JP2003516696A - スペクトラム拡散システム用の受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数を有する送信器から送信される、スペクトラム拡散システムの受信器の作動に関する方法であって、受信された信号と送信された信号との間には時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでいる方法において、受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間からシフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される信号を生成する段階と、受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の前記時間と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、両者間のそれぞれの相関尺度を作り出す段階と、前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで置き換えられ、周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出す段階と、前記相関尺度を前記計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求める段階と、から成ることを特徴とする方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、スペクトラム拡散遠隔通信システムに適用可能であり、厳密にいえ
ば、当該システムで使用するための受信器に関する。

【０００２】 （従来技術） 遠隔通信では、２つのよく知られたスペクトラム拡散システムの例として、Ｃ
ＤＭＡとＷＣＤＭＡが挙げられる。他の例としては、全地球測位システム（ＧＰ
Ｓ）がある。全地球測位システム（ＧＰＳ）は、高精度で地球上のどんな位置で
もピンポイント指摘できる能力を有する、受信器の位置、速度、時間（ＰＶＴ）
に関する情報を提供する宇宙空間ベースの人工衛星航法システムの一例である。
宇宙空間ベース衛星航法システムのこの他の例としては、ＴＩＭＡＴＩＯＮ、ｔ
ｒａｎｓｉｔ、ＧＬＯＮＡＳＳが挙げられる。

【０００３】 ＧＰＳは、通常、３つのセグメントに分割され、それは、 −主に、人工衛星と、人工衛星の発する信号とから成る宇宙空間セグメントと、 −人工衛星の配置を監視し、維持する制御セグメントと、 −ＧＰＳ受信器、機器、データ収集、及びデータ処理技法から成るユーザーセグ
メント、である。

【０００４】 ＧＰＳ配置は、通常、地球を２４時間毎に周回する２４の人工衛星（以下、単
に衛星と呼ぶ）で構成されている。受信器が正確にその位置を正確に定めるため
には、最低４つのＧＰＳ衛星がＧＰＳ受信器から見渡せる位置になければならな
い。要約すれば、各衛星は信号を放送し、ＧＰＳ受信器がこの信号を受信してデ
コードし、それから、経過時間と呼ばれる、信号が受信器に到達するのに要する
時間を計算する。次に、受信器は、経過時間に電磁放射の速度を掛け、衛星から
受信器への距離範囲を求める。ここから受信器の３次元の距離、速度及び時間を
算出するため、受信器は三角測量計算を行う。三角測量には、衛星によって与え
られる４つの基準点の間の点の交差を計算することが含まれ、この交差が３次元
空間内の位置を決定、即ち突き止めることになる。

【０００５】 しかし、距離範囲測定には、本来的に、衛星の非同期オペレーションとユーザ
ーの時計によって作り出される、測定に共通の誤差を含んでいることに留意して
おかねばならない。これが、測距を行うためにＧＰＳが４つの衛星を使う理由で
ある。３つのＧＰＳ衛星からの測定値を使えば、ＧＰＳ受信器は、その３次元位
置を表す３つの未知のパラメータを計算することができるが、４番目のＧＰＳ衛
星を使えば、ＧＰＳ受信器は、ユーザーの時計の誤差を計算することができ、従
ってより正確な時間の測定値を求めることができる。

【０００６】 衛星による信号放送は、無線周波数（ＲＦ）測距コードと、スペクトラム拡散
技法を使って送信される航法データメッセージとを備えている。測距コードによ
り、ＧＰＳ受信器は信号の経過時間を測定し、それによって衛星と受信器との間
の距離範囲を求めることができる。航法データメッセージは、衛星の軌道経路に
関する所定の情報に基づいており、従って、信号が送信されたときの衛星の位置
の表示を提供する。

