JP2002524748A - 位置特定を実行するローテータを備えた簡略化された受信機 - Google Patents

位置特定を実行するローテータを備えた簡略化された受信機

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 図２はこの発明の使用にしたがって構成されるセルラ電話機システムを非常に簡略化したブロック図である。移動電話機１０は、基地局制御局（ＢＳＣ）１４と対になっている基地局１２の間に位置している。移動スイッチングセンタＭＳＣ１６はＢＳＣ１４を公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）に接続している。動作の間、いくつかの移動電話機は、その他の移動電話機がスタンバイ状態の間、基地局１２と接続することによって電話通話が伝えられる。位置特定は、移動電話機にＧＰＳ信号を迅速に捕捉させることを許容する補助情報を含む位置要求メッセージの伝達によって容易にされる。この情報は宇宙飛行体のＩＤ番号（ＳＶ ＩＤ）と、推定コード位相と、推定コード位相あたりのサーチウィンドウサイズと、推定周波数ドップラーとを含む。この情報を使い、移動体ユニットはＧＰＳ信号を捕捉でき、またより早くその位置を特定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は位置を特定することに係わる。特に、この発明はワイヤレス通信シ
ステムにおいて位置特定を行うための新しく、また改善された方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】
政府の規制と消費者の需要はともに、セルラ電話機における位置を特定する機
能の需要を駆り立てている。地球軌道の１組の衛星とともにグローバルポジショ
ニングシステム（ＧＰＳ）受信機を使用して位置特定を行うためにＧＰＳが現在
利用可能である。それゆえ、セルラ電話機にＧＰＳ機能を取り入れることが望ま
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セルラ電話機はコストや重量、電力消費の考慮事項に極端に敏
感である。したがって、単にＧＰＳ位置特定を行う付加回路を加えることは、セ
ルラ電話機に位置特定の機能を備えるためには不満足な解決法である。したがっ
て、この発明ではセルラ電話機システムにおいて、最小限の付加ハードウェアや
コスト、電力消費で、ＧＰＳの機能を備えることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ワイヤレス通信システムにおいて位置特定を行うための新しく、
そして改善された、方法と装置に関するものである。一実施形態は、粗サーチデ
ータを記憶し、１組の衛星からの各衛星に対する前記粗サーチデータについて粗
サーチし、微サーチデータを受信し、前記微サーチデータについて１組の微サー
チを行い、各微サーチは前記微サーチデータの異なる時間セグメントについて行
われ、結果を報告するステップを含んだ、１組の衛星から送信された１組の信号
を使いて位置特定を行う方法を含んでいる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
この発明の特徴や目的、効果は、同じ参照符号が全体を通して対応したものを
識別している図面を考慮に入れて以下に記述された詳細な説明からより明らかに
なる。
【０００６】 ワイヤレス通信システムにおいて位置特定を行うための新しく、そして改善さ
れた、方法と装置を説明する。例示的な実施形態はデジタルセルラ電話機システ
ムの状況の中で説明する。この状況の中での使用は有用であるが、この発明の異
なった実施形態を違った環境や構成に組み込んでもよい。一般に、ここに記述さ
れるさまざまなシステムは、ソフトウェア制御プロッセサ、集積回路、ディスク
リート論理回路を使用してもよいが、集積回路での実施が好ましい。出願を通し
言及されるデータや命令、コマンド、情報、信号、シンボル、チップは、電圧、
電流、電磁波、磁界や粒子、オプティカルフィールドや粒子、もしくはそれらの
組み合わせによって有用に表現される。さらに各ブロック図で示されたブロック
はハードウェアや方法のステップを表現する。
【０００７】 図１はグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）波形生成器のブロック図
である。円にプラスの記号はモジューロ２加算を示す。一般にＧＰＳ配列は２４
の衛星からなり、ナビゲーションのために使用される２１の宇宙飛行体（ＳＶｓ
）と３つの予備からなる。各ＳＶは地上局を監視することによってＧＰＳ時間に
同期されているクロックを含む。位置と時間を決めるために、ＧＰＳ受信機はい
くつかの衛星から受信される信号を処理する。４つの未知数（ｘ，ｙ，ｚ，時間
）を解決くために少なくとも４衛星が使われなければならない。
【０００８】 各ＳＶは２つのマイクロ波搬送波、すなわち標準ポジショニングサービス（Ｓ
ＰＳ）に使われる信号を搬送する１５７５．４２ＭＨｚのＬ１搬送波、そして精
密ポジショニングシステム（ＰＰＳ）に必要とされる信号を搬送する１２２７．
６０ＭＨｚのＬ２搬送波を送信する。ＰＰＳは政府機関に使用され、位置特定に
おいてより高度な正確性を許容する。
【０００９】 Ｌ１搬送波は粗捕捉（Ｃ／Ａ）コードによって変調され、この粗捕捉コードは
１．０２３Ｍｃｐｓで送信される１０２３チップ擬似ランダムコードであり、民
間の位置特定サービスに使用される。（粗捕捉コードは、ここに記述される粗と
微の捕捉と混同すべきではない。粗と微の捕捉は両方ともにＣ／Ａコードの使用
