JP2011254491A - 周波数捕捉システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが単一の局部発振器を有する単一の受信機で携帯電話とＧＰＳ機能を同時に操作可能にする周波数捕捉のためのシステム、方法および装置を提供する。
【解決手段】ナビゲーションのためのＧＰＳ信号を捕捉しながら、データおよび／または音声信号を携帯電話で受信可能にする。それぞれの信号を捕捉し、これらの信号に関連する任意の周波数エラーを訂正し、ＧＰＳシステムにより正確な位置を検出しながら、モバイルネットワークを介してデータを送受信するのに適したローカルタイミングリファレンスを維持するためのデジタル回転子と局部発振器を採用する。
【選択図】図３

Description

この出願は、参照することによりその全体が組み込まれる２００５年１０月２７日に出願した「同時ＧＰＳ動作を用いた符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）周波数捕捉」(CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (CDMA) FREQUENCY ACQUISITION WITH SIMULTANEOUS GPS OPERATION)というタイトルの米国仮出願シリアル番号第６０／７３１，５６２の利益を主張する。

この発明は一般に通信に関し、特に同時ＧＰＳ動作を用いた無線通信のための周波数捕捉の新規で改良されたシステムおよび方法に関する。

モバイル電話技術の発展は、本明細書において一般にＧＰＳ機能と呼ばれるナビゲーション機能を有したテレフォニー技術の潜在的統合をもたらした。

ＧＰＳと自動車電話の並行開発は、同時に単一の受信機に影響を与える大量のデータと信号の収束をもたらした。特に、多くの携帯電話は、電子メールを受信し、ワールドワイドウエブをブラウズし、通信回線に接続されたコネクションを有するパーソナルコンピューターに以前は委ねられていた他のタスクを有用にさせる高データレート機能を有して開発される。

携帯電話の１つの観点は、受信機にデータ、音声またはマルチメディア信号を送信している１つ以上の基地局と受信機の同期化を保証することである。マルチパス伝搬を含む種々の送信ファクターにより、同じ基地局から受信機に向けられる同一の信号はしばしば異なる時間に到着し、信号の周波数エラーおよび位相シフトを生じ、受信機に性能を劣化させる。典型的な携帯電話は局部発振器を使用してローカルタイミングリファレンス信号を維持し、この周波数エラーを訂正し、受信機の最適な性能を保証する。無線通信サービスを開始するとき、局部発振器は、基地局の基準周波数と一致するように出来るだけ調節される。この手続は（周波数）捕捉と呼ばれ、典型的に局部発振器に対する高速で大規模な変更を含む。

また、ＧＰＳシステムは、受信機を有するユーザーの正確なナビゲーションを保証するために安定したローカルタイミングリファレンスを必要とする。受信機の位置は、少なくとも一部分１つ以上の衛星から受信された信号のタイミングにより決定される。局部タイミングリファレンスが信頼できないなら、衛星に対して受信機の位置は周知ではなく、受信機のいかなるナビゲーション特徴も疑わしいであろう。正確なローカルタイミングリファレンスを保証するために、受信機は、典型的に、正確なロケーションおよびナビゲーション情報をユーザーに供給するのに十分安定した局部発振器を採用する。

それゆえ、携帯電話とＧＰＳナビゲーションを単一の受信機に組み合わせることは、両方のシステムがローカルタイミングリファレンスを供給するために局部発振器に依存しているので問題を起こす。しかしながら、捕捉中に、周波数訂正における大きなジャンプにより局部発振器の動作は不安定である。この問題に対する以前の１つの解決法は、ＧＰＳとテレフォニー機能の各々に対して１つづつ、各受信機において２つの局部発振器を持つことである。この解決法は、受信機の製造に著しいコストを付加し、各発振器は独自の制御、温度補償、および絶縁を持たなければならないので、限定されたパッケージングオプションを供給する。この問題に対する他の解決法は、受信機ＧＰＳと電話機能の同時動作を可能にせず、一度に１つの機能のみのために単一の局部発振器を使用することである。

この解決方法も、任意の受信機の機能を区分化し、それはそれで消費者に対してその受信機の価値を減少するので望ましくない。

それゆえ、必要なものは、ユーザーが単一の局部発振器を有する単一の受信機で携帯電話とＧＰＳ機能を同時に操作可能にする周波数捕捉システム、方法または受信機を提供する発明である。

従って、この発明は、デジタル回転子と局部発振器を含む周波数制御システムを有する周波数捕捉のための受信機を含む。デジタル回転子は、無線信号の周波数エラーを訂正することができ、それにより受信機と基地局との間の通信を可能にするタイミング信号を作成することができる。周波数制御システムは、周波数エラーの大きさに応答して無線信号に関連する周波数エラーを訂正するためにデジタル回転子と局部発振器の一方または両方を動作させるように適合される。

以下に記載される受信機は、デジタル回転子および局部発振器と通信するコントローラーをさらに含む。コントローラーは、無線信号に関連する周波数エラーを受信し、周波数エラーを第１のしきい値と比較するように適合される。コントローラーはさらに第１のしきい値未満である周波数エラーに応答して周波数エラーを訂正するためにデジタル回転子を制御するように適合される。コントローラーはさらに第１のしきい値より大きい周波数エラーに応答して周波数エラーを訂正するために局部発振器を制御するように適合される。

また、この発明は、最近の良好なシステム（ＲＧＳ）値に応答して局部発振器の周波数を確立するステップと、無線信号を受信するステップと、無線信号に関連する周波数エラーを計算するステップを含む周波数捕捉の方法を含む。以下に記載する方法はさらに、周波数エラーを第１のしきい値と比較するステップと、第１のしきい値未満の周波数エラーに応答してデジタル回転子を用いて周波数エラーを訂正するステップと、第１のしきい値より大きい周波数エラーに応答して局部発振器を用いて周波数エラー訂正するステップとを含む。

