FI113819B - Menetelmä radiotaajuisen signaalin vastaanottamiseksi ja vastaanotinlaite - Google Patents

Description

113819

Menetelmä radiotaajuisen signaalin vastaanottamiseksi ja vastaanotinlaite -Metod för mottagning av radiofrekvens signal och mottagningsapparat

Keksintö liittyy yleisesti antennien polarisaatio-ominaisuuksiin. Erityisesti keksintö 5 liittyy antennin polarisaatio-ominaisuuksien säätämiseen vastaanotettavan signaalin polarisaatio-ominaisuuksien mukaan.

Sähkömagneettisella säteilyllä on tietyt polarisaatio-ominaisuudet. Vastaanotettaessa radiotaajuisen (RF) sähkömagneettisen säteilyn kantamia signaaleja antennin polarisaatio-ominaisuudet mukautetaan yleensä samoiksi kuin tulevan signaalin pola-10 risaatio-ominaisuudet. Jos sähkömagneettinen säteily heijastuu, tyypillisesti sen polarisaatio-ominaisuudet muuttuvat. Tämän vuoksi voi olla tarpeen dynaamisesti säätää antennin polarisaatio-ominaisuuksia sen mukaan, minkälainen säteilyn reitti on lähetysantennista vastaanottoantenniin. Muuten, pahimmassa tapauksessa, on mahdollista, että antennin polarisaatio-ominaisuudet ovat kohtisuorassa antennilla vas-15 taanotettavan sähkömagneettisen säteilyn polarisaatio-ominaisuuksiin nähden. Tässä tapauksessa antenni ei pysty havaitsemaan sähkömagneettista säteilyä.

Tässä asiakirjassa käytetään GPS (Global Positioning System) -järjestelmää esimerkkinä järjestelmästä, jossa tarvitaan vastanottoantennin polarisaatio-ominai-...; suuksien säätämistä. GPS on paikannusjärjestelmä, jossa vastaanotin voi määrittää ... 20 oman sijaintinsa GPS-satelliiteista vastaanottamiensa signaalien avulla. GPS-jär- ; ' jestelmässä on kaksi palvelua: kaikille käyttäjille tarkoitettu SPS (Standard Posi- ‘ · '; tioning Service) ja esimerkiksi sotilaskäyttöön tarkoitettu PPS (Precise Positioning

Service). Kukin GPS-satelliitti lähettää kaksi paikannussignaalia, jotka ovat haja-spektrisignaaleja. C/A (Coarse Acquisition) -koodi ja P (Precise) -koodi moduloi-25 daan binaarista vaihe-eromodulointia käyttämällä kantotaajuuksiksi 1575,42 MHz ja 1227,6 MHz. Esimerkiksi C/A-koodi on 1023:sta koodibitistä koostuva näennäis- :· satunnainen binäärikoodi, ja se toistaa itsensä millisekunnin välein. Näin ollen C/A- • · • · · *. koodin koodibittitaajuus on 1 023 MHz. C/A- ja P-koodit ovat GPS-satelliittikohtai- sia. Satelliitit lähettävät lisäksi navigointitietoja 50 bps:n tiedonsiirtonopeudella.

f · » 30 Satelliittien GPS-lähettimet lähettävät digitaalisia paikannustietoja käyttämällä \ myötäpäiväisesti ympyräpolaroitua (RHCP) säteilyä. GPS-vastaanotin on yleensä ulkoilmassa GPS-signaalien vastaanoton aikana ja sillä on suora näköyhteys (LOS) '···’ GPS-satelliittiin. Kun vastaanottimella on näköyhteys satelliittiin, vastaanotettava 2 113819 signaali (tai ainakin tietty osa signaalista) ei ole heijastunut ja vastaanottoantennilla voi olla samat polarisaatio-ominaisuudet lähetetyn säteilyn kanssa.

Kuvan 1 esimerkkikaaviossa on GPS-laitteen 100 antenni 101 ja vastaanotin 110. Antenni 101 on tyypillisesti RHCP-antenni. Antennin 101 lähtö on kytketty esivah-5 vistimen kautta vastaanottimen 110 RF-osaan 111. Yleensä vastaanotettu laajakais-tasignaali ensin suodatetaan kaistanpäästösuotimen avulla RF-osassa 111, minkä tuloksena saadaan RF-signaali. RF-osassa on lisäksi paikallisoskillaattori (LO), ja RF-signaaliin tyypillisesti sekoitetaan LO:n muodostama siniaalto, jotta saataisiin aikaan välitaajuussignaali (IF-signaali). Tämä IF-signaali, joka tyypillisesti sisältää Ι-ΙΟ komponentin (In-Phase) ja Q-komponentin (Quadrature-Phase), toimitetaan A/D-muuntimeen 112, jossa signaali näytteistetään. Näytteistetty signaali käsitellään kor-relaatiovastaanottimessa 113, jossa C/A-koodin paikallinen kopio korreloidaan paikannustietojen levittämiseen käytetyn C/A-koodin kanssa. Tässä korrelaatioproses-sissa määritetään oikea C/A-koodi ja sen vaihe. Nämä tiedot C/A-koodista on esitet-15 ty nuolella 121 kuvassa 1. Korrelaatiovastaanotin on mahdollista sijoittaa myös ennen A/D-muunninta 112. Korreloitu digitaalinen signaali on lähtösignaali digitaaliseen signaalinkäsittely-yksikköön (DSP) 114. DSP-yksikkö 114 vastaa esimerkiksi lähetettävien radiosymbolien määrittämisestä. Symbolien ja databittien välillä on tietty kuvaus, minkä johdosta lähtö DSP-yksiköstä on paikannusbittivirta (nuoli 20 122). GPS-vastaanottimen 100 GPS-paikannuslohko 115 tarvitsee syötteenä vähin- tään C/A-kooditiedot (nuoli 121) ja paikannusbittivirran (nuoli 122). Tyypillisesti ... sijainnin määrittämiseen tarvitaan tietoja vähintään kolmen C/A:n vaiheesta. Käy- . tössä voi olla esimerkiksi kolme korrelaatiovastaanotinta 113, joista kukin korreloi t » ; yhtä C/A-koodia IF-signaalin kanssa, tai yksi korrelaatiovastaanotin 113, joka kor- ‘ · * · 25 reloi vuorotellen eri C/A-koodeja signaaliin.

• · ·

Jos GPS-vastaanotinta käytetään sisätiloissa, tyypillisesti oven tai ikkunan lähellä, paikannustiedot sisältävä vastaanotettava signaali voi olla heijastunut. Heijastunut . ·. ; myötäpäiväisesti ympyräpolaroitu säteily on vastapäiväisesti ympyräpolaroitua sä- λteilyä. GPS-vastaanottimen antenni, joka on ihanteellinen myötäpäiväisesti ympyrä-30 polaroidun säteilyn vastaanottamiseen, ei ehkä ollenkaan tunnista vastapäiväisesti ..; · ‘ ympyräpolaroitua säteilyä tai tunnistetun signaalin intensiteetti on useita suuruus- : : luokkia pienempi todelliseen signaaliin verrattuna. Tämän vuoksi on edullista, että sisätiloissa käytettäväksi tarkoitettu GPS-vastaanotin pystyy vastaanottamaan te-hokkaasti myös vastapäiväisesti ympyräpolaroitua säteilyä. Tietyissä tapauksissa, 35 joissa osa vastaanotettavista GPS-signaaleista on heijastunut ja osa ei, GPS-vastaan- 3 113819 ottimen pitäisi pystyä vastaanottamaan samanaikaisesti sekä vastapäiväisesti että myötäpäiväisesti ympyräpolaroituja signaaleja.

On yleisesti tunnettua, että sähkömagneettinen säteily, jolla on mitkä tahansa polarisaatio-ominaisuudet, voidaan hajottaa kahteen lineaariseen komponenttiin, joilla on 5 tietty suhteellinen vaihe ja tietyt suhteelliset amplitudit. Esimerkiksi käyttämällä kahta tasopolaroitua ortogonaalista antennia on mahdollista vastaanottaa kaikkea sähkömagneettista säteilyä sen polarisaatio-ominaisuuksista riippumatta. Vastaanotettavan säteilyn dynaamiset muutokset voivat kuitenkin aiheuttaa ongelmia. Kun GPS-vastaanottimen käyttäjä liikkuu laitteen kanssa, GPS-signaalin reitti satelliitti-10 lähettimestä GPS-vastaanottimeen voi muuttua, minkä seurauksena myös vastaanotettavan GPS-signaalin polarisaatio-ominaisuudet voivat muuttua.

