JP5982991B2 - 受信部駆動制御方法及び受信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部を駆動制御する方法等に関する。
測位用信号を利用した測位システムとしては、GPS(Global Positioning System)が広く知られており、携帯型電話機やカーナビゲーション装置等に内蔵された受信装置に利用されている。GPSでは、GPS受信機の計時時刻を用いて、複数のGPS衛星の位置や各GPS衛星から受信装置までの擬似距離等を求め、最終的に位置計算を行う。
GPS受信機の中には、消費電力の削減のため、位置算出の動作を実行する期間と実行しない期間とを繰り返す間欠的な位置算出(間欠測位)を行うGPS受信機が知られている(例えば特許文献1や特許文献2)。
特開2001−42023号公報 特開2009−175123号公報
特許文献1や特許文献2に開示されている技術は、衛星信号の受信信号を利用した位置算出動作に着目し、位置算出の頻度を低下させることで、省電力化を実現する思想に基づくものである。しかし、更なる省電力化が求められている。
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、衛星信号を受信する受信機の一層の省電力化を実現するための新しい手法を提案することにある。
以上の課題を解決するための第1の形態は、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部を第1の間欠駆動パターンで間欠駆動させる第1の駆動制御と、前記第1の間欠駆動パターンにおける駆動期間を、間欠周期が前記第1の間欠駆動パターンよりも短い第2の間欠駆動パターンとした多段間欠駆動パターンで前記受信部を間欠駆動させる多段駆動制御と、を含む受信部駆動制御方法である。
また、他の形態として、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部と、前記受信部を第1の間欠駆動パターンで間欠駆動させる第1の駆動制御と、前記第1の間欠駆動パターンにおける駆動期間を、間欠周期が前記第1の間欠駆動パターンよりも短い第2の間欠駆動パターンとした多段間欠駆動パターンで前記受信部を間欠駆動させる多段駆動制御とを切り替えて前記受信部を駆動制御する制御部と、を備えた受信装置を構成することとしてもよい。
この第1の形態等によれば、測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部を第1の間欠駆動パターンで間欠駆動させる第1の駆動制御と、第1の間欠駆動パターンにおける駆動期間を、間欠周期が第1の間欠駆動パターンよりも短い第2の間欠駆動パターンとした多段間欠駆動パターンで受信部を間欠駆動させる多段駆動制御とによって受信部を駆動制御する。第1の駆動制御と多段駆動制御との2種類の駆動制御を行うことで、受信部での消費電力を削減し、受信機全体として一層の省電力化を実現することができる。
また、第2の形態として、第1の形態の受信部駆動制御方法において、前記第1の駆動制御と前記多段駆動制御とを切り替える切替制御、を更に含む受信部駆動制御方法を構成することとしてもよい。
さらに、第3の形態として、第2の形態の受信部駆動制御方法において、前記受信部を前記第2の間欠駆動パターンで間欠駆動させる第2の駆動制御を更に含み、前記切替制御は、前記第1の駆動制御、前記多段駆動制御及び前記第2の駆動制御の何れかを切り替えることを含む、受信部駆動制御方法を構成することとしてもよい。
この第2又は第3の形態によれば、目的に応じて種々の駆動制御を切り替えることが可能となり、消費電力の削減をより効果的に行うことができる。
また、第4の形態として、第2又は第3の形態の受信部駆動制御方法において、前記切替制御は、少なくとも前記衛星信号の受信信号強度を含む受信状況に応じて、切り替え先を判定することを含む、受信部駆動制御方法を構成することとしてもよい。
この第4の形態によれば、少なくとも衛星信号の受信信号強度を含む受信状況に応じて駆動制御の切り替え先を判定することで、衛星信号の受信状況に応じた適切な駆動制御を選択して、受信部を駆動制御することが可能となる。
また、第5の形態として、第2〜第4の何れかの形態の受信部駆動制御方法において、前記受信部による受信信号に基づいて位置を算出することを更に含み、前記切替制御は、前記位置算出の前後に応じて、切り替え先を判定することを含む、受信部駆動制御方法を構成することとしてもよい。
位置算出前は、受信信号から衛星軌道データをデコードする必要があるため、受信部をなるべく動作させておきたいという要請がある。しかし、位置算出後暫くの間は、衛星軌道データをデコードせずとも位置算出が可能であるため、受信部の動作を抑制してもよい。そこで、第5の形態のように、位置算出の前後に応じて駆動制御の切り替え先を判定することで、受信部の駆動制御をより柔軟に行うことが可能となる。
また、第6の形態として、第1〜第5の何れかの形態の受信部駆動制御方法において、前記第2の間欠駆動パターンのデューティ比を制御すること、を更に含む受信部駆動制御方法を構成することとしてもよい。
この第6の形態によれば、第2の間欠駆動パターンのデューティ比を制御することで、間欠周期を変えて受信部を間欠駆動させることが可能となる。
また、第7の形態として、第1〜第6の何れかの形態の受信部駆動制御方法において、前記第1の間欠駆動パターンは、駆動期間が20ミリ秒以上であり、前記第2の間欠駆動パターンは、駆動期間が1ミリ秒以上20ミリ秒未満である、受信部駆動制御方法を構成することとしてもよい。
第1の省電力モードの説明図。 第2の省電力モードの説明図。 第3の省電力モードの説明図。 動作モード切替制御テーブルのテーブル構成例を示す図。 第1のデューティ比の説明図。 携帯型電話機の機能構成の一例を示すブロック図。 ベースバンド処理回路部の回路構成の一例を示す図。 ベースバンド処理の流れを示すフローチャート。 動作モード切替制御処理の流れを示すフローチャート。 第1のデューティ比の設定方法の説明図。 第2のデューティ比の設定方法の説明図。 第1及び第2のデューティ比の設定方法の説明図。
