Procedimiento y dispositivo para mitigación del multitrayecto.

Procedimiento para la alineación de un código de expansión local con un código de expansión en una señalrecibida,

comprendiendo dichos códigos de expansión local y código de expansión recibido una pluralidad de pulsosde secuencias de dígitos que tienen al menos un cambio de polaridad dentro de cada pulso de secuencia de dígitosy que son modulados con un código de ruido pseudoaleatorio, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

- la generación de un pulso de selección modulado con dicho código de ruido pseudoaleatorio, siendoindicativo dicho pulso del primero de dichos cambios de polaridad dentro de un pulso de secuencia de dígitosde dicho código de expansión local, no coincidiendo dicho primer cambio de polaridad con el comienzo dedicho pulso de secuencia de dígitos y en el que dicho pulso de selección es activo en una zona alrededor dedicho primer cambio de polaridad que no se solape con otros cambios de polaridad, e inactivo en cualquier otrocaso,

- la correlación de dicho pulso de selección modulado con dicha señal recibida,

- el uso del resultado de dicha etapa de correlación para la alineación de dicho código de expansión en dichaseñal recibida y dicho código de expansión local.

Procedimiento y dispositivo para mitigación del multitrayecto Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento y un aparato para la recepción y procesamiento de señales del tipo de espectro expandido tal como se usan en sistemas de satélites de navegación global (GNSS) .

Estado de la técnica Actualmente, los sistemas de posicionamiento basados en satélite son de uso extendido. El más conocido es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) desarrollado por el gobierno de los Estados Unidos. Otros sistemas son el sistema Galileo que está actualmente en desarrollo por parte de la Agencia Espacial Europea (ESA) , el sistema ruso GLONASS y el sistema chino Compass. La finalidad principal de estos sistemas es proporcionar la posición, velocidad y hora a cualquier usuario en o cerca de la superficie terrestre. El usuario determina su posición en el espacio y en el tiempo mediante la medición de su distancia respecto a al menos cuatro satélites cuya posición y hora se determinan con precisión, siendo definido el alcance como la distancia entre el usuario y el satélite.

Los satélites de un sistema de posicionamiento basado en satélites transmiten señales en varias portadoras de la banda L. Las portadoras se modulan mediante un código de expansión que consiste en dígitos consecutivos, cuya polaridad queda determinada por un código pseudoaleatorio (PRN) y cada dígito del código PRN es mapeado a un pulso particular. Para las denominadas modulaciones BPSK el pulso tiene una forma rectangular. En muchas señales introducidas recientemente (GPS modernizado, Galileo) el pulso consiste en un fragmento de una onda cuadrada. Tal modulación se denomina como señales de Portadora de Desplazamiento Binario (BOC) y la onda cuadrada se denomina como la subportadora. En la notación comúnmente usada BOC (M, N) M se refiere a la frecuencia de la subportadora en unidades de 1.023 MHz mientras que N se refiere a la frecuencia de la secuencia de dígitos en la misma unidad. La relación 2·M/N es siempre un entero y la fase de la subportadora tiene un desfase definido con respecto a los transitorios del código PRN. Se consideran asimismo formas de pulso más complejas para señales futuras. En la modulación AltBOC (Portadora de Desplazamiento Binario Alternativo) el pulso es una señal compleja constante en piezas de nivel múltiple. En MBOC (Portadora de Desplazamiento Binario Multiplexada) el pulso es una superposición de dos pulsos BOC con una relación de subportadora diferente.

Cada satélite usa unos códigos PRN únicos. La separación entre satélites es posible debido a que los códigos PRN no se correlacionan entre sí. Los códigos de expansión se modulan mediante el mensaje de navegación que proporciona información sobre la posición del satélite. Se sincronizan los tiempos en los que comienzan los satélites el envío del mensaje de navegación.

En el lado del receptor, la señal de banda base se recupera después de eliminar el desplazamiento de portadora residual producida por el efecto Doppler y desajustes del reloj. La señal de banda base consiste en el código de expansión sepultado en ruido. El seguimiento de la señal involucra la sincronización de una réplica local del código de expansión dedicado al satélite a ser seguido con el código de expansión recibido. Las diferencias de tiempo entre las réplicas locales para diferentes satélites (combinada con la alineación del mensaje de navegación) proporciona la información de alcance para el cálculo de la posición del receptor. Por ello, cualquier error en la sincronización de la réplica local da como resultado un error de posicionamiento.

La sincronización de la réplica local involucra dos etapas. Primero se necesita obtener una sincronización grosera. Esto se denomina adquisición. Normalmente esto se lleva a cabo mediante la correlación (es decir integrando la multiplicación de ambas señales) de la réplica local avanzada con la señal de entrada y retardando gradualmente este código hasta que la correlación da como resultado un pico.