に関係している。）各衛星は１ｍｓ毎ごとに繰り返されるそれ特有のＣ／Ａコー
ドを持つ。ＰＰＳのために使われるＰコードは期間にして２６７日の１０．２３
ＭＨｚコードである。Ｐコードは両搬送波で現れるが、Ｌ１搬送波上のＣ／Ａコ
ードと９０度位相を異にしている。搬送波変調の前に、Ｃ／ＡコードとＰコード
の両方で排他的論理和がとられる５０Ｈｚのナビゲーションメッセージは、衛星
軌道と時間補正のようなシステム情報を提供する。 Ｌ１搬送波は粗捕捉（Ｃ／Ａ）コードによって変調され、この粗捕捉コードは
１．０２３Ｍｃｐｓで送信される１０２３チップ擬似ランダムコードであり、民
間の位置特定サービスに使用される。各衛星は１ｍｓ毎ごとに繰り返されるそれ
特有のＣ／Ａコードを持つ。ＰＰＳのために使われるＰコードは期間にして２６
７日の１０．２３ＭＨｚコードである。Ｐコードは両搬送波で現れるが、Ｌ１搬
送波上のＣ／Ａコードと９０度位相を異にしている。搬送波変調の前に、Ｃ／Ａ
コードとＰコードの両方で排他的論理和がとられる５０Ｈｚのナビゲーションメ
ッセージは、衛星軌道と時間補正のようなシステム情報を提供する。 Ｌ１搬送波は粗捕捉（Ｃ／Ａ）コードによって変調され、この粗捕捉コードは
１．０２３Ｍｃｐｓで送信される１０２３チップ擬似ランダムコードであり、民
間の位置特定サービスに使用される。各衛星は１ｍｓ毎ごとに繰り返されるそれ
特有のＣ／Ａコードを持つ。ＰＰＳのために使われるＰコードは期間にして２６
７日の１０．２３ＭＨｚコードである。Ｐコードは両搬送波で現れるが、Ｌ１搬
送波上のＣ／Ａコードと９０度位相を異にしている。搬送波変調の前に、Ｃ／Ａ
コードとＰコードの両方で排他的論理和がとられる５０Ｈｚのナビゲーションメ
ッセージは、衛星軌道と時間補正のようなシステム情報を提供する。
【００１０】 各衛星はゴールドコードと呼ばれるコードのファミリーに属する異なるＣ／Ａ
コードを持つ。それらの間の相互相関は小さいので、ゴールドコードが使用され
る。Ｃ／Ａコードは、図１．４−２に示される２つの１０段シフトレジスタを使
用し生成される。Ｇ１生成器は多項式１＋Ｘ3+Ｘ10を使う一方、Ｇ２生成器は多
項式１＋Ｘ2+Ｘ3+Ｘ6+Ｘ8+Ｘ9+Ｘ10を使う。Ｃ／Ａコードは、Ｇ２シフトレジス
タの２ビットとＧ１シフトレジスタの出力を排他的論理和することによって生成
される。
【００１１】 図２はこの発明の使用にしたがって構成されるセルラ電話機システムを非常に
簡略化したブロック図である。移動電話機１０は、基地局制御局（ＢＳＣ）１４
と結合されている基地局１２の間に位置する。移動スイッチングセンタＭＳＣ１
６はＢＳＣ１４を公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）に接続する。動作の間、いくつか
の移動電話機は、その他の移動電話機がスタンバイモードの間、基地局１２とイ
ンターフェースすることによって電話通話を行っている。
【００１２】 この発明の譲受人に譲渡され、また参照によりここに組み込まれている“ワイ
ヤレスＣＤＭＡトランシーバの位置を決定するシステムおよび方法”と題する出
願中の米国特許出願番号第０９／０４０，０５１号で説明されているように、位
置特定は、移動電話機にＧＰＳ信号を迅速に捕捉させることを許容する「補助情
報」を含む位置要求メッセージの送信によって容易にされる。この情報は宇宙飛
行体のＩＤ番号（ＳＶ ＩＤ）と、推定コード位相と、推定コード位相周辺のサ
ーチウィンドウサイズと、推定周波数ドップラーとを含む。この情報を使い、移
動体ユニットはＧＰＳ信号を捕捉でき、またより早くその位置を特定することが
できる。
【００１３】 補助メッセージに応答して、移動体ユニットはＧＰＳ周波数に同調し、そして
基地局によって示されたＳＶｓのために局部的に生成されたＣ／Ａシーケンスと
受信信号を相関し始める。移動体ユニットは補助情報を使用してサーチ空間を狭
め、ドップラー効果を補償し、時間相関を使用して各衛星に対する擬似範囲を獲
得する。注意すべきは、それらの擬似範囲は、移動体ユニットの時間（ＣＤＭＡ
受信機の合成システムの時間カウンタから参照される）に基づいていることであ
り、この移動体ユニットの時間はＧＰＳ時間を遅延したバージョンである。
【００１４】 この情報が一度計算されると、移動体ユニットは（望ましくは１／８チップ分
解能の）各衛星に対する擬似範囲と測量がなされた時間を基地局に送る。その後
移動体ユニットは通話を続けるためＣＤＭＡに戻る。
【００１５】 それゆえ情報を受け取ると、ＢＳＣは一方向遅延推定を使用して、移動体ユニ
ット時間から基地局時間に擬似範囲を変換し、そしていくつかの球面の交差を解
くことにより移動体ユニットの推定位置を計算する。
【００１６】 補助メッセージによって提供されるもう１つのパラメータは周波数ドップラー
か、もしくはドップラーオフセットである。ドップラー効果は、送信機と受信機
の間における相対速度による受信信号の周波数に見かけ上の変化として現れる。
搬送波におけるドップラーの影響は周波数ドップラーと呼ばれる一方、ベースバ
ンド信号における影響はコードドップラーと呼ばれる。
【００１７】 ＧＰＳのケースでは、周波数ドップラーは受信搬送波周波数を変えるため、影
響は搬送波オフセットによる復調と同じである。基地局のＧＰＳ受信機は所要の
衛星を積極的に追跡するので、衛星の動きによる周波数ドップラーが分かる。そ
の上、その衛星は基地局と移動体ユニットからかなり遠くにあるために、移動体
ユニットに見られるようなドップラーは、基地局によって見られるドップラーと
事実上同じである。この発明の一実施形態において、周波数ドップラー値を補正
するため、移動体ユニットは受信機にあるローテータを使用する。周波数ドップ
