JP2007198984A - Signal acquisition device and signal acquisition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえばGPS(Global Positioning System)衛星から送出される信号のような所定の周波数の信号を捕捉するための信号捕捉装置および信号捕捉方法に関し、特に携帯電話機等の移動体通信端末に好適な信号捕捉装置および信号捕捉方法に関する。 The present invention relates to a signal capturing device and a signal capturing method for capturing a signal having a predetermined frequency such as a signal transmitted from a GPS (Global Positioning System) satellite, and is particularly suitable for a mobile communication terminal such as a mobile phone. The present invention relates to a signal capturing apparatus and a signal capturing method.
近年、携帯電話機やPDA(Personal Digital Assistant)といった高速でのデータ伝送が可能な移動体通信端末の普及が進んでいる。このような移動体通信端末では、その利便性や用途の拡大を図るために、衛星測位システムを利用した位置情報の取得機能を追加することが注目されている。 In recent years, mobile communication terminals capable of high-speed data transmission such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) have become popular. In such a mobile communication terminal, in order to expand the convenience and application, it is attracting attention to add a position information acquisition function using a satellite positioning system.
衛星測位システムは、地球の周回軌道を回る複数の人工衛星から送出される情報を受信して、各人工衛星との間の距離を測定し、受信側の装置の現在位置を計算するシステムである。米国の国防総省が構築したGPSは、このような衛星測位システムの代表的なものであり、GPS衛星と呼ばれる人工衛星を複数配置している。 The satellite positioning system is a system that receives information transmitted from a plurality of artificial satellites orbiting the earth, measures the distance to each artificial satellite, and calculates the current position of the receiving device. . The GPS constructed by the US Department of Defense is a representative of such a satellite positioning system, and a plurality of artificial satellites called GPS satellites are arranged.
GPS衛星は、送出の対象となる信号に対して、所定のPRN(Pseudo Random Noise:擬似ランダム雑音)コードを用いたスペクトラム拡散処理を行う。すなわち、移動体通信端末では、このGPS衛星から送出される信号(以下、「GPS信号」という。)に対し対応するPRNコードを用いて逆拡散処理を行うことによって、元の信号を取得することが可能である。そして、取得した信号に対して、メッセージ同期、エフェメリス(ephemeris)収集、PVT(Position, Velocity, Time)計算等の処理を行うことにより、自己の現在位置や時刻についての情報を得ることができる。 The GPS satellite performs spread spectrum processing using a predetermined PRN (Pseudo Random Noise) code on a signal to be transmitted. That is, the mobile communication terminal obtains the original signal by performing despreading processing using a corresponding PRN code for a signal transmitted from the GPS satellite (hereinafter referred to as “GPS signal”). Is possible. Then, by performing processing such as message synchronization, ephemeris collection, and PVT (Position, Velocity, Time) calculation on the acquired signal, information about the current position and time of the self can be obtained.
このような測位機能が搭載された移動体通信端末では、GPS信号の受信処理に使用するためのクロック信号(以下、「GPSクロック信号」という。)を生成する装置部として、小型で安価であることから、水晶発振器を適用することが広く行われている(たとえば、特許文献1参照。)。 A mobile communication terminal equipped with such a positioning function is small and inexpensive as a device unit that generates a clock signal (hereinafter referred to as “GPS clock signal”) for use in GPS signal reception processing. For this reason, a crystal oscillator is widely applied (see, for example, Patent Document 1).
ただし、水晶発振器の発振周波数は、周囲温度その他の使用条件によって変動するため、サーチ周波数範囲を大きく設定する必要があり、その結果、信号捕捉に時間がかかることがある。そこで、この従来の提案では、移動体通信端末が地上の無線基地局との間で無線通信を行う際に得られる高い周波数精度のクロック信号を使用して、自装置内部の水晶発振器が生成するGPSクロック信号の周波数がその理想値からどの程度ずれているかを検出する。そして、その周波数差に基づいて、測位に関する信号処理を行うようになっている。これにより、水晶発振器が発生させるGPSクロック信号の周波数が理想値と異なっていても、周波数サーチ範囲を限定して、高速な信号捕捉を行うことが出来る。 However, since the oscillation frequency of the crystal oscillator varies depending on the ambient temperature and other use conditions, it is necessary to set a large search frequency range, and as a result, it may take time to capture a signal. Therefore, in this conventional proposal, a crystal oscillator inside the device is generated using a clock signal with high frequency accuracy obtained when the mobile communication terminal performs radio communication with the ground radio base station. It detects how much the frequency of the GPS clock signal deviates from its ideal value. And the signal processing regarding positioning is performed based on the frequency difference. Thereby, even if the frequency of the GPS clock signal generated by the crystal oscillator is different from the ideal value, it is possible to capture the signal at high speed by limiting the frequency search range.
ところで、前記したGPS信号のスペクトラム拡散処理で使用されるPRNコードは、コード長1ms(ミリ秒)、チップレート1.023MHz(メガヘルツ)であり、1チップの周期は約1μs(マイクロ秒)である。このスペクトラム拡散処理は、それぞれのGPS衛星に搭載された原子時計の時刻に同期して行われる。したがって、移動体通信端末は、0.5μs以下の誤差の精度で送出側のGPS衛星との時刻同期を確立してからでなければ、前記したメッセージ同期以降の処理を開始することができず、測位を行うことができない。 By the way, the PRN code used in the above-described spread spectrum processing of GPS signals has a code length of 1 ms (milliseconds), a chip rate of 1.023 MHz (megahertz), and the cycle of one chip is about 1 μs (microseconds). . This spread spectrum process is performed in synchronization with the time of the atomic clock mounted on each GPS satellite. Therefore, the mobile communication terminal cannot start the processing after the message synchronization described above unless it establishes time synchronization with the GPS satellite on the transmission side with an error accuracy of 0.5 μs or less, Unable to perform positioning.
しかしながら、移動体通信端末は、GPS信号の受信を開始していない状態ではいずれのGPS衛星からも独立して動作しているのが通常である。そこで、測位に先立って、まずGPS信号をサーチし、GPS信号に対する周波数同期または位相同期やPRNコードの同期(以下、「コード同期」と総称する。)を確立するための処理が必要となる。 However, the mobile communication terminal normally operates independently from any GPS satellite in a state where reception of GPS signals has not started. Therefore, prior to positioning, first, a GPS signal is searched, and processing for establishing frequency synchronization or phase synchronization with the GPS signal and synchronization of a PRN code (hereinafter collectively referred to as “code synchronization”) is required.
図17は、このような従来のGPS信号のサーチの様子の一例を示す説明図である。横軸はサーチが開始されてからの経過時間を表し、縦軸は周波数を表している。移動通信端末は、サーチ対象となる周波数としてのサーチ対象周波数1を、GPS信号の標準の周波数として予め定められたサーチの基準となる周波数としてのサーチ基準周波数fbを基点として、時間の経過とともに徐々に周囲の周波数帯域に移動させる。これは、GPS衛星と移動体通信端末との間の相対速度その他の原因によって、サーチの対象となる周波数を移動体通信端末に到達するGPS信号の周波数としてのGPS信号周波数f0に正確に合わせ込むことが難しいためである。この例では、時刻tでGPS信号が捕捉されることになる。また、移動体通信端末が携帯電話網に設けられたサーバとの通信によってGPS衛星の軌道情報を授受することで、GPS信号の標準の周波数よりも高い周波数精度で設定することも可能である。この場合には、より早い時刻にGPS信号を捕捉することができる。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of such a conventional GPS signal search. The horizontal axis represents the elapsed time since the search was started, and the vertical axis represents the frequency. Mobile communication terminal, the
一方で、サーチ範囲を広げると、広げた分だけサーチする時間がかかる。また、サーチ速度を上げてこの時間の短縮を図ろうとすると、信号レベルが低い場合にはGPS信号を誤って捕捉し損ねてしまう可能性が高くなる。そこで、通常は、同図に示すようにサーチ対象周波数1に周波数上限値fmaxと周波数下限値fminを定める。そして、サーチを所定の時間内にサーチ対象周波数1がその上限値と下限値に到達するような速度でサーチ範囲を広げていくことにより、設定されたサーチ範囲、すなわち周波数上限値fmaxと周波数下限値fminとの間の周波数帯域についてのサーチを、所定の時間内に終了することができる。ここで、サーチを終了してもGPS信号の捕捉が出来なかった場合には、前記した一連のサーチ処理を再実行する。
しかしながら、水晶発振器には、前記したように周辺の温度変化によって発振周波数が変化してしまうという特徴がある。また、GPS信号のサーチは、前記したGPSクロック信号を動作クロックとして使用して行われる。したがって、サーチが開始された後に水晶発振器の発振周波数が変動し、GPSクロック信号の周波数が理想値のときのサーチ範囲に対して、実際のサーチ範囲が時間の経過とともにずれていってしまう場合がある。この場合、捕捉できるはずのGPS信号をいつまでも捕捉できないといった事態が発生する恐れがある。 However, as described above, the crystal oscillator has a feature that the oscillation frequency changes due to a change in ambient temperature. The search for the GPS signal is performed using the GPS clock signal as an operation clock. Therefore, the oscillation frequency of the crystal oscillator fluctuates after the search is started, and the actual search range may deviate over time from the search range when the frequency of the GPS clock signal is an ideal value. is there. In this case, there is a possibility that a GPS signal that can be captured cannot be captured indefinitely.
