JP2014532163A - 衛星航法メッセージにおけるランダムビットに基づく認証 - Google Patents

Abstract

位置認証のためのシステム及び方法が提示される。復調サーバ受信航法信号のサブセットを選択してクライアントビットフレームと同期させることにより、同期サーバビットフレームが提供される。同期サーバビットフレームの関数を計算することによりサーバシグネチャのセットが提供される。クライアントシグネチャセットとサーバシグネチャセットとを比較することにより比較結果が提供され、比較結果に基づいてクライアントデバイスの位置が認証される。

Description

本発明の実施形態は、概ね無線通信と航法システムに関する。具体的には、本発明の実施形態は位置確認のための衛星システムに関する。

全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）信号のような航法衛星信号の秘密信号成分の電力の大部分は、ＧＮＳＳ信号が、ＧＮＳＳのクライアントデバイス（受信機）によって使用されるバンドパスフィルタを通過するときに失われる。信号対雑本日（ＳＮＲ）の低い環境では、電力の損失により性能が低下する。低ＳＮＲ環境における性能が低下すると、全地球位置の計算又は全地球位置に基づく断定が真正であることを確認する認証システムの能力が阻まれる、又は最小化する。

位置認証のためのシステム及び方法が提示される。復調サーバ受信航法信号のサブセットをクライアントビットフレームと同期させることにより、同期サーバビットフレームが提供される。クライアントビットフレームの関数を計算することによりクライアントシグネチャのセットが提供される。同期サーバビットフレームの関数を計算することによりサーバシグネチャのセットが提供される。クライアントシグネチャセットとサーバシグネチャセットとを比較することにより比較結果が提供され、比較結果に基づいてクライアントデバイスの位置が認証される。

このようにして、本発明の実施形態により、屋内や市街地といった低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境に位置するクライアントデバイスの位置認証を可能にする認証システムが提供される。

一実施形態では、位置認証方法は、クライアントビットフレームに同期された復調サーバ受信航法信号のサブセットを選択することにより、同期されたサーバビットフレームを提供する。方法は、さらに、同期サーバビットフレームの関数を計算することによりサーバシグネチャのセットを提供する。方法は、さらに、クライアントシグネチャセットとサーバシグネチャセットとを比較して比較結果を提供し、比較結果に基づいてクライアントデバイスの位置を認証する。

別の実施形態では、位置認証システムは、サーバデータフレームセレクタモジュール、サーバデータオペレーションモジュール、サーバ相関モジュール、及び認証モジュールを含む。サーバデータフレームセレクタモジュールは、クライアントビットフレームに同期された復調サーバ受信航法信号のサブセットを選択することにより、サーバビットフレームを提供する。サーバデータオペレーションモジュールは、同期サーバビットフレームの関数を計算することによりサーバシグネチャのセットを提供する。サーバ相関モジュールは、クライアントシグネチャセット及びサーバシグネチャセットを比較することにより比較結果を提供する。認証モジュールは、比較結果に基づいてクライアントデバイスの位置を認証する。

さらなる実施形態では、コンピュータで読込可能な非一時的記憶媒体が、位置認証のためにコンピュータで実行可能な命令を含む。コンピュータで実行可能な命令は、復調クライアント受信航法信号のサブセットを選択することによりクライアントビットフレームを提供する。コンピュータで実行可能な命令は、さらに、クライアントビットフレームの関数を計算することによりクライアントシグネチャのセットを提供する。コンピュータで実行可能な命令は、さらに、クライアントデバイスの位置の認証のために、クライアントシグネチャセットを認証サーバに伝送する。

この発明の概要は、後述の詳細な説明においてさらに記載される一連の概念を簡単に紹介するものである。この発明の概要は、特許請求される主題の重要なフィーチャ又は基本となるフィーチャを特定することを意図したものでも、特許請求される主題の範囲を決定するために援用されることを意図したものでもない。

本発明の実施形態に対する理解は、添付図面と併せて後述の詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することにより深めることができる。添付図面全体を通して、同様の参照番号は類似の要素を指している。図面は、本発明の広さ、範囲、縮尺、又は実用性を限定することなく、本発明の理解を促すために提供されている。図面の縮尺は必ずしも正確でない。

本発明の一実施形態による、航法衛星信号に基づいて断定された位置を認証するための例示的な無線通信環境を示している。 航法衛星受信機を簡単に示す例示的な機能ブロック図である。 屋内環境及び市街地環境がどのようにして航法衛星信号を減衰させうるかを示す例示的な無線通信環境を示している。 航法衛星の航法メッセージを示す例示的線図である。 三つの航法衛星からの航法メッセージの重複を示す例示的線図である。 図５に示す三つの航法衛星からの航法メッセージが、１ビットよりやや長い持続時間にわたってサンプリングされていることを示す、本発明の一実施形態による例示的線図である。 図５に示す三つの航法衛星からの航法メッセージが、数ビットの持続時間にわたってサンプリングされていることを示す、本発明の一実施形態による例示的線図である。 本発明の二つの実施形態により提供される位置シグネチャの数を示す例示的線図である。 本発明の一実施形態による認証システムの例示的且つ機能的なブロック図である。 本発明の一実施形態による認証システムの例示的且つ機能的なブロック図である。 本発明の一実施形態による認証システムの例示的且つ機能的なブロック図である。 本発明の一実施形態による認証システムの例示的且つ機能的なブロック図である。 本発明の一実施形態による認証プロセスを示す例示的フロー図である。 本発明の一実施形態による認証プロセスを示す例示的フロー図である。

以下の詳細な説明は、例示的な性質を有し、本発明、又は本発明の実施形態の応用及び使用を限定することを意図していない。特定のデバイス、技術、及び用途の説明は、例として提供されているにすぎない。本明細書に記載された実施例に対する修正は、当業者には自明であり、ここに定義される一般的原理は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、他の実施例及び用途にも適用可能である。さらに、明示、暗示の区別なく、上述の、技術分野、背景技術、発明の概要、又は後述の詳細な説明に提示される理論により拘束されることは意図されていない。本発明は、特許請求の範囲と合致するものと理解されるべきであり、本明細書に記載され示される実施例に限定されない。

本発明の実施形態は、本明細書において、機能的及び／又は論理的ブロック構成要素及び様々な処理ステップの観点から記載される。このようなブロック構成要素は、特定の機能を実行するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアコンポーネントによって実現される。説明を簡潔にするために、通信システム、ネットワークプロトコル、全地球測位システム、及びシステムの他の機能的側面（並びにシステムの個々の動作コンポーネント）に関する従来の技術及びコンポーネントについては、本明細書では詳細に記載しない。

本明細書では、本発明の実施形態は、非限定的な一用途、すなわち、携帯電話用の認証システムの観点から記載される。しかしながら、本発明の実施形態は、このような携帯電話の用途に限定されず、本明細書に記載される技術は他の用途にも利用されうる。例えば、実施形態は、所与の用途又は環境に望ましい又は適切な形態で、デスクトップコンピュータ、ラップトップ又はノートブックコンピュータ、ｉＰｏｄ（登録商標）、ｉＰｏｄ（登録商標）、メインフレーム、サーバ、クライアント、又は他のいずれかの種類の特定用途向けの又は汎用のコンピューティング装置に適用可能である。

本明細書を読んだ当業者には明らかであるように、後述は、本発明の実施例及び実施形態であり、これらの実施例による動作に限定されない。他の実施形態が利用可能であり、本発明の例示的実施形態の範囲から逸脱することなく変更を加えることができる。

本発明の実施形態により、市街地の建造物の屋内といった低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境に位置するクライアントデバイス（クライアント）において受信される航法衛星信号に適切な受信信号強度を提供する認証システムが提供される。

図１は、本発明の一実施形態による、航法衛星信号に基づいて断定された位置を認証するための例示的な無線通信環境１００（環境１００）を示している。環境１００は、航法衛星１０２、１０４、及び１０６と、衛星受信機２００（航法衛星受信機２００）を含むクライアント１０８と、衛星受信機２００（航法衛星受信機２００）を含む認証サーバ１１２とを備えている。

航法衛星１０２〜１０６の各々は、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）衛星、全地球測位システム（ＧＰＳ（登録商標）衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ（登録商標）（Ｇｌｏｂａｌｎａｙａ Ｎａｖｉｇａｔｓｉｏｎｎａｙａ Ｓｐｕｔｎｉｋｏｖａｙａ Ｓｉｓｔｅｍａ）衛星、北斗衛星導航系統（ＣＯＭＰＡＳＳ（登録商標））衛星、ガリレオ（登録商標）衛星、又は他の航法衛星を含むことができる。

