JP2003244024A - Demodulator and receiver - Google Patents

Demodulator and receiver

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JP2003244024A
JP2003244024A JP2002035699A JP2002035699A JP2003244024A JP 2003244024 A JP2003244024 A JP 2003244024A JP 2002035699 A JP2002035699 A JP 2002035699A JP 2002035699 A JP2002035699 A JP 2002035699A JP 2003244024 A JP2003244024 A JP 2003244024A
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勝之 田中
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Masayuki Takada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain the compatibility between improvement of reception sensitivity and immunity to acceleration. <P>SOLUTION: A synchronization holding section in a GPS receiver has a plurality of channel circuits 91 assigned to each satellite. A carrier synchronization Costas loop 101 and a spread code synchronization DLL 102 in each channel circuit 91 individually have: low pass filters (LPFs) for passing a prescribed frequency band component of a product of a carrier, a spread code and a received spread spectrum signal; and correlation adders each summing a first correlation value resulting from integrating a signal passing through the LPF in the unit of data 1-bit length or a prescribed length being the data 1-bit length or below and a second correlation value obtained by integrating the signal resulting from inverting the part of a half of the length of the unit in the received spread spectrum signal among the signals passing through the LPF. Each channel circuit 91 performs correlation detection and applies phase control of the DLL 102 on the basis of the output from each correlation adder. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スペクトラム拡散
信号を復調する復調装置、及びこの復調装置を適用した
受信装置であっていわゆるGNSS(Global Navigatio
n Satellites System)における衛星からの信号を受信
して自己の位置及び速度を算出する受信装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a demodulation device for demodulating a spread spectrum signal and a receiving device to which the demodulation device is applied, which is a so-called GNSS (Global Navigatio).
n Satellites System) for receiving a signal from a satellite and calculating its own position and velocity.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、人工衛星を利用して地上における
移動体の位置を測定するGNSSシステムが普及しつつ
ある。このGNSSシステムとしては、例えば全地球測
位システム(Global Positioning System;以下、GP
Sという。)がある。このGPSシステムにおいて、G
PS衛星からの信号を受信するGPS受信機は、少なく
とも4個以上のGPS衛星からの信号を受信して、その
受信信号に基づいて当該GPS受信機の位置を算出し、
ユーザに報知することが基本機能である。
2. Description of the Related Art In recent years, a GNSS system for measuring the position of a moving body on the ground by using an artificial satellite has become popular. As this GNSS system, for example, Global Positioning System (hereinafter, GP)
It is called S. ). In this GPS system, G
A GPS receiver that receives signals from PS satellites receives signals from at least four or more GPS satellites, calculates the position of the GPS receiver based on the received signals,
Notifying the user is a basic function.

【0003】すなわち、GPS受信機は、各GPS衛星
からの信号を復調して各GPS衛星の軌道情報を取得
し、各GPS衛星の軌道及び時間情報と受信信号の遅延
時間とに基づいて、当該GPS受信機の3次元位置を連
立方程式によって導出するものである。なお、GPSシ
ステムにおいて、受信信号を得るGPS衛星が少なくと
も4個必要となるのは、GPS受信機が備える時計によ
る内部時間とGPS衛星が備える原子時計による時間と
の間に誤差があり、その誤差の影響を除去した3次元位
置と正確な時刻との4つの未知パラメータを算出するた
めには、少なくとも4個のGPS衛星からの擬似距離が
必要となることによる。
That is, the GPS receiver demodulates the signal from each GPS satellite to obtain the orbit information of each GPS satellite, and based on the orbit and time information of each GPS satellite and the delay time of the received signal, The three-dimensional position of the GPS receiver is derived by simultaneous equations. In the GPS system, it is necessary to have at least four GPS satellites to obtain a reception signal because there is an error between the internal time set by the clock of the GPS receiver and the time set by the atomic clock of the GPS satellite. This is because the pseudo distances from at least four GPS satellites are required to calculate the four unknown parameters of the three-dimensional position from which the influence of 1 is removed and the accurate time.

【0004】GPSシステムにおいては、民生用のGP
S受信機を用いる場合には、GPS衛星(Navstar)か
らのL1帯、C/A(Clear and Acquisition)コード
と呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信して、測位
演算を行う。
In the GPS system, a GP for consumer use
When the S receiver is used, positioning calculation is performed by receiving a spread spectrum signal radio wave called the C / A (Clear and Acquisition) code in the L1 band from the GPS satellite (Navstar).

【0005】このL1帯、C/Aコードと呼ばれる送信
信号は、送信信号速度、すなわち、チップレートが1.
023MHzであり、例えばいわゆるGold符号等の
符号長が1023の擬似ランダムノイズ(Pseudo-rando
m Noise;PN)系列の拡散符号で、50bpsのデー
タを直接拡散した信号により、周波数が1575.42
MHzの搬送波(以下、キャリアという。)に対して2
相位相変調方式(Binary Phase Shift Keying;以下、
BPSK変調方式)に基づく変調を施した信号である。
この場合、符号長が1023であることから、C/Aコ
ードは、図19中1段目に示すように、拡散符号が10
23チップを1周期として、すなわち、1周期=1ミリ
秒(msec)として、繰り返すものとなる。
The transmission signal called the C / A code in the L1 band has a transmission signal speed, that is, a chip rate of 1.
023 MHz, for example, a so-called Gold code or the like having a code length of 1023 is pseudo-random noise (Pseudo-rando).
m Noise; PN) sequence spreading code, the frequency of which is 1575.42 due to a signal obtained by directly spreading data of 50 bps.
2 for MHz carrier (hereinafter referred to as carrier)
Binary Phase Shift Keying;
This is a signal that has been modulated based on the BPSK modulation method.
In this case, since the code length is 1023, the C / A code has a spread code of 10 as shown in the first row in FIG.
23 chips are set as one cycle, that is, one cycle = 1 millisecond (msec) and repeated.

【0006】このC/Aコードの拡散符号は、GPS衛
星毎に異なっているが、どのGPS衛星が、どの拡散符
号を用いるかは、予めGPS受信機によって検知できる
ようになされている。また、GPS受信機は、後述する
航法メッセージにより、どのGPS衛星からの信号をそ
の地点及びその時点で受信することができるかが把握で
きるようになされている。そのため、GPS受信機は、
例えば3次元測位であれば、その地点及びその時点で取
得することができる少なくとも4個以上のGPS衛星か
らの電波を受信してスペクトラム逆拡散を施し、測位演
算を行うことにより、自己の位置を算出する。
The spread code of the C / A code is different for each GPS satellite, but which GPS satellite uses which spread code can be detected in advance by a GPS receiver. In addition, the GPS receiver can recognize which GPS satellite from which signal can be received at that point and at that point in time by a navigation message described later. Therefore, the GPS receiver
For example, in the case of three-dimensional positioning, by receiving radio waves from at least four or more GPS satellites that can be acquired at that point and at that point, despreading the spectrum and performing positioning calculation, the position of one's own can be determined. calculate.

【0007】また、GPS衛星からの信号データの1ビ
ットは、同図中2段目に示すように、拡散符号の20周
期分、すなわち、20ミリ秒単位として伝送される。す
なわち、データの伝送速度は、上述したように、50b
psである。さらに、拡散符号の1周期分の1023チ
ップは、ビットが"1"であるときと"0"であるときとで
は、反転したものとなる。
Further, one bit of the signal data from the GPS satellite is transmitted in units of 20 cycles of the spread code, that is, in units of 20 milliseconds, as shown in the second row in FIG. That is, the data transmission rate is 50b as described above.
ps. Further, 1023 chips for one cycle of the spread code are inverted when the bit is "1" and "0".

【0008】さらに、GPS衛星からの信号は、同図中
3段目に示すように、30ビット、すなわち、600ミ
リ秒で1ワードを形成する。さらにまた、GPS衛星か
らの信号は、同図中4段目に示すように、10ワード、
すなわち、6秒で1サブフレームを形成する。そして、
GPS衛星からの信号には、同図中5段目に示すよう
に、1サブフレームの先頭のワードに、データが更新さ
れたときであっても常に規定のビットパターンとされる
プリアンブルが挿入され、このプリアンブルに後続して
データが伝送されてくる。
Further, the signal from the GPS satellite forms one word in 30 bits, that is, 600 milliseconds, as shown in the third row in FIG. Furthermore, the signal from the GPS satellite is, as shown in the fourth row in the figure, 10 words,
That is, one subframe is formed in 6 seconds. And
In the signal from the GPS satellite, as shown in the fifth row in the figure, the preamble that is always the specified bit pattern is inserted in the first word of one subframe even when the data is updated. Data is transmitted following this preamble.

【0009】さらにまた、GPS衛星からの信号は、5
サブフレーム、すなわち、30秒で1フレームを形成す
る。そして、GPS衛星からの信号においては、上述し
た航法メッセージが、この1フレームのデータ単位で伝
送されてくる。
Further, the signal from the GPS satellite is 5
A subframe, that is, one frame is formed in 30 seconds. Then, in the signal from the GPS satellite, the navigation message described above is transmitted in the data unit of this one frame.

【0010】この1フレームのデータのうちの始めの3
個のサブフレームは、エフェメリス(Ephemeris)情報
と呼ばれるGPS衛星固有の情報である。このエフェメ
リス情報には、GPS衛星の軌道を求めるためのパラメ
ータと、GPS衛星からの信号の送出時刻とが含まれ
る。
The first 3 of the 1 frame data
Each subframe is information unique to the GPS satellite called Ephemeris information. This ephemeris information includes a parameter for determining the orbit of the GPS satellite and the time at which the signal from the GPS satellite is transmitted.

【0011】全てのGPS衛星は、原子時計を備えるこ
とによって共通の時刻情報を用いており、エフェメリス
情報に含まれるGPS衛星からの信号の送出時刻は、原
子時計の1秒単位とされている。また、GPS衛星の拡
散符号は、原子時計に同期したものとして生成される。
Since all GPS satellites are equipped with atomic clocks, they use common time information, and the time at which the signals from the GPS satellites contained in the ephemeris information are sent out is in units of 1 second of the atomic clocks. The spread code of the GPS satellite is generated as being synchronized with the atomic clock.

【0012】エフェメリス情報に含まれる軌道情報は、
数時間毎に更新されるが、その更新が行われるまでは同
一の情報となる。そのため、GPS受信機は、エフェメ
リス情報に含まれる軌道情報をメモリに保持しておくこ
とにより、数時間は同じ軌道情報を精度よく使用するこ
とができる。なお、GPS衛星からの信号の送出時刻
は、1秒毎に更新される。
The orbit information included in the ephemeris information is
The information is updated every few hours, but the same information remains until the update is performed. Therefore, the GPS receiver can accurately use the same orbit information for several hours by holding the orbit information included in the ephemeris information in the memory. The signal transmission time from the GPS satellite is updated every second.

【0013】一方、1フレームのデータのうちの残りの
2個のサブフレームの航法メッセージは、アルマナック
(Almanac)情報と呼ばれる全てのGPS衛星から共通
に送信される情報である。このアルマナック情報は、全
情報を取得するために25フレーム分必要となるもので
あり、各GPS衛星のおおよその位置情報や、どのGP
S衛星が使用可能であるのかを示す情報等から構成され
る。このアルマナック情報は、数か月毎に更新される
が、その更新が行われるまでは同一の情報となる。その
ため、GPS受信機は、アルマナック情報をメモリに保
持しておくことにより、数か月は同じ情報を精度よく使
用することができる。
On the other hand, the navigation messages of the remaining two subframes of the data of one frame are information called Almanac information commonly transmitted from all GPS satellites. This almanac information requires 25 frames to acquire all the information, and the approximate position information of each GPS satellite and which GP
It is composed of information and the like indicating whether the S satellite can be used. This almanac information is updated every few months, but remains the same until the update. Therefore, the GPS receiver can accurately use the same information for several months by holding the almanac information in the memory.

【0014】GPS受信機は、GPS衛星からの信号を
受信して上述したデータを得るために、まず、キャリア
を除去した後、受信しようとするGPS衛星で用いられ
ているC/Aコードと同じ拡散符号を用いて、そのGP
S衛星からの信号について、C/Aコードの位相同期を
とることによってGPS衛星からの信号を捕捉し、スペ
クトラム逆拡散を行う。GPS受信機は、C/Aコード
との位相同期をとってスペクトラム逆拡散を行うと、ビ
ットが検出され、GPS衛星からの信号に基づいて時刻
情報等を含む航法メッセージを取得することが可能とな
る。
The GPS receiver receives a signal from a GPS satellite and obtains the above-described data. First, after removing the carrier, the same C / A code as that used by the GPS satellite to be received is used. Using the spreading code, the GP
With respect to the signal from the S satellite, the signal from the GPS satellite is captured by performing the phase synchronization of the C / A code, and the spectrum inverse spread is performed. When the GPS receiver performs spectrum despreading in phase synchronization with the C / A code, bits are detected and it is possible to acquire a navigation message including time information based on the signal from the GPS satellite. Become.

【0015】GPS受信機は、GPS衛星からの信号の
捕捉をC/Aコードの位相同期探索によって行うが、こ
の位相同期探索として、自己が発生する拡散符号とGP
S衛星からの受信信号の拡散符号との相関を検出し、例
えば、その相関検出結果の相関値が予め定められた値よ
りも大きい場合に、両者が同期しているものと判定す
る。そして、GPS受信機は、同期がとれていないもの
と判定した場合には、何らかの同期手法を用いて、自己
が発生する拡散符号の位相を制御し、受信信号の拡散符
号と同期させるようにしている。
The GPS receiver captures signals from GPS satellites by phase synchronization search of C / A code. As the phase synchronization search, the spread code and GP generated by itself are used.
The correlation between the received signal from the S satellite and the spread code is detected. For example, when the correlation value of the correlation detection result is larger than a predetermined value, it is determined that the two are synchronized. When the GPS receiver determines that the synchronization is not achieved, it uses some synchronization method to control the phase of the spreading code generated by itself and synchronize with the spreading code of the received signal. There is.

【0016】ところで、GPS衛星からの信号は、上述
したように、データを拡散符号で拡散した信号によって
キャリアをBPSK変調方式に基づいて変調した信号で
ある。したがって、GPS受信機は、GPS衛星からの
信号を受信するには、拡散符号のみならず、キャリア及
びデータの同期をとる必要があるが、拡散符号とキャリ
アの同期を独立に行うことはできない。
By the way, the signal from the GPS satellite is a signal obtained by modulating the carrier based on the BPSK modulation method by the signal obtained by spreading the data with the spreading code as described above. Therefore, the GPS receiver needs to synchronize not only the spread code but also the carrier and the data in order to receive the signal from the GPS satellite, but the spread code and the carrier cannot be synchronized independently.

【0017】また、GPS受信機は、通常、受信信号の
キャリア周波数を数MHz以内の中間周波数(Intermed
iate Frequency;以下、IFという。)に変換すること
によって受信信号をIF信号に変換し、このIF信号で
上述した同期検出処理を行う。このIF信号におけるキ
ャリア(以下、IFキャリアという。)には、主に、G
PS衛星の移動速度に応じたドップラシフトによる周波
数誤差分と、受信信号をIF信号に変換する際にGPS
受信機の内部で生成する局部発振器の周波数誤差分とが
含まれる。
In addition, the GPS receiver usually has an intermediate frequency (Intermed) within a few MHz of the carrier frequency of the received signal.
iate Frequency; hereinafter referred to as IF. ) To convert the received signal into an IF signal, and the above-described synchronization detection processing is performed with this IF signal. The carrier in this IF signal (hereinafter referred to as the IF carrier) is mainly G
Frequency error due to Doppler shift according to the moving speed of the PS satellite and GPS when converting the received signal to an IF signal
The frequency error component of the local oscillator generated inside the receiver is included.

【0018】したがって、GPS受信機においては、こ
れらの周波数誤差要因によってIFキャリア周波数が未
知であることから、その周波数のサーチが必要となる。
また、拡散符号の1周期内での同期点(同期位相)は、
GPS受信機とGPS衛星との位置関係に依存すること
に起因して未知であることから、GPS受信機において
は、上述したように、何らかの同期手法が必要となる。
Therefore, in the GPS receiver, since the IF carrier frequency is unknown due to these frequency error factors, it is necessary to search for that frequency.
Further, the synchronization point (synchronization phase) within one cycle of the spread code is
Since it is unknown because it depends on the positional relationship between the GPS receiver and the GPS satellites, the GPS receiver needs some synchronization method as described above.

【0019】従来のGPS受信機では、キャリアについ
ての周波数サーチと、スライディング相関器による同期
捕捉、DLL(Delay Locked Loop)及びコスタスルー
プによる同期保持とを組み合わせた同期手法を用いてい
る。以下、この同期手法について説明する。
The conventional GPS receiver uses a synchronization method that combines frequency search for carriers, synchronization acquisition by a sliding correlator, and synchronization holding by a DLL (Delay Locked Loop) and Costas loop. Hereinafter, this synchronization method will be described.

【0020】GPS受信機の拡散符号の発生器を駆動す
るクロックは、当該GPS受信機に用意されている基準
周波数発振器を分周したものが一般に用いられる。この
基準周波数発振器としては、高精度の水晶発振器が用い
られ、GPS受信機は、この基準周波数発振器の出力に
基づいて、GPS衛星からの受信信号をIF信号に変換
するために用いる局部発振信号を生成する。
As a clock for driving a spread code generator of a GPS receiver, a clock obtained by dividing a reference frequency oscillator prepared in the GPS receiver is generally used. A high-precision crystal oscillator is used as the reference frequency oscillator, and the GPS receiver uses a local oscillation signal used to convert a reception signal from a GPS satellite into an IF signal based on the output of the reference frequency oscillator. To generate.

【0021】ここで、周波数サーチについての処理内容
を図20に示す。GPS受信機は、拡散符号の発生器を
駆動するクロック信号の周波数が、ある周波数f1であ
るときの拡散符号についての位相同期探索を行う。すな
わち、GPS受信機は、拡散符号の位相を1チップずつ
順次ずらしていくことによって各チップ位相のときのG
PS衛星からの受信信号と拡散符号との相関を検出し、
相関のピークを検出することにより、同期がとれる位相
を検出する。また、GPS受信機は、クロック信号の周
波数がf1であるときにおいて、1023チップ分の位
相探索の全てで同期する位相が存在しない場合には、例
えば基準周波数発振器に対する分周比を変化させ、クロ
ック信号の周波数を他の周波数f2に変更し、同様に1
023チップ分の位相探索を行う。GPS受信機は、こ
のような動作を、クロック信号の周波数をステップ的に
変化させて繰り返すことによって周波数サーチを実現す
る。
FIG. 20 shows the processing contents of the frequency search. The GPS receiver performs a phase synchronization search for the spread code when the frequency of the clock signal that drives the spread code generator is a certain frequency f1. That is, the GPS receiver sequentially shifts the phase of the spread code by one chip to obtain G at each chip phase.
Detects the correlation between the received signal from the PS satellite and the spread code,
By detecting the peak of correlation, the phase in which synchronization can be achieved is detected. Further, when the frequency of the clock signal is f1, the GPS receiver changes, for example, the frequency division ratio for the reference frequency oscillator when there is no synchronized phase in all of the 1023 chip phase searches. Change the frequency of the signal to another frequency f2
A phase search for 023 chips is performed. The GPS receiver realizes a frequency search by changing the frequency of the clock signal stepwise and repeating such an operation.

【0022】そして、GPS受信機は、このような周波
数サーチを行うことによって同期可能とされるクロック
信号の周波数を検出すると、そのクロック信号の周波数
で最終的な拡散符号の位相同期を行う。これにより、G
PS受信機は、水晶発振器の発振周波数にずれがある場
合であっても、GPS衛星からの信号を捕捉することが
可能となる。
When the GPS receiver detects the frequency of the clock signal that can be synchronized by performing such frequency search, the GPS receiver performs final phase synchronization of the spread code with the frequency of the clock signal. This makes G
The PS receiver can capture the signal from the GPS satellite even if the oscillation frequency of the crystal oscillator has a deviation.

【0023】GPS受信機をはじめとするスペクトラム
拡散信号の復調器に適用されるコスタスループ及びDL
Lは、一般的には、図21に示すように構成される。こ
の回路においては、IFキャリアの同期についてはコス
タスループ201によって行われ、拡散符号の同期につ
いてはDLL202によって行われる。
Costas loop and DL applied to a spread spectrum signal demodulator including a GPS receiver
L is generally configured as shown in FIG. In this circuit, the Costas loop 201 synchronizes the IF carrier, and the DLL 202 synchronizes the spreading code.

【0024】すなわち、コスタスループ201には、入
力されたIF信号に対して図22中2段目に示す後述す
る拡散符号発生器(PN Generator;以下、PNGとい
う。)228によって発生された位相がP(Prompt)と
される拡散符号が乗算器203によって乗算された信号
が入力される。一方、DLL202には、IF信号が入
力される。
That is, in the Costas loop 201, the phase generated by a spreading code generator (PN Generator; hereafter referred to as PNG) 228, which will be described later in the second stage in FIG. 22, is applied to the input IF signal. A signal obtained by multiplying the spreading code of P (Prompt) by the multiplier 203 is input. On the other hand, the DLL 202 receives the IF signal.

【0025】コスタスループ201においては、入力さ
れた信号に対して、NCO(Numeric Controlled Oscil
lator)204によって生成された再生キャリアのうち
のサイン成分(同相成分)が乗算器205によって乗算
される一方、NCO204によって生成された再生キャ
リアのうちのコサイン成分(直交成分)が乗算器206
によって乗算される。コスタスループ201において
は、乗算器205によって得られた同相成分の信号のう
ち所定の周波数帯域成分がLPF207によって通過さ
れ、この信号が位相検出器210、2値化回路211及
び2乗和算出回路212に供給される。一方、コスタス
ループ201においては、乗算器206によって得られ
た直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF
208によって通過され、この信号が位相検出器210
及び2乗和算出回路212に供給される。コスタスルー
プ201においては、LPF207,208のそれぞれ
から出力された信号に基づいて位相検出器210によっ
て検出された位相情報がループフィルタ209を介して
NCO204に供給される。また、コスタスループ20
1においては、LPF207,208のそれぞれから出
力された信号が2乗和算出回路212に供給され、算出
された2乗和(I+Q)が、位相がPとされる拡散
符号についての相関値(P)として出力される。さら
に、コスタスループ201においては、LPF207か
ら出力された信号が2値化回路211に供給され、2値
化されて得られた情報が航法メッセージとして出力され
る。
In the Costas loop 201, an NCO (Numeric Controlled Oscillator) is applied to the input signal.
The sine component (in-phase component) of the regenerated carrier generated by the NCO 204 is multiplied by the multiplier 205, while the cosine component (quadrature component) of the regenerated carrier generated by the NCO 204 is multiplied by the multiplier 206.
Is multiplied by. In the Costas loop 201, a predetermined frequency band component of the in-phase component signal obtained by the multiplier 205 is passed by the LPF 207, and this signal is detected by the phase detector 210, the binarization circuit 211, and the sum of squares calculation circuit 212. Is supplied to. On the other hand, in the Costas loop 201, the predetermined frequency band component of the quadrature component signal obtained by the multiplier 206 is the LPF.
This signal is passed by 208 and this signal is detected by the phase detector 210.
And the sum of squares calculation circuit 212. In the Costas loop 201, the phase information detected by the phase detector 210 based on the signals output from the LPFs 207 and 208 is supplied to the NCO 204 via the loop filter 209. Also, Costas Loop 20
In No. 1, the signals output from the LPFs 207 and 208 are supplied to the sum of squares calculation circuit 212, and the calculated sum of squares (I 2 + Q 2 ) is the correlation for the spread code whose phase is P. It is output as a value (P). Further, in the Costas loop 201, the signal output from the LPF 207 is supplied to the binarization circuit 211, and the information obtained by binarization is output as a navigation message.

【0026】このように、コスタスループ201におい
ては、PNG228によって発生された3つの位相の拡
散符号のうち、同図中2段目に示す位相がPとされる拡
散符号が用いられる。コスタスループ201において
は、IFキャリアの同期を検出するために、LPF20
7,208のそれぞれから出力された信号の2乗和(I
+Q)を相関値(P)として同期判定を行う。
In this way, the Costas Loop 201 smells
The spread of the three phases generated by the PNG228.
Of the spread codes, the phase shown in the second row in the figure is P
The scattered code is used. At Costas Loop 201
LPF 20 in order to detect the synchronization of the IF carrier.
Sum of squares (I
Two+ QTwo) Is used as a correlation value (P) to determine synchronization.

【0027】一方、DLL202においては、入力され
たIF信号に対して、PNG228によって発生された
位相がPよりも進んだ同図中1段目に示すE(Early)
とされる拡散符号が乗算器213によって乗算されると
ともに、PNG228によって発生された位相がPより
も遅れた同図中3段目に示すL(Late)とされる拡散符
号が乗算器214によって乗算される。DLL202に
おいては、乗算器213によって得られた信号に対し
て、コスタスループ201におけるNCO204によっ
て生成された再生キャリアのうちのサイン成分が乗算器
215によって乗算されるとともに、NCO204によ
って生成された再生キャリアのうちのコサイン成分が乗
算器216によって乗算される。そして、DLL202
においては、乗算器215によって得られた同相成分の
信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF217によっ
て通過され、この信号が2乗和算出回路219に供給さ
れる。一方、DLL202においては、乗算器216に
よって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域
成分がLPF218によって通過され、この信号が2乗
和算出回路219に供給される。また、DLL202に
おいては、乗算器214によって得られた信号に対し
て、コスタスループ201におけるNCO204によっ
て生成された再生キャリアのうちのサイン成分が乗算器
220によって乗算されるとともに、NCO204によ
って生成された再生キャリアのうちのコサイン成分が乗
算器221によって乗算される。そして、DLL202
においては、乗算器220によって得られた同相成分の
信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF222によっ
て通過され、この信号が2乗和算出回路224に供給さ
れる。一方、DLL202においては、乗算器221に
よって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域
成分がLPF223によって通過され、この信号が2乗
和算出回路224に供給される。
On the other hand, in the DLL 202, E (Early) shown in the first stage in the figure in which the phase generated by the PNG 228 is ahead of P with respect to the input IF signal.
Is multiplied by the multiplier 213, and the spreading code of L (Late) shown in the third stage in the figure in which the phase generated by the PNG 228 is delayed by P is multiplied by the multiplier 214. To be done. In the DLL 202, the signal obtained by the multiplier 213 is multiplied by the sine component of the reproduced carrier generated by the NCO 204 in the Costas loop 201 by the multiplier 215 and the reproduced carrier generated by the NCO 204 is multiplied. The cosine component is multiplied by the multiplier 216. And DLL202
In, the predetermined frequency band component of the in-phase component signal obtained by the multiplier 215 is passed by the LPF 217, and this signal is supplied to the sum of squares calculation circuit 219. On the other hand, in the DLL 202, a predetermined frequency band component of the quadrature component signal obtained by the multiplier 216 is passed by the LPF 218, and this signal is supplied to the square sum calculation circuit 219. Further, in the DLL 202, the signal obtained by the multiplier 214 is multiplied by the sine component of the reproduced carrier generated by the NCO 204 in the Costas loop 201 by the multiplier 220, and the reproduced signal generated by the NCO 204 is also multiplied. The cosine component of the carrier is multiplied by the multiplier 221. And DLL202
In, the predetermined frequency band component of the signal of the in-phase component obtained by the multiplier 220 is passed by the LPF 222, and this signal is supplied to the sum of squares calculation circuit 224. On the other hand, in the DLL 202, a predetermined frequency band component of the orthogonal component signal obtained by the multiplier 221 is passed by the LPF 223, and this signal is supplied to the sum of squares calculation circuit 224.