以下、本発明を適用した好適な実施形態の一例について説明する。本実施形態は、衛星測位システムの一種であるGPS(Global Positioning System)を適用した実施形態である。但し、本発明を適用可能な形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
1.原理
本実施形態では、測位用衛星の一種であるGPS衛星から発信されているGPS衛星信号を受信して、位置算出を行うGPS受信機を想定する。GPS受信機は、GPS衛星信号を受信する受信部であるRF受信回路部と、RF受信回路部で受信されたGPS衛星信号を信号処理して位置を算出するベースバンド処理回路部とを有して構成される。
本実施形態では、RF受信回路部及びベースバンド処理回路部を、4種類の動作モードのうちの何れかの動作モードで駆動制御する。4種類の動作モードは、通常モードと、3種類の省電力モード(第1の省電力モード〜第3の省電力モード)である。
通常モードは、RF受信回路部とベースバンド処理回路部とを常時駆動させるモードである。この通常モードでは、RF受信回路部とベースバンド処理回路部とをフル稼働させるため、消費電力は全ての動作モードの中で最大となる。
省電力モードは、RF受信回路部とベースバンド処理回路部とを間欠駆動させることで、消費電力を削減するモードである。省電力モードには、RF受信回路部及びベースバンド処理回路部を間欠駆動させるパターン(以下、「間欠駆動パターン」と称す。)に応じて、3種類の省電力モードに分けられる。
ベースバンド処理回路部の動作状態には、UP状態とSLEEP状態とがある。ベースバンド処理回路部は、航法メッセージのビットレートに応じて定まる1ビット長の時間間隔(20ミリ秒)毎の期間を1つの単位期間として、各単位期間をUP状態とSLEEP状態との何れかの動作状態とするように制御される。
UP状態では、RF受信回路部で受信されたGPS衛星信号の受信信号に対する捕捉処理や、位置算出処理、動作モードの切替制御に係る処理が行われる。
SLEEP状態では、捕捉処理や位置算出処理を行わず、動作モードの切替制御に係る処理を実行する。なお、SLEEP状態では、UP状態に比べて動作クロックを低減させてもよい。
以下、UP状態の単位期間のことを「UP期間」、SLEEP状態の単位期間のことを「SLEEP期間」と称する。
RF受信回路部の動作状態には、ON状態とOFF状態とがある。ON状態は、RF受信回路部に対して電源からの電力供給がなされている状態である。つまり、この状態では、RF受信回路部は、GPSアンテナで受信されたRF信号を増幅したり、中間周波数の信号にダウンコンバートしたり、不要な周波数帯域成分をカットしたり、アナログ信号である受信信号をデジタル信号に変換するといった回路動作が行われている。
OFF状態は、電源回路部からRF受信回路部への電力供給がなされていない状態である。つまり、この状態では、RF受信回路部は上記の回路動作を行わない。
以下、ON状態の期間のことを「ON期間」、OFF状態の期間のことを「OFF期間」と称する。
1−1.各省電力モードについて
(1)第1の省電力モード
図1は、第1の省電力モードの説明図である。上段にベースバンド処理回路部(BB(Base Band))の動作状態の変化の一例を、中段にRF受信回路部の動作状態の変化の一例を示している。また、下段には、上段及び中段の動作状態の場合のGPS受信機全体としての消費電力の時間変化を模式化したグラフを示している。図2及び図3においても同様である。
下段のグラフにおいて、電力Aは、GPS受信機全体の回路抵抗による消費電力及びベースバンド処理回路部がSLEEP状態で動作するのに要する電力の和である最低電力を表わしている。電力Bは、ベースバンド処理回路部の最大消費電力を表わしている。電力Cは、GPS受信機全体の最大消費電力を表わしている。
第1の省電力モードでは、ベースバンド処理回路部は、UP期間とSLEEP期間とを所定の周期で繰り返すように制御される。また、RF受信回路部は、ベースバンド処理回路部と同期して間欠駆動するように制御される。つまり、ベースバンド処理回路部がUP期間の間はRF受信回路部はON状態とされてON期間となり、ベースバンド処理回路部がSLEEP期間の間はRF受信回路部はOFF状態とされてOFF期間となる。
ベースバンド処理回路部の間欠駆動に係るデューティ比は、UP期間とする単位期間を幾つとし、SLEEP期間とする単位期間を幾つとするかで設定される。他方、RF受信回路部は、ベースバンド処理回路部と同期して間欠駆動されるため、RF受信回路部の間欠駆動に係るデューティ比(ON期間とOFF期間の比)は、ベースバンド処理回路部の間欠駆動に係るデューティ比と同じとなる。以下では、この第1の省電力モードにおけるデューティ比のことを第1のデューティ比と称して説明する。また、第1の省電力モードにおける間欠駆動パターンを第1の間欠駆動パターンと称し、第1の省電力モードで駆動制御することを第1の駆動制御と称する。
第1のデューティ比についてより具体的に説明する。第1のデューティ比は、位置算出の動作周期における、UP期間(或いはON期間)の長さとSLEEP期間(或いはOFF期間)の長さとの比で定義される。位置算出の動作周期は、本実施形態では「1000ミリ秒(=1秒)」とする。また、本実施形態では、この第1のデューティ比を固定比(例えば0.6:0.4)とするものとして説明する。従って、RF受信回路部に着目すると、第1の駆動制御では、図5に示されるように、1000ミリ秒のうちの600ミリ秒がON期間とされ、残りの400ミリ秒がOFF期間とされるパターン(第1の間欠駆動パターン)となる。
なお、第1の省電力モードでは、航法メッセージをデコードすることはできない。航法メッセージをデコードするには、欠落のない、1フレーム分の1500ビット(=30秒)のデータが必要になるためである。1ビットは20ミリ秒に相当し、単位期間に相当する。RF受信回路部は単位期間毎にON/OFF状態とされるため、データが欠落してしまうのである。
図1に戻り、第1の省電力モードでの消費電力を説明する。第1の省電力モードでは、ベースバンド処理回路部がUP状態であればRF受信回路部はON状態であり、SLEEP状態であればOFF状態となる。そのため、GPS受信機の消費電力は、UP期間(ON期間)は最大消費電力Cとなり、SLEEP期間(OFF期間)は最低電力Aとなる。