【０００７】 衛星によって生成される、エンコードされる信号は、ランダムバイナリチップ
のシーケンスを表す疑似ランダムノイズ（ＰＲＮ）コードの形態をしており、各
衛星が、有限の間隔で反復する固有のＰＲＮシーケンスを送信している。ＧＰＳ
には、軍用にリザーブされている、チッピング速度１０．２３ＭＨｚを有する精
密コード（Ｐコード）と、商用及び個人使用に割り当てられている、チッピング
速度１．０２３ＭＨｚを有する航路捕捉コード（Ｃ／Ａコード）がある。チップ
は１か−１である。このコードは、２つのＬ−バンド周波数、１５７５．４２Ｍ
Ｈｚのリンク１（Ｌ１）と１２２７．６ＭＨｚのリンク２（Ｌ２）とで送信され
る。Ｌ１上のコード割り当ては、航路捕捉コード（Ｃ／Ａコード）と精密コード
（Ｐコード）であり、Ｌ２上は精密コード（Ｐコード）だけである。

【０００８】 Ｃ／Ａコードは１０２３ビットの疑似ランダム（ＰＲＮ）コードで構成され、
各ＧＰＳ衛星には異なるＰＲＮコードが割り当てられている。更に、５０Hzの航
法データメッセージが、Ｃ／Ａコード上に重ね合わせられ、上記データを保有し
ている。このように、受信器は、衛星からの信号を、提出されている特定のＣ／
Ａコードで利用して、疑似距離範囲測定を行うことができる。

【０００９】 次に受信器に関してであるが、今日では広範囲のＧＰＳ受信器を利用すること
ができ、通常、ＧＰＳ受信器の内部アーキテクチャは、着信衛星信号を最初に処
理するフロントエンドを備えており、その後に、アルゴリズムを適用して受信器
の位置、速度、時間を求める信号処理ステージが続いている。

【００１０】 基本的に、フロントエンドは、スーパーヘテロダイン受信器のものと同じであ
る。信号は、ＧＰＳアンテナで検知され、低ノイズ増幅器に送られる。増幅後、
信号は、より低い作動周波数にダウンコンバートされる。これは、ＧＰＳ信号を
もう１つの定周波数信号と混ぜ、又はヘテロダイン化して行われる。この混ぜる
信号はローカルオシレータにより作られる。２つの信号を混ぜると、元のと、２
つの周波数の和と差が出力される。後続ステージのフィルターは、差の周波数だ
けを選択して、他を排除する。ダウンコンバージョン段階で作られる差の周波数
は、中間周波数ＩＦと呼ばれる。信号は、次にＡＤ変換器でアナログからデジタ
ルに変換される。ＡＤ変換器の出力レベルは、電圧比較器でモニターして、レベ
ルが閾値レベルを越えているか下回っているかチェックされ、自動ゲイン制御器
が、ＩＦ増幅器のゲインを継続的に調節し、一定の出力レベルを維持する。ＡＤ
変換器からのデジタル信号は、測距プロセスを取り扱う信号処理の幾つかのステ
ージへの入力として使われる。

【００１１】 先に述べたように、測距プロセスの目的は、着信ＰＲＮコードを使って衛星か
ら受信器までの距離を計算し、衛星により送信された信号が受信器に到着するの
にどれほど要しているかの時間を定めることである。これを行うため、各受信器
は、各衛星がＰＲＮ信号発生器を使って送信するコードの正確なパターンを生成
する能力を有している。特定の衛星から受信される着信信号は、チップを送信す
る時間の単位で測定した、衛星から受信器に達するまでに要する時間が常に分か
っているわけではないので、内部位相とは位相外れとなりがちである。内部的に
生成された、特定の衛星からの期待されるＰＲＮ信号は、比較した場合に受信信
号と調和するように、適切に遅延させるか、移相させる必要がある。調和の強さ
は、２つの信号のフラグメントの間の相関関係から測定することができる。受信
したシーケンスのフラグメントを、衛星からの期待される信号の対応するフラグ
メントと相関付けるのは普通に行われている。デジタル化された期待される信号
は周期的であるので、内部的に生成されたシーケンスは、シーケンスを回転させ
て遅延させることができる。２つの信号を調和させるのに必要な移相又はオフセ
ットの量が、受信器に、衛星を離れ受信器に到着する信号の間の時間遅れの測定
値を提供する。この測定値を使って、距離範囲が導き出される。

