JP2013047684A - ２つのアンテナまたはその同等物を使用してナビゲーションビーコン信号を検出するための方法 - Google Patents

２つのアンテナまたはその同等物を使用してナビゲーションビーコン信号を検出するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】位置決定の正確さを向上させる、ナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を提供する。
【解決手段】２つのアンテナ１１，１２または１つの合成開口アンテナのいずれかを使用し、干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して複数の別個の測定値を結合することによって、複数のナビゲーションビーコン信号２１，２２，２３を検出する。一実施形態では、複数のアンテナ重み成分は、固有値処理によって決定される。他の実施形態では、複数のアンテナ重み成分は、簡略化された処理によって決定される。他の態様では、単一のアンテナが、最初に受信される測定値を受信するために使用される。最初に受信された測定値のコピーが作成され、空間ダイバーシティをエミュレートするために適切な時間遅延を達成するように処理される。最初に受信された測定値および処理されたコピーは、干渉除去ビームを形成するために結合される。
【選択図】図１Ａ

Description

優先権の主張
本出願は、２００５年５月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／６８０，４５４号に基づいて優先権を主張するものである。
本発明は、一般に、位置決定のための方法に関する。
距離に基づく位置決定システムでは、複数のソースからのナビゲーション(navigation)ビーコン信号の時間遅延測定値が各ナビゲーションビーコン信号のソースに関連する距離情報に変換される。未知のユーザ位置を見いだすために既知の位置に関する様々なソースまでの距離が、たとえば三辺測量または多辺測量として知られている幾何学的技法によって結合される(combined)。ナビゲーションビーコン信号の遅延が（たとえば、ユーザクロックがネットワークに同期されていないシステムで）全然知られることができない場合、位置決定アルゴリズムは、追加の時間遅延測定値を使用して、三辺測量法によって見いだされるために、ユーザクロックの時間バイアスを別の未知のものとみなすこともある。
位置決定の正確さを向上させるために、マルチプルの(multiple)ナビゲーションビーコン信号（すなわち信号ソース）を受信することが望ましい。しかし、多くの場合、より弱いビーコン信号（すなわちユーザ受信機からより遠く離れた信号）は、より強いナビゲーションビーコン信号によってマスクされる(masked)ので、検出不可能である（したがって、使用不可能である）。
より弱いナビゲーションビーコン信号を捕捉しようとする場合、従来技法はユーザ受信機ごとに単一のアンテナを使用する。より弱いナビゲーションビーコン信号の検出は、より弱いナビゲーションビーコン信号の感度を上げるために増加された信号積分時間を使用することによって試みられる。
したがって、２つのアンテナまたはその同等物を使用することによってナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を提供することが望ましい。
２つのアンテナまたはその同等物を使用することによってナビゲーションビーコン信号を検出するための方法が開示される。
一態様によれば、複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法は、２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナを使用すること、および干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して２つの別個の測定値を結合することを具備する。一実施形態では、２つのアンテナ重み成分が固有値(eigenvalue)処理によって決定される。他の実施形態では、２つのアンテナ重み成分が簡略化された処理によって決定される。
他の実施形態によれば、複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法は、複数の別個の測定値を受信するために合成開口アンテナ(synthetic aperture)を使用すること、および干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して複数の別個の測定値を結合することを具備する。一実施形態では、複数のアンテナ重み成分が固有値処理によって決定される。他の実施形態では、複数のアンテナ重み成分が簡略化された処理によって決定される。
一態様によれば、複数のナビゲーションビーコン信号を検出する方法は、最初に受信される測定値を受信するためにアンテナを使用すること、最初に受信された測定値のコピーを作成し、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることによって最初に受信された測定値のコピーを処理して、最初に受信された測定値の処理されたコピーをもたらすこと、および干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して、最初に受信された測定値を最初に受信された測定値の処理されたコピーと結合することを具備する。一実施形態では、２つのアンテナ重み成分が固有値処理によって決定される。他の実施形態では、２つのアンテナ重み成分が簡略化された処理によって決定される。
他の実施形態は、以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになることが理解され、それは例として図示され説明されている様々な実施形態である。図面および詳細な説明は、本来例示的とみなされるべきであり、制限的とみなされるべきではない。