航法衛星１０２、１０４、及び１０６のそれぞれから伝送される航法衛星信号１１６、１１８、及び１２０をクライアント１０８で処理することにより、クライアント１０８の速度、時間、及び位置１２２を決定することができる。しかしながら、航法衛星信号は、既存のクライアントが偽の位置１２４を感知及び／又は報告するように、既存のシステムにおいてスプーフィングされる場合がある。経済的価値を有する又は生命の安全に関係する位置と濫作ションの支援に航法衛星を使用する機会が増加しているため、スプーフィングは一般的な懸案事項となっている。

航法衛星信号１１６〜１２０の各々は、データ信号を変調するための搬送波（同相搬送波１３０）として使用されるＧＰＳ Ｌ１周波数のような周波数（搬送波周波数）の信号１３０を含み、この場合、データ信号は、一般的に「Ｃ／Ａ（Ｃｏａｒｓｅ／Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）」コード（スペクトル分散コード１３２）と呼ばれる符号分割多重アクセス方式（ＣＤＭＡ）コードなどの分散コードを用いて変調される。ＧＰＳシステムの場合、Ｃ／Ａコードは、「Ｃｏａｒｓｅ／Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ」、「Ｃｌｅａｒ／Ａｃｃｅｓｓ」、及び「Ｃｉｖｉｌ／Ａｃｃｅｓｓ」として様々に知られている。航法衛星１０２〜１０６の各々は、９０°シフトされた搬送波周波数を採用する少なくとも一つの他の信号（直交信号、図示しない）を伝送する。少なくとも一つの他の信号（第２の信号）は、暗号化された「Ｐ（Ｙ）」コード（図示しない）として知られる別のコードにより変調される。Ｐ（Ｙ）コードは、公知の「Ｐ（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）」コード、又は暗号化された「Ｙ」コードである。多くのＧＮＳＳ衛星はＹコードを使用しているので、その結果伝送されるＹコードでコード化された信号は、復号化アルゴリズム及びＹコードの鍵を有さない限り使用できない。

加えて、航法メッセージ１３４は、航法衛星１０２、１０４、１０６によって同報通信されるＰ（既知）及びＹ（未知）コードの両方を変調する。

例えば、民間で使用されるＣ／Ａコードが公知であり、したがって、既存の航法衛星受信機はスプーフィングに対して弱い。既存のシステムでは、敵対勢力は、不正確な情報を運搬する一又は複数の衛星信号のファックスを生成することができる。偽の信号を受け入れるクライアントデバイスに位置する既存の航法衛星受信機は、スプーフィングされて不正確な位置を計算するかもしれず、さらには、スプーフィングされて敵対勢力が既存の航法衛星受信機に計算させたいと思う位置を計算するかもしれない。Ｙコードを使用できる受信機においては、このコードが公知でないために、スプーフィングは無効であり、敵対勢力は真正に見える信号を生成することができない。

しかしながら、（秘密の）Ｙコードの信号成分の信号電力の大部分は、航法衛星信号１１６〜１２０の各々が、クライアント１０８において航法衛星受信機２００が使用するバンドパスフィルタを通過するときに失われる。信号電力の損失により、低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境におけるクライアント１０８の性能が低下する。性能の低下は、認証サーバ１１２の、地球的位置の計算、又は地球的位置に基づく断定が真正であるという確信を与える能力を低下させる。

本明細書の実施形態は、航法衛星１０２、１０４、１０６、又は他の航法送信機により同報通信される航法メッセージ１３４に含まれるランダム又は疑似ランダム情報に基づいて位置１２２を認証する手段を提供する。これにより、航法衛星信号１１６〜１２０が妨害されうる場所において、既存の方法と比較して受信可能範囲が改善される。

クライアント１０８は、航法衛星受信機２００を備えており、クライアントアンテナ１１０を介したクライアント受信衛星航法信号１４６（クライアント受信航法信号１４６）を通して航法衛星信号１１６〜１２０それぞれの航法メッセージ１３４を受信することに基づき、クライアント１０８を追跡及び位置決定するように構成されている。クライアント１０８は、複数のクライアント受信航法信号１４６の航法メッセージ１３４に含まれる航法データビット１３６を推定して、クライアントビットフレーム１０３０（クライアント受信航法信号１４６から復調された航法メッセージ５０２／５０４／５０６を含む、図１０参照）を提供するように構成されている。一実施形態では、クライアント１０８は、クライアントビットフレーム１０３０全体の（すなわち、航法衛星１０２、１０４、１０６からの）排他的ＯＲ（ＸＯＲ）１００８（図１０）といった関数を計算して、位置１２２のクライアント断定位置のクライアントシグネチャセット１３８を提供する。これについては後述でさらに詳細に説明する。

クライアント１０８は、多数の民生用アプリケーションをサポートする。例えば、多数の経済的トランザクションにおいて、市街地建造物屋内のクライアント１０８として携帯電話が利用される。クライアント１０８は、例えば、限定しないが、デスクトップコンピュータ、ラップトップ又はノートブックコンピュータ、ｉＰｏｄ（登録商標）、ｉＰｏｄ（登録商標）、メインフレーム、サーバ、或いは、クライアント受信航法信号１４６を受信できる航法衛星受信機のような受信機を備える他の種類の特定用途向け又は汎用コンピューティング装置のような有線又は無線の通信装置を、所与のアプリケーション又は環境に望ましい又は適切と思われるように、備えることができる。

認証サーバ１１２は、位置１２２のクライアントシグネチャセット１３８を受信又は推定（算出）するように構成されている。認証サーバ１１２は、有線通信リンク１２６、無線通信チャネル１２８、これらの組み合わせを介してクライアントシグネチャセット１３８を受け取るか、或いは認証サーバ１１２に位置するクライアントシグネチャセット１３８を推定（算出）する。認証サーバ１１２は、航法衛星受信機２００を備えており、また、サーバアンテナ１１４を介したサーバ受信航法信号１４８を通して航法衛星信号１１６〜１２０の航法メッセージ１３４（航法メッセージ）を受け取るように構成されている。

また、認証サーバ１１２は、クライアントビットフレーム１０３０に同期されたサーバ受信航法信号１４８の航法メッセージ１３４に含まれる航法データビット１３６を推定し、同期サーバビットフレーム１０３２（図１０）を提供する。認証サーバ１１２は、同期サーバビットフレーム１０３２の関数を計算してサーバシグネチャセット１４０を提供する。これについては後述でさらに詳細に説明する。一実施形態では、クライアントシグネチャセット１３８及びサーバシグネチャセット１４０をサーバ相関モジュール１４２が比較することにより、認証意思決定メッセージ１４４が生成される。認証サーバ１１２は、航法メッセージ１３４に基づいて断定されたクライアント１０８の位置１２２の妥当性を決定し、断定位置の妥当性又は無効性を示す認証意思決定メッセージ１４４を生成する。妥当性は、クライアント１０８が断定位置に位置していることについて許容可能な精度及び／又は確実性があることを示し、無効性は、クライアント１０８が断定位置に位置していることについて許容可能な精度及び／又は確実性がないことを示す。

多数の経済的トランザクションは、「屋内」又は「市街地」環境におけるクライアント１０８として携帯電話を利用し、この場合、トランザクションは、信号が妨害される環境で動作する低コストのプラットフォーム上で行われる。このようなコスト効率的な航法衛星を利用した認証システムの設計において、二つの基準が重要である。第１に、データは、携帯電話に含まれる航法衛星受信機２００から利用可能でなければならない。第２に、航法衛星を利用した認証システムは、形態電話ユーザが集まる場所、例えば「屋内」、及び「市街地」において予想されるクライアント受信航法信号１４６を補償しなければならない。第１の基準は、航法信号受信機２００の基本的信号処理ステップを示す図２に反映されている。航法衛星を利用した認証システムの第２の基準は図３に示される。

図２は、図１に示す航法衛星受信機２００を簡単に示す例示的な機能ブロック図である。航法衛星受信機２００は、例えば限定しないが、ＧＰＳ受信機、又は他の衛星受信機を含んでいる。図２に示すように、航法衛星受信機２００は、クライアント受信衛星航法信号１４６のような無線周波数信号をクライアントアンテナ１１０で受信する。航法衛星受信機２００は、次いで、航法衛星１０２〜１０８のそれぞれからクライアント１０８が受信した航法衛星信号１１６〜１２６から、クライアント受信航法信号１４６を復調する。航法衛星受信機２００は、クライアント１０８が受信した航法衛星信号１１６〜１２０から、クライアント受信航法信号１４６を、ダウンコンバータ２０２により無線周波数（ＲＦ）からベースバンドにクライアント受信航法信号をダウンコンバートすることにより複合し、バンドパスフィルタ２０４により、ダウンコンバートしたクライアント受信航法信号２１８をバンドパスフィルタリングする。