(2)第2の省電力モード
図2は、第2の省電力モードの説明図である。第2の省電力モードでは、ベースバンド処理回路部は常にUP状態とされる。一方、RF受信回路部は、1ミリ秒毎にON/OFFを切り替えるように間欠駆動される。「1ミリ秒」という時間は、GPS衛星信号の拡散符号であるC/A(Coarse/Acquisition)コードのコード長の搬送波時間(受信時間)に相当する時間である。C/Aコードは、コード長1023チップを1PNフレームとする繰返し周期1ミリ秒の擬似ランダム雑音符号であり、各GPS衛星に固有のコードである。
第2の省電力モードでは、RF受信回路部の間欠周期が2ミリ秒となる。従って、第2の省電力モードでは、第1の省電力モードと比べてRF受信回路部の間欠周期が短くなる。従って、第2の省電力モードでは、間欠周期が第1の間欠駆動パターンより短い駆動パターンでRF受信回路部が間欠駆動されることになる。この第2の省電力モードにおける間欠駆動パターンを第2の間欠駆動パターンと称し、第2の間欠駆動パターンでの間欠駆動制御を第2の駆動制御と称する。
第2の駆動制御では、RF受信回路部は、ON状態とOFF状態とが1ミリ秒毎に繰り返すように制御されるため、ON期間とOFF期間との比率(デューティ比)は「0.5:0.5」となる。この第2の間欠駆動パターンのデューティ比のことを第2のデューティ比と称する。
なお、第2の間欠駆動パターンでは、1つの単位期間にRF受信回路部の間欠周期が10周期含まれる構成となるが、間欠周期をより長くしてもよい。但し、1つの単位期間に少なくとも2周期以上の間欠周期が含まれるように構成すると好適である。
第2の省電力モードでは、ベースバンド処理回路部は常にUP状態(すなわち常にUP期間)とされる一方で、RF受信回路部は、1ミリ秒毎にON状態とOFF状態とを切替える間欠駆動が行われる。そのため、消費電力は、ベースバンド処理回路部の最大消費電力Bと、GPS受信機の最大消費電力Cとを1ミリ秒毎に繰り返す格好となる。従って、第2の省電力モードでは、RF受信回路部の消費電力が、通常モードと比べておよそ半分となる。
なお、第2の省電力モードでは、第1の省電力モードとは異なり、航法メッセージのデコードが可能である。航法メッセージ1フレーム分の1500ビット(=30秒)を連続受信しているわけではないが、RF受信回路部は、1ビットの受信時間である20ミリ秒の期間(=単位期間)では半分の10ミリ秒がON状態であり、当該ビットのデータを受信しているため、データの欠落が生じないためである。但し、受信感度の問題から、データ誤り(ビット誤り)が生じる可能性はある。
(3)第3の省電力モード
図3は、第3の省電力モードの説明図である。第3の省電力モードは、第1の省電力モードと第2の省電力モードとを組み合わせた省電力モードである。具体的には、ベースバンド処理回路部がSLEEP期間の間は、RF受信回路部もOFF期間とされる。一方、ベースバンド処理回路部がUP期間の間は、RF受信回路部はON期間とOFF期間とを1ミリ秒毎に切り替えるように間欠駆動される。
これは、第1の間欠駆動パターンにおける駆動期間(ON期間)を、間欠周期が第1の間欠駆動パターンよりも短い第2の間欠駆動パターンとした間欠駆動パターンでRF受信回路部を間欠駆動させることに相当する。この第3の省電力モードにおける間欠駆動パターンを多段間欠駆動パターンと称し、多段間欠駆動パターンでの間欠駆動制御を多段駆動制御と称する。
第3の省電力モードでは、ベースバンド処理回路部がSLEEP状態とされるSLEEP期間ではRF受信回路部はOFF状態とされるため、GPS受信機全体の消費電力は最低電力Aとなる。一方、ベースバンド処理回路部がUP状態とされるUP期間では、RF受信回路部はON状態とOFF状態とが切り替えられて間欠駆動される。従って、この間の消費電力は、ベースバンド処理回路部の最大消費電力Bと、GPS受信機の最大消費電力Cとを1ミリ秒毎に繰り返す格好となる。第3の省電力モードは、全ての動作モードの中で最も消費電力が削減される。
なお、第3の省電力モードでは、第1の省電力モードと同様、航法メッセージをデコードすることはできない。
1−2.動作モードの設定方法
図4は、本実施形態における動作モードの設定方法の説明図である。図4には、動作モードの切替制御を行うための動作モード切替制御テーブルの一例を図示している。この動作モード切替制御テーブルには、エフェメリス有無と、FIX状態と、受信信号強度と、動作モードとが対応付けて定められている。
エフェメリス有無とは、衛星軌道データの一種であるエフェメリスを保有しているか否かを定めたものである。
FIX状態とは、ベースバンド処理回路部による位置算出の前後の何れであるかを定めたものである。
受信信号強度とは、RF受信回路部による受信信号の強度であり、受信信号強度に対する閾値条件を定めたものである。受信信号強度は、GPS衛星信号の受信状況の一例である。
(A)エフェメリスを保有していない場合
(A−1)FIX前
エフェメリスを保有しておらず、且つ、FIX前の状態では、動作モードを「通常モード」と「第2の省電力モード」とで切り替える。具体的には、受信信号強度が「P≦θ10」の条件を満たす場合には、動作モードを「通常モード」とし、「θ10<P」の条件を満たす場合には、動作モードを「第2の省電力モード」とする。但し、「θ10」は受信信号強度に対する閾値の一例である。
位置算出を行うためにはエフェメリスが必要となるが、エフェメリスを保有していない場合には、受信信号をデコードしてエフェメリスを取得する必要がある。いわゆるコールドスタートやウォームスタートの状況である。受信信号強度が小さいほど、受信信号をデコードする際にデコードエラーが生ずる可能性が高まる。そこで、受信信号強度が所定の閾値以下である場合は、通常モードで動作させることにして、エフェメリスを確実に取得できるようにする。
一方、受信信号強度が大きい場合は、デコードエラーが発生する可能性は低下する。そこで、受信信号強度が所定の閾値を超えている場合は、消費電力の削減を優先することとして、動作モードを第2の省電力モードとする。
(A−2)FIX後