Aikaisemmin on esitetty malleja antennin ominaisuuksien säätämiseksi vastaanotettavan signaalin ominaisuuksien mukaan. Eräs vaihtoehto on mukauttaa antennin fyysisiä ominaisuuksia, mutta tämä voi edellyttää melko mutkikkaita mekaanisia 15 järjestelyjä, ja on erittäin todennäköistä, että tarvittavia muutoksia ei voida tehdä tarpeeksi nopeasti. Toinen vaihtoehto on käyttää kahta antennia, joilla on erilaiset polarisaatio-ominaisuudet, ja yhdistää näiden antennien avulla vastaanotetut signaalit. Esimerkiksi patenttihakemuksessa EP 416 264 käsitellään järjestelmää, jossa käytetään kahta ortogonaalista tasopolaroitua antennia ja joka on toteutettu käyttä-20 mällä analogisia komponentteja. Kahdella vastaanotetulla signaalikomponentilla on erilaiset vaiheet ja amplitudit, ja kalibrointipiiri tunnistaa vastaanotettujen signaali-.: ·’ komponenttien vaihe- ja amplitudierot. Säädettäviä vaihesiirtimiä säädetään vaihe- .'·· ja amplitudierojen mukaan summauspiirissä, jossa signaalikomponentit yhdistetään : ·.: 90 asteen hybridikytkimillä. Kalibrointipiiri vertailee jatkuvasti signaalikomponent- 25 teja ja signaalikomponentit toimitetaan viivelinjojen kautta summauspiiriin. Viive mahdollistaa vaihesiirrinten säätämisen ennen signaalikomponenttien saapumista summauspiiriin.

. ·: Samanlaista järjestelmää voitaisiin käyttää GPS-vastaanottimessa, mutta tämä edel- ,..: lyttäisi GPS-vastaanottimessa kahta tasopolaroitua antennia ja sitä, että kumpaankin 30 antenniin liittyvässä RF-osassa (vastaa kuvan 1 RF-osaa 111) olisi sisäinen kalib-. · · ·. rointipiiri ja summauspiiri. Lisäkomponentit lisäävät laitteen hintaa ja valmistuksen mutkikkuutta. Lisäksi jos GPS-vastaanotin on tarkoitettu integroitavaksi matkapu-..!! * helimeen, komponenttien määrä olisi pidettävä mahdollisimman pienenä virranku- :lutus- ja tilavaatimusten takia. Lisäongelman muodostaa se, että patenttihakemuk-35 sessa EP 416 264 kuvatun järjestelmän mukaisessa sisäkäyttöön tarkoitetussa GPS- 4 113819 vastanottimessa pitäisi olla enemmän kuin kaksi antennia, sillä kutakin samanaikaisesti vastaanotettavaa GPS-signaalia varten tarvitaan ortogonaalisten antennien pari.

Monipolarisaatiomenetelmä on tunnettu menetelmä parantaa vastaanotettavan signaalin laatua. Kuvassa 2 on esimerkki monipolarisaatiovastaanottimesta 200, jossa 5 signaalin vastaanottamiseen käytetään kahta antennia 101a ja 101b, joilla on erilaiset polarisaatio-ominaisuudet. Kumpikin antenni on kytketty omaan RF-lohkoonsa, ja RF-lohkot lila, 111b on vuorostaan kytketty A/D-muuntimiin 112a, 112b. Digitoidut signaalit SY, joka vastaa ensimmäisen antennin 101a vastaanottamaa signaa-likomponenttia, ja S2, joka vastaa toisen antennin 101b vastaanottamaa signaali-10 komponenttia, ovat kompleksilukusignaaleja ja niitä käsitellään edelleen DSP-loh-kossa 201. Käytettäessä monipolarisaatiomenetelmää vastaanotossa käytetään joko toista vastaanotetuista signaaleista tai molemmat vastaanotetut signaalit yhdistetään käytettäväksi vastaanotossa. Monipolarisaatiomenetelmää käyttävässä GPS-lait-teessa voisi tyypillisesti olla kaksi antennia, joilla on ortogonaaliset ympyräpolari-15 saatio-ominaisuudet, eli näin ollen laitteessa olisi kaksi antennia 101 ja kaksi vastaanotinta 110. Ulkotiloissa laite voisi tyypillisesti käyttää vain RHCP-antennia ja RHCP-antennia vastaavaa vastaanotinta.

Keksinnön tavoitteena on esittää antenni-vastaanotinjärjestelmä, joka on mukautettavissa vastaanotettavan signaalin erilaisten muutosten mukaan. Lisätavoitteena on . 20 esittää antenni-vastaanotinjärjestelmä, jossa mukauttaminen muutosten mukaan on järjestetty käyttämällä vain vähän lisäkomponentteja. Lisätavoitteena on esittää an-‘ ' tenni-vastaanotinjärjestelmä, jonka polarisaatio-ominaisuuksia voidaan säätää. Lisä- ’.' ’: tavoitteena on esittää antenni-vastaanotinjärjestelmä, jota käyttämällä on mahdollis- ta vastaanottaa samanaikaisesti useita hajaspektrisignaaleja niin, että kukin signaali 25 vastaanotetaan polarisaation osalta ihanteellisella tavalla.

‘ ·

Keksinnön tavoitteet saavutetaan vastaanottamalla signaali vuorotellen vähintään . , kahdella antennilla, joilla on erilaiset ominaisuudet, käsittelemällä limittyvät signaa- • · · ; ‘: lit yhdellä jäijestelyllä ja kokoamalla vastaanotetuista signaalikomponenteista yh distetty signaali vastaanotetun signaalin havaittujen tai arvioitujen ominaisuuksien ··· 30 mukaan.

» •; * ’ Keksinnön mukainen menetelmä on menetelmä radiotaajuisen signaalin vastaanot- t _;: · tamiseksi, joka menetelmä sisältää seuraavat vaiheet: - radiosignaalin ensimmäisen vastaanotettavan signaalikomponentin vastaanottaminen käyttämällä ensimmäistä antennia, jolla on ensimmäiset ominaisuudet, ja radio 5 113819 signaalin toisen vastaanotettavan signaalikomponentin vastaanottaminen käyttämällä toista antennia, jolla on toiset ominaisuudet, jotka ovat erilaiset kuin ensimmäiset ominaisuudet, - vastaanotettavan signaalikomponentin käsitteleminen niin, että tuloksena saadaan 5 näytteistetty signaalikomponentti, jolla on I-komponentti (In-Phase) ja Q-kompo- nentti (Quadrature-Phase), - vähintään yhden yhdistetyn signaalin muodostaminen, joka signaali on vähintään kahden näytteistetyn signaalin lineaariyhdistelmä ja -vähintään yhden kompleksilukujoukon valitseminen lineaariyhdistelmän kertoili) mille niin, että kutakin kerroinarvojen joukkoa vastaavan yhdistetyn signaalin laatu tietyllä hetkellä on vähintään yhtä suuri kuin laadultaan parhaan näytteistetyn sig-naalikomponentin laatu, ja sille on tunnusomaista, että se sisältää lisäksi seuraavan vaiheen: - antennien kytkeminen vuorotellen radiotaajuisiin välineisiin kytkentäelementin 15 kautta niin, että vastaanotettavat signaalikomponentit limittyvät ajallisesti keskenään ja niin, että lähetettyjen tietojen tietyn jakson ensimmäinen osa vastaanotetaan ensimmäisellä antennilla ja lähetettyjen tietojen mainitun jakson toinen osa vastaanotetaan toisella antennilla.

