JP2007501383A - Cdma相互相関アーチファクトを軽減し、tdma測位ネットワークにおけるsn比を改善するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
既知の位置に位置する時間順に同期した複数の測位ユニットデバイスは、各送信機が指定された送信タイムスロットにその独特なCDMA測位信号をブロードキャストするように、所定の時分割多重アクセス(TDMA)で測位信号を送信する。位置受信機は、測位ユニットデバイスのネットワークからTDMA測位信号を受信し、測位ユニットデバイスネットワークに対する位置、速度、及び時間(PVT)を決定するように構成されている。一実施の形態においては、位置受信機は、任意の時点に1つの測位信号だけを受信することができる単一の受信チャネルを用いて構成されている。この単一の受信チャネルには、複数の符号分割多重アクセス(CDMA)相関器を再現するように迅速に変更できる相関器アーキテクチャが組込まれている。TDMA相関器エンジンと称するこの迅速に変更可能な相関器アーキテクチャは、TDMA測位信号の受信と同期して、TDMAパルス化CDMAコードシーケンスに相関することができる。TDMA相関器エンジンは、その後に受信される各TDMA測位信号について同一の相関器回路を再使用する。別の実施の形態においては、各チャネルがTDMA相関器エンジンを用いて構成されている多重チャネル構成が、位置受信機に同時に到達するTDMA測位信号に同時に相関する。1つのTDMA相関器エンジンを用いて構成されている位置受信機が複数の連続CDMA相関器を置換し、この位置受信機はTDMA受信シーケンスと自律的に同期するその独特な能力によって従来技術の受信機とは区別される。この同期は、測位ユニットデバイスのネットワークから受信する信号にTDMA相関器エンジンを同期させるいわゆるTDMAシーケンス決定手段を使用して達成される。
時間順に同期した測位ユニットデバイスは、TDMAブロードキャストスキームでCDMA測位信号を位置受信機へ送信する。位置受信機には1つまたはそれ以上の受信チャネルが組込まれており、各受信チャネルにはTDMA相関器エンジンが組込まれている。TDMA相関器エンジンは、位置受信機内のTDMA相関器エンジンの動作を支援するために、迅速に構成可能な擬似乱数(PRN)コードシーケンス発生器、搬送波デジタル制御発振器(DCO)、チャネルマスタータイマー、及び所要の付随ミキサー、累算器、及びインタフェースを含む。TDMA相関器エンジンは、生の同相及び直角(I&Q)データサンプルを、位置受信機内の中央処理ユニット(CPU)へ供給する。位置受信機のCPUは受信チャネルを、従ってTDMA相関器エンジンを管理し、チャネルマスタータイマーに対する特定の時点に特定の相関を遂行させる。受信したTDMA測位信号と同期して行われるTDMA相関器エンジンの順番付けは、1)測位ユニットデバイス送信機の位置及び送信タイムスロット、2)位置、速度、時間(PVT)解から入手した位置受信機の位置及び時間、及び3)チャネルマスタータイマーの状態の知識、を組合わせるTDMAシーケンス決定手段によって制御される。好ましい実施の形態においては、TDMAシーケンス決定手段は、チャネルマスタータイマーに対するその後のTDMA測位信号の到着時点を予測するソフトウェアアルゴリズムを含む。代替実施の形態においては、このプロセスは、ハードウェア及びソフトウェアの両方に分配することができる。
受信したTDMA測位信号とTDMA相関器エンジンとの同期は、TDMAシーケンス決定手段によって確立される。TDMAシーケンス決定手段は、1)測位ユニットデバイス送信機の位置及び送信タイムスロット、2)位置、速度、時間(PVT)解から入手した位置受信機の位置及び時間、及び3)チャネルマスタータイマーの状態、の知識を組合わせる。TDMAシーケンス決定手段のキー機能は、TDMA測位信号の受信時点とチャネルマスタータイマーとの間の関係を確立することである。チャネルマスタータイマーとTDMA測位信号の受信時点との間のタイミング関係は、以下の諸ステップから決定される。
好ましい実施の形態においては、TDMA位置受信機は、普通のRFフロントエンド、CPU、及び1つまたはそれ以上の受信チャネルを含む。各受信チャネルは、TDMA相関器エンジンとして構成されている。高周波(RF)フロントエンドは、デジタルドメインにおいて処理するために、TDMA測位信号を中間周波数(IF)に変換する。CPUは、1つまたはそれ以上の受信チャネルの探索及び追跡機能、特に、各受信チャネルに割当てられているTDMA相関器エンジンを管理する。各受信チャネルは、IFをベースバンドへダウン変換するミキサー、CDMA測位信号を復調するTDMA相関器エンジン、及び同相及び直角(I&Q)相関累積のようなCDMAコード特定測定をCPUへ供給するインタフェースを含む。更に、受信チャネルは、共通タイマー値、カウンタの読み、及び各受信チャネルのTDMA相関器エンジンの状態に関する状態情報のような全てのチャネル動作に共通の情報、及び測定の可用性をCPUへ供給する。