ラーは、−４５００Ｈｚから＋４５００Ｈｚまでの範囲で変化し、変化の割合は
毎秒１Ｈｚのオーダーである。
【００１８】 コードドップラーの影響は１．０２３ＭＨｚチップレートを変化させることで
あり、それは受信したＣ／Ａコードチップの幅を事実上、圧縮や拡大させる。こ
の発明の一実施形態において、移動体ユニットは１．０２３／１５７５．４２の
比率を周波数ドップラーに乗算することによってコードドップラーを補正する。
移動体ユニットはその後、必要なように１／１６チップの増分で受信ＩＱサンプ
ルの位相を変えること（遅れを取り入れること）によって、時間に関してコード
ドップラーを補正できる。
【００１９】 図３は、この発明の一実施形態にしたがって構成されるセルラ電話機（ワイヤ
レス加入者ユニット）の受信機部分のブロック図である。受信波形１００は、周
波数Ｗｃ＋Ｗｄの搬送波で変調されたＣ／Ａ信号Ｃ(ｎ)としてモデル化したもの
であり、Ｗｃは１５７５．４２ＭＨｚの公称搬送波周波数であり、Ｗｄは衛星の
動きによって作られたドップラー周波数である。ドップラー周波数は衛星が頭上
真上である場合の０から最悪のケースにおける約４．５ｋＨｚまでの範囲で変化
する。受信機のアナログ部分は周波数Ｗｒでランダムな位相の搬送波による復調
としてモデル化でき、ローパスフィルタ処理がその後に続く。
【００２０】 結果として得られたベースバンド信号は、デジタルのＩとＱサンプルを作るた
めに（図示していない）Ａ／Ｄコンバータを通され、これらのデジタルＩとＱサ
ンプルは繰り返してサーチされるかもしれないので記憶される。そのサンプルは
Ｃ／Ａコードチップレートの２倍で発生するが(チップ×２)、これは微サーチア
ルゴリズムを行うため必要なものよりも低い分解能であるが、１８ｍｓサンプル
データを妥当な量のメモリに記憶させることを許容する。一般に、１８ｍｓが好
ましい積分期間である場合に、ほとんどの環境条件での捕捉を許容するため、１
０ｍｓより長い何らかの時間の間サーチを実行することが望ましい。このような
環境条件は、内部であることや、衛星への直接的な視野がないことが含まれる。
【００２１】 動作の間、そのサンプルは初めにドップラー周波数オフセットを補正するため
ローテータ１０２によって回転される。回転されたＩとＱのサンプルは、衛星の
Ｃ／Ａシーケンスのさまざまなオフセットと相関がとられ、結果として得られる
積は積分器１０４によってＮｃチップの間でコヒーレントに積分される。コヒー
レント積分合計は、未知の位相オフセットの影響を取り除くため、２乗され、お
互いに加算される。特定のオフセットのための仮定テストを増やすために、いく
つかのコヒーレントインターバルが、非コヒーレントに結合される。この逆拡散
は、衛星信号の時間オフセットを明らかにするため、さまざまな時間オフセット
で繰り返し行なわれる。ローテータ１０２は衛星の動きによって作られた周波数
ドップラーを取り除く。ローテータ１０２は、（好ましくは１０Ｈｚインターバ
ルに量子化された）基地局によって指定されたドップラー周波数を使用し、Ｉと
Ｑサンプルを回転させて周波数オフセットを取り除く。
【００２２】 この発明の一実施形態において、回転はコヒーレント積分ウィンドウに対して
のみ連続的である。すなわち、例えば１ｍｓというコヒーレント積分期間の間に
おいてローテータが止まる。結果として得られたどの位相差も、２乗と合計によ
って排除される。
【００２３】 図４は、この発明の一実施形態にしたがって構成される受信機のもう１つのブ
ロック図であり、受信機のローテータ部分がより詳細に描写されている。
【００２４】 図５は、この発明の代替実施形態にしたがって構成された受信機である。この
発明の内部実施形態は、入力サンプルの代わりに、ローカル的に生成されるＣ／
Ａシーケンスを回転させることによって、コヒーレント積分期間の間にローテー
タを止める能力を利用する。
【００２５】 示されているように、Ｃ／ＡシーケンスＣ(ｎ)は、シヌソイドＳＩＮ(Ｗｄｎ
Ｔｃ)とＣＯＳ(ＷｄｎＴｃ)の適用によって回転され、その後記憶される。Ｃ／
Ａシーケンスの回転は、各衛星に対して一度行う必要があるだけである。したが
って、Ｃ／Ａシーケンスを回転させることは、必要とされる計算量を減らす。ま
た、これは、この発明の一実施形態においてこの計算を行うために使用されるＤ
ＳＰにおけるメモリを節約することにもなる。
【００２６】 位置特定アルゴリズムの性能を低下させているもう１つの重要な障害は、移動
体ユニットの内部クロックにおける周波数誤差である。１ｍｓのオーダーの短い
コヒーレント積分時間の使用を余儀なくさせているのはこの周波数誤差である。
より長い時間期間を通してコヒーレント積分を行うことが望ましい。
【００２７】 例示的な構成において、移動体の束縛なく動作する（内部の）局部発振器クロ
ックは、＋／−５ｐｐｍの周波数公差を持つ１９．６８ＭＨｚ水晶である。この
ことは＋／−７５００Ｈｚのオーダーの大きな誤差を引き起こす原因になる可能
性がある。このクロックはＧＰＳ信号の復調に使われる搬送波を生成するのに使
用されるので、クロック誤差は信号捕捉時間に加わる。サーチに利用可能な時間
はとても小さいために、周波数公差によるこの大きさの誤差は許容できず、大き
く減らさなければならない。
【００２８】 この発明の一実施形態において、より長いコヒーレント積分時間を許容するた
めに、ＣＤＭＡ受信機は、ＣＤＭＡパイロットから捕捉されるタイミングを使い
、もしくは利用できるタイミング情報の他の何らかのソースを使用して、局部発
振器の誤差を補正する。これは、可能な限り１９．６８ＭＨｚに近く局部発振器
クロックを同調するのに使われる制御信号を作り出す。ＲＦユニットがＣＤＭＡ