* · * ·

Keksintö liittyy myös vastaanotinlaitteeseen, jossa on * «· •. : 20 - vähintään ensimmäinen antenni, jolla on tietyt ensimmäiset ominaisuudet, joka an- . *. : termi on järjestetty vastaanottamaan ensimmäinen signaalikomponentti, ja toinen antenni, jolla on tietyt toiset ominaisuudet, jotka toiset ominaisuudet ovat erilaiset ::: kuin ensimmäiset ominaisuudet, ja joka toinen antenni on järjestetty vastaanotta maan toinen signaalikomponentti, : ’ ’.: 25 - käsittelyvälineet antennilla vastaanotettavan signaalikomponentin käsittelemiseksi niin, että tuloksena saadaan näytteistetty signaalikomponentti, jolla on I-komponentti (In-Phase) ja Q-komponentti (Quadrature-Phase), ; ’: - yhdistämisvälineet, jotka on järjestetty yhdistämään näytteistetyt signaalikompo- ': _ nentit vähintään yhdeksi yhdistetyksi signaaliksi ja '.,, 30 - valintavälineet, jotka on järjestetty valitsemaan vähintään yksi joukko kompleksi lukuja lineaarisen yhdistelmän kertoimille niin, että kutakin kerroinarvojen joukkoa vastaavan yhdistetyn signaalin laatu tietyllä hetkellä on vähintään yhtä suuri kuin 6 113819 ensimmäisestä tai toisesta näytteistetystä signaalikomponentista paremman laatu, mainitulle vastaanotinlaitteelle on tunnusomaista se, että siinä on lisäksi - kytkemis-välineet, joiden ensimmäinen tulo on kytketty ensimmäiseen antenniin ja toinen tulo on kytketty toiseen antenniin ja joiden lähtö on kytketty käsittely välineisiin, ja jotka 5 on järjestetty vuorotellen kytkemään antennit käsittelyvälineisiin niin, että vastaanotettavat signaalit limittyvät keskenään ajan suhteen ja niin, että lähetettyjen tietojen tietyn jakson ensimmäinen osa vastaanotetaan ensimmäisellä antennilla ja lähetettyjen tietojen mainitun jakson toinen osa vastaanotetaan toisella antennilla ja että kä-sittelyvälineet on säädetty käsittelemään limittyvät signaalikomponentit.

10 Keksinnön mukaisessa menetelmässä radiosignaali vastaanotetaan käyttämällä vähintään kahta antennia, joilla on erilaiset ominaisuudet. Ensimmäinen signaalikom-ponentti vastaanotetaan ensimmäisellä antennilla ja toinen signaalikomponentti vastaanotetaan toisella antennilla. Signaalikomponentit käsitellään ja näytteistetään, esimerkiksi käyttämällä yleisesti tunnetun tekniikan mukaisia menetelmiä, ensim-15 mäiseksi ja toiseksi näytteistetyksi signaalikomponentiksi, joilla on I (In-Phase)- ja Q (Quadrature-Phase) -komponentti. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että ensimmäinen ja toinen antenni kytketään vuorotellen käsittely-välineisiin, jotka huolehtivat vastaanotettujen signaalien jatkokäsittelystä. Näin ollen ensimmäinen ja toinen signaalikomponentti limittyvät keskenään ajan suhteen. 20 Tyypillisesti antenneja vuorotellaan niin, että ensimmäinen antenni on kytkettynä ,..: yhtä kauan kuin toinen antenni.

* · · '·’ ’ Limittyvistä signaaleista muodostetaan näytteistämällä digitoituja signaaleja, joita tässä kutsutaan näytteistetyiksi signaalikomponenteiksi. Näillä näytteistetyillä sig-naalikomponenteilla on kompleksilukuarvo, koska niissä on I (In-Phase) ja Q 25 (Quadrature-Phase) -komponentti. Käyttämällä näytteistettyjä signaalikomponentte-: ” ’; ja, joista ensimmäinen näytteistetty signaalikomponentti vastaa ensimmäisen anten nin ominaisuuksia ja toinen näytteistetty signaalikomponentti vastaa toisen antennin . ·. : ominaisuuksia, on mahdollista muodostaa yhdistetty signaali, joka vastaa paremmin , .. ’ vastaanotetun signaalin ominaisuuksia. Esimerkiksi valitsemalla sopiva lineaariyh- 30 distelmä ensimmäisistä ja toisista näytteistetyistä välisignaaleista on mahdollista muodostaa signaali, joka vastaa mitä tahansa haluttuja polarisaatio-ominaisuuksia. Yhdistetty signaali voidaan muodostaa helposti esimerkiksi digitaalisen signaalin-!:. käsittelyn avulla. Oikea vaihesiirtymä ja oikea amplitudi saadaan kertomalla toinen ’. inäytteistetyistä signaaleista tai molemmat näytteistetyt signaalit sopivalla komplek-35 silukukertoimella, minkä jälkeen näytteistetyt signaalikomponentit summataan. Lineaarisen yhdistelmän kertoimet ovat tyypillisesti kompleksilukuja. Osa kerrointen 7 113819 arvoista voi tietenkin olla myös reaalilukuja. Tässä kuvauksessa termillä kerroin tarkoitetaan yhdistetyn signaalin muodostamisessa käytettäviä lineaariyhdistelmän kertoimia.

Koska mukauttaminen vastaanotettavan signaalin ominaisuuksien mukaan tapahtuu 5 muokkaamalla digitoituja signaaleja, mukauttaminen esimerkiksi polarisaatio- tai kulmaominaisuuksien mukaan on melko helppo toteuttaa, sillä tässä tapauksessa tarvitsee muuttaa vain signaalien lineaariyhdistelmän kompleksilukumuotoisia kertoimia. Järjestelmä on mahdollista nopeasti mukauttaa vastaanotettavan signaalin muutoksiin, mikä on yksi keksinnön eduista. Kerrointen arvot valitaan niin, että tu-10 loksena saatavan yhdistetyn signaalin laatu on parempi kuin kummankaan vastaanotetun signaalin laatu. Kerrointen sopivat arvot voidaan määrittää esimerkiksi maksimoimalla yhdistetyn signaalin signaali-kohina-suhde. Vaihtoehtoisesti voidaan minimoida monitie-etenemisen vaikutus tai kerroinarvot voidaan valita niin, että ne ottavat huomioon sekä signaali-kohina-suhteen että monitie-etenemisen. Kun vas-15 taanotettavan signaalin polarisaatiomuutokset liittyvät signaalin heijastumiseen, käytettävissä on yleensä rajallinen määrä mahdollisia kerroinarvoja ja oikean arvo-joukon valitseminen on melko helppoa.

Polarisaatio- tai monipaikkavastaanoton tavoin keksinnön mukaisessa menetelmässä on tyypillisesti mahdollista valita kerroinarvoja, jotka tuottavat yhdistetylle sig-. 20 naalille paremman laadun verrattuna tietyt polarisaatio-ominaisuudet omaavalla an tennilla vastaanotetun yksittäisen signaalin laatuun. Jos esimerkiksi ensimmäisen * * * ‘ antennin polarisaatio-ominaisuudet on mukautettu vastaamaan ihanteellisesti en- '. ’: simmäisen signaalin polarisaatiota ja jos toisella antennilla on kohtisuorat polarisaa- * t tio-ominaisuudet, yhdistetyn signaalin laatu on (vähintään teoreettisesti) sama kuin :, t ·' 25 ensimmäisellä antennilla vastaanotetun signaalin laatu. Antenniyhdistelmän kulma- : ” ominaisuuksia, eli toisin sanoen antenniyhdistelmän vastaanottoantennin suuntaku- viota, on mahdollista muuttaa.

* · ; ’ Keksinnön mukaisen menetelmän ero verrattuna radiosignaalien perinteiseen vas taanottoon muilla kuin monitievastaanottomenetelmillä on se, että keksinnön mu-·· 30 kaisessa menetelmässä on yksi antenni enemmän ja näytteistettyjen signaalien käsit- ’ ”; telemisestä vastaavassa osassa on joitakin lisätoimintoja. Lisätoimintojen ottaminen käyttöön on melko helppoa, koska ne voidaan sisällyttää digitaaliseen signaalinkä-·;*; sittelyyn.

Vastaanottimen radiotaajuinen osa voi olla sama kuin yhdellä antennilla varustetus-35 sa perinteisessä vastaanottimessa. Esimerkiksi A/D-muunnoksen kannalta ei ole 8 113819 merkitystä, käsitelläänkö tietyllä antennilla vastaanotetun jatkuvan signaalin asemesta kaksi välisignaalia, jotka vastaavat kahta antennia. Keksinnön mukainen me-netelmä/vastaanotin on näin ollen tehokas ja edullinen tapa mukauttaa järjestelmä esimerkiksi vastaanotettavan signaalin polarisaation mukaan lähes yhtä yksinkertai-5 sella laitteistolla, jota käytetään vastaanottimessa, jolla on tietyt polarisaatio-ominaisuudet, mutta ei mukautumisominaisuutta. Lisäksi keksinnön mukainen vastaanotin on edullisempi kuin monitievastaanotin, koska siinä tarvitaan vain yksi järjestely käsittelemään kahta välisignaalia, kun taas monitievastaanottimessa tarvitaan kaksi rinnakkaista järjestelyä käsittelemään rinnakkaisia jatkuvia signaaleja. Koska 10 keksinnön mukaisessa vastaanottimessa on vähemmän komponentteja kuin monitievastaanottimessa, menetelmän avulla voidaan saavuttaa huomattavia säästöjä valmistettaessa suuria määriä vastaanottimia.

