 240_n ein separater Code-NCO 252 und ein Dezimierungsschaltkreis 248 benötigt. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass es nicht nötig ist, dass die Eingangsabtastrate ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz f_s ist, da der Code-Oszillator NCO 252 fähig ist, eine beliebige Frequenz zu erzeugen. Wenn der Dezimierungsschaltkreis 248 ein Vorsummierer ist, wird die Zahl der summierten Abfragen typischerweise zwischen zwei Werten hin und her schalten, sodass die richtige Abfragetaktung langfristig erhalten bleibt. Wenn z.B. die Eingangsabtastrate 10 MHz beträgt und die gewünschte Abtastrate 2.046 MHz beträgt, wird der Vorsummierer entweder 4 oder 5 Abfragen hinzufügen, sodass die gewünschte Abtastrate im Durchschnitt erhalten bleibt. Der Dezimierungsschaltkreis 248 kann auch einen Quantisierer (nicht gezeigt) an seinem Ausgang enthalten, um die Bitanzahl in den Signalkomponenten vor der Weiterverarbeitung zu reduzieren. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine 2-bit-Quantisierung verwendet.
Die Signalabfragen von dem Dezimierungsschaltkreis 248 sind an einen Korrelator 254 gekoppelt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Korrelator 254 im Wesentlichen wie im gemeinsam übertragenen US-Patent 2002/0172306 betrieben. In anderen Ausführungsformen kann der Korrelator 254 ein konventionellerer (herkömmlicherer) digitaler Signalkorrelator sein.
3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens das gemäß der Erfindung verwendet wird. Des Weiteren ist das Verfahren 300 aus der Sicht von dem GPS-Schaltkreis 106 verarbeiteten Signalen beschrieben. Das Verfahren 300 beginnt bei Schritt 302 und geht zu Schritt 304 weiter. Bei Schritt 304 wird vom Microcontroller ein Steuerwort erzeugt, das das Frequenzfehlersignal f_e enthält und sowohl an den numerisch gesteuerten Träger- als auch Code-Oszillator 250 und 252 innerhalb des GPS-Schaltkreises 106 gekoppelt ist. Der GPS-Schaltkreis 106 erhält bei Schritt 306 auch das VCXO-Signal f. Das Signal f wird vom RF/IF-Kreis 242 und auch von den NCOs 250 und 252 verwendet. Bei Schritt 308 werden die numerisch gesteuerten Oszillatoren durch die Frequenz f getaktet und ihre Outputsignale werden durch das Steuerwort (Frequenzsteuerwert) auf Pfad 249, der Informationen bezüglich des Frequenzfehlersignals fe enthält, eingestellt. Die numerisch gesteuerten Oszillatoren 250 und 252 erzeugen bei Schritt 310 Signale und das Verfahren 300 endet bei Schritt 312. Der Betrieb der numerisch gesteuerten Oszillatoren 250 und 252 ist der Subtraktion von fe von f ähnlich, d.h., die Frequenz des Referenzoszillatorsignals ist gleichbedeutend f – f_e multipliziert mit einem Skalierungsfaktor.
Die von den NCOs erzeugten Signale haben eine im wesentlichen stabile Frequenz, die von dem GPS-Empfänger verwendet werden kann, um GPS-Signale weiterzuleiten. Die Mobiltelefonübertragungsspezifikation beträgt im japanischen „Personal Digital Cellular (PDC)"-System zum Beispiel +/–0,3 ppm. Obwohl ein 0,3 ppm-Frequenzfehler für das PDC-System akzeptabel ist, ist er für die GPS-Signalverarbeitung mit kohärenter Mittelung inakzeptabel. Ein akzeptableres ppm-Niveau, das für einen GPS-Empfänger genau genug ist, liegt bei ungefähr 0,02 ppm (ungefähr 31,5 Hz) und ist für eine kohärente Mittelung über 10–20 Epochen ausreichend. Der ppm bezieht sich auf die Abweichung bei der Mobiltelefonreferenztaktfrequenz von 19,2 MHz. Dies führt zu der gleichen anteiligen Abweichung bei der GPS-Trägerfrequenz von 1575 MHz.