からＧＰＳに切り替わるとき、局部発振器クロックに加えられる制御信号は固定
される。
【００２９】 補正は基地局（もしくは他のソース）からのタイミング情報を使用して補正が
行われた後でさえ、何らかの付加的なクロック誤差が残る。この発明の一実施形
態において、補正後に結果として得られた周波数の不正確さは＋／−１００Ｈｚ
である。この残余誤差は依然として受信機の性能を低下させ、そして一般的に、
より長いコヒーレント積分時間を妨害してしまう。この発明の一実施形態では、
残余誤差は、性能を低下させる１ｍｓより長い持続期間に、非コヒーレント積分
を行うことによって簡単に避けられる。
【００３０】 図１に示したように、５０HｚのＮＡＶ／システムデータもＬ１搬送波に変調
される。（０から１や１から０）といったデータの遷移が、半分のコヒーレント
積分ウィンドウの２つ間で起これば、その２つの半分のものはお互いに打ち消し
てしまうため、結果として得られるコヒーレント積分合計は零になるであろう。
これは最悪のケースで１だけ非コヒーレント記憶数を有効に減らす。全衛星のデ
ータ境界は同期されているが、経路遅延の相違のため移動体ユニットに同時に到
達しない。この経路遅延は事実上、受信データ位相をランダムにする。
【００３１】 この発明の一実施形態において、異なる信号における異なるデータ位相の問題
は、基地局から移動体ユニットに送られる補助情報に位相データを含めることで
ある。基地局は５０Ｈｚのデータを復調しているので、データ遷移が各衛星に対
していつ発生するかは分かる。一方向遅延の知識を使用して、データ遷移が（２
０の範囲の中からの）どの１ｍｓインターバルで起こるかを示すことにより、基
地局は例えば（衛星ごとに）５ビットでデータ位相を符号化できる。
【００３２】 コヒーレント積分ウィンドウが５０Ｈｚのデータの境界をまたぐ場合には、コ
ヒーレント積分は２つのセクションに分けられる。１つのセクションはデータ境
界に先立ち、１つのセクションはデータ境界に続く。例えば、もしＥｎ１が、デ
ータ境界に先行するウィンドウすなわちこのウィンドウの最初の半分に対するコ
ヒーレント積分合計であり、Ｅｎ２がデータ境界に続くウィンドウに対するコヒ
ーレント積分合計であれば、移動体ユニットはその後、位相の変化を補償するた
め、（データが同じのままであれば）（Ｅｎ１＋Ｅｎ２）、（データが変化して
いれば）（Ｅｎ１−Ｅｎ２）の中から（大きさが）最大の方を選択する。移動体
ユニットは、このデータウィンドウに対して２つの半分を非コヒーレントに結合
するか、もしくは完全にこのデータウィンドウを避けるオプションも持っている
。 この発明の代替実施形態において、移動体ユニットは、合計を２乗した大きさ
と１ｍｓコヒーレント積分における差とを比較することにより、基地局からの補
助情報なしでデータ遷移を発見しようと試みる。
【００３３】 この発明の一実施形態において、ファームウエアベースのデジタルシグナルプ
ロセッサ（ＤＳＰ）アプローチがＧＰＳ処理を行うために使われる。ＤＳＰはチ
ップ×２（２．０４６ＭＨｚ）か、チップ×８（８．１８４ＭＨｚ）のレートで
ＩとＱサンプルを受信し、そして、その内部ＲＡＭに４ビットのＩとＱサンプル
のスナップショットを記憶する。
【００３４】 例示的な実施形態において、ＤＳＰは、Ｃ／Ａシーケンスを生成し、周波数ド
ップラーを排除するために回転を行い、各衛星に対して基地局によって提供され
るサーチウィンドウを通して相関をとる。ＤＳＰは、コヒーレント積分と非コヒ
ーレント結合を行い、そしてコードドップラーを補償するのに必要なようにＩＱ
サンプルデシメータをスリューさせる。
【００３５】 計算とメモリを節約するため、初めのサーチはチップ分解能を使用して行われ
、そして（より高い）１／８チップ分解能を得るためのより微細なサーチは、最
良のインデックスのあたりで行われる。システム時間は（局部発振器から引き出
される）ハードウェア生成された１ｍｓインターラプト信号をカウントすること
によって維持される。
【００３６】 さらに、この発明の一実施形態において、微サーチはさまざまなチップ×８オ
フセットで１つのチップの持続期間に対して、チップ×８サンプル（より高分解
能）を記憶することにより行われる。相関コードは記憶された値に適用され、こ
れは特定のチップ×８オフセットで変化する相関値をもたらす。これはコードオ
フセットをチップ×８分解能で決定させることを許容する。
【００３７】 図６は、この発明の一実施形態にしたがって行われるときに、位置特定手順の
間に局部発振器誤差を補正するために実行されるステップを描写しているフロー
チャートである。ステップ５００では、局部発振器が最近補正されたかどうかが
決定される。もし補正されていなければ、パイロットが基地局から捕捉され、そ
して、局部発振器誤差はステップ５０２でパイロットタイミングと比較すること
により決められ、そして、補正信号がその誤差をもとにして生成される。
【００３８】 フローはその後ステップ５０４に導かれ、そこで補正信号は現在値で固定され
る。ステップ５０６では、ＧＰＳモードに入り、補正されたクロックを使い位置
特定を行う。一度、位置特定が行われると、移動体ユニットはステップ５０８で
ＧＰＳモードを離れる。
【００３９】 図７は、この発明の一実施形態にしたがって構成されるＤＳＰ受信機システム
の描写である。ＤＳＰは最小限に加えたハードウェアで全体のサーチ動作を行う
。ＤＳＰコア３０８、モデム３０６、インターフェースユニット３００、ＲＯＭ
３０２、メモリ（ＲＡＭ）３０４はバス３０６を介して結ばれている。インター
フェースユニット３００は（図示されていない）ＲＦユニットからＲＦサンプル