Lisäksi keksinnön mukainen menetelmä tai vastaanotin soveltuu useiden eri polarisaatio-ominaisuudet omaavien hajaspektriradiosignaalien vastaanottamiseen saman-15 aikaisesti. Esimerkiksi kun hajautustekniikkana käytetään koodijakoa, hajaspekt-risignaalit ovat tyypillisesti tietyllä taajuuskaistalla ja käytetään antennia, joka soveltuu signaalien vastaanottamiseen tällä taajuuskaistalla. Tässä tapauksessa vastaanotettava signaali voi koostua erilaisista hajaspektrisignaaleista, jotka vastaavat eri hajautuskoodeja. Kullakin näistä signaaleista voi olla erilaiset polarisaatio-omi-20 naisuudet tai on mahdollista, että esimerkiksi kahdella hajaspektrisignaalilla, jotka :·· vastaavat kahta eri hajautuskoodia, on samat polarisaatio-ominaisuudet. Sellaista :':1. kerroinarvojen joukkoa, joka tuotti hyvän signaalilaadun, koskeva yhdistetty signaa- , ; li voi vastata useaa hajaspektrisignaalia. On myös mahdollista, että kullakin vas- · taanotettavista hajaspektrisignaaleista on itselleen ominaiset polarisaatio-ominai- * Il !,, ‘ 25 suudet, ja tässä tapauksessa kukin yhdistetty signaali vastaa yhtä hajaspektrisignaa- ;;; * lia. Korrelointi hajautuskoodien paikallisten kopioiden kanssa voidaan suorittaa eri ' · ·' vaiheissa radiosignaalin vastaanottamisen jälkeen, sillä korreloinnissa voidaan käyt tää näytteistettyjä signaalikomponentteja tai yhdistettyjä signaalikomponentteja.

. ’'1. Keksinnön mukaista menetelmää tai vastaanotinta voidaan myös käyttää usean ka- 30 peaspektrisen radiosignaalin vastaanottamiseen samanaikaisesti. Antennin polari- < * · ;; j saatio-ominaisuudet voivat vaihdella taajuuden mukaan. Näin ollen kapeaspektris- • ·.: ten radiosignaalien osalta voi olla hieman vaikeampi löytää sopivat arvot lineaarisen ·· yhdistelmän kertoimia varten. Toisaalta keksinnön mukaisessa menetelmässä an- \ tennin polarisaatio-ominaisuuksien ei edellytetä olevan esimerkiksi kohtisuoria, 35 vaikka tästä voikin olla apua määritettäessä kertoimille sopivia arvoja.

9 113819

Uudet ominaisuudet, joita pidetään keksinnölle tunnusomaisina, käsitellään erikseen jäljempänä patenttivaatimuksissa. Kuitenkin keksintö sinänsä, sen rakenne ja käyt-tömenetelmä, yhdessä sen lisäkohteiden ja etujen kanssa, on helpointa ymmärtää lukemalla seuraava kuvaus tietyistä suoritusmuodoista yhdessä oheisten piirrosten 5 kanssa.

Kuvassa 1 esitetään kaavio tekniikan tason mukaisesta GPS-vastaanotinlaitteesta, kuvassa 2 esitetään kaavio tekniikan tason mukaisesta monipolarisaatiovastaanot-timesta, kuvassa 3 esitetään vuokaavio keksinnön ensimmäisen edullisen suoritusmuodon 10 mukaisesta menetelmästä radiosignaalin vastaanottamiseksi, kuvassa 4 esitetään vuokaavio keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukai sesta menetelmästä radiosignaalin vastaanottamiseksi, kuvassa 5 esitetään kaavio antennien kytkemisestä keksinnön mukaisten menetelmien mukaan, 15 kuvassa 6 esitetään kaavio keksinnön ensimmäisen edullisen suoritusmuodon mukaisesta vastaanottimesta, • ·: kuvassa 7 esitetään kaavio keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesta . : ·. vastaanottimesta, • · ' · ': kuvassa 8 esitetään kaavio erilaisista antennikokoonpanoista, jotka soveltuvat > * \ ‘ · i 20 käytettäviksi keksinnön mukaisissa vastaanottimissa, * » • · , “ ·, kuvassa 9 esitetään kaavio keksinnön kolmannen edullisen suoritusmuodon mu- • · kaisesta GPS-vastaanottimesta, » * , ' ·· kuvassa 10 esitetään kahden polarisaation tasoantenni ja kaksoisilmaisutasoanten- .· ni, jotka soveltuvat käytettäviksi keksinnön mukaisissa vastaanottimis- 25 sa,ja ,,.: kuvassa 11 esitetään keksinnön edullisten lisäsuoritusmuotojen mukaisia matka- » ,:. viestimiä.

* I « t • Kuvat 1-2 on selitetty yksityiskohtaisesti tekniikan tason mukaisten radiovastaan- otinten kuvauksessa.

10 113819

Kuvassa 3 esitetään vuokaavio keksinnön ensimmäisen edullisen suoritusmuodon mukaisesta menetelmästä 300 radiosignaalin vastaanottamiseksi. Vaiheessa 301 radiotaajuinen säteily vastaanotetaan ensimmäisellä antennilla. Vaiheessa 302 säteilyn vastaanottamiseen käytetyn antennin asemesta käyttöön kytketään toinen antenni, 5 jolla on eri ominaisuudet kuin ensimmäisellä antennilla. Antennien polarisaatio-ominaisuudet, tai esimerkiksi antennien sijainnit, voivat olla erilaisia. Vaiheessa 303 radiotaajuinen säteily vastaanotetaan toisella antennilla, ja vaiheessa 304 antennit jälleen vaihdetaan. Keksinnön ensimmäisen edullisen suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä vaiheet 301 - 304 voidaan suorittaa koko ajan. Ensimmäinen vas-10 taanotettu signaalikomponentti S\, joka vastaa ensimmäistä antennia, ja toinen vastaanotettu signaalikomponentti S2, joka vastaa toista antennia, limitetään ajan suhteen: ensimmäinen signaalikomponentti on läsnä käytettäessä vastaanottoon ensimmäistä antennia ja toinen signaalikomponentti on läsnä käytettäessä vastaanottoon toista antennia. Antennit voidaan kytkeä kytkentäelementin kautta yhteen RF-loh-15 koon, jossa syötteenä on vuorotellen ensimmäinen signaalikomponentti S\ ja toinen signaalikomponentti S2. Jakso, jonka aikana kumpaakin antennia käytetään RF-sig-naalin vastaanottamiseen, vaihtelee käyttökohteen mukaan. Jos esimerkiksi vastaanotetaan kapeakaistaista radiosignaalia, paras suorituskyky voidaan saavuttaa vastaanottamalla kukin symboli molemmilla antenneilla. Tämä on esitetty kuvassa 5a, 20 jossa symbolien sekvenssi 510 on esitetty ajan funktiona. Kuvassa 5a vaaka-akseli edustaa aikaa, ja symbolin tsymboi kesto on merkitty nuolella kuvaan 5a. Kuvassa 5a pystyakseli edustaa symboliarvoja. Symboli edustaa tiettyä määrää databittejä, ja v · databittien määrä vaihtelee modulointitekniikan mukaan. Toisen antennin kytkemi- nen käyttöön ensimmäisen antennin asemesta on merkitty yhtenäisillä nuolilla 501 25 ja ensimmäisen antennin kytkeminen käyttöön ensimmäisen toisen asemesta on merkitty katkoviivanuolilla 502. Kuvaan 5a merkityt ajat, jolloin vaihto tapahtuu, .···. ovat vain esimerkkejä; antennien vaihtaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi ti heämmin tai epäsäännöllisin välein, eikä vaihtamista tarvitse tapahtua symbolin . . vaihtuessa. Antennilla kahden peräkkäisen antenninvaihtokerran välillä vastaanotet- ;, ’; 30 tu signaali näytteistetään tyypillisesti useita kertoja, mutta vähintään yhden kerran.