エフェメリスを保有しておらず、且つ、FIX後の状態では、動作モードを「通常モード」と「第1の省電力モード」と「第3の省電力モード」とで切り替える。具体的には、受信信号強度が「P≦θ20」の条件を満たす場合には、動作モードを「通常モード」とする。また、受信信号強度が「θ20<P<θ30」の条件を満たす場合には、動作モードを「第1の省電力モード」とし、受信信号強度が「θ30≦P」の条件を満たす場合には、動作モードを「第3の省電力モード」とする。但し、「θ20」及び「θ30」は、受信信号強度に対する閾値の一例である。
先に述べたように、第1及び第3の省電力モードでは、航法メッセージをデコードすることができない。しかし、FIX後(位置算出後)であれば、FIX前(位置算出前)に航法メッセージをデコード済みであるため、航法メッセージをデコードする必要はない。そのため、捕捉に成功したGPS衛星を追尾する処理を行うだけで済む。
そこで、受信信号強度が比較的大きいと判定される状況では、第1の省電力モードと第3の省電力モードとを切り替えて、省電力化を実現する。これは、第1の駆動制御と多段駆動制御とを切り替える切替制御に相当する。但し、受信信号強度が小さい状況では、捕捉に成功したGPS衛星の追尾ロックが外れてしまう可能性があるため、省電力モードは用いずに、通常モードでGPS衛星の追尾を行う。
(B)エフェメリスを保有している場合
(B−1)FIX前
エフェメリスを保有しており、且つ、FIX前の状態では、受信信号強度に依らずに動作モードを一律に通常モードとする。これは、いわゆる初期定点化時間(TTFF(Time To First Fix))を短縮する狙いである。
エフェメリスを保有している場合には、エフェメリスのデコードを待たずとも、位置算出を開始することができる。いわゆるホットスタートの状況である。この状況では、即座に位置計算の処理動作に入ることができるため、GPS受信機を最大のパフォーマンスで動作させた場合、およそ1秒未満の短時間で位置算出を完了することができる。そこで、動作モードを通常モードとして位置算出を行わせることとする。
(B−2)FIX後
エフェメリスを保有しており、且つ、FIX後の状態では、動作モードを通常モードと第1の省電力モードと第3の省電力モードとで切り替える。この場合の考え方は、(A−2)FIX後の場合と同様である。
このように、本実施形態では、エフェメリスの有無、位置算出の前後、受信信号強度といった複数の切替基準に従って動作モード(駆動制御)を切り替えながら、特にGPS衛星信号の受信部であるRF受信回路部を間欠駆動させることを1つの特徴とする。これは、駆動制御の切替制御が、第1の駆動制御、多段駆動制御及び第2の駆動制御の何れかに切り替えることに相当する。
例えば、本実施形態では、FIX状態に応じて動作モードの切り替え先を判定する。これは、位置算出の前後に応じて、駆動制御の切り替え先を判定することに相当する。また、本実施形態では、GPS衛星信号の受信信号強度に応じて切り替え先を判定する。これは、少なくともGPS衛星信号の受信信号強度を含む受信状況に応じて、駆動制御の切り替え先を判定することに相当する。
2.実施例
次に、GPS衛星信号を受信する受信装置の実施例について説明する。本実施例では、受信装置を具備する電子機器として、携帯型電話機の実施例について説明する。
2−1.携帯型電話機の構成
図6は、本実施形態における携帯型電話機1の機能構成の一例を示すブロック図である。携帯型電話機1は、GPSアンテナ5と、GPS受信部10と、電源回路部25と、ホスト処理部30と、操作部40と、表示部50と、音出力部55と、携帯電話用アンテナ60と、携帯電話用無線通信回路部70と、記憶部80と、時計部90とを備えて構成される。
GPSアンテナ5は、GPS衛星から発信されているGPS衛星信号を含むRF(Radio Frequency)信号を受信するアンテナであり、受信信号をGPS受信部10に出力する。GPS衛星信号は、拡散符号の一種であるC/Aコードによって、スペクトラム拡散方式として知られるCDMA(Code Division Multiple Access)方式によって変調された1.57542[GHz]の通信信号である。
GPS受信部10は、GPSアンテナ5から出力された信号に基づいて携帯型電話機1の位置を算出する回路或いは装置であり、いわゆるGPS受信機に相当する機能ブロックである。本実施形態では、GPS受信部10が受信装置に相当する。
GPS受信部10は、RF受信回路部11と、メモリ部13と、ベースバンド処理回路部20とを有して構成される。なお、RF受信回路部11と、メモリ部13と、ベースバンド処理回路部20とは、それぞれ別のLSI(Large Scale Integration)として製造することも、1チップとして製造することも可能である。
RF受信回路部11は、RF信号の受信回路であり、航法メッセージを搬送するGPS衛星信号を受信する受信部に相当する。RF受信回路部11の回路構成としては、例えば、GPSアンテナ5から出力されたRF信号をA/D変換器でデジタル信号に変換し、デジタル信号を処理する受信回路を構成してもよい。また、GPSアンテナ5から出力されたRF信号をアナログ信号のまま信号処理し、最終的にA/D変換することでデジタル信号をメモリ部13に出力する構成としてもよい。
後者の場合には、例えば、次のようにRF受信回路部11を構成することができる。すなわち、所定の発振信号を分周或いは逓倍することで、RF信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、GPSアンテナ5から出力されたRF信号に乗算することで、RF信号を中間周波数の信号(以下、「IF(Intermediate Frequency)信号」と称す。)にダウンコンバートする。そして、IF信号を増幅等した後、A/D変換器でデジタル信号に変換して、メモリ部13に出力する。
メモリ部13は、RF受信回路部によってダウンコンバートされた受信信号のデータが記憶される記憶部である。RF受信回路部11が通常モードで駆動制御されている場合は、RF受信回路部11から連続的に出力される受信信号のデータが蓄積的に書き込まれる。RF受信回路部11が間欠駆動制御されている場合は、RF受信回路部11から間欠的に出力される受信信号のデータが蓄積的に書き込まれる。メモリ部13は、例えば、単位期間3つ分以上の受信信号のデータを格納可能なメモリ量を有するリングバッファとして構成することができる。勿論、格納容量はこれ以上でもよい。
