JP2007139772A - Ｄｂｓとｇｐｓ衛星信号を用いた新星ハイブリッド測位技術 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度に建設された高層建築物のためＧＰＳ測位結果が信頼できない都市環境において、ＧＰＳを補完して測位する。
【解決手段】全地球測位システム（ＧＰＳ）信号と地上波デジタル放送信号（ＤＢＳ）を受信し、受信機の信号検出器を介してＧＰＳ信号およびＤＢＳ信号の存在状態と信号強度を決定し、検出された信号の信号存在状態と信号強度に基づき受信機の信号処理ユニットの複数の測位モードから１つの測位モードを選択し、選択された測位モードに基づき受信機の位置を決定する。上記複数の測位モードは、独立型ＧＰＳモード、援助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）モード、ＤＢＳの援助と共に測位する援助ＧＰＳモード、ＧＰＳの援助と共に測位するＤＢＳモード、独立型ＤＢＳモード、及び援助ＤＢＳモードを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は測位技術に係わり、より詳しくは地上波デジタル放送信号（Digital Broadcasting Signal：ＤＢＳ）と全地球測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）衛星信号を用いた測位技術に関する。

この出願は、２００５年１１月１５日に出願された、「新星ハイブリッド測位技術を使用している地上波デジタル放送信号（ＤＢＳ）および全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星信号」とするアメリカ仮出願６０／７３６，７２５の利益を請求し、その明細書は、この引用によって完全にここに組み込まれる。

ＧＰＳは、現在最も広く使用されている測位システムである。通常ＧＰＳ衛星は、地球の表層上空２０キロメートル以上に位置する。ＧＰＳ信号は、地上に到着するときに、そのような長距離を通るため著しく劣化する。通常、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ信号を明瞭に獲得するために開放空間の環境で少なくとも−１３０ｄＢｍの感度を必要とする。都市空間あるいは屋内環境においては、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ測位機能を実行するために、−１５５ｄＢｍから−１６０ｄＢｍの範囲あるいは−１６０ｄＢｍ以上の感度を必要とする。さらに、ＧＰＳ測位システムの性能および正確さは、都市空間あるいは屋内環境において、ＧＰＳ信号の反射、障害物、および多経路効果により劇的に劣化する。

２つの主流標準、すなわちデジタルオーディオ放送（Digital Audio Broadcasting：ＤＡＢ）とデジタルビデオ放送（Digital Video Broadcasting：ＤＶＢ）／先進テレビジョンシステム委員会（Advanced Television System Committee：ＡＴＳＣ）のそれぞれに対応する、地上のアナログ音声放送およびアナログビデオ放送技術のデジタル化により、ＤＡＢ、ＤＶＢ、及びＡＴＳＣシステムを具備する地上波デジタル放送システム（Ｔ−ＤＢＳ）は、信号伝送力及び信号伝送距離に関しＧＰＳに対し他に類のない優位性を有する。さらに、Ｔ−ＤＢＳ信号の透過能力は、Ｌ１搬送周波数レベルのＧＰＳ信号放送のそれより非常に強い。地上波デジタル放送システムは、例えばＧＰＳ測位が実行できない地下室、階段室、および地下駐車場などの環境において使用されることができる。更に、地上波デジタル放送システムの使用は、高密度に建設された高層建築物のためＧＰＳ測位結果が信頼できない都市環境における、ＧＰＳの補完物として役立つことができる。このように、それは本発明が主に目的とするＴ−ＤＢＳ信号とＧＰＳ信号を使用するハイブリッド測位技術である。

地上波デジタル放送信号（ＤＢＳ）と全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星信号を使用し、位置を決定する受信機が提供される。上記受信機は、第１チューナ、第２チューナ、信号検出器、ハイブリッド信号処理ユニット、測定データ処理ユニット、および援助データ処理ユニットを具備する。第１チューナは、ＧＰＳ信号をそのオリジナル周波数から中間周波数（ＩＦ）に変換するために使用される。第２チューナは、ＤＢＳ信号を中間周波数（ＩＦ）に変換するために使用される。信号検出器は、上記ＧＰＳ信号と上記ＤＢＳ信号の存在を検出し、検出信号の信号強度を測定し、測定された信号強度に基づき測位モードを示す信号を出力することができる。ハイブリッド信号処理ユニットは、複数の測位モードから測位モードを選択し、送信機の位置と受信機に到達するそれぞれの信号間の到達時間差を決定することができる。ハイブリッド信号処理ユニットに接続し、送信機の位置と到達時間差に基づき受信機の位置を決定する測定データ処理ユニット。ハイブリッド信号処理ユニットに接続する援助データ処理ユニットは、援助測位モードが選択されるときに、援助局から援助データを受信し、援助データを更なる信号処理のためにハイブリッド信号処理ユニットに提供するのに適している。複数の測位モードは、独立型ＧＰＳ測位モード、援助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）測位モード、ＤＢＳ援助と共に行う援助ＧＰＳ測位モード、ＧＰＳ援助と共に行うＤＢＳ測位モード、独立型ＤＢＳ測位モード、及び援助ＤＢＳ測位モードを具備する

全地球測位システム（ＧＰＳ）信号およびデジタル放送システム（ＤＢＳ）信号を使用し、位置を獲得する方法も提供される。上記方法は、受信機の信号検出器のＧＰＳ信号の存在を検出し、信号検出器のＤＢＳ信号の存在を検出し、ＧＰＳ信号が検出されると、ＧＰＳ信号の信号強度を決定し、ＤＢＳ信号が検出されると、ＤＢＳ信号の信号強度を決定し、複数の測位モードを提供し、信号の存在状態と検出信号の信号強度に基づき受信機の信号処理ユニットの複数の測位モードから１つの測位モードを選択し、選択された測位モードに基づき受信機の位置を決定する。複数の測位モードは、独立型ＧＰＳ測位モード、援助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）測位モード、ＤＢＳ援助と共に行う援助ＧＰＳ測位モード、ＧＰＳ援助と共に行うＤＢＳ測位モード、独立型ＤＢＳ測位モード、及び援助ＤＢＳ測位モードを具備する。