’;t Limitettyjä signaalikomponentteja S\ ja S2 käsitellään edelleen vaiheessa 305. Tyy pillisesti kullekin vastaanotetulle signaalille muodostetaan I- ja Q-komponentti, minkä jälkeen signaalit näytteistetään. Tuloksena saadaan kompleksilukuarvoiset näytteistetyt signaalit ja S2, joissa reaaliosa tavallisesti vastaa I-komponenttia ja :35 imaginaariosa vastaa Q-komponenttia. Vaiheessa 306 valitaan sopiva joukko ker-roinarvoja lineaariyhdistelmää varten. Tässä asiakirjassa kerroinjoukosta käytetään merkintää (ava2). Kerrointen arvot valitaan yhdistetyn signaalin, Sc, joka on en- 113819 π simmäisen ja toisen näytteistetyn signaalikomponentin lineaariyhdistelmä, laadun parantamiseksi: Sc = «,£, +a2S2. Signaalin laadun ilmaisemiseen voidaan käyttää esimerkiksi signaali-kohina-suhdetta. Lisäksi on mahdollista minimoida monitie-etenemisen vaikutus tai esimerkiksi määrittää sopiva tasapaino signaali-kohina-5 suhteen ja monitie-etenemisen vaikutusten minimoimisen välillä. Lineaariyhdistel-män kertoimia voidaan käyttää järjestelmän mukauttamiseen vastaanotettavan radiosignaalin muutosten mukaan tai järjestelmän mukauttamiseen vastaanotetun radiosignaalin säteilykeilan kulmaominaisuuksien muutosten mukaan. Keksinnön mukaisessa menetelmässä kerroinarvojen valitsemiseen voidaan tyypillisesti käyttää 10 menetelmiä, joita käytetään kerroinarvojen valitsemiseen monitievastaanottimissa. Vaiheessa 307 muodostetaan valittuja kerroinarvoja vastaava yhdistetty signaali.

Kuvassa 4 esitetään vuokaavio keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesta menetelmästä 400 radiosignaalin vastaanottamiseksi. Keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä voidaan vastaanottaa yksi tai useita 15 suorasekvenssihajaspektrisignaaleja. Menetelmän 400 vaiheet 301 - 305 ovat samoja kuin menetelmän 300 vaiheet. Käytettäessä kapeakaistaisten signaalien hajauttamiseen suorasekvenssitekniikkaa vastaanotetut signaalit korreloivat jossain määrin hajautuskoodien Cl, C2, C3 jne. paikallisten kopioiden kanssa. Menetelmässä 400 tämä tapahtuu sen jälkeen, kun signaalikomponentit on näytteistetty. Menetelmässä 20 400 oletetaan, että vastaanotetaan kaksi hajaspektrisignaalia, jotka vastaavat hajau- :··· tuskoodeja Cl ja C2. Korreloimalla hajautuskoodit näytteistettyjen signaalikompo- nenttien kanssa saadaan aikaan seuraavat korreloidut näytteistetyt signaalikom-*, ; ponentit: Sl C], SlC2, S2C] ja S2 C2. Koska vastaanotetaan kaksi hajaspektrisignaalia, : on erittäin todennäköistä, että kummallekin hajaspektrisignaalille on valittava erik- .···.’ 25 seen joukko kerroinarvoja. Tämä tehdään vaiheessa 402, jossa valitaan ensimmäi- ;;; nen joukko kerroinarvoja ja toinen joukko kerroinarvoja: (alcl, a2 C1) ja (alcl, a2C2).

Vaiheessa 403 muodostetaan kaksi yhdistettyä signaalia, yksi kumpaakin vastaanotettua hajaspektrisignaalia varten: Sccl = aUC\Si,ci +a2,c\^ici ja ... ’ ^C,C2 = ai,C2^l,C2 a2,C2^2,C2 · •;. 30 Vaihtoehtoisesti on mahdollista korreloida hajautuskoodien paikalliset kopiot yhdis- .··. tetyn signaalin Sc kanssa. Tässä tapauksessa korrelointivaihe 401 suoritetaan vasta yhdistetyn signaalin muodostamisen jälkeen, ja tällaisen menetelmän vuokaavio oh •;;; samanlainen kuin menetelmän 300 vuokaavio sillä erotuksella, että vaiheen 307 jäl- ···' keen on lisätty vaihe 401. Tämä menetelmä toimii parhaiten silloin, kun hajaspekt- 35 risignaaleilla on samanlaiset polarisaatio-ja/tai kulmaominaisuudet. Kolmas vaihtoehto on suorittaa hajautuskoodien paikallisten kopioiden korrelointi jo käsiteltäessä 12 113819 vastaanotettuja signaaleja vaiheessa 305. Tässä tapauksessa korrelointi voidaan suorittaa käyttämällä analogisia signaalikomponentteja; se voidaan toisin sanoen suorittaa ennen vastaanotettujen signaalikomponenttien näytteistystä.

Vastaanotettaessa hajaspektrisignaali on mahdollista vaihtaa antenneja, esimerkiksi 5 kaksi kertaa kunkin koodibitin aikana, tai jos hajautuskoodisekvenssi toistuu ainakin osittain yhden databitin aikana, kahdesti kunkin databitin aikana. Näin ollen tietty koodibitti-databittiyhdistelmä vastaanotetaan vähintään kahdella antennilla ja koodibitti-databittiyhdistelmä voidaan hajottaa käyttämällä signaalikomponentteja. Kuvassa 5b on kaavio antennien kytkennän vaihtamisesta niin, että kukin koodibitti 10 520 vastaanotetaan kahdella antennilla. Pystyakseli edustaa koodibitti-databitti- yhdistelmän arvoa, mutta muuten kuva 5b on samanlainen kuin kuva 5a. Koodibitin kesto /c[jip ja databitin kesto /bit on esitetty nuolilla kuvassa 5b. Koodibitin ja databitin kestojen suhde kuvissa 5b ja 5c on vain esimerkki, ja myös nuolilla kuvassa 5b esitetyt antenninvaihtoajat ovat esimerkkejä. Vastaanottimessa, jossa antenneja 15 vaihdetaan erittäin tiheästi, esimerkiksi jokaisen koodibitin välein, joistakin laitteis toista voidaan ehkä tarvita kaksoiskappaleet.

Kuvassa 5c esitetään kaavio signaalista, jossa koodibittisekvenssi toistuu kahdesti kussakin databitissä. Koodibittisekvenssin kesto /sequence on merkitty nuolella kuvassa 5c. Tässä tapauksessa on mahdollista vaihtaa antenneja esimerkiksi vähintään 20 kaksi kertaa yhden databitin aikana. Kuvassa 5c koodibittisekvenssin 530a ensim- * * · · ' ‘ mäinen kopio vastaanotetaan yhdessä tietyn databitin kanssa ensimmäisellä anten- v ·' nilla ja koodibittisekvenssin 530b toinen kopio vastaanotetaan yhdessä saman data- ·.'·! bitin kanssa toisella antennilla. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää : myös silloin, kun koodibittisekvenssi toistuu vain osittain databitin aikana. Kuvan ; 25 5c antenninvaihtoajat ovat tässäkin tapauksessa esimerkkejä; on olemassa muitakin ; ' · · . mahdollisia tapoja vaihtaa antenneja keksinnön mukaisesti. Kun antenneja vaihde taan koodibittien mukaan, vastaanottimen RF-lohkossa ei tyypillisesti tarvita lait- . teiston kaksoiskappaleita.