【００１２】 原理的には、信号が特定の経路で衛星から受信器に到達するのに要する時間が
分かれば、その経路で受信器に到着する信号に比例する信号を予測することがで
き、相関器からの出力は、その経路内のエネルギと相当量関係していることにな
る。しかし、そもそもこの時間間隔が未知である。普通は、ある形態の探索アル
ゴリズムを使って、各重要な経路に関する到達に要する正確な時間を取得する。
期待される信号のフラグメントをｍ個のシフト位置でシフトすることによって信
号は（少なくとも２０ｍｓの間）周期的になるので、ミリ秒のサンプリング周期
でｍ倍された遅れをシミュレートすることができる。種々の遅れが試みられ、相
関器の出力がモニターされる。適切であると識別された遅れは、最高の相関出力
を作り出すものである。サブチップサンプリング（チップ当たり４サンプルが現
在では普通）を採用すると、高い値が、ｍ回転の内約４つに得られる。これら４
つの近接する回転から最高の相関関係を生み出す回転を使って、信号が衛星から
観察者に到達するのに要した時間が計算される。一旦時間が評価されると、この
時間内の変化が、種々の追跡アルゴリズムを使ってモニターされる。

【００１３】 スペクトラム拡散システムについてより一般的に述べると、送信される情報全
てを１つの受信したパルスから検索できるわけではない。例えば、ＷＣＤＭＡで
は、各データエレメントは、個々のシステムユーザーに特有の正及び負のビット
のストリングから成るコードを使って変調され、データパルスのセットを作る。
そのセット全部が送信される。これにより、送信されたパルスの１つのサブセッ
トだけしか正確に受信できなかった場合でも、データエレメントの値を検索する
ことができるようになる。しかし、ビットの値は、アナログシステムの場合に様
に個々のパルスからではなく、受信した全ての正確なパルスと不正確なパルスの
両方を使って計算される。

【００１４】 従って、ＷＣＤＭＡのようなスペクトラム拡散システムは、ＧＰＳ測距システ
ムとの関係で先に述べたものとかなり似た同期化技法を使う。例えば、ＷＣＤＭ
Ａ受信器では、拡散ユーザー信号と（反）拡散コードとの間に正確な同期化があ
れば、ユーザーデータは、所望の拡散信号から、受信器に既知の反拡散コードに
よって検索される。

【００１５】 （発明の要約） このような背景に対し、本発明はその一態様において、受信器で受信された信
号が、受信された時間と周波数とを有しており、所定の変調スキームに従って、
送信された時間と周波数を有する送信器から送信される、スペクトラム拡散シス
テムの受信器の作動に関する方法であって、受信された信号と送信された信号と
の間には時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキ
ームによる事前定義された相関面を含んでいる方法において、 受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間から
シフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される
信号を生成する段階と、 受信された信号の送信器の時間と周波数に基づく受信された信号を、期待され
る信号の時間と周波数のシフトされたパラメータに基づく期待される信号と相関
付けて、両者間のそれぞれの相関尺度を作り出す段階と、 前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで
置き換えられ、周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置
き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出す段階と、 相関尺度を計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求める段階
と、から成る方法を提供する。

【００１６】 本発明では、受信したベースバンド信号を、非理想的、即ち局所的に（即ち、
受信器で）再構築された信号と相関付けるプロセスの結果を計算するように設計
されているアルゴリズムを具現化する、方法と対応する手段が提供されている。
この文脈において、非理想的とは、使用される周波数が、実際の周波数（即ち送
信器周波数）とは一致せず、使用される時間が、実際の時間（即ち送信器クロッ
ク時間）とは一致しないということを指している。時間と周波数における相関オ
フセットの所与のセットの結果として、アルゴリズムを使って、信号処理におい
てａ）実際のオフセットは何か、ｂ）実際の時間は何か、を識別することができ
る。従来のＣＤＭＡ及びＧＰＳシステムビット同期化では、自動周波数制御（Ａ
ＦＣ）と符号復調が別々に処理される。本発明は、これらの行為を同時に処置す
る。

【００１７】 本発明のこの他の態様と特徴は、請求項に定義する。 本発明を使えば感度は高くなので、本発明は、特に、弱い信号の追跡と復調に
有用であり、送信された信号の受信とその同期化を改良する。より具体的には、
先行技術の方法では、例えば建物の中など着信信号の弱いところでＧＰＳ位置を
定めるためには、しばしば長い相関関係付けを実行する必要があった。しかし、
本発明を使えば、相関関係付けは短縮化され、送信されるビットシーケンスに関
する事前知識無しに同期化できるようになる。例えば、先行技術では、ＧＰＳに
関する相関付け期間は１／２秒オーダーである。本発明では、相関付け期間は２
０ミリ秒オーダーである。更に、既知のＧＰＳでは、２０ミリ秒以上の相関付け
を行うには、チップによって変調されるデータを知る必要がある。本発明では、
弱い信号に対してもビット同期化と復調を行いながら、２０ミリ秒以下で相関付
けができるので、その必要はない。