本発明の特徴は、典型的な実施形態の以下の発明の詳細な説明から明白であり、その発明の詳細な説明は、添付の図面とともに考慮されなければならない。

図１は、測位システムの単純化モデルを示す。上記測位システムは、複数の無線通信局（例えば１０２，１０４，１０６，１０８）、例えば移動受信局１１０のような受信局、及び援助サーバ、援助局、あるいは固定モニタとしても知られるオプションの基準局１１２とを具備する。ＧＰＳシステムにおいて、ユーザ位置を算出するために、受信機は、一般に少なくとも４つの異なる送信局から位置情報を必要とする。説明を簡単にするために、図１は、対応する位置情報（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、及び（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を具備する４つの送信局Ｓ０ １０２、Ｓ１ １０４、Ｓ２ １０６、及びＳ３ １０８を示す。４つの送信局、移動受信機、及び基準局の座標は、図１に示される。空間座標公式によれば、以下の方程式グループ（１）が得られる。

ここで、τ_ｃｄは、送信局から受信機まで送信される無線信号（例えばＧＰＳ信号またはＴ−ＤＢＳ信号）の伝送時間と定義される。

ｔ_ｊｍ（ｍ∈［０，３］）が無線信号の送信される時刻を示し、ｔ_ｉｎ（ｎ∈［０，３］）が無線信号の受信機に達する時刻を示すと仮定すると、以下の方程式グループ（２）が得られる。

ここで、ｔ_ｊ０−ｔ_ｉ０は、指定された送信局（Ｓ０）から受信機まで進んでいる無線信号の伝送時間である。ΔＴ_ｉは、送信局ｉと指定された基準送信局の送信時間差であり、ΔＴ_ｘｉは、送信局ｉから送信される信号が受信機に達する時間と指定された基準送信局から送信される信号が受信機に達する時間との差である。Ｍ＝ｔ_ｊ０−ｔ_ｉ０とすると方程式グループ（３）が、方程式グループ（２）に基づき得られる。

方程式グループ（３）に示されるように、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、ΔＴ、及びΔＴ_ｘｉが公知の場合、（ｘ，ｙ，ｚ）及びＭが決定され、それによりユーザ位置が算出されることができる。言い換えると、測位システム（ＧＰＳあるいはＴ−ＤＢＳ）において、無線信号の送信時間差（ΔＴ）、及び無線信号の受信時間差（ΔＴ_ｘｉ）が公知である場合、それぞれの送信局の位置も受信信号やあるいは局部データベースにより知られ、受信機の絶対位置が、決定されることができる。

ＧＰＳシステムにおいて、通常、全てのＧＰＳ信号は、ほとんど同時に送信する。全ての衛星は同時の信号の同じフレームを送信し、一方で、実際には送信時間は互いに僅かに異なり可能性があり、しかし受信機は衛星位置推算暦に従い誤差を修正することができる。すなわちΔＴ≒０（ｉ∈［０，３］）である。それゆえ、実際には３次元測位は受信機のＧＰＳ信号の受信時刻の差と方程式グループ（３）に従いＧＰＳ信号に具備される受信航法データに基づき単純に実施されることができる。

もし地上波デジタル放送システムのために、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）が設定されるならば、そして、もしネットワーク側が、全ての送信塔に同時に信号（送信塔は、ＧＰＳ時間を使用し、同期される可能性がある）の同じフレームを送信することを確実にできるならば、ユーザ位置は方程式グループ（３）で示すようにＧＰＳシステムの同じ位置決め原理に従い送信塔のそばに送信される信号を受信する後に測定されるかもしれない。もしネットワーク側が同時に信号の送信に失敗し、あるいは、それぞれの送信局からの信号送信の時差がある場合、誤差が測位におけるエラーを導く。もし高い測位精度が要求される場合には、固定モニタとして知られる基準局が、図１に示されるように、ΔＴ_ｉ（ｉ∈［０，３］）を算出するために情報を提供することを必要とされる可能性がある。
ΔＴ_ｉは、以下に示される方程式グループ（４）に従い算出されることができる。

ここで、（ｘ_ｊ，ｙ_ｊ，ｚ_ｊ）は、基準局の位置情報である。上記４つの未知数τ_ｊｆ，ΔＴ_１，ΔＴ_２，ΔＴ_３が方程式グループ（４）から算出されることができる。ΔＴ_ｉが算出された後、方程式グループ（３）は解くことができ、及びユーザ位置が獲得することができる。