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、時間の経過とともに周波数が変動するようなクロック信号を使用する場合でも、所定の周波数の信号をより確実に捕捉することが可能な信号捕捉装置および信号捕捉方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and even when a clock signal whose frequency fluctuates with the passage of time is used, a signal capturing device capable of capturing a signal having a predetermined frequency more reliably An object is to provide a signal acquisition method.
かかる課題を解決するため、本発明の信号捕捉装置は、所定のクロック信号の周波数の理想値に対する差としての周波数差を検出する周波数差検出手段と、この周波数差検出手段による複数の時刻での検出結果を基に所定のクロック信号の周波数を推定するクロック周波数推定手段と、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うとともに、そのサーチの対象となる信号の周波数をこのクロック周波数推定手段による推定値に基づいて補正する信号受信手段とを具備する構成を採る。 In order to solve such a problem, a signal acquisition device of the present invention includes a frequency difference detection unit that detects a frequency difference as a difference from an ideal value of a frequency of a predetermined clock signal, and a plurality of times by the frequency difference detection unit. A clock frequency estimating means for estimating the frequency of a predetermined clock signal based on the detection result, and searching for a signal to be captured using the predetermined clock signal as an operation clock, and determining the frequency of the signal to be searched A signal receiving means for correcting based on the estimated value by the clock frequency estimating means is employed.
また、本発明の信号捕捉装置は、捕捉の対象となる信号のサーチの開始からの経過時間に対応付けて、所定のクロック信号の周波数の理想値に対する差としての周波数差に関する情報を格納する周波数差情報格納手段と、サーチの開始からの経過時間を測定するタイマと、このタイマが測定する経過時間に対応する情報を周波数差情報格納手段から取得し、所定のクロック信号の周波数を推定するクロック周波数推定手段と、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うとともに、そのサーチの対象となる信号の周波数をこのクロック周波数推定手段による推定値に基づいて補正する信号受信手段とを具備する構成を採る。 In addition, the signal acquisition device of the present invention stores the information about the frequency difference as the difference from the ideal value of the frequency of the predetermined clock signal in association with the elapsed time from the start of the search for the signal to be acquired. A difference information storage means, a timer for measuring the elapsed time from the start of the search, and a clock for acquiring information corresponding to the elapsed time measured by the timer from the frequency difference information storage means and estimating the frequency of a predetermined clock signal A signal receiving unit that searches for a signal to be captured using a predetermined clock signal as an operation clock and corrects the frequency of the signal to be searched based on an estimated value by the clock frequency estimating unit. The structure which comprises a means is taken.
また、本発明の信号捕捉装置は、所定のクロック信号の周波数の理想値に対する差としての周波数差を予め定められた周期で繰り返し検出する周波数差検出手段と、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うとともに、この周波数差検出手段が検出を行うごとにそのサーチの対象となる信号の周波数をその検出結果に基づいて補正する信号受信手段とを具備する構成を採る。 The signal capturing device of the present invention also includes frequency difference detecting means for repeatedly detecting a frequency difference as a difference from an ideal value of the frequency of a predetermined clock signal at a predetermined cycle, and capturing the predetermined clock signal as an operation clock. And a signal receiving means for correcting the frequency of the signal to be searched based on the detection result each time the frequency difference detecting means performs a search. .
また、本発明の信号捕捉方法は、所定のクロック信号の周波数の理想値に対する差としての周波数差を複数の時刻でそれぞれ検出する周波数差検出ステップと、この周波数差検出ステップによる複数の時刻での検出結果を基に所定のクロック信号の周波数を推定するクロック周波数推定ステップと、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行う信号受信手段について、そのサーチの対象となる信号の周波数をこのクロック周波数推定手段による推定値に基づいて補正するサーチ対象周波数制御ステップとを具備する方法を採る。 The signal acquisition method of the present invention includes a frequency difference detection step for detecting a frequency difference as a difference from an ideal value of a frequency of a predetermined clock signal at a plurality of times, and a plurality of times at the plurality of times by the frequency difference detection step. A clock frequency estimating step for estimating the frequency of a predetermined clock signal based on the detection result, and a signal receiving means for searching for a signal to be captured using the predetermined clock signal as an operation clock, the signal to be searched And a search target frequency control step for correcting the frequency based on the estimated value by the clock frequency estimating means.
本発明によれば、所定のクロック信号の周波数の理想値に対する差としての周波数差を検出し、その複数の時刻での検出結果を基に所定のクロック信号の周波数を推定する。そして、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うとともに、そのサーチの対象となる信号の周波数をこの推定値に基づいて補正する。あるいは、所定のクロック信号の周波数の理想値に対する差としての周波数差に関する情報をサーチが開始されてからの経過時間と対応付けて格納する。これにより、所定のクロック信号の周波数が時間の経過とともに変動する場合でも、その変動を推定することができ、これに合わせ込む形でサーチの対象となる周波数の値の補正を行うことができる。また、周波数差を予め定められた周期で繰り返し検出してサーチの対象となる周波数の補正を行う。これにより、所定のクロック信号の周波数が時間の経過とともに変動する場合でも、サーチの対象となる周波数の値を予め定められた周期で適切な値に補正することができる。すなわち、予め定められた周波数の信号の捕捉をより確実に行うことができる。更に、クロック信号の周波数変動に対する耐性が向上するため、より柔軟な装置設計が可能となる。 According to the present invention, a frequency difference as a difference from an ideal value of the frequency of a predetermined clock signal is detected, and the frequency of the predetermined clock signal is estimated based on detection results at a plurality of times. Then, a signal to be captured is searched using a predetermined clock signal as an operation clock, and the frequency of the signal to be searched is corrected based on this estimated value. Alternatively, information regarding a frequency difference as a difference from an ideal value of the frequency of a predetermined clock signal is stored in association with an elapsed time after the search is started. Thereby, even when the frequency of the predetermined clock signal fluctuates with time, the fluctuation can be estimated, and the value of the frequency to be searched can be corrected in accordance with this. Further, the frequency difference is repeatedly detected at a predetermined cycle to correct the frequency to be searched. As a result, even when the frequency of the predetermined clock signal varies with time, the frequency value to be searched can be corrected to an appropriate value at a predetermined period. That is, a signal having a predetermined frequency can be captured more reliably. Furthermore, since resistance to frequency fluctuations of the clock signal is improved, a more flexible device design is possible.