この発明はさらに周波数捕捉のためのシステムを含む。システムは、無線信号に関連した周波数エラーを捕捉するように適合されたデジタル回転子を含む。デジタル回転子は、第１のしきい値未満の周波数エラーに応答して周波数エラーを訂正するように適合される。好適実施形態のシステムはまたデジタル回転子に接続された局部発振器を含む。局部発振器は第１のしきい値より大きい周波数エラーに応答して周波数エラーを訂正するように適合される。

この発明のさらなる特徴と利点は以下の図を参照して好適実施形態と動作モードに関して以下に詳細に記載される。

図１はこの発明の好適実施形態に従う同期無線信号とＧＰＳ信号周波数捕捉のシステムの概略図である。 図２はこの発明の好適実施形態に従う周波数捕捉のための装置の概略図である。 図３はこの発明の好適実施形態に従って周波数捕捉のための方法を表現するフローチャートである。 図４は典型的な従来技術のタイムトラッキングループ（ＴＴＬ）の概略図である。 図５は典型的な従来技術のＴＴＬのタイムトラッキング動作をモデル化したグラフである。 図６はこの発明の好適実施形態の第２の変化における周波数捕捉に適合されたタイムトラッキングループ（ＴＴＬ）の概略図である。 図７は、図６に示されるＴＴＬのタイムトラッキング動作をモデル化したグラフである。

この発明は、上述した図を参照して好適実施形態に関して以下に記載される。当業者は、以下の詳細な記述は事実上例示であり、この発明の範囲は添付されたクレームにより定義される。

図１は同期または実質的同期無線信号およびＧＰＳ信号周波数捕捉のためのシステム１０の概略図である。図示されるように、この実施形態は、周波数捕捉のための受信機１２を含む。好適実施形態の受信機１２は、無線通信基地局１４および複数の宇宙船（ＳＶｓ）１６ａ、１６ｂ、１６ｃと通信している。受信機１２は、音声の送受信またはデータ送信のために構成され、また全地球測位システム（ＧＰＳ）を介して受信機１２の位置を決定するための複数のＳＶｓ１６ａ、１６ｂ、１６ｃからの信号を受信するように適合される、例えば携帯電話を含むことができる。

ＧＰＳシステムは、ＮＡＶＳＴＡＲグローバルポジショニングシステム、ロシア共和国により維持されるＧＬＯＮＡＳＳ ＧＰＳまたはヨーロッパにおいて提案されたＧＡＬＩＬＥＯシステムの１つまたはそれ以上を含むことができる。ＮＡＶＳＴＡＲシステムはＬ１周波数として知られる、１．５７５４２ＧＨｚでキャリア信号にＢＰＳＫ（バイナリ位相シフトキーイング）変調されるダイレクトシーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）信号により毎秒５０ビットのデータレートでナビゲーションメッセージを送信する複数のＳＶｓ１６ａ、１６ｂ、１６ｃを含む。信号を拡散するために、各ＳＶ１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、１．０２３ＭＨｚのチップレートおよび１０２３チップの長さを有する擬似ランダムノイズ（ＰＮ）コード（また、粗捕捉またはＣ／Ａコードとも呼ばれる）の異なる１つまたはセットを使用する。また、複数のＳＶｓ１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、Ｌ２周波数と呼ばれる、１．２２７６０ＧＨｚでキャリア信号に変調される１０．２３ＭＨｚコードを介してメッセージを送信することができる。受信機１２により受信される信号は、二次元または三次元内の位置を計算するために使用される。典型的に、少なくとも４つのＳＶｓからの信号は三次元内の位置を決定することを要求され、少なくとも３つのＳＶｓからの信号は二次元内の位置を決定することを要求される。

受信機１２は複数の無線システムの１つ上で動作するように構成することができる。無線システムは符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）またはその他の変調技術に基づくことができる。ＣＤＭＡシステムは、増大されたシステムキャパシティを含む、他のタイプのシステムに対してある利点を提供する。あるいは、受信機１２は、例えばＡＭＰＳシステムおよびＧＳＭ(登録商標）システムを含む非ＣＤＭＡシステム上で動作するように構成することができる。

ＣＤＭＡシステムは、ＴＩＡ、ＥＩＡ、３ＧＰＰ、３ＧＰＰ２、ＣＷＴＳ（中国）、ＡＲＩＢ（日本）、ＴＴＣ（日本）、ＴＴＡ（韓国）、ＩＴＵおよび／またはＥＴＳＩ（ヨーロッパ）、ＣＤＭＡ、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳ、ＩＳ−９５−Ａ／Ｂ／Ｃ（ｃｄｍａＯｎｅ）、ＩＳ−９８、ＩＳ−８３５−Ａ（ｃｄｍａ２０００）、ＩＳ−８５６（ｃｄｍａ２０００ＨＤＲ）、ＩＳ−２０００．１−ＡおよびＩＳ−２０００シリーズ、ＩＳ−７０７−Ａ、ｃｄｍａ２０００１ｘＥＶ、ｃｄｍａ２０００１ｘＥＶ−DO、ｃｄｍａ２０００１ｘＥＶ−ＤＶ、ｃｄｍａ２０００３ｘ、３ＧＰＰ２ ｃｄｍａ２０００およびＩＭＴ−２０００により発布された規格のような１つ以上のＣＤＭＡ規格をサポートするように設計することができる。受信機１２は、８００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、および／または１９００ＭＨｚのまたはその付近の帯域で通信するように適合することができる。受信機１２は、さらに少なくともバイナリＰＳＫ（ＢＰＳＫ）、直交ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）、オフセットＱＰＳＫ（ＯＱＰＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）、最小シフトキーイング（ＭＳＫ）、またはガウスＭＳＫ（ＧＭＳＫ）を含むＭ進位相シフトキーイングの異なるモードを介して通信するように適合することができる。他の変形物において、受信機１２は、ＤＶＢ−Ｈ（デジタルビデオブロードキャスト−ハンドヘルド）信号またはＤＡＢ／ＤＭＢ（デジタルオーディオ／マルチメディアブロードキャスト）またはＭｅｄｉａＦＬＯ（フォワードリンクのみ）信号を受信するように構成することができる。