図２は、本発明の一実施形態によるＧＰＳ信号やＤＢＳ信号を使用するハイブリッド測位システムの概要図を示す。上記ハイブリッド測位システムは、複数のＧＰＳ衛星（ＳＶ０ ２０２、ＳＶ１ ２０４、ＳＶ２ ２０６、ＳＶ３ ２０８）、複数のＤＢＳ送信機（２１０、２１２、２１４）、ＧＰＳ／ＤＢＳ受信機２２０、援助サーバ２１６、及び基地局２１８を具備する。複数のＧＰＳ衛星は、航法データを具備するＧＰＳ信号を送信するために使用される。上記援助サーバ２１６は、晴れた屋外環境に位置する。それゆえ、援助サーバ２１６により受信されるＧＰＳ信号の信号強度は、受信機により直接受信される信号のそれより強い。より強いＧＰＳ信号に基づき、援助サーバ２１６はそれぞれのＧＰＳ衛星のドップラシフトと、受信されたＧＰＳ信号からのそれぞれのＧＰＳ衛星のドップラシフト率を測定することができる。次いで、これらの測定された情報は、援助サーバ２１６から基地局２１８まで送信される。基地局２１８は、受信機のより良好な性能のために、ＧＰＳ援助データを受信機２２０に提供することができる。受信機２２０は、ＧＰＳ援助データと共にＧＰＳ信号を受信し、ユーザ位置を決定する。さらに、援助サーバ２１６は、上記ＤＢＳ送信機０ ２１０、上記ＤＢＳ送信機１ ２１２、上記ＤＢＳ送信機２ ２１４から送信されるＤＢＳ信号を受信されることができる。上記ＤＢＳ信号は、それぞれのＤＢＳ送信機の座標を示すＤＢＳデータを具備する。ＤＢＳ送信機２１０，２１２，２１４の座標及び援助サーバ２１６の座標に基づき、伝送時差（ΔＴ_１）が方程式グループ（４）に従い算出されることができる。上記受信機２２０は、それぞれのＤＢＳ送信機からのＤＢＳ信号及び援助サーバ２１６からの補助データを受信する。ＧＰＳシステムにおいて、ユーザ位置は少なくとも４つのＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を介して決定され、一方でＤＢＳ測位システムにおいて、ユーザ位置は少なくとも３つのＤＢＳ送信機からのＤＢＳ信号を介して決定されることができることは、当業者によりよく理解されている。ＧＰＳ衛星およびＤＢＳ送信機の数は、図２に示される数に限定されないことに注意する必要がある。ＧＰＳ衛星およびＤＢＳ送信機の数の修正は、本発明の精神から逸脱することなく、本発明の異なる実施形態により考えられることができる。

上記ＤＢＳ／ＧＰＳ受信機２２０は、アプリケーション環境に従いＤＢＳ送信機あるいはＧＰＳ衛星からの信号を受信することを選択することができる。上記受信機が援助モードで作動するときに、援助データが使用される。本発明は、複数の測位モードを提供する。上記受信機２２０は、受信信号強度または作業環境に従い異なる測位モード間に切り替わることが可能である。複数の測位モードは、独立型ＧＰＳ測位モード、援助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）測位モード、ＤＢＳ援助と共に行うＧＰＳ測位モード、ＧＰＳ援助と共に行うＤＢＳ測位モード、独立型ＤＢＳ測位モード、及び援助ＤＢＳ測位モードを具備する。以下の説明は、詳細にそれぞれのモードを説明する。

独立型ＧＰＳ測位モードは、広々とした空および屋外の環境下での従来型の利用を指向する。上記受信機は、少なくとも４つの衛星から送信されるＧＰＳ信号を必要とする。当業者により理解されるように、受信機は４つのＧＰＳ信号から座標情報を引き出し、４つのＧＰＳ信号を受信するために時間差を決定する。このように、ユーザ位置は、方程式グループ（３）により与えられる方程式に基づき算出されることができる。

このモードにおいて、上記受信機はＧＰＳ信号とＧＰＳ援助データを受信し使用する（すなわち図２の援助サーバ２１６）。上記ＡＧＰＳ測位モードは、行程を獲得しトラックすることに関し、測位を援助するために援助局２１６からの援助データを利用する。上記ＧＰＳ援助データは、ドップラシフト、ドップラシフト率、及び航法データを具備する。ＧＰＳ援助データにより援助され、上記受信機はコヒーレント積分を長い間実施する可能性があり、拡散スペクトラム信号のより高い増幅率を獲得する。しかしながら、援助データの使用は、ＧＰＳ時間を必要とする。従って、ＡＧＰＳモードで動作する受信機は、重要な段階つまりクロック同期を実施しなければならない。すなわち、援助データを利用する前に、受信機のローカル時間はＧＰＳ時間で同期されなければならない。時間同期を実現する１つの方法は、特定のＧＰＳ信号に基づき相関を実行するために大量の平行相関器を使用することである。特定のＧＰＳ信号が獲得されるとき、上記受信機は次いで捜索し、他のＧＰＳ衛星からより多くのＧＰＳ信号を獲得し始める。上記方法は、援助ＧＰＳデータの送信の間、発生する可能性のある不都合なネットワーク遅延に、高度に影響を受ける。長いネットワーク遅延は、大量の計算作業の結果となる可能性がある。更に、ネットワーク遅延期間が不明なときに、時間同期方法に多くの時間がかかる可能性がある。それゆえ、より高い効率を達成するために、ＡＧＰＳモードは、短いネットワーク遅延期間および大量の平行した相関計を必要とする。

＜ＤＢＳ援助と共に行う援助ＧＰＳ測位モード＞
本発明の一実施形態によれば、ＤＢＳ信号は、クロック同期に費やされる時間を激減させるために、ＡＧＰＳ測位を援助するために使用される可能性があり、これによりＡＧＰＳのパフォーマンスを強化する。例えば、ＤＢＳ信号がＤＶＢ信号またはＤＡＢ信号であるときに、ＤＶＢまたはＤＡＢ信号に備えられる同期タイムスタンプ（ＳＴＳ）情報は、それぞれのフレームから引き抜かれる可能性がある。ＳＴＳの測定単位が１００ｎｓである場合、次の非常に多くのフレームが送信されるときに、それは時間を決定するのに役立つ。ＤＢＳ送信局から受信機への送信距離が通常７５Ｋｍ以下であり、送信遅延は、７５Ｋｍ／３００，０００Ｋｍ＝０．２５ｍｓ未満である。上記期間は、ＡＧＰＳモードの時間同期を実現するために都合よく使用されることができ、従って屋内の環境の下で正確で速い測位を理解するために都合よく使用されることができる。ＤＢＳ援助と共に行う援助ＧＰＳ測位は、ＴＩＦＦ（Ｔｉｍｅ−Ｔｏ−Ｆｉｒｓｔ−Ｆｉｘ）パフォーマンスに関して、特にＤＶＢ／ＤＡＢ送信機の数が制限される場合の状況下で、従来のＡＧＰＳに勝る顕著な効果を有する。