【００１８】 本発明の好適な特徴とその対応する利点は、本発明の種々の実施例に関する以
下の説明で理解頂けるであろう。そのような実施例は、本発明を実施する際の特
定の方法を例示するに過ぎないが、添付図面を参照しながら説明する。

【００１９】 （好適な実施例の詳細な説明） ＷＣＤＭＡ、ＧＰＳ、ＴＤＤのようなスペクトラム拡散システムでは、アナロ
グシステムとは違って、メッセージ符号内の情報をデコードするには、１つの受
信パルスでは不十分である。通常、スペクトラム拡散システムでは、各システム
ユーザーは、例えば｛１，−１，１，−１，−１，１｝のような１と−１のスト
リングから成る固有のコードを有している。送信されるビットストリームの各ビ
ットは、次に、ユーザーに割り当てられている固有のコードを使って拡散され、
多数のパルスが作られる。パルスストリームを受信されると、受信されたメッセ
ージをデコードするため相関オペレーションが実行される。正しく受信された拡
散ビットの数が多いほど、相関度は高い。相関付けは、一般的に、受信された拡
散ビットに既知の固有のコードを掛けることによって行われる。ビットが正しく
受信されていれば、結果は大きな正の数となる。そうでない場合は、小さいか、
又はノイズの中に埋没する。スペクトラム拡散システムでは、受信されたエラー
の数か、ビットエラー率が、信号の強さを表示する。

【００２０】 本発明は、ビット同期化と周波数同期化を共に入手することに関係している。
本発明は、同期化に使用される信号の一部が受信器に既知であるという識見を利
用している。受信器が信号を再構築するのに使用する周波数ｆと時間ｔとは、未
知と見なされている。通常、スペクトラム拡散システムでは、受信器のクロック
は、特定の精度までで働くように要求されており、未知なのは、それが理想（即
ち送信器）のクロック周波数から偏位している程度である。方程式が設定され、
次に、これら未知のものに関して解かれる。

【００２１】 本発明に従って作動している受信器は、中に相関面を記憶しており、着信信号
は、処理され、相関面と比較され、計算が行われて、周波数オフセットと時間オ
フセットの未知の変数の解が求められる。周波数オフセットと時間オフセットを
手に入れるこれら各態様を、以下詳細に、各節毎に説明する。なお、本発明を実
施する好適な方法を、ＧＰＳを例にとって以下説明するが、説明する方法はもっ
と一般的に全てのスペクトラム拡散システムに適用できるものと理解されたい。

【００２２】 相関面の定義付け 本発明の準備のステージで、相関面が定義される。相関面は、送信器の拡散コ
ードに関する知識から導き出される。従って、相関面は予め求めてプロットする
ことができる。図１は、ＧＰＳ変調信号の場合の理想的相関面を、共に変化する
周波数Δｆ及び時間Δｔの関数として示している。

【００２３】 相関は、２つの入力が与えられたときに１つの値を出力する処理である。この
値は両入力が同じ場合は１に設定される。２つの信号の周波数が少量違うにつれ
て、値は減少する。同様に、相関の値は、１つの信号が第１のクロックからオフ
セットしているクロックを使って生成されている場合には、減少する。

【００２４】 従って、相関処理は、２つの入力、即ち時間オフセットと周波数オフセットの
関数として特性付けることができる。この２つの値を有する関数は、凸面を記述
する。

【００２５】 数学的には、理想相関面は以下のようにして求められる。 理想相関関数は、受信された関数の相関の値である時間ｔにおいて、 ｒ[ｔ] は、ｆ０を理想周波数として、 ｓ[ｆ０，ｔ] に等しかった、と定義される。すると、理想相関は以下の式で与えられる。