【0028】DLL202においては、2乗和算出回路
219,224のそれぞれから出力された信号が位相検
出器225に供給され、これらの信号に基づいて位相検
出器225によって検出された位相情報がループフィル
タ226を介してNCO227に供給され、さらに、N
CO227によって生成された所定の周波数を有する信
号に基づいて、PNG228によって各位相E,P,L
の拡散符号が発生される。さらに、DLL202におい
ては、2乗和算出回路219によって算出された2乗和
(I+Q)が、位相がEとされる拡散符号について
の相関値(E)として出力される一方、2乗和算出回路
224によって算出された2乗和(I+Q)が、位
相がLとされる拡散符号についての相関値(L)として
出力される。
In DLL 202, the signals output from each of the square sum calculation circuits 219 and 224 are supplied to the phase detector 225, and the phase information detected by the phase detector 225 based on these signals is loop filtered. Is supplied to the NCO 227 via 226, and further N
Based on the signal having a predetermined frequency generated by CO 227, each phase E, P, L is generated by PNG 228.
Spreading codes are generated. Further, in the DLL 202, the sum of squares (I 2 + Q 2 ) calculated by the sum of squares calculation circuit 219 is output as the correlation value (E) for the spreading code whose phase is E, while the square is calculated. The sum of squares (I 2 + Q 2 ) calculated by the sum calculation circuit 224 is output as the correlation value (L) for the spreading code whose phase is L.

【0029】このように、DLL202においては、P
NG228によって発生された3つの位相の拡散符号の
うち、同図中1段目及び3段目に示す位相がE,Lとさ
れる2つの位相の拡散符号が用いられる。DLL202
においては、拡散符号の同期を検出するために、LPF
217,218のそれぞれから出力された信号の2乗和
(I+Q)を相関値(E)とするとともに、LPF
222,223のそれぞれから出力された信号の2乗和
(I+Q)を相関値(L)として同期判定を行う。
これらの相関値(E)及び相関値(L)は、各LPFの
積分時間によって値が変化するが、DLL202におい
ては、信号にはデータが反転する点が含まれ、反転する
点を挟むとLPFの出力が最小値0まで変動する。その
ため、DLL202においては、2乗和(I+Q
を相関値とする場合には、LPFの積分時間を拡散符号
の1周期分までにしないと安定しない。ここで、GPS
受信機においては、拡散符号の周期が1ミリ秒であるこ
とから、LPFの積分時間は1ミリ秒であり、帯域幅で
換算すると1kHz程度までとなる。
As described above, in the DLL 202, P
Of the three-phase spreading codes generated by the NG 228, the two-phase spreading codes whose phases are E and L shown in the first and third stages in the figure are used. DLL202
In order to detect the spread code synchronization,
The sum of squares (I 2 + Q 2 ) of the signals output from each of 217 and 218 is used as the correlation value (E), and the LPF
Synchronization determination is performed using the sum of squares (I 2 + Q 2 ) of the signals output from 222 and 223 as the correlation value (L).
The values of the correlation value (E) and the correlation value (L) change depending on the integration time of each LPF, but in the DLL 202, the signal includes a point where the data is inverted, and when the point where the data is inverted is sandwiched, the LPF is sandwiched. Output fluctuates to a minimum value of 0. Therefore, in the DLL 202, the sum of squares (I 2 + Q 2 )
In the case of using as a correlation value, the LPF integration time is not stable unless the integration time is one cycle of the spreading code. Where GPS
In the receiver, the period of the spread code is 1 millisecond, so the integration time of the LPF is 1 millisecond, which is up to about 1 kHz when converted by the bandwidth.

【0030】しかしながら、このような従来の同期手法
は、原理的には高速同期には不向きである。GPS受信
機においては、拡散符号及びIFキャリアの同期に時間
を要すると反応が遅くなり、使用上において不便を生じ
る。そのため、実際のGPS受信機においては、この欠
点を補うため、多チャンネル化して並列処理によって同
期捕捉までの時間を短縮している。
However, such a conventional synchronization method is not suitable for high-speed synchronization in principle. In the GPS receiver, if it takes time to synchronize the spread code and the IF carrier, the reaction becomes slow, which causes inconvenience in use. Therefore, in an actual GPS receiver, in order to compensate for this drawback, the number of channels is increased and parallel processing is performed to shorten the time until synchronization acquisition.

【0031】一方、上述したスライディング相関を用い
た手法に代わってスペクトラム拡散信号の同期捕捉を高
速に行う手法としては、マッチドフィルタの利用があ
る。マッチドフィルタは、いわゆるトランスバーサルフ
ィルタによってディジタル的に実現可能である。また、
マッチドフィルタとしては、近年のDSP(Digital Si
gnal Processor)に代表されるハードウェアの能力の向
上により、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transfor
m;以下、FFTという。)を利用したディジタルマッ
チドフィルタによって拡散符号の同期を高速に行う手法
が実現されている。後者は、古くから知られる相関計算
の高速化手法に基づくものである。
On the other hand, a matched filter is used as a method for performing synchronous acquisition of a spread spectrum signal at high speed in place of the method using the sliding correlation described above. The matched filter can be realized digitally by a so-called transversal filter. Also,
As a matched filter, recent DSP (Digital Si
Fast Fourier Transform (Fast Fourier Transfor
m; hereinafter referred to as FFT. ) Has been used to implement a method for synchronizing spread codes at high speed with a digital matched filter. The latter is based on a long-known method for speeding up correlation calculation.

【0032】GPS受信機は、これらのマッチドフィル
タを用いることにより、相関がある場合には、例えば図
23に出力波形の1周期分を示すように、相関のピーク
を検出する。このピークの位置は、拡散符号の先頭を示
すものである。GPS受信機は、このピークを検出する
ことにより、同期を捕捉、すなわち、受信信号における
拡散符号の位相を検出することができる。また、GPS
受信機は、例えば上述したFFTを利用したディジタル
マッチドフィルタを用い、FFTの周波数領域での操作
を行うことにより、拡散符号の位相とともにIFキャリ
ア周波数を検出することができる。そして、GPS受信
機は、拡散符号の位相を擬似距離に換算し、少なくとも
4個のGPS衛星が検出された場合には当該GPS受信
機の位置を算出することができ、また、IFキャリア周
波数に基づいて当該GPS受信機の速度を算出すること
ができる。
By using these matched filters, the GPS receiver detects a correlation peak when there is a correlation, for example, as shown in FIG. 23 for one cycle of the output waveform. The position of this peak indicates the beginning of the spread code. By detecting this peak, the GPS receiver can capture synchronization, that is, detect the phase of the spread code in the received signal. Also, GPS
The receiver can detect the IF carrier frequency together with the phase of the spread code by operating the FFT in the frequency domain using, for example, the above-described digital matched filter using the FFT. Then, the GPS receiver can convert the phase of the spread code into a pseudorange, calculate the position of the GPS receiver when at least four GPS satellites are detected, and calculate the IF carrier frequency. Based on this, the speed of the GPS receiver can be calculated.

【0033】[0033]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したD
LL及びコスタスループを用いたGPS受信機において
は、高感度化による受信エリアの拡大が期待されるとと
もに、また、一方では、加速度に対する耐性も要求され
る。
By the way, the above-mentioned D
In a GPS receiver using the LL and Costas loop, it is expected that the reception area will be expanded by increasing the sensitivity, and at the same time, resistance to acceleration will be required.

【0034】このGPS受信機においては、高感度化を
実現するには、相関検出の時間長を長くするため、航法
メッセージのビット反転を考慮して拡散符号との相関を
とる必要がある。また、GPS受信機においては、信号
の帯域幅を狭くし、可能な限りS/N(Signal to Nois
e ratio)を向上させる必要がある。
In this GPS receiver, in order to realize high sensitivity, it is necessary to take the bit inversion of the navigation message into consideration and make a correlation with the spread code in order to increase the time length of the correlation detection. Further, in the GPS receiver, the bandwidth of the signal is narrowed so that the S / N (Signal to Nois
e ratio) needs to be improved.

【0035】一方、GPS受信機においては、加速度に
対する耐性とは、当該GPS受信機の移動によるドップ
ラ周波数の変化により、キャリア周波数が変化すること
への耐性であり、応答速度を速くすることである。した
がって、GPS受信機においては、加速度に対する耐性
の向上を図ることは、高感度化における狭帯域化とは基
本的には相反する。
On the other hand, in the GPS receiver, the tolerance to acceleration is the tolerance to the change of the carrier frequency due to the change of the Doppler frequency due to the movement of the GPS receiver, and is to increase the response speed. . Therefore, in the GPS receiver, improving the resistance to acceleration is basically contrary to narrowing the band in high sensitivity.

【0036】したがって、DLL及びコスタスループに
おいては、用途に応じて高感度化と加速度に対する耐性
とのいずれか一方を優先させる、又は両者のバランスを
とる、或いは受信状況に応じてダイナミックにコントロ
ールする、といったことが設定に応じて対応できること
が好ましい。
Therefore, in the DLL and Costas loop, one of the sensitivity enhancement and the acceleration resistance is prioritized depending on the application, or both are balanced, or dynamically controlled according to the reception condition. It is preferable that the above can be dealt with according to the setting.

【0037】これらの問題は、GPS受信機に限ったも
のではなく、GPS信号と同様のスペクトラム拡散で直
接拡散方式の変調方式を採用する移動体通信全般に共通
のものである。
These problems are not limited to GPS receivers, but are common to all mobile communications that employ a direct spread modulation method with the same spread spectrum as GPS signals.

【0038】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、一般的なDLL及びコスタスループより
も受信感度を向上させるとともに、加速度に対する耐性
を向上させることができるスペクトラム拡散信号の復調
装置を提供することを目的とする。また、本発明は、こ
の復調装置を適用し、GPS衛星からの信号における拡
散符号及びキャリアの同期捕捉及び同期保持を容易に行
うことができる受信装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and demodulates a spread spectrum signal capable of improving the reception sensitivity and improving the resistance to acceleration as compared with a general DLL and Costas loop. The purpose is to provide a device. It is another object of the present invention to provide a receiving device to which this demodulation device is applied and which can easily perform synchronization acquisition and synchronization holding of a spread code and a carrier in a signal from a GPS satellite.

【0039】[0039]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
本発明にかかる復調装置は、スペクトラム拡散信号を復
調する復調装置であって、再生キャリアと入力されたス
ペクトラム拡散信号に含まれるキャリアとの同期を確立
する第1のループ回路と、再生符号と入力されたスペク
トラム拡散信号に含まれる拡散符号との同期を確立する
第2のループ回路とを備え、第1のループ回路及び第2
のループ回路は、それぞれ、キャリアと拡散符号と入力
されたスペクトラム拡散信号との乗算値のうち所定の周
波数帯域成分を通過するフィルタ手段と、データ1ビッ
ト長又はデータ1ビット長以下の所定長を単位とし、フ
ィルタ手段を通過した信号を積分した第1の相関値と、
フィルタ手段を通過した信号のうち入力されたスペクト
ラム拡散信号における単位の半分長の部分を反転した信
号を積分した第2の相関値とを加算する相関加算手段と
を有し、この相関加算手段からの出力値に基づいて相関
検出及び第2のループ回路の位相制御を行うことを特徴
としている。
A demodulator according to the present invention that achieves the above-mentioned object is a demodulator for demodulating a spread spectrum signal, which is composed of a reproduction carrier and a carrier included in the input spread spectrum signal. A first loop circuit that establishes synchronization and a second loop circuit that establishes synchronization between the reproduction code and the spread code included in the input spread spectrum signal are provided, and the first loop circuit and the second loop circuit are provided.
The loop circuit of (1) has a filter means for passing a predetermined frequency band component of the multiplication value of the carrier, the spread code, and the input spread spectrum signal, and a 1-bit data length or a predetermined length equal to or shorter than the 1-bit data length. A unit, a first correlation value obtained by integrating the signal that has passed through the filter means,
Correlation adding means for adding a second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the input spread spectrum signal of the signals that have passed through the filter means. Correlation detection and phase control of the second loop circuit are performed based on the output value of the.

【0040】このような本発明にかかる復調装置は、フ
ィルタ手段を通過した信号を積分した第1の相関値と、
フィルタ手段を通過した信号のうち入力されたスペクト
ラム拡散信号における単位の半分長の部分を反転した信
号を積分した第2の相関値とを相関加算手段によって加
算し、得られた出力値に基づいて相関検出及び第2のル
ープ回路の位相制御を行う。
Such a demodulator according to the present invention has a first correlation value obtained by integrating the signal passed through the filter means,
A second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the input spread spectrum signal of the signal that has passed through the filter means is added by the correlation adding means, and based on the obtained output value. Correlation detection and phase control of the second loop circuit are performed.

【0041】また、上述した目的を達成する本発明にか
かる受信装置は、衛星からの信号を受信して自己の位置
及び速度を算出する受信装置であって、衛星からの信号
を受信する受信手段と、この受信手段によって受信した
受信信号の周波数を所定の中間周波数に変換する周波数
変換手段と、この周波数変換手段によって得られた中間
周波数信号における拡散符号の位相を検出する同期捕捉
と中間周波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行
う同期捕捉手段と、この同期捕捉手段によって検出され
た拡散符号の位相及び同期捕捉手段によって検出された
キャリア周波数を、複数の衛星に対応して独立に設けら
れた複数のチャンネルのそれぞれに対して衛星毎に割り
当てて設定し、設定した拡散符号の位相及びキャリア周
波数を初期値として、拡散符号とキャリアとの同期保持
を行うとともに、中間周波数信号に含まれるメッセージ
の復調を行う同期保持手段とを備え、スペクトラム拡散
信号を復調する同期保持手段における複数のチャンネル
は、それぞれ、再生キャリアと入力されたスペクトラム
拡散信号に含まれるキャリアとの同期を確立する第1の
ループ回路と、再生符号と入力されたスペクトラム拡散
信号に含まれる拡散符号との同期を確立する第2のルー
プ回路とを有し、第1のループ回路及び第2のループ回
路は、それぞれ、キャリアと拡散符号と入力されたスペ
クトラム拡散信号との乗算値のうち所定の周波数帯域成
分を通過するフィルタ手段と、データ1ビット長又はデ
ータ1ビット長以下の所定長を単位とし、フィルタ手段
を通過した信号を積分した第1の相関値と、フィルタ手
段を通過した信号のうち入力されたスペクトラム拡散信
号における単位の半分長の部分を反転した信号を積分し
た第2の相関値とを加算する相関加算手段とを有し、複
数のチャンネルは、それぞれ、相関加算手段からの出力
値に基づいて相関検出及び第2のループ回路の位相制御
を行うことを特徴としている。
Further, the receiving device according to the present invention which achieves the above-mentioned object is a receiving device for receiving a signal from a satellite to calculate its own position and velocity, and a receiving means for receiving a signal from the satellite. A frequency conversion means for converting the frequency of the reception signal received by the reception means into a predetermined intermediate frequency, and a synchronous acquisition and intermediate frequency signal for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means. And a carrier frequency detected by the synchronization acquisition means, the phase of the spread code detected by the synchronization acquisition means, and the carrier frequency detected by the synchronization acquisition means It is set by allocating to each satellite for each of the channels, and the phase and carrier frequency of the set spreading code are set as initial values. , A synchronization holding means for holding the synchronization between the spread code and the carrier and for demodulating the message included in the intermediate frequency signal. And a second loop circuit that establishes synchronization with a carrier included in the input spread spectrum signal, and a second loop circuit that establishes synchronization between the reproduced code and the spread code included in the input spread spectrum signal. The first loop circuit and the second loop circuit respectively include a filter unit that passes a predetermined frequency band component of the multiplication value of the carrier, the spread code, and the input spread spectrum signal, and the data 1 A first phase obtained by integrating a signal that has passed through the filter means in a unit of a bit length or a predetermined length equal to or less than one bit length of data. A plurality of correlation adding means for adding a value and a second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the input spread spectrum signal of the signal that has passed through the filter means; Each channel is characterized by performing correlation detection and phase control of the second loop circuit based on the output value from the correlation adding means.

【0042】このような本発明にかかる受信装置は、フ
ィルタ手段を通過した信号を積分した第1の相関値と、
フィルタ手段を通過した信号のうち入力されたスペクト
ラム拡散信号における単位の半分長の部分を反転した信
号を積分した第2の相関値とを相関加算手段によって加
算し、得られた出力値に基づいて相関検出及び第2のル
ープ回路の位相制御を行いつつ、拡散符号とキャリアと
の同期保持を行う。
Such a receiving apparatus according to the present invention has a first correlation value obtained by integrating the signal passed through the filter means,
A second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the input spread spectrum signal of the signals that have passed through the filter means is added by the correlation adding means, and based on the obtained output value. While the correlation detection and the phase control of the second loop circuit are performed, the spread code and the carrier are held in synchronism.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail below with reference to the drawings.

【0044】この実施の形態は、人工衛星を利用して地
上における移動体の位置を測定するいわゆるGNSS
(Global Navigation Satellites System)システムの
一種である全地球測位システム(Global Positioning S
ystem;以下、GPSという。)を適用したものであ
り、少なくとも4個以上のGPS衛星からの信号を受信
して、その受信信号に基づいて自己の位置を算出するG
PS受信機である。このGPS受信機は、L1帯、C/
A(Clear and Acquisition)コードと呼ばれるスペク
トラム拡散信号電波を受信信号として受信するものであ
って、スペクトラム拡散信号を復調する復調器として適
用される一般的なDLL(Delay Locked Loop)及びコ
スタスループよりも受信感度を向上させるとともに、加
速度に対する耐性を向上させることができるものであ
る。
This embodiment is a so-called GNSS in which the position of a moving body on the ground is measured using an artificial satellite.
(Global Navigation Satellites System) Global Positioning System
ystem; hereinafter referred to as GPS. ) Is applied, and signals from at least four or more GPS satellites are received, and the position of itself is calculated based on the received signals.
It is a PS receiver. This GPS receiver is L1 band, C /
A spread-spectrum signal radio wave called A (Clear and Acquisition) code is received as a reception signal, and is more common than a general DLL (Delay Locked Loop) and Costas loop applied as a demodulator for demodulating a spread-spectrum signal. It is possible to improve the reception sensitivity and the resistance to acceleration.

【0045】なお、このGPS受信機は、図1に示すよ
うに、受信した受信信号を復調する際に、自己が発生す
る擬似ランダムノイズ(Pseudo-random Noise;PN)
系列の拡散符号と受信信号における拡散符号との同期を
捕捉する機能と、拡散符号と搬送波(以下、キャリアと
いう。)との同期を保持する機能とを分離することによ
り、小さい回路規模のもとに、同期捕捉を高速化するこ
とができるものである。このGPS受信機10において
は、DLL及びコスタスループは、後述するように、同
期捕捉を行うものとして動作する必要はなく、拡散符号
とキャリアとの同期を保持する同期保持部25として動
作できればよい。その代わり、DLL及びコスタスルー
プは、高感度化による受信エリアの拡大が期待されると
ともに、また、一方では、加速度に対する耐性も要求さ
れる。そこで、GPS受信機10においては、DLL及
びコスタスループの受信感度の向上と加速度に対する耐
性の向上とを実現させるものである。
As shown in FIG. 1, this GPS receiver itself generates pseudo-random noise (PN) when demodulating a received signal.
By separating the function of capturing the synchronization between the spreading code of the sequence and the spreading code in the received signal and the function of maintaining the synchronization between the spreading code and the carrier (hereinafter referred to as carrier), a small circuit scale can be obtained. In addition, it is possible to speed up the synchronization acquisition. In the GPS receiver 10, the DLL and Costas loop do not need to operate as those for performing synchronization acquisition, as will be described later, as long as they can operate as the synchronization holding unit 25 that holds the synchronization between the spreading code and the carrier. Instead, DLLs and Costas loops are expected to expand the reception area due to higher sensitivity, and on the other hand, are required to have resistance to acceleration. Therefore, in the GPS receiver 10, improvement of the reception sensitivity of DLL and Costas loop and improvement of resistance to acceleration are realized.

【0046】以下では、まず、同期捕捉の機能と同期保
持の機能とを分離したGPS受信機10の全体的な構成
について説明した後、同期捕捉部24及び同期保持部2
5について詳述し、さらにその後、同期保持部25の具
体的な構成について詳述するものとする。
In the following, first, the overall structure of the GPS receiver 10 in which the synchronization acquisition function and the synchronization holding function are separated will be described, and then the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 2 will be described.
5 will be described in detail, and thereafter, a specific configuration of the synchronization holding unit 25 will be described in detail.

【0047】まず、GPS受信機の全体的な構成につい
て説明する。
First, the overall structure of the GPS receiver will be described.

【0048】GPS受信機10は、同図に示すように、
所定の発振周波数を有する発振信号D1を生成する水晶
発振器(X'tal Oscillator;以下、XOという。)11
と、このXO11とは異なる所定の発振周波数FOSC
を有する発振信号D2を生成する温度補償型水晶発振器
(Temperature Compensated X'tal Oscillator;以下、
TCXOという。)12と、このTCXO12から供給
される発振信号D2を逓倍(multiply)及び/又は分周
(divide)する逓倍/分周器13とを備える。
The GPS receiver 10 is, as shown in FIG.
A crystal oscillator (X'tal Oscillator; hereinafter referred to as XO) 11 that generates an oscillation signal D1 having a predetermined oscillation frequency.
And a predetermined oscillation frequency F OSC different from this XO11
Compensated X'tal Oscillator (Temperature Compensated X'tal Oscillator) for generating an oscillation signal D2 having
It is called TCXO. ) 12 and a multiplier / divider 13 for multiplying and / or dividing the oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12.

【0049】XO11は、例えば32.768kHz程
度の所定の発振周波数を有する発振信号D1を生成す
る。XO11は、生成した発振信号D1を後述するRT
C(Real Time Clock)27に供給する。
The XO 11 generates an oscillation signal D1 having a predetermined oscillation frequency of, for example, 32.768 kHz. The XO 11 uses the generated oscillation signal D1 for RT described later.
Supply to C (Real Time Clock) 27.

【0050】TCXO12は、XO11とは異なる例え
ば18.414MHz程度の所定の発振周波数FOSC
を有する発振信号D2を生成する。TCXO12は、生
成した発振信号D2を逓倍/分周器13、及び後述する
周波数シンセサイザ18等に供給する。
The TCXO12 is different from the XO11 and has a predetermined oscillation frequency F OSC of, for example, about 18.414 MHz.
Generate an oscillating signal D2. The TCXO 12 supplies the generated oscillation signal D2 to the multiplier / divider 13 and the frequency synthesizer 18 described later.

【0051】逓倍/分周器13は、後述するCPU(Ce
ntral Processing Unit)26から供給される制御信号
D3に基づいて、TCXO12から供給される発振信号
D2を、所定の逓倍率で逓倍し、及び/又は所定の分周
比で分周する。逓倍/分周器13は、逓倍及び/又は分
周した発振信号D4を後述する同期捕捉部24、後述す
る同期保持部25、CPU26、後述するタイマ28、
及び後述するメモリ29に供給する。
The multiplier / divider 13 is a CPU (Ce
The oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12 is multiplied by a predetermined multiplication rate and / or divided by a predetermined division ratio based on the control signal D3 supplied from the ntral processing unit 26. The multiplication / frequency divider 13 includes a synchronization acquisition unit 24, which will be described later, a synchronization holding unit 25, which will be described later, a CPU 26, a timer 28, which will be described later, and an oscillation signal D4 that has been multiplied and / or divided.
And to a memory 29 described later.

【0052】また、GPS受信機10は、GPS衛星か
ら送信されてきたRF(Radio Frequency)信号を受信
するアンテナ14と、このアンテナ14によって受信さ
れた受信RF信号D5を増幅するローノイズ・アンプ
(Low Noise Amplifier;以下、LNAという。)15
と、このLNA15によって増幅された増幅RF信号D
6のうち所定の周波数帯域成分を通過する帯域通過フィ
ルタ(Band Pass Filter;以下、BPFという。)16
と、このBPF16によって通過された増幅RF信号D
7をさらに増幅する増幅器17と、TCXO12から供
給される発振信号D2に基づいて所定の周波数FLO
有する局部発振信号D10を生成する周波数シンセサイ
ザ18と、増幅器17によって増幅された所定の周波数
RFを有する増幅RF信号D8に対して周波数シンセ
サイザ18から供給された局部発振信号D10を乗算す
るミキサ19と、このミキサ19によって乗算されるこ
とによってダウンコンバートされた所定の周波数FIF
を有する中間周波数(Intermediate Frequency;以下、
IFという。)信号D11を増幅する増幅器20と、こ
の増幅器20によって増幅された増幅IF信号D12の
うち所定の周波数帯域成分を通過する低域通過フィルタ
(Low Pass Filter;以下、LPFという。)21と、
このLPF21によって通過されたアナログ形式の増幅
IF信号D13をディジタル形式の増幅IF信号D14
に変換するアナログ/ディジタル変換器(Analog/Digit
al Converter;以下、A/Dという。)22とを備え
る。
The GPS receiver 10 further includes an antenna 14 for receiving an RF (Radio Frequency) signal transmitted from a GPS satellite and a low noise amplifier (Low) for amplifying the received RF signal D5 received by the antenna 14. Noise Amplifier; hereinafter referred to as LNA.) 15
And the amplified RF signal D amplified by this LNA 15.
Band pass filter (hereinafter, referred to as BPF) 16 that passes a predetermined frequency band component out of 6
And the amplified RF signal D passed by this BPF 16
7, a frequency synthesizer 18 for generating a local oscillation signal D10 having a predetermined frequency F LO based on the oscillation signal D2 supplied from the TCXO 12, and a predetermined frequency F RF amplified by the amplifier 17. A mixer 19 for multiplying the amplified RF signal D8 having the local oscillation signal D10 supplied from the frequency synthesizer 18, and a predetermined frequency F IF down-converted by being multiplied by the mixer 19.
Intermediate Frequency;
It is called IF. ) An amplifier 20 that amplifies the signal D11, and a low pass filter (hereinafter referred to as LPF) 21 that passes a predetermined frequency band component of the amplified IF signal D12 amplified by the amplifier 20.
The analog-type amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 is converted to the digital-type amplified IF signal D14.
Analog / digital converter (Analog / Digit)
al Converter; hereinafter referred to as A / D. ) 22 and.