＜ＧＰＳ援助と共に行うＤＢＳ測位モード＞
この測位モードは、例えば２台のＤＢＳ送信機と３台の可視ＧＰＳ衛星のような、ＤＢＳ送信機の数と可視ＧＰＳ衛星の数が制限される状況において望ましい。この場合、上記受信機２１６は、ＤＢＳ信号およびＧＰＳ信号を受信する。そのため、この測位モードは、混合測位モードとも呼ばれる。ＤＢＳ送信機およびＧＰＳ衛星を具備する送信局の合計数が少なくとも５つの局でなければならないことに留意する必要がある。少なくとも５つの局を使用する理由は、２つの測位システムの混合使用が新しい未知の要素（２つのシステムの送信時間差）を導くことができるということである。最初に、方程式グループ（３）において、４つの送信局からの位置情報は、４つの未知数ｘ、ｙ、ｚおよびＭを算出するのを補助することができる。しかしながら、新しい未知の要素の導入については、もう一つの方程式は、更なる未知の要素を算出するために必要である。従って、少なくとも５つの送信局が座標情報を提供するために存在しなければならず、そして方程式グループ（３）はそれにより補正されなければならない。上記ユーザ位置は、コンポジット方法のＧＰＳ信号およびＤＶＢ／ＤＡＢ信号情報を分析により決定されることができる。

＜独立型ＤＢＳ測位モード＞
ＧＰＳ衛星を見ることができない地下駐車場やトンネルのような環境において、独立型ＤＢＳ測位モードだけが効果的である。独立型ＤＢＳ測位モードは２次元測位を行うために、少なくとも３台のＤＶＢ／ＤＡＢ送信機からの信号を必要とする。

＜援助ＤＢＳ測位モード＞
測位精度を改善するために、ＤＢＳ援助局は、正確な時刻情報を提供するために採用される可能性がある。例えば、援助局は同じＤＶＢ／ＤＡＢ信号を受信し、送信機と援助局の座標に基づき送信時間差ΔＴ_１を算出する。上記受信機は、受信時間差（到着時間差）ΔＴ_ｘ１を獲得することができ、方程式グループ（３）に従いユーザ情報を算出することができる。

図３は、本発明の一実施形態による典型的なＧＰＳ／ＤＢＳ受信機のブロック図を示す。受信機は、図２に示されるＧＰＳ／ＤＢＳ受信機２１６と整合していることに留意する必要がある。上記受信機は、ＧＰＳ ＲＦチューナ３０２、ＤＢＳ ＲＦチューナ３０４、ＧＰＳ／ＤＢＳ援助データ処理ユニット３０６、ＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８、ＧＰＳ／ＤＢＳ信号検出器３１０、ＧＰＳ／ＤＢＳ測定データ処理ユニット３１２、及び位置出力ユニット３１４を具備する。

上記ＧＰＳ ＲＦチューナ３０２は、ＧＰＳ信号を受信し、これらの信号をＧＰＳ中間周波数（ＩＦ）に変換し、そして上記ＩＦ信号をベースバンド処理ユニット３０３に送信するために使用される。上記ＤＢＳ ＲＦチューナ３０４は、ＤＢＳ信号を受信し、これらの信号をＤＢＳ中間周波数（ＩＦ）信号に変換するために使用される。

上記ＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８は、ＧＰＳ ＩＦ信号やＤＢＳ ＩＦ信号の獲得、追跡、及び復調を実施するために使用され、対応する送信機の位置情報を示す航法データあるいはＤＢＳデータ引き出すために使用される。上記ＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８は、ＧＰＳ／ＤＢＳ信号を受信するときの時間差（ΔＴ_ｘｉ）（あるいはタイムスタンプ）を計測することが更にできる。上記ＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８は、ΔＴ_ｘｉ、及び航法データや方程式グループ（３）の（ｘ０，ｙ０，ｚ０）（ｘ１，ｙ１，ｚ１）（ｘ２，ｙ２，ｚ２）（ｘ３，ｙ３，ｚ３）に対応するＤＢＳデータを出力する。上記ＧＰＳ／ＤＢＳ測定データ処理ユニット３１２は、方程式グループ（３）を解くのに使用され、ユーザ座標、速度、時間、および他のユーザに関する情報を出力するために使用される。上記ＧＰＳ／ＤＢＳ信号検出器３１０は、受信されたＧＰＳやＤＢＳ信号のＳＮ比（ＳＮＲ）を検出することができる。上記ＳＮＲ情報はＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８に送信され、上記に詳述されたように、測位モードを決定するために使用される。ＳＮＲ情報に基づき上記ＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８は、ＧＰＳ信号処理モード（独立型ＧＰＳモード、ＡＧＰＳモード）、ＤＢＳ信号処理モード（独立型ＤＢＳモード、援助ＤＢＳモード）、あるいはハイブリッド処理モード（ＤＢＳ援助と共に行う援助ＧＰＳ測位モード、ＧＰＳ援助と共に行う援助ＤＢＳ測位モード）で作動するように構成される。通常、それぞれの測位モードは、優先順位を割り当てられる。独立型ＧＰＳ測位モード、援助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）測位モードは、一般により高い優先順位を有する。