を受け取り、ＲＡＭ３０４にそのサンプルを提供する。ＲＦサンプルは、粗分解
能や微分解能で記憶することができる。ＤＳＰコア３０８は、メモリ３０４とと
もにＲＯＭ３０２にも記憶されている命令を使って、メモリに記憶されているサ
ンプルを処理する。メモリ３０４は、そのいくつかはサンプルを記憶し、またい
くつかは命令を記憶する複数の“バンク”を備えている。モデム３０６は通常モ
ードの間はＣＤＭＡの処理を行う。
【００４０】 図８は、位置特定動作の間に行われるステップのフローチャートである。位置
特定動作は補助メッセージが受信される時に始まり、ＲＦシステムはステップ６
００でＧＰＳ周波数に切り替えられる。ＲＦシステムがＧＰＳ周波数を受信する
ため切り替えられる時、周波数追跡ループが固定される。ＤＳＰは補助情報を電
話機マイクロプロセッサから受信し、ドップラーの大きさによって衛星を分類す
る。
【００４１】 ステップ６０２で、粗サーチデータがＤＳＰ ＲＡＭに記憶される。ＤＳＰは
数百マイクロセカンドの入力データを受け取って、Ｒｘ ＡＧＣをセットする。
ＤＳＰはシステム時間を記録し、その内部ＲＡＭにチップ×２のＩＱデータの１
８ｍｓウィンドウ（ＤＳＰメモリの限度）を記憶し始める。隣接するデータのウ
ィンドウを使用してコードドップラーの影響が軽減される。
【００４２】 一度データが記憶されると、粗サーチがステップ６０４にて行われる。ＤＳＰ
は粗サーチ（チップ×２分解能）を始める。各衛星に対して、ＤＳＰはＣ／Ａコ
ードを生成し、周波数ドップラーに基づいてコードを回転させ、Ｃ／Ａコードの
記憶された粗サーチデータへの適用を繰り返すことにより、基地局によって指定
されたサーチウィンドウに対して相関をとる。衛星は同じ１８ｍｓデータウィン
ドウに対して処理され、各衛星に対して、しきい値を超える最良のチップ×２仮
定が得られる。（９非コヒーレント積分で）２ｍｓのコヒーレント積分時間が、
この発明の一実施形態で使われているが、以下に記述するように、付加的な調整
を行うことが好ましいものの、より長いコヒーレント積分時間（例えば１８ｍｓ
）を使用することができる。
【００４３】 一度、粗サーチが行われると、ステップ６０６で微サーチが行われる。微サー
チを始める前に、ＤＳＰは各衛星に対して回転されたＣ／Ａコードを計算する。
これはＤＳＰがリアルタイムで微サーチを処理できるようにする。微サーチ（チ
ップ×８分解能）を行う際、衛星は異なるデータに対して一度に１つ処理される
。
【００４４】 ＤＳＰは最初にデシメータをスリューさせて所定の衛星に対するコードドップ
ラーを補償する。ＤＳＰは、またチップ×８サンプルの１ｍｓコヒーレント積分
ウィンドウを記憶する前に、次の１ｍｓ境界を待つ間、Ｒｘ ＡＧＣ値をリセッ
トする。
【００４５】 ＤＳＰはこの１ｍｓコヒーレント積分ウィンドウで、５つの隣接するチップ×
８分解能仮定を処理し、ここで中心になる仮定は粗サーチで得られる最良の仮定
である。次の１ｍｓウィンドウを処理した後、結果はコヒーレントに結合され、
この２ｍｓ合計は全てのＮｎ反復に対して非コヒーレントに結合される。
【００４６】 （デシメータを変えることから始める）このステップは、全ての衛星が処理さ
れるまで、次の衛星に対して同じデータで繰り返される。もし２衛星に対するコ
ードドップラーが大きさにおいて似ていれば、要求されるデータセットの数を減
らすために、同じデータを通して両衛星を処理することが可能となるであろう。
最悪のケースでは、１ｍｓの２＊Ｎｎデータウィンドウの８セットが微サーチの
ために使われる。
【００４７】 最後にステップ６０８で、結果がマイクロプロセッサに報告され、ボコーダ処
理は通話が継続できるようにＤＳＰ内で再スタートされる。ＤＳＰはマイクロプ
ロセッサに擬似範囲を報告し、マイクロプロセッサはそれらを基地局に送る。マ
イクロプロセッサがボコーダプログラムコードをＤＳＰメモリに再ダウンロード
した後、ＤＳＰはそのデータメモリを消去し、ボコーダを再スタートさせる。
【００４８】 図９は、粗サーチの後に行われる微サーチを描写した図である。粗サーチにお
ける最良のチップ×２位相を分離した後、ＤＳＰはチップ×８分解能を得るため
に、この位相のあたりの微サーチを行う。
【００４９】 微サーチで比較するための５つの位相は、長方形に閉じて表されている。最良
のチップ×２位相は、同じ１組のデータを通して比較できるように、再評価され
る。これは粗サーチと微サーチが、異なる積分時間を使用できるようにする。微
サーチは、各衛星がコードドップラーに対して異なる値を持っているかもしれな
いので、各衛星に対して別々に行われる。
【００５０】 図１０は、この発明の一実施形態にしたがって行われたときの、サーチプロセ
スのタイムラインを表したものである。（粗と微のサーチ）全処理時間は、この
発明の一実施形態において約１．３２４秒であり、これは通話をインターラプト
するが、いったんサーチが行われると、依然として通話を継続できるようにする
。１．３２４秒の総サーチ時間は上限の境界であり、なぜなら、ＤＳＰは全８衛
星をサーチし、各衛星は６８チップのサーチウィンドウを持っていることが仮定
されるからである。全１．３２４秒が必要とされる確率は小さいが、それは衛星
軌道の幾何学的配置のためである。
【００５１】 初めの１８ｍｓ８０の間に、ＩＱサンプルデータがＧＰＳ周波数で集められる
。期間８２の間には、粗サーチは内部的に実行され、これは１．１３秒まで続く
が、おそらく衛星信号が識別されるとすぐに終了する。一度、粗サーチが行われ
ると、Ｃ／Ａコードが２４ｍｓかかる時間期間８４の間に計算される。時間期間
８６の間に、スリュー値がコードドップラーに対して調整され、Ｒｘ ＡＧＣが