【数１】 大抵の場合、関数は静止しており、時間ｔから独立していると仮定される。

【００２６】 この場合、相関面は既に定められており、面は恐らくボックススプラインを使
ってより効率的に近似することができる。別の方法では、面の計算をする必要は
ない。点における面の値は、図２及び３に示されている線図を使って、入力テス
トビットとしての下記の増分変数に対して求めることができる。

【数２】

【００２７】 更なる改善として、処理のチェーンにＩＦフィルターとシステムクロックを含
めることにより、ＩＦフィルターとクロックのアレン分散によってシステム（例
えばＧＰＳ受信器）に導入される劣化を組み込むことができる。これらは、異な
る整数値１及びｊに対して実験的に求めることができ、相関面は内挿とボックス
スプラインを使って得ることができる。面は滑らかなので、３次スプラインで十
分であると思われる。必要なスプラインの次数は、点の分離によって決まる。別
の方法として、相関面は、参照テーブルの形態で提供してもよい。 相関面は、このように、予め定義され、受信器のメモリに記憶される。

【００２８】 受信されたＧＰＳ信号の表現 本節では、受信器で受信された着信信号の数学的変形／表現について述べる。 受信器に到着する際、送信器によって送信された信号は、２つ以上の経路に沿
って、自然の又は人工の障害に反射されている。従って、信号は２つ又はそれ以
上の異なる経路に沿って到着し、互いに時間で分離される。各経路毎に同期化／
相関が生じるチップを識別するため、各経路毎に、最大相関パワーの点を求める
必要がある。

【００２９】 数学的表現を設定するため、先ず、変数のセットが以下のように定義される。 受信器のベースバンドにおける時間は、ｔ_Reで表される。 送信器における時間は、ｔで表される。 受信器を組み上げるのに関連する問題の１つは、正しい周波数を生成すること
である。送信器における周波数（即ち所望の送信器周波数）は、ｆ０で表され、
これは定数である。 受信器が作動している周波数は、ｆ_Reで表される。

【００３０】 次に、各受信器と送信器のクロックの間の差異は次のように表される。 ｆＲＥ−ｆ０＝Ｆｏｆｓｅｔｔ 送信器で送信された信号Ｓ_Tr[ｔ]は、特定変調スキームに従って、送信器エン
コードビットシーケンスの一般式として次のように表すことができる。

【００３１】

【数３】 ここに、Chip[l]、B[k]は既知のアルファベット（例えば、（0,1）、（-1,1）等
）から引き出される。ＣＤＭＡでは、Chip[l]は、全てのl=0,1,2,...M-1に対し
て既知である。k0を定数として、Abs[t]＞k0Tに対し、f[t]＝0である。又ここに
、 B[k] は送信されるｋ番目のビットであり、 T はビット期間であり、 Tc はチップ期間（符号期間とも言う）であり、 M はコードの拡散係数であり、 T==TcM であり、 ｇ[f,t] は変調器の周波数と変調器のクロックの時間で決まる変調関数である
。関数ｇは、ＧＰＳ、ＷＣＤＭＡなどの、スペクトラム拡散システムによって変
わる。

【００３２】 上記のように、受信器における信号は、多くの経路を経由して到着した信号で
構成されており、各経路にはそれぞれ遅延が伴っている。これは、以下のように
表すことができる。

【数４】 ここに、 α[m] は信号長であり、ｍは経路のラベルである。 Δf[m] は、送信器と受信器の間の相対運動によって起こる周波数のシフト（ド
ップラ偏移）か、又は信号の反射器の内の１つの受信器に対する運動によって起
こる周波数のシフトであり、 Δt[m] は、信号がｍ番目の経路を通って受信器に到着するのに要する時間であ
る。

【００３３】 信号上で実行される処理は、フィルタリング及びミキシングのようなものと考
えることができる。この点において、ＩＦフィルターは、単純化のためではある
がミキサーではないと考えられる。信号は、下記のベースバンド信号も表し、