Es kann Fälle geben, wo sich die mobile Vorrichtung 100 außerhalb des Funknetzwerkbereichs bewegt, sodass der Mobiltelefonschaltkreis 104 kein Signal empfängt, um den VCXO 228 zu steuern. Obwohl die mobile Vorrichtung 100 außerhalb des Netzwerkbereichs sein kann, kann der Standort der Vorrichtung 100 wie unten beschrieben weiterhin erreicht erhalten werden. 5 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Empfang von GPS-Signalen in einer mobilen Vorrichtung 100 außerhalb der Netzabdeckung dar. 5 sollte zusammen mit 2 betrachtet werden. 2 enthält eine optionale Verbindung 256, die die CPU 216 mit dem Microcontroller 232 verbindet. Das Verfahren 500 beginnt bei Schritt 502, wo die mobile Vorrichtung 100 außerhalb der Netzwerkreichweite ist und kein Trägersignal (oder Pilotton) mehr von einer Basisstation empfängt. Bei Schritt 504 sucht die mobile Vorrichtung 100 ein Funkträgersignal von einer Zelle. In einer Ausführungsform führt die mobile Vorrichtung 100 diese Suche während einer ersten vorherbestimmten Zeit durch. Solch eine erste vorherbestimmte Zeitspanne kann in einem Zeitintervall von 10–60 Sekunden liegen und in einer speziellen Ausführungsform in einem Intervall von 30 Sekunden.
Bei Schritt 506 bestimmt der GPS-Schaltkreis, ob die vorbestimmte Zeitspanne zur Suche des Funkträgers abgelaufen ist. Wenn bei Schritt 506 die erste vorbestimmte Zeitspanne noch nicht verstrichen ist und bei Schritt 508 das Funkträgersignal erfasst wurde, fährt das Verfahren 500 fort mit Schritt 599, wo die mobile Vorrichtung 100 funktionsfähig ist, und das Verfahren 500 endet und das Verfahren 300 von 3 kann implementiert werden. Ferner fährt das Verfahren 500 mit Schritt 504 zur Suche des Funkträgersignals fort, wenn bei Schritt 506 die erste vorbestimmte Zeitspanne noch nicht abgelaufen ist und bei Schritt 508 das Funkträgersignal noch nicht erfasst wurde. Das Verfahren 500 fährt auf diese Weise fort bis die vorbestimmte Zeitspanne bei Schritt 506 abgelaufen ist oder bei Schritt 508 die Signale empfangen wurden.
Wenn bei Schritt 506 die erste vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, fährt das Verfahren 500 mit Schritt 510 fort, wo die Frequenzsteuersoftware 224 in dem Funksignalverarbeitungsschaltkreis ein Signal initiiert, das den ersten oszillatorischen Signalgeber (z.B. VCO) 228 des Funktransceivers 104 auf eine Nominalfrequenz bringt, indem er die Spannung des DAC 226 auf eine vorbestimmte Spannung einstellt. Das VCO-Nominalisierungssignal wird auf Pfad 256 von 2 gesendet. Bei dieser Betriebsart wird die Frequenzreferenz nicht so genau sein wie wenn sich die mobile Vorrichtung innerhalb des Netzwerkbereichs befindet. Das fe Signal ist jedoch keine Einflussgröße, da die Referenzfrequenz nicht von einem Pilotton oder einem Trägersignal abhängig ist. Insbesondere bei einem typischen Oszillator wird die Ungenauigkeit des VCXO 228-Ausgangs ungefähr 2 ppm betragen, wenn die DAC-Spannung auf die vorbestimmte Spannung eingestellt wird. Der GPS-Algorithmus für diese Ausführungsform enthält die Frequenzsuche über diesen größeren Bereich von Frequenzungenauigkeit.
Bei Schritt 512 wird der VCO 228 während einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne nicht mehr über den großen Frequenzbereich abgestimmt. Folglich ist die mobile Vorrichtung 100 nicht mehr in der Lage, gleichzeitig nach GPS-Satellitensignalen und dem Funkträgersignal von einem Funkträger zu suchen. Verfahren 500 fährt dann mit Schritt 514 fort.
