JP2004517298A - コード位相のサーチ空間を低減するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

ＧＰＳ通信システムにはサーバおよびクライアントが含まれていて、各クライアントにはＧＰＳ受信機が含まれていて、ＧＰＳ受信機は、クライアントのＧＰＳ受信機のコード位相のサーチ空間を低減する。通信システムには、サーバからクライアントへタイミング情報を送って、クライアントが第１の衛星の位置を特定するのを助ける送信機と、衛星間のタイミングの差を使用して、他の衛星を同期させて、位置を特定するための受信機とが含まれている。サーバとクライアントとの間の通信を設定するには、位相の仮説を計算しなければならず、位相の仮説の数を低減することによって、コード位相のサーチ空間を低減する。
【選択図】図８

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、分散形システムにおける受信機のコード位相（ｃｏｄｅ ｐｈａｓｅ）のサーチ空間を低減することに関する。
【０００２】
２．関連技術の記述
衛星位置決めシステムには、１組の軌道衛星（宇宙飛行体（スペースビークル、ｓｐａｃｅ ｖｅｈｉｃｌｅ）または‘ＳＶ’とも呼ばれる）が含まれており、軌道衛星は信号を同報通信し、受信機はその信号から衛星の位置を判断する。このようなシステムを２つ挙げると、本明細書で参照しているＮＡＶＳＴＡＲ ＧＳＰシステム（文献（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｓｅｃｏｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｊｕｎｅ ２， １９９５， Ｕ．Ｓ． Ｃｏａｓｔ Ｇｕａｒｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ， Ａｌｅｘａｎｄｒｉａ， ＶＡ）参照）およびロシア共和国によって保持されているＧｌｏｂａｌ Ｏｒｂｉｔｉｎｇ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＬＯＮＡＳＳ）がある。このような位置決めシステムにおいて三次元の位置を判断するために、受信機は最初に、４つのＳＶの信号を獲得しなければならない。各ＳＶ信号を最初に獲得するときは、通常は、たくさんの計算を行い、最高で数分間費やされる。
【０００３】
受信機は、ＧＰＳ信号を獲得するために、搬送波信号の周波数と、搬送波へ変調されるコードの位相とを自動追跡しなければならない。受信機に関係するＳＶの動きと生成されたドップラシフトとによって、受信した搬送波の周波数は変化する。受信機の局部発振器が不正確であると、周波数の誤差が追加される。したがって、搬送波を自動追跡するには、受信機は、周波数の範囲で信号をサーチすることが必要である。
【０００４】
各ＳＶは、直列スペクトル拡散変調（ｄｉｒｅｃｔ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって拡散された信号を送る。とくに、各ＳＶは、周知のディジタル疑似ランダム（または‘疑似雑音’）コード、または粗獲得（ｃｏａｒｓｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ， ＣＡ）コードと呼ばれるコードによって拡散された信号を送る。この周期的なコードは、１．０２３メガヘルツのチップレートをもち、１，０２３個の符号ごとに（すなわち、１ミリ秒に１回）反復する。受信機は、幾つかのＳＶによって送られた信号から合成された信号を受信する。
【０００５】
受信したＳＶ信号のコード位相は、信号のＣＡコード内の所定の位置と同期する場所によって設定される。ＣＡコードが周期的であるときは、所定の位置としての可能性のある場所（すなわち、可能性のあるコード位相）は、図１に示したように、円周に沿う点として表わすことができる。受信信号のコード位相を判断するには、（例えば、対応関係のピークが現れることによって示されるように）受信信号においてコードが位置を特定されるまで、円上の各位置における（例えば、受信機の出力と特定のＣＡコードに基づくコード列との間の）対応関係をサーチする必要がある。
【０００６】
ＧＰＳ信号の名目上の搬送波周波数は１．５７５ギガヘルツであるので、屋内、ビークル内、および／または林冠の下のような領域において信号の自動追跡を維持することは困難である。携帯形ＧＰＳ受信機が信号の自動追跡を失うと、位置決め能力は都合悪く中断し、計算資源はドレーンし、一方で受信機は信号を再び獲得することを試みる。周波数のずれが相当に緩慢に変化しているときは、短時間中断した後に周波数の自動追跡を再設定するには、作業は少しだけ必要である。しかしながら、受信信号のコード位相はより迅速に変化していて、全部で１０２３個の符号のコード位相循環において、失われた信号をサーチすることが必要である。正確な位置情報が要求に応じて得られなければならない応用では、このような遅延は許容できない。もちろん、最初の獲得中に長い遅延を避けることも有益である。