以下、本発明の実施の形態に係る信号捕捉装置ついて、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a signal capturing device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示すシステム構成図である。この通信システム20は、携帯電話機10と、携帯電話網21と、この携帯電話網21に接続された無線基地局23と、携帯電話機10の上空に配置されたGPS衛星(ここでは説明のために、4つのGPS衛星24−1〜24−4を示す)と、から主に構成される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of a communication system in which the signal acquisition device according to
携帯電話機10は、無線基地局23と無線信号を送受信することによって、携帯電話網21に配置された図示しない他の携帯電話機や固定電話機あるいは情報サーバと通信を行う。また、4つのGPS衛星24−1〜24−4のそれぞれから送出されるGPS信号を捕捉し、各GPS信号から情報を抽出することによって測位を行う。このGPS信号は、1,57542GHz(ギガヘルツ)の同一の周波数の搬送波に、GPS信号ごとに異なるC/Aコード(Coarse/Acquisition Code)やPコード(Precise CodeもしくはProtected Code)といったPRNコードを重畳したものである。
The
図2は、図1に示す携帯電話機10の構成を示すブロック図である。携帯電話機10は、無線用アンテナ101と、無線通信部102と、GPS用アンテナ103と、GPS信号受信部104と、測位演算部105と、GPS用クロック生成部106と、周波数比較部107と、基準周波数制御部108と、サーチ周波数制御部109と、タイマ110と、トリガ出力部111と、周波数差情報格納部112と、測位開始指示入力部113と、から主に構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the
基準周波数制御部108は、基準周波数設定部121と、更にクロック周波数推定部122を備えている。また、サーチ周波数制御部109は、基準補正情報格納部123を備えている。
The reference
また、この携帯電話機10は、図示しないがCPU(Central Processing Unit)と、制御プログラムを格納したROM(Read Only Memory)等の記憶媒体と、RAM(Random Access Memory)等の作業用メモリと、既存のハードウェアとしての通信回路によって構成されている。すなわち、制御プログラムをCPUが実行することで上記した各装置部の機能が実現する。
Although not shown, the
無線通信部102は、図1に示す無線基地局23との間で無線信号の送受信を行う。無線基地局23は、図示しないが高い周波数精度でクロック信号を生成するクロック発振器を備えている。そして、このクロック信号を搬送周波数として使用し、無線通信部102と無線通信を行う。無線通信部102は、図示しないがPLL(Phase-Locked Loop)回路を有するAFC(Automatic Frequency Control)装置を備えており、無線基地局23から送出される無線信号の搬送波周波数に周波数同期した基準クロック信号を生成する。
The
GPS信号受信部104は、GPS信号をサーチするとともにこれを捕捉し、GPS信号に含まれる情報を取得する。そして、測位演算部105は、この取得された情報を元に測位のための演算を行う。すなわち、携帯電話機10は、携帯電話網21に接続する機能と、GPSシステムによる測位機能とを備えた移動体通信端末である。
The GPS
測位開始指示入力部113は、GPSによる測位の開始の指示を受け付ける。GPS用クロック生成部106は、図示しない温度補償型水晶発振器(Temperature Compensated Crystal Oscillator : TCXO)を使用して、GPS信号受信部104の動作クロックとして使用されるGPSクロック信号を生成する。このGPS用クロック生成部106は、携帯電話機10の無線通信部102のAFC装置のような周波数同期は施されず、自走のクロック源である。また、温度補償型となっているものの、水晶発振器の発振周波数は周囲温度からの影響によって変動する。したがって、GPSクロック信号の周波数精度は、無線通信部102が出力する基準クロック信号の周波数精度よりも低くなっている。
The positioning start
トリガ出力部111は、タイマ110を使用して周波数比較部107に周波数の比較を行わせるためのトリガを出力する。
The
周波数比較部107は、このトリガに対応して、GPSクロック信号の周波数をその理想値と比較し、その周波数の差分を周波数差情報として出力する。この周波数差情報は、たとえば基準クロック信号が所定回数立ち上がる区間にGPSクロック信号が何回立ち上がるかをカウントし、GPSクロック信号の周波数が理想値であったときに得られるカウント値と実際のカウント値を比較することによって求めることができる。
In response to this trigger, the
基準周波数制御部108は、この周波数差情報を基にして、GPSクロック信号の周波数の理想値の実際のGPSクロック信号の周波数に対する比を表す情報である基準補正情報を生成する。この基準補正情報は、GPS信号受信部104がGPS信号を捕捉する際の基準となる周波数(以下、「サーチ基準周波数」という。)を補正するのに使用されるものである。ただし、基準周波数設定部121がある時刻の周波数差情報を基に1つの基準補正情報を生成するのに対して、クロック周波数推定部122は、複数の異なる時刻の周波数差情報を基にGPSクロック信号の周波数がどのように変動するかを推定し、逐次基準補正情報の生成を行う。具体的には、クロック周波数推定部122は、複数の時刻における周波数差情報を基にGPSクロック信号の周波数の変動速度を演算し、その演算結果を使用して各時刻におけるGPSクロック信号の周波数を推定し、基準補正情報を生成する。
Based on this frequency difference information, the reference
周波数差情報格納部112は、基準周波数制御部108から周波数差情報を入力されるとこれを格納するともに、入力された時刻を示す時間情報を対応付けて格納する。
When the frequency difference information is input from the reference
サーチ周波数制御部109は、基準周波数設定部121あるいはクロック周波数推定部122によって生成された基準補正情報のうち最新のものを、基準補正情報格納部123に格納する。そして、サーチ周波数制御部109は、サーチ基準周波数を基準としてGPS信号のサーチ対象周波数を決定し、GPS信号受信部104に対して逐次指示するが、その際に基準補正情報格納部123に格納された基準補正情報を基にしてサーチ対象周波数の補正を行う。
The search
図3は、図2に示すGPS信号受信部104の回路構成を示すものである。GPS信号受信部104は、増幅回路131と、第1のミキサ132と、第1の帯域制限フィルタ133と、第2のミキサと134と、第2の帯域制限フィルタ135と、アナログデジタル(A/D)変換器136と、第3のミキサ137と、積分器138と、周波数逓倍器139と、数値制御発振器(Numerical Controlled Oscillator:NCO)140と、PRNコード生成部141と、から主に構成される。
FIG. 3 shows a circuit configuration of the GPS
周波数逓倍器139は、GPSクロック信号を逓倍してGPS信号の搬送波の周波数レベルの第1のローカル信号(周波数:fLo1)に変換する。図2に示すGPS用アンテナ103で受信された受信信号は、増幅回路131で増幅され、第1のミキサ132でこの第1のローカル信号と乗算されてから、第1の帯域制限フィルタ133で不要な周波数成分を除去することでGPS信号は第1のIF(Intermediate Frequency)周波数(fIF1)にダウンコンバートされる。数値制御発振器140は、GPSクロック信号を動作クロックとし、入力されるサーチ対象周波数と同一の周波数をもつ第2のローカル信号(周波数:fLo2)を生成する。第1の帯域制限フィルタ133から出力される第1のIF周波数に変換された受信信号は、第2のミキサ134でこの第2のローカル信号と乗算され、第2のIF周波数(fIF2)に変換される。ここでは第2のIF周波数はベースバンド相当の信号、すなわち0Hz付近としているが、第2のIF周波数fLo2はベースバンドでなくても構わない。第2のIF周波数fLo2に変換された受信信号は、第2の帯域制限フィルタ135で不要な周波数成分が除去される。そして、アナログデジタル変換器136で、デジタル信号に変換される。
The
PRNコード生成部141は、PRNコードを数値制御発振器140から出力されるクロック信号に同期してPRNコードを生成する。アナログデジタル変換器136でデジタル化された受信信号は、第3のミキサ137でこの生成されたPRNコードと乗算され、積分器138で積分される。すなわち、受信する信号がGPS信号であり、なおかつ数値制御発振器140から出力されるクロック信号がこれと周波数同期したとき、PRNコード生成部141が出力するPRNコードとの同期が確立し、積分器138が出力する積分値はピークをとる。したがって、図2に示す測位演算部105は、この積分値を監視することによって、コード同期が確立されたか否かを判別し、GPS信号の捕捉を検出する。
The PRN
数値制御発振器140の設定周波数は、GPSクロック信号の周波数が理想値に一致する前提での内容となっている。具体的には、前記した第1のローカル信号はGPSクロック信号を逓倍したものであり、更に第2のローカル信号を出力する数値制御発振器140はGPSクロック信号の周波数が正しいものとして動作するため、その上で設定された周波数で第2のローカル信号を出力する。したがって、サーチ対象周波数をfsと設定した場合、GPSクロック信号の周波数をfclk、周波数逓倍器139の逓倍率をN1とすると、数値制御発振器140の設定周波数(fnco)を以下の式(1)で表される内容に設定することで、サーチ対象周波数fsをサーチすることが可能となる。
The set frequency of the numerically controlled
fnco=fs−N1×fclk−fIF2……(1) f nco = f s -N 1 × f clk -f IF2 ...... (1)
GPSクロック信号の周波数が理想値からずれている場合には、第1のローカル信号および第2のローカル信号も周波数が想定する周波数からずれたものとなる。たとえば、GPSクロック信号の周波数が理想値のm倍であった場合、出力される第1のローカル信号の周波数および第2のローカル信号の周波数も想定される周波数のm倍となる。したがって、これらの信号によってダウンコンバートされて出力される信号、すなわちIF変換された受信信号の周波数も、指定されたサーチ対象周波数fsに対応するIF周波数からずれたものとなる。 When the frequency of the GPS clock signal is deviated from the ideal value, the first local signal and the second local signal are also deviated from the assumed frequency. For example, when the frequency of the GPS clock signal is m times the ideal value, the frequency of the first local signal and the frequency of the second local signal that are output are also m times the expected frequency. Therefore, the frequency of the signal that is down-converted by these signals, that is, the IF-converted received signal is also shifted from the IF frequency corresponding to the designated search target frequency f s .