Una vez adquirida, la segunda etapa es el seguimiento del código de expansión. Se generan para ello una versión avanzada (anticipada (E) ) y una retrasada (retardada (L) ) de la réplica local. El retardo entre las réplicas anticipada y retardada se denomina el ancho de puerta de seguimiento. La señal de diferencia E-L de ambas réplicas es correlaciona con la señal de entrada de banda base. La salida de esta correlación se denomina el discriminador. Esto se ilustra por una señal BPSK en la Fig. 1. Si la réplica local está bien sincronizada con la señal de entrada, como en la figura, se puede ver que la multiplicación de la señal E-L con la señal de entrada (véase el último gráfico de la figura) tiene una media de cero: la correlación de estas dos señales es cero y por ello la salida del discriminador es cero. Si la réplica local estuviese retardada con respecto a la señal de entrada la correlación sería positiva. A la inversa, si la réplica local estuviese adelantada la correlación sería negativa. Esto proporciona una realimentación: una salida positiva del discriminador indica que la réplica local necesita ser acelerada, una salida negativa que necesita ser retrasada. Para completarlo, se menciona que el discriminador se normaliza normalmente mediante la correlación de la réplica local y la señal de entrada.

La implementación de la técnica anterior de un canal de seguimiento se ilustra en la Fig. 2. Se genera una réplica local mediante la multiplicación de los dígitos de PRN que llegan del generador de código PRN 1 con la forma de onda de la subportadora que procede del generador de subportadora 2. La tasa de la secuencia de dígitos y la frecuencia de la subportadora se controlan mediante el denominado oscilador controlado numéricamente (NCO) 3, que es típicamente un acumulador digital programado para producir desbordamiento en la tasa de secuencia de dígitos. Se genera una versión anticipada (E) , puntual (P) y retardada (L) de esa réplica local mediante los bloques 4 de “retardo”. La réplica puntual se correlaciona en el correlador 5 con la señal de banda base recibida para producir la correlación puntual, que se usa para demodulación de la señal y la diferencia 6 entre las réplicas anticipada y retardada se correlacionan en el correlador 7 con la señal de banda base recibida para producir el discriminador. Los correladores se muestran como una combinación de un multiplicador y un circuito de integración y volcado.

Frecuentemente el discriminador se traza como una función del retardo de la réplica local con respecto a la señal de entrada. Ese trazado se denomina comúnmente como la curva en S. La Fig. 3 muestra las curvas en S para señales BPSK y BOC (N, N) . La curva en S se puede evaluar a partir de un único dígito, debido a que los dígitos sucesivos no se correlacionan a causa de las propiedades del código PRN. Para obtener las curvas en S en la Fig. 3 la diferencia desplazada de una versión anticipada y retardada del pulso de dígito local se han multiplicado e integrado con el pulso fijo (entrada) .

El discriminador está sometido a ruido. Esto produce salidas positivas y negativas espurias y conduce a un error de distancia. Sin embargo, esta no es la fuente de errores más importante. En casi cualquier entorno las señales de satélite se reflejan en obstáculos (edificios, árboles, tierra, …) y estas señales reflejadas se añaden a las señales del satélite en la línea de visión (LOS) . Este fenómeno se denomina multitrayecto.

La Fig. 4 muestra el impacto de una señal multitrayecto única sobre una modulación BPSK. Distingue entre dos casos.

En el primer caso la señal multitrayecto se retarda en menos de un dígito con respecto a la señal en LOS directa. El tercer gráfico muestra una función E-L que estaría perfectamente sincronizada con la señal directa. Como en la Fig. 1, la correlación entre la señal directa y la señal E-L es cero, pero se puede observar que el valor medio del producto de la señal multitrayecto con la señal E-L no es cero (en el caso de la figura, es negativo) . De ahí que el multitrayecto conduzca a una desviación en la salida del discriminador y produzca un error de sincronización. En el segundo caso la señal multitrayecto se retarda en más de un dígito. En este caso, la señal anticipada menos retardada, E-L, no se corresponde ya con la señal multitrayecto y no tiene lugar ningún error.

Como la correlación realizada en el discriminador es lineal, el impacto del multitrayecto se puede estudiar asimismo a través de la curva en S. La señal multitrayecto genera una curva en S desplazada en el tiempo que se añade sobre la curva... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la alineación de un código de expansión local con un código de expansión en una señal recibida, comprendiendo dichos códigos de expansión local y código de expansión recibido una pluralidad de pulsos de secuencias de dígitos que tienen al menos un cambio de polaridad dentro de cada pulso de secuencia de dígitos y que son modulados con un código de ruido pseudoaleatorio, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

-la generación de un pulso de selección modulado con dicho código de ruido pseudoaleatorio, siendo indicativo dicho pulso del primero de dichos cambios de polaridad dentro de un pulso de secuencia de dígitos de dicho código de expansión local, no coincidiendo dicho primer cambio de polaridad con el comienzo de dicho pulso de secuencia de dígitos y en el que dicho pulso de selección es activo en una zona alrededor de dicho primer cambio de polaridad que no se solape con otros cambios de polaridad, e inactivo en cualquier otro caso,

-la correlación de dicho pulso de selección modulado con dicha señal recibida,

-el uso del resultado de dicha etapa de correlación para la alineación de dicho código de expansión en dicha señal recibida y dicho código de expansión local.