【０００７】
移動通信のためのある特定の無線システムに、特定の移動ユニットの位置を特定する能力を加えることによって、これを向上することが望ましい。その１つの理由は、米国連邦通信委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）によって公布された規程（Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ． ９４−１０２， １９９９年９月１５日に採択され、１９９９年１０月６日に発表された第３次報告および命令）に示されている。この規程では、米国内の全てのセルラの搬送波を対象として、２００１年１０月までに、５０メートル内で９１１本の呼（呼の６７％に相当）を行い（１５０メートル内では呼の９５％を行う）、セルラ電話の位置を特定することを可能にすることを要求している。無線通信システムにおける位置特定能力には、この他にも、ナビゲーションおよび全ビークルの管理サポート（ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｌｅｅｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔ）のような、付加価値の消費者（をサポートする）特徴が含まれている。
【０００８】
このような通信システムに位置特定を追加するための１つのオプションでは、ＧＰＳの受信能力を移動ユニットへ加えている。しかしながら、このようなアプローチには、移動ユニットが通常使用されている多くの領域、例えば屋内およびビークル内において、ＧＰＳ信号の確実な受信を維持することが困難であるといった欠点がある。他方では、このようなシステム内の基地局は、通常は、衛星が見えるように適切に位置しており、ＳＶ信号についての情報（コード位相を含む）を収集し、それを移動局へ送ることによって、移動局を補助することができる。
【０００９】
無線通信のための符号分割多重アクセスＣＤＭＡシステムでは、移動局および基地局による動作は、共通の時間基準と同期化している（図１参照）。この特徴により、基地局は、意味のある時間基準に関係する符号位相情報を移動局へ送ることができる。基地局と移動局との位置の相違のため、および移動ユニットの局部発振器の不正確さのために、移動局によって送られるコード位相情報は、移動ユニットが受信したＧＰＳ信号のコード位相と精密には一致しない。それにも関わらず、このような手続きにより、コード位相のサーチ基準の大きさは、相当に（例えば、１，０２３から、たった３０のみの符号に）低減する。
【００１０】
しかしながら、無線通信のためのアナログシステム、例えば米国で一般的に使用されている高度移動電話サービス（ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ ｓｅｒｖｉｃｅ， ＡＭＰＳ）システムでは、移動局と基地局との間には、このような時間基準は存在しない。事実、基地局と移動局の動作は１ミリ秒内でも（すなわち、全コード位相循環を横切る時間においても）同期しない。したがって、基地局が意味のあるコード符号位相を送ることに関係するシステムの基準点は存在しない（図２参照）。したがって、移動局によってＧＰＳの位置特定能力を支援するＡＭＰＳシステムにおいて、衛星の自動追跡を獲得および再獲得するには、全コード位相循環をサーチすることが必要である。このような分散形ＧＰＳシステムにおいてコード位相のサーチ空間を低減することが望まれる。
【００１１】
概要
ＧＰＳ受信機のような、符号分割多重アクセス受信機においてコード位相サーチ空間を低減するためのシステム、方法、および装置。２つの受信信号のコード位相間の時間関係に関する情報を適用することによって、このような低減が可能となる。時間の関係性から、第１の信号のコード位相が分かると、第２の信号のコード位相を得ることができる。第２の信号のコード位相が分かると、サーチャは予測されるコード位相を直接にサーチできるので、サーチ空間を低減することができる。
【００１２】
本明細書の一部に取入れられ、これを構成している添付の図面は、説明と共に本明細書の実施形態を示し、本明細書の長所および原理を開示している。
【００１３】
図面の詳細な説明
以下の詳細な説明は、本発明の実施形態を示す添付の図面に関する。他の実施形態も可能であり、本発明の意図および技術的範囲から逸脱することなく、実施形態を変更してもよい。したがって、以下の詳細な説明は、本発明を制限することを意図していない。むしろ、本発明の範囲は特許請求項によって定義される。
【００１４】