ベースバンド処理回路部20は、メモリ部13に記憶された受信信号のデータを利用して、キャリア除去や相関演算等のGPS衛星信号の捕捉・追尾に係る処理動作を行って、GPS衛星信号を捕捉・追尾する。そして、GPS衛星信号から抽出した時刻データや衛星軌道データ等を利用して、携帯型電話機1の位置や時計誤差を算出する。
電源回路部25は、GPS受信部10への電力供給を行う電源回路を有して構成される。電源回路部25は、ベースバンド処理回路部20から出力される電源制御信号に従って、GPS受信部10の各機能部(RF受信回路部11、メモリ部13及びベースバンド処理回路部20)への電力供給を行う。ベースバンド処理回路部20による電源制御によって、本実施形態の特徴の1つであるRF受信回路部11の間欠駆動が実現される。
ホスト処理部30は、記憶部80に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電話機1の各部を統括的に制御するプロセッサーであり、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサーを有して構成される。ホスト処理部30は、ベースバンド処理回路部20から取得した位置座標を元に、表示部50に現在位置を指し示した地図を表示させたり、その位置座標を各種のアプリケーション処理に利用する。
操作部40は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等を有して構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号をホスト処理部30に出力する。この操作部40の操作により、通話要求やメール送受信要求、各種アプリケーション実行要求、位置算出要求等の各種指示入力がなされる。
表示部50は、LCD(Liquid Crystal Display)等を有して構成される表示装置であり、ホスト処理部30から出力される表示信号に基づいた各種表示を行う。表示部50には、位置表示画面や時刻情報等が表示される。
音出力部55は、スピーカー等を有して構成される音出力装置であり、ホスト処理部30から出力される音出力信号に基づいた各種音出力を行う。音出力部55からは、通話中の音声や、各種アプリケーションに係る音声ガイダンス等が音出力される。
携帯電話用アンテナ60は、携帯型電話機1の通信サービス事業者が設置した無線基地局との間で携帯電話用無線信号の送受信を行うアンテナである。
携帯電話用無線通信回路部70は、RF変換回路、ベースバンド処理回路等によって構成される携帯電話の通信回路部であり、携帯電話用無線信号の変調・復調等を行うことで、通話やメールの送受信等を実現する。
記憶部80は、ROM(Read Only Memory)やフラッシュROM、RAM(Random Access Memory)等の記憶装置を有して構成され、ホスト処理部30が携帯型電話機1を制御するためのシステムプログラムや、各種アプリケーション処理を実行するための各種プログラムやデータ等を記憶する。
時計部90は、携帯型電話機1の内部時計であり、水晶振動子及び発振回路でなる水晶発振器等を有して構成される。時計部90の計時時刻は、ベースバンド処理回路部20及びホスト処理部30に随時出力される。時計部90の計時時刻は、ベースバンド処理回路部20によって算出された時計誤差に基づき補正される。
2−2.ベースバンド処理回路部の回路構成
図7は、ベースバンド処理回路部20の回路構成の一例を示す図であり、本実施例に係わる回路ブロックを中心に記載した図である。ベースバンド処理回路部20は、主要な構成として、処理部21と、記憶部23とを備える。
処理部21は、ベースバンド処理回路部20の各機能部を統括的に制御する制御装置及び演算装置であり、CPUやDSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサーを有して構成される。
処理部21は、主要な機能部として、動作モード切替制御部211と、衛星捕捉部213と、位置算出部215とを有する。但し、これらの機能部は、一実施例として記載したに過ぎず、必ずしもこれら全ての機能部を必須構成要素としなければならないわけではない。また、これら以外の機能部を必須構成要素としてもよい。
動作モード切替制御部211は、上記の原理に従って、RF受信回路部11及びベースバンド処理回路部20の動作モードを切替制御する。動作モード切替制御部211は、第1の駆動制御と多段駆動制御とを切り替えて受信部を駆動制御する制御部に相当する。動作モード切替制御部211は、設定した動作モードに応じた駆動制御を実現するために、間欠駆動パターンに応じた電源制御信号を電源回路部25に出力して電源制御を行うことで、RF受信回路部11を間欠駆動させる。
衛星捕捉部213は、GPS衛星(GPS衛星信号)を捕捉する。具体的には、メモリ部13に記憶されたデジタル化された受信信号のデータに対して、キャリア除去や相関演算等のデジタル信号処理を実行し、そのデジタル信号処理の結果に基づいてGPS衛星を捕捉する。
位置算出部215は、各捕捉衛星それぞれについて取得した衛星軌道データ234やメジャメントデータ235を用いて、公知の手法を適用した位置算出処理を行うことで、携帯型電話機1の位置(位置座標)及び時計誤差(クロックバイアス)を算出する。位置算出処理は、例えば、最小二乗法やカルマンフィルター等の手法を適用した処理として実現可能である。
記憶部23は、ベースバンド処理回路部20のシステムプログラムや、駆動制御機能、衛星捕捉機能、位置算出機能といった各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶する。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