Esimerkiksi GPS-järjestelmässä C/A-koodi on 1 023:sta koodibitistä koostuva nä-30 ennäissatunnainen binäärikoodi, ja se toistaa itsensä millisekunnin välein. Näin ol-,··'·. Ien C/A-koodin koodibittitaajuus on 1 023 MHz. Paikannustietojen taajuus on 50 b/s, joten koodisekvenssi toistuu 200 kertaa kunkin paikannusdatabitin aikana. C/A-koodisekvenssin kestoa kutsutaan mittaushetkeksi (englanniksi epoch). Kun GPS-,..: signaali vastaanotetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, on näin ollen mahdol- 35 lista esimerkiksi vastaanottaa signaali kullakin antennilla mittaushetkien tietyn ko-konaislukumonikerran ajan tai vaihtaa antenneja esimerkiksi jokaisen tai joka toisen 13 113819 mittaushetken välein. GPS-järjestelmässä vastaanotetaan tyypillisesti kolme paikan-nussignaalia samanaikaisesti. CA-koodisekvenssin kesto on sama kussakin satelliitissa, ja on mahdollista vastaanottaa samanaikaisesti monta paikannussignaalia sekä esimerkiksi määrittää ihanteellinen joukko kerroinarvoja erikseen kullekin paikan-5 nussignaalille. Eri GPS-satelliitteihin liittyvillä eri C/A-koodeilla voi olla tietty vaihe-ero toisiinsa nähden, mutta keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää menestyksellisesti: toisten paikannussignaalien osalta antenneja voidaan vaihtaa C/A-koodisekvenssin alussa ja toisten paikannussignaalien osalta vaihto tapahtuu C/A-koodin jossain muussa kohdassa. Kummassakin tapauksessa kunkin paikan-10 nussignaalin koko mittaushetki voidaan vastaanottaa kummallakin antennilla. Samalla tavalla on tietenkin mahdollista vastaanottaa GPS-paikannussignaalien lisäksi myös muita hajaspektrisignaaleita, joilla on yhden databitin aikana toistuva leviä-miskoodi.

Kuvassa 6 esitetään kaavio keksinnön ensimmäisen edullisen suoritusmuodon mu-15 kaisesta vastaanottimesta 600. Vastaanottimessa 600 on kaksi antennia 101a ja 101b, joilla on erilaiset ominaisuudet. Antennien polarisaatio-ominaisuudet, tai esimerkiksi antennien sijainnit, voivat olla erilaisia. Antennit 101a ja 101b on kumpikin kytketty kytkentäelementin 601 tuloihin. Kummassakin antennissa voi olla esi-vahvistin ennen kytkintä, mutta näitä esivahvistimia ei ole merkitty kuvaan 6. Kyt-20 kentäelementti on järjestetty vuorotellen kytkemään jompikumpi antenneista RF-lohkoon 602. RF-lohko 602 käsittelee vastaanotetut signaalikomponentit S\ ja S2 ja . muodostaa signaalikomponentit, joilla on I- ja Q-komponentti. RF-lohkon 602 läh- •, : tösignaalit johdetaan A/D-muuntimen 603 tuloihin ja näytteistetyt signaalikompo- : ; nentit Sl ja S2 johdetaan edelleen digitaalisiin käsittelyvälineisiin 604 lisäkäsittelyä _ A ‘ 25 varten. Kerroinarvojen valitseminen lineaariyhdistelmää varten tapahtuu tyypillises- ;;;' ti käsittelyvälineissä 604, jotka huolehtivat myös yhdistetyn signaalin Sc muodos tamisesta.

Kuvan 6 alaosassa on kaavio signaalikomponenteista vastaanottimen 600 eri osissa.

1Antennien 101a, 101b ja A/D-muuntimen 603 välillä signaalikomponentit ovat tyy-30 pillisesti analogisia signaaleja (esitetty kuvassa 6 yhtenäisellä viivalla) ja ne esiinty-•;;; vät vuorotellen ajan suhteen. A/D-muuntimen 603 jälkeen signaalit näytteistetään, ’ · ·' ja ne ovat digitaalisia. Tämä on esitetty kuvassa 6 katkoviivalla. A/D-muuntimessa : · sekä A/D-muuntimen ja käsittelyvälineiden 604 välissä näytteistetyt signaalit esiin- : ‘; tyvät vuorotellen ajan suhteen. Käsittelyvälineiden jälkeen on vähintään yksi digi- 35 taalinen yhdistetty signaali.

14 113819 RF-lohko 602 ja A/D-mummin 603 pystyvät käsittelemään limittyvät signaalit. RF-lohko tai A/D-muunnin voidaan yksinkertaisilla muutoksilla muuntaa syöttämään yksi jatkuva signaali RF-lohkoon 602 tai A/D-muuntimeen 603, joka pystyy käsittelemään kaksi limittyvää signaalia. Suurin keksinnön mukainen muutos vastaanotti-5 messa 600 yhdellä antennilla varustettuun perinteiseen vastaanottimeen verrattuna on kytkentäelementti 601 ja eräät lisäominaisuudet digitaalisissa käsittelyvälineissä 604.

Kuvassa 7 esitetään kaavio keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesta vastaanottimesta 700. Vastaanottimessa 700 on korrelointivälineet 701. Ne sijaitse-10 vat tyypillisesti A/D-muuntimen 603 ja digitaalisten käsittely välineiden 604 välissä.

Kuvassa 8 esitetään kaavio erilaisista antennikokoonpanoista, jotka soveltuvat käytettäviksi keksinnön mukaisissa vastaanottimissa. Antenni-vastaanotinkokoon-panossa 800a on kytkin 601 ja kaksi erillistä tasopolaroitua antennia: antenni 801a on polaroitu vaakasuunnassa ja antenni 801b on polaroitu pystysuunnassa. Lineaari-15 yhdistelmän kertoimille on mahdollista valita arvot niin, että antennikokoonpanoa 800a varten voidaan simuloida mitä tahansa polarisaatio-ominaisuuksia. Esimerkiksi voidaan simuloida ympyräpolarisaatiota tai elliptistä polarisaatiota.

Antenni-vastaanotinkokoonpanossa 800b on kytkin 601 ja kaksi erillistä ympyräpo-laroitua antennia: antenni 802a on myötäpäiväisesti ympyräpolaroitu antenni ja an-‘ : 20 termi 802b on vastapäiväisesti ympyräpolaroitu antenni. Tässäkin tapauksessa line- .: : aariyhdistelmän kertoimille on mahdollista valita arvot niin, että antennikokoonpa- •,' · i noa 800b varten voidaan simuloida mitä tahansa polarisaatio-ominaisuuksia. Ympy- : ·.: räpolaroidun säteilyn vastaanottamiseen soveltuu erittäin hyvin antenni-vastaanotin- : yhdistelmä 800b: esimerkiksi heijastusten määrän mukaan signaali on joko LHCP- . 1 ·, 25 signaali tai RHCP-signaali.

Antenni-vastaanotinkokoonpanossa 800c on kaksi tasopolaroitua antennia: antenni : i 801a on polaroitu vaakasuunnassa ja antenni 801b on polaroitu pystysuunnassa.

' .. ’ Tämän antenni-vastaanotinkokoonpanon antennit on kytketty kytkimeen 810, jossa on kaksi lähtöä. Toinen lähdöistä on kytketty suoraan RF-lohkoon 812 ja toinen 30 lähdöistä on kytketty 90 asteen vaihesiirtimen 811 kautta RF-lohkoon 812. Kytkin 810 on sellainen, että molemmat antennit ovat samanaikaisesti kytkettyinä RF-loh-. i ’ koon: vastaanotettava säteily on joko myötä- tai vastapäiväisesti polaroitua. Tässä- .,, · kin tapauksessa lineaariyhdistelmän kertoimille on mahdollista valita arvot niin, että antennikokoonpanoa 800b varten voidaan simuloida mitä tahansa polarisaatio-omi- 15 113819 naisuuksia. Myös antenni-vastaanotinyhdistelmä 800c soveltuu erittäin hyvin ympy-räpolaroidun säteilyn vastaanottamiseen.

Jos vastaanotettavalla säteilyllä havaitaan olevan polarisaatio-ominaisuuksia, jotka vastaavat yhden antennin ominaisuuksia, antennien vuorottelu on mahdollista py-5 säyttää ja signaali voidaan vastaanottaa ainoastaan siihen soveltuvalla antennilla. Vastaanotettavan signaalin ominaisuudet voidaan tunnistaa esimerkiksi kertoimia varten valitusta joukosta arvoja. Tämä voidaan esittää kaaviomuodossa esimerkiksi kuvassa 3 takaisinkytkentänä vaiheesta 306 vaiheisiin 302 ja 304 tai kuvassa 6 ta-kaisinkytkentänä digitaalisista käsittelyvälineistä 604 kytkimeen 601. Kytkimen 601 10 asento voidaan valita digitaalisista käsittelyvälineistä 604 vastaanotettujen komentojen mukaan.