なお、GPS信号の捕捉は、図1に示す4つのGPS衛星24−1〜24−4の全てについてそれぞれ異なるチャネルで行われる必要がある。ここでは、説明の簡便化のために、GPS信号受信部104にはGPS衛星24−1に対応する構成のみが備えられているものとするが、実際にはチャネルごとに図3に示す構成が備えられる。
Note that the GPS signal needs to be captured on different channels for all of the four GPS satellites 24-1 to 24-4 shown in FIG. Here, for simplification of explanation, it is assumed that the GPS
以上の構成を有する携帯電話機10について、以下、各装置部の動作を説明する。
Hereinafter, the operation of each device unit of the
測位開始指示入力部113は、図示しないがキースイッチを備えている。携帯電話機10のユーザは、このキースイッチを操作することによって任意のタイミングでGPSによる測位の開始の指示を入力できる。また、携帯電話機10搭載のアプリケーションソフトウェアあるいは携帯電話網21側からの測位開始の指示の入力も受け付ける。測位開始指示入力部113は、この測位開始の指示が入力されると、その旨を示す測位開始指示情報をGPS用クロック生成部106およびトリガ出力部111に出力する。
The positioning start
GPS用クロック生成部106は、測位開始指示情報が入力されると、温度補償型水晶発振器への電源供給を開始し、GPSクロック信号の出力を開始する。トリガ出力部111は、測位開始指示情報が入力されると、まずタイマ110を値「0」に初期化するとともにその計時を開始させ、更に周波数比較部107に対してトリガを出力する。
When the positioning start instruction information is input, the GPS
周波数比較部107は、トリガ出力部111からトリガが入力されると、無線通信部102が出力する基準クロック信号とGPS用クロック生成部106が出力するGPSクロック信号の入力を開始する。そして、GPSクロック信号の周波数をその理想値と比較し、その周波数の差分を、周波数差情報として基準周波数制御部108の基準周波数設定部121へと出力する。この周波数差情報は、たとえば基準クロック信号が所定回数立ち上がる区間にGPSクロック信号が何回立ち上がるかをカウントし、GPSクロック信号の周波数が理想値であったときに得られるカウント値と実際のカウント値を比較することによって求めることができる。
When a trigger is input from the
基準周波数設定部121は、後に説明する基準周波数設定処理によって、周波数比較部107からの周波数差情報の入力に対応して、サーチ周波数制御部109に対して基準補正情報を出力する。また、適宜、クロック周波数推定部122に対して周波数差情報を出力する。
The reference
クロック周波数推定部122は、後に説明する周波数変動判別処理によって、基準周波数設定部121からの周波数差情報の入力に対応して、GPSクロック信号の変動の状態を判別し、各時刻における周波数を推定して適切な基準補正情報を生成する。
The
サーチ周波数制御部109は、基準補正情報を入力されるたびに、その基準補正情報で基準補正情報格納部123の格納内容を更新する。サーチ周波数制御部109は、サーチ対象周波数を制御するためのサーチ周波数制御アルゴリズムを予め用意している。そして、基準補正情報格納部123に格納された基準補正情報をこのサーチ周波数制御アルゴリズムに使用することによって、予め定められたサーチ範囲についてのGPS信号の順次走査(シーケンシャルスキャン)を実現する。
Each time the reference correction information is input, the search
このサーチ周波数制御アルゴリズムは、図17での説明と同様にサーチ基準周波数を基準としてサーチ対象周波数を高周波側と低周波数側の両方に時間の経過とともに移動させていき、予め定められたサーチ範囲についてのGPS信号のサーチを行うためのものである。サーチ周波数制御部109は、このサーチ周波数制御アルゴリズムによって決定される本来指定すべきサーチ対象周波数に、基準補正情報格納部123の格納値を乗じたものを、図3に示す数値制御発振器140に対して出力する。すなわち、GPSクロック信号の周波数の理想値とのずれを補う形で、GPS信号受信部104に入力するサーチ対象周波数を補正するようになっている。
This search frequency control algorithm moves the search target frequency to both the high frequency side and the low frequency side as time elapses with reference to the search reference frequency in the same manner as described with reference to FIG. The GPS signal is searched for. The search
図4は、トリガ出力部111によるトリガ出力処理の流れを示すである。トリガ出力部111は、図2に示した測位開始指示入力部113から測位開始指示情報を入力されると(ステップS201:YES)、タイマ110を初期化するとともに、予め定められた周期Sでトリガを出力するために使用するパラメータnに初期値「1」を設定し(ステップS202)、トリガを周波数比較部107へと出力する(ステップS203)。そして、GPS信号のサーチがまだ終了していない場合には(ステップS204:NO)、トリガ出力部111は、タイマ110が出力する時間情報が、周期Sにそのときのパラメータnを乗じた値に達したか否かの判別を行う(ステップS205)。まだ到達していない場合には(NO)、ステップS204へと戻る。
FIG. 4 shows a flow of trigger output processing by the
トリガ出力部111は、タイマ110が出力する時間情報が周期Sにパラメータnを乗じた値に達した場合には(ステップS205:YES)、パラメータnを値「1」だけ増加させ(ステップS206)、ステップS203へ戻り、再びトリガを出力する。すなわち、周期Sでトリガが出力され、繰り返し基準周波数設定部121に周波数差情報が入力される。なお、タイマ110は、GPSクロック信号や無線通信部102が出力する基準クロック信号に同期する形でも良いし、図示しない他のクロック源の信号を使用して別途計時を行うようにしても良い。そして、GPS信号のサーチが終了すると(ステップS204:YES)、ステップS201へ戻り、再び新たに測位開始指示情報が入力されるのを待機する(リターン)。
When the time information output from the
なお、GPS信号のサーチが終了するのは、たとえば、測位に必要な数のGPS衛星24との間でコード同期を確立できたときや、後に説明する所定のサーチ範囲についてサーチを実施したものの、測位に必要な数のGPS衛星24との間でコード同期を確立できなかったときである。この場合には、トリガ出力部111はステップS202へ戻り、再度一連のサーチ処理を再実行するようにしてもよい。
Note that the GPS signal search ends when, for example, code synchronization has been established with the number of GPS satellites 24 necessary for positioning, or a search is performed for a predetermined search range described later. This is when the code synchronization cannot be established with the number of GPS satellites 24 necessary for positioning. In this case, the
図5は、基準周波数設定部121による基準周波数設定処理の流れを示すフロー図である。基準周波数設定部121は、周波数比較部107から周波数差情報が入力されると(ステップS221:YES)、その内容に対応してサーチ周波数制御部109に設定すべき基準補正情報を生成するとともに、サーチ周波数制御部109に対してサーチ対象周波数の初期化を指示する(ステップS222)。この基準補正情報およびサーチ対象周波数の初期化については、後に詳しく説明する。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the reference frequency setting process by the reference
基準周波数設定部121は、測位の開始が指示されてから2回目以降の周波数差情報の入力ではない場合、すなわちサーチ開始時であって1回目の周波数差情報の入力の場合には(ステップS223:NO)、基準補正情報をサーチ周波数制御部109へと出力するとともに、周波数差情報を周波数差情報格納部112に格納する(ステップS224)。そして、基準周波数設定部121は、再び周波数差情報が入力されるのを待機する(リターン)。
The reference
基準周波数設定部121は、測位の開始が指示されてから2回目以降の周波数差情報の入力の場合、すなわちサーチが開始されてから過去に他の周波数差情報を入力されている場合には(ステップS223:YES)、クロック周波数推定部122に最新の周波数差情報と基準補正情報を出力し、基準補正情報の調整を指示する(ステップS225)。そして、基準周波数設定部121は、再び周波数差情報が入力されるのを待機する(リターン)。
When the frequency difference information is input for the second and subsequent times after the start of positioning is instructed, that is, when other frequency difference information has been input in the past since the search was started, the reference frequency setting unit 121 ( Step S223: YES), the latest frequency difference information and the reference correction information are output to the clock
図6は、クロック周波数推定部122によるクロック周波数推定処理の流れを示すフロー図である。クロック周波数推定部122は、基準周波数設定部121から最新の周波数差情報を入力されて基準補正情報の調整を指示されると(ステップS241:YES)、周波数差情報格納部112から基準周波数設定部121によって最後に格納された周波数差情報とこれに対応付けられた時間情報を読み出すとともに、現時点の時刻を示す時間情報を入力する。そして、最後に格納された周波数差情報に対する最新の周波数差情報の周波数変動量を特定するとともに、この周波数変動量に対応する経過時間を特定する(ステップS242)。この経過時間の特定は、トリガ出力部111に設定された周期Sによって定まるので、既定値としてもよい。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of clock frequency estimation processing by the clock
クロック周波数推定部122は、更に、この特定された周波数変動量および経過時間を基にGPSクロック信号の周波数の変化率を演算し(ステップS243)、その演算結果と最新の周波数差情報を基に、基準補正情報を調整するための補正情報調整アルゴリズムを決定する(ステップS244)。この補正情報調整アルゴリズムについては、後に図を用いて説明する。
The clock
そして、クロック周波数推定部122は、最新の周波数差情報を周波数差情報格納部112に格納し(ステップS245)、決定された補正情報調整アルゴリズムを使用してその時点に設定すべき基準補正情報を演算し、サーチ周波数制御部109へと出力する(ステップS246)。以降、基準補正情報の調整が新たに指示されず(ステップS247:NO)、GPS信号のサーチが終了していない間は(ステップS248:NO)、ステップS246へ戻って基準補正情報の演算とサーチ周波数制御部109への出力が繰り返される。