記憶部23には、プログラムとして、処理部21により読み出され、ベースバンド処理(図8参照)として実行されるベースバンド処理プログラム231と、動作モード切替制御処理(図9参照)として実行される動作モード切替制御プログラム232とが記憶される。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
また、記憶部23には、主要なデータとして、動作モード切替制御テーブル233と、衛星軌道データ234と、メジャメントデータ235と、算出結果データ236とが記憶される。
動作モード切替制御テーブル233は、動作モード切替制御部211が動作モードの切替制御を行うために用いるテーブルである。動作モード切替制御テーブル233のテーブル構成例は、例えば図4に示した通りである。
衛星軌道データ234は、アルマナックや、各GPS衛星のエフェメリス等のデータである。衛星軌道データ234は、GPS衛星から受信したGPS衛星信号をデコードすることで取得する他、例えば携帯型電話機1の基地局やアシストサーバーからアシストデータとして取得する。
メジャメントデータ235は、捕捉したGPS衛星信号に係る諸量であり、例えば、コード位相235Aや受信周波数235B、受信信号強度235Cがこれに含まれる。
算出結果データ236は、位置算出部215が位置算出処理を行うことで取得した算出結果のデータであり、算出した携帯型電話機1の位置や時計誤差がこれに含まれる。
2−3.処理の流れ
図8は、処理部21が、記憶部23に記憶されているベースバンド処理プログラム231に従って実行するベースバンド処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、処理部21は、動作モードとして通常モードを設定する(ステップA1)。また、処理部21は、FIXフラグをLに設定する(ステップA3)。FIXフラグは、位置算出の前後の別が設定されるフラグであり、位置算出前はLが、位置算出後はHがそれぞれ設定される。
次いで、処理部21は、エフェメリスが記憶部23に記憶されているか否かを判定し(ステップA5)、記憶されていると判定した場合は(ステップA5;Yes)、衛星捕捉部213が、衛星サーチ/GPS衛星の捕捉・追尾処理を行う(ステップA7)。この状況は、いわゆるホットスタートの状況である。
具体的には、エフェメリスを用いて捕捉対象衛星を選定する。つまり、時計部90で計時されている現在日時において携帯型電話機1の天空に位置するGPS衛星をエフェメリスを用いて判定して、捕捉対象衛星に選定する。そして、各捕捉対象衛星それぞれについて、レプリカコードを用いた相関演算を行って、GPS衛星信号を捕捉・追尾する。
次いで、位置算出部215が、携帯型電話機1の位置及び時計誤差を算出する位置算出処理を行い、その算出結果を算出結果データ236として記憶部23に記憶させる(ステップA9)。
ステップA5においてエフェメリスが記憶されていないと判定した場合は(ステップA5;No)、衛星捕捉部213が、衛星サーチ/衛星の捕捉・追尾処理を行う(ステップA11)。この状況は、いわゆるコールドスタートやウォームスタートの状況である。
コールドスタートでは、エフェメリスもアルマナックも保有していないため、携帯型電話機1の天空に位置する衛星を判定することができない。そのため、例えば第1番目の衛星(SV1)から順番に衛星サーチを行う。それに対し、ウォームスタートでは、エフェメリスは保有していないものの、アルマナックは保有しているため、アルマナックを用いて捕捉対象衛星を選定する。そして、選定した捕捉対象衛星について衛星サーチを行う。
次いで、処理部21は、エフェメリスのデコードが完了するまで待機する(ステップA13;No)。そして、エフェメリスのデコードが完了したならば(ステップA13;Yes)、位置算出部215が、位置算出処理を行う(ステップA15)。
ステップA9又はA15の後、処理部21は、FIXフラグをHに設定する(ステップA17)。そして、処理部21は、処理を終了するか否かを判定し(ステップA19)、処理を継続すると判定した場合は(ステップA19;No)、ステップA7に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は(ステップA19;Yes)、ベースバンド処理を終了する。
図9は、動作モード切替制御部211が、記憶部23に記憶されている動作モード切替制御プログラム232に従って実行する動作モード切替制御処理の流れを示すフローチャートである。
動作モード切替制御部211は、動作モードの切替判定タイミングであるか否かを判定する(ステップB1)。切替判定タイミングは、20ミリ秒毎の経過タイミングである。切替判定タイミングではないと判定した場合は(ステップB1;No)、そのまま待機する。
切替判定タイミングと判定したならば(ステップB1;Yes)、動作モード切替制御部211は、メジャメントデータ235として取得された受信信号強度235Cを判定する(ステップB3)。そして、動作モード切替制御部211は、記憶部23に記憶されている動作モード切替制御テーブル233に従って動作モードを切り替える制御を行った後(ステップB5)、ステップB1に戻る。
3.作用効果
本実施形態では、複数種類の駆動制御があるため、適応的に駆動制御を切り替え、消費電力の一層の削減を実現することができる。具体的には、エフェメリスを保有していない場合であって、位置算出前である場合は、受信信号強度に基づいて、通常モードによる駆動制御と、第2の省電力モードによる第2の駆動制御とを切り替える。また、エフェメリスを保有していない場合であって、位置算出後である場合は、受信信号強度に基づいて、通常モードによる駆動制御と、第1の省電力モードによる第1の駆動制御と、第3の省電力モードによる多段駆動制御とを切り替える。
位置算出前は、GPS衛星信号から航法メッセージをデコードする必要があるため、航法メッセージのデコードが可能な第2の省電力モードによる第2の駆動制御による間欠駆動を行う。それに対し、位置算出後は、航法メッセージをデコードせずとも位置算出が可能であるため、より効率的な省電力モードとして、第1の駆動制御と多段駆動制御とを切り替える。このように、場面や状況に応じて駆動制御を切替制御することで、GPS受信機全体として効率的な省電力化を実現することが可能となる。