さらに調整される。時間期間８６の間に連続的な調整を実行して、時間期間８８
の間に、微サーチがＩＱデータサンプルにおいて行われ、１８ｍｓの積分時間の
使用は、受信Ｃ／Ａコード位相が１チップの１／１６より少ない量だけシフトさ
れるので、ドップラーコードを無視することを許容する。８つまでの衛星に対し
て８つまでのシーケンスの調整と微サーチが実行され、そのとき位置特定手順が
終了する。
【００５２】 さらに、この発明のいくつかの実施形態において、位置特定手順が行われる間
に、電話機は基地局にリバースリンクフレームを送信し続ける。これらのフレー
ムは、単に基地局が加入者ユニットと同期をとったままにできるようにヌル情報
を含んでいてもよく、もしくはフレームは、電力制御コマンドや情報要求のよう
な付加情報を含んでいてもよい。ＲＦ回路が利用できる時にＧＰＳサンプルが集
められていない場合や、十分なＲＦ回路が利用できればＧＰＳサンプルが集めら
れる間に、これらのフレーム送信を実行することが好ましい。
【００５３】 １８ｍｓの積分時間の使用はコードドップラーの影響を回避するが、５０Ｈｚ
レートでＧＰＳ信号に対してのデータの送信は、もしデータの変化が（上記に記
述したように）１８ｍｓのプロセス期間内に起これば、問題を引き起こす。デー
タの変化は信号位相をシフトさせる。５０Ｈｚのデータ境界は各衛星に対して異
なった場所で起こる。各衛星に対する５０Hｚ遷移の位相は、各衛星から電話機
への変化する経路長によって事実上ランダムになる。
【００５４】 最悪のケースでは、データビットがコヒーレント積分インターバルの中間にお
いて反転されると、コヒーレント積分は完全に失敗する。この理由のために、こ
の発明の代替実施形態において、（上記にも記述したが）基地局は各衛星のデー
タ遷移境界を電話機に通信しなければならない。データの送信境界は（遷移が各
衛星に対して起こるミリセカンドインターバルを示す１組の５ビットメッセージ
中のような）基地局から送られる補助メッセージにも含まれていることが好まし
い。電話機はこの境界を使用して衛星に対するコヒーレント積分インターバルを
２つに分割し、これらの２つのインターバル中のコヒーレント積分合計を加える
か減じるかどうかを決める。したがって、各ＧＰＳ信号のデータ境界も含めるこ
とにより、位置特定手順の信頼性が増大する。
【００５５】 この発明の例示的な実施形態において、何らかの周波数の不確実性は、コヒー
レント積分時間に伴い増えるＥｃ／Ｎｔにおける損失を生み出す。例えば、表１
に示すように、＋／−１００Ｈｚの不確実性では、Ｅｃ／Ｎｔの損失はコヒーレ
ント積分時間が増加するにしたがって急速に増加する。
【表１】
【００５６】 上記にも示したように、移動体ユニット中の局部発振器の未知の周波数オフセ
ットが常にいくつか存在する。より長いコヒーレント逆拡散と積分が実行される
のを妨げているのはこの未知の周波数オフセットである。未知の周波数オフセッ
トの影響を減らすことができるのであれば、より長いコヒーレントはプロセスを
改善するであろう。
【００５７】 この発明の一実施形態において、サーチ空間を２次元に拡げて周波数サーチを
含めることによって、この未知の周波数オフセットが消去される。各仮定に対し
て、いくつかの周波数サーチが行われ、各周波数サーチは周波数オフセットが既
知の値であると仮定する。周波数オフセットの間隔をあけることによって、加え
られた計算とメモリを犠牲にして、周波数の不確実性を任意の小さな値に減らす
ことができる。例えば、５つの周波数仮定が使われる場合と、結果として得られ
るサーチ空間は図１０に示された通りとなる。
【００５８】 移動体ユニットの典型的動作仕様である、＋／−１００Ｈｚ周波数の不確実性
に対して、この構成は最大周波数オフセットを２０Ｈｚに減らす（仮定の１つは
実際の周波数オフセットの２０Ｈｚ以内にならなければならない）。２０ｍｓの
コヒーレント積分時間により、２０Ｈｚの周波数オフセットでのＥｃ／Ｎｔの損
失は２．４２ｄＢである。周波数仮定の数を倍にして１０にすると、周波数の不
確実性は１０Ｈｚに減らすことができ、それは０．５８ｄＢのＥｃ／Ｎｔ損失に
なる。しかしながら、付加的な仮定を付け加えることはサーチ空間を拡大し、こ
れは計算とメモリの要求の両方を増加させる。
【００５９】 この発明の一実施形態は、周波数ドップラーで周波数オフセットを１つに扱う
ことにより、また各周波数仮定に対して新しい回転されたＰＮコードを計算する
ことによって周波数仮定を計算する。しかしながら、これは周波数仮定の数を全
計算における倍数的に増加する要因にし、それは、５つの周波数仮定は５倍の計
算を意味している。
【００６０】 あるいは、周波数の不確実性はドップラー周波数と比較して小さいので、回転
位相はこの発明のもう１つの実施形態において、１ｍｓのインターバル（８０Ｈ
ｚ仮定の期間の８％）を通して一定であるとみなすことができる。それゆえ、コ
ヒーレント積分インターバルを、１ｍｓのサブインターバルまでに分けることに
よって、サブインターバルの積分合計は、３次の大きさによって周波数サーチを
計算するのに必要がある付加された計算を減らすために回転される。結果として
より長いコヒーレント逆拡散を行うことができ、性能が改善される。
【００６１】 図１２はより長いコヒーレント逆拡散アプローチの使用にしたがって構成され
た受信機のブロック図である。第１組の乗算器５０は、回転されたＣ／Ａコード
とＩＱサンプルを相関することにより周波数ドップラーを補償する。これは修正
されていないＣ／Ａコードとの相関の前に、ＩＱサンプルを回転させることと同
等である。周波数ドップラーは４５００Ｈｚと同じ位大きくなりえるので、回転