ＧＰＳ／ＤＢＳ援助データ処理ユニット３０６は、ＧＰＳ信号とＤＢＳ信号を同時に処理することができ、あるいは信号の２つの形式のうちの１つを処理することができる。動作中、上記ＧＰＳ／ＤＢＳ信号検出器３１０は、どのタイプの信号がより強いかを検出し、検出結果に基づき対応する測位モードを選択することができる。もしＤＢＳ信号が検出されない場合、例えば郊外の環境において、上記受信機はＧＰＳ信号処理モードに切り替わる。もし上記検出されたＧＰＳ信号が非常に弱い場合、例えば高層建築物が高密度に建設される都心部において、上記受信機はＤＢＳ信号処理モードに切り替わる。これら２つのモードの両方は、測位能力を強化するために援助局から援助データを受信することが可能である。一実施形態において、上記ＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８がＧＰＳ ＩＦ信号とＤＢＳ ＩＦ信号を独立して処理するために、２つのハードウェアモジュールを内部に具備することができる点に留意する必要がある。援助モードが開始されるとき、上記ＧＰＳ／ＤＢＳ援助データ処理ユニット３０６が使用可能にされる。上記ＧＰＳ／ＤＢＳ援助データ処理ユニット３０６は、ＧＰＳ援助データやＤＢＳ援助データを受信し、処理された援助データをＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８に出力する。上記位置出力ユニット３１４は、前の段階３１２からの出力に従い、標準化された測位結果を出力する。

図４から図７についての以下の説明は、主に測位目的のためのＴ−ＤＢＳ信号の使用法に集中する。図４は、ＤＡＢ信号の送信フレームを示す。ＤＡＢ−Ｔ（地上波デジタルオーディオ放送）信号は、ＣＯＦＤＭ（符号化直交周波数分割多重化）法を使用して変調される。Ｍｏｄｅ−Ｉ（ＤＡＢ送信フレーム構造のうちの１つ）において、放送プログラムの内容は、１．５３６Ｍの帯域幅を有する１５３６キャリアにより送信される。音声データは、ＭＰＥＧ２標準に従いコード化される。図４は、Ｍｏｄｅ−１のＤＡＢ−Ｔ信号のフレーム構造を示す。フレームに具備されるデータは、３つのソース、すなわち同期チャンネル、高速情報チャンネル（ＦＩＣ）、および主サービスチャンネルによりもたらされる。

図５は、Ｍｏｄｅ−ＩのＤＡＢ信号の送信フレームの詳細な構造を示す。どのＤＡＢモードであるかを問わず、同期チャンネルからの情報は、最初の２つのＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）シンボルを占める。高速情報チャンネルと主サービスチャンネルからのデータにより必要なＯＦＤＭシンボルの数は、送信モードに関連する。例えば、Ｍｏｄｅ−Ｉにおいて、高速情報チャンネルからの情報は、３つのＯＦＤＭシンボルを占め、主サービスチャンネルからの情報は、７２のＯＦＤＭシンボルを占める。詳細なフレーム構造は、図５に示される。Ｍｏｄｅ−Ｉにおいて、それぞれの送信フレームは、７６のＯＦＤＭシンボルから成り、９６ｍｓの期間を有する。

上記ＤＡＢ信号は、２つの部分、すなわち主信号ｓ（ｔ）およびオプション信号ｓ_ＴＩＩ（ｔ）（ＴＩＩは、送信機識別子情報に関する）を具備する。上記ＤＡＢ信号は、ｓ（ｔ）とｓ_ＴＩＩ（ｔ）の合計である。事実、第１ＯＦＤＭシンボルの送信時間の間に、ｓ_ＴＩＩ（ｔ）送信される、すなわち、第１ＯＦＤＭシンボルはｓ_ＴＩＩ（ｔ）情報を伝える。

ＤＡＢ信号が受信された後、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）復調が実行される。フレーム同期後、送信機からの同期チャンネルから情報が獲得され、すなわちＴＩＩ情報が引き出される。チャンネル復号の後、送信機からの高速情報チャンネルから情報が獲得される。

ＤＡＢ信号を使用する測位原理は、以下のように示される。
１． ＴＩＩ信号を獲得する。ＴＩＩ信号を獲得する方法は、上記されている。
２． 送信機の主識別子と副識別子を獲得する。主識別子と副識別子は、送信機の識別番号に対応する。送信機サイトにより利用されるキャリア対は、受信されたＴＩＩ信号から決定されることができる。上記キャリア対は、それぞれパラメータＰとＣに対応し、ここでＰは主識別子の値に等しく、Ｃは副識別子の値に等しい。
３． ＦＩＧ０／２２を獲得する（高速情報グループ）。ＦＩＧ０／２２は、送信機の位置情報を具備する。高速情報チャンネルは、複数の高速情報ブロック（ＦＩＢ）に分割され、ここで、高速情報ブロックは、複数の高速情報グループ（図）に分割される。ＦＩＧ０／２２は、上記ＦＩＢをフィルタすることにより獲得されることができる。ＦＩＧ ＴＹＰＥ＝＝（０００）およびＦＩＧ ＥＸＴＥＮＳＩＯＮ＝＝（１０１１０）が同時になるときに、図０／２２は除去されることができる。
４． 送信機の正確な位置（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）を獲得する。主識別子と副識別子が対応する送信機の正確な位置情報は、ＦＩＧ０／２２から獲得されることができる。
５． ΔＴ_ｘｉを決定する。それぞれの送信機は固有の位置を有するので、主識別子の値および下位識別子の値も固有である。従って、ＴＩＩ信号の対応するキャリア対も固有である。ＤＡＢ信号を受信する時間差（ΔＴ_ｘｉ）は、局所的に生成されたキャリア信号と共にキャリア対の相関から獲得されることができる。
６． ユーザ位置を算出する。（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）及びΔＴ_ｘｉが獲得されるので、上記ユーザ位置が方程式グループ（３）により与えられる同式に従って算出されることができる。
ここで、段階１から５までは図３に示すＧＰＳ／ＤＢＳハイブリッド信号処理ユニット３０８において実行され、段階６は図３に示すＧＰＳ／ＤＢＳ測定データ処理ユニット３１２において実行される。