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するためのシステムを示す図である。 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するためのシステムを示す図である。 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するためのシステムを示す図である。 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するためのアルゴリズムの流れ図である。 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するためのアルゴリズムの流れ図である。 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するためのアルゴリズムの流れ図である。 ユーザ受信機のブロック図である。 ユーザ受信機のブロック図である。 チャネル７および８に関する検出されたＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）のヒストグラムである。チャネル７は単一ホイップアンテナを使用する場合である。 チャネル５ならびにチャネル２および３の結合セットに関する検出されたＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）のヒストグラムである。 調査されたチャネルの例示的サブセットに関する定点ごとのＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）の数の実験上のＣＤＦを示すグラフである。 ＩＣアルゴリズムだけに関する定点ごとのＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）の数をベースラインフォーマットの定点ごとのＰＰＭｓの数と比較するグラフである。 ＩＳアルゴリズムおよびＩＣアルゴリズムに関する定点ごとのＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）の数をベースラインフォーマットの定点ごとのＰＰＭｓの数と比較するグラフである。 ＲＥアルゴリズムおよびＩＣアルゴリズムに関する定点ごとのＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）の数をベースラインフォーマットの定点ごとのＰＰＭｓの数と比較するグラフである。 ＲＥアルゴリズム、ＩＳアルゴリズムおよびＩＣアルゴリズムに関する定点ごとのＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）の数をベースラインフォーマットの定点ごとのＰＰＭｓの数と比較するグラフである。
詳細な説明
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、本発明の様々な実施形態の説明を意図するものであって、本発明が実施されることができる実施形態だけを示すことを意図するものではない。本開示に記載の各実施形態は、本発明の例または図としてのみ提供されるものであり、必ずしも他の実施形態より好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。本明細書は、本発明の完全な理解を提供するために具体的で詳細な説明を含む。しかし、本発明はこれらの具体的で詳細な説明がなくても実施されることができることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本発明の概念を不明瞭にするのを避けるためによく知られている構造およびデバイスがブロック図形式で示されている。頭字語および他の記述的専門用語は、単に便宜のためにおよび明瞭にするためにのみ使用されることができ、本発明の範囲を限定するものではない。
本発明は、２つのアンテナまたはその同等物を使用することによってナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を開示する。２つのアンテナを使用することは、周囲の無線環境の２つの別個の測定値を受信するための空間ダイバーシティの形態を提供する。空間ダイバーシティは、位置の正確さおよび信頼性を改善するためにより多くのナビゲーションビーコン信号を受信する際に改善された感度を可能にする。２つの別個の測定値が、干渉除去（ＩＣ）アルゴリズムの代替形態によってより弱いナビゲーションビーコン信号の検出性を高めるようにユーザ受信機で処理される。本明細書では干渉除去アルゴリズムの２つの実施形態、すなわち固有値処理および簡略化された処理が開示される。本明細書では干渉除去アルゴリズムの２つの実施形態だけが開示されるが、干渉除去アルゴリズムの他の実施形態が本発明の範囲内で使用されることができることを当業者は知ることになるであろう。
空間ダイバーシティを実現するためには、２つの物理的アンテナが必ずしも必要であるとは限らないことを当業者は知ることになるであろう。異なる時点に受信された測定値を、それらがあたかも同時に２つの別々のアンテナによって受信された２つの別個の測定値であるかのように捕捉する単一アンテナは、合成開口アンテナとして知られている。合成開口アンテナは、より強いナビゲーションビーコン信号によってマスクされる可能性があるナビゲーションビーコン信号を検出するために干渉除去アルゴリズムを用いて使用されることができる。
また、仮想空間ダイバーシティの形態は１つの物理的アンテナを使用する連続除去(successive cancellation)によっても実現される。受信機はそのメモリ内に最も強い受信ナビゲーションビーコン信号のコピーを含む。このメモリは第２の仮想アンテナ、すなわち、雑音も、干渉も、または他のより弱いナビゲーションビーコン信号の存在もない最も強いナビゲーションビーコン信号だけを受信するアンテナとして働く。メモリ内のこのコピーは、適切に計算されたアンテナ重み成分によって最初に受信された測定値から減じられることができる。２番目に強いナビゲーションビーコン信号、３番目に強いナビゲーションビーコン信号などは、所望のレベルの感度のナビゲーションビーコン信号に達するようにこれと同様のやり方で除去されることができることを当業者は理解するであろう。
図１ａ、１ｂおよび１ｃは、複数のナビゲーションビーコン信号を検出するシステムを示す。（地上、空中および／または宇宙のソースを含む）マルチプルの信号ソース３１、３２、３３は、ナビゲーションビーコン信号２１、２２、２３をユーザ受信機１０に送信する。図１ａでは、ユーザ受信機１０は、ナビゲーションビーコン信号を受信するための２つの物理的アンテナ１１、１２を含む。図１ｂでは、合成開口アンテナ１４が図１ａに示されている２つの物理的アンテナに取って代わる。図１ｃでは、連続除去を使用する単一物理的アンテナ１６が図１ａに示されている２つの物理的アンテナに取って代わる。