【0053】アンテナ14は、GPS衛星から送信され
てきた周波数が1575.42MHzのキャリアが拡散
されたRF信号を受信する。このアンテナ14によって
受信された受信RF信号D5は、LNA15に供給され
る。
The antenna 14 receives the RF signal transmitted from the GPS satellite, in which the carrier having the frequency of 1575.42 MHz is spread. The received RF signal D5 received by the antenna 14 is supplied to the LNA 15.

【0054】LNA15は、アンテナ14によって受信
された受信RF信号D5を増幅する。LNA15は、増
幅した増幅RF信号D6をBPF16に供給する。
The LNA 15 amplifies the received RF signal D5 received by the antenna 14. The LNA 15 supplies the amplified amplified RF signal D6 to the BPF 16.

【0055】BPF16は、いわゆるSAW(Surface
Acoustic Wave)フィルタからなり、LNA15によっ
て増幅された増幅RF信号D6のうち所定の周波数帯域
成分を通過する。このBPF16によって通過された増
幅RF信号D7は、増幅器17に供給される。
The BPF 16 is a so-called SAW (Surface).
Acoustic wave) filter, and passes a predetermined frequency band component of the amplified RF signal D6 amplified by the LNA 15. The amplified RF signal D7 passed by the BPF 16 is supplied to the amplifier 17.

【0056】増幅器17は、BPF16によって通過さ
れた増幅RF信号D7をさらに増幅する。増幅器17
は、増幅した所定の周波数FRF、すなわち、157
5.42MHzの増幅RF信号D8をミキサ19に供給
する。
The amplifier 17 further amplifies the amplified RF signal D7 passed by the BPF 16. Amplifier 17
Is the amplified predetermined frequency F RF , that is, 157
The amplified RF signal D8 of 5.42 MHz is supplied to the mixer 19.

【0057】周波数シンセサイザ18は、CPU26か
ら供給される制御信号D9による制御のもとに、TCX
O12から供給される発振信号D2に基づいて所定の周
波数FLOを有する局部発振信号D10を生成する。周
波数シンセサイザ18は、生成した局部発振信号D10
をミキサ19に供給する。
Under the control of the control signal D9 supplied from the CPU 26, the frequency synthesizer 18 is controlled by the TCX.
A local oscillation signal D10 having a predetermined frequency F LO is generated based on the oscillation signal D2 supplied from O12. The frequency synthesizer 18 uses the generated local oscillation signal D10.
Is supplied to the mixer 19.

【0058】ミキサ19は、増幅器17によって増幅さ
れた所定の周波数FRFを有する増幅RF信号D8に対
して周波数シンセサイザ18から供給された局部発振信
号D10を乗算することによって増幅RF信号D8をダ
ウンコンバートし、例えば1.023MHz程度の所定
の周波数FIFを有するIF信号D11を生成する。こ
のミキサ19によって生成されたIF信号D11は、増
幅器20に供給される。
The mixer 19 down-converts the amplified RF signal D8 by multiplying the amplified RF signal D8 having a predetermined frequency F RF amplified by the amplifier 17 by the local oscillation signal D10 supplied from the frequency synthesizer 18. Then, the IF signal D11 having a predetermined frequency F IF of, for example, about 1.023 MHz is generated. The IF signal D11 generated by the mixer 19 is supplied to the amplifier 20.

【0059】増幅器20は、ミキサ19によってダウン
コンバートされたIF信号D11を増幅する。増幅器2
0は、増幅した増幅IF信号D12をLPF21に供給
する。
The amplifier 20 amplifies the IF signal D11 down-converted by the mixer 19. Amplifier 2
0 supplies the amplified amplified IF signal D12 to the LPF 21.

【0060】LPF21は、増幅器20によって増幅さ
れた増幅IF信号D12のうち所定の周波数よりも低帯
域成分を通過する。このLPF21によって通過された
増幅IF信号D13は、A/D22に供給される。
The LPF 21 passes a lower band component than the predetermined frequency of the amplified IF signal D12 amplified by the amplifier 20. The amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 is supplied to the A / D 22.

【0061】A/D22は、LPF21によって通過さ
れたアナログ形式の増幅IF信号D13をディジタル形
式の増幅IF信号D14に変換する。このA/D22に
よって変換された増幅IF信号D14は、同期捕捉部2
4及び同期保持部25に供給される。
The A / D 22 converts the analog amplified IF signal D13 passed by the LPF 21 into a digital amplified IF signal D14. The amplified IF signal D14 converted by the A / D 22 is supplied to the synchronization acquisition unit 2
4 and the synchronization holding unit 25.

【0062】なお、GPS受信機10においては、これ
らの各部のうち、LNA15、BPF16、増幅器1
7,20、周波数シンセサイザ18、ミキサ19、LP
F21、及びA/D22は、アンテナ14によって受信
された1575.42MHzの高い周波数を有する受信
RF信号D5を、ディジタル信号処理が施しやすいよう
に、例えば1.023MHz程度の低い周波数FIF
有する増幅IF信号D14にダウンコンバートする周波
数変換部23として構成される。
In the GPS receiver 10, among these components, the LNA 15, the BPF 16, the amplifier 1
7, 20, frequency synthesizer 18, mixer 19, LP
The F21 and the A / D 22 amplify the received RF signal D5 having a high frequency of 1575.42 MHz received by the antenna 14 and having a low frequency F IF of, for example, about 1.023 MHz so as to facilitate digital signal processing. The frequency conversion unit 23 down-converts the IF signal D14.

【0063】さらに、GPS受信機10は、自己が発生
する拡散符号とA/D22から供給される増幅IF信号
D14における拡散符号との同期捕捉及び増幅IF信号
D14におけるキャリア周波数の検出を行う同期捕捉部
24と、A/D22から供給される増幅IF信号D14
における拡散符号とキャリアとの同期保持及びメッセー
ジの復調を行う同期保持部25と、各部を統括的に制御
して各種演算処理を行うCPU26と、XO11から供
給される発振信号D1に基づいて時間を計測するRTC
27と、CPU26の内部時計としてのタイマ28と、
RAM(RandomAccess Memory)やROM(Read Only M
emory)等からなるメモリ29とを備える。
Further, the GPS receiver 10 performs synchronous acquisition of the spread code generated by itself and the expanded code in the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22 and synchronous acquisition for detecting the carrier frequency in the amplified IF signal D14. The unit 24 and the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22
The synchronization holding unit 25 that holds the synchronization between the spreading code and the carrier and demodulates the message, the CPU 26 that collectively controls each unit to perform various arithmetic processes, and the time based on the oscillation signal D1 supplied from XO11. RTC to measure
27, a timer 28 as an internal clock of the CPU 26,
RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only M)
a memory 29 including an emory) and the like.

【0064】同期捕捉部24は、詳細は後述するが、C
PU26の制御のもとに、逓倍/分周器13から供給さ
れる逓倍及び/又は分周された発振信号D4に基づい
て、A/D22から供給される増幅IF信号D14にお
ける拡散符号の同期捕捉を行うとともに、増幅IF信号
D14におけるキャリア周波数の検出を行う。このと
き、同期捕捉部24は、後述するように、粗い精度での
同期捕捉を行う。同期捕捉部24は、検出したGPS衛
星を識別するための衛星番号、拡散符号の位相、及びキ
ャリア周波数を同期保持部25及びCPU26に供給す
る。
The synchronization acquisition unit 24, which will be described in detail later, is C
Under the control of the PU 26, based on the frequency-multiplied and / or frequency-divided oscillation signal D4 supplied from the frequency multiplier / frequency divider 13, synchronization acquisition of the spread code in the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22 is performed. And the carrier frequency in the amplified IF signal D14 is detected. At this time, the synchronization acquisition unit 24 performs synchronization acquisition with coarse accuracy, as will be described later. The synchronization acquisition unit 24 supplies the satellite number for identifying the detected GPS satellite, the phase of the spread code, and the carrier frequency to the synchronization holding unit 25 and the CPU 26.

【0065】同期保持部25は、詳細は後述するが、C
PU26の制御のもとに、逓倍/分周器13から供給さ
れる逓倍及び/又は分周された発振信号D4に基づい
て、A/D22から供給される増幅IF信号D14にお
ける拡散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、
増幅IF信号D14に含まれる航法メッセージの復調を
行う。このとき、同期保持部25は、後述するように、
同期捕捉部24から供給される衛星番号、拡散符号の位
相、及びキャリア周波数を初期値として動作を開始す
る。同期保持部25は、複数のGPS衛星からの増幅I
F信号D14についての同期保持を並列的に行い、検出
した拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセ
ージをCPU26に供給する。
The synchronization holding unit 25, which will be described in detail later, is C
Under the control of the PU 26, based on the multiplied and / or divided oscillation signal D4 supplied from the multiplier / divider 13, the spread code and carrier in the amplified IF signal D14 supplied from the A / D 22 While keeping the synchronization of
The navigation message included in the amplified IF signal D14 is demodulated. At this time, the synchronization holding unit 25, as described later,
The operation is started with the satellite number, the phase of the spread code, and the carrier frequency supplied from the synchronization acquisition unit 24 as initial values. The synchronization holding unit 25 uses the amplification I from a plurality of GPS satellites.
The F signal D14 is held in synchronism in parallel, and the detected spread code phase, carrier frequency, and navigation message are supplied to the CPU 26.

【0066】CPU26は、同期保持部25から供給さ
れる拡散符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセ
ージを取得し、これらの各種情報に基づいて、当該GP
S受信機10の位置及び速度を算出するとともに、航法
メッセージから得られるGPS衛星の正確な時間情報に
基づいて、当該GPS受信機10の時間情報を補正する
といったGPSに関する各種演算処理を行う。また、C
PU26は、当該GPS受信機10の各部及び各種ペリ
フェラル、並びに外部との入出力(Input/Output)に関
する制御を統括的に行う。
The CPU 26 acquires the phase of the spread code, the carrier frequency, and the navigation message supplied from the synchronization holding unit 25, and based on these various information, the GP concerned.
The position and speed of the S receiver 10 are calculated, and various arithmetic processing related to GPS, such as correcting the time information of the GPS receiver 10 based on accurate time information of GPS satellites obtained from the navigation message, is performed. Also, C
The PU 26 centrally controls each unit of the GPS receiver 10, various peripherals, and input / output with the outside.

【0067】RTC27は、XO11から供給される発
振信号D1に基づいて、時間を計測する。このRTC2
7によって計測される時間情報は、GPS衛星の正確な
時間情報が得られるまでの間に代用されるものであっ
て、GPS衛星の正確な時間情報を得たCPU26がX
O11を制御することによって適宜補正される。
The RTC 27 measures time based on the oscillation signal D1 supplied from the XO 11. This RTC2
The time information measured by 7 is used until the accurate time information of the GPS satellite is obtained.
It is appropriately corrected by controlling O11.

【0068】タイマ28は、CPU26の内部時計とし
て機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タ
イミング信号の生成及び時間参照に用いられる。例え
ば、GPS受信機10においては、同期捕捉部24が同
期捕捉した拡散符号の位相に合わせて同期保持部25が
後述する拡散符号発生器の動作を開始させるタイミング
を、このタイマ28によって参照する。
The timer 28 functions as an internal clock of the CPU 26, and is used for generating various timing signals necessary for the operation of each section and for time reference. For example, in the GPS receiver 10, the timer 28 refers to the timing at which the synchronization holding unit 25 starts the operation of the spreading code generator described later in synchronization with the phase of the spreading code acquired by the synchronization acquisition unit 24.

【0069】メモリ29は、RAMやROM等からな
る。メモリ29においては、CPU26等による各種処
理を行う際のワークエリアとしてRAMが用いられると
ともに、入力した各種データをバッファリングする際
や、演算過程で生成される中間データ及び演算結果デー
タを保持する際にもRAMが用いられる。また、メモリ
29においては、各種プログラムや固定データ等を記憶
する手段としてROMが用いられる。
The memory 29 is composed of RAM, ROM and the like. In the memory 29, a RAM is used as a work area when various processes are performed by the CPU 26 and the like, when buffering various input data, and when storing intermediate data and calculation result data generated in the calculation process. Also RAM is used. Further, in the memory 29, a ROM is used as a means for storing various programs and fixed data.

【0070】なお、GPS受信機10においては、これ
らの同期捕捉部24、同期保持部25、CPU26、R
TC27、タイマ28、メモリ29は、ベースバンド処
理部として構成される。
In the GPS receiver 10, these synchronization acquisition unit 24, synchronization holding unit 25, CPU 26, R
The TC 27, the timer 28, and the memory 29 are configured as a baseband processing unit.

【0071】このような各部を備えるGPS受信機10
においては、少なくとも、XO11、TCXO12、ア
ンテナ14、LNA15、及びBPF16を除く各部
を、集積回路化した1チップからなる復調回路30とし
て構成することができる。
A GPS receiver 10 including each of the above components
In the above, at least each of the units except the XO 11, the TCXO 12, the antenna 14, the LNA 15, and the BPF 16 can be configured as a demodulation circuit 30 that is formed of one integrated chip.

【0072】GPS受信機10は、少なくとも4個以上
のGPS衛星からのRF信号を受信して、このRF信号
を周波数変換部23によってIF信号に変換した後、同
期捕捉部24によって拡散符号の同期捕捉及びキャリア
周波数の検出を行い、同期保持部25によって拡散符号
とキャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行
う。そして、GPS受信機10は、拡散符号の位相、キ
ャリア周波数、及び航法メッセージに基づいて、CPU
26によって当該GPS受信機10の位置及び速度を算
出する。
The GPS receiver 10 receives RF signals from at least four or more GPS satellites, converts the RF signals into IF signals by the frequency conversion unit 23, and then synchronizes the spread codes by the synchronization acquisition unit 24. The acquisition and the detection of the carrier frequency are performed, and the synchronization holding unit 25 holds the synchronization between the spreading code and the carrier and demodulates the navigation message. Then, the GPS receiver 10 determines the CPU based on the phase of the spread code, the carrier frequency, and the navigation message.
The position and speed of the GPS receiver 10 are calculated by 26.

【0073】さて、以下では、このようなGPS受信機
10における同期捕捉部24及び同期保持部25につい
て詳述する。GPS受信機10は、上述したように、同
期捕捉の機能と同期保持の機能とを、同期捕捉部24及
び同期保持部25に分離したものである。ここでは、こ
のように機能を分離した理由についても併せて説明す
る。
Now, the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 in such a GPS receiver 10 will be described in detail below. As described above, the GPS receiver 10 has the synchronization acquisition function and the synchronization holding function separated into the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25. Here, the reason why the functions are separated in this way will also be described.

【0074】同期捕捉部24は、上述したように、IF
信号における拡散符号の同期捕捉及びキャリア周波数の
検出を高速に行う。同期捕捉部24は、拡散符号の同期
捕捉高速に行うためにマッチドフィルタを利用する。具
体的には、同期捕捉部24は、マッチドフィルタとし
て、例えば図2に示すように、いわゆるトランスバーサ
ルフィルタ50を用いることができる。
The synchronization acquisition unit 24, as described above,
The synchronization of the spread code in the signal and the detection of the carrier frequency are performed at high speed. The synchronization acquisition unit 24 uses a matched filter in order to perform synchronization acquisition of the spread code at high speed. Specifically, the synchronization acquisition unit 24 can use a so-called transversal filter 50 as the matched filter, as shown in FIG. 2, for example.

【0075】また、同期捕捉部24は、マッチドフィル
タとして、例えば図3に示すように、高速フーリエ変換
(Fast Fourier Transform;以下、FFTという。)を
利用したディジタルマッチドフィルタ60を用いること
もできる。
As the matched filter, the synchronization acquisition section 24 can also use a digital matched filter 60 utilizing a fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT), as shown in FIG. 3, for example.

【0076】具体的には、ディジタルマッチドフィルタ
60は、同図に示すように、上述したアンテナ14及び
周波数変換部23によって得られる増幅IF信号D14
に対応するIF信号を、上述したTCXO12によって
生成される発振信号D2に基づく所定のサンプリング周
波数で入力信号をサンプリングするサンプラ61によっ
てサンプリングした上で入力する。ディジタルマッチド
フィルタ60は、サンプラ61によってサンプリングさ
れたIF信号をバッファリングするメモリ62と、この
メモリ62によってバッファリングされたIF信号を読
み出してFFTを施すFFT処理部63と、このFFT
処理部63によってFFT処理が施されて得られた周波
数領域信号をバッファリングするメモリ64と、GPS
衛星からのRF信号における拡散符号と同じ拡散符号を
発生する拡散符号発生器65と、この拡散符号発生器6
5によって発生された拡散符号に対してFFT処理を施
すFFT処理部66と、このFFT処理部66によって
FFT処理が施されて得られた周波数領域信号をバッフ
ァリングするメモリ67と、メモリ64にバッファリン
グされている周波数領域信号とメモリ67にバッファリ
ングされている周波数領域信号とを乗算する乗算器68
と、この乗算器68によって乗算された周波数領域信号
に対して逆FFT(Inversed Fast Fourier Transfor
m;以下、IFFTという。)処理を施すIFFT処理
部69と、このIFFT処理部69によってIFFT処
理が施されて得られた自己相関関数に基づいてGPS衛
星からのRF信号における拡散符号と拡散符号発生器6
5に発生した拡散符号との相関のピークを検出するピー
ク検出器70とを有する。
Specifically, the digital matched filter 60, as shown in the figure, has an amplified IF signal D14 obtained by the antenna 14 and the frequency conversion unit 23 described above.
The IF signal corresponding to is sampled by the sampler 61 that samples the input signal at a predetermined sampling frequency based on the oscillation signal D2 generated by the TCXO 12 described above, and then input. The digital matched filter 60 includes a memory 62 that buffers the IF signal sampled by the sampler 61, an FFT processing unit 63 that reads the IF signal buffered by the memory 62 and performs FFT, and the FFT.
A memory 64 for buffering a frequency domain signal obtained by the FFT processing by the processing unit 63;
Spreading code generator 65 that generates the same spreading code as the spreading code in the RF signal from the satellite, and this spreading code generator 6
5, an FFT processing unit 66 that performs an FFT process on the spread code generated by the signal 5, a memory 67 that buffers the frequency domain signal obtained by the FFT processing performed by the FFT processing unit 66, and a buffer in the memory 64. Multiplier 68 for multiplying the frequency domain signal being ringed and the frequency domain signal being buffered in memory 67
And an inverse FFT (Inversed Fast Fourier Transfor) for the frequency domain signal multiplied by the multiplier 68.
m; hereinafter referred to as IFFT. ) The IFFT processing unit 69 that performs the processing, and the spreading code and the spreading code generator 6 in the RF signal from the GPS satellite based on the autocorrelation function obtained by the IFFT processing unit 69 performing the IFFT processing.
5 has a peak detector 70 for detecting the peak of the correlation with the spreading code.

【0077】このようなディジタルマッチドフィルタ6
0は、実際には、FFT処理部63,66、拡散符号発
生器65、乗算器68、IFFT処理部69、及びピー
ク検出器70の各部をDSP(Digital Signal Process
or)によって実行されるソフトウェアとして実装され
る。すなわち、ディジタルマッチドフィルタ60を適用
した同期捕捉部24は、例えば図4に示すように、上述
したサンプラ61に相当するサンプラ81と、上述した
メモリ62に相当するRAM82と、上述したメモリ6
4,67とDSPのプログラム及びワークエリアとを含
むRAM/ROM83と、上述したFFT処理部63,
66、拡散符号発生器65、乗算器68、IFFT処理
部69、及びピーク検出器70の処理を実行するDSP
84とから構成される。
Such a digital matched filter 6
0 is actually a DSP (Digital Signal Process) for each unit of the FFT processing units 63 and 66, the spreading code generator 65, the multiplier 68, the IFFT processing unit 69, and the peak detector 70.
or) is implemented as software executed by. That is, the synchronization acquisition unit 24 to which the digital matched filter 60 is applied has a sampler 81 corresponding to the above-mentioned sampler 61, a RAM 82 corresponding to the above-mentioned memory 62, and the above-mentioned memory 6 as shown in FIG.
4, 67, a RAM / ROM 83 including a DSP program and a work area, the above-mentioned FFT processing unit 63,
DSP for executing the processing of 66, spreading code generator 65, multiplier 68, IFFT processing section 69, and peak detector 70
And 84.

【0078】同期捕捉部24は、同図に示す例では、
1.023MHzのIF信号をサンプラ81によって
4.096MHzでサンプリングし、DSP84によっ
てディジタルマッチドフィルタ60と等価な演算を行う
ことにより、拡散符号の同期捕捉、すなわち、IF信号
における拡散符号の位相検出を1/4チップの精度で行
うことができる。また、この同期捕捉部24は、RAM
82の容量を16ミリ秒分であるものとすると、DSP
84によってFFTの周波数領域での操作を行うことに
より、1/16kHz(±1/32kHz)の精度で、
IF信号におけるキャリア(以下、IFキャリアとい
う。)周波数を検出することができる。同期捕捉部24
は、RAM82に記憶したIF信号には複数のGPS衛
星からの信号が含まれていることから、各GPS衛星の
拡散符号との相関を算出することにより、複数のGPS
衛星を検出することができる。
In the example shown in FIG.
An IF signal of 1.023 MHz is sampled by the sampler 81 at 4.096 MHz, and the DSP 84 performs an operation equivalent to that of the digital matched filter 60 to perform synchronous acquisition of the spread code, that is, phase detection of the spread code in the IF signal. It can be performed with a precision of / 4 chip. Further, the synchronization acquisition unit 24 is a RAM
If the capacity of 82 is 16 milliseconds, DSP
By operating the FFT in the frequency domain by 84, with an accuracy of 1/16 kHz (± 1/32 kHz),
The carrier frequency in the IF signal (hereinafter referred to as the IF carrier) can be detected. Synchronization acquisition unit 24
Since the IF signal stored in the RAM 82 includes signals from a plurality of GPS satellites, a plurality of GPS signals are calculated by calculating the correlation with the spread code of each GPS satellite.
Satellites can be detected.

【0079】GPS受信機10は、この同期捕捉部24
によって検出した少なくとも4個以上のGPS衛星に対
する拡散符号の位相とキャリア周波数とに基づいて、当
該GPS受信機10の位置と速度とを算出することがで
きる。
The GPS receiver 10 has the synchronization acquisition unit 24.
The position and speed of the GPS receiver 10 can be calculated based on the phase of the spread code and the carrier frequency for at least four GPS satellites detected by.

【0080】ただし、GPS受信機10においては、拡
散符号の位相検出精度としての上述した1/4チップ、
及びキャリア周波数の検出精度としての1/16kHz
のもとに得られる当該GPS受信機10の位置及び速度
の算出結果は十分な精度とは言い難いものである。GP
S受信機10においては、精度を向上させるためには、
サンプラ81によるサンプリング周波数を高くする、I
F信号を記憶する時間長を長くする、といった処理が必
要となるが、これにともない、RAM82等のメモリの
容量が増大し、且つ、拡散符号の位相及びキャリア周波
数を検出するまでの処理時間が長くなる事態が想定され
る。また、GPS受信機10においては、同期捕捉部2
4が外部から航法メッセージを受け取らないものとする
と、少なくとも4個以上のGPS衛星からの航法メッセ
ージを20ミリ秒毎に復調する必要があることから、D
SP84は、常に、同期の検出と航法メッセージの復調
とを極めて高速に行う必要がある。これらの問題は、ハ
ードウェアのサイズの膨大化によるコストアップと消費
電力の増大化を招来する。
However, in the GPS receiver 10, the above-mentioned ¼ chip as the phase detection accuracy of the spread code,
And 1/16 kHz as detection accuracy of carrier frequency
It is hard to say that the calculation result of the position and speed of the GPS receiver 10 obtained based on the above is sufficiently accurate. GP
In the S receiver 10, in order to improve accuracy,
Increase the sampling frequency by the sampler 81, I
Processing such as lengthening the time length for storing the F signal is required, but with this, the capacity of the memory such as the RAM 82 increases and the processing time until the phase and carrier frequency of the spread code are detected. It is assumed that it will be long. Further, in the GPS receiver 10, the synchronization acquisition unit 2
If 4 does not receive navigation messages from the outside, it is necessary to demodulate navigation messages from at least 4 or more GPS satellites every 20 milliseconds.
The SP 84 always needs to detect synchronization and demodulate navigation messages very quickly. These problems bring about an increase in cost and power consumption due to the enormous size of hardware.

【0081】そこで、GPS受信機10においては、粗
い精度での同期捕捉を同期捕捉部24によって行い、複
数のGPS衛星の同期保持及び航法メッセージの復調を
同期保持部25によって行う。
Therefore, in the GPS receiver 10, the synchronization acquisition unit 24 performs the synchronization acquisition with coarse accuracy, and the synchronization holding unit 25 holds the synchronization of a plurality of GPS satellites and demodulates the navigation message.

【0082】同期捕捉部24は、検出したGPS衛星の
衛星番号、その拡散符号の位相、及びキャリア周波数を
同期保持部25に供給する。一方、同期保持部25は、
同期捕捉部24から供給されるこれらの各種情報を初期
値として動作を開始する。同期保持部25は、拡散符号
の位相に基づいて、後述するDLLの回路で生成する拡
散符号の開始タイミングを合わせる。なお、GPS受信
機10は、生成する拡散符号として、検出したGPS衛
星の衛星番号に対応するものを設定する。このとき、G
PS受信機10においては、ドップラシフト、TCXO
12等の発振器によって生成される発振信号の発振周波
数の誤差の影響を受けるが、基本的に拡散符号は1ミリ
秒の周期で繰り返されるものであることから、DLLの
回路で生成する拡散符号の開始タイミングは、1ミリ秒
の整数倍ずらしても構わない。
The synchronization acquisition unit 24 supplies the detected satellite number of the GPS satellite, the phase of the spread code, and the carrier frequency to the synchronization holding unit 25. On the other hand, the synchronization holding unit 25
The operation is started with these various kinds of information supplied from the synchronization acquisition unit 24 as initial values. The synchronization holding unit 25 adjusts the start timing of the spreading code generated by the DLL circuit described later based on the phase of the spreading code. The GPS receiver 10 sets the spreading code corresponding to the satellite number of the detected GPS satellite as the spreading code to be generated. At this time, G
In the PS receiver 10, Doppler shift, TCXO
Although it is affected by the error in the oscillation frequency of the oscillation signal generated by the oscillator such as 12, the spreading code is basically repeated in a cycle of 1 millisecond, so that the spreading code generated by the DLL circuit is The start timing may be shifted by an integral multiple of 1 millisecond.