図２に示されるように、好適実施形態の受信機１２は、無線信号を受信するように適合されたアンテナ２０を含み、それは上述した規格のいずれかに従ってフォーマットされてもよい。アンテナ２０はさらにＧＰＳ信号を受信するように適合される。上述したように、ＧＰＳ信号という用語は、NAVSＴＡＲグローバルポジショニングシステム、ロシア共和国により維持されるＧＬＯＮＡＳＳ ＧＰＳ、またはヨーロッパで提案されたＧＡＬＩＬＥＯシステムの１つまたはそれ以上から受信した任意の信号を含む。

好適実施形態の受信機１２は、デジタル回転子と局部発振器３０を含む周波数制御システム１８を含む。デジタル回転子２８は無線信号の周波数エラーを訂正するように機能し、それにより受信機１２と基地局１４との間の通信を可能にするタイミング信号２６を作る。例示デジタル回転子２８は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願シリアル番号第１１／４３０，６１３に記載されている。局部発振器３０は、受信された無線信号との実質的な同期においてタイミング信号２６を維持するように機能し、無線通信システムとＧＰＳシステムの両方の機能性を可能にする。適切な局部発振器３０は、誘導発振器（ＬＣ発振器）、水晶発振器（ＸＯ）、弾性表面波（ＳＡＷ）装置、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）、電圧制御温度補償型水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）を含むことができる。周波数制御システム１８は、周波数エラー２２の大きさに応答して、無線信号に関連した周波数エラーを訂正するためにデジタル回転子２８と局部発振器３０の一方または両方を動作させるように適合される。

好適実施形態の受信機１２はさらにデジタル回転子２８および局部発振器３０と通信するコントローラー２４を含む。コントローラー２４は、無線信号に関連する周波数エラーを受信し、周波数エラーを第１のしきい値と比較するように適合される。コントローラー２４はさらにデジタル回転子２８を制御し、第１のしきい値未満である周波数エラーに応答して周波数エラー２２を訂正するように適合される。コントローラー２４はさらに局部発振器３０を制御し、第１のしきい値より大きい周波数エラーに応答して周波数エラー２２を訂正するように適合される。

図３は図２と共に記載されたこの発明の好適実施形態の動作を示すフローチャートである。動作において、コントローラー２４は、ＧＰＳ信号の同時受信を可能にしながら局部発振器３０を安定状態に維持するように機能する。捕捉中に、局部発振器３０と基地局１４との間の周波数エラー２２は大きくなるかもしれない（例えば、電話内の温度変化またはドップラーシフトにより生じる）、それは、通常最新の局部発振器３０内で大きなジャンプ(jump)を生じるであろう。ＧＰＳ動作期間中の局部発振器３０内の任意の大きなジャンプは、ＧＰＳシステムのナビゲーション特徴の精度を実質的に損なうであろう。このため、開始３８の後、好適実施形態のコントローラー２４は、捕捉４０のために局部発振器のイニシャル値を設定する必要があるか否かを判断する。ＧＰＳがすでに作動しているなら（そして従って発振器がすでに準備されているなら）それは続行することができる５６。そうでなければ、コントローラーは、局部発振器３０の周波数を所定の値、すなわち、最近の良好なシステム（ＲＧＳ）値４２に設定する。ＲＧＳ値は、以前のシステムのＡＦＣ動作から典型的に得られた局部発振器のための初期設定値である。どんな場合でも、コントローラー２４は、回転子に基づいた周波数プルイン(rotator based frequency pull in)により残りの周波数エラーを訂正するためにデジタル回転子２８を利用するようにさらに適合される。周波数エラー２２が第１のしきい値未満なら、周波数捕捉は完了される４６。

第１のしきい値は、局部発振器３０がやるとしてもＧＰＳシステムにより設定された発振値からめったにそらさないように選択された所定の値である。上述したように、周波数エラー２２が第１のしきい値６０より大きいインスタンスにおいて、コントローラー２４は、局部発振器３０を制御して、ＧＰＳに大きなＶＣＴＣＸＯの変化を通知し、回転子エラーをＶＣＴＣＸＯに転送し、回転子をリセットし、Ｖ−ＡＦＣベースの周波数プルイン５０を実行することにより基地局１４に関して周波数エラー２２を訂正するであろう。周波数エラーが第１のしきい値未満なら６２。Ｒ−ＡＦＣベース周波数トラッキングは実行され、システムは、Ｘスロット４８を待つ。

好適実施形態の第１の変形において、コントローラー２４は、周波数エラー２２を第２のしきい値５２と比較し、第２のしきい値６４より大きい周波数エラー２２に応答して周波数エラー２２を訂正するようにさらに適合される。第１のしきい値は、例えば、周波数公差および捕捉エラーを含むことができ、第２のしきい値は、周波数公差を含むことができる。そのため、典型的な状況において、第２のしきい値は、第１のしきい値未満であろう。

好適実施形態の第２の変形において、コントローラー２４は、ＧＰＳシステムに局部発振器３０に関連する周波数変化を通知するように適合される。動作において、周波数エラー２２が第１のしきい値６０より大きければ、コントローラー２４は、周波数エラー２２を訂正するために局部発振器３０を制御するであろう。以前に述べたように、局部発振器３０の周波数における大きなジャンプは、ＧＰＳシステムのナビゲーション測定における実質的なエラーを生じる可能性がある。従って、コントローラー２４は、局部発振器２４が受信機１２のナビゲーション特徴への影響を最小限に抑えて制御することができるようにＧＰＳシステム５０に通知するように適合される。