Bei Schritt 514 sucht der GPS-Empfänger 106 weiterhin nach Satellitensignalen. Der GPS-Empfänger führt die Suche insbesondere dann durch, wenn der VCO 228 inaktiv ist. Bei Schritt 516 stellt der GPS-Signalprozessor 232 fest, ob die GPS-Satellitensignale empfangen wurden. Wenn die GPS-Satellitensignale bei Schritt 516 empfangen wurden, informiert der GPS-Signalprozessor 232 den Funksignalverarbeitungsschaltkreis 104 darüber und das Verfahren 500 fährt wie unten beschrieben mit Schritt 520 fort. Wenn die GPS-Satellitensignale bei Schritt 516 empfangen wurden, fährt das Verfahren 500 mit Schritt 518 fort, wo der GPS-Signalprozessor 232 bestimmt, ob die zweite vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist. In einer Ausführungsform reicht die zweite vorbestimmte Zeitspanne von ca. 20 bis 30 Sekunden jedoch sind auch kürzere oder längere Zeitdauern möglich. Wenn die zweite vorbestimmte Zeitspanne zum Empfang des GPS-Satellitensignals bei Schritt 518 nicht abgelaufen ist, fährt Verfahren 500 mit Schritt 514 fort und wiederholt die Schritte 514 bis 518 wie oben beschrieben.
Bei Schritt 520 sendet der GPS-Signalprozessor 232 ein VCO-Abstimmungsinitialisierungssignal über Pfad 256 an den Funksignalverarbeitungsschaltkreis 104. Das VCO-Abstimmungsinitialisierungssignal veranlasst den Funkverarbeitungsschaltkreis einen Abstimmungsbefehl an den Funktransceiver 104 zu senden, um die Suche nach einem Funkträger zu initiieren und das Verfahren 500 fährt wie oben beschrieben mit Schritt 504 fort bis entweder die GPS-Satellitensignale oder ein Funkträgersignal erfasst wird.
Wenn sich die mobile Vorrichtung 100 außerhalb des Netzwerkbereichs befindet, wechselt das Verfahren 500 zwischen der Suche nach GPS-Satelliten und der Suche nach dem Funkträgersignal. Ferner ermöglicht das Verfahren 500 den GPS-Empfang ohne dass der VCXO 228 des Mobiltelefonschaltkreises von einem empfangenen Zellensignal eingestellt wird.
Dabei beschreibt die oben genannte Ausführungsform die Suche der mobilen Vorrichtung nach einem Funkträgersignal für eine bestimmte Zeitspanne. Diese Beschreibung dient nur Beispielszwecken. Der Fachmann wird feststellen, dass die mobile Vorrichtung 100 einen Funkträger suchen kann bis ein erstes gewünschtes Ereignis eintritt. Außerdem wird der Fachmann ebenso feststellen, dass die Suche nach GPS-Satellitensignalen nicht auf das Ablaufen einer vorbestimmten Zeitspanne beschränkt ist und dass die Suche nach GPS-Satellitensignalen auch bis zum Eintritt eines zweiten gewünschten Ereignisses geschehen kann.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Referenzsignals für einen GPS-Empfänger innerhalb einer mobilen Vorrichtung (100), wobei die mobile Vorrichtung (100) ein Mobiltelefonschaltkreis (104) und einen GPS-Schaltkreis (106) aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: Erzeugen innerhalb des Mobiltelefonschaltkreises ein zelluläres Oszillatorsignal und ein Frequenzfehlersignal, wobei das Frequenzfehlersignal für das Steuern eines Oszillators (228) vorgesehen ist, um den Mobiltelefonschaltkreis innerhalb der Mobiltelefonnetzwerkspezifikationen zu betreiben, Koppeln des zellulären Oszillatorsignals (11) mit zumindest einem numerisch gesteuerten Oszillator (250, 252) des GPS-Schaltkreises, Verarbeiten des Frequenzfehlersignals (FE), um ein Frequenzsteuerwert zu erzeugen, der mit dem zumindest einen numerisch gesteuerten Oszillator (250, 252) verbunden ist, und Erzeugen eines Signals, das für die Verarbeitung der GPS-Signale verwendet wird, innerhalb des zumindest einen numerisch gesteuerten Oszillators und als eine Funktion des zellulären Oszillatorsignals (f) und des Frequenzsteuerwertes.