4.変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
4−1.間欠周期
上記の実施形態では、RF受信回路部を間欠駆動させる場合の間欠周期を2ミリ秒として説明したが、これは一例に過ぎない。具体的には、間欠周期を2ミリ秒よりも長い間欠周期(例えば4ミリ秒や10ミリ秒)としてもよい。
例えば、間欠周期を4ミリ秒とする場合は、2ミリ秒のON期間→2ミリ秒のOFF期間→2ミリ秒のON期間→・・・といったように、2ミリ秒毎にON期間とOFF期間とを切り替えるようにRF受信回路部を間欠駆動させることにすればよい。
また、例えば、1ミリ秒のON期間と3ミリ秒のOFF期間とを交互に切り替えるといったように、ON期間とOFF期間とに異なる時間を割り当てて、ON期間とOFF期間とを交互に切り替えるように間欠駆動させることとしてもよい。
4−2.受信状況に応じた切り替え先の判定
上記の実施形態では、GPS衛星信号の受信信号強度に基づいて駆動制御の切り替え先を判定したが、切り替え先の判定基準はこれに限られない。例えば、GPS衛星信号の受信信号強度の代わりに、GPS衛星信号の受信環境に基づいて駆動制御の切り替え先を判定してもよい。
例えば、図4で説明した(A−1)FIX前の場合において、受信環境が弱電界環境であるときには、動作モードを通常モードとし、受信環境が強電界環境であるときには、動作モードを第2の省電力モード(第2の駆動制御)に切り替えることとしてもよい。
また、図4で説明した(A−2)FIX後の場合において、受信環境が弱電界環境であるときには、動作モードを通常モードとし、受信環境が中電界環境であるときには、動作モードを第1の省電力モード(第1の駆動制御)に切り替え、受信環境が強電界環境であるときには、動作モードを第3の省電力モード(多段駆動制御)に切り替えることとしてもよい。
4−3.動作モードの設定条件
図4で説明した動作モードの設定方法はあくまでも一例であり、適宜設定変更可能であることは言うまでもない。例えば、(A−1)FIX前の場合について、動作モードとして通常モードを用いずに、動作モードを一律に第2の省電力モードに設定することとしてもよい。
また、(A−2)FIX後の場合について、動作モードとして通常モードを用いずに、3種類の省電力モードを切り替えることとしてもよい。具体的には、例えば、受信信号強度が大きい順に、第3の省電力モード、第1の省電力モード、第2の省電力モードを設定するように、受信信号強度に対する閾値条件を定めておくこととしてもよい。(B−2)FIX後の場合についても同様である。
4−4.デューティ比の制御
(1)第1の省電力モード
第1の省電力モードにおいて、第1のデューティ比を固定比とするのではなく、これを可変に設定することにして、第1のデューディ比を制御することとしてもよい。この場合は、例えば受信信号強度に基づいて第1のデューティ比を制御する方法を適用することができる。
図10は、第1のデューティ比の制御方法の説明図であり、第1のデューティ比を制御するために用いるテーブルを図示している。このテーブルには、動作モードと、受信信号強度と、第1のデューティ比(UP期間(ON期間):SLEEP期間(OFF期間))とが対応付けて定められている。
動作モードには、第1の省電力モードが定められている。また、受信信号強度には、受信信号強度に対する閾値条件が定められている。図10のテーブルは、図4のテーブルを前提として作成したものである。図4によれば、第1の省電力モードが適用されるのは、受信信号強度が「θ20<P<θ30」の条件を満たす場合である。そのため、受信信号強度が「θ20<P<θ30」を満たすことを前提として、受信信号強度に対する閾値条件を定めている。
受信信号強度が「θ20<P<θ21」の条件を満たす場合には、第1のデューティ比を「0.9:0.1」とすることが定められている。ベースバンド処理回路部の動作周期である「1000ミリ秒」を「0.9:0.1」の比率で分割するため、UP期間は「900ミリ秒」となり、SLEEP期間は「100ミリ秒」となる。
また、受信信号強度が「θ21≦P<θ22」の条件を満たす場合には、第1のデューティ比を「0.8:0.2」(800ミリ秒:200ミリ秒)とすることが定められている。以下同様にして、受信信号強度が「θ28≦P<θ30」の条件を満たす場合には、第1のデューティ比を「0.1:0.9」(100ミリ秒:900ミリ秒)とすることが定められている。つまり、受信信号強度が大きくなるにつれて、UP期間の割合が段階的に引き下げられるように比率が定められている。
(2)第2の省電力モード
同様に、第2の省電力モードにおいて、第2のデューティ比を固定比とするのではなく、これを可変に設定することにして、第2のデューディ比を制御することとしてもよい。この場合も、例えば受信信号強度に基づいて第2のデューティ比を制御する方法を適用することができる。
図11は、第2のデューティ比の制御方法の説明図であり、第2のデューティ比を設定するために用いるテーブルを図示している。テーブル構成例は、図10のテーブルと同様であり、動作モードと、受信信号強度と、第2のデューティ比とが対応付けて定められている。
動作モードには、第2の省電力モードが定められている。また、受信信号強度には、受信信号強度に対する閾値条件が定められている。図11のテーブルも、図4のテーブルを前提として作成したものである。図4によれば、第2の省電力モードが適用されるのは、受信信号強度が「θ10<P」の条件を満たす場合である。そのため、受信信号強度が「θ10<P」を満たすことを前提として、受信信号強度に対する閾値条件を定めている。
具体的には、「θ10<P<θ12」の条件が成立する場合の第2のデューティ比として「0.8:0.2」が定められている。単位期間である20ミリ秒を「0.8:0.2」の比率で分割するため、ON期間は「16ミリ秒」となり、OFF期間は「4ミリ秒」となる。
また、「θ12≦P<θ14」の条件が成立する場合の第2のデューティ比として「0.6:0.4」(12ミリ秒:8ミリ秒)が定められており、「θ14≦P<θ16」の条件が成立する場合の第2のデューティ比として「0.4:0.6」(8ミリ秒:12ミリ秒)が定められている。また、「θ16≦P」の条件が成立する場合の第2のデューティ比として「0.2:0.8」(4ミリ秒:16ミリ秒)が定められている。受信信号強度が大きくなるにつれて、ON期間の割合が段階的に引き下げられるように比率が定められている点は、図10に示した第1のデューティ比の設定方法と同じである。