上述のように、航法衛星信号１１６〜１２０又はクライアント受信航法信号１４６の秘密Ｙコード信号成分の電力の大部分は、クライアント受信航法信号１４６がバンドパスフィルタ２０４を通過するときに失われる。ＧＰＳの場合、秘密Ｙコード信号により変調される信号は１０ＭＨｚの雑音等価帯域幅を有し、民間のＣ／Ａコード信号（Ｃ／Ａコード）の雑音等価帯域幅は約１ＭＨｚである。民間のＣ／Ａコード信号は、携帯電話などのクライアント１０８に含まれる航法衛星受信機２００によって利用されており、秘密Ｙコード信号ではない。したがって、携帯電話のバンドパスフィルタ２０４は、通常数ＭＨｚの帯域幅しか持たず、秘密Ｙコードを含む信号の信号電力のかなりの部分が失われる。信号電力の損失により、信号対雑音比（ＳＮＲ）の低い環境において性能が低下する。性能の低下は、認証サーバ１１２の、地球的位置の計算、又は地球的位置に基づく断定が真正であることを立証する能力を低下させる。

航法衛星受信機２００は、次いで、バンドパスフィルタを通過したクライアント受信航法信号２２０を、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０６によりアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタルクライアント受信航法信号２２２を提供する。航法衛星受信機２００は、次いで、デジタルクライアント受信航法信号２２２からコードワイプオフ２１０によりスペクトル分散コード１３２（Ｃ／Ａコード）を取り除く。航法衛星受信機２００は、次いで、デジタルクライアント受信航法信号２２２から搬送波ワイプオフ２１２により同相搬送波１３０を取り除き、クリーンなデジタルクライアント受信航法信号２２４を提供する。

航法衛星受信機２００は、次いで、クリーンなデジタルクライアント受信航法信号２２４を、クリーンなデジタルクライアント受信航法信号２２４のレプリカと、相関モジュール２１４を用いてクライアント１０８において相関させ、相関ピーク２２６に基づいて出力２１６におけるクライアント１０８の位置１２２、速度、及び時間オフセットを推定する。位置１２２は、最少数を上回る数の衛星（横緯、横経、高度、及び航法衛星／ＧＰＳ時間を計算するために４つの衛星）を用いて計算することができる。

図３は、屋内環境及び市街地環境が航法衛星信号１１６〜１２０を減衰させることを示す例示的な無線通信環境（環境３００）を示している。受信されるＧＰＳ信号の公称受信信号強度３０４は、約−１３０ｄＢｍ（又は１０Ｅ−１６ワット）である。屋外でのクライアント１０８の航法衛星受信機２００は、公称受信信号強度３０４を期待することができる。しかしながら、携帯電話などのクライアント１０８は、市街地建造物の屋内で動作することがありえ、その場合減衰した受信信号強度３０２は−１４０ｄＢｍ又は−１６０ｄＢｍまで低下するか、或いはそれよりさらに弱くなる。このように、認証サーバ１１２は、減衰した受信信号強度３０２の低下したレベルで動作しなければならない。

図４は、航法衛星１０２の航法メッセージ１３４の信号構造を示す例示的線図４００である。航法メッセージ１３４は、例えば航法衛星信号１１６を介して航法衛星１０２によって同報通信される既知の（Ｐ）コード及び未知の（Ｙ）コード（図示しない）の両方を変調する。本明細書の実施形態は、航法衛星１０２、又は他の航法送信機により同報通信される航法メッセージ１３４に含まれるランダム（疑似ランダム）情報に基づいている。ＧＮＳＳの場合、航法メッセージ１３４は、５０〜１０００ビット／秒（ｂｐｓ）で同報通信され、したがって、やはり航法衛星１０２からの航法衛星信号１１６を変調する未知の（Ｙ）コード（図示しない）及びＣ／Ａコード（スペクトル分散コード１３２）のようなスペクトル分散コードとは異なっている。航法メッセージ１３４は、１．０２３Ｍｃｐｓの（その下に位置する）スペクトル分散コード１３２（Ｃ／Ａコード）、又は１０．２３Ｍｃｐｓのスペクトル分散コード（Ｙコード、図示しない）と比較すると、５０〜１０００ビット／秒でゆっくり変動する。

航法衛星１０２の航法メッセージ１３４は、航法衛星１０２の位置及び時間、航法衛星１０２以外の航法衛星１０４、１０６のおおよその位置、並びにその他の情報を含む。未知の又は秘密のコード（Ｙ）とは異なり、航法メッセージ１３４はバンドパスフィルタ２０４（図２）によって減衰されず、航法衛星信号１１６がバンドパスフィルタ２０４を通過するときにバンドパスフィルタ２０４を通過する。したがって、低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境において航法メッセージ１３４を使用することにより、衛星を利用した認証システムの、全地球位置の計算又は全地球位置に基づく断定が真正であることを立証する能力に信頼性が付与される。

既存の方法と比較して、本発明の実施形態は、屋内及び市街地建造物の受信可能範囲を改善する。これは、航法メッセージ１３４が、航法衛星１０２によって同報通信される民間Ｃ／Ａコード及び秘密Ｙコードの両方に重合されるためである。上述のように、秘密Ｙコード信号成分の電力の大部分は、航法衛星信号１１６がバンドパスフィルタ２０４を通過するときに失われる。ＧＰＳの場合、民間のＣ／Ａコード信号の雑音等価帯域幅が約１ＭＨｚであるのに対し、秘密Ｙコード信号により変調される信号は１０ＭＨｚの雑音等価帯域幅を有する。民間のＣ／Ａコード信号が携帯電話などのクライアント１０８に含まれる航法衛星受信機２００によって利用されており、通常秘密Ｙコード信号は使用されていない。つまり、（例えば携帯電話の）バンドパスフィルタ２０４は数ＭＨｚの帯域幅しか持たないので、秘密Ｙコード信号の信号電力のかなりの部分が失われる。

既存の方法と比較して、本明細書の実施形態は、携帯電話及び他の比較的安価なプラットフォームといったクライアント１０８に含まれる航法衛星受信機２００に基づく衛星を利用した認証の屋内及び市街地における受信可能範囲を改善する。実施形態では、航法メッセージ１３４に含まれる航法データビット１３６のランダム（疑似ランダム）性を用いてこのような利益を達成するのであり、秘密Ｙコード信号のランダム（疑似ランダム）性は用いない。航法メッセージ１３４は民間Ｃ／Ａコード及び秘密Ｙコードを変調するので、上記バンドパスフィルタリングによる損失は発生しない。このような電力節約は約６ｄＢである。

加えて、民間Ｃ／Ａコードに基づく位置シグネチャ（例えば、図１の１３８、及び図６の６０６）によって占有されるメッセージ容量（例えば、データビット数）は、秘密Ｙコード信号（Ｙコード）の帯域幅を含むはずの位置シグネチャによって占有されるメッセージ容量の約１０分の１である。例えば、秘密Ｙコード信号の帯域幅を含む位置シグネチャが約２４ｋバイトを占有する場合、本発明の実施形態によるクライアント位置シグネチャセット１３８／６０６は約２．４Ｋバイトを占有する。或いは、実施形態は、２４Ｋバイトのメッセージを追加投入することができ、さらには使用するデータビットの長さを増加して低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境における性能を向上させることができる。

スペクトル分散コード１３２を変調する航法メッセージ１３４は５０〜１０００ビット／秒で変動する。さらに、航法メッセージ１３４の大部分は前もって予測することができる。レート及び予測性が低いことは、航法メッセージ１３４のデータストリームが認証シグネチャのソースとしては不十分であることを示唆している。しかしながら、航法メッセージ１３４の特定の部分は予測困難でありうる。さらに、実施形態では、複数の、好ましくは多数の、航法生成１０２、１０４、及び１０６のような衛星の航法メッセージ１３４の重複に基づいて、認証シグネチャが得られる。

図５は、航法衛星１０２、１０４、及び１０６それぞれからの航法メッセージ５０２、５０４、及び５０６の重複を示す例示的線図５００を示している。図５に示すように、このような重複は、航法メッセージ５０２、５０４、及び５０６に含まれる航法ビット５２０、５２２、及び５２４それぞれの航法ビット境界５０８、５１０、及び５１２が、衛星間で時間５１４がシフトしているため、複雑な構造を有している。衛星間の時間５１４のシフトは、例えば、航法衛星１０２〜１０６の各々からクライアント１０８までの距離が大きく異なることがあり得るために、生じうる。時間シフト５１６のような衛星間の時間シフトは、種々の技術を用いて推定することができる。航法メッセージ５０２、５０４、及び５０６に含まれる航法ビット５２０、５２２、及び５２４の航法ビット持続時間５１８は、例えば、２０ｍｓ〜＝６０００ｋｍ／光速を含みうる。