2. Procedimiento para alineación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha etapa de generación de dicho pulso de selección modulado comprende la generación de una réplica anticipada y una réplica retardada de dicho código de expansión local y posteriormente la deducción de dicho pulso de selección modulada mediante la selección de dicho pulso en la señal diferencia de dicha réplica anticipada y dicha réplica retardada.

3. Procedimiento para alineación de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho pulso de selección modulado indicativo de dicho cambio de polaridad sólo es activo dentro de un intervalo de fase prestablecido de dicho pulso de secuencia de dígitos.

4. Procedimiento para alineación de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho intervalo de fase se establece por medio de dos umbrales programables.

5. Procedimiento para alineación de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dichos dos umbrales son asimétricos con respecto a dicho cambio de polaridad.

6. Procedimiento para alineación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha señal recibida es una señal en banda base.

7. Procedimiento para alineación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha señal recibida es una señal de Portadora de Desplazamiento Binario.

8. Procedimiento para alineación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha señal recibida es una señal de Portadora de Desplazamiento Binario Multiplexada, que comprende dígitos que se modulan con una subportadora que tiene una primera frecuencia y dígitos que se modulan con una subportadora que tiene una segunda frecuencia, siendo la primera frecuencia más alta que la segunda frecuencia, y en la que dicho pulso de selección es indicativo del primer cambio de polaridad dentro de cada dígito modulado con dicha primera frecuencia más alta, y no indicativo de cualquier cambio de polaridad dentro del dígitos modulados con dicha segunda frecuencia más baja.

9. Circuito para la alineación de un código de expansión local con un código de expansión en una señal recibida, teniendo lugar dicha alineación de acuerdo con el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo dicho código de expansión local y dicho código de expansión recibida una pluralidad de pulsos de secuencias de dígitos que tienen al menos un cambio de polaridad dentro de cada pulso de secuencia de dígitos y que son modulados con un código de ruido pseudoaleatorio, comprendiendo dicho circuito un medio generador (1, 2, 3) para la generación de una réplica de dicho código de expansión local, comprendiendo el circuito adicionalmente: un medio generador (10) para la generación de un pulso de selección, un modulador (11, 13) para la modulación de dicho pulso de selección y un correlador (7) dispuesto para la correlación de dicha señal recibida con dicho pulso de selección modulado.

10. Circuito para la alineación de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende un medio de almacenamiento para el almacenamiento de los umbrales entre los que dicho pulso de selección es activo, estando dicho medio de almacenamiento en conexión con dicho medio generador.

11. Circuito para la alineación de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho medio de almacenamiento es una tabla de búsqueda.

12. Circuito para la alineación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que dicho medio generador se dispone adicionalmente para la generación de una réplica anticipada y una réplica retardada de dicho código de expansión local y un medio para la producción de la señal diferencia E-L (6) entre dichas réplicas anticipada y retardada, y en el que dicho modulador comprende un medio (11) para la producción del pulso de selección modulado en base a dicho pulso de selección y dicha señal E-L.

13. Circuito para la alineación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que dicho circuito no comprende un medio generador dispuesto para la generación de una réplica anticipada y una réplica retardada de dicho código de expansión local, y en el que dicho modulador comprende un medio (13) para la producción del pulso de selección modulado en base a dicho pulso de selección y el código de expansión local.

14. Circuito para la alineación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, que comprende además un medio para la generación de una señal de indicación cuyo valor es indicativo de una primera o segunda frecuencia de subportadora con la que se modula el pulso de secuencia de dígitos, siendo la primera frecuencia más alta que la segunda frecuencia, en la que está presente un medio (20, 21) para la producción de dicho pulso de selección durante los pulsos de secuencias de dígitos modulados con dicha primera frecuencia.

15. Circuito de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende un medio para la producción de dos versiones del pulso de selección modulado, en base a los valores de dicha señal de indicación, comprendiendo el circuito dos correladores (7, 7’) , dispuestos para la correlación de la señal recibida con cada versión del pulso de selección modulado, y un multiplexor (22) , dispuesto para la selección entre las salidas de dichos dos correladores, en base a un bit de navegación.

16. Receptor de satélite que comprende un circuito para la alineación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15.