Then, the clock
クロック周波数推定部122は、基準周波数設定部121から最新の周波数差情報と基準補正情報とを新たに入力されて基準補正情報の調整を指示されると(ステップS247:YES)、ステップS242へ戻り、周波数差情報格納部112に格納された周波数差情報と新たに入力された基準補正情報とを基に新たな補正情報調整アルゴリズムを決定し、基準補正情報の調整を継続する。このようにステップS242からステップS248までを繰り返すうちにGPS信号のサーチが終了すると(ステップS248:YES)、クロック周波数推定部122は、再びステップS241へ戻って最初の基準補正情報の調整の指示を待機する(リターン)。
When the latest frequency difference information and the reference correction information are newly input from the reference
図7は、GPS信号受信部104によるサーチ対象周波数の変化の様子の一例を示す説明図である。横軸はサーチが開始されてからの経過時間を表し、縦軸は周波数を表している。説明の簡便化のため、以下、GPSクロック信号の理想的な周波数が、PRNコードのチップレートと同一であり、サーチ周波数制御部109の基準補正情報格納部123には、初期値として値「1」が格納されているものとする。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of how the search target frequency is changed by the GPS
ここで、第1の時刻t1にトリガ出力部111がトリガを出力し、これに対応して第1の周波数差情報Δf1が基準周波数設定部121へと入力されたとする。基準補正情報は、既に説明したように実際のGPSクロック信号の周波数に対するGPSクロック信号の周波数の理想値の比を表す情報である。したがって、基準周波数設定部121は、PRNコードのチップレート、すなわちここではGPSクロック信号の理想的な周波数をサーチ基準周波数fbとすると、基準補正情報を、fb/(fb+Δf1)で表される値に決定する。
Here, it is assumed that the
すると、同図に示すように、第1の時刻t1の直後には、実際にGPS信号受信部104でサーチされる際の基準となる周波数(以下、「実サーチ基準周波数」という。)fsはサーチ基準周波数fbにほぼ一致する。
Then, as shown in the figure, immediately after the first time t 1 , a frequency (hereinafter referred to as “actual search reference frequency”) f that is a reference when the GPS
ただし、第1の周波数差情報Δf1は無線クロック信号に基づいて生成されているため、GPS信号のPRNコードのチップレートとしてのGPS信号周波数f0との間に、周波数誤差Δdは残る。しかしながら、GPS用クロック生成部106の発振周波数を調整した場合に比べて、その周波数精度は数ppm(parts per million)から1ppm以下の値へと向上する。また、この周波数誤差Δdは、無線通信部102の周波数精度(周波数確度)によって決まってくる。したがって、理想的なサーチ範囲A、すなわちサーチ対象周波数301の周波数上限値fmaxと周波数下限値fminとの間の範囲は、この無線通信部102の周波数精度に対応する大きさで、なおかつサーチ基準周波数fbが中心となるように設定されている。また、基準周波数設定部121は、第1の周波数差情報Δf1を周波数差情報格納部112に格納させる。
However, since the first frequency difference information Δf 1 is generated based on the radio clock signal, the frequency error Δd remains between the GPS signal frequency f 0 as the chip rate of the PRN code of the GPS signal. However, compared with the case where the oscillation frequency of the GPS
そして、サーチ周波数制御部109が使用するサーチ周波数制御アルゴリズムは、所定の増加率および増減率で、サーチ対象周波数301を時間とともに変化させる。この増加率と増減率は、GPSクロック信号の周波数が理想値を保つとき、サーチ範囲Aについてのサーチを所定の時間内に完了できるような値が設定されている。
The search frequency control algorithm used by the search
ここで、GPSクロック信号の周波数がサーチ中の周辺温度の変化によって変動し、同図に示すように実サーチ基準周波数fsは第1の時刻t1から徐々に下降しているものとする。すると、前記したサーチ周波数制御アルゴリズムによって決定されるサーチ対象周波数301も、サーチ基準周波数fsを基準としているため、理想的なサーチ対象周波数から徐々に下側にずれていくことになる。すると、サーチ基準周波数fb以上の周波数帯域に設定されるサーチ対象周波数301としての高周波側サーチ対象周波数3011がサーチ範囲Aの周波数上限値fmaxに到達するのに時間がかかる。すると、同図に示すようにGPS信号周波数f0がサーチ基準周波数fbよりも高い側の周波数となっている場合、GPS信号を捕捉するのに時間がかかる。一方で、サーチ基準周波数fb以下の周波数帯域に設定されるサーチ対象周波数301としての低周波側サーチ対象周波数3012は、早い時刻にサーチ範囲Aの周波数下限値fminに到達してしまう。 Here, it is assumed that the frequency of the GPS clock signal fluctuates due to a change in ambient temperature during the search, and the actual search reference frequency f s gradually decreases from the first time t 1 as shown in FIG. Then, the search target frequency 301 determined by the search frequency control algorithm described above also, since the reference is the search reference frequency f s, so that gradually shifted to the lower side gradually from the ideal search target frequency. Then, take the time to frequency side search target frequency 301 1 as search target frequency 301 set in the search reference frequency f b or more frequency bands reaches the upper frequency limit value f max of the search range A. Then, if the GPS signal frequency f 0 as shown in the figure has a frequency of higher side than search reference frequency f b, the time to acquire the GPS signals such. On the other hand, the low-frequency side search target frequency 301 2 as the search target frequency 301 is set below the frequency band search reference frequency f b is thus reached the lower frequency limit value f min of the search range A at an earlier time.
ここで、第1の時刻t1から第1の時間Δt1が経過した第2の時刻t2にトリガ出力部111がトリガを出力し、これに対応して第2の周波数差情報Δf2が基準周波数設定部121へと入力されたとする。すると、クロック周波数推定部122は、これら第2の周波数差情報Δf2および第1の時間Δt1と、周波数差情報格納部112に格納された第1の周波数差情報Δf1を基に、補正情報調整アルゴリズムを決定する。
Here, the
第1の周波数差情報Δf1に対する第2の周波数差情報Δf2の差分を周波数変動量Δfで表すと、GPSクロック信号の周波数の変動速度、すなわち実サーチ基準周波数fsの変動速度は、Δf/Δt1で表される。すなわち、タイマ110が出力する時間情報をタイマ出力時間tとすると、第1の時刻t1から第2の時刻t2までの区間の実サーチ基準周波数fsのサーチ基準周波数fbとの周波数差は、t×Δf/Δt1で表される。したがって、クロック周波数推定部122は、基準補正情報を決定するための補正情報調整アルゴリズムを、fb/(fb+Δf1+t×Δf/Δt1)で表される内容に決定する。
When the difference of the second frequency difference information Δf 2 with respect to the first frequency difference information Δf 1 is expressed by a frequency fluctuation amount Δf, the fluctuation speed of the frequency of the GPS clock signal, that is, the fluctuation speed of the actual search reference frequency f s is Δf / Δt 1 . That is, assuming that the time information output from the
すると、実サーチ基準周波数fsが第2の時刻t2以降も同様に変化するような場合には、この補正情報調整アルゴリズムで決定される基準補正情報を逐次指定していくことによって、第2の時刻t2以降は同図に示すように実サーチ基準周波数fsはサーチ基準周波数fbにほぼ一致した状態を保つことができる。すると、同図に示すようにサーチ対象周波数301もサーチ基準周波数fbの上下に理想的な増加率および増減率で変化していくことになる。したがって、サーチ基準周波数の設定を第1の時刻t1のみ行うのに比べて、GPS信号周波数f0を早く捕捉することが可能となり、ここでは第3の時刻t3に捕捉されることになる。 Then, if the actual search reference frequency f s changes in the same way after the second time t 2, the reference correction information determined by this correction information adjustment algorithm is sequentially designated, so that the second time t 2 after the real search reference frequency f s, as shown in the figure can be maintained almost the same state to search reference frequency f b. Then, so that will change the ideal increase rate and decrease rate in the vertical search target frequency 301 also search the reference frequency f b as shown in FIG. Therefore, it is possible to capture the GPS signal frequency f 0 earlier than when the search reference frequency is set only at the first time t 1 , and here, it is captured at the third time t 3. .