好適実施形態の第２の変化の第１の代替案において、コントローラー２４は、局部発振器３０により周波数エラー２２の訂正と実質的に同時にＧＰＳシステムサーチを一時停止するように適合される。あるいは、コントローラー２４は、ＧＰＳシステムによるサーチと実質的に同時に局部発振器３０による周波数エラー２２の訂正を一時停止するように適合することができる。これらの代替案の各々において、周波数エラー２２は、第１のしきい値を超え、それゆえ、コントローラー２４は、受信機１２の性能上の局部発振器３０の周波数変化の影響を最小にするために緩和ステップ５０を取るように適合される。

好適実施形態の第３の変形において、コントローラー２４は、デジタル回転子２８と局部発振器３０を制御し、第２のしきい値未満である周波数エラー２２に応答して周波数エラー２２を制御するように適合される６４。このインスタンスにおいて、周波数エラー２２は、局部発振器３０のエンゲージメント(engagement)が受信機１２のナビゲーション特徴にエラーを恐らく生じないように十分低い。そのため、コントローラー２４は、周波数エラー２２をデジタル回転子部分と局部発振器部分に分割することができる。各部分は周波数制御システム５４のそれぞれのコンポーネントにより訂正される。あるいは、コントローラー２４は、周波数エラー２２を訂正するためにデジタル回転子２８または局部発振器３０を使用するように適合することができる。

好適実施形態の第４の変形において、コントローラー２４は、デジタル回転子２８に関連したフィンガタイミングエラーを計算するように適合される。このインスタンスにおいて、局部発振器の周波数のエラーは、無線信号の捕捉フェーズの期間受信機の性能に影響を及ぼす可能性がある。特に、局部発振器３０のエラーが所定値より大きければ、フィンガタイミングエラーを訂正する従来の手段は、不十分であることを立証するであろう。すなわち、図４に示される従来のタイムトラッキングループ３２（ＴＴＬ）は、局部発振器３０内の大きなエラーにより生じたフィンガタイミングのドリフトを修正するのに不十分な最大調節レートを有する。例えば、図５は、５ｐｐｍステップ周波数エラー入力が適用されるとき典型的な従来のレガシーの出力を示す。この図において、実際のタイミングエラーおよびレガシーＴＴＬ出力は、ハーフスロット番号の関数としてプロットされる。図に示すように、レガシーＴＴＬ出力は、実際のタイムエラーに遅れる。また、ＴＴＬは、タイムエラーの大部分を訂正することができないので、電話はこの時点で捕捉することができないので、ほぼ５００ハーフスロットを超えるレガシーＴＴＬ出力は無い。

そのため、好適実施形態の第４の変形に対する代替案において、受信機１２は図４の従来のＴＴＬ３２に類似するが異なる利得およびスルーレート制限を使用するＴＴＬ１２を含む。利得の値およびＴＴＬ３２のスルーレートは、フィンガタイミングドリフトを適切に追跡するために十分な速度をＴＴＬ３２に供給するように選択される。この修正されたＴＴＬ３２は、デジタル回転子２８に関連するタイミングエラーを訂正するのを支援する。図７はこの修正されたＴＴＬ３２のトラッキング能力の図式モデルである。図７に示すように、修正されたＴＴＬ３２は、百万分（ｐｐｍ）の５の周波数エラーでハーフスロットの大きなレンジにわたるトラッキングフィンガタイミングエラーに非常に熟達している。

あるいは図６に示されるように、ＴＴＬ３２は、周波数エラーに比例するドリフトレートに応答してタイミングエラーを訂正するように適合される。この例において、周波数エラー２２は、フィンガタイミングドリフトレートを計算するために利用される。次にそれは、局部発振器３０におけるエラーの大きさに関係なくフィンガを追跡するのに常に十分高速であるようにＴＴＬ３２にフィードフォワード(fed forward)される。図７は図６に示されるＴＴＬ３２のトラッキング能力の図式モデルである。図７に示すように、修正されたＴＴＬ３２は、百万分（ｐｐｍ）の５の周波数エラーでハーフスロットの大きなレンジにわたるトラッキングフィンガタイミングエラーに非常に熟達している。

また、この発明は周波数捕捉の方法を含む。図３に示されるように、好適実施形態の方法は、最近の良好なシステム（ＲＧＳ）値に応答して局部発振器の周波数を確立するステップと、無線信号を受信するステップと、無線信号に関連する周波数エラーを計算するステップを含む。好適実施形態の方法はさらに、周波数エラーを第１のしきい値と比較するステップと、第１のしきい値未満である周波数エラーに応答してデジタル回転子を利用して周波数エラーを訂正するステップと、第１のしきい値より大きい周波数エラーに応答して局部発振器を利用して周波数エラーを訂正するステップを含む。

デジタル回転子は、無線信号の周波数エラーを訂正するように機能し、それにより受信機と基地局との間の通信を可能にするタイミング信号を作成する。例示デジタル回転子は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願シリアル番号第１１／４３０、６１３に記載されている。局部発振器は、受信された無線信号に実質的に同期してタイミング信号を維持するように機能し、無線通信とＧＰＳシステムの両方の機能性を許容する。適切な局部発振器は、誘導発振器（ＬＣ発振器）、水晶発振器（ＸＯ）、表面弾性波（ＳＡＷ）装置、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）、または電圧制御温度補償型水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）を含む。好適実施形態の方法は、周波数エラーの大きさに応答して、無線信号に関連する周波数エラーを訂正するためにデジタル回転子および局部発振器の一方または両方を動作させる。