【数５】 ＊ は、ここではコンボリューションオペレーションを表す。

【００３４】 従って、多重経路の結果としてのベースバンド信号は以下のように表される。

【数６】

【００３５】 因数分解すると下記のようになる。

【数７】

【００３６】 コンボリューションは以下のように表される。

【数８】

【００３７】 受信器時間ｔ_Reに関しては以下のようになる。

【数９】 これは、ベースバンドにおける受信された信号の数学的表現である。

【００３８】 時間及び周波数シフトされた期待される信号との相関関係 相関付けのための入力の１つは、ベースバンド信号において受信された信号で
ある。受信器のクロックによるこの信号は、以下で与えられる。 S_IF[t_Re] 送信されているｋ番目のビットに関する相関付けに必要な他の信号は、以下で定
義される相関付け信号である。

【数１０】 この相関付け信号は、送信器が、ｋ番目の符号を拡散チップCh[l]を使って送信
するために生成する信号の、局所的複製である。

【００３９】 受信器は、信号が到着するのに要した時間を確認しようとする。受信器は、そ
うする際に以下の相関付け信号を生成する。 CorrelatingSignal[k][f+μ,t_Re+τ+Δt_Re [n]] これは、ｎ番目の経路に対するものであり、それを到着する処理された信号と相
関付けるが、ここに、 Δt_Re [n] は、信号が受信器に到達するに要した時間、換言すれば時間遅れ、
を受信器が評価したものである。この評価は、先に（例えば、受信器が追跡モー
ドにあるとき）使用した値に基づいていてもいいし、或いは、受信器は探索モー
ドにあって、粗い捕捉を行うために値を単に試算している場合もある。ここに、
μ は、数Hzオーダーの周波数のオフセットであり、 τ は、チップ期間の何分の一のオーダーの小さな時間のオフセットである。

【００４０】 ｎ番目の経路からｋ番目のビットへの寄与を得るために相関付けを実行した結
果は、以下のようになる。

【数１１】 ここに、

【数１２】 は、周波数において、 μ だけシフトされた相関の結果であり、 τ は、ｎ番目の経路に関する時間のオフセットである。

【００４１】 上記式に、ベースライン信号、 S_IF[t_Re] を代入すると、以下のようになる。

【数１３】

【００４２】 積分を実行する順序は以下のように変えてもよい。

【数１４】

【００４３】 この後には変数の変化が続く。これは、最終出力が相関面にどのように関係し
ているかを数学的に表したものである。 T2=tRe+Δt[m] 式中、

【数１５】

【００４４】 計算式中の積分をコンボリューションに置き戻せば、以下のようになる。

【数１６】

【００４５】 相関面上へのマッピング 本節では、受信された信号の理想信号に対する時間と周波数のオフセットが、
シフトされた時間と周波数の値と共に、相関面上にマップされ、計算式を提供す
る。相関面は、予め定義されている。

【数１７】

【００４６】 時間と周波数の差異を相関式に入れると次のようになる。

【数１８】

【００４７】 先に導き出された相関面の式を、ここで上記式に代入すると、以下のようにな
る。

【数１９】

【００４８】 上記式は、下記の場合だけ、非ゼロである。

【数２０】 先に指摘したように、同期化は、 f−f0−Δf[m]＋μ＝0 且つ、 −Δt[m]＋τ0＋Δt_Re[n]＝0 となるように τ0 と μ0 の値を定めようとする。

【００４９】 相関面を使った相関付け結果の予測 受信器を、ｎ番目の経路に関し時間と周波数の両方で同期化させるためには、
調整を行う必要があり、このような環境では、値、

【数２１】 は、以下の式で予測でき、

【数２２】 ここに、他の全ての経路からの寄与はゼロであると仮定されている。単純化のた
め、B[k]の値は１とすると、以下のようになる。

【００５０】

【数２３】 システムが完全には同期化されていないときは、時間は、 τ0 で調整する必要があり、周波数は、 μ0 で調整する必要がある。

【００５１】 従って、期待される結果は、以下のようになる。

【数２４】 ＧＰＳシステムでは、オフセットは、Ｈｚでは、 μ で、Tの単位では、 τ で与えられ、相関面は以下のようになる。

【数２５】

【００５２】 従って、周波数のシフトを０．１Ｈｚと０．１Ｔｃとすれば、以下の算術式が
予想できる。

【数２６】 これは、未知の、 μ0、τ0、α[m] に関する算術式であることに留意せねばならない。

【００５３】 先に実行された相関の結果の実測値は、以下で表される。

【数２７】 受信された信号にノイズが全くなければ、以下の式を設定できる。

【数２８】

【００５４】 上記の場合では明らかなように、以下の方程式が、丁度３つの未知数を含めて
得られる。

【数２９】 ３つの異なる方程式を設定すれば、未知数を求めることができる。しかし、こ
れは、厳密には、システム内にノイズがある場合ではない。以下の算術式がノイ
ズを含めて設定される。