図8は、参考のために基準補正情報の設定を第1の時刻t1にのみ行った場合のGPS信号受信部104によるサーチ対象周波数の変化の様子の一例を示す説明図であり、図7に対応するものである。実サーチ基準周波数fsは、図7の第2の時刻t2までの状態を継続する形で徐々に下降していく。そして、サーチ対象周波数301がGPS信号周波数f0を捕捉するのは、図7の第3の時刻t3よりも後の第4の時刻t4となることがわかる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a change in frequency to be searched by the GPS
なお、サーチ周波数制御部109のサーチ対象周波数は第2の時刻t2に初期化されるため、再びサーチ基準周波数fbからのサーチを開始する。これは、実サーチ基準周波数fsの補正のみを行うと、サーチ対象周波数301が連続性を失い、サーチが行われない周波数帯域が発生する可能性があるためである。
Note that search target frequency of the
図2に示すGPS信号受信部104では、GPS信号受信部104で捕捉されたGPS信号から元の信号を抽出し、コード同期時のコード位相や、周波数、信号レベルといった衛星捕捉情報を測位演算部105へと出力する。具体的には、図3に示す積分器138は、コード同期が確立されると、その出力がピークをとる。そこで、測位演算部105はこのピークを検出することによって、上記した衛星捕捉情報を取得することができる。測位演算部105は、取得した各衛星捕捉情報を基に測位演算を行い、測位結果を出力する。具体的には、PRNコードの位相シフト量から図1に示す4つのGPS衛星24−1〜24−4それぞれとの間の疑似距離を算出し、算出された各疑似距離を元に現在位置を算出し、その算出結果を出力する。
In the GPS
以上説明したように、本発明の実施の形態1によれば、サーチを行う区間に複数回にわたってGPSクロック信号の周波数を基準クロック信号の周波数と比較し、その複数の比較結果を基にGPSクロック信号の変動速度を検出し、その後のGPSクロック信号の変動を予測する。そして、その予測されたGPSクロック信号の変動を補償する形で、サーチ基準周波数の補正を行う。これにより、サーチ開始後にGPSクロック信号が変動する場合でも、実際のサーチ基準周波数を理想値に合わせこむことができ、設定されたサーチ範囲についてのGPS信号のサーチをより確実に行うことができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the frequency of the GPS clock signal is compared with the frequency of the reference clock signal a plurality of times during the search period, and the GPS clock is based on the plurality of comparison results. The fluctuation speed of the signal is detected, and the fluctuation of the GPS clock signal thereafter is predicted. Then, the search reference frequency is corrected so as to compensate for the predicted fluctuation of the GPS clock signal. Thereby, even when the GPS clock signal fluctuates after the search starts, the actual search reference frequency can be adjusted to the ideal value, and the GPS signal search for the set search range can be performed more reliably.
なお、サーチを開始する前にGPSクロック信号の変動速度の検出を行うようにしてもよい。また、異なる3つ以上の時刻で周波数の比較を行い、GPSクロック信号の変動状態を定義する二次以上の関数を求め、これを使用してGPSクロック信号の変動を予測するようにしてもよい。 Note that the fluctuation speed of the GPS clock signal may be detected before the search is started. Further, frequency comparison may be performed at three or more different times to obtain a quadratic or higher order function that defines the fluctuation state of the GPS clock signal, and this may be used to predict fluctuations in the GPS clock signal. .
(実施の形態2)
実サーチ基準周波数の変動の仕方は、温度補償型水晶発振器の周囲温度や装置の動作状態等の特定の情報と対応してパターン化されていることが多い。このような場合、この特定の情報がどのような状態のときに実サーチ基準周波数がどのようなパターンで変動するかが予め特定されていれば、より高い精度で実サーチ基準周波数の補正を行うことができ、より確実にGPS信号の捕捉を行うことができる。
(Embodiment 2)
The actual search reference frequency is often changed in a pattern corresponding to specific information such as the ambient temperature of the temperature compensated crystal oscillator and the operating state of the apparatus. In such a case, the actual search reference frequency is corrected with higher accuracy if the pattern in which the actual search reference frequency fluctuates in what state is this specific information. GPS signals can be captured more reliably.
図9は、本発明の実施の形態2に係る信号捕捉装置が使用される移動通信端末装置としての携帯電話機の構成を示すブロック図であり、実施の形態1の図2に対応するものである。そこで、図2と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。この携帯電話機40は、図2のクロック周波数推定部122とは異なる内容のクロック周波数推定処理を行うクロック周波数推定部422を有する基準周波数制御部408を備えている。また、周波数差情報格納部112は備えておらず、過去のGPSクロック信号の周波数変動に関する情報としての周波数変動情報を管理する周波数変動情報管理部414と、携帯電話機40の各種ホスト処理を行うホスト処理部415を備えている。また、周波数変動情報管理部414は、複数の周波数差情報を格納する周波数差情報格納部424を備えている。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a mobile phone as a mobile communication terminal device in which the signal capturing device according to Embodiment 2 of the present invention is used, and corresponds to FIG. 2 of
ホスト処理部415は、携帯電話機40の動作状態を把握しており、それぞれの動作状態を装置動作情報として定義しこれを出力する。また、GPS用クロック生成部106の温度補償型水晶発振器の近傍に配置した図示しない温度センサによって検出される温度補償型水晶発振器の温度を入力し、これを発振器温度情報として出力する。
The
図10は、周波数差情報格納部424の内容の一例を示す説明図である。横軸はサーチが開始されてからの経過時間を表し、縦軸は周波数を表している。ここでは、3つの異なる装置動作情報について、発振器温度情報がある値のときの各時刻における周波数差情報が、周波数変動情報(プロファイル)として格納されている。第1の周波数変動情報P1はGPS信号受信部104のみが動作している場合のもの、第2および第3の周波数変動情報P2、P3はそれぞれGPS信号受信部104と無線通信部102の両方が動作している場合のものである。ただし、第2の周波数変動情報P2は無線通信部102の出力レベルが低い場合であり、第3の周波数変動情報P3の無線通信部102の出力レベルが高い場合である。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of the contents of the frequency difference
このような周波数変動情報Pは、各温度区分の発振器温度情報について用意されている。また、各周波数変動情報Pは、複数の周波数差情報により構成される時系列データである。したがって、周波数差情報格納部424を参照し、ホスト処理部415から出力される発振器温度情報および装置動作情報と、タイマ110から出力される時間情報という一組の条件を指定することによって、条件が一致あるいは最も類似する周波数差情報を取得することができる。
Such frequency variation information P is prepared for oscillator temperature information of each temperature section. Each frequency variation information P is time-series data composed of a plurality of frequency difference information. Therefore, by referring to the frequency difference
図11は、周波数変動情報管理部414による周波数変動情報管理処理の流れを示すフロー図である。周波数変動情報管理部414は、クロック周波数推定部422から最新の周波数差情報が入力されて周波数変動情報を要求されると(ステップS501:YES)、タイマ110が出力する時間情報を取得するとともに、ホスト処理部415に要求して装置動作情報と発振器温度情報とを取得する(ステップS502)。そして、周波数変動情報管理部414は、周波数差情報格納部424を参照し、取得したこれらの情報とクロック周波数推定部422から入力された周波数差情報の組み合わせに一致あるいは最も類似した内容の周波数変動情報を選択する(ステップS503)。
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of frequency fluctuation information management processing by the frequency fluctuation
周波数変動情報管理部414は、再び時間情報を入力し、選択された周波数変動情報の中からその時間情報に該当する周波数差情報を読み出してクロック周波数推定部422へと出力する(ステップS504)。まだGPS信号のサーチが終了しておらず(ステップS505:NO)、新たに周波数変動情報の要求が特に無い場合には(ステップS506:NO)、周波数変動情報管理部414は、ステップS504へ戻って再び時間情報を入力し、該当する周波数差情報をクロック周波数推定部422へと出力する。新たに周波数変動情報の要求があった場合には(ステップS506:YES)、周波数変動情報管理部414は、ステップS502へ戻って周波数変動情報の再選択を行う。GPS信号のサーチが終了した場合には(ステップS505:YES)、再びステップS501へ戻って新たな周波数変動情報の要求を待機する(リターン)。
The frequency variation
図12は、クロック周波数推定部422のクロック周波数推定処理の流れを示すフロー図であり、実施の形態1の図6に対応するものである。クロック周波数推定部422は、サーチが開始されて実施の形態1と同様に最新の周波数差情報を入力されて基準補正情報の調整を指示されると(ステップS521:YES)、その最新の周波数差情報を周波数変動情報管理部414へ出力する(ステップS522)。クロック周波数推定部422は、周波数変動情報管理部414から周波数差情報が入力されない場合には(ステップS523:NO)、ステップS521へ戻る(リターン)。また、新たに基準補正情報の調整の指示が無い場合には(ステップS521:NO)、そのままステップS523へと進む。
FIG. 12 is a flowchart showing the flow of the clock frequency estimation process of the clock
クロック周波数推定部422は、ステップS522に対応して周波数変動情報管理部414から周波数差情報が入力された場合には(ステップS523:YES)、その周波数差情報を基に基準補正情報を生成し、サーチ周波数制御部へと出力する(ステップS524)。そして、基準周波数制御部408は、再びステップS523へと戻り、次の周波数変動情報が入力されるのを待機する。
When the frequency difference information is input from the frequency variation
クロック周波数推定部422が生成する基準補正情報は、既に説明したように実際のGPSクロック信号の周波数に対するGPSクロック信号の周波数の理想値の比を表す情報である。したがって、実施の形態1と同様にGPSクロック信号の理想的な周波数をPRNコードのチップレートと同一、すなわちサーチ基準周波数fbとし、周波数差情報Δfが入力されたとすると、クロック周波数推定部422は、基準補正情報を、fb/(fb+Δf)で表される値に決定する。