図６は、図５に示す航法衛星１０２〜１０６からの航法メッセージ５０２〜５０６が、１航法ビット持続時間５１８（例えば、図５の約２０ｍｓ）よりやや長い期間にわたってサンプリングされていることを示す、本発明の一実施形態による例示的線図である。例えば２５ｍｓのサンプリングウィンドウ６０２は、航法メッセージ５０２〜５０６それぞれの１航法ビットの航法ビット持続時間５１８（例えば、２０ｍｓ）よりやや長い。航法ビット持続時間５１８よりサンプリングウィンドウ６０２の持続時間を長くすることにより、サンプリングウィンドウ６０２が、航法ビット境界（例えば、図５に示す航法ビット境界５０８、５１０、及び５１２）にまたがって位置する。例えば、航法衛星１０２、１０４、及び１０６の各々について、航法衛星１０２〜１０６それぞれのサンプリングウィンドウ６０２内部の二つの航法ビットを表す、四つの可能なシーケンスが存在しうる。これらは二つのビット極性「＋＋」、「＋−」、「−＋」、及び「−−」によって区別される。視野内にＫ個の衛星が存在する場合、一つの航法ビット境界に関するすべての衛星の組み合わせを含む位置シグネチャ６０６の濃度は２^２Ｋである。サンプリングウィンドウ６０２がさらに長く、もっと多くの航法ビット境界にわたる場合、位置シグネチャセット６０６の濃度は急速に上昇する（例えば、３つの航法ビット境界の場合２^４Ｋ、４つの航法ビット境界の場合２^５Ｋ、など）。

一実施形態では、位置シグネチャセット６０６は、航法衛星１０２〜１０６それぞれからの航法メッセージ５０２〜５０６それぞれの航法データビット１３６（例えば、航法ビット５２０、５２２、及び５２４）を含むサンプルビットフレーム６１６、６１８、及び６２０といったサンプルビット列の排他的ＯＲ（ＸＯＲ）を含む。例えば、サンプルビットフレーム６１６、６１８、及び６２０のサンプルビット列６０８、６１０、６１２、及び６１４はＸＯＲであり、位置シグネチャセット６０６を生成する。位置シグネチャセット６０６は、例えば限定しないが、論理的ＸＯＲ関数、論理的ＯＲ関数、論理的ＡＮＤ関数、又は他の適切な関数といった任意の適切な関数により生成される。クライアント１０８に関して、サンプルビットフレーム６１６、６１８、及び６２０は、クライアントビットフレーム１０３０（図１０）を含み、位置シグネチャセット６０６はクライアントシグネチャセット１３８を含む。認証サーバ１１２に関して、サンプルビットフレーム６１６、６１８、及び６２０は、同期されたサーバビットフレーム１０３２（図１０）を含み、位置シグネチャセット６０６はサーバシグネチャセット１４０を含む。

これにより、位置シグネチャセット６０６の大きさが、サンプルビットフレーム６１６、６１８、及び６２０を組み合わせた大きさから低減する。航法ビット境界を一つだけまたぐようにサンプリングウィンドウ６０２が選ばれる場合、ＸＯＲから得られる位置シグネチャセット６０６は２^Ｋ＋１の濃度を有する。表６０４（Ｎ＝Ｋ＋１）に示すように、ＸＯＲの濃度２^Ｋ＋１は、一つの航法ビット境界のすべての衛星の組み合わせについて、濃度２^２Ｋ（すなわち、２^２Ｋ＝４^Ｋ）よりずっと緩やかに増加する。このように、衛星航法ビット境界のＸＯＲの濃度は、衛星航法ビット境界のすべての組み合わせの濃度よりずっと緩やかに増加する。

図７は、図５に示す航法衛星１０２〜１０６からの航法メッセージ５０２〜５０６が数ビットの持続時間にわたってサンプリングされていることを示す、本発明の一実施形態による例示的線図７００である。図７に示す一実施形態では、位置シグネチャセット７０６は、航法衛星１０２〜１０６からの航法メッセージ５０２〜５０６それぞれの航法データビット１３６（例えば、航法ビット５２０、５２２、及び５２４）を含むサンプルビットフレーム７１０、７１２、及び７１４といったサンプルビット列の排他的ＯＲ（ＸＯＲ）（例えば、サンプルビット列７０８に）を含む。

例えば、サンプルビットフレーム７１０、７１２、及び７１４のサンプルビット列（例えば、サンプルビット列７０８）はＸＯＲであり、位置シグネチャセット７０６を生成する。位置シグネチャセット７０６は、例えば限定しないが、論理的ＸＯＲ関数、論理的ＯＲ関数、論理的ＡＮＤ関数、又は他の適切な関数といった任意の適切な関数により生成される。クライアント１０８に関して、サンプルビットフレーム７１０、７１２、及び７１４は、クライアントビットフレーム１０３０（図１０）を含み、位置シグネチャセット７０６はクライアントシグネチャセット１３８を含む。認証サーバ１１２に関して、サンプルビットフレーム７１０、７１２、及び７１４は、同期されたサーバビットフレーム１０３２（図１０）を含み、位置シグネチャセット７０６はサーバシグネチャセット１４０を含む。

６５ｍｓのサンプリングウィンドウ７０２は、６０ｍｓよりやや長い（２０ｍｓごとに三つの航法ビット）。この場合、サンプリングウィンドウ７０２は、少なくとも三つのビット境界にまたがっており、シグネチャセットの濃度は２^４Ｋである。通常、シグネチャセット１３８は２^{ＫＣｅｉｌｉｎｇ［Ｔ／ＴＢ］}の可能なシグネチャを含む。（Ｔはサンプリングウィンドウ６０２／７０２の持続時間、及びＴＢは航法ビット５２０の航法ビット持続時間５１８（図５）である。結果を図８に示す。図８に示すように、シグネチャセット８０２はＴがＴＢを超えて大きくなるとき、急激に大きくなる。

図８は、視野内の衛星がＫ＝１０である場合について、本発明の二つの実施形態により提供される位置シグネチャ８０２／８０４（位置シグネチャセット８０２／８０４、クライアントシグネチャセット１３８と同様）の数を示す例示的線図である。図８は、位置シグネチャの数とサンプリングウィンドウ６０２／７０２との関係を示している。シグネチャセット８０２は、以下の関係に基づいて描画されている：データコンボ［Ｔ＿，ＴＢ，Ｋ］：＝２^{Ｋ Ｃｅｉｌｉｎｇ［Ｔ／ＴＢ］}。図８に示すように、シグネチャセット８０２はＴがＴＢを超えて大きくなるとき、急激に大きくなる。ここで、データコンボはＴ、ＴＢ及びＫの関数として位置シグネチャセット８０２を表している。

シグネチャセット８０４は、以下の関係に基づいてＸＯＲ濃度について描画されている：ＸＯＲコンボ［Ｔ＿，ＴＢ，Ｋ］：＝２^{Ｋ Ｆｌｏｏｒ［Ｔ／ＴＢ］}。ここで、ＸＯＲコンボは、Ｔ、ＴＢ、及びＫの関数としてシグネチャセット８０４を表している。したがって、シグネチャデータのＸＯＲ組み合わせは、可能なセキュリティ料金で簡素化を達成する。ＸＯＲ組み合わせは用途に応じて決まる。各用途によって、この取引が、例えば所望のセキュリティレベルに基づいて適切であるかどうかが決定付けられる。

図９は、本発明の一実施形態による認証システム９００（システム９００）の例示的且つ機能的なブロック図である。システム９００のいくつかの実施形態は、ここでは詳細に説明する必要のない既知の又は従来の動作特性をサポートするように構成された、コンポーネント及び要素をさらに含みうる。図９に示す実施形態では、システム９００は、無線通信環境１００におけるデータの送受信に使用することができる。システム９００は、図１〜８に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有する。したがって、共通のフィーチャ、機能、及び要素についてはここでは繰り返さない。

システム９００は、一般に、クライアント１０８及び認証サーバ１１２を含む。

クライアント１０８は、ダウンコンバータ２０２とＡＤＣ２０６とを含むクライアント復調モジュール９４２を含む。クライアント１０８は、サンプルデータモジュール９０２、暗号化モジュール９０４、クライアントプロセッサモジュール９０６（プロセッサモジュール９０６）、及びクライアントメモリモジュール９０８（メモリモジュール９０８）をさらに含んでいる。クライアント１０８から認証サーバ１１２に送られるクライアントシグネチャセット１３８は、ＲＦ／ＩＦシグネチャ２０８を含む。ＲＦ／ＩＦシグネチャ２０８は、クライアント１０８のクライアントアンテナ１１０によって捕獲されるクライアント受信航法信号１４６（無線周波数（ＲＦ）又は中間周波数（ＩＦ）信号）のサンプルを含む。サンプルデータモジュール９０２は、Ｃ／Ａコード（ＢＷ_ＣＡ）の帯域幅でデジタルクライアント受信航法信号２２２をサンプリングし、クライアントシグネチャセット１３８を提供する。

図９に示す実施形態では、クライアント１０８は、クライアント受信航法信号１４６を追跡する必要も、航法メッセージ１３４の航法データビット１３６を復調する必要もない。図９に示すように、追跡及びビット復調は、認証サーバ１１２に位置する追跡及びビット復調モジュール９２８によって実行される。