本発明の実施形態にしたがうシステム、方法、および装置では、第２の受信信号のコード位相は、次の項目の時間情報、すなわち（１）第１の受信信号のコード位相、および（２）２つの受信信号のコード位相間の時間関係（例えば、図３に示した時間差）を使用することによって、局部に限定される。このアプローチを拡張して、少しずつ増加する時間差（すなわち、図４に示したように、別の受信信号との時間差）または累積される時間差（すなわち、図５に示したように、最初に受信した信号との時間差）、あるいはこの両者を与えることによって、追加の受信信号を局部に限定することができる。
【００１５】
図６は、フィールド受信機１１０と基準受信機１２０とを含む本発明の実施形態にしたがうシステムのブロック図を示している。基準受信機１２０は、少なくとも第１および第２のＳＶ１００から信号を受信し、（例えば、既知のＣＡコードの部分的なコピーとの対応関係によって）これらの受信信号のコード位相を判断する。受信信号のコード位相間の時間関係に関する情報は、フィールド受信機１１０へ送られる。第１のＳＶ１００からの信号のコード位相を判断するとき、フィールド受信機１１０は時間関係情報を使用して、第２のＳＶ１００からの信号のコード位相を判断する際に、フィールド受信機１１０がサーチしなければならない空間の大きさを低減する。
【００１６】
図７は、本発明の実施形態にしたがう基準受信機１２０のブロック図を示している。基準受信機１２０内では、無線周波数（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ， ＲＦ）受信機２１０が、変調された搬送波信号を少なくとも２つのＳＶから受信し、対応する復調された信号を相関器（ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）２２０へ出力する。相関器２２０は、（例えば、図８のタスクＰ１１０およびＰ１２０に示されているように）受信信号のコード位相を判断し、これらのコード位相間の差に関する情報を送信機２３０へ出力する。
【００１７】
送信機２３０は、図８のタスクＰ１４０に示されているように、相関器２２０によって出力された情報を送信する。１つの例では、相関器２２０は、（例えば、図９のタスクＰ１３０およびＰ１４５に示されているように）コード位相間の差を判断し、送信機２３０はこの差を送信する。図１０の代わりの例では、送信機２３０は、受信信号のコード位相に関する情報を送信し（タスクＰ１４２）、この情報の受信機（例えば、フィールド受信機１１０）は、コード位相間の時間差を判断するタスクを行う。
【００１８】
図１１は、基準受信機１２０の例示的な構成を示している。この例では、ＲＦ受信機２１０は、ＳＶ１００からＧＰＳアンテナ２４０を介して信号を受信する。上述のコード位相情報は、送信機２３０によって通信アンテナ２５０を介して（例えば、フィールド受信機１１０へ）送られる。
【００１９】
基準受信機１２０は、無線通信システムの基地局と共に配置されているか、または基地局に統合されているか、あるいはこの両者である。この場合に、基準受信機１２０の場所は、通常は、非常に正確に分かっている。
【００２０】
図１２に示されているように、本発明の実施形態にしたがうフィールド受信機１１０には受信機３１０が含まれていて、受信機３１０は少なくとも２つのＳＶからの信号を受信する。無線周波数受信機３１０は基準信号も受信し、基準信号から、基準受信機において受信したＳＶの信号のコード位相間の時間関係（例えば、差）を求める。
【００２１】
相関器３２０は、第１のＳＶから受信した信号のコード位相を判断する。相関器３２０は、このコード位相情報を、第１のＳＶの信号と第２のＳＶの信号との間の時間関係と組合せて、第２のＳＶの信号のコード位相のサーチ空間を低減する。
【００２２】
図１３に示したフィールド受信機１１０の例示的な構成では、ＲＦ受信機は、ＳＶからＧＰＳアンテナ３４０を介して信号を受信し、（例えば、基準受信機１２０から）通信アンテナ３５０を介して基準信号を受信する。ＲＦ受信機３１０は、統合形のユニットであるか、または図１４に示されているように２つのディスクリートなユニット（ＧＰＳ受信機３１０−１および通信受信機３１０−２）から構成されていてもよい。
【００２３】
図２に示されているように、本発明のクライアント−サーバのアーキテクチャでは、中央サーバは自身のＧＰＳ受信機を有し、ＧＰＳ受信機は、情報の中でも、とりわけ衛星の空中における正確な位置、衛星の周波数、および衛星とサーバとの間のタイミングの差を認識する。サーバはクライアントに、視界内の衛星を識別する情報を送り、したがってクライアントは、全ての衛星をサーチする必要はなく、むしろ信号を受信する妥当的な機会がある衛星のみをサーチすればよい。例えば、サーバは、視界中のＳＶに対応するコード列に関係する情報（例えば、コード列自体、またはコード列の所定のテーブルの指標）を送る。サーバは、衛星のドップラ周波数情報もクライアントへ送る。さらに加えて、サーバは衛星のタイミング（例えば、コード符号間の時間差）をクライアントへ送る。サーバは、これらの３種類の情報を、記載されている順番で送ることが望ましい。