The reference correction information generated by the clock
図13は、GPS信号受信部104によるサーチ対象周波数の変化の様子の一例を示す説明図であり、実施の形態1の図7に対応するものである。クロック周波数推定部422による補正が行われなかった場合のサーチ基準周波数を一点鎖線531で示す。ここで、過去のサーチ基準周波数の測定結果として、ある周波数変動情報が周波数差情報格納部424に存在しており、サーチ開始時刻を基準としたときに点線532で表されるものとする。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a change in the search target frequency by the GPS
点線532で示される周波数変動情報は、周波数変動情報管理部414によって、装置動作情報と、発振器温度情報と、サーチが開始されてからの経過時間を示す時間情報と、クロック周波数推定部422から入力された周波数差情報に基づいて選択されたものである。また、既に説明したように、GPSクロック信号は、携帯電話機40の動作状態や温度補償型水晶発振器の温度が同じ条件のとき、ほぼ同一の周波数をとる。すなわち、一点鎖線531で示される補正が行われなかった場合の実サーチ基準周波数は、同図に示すように、点線532で示される周波数変動情報とほぼ同様に変動することが予測される。
Frequency fluctuation information indicated by a dotted
したがって、第5の時刻t5でこのような点線532で示される周波数変動情報を使用した補正が開始された場合、同図に示すように第5の時刻t5以降は実サーチ基準周波数fsは基準周波数fbにほぼ一致した状態を保つことができる。そして、第6の時刻t6で高周波側サーチ対象周波数3011はGPS信号周波数f0に到達する。
Therefore, when the correction using the frequency variation information indicated by this dotted
以上説明したように、本発明の実施の形態2によれば、発振器温度情報と装置動作情報の内容に対応してGPSクロック信号が時間とともにどのように変動するかを表す周波数変動情報を格納しておく。そして、GPS信号のサーチを行う際に、その時点の発振器温度情報と装置動作情報と時間情報を基に該当する周波数変動情報を読み出し、これを使用してサーチ基準周波数の補正を逐次行う。これにより、サーチ開始後にGPSクロック信号が変動する場合でも、実際のサーチ基準周波数を理想値に合わせこむことができ、設定されたサーチ領域についてのGPS信号のサーチをより確実に行うことができる。また、GPSクロック信号の変動を演算によって推測する場合に比べて処理が単純化し、装置への付加を軽減することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the frequency variation information indicating how the GPS clock signal varies with time corresponding to the contents of the oscillator temperature information and the device operation information is stored. Keep it. When searching for a GPS signal, the corresponding frequency variation information is read based on the oscillator temperature information, device operation information, and time information at that time, and the search reference frequency is sequentially corrected using this information. Thereby, even when the GPS clock signal fluctuates after the search starts, the actual search reference frequency can be adjusted to the ideal value, and the GPS signal search for the set search region can be performed more reliably. Further, the processing is simplified and the addition to the apparatus can be reduced as compared with the case where the fluctuation of the GPS clock signal is estimated by calculation.
なお、クロック周波数推定部422は、周波数変動情報管理部414から入力された複数の周波数差情報を基に、実施の形態1と同様にGPS信号の周波数の変化率を演算し、その演算結果を基に基準補正情報の生成を行うようにしてもよい。あるいは、周波数変動情報として、周波数差情報の変化率を示す情報を周波数差情報格納部424に格納してもよい。また、クロック周波数推定部422は、周波数変動情報管理部414に対してGPS信号の周波数の変化率を示す情報を渡すようにし、周波数変動情報管理部414の側でその変化率に該当する周波数変動情報を選択するようにしてもよい。また、周波数差情報格納部424に格納される情報は、過去の自装置での測定値とすることが考えられる。この場合、サーチ開始と対応付けて周波数差情報と時間情報およびその他情報とを測定し、これを記録する機能部を備えるようにすればよい。また、同様の構成を有する他の装置での測定結果を格納するようにしてもよいことは勿論である。
Note that the clock
(実施の形態3)
実サーチ基準周波数を補正する処理を十分に短い周期で行うようにすれば、実サーチ基準周波数の変動速度の補正を省いた形でのGPS信号のサーチを実現ことも可能である。
(Embodiment 3)
If the process for correcting the actual search reference frequency is performed in a sufficiently short cycle, it is possible to realize a GPS signal search without the correction of the fluctuation speed of the actual search reference frequency.
図14は、本発明の実施の形態3に係る信号捕捉装置が使用される移動通信端末装置としての携帯電話機の構成を示すブロック図であり、実施の形態1の図2に対応するものである。そこで、図2と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。この携帯電話機60の基準周波数制御部608は、図2のクロック周波数推定部122は備えておらず、図2の基準周波数設定部121に替えてこれとは異なる処理を行う基準周波数設定部621を備えている。また、携帯電話機60は、図2のトリガ出力部111に替えて、これとは異なる値の周期Sが設定されたトリガ出力部611を備えており、図2の周波数差情報格納部112は備えていない。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a mobile phone as a mobile communication terminal device in which the signal capturing device according to Embodiment 3 of the present invention is used, and corresponds to FIG. 2 of
GPS信号受信部104に対してサーチ周波数制御部109が指示するサーチ対象周波数は、ある程度の周波数幅を有している。また、GPS信号の周波数がこのサーチ対象周波数から外れていてもその周波数差が小さい場合には、捕捉が可能である。したがって、サーチ対象周波数が不連続にシフトしていく場合でも、そのシフト量が十分に小さければその不連続性を無視することが可能となる。したがって、トリガ出力部611には、500ms以下の短い時間に対応する周期Sが設定されている。このことにより、基準周波数制御部608には、図2の基準周波数制御部108に比べて短い周期で周波数差情報が入力される。
The search target frequency instructed by the search
図15は、基準周波数設定部621による基準周波数設定処理の流れを示すフロー図であり、実施の形態1の図5に対応するものである。基準周波数設定部621は、周波数比較部107から周波数差情報が入力されると(ステップS701:YES)、測位の開始が指示されてから2回目以降の周波数差情報の入力ではない場合、すなわちサーチ開始時の場合には(ステップS702:NO)、サーチ周波数制御部109に対してサーチ対象周波数の初期化を指示する(ステップS703)。そして、基準周波数設定部621は、ステップS701で入力された周波数差情報の内容に対応して基準補正情報を生成し、これをサーチ周波数制御部109へと出力する(ステップS704)。そして、再び周波数差情報が入力されるのを待機する(リターン)。一方、2回目以降の周波数差情報の入力があった場合には(ステップS702:YES)、基準周波数設定部621は、サーチ対象周波数の初期化の指示は行わずにステップS704へ進む。
FIG. 15 is a flowchart showing the flow of the reference frequency setting process by the reference
図16は、GPS信号受信部104によるサーチ対象周波数の変化の様子の一例を示す説明図であり、実施の形態1の図7に対応するものである。トリガ出力部611に設定された周期Sが第3の時間Δt3に対応する値であった場合、同図に示すように第3の時間Δt3ごとに実サーチ基準周波数fSは基準周波数fbに補正されることになる。一方で、実施の形態1および2のようにサーチ対象周波数の初期化は行っていないため、サーチ対象周波数301は不連続となる。特に、実サーチ基準周波数fSよりも高い周波数側のサーチ対象周波数3011には周波数帯域の抜けが生じた状態となっている。
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating an example of a change in the search target frequency by the GPS
しかしながら、第3の時間Δt3は短いため、その周波数帯域は非常に狭く、実際のサーチにはほとんど影響を及ぼさない。また、サーチ周波数制御部109が1回にサーチ対象周波数301として指定する周波数帯域の幅を広くしたり、あるいは実サーチ基準周波数fSを基準としたときのサーチ対象周波数301の変化率が小さいサーチ周波数制御アルゴリズムを適用することによって、連続する周波数帯域についてのサーチを行うことが可能である。これにより、ここでは第7の時刻t7にGPS信号が捕捉されることになる。サーチ基準周波数fSを基準としたときのサーチ対象周波数301の変化率が図7と同様の場合、サーチ対象周波数301の変化率第1の時刻t1から第7の時刻t7までに要する時間は、図7の第2の時刻t2から第3の時刻t3までに要する時間とほぼ同一となる。したがって、実サーチ基準周波数fSの変動速度を検出する第1の時間Δt1の分だけより早くGPS信号を捕捉することができる。
However, since the third time Δt 3 is short, its frequency band is very narrow and has little influence on the actual search. In addition, the search
以上説明したように、本発明の実施の形態3によれば、GPSクロック信号の変動速度を無視できる程度にまで実サーチ基準周波数の補正を小刻みに実施する。これにより、実サーチ基準周波数の変動速度の補正を省くことができ、処理が単純化するため、装置の低コスト化や負荷軽減を図ることが可能となる。なお、実施の形態1と同様にGPSクロック信号の周波数の変化率を求め、その変化率に応じてトリガを出力する周期を適切な値に設定するようにしてもよい。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, the correction of the actual search reference frequency is performed in small increments so that the fluctuation speed of the GPS clock signal can be ignored. As a result, the correction of the fluctuation speed of the actual search reference frequency can be omitted, and the process is simplified, so that the cost of the apparatus can be reduced and the load can be reduced. As in the first embodiment, the rate of change of the frequency of the GPS clock signal may be obtained, and the period for outputting the trigger may be set to an appropriate value according to the rate of change.