認証サーバ１１２は、サーバアンテナ１１４、サーバ復調モジュール９４０、認証意思決定モジュール９２４、追跡及びビット復調モジュール９２２、復号化モジュール９３０、サーバプロセッサモジュール９３２（プロセッサモジュール９３２）、及びサーバメモリモジュール９３４（メモリモジュール９３４）を含む。

サーバ復調モジュール９４０は、ＲＦからベースバンドへの変換を実行するように構成されたダウンコンバータ９１２、バンドパスフィルタリングを実行するように構成されたバンドパスフィルタ９１４、アナログからデジタルへの変換を実行するように構成されたＡＤＣ９１６、スペクトル分散コード１３２（Ｃ／Ａコード）を取り除くように構成されたコードワイプオフ９１８、及び同相内搬送波１３０を取り除くように構成された搬送波ワイプオフ９２０を備える。

追跡及びビット復調モジュール９２２は、サーバ受信航法信号１４８からの航法メッセージ１３４の航法データビット１３６を推定して、サーバシグネチャセット１４０を提供するように構成される。

追跡及びビット復調モジュール９２８は、クライアント１０８からのＲＦ／ＩＦシグネチャ２０８に含まれる航法メッセージ１３４の航法データビット１３６を推定して、クライアントシグネチャセット１３８を提供するように構成される。

認証意思決定モジュール９２４は、クライアントシグネチャセット１３８とサーバシグネチャセット１４０とを比較し、この比較に基づいて認証意思決定メッセージ１４４を生成する。このような比較は、衛星毎のデータ比較に基づいて行うことができうるか、或いは、例えば限定しないが、論理的ＸＯＲ関数、論理的ＯＲ関数、論理的ＡＮＤ関数、又はシステム９００の動作に適切な他の関数などの、任意の数の中間関数に基づいて行うことができる。これについては図１０の説明においてさらに詳細に説明する。

暗号化モジュール９０４及び復号化モジュール９３０は、認証性能をさらに強化するために使用される。クライアント固有鍵（又はデバイスシグネチャ）は、クライアントからのＧＮＳＳシグネチャセット（クライアントシグネチャセット１３８）と連接されている。クライアント固有鍵は、例えば限定しないが、暗号対称暗号法（例えばＡＥＳ）、非対称暗号法（例えば、公開−秘密暗号化）、物理的にクローン不能な関数（ＰＵＦ）、又は他の暗号化に基づいたものでよい。クライアント固有鍵は、認証サーバ１１２における位置確認にクライアント固有鍵の写しが必要となるように、クライアントシグネチャセット１３８を変調するために使用される。復号化モジュール９３０は、暗号化モジュール９０４からの通信を復号化するために使用することができる。或いは、クライアント固有鍵を使用して、クライアントシグネチャセット１３８と同じ方法でサーバシグネチャセット１４０を変調することができる。したがって、サーバシグネチャセット１４０に対するクライアントシグネチャセット１３８の比較及び認証は、クライアント１０８と認証サーバ１１２が同じクライアント固有鍵を使用する場合、通常は必ず成功する。

航法衛星シグネチャは、デバイス暗号化のための平文と考えることができる。航法衛星シグネチャは、下に位置するクライアント位置速度時間フィードフォワード（ＰＶＴＦ）情報も含み、この情報は、航法衛星基準受信機においてクライアント１０８が捕獲した航法衛星シグネチャを対応するデータと相関させることにより確認することもできる。このようにして、連接したセキュリティシステムが生成される。

プロセッサモジュール９０６／９３２は、本明細書に記載される機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、コンテントアドレサブルメモリ、デジタルシグナルプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、いずれかの適切なプログラマブルロジックデバイス、離散ゲート又はトランジスターロジック、離散ハードウェアコンポーネント、或いはそれらのいずれかの組み合わせを用いて実施又は実現される。このようにして、プロセッサは、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、ステートマシンなどとして実現される。

プロセッサは、コンピューティング装置の組み合わせ、例えば、デジタルシグナルプロセッサとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサコアと連結された一又は複数のマイクロプロッサ、或いは他のいずれかの同様の構成として実施することもできる。実際には、プロセッサモジュール９０６／９３４は、システム９００の動作に関連付けられた、機能、技術、及び処理タスクを実行するように構成された処理論理を備えている。

特に、処理論理は、本明細書に記載される認証方法をサポートするように構成されている。例えば、クライアントプロセッサモジュール９０６は、クライアント伝送アンテナ（図示しない）を介してクライアント１０８から認証サーバ１１２にクライアントシグネチャセット１３８を送るように適切に構成されている。別の例として、サーバプロセッサモジュール９３２は、サーバ伝送アンテナ（図示しない）を介して別のサーバ又はクライアント１０８へ、認証意思決定メッセージ１１４を送るように適切に構成されている。さらに、本明細書に開示される実施形態と関連して記載される方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウェア、ファームウェア、プロセッサモジュール９０６／９３２によって実行されるソフトウェアモジュール、又はこれらの組み合わせにおいて直接実現される。

メモリモジュール９０８／９３４は、非揮発性記憶装置（非揮発性半導体メモリ、ハードディスクデバイス、光ディスクデバイスなど）、ランダムアクセス記憶デバイス（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、又は従来技術に既知の他のいずれかの形態の記憶媒体として実現される。メモリモジュール９０８／９３４はそれぞれ、プロセッサモジュール９０６／９３２がメモリモジュール９０８／９３４から情報を読み取り、且つメモリモジュール９０８／９３４に情報を書き込むことができるように、プロセッサモジュール９０６／９３２に連結される。

一実施例として、プロセッサモジュール９０６及びメモリモジュール９０８、プロセッサモジュール９３２、並びにメモリモジュール９３４は、それらそれぞれのＡＳＩＣ内に位置してよい。メモリモジュール９０８及び９３４は、プロセッサモジュール９０６及び９３２中にそれぞれ統合されてもよい。一実施形態では、メモリモジュール９０８／９３４は、プロセッサモジュール９０６／９３２によって実行される命令の実行中に、一時的変数又は他の中間情報を格納するためのキャッシュメモリを含んでもよい。メモリモジュール９０８／９３４は、プロセッサモジュール９０６／９３２によって実行される命令を記憶するための非揮発性メモリも含みうる。

例えば、メモリモジュール９０８／９３４は、位置シグネチャセット８０２／８０４、及び本発明の一実施形態による他のデータを格納するための位置データベース（図示しない）を含むことができる。別の実施例では、クライアントメモリモジュール９０８は、クライアント１０８におけるデジタルクライアント受信航法信号２２２のレプリカを格納することができる。当業者であれば、本明細書に開示される実施形態に関連して記載される種々の例示的なブロック、モジュール、回路、及び処理論理が、ハードウェア、コンピュータで読込可能なソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせにおいて実施されうることを理解するであろう。ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのこのような互換性及び適合性を明確に説明するために、種々の例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップを、概してそれらの機能性という観点から記載する。

いくつかの実施形態では、システム９００は、本明細書に記載されるそれぞれの動作に適した任意の数のプロセッサモジュール、任意の数のメモリモジュール、任意の数の送信機モジュール、及び任意の数の受信機モジュールを含む。例示されるシステム９００は、説明を容易にするための単純な実施形態を示している。システム９００の上述の要素及びその他の要素は、相互接続されて、システム９００の種々の要素間の通信を可能にする。一実施形態では、システム９００の上述の要素及びその他の要素は、データ通信バス（図示しない）を介して相互接続される。

送信機モジュール（図示しない）及び受信機モジュール（図示しない）は、それらの対応する共有アンテナ（図示しない）に連結された各プロセッサモジュール９０６／９３２に位置する。単純なモジュール内では共有アンテナは一つしか使用されないが、もっと洗練されたモジュールは、複数の及び／又はもっと複雑なアンテナ構成を備えることができる。図９には示さないが、これに加えて、当業者であれば、送信機がは複数の受信機に送信することができること、及び複数の送信機が同じ受信機に伝送することができることを理解するであろう。

このような機能性が、ハードウェアとして実施されるか、ファームウェアとして実施されるか、又はソフトウェアとして実施されるかは、全体のシステムに課される特定のアプリケーション及び設計制約によって決まる。本明細書に記載の概念をよく知る者であれば、特定のアプリケーションの各々に適切な方式で、このような機能性を実施することができるが、そのような実装態様の意思決定は、本発明の範囲からの逸脱と意図されるべきでない。

図１０は、本発明の一実施形態による認証システム１０００（システム１０００）を示す例示的ブロック図である。システム１０００は、クライアントデータフレームセレクタモジュール１００６、クライアントデータオペレーションモジュール１００２、サーバデータフレームセレクタモジュール１０１０、及びサーバデータオペレーションモジュール１００４を備えている。