【００２４】
したがって、本発明では、クライアントのＧＰＳ受信機における獲得サーチの空間または時間を相当に低減する。本発明の実施形態にしたがう無線ＧＰＳのクライアント−サーバのアーキテクチャでは、クライアントがタイミング基準を得られない場合でも、またはクライアントとサーバの間に共通の時間基準が得られない場合でも、サーバが衛星の相対的なタイミングを送ることによって、クライアントのサーチ空間は低減する。
【００２５】
上述の実施形態は、当業者が本発明を作成または使用できるようにするために与えられている。これらの実施形態に対して種々の変更が可能であり、本明細書に記載されている一般的な原理は、他の実施形態にも適用できる。例えば、本発明は、ハードワイヤード回路として、特定用途向け集積回路に構成される回路構成として、または不揮発性メモリにロードされるファームウエアプログラムか、あるいはデータ記憶媒体との間でロードされるソフトウエアプログラム、例えば機械読み出しコード、すなわちマイクロプロセッサまたは他のディジタル信号処理ユニットのようなアレイ状の論理素子によって実行可能な命令であるコードとして、部分的に、または全体的に構成される。したがって、本発明は、上述で示した実施形態に制限されることを意図されておらず、むしろ本明細書において任意のやり方で開示されている原理および新規な特徴と一致する最も広い技術的範囲にしたがうことを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】システムの基準時間をもつＣＤＭＡシステムを示す図。
【図２】システムの基準時間がないＡＭＰＳシステムを示す図。
【図３】（１）別の信号のコード位相と、（２）コード位相間の時間差とから、信号のコード位相がどのように判断されるかを示す図。
【図４】３以上の信号のコード位相間の時間差を表わす１つのアプローチを示す図。
【図５】３以上の信号のコード位相間の時間差を表わす別のアプローチを示す図。
【図６】本発明の実施形態にしたがうシステムと複数のＳＶ１００とを示す図。
【図７】本発明の実施形態にしたがう装置１２０のブロック図。
【図８】本発明の実施形態にしたがう方法のフローチャート。
【図９】本発明の別の実施形態にしたがう方法のフローチャート。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態にしたがう方法のフローチャート。
【図１１】本発明の実施形態にしたがう装置１２０の例示的な構成のブロック図。
【図１２】本発明の実施形態にしたがう装置１１０のブロック図。
【図１３】本発明の実施形態にしたがう装置１１０の例示的な構成のブロック図。
【図１４】本発明の実施形態にしたがう装置１１０の別の例示的な構成のブロック図。

Claims (25)

1. 複数の受信信号の各々のコード位相を判断することと、
   複数の受信信号の中の少なくとも１対の受信信号のコード位相間の時間関係に関する情報を送ることとが含まれている方法。
2. 情報には、コード位相間の時間差が含まれている請求項１記載の方法。
3. 複数の受信信号の各々には、対応する周期的なコードが含まれていて、
   コード位相の各々が、対応する周期的なコード内の所定の位置に関係している請求項１記載の方法。
4. 複数の受信信号の各々が、対応する直列スペクトラム拡散変調信号に少なくとも部分的に基づいている請求項１記載の方法。
5. 複数の受信信号の各々が、対応する直列疑似雑音変調信号に少なくとも部分的に基づいている請求項１記載の方法。
6. 複合信号を受信することがさらに含まれている方法であって、
   複数の受信信号の各々が、複合信号の少なくとも一部分に少なくとも部分的に基づいている請求項１記載の方法。
7. 複数の受信信号の各々のコード位相を判断することには、複数の受信信号の各々について、対応するコード列と、複合信号に少なくとも部分的に基づいている信号との間の相関関係を計算することが含まれていて、
   複数の受信信号の各々には、対応する周期的なコードが含まれていて、
   符号位相の各々が、対応する周期的なコード内の対応する所定の位置に関係していて、
   コード位相が、対応する周期的なコードに少なくとも部分的に関係している請求項６記載の方法。
8. 第１の受信信号のコード位相を判断することと、
   第２の受信信号のコード位相を判断することとが含まれていて、
   第２の受信信号のコード位相の判断は、第１の受信信号のコード位相と第２の受信信号のコード位相との間の時間関係に関する情報に少なくとも部分的に基づいている方法。