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Frequenzfehlersignal (FE) von dem Mobiltelefonschaltkreis (104) innerhalb der Mobiltelefonübertragungsspezifikationen gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Frequenzfehlersignal die Frequenzdifferenz zwischen einem Mobiltelefonsignalträger oder Pilotton und einem Signal, das aus dem zellulären Oszillatorsignal abgeleitet wird, darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Frequenzsteuerwert ein digitales Wort ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem der zumindest eine numerisch gesteuerte Oszillator aufweist: einen numerisch gesteuerten Trägeroszillator (250) für das Erzeugen eines Trägereinstellsignals, und einen numerisch gesteuerten Code-Oszillator (252) für das Erzeugen eines Codetaktsignals.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Trägereinstellsignal im wesentlichen den Frequenzfehler, der durch die Dopplerverschiebung erzeugt wird, reduziert.
Vorrichtung (100), die aufweist: einen Mobiltelefonschaltkreis (104) und einen GPS-Schaltkreis (106), wobei die Vorrichtung (100) dadurch gekennzeichnet ist daß: der Mobiltelefonschaltkreis (104) betreibbar ist, um ein Oszillatorsignal und ein Frequenzfehlersignal (FE) zu erzeugen, ein Controller (232), für das Verarbeiten des Frequenzfehlersignals, um einen Frequenzsteuerwert zu erzeugen, mit dem Mobiltelefonschaltkreis verbunden ist ein numerisch gesteuerter Trägeroszillator (250) innerhalb des GPS-Schaltkreis (106) für das Erzeugen eines Trägereinstelloszillatorsignals als Funktion des Oszillatorsignals und des Frequenzsteuerwertsignals vorgesehen ist und ein numerisch gesteuerter Codeoszillator (252) innerhalb des GPS-Schaltkreises für das Erzeugen eines Codetaktoszillatorsignals als Funktion des Oszillatorsignals und des Frequenzsteuerwertes vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Mobiltelefonschaltkreis einen spannungsgesteuerten Kristalloszillator (228) aufweist für das Erzeugen des Oszillatorsignals.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der GPS-Schaltkreis einen unterstützten GPS-Schaltkreis aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, bei dem der Frequenzsteuerwert ein digitales Wort ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: a) Suchen eines Pilottons oder eines Trägersignals eines Mobiltelefons durch Abstimmen einer Frequenz eines Oszillatorsignalgenerators, b) Festlegen der Frequenz des Oszillatorsignalgenerators, wenn der Pilotton oder das Trägersignal nicht gefunden werden, c) Suchen der GPS-Satellitensignale, d) Rückkehren zu Schritt (a), wenn die GPS-Satellitensignale nicht gefunden werden, und e) wenn der Pilotton oder das Trägersignal gefunden wird, Verwenden eines Signals mit einer Frequenz, die aus einer Differenz gebildet wird zwischen einem Signal, das aus dem Mobiltelefonoszillatorsignal abgeleitet wird, und dem Pilotton oder dem Trägersignal als das Frequenzfehlersignal.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Suchschritt für den Pilotton und das Trägersignal während einer ersten vorbestimmten Zeit auftritt, der Festlegschritt auftritt, wenn die erste vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, der Suchschritt nach den GPS-Satellitensignalen während einer zweiten vorbestimmten Zeit erfolgt, und der Rückkehrschritt nachdem die zweite vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, auftritt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die erste vorbestimmte Zeit im Bereich von etwa 20–30 Sekunden liegt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die zweite vorbestimmte Zeit im Bereich von etwa 20–30 Sekunden liegt.