【0083】なお、IFキャリア周波数は、IF信号を
上述したRAM82等のメモリに取り込むためのサンプ
リングクロックを生成しているTCXO12の誤差を含
むことから、上述した分解能の問題を除去したとして
も、正確な値、すなわち、キャリア周波数とドップラシ
フト量との和ではない。しかしながら、GPS受信機1
0においては、同期捕捉部24と同期保持部25とが同
じ発振器、すなわち、TCXO12を発振源とするクロ
ックで動作している場合には、両者で全く同じ周波数誤
差を有することから、同期保持部25が同期捕捉部24
によって検出されたIFキャリア周波数を初期値として
動作を開始することには何らの問題がない。
Since the IF carrier frequency includes the error of the TCXO 12 which generates the sampling clock for fetching the IF signal into the memory such as the RAM 82 described above, it is accurate even if the above problem of resolution is eliminated. Value, that is, the sum of the carrier frequency and the Doppler shift amount. However, the GPS receiver 1
At 0, when the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25 operate with the same oscillator, that is, the clock having the TCXO 12 as an oscillation source, both have exactly the same frequency error. 25 is a synchronization acquisition unit 24
There is no problem in starting the operation using the IF carrier frequency detected by the initial value.

【0084】同期保持部25は、複数のGPS衛星の同
期保持を並列的に行うことから、例えば図5に示すよう
に、複数個の独立したチャンネル回路91,91
・・・,91を有する。チャンネル回路91,91
,・・・,91は、それぞれ、コントロール・レジ
スタ92の設定によって同期捕捉部24による個々の検
出結果に対して割り当てられる。
[0084] synchronization holding unit 25 from performing the synchronization holding of a plurality of GPS satellites in parallel, for example, as shown in FIG. 5, a plurality of independent channels circuit 91 1, 91 2,
..., 91 N. Channel circuits 91 1 , 91
2 , ..., 91 N are respectively assigned to the individual detection results by the synchronization acquisition unit 24 by the setting of the control register 92.

【0085】チャンネル回路91,91,・・・,
91は、それぞれ、詳細は後述するが、IFキャリア
同期用のコスタスループと拡散符号同期用のDLLとを
組み合わせた回路によって構成される。
Channel circuits 91 1 , 91 2 , ...,
Each of the 91 N is configured by a circuit in which a Costas loop for IF carrier synchronization and a DLL for spreading code synchronization are combined, which will be described in detail later.

【0086】IFキャリア同期用のコスタスループと拡
散符号同期用のDLLとを組み合わせた回路によって構
成されるチャンネル回路91,91,・・・,91
を有する同期保持部25においては、動作開始前に、
GPS衛星の衛星番号、拡散符号の位相、及びキャリア
周波数が初期値として設定される。この初期値の設定
は、同期捕捉部24との間で直接的に通信を行うか、又
は、同期捕捉部24及び当該同期保持部25を制御する
CPU26を介して行うことによってなされる。
Channel circuits 91 1 , 91 2 , ..., 91 which are constituted by a circuit in which a Costas loop for IF carrier synchronization and a DLL for spreading code synchronization are combined.
In the synchronization holding unit 25 having N , before the operation starts,
The satellite number of the GPS satellite, the phase of the spread code, and the carrier frequency are set as initial values. This initial value is set by directly communicating with the synchronization acquisition unit 24 or via the CPU 26 which controls the synchronization acquisition unit 24 and the synchronization holding unit 25.

【0087】このような同期保持部25は、以下のよう
にして拡散符号と同期を合わせる。すなわち、図6に示
すように、同期捕捉部24がIF信号をRAM82等の
メモリに取り込むタイミングでタイマを開始させ、同期
捕捉部24がメモリに記憶しているIF信号に対して拡
散符号の位相hを検出すると、同期保持部25は、この
位相hの値を受け取った後、同じタイマによって1ミリ
秒の整数倍からhだけずらした時点においてDLLによ
って発生する拡散符号を開始させることにより、受信信
号の拡散符号に位相を合わせる。なお、同図における"
PN"は、PN系列の符号、すなわち、拡散符号を示し
ている。
The synchronization holding unit 25 as described above synchronizes the spread code with the synchronization as follows. That is, as shown in FIG. 6, the synchronization acquisition unit 24 starts a timer at the timing at which the IF signal is taken into the memory such as the RAM 82, and the phase of the spread code with respect to the IF signal stored in the memory by the synchronization acquisition unit 24. When h is detected, the synchronization holding unit 25 receives the value of this phase h, and then starts the spreading code generated by the DLL at the time point shifted by h from the integer multiple of 1 millisecond by the same timer. Match the phase with the spreading code of the signal. In addition, "
“PN” indicates a PN sequence code, that is, a spreading code.

【0088】ここで、従来のコスタスループとDLLと
を組み合わせた回路においては、受信信号における拡散
符号の位相が未知であることから、DLLによって発生
するIFキャリア周波数と拡散符号の周期とを少しずら
し、IF信号の拡散符号に対して位相をスライドしてい
く過程で、有意な強度の相関がある位相を検出してい
た。そのため、従来の回路においては、位相を検出する
のに、最悪の場合、数kHzの範囲のキャリア周波数と
符号長が1023の拡散符号における全ての位相とに対
して検出を行うことから、同期を確立するまでにかなり
の時間を要していた。
Here, in the conventional circuit combining the Costas loop and the DLL, since the phase of the spread code in the received signal is unknown, the IF carrier frequency generated by the DLL and the cycle of the spread code are slightly shifted. , In the process of sliding the phase with respect to the spread code of the IF signal, a phase having a significant strength correlation was detected. Therefore, in the conventional circuit, in the case of detecting the phase, in the worst case, the carrier frequency in the range of several kHz and all the phases in the spread code having the code length of 1023 are detected. It took a long time to establish.

【0089】これに対して、GPS受信機10において
は、同期保持部25が受け取った拡散符号の位相とIF
キャリア周波数との初期値は真値から僅かにしかずれて
いないことから、有意な強度の相関がある位相は、誤差
を含めても初期値の近辺に必ず存在する。したがって、
同期保持部25は、従来の回路と同様に、まずコスタス
ループ及びDLLにおけるループフィルタの制御を止め
た状態にして、NCO(Numeric Controlled Oscillato
r)によって生成する信号を初期値の近辺で変化させな
がら有意な強度の相関を探索し、相関を検出した後に
は、ループフィルタからの制御に切り替える。これによ
り、同期保持部25は、DLLによる拡散符号の位相の
同期確立、及びコスタスループによるキャリアの位相の
同期確立を極めて短時間に行うことができ、以降、同期
を保持し続けることができる。同期保持部25において
は、IFキャリア周波数が数十Hzの精度で初期値を設
定できることから、各LPF及び各ループフィルタの帯
域幅を当初から狭くすることができ、S/N(Signal t
o Noise ratio)が高い状態で同期を確立することがで
きる。
On the other hand, in the GPS receiver 10, the phase of the spreading code received by the synchronization holding unit 25 and the IF
Since the initial value with respect to the carrier frequency deviates only slightly from the true value, the phase having a significant intensity correlation is always present near the initial value even if an error is included. Therefore,
As with the conventional circuit, the synchronization holding unit 25 first sets the NCO (Numeric Controlled Oscillato) to a state in which the control of the loop filter in the Costas loop and the DLL is stopped.
The signal generated by r) is changed near the initial value to search for a correlation of significant intensity, and after detecting the correlation, the control is switched to the loop filter. As a result, the synchronization holding unit 25 can establish synchronization of the phase of the spread code by the DLL and establishment of the synchronization of the phase of the carrier by the Costas loop in an extremely short time, and thereafter can keep the synchronization. In the synchronization holding unit 25, since the IF carrier frequency can be set to an initial value with an accuracy of several tens Hz, the bandwidth of each LPF and each loop filter can be narrowed from the beginning, and the S / N (Signal t
o Synchronization can be established with a high Noise ratio).

【0090】GPS受信機10においては、同期保持部
25を例えば1.023MHz×16=16.368M
Hzのクロックで動作させ、DLLにおいて拡散符号の
位相を1/16.368MHzの時間分解能で検出すれ
ば、1/16チップの精度で拡散符号の位相からGPS
衛星までの擬似距離を算出することができ、また、コス
タスループにおけるNCOを1Hz単位で制御できる構
成にすれば、IFキャリア周波数の分解能は1Hzとな
り、DLLとコスタスループとによってこれらの精度で
同期を保持することができる。
In the GPS receiver 10, the synchronization holding unit 25 is, for example, 1.023 MHz × 16 = 16.368 M.
When the phase of the spread code is detected with a time resolution of 1 / 16.368 MHz in the DLL by operating with a clock of Hz, the GPS is calculated from the phase of the spread code with an accuracy of 1/16 chip.
If the pseudo-range to the satellite can be calculated and the NCO in the Costas loop can be controlled in units of 1 Hz, the IF carrier frequency resolution will be 1 Hz, and the DLL and Costas loop will synchronize with these precisions. Can be held.

【0091】以上のように、GPS受信機10において
は、同期保持部25によって同期保持が行われると、D
LLによって発生する拡散符号の位相に基づいて、当該
GPS受信機10の位置を連続的に算出して出力するこ
とができるとともに、コスタスループによって得られる
IFキャリア周波数に基づいて、当該GPS受信機10
の速度を連続的に算出して出力することができる。
As described above, in the GPS receiver 10, when the synchronization holding unit 25 holds the synchronization, D
The position of the GPS receiver 10 can be continuously calculated and output based on the phase of the spreading code generated by LL, and the GPS receiver 10 can be calculated based on the IF carrier frequency obtained by the Costas loop.
The speed of can be continuously calculated and output.

【0092】同期保持部25は、上述したように、同期
捕捉部24から受け渡された拡散符号の位相及びIFキ
ャリア周波数を初期値とすることにより、これらの初期
値の近辺で有意な強度の相関が得られる位相を探索す
る。これは、GPS受信機10に搭載されているクロッ
ク源の発振器、すなわち、TCXO12が公称周波数に
対して誤差を有することが1つの理由である。GPS受
信機10においては、先に図3に示したFFTを利用し
たディジタルマッチドフィルタ60を用いて同期捕捉部
24を構成した場合には、IF信号をメモリに記憶した
後、DSPの処理時間分遅れて同期保持部25に検出結
果が供給されることから、発振器の公称周波数FOSC
との誤差をΔFOSCとし、DSPの処理時間をT秒と
すると、同期保持部25に検出結果が供給される時点で
は、T×ΔFOSC/FOSCの誤差が生じる。例え
ば、GPS受信機10においては、T=3秒とし、ΔF
OSC/FOSCが±3ppmの範囲内とすると、±9
マイクロ秒=約±9チップ以内の誤差が生じる。このよ
うに、GPS受信機10においては、DSPの処理時間
が長くなると、その分誤差が大きくなる。
As described above, the synchronization holding unit 25 sets the phase of the spreading code and the IF carrier frequency passed from the synchronization acquisition unit 24 as initial values, so that significant strength is obtained in the vicinity of these initial values. Search for the phase at which the correlation is obtained. This is due in part to the fact that the clock source oscillator on board the GPS receiver 10, the TCXO 12, has an error with respect to the nominal frequency. In the GPS receiver 10, when the synchronization acquisition unit 24 is configured using the digital matched filter 60 using the FFT shown in FIG. 3, the IF signal is stored in the memory and then the DSP processing time Since the detection result is supplied to the synchronization holding unit 25 with a delay, the nominal frequency F OSC of the oscillator is
Assuming that the error between and is ΔF OSC and the processing time of the DSP is T seconds, an error of T × ΔF OSC / F OSC occurs when the detection result is supplied to the synchronization holding unit 25. For example, in the GPS receiver 10, T = 3 seconds and ΔF
If OSC / F OSC is within ± 3 ppm, ± 9
An error occurs within microseconds of about ± 9 chips. As described above, in the GPS receiver 10, the longer the DSP processing time, the larger the error.

【0093】また、GPS受信機10においては、GP
S衛星と当該GPS受信機10との移動によって生じる
キャリア周波数のドップラシフトも誤差を生じる要因と
なる。GPS受信機10においては、キャリアの周波
数、すなわち、1575.42MHzをFRFとし、受
信信号のドップラシフトをΔFとすると、ドップラシ
フトによって拡散符号の周期、すなわち、1ミリ秒は、
ほぼ(1−ΔF/F )倍となり、例えば、+5〜
−5kHzの範囲のドップラシフトが生じている場合に
は、3秒間で約−9.5〜9.5マイクロ秒=約−9.
5〜9.5チップの誤差が生じる。
Further, in the GPS receiver 10, the GP
The Doppler shift of the carrier frequency caused by the movement of the S satellite and the GPS receiver 10 also causes an error. In the GPS receiver 10, assuming that the frequency of the carrier, that is, 1575.42 MHz is F RF, and the Doppler shift of the received signal is ΔF D , the period of the spreading code due to the Doppler shift, that is, 1 ms is
It is almost (1-ΔF D / F R F ) times, for example, +5 to +5.
When the Doppler shift in the range of -5 kHz occurs, about -9.5 to 9.5 microseconds in about 3 seconds = about -9.
An error of 5 to 9.5 chips occurs.

【0094】これらの2つの例は、比較的現実に近い値
であり、GPS受信機10においては、発振器の誤差と
ドップラシフトとの両者の要因を併せると、±20チッ
プ程度の範囲内で誤差が生じることから、この範囲だけ
を探索して相関を検出すればよい。例えば、同期保持部
25は、同期捕捉部24から供給される拡散符号の位相
よりも20チップ分だけ早くDLLによって発生する拡
散符号を開始させ、そのときの拡散符号の周期として、
NCOの周波数設定を(1+5/1575.420)ミ
リ秒よりも長めに設定しておけば、IF信号に含まれる
GPS衛星からの信号の拡散符号に対するスライドが+
20チップだけずれた時点から開始され、適当な時間の
間、拡散符号同士の位相がスライドしている状態で相関
の有無を探索することができる。
These two examples are values that are relatively close to reality, and in the GPS receiver 10, when factors of both the error of the oscillator and the Doppler shift are combined, the error is within a range of about ± 20 chips. Therefore, the correlation may be detected by searching only this range. For example, the synchronization holding unit 25 starts the spreading code generated by the DLL by 20 chips earlier than the phase of the spreading code supplied from the synchronization capturing unit 24, and as the cycle of the spreading code at that time,
If the NCO frequency setting is set to be longer than (1 + 5 / 1575.420) milliseconds, the sliding of the spread code of the signal from the GPS satellite included in the IF signal will be +.
It is possible to search for the presence / absence of a correlation in a state where the phases of the spread codes are sliding for a suitable time, starting from a time point shifted by 20 chips.

【0095】このように、従来においては、DLLとコ
スタスループとを用いて1023チップの範囲で、且
つ、IFキャリア周波数についても発振器の誤差とドッ
プラシフト量との範囲で変化させながら、相関検出を行
っていたのに比較して、GPS受信機10においては、
初期値のキャリア周波数が僅かな誤差しか有さず、相関
を検出する範囲も数十分の1程度で済むことから、同期
保持部25による同期確立に要する時間を極めて短時間
とすることができる。
As described above, conventionally, the correlation detection is performed by using the DLL and the Costas loop within the range of 1023 chips and the IF carrier frequency within the range of the error of the oscillator and the Doppler shift amount. Compared to what was done, in the GPS receiver 10,
Since the carrier frequency of the initial value has only a slight error and the range for detecting the correlation is only about several tens of minutes, the time required for establishing synchronization by the synchronization holding unit 25 can be made extremely short. .

【0096】以上のように、GPS受信機10は、同期
捕捉の機能と同期保持の機能とを分離して構成すること
により、同期捕捉部24によってIF信号に含まれるG
PS衛星からの信号の拡散符号の位相及びIFキャリア
周波数を高速に検出することができ、この検出結果に基
づいて同期保持部25が速やかに同期保持動作に移行す
ることができる。しかしながら、GPS受信機10にお
いては、IF信号に含まれる微弱なGPS衛星の信号を
検出するために処理シーケンスが増える場合、また、電
力消費を抑制するために同期捕捉部24を低速のクロッ
クで動作させている場合等には、同期捕捉部24での処
理時間が長くなり、これにともない、同期保持部25に
よる同期確立までに探索する範囲が広くなり、好ましく
ない。
As described above, the GPS receiver 10 is configured so that the synchronization acquisition function and the synchronization holding function are separated, so that the G signal included in the IF signal by the synchronization acquisition unit 24.
The phase of the spread code of the signal from the PS satellite and the IF carrier frequency can be detected at high speed, and the synchronization holding unit 25 can quickly shift to the synchronization holding operation based on the detection result. However, in the GPS receiver 10, when the processing sequence increases in order to detect a weak GPS satellite signal included in the IF signal, and the synchronization acquisition unit 24 is operated with a low-speed clock in order to suppress power consumption. In the case where it is set, the processing time in the synchronization acquisition unit 24 becomes long, and accordingly, the range to be searched until the synchronization is established by the synchronization holding unit 25 becomes wide, which is not preferable.

【0097】一般に、GPS受信機においては、周波数
変換部における局部発振器とベースバンド処理部におけ
る信号処理のクロックを生成する源発振器として、共通
の水晶発振器を用いるが、GPS受信機10において
は、これと同様に、先に図1に示したように、周波数変
換部23における局部発振器の源発振器と同期捕捉部2
4及び同期保持部25の動作クロックの源発振器とを、
TCXO12に共通化する。そして、同期保持部25
は、同期捕捉部24によって検出したIFキャリア周波
数とTCXO12の公称値に基づく例えば1.023M
Hzの中間周波数F IFとの差分をΔFIFとし、15
75.42MHzであるGPS衛星からの信号のキャリ
ア周波数をFRFとし、同期捕捉部24がIF信号をメ
モリに取り込んでから同期捕捉処理に要した時間をT秒
とし、拡散符号の位相をhとすると、図7に示すよう
に、拡散符号の位相hをh+Δh(Δh=−T×ΔF
IF/Δ )のように補正する。例えば、ΔFIF
+3kHz、T=10秒の場合には、Δh=−19マイ
クロ秒=約−19チップとなる。同期保持部25は、こ
のような補正を行うことにより、TCXO12による発
振周波数の誤差とドップラシフトとによって生じる拡散
符号の位相のずれを極めて正確に補正することができ、
同期捕捉部24による同期捕捉処理に時間を数十秒要し
た場合であっても、ほぼ1チップ程度の範囲での探索で
同期を確立することができる。
Generally, in a GPS receiver, the frequency
In the local oscillator in the converter and the baseband processor
Common as a source oscillator that generates a clock for signal processing
Using the crystal oscillator of
Similarly, as shown in FIG.
The source oscillator of the local oscillator in the conversion unit 23 and the synchronization acquisition unit 2
4 and the source oscillator of the operation clock of the synchronization holding unit 25,
Common to TCXO12. Then, the synchronization holding unit 25
Is the IF carrier frequency detected by the synchronization acquisition unit 24.
Based on the number and the nominal value of TCXO12, eg 1.023M
Intermediate frequency F of Hz IFAnd the difference is ΔFIFAnd 15
Carry of signals from GPS satellites at 75.42 MHz
A frequency is FRFThen, the synchronization acquisition unit 24 outputs the IF signal.
The time required for the synchronization acquisition processing after being loaded into memory is T seconds
And the phase of the spreading code is h, as shown in FIG.
, The phase h of the spreading code is h + Δh (Δh = −T × ΔF
IF/ ΔR F) Is corrected. For example, ΔFIF=
When +3 kHz and T = 10 seconds, Δh = −19 My
Crosecond = about -19 chips. The synchronization holding unit 25 is
With the correction like
Diffusion caused by vibration frequency error and Doppler shift
It is possible to correct the phase shift of the code extremely accurately,
It takes several tens of seconds for the synchronization acquisition processing by the synchronization acquisition unit 24.
Even if it is, even if you search in the range of about 1 chip
Synchronization can be established.

【0098】このような補正が可能な理由は、以下のと
おりである。
The reason why such a correction is possible is as follows.

【0099】GPS受信機10においては、周波数変換
部23によってGPS衛星からの信号の既知であるキャ
リア周波数FRFを既知である中間周波数FIFに変換
するために、公称発振周波数FOSCのTCXO12に
基づいて周波数シンセサイザ18によって局部発振周波
数FLO=N×FOSC(Nは定数数、N>>1)を生
成し、FIF=FRF−FLOとなるようにする。ここ
で、実際に受信するGPS衛星からの信号には、中間周
波数FIFに対してTCXO12による発振周波数の誤
差とドップラシフトとによって生じる誤差ΔFIFが加
わったものである。すなわち、GPS受信機10におい
ては、ドップラシフト量をΔFとし、TCXO12に
よる公称発振周波数との誤差をΔFOSCとすると、 FIF+ΔFIF=FRF+ΔF−FLO=FRF
ΔF−N×(FOS +ΔFOSC) となる。したがって、GPS受信機10においては、同
期捕捉部24が検出するIFキャリア周波数は、 FIF+ΔFIF、ΔFIF=ΔF−N×ΔFOSC となる。ここで重要なことは、同期捕捉部24が検出す
ることができるものはΔFIFのみであり、ΔF,Δ
OSCは最初の同期捕捉の段階では未知であるという
ことである。
In the GPS receiver 10, frequency conversion
By the unit 23, the known signal of the GPS satellite is known.
Rear frequency FRFKnown intermediate frequency FIFConversion to
In order toOSCOn the TCXO12
Based on the local oscillator frequency by the frequency synthesizer 18.
Number FLO= N × FOSC(N is a constant number, N >> 1)
Made, FIF= FRF-FLOSo that here
Therefore, the signal from the GPS satellite actually received is
Wave number FIFAgainst TCXO12 erroneous oscillation frequency
Error ΔF caused by difference and Doppler shiftIFAdded
It has been crossed. That is, the GPS receiver 10
The Doppler shift amount by ΔFDAnd to TCXO12
Error from the nominal oscillation frequency by ΔFOSCThen, FIF+ ΔFIF= FRF+ ΔFD-FLO= FRF+
ΔFD-Nx (FOS C+ ΔFOSC) Becomes Therefore, in the GPS receiver 10,
The IF carrier frequency detected by the period acquisition unit 24 is FIF+ ΔFIF, ΔFIF= ΔFD−N × ΔFOSC Becomes What is important here is that the synchronization acquisition unit 24 detects
Can be ΔFIFAnd only ΔFD, Δ
FOSCIs unknown at the initial acquisition stage
That is.

【0100】ここで、TCXO12によって拡散符号の
1周期長である1ミリ秒を公称発振周波数でタイマがカ
ウントした場合には、誤差ΔFOSCがあるために、実
際には、1ミリ秒×FOSC/(FOSC+Δ
OSC)≒(1−ΔFOSC/F SC)ミリ秒とな
る。一方、受信信号における拡散符号の1周期長さは、
ドップラシフト量ΔFにより、1ミリ秒×FRF
(FRF+ΔF)≒(1−ΔF /FRF)ミリ秒と
なる。したがって、受信信号における拡散符号の1周期
長とTCXO12による公称発振周波数でカウントした
1ミリ秒との比は、 (1−ΔF/FRF)/(1−ΔFOSC
OSC)≒1−ΔF/F +ΔFOSC/F
OSC となる。さらに、この式における右辺は、変形すると、 1−ΔFIF/FRF+(ΔFOSC/FOSC)×
(FIF/(N×FOS ))≒1−ΔFIF/FRF となる。このように、GPS受信機10においては、同
期捕捉部24にとって未知のパラメータであるΔF
ΔFOSCを含まない形でかなり良好な近似をすること
ができる。
[0100] Here, the spreading code of the TCXO12
The timer operates at the nominal oscillation frequency for 1 millisecond, which is one cycle length.
If it does, the error ΔFOSCTo be real
In case of 1 millisecond x FOSC/ (FOSC+ Δ
FOSC) ≈ (1-ΔFOSC/ FO SC) Milliseconds
It On the other hand, one cycle length of the spread code in the received signal is
Doppler shift amount ΔFD1 ms × FRF/
(FRF+ ΔFD) ≈ (1-ΔF D/ FRF) With milliseconds
Become. Therefore, one cycle of the spread code in the received signal
Counted by length and nominal oscillation frequency by TCXO12
The ratio to 1 millisecond is (1-ΔFD/ FRF) / (1-ΔFOSC/
FOSC) ≈1-ΔFD/ FR F+ ΔFOSC/ F
OSC Becomes Furthermore, if the right side of this equation is transformed, 1-ΔFIF/ FRF+ (ΔFOSC/ FOSC) ×
(FIF/ (N × FOS C)) ≈ 1-ΔFIF/ FRF Becomes Thus, in the GPS receiver 10, the same
ΔF which is an unknown parameter for the period capturing unit 24D
ΔFOSCMake a fairly good approximation without
You can

【0101】この結果により、GPS受信機10におい
ては、同期捕捉部24がIF信号をメモリに取り込んだ
時点から同期捕捉処理を行い、検出した拡散符号の位相
hが同期保持部25に供給されるまでの時間にT秒要し
た場合には、このT秒の間に同期捕捉部24が検出した
拡散符号の位相から−T×ΔFIF/FRFだけずれる
ことになる。したがって、同期保持部25は、図7に示
したように、同期捕捉部24から供給された拡散符号の
位相hに補正値Δh=−T×ΔFIF/FRFを加えた
h+ΔhによってDLLによって発生する拡散符号の開
始タイミングを合わせることにより、同期捕捉処理時間
に生じた拡散符号の位相のずれを補正することができ、
これによってほぼ1チップ程度の範囲内において相関を
検出することができ、極めて短時間に同期を確立するこ
とができる。GPS受信機10においては、補正値を例
えばCPU26によって算出し、その算出結果を同期保
持部25に供給し、同期保持部25によって位相を補正
した後に、同期捕捉部24による同期捕捉処理を開始す
ればよい。
As a result, in the GPS receiver 10, the synchronization acquisition processing is performed from the time when the synchronization acquisition unit 24 acquires the IF signal into the memory, and the detected phase h of the spread code is supplied to the synchronization holding unit 25. If it takes T seconds to reach, the phase of the spread code detected by the synchronization acquisition unit 24 during this T seconds is shifted by −T × ΔF IF / F RF . Therefore, as shown in FIG. 7, the synchronization holding unit 25 generates the DLL by h + Δh obtained by adding the correction value Δh = −T × ΔF IF / F RF to the phase h of the spread code supplied from the synchronization acquisition unit 24. By adjusting the start timing of the spreading code to be used, it is possible to correct the phase shift of the spreading code that occurred during the synchronization acquisition processing time.
As a result, the correlation can be detected within a range of about 1 chip, and the synchronization can be established in an extremely short time. In the GPS receiver 10, for example, the CPU 26 calculates a correction value, supplies the calculation result to the synchronization holding unit 25, corrects the phase by the synchronization holding unit 25, and then starts the synchronization acquisition process by the synchronization acquisition unit 24. Good.