クライアントデータフレームセレクタモジュール１００６とクライアントデータオペレーションモジュール１００２とを、クライアント１０８又はサーバ１１２に実装することにより、航法メッセージ５０２／５０４／５０６のような複数の復調クライアント受信航法信号１０２０を人力として受信し、クライアントシグネチャセット１３８を出力として生成することができる。種々の実施形態では、クライアントデータフレームセレクタモジュール１００６及び／又はクライアントデータオペレーションモジュール１００２は、例えば、認証意思決定モジュール９２４、追跡及びビット復調モジュール９２８、ビットセレクタモジュール１１０４（図１１）、追跡及びビット復調モジュール１１０２（図１２）、又は他の適切な位置に位置していてよい。

種々の実施形態では、サーバデータフレームセレクタモジュール１０１０及び／又はサーバデータオペレーションモジュール１００４は、例えば、認証意思決定モジュール９２４、追跡及びビット復調モジュール９２２、又は他の適切な位置に位置していてよい。

例えば限定しないが、復調クライアント受信航法信号１０２０は、追跡及びビット復調モジュール９２８によって生成される。サーバデータフレームセレクタモジュール１０１０とサーバデータオペレーションモジュール１００４とを、システム９００の認証意思決定モジュール９２４に実装することにより、航法メッセージ５０２／５０４／５０６のような複数の復調サーバ受信航法信号１０２２を、人力として受信し、サーバシグネチャセット１４０を出力として生成することができる。例えば限定しないが、復調サーバ受信航法信号１０２２は、追跡及びビット復調モジュール９２２によって生成され、復調クライアント受信航法信号１０２０に同期される。

クライアントデータフレームセレクタモジュール１００６は、復調クライアント受信航法信号１０２０のサブセットを選択し、複数のクライアントビットフレーム１０３０を提供する。このサブセットは、例えば限定しないが、サブフレーム、ランダムセレクション、及び最も動的なビットからのビットの選択、或いは他のサブセットを含む。

クライアントデータオペレーションモジュール１００２は、クライアントビットフレーム１０３０のＸＯＲ１００８のような関数を計算し、クライアントシグネチャセット１３８を提供するように構成される。この関数には、例えば限定しないが、論理的ＸＯＲ関数、論理的ＯＲ関数、論理的ＡＮＤ関数、又は他の適切な関数が含まれてよい。

サーバデータフレームセレクタモジュール１０１０は、クライアントビットフレーム１０３０に同期された復調サーバ受信航法信号１０２２のサブセットを選択し、複数の同期サーバビットフレーム１０３２を提供するように構成される。

サーバデータオペレーションモジュール１００４は、同期サーバビットフレーム１０３２のＸＯＲ１０１２のような関数を計算し、サーバシグネチャセット１４０を提供するように構成される。

サーバ相関モジュール１４２は、クライアントシグネチャセット１３８とサーバシグネチャセット１４０とを比較し、認証意思決定メッセージ１４４のような比較結果を提供するように構成される。認証意思決定モジュール９２４は、認証意思決定メッセージ１４４を生成し、比較結果に基づいてクライアント１０８の位置１２２を認証するように構成される。このような比較は、衛星毎のデータ比較に基づいて行うことができうるか、或いは、例えば限定しないが、論理的ＸＯＲ関数、論理的ＯＲ関数、論理的ＡＮＤ関数、又は他の適切な関数といった、任意の数の中間関数に基づいて行うことができる。

図１１は、本発明の一実施形態による認証システム１１００（システム１１００）の例示的且つ機能的なブロック図である。システム１１００は、図１〜９に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有する。したがって、共通のフィーチャ、機能、及び要素についてはここでは繰り返さない。

システム１１００は、クライアント１０８及び認証サーバ１１２（サーバデバイス）を含む。クライアント１０８は、ＲＦからベースバンドへの変換を実行するように構成されたダウンコンバータ２０２、バンドパスフィルタリングを実行するように構成されたバンドパスフィルタ２０４、アナログからデジタルへの変換を実行するように構成されたＡＤＣ２０６、スペクトル分散コード１３２（Ｃ／Ａコード）を取り除くように構成されたコードワイプオフ２１０、及び相内搬送波１３０を取り除くように構成された搬送波ワイプオフ２１２を含むクライアント復調モジュール１１０８を備えている。クライアント１０８は、追跡及びビット復調モジュール１１０２と、ビットセレクタモジュール１１０４も備えている。

ビットセレクタモジュール１１０４は、航法メッセージ１３４の予測できない変動をすることが知られている部分から、航法データビット１３６を選ぶように構成される。ビットセレクタモジュール１１０４は、航法メッセージ１３４内のフレーム、サブフレーム及び語を識別し、可変データを含むことが判明している複数の語を選択する。ビットセレクタモジュール１１０４は、頻繁に変化しないために予測が容易であるフィールドを避ける。例えば、航法衛星１０２〜１０６の天体暦を説明するデータフィールドは、ビットセレクタモジュール１１０４によって避けられる。

システム１１００の利点は、クライアント１０８が、ビットセレクタモジュール１１０４を使用して、航法メッセージ１３４の予測できない変動をすることが知られている部分から航法データビット１３６を選ぶことができることである。航法メッセージ１３４の一部の変動は予測可能であり、そのためスプーフィングされ易い。航法データビット１３６が頻繁に変化する動的な航法メッセージ１３４のサンプルを使用することにより、クライアントシグネチャセット１３８がランダム化される。

システム１１００は、一般に、携帯電話の種々のＧＰＳ受信機内に存在する多くのＧＰＳ受信機内に存在する追跡及びビット復調モジュール１１０２を使用する。クライアント１０８は、追跡及びビット復調モジュール１１０２を用いてクライアント受信航法信号１４６を追跡し、航法メッセージ１３４の航法データビット１３６を復調することにより、航法データビット１３６を推定する。次いで、ビットセレクタモジュール１１０４が、推定航法データビット１１１０を使用して、航法メッセージ１３４の予測できない変動をすることが知られている部分から航法データビットを選ぶことにより、クライアントシグネチャセット１３８が提供される。次いで、クライアントシグネチャセット１３８は認証サーバ１１２に送られ、サーバシグネチャセット１４０と比較される。

図１２は、本発明の一実施形態による認証システム１２００（システム１２００）の例示的且つ機能的なブロック図である。システム１２００は、図１〜１１に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有する。したがって、共通のフィーチャ、機能、及び要素についてはここでは繰り返さない。

図１２は、認証サーバ１１２によってクライアント１０８に試験波形１２０８が提供される一実施形態を示している。換言すれば、認証サーバ１１２は、クライアント１０８に対し、候補シグネチャを押し出す。試験波形１２０８は、バイナリシーケンスでも、クライアント１０８の視野内にあることが分かっている衛星の航法データビット１３６のＸＯＲ演算でもよい。クライアント１０８は、追跡及び復調モジュール１１２０により、クライアント相関器１２０４における試験波形１２０８と、クライアント１０８において復調された航法ビット１２０６とを相関させるか、又は比較し、この相関（又は比較）の相関情報１２１０を認証サーバ１１２に返送する。認証サーバ１１２は、クライアント１０８からの相関情報１２１０に基づいて、最終的な認証意思決定を行う。

図９〜１２に示す実施形態、並びに上述において、認証動作は以下のイベントのいずれかによって開始することができる。
・クライアント１０８が、トランザクション又はリクエストの完了を望む。
・クライアント１０８が、ポイントオブセールス端末機、又は近距離無線通信（ＮＦＣ）とのインタラクションに基づいて、認証を求めるようにプロンプトされる。
・クライアント１０８が、自宅又は職場といった事前に確立された安全圏にあり、且つ見込まれるトランザクション又はリクエストのために認証を事前に確立することを望む。
・クライアント１０８が、事前に確立された安全圏にあり、且つ最近行われたトランザクション又はリクエストの事後認証を望む。
・クライアント１０８が、ＧＮＳＳ信号の弱まりを感知し、よって屋内トランザクション又はリクエストのために認証を事前に確立することを望む。
・認証サーバ１１２（サーバデバイス）が、認証動作をリクエストする。

図１３は、本発明の一実施形態による例示的認証プロセスを示している。プロセス１３００に関連して実行される種々のタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を実行するためのコンピュータで実行可能な命令を有するコンピュータで読込可能な媒体、又はそれらの何らかの組み合わせにより実行される。プロセス１３００は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどのコンピュータで読込可能な媒体に記録することができ、例えば、コンピュータで読込可能な媒体が格納されているプロセッサモジュール９０６／９３２といったコンピュータのＣＰＵによりアクセス及び実行することができる。