図６は、ＤＶＢ信号のメガフレームのメガフレーム初期化パケット（ＭＩＰ）を示す。
ＤＶＢ−Ｔ（地上波デジタルビデオ放送）信号は、ＣＯＦＤＭ法を使用して変調される。
２Ｋモード（２０４８の直交搬送波）において、データは、任意の６Ｍ、７Ｍ、及び８Ｍ帯域幅を有する１５１２のキャリアにより送信されることができる。さらに、ＤＶＢ−Ｔは、８Ｋモード（８１９２の直交搬送波）のサポートを提供することもできる。ＤＶＢ−Ｔと類似の標準ＤＶＢ−Ｈも存在し、それは移動可能な信号受信をサポートする。ＤＶＢ−Ｈは、４Ｋモードをサポートする。ＤＶＢ−ＨおよびＤＶＢ−Ｔの両方は、地上波ＤＶＢシステムに基づく。地上波ＤＶＢ ＳＦＮネットワークにおいて、メガフレーム初期化パケット（ＭＩＰ）は、ＳＦＮアダプタのＴＳストリームに嵌入される。ＭＩＰは、メガフレーム（同期タイムスタンプ、ＳＴＳ）の第１パケットの送信の開始を示す。ＭＩＰフォーマットは、図６に示される。

上記フォーマットは、送信パケットヘッダを具備する複数の部分、同期ＩＤ、ポインタ、周期フラグ、同期タイムスタンプ、Ｔｘ識別子などを備える。ＭＩＰは、特性ワードが０ｘ１５であるパケットヘッダに基づき除去されることができる。同期ＩＤは、特性ワードが０ｘ００であるＳＦＮネットワークの存在を示すために使用される。２ワードポインタは、２つのＭＩＰの間のＴＳパケットの数を示す。周期フラグ（ＰＦ）は、ＭＩＰメッセージが周期的に送信されるかどうかを示す。同期タイムスタンプ（ＳＴＳ）は、次のメガフレームが単一周波数ネットワークアダプタおよび標準ＧＰＳ時間から出る出力される時の時間差を示す。Ｔｘ識別子は、受信信号がどの送信機からあるかについて示す。

ＤＶＢ信号を使用する測位原理は、以下のように示される。
１． ＯＦＤＭ信号を受信し、同期とチャンネル復号の後、パケットヘッダに基づきＭＩＰメッセージを除去する。
２． 基準局からの補助情報が同期ＩＤの値に従い必要かどうか決定する。もしＳＦＮネットワークが示される場合、同期タイムスタンプは測位方程式グループ（３）のΔＴ_ｉ（ｉ∈［１．３］）の値を表す。そうでない場合、基準局からの補助情報が、ΔＴ_ｉを獲得するために必要とされる。
３． Ｔｘ識別子に従いそれぞれの送信塔の識別番号を決定する。データベースを調べることにより、送信塔の地理座標［（ｘ０，ｙ０，ｚ０）（ｘ１，ｙ１，ｚ１）（ｘ２，ｙ２，ｚ２）（ｘ３，ｙ３，ｚ３）］が獲得されることができる。
４． 多経路ＤＶＢ無線信号を受信の受信時間差（ΔＴ_ｘｉ（ｉ∈［１．３］））を獲得する。

図７は、ＡＴＳＣ信号でフレームを示す。ＡＴＳＣ信号は、以下の８側波帯の残留側波帯変調規則（ＡＴＳＣ８―ＶＳＢ）で変調され、シンボルレートは１０．７６２２３７である。ＡＴＳＣ信号は、フレームの上記フォーマットで送信される。フレーム構造は、図７に示される。それぞれのＡＴＳＣフレームは、フィールド同期セグメントとデータセグメントを具備する６２４セグメントから成る。それぞれのセグメントは、８３２のシンボルを具備する。セグメントの両方の形式は、セグメント同期ヘッダ｛−１，１，１、−１｝の同じ４つのシンボルを有する。ＡＴＳＣ標準によれば、セグメント同期ヘッダは、７７．３ｕｓの期間を有する。ＡＴＳＣ測位原理は、測位を実現するために、セグメント同期ヘッダを利用する。ＳＦＮネットワークの確立の間、受信信号のソースを確認し、受信信号を測定するために、ＲＦ透かし信号は、このためＡＴＳＣ信号において行使される。ＡＴＳＣ８−ＶＳＢがＲＦ透かし信号を伝送するとき、透かし信号は２つの機能を有する。１つは、受信信号のソースを決定することである。その他は、受信信号のさまざまな特徴を測定することである。透かし信号は、カサミシーケンス（Kasami Sequence）を採用する。事実、カサミシーケンスは、３層ＰＮコードを使用する。ＡＴＳＣ測位原理は、測位を実現するために、このカサミシーケンスおよびフィールドセグメントを利用する。