【0102】このような拡散符号の位相を補正する手法
において必要となる情報は、同期捕捉部24が検出した
IFキャリア周波数のみであり、GPS受信機10にお
いては、TCXO12による発振周波数の誤差もドップ
ラシフト量も、情報として不要である。また、GPS受
信機10においては、IFキャリア周波数に依存せず、
IF=FRO−FLOとなるように局部発振周波数F
LOを設定する場合であっても、ΔFIFの符号を変更
するのみで済む。
The information necessary for such a method of correcting the phase of the spread code is only the IF carrier frequency detected by the synchronization acquisition unit 24. In the GPS receiver 10, the error of the oscillation frequency due to the TCXO 12 is also Doppler. The shift amount is also unnecessary as information. Further, in the GPS receiver 10, it does not depend on the IF carrier frequency,
Local oscillation frequency F such that F IF = F RO −F LO
Even when LO is set, it is only necessary to change the sign of ΔF IF .

【0103】さて、以下では、以上のような同期保持部
25の具体的な構成について説明する。
Now, a specific configuration of the synchronization holding unit 25 as described above will be described below.

【0104】同期保持部25におけるチャンネル回路9
,91,・・・,91は、上述したように、ス
ペクトラム拡散信号を復調する復調器として適用される
IFキャリア同期用のコスタスループと拡散符号同期用
のDLLとを組み合わせた回路によって構成することが
できる。
Channel circuit 9 in synchronization holding unit 25
1 1, 91 2, ···, 91 N , as described above, the circuit that combines the DLL for Costas loop and the diffusion code synchronization for IF carrier synchronization applied as a demodulator for demodulating a spread spectrum signal Can be configured by.

【0105】ここで、従来のコスタスループ及びDLL
においては、同相成分(I)側のLPFからの出力と直
交成分(Q)側のLPFからの出力との2乗和を相関値
として同期判定を行っていた。
Here, the conventional Costas loop and DLL are used.
In the above, the synchronization determination is performed using the sum of squares of the output from the LPF on the in-phase component (I) side and the output from the LPF on the quadrature component (Q) side as a correlation value.

【0106】これに対して、GPS受信機10において
は、受信感度を向上させるとともに、加速度に対する耐
性を向上させるために、図8に示すように、コスタスル
ープ101には、新たに相関加算器112,113を設
けるとともに、DLL102には、新たに相関加算器1
21,122,128,129を設け、これらの相関加
算器の出力の2乗和を相関値として同期判定を行う。
On the other hand, in the GPS receiver 10, as shown in FIG. 8, the Costas loop 101 is newly provided with a correlation adder 112 in order to improve the reception sensitivity and the resistance to acceleration. , 113, and the DLL 102 is newly provided with a correlation adder 1
21, 122, 128, and 129 are provided, and synchronization determination is performed using the sum of squares of the outputs of these correlation adders as a correlation value.

【0107】すなわち、チャンネル回路91,9
,・・・,91においては、それぞれ、同図に示
すように、コスタスループ101には、上述したアンテ
ナ14及び周波数変換部23によって得られる増幅IF
信号D14に対応するIF信号に対して、後述する拡散
符号発生器(PN Generator;以下、PNGという。)1
34によって発生された位相がP(Prompt)とされる拡
散符号が乗算器103によって乗算された信号が入力さ
れる。一方、チャンネル回路91,91,・・・,
91においては、それぞれ、DLL102には、上述
したアンテナ14及び周波数変換部23によって得られ
る増幅IF信号D14に対応するIF信号が入力され
る。
That is, the channel circuits 91 1 , 9
1 2, ..., 91 in the N, respectively, as shown in the figure, the Costas loop 101, amplified IF obtained by the antenna 14 and the frequency converter 23 described above
With respect to the IF signal corresponding to the signal D14, a spread code generator (PN Generator; hereinafter referred to as PNG) 1 described later.
The signal generated by multiplying the spread code generated by 34 with the phase of P (Prompt) by the multiplier 103 is input. Meanwhile, the channel circuit 91 1, 91 2, ...,
In 91 N , the IF signal corresponding to the amplified IF signal D14 obtained by the antenna 14 and the frequency conversion unit 23 described above is input to the DLL 102, respectively.

【0108】コスタスループ101においては、入力さ
れた信号に対して、NCO104によって生成された再
生キャリアのうちのサイン成分(同相成分)が乗算器1
05によって乗算される一方、NCO104によって生
成された再生キャリアのうちのコサイン成分(直交成
分)が乗算器106によって乗算される。コスタスルー
プ101においては、乗算器105によって得られた同
相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF10
7によって通過され、この信号が位相検出器110、2
値化回路111及び相関加算器112に供給される。一
方、コスタスループ101においては、乗算器106に
よって得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域
成分がLPF108によって通過され、この信号が位相
検出器110及び相関加算器113に供給される。コス
タスループ101においては、LPF107,108の
それぞれから出力された信号に基づいて位相検出器11
0によって検出された位相情報がループフィルタ109
を介してNCO104に供給される。
In the Costas loop 101, the sine component (in-phase component) of the reproduced carrier generated by the NCO 104 is multiplied by the multiplier 1 with respect to the input signal.
While being multiplied by 05, the cosine component (orthogonal component) of the reproduced carrier generated by the NCO 104 is multiplied by the multiplier 106. In the Costas loop 101, the predetermined frequency band component of the signal of the in-phase component obtained by the multiplier 105 is the LPF 10
7 and this signal is detected by the phase detectors 110, 2
It is supplied to the binarization circuit 111 and the correlation adder 112. On the other hand, in the Costas loop 101, a predetermined frequency band component of the quadrature component signal obtained by the multiplier 106 is passed by the LPF 108, and this signal is supplied to the phase detector 110 and the correlation adder 113. In the Costas loop 101, the phase detector 11 is based on the signals output from the LPFs 107 and 108, respectively.
The phase information detected by 0 is the loop filter 109
Is supplied to the NCO 104 via.

【0109】また、コスタスループ101においては、
LPF107,108から出力された信号が、それぞ
れ、相関加算器112,113に供給される。これらの
相関加算器112,113は、それぞれ、図9に示すよ
うに、データの1ビット長、すなわち、GPS受信機1
0においては20ミリ秒の信号Aを積分した相関値と、
後半を反転させた信号Bを積分した相関値との絶対値加
算値を出力する。コスタスループ101においては、こ
れらの相関加算器112,113から出力された信号
が、2乗和算出回路114に供給され、この2乗和算出
回路114によって算出された2乗和(I+Q
が、位相がPとされる拡散符号についての相関値(P)
として出力される。さらに、コスタスループ101にお
いては、LPF107から出力された信号が2値化回路
111に供給され、2値化されて得られた情報が航法メ
ッセージとして出力される。
In the Costas loop 101,
The signals output from the LPFs 107 and 108 are supplied to the correlation adders 112 and 113, respectively. These correlation adders 112 and 113 respectively have a 1-bit length of data, that is, the GPS receiver 1 as shown in FIG.
At 0, the correlation value obtained by integrating the signal A of 20 milliseconds,
The absolute value addition value with the correlation value obtained by integrating the signal B inverted in the latter half is output. In the Costas loop 101, the signals output from the correlation adders 112 and 113 are supplied to the square sum calculation circuit 114, and the square sum (I 2 + Q 2) calculated by the square sum calculation circuit 114 is calculated. )
Is the correlation value (P) for the spreading code whose phase is P
Is output as. Further, in the Costas loop 101, the signal output from the LPF 107 is supplied to the binarization circuit 111, and the information obtained by binarization is output as a navigation message.

【0110】一方、DLL102においては、入力され
たIF信号に対して、PNG134によって発生された
位相がPよりも進んだE(Early)とされる拡散符号が
乗算器115によって乗算されるとともに、PNG13
4によって発生された位相がPよりも遅れたL(Late)
とされる拡散符号が乗算器116によって乗算される。
DLL102においては、乗算器115によって得られ
た信号に対して、コスタスループ101におけるNCO
104によって生成された再生キャリアのうちのサイン
成分が乗算器117によって乗算されるとともに、NC
O104によって生成された再生キャリアのうちのコサ
イン成分が乗算器118によって乗算される。そして、
DLL102においては、乗算器117によって得られ
た同相成分の信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF
119によって通過され、この信号が相関加算器121
に供給される。一方、DLL102においては、乗算器
118によって得られた直交成分の信号のうち所定の周
波数帯域成分がLPF120によって通過され、この信
号が相関加算器122に供給される。また、DLL10
2においては、乗算器116によって得られた信号に対
して、コスタスループ101におけるNCO104によ
って生成された再生キャリアのうちのサイン成分が乗算
器124によって乗算されるとともに、NCO104に
よって生成された再生キャリアのうちのコサイン成分が
乗算器125によって乗算される。そして、DLL10
2においては、乗算器124によって得られた同相成分
の信号のうち所定の周波数帯域成分がLPF126によ
って通過され、この信号が相関加算器128に供給され
る。一方、DLL102においては、乗算器125によ
って得られた直交成分の信号のうち所定の周波数帯域成
分がLPF127によって通過され、この信号が相関加
算器129に供給される。
On the other hand, in the DLL 102, the input IF signal is multiplied by the spreading code, which is E (Early), in which the phase generated by the PNG 134 leads P, and is also multiplied by the PNG 13.
The phase generated by 4 is later than P (L)
The spread code that is defined as is multiplied by the multiplier 116.
In the DLL 102, the NCO in the Costas loop 101 is applied to the signal obtained by the multiplier 115.
The sine component of the reproduced carrier generated by 104 is multiplied by the multiplier 117, and NC
A multiplier 118 multiplies the cosine component of the reproduced carrier generated by O104. And
In the DLL 102, a predetermined frequency band component of the in-phase component signal obtained by the multiplier 117 is the LPF.
119, and this signal is passed through the correlation adder 121.
Is supplied to. On the other hand, in the DLL 102, a predetermined frequency band component of the orthogonal component signal obtained by the multiplier 118 is passed by the LPF 120, and this signal is supplied to the correlation adder 122. Also, DLL10
2, the signal obtained by the multiplier 116 is multiplied by the sine component of the reproduced carrier generated by the NCO 104 in the Costas loop 101 by the multiplier 124, and the reproduced carrier generated by the NCO 104 is multiplied. The cosine component is multiplied by the multiplier 125. And DLL10
In 2, the predetermined frequency band component of the in-phase component signal obtained by the multiplier 124 is passed by the LPF 126, and this signal is supplied to the correlation adder 128. On the other hand, in the DLL 102, a predetermined frequency band component of the orthogonal component signal obtained by the multiplier 125 is passed by the LPF 127, and this signal is supplied to the correlation adder 129.

【0111】DLL102における相関加算器121,
122,128,129は、それぞれ、図9に示した処
理と同様の処理を行い、信号Aを積分した相関値と信号
Bを積分した相関値との絶対値加算値を出力する。DL
L102においては、相関加算器121,122から出
力された信号が、2乗和算出回路123に供給され、こ
の2乗和算出回路123によって算出された2乗和(I
+Q)が、位相がEとされる拡散符号についての相
関値(E)として出力される。さらに、DLL102に
おいては、相関加算器128,129ら出力された信号
が、2乗和算出回路130に供給され、この2乗和算出
回路130によって算出された2乗和(I+Q
が、位相がLとされる拡散符号についての相関値(L)
として出力される。
The correlation adder 121 in the DLL 102,
Each of 122, 128, and 129 performs the same processing as that shown in FIG. 9, and outputs the absolute value addition value of the correlation value obtained by integrating the signal A and the correlation value obtained by integrating the signal B. DL
In L102, the signals output from the correlation adders 121 and 122 are supplied to the square sum calculation circuit 123, and the square sum (I
2 + Q 2 ) is output as the correlation value (E) for the spreading code whose phase is E. Further, in the DLL 102, the signals output from the correlation adders 128 and 129 are supplied to the square sum calculation circuit 130, and the square sum (I 2 + Q 2 ) calculated by the square sum calculation circuit 130.
Is the correlation value (L) for the spreading code whose phase is L
Is output as.

【0112】そして、DLL102においては、2乗和
算出回路123,130のそれぞれから出力された信号
が位相検出器131に供給され、これらの信号に基づい
て位相検出器131によって検出された位相情報がルー
プフィルタ132を介してNCO133に供給され、さ
らに、NCO133によって生成された所定の周波数を
有する信号に基づいて、PNG134によって各位相
E,P,Lの拡散符号が発生される。
In the DLL 102, the signals output from the square sum calculation circuits 123 and 130 are supplied to the phase detector 131, and the phase information detected by the phase detector 131 based on these signals is output. The spread code of each phase E, P, L is generated by the PNG 134 based on the signal supplied to the NCO 133 via the loop filter 132 and having the predetermined frequency generated by the NCO 133.

【0113】このように、コスタスループ101及びD
LL102を有するチャンネル回路91においては、相
関加算器112,113,121,122,128,1
29のそれぞれによって2つの信号の相関値の絶対値加
算値の2乗和を相関値とすることにより、積分時間長を
長くすることができることから、S/Nを向上させるこ
とができ、受信感度を向上させることができる。また、
チャンネル回路91においては、LPF107,10
8,119,120,126,127の帯域幅を狭く
し、加算前にノイズを除去することも可能となる。相関
加算器112,113,121,122,128,12
9のそれぞれからの出力は、ノイズがない場合には、デ
ータが反転する位置に拘泥せず一定となる。
As described above, the Costas loops 101 and D
In the channel circuit 91 having the LL 102, the correlation adders 112, 113, 121, 122, 128, 1
Since the sum of squares of the absolute value addition values of the correlation values of the two signals is used as the correlation value for each of 29, the integration time length can be lengthened, so that the S / N can be improved and the reception sensitivity can be improved. Can be improved. Also,
In the channel circuit 91, the LPFs 107, 10
It is also possible to reduce the bandwidth of 8, 119, 120, 126, 127 and remove noise before addition. Correlation adders 112, 113, 121, 122, 128, 12
When there is no noise, the output from each of 9 is constant regardless of the position where the data is inverted.

【0114】なお、チャンネル回路91においては、本
件出願人が先に出願している特願2001−19065
8号に記載したように、積分時間はデータの1ビット長
以下の所定長であってもよい。また、チャンネル回路9
1においては、相関加算器112,113,121,1
22,128,129のそれぞれによって例えばデータ
の1ビット長周期で相関値の絶対値加算値を算出し、そ
の周期毎に、出力を更新するようにしてもよい。その場
合、DLL102の位相制御は、データの1ビット長周
期で行われることになる。
In the channel circuit 91, Japanese Patent Application No. 2001-19065 previously filed by the applicant of the present application.
As described in No. 8, the integration time may be a predetermined length that is 1 bit or less of the data. Also, the channel circuit 9
1, the correlation adders 112, 113, 121, 1
For example, the absolute value addition value of the correlation value may be calculated in each of 22, 128, and 129 in a 1-bit length cycle of the data, and the output may be updated in each cycle. In that case, the phase control of the DLL 102 is performed in a 1-bit length cycle of data.

【0115】さて、従来のコスタスループ及びDLLに
よって構成される復調器を含め、図8に示したチャンネ
ル回路91においては、同相成分側の出力と直交成分側
の出力との2乗和を相関値としているが、同期が保持さ
れている状態では、直交成分側の出力は殆どノイズに近
いものとなる。したがって、コスタスループ及びDLL
においては、同期保持状態では、同相成分側の出力のみ
を用いた方が、直交成分側の出力のノイズの影響を受け
ないことから、S/Nが向上する。また、コスタスルー
プ及びDLLにおいては、周波数のずれは小さいがキャ
リアの同期が未だとれていない状態、すなわち、位相が
あっていない状態では、同相成分側の出力と直交成分側
の出力とのうち絶対値の大きい方について、その絶対値
の2乗は、2乗和に比較して、最小(位相誤差が45°
であるとき)で1/2であるが、同相成分側の出力と直
交成分側の出力との両者のノイズは加算されず片側のみ
で済むことから、最小のときでも2乗和とS/Nが同一
となる。
In the channel circuit 91 shown in FIG. 8 including the demodulator formed by the conventional Costas loop and DLL, the sum of squares of the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side is a correlation value. However, when the synchronization is maintained, the output on the quadrature component side is almost noise. Therefore, Costas Loop and DLL
In S, in the synchronous holding state, using only the output on the in-phase component side is not affected by the noise on the output on the quadrature component side, so that the S / N is improved. Further, in the Costas loop and the DLL, when the frequency shift is small but carrier synchronization is not yet achieved, that is, when there is no phase, the absolute value of the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side is absolute. For the larger value, the square of the absolute value is the smallest (phase error is 45 ° compared to the sum of squares.
However, the noise of both the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side is not added and only one side is required. Are the same.

【0116】そこで、GPS受信機10においては、同
相成分側の出力と直交成分側の出力との2乗和ではな
く、同相成分側の出力と直交成分側の出力との絶対値を
相関値として同期判定及びDLLの位相制御を行う。具
体的には、GPS受信機10においては、チャンネル回
路91,91,・・・,91として、図10に示
すチャンネル回路91'を用いる。
Therefore, in the GPS receiver 10, not the sum of squares of the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side, but the absolute value of the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side as the correlation value. Synchronization determination and DLL phase control are performed. Specifically, in the GPS receiver 10, the channel circuits 91 1, 91 2,..., As 91 N, used channel circuit 91 'shown in FIG. 10.

【0117】すなわち、チャンネル回路91'は、同図
に示すように、IFキャリア同期用のコスタスループ1
01を含む回路に、上述した2乗和算出回路114に代
えて、相関加算器112,113からの出力を比較して
値が大きい方(Max(I,Q))を出力する最大値選
択回路141を設ける。また、チャンネル回路91'
は、拡散符号同期用のDLL102'に、上述した2乗
和算出回路123に代えて、相関加算器121,122
からの出力のうちいずれか一方を選択するセレクタ14
2を設けるとともに、上述した2乗和算出回路130に
代えて、相関加算器128,129からの出力のうちい
ずれか一方を選択するセレクタ143を設ける。ここ
で、セレクタ142,143は、それぞれ、最大値選択
回路141によって同相成分側の相関加算器112から
の出力が選択された場合には、同相成分側の相関加算器
121,128からの出力を選択し、最大値選択回路1
41によって直交成分側の相関加算器113からの出力
が選択された場合には、直交成分側の相関加算器12
2,129からの出力を選択する。
That is, as shown in the figure, the channel circuit 91 'includes the Costas loop 1 for IF carrier synchronization.
The maximum value selection circuit that outputs the larger value (Max (I, Q)) by comparing the outputs from the correlation adders 112 and 113 in place of the above-described square sum calculation circuit 114 to the circuit including 01. 141 is provided. Also, the channel circuit 91 '
Is a DLL 102 ′ for spreading code synchronization, instead of the above-described square sum calculation circuit 123, correlation adders 121 and 122.
Selector 14 for selecting one of the outputs from
2 is provided, and in place of the above-described square sum calculation circuit 130, a selector 143 that selects one of the outputs from the correlation adders 128 and 129 is provided. Here, when the output from the correlation adder 112 on the in-phase component side is selected by the maximum value selection circuit 141, the selectors 142 and 143 output the outputs from the correlation adders 121 and 128 on the in-phase component side, respectively. Select and maximum value selection circuit 1
When the output from the orthogonal component side correlation adder 113 is selected by 41, the orthogonal component side correlation adder 12
Select the output from 2,129.

【0118】このように、チャンネル回路91'におい
ては、同相成分側の出力と直交成分側の出力との2乗和
ではなく、2値の大小を比較する回路を用いて同相成分
側の出力と直交成分側の出力との絶対値を相関値として
同期判定及びDLLの位相制御を行ってもS/Nが悪化
することはない。また、チャンネル回路91'において
は、同相成分側の出力又は直交成分側の出力の絶対値を
相関値とすることにより、処理負荷も軽減される。
As described above, in the channel circuit 91 ', instead of the sum of squares of the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side, a circuit for comparing the magnitude of the two values is used to determine the output on the in-phase component side. Even if synchronization determination and DLL phase control are performed using the absolute value of the output on the quadrature component side as a correlation value, the S / N does not deteriorate. In the channel circuit 91 ', the processing load is also reduced by using the absolute value of the output on the in-phase component side or the output on the quadrature component side as the correlation value.

【0119】なお、GPS受信機10においては、チャ
ンネル回路91'に代えて、図11に示すように、位相
がE,Lの拡散符号の両者とも、ハードウェア的に規模
が大きいLPF及び相関加算器を1つにまとめたDLL
102''を有するチャンネル回路91''としてもよい。
In the GPS receiver 10, instead of the channel circuit 91 ', as shown in FIG. 11, both of the spread codes having the phases E and L have a large scale in terms of hardware, that is, the LPF and the correlation addition. DLL with a single container
It may be a channel circuit 91 ″ having 102 ″.

【0120】すなわち、チャンネル回路91''において
は、位相がEの拡散符号側の構成として、上述した乗算
器117,118を1つの乗算器151とし、上述した
LPF119,120を1つのLPF152とし、上述
した相関加算器121,122を1つの相関加算器15
3とする。また、チャンネル回路91''においては、位
相がLの拡散符号側の構成として、上述した乗算器12
4,125を1つの乗算器154とし、上述したLPF
126,127を1つのLPF155とし、上述した相
関加算器128,129を1つの相関加算器156とす
る。さらに、チャンネル回路91''においては、コスタ
スループ101におけるNCO104によって生成され
た再生キャリアにおけるサイン成分とコサイン成分との
うちいずれか一方を選択するセレクタ157を設ける。
That is, in the channel circuit 91 ″, the multipliers 117 and 118 described above are used as one multiplier 151 and the LPFs 119 and 120 described above are used as one LPF 152 as the configuration on the side of the spreading code having the phase E. The above correlation adders 121 and 122 are combined into one correlation adder 15
Set to 3. In the channel circuit 91 ″, the multiplier 12 described above is used as the configuration on the spreading code side having the phase of L.
4,125 as one multiplier 154, and the above-mentioned LPF
126 and 127 are one LPF 155, and the above-described correlation adders 128 and 129 are one correlation adder 156. Further, the channel circuit 91 ″ is provided with a selector 157 for selecting either one of the sine component and the cosine component in the reproduced carrier generated by the NCO 104 in the Costas loop 101.

【0121】このようなチャンネル回路91''において
は、最大値選択回路141によって同相成分側の相関加
算器112からの出力が選択された場合には、NCO1
04によって生成された再生キャリアのうちのサイン成
分がセレクタ157によって選択され、この信号がキャ
リアとして乗算器151,152に供給される。一方、
チャンネル回路91''においては、最大値選択回路14
1によって直交成分側の相関加算器113からの出力が
選択された場合には、NCO104によって生成された
再生キャリアのうちのコサイン成分がセレクタ157に
よって選択され、この信号がキャリアとして乗算器15
1,152に供給される。
In such a channel circuit 91 '', when the output from the correlation adder 112 on the in-phase component side is selected by the maximum value selection circuit 141, the NCO1
The sine component of the reproduced carrier generated by 04 is selected by the selector 157, and this signal is supplied to the multipliers 151 and 152 as a carrier. on the other hand,
In the channel circuit 91 ″, the maximum value selection circuit 14
When the output from the correlation adder 113 on the quadrature component side is selected by 1, the cosine component of the reproduced carrier generated by the NCO 104 is selected by the selector 157, and this signal is used as the carrier by the multiplier 15
1,152.

【0122】このように、チャンネル回路91''は、チ
ャンネル回路91'に比較して、LPF及び相関加算器
を2個ずつ削減することができることから、先に図5に
示した多チャンネルからなる同期保持部25に適用する
にあたって、回路規模の削減に大いに有効である。
As described above, the channel circuit 91 ″ can reduce two LPFs and two correlation adders each, compared to the channel circuit 91 ′. When applied to the synchronization holding unit 25, it is very effective in reducing the circuit scale.

【0123】さらに、GPS受信機10においては、チ
ャンネル回路91''を改良し、図12に示すように、ゲ
ート信号発生器168によって発生したゲート信号に基
づいて、位相がE,Lの拡散符号のレートよりも遅く、
且つ、LPFの帯域よりも十分に高い周波数で拡散符号
の乗算器入力を切り替えることにより、相関値(E)と
相関値(L)との差分を求めるタウディザ方式を採用す
るDLL102'''を有するチャンネル回路91'''とす
ることもできる。
Further, in the GPS receiver 10, the channel circuit 91 ″ is improved so that, as shown in FIG. 12, based on the gate signal generated by the gate signal generator 168, the spread code having the phases E and L. Slower than
In addition, the DLL 102 ″ ′ adopts the Taudizer method for obtaining the difference between the correlation value (E) and the correlation value (L) by switching the multiplier input of the spreading code at a frequency sufficiently higher than the band of the LPF. The channel circuit 91 ″ ′ can also be used.

【0124】すなわち、チャンネル回路91'''は、ゲ
ート信号発生器168によって一定周期でハイとローと
を繰り返すゲート信号を発生する。このゲート信号の周
波数は、例えばLPF165のカットオフ周波数が1k
Hzである場合には、数十kHzとする。チャンネル回
路91'''においては、ゲート信号発生器168によっ
て発生されたゲート信号がハイのときには、セレクタ1
61によって位相がEの拡散符号が選択され、ゲート信
号がローのときには、セレクタ161によって位相がL
の拡散符号が選択される。そして、チャンネル回路9
1'''においては、入力されたIF信号に対してセレク
タ161によって選択された拡散符号が乗算器162に
よって乗算され、この信号に対してキャリアが乗算器1
64によって乗算される。さらに、チャンネル回路9
1'''においては、最大値選択回路141によって同相
成分側の相関加算器112からの出力が選択された場合
には、NCO104によって生成された再生キャリアの
うちのサイン成分がセレクタ163によって選択され、
この信号がキャリアとして乗算器164に供給される。
一方、チャンネル回路91'''においては、最大値選択
回路141によって直交成分側の相関加算器113から
の出力が選択された場合には、NCO104によって生
成された再生キャリアのうちのコサイン成分がセレクタ
163によって選択され、この信号がキャリアとして乗
算器164に供給される。
That is, the channel circuit 91 '''generates a gate signal which repeats high and low at a constant cycle by the gate signal generator 168. As for the frequency of this gate signal, for example, the cutoff frequency of the LPF 165 is 1 k.
In the case of Hz, it is set to several tens of kHz. In the channel circuit 91 ″ ′, when the gate signal generated by the gate signal generator 168 is high, the selector 1
When the spread code having the phase E is selected by 61 and the gate signal is low, the selector 161 changes the phase to L.
Spreading code is selected. And the channel circuit 9
In 1 ″ ′, the spread code selected by the selector 161 is multiplied by the input IF signal by the multiplier 162, and the carrier is multiplied by this signal by the multiplier 1.
Multiplied by 64. In addition, the channel circuit 9
In 1 ″ ′, when the maximum value selection circuit 141 selects the output from the correlation adder 112 on the in-phase component side, the sine component of the reproduced carrier generated by the NCO 104 is selected by the selector 163. ,
This signal is supplied to the multiplier 164 as a carrier.
On the other hand, in the channel circuit 91 ′ ″, when the output from the correlation adder 113 on the orthogonal component side is selected by the maximum value selection circuit 141, the cosine component of the reproduction carrier generated by the NCO 104 is selected. This signal is selected by 163 and supplied to the multiplier 164 as a carrier.