好適実施形態の第１の変形において、方法は、さらに周波数エラーを第２のしきい値と比較するステップと、第２のしきい値未満である周波数エラーに応答して局部発振器を利用して周波数エラーを訂正するステップとを含む。第１のしきい値は、例えば、周波数公差および捕捉エラーを含むことができ、第２のしきい値は周波数公差を含むことができる。そのため、典型的な状況において、第２のしきい値は、第１のしきい値未満であろう。

好適実施形態の第２の変形において、方法は、無線信号の捕捉期間に過度に修正されないように局部発振器の周波数をイニシャライズするステップをさらに含む。局部発振器のイニシャル値を設定するための値はＲＧＳから来る。

好適実施形態の３番目の変形において、方法は、局部発振器を利用して周波数エラーを訂正するステップに関連した局部発振器に関連した周波数変化をＧＰＳシステムに通知するステップを含む。方法によれば、周波数エラーが第１のしきい値により大きいなら、局部発振器は、周波数エラーを訂正するために使用される。上述したように、局部発振器周波数内の大きなジャンプは、ＧＰＳシステムのナビゲーション測定において実質的なエラーを生じさせることができる。従って、方法は、ＧＰＳシステムのナビゲーション機能に対する最小の影響で局部発振器が制御できるようにＧＰＳシステムに通知するステップを含む。

あるいは、方法は、局部発振器による周波数エラーの訂正と実質的に同時に起こるＧＰＳシステムサーチを一時停止するステップを含むことができる。あるいは、方法は、ＧＰＳシステムによるサーチと実質的に同時に起こる局部発振器による周波数エラーの訂正を一時停止するステップを含むことができる。これらの代替案の各々において、周波数エラーは第１のしきい値を超え、それにより方法は、ＧＰＳシステムの性能に対して局部発振器周波数変化の影響を最小にするために緩和ステップを実行する。

好適実施形態の第４の変形において、方法は、第２のしきい値未満である周波数エラーに応答してデジタル回転子または局部発振器の一方を利用して周波数エラーを訂正するステップを記載する。このインスタンスにおいて、周波数エラーは十分に低いので、局部発振器のエンゲージメントは、おそらくＧＰＳシステムのナビゲーション特徴内にエラーを生じないであろう。そのため、第３の変形に対する代わりの方法において、方法は、周波数エラーをデジタル回転子部分と局部発振器部分に分割するステップを記載する。各部分は、周波数制御システムのそれぞれのコンポーネントにより訂正される。あるいは、方法は、第２のしきい値未満である周波数エラーに応答してデジタル回転子および局部発振器の一方または両方を利用して周波数エラーを訂正するステップをさらに含むことができる。

好適実施形態の第５の変形において、方法は、デジタル回転子に関連するフィンガタイミングエラーを計算するステップを含む。この変形において、局部発振器の周波数のエラーは無線信号の捕捉に影響を与える可能性がある。特に、局部発振器内のエラーが所定値より大きいなら、フィンガタイミングエラーを訂正するための従来の手段は、不十分であることを立証するであろう。すなわち、従来のタイムトラッキングループ（ＴＴＬ）は、局部発振器内の大きなエラーにより生じたフィンガタイミングにおけるドリフトを訂正するのに不十分である最大調節レートを有する。

そのため、好適実施形態の第５の変形に対する１つの代替案において、方法は、所定の利得と所定のスルーレートを有したＴＴＬを利用してタイミングエラーを訂正するステップを記載する。利得の値およびＴＴＬのスルーレートは、フィンガタイミングドリフトを適切に追跡するための十分な速度をＴＴＬに供給するように選択される。上述したように、所定の利得とスルーレートリミットを有した、図４に示されるＴＴＬは、デジタル回転子に関連するタイミングエラーを訂正するように機能する。他の代替案において、ＴＴＬは周波数エラーに比例するドリフトレートに応答してタイミングエラーを訂正するように適合し得る。この例において、周波数エラーは、フィンガタイミングドリフトレートを計算するために利用される。次にそれは局部発振器内のエラーの大きさに関係なくフィンガを追跡するのに常に十分高速であるようにＴＴＬにフィードフォワードされる。

また、この発明は周期捕捉のためのシステム１８を含む。再び図２を参照すると、システムは、無線信号に関連する周波数エラーを捕捉するように適合されたデジタル回転子２８を含み、デジタル回転子は、第１のしきい値未満の周波数エラーに応答して周波数エラーを訂正するように適合される。また、好適実施形態のシステム１８は、デジタル回転子２８に接続された局部発振器３０を含む。局部発振器３０は、第１のしきい値より大きい周波数エラーに応答して周波数エラーに訂正するように適合される。上に記載されず２に示されるタイプのコントローラー２４を介する場合を含めて、さまざまな手段を介して、デジタル回転子２８と局部発振器３０は接続可能である。

デジタル回転子２８は、無線信号の周波数エラーを訂正するように機能し、それにより図１に示される受信機と基地局との間の通信を可能にするタイミング信号を作成する。典型的なデジタル回転子２８は、参照することによりその全体が組み込まれる米国特許シリアル番号第１１／４３０，６１３に記載されている。局部発振器３０は、受信した無線信号と実質的に同期したタイミング信号２６を維持するように機能し、無線通信とＧＰＳシステムの両方の機能性を可能にする。適切な発振器３０は、誘導発振器（ＬＣ発振器）、水晶発振器（ＸＯ）、表面弾性波（ＳＡＷ）装置、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）、または電圧制御温度補償型水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）を含む。システム１８は、周波数エラーの大きさに応答して、無線信号に関連する周波数エラーを訂正するためにデジタル回転子２８と局部発振器３０の一方または両方を動作するように適合される。