ＡＴＳＣ信号を使用する測位原理は、以下のように示される。
１． ＡＴＳＣ８−ＶＳＢを受信し、ＡＴＳＣ８−ＶＳＢ信号を復調し、ＡＤ変換を実行し、カサミシーケンスを引き出すために相関を実行する。
２． 送信機のデータベースから情報とカサミシーケンスの情報とを比較し、送信機の地理座標を獲得する。
３． ＳＦＮネットワークが全ての送信機に同時に信号を送信するのを確実にするので、送信時間差はゼロ、すなわちΔＴ_ｉ＝０である。
４． それぞれのフレームからフィールド同期セグメントに具備される情報が受信機側に知られているので、受信時間差（ΔＴ_ｘｉ）はフィールド同期セグメントに相関を実行することにより獲得されることができる。
５． ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ，ΔＴ，及びΔＴ_ｘｉが知られているので、上記受信機位置は、方程式グループ（３）により与えられる同式に基づき算出したことができる。

図８は、本発明の一実施形態によるＧＰＳとＤＢＳ信号を使用する測位方法を示すフローチャートである。受信機の信号検出器は、ＧＰＳ信号８０２の存在を検出し、ＤＢＳ信号８０４の存在を検出する。もしＧＰＳ信号が検出される場合、上記信号検出器はＧＰＳ信号８０６の信号強度、例えば信号比率を決定し続ける。もしＤＢＳ信号が検出される場合、上記信号検出器はＤＢＳ信号８０８の信号強度、例えば信号比率を決定し続ける。上記受信機は、信号存在状況と検出信号８１０の信号強度とに基づき、受信機の信号処理ユニットの複数の測位モードから１つの測位モードを選択することができる。もしＧＰＳ信号が検知されない場合、受信機は独立型ＤＢＳ測位モードに入る。もしＧＰＳ信号がはっきりせず、かつ正確な測位結果が必要な場合、受信機は援助ＤＢＳ測位モードに入る。もしＤＢＳ信号がはっきりしない場合、受信機は独立型ＧＰＳ測位モードに入る。ＤＢＳ信号がはっきりせず、かつ受信機の良好な性能が要求される場合、受信機は援助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）測位モードに入る。もしＧＰＳ衛星の数とＤＢＳ送信機の数の両方がはっきりと制限される場合、受信機はＧＰＳ援助測位と共に行うＤＢＳ測位モードに入る。もしＧＰＳ信号が弱く、特にＧＰＳ信号が弱く、ＤＢＳ送信機の数が制限される場合、受信機はＤＢＳ信号を利用し、ＤＢＳ援助と共に行う援助ＧＰＳ測位モードに入る。複数の測位モードは、上記の段落に記載される。選択された測位モードに基づき、受信機は、受信機８１２の位置を決定することができる。

ここに採用された用語と表現は、説明のそして限定でない用語として使用され、そしてこの種の用語と表現の使用において、示されあるいは記載される特徴の等価物（あるいはその部分）も除外する意図はなく、そしてさまざまな修正がクレームの範囲内で可能であると認識される。他の修正、バリエーション、および変形例も可能である。したがって、クレームは、全てのこの種の等価物を包含することを目的とする。

測位システムの単純化モデルである。 本発明の一実施形態によるＧＰＳやＤＢＳ信号を使用するハイブリッド測位システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による典型的なＧＰＳ／ＤＢＳ受信機のブロック図である。 本発明の典型的な一実施形態によるＤＡＢ信号の送信フレームである。 本発明の典型的な一実施形態によるＭｏｄｅ−ＩのＤＡＢ信号の伝送フレームの詳細なフォーマットである。 本発明の典型的な一実施形態によるＤＶＢ信号でメガフレームのメガフレーム初期化パケットである。 本発明の典型的な一実施形態によるＡＴＳＶ信号でフレームである。 本発明の典型的な一実施形態によるＧＰＳおよびＤＢＳ信号を使用する測位方法を示すフローチャートである。

符号の説明

２０２，２０４，２０６，２０８ ＧＰＳ衛星
２１０，２１２，２１４ ＤＢＳ送信機
２１６ 援助サーバ
２１８ 基地局
２２０ ＧＰＳ／ＤＢＳ受信機

Claims (26)