【0125】そして、チャンネル回路91'''において
は、乗算器164によって得られた信号がLPF165
を介して相関加算器166に供給され、この相関加算器
166によって相関値の絶対値加算値が算出され、算出
結果が乗算器167に供給される。チャンネル回路9
1'''においては、相関加算器166からの出力とゲー
ト信号発生器168からのゲート信号とが乗算器167
によって乗算され、得られた結果がループフィルタ13
2に供給される。このとき、チャンネル回路91'''に
おいては、乗算器167による乗算の際には、ゲート信
号発生器168からのゲート信号がハイのときには"1"
とし、ローのときには"0"として演算が行われる。
Then, in the channel circuit 91 ''', the signal obtained by the multiplier 164 is the LPF 165.
Is supplied to the correlation adder 166 via the correlation adder 166, the absolute value addition value of the correlation value is calculated by the correlation adder 166, and the calculation result is supplied to the multiplier 167. Channel circuit 9
In 1 ″ ′, the output from the correlation adder 166 and the gate signal from the gate signal generator 168 are the multiplier 167.
And the obtained result is multiplied by the loop filter 13
2 is supplied. At this time, in the channel circuit 91 ′ ″, when the multiplication by the multiplier 167 is performed, “1” is set when the gate signal from the gate signal generator 168 is high.
When it is low, the operation is performed as "0".

【0126】このようなチャンネル回路91'''におい
ては、位相がE,Lの拡散符号についてのLPF及び相
関加算器が共通化されることから、チャンネル回路9
1''に比較して、さらに回路規模の削減を図ることがで
きる。ただし、チャンネル回路91'''においては、タ
ウディザ方式とすることにより、チャンネル回路91''
に比較して、S/Nが3dB程度劣化することになる。
なお、チャンネル回路91'''においては、相関値
(E)と相関値(L)との差分が出力されるが、この差
分は位相比較結果として位相制御に利用できるものであ
ることから、チャンネル回路91,91',91''に設
けられていた位相検出器は不要である。
In such a channel circuit 91 ''', since the LPF and the correlation adder for the spread codes having the phases E and L are made common, the channel circuit 9'''
It is possible to further reduce the circuit scale as compared with 1 ''. However, in the channel circuit 91 ′ ″, by adopting the taud dither method, the channel circuit 91 ″
As compared with the above, the S / N is deteriorated by about 3 dB.
The channel circuit 91 ′ ″ outputs the difference between the correlation value (E) and the correlation value (L), but since this difference can be used for phase control as the phase comparison result, the channel The phase detector provided in the circuits 91, 91 ', 91''is unnecessary.

【0127】以下、上述したチャンネル回路91,9
1',91'',91'''におけるLPF、位相検出器、ル
ープフィルタ、及び相関加算器の特徴について説明す
る。
Hereinafter, the above-mentioned channel circuits 91 and 9 will be described.
The features of the LPF, the phase detector, the loop filter, and the correlation adder in 1 ′, 91 ″, and 91 ′ ″ will be described.

【0128】まず、LPFについて説明する。First, the LPF will be described.

【0129】上述したチャンネル回路91,91',9
1'',91'''におけるLPFは、入力信号と拡散符号
及び再生キャリアを乗算後、データ帯域以外の不要なデ
ータを除去するものである。GPS受信機10において
は、可能な限りLPFの帯域を狭くしてS/Nを上げた
い場合や、多少感度が悪化しても応答速度を優先したい
場合の両ケースがあることから、LPFの帯域幅は可変
とするのが好ましい。
The above-mentioned channel circuits 91, 91 ', 9
The LPF in 1 ″ and 91 ″ ′ is to remove unnecessary data other than the data band after multiplying the input signal by the spread code and the reproduction carrier. In the GPS receiver 10, there are both cases where it is desired to narrow the LPF band as much as possible to increase the S / N ratio, and where it is desired to prioritize the response speed even if the sensitivity deteriorates a little. The width is preferably variable.

【0130】そこで、GPS受信機10においては、帯
域幅を可変とするために、図13に示すようにLPFを
構成する。なお、同図においては、入力信号を1ビット
であるものとしているが、多ビットであってもよい。G
PS受信機10においては、受信信号が熱雑音よりもか
なり低いレベルであることから、アナログ/ディジタル
変換を2値化で行ったとしても、S/Nの劣化は僅かで
ある。
Therefore, in the GPS receiver 10, an LPF is constructed as shown in FIG. 13 in order to make the bandwidth variable. Although the input signal is 1 bit in the figure, it may be multi-bit. G
In the PS receiver 10, since the received signal is at a level much lower than the thermal noise, even if the analog / digital conversion is performed by binarization, the S / N deterioration is slight.

【0131】同図(A)に示すLPFは、同図(B)に
示すRCフィルタの伝達関数を差分近似した無限インパ
ルス応答(Infinite Impulse Response;IIR)フィ
ルタである。このLPFは、1ビット又は多ビットから
なる入力信号X[n]に対して2のべき乗kを乗算する
乗算器171と、後述するレジスタ175から供給され
る信号Y[n−1]と2のべき乗kとを乗算する乗算器
172と、レジスタ175から供給される信号Y[n−
1]と乗算器172によって得られた信号kY[n−
1]との差分をとる差分器173と、乗算器171によ
って得られた信号kX[n]と差分器173によって得
られた信号(1−k)Y[n−1]とを加算する加算器
174と、この加算器174によって得られたRCフィ
ルタの差分近似式で表される信号を所定ビット長だけ保
持するレジスタ175とからなる。なお、入力信号X
[n]及び出力信号Y[n]における"n"は、離散的な
時間を表すものである。
The LPF shown in (A) of the figure is an infinite impulse response (IIR) filter which is a differential approximation of the transfer function of the RC filter shown in (B) of the figure. This LPF is composed of a multiplier 171 that multiplies an input signal X [n] consisting of 1 bit or multiple bits by a power of 2 and a signal Y [n-1] and 2 supplied from a register 175 described later. A multiplier 172 that multiplies a power k and a signal Y [n− supplied from the register 175.
1] and the signal kY [n− obtained by the multiplier 172.
1], and an adder for adding the signal kX [n] obtained by the multiplier 171 and the signal (1-k) Y [n-1] obtained by the difference 173. 174 and a register 175 that holds the signal represented by the differential approximation formula of the RC filter obtained by the adder 174 for a predetermined bit length. The input signal X
"N" in [n] and the output signal Y [n] represents discrete time.

【0132】このようなLPFにおいて、入力信号X
[n]と多ビットからなる出力信号Y[n]との関係
は、 Y[n]=(1−k)Y[n−1]+kX[n] となり、加算器174から出力される信号がこの関係を
満たすものとなる。このLPFにおいては、サンプリン
グ周波数をfとすると、時定数t、カットオフ周波
数fは、それぞれ、 t=RC=1/(kf)、 f=1/(2πRC)=kf/(2π)、 k=1/(RCf) となる。したがって、LPFにおいては、k=2−16
とし、サンプリング周波数をf=18.414MHz
とすると、時定数tは3.56ミリ秒、カットオフ周
波数fは44.7Hzとなる。
In such an LPF, the input signal X
The relationship between [n] and the multi-bit output signal Y [n] is Y [n] = (1-k) Y [n-1] + kX [n], and the signal output from the adder 174 is This relationship will be satisfied. In this LPF, when the sampling frequency is f s, the time constant t c, the cutoff frequency f c, respectively, t c = RC = 1 / (kf s), f c = 1 / (2πRC) = kf s / (2π), k = 1 / (RCf s ). Therefore, in the LPF, k = 2 −16
And the sampling frequency is f s = 18.414 MHz
Then, the time constant t c is 3.56 milliseconds, and the cutoff frequency f c is 44.7 Hz.

【0133】このようなLPFにおいては、入力信号X
[n]は1ビット又は多ビットであり、値が"1"又は"
−1"とされるが、入力信号X[n]及び出力信号Y
[n]において、レジスタ175をMビット長とし、"
1"を"100・・・0"、"−1"を"000・・・0"と
みなし、kを2−L(Lは整数)とすれば、kX[n]
の演算を行う乗算器171は、(M−L)ビットの左シ
フトを行うバレルシフタによって実現することができ、
kY[n]の演算を行う乗算器172は、Lビットの右
シフトを行うバレルシフタによって実現することができ
る。例えば、レジスタ175を22ビット長とし、k=
−16とすると、乗算器171は、6ビットの左シフ
トを行うバレルシフタによって実現することができ、乗
算器172は、16ビットの右シフトを行うバレルシフ
タによって実現することができる。したがって、LPF
においては、Lを外部から設定可能とした場合には、カ
ットオフ周波数fをオクターブ単位で可変とすること
ができる。また、LPFにおいては、"0"を"010・
・・0"とみなし、この値との大小比較によって出力信
号Y[n]の符号判定を行うことができる。さらに、L
PFにおいては、レジスタ175に保持されたビット列
の最上位ビットを除いた残りのビット列の最上位ビット
を反転して出力することにより、出力信号Y[n]の値
は、2の補数となる。
In such an LPF, the input signal X
[N] is 1 bit or multi-bit, and the value is "1" or "
-1 ", but the input signal X [n] and the output signal Y
In [n], the register 175 is set to have an M bit length, and "
If 1 "is regarded as" 100 ... 0 "," -1 "is regarded as" 000 ... 0 ", and k is 2- L (L is an integer), kX [n]
The multiplier 171 for performing the operation of can be realized by a barrel shifter for performing a left shift of (ML) bits,
The multiplier 172 that calculates kY [n] can be realized by a barrel shifter that shifts right by L bits. For example, the register 175 has a length of 22 bits, and k =
2-16 , the multiplier 171 can be realized by a barrel shifter that performs a 6-bit left shift, and the multiplier 172 can be realized by a barrel shifter that performs a 16-bit right shift. Therefore, LPF
In the above, in the case where L can be set from the outside, the cutoff frequency f c can be made variable in octave units. In addition, in the LPF, "0" is changed to "010.
.. can be determined as 0 ", and the sign of the output signal Y [n] can be determined by comparing with this value.
In the PF, by inverting and outputting the most significant bit of the remaining bit string excluding the most significant bit of the bit string held in the register 175, the value of the output signal Y [n] becomes a two's complement.

【0134】つぎに、位相検出器について説明する。Next, the phase detector will be described.

【0135】チャンネル回路91,91',91'',9
1'''には、コスタスループ101において位相検出器
110が設けられるが、この位相検出器110に対する
入力は、例えば必要なダイナミックレンジが10ビット
であればLPFからの信号の上位10ビットとする。こ
こで、コスタスループにおける位相検出器110からの
出力である位相比較結果出力で最も一般的なものは、同
相成分側の出力と直交成分側の出力とを乗算した値I×
Qであるが、この値は信号強度に対する依存性があり、
好ましくないことから、位相比較結果出力を、直交成分
側の出力と同相成分側の出力とを除算した値Q/Iとす
る変形コスタスループがある。この値Q/Iは、NCO
104によって生成した再生キャリアと入力信号に含ま
れるキャリアとの位相差の正接(tangent)である。
Channel circuits 91, 91 ', 91'', 9
1 ″ ′ is provided with a phase detector 110 in the Costas loop 101, and the input to the phase detector 110 is, for example, the upper 10 bits of the signal from the LPF if the required dynamic range is 10 bits. . Here, the most general phase comparison result output which is the output from the phase detector 110 in the Costas loop is a value I × obtained by multiplying the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side.
Q, but this value depends on the signal strength,
Since it is not preferable, there is a modified Costas loop that sets the phase comparison result output to the value Q / I obtained by dividing the output on the quadrature component side and the output on the in-phase component side. This value Q / I is the NCO
The tangent of the phase difference between the reproduced carrier generated by 104 and the carrier included in the input signal.

【0136】この値Q/Iの演算は、除算を含むことか
ら、ハードウェア処理が困難であり、CPUによって算
出するのが一般的であるが、複数チャンネルのコスタス
ループにおける処理は、1つのCPUによって行う場合
には負荷が大きい。
Since the calculation of this value Q / I includes division, hardware processing is difficult and is generally calculated by a CPU. However, the processing in the Costas loop of a plurality of channels is performed by one CPU. If done by, the load is heavy.

【0137】そこで、GPS受信機10においては、変
形コスタスループを適用して値Q/Iの演算を行う場合
には、この演算を以下のように近似することにより、ハ
ードウェアによって構成しやすくする。
Therefore, in the GPS receiver 10, when the modified Costas loop is applied to calculate the value Q / I, the calculation is approximated as follows to facilitate hardware configuration. .

【0138】まず、GPS受信機10においては、同相
成分側の出力Iと直交成分側の出力Qとを、それぞれ、
2の補数とし、両者の最上位ビットから正負を識別する
とともに、他のビットから絶対値を検出する。続いて、
GPS受信機10においては、絶対値で"1"がたってい
る最も上位のビット位置Sをチェックする。例えば、G
PS受信機10においては、同相成分側の出力Iが"0
001011001"である場合には、最下位から7ビ
ット目が絶対値で"1"がたっている最も上位のビットで
あることから、最下位ビットの位置を"0"としてS=6
とする。そして、GPS受信機10においては、直交成
分側の出力Qの絶対値をSビットだけ右シフトした結果
を、同相成分側の出力Iと直交成分側の出力Qとの符号
関係を加味して2の補数に変換し、この値を位相比較結
果出力とする。
First, in the GPS receiver 10, the output I on the in-phase component side and the output Q on the quadrature component side are respectively
Two's complement is used, positive and negative are discriminated from the most significant bits of both, and the absolute value is detected from other bits. continue,
The GPS receiver 10 checks the most significant bit position S, which is "1" in absolute value. For example, G
In the PS receiver 10, the output I on the in-phase component side is "0".
In the case of "001011001", since the 7th bit from the least significant bit is the most significant bit with an absolute value of "1", the position of the least significant bit is set to "0" and S = 6.
And Then, in the GPS receiver 10, the result of right-shifting the absolute value of the output Q on the quadrature component side by S bits is taken into consideration in consideration of the sign relation between the output I on the in-phase component side and the output Q on the quadrature component side. Is converted into the complement of and this value is used as the phase comparison result output.

【0139】このように、GPS受信機10において
は、同相成分側の出力Iを2で近似し、Q/Iの演算
をシフト演算に置き換えることができることから、ハー
ドウェアでの構成が容易に実現可能となる。なお、正確
なQ/Iと近似によるQ/Iとの絶対誤差は、Q/I=
0となるコスタスループが位相ロックする付近で小さい
ことから、この手法は、近似ではあるが同期時の位相誤
差を十分小さくすることができる。
As described above, in the GPS receiver 10, since the output I on the in-phase component side can be approximated by 2 S and the Q / I calculation can be replaced with the shift calculation, the hardware configuration can be easily performed. It becomes feasible. The absolute error between the exact Q / I and the approximate Q / I is Q / I =
Since the Costas loop that becomes 0 is small in the vicinity of the phase lock, this method can sufficiently reduce the phase error at the time of synchronization, although it is an approximation.

【0140】ただし、位相誤差が90°に近い場合に
は、直交成分側の出力Qの値が大きくなり、同相成分側
の出力Iの値が小さくなることから、値Q/Iは大きな
値となり、位相検出器としては好ましくない。そこで、
GPS受信機10においては、直交成分側の出力Qの絶
対値をSビットだけ右シフトした結果が、所定値、例え
ば"2"よりも大きい場合には、位相比較結果出力の絶対
値を"2"とするように、リミッタを設定する。GPS受
信機10においては、リミッタ設定値が"1"である場合
には、±90°の範囲においては±45°以内、リミッ
タ設定値が"2"である場合には、±90°の範囲におい
ては±63.4°以内で位相比較特性が傾きを有する。
リミッタ設定値が"2"である場合における位相比較特性
は、図14に示すようになる。同図においては、横軸に
角度を示し、縦軸に位相比較結果出力を示している。G
PS受信機10においては、NCO104による再生キ
ャリアと受信信号に含まれるキャリアとが同期している
時点では、位相比較結果出力は、同図中黒丸で示す平衡
点近傍の値となる。
However, when the phase error is close to 90 °, the value of the output Q on the quadrature component side increases and the value of the output I on the in-phase component side decreases, so the value Q / I becomes a large value. However, it is not preferable as a phase detector. Therefore,
In the GPS receiver 10, when the result obtained by right-shifting the absolute value of the output Q on the quadrature component side by S bits is larger than a predetermined value, for example, "2", the absolute value of the phase comparison result output is set to "2". Set the limiter to ". In the GPS receiver 10, when the limiter set value is "1", it is within ± 45 ° within a range of ± 90 °, and when the limiter set value is "2", within a range of ± 90 °. , The phase comparison characteristic has a slope within ± 63.4 °.
The phase comparison characteristic when the limiter setting value is "2" is as shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the angle and the vertical axis represents the phase comparison result output. G
In the PS receiver 10, when the reproduced carrier by the NCO 104 and the carrier included in the received signal are synchronized, the phase comparison result output has a value near the equilibrium point shown by the black circle in the figure.

【0141】一方、チャンネル回路91,91',9
1''には、DLL102,102',102''のそれぞ
れにおいて位相検出器131が設けられるが、この位相
検出器131に対する入力は、例えば必要なダイナミッ
クレンジが10ビットであればLPFからの信号の上位
10ビットとする。ここで、DLLにおける位相検出器
131からの出力である位相比較結果出力で最も一般的
なものは、位相がEとされる拡散符号についての出力と
位相がLとされる拡散符号についての出力との差分値E
−Lであるが、この値は信号強度に対する依存性があ
り、好ましくないことから、位相比較結果出力を、(E
−L)/(E+L)とするのがよい。
On the other hand, the channel circuits 91, 91 ', 9
1 ″ is provided with a phase detector 131 in each of the DLLs 102, 102 ′, and 102 ″. The input to the phase detector 131 is, for example, a signal from the LPF if the required dynamic range is 10 bits. Upper 10 bits of Here, the most general phase comparison result outputs that are outputs from the phase detector 131 in the DLL are an output for a spreading code having a phase of E and an output for a spreading code having a phase of L. Difference value E
Although it is −L, this value depends on the signal strength and is not preferable. Therefore, the phase comparison result output is (E
-L) / (E + L) is preferable.

【0142】GPS受信機10においては、この値(E
−L)/(E+L)の演算を行う位相検出器131も、
上述したコスタスループにおけるQ/Iの演算を行う位
相検出器110と同様に構成することができる。GPS
受信機10においては、値(E−L)/(E+L)の演
算を行う場合には、この演算を以下のように近似するこ
とにより、ハードウェアによって構成しやすくする。
In the GPS receiver 10, this value (E
The phase detector 131 that performs the calculation of −L) / (E + L) also
It can be configured similarly to the phase detector 110 that performs the Q / I calculation in the Costas loop described above. GPS
In the receiver 10, when the calculation of the value (E−L) / (E + L) is performed, the calculation can be approximated as follows to facilitate hardware configuration.

【0143】まず、GPS受信機10においては、(E
−L)の演算と(E+L)の演算とを行う。続いて、G
PS受信機10においては、値(E+L)で"1"がたっ
ている最も上位のビット位置Sをチェックする。例え
ば、GPS受信機10においては、値(E+L)が"0
001011001"である場合には、最下位から7ビ
ット目が"1"がたっている最も上位のビットであること
から、最下位ビットの位置を"0"としてS=6とする。
そして、GPS受信機10においては、値(E−L)を
Sビットだけ右シフトした結果を、値(E−L)が負値
である場合には符号拡張して2の補数に変換し、この値
を位相比較結果出力とする。
First, in the GPS receiver 10, (E
The calculation of −L) and the calculation of (E + L) are performed. Then, G
In the PS receiver 10, the most significant bit position S with "1" in the value (E + L) is checked. For example, in the GPS receiver 10, the value (E + L) is "0.
In the case of "001011001", since the 7th bit from the least significant bit is the most significant bit with "1", the position of the least significant bit is set to "0" and S = 6.
Then, in the GPS receiver 10, when the value (EL) is a negative value, the result of right-shifting the value (EL) by S bits is sign-extended and converted into a two's complement, This value is used as the phase comparison result output.

【0144】このように、GPS受信機10において
は、値(E+L)を2で近似し、(E−L)/(E+
L)の演算をシフト演算に置き換えることができること
から、ハードウェアでの構成が容易に実現可能となる。
なお、正確な(E−L)/(E+L)と近似による(E
−L)/(E+L)との絶対誤差は、(E−L)/(E
+L)=0となるDLLが位相ロックする付近で小さい
ことから、この手法は、近似ではあるが同期時の位相誤
差を十分小さくすることができる。位相がPとされる拡
散符号に対する位相がEとされる拡散符号及び位相がL
とされる拡散符号のシフト量が±0.5チップである場
合における位相比較特性は、図15に示すようになる。
同図においては、横軸に単位をチップとした拡散符号の
位相差を示し、縦軸に位相比較結果出力を示している。
GPS受信機10においては、PNG134による再生
符号と受信信号に含まれる拡散符号とが同期している時
点では、位相比較結果出力は、同図中黒丸で示す平衡点
近傍の値となる。
As described above, in the GPS receiver 10, the value (E + L) is approximated by 2 S , and (E−L) / (E +)
Since the calculation of L) can be replaced with the shift calculation, the hardware configuration can be easily realized.
It should be noted that accurate (E−L) / (E + L) and approximation (E
-L) / (E + L) has an absolute error of (E-L) / (E
Since the DLL for which + L) = 0 is small in the vicinity of the phase lock, this method can approximate the phase error at the time of synchronization, although it is an approximation. The spreading code whose phase is P and the spreading code whose phase is E and whose phase is L
The phase comparison characteristics when the shift amount of the spread code is ± 0.5 chips are as shown in FIG.
In the same figure, the horizontal axis shows the phase difference of the spreading code whose unit is a chip, and the vertical axis shows the phase comparison result output.
In the GPS receiver 10, when the reproduction code by the PNG 134 and the spreading code included in the received signal are synchronized, the phase comparison result output has a value near the equilibrium point indicated by the black circle in the figure.

【0145】つぎに、ループフィルタについて説明す
る。
Next, the loop filter will be described.

【0146】チャンネル回路91,91',91'',9
1'''においては、コスタスループ101におけるルー
プフィルタ109及びDLL102,102',10
2'',102'''におけるループフィルタ132は、位
相検出器によって出力された位相誤差を積分し、その出
力によってNCOの位相を制御する。GPS受信機10
においては、位相比較は、周波数オフセット、ランダム
位相オフセットがある場合に最適フィルタとなる完全積
分型のループフィルタによって実現される。
Channel circuits 91, 91 ', 91'', 9
1 ″ ″, the loop filter 109 in the Costas loop 101 and the DLLs 102, 102 ′, 10
The loop filter 132 in 2 ″ and 102 ″ ′ integrates the phase error output by the phase detector and controls the phase of the NCO by its output. GPS receiver 10
In (1), the phase comparison is realized by a perfect integration type loop filter which becomes an optimum filter when there is a frequency offset or a random phase offset.

【0147】図16(A)に示す完全積分型のループフ
ィルタの等価回路を同図(B)に示す。このループフィ
ルタにおける伝達関数F(s)は、 F(s)=(1−sτ)/(sτ)、τ=R
C、τ=RC である。これを差分近似すると、入力信号X[n]と出
力信号Y[n]との関係は、 Y[n]=Y[n−1]+a(X[n]−X[n−
1])+bX[n]、a=τ/τ、b=T/τ となる。ここで、Tはサンプリング周期であり、サンプ
リング周波数は、LPFのカットオフ周波数よりも十分
高くする。上式より、ループフィルタで設定するパラメ
ータは、a,bの2個となる。これらのパラメータa,
bを、それぞれ、a=2、b=2(A,Bは整数)
とすると、上式におけるaX[n]、aX[n−1]、
bX[n]は、それぞれ、Aビット又はBビットだけ左
シフトすることによって演算することができ、上式に示
す演算は、図17に示すループフィルタによって実現す
ることができる。
The perfect integral loop loop shown in FIG.
The equivalent circuit of the filter is shown in FIG. This loop figure
The transfer function F (s) in F (s) = (1-sτTwo) / (Sτ1), Τ1= R
1C, τTwo= RTwoC Is. When this is subjected to difference approximation, it is output as the input signal X [n].
The relationship with the force signal Y [n] is Y [n] = Y [n-1] + a (X [n] -X [n-
1]) + bX [n], a = τTwo/ Τ1, B = T / τ1 Becomes Where T is the sampling period and
Ring frequency is more than cutoff frequency of LPF
Make it higher From the above formula, the parameters set by the loop filter
There are two data, a and b. These parameters a,
b is a = 2A, B = 2B(A and B are integers)
Then, aX [n], aX [n-1] in the above equation,
bX [n] is left by A bit or B bit, respectively.
It can be calculated by shifting and is shown in the above equation.
The calculation is performed by the loop filter shown in FIG.
You can

【0148】したがって、ループフィルタにおいては、
A,Bの値を外部から設定可能とした場合には、受信状
況に応じて、当該ループフィルタの帯域幅及び応答速度
を可変とすることができる。
Therefore, in the loop filter,
When the values of A and B can be set from the outside, the bandwidth and response speed of the loop filter can be made variable according to the reception status.