好適実施形態の第１の変形において、システム１８はさらに周波数エラーを第１のしきい値と比較する手段をさらに含む。比較するための適切な手段は、上述したタイプの受信機１２に統合することができるコントローラー２４を参照して上に詳細が述べられている。コントローラー２４は、デジタル動作またはアナログ動作を含む集積回路並びに任意の適切なメモリ、周波数エラーを第１のしきい値と比較するのに必要な処理キャパシティおよび電子通信回路を含む１つ以上のハードウエアまたはソフトウエアコンポーネントを含むことができる。好適実施形態の第１の変形に対する１つの代替案において、比較手段は周波数エラーを第２のしきい値と比較する手段を含む。第２のしきい値は第１のしきい値未満である。上述したように、第１のしきい値は、例えば所定値の周波数公差と、所定レンジ内の捕捉エラーを含むことができ、第２のしきい値は所定の値の周波数公差を含むことができる。そのため、典型的な状況において、第２のしきい値は第１のしきい値未満であろう。

好適実施形態の第１の変形に対する１つの代替案において、デジタル回転子２８と局部発振器３０は、第２のしきい値未満である周波数エラーに応答して周波数発エラーを強調的に訂正するように適合される。そのため、システム１８は、周波数エラーを訂正するためにデジタル回転子２８と局部発振器３０の一方または両方を採用することができる。デジタル回転子２８と局部発振器３０の利用はさらに例えば周波数エラーの大きさと任意のＧＰＳシステムサーチのステータスに依存することができる。

好適実施形態の第２の変形において、システム１８はデータ回転子２８に接続されたＴＴＬ３２を含む。ＴＴＬ３２はデジタル回転子２８に関連する所定値のフィンガタイミングエラー７０を訂正するように適合される。１つの代替案において、ＴＴＬ３２は図４に示すように所定の利得７２および所定のスルーレートリミット７４で構成される。スルーレートリミッター７４の出力は、アキュムレーターおよびフィンガアドバンス／リタード(advance/retard)ロジックブロック７６に供給される。このブロックフィンガ位置のエラーを計算し進歩／遅延コマンドをフィンガ７８に発行する。ＴＴＬ３２の利得７２とスルーレート７４の値はフィンガタイミングドリフトを適切に追跡するために十分な速度をＴＴＬ３２に供給するように選択される。図４に示されるＴＴＬ３２は、デジタル回転子２８に関連するタイミングエラーを訂正するように適合される。あるいは、図６に示すように、ＴＴＬ３２は周波数エラーに比例するドリフトレートに応答してフィンガタイミングエラー８０を訂正するように適合されることができる。ＴＴＬは所定の利得８２およびスルーレートリミット８４で構成される。さらに、周波数エラー８６はフィンガタイミングドリフトレートを計算するために利用される。次に、これはアキュムレーターおよびフィンガアドバンス／リタードロジックブロック９０に供給される。このブロックはフィンガ位置内のエラーを計算し、進歩／遅延コマンドをフィンガ９２に発行する。このＴＴＬ３２は局部発振器３０内のエラーの大きさに関係なくフィンガを追跡するのに十分高速である。本明細書に記載された図４および６に示されたＴＴＬ実施形態の追跡能力のグラフィックモデルは図７に提供される。

好適実施形態の第３の変形において、局部発振器３０は、ＧＰＳシステムサーチと実質的に同時に起こる周波数エラーの訂正を一時停止するように適合される。本明細書に使用されるように、ＧＰＳシステムサーチという用語は、上述したタイプのＧＰＳシステムから受信された任意の信号を含む。上述するように、局部発振器３０の周波数における大きな変化または予期しない変化が生じる任意のインスタンスはＧＰＳシステムの性能に害を及ぼす。従って、システム１８の局部発振器３０は、ＧＰＳシステムの精度を保証するためにＧＰＳシステムサーチの期間に、例えば、上述したＲＧＳ値のような所定値を維持するように適合される。

この発明は、これらの好適実施形態を特別に参照して詳細に記載されたけれども、他の実施形態は同じ結果を得ることができる。好適実施形態の変化および変更は当業者には明白であり、すべてのそのような変更および均等物を添付されたクレームにおいてカバーすることが意図される。上で引用されたすべてのリファレンス、アプリケーション、特許、及び出版物の全体の開示は参照することにより本明細書に含まれる。