9. 情報には、第１の受信信号のコード位相と、第２の受信信号のコード位相との間の時間差が含まれている請求項８記載の方法。
10. 第１の受信信号には対応する周期的なコードが含まれていて、第２の受信信号には対応する周期的なコードが含まれていて、
    第１の受信信号のコード位相および第２の受信信号のコード位相の各々は、対応する周期的なコード内の対応する所定の位置に関係している請求項８記載の方法。
11. 第１の受信信号および第２の受信信号の各々は、対応する直列スペクトラム拡散変調信号に少なくとも部分的に基づいている請求項８記載の方法。
12. 第１の受信信号および第２の受信信号の各々は、対応する直列疑似雑音変調信号に少なくとも部分的に基づいている請求項８記載の方法。
13. 複合信号を受信することがさらに含まれている方法であって、
    第１の受信信号および第２の受信信号の各々が、複合信号の少なくとも一部分に少なくとも部分的に基づいている請求項８記載の方法。
14. 第１の受信信号のコード位相の判断には、コード列と、複合信号に少なくとも部分的に基づいている信号との間の相関関係を計算することが含まれていて、
    第１の受信信号には対応する周期的なコードが含まれていて、第２の受信信号には対応する周期的なコードが含まれていて、
    第１の受信信号のコード位相および第２の受信信号のコード位相の各々は、対応する周期的なコード内の対応する所定の位置に関係していて、
    コード列は、第１の受信信号に対応する周期的なコードに少なくとも部分的に関係している請求項１３記載の方法。
15. 複数の信号を受信するように構成されている受信機と、
    複数の受信信号の各々のコード位相を判断するように構成されている相関器と、
    複数の受信信号の中の少なくとも１対の受信信号のコード位相間の時間関係に関する情報を送るように構成されている送信機とが含まれている装置。
16. 情報には、コード位相間の時間差が含まれている請求項１５記載の装置。
17. 複数の受信信号の各々には対応する周期的なコードが含まれていて、
    コード位相の各々が、対応する周期的なコード内の所定の位置に関係している請求項１５記載の装置。
18. 複数の受信信号の各々は、対応する直列スペクトラム拡散変調信号に少なくとも部分的に基づいている請求項１５記載の装置。
19. 複数の受信信号の各々は、対応する直接疑似雑音変調信号に少なくとも部分的に基づいている請求項１５記載の装置。
20. 相関器は、複数の受信信号の各々について、対応するコード列と複数の受信信号との間の相関関係を計算することによって、複数の受信信号の各々のコード位相を少なくとも部分的に判断するようにさらに構成されていて、
    複数の受信信号の各々には、対応する位相コードが含まれていて、
    コード位相の各々は、対応する周期的なコード内の対応する所定の位置に関係していて、
    対応するコード列は、対応する周期的なコードに少なくとも部分的に関係している請求項１５記載の装置。
21. 第１および第２の信号を受信し、かつ第１の受信信号のコード位相と第２の受信信号のコード位相との間の時間関係に関する情報が含まれている信号を受信するように構成されている受信機と、
    第１の受信信号と第２の受信信号との間の時間関係に基づいて、第１および第２の受信信号の少なくとも一方の受信信号の位相コードを所定のコードに対して判断し、第１および第２の受信信号の他方の受信信号を所定のコードに相関させるように構成されている相関器とが含まれている装置。
22. 情報には、第１の受信信号のコード位相と第２の受信信号のコード位相との間の時間差が含まれている請求項２１記載の装置。
23. 相関器は、第２の受信信号のコード位相を少なくとも部分的に情報から判断するようにさらに構成されている請求項２１記載の装置。
24. 複数の宇宙飛行体から信号を受信し、情報を送信するように構成されている基準受信機と、
    複数の宇宙飛行体から信号を受信し、情報を受信するように構成されているフィールド受信機とが含まれているシステムであって、
    基準受信機が、第１の信号および第２の信号の少なくとも一方の基準コード位相を判断し、
    情報が、少なくとも、第１の信号の基準コード位相と第２の信号の基準コード位相との間の時間関係に関し、
    フィールド受信機が、第１の信号のフィールドコード位相を判断することと、
    フィールド受信機が、第２の信号のフィールドコード位相を少なくとも部分的に情報から判断するシステム。
25. 情報には、第１の信号の基準コード位相と第２の信号の基準コード位相との間の時間差が含まれている請求項２４記載のシステム。

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