【0149】GPS受信機10においては、ループフィ
ルタからの出力によってNCOの周波数を制御し、位相
誤差が正、すなわち、位相が進んでいる場合には、周波
数を低くして位相を遅らせ、その逆である場合には、周
波数を高くして位相を進める。GPS受信機10におい
ては、加速度に対する耐性を強くする場合には、A,B
の値を大きめに設定し、チャンネル回路の応答速度を上
げればよいが、受信信号がある瞬間だけ弱くなり、位相
比較結果出力の誤差が大きくなると、ループフィルタの
NCOに対する制御量が大きくなり過ぎ、同期が外れる
場合が生じる。
In the GPS receiver 10, the frequency of the NCO is controlled by the output from the loop filter, and when the phase error is positive, that is, when the phase is advanced, the frequency is lowered to delay the phase and vice versa. If, then the frequency is increased and the phase is advanced. In the GPS receiver 10, in order to increase resistance to acceleration, A, B
If the value of is set to a large value and the response speed of the channel circuit is increased, the received signal becomes weak at a certain moment and the error in the phase comparison result output becomes large, the control amount for the NCO of the loop filter becomes too large, There are cases where synchronization is lost.

【0150】そこで、GPS受信機10においては、こ
のような同期外れを回避するために、ループフィルタか
らの出力値の前の出力値に対する変化分の上限値及び下
限値を設定可能とし、演算上の変化分a(X[n]−X
[n−1])+bX[n]が、設定した上限値又は下限
値を超過したした場合には、ループフィルタによって上
限値又は下限値を出力させる。GPS受信機10におい
ては、この上限値及び下限値を、DLLについては、ド
ップラシフト量とTCXO12の精度とから定まる拡散
符号のチップレートの変動範囲、コスタスループについ
ては、最大加速度時のNCO制御時間周期内でのキャリ
ア周波数の変化量に基づいて決定する。
Therefore, in the GPS receiver 10, in order to avoid such out-of-synchronization, it is possible to set the upper limit value and the lower limit value of the change of the output value from the loop filter with respect to the previous output value, and Change a (X [n] -X
When [n-1]) + bX [n] exceeds the set upper limit value or lower limit value, the loop filter outputs the upper limit value or the lower limit value. In the GPS receiver 10, the upper limit value and the lower limit value, the DLL, the fluctuation range of the chip rate of the spreading code determined by the Doppler shift amount and the accuracy of the TCXO 12, and the Costas loop, the NCO control time at maximum acceleration. It is determined based on the amount of change in the carrier frequency within the cycle.

【0151】GPS受信機10においては、このような
リミッタを設定することにより、位相誤差又は位相変化
がある範囲内では応答速度が速いが、予測以上の変動に
対しては急激に位相が変化せずに済み、受信信号が回復
した時点で制御を正常に戻すことができる。
In the GPS receiver 10, by setting such a limiter, the response speed is fast within the range where there is a phase error or phase change, but the phase changes abruptly in response to fluctuations beyond the prediction. Control can be returned to normal when the received signal is recovered.

【0152】つぎに、相関加算器について説明する。Next, the correlation adder will be described.

【0153】GPS受信機10においては、応答速度よ
りも感度に対する要求が強い場合には、上述した相関加
算器112,113,121,122,128,12
9,166が、それぞれ、データ1ビット長である20
ミリ秒毎に出力するとすれば、その出力をさらに連続し
て複数回にわたって加算することによって相関検出時間
が長くなり、S/Nが向上する。
In the GPS receiver 10, when the request for sensitivity is stronger than the response speed, the correlation adders 112, 113, 121, 122, 128, 12 described above are used.
9 and 166 each have a data 1-bit length of 20
If the output is performed every millisecond, the correlation detection time becomes longer and the S / N is improved by continuously adding the outputs a plurality of times.

【0154】そこで、GPS受信機10においては、チ
ャンネル回路91,91,・・・,91として、
図18に示すチャンネル回路91''''を用いる。
[0154] Therefore, in the GPS receiver 10, the channel circuits 91 1, 91 2,..., As 91 N,
The channel circuit 91 ″ ″ shown in FIG. 18 is used.

【0155】すなわち、チャンネル回路91''''は、先
に図10に示したチャンネル回路91'を改良したもの
であり、同図に示すように、IFキャリア同期用のコス
タスループ101を含む回路における上述した最大値選
択回路141の後段に複数回加算器181を設ける。ま
た、チャンネル回路91''''は、拡散符号同期用のDL
L102''''における上述したセレクタ142の後段に
複数回加算器182を設けるとともに、上述したセレク
タ143の後段に複数回加算器183を設ける。
That is, the channel circuit 91 '''' is an improved version of the channel circuit 91 'shown in FIG. 10, and as shown in the figure, a circuit including the Costas loop 101 for IF carrier synchronization. In the subsequent stage of the above-described maximum value selection circuit 141 in, the multiple-time adder 181 is provided. In addition, the channel circuit 91 '''' is a DL for spreading code synchronization.
A multiple-time adder 182 is provided in the latter stage of the selector 142 in the L 102 ″ ″, and a multiple-time adder 183 is provided in the subsequent stage of the selector 143.

【0156】このように、チャンネル回路91''''にお
いては、データ1ビット長以下である相関加算器からの
出力値を連続して複数回加算する複数回加算器181,
182,183を設け、複数回加算後の値を各位相E,
P,Lの拡散符号についての相関値として出力すること
により、相関検出時間を長くすることができ、複数回加
算後の位相がE,Lの拡散符号についての相関値で位相
検出器131及びループフィルタ132を介してNCP
133を制御することにより、S/Nを向上させること
ができる。GPS受信機10においては、複数回加算器
181,182,183における加算回数については外
部から設定可能な構成とする。例えば、GPS受信機1
0においては、加算回数を4回に設定した場合には、加
算なしの場合に比較して6dB程度の感度改善が期待で
きる。
As described above, in the channel circuit 91 ″ ″, the multiple-time adder 181, which continuously adds the output value from the correlation adder having the data length of 1 bit or less a plurality of times,
182 and 183 are provided, and the value after adding a plurality of times
By outputting as the correlation value for the P and L spreading codes, the correlation detection time can be lengthened, and the phase detector 131 and the loop can be used as the correlation values for the spreading codes whose phases are E and L after addition is performed a plurality of times. NCP through filter 132
By controlling 133, S / N can be improved. In the GPS receiver 10, the number of times of addition in the multiple-time adders 181, 182, 183 can be set externally. For example, GPS receiver 1
At 0, when the number of additions is set to 4, a sensitivity improvement of about 6 dB can be expected as compared with the case without addition.

【0157】なお、GPS受信機10においては、複数
回加算を行うことによってDLL102''''の制御時間
間隔が長くなる。例えば、GPS受信機10において
は、加算なしの場合には、20ミリ秒毎に制御を行って
いたのに対して、4回加算の場合には、80ミリ秒毎に
制御を行うことになる。したがって、GPS受信機10
においては、複数回加算を行うことによってS/Nの向
上は図ることができるものの、時間遅れによるDLL1
02''''の応答劣化が生じることから、これを回避する
ために、例えば過去5回の値を複数回加算して20ミリ
秒毎に出力するようにしてもよい。また、GPS受信機
10においては、複数回加算を行う代わりに、移動平均
を行うことも可能である。
In the GPS receiver 10, the control time interval of the DLL 102 ″ ″ is lengthened by performing addition a plurality of times. For example, in the GPS receiver 10, the control is performed every 20 milliseconds when there is no addition, whereas the control is performed every 80 milliseconds when the addition is performed four times. . Therefore, the GPS receiver 10
In the above, although S / N can be improved by performing addition a plurality of times, DLL1 due to time delay
Since the response deterioration of 02 ″ ″ occurs, in order to avoid this, for example, the values of the past five times may be added multiple times and output every 20 milliseconds. Further, in the GPS receiver 10, it is possible to perform a moving average instead of performing addition a plurality of times.

【0158】ここで、受信状況は、特にGPS受信機を
移動体に適用した場合には、周辺環境に応じて信号強度
やキャリア周波数が変化しやすく、また、静止状態にあ
っても、外来ノイズの影響等によってS/Nが時間的に
変化するものである。そのため、GPS受信機において
は、チャンネル回路の設定が固定のままでは受信状況の
変化に対応することができず、同期を保持することがで
きなくなる事態を招来する。
Here, regarding the reception status, especially when the GPS receiver is applied to a moving body, the signal strength and the carrier frequency are apt to change according to the surrounding environment, and the external noise is generated even in the stationary state. The S / N changes with time due to the influence of. Therefore, in the GPS receiver, if the setting of the channel circuit remains fixed, it is not possible to cope with the change in the reception status, and it becomes impossible to maintain the synchronization.

【0159】これに対して、GPS受信機10において
は、チャンネル回路におけるLPFのカットオフ周波
数、コスタスループ及びDLLにおけるループフィルタ
の係数及びリミッタの範囲、並びに複数回加算器による
加算回数を外部から設定可能としている。したがって、
GPS受信機10においては、当該GPS受信機10の
全体を制御するCPU26によって信号強度や加速度に
よるキャリア周波数の変化を全てのチャンネル回路につ
いて常時検知し、受信状況に応じてチャンネル毎の設定
をダイナミックに変化させることにより、受信状況の変
化に適切に対応することができる。
On the other hand, in the GPS receiver 10, the cutoff frequency of the LPF in the channel circuit, the coefficient and limiter range of the loop filter in the Costas loop and DLL, and the number of additions by the multiple adder are set from the outside. It is possible. Therefore,
In the GPS receiver 10, the CPU 26 that controls the entire GPS receiver 10 constantly detects changes in the carrier frequency due to signal strength and acceleration in all channel circuits, and dynamically sets the settings for each channel according to the reception status. By changing it, it is possible to respond appropriately to changes in the reception status.

【0160】一般に、GPS受信機においては、受信感
度を向上させるためには、相関検出時間長を長くし、L
PFの帯域幅も可能な限り狭くして、ノイズに対するコ
スタスループ及びDLLの応答を鈍らせる必要があるの
に対して、加速度に対する耐性を向上させるためには、
これとは逆に、ノイズに対するコスタスループ及びDL
Lの応答を速くする必要があることから、受信感度と加
速度に対する耐性とは本質的には互いに両立しないもの
である。
In general, in the GPS receiver, in order to improve the reception sensitivity, the correlation detection time length is increased to
It is necessary to make the bandwidth of the PF as narrow as possible so as to slow down the response of the Costas loop and the DLL to noise, while in order to improve the tolerance to acceleration,
On the contrary, Costas loop and DL for noise
Since it is necessary to speed up the response of L, the reception sensitivity and the resistance to acceleration are essentially incompatible with each other.

【0161】しかしながら、加速度が大きい場合におけ
る周波数変化に対して、受信信号が弱くS/Nが低い状
態では、コスタスループとDLLとの応答を速くしても
追従することはできないことから、GPS受信機10に
おいては、CPU26によって相関加算器又は複数回加
算器における信号強度を常時検知し、信号強度が大きい
場合には、LPFのカットオフ周波数を上げ、ループフ
ィルタのループ帯域幅が広くなるように係数を設定して
コスタスループ及びDLLの応答が速くなるように設定
する一方、信号強度が小さい場合には、LPFのカット
オフ周波数を下げ、ループフィルタのループ帯域幅が狭
くなるように係数を設定してコスタスループ及びDLL
の応答をノイズ耐性の強い設定とすることにより、信号
強度の大小に応じて優先度を変化させることができる。
However, when the received signal is weak and the S / N is low with respect to the frequency change when the acceleration is large, it is not possible to follow the response of the Costas loop and the DLL. In the machine 10, the CPU 26 constantly detects the signal strength in the correlation adder or the multiple-time adder, and when the signal strength is large, the cutoff frequency of the LPF is increased and the loop bandwidth of the loop filter is widened. The coefficient is set so that the response of Costas loop and DLL becomes faster, while when the signal strength is small, the cutoff frequency of the LPF is lowered and the coefficient is set so that the loop bandwidth of the loop filter is narrowed. Then Costas Loop and DLL
The priority can be changed according to the magnitude of the signal strength by setting the response of 1 to have strong noise resistance.

【0162】このとき、GPS受信機10においては、
閾値を定めておき、信号強度の大小のみの判定に応じて
各種設定を変更してもよいが、信号強度と各種設定値と
の段階的な組み合わせをテーブルとして予め保持してお
くことにより、時々刻々変化する信号強度に対して、C
PU26によってさらに柔軟に対応することができる。
At this time, in the GPS receiver 10,
Although various thresholds may be set and various settings may be changed according to the determination of only the magnitude of the signal strength, it is possible to hold a stepwise combination of the signal strength and various set values in advance as a table, For the signal strength that changes every moment, C
The PU 26 allows more flexible handling.

【0163】以上説明したように、GPS受信機10
は、相関加算器からの出力値によって相関検出及びDL
Lの位相制御を行うことにより、相関検出の時間長を長
くすることができ、LPFの狭帯域化を図ることがで
き、さらに、位相検出器及びループフィルタの特性に応
じてノイズに対する耐性を向上させることができる。し
たがって、GPS受信機10は、一般的なコスタスルー
プ及びDLLに比較して、受信感度を向上させることが
できる。
As described above, the GPS receiver 10
Is used for correlation detection and DL according to the output value from the correlation adder.
By performing the phase control of L, the time length of the correlation detection can be lengthened, the band of the LPF can be narrowed, and the resistance to noise can be improved according to the characteristics of the phase detector and the loop filter. Can be made. Therefore, the GPS receiver 10 can improve the reception sensitivity as compared with the general Costas loop and DLL.

【0164】また、GPS受信機10は、同相成分側の
出力と直交成分側の出力とのうちいずれか一方のみを相
関加算することにより、S/Nを改善することができ、
且つ、LPF及び相関加算器の数を削減することがで
き、回路規模を大幅に削減することができる。
Further, the GPS receiver 10 can improve S / N by correlating and adding only one of the output on the in-phase component side and the output on the quadrature component side,
Moreover, the number of LPFs and correlation adders can be reduced, and the circuit scale can be significantly reduced.

【0165】さらに、GPS受信機10は、タウディザ
方式を採用することにより、S/Nは劣化するものの、
さらに相関加算器の数を削減することができる。
Further, although the GPS receiver 10 adopts the Taudizer system, the S / N is deteriorated,
Furthermore, the number of correlation adders can be reduced.

【0166】さらにまた、GPS受信機10は、LPF
の帯域幅、ループフィルタのループ帯域幅、及び相関加
算時間をダイナミックに可変可能とすることにより、受
信状況に応じて受信感度と応答速度とを制御することが
できる。そして、GPS受信機10は、信号強度に応じ
てダイナミックに設定を変更することにより、受信感度
と加速度に対する耐性とのバランスをよくすることがで
きる。
Furthermore, the GPS receiver 10 is an LPF.
By dynamically changing the bandwidth, the loop bandwidth of the loop filter, and the correlation addition time, it is possible to control the reception sensitivity and the response speed according to the reception situation. Then, the GPS receiver 10 can improve the balance between the reception sensitivity and the resistance to acceleration by dynamically changing the setting according to the signal strength.

【0167】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されるものではない。例えば、上述した実施の形態で
は、GPS受信機10におけるチャンネル回路について
説明したが、本発明は、スペクトラム拡散信号を復調す
る復調器であれば、いかなるものでも適用することがで
きる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the channel circuit in the GPS receiver 10 has been described, but the present invention can be applied to any demodulator that demodulates a spread spectrum signal.

【0168】また、上述した実施の形態では、同期捕捉
部24として、先に図2に示したマッチドフィルタ50
や先に図3に示したディジタルマッチドフィルタ60を
用いるものとして説明したが、本発明は、同期捕捉部2
4による同期捕捉動作と等価な動作を行うことができる
ものであれば、いかなるものでも適用することができ
る。
Further, in the above-mentioned embodiment, the matched filter 50 shown in FIG.
Although it has been described that the digital matched filter 60 shown in FIG. 3 is used, the present invention is not limited to this.
Any operation can be applied as long as it can perform an operation equivalent to the synchronization acquisition operation by 4.

【0169】さらに、上述した実施の形態では、GPS
受信機10を用いて説明したが、本発明は、衛星を利用
した測位システム、すなわち、GNSSシステムを適用
した受信機であれば、いかなるものであっても適用する
ことができる。GNSSシステムとしては、米国におけ
る上述したGPSシステムの他、旧ソ連邦におけるGL
ONASS(Global Navigation Satellites System)
や、欧州を中心として開発が進められているGALIL
EO等があるが、本発明は、これら全てのGNSSシス
テムを適用することができるものである。
Further, in the above-mentioned embodiment, the GPS
Although the receiver 10 is used for the description, the present invention can be applied to any receiver that uses a positioning system using satellites, that is, a GNSS system. As the GNSS system, in addition to the above-mentioned GPS system in the United States, GL in the former Soviet Union
ONASS (Global Navigation Satellites System)
And GALIL being developed mainly in Europe
Although there are EO, etc., the present invention can apply all of these GNSS systems.

【0170】このように、本発明は、その趣旨を逸脱し
ない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもな
い。
As described above, it goes without saying that the present invention can be appropriately modified without departing from the spirit thereof.

【0171】[0171]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる復調装置は、スペクトラム拡散信号を復調する復調
装置であって、再生キャリアと入力されたスペクトラム
拡散信号に含まれるキャリアとの同期を確立する第1の
ループ回路と、再生符号と入力されたスペクトラム拡散
信号に含まれる拡散符号との同期を確立する第2のルー
プ回路とを備え、第1のループ回路及び第2のループ回
路は、それぞれ、キャリアと拡散符号と入力されたスペ
クトラム拡散信号との乗算値のうち所定の周波数帯域成
分を通過するフィルタ手段と、データ1ビット長又はデ
ータ1ビット長以下の所定長を単位とし、フィルタ手段
を通過した信号を積分した第1の相関値と、フィルタ手
段を通過した信号のうち入力されたスペクトラム拡散信
号における単位の半分長の部分を反転した信号を積分し
た第2の相関値とを加算する相関加算手段とを有し、こ
の相関加算手段からの出力値に基づいて相関検出及び第
2のループ回路の位相制御を行う。
As described above in detail, the demodulation device according to the present invention is a demodulation device for demodulating a spread spectrum signal, and synchronizes the reproduced carrier with the carrier included in the input spread spectrum signal. The first loop circuit for establishing and the second loop circuit for establishing synchronization between the reproduction code and the spread code included in the input spread spectrum signal are provided, and the first loop circuit and the second loop circuit are , A filter means for passing a predetermined frequency band component of a multiplication value of a carrier, a spread code, and an input spread spectrum signal, and a unit of a data 1 bit length or a predetermined length of 1 bit or less The first correlation value obtained by integrating the signal that has passed through the means, and the unit of the input spread spectrum signal of the signals that have passed through the filter means. A correlation adding means for adding a second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting the length division portion, and detecting the correlation and controlling the phase of the second loop circuit based on the output value from the correlation adding means. I do.

【0172】したがって、本発明にかかる復調装置は、
フィルタ手段を通過した信号を積分した第1の相関値
と、フィルタ手段を通過した信号のうち入力されたスペ
クトラム拡散信号における単位の半分長の部分を反転し
た信号を積分した第2の相関値とを相関加算手段によっ
て加算し、得られた出力値に基づいて相関検出及び第2
のループ回路の位相制御を行うことにより、受信感度の
向上と加速度に対する耐性の向上とを両立させることが
できる。
Therefore, the demodulator according to the present invention is
A first correlation value obtained by integrating a signal that has passed through the filter means, and a second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the input spread spectrum signal of the signal that has passed through the filter means. Are added by the correlation adding means, and the correlation detection and the second detection are performed based on the obtained output value.
By performing the phase control of the loop circuit, the reception sensitivity and the acceleration resistance can both be improved.

【0173】また、本発明にかかる受信装置は、衛星か
らの信号を受信して自己の位置及び速度を算出する受信
装置であって、衛星からの信号を受信する受信手段と、
この受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定
の中間周波数に変換する周波数変換手段と、この周波数
変換手段によって得られた中間周波数信号における拡散
符号の位相を検出する同期捕捉と中間周波数信号におけ
るキャリア周波数の検出とを行う同期捕捉手段と、この
同期捕捉手段によって検出された拡散符号の位相及び同
期捕捉手段によって検出されたキャリア周波数を、複数
の衛星に対応して独立に設けられた複数のチャンネルの
それぞれに対して衛星毎に割り当てて設定し、設定した
拡散符号の位相及びキャリア周波数を初期値として、拡
散符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、中間周
波数信号に含まれるメッセージの復調を行う同期保持手
段とを備え、スペクトラム拡散信号を復調する同期保持
手段における複数のチャンネルは、それぞれ、再生キャ
リアと入力されたスペクトラム拡散信号に含まれるキャ
リアとの同期を確立する第1のループ回路と、再生符号
と入力されたスペクトラム拡散信号に含まれる拡散符号
との同期を確立する第2のループ回路とを有し、第1の
ループ回路及び第2のループ回路は、それぞれ、キャリ
アと拡散符号と入力されたスペクトラム拡散信号との乗
算値のうち所定の周波数帯域成分を通過するフィルタ手
段と、データ1ビット長又はデータ1ビット長以下の所
定長を単位とし、フィルタ手段を通過した信号を積分し
た第1の相関値と、フィルタ手段を通過した信号のうち
入力されたスペクトラム拡散信号における単位の半分長
の部分を反転した信号を積分した第2の相関値とを加算
する相関加算手段とを有し、複数のチャンネルは、それ
ぞれ、相関加算手段からの出力値に基づいて相関検出及
び第2のループ回路の位相制御を行う。
The receiving device according to the present invention is a receiving device for receiving a signal from a satellite to calculate its own position and velocity, and a receiving means for receiving a signal from the satellite,
Frequency converting means for converting the frequency of the received signal received by the receiving means into a predetermined intermediate frequency, synchronous acquisition for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency converting means, and carrier in the intermediate frequency signal A synchronization acquisition means for detecting the frequency, a phase of the spread code detected by the synchronization acquisition means, and a carrier frequency detected by the synchronization acquisition means are provided in a plurality of channels independently corresponding to a plurality of satellites. Each satellite is assigned to each satellite and set, and the spread code and carrier are held in synchronism with the set spread code phase and carrier frequency as initial values, and the message included in the intermediate frequency signal is demodulated. And a plurality of synchronization holding means for demodulating a spread spectrum signal. Each channel establishes synchronization between the reproduction code and the spread code included in the input spread spectrum signal and the first loop circuit that establishes synchronization between the reproduction carrier and the carrier included in the input spread spectrum signal. And a second loop circuit for transmitting a predetermined frequency band component of the multiplication value of the carrier, the spread code, and the input spread spectrum signal, respectively. A filtering unit, a first correlation value obtained by integrating a signal that has passed through the filtering unit in units of a data 1-bit length or a predetermined length that is less than or equal to the data 1-bit length, and an input spectrum of the signals that have passed through the filtering unit. A plurality of correlation adding means for adding a second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the spread signal; Yan'neru, respectively, controls the phase of the correlation detection and the second loop circuit based on the output value from the correlation adding means.

【0174】したがって、本発明にかかる受信装置は、
フィルタ手段を通過した信号を積分した第1の相関値
と、フィルタ手段を通過した信号のうち入力されたスペ
クトラム拡散信号における単位の半分長の部分を反転し
た信号を積分した第2の相関値とを相関加算手段によっ
て加算し、得られた出力値に基づいて相関検出及び第2
のループ回路の位相制御を行いつつ、拡散符号とキャリ
アとの同期保持を行うことにより、受信感度の向上と加
速度に対する耐性の向上とを両立させつつ、衛星からの
信号における拡散符号及びキャリアの同期捕捉及び同期
保持を容易に行うことができる。
Therefore, the receiving apparatus according to the present invention is
A first correlation value obtained by integrating a signal that has passed through the filter means, and a second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the input spread spectrum signal of the signal that has passed through the filter means. Are added by the correlation adding means, and the correlation detection and the second detection are performed based on the obtained output value.
By synchronizing the spread code and the carrier while controlling the phase of the loop circuit of, the synchronization of the spread code and the carrier in the signal from the satellite can be achieved while improving both the reception sensitivity and the acceleration resistance. Capturing and synchronization holding can be easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態として示すGPS受信機の
構成を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a GPS receiver shown as an embodiment of the present invention.

【図2】同GPS受信機が備える同期捕捉部として適用
することができるトランスバーサルフィルタによるマッ
チドフィルタの構成を説明するブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a matched filter including a transversal filter that can be applied as a synchronization acquisition unit included in the GPS receiver.

【図3】同GPS受信機が備える同期捕捉部として適用
することができるFFTを利用したディジタルマッチド
フィルタの構成を説明するブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a digital matched filter using an FFT that can be applied as a synchronization acquisition unit included in the GPS receiver.

【図4】同GPS受信機が備える同期捕捉部として図3
に示すディジタルマッチドフィルタを適用した場合にお
ける実際の実装例を説明するブロック図である。
FIG. 4 shows a synchronization acquisition unit included in the GPS receiver shown in FIG.
FIG. 11 is a block diagram illustrating an actual implementation example when the digital matched filter shown in FIG.

【図5】同GPS受信機が備える同期保持部の構成を説
明するブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a synchronization holding unit included in the GPS receiver.

【図6】同GPS受信機が備える同期保持部における拡
散符号の位相合わせについて説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining phase alignment of spreading codes in a synchronization holding unit included in the GPS receiver.

【図7】同GPS受信機が備える同期保持部における拡
散符号の位相補正について説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining phase correction of a spread code in a synchronization holding unit included in the GPS receiver.

【図8】同GPS受信機が備える同期保持部が有するチ
ャンネル回路の構成を説明するブロック図であって、相
関加算器を設けたチャンネル回路の構成を説明するブロ
ック図である。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of a channel circuit included in a synchronization holding unit included in the GPS receiver, which is a block diagram illustrating a configuration of a channel circuit provided with a correlation adder.

【図9】相関加算器における処理を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a process in a correlation adder.

【図10】同GPS受信機が備える同期保持部が有する
他のチャンネル回路の構成を説明するブロック図であっ
て、相関加算器からの出力の大小比較を行うチャンネル
回路の構成を説明するブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of another channel circuit included in the synchronization holding unit included in the GPS receiver, which is a block diagram illustrating a configuration of a channel circuit that compares the magnitudes of outputs from the correlation adder. Is.

【図11】同GPS受信機が備える同期保持部が有する
さらに他のチャンネル回路の構成を説明するブロック図
であって、LPF及び相関加算器を1つにまとめたDL
Lを有するチャンネル回路の構成を説明するブロック図
である。
FIG. 11 is a block diagram illustrating the configuration of still another channel circuit included in the synchronization holding unit included in the GPS receiver, and is a DL in which an LPF and a correlation adder are combined into one.
It is a block diagram explaining the structure of the channel circuit which has L.

【図12】同GPS受信機が備える同期保持部が有する
さらに他のチャンネル回路の構成を説明するブロック図
であって、タウディザ方式を採用したチャンネル回路の
構成を説明するブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of still another channel circuit included in the synchronization holding unit included in the GPS receiver, which is a block diagram illustrating a configuration of a channel circuit adopting a taud dither system.