Kuvassa 9 esitetään kaavio keksinnön kolmannen edullisen suoritusmuodon mukaisesta GPS-vastaanottimesta 900. GPS-vastaanottimessa 900 on edullisesti kaksi ympyräpolaroitua antennia 802a ja 802b, koska GPS-paikannussignaalit ovat ympy-15 räpolaroituja. Kun paikannussignaalin reitti GPS-satelliitista GPS-vastaanottimeen 900 on LOS (Line Of Sight) -reitti, paikannussignaali on myötäpäiväisesti polaroitu ja voidaan käyttää antennia, jolla on RHCP-ominaisuudet. Toisin sanoen kytkin 602 on pidettävä yhdessä asennossa. Tyypillisesti samanaikaisesti vastaanotetaan kolme paikannussignaalia. Jos vähintään yksi niistä on heijastunut, on suositeltavaa käyttää ...: 20 molempia antenneja 802a ja 802b. LOS-paikannussignaaleja (tai paikannussignaale- : ·, ja, jotka ovat heijastuneet parillisen määrän kertoja) varten on mahdollista käyttää . . vain RHCP-antennilla vastaanotettua signaalia ja parittoman määrän kertoja heijas- ; tuneita paikannussignaaleja varten on mahdollista käyttää vain LHCP-antennilla ; ': vastaanotettua signaalia. Tämä vastaa tilannetta, jossa yksi signaalikomponenteista ' ·* 25 jätetään pois lineaariyhdistelmästä. Signaaleja on myös mahdollista yhdistää, jos :: näin saavutetaan yhdistetyn signaalin parempi laatu.

.: Vastaanotetut signaalit näytteistetään A/D-muuntimessa 603, janäytteistetyt signaa lit korreloidaan C/A-koodien kanssa korrelaatiolohkossa 701. Tiedot C/A-koodien 1 * ajoituksesta ja C/A-koodien vaiheesta toimitetaan (nuoli 121) GPS-laskentalohkoon .. : ’ 30 115. Signaalikomponentit käsitellään DSP-lohkossa 604 yhdistetyn signaalin hyvän laadun saavuttamiseksi. Paikannustiedot määritetään yhdistetystä signaalista ja ne toimitetaan (nuoli 122) GPS-laskentalohkoon 115. GPS-laskentalohko 115 määrit-' tää esimerkiksi GPS-vastaanottimen sijainnin käyttämällä paikannustietoja ja tietoja C/A-koodeista.

16 113819

Kuvassa 10 esitetään kaksoisilmaisuantenni 1000 ja kahden polarisaation tasoan-tenni 1010, jotka soveltuvat käytettäviksi keksinnön mukaisissa vastaanottimissa. Taso-antennissa on johtava levy 1001, joka on muodoltaan neliömäinen ja joka on kerrostettu toisen johtavan levyn 1004 päälle. Levyjen välissä on tyypillisesti eris-5 temateriaalia 1005, joka voi myös toimia levyn 1001 tukena. Taso-antennissa voi olla yksi tai useita syöttöpisteitä. Syöttöpisteen sijainti määrittää antennin polarisaatio-ominaisuudet. Kaksoisilmaisuantennissa 1000 on kaksi syöttöpistettä: syöttöpis-te 1002 on RHCP-syöttöpiste ja syöttöpiste 1003 on LHCP-syöttöpiste. Kaksoisilmaisuantennissa levyn 1001 pystysivut (kuten kuvassa 10) ovat tyypillisesti 2 pro-10 sentti pidempiä kuin vaakasivut. Kaksoisilmaisuantenni 1000 on esimerkki antennien 802a ja 802b ottamisesta käyttöön antenni-vastaanotinkokoonpanossa 800b.

Myös kahden polarisaation tasoantennissa 1010 on kaksi syöttöpistettä: toinen vastaa pystysuuntaista polarisointia ja toinen vaakasuuntaista polarisointia. Kahden polarisaation tasoantennissa 1010 levyn 1001 sivut ovat tavallisesti yhtä pitkiä. Kah-15 den polarisaation tasoantenni 1010 on esimerkki antennien 801a ja 801b ottamisesta käyttöön antenni-vastaanotinkokoonpanoissa 800a ja 800c. Kaksoisilmaisuantenni tai kahden polarisaation tasoantenni on pieni ja se voidaan asentaa pieniin laitteisiin.

PIFA (Planar Inverted-F Antenna) -antenni, jolla on tasopolarisaatio-ominaisuudet, on toinen esimerkki pienestä antennista, jota voidaan käyttää pienissä laitteissa. 20 PIFA-antenni muistuttaa mekaaniselta rakenteeltaan taso-antennia, mutta levy 1001 • # on galvaanisesti kytketty yhdestä kulmastaan levyyn 1004. Antennissa on yksi syöttöpiste, ja levyjen 1001 sekä 1004 suunta määrittää tasopolarisoinnin suunnan. PIFA-antennissa levy 1001 on tyypillisesti suorakulmion muotoinen mutta ei neliön ‘muotoinen. 1

Kuvassa 11 esitetään keksinnön edullisten lisäsuoritusmuotojen mukaiset matkaviestimet 1101a, 1101b ja 1101c. Kaikissa näissä matkaviestimissä on integroitu . GPS-vastaanotin, joka on samanlainen kuin kuvassa 9 esitetty GPS-vastaanotin.

Matkaviestimessä 1101a GPS-vastaanottimeen liittyvä antennijärjestelmä on kak-soisilmaisuantenni 1000 tai kahden polarisaation tasoantenni 1010. Taso-antenni ;· 30 1000 tai 1010 voidaan sijoittaa esimerkiksi matkaviestimen kuulokkeen alapuolelle.

Matkaviestimessä 1101b on lisäksi matkaviestinverkon radiolähetyksiin liittyvä pääantenni 1102 ja monipaikka-antenni 1103. Matkaviestimessä 1101c on GPS-signaalin vastaanottamista varten kaksi tasopolaroitua antennia 801a ja 801b, jotka on esimerkinomaisesti sijoitettu matkaviestimessä suoraan kulman toisiinsa nähden. 35 Tasopolaroituina antenneina 801a ja 801b voidaan käyttää esimerkiksi kahta PIFA-antennia.

17 113819

Vaikka edellä olevassa kuvauksessa on selostettu kahden antennin käyttäminen, keksinnön mukaisessa menetelmässä/vastaanottimessa on mahdollista käyttää useampaa kuin kahta antennia. Tässä tapauksessa yhdistetty signaali on useammalla kuin kahdella antennilla vastaanotettujen signaalikomponenttien lineaariyhdistelmä. 5 Usean antennin käyttäminen voi olla edullista esimerkiksi silloin, kun antenneja vaihdellaan antennin kulmaominaisuuksien säätämiseksi.

» * * » * t « * * * · * t * > t # » > * · > c • I * » < ' I <

’ ’ I

Claims (30)

18 113819

1. Menetelmä (300) radiotaajuisen signaalin vastaanottamiseksi, joka menetelmä sisältää seuraavat vaiheet: - radiosignaalin ensimmäisen vastaanotettavan signaalikomponentin vastaanottami-5 nen (301) käyttämällä ensimmäistä antennia, jolla on ensimmäiset ominaisuudet, ja radiosignaalin toisen vastaanotettavan signaalikomponentin vastaanottaminen (303) käyttämällä toista antennia, jolla on toiset ominaisuudet, jotka ovat erilaiset kuin ensimmäiset ominaisuudet, -vastaanotettavan signaalikomponentin käsitteleminen (305) niin, että tuloksena 10 saadaan näytteistetty signaalikomponentti, jolla on I-komponentti (In-Phase) ja Q-komponentti (Quadrature-Phase), - vähintään yhden yhdistetyn signaalin muodostaminen (307), joka signaali on vähintään kahden näytteistetyn signaalin lineaariyhdistelmä ja - lineaariyhdistelmän kerrointen vähintään yhden kompleksilukujoukon valitsemi-15 nen (306) niin, että kutakin kerroinarvojen joukkoa vastaavan yhdistetyn signaalin laatu tietyllä hetkellä on vähintään yhtä suuri kuin laadultaan parhaan näytteistetyn signaalikomponentin laatu, tunnettu siitä, että menetelmä sisältää lisäksi seuraavan : * I vaiheen: i · * * * - antennien kytkeminen (302, 304) vuorotellen kytkentäelementin kautta radiotaa- * t '< 20 juisiin välineisiin niin, että vastaanotettavat signaalikomponentit limittyvät ajallises- : ti keskenään ja niin, että lähetettyjen tietojen tietyn jakson ensimmäinen osa vas- ,,: taanotetaan ensimmäisellä antennilla ja lähetettyjen tietojen mainitun jakson toinen osa vastaanotetaan toisella antennilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kerroinarvo- * 25 jen joukko tai joukot valitaan käyttämällä signaali-kohina-suhdetta ilmaisemaan signaalin laatu.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kerroinarvojen joukko tai joukot valitaan minimoimalla monitie-etenemisen vaikutus.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhdistetyn 30 signaalin polarisaatio-ominaisuuksia säädetään. 19 113819