1. 位置情報を算出するために送信機から無線信号を受信する受信機において、
   オリジナル周波数からＧＰＳ信号を第１中間周波数（ＩＦ）に変換し、上記ＧＰＳ信号が信号強度を有する第１チューナと、
   ＤＢＳ信号を第２中間周波数（ＩＦ）に変換し、上記ＤＢＳ信号が信号強度を有する第２チューナと、
   ＧＰＳ信号およびＤＢＳ信号の存在を検出し、検出信号の信号強度を測定し、測定された信号強度に基づき測位モードを示す信号を出力する信号検出ユニットと、
   上記第１チューナ、上記第２チューナ、及び上記信号検出ユニットと通信し、複数の測位モードから測位モードを選択し、送信機の位置と受信機で受信されたそれぞれの検出信号間の到達時差を決定することができるハイブリッド信号処理ユニットと、
   上記ハイブリッド信号処理ユニットと接続し、上記送信機の位置と到達時差に基づき受信機の位置情報を決定する測定データ処理ユニットとを備えることを特徴とする受信機。
2. 上記ＤＢＳ信号は、ＤＡＢ信号であることを特徴とする上記請求項１に記載の受信機。
3. 上記ＤＢＳ信号は、ＤＶＢ信号であることを特徴とする上記請求項１に記載の受信機。
4. 上記ＤＢＳ信号は、ＡＴＳＣ信号であることを特徴とする上記請求項１に記載の受信機。
5. 上記ハイブリッド信号処理ユニットと接続し、援助基地局から援助データを受信し、援助測位モードが選択されるときの更なる信号処理のためにハイブリッド信号処理ユニットへ上記援助データを提供する援助データ処理ユニットを更に備えることを特徴とする上記請求項１に記載の受信機。
6. 上記援助データは、ＧＰＳ援助データを具備することを特徴とする上記請求項５に記載の受信機。
7. 上記援助データは、ＤＢＳ援助データを具備することを特徴とする上記請求項５に記載の受信機。
8. 上記複数の測位モードは、援助ＧＰＳ測位モードで必要とされる同期時間を減らすために、上記ＤＢＳ信号から時間同期情報を提供する第１援助測位モードを備え、
   上記ハイブリッド信号処理ユニットは、上記援助データおよびＤＢＳ信号に基づき位置を決定するためにＧＰＳ信号を使用することを特徴とする上記請求項５に記載の受信機。
9. 上記複数の測位モードは、援助ＧＰＳ測位モードを更に備え、
   上記ハイブリッド信号処理ユニットは、上記援助データに基づき位置を決定するＧＰＳ信号を使用することを特徴とする上記請求項８に記載の受信機。
10. 上記複数の測位モードは、独立型ＧＰＳ測位モードを更に備え、
    上記ハイブリッド信号処理ユニットは、ＧＰＳ信号のみを処理することを特徴とする上記請求項８に記載の受信機。
11. 上記複数の測位モードは、ＤＢＳ信号を送信する送信機が制限され、かつＧＰＳ信号を送信する送信機が制限されるとき、ＤＢＳ測位を援助するためにＧＰＳ信号を提供する第２援助測位モードを更に備え、
    上記ハイブリッド信号処理ユニットは、位置を決定するためにＤＢＳ信号とＧＰＳ信号の両方の位置を使用することを特徴とする上記請求項１に記載の受信機。
12. 上記複数の測位モードは、ＤＢＳ測位モードを更に備え、
    上記ＤＢＳ測位モードは、ＧＰＳ信号の存在が上記信号検出器により検出されない時に選択され、
    上記ハイブリッド信号処理ユニットは、ＤＢＳ信号のみを処理することを特徴とする上記請求項１に記載の受信機。
13. 上記複数の測位モードは、援助ＤＢＳ測位モードを更に備え、
    上記ハイブリッド信号処理ユニットは、上記補助ＤＢＳ信号に基づき位置を決定するためにＤＢＳ信号を使用することを特徴とする上記請求項７に記載の受信機。
14. 全地球位置測定システム（ＧＰＳ）信号とデジタル放送システム（ＤＢＳ）信号とを使用する測位方法において、
    ＧＰＳ信号が信号強度を有し、ＤＢＳ信号も信号強度を有し、
    受信機の信号検出器を介してＧＰＳ信号の存在状態を検出し、
    信号検出器を介してＤＢＳ信号の存在状態を検出し、
    ＧＰＳ信号が検出される場合、ＧＰＳ信号の信号強度を決定し、
    ＤＢＳ信号が検出される場合、ＤＢＳ信号の信号強度を決定し、
    信号の存在状態および検出信号の信号強度に基づき、受信機の信号処理ユニットで複数の測位モードから１つの測位モードを選択し、
    選択された測位モードに基づき受信機の位置を決定することを特徴とする測位方法。
15. 上記ＤＢＳ信号は、ＤＡＢ信号であることを特徴とする上記請求項１４に記載の方法。
16. 上記ＤＢＳ信号は、ＤＶＢ信号であることを特徴とする上記請求項１４に記載の方法。
17. 上記ＤＢＳ信号は、ＡＴＳＣ信号であることを特徴とする上記請求項１４に記載の方法。
18. 上記受信機の測位性能を強化するために援助データを提供することを特徴とする上記請求項１４に記載の方法。
19. 上記援助データは、ＧＰＳ援助データを備えることを特徴とする上記請求項１８に記載の方法。
20. 上記援助データは、ＤＢＳ援助データを備えることを特徴とする上記請求項１８に記載の方法。
21. 上記複数の測位モードは、援助ＧＰＳ測位モードで必要な同期時間を減少するためにＤＢＳ信号から受信機に時間同期情報を提供する第１援助測位モードを備え、
    上記受信機は、援助データおよびＤＢＳ信号に基づき位置を決定するためにＧＰＳ信号を使用することを特徴とする上記請求項１８に記載の方法。
22. 上記複数の測位モードは、援助ＧＰＳ測位モードを更に備え、
    上記受信機は、上記援助データに基づき位置を決定するためにＧＰＳ信号を使用することを特徴とする上記請求項１８に記載の方法。
23. 上記複数の測位モードは、独立型ＧＰＳ測位モードを更に備え、
    上記受信機は、ＧＰＳ信号のみを受信することを特徴とする上記請求項１８に記載の方法。
24. 上記複数の測位モードは、ＤＢＳ信号を送信する送信機の数が制限され、かつＧＰＳ信号を送信する送信機の数が制限されるとき、ＤＢＳ測位モードを援助するためにＧＰＳ信号を提供する第２援助測位モードを備え、
    上記受信機は、位置を決定するためにＤＢＳ信号とＧＰＳ信号の両方を使用することを特徴とする上記請求項１４に記載の方法。
25. 上記複数の測位モードは、ＤＢＳ測位モードを更に備え、
    上記ＤＢＳ測位モードは、ＧＰＳ信号の存在が信号検出器により検出されない時に選択され、
    受信機はＤＢＳ信号のみを処理することを特徴とする上記請求項１４に記載の方法。
26. 上記複数の測位モードは、援助ＤＢＳ測位モードを更に備え、
    上記受信機は、上記補助ＤＢＳ信号に基づき位置を決定するためにＤＢＳ信号を使用することを特徴とする上記請求項２０に記載の方法。

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