なお、以上説明した各実施の形態では、GPSクロック信号の比較の対象として、無線基地局との通信で得られるクロック信号を基準クロック信号として使用するようにしたが、他のクロック信号を使用してもよい。たとえば、あるチャネルでGPS信号を捕捉できた場合に、そのGPS信号の搬送波周波数に同期する形で得られるクロック信号を、他のチャネルでのサーチに基準クロック信号として使用するようにしてもよい。また、GPSクロック信号の理想的な周波数がPRNコードのチップレートと同一であるものとして説明を行ったが、当然ながらこれに限定されるものではない。周波数比較部が出力する周波数差情報に、PRNコードのチップレートをGPSクロック信号の理想値で除した値を乗じることによって、同様に適用することが可能である。更に、GPS機能を有する携帯電話機に本願発明を適用する場合について説明したが、これに限るものではなく、周波数が変動する可能性のあるクロック信号を使用して所定の周波数の信号の捕捉を試みるような他の各種装置に適用できることは勿論である。 In each of the embodiments described above, a clock signal obtained by communication with a radio base station is used as a reference clock signal as a target for comparison of GPS clock signals. However, other clock signals are used. May be. For example, when a GPS signal can be acquired on a certain channel, a clock signal obtained in synchronization with the carrier frequency of the GPS signal may be used as a reference clock signal for a search on another channel. Further, although the description has been made assuming that the ideal frequency of the GPS clock signal is the same as the chip rate of the PRN code, it is naturally not limited to this. The frequency difference information output from the frequency comparison unit can be similarly applied by multiplying the value obtained by dividing the chip rate of the PRN code by the ideal value of the GPS clock signal. Furthermore, the case where the present invention is applied to a mobile phone having a GPS function has been described. However, the present invention is not limited to this, and an attempt is made to capture a signal having a predetermined frequency using a clock signal whose frequency may vary. Of course, the present invention can be applied to other various apparatuses.
本願発明は、GPS(Global Positioning System)衛星から送出される信号を捕捉する機能を有する移動体通信端末に用いるに好適である。 The present invention is suitable for use in a mobile communication terminal having a function of capturing a signal transmitted from a GPS (Global Positioning System) satellite.
10、40、60 携帯電話機
20 通信システム
21 携帯電話網
23 無線基地局
24 GPS衛星
101 無線用アンテナ
102 無線通信部
103 GPS用アンテナ
104 GPS信号受信部
105 測位演算部
106 GPS用クロック生成部
107 周波数比較部
108、408、608 基準周波数制御部
109 サーチ周波数制御部
110 タイマ
111、611 トリガ出力部
112 周波数差情報格納部
113 測位開始指示入力部
121、621 基準周波数設定部
122、422 クロック周波数推定部
123 基準補正情報格納部
131 増幅回路
132 第1のミキサ
133 第1の帯域制限フィルタ
134 第2のミキサ
135 第2の帯域制限フィルタ
136 アナログデジタル変換器
137 第3のミキサ
138 積分器
139 周波数逓倍器
140 数値制御発振器
141 PRNコード生成部
414 周波数変動情報管理部
415 ホスト処理部
424 周波数差情報格納部
10, 40, 60
Claims (7)
この周波数差検出手段による複数の時刻での検出結果を基に前記所定のクロック信号の周波数を推定するクロック周波数推定手段と、
前記所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うとともに、そのサーチの対象となる信号の周波数をこのクロック周波数推定手段による推定値に基づいて補正する信号受信手段と、
を具備する信号捕捉装置。 A frequency difference detecting means for detecting a frequency difference as a difference from an ideal value of the frequency of a predetermined clock signal;
Clock frequency estimating means for estimating the frequency of the predetermined clock signal based on detection results at a plurality of times by the frequency difference detecting means;
A signal receiving means for searching for a signal to be captured using the predetermined clock signal as an operation clock, and correcting the frequency of the signal to be searched based on an estimated value by the clock frequency estimating means;
A signal capturing device comprising:
前記サーチの開始からの経過時間を測定するタイマと、
このタイマが測定する前記経過時間に対応する情報を前記周波数差情報格納手段から取得し、前記所定のクロック信号の周波数を推定するクロック周波数推定手段と、
前記所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うとともに、そのサーチの対象となる信号の周波数をこのクロック周波数推定手段による推定値に基づいて補正する信号受信手段と、
を具備する信号捕捉装置。 A frequency difference information storage means for storing information relating to a frequency difference as a difference from an ideal value of the frequency of a predetermined clock signal in association with an elapsed time from the start of a search for a signal to be captured;
A timer for measuring an elapsed time from the start of the search;
Clock frequency estimation means for acquiring information corresponding to the elapsed time measured by the timer from the frequency difference information storage means and estimating the frequency of the predetermined clock signal;
A signal receiving means for searching for a signal to be captured using the predetermined clock signal as an operation clock, and correcting the frequency of the signal to be searched based on an estimated value by the clock frequency estimating means;
A signal capturing device comprising:
前記所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うとともに、この周波数差検出手段が前記検出を行うごとにそのサーチの対象となる信号の周波数をその検出結果に基づいて補正する信号受信手段と、
を具備する信号捕捉装置。 A frequency difference detecting means for repeatedly detecting a frequency difference as a difference from an ideal value of a frequency of a predetermined clock signal at a predetermined period;
The signal to be captured is searched using the predetermined clock signal as an operation clock, and the frequency of the signal to be searched is corrected based on the detection result each time the frequency difference detection unit performs the detection. Signal receiving means for
A signal capturing device comprising:
前記信号受信手段は、このサーチ周波数制御手段による演算結果に基づいてサーチの対象となる信号の周波数を補正することを特徴とする請求項1または請求項2記載の信号捕捉装置。 Search frequency control means for calculating a value obtained by multiplying the frequency of the signal to be searched by the ratio of the ideal value of the frequency of the predetermined clock signal to the estimated value by the clock frequency estimation means,
3. The signal capturing apparatus according to claim 1, wherein the signal receiving unit corrects the frequency of a signal to be searched based on a calculation result by the search frequency control unit.
この周波数差検出ステップによる前記複数の時刻での検出結果を基に前記所定のクロック信号の周波数を推定するクロック周波数推定ステップと、
前記所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行う信号受信手段について、そのサーチの対象となる信号の周波数をこのクロック周波数推定手段による推定値に基づいて補正するサーチ対象周波数制御ステップと、
を具備することを特徴とする信号捕捉方法。
A frequency difference detection step of detecting a frequency difference as a difference from an ideal value of the frequency of a predetermined clock signal at each of a plurality of times; and
A clock frequency estimating step for estimating a frequency of the predetermined clock signal based on detection results at the plurality of times by the frequency difference detecting step;
A search target frequency for correcting a frequency of a signal to be searched based on an estimated value by the clock frequency estimating means for a signal receiving means for searching for a signal to be acquired using the predetermined clock signal as an operation clock Control steps;
A signal acquisition method comprising:
Priority Applications (1)
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