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhdistetyn signaalin kulmaominaisuuksia säädetään.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisellä antennilla ja toisella antennilla on erilaiset tilaominaisuudet.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että radiosignaali on kapeaspektrisignaali, joka koostuu symbolisekvenssistä (510), ja että mainittu lähetettyjen tietojen jakso on symboli.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä (400), tunnettu siitä, että vastaanotetaan hajaspektrisignaali, joka vastaa vähintään yhtä hajautuskoodilla ha- 10 jautettua databittijaksoa, ja että siinä on lisäksi vaihe, jossa korreloidaan (401) vastaanotetut signaalikomponentit tietyssä vaiheessa sen jälkeen, kun signaalikom-ponentit on vastaanotettu, käyttämällä vähintään yhtä paikallista hajautuskoodia.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotetut signaalikomponentit korreloidaan ennen näytteistystä paikallisten hajautuskoodien 15 kanssa.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytteistetyt signaalikomponentit korreloidaan paikallisten hajautuskoodien kanssa.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhdistetyt •. : signaalikomponentit korreloidaan paikallisten hajautuskoodien kanssa. * · i 20 12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hajautuskoodi .koostuu tietystä toistuvasta koodibittisekvenssistä (530), jonka sekvenssin kesto on tietyn aikajakson lyhyempi kuin puolet databitin kestosta, ja että mainittu lähetettyjen tietojen jakso sisältää tiettyyn databittiin liittyvän ensimmäisen koodibittise-1 ·,: kvenssin ja vähintään osan samaan databittiin liittyvää toista koodibittisekvenssiä, ·. 25 niissä databittiin liittyvä ensimmäinen koodibittisekvenssi (530a) vastaanotetaan en-• ’ simmäisellä antennilla ja vähintään osa databittiin liittyvää toista koodibittisekvens- siä (530b) vastaanotetaan toisella antennilla.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotet-tava signaali sisältää GPS (Global Positioning System) -signaaleja, paikalliset ha-... ’ 30 jautuskoodit ovat CA (Coarse Acquisition) -koodeja ja toistuvan koodibittisekvens- sin kesto on mittaushetki (epoch). 20 113819

14. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu lähetettyjen tietojen jakso on koodibitti (520), joka vastaanotetaan käyttämällä vähintään kahta antennia.

15. Vastaanotinlaite (700, 800), jossa on 5. vähintään ensimmäinen antenni (101a, 801a, 802a), jolla on tietyt ensimmäiset ominaisuudet, joka antenni on järjestetty vastaanottamaan ensimmäinen signaali-komponentti, ja toinen antenni (101b, 801b, 802b), jolla on tietyt toiset ominaisuudet, jotka toiset ominaisuudet ovat erilaiset kuin ensimmäiset ominaisuudet, ja joka toinen antenni on järjestetty vastaanottamaan toinen signaalikomponentti, 10. käsittelyvälineet (602) antennilla vastaanotettavan signaalikomponentin käsittele miseksi niin, että tuloksena saadaan näytteistetty signaalikomponentti, jolla on I-komponentti (In-Phase) ja Q-komponentti (Quadrature-Phase), - yhdistämisvälineet (604), jotka on järjestetty yhdistämään näytteistetyt signaali-komponentit vähintään yhdeksi yhdistetyksi signaaliksi ja 15. valintavälineet (604), jotka on järjestetty valitsemaan vähintään yksi joukko komp leksilukuja lineaarisen yhdistelmän kertomaille niin, että kutakin kerroinarvojen joukkoa vastaavan yhdistetyn signaalin laatu tietyllä hetkellä on vähintään yhtä suuri kuin ensimmäisestä tai toisesta näytteistetystä signaalikomponentista paremman laatu, .* ! 20 tunnettu siitä, että siinä on lisäksi : , : - kytkemisvälineet (601, 810), joiden ensimmäinen tulo on kytketty ensimmäiseen : ’ ’ ’; antenniin ja toinen tulo on kytketty toiseen antenniin, ja joiden lähtö on kytketty kä- sittelyvälineisiin, ja jotka on järjestetty vuorotellen kytkemään antennit käsittelyvä-.·. : lineisiin niin, että vastaanotettavat signaalit limittyvät keskenään ajan suhteen ja . · · ·. 25 niin, että lähetettyjen tietojen tietyn jakson ensimmäinen osa vastaanotetaan ensim mäisellä antennilla ja lähetettyjen tietojen mainitun jakson toinen osa vastaanotetaan toisella antennilla ja että käsittelyvälineet on säädetty käsittelemään limittyvät sig-:: naalikomponentit. •;;; 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että siinä on ’··· 30 lisäksi toiset käsittelyvälineet (604), jotka on järjestetty vastaanotettujen signaali- komponenttien laadun mukaan valitsemaan kytkemisvälineiden kytkimen pysyvä asento tietyksi ajanjaksoksi. 21 113819

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensimmäisellä antennilla (801a, 802a) ja toisella antennilla (801b, 802b) on erilaiset polarisaatio-ominaisuudet.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensim-5 mäinen antenni (802a) on myötäpäiväisesti polaroitu antenni ja toinen antenni (802b) on vastapäiväisesti polaroitu antenni.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensimmäinen antenni ja toinen antenni on järjestetty yhdeksi kaksoisilmaisuantenniksi (1000), jossa on ensimmäinen syöttöpiste (1002) myötäpäiväisesti polaroitua toi- 10 mintaa varten ja toinen syöttöpiste (1003) vastapäiväisesti polaroitua toimintaa varten.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että kak-soisilmaisuantenni on kaksoisilmaisutasoantenni.

21. Patenttivaatimuksen 17 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensim-15 mäinen antenni (801a) on ensimmäinen tasopolaroitu antenni ja toinen antenni (801b) on toinen tasopolaroitu antenni.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensim- :; mäinen antenni ja toinen antenni on järjestetty yhdeksi polaroiduksi kaksoisanten- > · niksi (1010), jossa on ensimmäinen syöttöpiste (1002) ensimmäistä tasopolaroitua .' ‘.: 20 toimintaa varten ja toinen syöttöpiste (1002), toista tasopolaroitua toimintaa varten, : ’ ·. * joka toiminta on erilainen kuin ensimmäinen tasopolaroitu toiminta. t ;23. Patenttivaatimuksen 21 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, ettäpolaroi-' · ·' tu kaksoisantenni on kahden polarisaation tasoantenni.

24. Patenttivaatimuksen 21 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensim-•\ 25 mäinen antenni on PIFA (Planar Inverted F Antenna) ja toinen antenni on toinen PIFA-antenni, jonka suunta on erilainen kuin ensimmäisen antennin suunta. *’: 25. Patenttivaatimuksen 21 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensim mäinen tasopolaroitu antenni on järjestetty omaamaan polarisaatio-ominaisuudet, ;;; jotka ovat kohtisuorassa toisen tasopolaroidun antennin polarisaatio-ominaisuuksiin ··' 30 nähden. 1 Patenttivaatimuksen 15 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensimmäisellä antennilla ja toisella antennilla on erilaiset kulmaominaisuudet. 22 113819

27. Patenttivaatimuksen 15 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että ensimmäisellä antennilla ja toisella antennilla on erilaiset tilaominaisuudet.

28. Patenttivaatimuksen 14 mukainen vastaanotinlaite (700, 900), tunnettu siitä, että siinä on lisäksi korrelointivälineet (701), jotka on järjestetty korrelointia varten 5 vähintään yhden paikallisen leviämiskoodin kanssa.

29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen vastaanotinlaite (900), tunnettu siitä, että se on GPS (Global Positioning System) -vastaanotin.

30. Patenttivaatimuksen 14 mukainen vastaanotinlaite, tunnettu siitä, että se on matkaviestin, joka on järjestetty vastaanottamaan GPS (Global Positioning System) 10 -signaaleja ensimmäisen ja toisen antennin avulla.