【図13】LPFの構成を説明する図であって、(A)
は、IIRフィルタの構成を示し、(B)は、RCフィ
ルタの構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an LPF, (A)
[Fig. 3] is a diagram showing a configuration of an IIR filter, and (B) is a diagram showing a configuration of an RC filter.

【図14】コスタスループにおける位相比較特性を説明
する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a phase comparison characteristic in a Costas loop.

【図15】DLLにおける位相比較特性を説明する図で
ある。
FIG. 15 is a diagram illustrating phase comparison characteristics in DLL.

【図16】完全積分型のループフィルタの等価回路の構
成を説明する図であって、(A)は、ループフィルタの
構成を示し、(B)は、(A)に示すループフィルタの
等価回路の構成を示す図である。
16A and 16B are diagrams illustrating a configuration of an equivalent circuit of a perfect integration type loop filter, in which FIG. 16A shows a configuration of the loop filter, and FIG. 16B shows an equivalent circuit of the loop filter shown in FIG. It is a figure which shows the structure of.

【図17】完全積分型のループフィルタの構成を説明す
る図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a perfect integration type loop filter.

【図18】同GPS受信機が備える同期保持部が有する
さらに他のチャンネル回路の構成を説明するブロック図
であって、相関検出時間を長くしたチャンネル回路の構
成を説明するブロック図である。
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of still another channel circuit included in the synchronization holding unit included in the GPS receiver, which is a block diagram illustrating a configuration of a channel circuit in which a correlation detection time is lengthened.

【図19】GPS衛星からの信号の構成を説明する図で
ある。
FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of a signal from a GPS satellite.

【図20】従来の拡散符号及びキャリアの同期処理を説
明するための図であって、周波数サーチを説明するため
の図である。
FIG. 20 is a diagram for explaining a conventional spreading code and carrier synchronization process, and is a diagram for explaining a frequency search.

【図21】スペクトラム拡散信号の復調器に適用される
一般的なコスタスループ及びDLLの構成を説明するブ
ロック図である。
FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration of a general Costas loop and DLL applied to a spread spectrum signal demodulator.

【図22】拡散符号発生器によって発生される3つの位
相の拡散符号を説明する図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating spreading codes of three phases generated by a spreading code generator.

【図23】ディジタルマッチドフィルタを用いて検出し
た相関値の時間変化を示す出力波形の例を説明する図で
ある。
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of an output waveform showing a temporal change in a correlation value detected using a digital matched filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 GPS受信機、 11 XO、 12 TCX
O、 13 逓倍/分周器、 14 アンテナ、 15
LNA、 16 BPF、 17,20 増幅器、
18 周波数シンセサイザ、 19 ミキサ、 21,
107,108,119,120,126,127,1
52,155,165 LPF、 22A/D、 23
周波数変換部、 24 同期捕捉部、 25 同期保
持部、26 CPU、 27 RTC、 28 タイ
マ、 29,62,64,67メモリ、 30 復調回
路、 50 マッチドフィルタ、 60 ディジタルマ
ッチドフィルタ、 61,81 サンプラ、 63,6
6 FFT処理部、 65,134 拡散符号発生器、
68,103,105,106,115,116,1
17,118,124,125,151,154,16
2,164,167,171,172 乗算器、 69
IFFT処理部、 70 ピーク検出器、 82 R
AM、 83 RAM/ROM、 84 DSP、 9
1,91,91,・・・,91,91',9
1'',91''',91'''' チャンネル回路、 92
コントロール・レジスタ、 101 コスタスループ、
102,102',102'',102''',102''''
DLL、 104,133 NCO、 109,13
2 ループフィルタ、 110,131 位相検出器、
111 2値化回路、 112,113,121,1
22,128,129,153,156,166 相関
加算器、 114,123,130 2乗和算出回路、
141 最大値選択回路、 142,143,15
7,161,163 セレクタ、 168 ゲート信号
発生器、 173 差分器、 174 加算器、175
レジスタ、 181,182,183 複数回加算器
10 GPS receiver, 11 XO, 12 TCX
O, 13 multiplier / divider, 14 antenna, 15
LNA, 16 BPF, 17, 20 amplifier,
18 frequency synthesizer, 19 mixer, 21,
107, 108, 119, 120, 126, 127, 1
52,155,165 LPF, 22A / D, 23
Frequency conversion unit, 24 synchronization acquisition unit, 25 synchronization holding unit, 26 CPU, 27 RTC, 28 timer, 29, 62, 64, 67 memory, 30 demodulation circuit, 50 matched filter, 60 digital matched filter, 61, 81 sampler, 63,6
6 FFT processing unit, 65,134 spreading code generator,
68, 103, 105, 106, 115, 116, 1
17,118,124,125,151,154,16
2,164,167,171,172 multiplier, 69
IFFT processing unit, 70 peak detector, 82 R
AM, 83 RAM / ROM, 84 DSP, 9
1,91 1, 91 2, ···, 91 N, 91 ', 9
1 ", 91"', 91 "" channel circuit, 92
Control register, 101 Costas loop,
102, 102 ', 102 ", 102'", 102 ""
DLL, 104,133 NCO, 109,13
2 loop filter, 110, 131 phase detector,
111 binarization circuit, 112, 113, 121, 1
22, 128, 129, 153, 156, 166 Correlation adder, 114, 123, 130 Sum of squares calculation circuit,
141 maximum value selection circuit, 142, 143, 15
7, 161, 163 selector, 168 gate signal generator, 173 differencer, 174 adder, 175
Register, 181, 182, 183 Multi-time adder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 昌幸 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5K022 EE02 EE33 EE36 5K047 AA05 BB01 GG09 GG11 GG34 HH01 HH12 HH15 MM12 MM29 MM33 MM38 MM40 MM55    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masayuki Takada             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation F-term (reference) 5K022 EE02 EE33 EE36                 5K047 AA05 BB01 GG09 GG11 GG34                       HH01 HH12 HH15 MM12 MM29                       MM33 MM38 MM40 MM55

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スペクトラム拡散信号を復調する復調装
置であって、 再生キャリアと入力された上記スペクトラム拡散信号に
含まれるキャリアとの同期を確立する第1のループ回路
と、 再生符号と入力された上記スペクトラム拡散信号に含ま
れる拡散符号との同期を確立する第2のループ回路とを
備え、 上記第1のループ回路及び上記第2のループ回路は、そ
れぞれ、 キャリアと拡散符号と入力された上記スペクトラム拡散
信号との乗算値のうち所定の周波数帯域成分を通過する
フィルタ手段と、 データ1ビット長又はデータ1ビット長以下の所定長を
単位とし、上記フィルタ手段を通過した信号を積分した
第1の相関値と、上記フィルタ手段を通過した信号のう
ち入力された上記スペクトラム拡散信号における上記単
位の半分長の部分を反転した信号を積分した第2の相関
値とを加算する相関加算手段とを有し、 上記相関加算手段からの出力値に基づいて相関検出及び
上記第2のループ回路の位相制御を行うことを特徴とす
る復調装置。
1. A demodulator for demodulating a spread spectrum signal, comprising: a first loop circuit for establishing synchronization between a reproduced carrier and a carrier included in the inputted spread spectrum signal; A second loop circuit for establishing synchronization with a spread code included in the spread spectrum signal, wherein the first loop circuit and the second loop circuit respectively receive the carrier and the spread code. A filter means for passing a predetermined frequency band component of the multiplication value with the spread spectrum signal, and a first one obtained by integrating the signal passed through the filter means in units of a data 1 bit length or a predetermined length equal to or less than the data 1 bit length. The correlation value of and the half length part of the unit in the input spread spectrum signal of the signal that has passed through the filter means. A correlation adding means for adding a second correlation value obtained by integrating the inverted signal, and performing the correlation detection and the phase control of the second loop circuit based on the output value from the correlation adding means. Characteristic demodulator.
【請求項2】 上記第1のループ回路及び上記第2のル
ープ回路は、それぞれ、上記相関加算手段から出力され
た同相成分側の出力値と直交成分側の出力値との2乗和
を算出し、拡散符号の相関値として出力する2乗和算出
手段を有することを特徴とする請求項1記載の復調装
置。
2. The first loop circuit and the second loop circuit respectively calculate the sum of squares of the output value on the in-phase component side and the output value on the quadrature component side output from the correlation adding means. The demodulator according to claim 1, further comprising a sum of squares calculating means for outputting as a correlation value of the spread code.
【請求項3】 上記第1のループ回路は、第1の位相と
される拡散符号についての上記相関加算手段から出力さ
れた同相成分側の出力値と直交成分側の出力値とを比較
して値が大きい方を出力する最大値選択手段を有し、 上記第2のループ回路は、上記第1の位相よりも進んだ
第2の位相とされる拡散符号についての上記相関加算手
段から出力された同相成分側の出力値と直交成分側の出
力値とのうちいずれか一方を選択するとともに、上記第
1の位相よりも遅れた第3の位相とされる拡散符号のそ
れぞれについての上記相関加算手段から出力された同相
成分側の出力値と直交成分側の出力値とのうちいずれか
一方を選択する選択手段を有し、 上記選択手段は、上記第1の位相とされる拡散符号につ
いての上記相関加算手段から出力された同相成分側の出
力値が上記最大値選択手段によって選択された場合に
は、上記第2の位相とされる拡散符号についての上記相
関加算手段から出力された同相成分側の出力値、及び上
記第3の位相とされる拡散符号についての上記相関加算
手段から出力された同相成分側の出力値を選択する一
方、上記第1の位相とされる拡散符号についての上記相
関加算手段から出力された直交成分側の出力値が上記最
大値選択手段によって選択された場合には、上記第2の
位相とされる拡散符号についての上記相関加算手段から
出力された直交成分側の出力値、及び上記第3の位相と
される拡散符号についての上記相関加算手段から出力さ
れた直交成分側の出力値を選択することを特徴とする請
求項1記載の復調装置。
3. The first loop circuit compares the output value on the in-phase component side and the output value on the quadrature component side output from the correlation adding means for the spreading code of the first phase. The second loop circuit has maximum value selecting means for outputting the one having a larger value, and the second loop circuit outputs from the correlation adding means for the spread code having the second phase advanced from the first phase. In addition to selecting one of the output value on the in-phase component side and the output value on the quadrature component side, the correlation addition is performed for each of the spread codes that are delayed from the first phase and are the third phase. The selecting means has a selecting means for selecting one of the output value on the in-phase component side and the output value on the quadrature component side output from the means, and the selecting means has a function for the spreading code to be the first phase. The same output from the correlation adding means When the output value on the component side is selected by the maximum value selecting means, the output value on the in-phase component side output from the correlation adding means for the spreading code to be the second phase, and the third value. While selecting the output value of the in-phase component side output from the correlation adding means for the spreading code to be the phase, the quadrature component output from the correlation adding means for the spreading code to be the first phase. When the output value on the side is selected by the maximum value selecting means, the output value on the quadrature component side output from the correlation adding means for the spreading code of the second phase, and the third value. 2. The demodulator according to claim 1, wherein an output value on the orthogonal component side output from the correlation adding means for the spread code used as the phase is selected.
【請求項4】 上記第1のループ回路は、第1の位相と
される拡散符号についての上記相関加算手段から出力さ
れた同相成分側の出力値と直交成分側の出力値とを比較
して値が大きい方を出力する最大値選択手段を有し、 上記第2のループ回路は、 上記相関加算手段から出力された同相成分側の出力値が
上記最大値選択手段によって選択された場合には、上記
第1のループ回路におけるキャリアのうちの同相成分の
キャリアを選択する一方、上記相関加算手段から出力さ
れた直交成分側の出力値が上記最大値選択手段によって
選択された場合には、上記第1のループ回路におけるキ
ャリアのうちの直交成分のキャリアを選択する選択手段
と、 上記選択手段によって選択されたキャリアを上記第1の
位相よりも進んだ第2の位相とされる拡散符号及び上記
第1の位相よりも遅れた第3の位相とされる拡散符号の
それぞれに対して乗算する乗算手段とを有することを特
徴とする請求項1記載の復調装置。
4. The first loop circuit compares the output value on the in-phase component side and the output value on the quadrature component side output from the correlation adding means for the spreading code of the first phase. The second loop circuit has maximum value selecting means for outputting the larger value, and when the output value on the in-phase component side outputted from the correlation adding means is selected by the maximum value selecting means, , While selecting the carrier of the in-phase component among the carriers in the first loop circuit, while the output value on the quadrature component side output from the correlation adding means is selected by the maximum value selecting means, Selecting means for selecting a carrier having an orthogonal component among the carriers in the first loop circuit; and a spreading code for setting the carrier selected by the selecting means as a second phase advanced from the first phase. 2. The demodulator according to claim 1, further comprising: a multiplying unit that multiplies each of the spread code that is delayed from the first phase and the third phase that is delayed from the first phase.
【請求項5】 上記第2のループ回路は、所定のゲート
信号を発生するゲート信号発生手段を有し、上記ゲート
信号発生手段によって発生した上記ゲート信号に基づい
て、上記第2の位相とされる拡散符号及び上記第3の位
相とされる拡散符号のレートよりも遅く、且つ、上記フ
ィルタ手段の帯域幅よりも十分に高い周波数で拡散符号
の乗算器入力を切り替えるディザ方式を採用しているこ
とを特徴とする請求項4記載の復調装置。
5. The second loop circuit has gate signal generating means for generating a predetermined gate signal, and is set to the second phase based on the gate signal generated by the gate signal generating means. The dither method is used to switch the input of the spread code multiplier at a frequency slower than the spread code and the spread code of the third phase and sufficiently higher than the bandwidth of the filter means. The demodulation device according to claim 4, wherein
【請求項6】 上記第1のループ回路における上記フィ
ルタ手段は、入力された上記スペクトラム拡散信号が2
値信号である場合に、入力を1ビット又は多ビットとす
るとともに、出力を多ビットとし、RCフィルタの伝達
関数を差分近似したディジタルフィルタであることを特
徴とする請求項1記載の復調装置。
6. The filter means in the first loop circuit receives the spread spectrum signal of 2
2. The demodulator according to claim 1, wherein when the signal is a value signal, the input is 1-bit or multi-bit, the output is multi-bit, and the transfer function of the RC filter is a digital filter that is differentially approximated.
【請求項7】 上記第1のループ回路における上記フィ
ルタ手段は、乗算をシフト演算のみで行うことによって
係数が2のべき乗とされ、上記係数の設定を可変とする
ことによってカットオフ周波数がオクターブ単位で可変
とされることを特徴とする請求項6記載の復調装置。
7. The filter means in the first loop circuit makes a coefficient a power of 2 by performing multiplication only by a shift operation, and makes the setting of the coefficient variable so that the cutoff frequency is in octave units. 7. The demodulator according to claim 6, wherein the demodulator is variable.
【請求項8】 上記第1のループ回路は、同相成分側の
信号を通過する上記フィルタ手段の出力を2のべき乗で
近似したときの指数Nに変換し、直交成分側の信号を通
過する上記フィルタ手段からの出力値を上記指数Nビッ
トだけ右シフトした値を位相比較結果出力とすることを
特徴とする請求項1記載の復調装置。
8. The first loop circuit converts the output of the filter means for passing a signal on the in-phase component side into an index N when approximated by a power of 2, and passes the signal on the quadrature component side. 2. The demodulator according to claim 1, wherein a value obtained by right-shifting the output value from the filter means by the exponent N bits is used as a phase comparison result output.
【請求項9】 上記第1のループ回路は、直交成分側の
信号を通過する上記フィルタ手段からの出力値を上記指
数Nビットだけ右シフトした値が所定の値を超過した場
合に出力値を制限するリミッタを設けることを特徴とす
る請求項8記載の復調装置。
9. The first loop circuit outputs an output value when a value obtained by right-shifting the output value from the filter means passing a signal on the quadrature component side by the exponent N bits exceeds a predetermined value. The demodulator according to claim 8, further comprising a limiter for limiting the demodulator.
【請求項10】 上記第2のループ回路は、第1の位相
よりも進んだ第2の位相とされる拡散符号についての上
記相関加算手段から出力された出力値と上記第1の位相
よりも遅れた第3の位相とされる拡散符号についての上
記相関加算手段から出力された出力値との加算値を2の
べき乗で近似したときの指数Mに変換し、上記第2の位
相とされる拡散符号についての上記相関加算手段から出
力された出力値と上記第3の位相とされる拡散符号につ
いての上記相関加算手段から出力された出力値との差分
値を上記指数Mビットだけ右シフトした値を位相比較結
果出力とすることを特徴とする請求項8記載の復調装
置。
10. The second loop circuit further includes an output value output from the correlation adding means for the spread code which is advanced to the first phase and is set to a second phase, and the second phase. The value added to the output value output from the correlation adder for the delayed spread phase coded as the third phase is converted into an exponent M when approximated by a power of 2, and is set as the second phase. The difference value between the output value of the spread code output from the correlation adder and the output value of the spread code of the third phase output from the correlation adder is right-shifted by the exponent M bits. The demodulator according to claim 8, wherein the value is output as a phase comparison result.
【請求項11】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、位相誤差を積分して上記再生
キャリア又は上記再生符号の位相を制御するループフィ
ルタ手段を有し、 上記ループフィルタ手段は、アクティブフィルタの伝達
関数を差分近似したディジタルフィルタであることを特
徴とする請求項1記載の復調装置。
11. The first loop circuit and the second loop circuit each have loop filter means for integrating a phase error to control the phase of the reproduced carrier or the reproduced code, and the loop filter. 2. The demodulating device according to claim 1, wherein the means is a digital filter which is a differential approximation of a transfer function of the active filter.
【請求項12】 上記ループフィルタ手段は、乗算をシ
フト演算のみで行うことによって2個の係数が整数A,
Bを用いて2,2とされ、上記整数A,Bの設定を
可変とすることによってループ帯域幅及び応答速度がオ
クターブ単位で可変とされることを特徴とする請求項1
1記載の復調装置。
12. The loop filter means performs multiplication only by a shift operation so that two coefficients are integers A,
2. B is used as 2 A and 2 B, and the loop bandwidth and response speed are made variable in octave units by making the setting of the integers A and B variable.
1. The demodulator according to 1.
【請求項13】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、上記ループフィルタ手段から
の出力値にリミッタを設け、且つ、上記リミッタの上限
値及び下限値を可変とすることを特徴とする請求項12
記載の復調装置。
13. The first loop circuit and the second loop circuit are each provided with a limiter for an output value from the loop filter means, and an upper limit value and a lower limit value of the limiter are variable. 13. The method according to claim 12,
The demodulator described.
【請求項14】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、データ1ビット長以下である
上記相関加算手段からの出力値を連続する複数回にわた
って加算する複数回加算手段を有し、 上記複数回加算手段からの出力値に基づいて相関検出及
び上記第2のループ回路の位相制御を行うことを特徴と
する請求項1記載の復調装置。
14. The first loop circuit and the second loop circuit each include a plurality of addition means for adding output values from the correlation addition means having a data 1 bit length or less to a plurality of consecutive times. 2. The demodulator according to claim 1, further comprising: performing correlation detection and phase control of the second loop circuit based on an output value from the multiple addition means.
【請求項15】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、データ1ビット長以下である
上記相関加算手段からの出力値を移動平均する移動平均
手段を有し、 上記移動平均手段からの出力値に基づいて相関検出及び
上記第2のループ回路の位相制御を行うことを特徴とす
る請求項1記載の復調装置。
15. The first loop circuit and the second loop circuit each have moving averaging means for moving and averaging output values from the correlation adding means having a data length of 1 bit or less, and the moving means. 2. The demodulator according to claim 1, wherein correlation detection and phase control of the second loop circuit are performed based on the output value from the averaging means.
【請求項16】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、上記スペクトラム拡散信号の
受信状況に応じて、上記フィルタ手段のカットオフ周波
数をダイナミックに可変とすることを特徴とする請求項
1記載の復調装置。
16. The first loop circuit and the second loop circuit each dynamically change a cutoff frequency of the filter means according to a reception situation of the spread spectrum signal. The demodulator according to claim 1.
【請求項17】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、信号強度が大きい場合には、
上記フィルタ手段のカットオフ周波数を上げ、信号強度
が小さい場合には、上記フィルタ手段のカットオフ周波
数を下げることを特徴とする請求項16記載の復調装
置。
17. The first loop circuit and the second loop circuit, respectively, when the signal strength is large,
17. The demodulator according to claim 16, wherein the cutoff frequency of the filter means is raised and the cutoff frequency of the filter means is lowered when the signal strength is small.
【請求項18】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、位相誤差を積分して上記再生
キャリア又は上記再生符号の位相を制御するループフィ
ルタ手段を有し、 上記第1のループ回路及び上記第2のループ回路は、そ
れぞれ、上記スペクトラム拡散信号の受信状況に応じ
て、上記ループフィルタ手段の係数、及び上記ループフ
ィルタ手段からの出力値に設けられるリミッタの範囲を
ダイナミックに可変とすることを特徴とする請求項1記
載の復調装置。
18. The first loop circuit and the second loop circuit each include loop filter means for integrating a phase error to control the phase of the reproduced carrier or the reproduced code, and the first loop circuit and the second loop circuit respectively. And the second loop circuit dynamically adjust the coefficient of the loop filter means and the range of the limiter provided to the output value from the loop filter means according to the reception status of the spread spectrum signal. The demodulation device according to claim 1, wherein the demodulation device is variable.
【請求項19】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、信号強度が大きい場合には、
上記ループフィルタ手段のループ帯域幅が広くなるよう
に係数を設定し、信号強度が小さい場合には、上記ルー
プフィルタ手段のループ帯域幅が狭くなるように係数を
設定することを特徴とする請求項18記載の復調装置。
19. The first loop circuit and the second loop circuit, respectively, when the signal strength is high,
The coefficient is set so that the loop bandwidth of the loop filter means becomes wide, and when the signal strength is small, the coefficient is set so that the loop bandwidth of the loop filter means becomes narrow. 18. The demodulator according to 18.
【請求項20】 上記第1のループ回路及び上記第2の
ループ回路は、それぞれ、データ1ビット長以下である
上記相関加算手段からの出力値を連続する複数回にわた
って加算する複数回加算手段を有し、 上記第1のループ回路及び上記第2のループ回路は、そ
れぞれ、上記スペクトラム拡散信号の受信状況に応じ
て、上記複数回加算手段の加算回数をダイナミックに可
変とすることを特徴とする請求項1記載の復調装置。
20. Each of the first loop circuit and the second loop circuit includes a plurality of addition means for adding the output value from the correlation addition means having a data 1 bit length or less to a plurality of consecutive times. The first loop circuit and the second loop circuit each dynamically change the number of additions of the plurality of addition means according to the reception status of the spread spectrum signal. The demodulation device according to claim 1.
【請求項21】 上記第1のループ回路は、コスタスル
ープ回路であり、 上記第2のループ回路は、ディレイロックループ回路で
あることを特徴とする請求項1記載の復調装置。
21. The demodulator according to claim 1, wherein the first loop circuit is a Costas loop circuit, and the second loop circuit is a delay lock loop circuit.
【請求項22】 衛星からの信号を受信して自己の位置
及び速度を算出する受信装置であって、 上記衛星からの信号を受信する受信手段と、 上記受信手段によって受信した受信信号の周波数を所定
の中間周波数に変換する周波数変換手段と、 上記周波数変換手段によって得られた中間周波数信号に
おける拡散符号の位相を検出する同期捕捉と上記中間周
波数信号におけるキャリア周波数の検出とを行う同期捕
捉手段と、 上記同期捕捉手段によって検出された上記拡散符号の位
相及び上記同期捕捉手段によって検出された上記キャリ
ア周波数を、複数の上記衛星に対応して独立に設けられ
た複数のチャンネルのそれぞれに対して上記衛星毎に割
り当てて設定し、設定した上記拡散符号の位相及び上記
キャリア周波数を初期値として、上記拡散符号とキャリ
アとの同期保持を行うとともに、上記中間周波数信号に
含まれるメッセージの復調を行う同期保持手段とを備
え、 スペクトラム拡散信号を復調する上記同期保持手段にお
ける複数の上記チャンネルは、それぞれ、 再生キャリアと入力された上記スペクトラム拡散信号に
含まれるキャリアとの同期を確立する第1のループ回路
と、 再生符号と入力された上記スペクトラム拡散信号に含ま
れる拡散符号との同期を確立する第2のループ回路とを
有し、 上記第1のループ回路及び上記第2のループ回路は、そ
れぞれ、 キャリアと拡散符号と入力された上記スペクトラム拡散
信号との乗算値のうち所定の周波数帯域成分を通過する
フィルタ手段と、 データ1ビット長又はデータ1ビット長以下の所定長を
単位とし、上記フィルタ手段を通過した信号を積分した
第1の相関値と、上記フィルタ手段を通過した信号のう
ち入力された上記スペクトラム拡散信号における上記単
位の半分長の部分を反転した信号を積分した第2の相関
値とを加算する相関加算手段とを有し、複数の上記チャ
ンネルは、それぞれ、上記相関加算手段からの出力値に
基づいて相関検出及び上記第2のループ回路の位相制御
を行うことを特徴とする受信装置。
22. A receiving device for receiving a signal from a satellite to calculate its own position and velocity, comprising: receiving means for receiving the signal from the satellite; and frequency of a received signal received by the receiving means. Frequency conversion means for converting to a predetermined intermediate frequency; synchronization acquisition means for detecting the phase of the spread code in the intermediate frequency signal obtained by the frequency conversion means and for detecting the carrier frequency in the intermediate frequency signal; , The phase of the spread code detected by the synchronization acquisition means and the carrier frequency detected by the synchronization acquisition means for each of a plurality of channels independently provided corresponding to the plurality of satellites. Set by allocating and setting for each satellite, and using the set spreading code phase and carrier frequency as initial values, the spreading And a carrier for synchronizing the signal and the carrier and for demodulating the message contained in the intermediate frequency signal. The plurality of channels in the synchronization holding unit for demodulating the spread spectrum signal are respectively reproduced. A first loop circuit for establishing synchronization between a carrier and a carrier included in the input spread spectrum signal, and a second loop circuit for establishing synchronization between a reproduction code and a spread code included in the input spread spectrum signal. A loop circuit, wherein the first loop circuit and the second loop circuit respectively pass a predetermined frequency band component of a multiplication value of a carrier, a spread code, and the input spread spectrum signal. The filter means and the above-mentioned filter means in units of a data 1-bit length or a predetermined length equal to or shorter than the data 1-bit length. A first correlation value obtained by integrating the passed signal, and a second correlation value obtained by integrating a signal obtained by inverting a half length unit of the unit in the input spread spectrum signal of the signals passed through the filter means. And a correlation adding means for adding the signal, and the plurality of channels respectively perform correlation detection and phase control of the second loop circuit based on an output value from the correlation adding means. apparatus.
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