この発明は、これらの好適実施形態を特別に参照して詳細に記載されたけれども、他の実施形態は同じ結果を得ることができる。好適実施形態の変化および変更は当業者には明白であり、すべてのそのような変更および均等物を添付されたクレームにおいてカバーすることが意図される。上で引用されたすべてのリファレンス、アプリケーション、特許、及び出版物の全体の開示は参照することにより本明細書に含まれる。
以下に他の実施形態を示す。
［１］下記を具備する周波数獲得の方法：
最近の良好なシステム（ＲＧＳ）値に応答して局部発振器の周波数を確立する；
無線信号を受信する；
前記無線信号に関連する周波数エラーを計算する；
前記周波数エラーを第１のしきい値と比較する；
前記第１のしきい値未満である前記周波数エラーに応答してデジタル回転子を利用して前記周波数エラーを訂正する；
前記第１のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正する。
［２］前記周波数エラーを第２のしきい値と比較するステップと、前記第２のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正するステップをさらに備えた、［１］の方法。
［３］前記第２のしきい値は前記第１のしきい値未満である、［２］の方法。
［４］前記第１のしきい値は周波数公差および獲得エラーを含む、［３］の方法。
［５］前記第２のしきい値は周波数公差を含む、［３］の方法。
［６］ＧＰＳ信号を受け取るステップをさらに備えた、［１］の方法。
［７］前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正するステップに関連する前記局部発振器に関連する周波数変化をＧＰＳシステムに通知するステップをさらに備えた、［１］の方法。
［８］前記局部発振器による周波数エラーの訂正と実質的に同時に起こるＧＰＳシステムサーチを一時停止するステップをさらに備えた、［７］の方法。
［９］前記ＧＰＳシステムによるサーチと実質的に同時に起こる前記局部発振器による前記周波数エラーの訂正を一時停止するステップをさらに備えた［７］の方法。
［１０］前記第２のしきい値未満である前記周波数エラーに応答して前記デジタル回転子および前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正するステップをさらに備えた、［２］の方法。
［１１］前記周波数エラーをデジタル回転子部分と局部発振器部分に分割するステップをさらに備えた、［１］の方法。
［１２］前記デジタル回転子に関連するフィンガタイミングエラーを計算するステップをさらに備えた、［１］の方法。
［１３］所定の利得と所定のスルーレートを有したタイムトラッキングループを利用して前記タイミングエラーを訂正するステップをさらに備えた、［１２］の方法。
［１４］前記周波数エラーに比例するドリフトレートを有したタイムトラッキングループを利用して前記タイミングエラーを訂正するステップをさらに備えた、［１３］の方法。
［１５］下記を具備する受信機：
無線信号を受信するように適合したアンテナ；
デジタル回転子と局部発振器を備え、前記無線信号に関連する周波数エラーを訂正するように適合した周波数制御システム；
前記デジタル回転子と前記局部発振器と通信し、前記無線信号に関連する周波数エラーを受信し、前記周波数エラーを第１のしきい値と比較するように適合するコントローラー、前記コントローラーは、前記デジタル回転子を制御して前記第１のしきい値未満である周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正し、前記第１のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正する。
［１６］前記コントローラーは前記周波数エラーを第２のしきい値と比較し、前記第２のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するために前記局部発振器を制御するようにさらに適合する、［１５］の受信機。
［１７］前記第２のしきい値は前記第１のしきい値未満である、［１６］の方法。
［１８］前記第１のしきい値は周波数公差および獲得エラーを含む、［１６］の受信機。
［１９］前記第２のしきい値は周波数公差を含む、［１６］の受信機。
［２０］前記アンテナはＧＰＳ信号を受信するようにさらに適合する、［１５］の受信機。
［２１］前記コントローラーは、さらに前記局部発振器に関連する周波数変化をＧＰＳシステムに通知するように適合する、［１５］の受信機。
［２２］前記コントローラーは、さらに前記局部発振器による周波数エラーの訂正と実質的に同時に起こるＧＰＳシステムサーチを一時停止にするようにさらに適合する、［２１］の受信機。
［２３］前記コントローラーは、前記ＧＰＳシステムによるサーチと実質的に同時に起こる前記局部発振器による前記周波数エラーの訂正を一時停止にするように適合する、［２１］の受信機。
［２４］前記コントローラーは、前記デジタル回転子および前記局部発振器を制御し、前記第２のしきい値未満である前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するように適合する、［１５］の受信機。
［２５］前記コントローラーは前記周波数エラーをデジタル回転子部分と局部発振器部分に分割するように適合する、［２４］の受信機。
［２６］前記コントローラーは、前記デジタル回転子に関連するフィンガタイミングエラーを計算するように適合する、［１５］の受信機。
［２７］所定の利得と所定のスルーレートを有したタイムトラッキングループをさらに備え、前記タイムトラッキングループは、前記デジタル回転子に関連する前記タイミングエラーを訂正するように適合する、［２６］の受信機。
［２８］前記タイミングトラッキングループは前記周波数エラーに比例するドリフトレートに応答して前記タイミングエラーを訂正するように適合する、［２６］の受信機。
［２９］［１］に従う前記周波数制御の方法を記載する機械読み取り可能な命令を有するデータ記憶媒体。
［３０］下記を具備する周波数獲得のためのシステム：
第１のしきい値未満である周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するように適合するデジタル回転子；
前記デジタル回転子に接続され、前記第１のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するように適合する局部発振器。
［３１］前記周波数エラーを前記第１のしきい値と比較する手段をさらに備えた、［３０］のシステム。
［３２］前記比較する手段は前記周波数エラーを第２のしきい値と比較する手段を含み、前記第２のしきい値は前記第１のしきい値未満である、［３１］のシステム。
［３３］前記第１のしきい値は周波数公差と獲得エラーを含む、［３０］のシステム。
［３４］前記周波数公差は所定値である、［３３］のシステム。
［３５］前記獲得エラーは所定レンジ内にある、［３３］のシステム。
［３６］前記デジタル回転子に関連する所定値のタイミングエラーを訂正するように適合するタイムトラッキングループをさらに備えた、［３０］のシステム。
［３７］所定の利得と所定のスルーレートリミットを有したタイムトラッキングループをさらに備え、前記タイムトラッキングループは、前記デジタル回転子に関連する前記タイミングエラーを訂正するように適合する、［３０］のシステム。
［３８］前記タイムトラッキングループは前記周波数エラーに比例するドリフトレートに応答して前記タイミングエラーを訂正するように適合する、［３７］のシステム。
［３９］前記局部発振器はＧＰＳシステムサーチと実質的に同時に起こる前記周波数エラーの訂正を一時停止するように適合する、［３０］のシステム。
［４０］前記デジタル回転子と前記局部発振器は前記第２のしきい値未満である前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを協調的に訂正するように適合する、［３２］のシステム。

Claims (40)