プロセス１３００は、任意の数の追加タスク又は別タスクを含んでもよく、図１３に示されるタスクは必ずしも図示の順序で実行されなくともよく、プロセス１３００は、本明細書に記載しない追加の機能性を有するもっと包括的な手続き又はプロセスに包含されてもよい。いくつかの実施形態では、プロセス１３００の一部は、システム９００〜１２００の異なる要素、例えば、クライアント１０８、認証サーバ１１２などにより実行される。プロセス１３００は、図１〜１２に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有している。したがって、共通のフィーチャ、機能、及び要素についてはここでは繰り返さない。

プロセス１３００は、クライアントデバイス（例えば、クライアントデバイス１０８）でクライアント受信衛星航法信号（例えば、クライアント受信衛星航法信号１４６）を受信することにより開始される（タスク１３０２）。

続いて、プロセス１３００は、複数の航法衛星（例えば、航法衛星１０２〜１０６）のそれぞれからクライアントデバイス１０８が受信した、クライアント受信衛星航法信号１４６からの復調クライアント受信航法信号（例えば、航法メッセージ５０２／５０４／５０６）を復調する（タスク１３０４）。いくつかの実施形態では、クライアント受信衛星航法信号１４６からの復調クライアント受信航法信号を復調することは、ＲＦからベースバンドへの変換、及びアナログからデジタルへの変換を含みうる。いくつかの実施形態では、クライアント受信衛星航法信号１４６からの復調クライアント受信航法信号を復調することは、コードワイプオフ及び搬送波ワイプオフをさらに含む。航法衛星は、例えば限定しないが、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）衛星、全地球測位システム（ＧＰＳ（登録商標））衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ（登録商標）（Ｇｌｏｂａｌｎａｙａ Ｎａｖｉｇａｔｓｉｏｎｎａｙａ Ｓｐｕｔｎｉｋｏｖａｙａ Ｓｉｓｔｅｍａ）衛星、北斗衛星導航系統（ＣＯＭＰＡＳＳ（登録商標））衛星、ガリレオ（登録商標）衛星、又は他の衛星航法システムを含むことができる。本明細書において、復調クライアント受信航法信号５０２／５０４／５０６及び航法メッセージ５０２／５０４／５０６は互換可能に使用される。

続いて、プロセス１３００は、複数の復調クライアント受信航法信号のサブセットを選択し、複数のクライアントビットフレーム（例えば、クライアントビットフレーム１０３０）を提供する（タスク１３０６）。このサブセットは、例えば限定しないが、サブフレーム、ランダムセレクション、最も動的なビットからのビットの選択、又は他のサブセットを含む。

続いて、プロセス１３００は、サーバアンテナ（例えば、サーバアンテナ１１４）において、サーバ受信衛星航法信号（例えば、サーバ受信衛星航法信号１４８）を受信する（タスク１３０８）。

続いて、プロセス１３００は、航法衛星１０２〜１０４のそれぞれからサーバアンテナ１１４が受信した、サーバ受信衛星航法信号１４８からの復調サーバ受信航法信号（例えば、航法メッセージ５０２／５０４／５０６）を復調する（タスク１３１０）。いくつかの実施形態では、サーバ受信航法衛星信号１４８からの復調サーバ受信航法信号（例えば、航法メッセージ５０２／５０４／５０６）を復調することは、ＲＦからベースバンドへの変換、バンドパスフィルタリング、アナログ／デジタル変換、コードワイプオフ、及び搬送波ワイプオフを含む。本明細書では、復調サーバ受信航法信号５０２／５０４／５０６及び航法メッセージ５０２／５０４／５０６も互換可能に使用することができる。

続いて、プロセス１３００は、クライアントビットフレーム１０３０に同期された復調サーバ受信航法信号（例えば、航法メッセージ５０２／５０４／５０６）のサブセットを選択することにより、複数の同期サーバビットフレーム（例えば、同期サーバビットフレーム１０３２）を提供する（タスク１３１２）。

続いて、プロセス１３００は、クライアントビットフレーム１０３０の関数を計算することにより、クライアントシグネチャセット（例えば、クライアントシグネチャセット１３８）を提供する（タスク１３１４）。この関数には、例えば限定しないが、論理的ＸＯＲ関数、論理的ＯＲ関数、論理的ＡＮＤ関数、又は他の関数が含まれてよい。

続いて、プロセス１３００は、同期サーバビットフレーム１０３２の関数を計算することにより、サーバシグネチャセット（例えば、サーバシグネチャセット１４０）を提供する（タスク１３１６）。

続いて、プロセス１３００は、クライアントシグネチャセット１３８とサーバシグネチャセット１４０とを比較し、比較結果（例えば、認証意思決定メッセージ１４４）を提供する（タスク１３１８）。

続いて、プロセス１３００は、比較結果に基づいて、位置（例えば、クライアントデバイス１０８の位置１２２）を認証する（タスク１３２０）。認証することは、クライアント１０８が位置１２２に位置していることについて許容可能な精度及び／又は確実性があるという妥当性を示すか、或いは、クライアント１０８が位置１２２に位置していることについて許容可能な精度及び／又は確実性がないという無効性を示す。

図１４は、本発明の一実施形態による例示的認証プロセスを示している。プロセス１４００に関連して実行される種々のタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を実行するためのコンピュータで実行可能な命令を有するコンピュータで読込可能な媒体、又はそれらの何らかの組み合わせにより実行される。プロセス１４００は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどのコンピュータで読込可能な媒体に記録することができ、例えば、コンピュータで読込可能な媒体が格納されているプロセッサモジュール９０６／９３２といったコンピュータのＣＰＵによりアクセス及び実行することができる。

プロセス１４００は、任意の数の追加タスク又は別タスクを含んでもよく、図１４に示されるタスクは必ずしも図示の順序で実行されなくともよく、プロセス１４００は、本明細書に記載しない追加の機能性を有するもっと包括的な手続き又はプロセスに包含されてもよい。いくつかの実施形態では、プロセス１４００の一部は、システム９００〜１２００の異なる要素、例えば、クライアント１０８、認証サーバ１１２などにより実行される。プロセス１４００は、図１〜１２に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有している。したがって、共通のフィーチャ、機能、及び要素についてはここでは繰り返さない。

プロセス１４００は、クライアントデバイス（例えば、クライアントデバイス１０８）でクライアント受信衛星航法信号（例えば、クライアント受信航法信号１４６）を受信することにより開始される（タスク１４０２）。

続いて、プロセス１４００は、複数の航法衛星（例えば、航法衛星１０２〜１０６）のそれぞれからクライアントデバイス１０８が受信した、クライアント受信衛星航法信号からの復調クライアント受信航法信号（例えば、航法メッセージ５０２／５０４／５０６）を復調する（タスク１４０４）。

続いて、プロセス１４００は、サーバデバイス（例えば、サーバデバイス１１２）からクライアントデバイス１０８へ試験波形（例えば、試験波形１２０８）を送る（タスク１４０６）。

続いて、プロセス１４００は、クライアントデバイス１０８における試験波形１２０８と、クライアントデバイス１０８における復調クライアント受信航法信号とを比較することにより、相関情報（例えば、相関情報１２１０）を提供する（タスク１４０８）。

続いて、プロセス１４００は、サーバデバイス１１２に相関情報１２１０を送り返し、認証意思決定メッセージ（例えば、認証意思決定メッセージ１４４）を提供する（タスク１４１０）。

このようにして、本発明の実施形態により、屋内及び市街地といった低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境に位置するクライアントデバイスにおいて受信される航法衛星信号に適切な感度を提供する認証システムが提供される。

上記に少なくとも一つの例示的実施形態を提示したが、無数の変形例が存在することを理解されたい。また、本明細書に記載される一又は複数の例示的実施形態は、いかなる意味でも主題の範囲、適用性、又は構成を限定するものではない。そうではなく、上述の記載は、当業者に対し、記載された一又は複数の実施形態を実施するための便利な道路地図を提供するものである。請求の範囲に定義される範囲から逸脱することなく、要素の機能及び構成には種々の変更が可能であり、それには既知の等価物及び本特許出願の時点で予見可能な等価物が含まれることを理解されたい。

本明細書において使用される「モジュール」という用語は、本明細書に記載される関連機能を実行するための、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、及びこれらの要素のいずれかの組み合わせを指す。加えて、説明のために、種々のモジュールを、個別のモジュールとして記載したが、当業者であれば分かるように、二つ以上のモジュールを組み合わせて、本発明の実施形態による関連機能を実行する単一のモジュールを形成してもよい。

本明細書において、「コンピュータプログラム製品」、「コンピュータで読込可能な媒体」などは、一般に、例えばメモリ、記憶装置、又は記憶ユニットといった媒体を指すために使用される。このような形態及び他の形態のコンピュータで読込可能な媒体は、プロセッサモジュール９０６／９３２により使用されてプロセッサモジュール９０６／９３２に特定の動作を行わせる一又は複数の命令を格納するために利用されうる。このような命令は、一般に「コンピュータプログラムコード」又は「プログラムコード」と呼ばれ（これらはコンピュータプログラムの形態又は他の形態にグループ化される）、実行されると、システム（例えば、システム９００〜１２００）の使用方法を有効にする。