好ましい実施の形態においては、TDMA相関器エンジンは、TDMA送信の受信中に特定のCDMA PRNコードに対する相関プロセスを実行し、累積された同相及び直角(I&Q)データをプログラムされた積分期間毎に1回CPUへ供給するように構成されている。これにより、TDMAシーケンス決定手段によって決定された速さで相関器を再使用することが可能になる。
コードDCOの位相は、TDMA相関器エンジンにおいて他の追跡パラメータがセットされるのと同時にセットされなければならない。伝統的な受信機は、一連の線形フィードバックシフトレジスタ(LFSR)を用いてコード位相をリアルタイムで決定するPRNコードを生成する。コード位相を変化させるためには、線形フィードバックシフトレジスタ(LFSR)を前進させるか、または一定に保持し、到来するブロードキャスト信号に対する相対コード位相を変化させるようにする。TDMA測位信号を用いると、線形フィードバックシフトレジスタ(LFSR)によって生成されたコード位相を、各プログラムされた積分期間毎に正しい位相にスルー(slew)させることは不可能である。それは、コード位相を変化させるのに要する時間が、典型的にTDMAタイムスロット期間内の使用可能な時間よりも遥かに長いからである。従って、本発明においては、コードDCO位相をセットするための異なる方法が必要になる。
位置受信機の起動時には、位置受信機は同期した動作モードへ直接移行するのに十分な情報を有していないかも知れない。これらの場合、位置受信機は、測位ユニットデバイスの同期したネットワークからのTDMA測位信号を取得し、追跡して同期を達成する。TDMA同期プロセスを開始させるために、位置受信機は大域探知を開始し、視界内の(in-view)測位ユニットデバイスの1つから送信された単一の独特なTDMA測位信号を取得する。探索プロセスのこの段階においては、ネットワーク時間及びTDMA測位信号のTDMAブロードキャストシーケンスは未知である。従って、TDMA相関器エンジンは、単一の独特なTDMA測位信号に連続的に相関するようにプログラムされている。取得のこの段階において、位置受信機は、測位ユニットデバイスから送信され、取得したナビゲーションデータに問合わせ、測位ユニットデバイスの送信時点、及びTDMAブロードキャストシーケンスを決定する。送信されたナビゲーションデータは、視界内の他の測位ユニットデバイス及びそれらのPRNコード、及びTDMAブロードキャストシーケンス(即ち、それらの送信タイムスロット)に関する情報をも提供する。第1TDMA測位信号が取得され、ナビゲーションデータに問合わせた後に、位置受信機はナビゲーションデータから粗ネットワーク時間を決定することができる。粗ネットワーク時間と、受信したTDMA測位信号のPRNコード遅延オフセットとの組合わせは、TDMA相関器エンジンを送信された信号の受信時点に粗同期させるために必要なタイミング情報を与える。この粗同期によって、位置受信機は、受信したTDMA測位信号に対して実質的に相関する。第2の独特なTDMA測位信号を取得する前に、第1TDMA測位信号のための追跡パラメータが、CPUメモリのような位置受信機メモリ内に格納される。TDMA相関器エンジンは、第1TDMA測位信号がTDMAブロードキャストシーケンス内に次に現れた時に、先に格納したCPUメモリからの追跡情報をロードし、この次の積分期間のための追跡値を予測することによって、従って取得及び探索プロセスをバイパスすることによって、第1TDMA測位信号へスイッチバックする。
TDMA相関器エンジンを駆動するために使用される位置受信機の局部発振器(LO)の総合安定度は、本発明の結果として得られる測定精度の決定的なファクタである。伝統的な位置受信機は、位置受信機の局部発振器(LO)の変動を受入れるために、連続的に走るコード及び搬送波DCOカウンタを使用している。本発明においては、プログラムされたセッティング、及びチャネルマスタータイマー値に基づいてコード及び搬送波DCO値を予測する上で、位置受信機の局部発振器(LO)の安定度がキーファクタである。好ましい実施の形態においては、位置受信機の局部発振器(LO)を、マスターチャネルタイマーのための基準として使用する。
好ましい実施の形態においては、TDMAブロードキャストシーケンスは測位ユニットデバイスのPRNコードに関連付けられ、好ましくは、代数公式、線形フィードバックシフトレジスタ(LFSR)、または他の何等かの普通の数学的等価を使用して、位置受信機内でリアルタイムで生成される。この実施の形態においては、位置受信機は、受信したPRNコード及びネットワーク時間を所定のTDMAブロードキャストシーケンスに関連付けることによって、送信されたTDMAブロードキャストシーケンスを決定する。これは、TDMA相関器エンジンを、第1の測位ユニットデバイスの取得に高速で同期させることを可能にする。その後のタイムスロット内に出現するその後の測位ユニットデバイスのPRNコードは、PRNコードとTDMAタイムスロットとの間の予めロードされた、または数学的に確立された関係によって決定される。代替として、TDMAブロードキャストシーケンスは、類似の数学的プロセスを通して予め決定し、位置受信機内の不揮発性メモリ内にロードすることができる。