1. 下記を具備する周波数獲得の方法：
   最近の良好なシステム（ＲＧＳ）値に応答して局部発振器の周波数を確立する；
   無線信号を受信する；
   前記無線信号に関連する周波数エラーを計算する；
   前記周波数エラーを第１のしきい値と比較する；
   前記第１のしきい値未満である前記周波数エラーに応答してデジタル回転子を利用して前記周波数エラーを訂正する；
   前記第１のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正する。
2. 前記周波数エラーを第２のしきい値と比較するステップと、前記第２のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正するステップをさらに備えた、請求項１の方法。
3. 前記第２のしきい値は前記第１のしきい値未満である、請求項２の方法。
4. 前記第１のしきい値は周波数公差および獲得エラーを含む、請求項３の方法。
5. 前記第２のしきい値は周波数公差を含む、請求項３の方法。
6. ＧＰＳ信号を受け取るステップをさらに備えた、請求項１の方法。
7. 前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正するステップに関連する前記局部発振器に関連する周波数変化をＧＰＳシステムに通知するステップをさらに備えた、請求項１の方法。
8. 前記局部発振器による周波数エラーの訂正と実質的に同時に起こるＧＰＳシステムサーチを一時停止するステップをさらに備えた、請求項７の方法。
9. 前記ＧＰＳシステムによるサーチと実質的に同時に起こる前記局部発振器による前記周波数エラーの訂正を一時停止するステップをさらに備えた請求項７の方法。
10. 前記第２のしきい値未満である前記周波数エラーに応答して前記デジタル回転子および前記局部発振器を利用して前記周波数エラーを訂正するステップをさらに備えた、請求項２の方法。
11. 前記周波数エラーをデジタル回転子部分と局部発振器部分に分割するステップをさらに備えた、請求項１０の方法。
12. 前記デジタル回転子に関連するフィンガタイミングエラーを計算するステップをさらに備えた、請求項１の方法。
13. 所定の利得と所定のスルーレートを有したタイムトラッキングループを利用して前記タイミングエラーを訂正するステップをさらに備えた、請求項１２の方法。
14. 前記周波数エラーに比例するドリフトレートを有したタイムトラッキングループを利用して前記タイミングエラーを訂正するステップをさらに備えた、請求項１３の方法。
15. 下記を具備する受信機：
    無線信号を受信するように適合したアンテナ；
    デジタル回転子と局部発振器を備え、前記無線信号に関連する周波数エラーを訂正するように適合した周波数制御システム；
    前記デジタル回転子と前記局部発振器と通信し、前記無線信号に関連する周波数エラーを受信し、前記周波数エラーを第１のしきい値と比較するように適合するコントローラー、前記コントローラーは、前記デジタル回転子を制御して前記第１のしきい値未満である周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正し、前記第１のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正する。
16. 前記コントローラーは前記周波数エラーを第２のしきい値と比較し、前記第２のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するために前記局部発振器を制御するようにさらに適合する、請求項１５の受信機。
17. 前記第２のしきい値は前記第１のしきい値未満である、請求項１６の方法。
18. 前記第１のしきい値は周波数公差および獲得エラーを含む、請求項１６の受信機。
19. 前記第２のしきい値は周波数公差を含む、請求項１６の受信機。
20. 前記アンテナはＧＰＳ信号を受信するようにさらに適合する、請求項１５の受信機。
21. 前記コントローラーは、さらに前記局部発振器に関連する周波数変化をＧＰＳシステムに通知するように適合する、請求項１５の受信機。
22. 前記コントローラーは、さらに前記局部発振器による周波数エラーの訂正と実質的に同時に起こるＧＰＳシステムサーチを一時停止にするようにさらに適合する、請求項２１の受信機。
23. 前記コントローラーは、前記ＧＰＳシステムによるサーチと実質的に同時に起こる前記局部発振器による前記周波数エラーの訂正を一時停止にするように適合する、請求項２１の受信機。
24. 前記コントローラーは、前記デジタル回転子および前記局部発振器を制御し、前記第２のしきい値未満である前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するように適合する、請求項１５の受信機。
25. 前記コントローラーは前記周波数エラーをデジタル回転子部分と局部発振器部分に分割するように適合する、請求項２４の受信機。
26. 前記コントローラーは、前記デジタル回転子に関連するフィンガタイミングエラーを計算するように適合する、請求項１５の受信機。
27. 所定の利得と所定のスルーレートを有したタイムトラッキングループをさらに備え、前記タイムトラッキングループは、前記デジタル回転子に関連する前記タイミングエラーを訂正するように適合する、請求項２６の受信機。
28. 前記タイミングトラッキングループは前記周波数エラーに比例するドリフトレートに応答して前記タイミングエラーを訂正するように適合する、請求項２６の受信機。
29. 請求項１に従う前記周波数制御の方法を記載する機械読み取り可能な命令を有するデータ記憶媒体。
30. 下記を具備する周波数獲得のためのシステム：
    第１のしきい値未満である周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するように適合するデジタル回転子；
    前記デジタル回転子に接続され、前記第１のしきい値より大きい前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを訂正するように適合する局部発振器。
31. 前記周波数エラーを前記第１のしきい値と比較する手段をさらに備えた、請求項３０のシステム。
32. 前記比較する手段は前記周波数エラーを第２のしきい値と比較する手段を含み、前記第２のしきい値は前記第１のしきい値未満である、請求項３１のシステム。
33. 前記第１のしきい値は周波数公差と獲得エラーを含む、請求項３０のシステム。
34. 前記周波数公差は所定値である、請求項３３のシステム。
35. 前記獲得エラーは所定レンジ内にある、請求項３３のシステム。
36. 前記デジタル回転子に関連する所定値のタイミングエラーを訂正するように適合するタイムトラッキングループをさらに備えた、請求項３０のシステム。
37. 所定の利得と所定のスルーレートリミットを有したタイムトラッキングループをさらに備え、前記タイムトラッキングループは、前記デジタル回転子に関連する前記タイミングエラーを訂正するように適合する、請求項３０のシステム。
38. 前記タイムトラッキングループは前記周波数エラーに比例するドリフトレートに応答して前記タイミングエラーを訂正するように適合する、請求項３７のシステム。
39. 前記局部発振器はＧＰＳシステムサーチと実質的に同時に起こる前記周波数エラーの訂正を一時停止するように適合する、請求項３０のシステム。
40. 前記デジタル回転子と前記局部発振器は前記第２のしきい値未満である前記周波数エラーに応答して前記周波数エラーを協調的に訂正するように適合する、請求項３２のシステム。

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