上述では、「接続」又は「連結」されている要素、ノード、又はフィーチャに言及している。本明細書で使用される場合、別途明確な記載がない限り、「接続された」とは、必ずしも機械的にというわけではないが、一つの要素／ノード／フィーチャが別の要素／ノード／フィーチャに直接接合されている（又は直接連絡している）ことを意味する。同様に、別途明確な記載がない限り、「連結された」とは、必ずしも機械的にというわけではないが、一つの要素／ノード／フィーチャが別の要素／ノード／フィーチャに直接又は間接的に接合されている（或いは、直接又は間接的に連絡している）ことを意味する。このように、図１〜１２では要素の例示的な構成を示したが、本発明の一実施形態においては、追加的な仲介要素、デバイス、フィーチャ、又はコンポーネントが存在してもよい。

本明細書で使用される用語及び表現、並びにそれらの変化形は、別途明確な記載がない限り、限定的なものではなく、変更可能なものである。その例として、「含む」という表現は、「限定せずに含む」などを意味するものと理解することができ、「例」は、議論されるアイテムを説明する事例を提供するために使用されているのであり、その排他的又は限定的なリストではない。「従来の」、「常套的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」、及び同様の意味を有する表現は、記載されているアイテムを、所定の時期に限定しているわけでも、ある時期に入手可能であるアイテムに限定しているわけでもなく、現在又は未来のいずれかの時期における従来技術、常套的技術、通常の技術、又は標準的技術と理解すべきである。

同様に、接続詞「及び」によりリンクされた一組のアイテムは、それらアイテムの各々すべてがグループ内に存在することが必ずしも必要という意味ではなく、別途明確な記載がない限り、「及び／又は」と同義である。同様に、接続詞「又は」によりリンクされた一組のアイテムは、グループの中で必ずしも互いに排他的であるわけではなく、別途明確な記載がない限り、やはり「及び／又は」と同義である。

さらに、本発明のアイテム、要素、又はコンポーネントが単一形で記載又は特許請求されているかもしれないが、明確な記載がない限り、本発明の範囲内で複数形も考慮される。一部の事例における「一又は複数の」、「少なくとも」、「限定されないが」などの広義的な用語及び表現の使用は、そのような広義的な表現がない場合に範囲を狭めることを意図している又は範囲を狭めることが必要であるという意味で使用されているのではない。数字により表現される値又は範囲に言及して「約」という場合、測定時に起こりうる実験誤差により生じる値を包含することを意図している。

本明細書で使用される場合、別途明確な記載がない限り、「動作可能」とは、使用又はサービスに使用可能、適用可能、又は準備可能であり、特定用途に使用可能であり、且つ本明細に記載の機能又は所望の機能を実行できることを意味する。システム及びデバイスに関して、「動作可能」という表現は、システム及び／又はデバイスが完全に機能的且つ較正済みであって、起動されると記載の機能を実行するための、適用可能な実施可能要件のための要素を含み、そのような実施可能要件を満たすことを意味する。システム及び回路に関して、「動作可能」という表現は、システム及び／又は回路が完全に機能的且つ較正済みであって、起動されると記載の機能を実行するための、適用可能な実施可能要件のロジックを含み、そのような実施可能要件を満たすことを意味する。

Claims (20)

1. 位置認証方法であって、
   複数のクライアントビットフレームに同期された複数の復調されたサーバ受信航法信号のサブセットを選択することにより、複数の同期サーバビットフレームを提供することと、
   前記同期サーバビットフレームの関数を計算することによりサーバシグネチャセットを提供することと、
   クライアントシグネチャセットを前記サーバシグネチャセットと比較することにより比較結果を提供することと、
   前記比較結果に基づいてクライアントデバイスの位置を認証することと
   を含む方法。
2. 前記関数が、論理的ＸＯＲ関数、論理的ＯＲ関数、及び論理的ＡＮＤ関数のうちの一つを含む、請求項１に記載の方法。
3. 複数の復調クライアント受信航法信号のサブセットを選択することにより前記クライアントビットフレームを提供することと、
   前記クライアントビットフレームの関数を計算することにより前記クライアントシグネチャセットを提供することと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 複数の航法衛星のそれぞれから前記クライアントデバイスが受信した複数のクライアント受信衛星航法信号からの前記復調クライアント受信航法信号を復調することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記クライアント受信衛星航法信号からの前記復調クライアント受信航法信号を復調することは、
   ＲＦからベースバンドへの変換、
   バンドパスフィルタリング、及び
   アナログからデジタルへの変換
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記クライアント受信衛星航法信号からの前記復調クライアント受信航法信号を復調することは、
   コードワイプオフ、及び
   搬送波ワイプオフ
   をさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記認証するステップは、
   サーバデバイスから前記クライアントデバイスに試験波形を送ることと、
   前記クライアントデバイスにおける前記試験波形を、前記クライアントデバイスにおける前記復調クライアント受信航法信号と比較することにより、相関情報を提供することと、
   前記相関情報を前記サーバデバイスに送り返すことにより、認証意思決定メッセージを提供することと
   をさらに含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記クライアントデバイスにおいて前記クライアント受信衛星航法信号を受信することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
9. 前記航法衛星のそれぞれからサーバアンテナが受信した複数のサーバ受信衛星航法信号からの前記復調サーバ受信航法信号を復調することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
10. 前記サーバアンテナにおいて前記サーバ受信衛星航法信号を受信することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記衛星航法信号からの前記復調サーバ受信航法信号を復調することは、
    ＲＦからベースバンドへの変換、
    バンドパスフィルタリング、
    アナログからデジタルへの変換、
    コードワイプオフ、及び
    搬送波ワイプオフ
    を含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記サブセットは、サブフレーム、ランダムセレクション、及び最も動的なビットからのビットの選択のうちの一つを含む、請求項１に記載の方法。
13. 位置認証システムであって、
    複数のクライアントビットフレームに同期された複数の復調サーバ受信航法信号のサブセットを選択することにより複数の同期サーバビットフレームを提供するように動作可能なサーバデータフレームセレクタと、
    前記同期サーバビットフレームの関数を計算することによりサーバシグネチャセットを提供するように動作可能なサーバデータオペレーションモジュールと、
    クライアントシグネチャセットを前記サーバシグネチャセットと比較することにより比較結果を提供するように動作可能なサーバ相関モジュールと、
    前記比較結果に基づいてクライアントデバイスの位置を認証するように動作可能な認証モジュールと
    を備えるシステム。
14. 複数の復調クライアント受信航法信号のサブセットを選択することにより、前記クライアントビットフレームを提供するように動作可能なクライアントデータフレームセレクタモジュールと、
    前記クライアントビットフレームの関数を計算することにより前記クライアントシグネチャセットを計算するように動作可能なクライアントデータオペレーションモジュールと
    をさらに備える請求項１３に記載のシステム。
15. 複数の航法衛星のそれぞれから前記クライアントデバイスにおいて複数のクライアント受信衛星航法信号を受信し、
    前記クライアント受信衛星航法信号からの前記復調クライアント受信航法信号を復調する
    ように動作可能なクライアント復調モジュールをさらに備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記クライアント復調モジュールが、さらに、
    ＲＦからベースバンドへの変換を実行し、
    バンドパスフィルタリングを行い、
    アナログからデジタルへの変換を実行する
    ように動作可能である、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記クライアント復調モジュールが、さらに、
    コードワイプオフを実行し、
    搬送波ワイプオフを実行する
    ように動作可能である、請求項１５に記載のシステム。
18. サーバ変調モジュールをさらに備え、前記サーバ変調モジュールは、
    前記航法衛星のそれぞれからサーバデバイスにおいて複数のサーバ受信衛星航法信号を受信し、
    前記サーバ受信衛星航法信号からの前記復調サーバ受信航法信号を復調する
    ように動作可能である、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記サーバ復調モジュールは、さらに、
    ＲＦからベースバンドへの変換を実行し、
    バンドパスフィルタリングを行い、
    アナログからデジタルへの変換を実行し、
    コードワイプオフを実行し、
    搬送波ワイプオフを実行する
    ように動作可能である、請求項１８に記載のシステム。
20. 位置認証のためのコンピュータで実行可能な命令を含むコンピュータで読込可能な非一時的記憶媒体であって、前記コンピュータで実行可能な命令は、
    複数の復調クライアント受信航法信号のサブセットを選択することにより複数のクライアントビットフレームを提供することと、
    前記クライアントビットフレームの関数を計算することによりクライアントシグネチャセットを提供することと、
    クライアントデバイスの位置認証のために、前記クライアントシグネチャセットを認証サーバに伝送することと
    を含む、記憶媒体。

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