は全てのチップに適用される。累算器５２を使用して１ｍｓのインターバル（１
０２３チップ）を通してコヒーレントに積分した後、第２組の乗算器５４が周波
数仮定を実現するために１ｍｓの積分合計（−Ｉと−Ｑ）を回転させる。回転さ
れた合計はその後、コヒーレント積分インターバル全体を通して加算される。
【００６２】 周波数ドップラーの回転がメモリと計算を節約するため１０２３チップでのみ
計算されたことを思い出す。１ｍｓより長いコヒーレント積分時間に対して、各
コヒーレント積分合計は、位相オフセットによって乗算され、回転の位相を時間
的に連結にする。これを数学的に表すと、周波数ドップラーの回転を伴う１ｍｓ
コヒーレント積分合計は次のように表すことができる。
【数１】
【００６３】 ここでＩ(ｎ)とＱ(ｎ)はそれぞれＩとＱチャネルで受けた入力サンプルであり
、ｃ(ｎ)は回転されていないＣ／Ａコードであり、ｗｄは周波数ドップラーであ
り、Ｔｃはチップインターバルである（０．９７７５μｓ）。２ｍｓコヒーレン
ト積分合計は次のように表すことができる。
【数２】
【００６４】 ここでＳ１は、第１の１ｍｓ積分合計であり、Ｓ２はＳ１を計算するのに使用
されたのと同じ回転されたＣ／Ａ値を使用して計算された第２の１ｍｓ積分合計
である。
【数３】
【００６５】 の項は、同一の回転された値を使用して補償する位相オフセットである。同様に
３ｍｓコヒーレント積分合計は次のように表すことができる。
【数４】
【００６６】 同一の１０２３要素の回転されたＣ／Ａシーケンスを使用しながら積分時間を
広げるため、(ｎ＋１)個の１ｍｓ積分合計は、全合計に加えられる前に、
【数５】
【００６７】 によって乗算されなければならない。これは１ｍｓ積分合計の回転であるため、
２度の回転を行わなければならないのを避けるため、周波数サーチと共にこの動
作を結合できる。すなわち、
【数６】
【００６８】 周波数仮定をサーチし周波数ドップラー位相オフセットを消去するために、(
ｎ＋１)番目の１ｍｓ積分合計に、
【数７】
【００６９】 を乗算することができる。
【００７０】 周波数の不確実性は衛星によるものではないため、周波数サーチは一衛星を捕
捉した後、減らすことができることに留意すべきである。より長いコヒーレント
積分が望まれているのならば、さらに微細な周波数サーチを行うことができる。
【００７１】 この発明の例示的な実施形態において、微サーチは２つの違いがあるが粗サー
チに似た方法で行われる。初めに積分インターバルは、２乗して非コヒーレント
に加算する代わりに、常にコヒーレントに加算される。次に、（粗サーチの後に
知られるべき）周波数の不確実性を取り除くための回転は、周波数ドップラー位
相オフセットと結合され、そしてお互いに加算する前に、１ｍｓコヒーレント積
分インターバルを回転させるのに使われる。
【００７２】 この発明における代替実施形態において、チップ×２データのコヒーレント積
分ウィンドウは１８ｍｓよりも長い積分時間に対して積分される。この実施形態
では付加的なメモリが利用できると便利である。１８ｍｓよりも長いコヒーレン
ト積分に対して、５０Ｈｚデータ境界は、より短い積分時間と同じように処理さ
れる。基地局は各衛星に対して境界がどこであるのかを示し、ＤＳＰはそのラン
ニング合計から、もしくはランニング合計に、２０個の１ｍｓコヒーレント積分
期間の合計を加えるか、もしくは差し引くかを決める。
【００７３】 しかしながら、周波数の不確実性と積分時間の定数の積が、Ｅｃ／Ｎｔの損失
に影響を及ぼすため、周波数の不確実性は、長いコヒーレント積分インターバル
に対して非常に小さく減らされなければならない。２０Ｈｚ周波数の不確実性を
持つ２０ｍｓ積分は結果的に２．４２ｄＢのＥｃ／Ｎｔの損失になるので、４０
０ｍｓの積分時間で同じ損失を維持するためには、周波数の不確実性を１Ｈｚに
減少させることが必要である。この問題を補正するために、周波数の不確実性は
、階層的方法で１Ｈｚまで減らされる。例えば、第１の周波数サーチは、不確実
性を１００Ｈｚから２０Ｈｚに減らし、第２のサーチは不確実性を４Ｈｚまで減
らし、第３のサーチは不確実性を１Ｈｚまで減らす。周波数サーチは、基地局か
ら得られた周波数ドップラーの誤差をも補償するであろう。
【００７４】 さらに、より長い積分を行うために似たようなドップラーを持った衛星だけが
長い積分時間の同じデータを通してサーチされるが、それはドップラーコードが
各衛星で異なるためである。ＤＳＰは一チップの１／１６をスリップさせるのに
どれぐらいかかるかを計算し、コヒーレント積分データウィンドウを集めるのに
したがってデシメータをスリューさせる。加えて、この実施形態において複数の
データウィンドウがとられる。
【００７５】 このように、ワイヤレス通信システムにおいて位置特定を行うための方法と装
置を説明した。好ましい実施形態の先の記述は、当業者がこの発明を作り使用出
きるように提供されている。これらの実施形態のさまざまな改良は、当業者に容
易に明らかになり、ここに規定された一般的な原理は、独創的能力なしでも他の
実施形態に適用できるであろう。したがって、この発明はここに示された実施形
態に限定されることを意図しているものではなく、ここで開示された原理や新し
い構成と矛盾しない最も広い範囲に一致すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）波形生成器のブロック図。
【図２】 この発明の使用にしたがって構成されたセルラ電話システムの非常に簡略化し
たブロック図。
【図３】 発明の一実施形態にしたがって構成された受信機のブロック図。
【図４】 図３で描写した受信機のもう１つのブロック図。