測位ユニットデバイスと位置受信機との間の距離が増加すると、送信されたTDMA測位信号の伝播遅延もそれに応じて増加する。このため、送信されたTDMA測位信号が位置受信機の名目タイムスロット内に完全に受信されなくする。タイムスロットはネットワーク時間に対して等しくバイアスされているので、全ての測位ユニットデバイスが位置受信機から等距離にある場合にはこのようなことは起こらない。しかしながら、測位ユニットデバイスが位置受信機の位置からの距離を大きく変える場合には、TDMA測位信号の受信時点の重複が発生する。位置受信機の位置が変化すると、決定論的アルゴリズムは各測位ユニットデバイスからの伝播遅延を考慮し、測位ユニットデバイス送信の受信時点を最良適合させるようにTDMA相関器エンジンの同期を調整する。この可変修正タイミングプロセスは、積分期間のスタート及びストップ時点のダイナミックな調整を必要とする。例えば、位置受信機が、第1測位ユニットデバイスから10kmに位置し、第2測位ユニットデバイスから100mに位置しているものとする。第1測位ユニットデバイスからの伝播遅延は30マイクロ秒程度であり、第2測位ユニットデバイスからの伝播遅延は300ナノ秒程度である。もしこれら2つのデバイスが近接した91マイクロ秒TDMAタイムスロットでパルスし、第1のデバイスのパルスが第2のデバイスのパルスより先行すれば、位置受信機は約29.7マイクロ秒のパルスの重複を観測する。この情報が与えられると、位置受信機は、任意の積分期間中に受信した相関パワー値を最大にするような手法で、その積分期間のスタート及びストップ時点を調整することができる。位置受信機内において実現される正確な調整方法は、位置受信機に対する性能要求及び特定の名目外TDMA信号受信タイミングに依存しよう。
上述した重複問題は、複数の受信チャネルを組込んだTDMA相関器エンジンを用いる位置受信機を設けた本発明のさらなる実施の形態によって解消することができる。2つのパルスが時間的に重複する場合、前述した近/遠制約の何れかを打破することができれば、2つのチャネルは両PRNコードを同時に追跡することができる。複数の受信チャネルを組込んだTDMA相関器エンジンは、同一TDMAタイムスロット内で送信された複数のPRNコードを追跡する能力をも与える。
Claims (3)
- TDMA測位システムにおいて、正確な測位信号を、少なくとも1つの相関器を用いて構成されている位置受信機に供給する方法であって、前記位置受信機は相互相関アーチファクトを軽減し、高SN比を呈するようになっており、前記方法は、
a)前記測位信号を既知のTDMAシーケンスで送信するステップと、
b)前記位置受信機を前記測位信号の前記既知のTDMAシーケンスに時間順に同期させるステップと、
c)前記既知のTDMAシーケンスと同期して前記測位信号を順次に追跡するように、前記少なくとも1つの相関器を構成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記構成ステップは更に、前記既知のTDMAシーケンスと同期して前記測位信号の擬似乱数(PRN)コードシーケンスを複写する少なくとも1つの擬似乱数(PRN)コードシーケンス発生器を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 既知のTDMAシーケンスでブロードキャストされる複数のTDMA測位信号を順次に受信する方法であって、
a)位置受信機を展開するステップを含み、前記位置受信機は、
i)前記TDMA測位信号を受信し、解釈する手段と、
ii)前記位置受信機に通信するように結合されている少なくとも1つの相関器と、
を含み、前記各相関器は、
I.前記相関器のためのマスタータイミング基準を供給する手段と、
II.前記TDMA測位信号の受信時点と前記マスタータイミング基準との間の関係を解析し、次いで前記マスタータイミング基準に対して前記相関器の積分期間のスタート及びストップ時点を決定する手段と、
III.前記決定されたスタート及びストップ時点に応答し、前記既知のTDMAシーケンスの次のPRNコードを順次に生成する手段と、
を含み、
b)前記位置受信機において少なくとも1つの前記TDMA測位信号を受信し、前記TDMA信号の前記受信時点を決定するステップと、
c)前記決定された受信時点を前記少なくとも1つの相関器へ伝え、それによって前記TDMA測位信号の受信に同期してPRNシーケンスを生成するステップと、
を更に含むことを特徴とする方法。
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