【数３０】 この式は、実際に測定された相関結果から予測された算術式を引き、引き算の
結果を二乗することによって得られる。

【００５５】 これは、幾つかの異なる、 {μ，τ} の値に対して実行される。

【００５６】 例えば、このオペレーションが実行される値のセットを、TimeFreqShiftsと表
せば、

【数３１】 となり、各エレメント、 μ に対して、 TimeFreqShiftsでは、期待されるノイズな下記に従って計算される。

【００５７】

【数３２】 但し、 λ＝{μ，τ}

【００５８】 次に、幾つかのノイズ寄与が、下記の未知数の関数としての全ノイズに対する
算術式に到達するために一緒に加えられる。

【数３３】 この式は、Costと呼ばれる。

【数３４】 Costは、TimeFreqShiftsと下記の未知数のセットの陰関数である。 μ0、τ0、α[m] この式を最小化し、コストを最も最小化する未知数の値を求めるためには、ど
のような標準的な数学的手法でも用いることができる。

【００５９】 例 本発明を実施する好適な実施態様の一例である以下の例は、コンピュータプロ
グラムMathematica４で実行することができる。 値を見つけ出すのに使用できる１つの方法は、以下の例で、 τ0 と μ0 に関して与えられる。

【００６０】 例示に含まれる全ての前提には、以下のような１つの経路が正確に存在する。 −Δｔ[m]＋Δt_Re[n]＝0.4Tc 他の全ての経路に対しては、以下のように仮定される。 Abs[−Δt[m] ＋Δt_Re[n]]＞3Tc f−f0−Δｆ[m]＝0.35Ｈｚ 強さを下記のようにしよう。 α[m]＝0.8 B[k]＝１と仮定しよう。

【００６１】 以下において、時間単位は全てTc、チップ期間と全ての周波数はHzとする。 この前提は、１つの経路上を追跡するシステムでは変わらない。これらの前提
の下では、以下のようになる。

【数３５】

【００６２】 ＧＰＳでは、相関面関数は以下のように計算される。

【数３６】 この例では単純化のため、時間シフトと周波数シフトの対のセットは、これに
関して、各経路毎に相関関数を評価するように定義されている。

【数３７】 時間シフトと周波数の対は、都合よく、図４のトポロジ線図から取られる。

【００６３】 図４は、より多くの相関器を中心周波数に割り当てるトポロジ関数を示してい
る。特定の状況の下では、最も可能性のある周波数により多くの相関器を割り当
てるのが適切な場合がある。

【数３８】

【００６４】 次に、以下の相関の結果を計算する必要があり、

【数３９】 所与のベースバンド信号が、 {μ，τ} の周波数と時間の分シフトされた信号と相関付けられる。 この結果は以下の形態で記憶するのが好都合であり、

【数４０】 １つの特定の経路に関する、全ての異なる周波数シフト時間の組み合わせは以下
のようになる。

【００６５】

【数４１】 このリストは、OutputOfArrayOfCorrelatorsという用語で表される。

【００６６】 ＧＰＳでは、相関器の結果は以下のようになる。

【数４２】

【００６７】

【数４３】

【００６８】 これらを表にすると、以下のように導き出される値となる。

【数４４】 既知であるのは、面に関する公式である。

【００６９】

【数４５】

【００７０】 この場合以下のように与えられる。

【数４６】 コスト関数は、これで、未知数を求めるのに最小化することができる。

【００７１】 ｔとｆの不確実性によって変わるが、このコスト関数から幾つかのアルゴリズ
ムを展開することができる。 初期解を得るため、時間遅れと周波数遅れシフトの値が、最高相関値によって
OutputArrayOfCorrelatorsから選択される。

【００７２】

【数４７】

【００７３】

【数４８】 以下の値に関し事前の知識がなければ、 f−f0−Δf[m] これは、0.35Hzと仮定されており、 −Δt[m]＋Δt_Re[n] これは、0.4Tcと仮定されている。