【図５】 発明の代替実施形態にしたがって構成された受信機。
【図６】 位置特定の動作の間に行われるステップのフローチャート。
【図７】 発明の一実施形態にしたがって構成されたＤＳＰのブロック図。
【図８】 発明の一実施形態にしたがって行われるサーチの間に行われるステップを説明
するフローチャート。
【図９】 微と粗サーチが、発明の一実施形態において行われる位相を説明するタイムラ
イン。
【図１０】 発明の一実施形態にしたがって行われるときのサーチプロセスのタイムライン
。
【図１１】 サーチ空間の図。
【図１２】 発明のもう１つの実施形態にしたがった受信機のブロック図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ (72)発明者 ゾウ、クゥイゼン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92126 サン・ディエゴ、ウエストビュ ー・パークウェイ 11507 (72)発明者 カン、イニュプ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92126 サン・ディエゴ、トスカーナ・ウ ェイ 5385、アパートメント 326 (72)発明者 フィブリアー、イアン・ジェイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92129 サン・ディエゴ、ナンバー 3623、 キカ・コート 9936 Ｆターム(参考） 5J062 AA01 AA08 BB05 CC07 DD03 DD04 DD05 DD12 DD23 DD24 EE03

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １組の衛星から送信された１組の信号を使用して位置特定を
    行う方法において、 （ａ）粗サーチデータを記憶し、 （ｂ）前記１組の衛星からの各衛星に対する前記粗サーチデータについて粗サ
    ーチを行い、 （ｃ）微サーチデータを受信し、 （ｄ）前記微サーチデータについて１組の微サーチを行い、各微サーチは前記
    微サーチデータの異なる時間セグメントにおいて行われ、 （ｅ）結果を報告するステップを含む方法。
  2. 【請求項２】 前記粗サーチは低分解能により行われ、前記微サーチは高分
    解能により行われる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記微サーチは前記粗サーチ結果に対応するオフセットを中
    心としたウィンドウを通して行なわれる請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記各微サーチと各粗サーチは、１０ｍｓよりも長い持続期
    間に対応するサンプル持続期間に対して行われる請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 各粗サーチは前記粗サーチデータの実質的に同一部分に対し
    て行われる請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記微サーチデータは、処理した後であるが、前記微サーチ
    が完了する前に削除される請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記微サーチは前記各衛星に対して行われる請求項１記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 前記低分解能はチップ×４もしくはそれより低く、前記高分
    解能はチップ×8もしくはそれより高い請求項２記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記低分解能はチップ×２もしくはそれより低く、前記高分
    解能はチップ×４もしくはそれより高い請求項２記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記異なる時間セグメントはオーバーラップしている請求
    項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 １組の衛星から送信される１組の信号を使用してワイヤレ
    ス通信システムで位置特定を行う方法において、 （ａ）約１８ｍｓの低分解能サンプルを収集し、 （ｂ）前記低分解能サンプルに対して１組の粗サーチを行い、 （ｃ）前記１組の粗サーチに基づいて捕捉コードを計算し、 （ｄ）高分解能サンプルの収集を開始し、 （ｅ）前記高分解能サンプルにおいて１組の微サーチを行い、 （ｆ）高分解能サンプルの収集を終了するステップを含む方法。
  12. 【請求項１２】 ステップ（ｅ）は、 （ｅ．１）サンプリングクロックの位相を調整し、 （ｅ．２）１衛星からの信号に対して微サーチを行う ステップを繰り返し行うことからなる請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記低分解能サンプルはチップ×２サンプルである請求項
    １１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記高分解能サンプルはチップ×８サンプルである請求項
    １１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記基地局にリバースリンクフレームを送信するステップ
    を含む請求項１１記載の方法。
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