(3)第3の省電力モード
第3の省電力モードは、第1の省電力モードと第2の省電力モードとを組み合わせた省電力モードである。そのため、上記の第1のデューティ比の制御と第2のデューティ比の制御とを併用した駆動制御が実現可能である。
図12は、この場合の第1及び第2のデューティ比の制御方法の説明図であり、第1及び第2のデューティ比を設定するために用いるテーブルを図示している。このテーブルには、動作モードと、受信信号強度と、第1のデューティ比と、第2のデューティ比とが対応付けて定められている。このテーブルは、図4で説明した(A−2)FIX後及び(B−2)FIX後の場合に着目して、第1のデューティ比及び第2のデューティ比の設定方法を記載したものである。
図4によれば、受信信号強度が「θ20<P<θ30」の条件を満たす場合は、動作モードは第1の省電力モードとされる。第1の省電力モードでは、第1のデューティ比のみが設定可能であるため、第2のデューティ比の欄は「−(無し)」としている。また、受信信号強度が「θ30≦P」の条件を満たす場合は、動作モードは第3の省電力モードとされる。第3の省電力モードでは、第1のデューティ比及び第2のデューティ比を設定可能であるため、両者を定めている。
第1のデューティ比については、第1の省電力モードと第3の省電力モードとを一塊のモードとみなして、受信信号強度に対する閾値条件を定めている。つまり、第1の省電力モードが適用される受信信号強度の範囲と、第3の省電力モードが適用される受信信号強度の範囲とを跨いで、受信信号強度が大きくなるにつれて、ON期間の割合を段階的に引き下げるように比率を定めている。
第2のデューティ比については、第3の省電力モードが適用される受信信号強度の範囲において、受信信号強度が大きくなるにつれて、ON期間の割合を段階的に引き下げるように比率が定められている。
なお、上記の説明では、受信信号強度に基づいてデューティ比(第1のデューティ比,第2のデューティ比)を制御する場合を一例として説明したが、受信信号強度ではなく受信環境に基づいてデューティ比を制御することとしてもよい。すなわち、少なくとも衛星信号の受信信号強度を含む受信状況に応じてデューティ比を制御することとしてもよい。
4−5.処理の主体
上記の実施形態では、RF受信回路部の駆動制御をベースバンド処理回路部の処理部が実行するものとして説明したが、これを電子機器のホスト処理部が実行することとしてもよい。
4−6.電子機器
上記の実施例では、電子機器の一種である携帯型電話機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な電子機器はこれに限られるわけではない。例えば、カーナビゲーション装置や携帯型ナビゲーション装置、パソコン、PDA(Personal Digital Assistant)、腕時計といった他の電子機器についても同様に適用することが可能である。
4−7.衛星測位システム
また、上記の実施形態では、衛星測位システムとしてGPSを例に挙げて説明したが、WAAS(Wide Area Augmentation System)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO等の他の衛星測位システムであってもよい。
1 携帯型電話機、 10 GPS受信部、 11 RF受信回路部、 13 メモリ部、 20 ベースバンド処理回路部、 21 処理部、 23 記憶部、 25 電源回路部、 30 ホスト処理部、 40 操作部、 50 表示部、 55 音出力部、 60 携帯電話用アンテナ、 70 携帯電話用無線通信回路部、 80 記憶部、 90 時計部

Claims (7)

  1. 測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部を第1の間欠駆動パターンで間欠駆動させる第1の駆動制御と、
    前記第1の間欠駆動パターンにおける駆動期間を、間欠周期が前記第1の間欠駆動パターンよりも短い第2の間欠駆動パターンとした多段間欠駆動パターンで前記受信部を間欠駆動させる多段駆動制御と、
    前記第1の駆動制御と前記多段駆動制御とを切り替える切替制御と、
    を含む受信部駆動制御方法。
  2. 前記受信部を前記第2の間欠駆動パターンで間欠駆動させる第2の駆動制御を更に含み、
    前記切替制御は、前記第1の駆動制御、前記多段駆動制御及び前記第2の駆動制御の何れかを切り替えることを含む、
    請求項に記載の受信部駆動制御方法。
  3. 前記切替制御は、少なくとも前記衛星信号の受信信号強度を含む受信状況に応じて、切り替え先を判定することを含む、
    請求項又はに記載の受信部駆動制御方法。
  4. 前記受信部による受信信号に基づいて位置を算出することを更に含み、
    前記切替制御は、前記位置算出の前後に応じて、切り替え先を判定することを含む、
    請求項の何れか一項に記載の受信部駆動制御方法。
  5. 前記第2の間欠駆動パターンのデューティ比を制御すること、
    を更に含む請求項1〜の何れか一項に記載の受信部駆動制御方法。
  6. 前記第1の間欠駆動パターンは、駆動期間が20ミリ秒以上であり、
    前記第2の間欠駆動パターンは、駆動期間が1ミリ秒以上20ミリ秒未満である、
    請求項1〜の何れか一項に記載の受信部駆動制御方法。
  7. 測位用衛星からの衛星信号を受信する受信部と、
    前記受信部を第1の間欠駆動パターンで間欠駆動させる第1の駆動制御と、前記第1の間欠駆動パターンにおける駆動期間を、間欠周期が前記第1の間欠駆動パターンよりも短い第2の間欠駆動パターンとした多段間欠駆動パターンで前記受信部を間欠駆動させる多段駆動制御とを切り替えて前記受信部を駆動制御する制御部と、
    を備えた受信装置。
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