【００７４】 本発明は、その基本的属性から離れることなく、他の特定の形態で実現化する
こともできる。従って、本発明の範囲を示している上記説明よりも、特許請求の
範囲及び他の一般的な記述を参照いただきたい。

【００７５】 更に、本明細書（特許請求の範囲を含む）に開示した、及び／又は図面に示し
た特徴は、それぞれ、他の開示され、及び／又は示された特徴とは独立して、本
発明に組み込むことができる。これに関し、本発明は、明示的に、或いは、請求
されている発明に関わるか、取り組んでいる問題の幾つか又は全てを緩和するか
に関わりなく何らかの一般的表現で、ここに開示したあらゆる新規な特徴又は特
徴の組み合わせを含むものである。

【００７６】 ここに提出する添付の要約は、参考文献として、本明細書に含まれるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例による相関面の例を示す。

【図２】 相関面を得るためのブロック線図である。

【図３】 相関面を得るためのブロック線図である。

【図４】 時間と周波数の対のプロットである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ 【要約の続き】 ットと周波数オフセットを求める段階と、から成ること を特徴とする方法を提供する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有
   しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数を有する送信
   器から送信される、スペクトラム拡散システムの受信器の作動に関する方法であ
   って、受信された信号と送信された信号との間には時間オフセットと周波数オフ
   セットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含
   んでいる方法において、 受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間から
   シフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される
   信号を生成する段階と、 受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の前記時間
   と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、両者間のそれぞれの相関尺度
   を作り出す段階と、 前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで
   置き換えられ、周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置
   き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出す段階と、 前記相関尺度を前記計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求
   める段階と、から成ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記計算式を導き出す段階が、代わりに、時間と周波数のオ
   フセットを有する時間と周波数のオフセットパラメータを前記相関面上にマッピ
   ングする段階から成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有
   しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器
   から送信される、スペクトラム拡散システムで作動する受信器であって、受信さ
   れた信号と送信された信号との間には、時間オフセットと周波数オフセットがあ
   り、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでいる受
   信器において、 受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間から
   シフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される
   信号を生成する手段と、 受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の前記時間
   と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、両者間のそれぞれの相関尺度
   を作り出す相関付け手段と、 前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで
   置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き
   換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算手段と、 前記相関尺度を前記計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求
   めるための比較器と、を備えていることを特徴とする受信器。
4. 【請求項４】 受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有
   しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器
   から送信されるスペクトラム拡散システムで作動する、受信を同期化するための
   搬送波上のコンピュータプログラムであって、受信された信号と送信された信号
   との間には、時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調
   スキームによる事前定義された相関面を含んでいるプログラムにおいて、 受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間から
   シフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される
   信号を生成する手段と、 受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の前記時間
   と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、両者間のそれぞれの相関尺度
   を作り出す相関付け手段と、 前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで
   置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き
   換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算手段と、 前記相関尺度を前記計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求
   めるための比較器と、を備えていることを特徴とするプログラム。
5. 【請求項５】 受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有
   しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器
   から送信されるスペクトラム拡散システムで、受信器を同期化するように働くコ
   ンピュータプログラム製品において、受信された信号と送信された信号との間に
   は、時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキーム
   による事前定義された相関面を含んでおり、前記同期化は、 受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間から
   シフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される
   信号を生成する手段と、 受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の前記時間
   と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、両者間のそれぞれの相関尺度
   を作り出す相関付け手段と、 前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで
   置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き
   換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算手段と、 前記相関尺度を前記計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求
   めるための比較器と、を備えていることを特徴とするコンピュータプログラム製
   品。
6. 【請求項６】 受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有
   しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器
   から送信されるスペクトラム拡散システムで作動可能な受信器を含む携帯型無線
   通信装置において、受信された信号と送信された信号との間には、時間オフセッ
   トと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義さ
   れた相関面を含んでおり、前記受信器は、 受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間から
   シフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される
   信号を生成する手段と、 受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の前記時間
   と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、両者間のそれぞれの相関尺度
   を作り出す相関付け手段と、 前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで
   置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き
   換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算手段と、 前記相関尺度を前記計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求
   めるための比較器と、を備えていることを特徴とする携帯型無線通信装置。