図２ａ、２ｂおよび２ｃは、複数のナビゲーションビーコン信号を検出するためのアルゴリズムの流れ図である。図２ａ、ステップ２１０に示されているように、２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナが使用される。ステップ２２０で、２つの別個の測定値が、干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して結合される。図２ｂでは、合成開口アンテナが使用される。ステップ２４０で、合成開口アンテナが複数の別個の測定値を受信する。ステップ２５０で、複数のアンテナ重み成分を使用して、複数の測定値が干渉除去ビームを形成するために結合される。図２ｃでは、１つのアンテナがナビゲーションビーコン信号を検出するために使用される。ステップ２７０で、１つのアンテナが最初に受信される測定値を受信する。ステップ２８０で、最初に受信された測定値のコピーが作成され、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることにより処理されて、最初に受信された測定値の処理されたコピーをもたらす。ステップ２９０で、２つのアンテナ重み成分を使用して最初に受信された測定値および処理されたコピーが干渉除去ビームを形成する。
図３ａおよび３ｂは、ユーザ受信機１０のブロック図である。相互にすべて電気的に結合されているアンテナシステム１１０、トランシーバシステム１２０、プロセッサ１３０およびコンピュータ可読媒体１４０を含むユーザ受信機１０の第１実施形態が図３ａに示されている。アンテナシステム１１０は、２つの物理的アンテナ、合成開口アンテナまたは連続除去を利用する単一アンテナを含むことができる。図３ｂは、アンテナシステム１１０およびトランシーバシステム１２０を含むユーザ受信機１０の第２実施形態を示す。さらに、集積回路１５０は、アンテナシステム１１０およびトランシーバシステム１２０に電気的に結合されている。集積回路１５０は、プロセッサおよびメモリシステム、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）またはそれらの同等物を使用して実装されることもできることを当業者は理解するであろう。
一実施形態では、干渉除去アルゴリズムは、代数固有値(algebraic eigenvalues)を使用して干渉除去のために最適のアンテナ重み成分ｗ１およびｗ２を決定する（「固有値処理」）。ここで、２つのアンテナまたはその同等物を有する移動体ユーザなどのユーザシステムのための固有値処理が説明される。アンテナ＃１およびアンテナ＃２に関するベースバンド複素(complex)電圧間の複素相関について考察する。複素相関(complex-correlation)は複素値行列(complex valued matrix)によって特徴付けられる：
Figure 2013047684
式中、ｉおよびｊはそれぞれ値１または２を取ることができ、ＩＱデータ（時間，１）はアンテナ＃１に関する複素電圧サンプルの時系列であり、ＩＱデータ（時間，２）はアンテナ＃２に関する複素電圧サンプルの時系列であり、Ｎ時間は合計の時間サンプルの合計数であり、ｓｕｍ＿ｔｉｍｅは全時間の複素合計であり、Ｘ’はＸの複素共役を示す。ρ（１，１）、ρ（１，２）、ρ（２，１）、およびρ（２，２）は全部合わせて２Ｘ２相関行列ρを定義する。
ρは、２つの固有ベクトルを有する２つの実数の、正の固有値を有する。２つのアンテナ（アンテナ＃１およびアンテナ＃２）からのＩＱストリームの「ビーム形成」組合せについて考察する：
Figure 2013047684
したがって、ｗ１およびｗ２がρの正規直交固有ベクトルの成分である場合、ＩＱデータＣ（時間）の平均エネルギーは、｜ｗ１｜２＋｜ｗ２｜２＝１という制約の下で最低値および最大値にある。すなわち、最低エネルギーは一方の固有ベクトルから選択されたｗ１およびｗ２に関して生じ、最大値は他方の固有ベクトルから選択されたｗ１およびｗ２に関して生じる。
ビーム形成に関して線形結合について説明すると、一方の固有値がビームを（できるだけ）到来(incoming)無線エネルギーの方に向けるアンテナ重み成分を与え、他方の固有値がビームを（できるだけ）到来無線エネルギーから離れた方に向ける直交ビームを与える。低いほうの固有ベクトルは、小さいほうの固有値に対応する固有ビーム(eigenbeam)を表す。高いほうの固有ベクトルは大きいほうの固有値に対応する固有ビームを表す。高いほうの固有ベクトルは２つの単一アンテナ（別々にアンテナ＃１およびアンテナ＃２）のいずれかに非常に似ているように見える。
表１は、ベースライン、干渉除去（ＩＣ）アルゴリズム（固有値処理を使用）、ＰＮオフセットの探索残余リスト（ＲＥ）アルゴリズムおよび高感度パイロット探索（ＩＳ）アルゴリズムなど、様々なアルゴリズムの性能を分析するために使用される１２組のデータを列挙する。ベースラインアルゴリズムでは、３０７２のチップコヒーレント積分があり、それらのうちの３２が積分された合計９８３０４（３ＰＮロール(rolls)）に関してインコヒーレントに合計されている。処理ソフトウェアがＥｃ／Ｉｏ＞−３３ｄＢのフル探索閾値ごとに１０−５誤警報レベルを計算する。（Ｅｃはジュール単位のチップごとのエネルギーに等しく、Ｉｏは１Ｈｚあたりのワット単位の干渉雑音密度に等しい。）ＩＳ（高感度パイロット探索）アルゴリズムでは、９８３０４のチップコヒーレント積分があり、フルドップラー探索を伴い、インコヒーレント合計を伴わない。処理ソフトウェアは、Ｅｃ／Ｉｏ＞−３７ｄＢのフル探索閾値ごとに１０−５誤警報レベルを計算する。
Figure 2013047684
ベースライン積分とＩＳ積分は両方とも、８０ｍｓまたは３ＰＮロールのデータに対応する、同じ数のチップ、９８３０４に関する。信号が（移動体ユーザが移動している場合）それでもなお発見されることができるように、長いコヒーレント積分によるドップラー探索が必要とされる。インコヒーレント対コヒーレントドップラー探索に関する信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善は理論的に約√３２または７．５ｄＢであるはずである。しかし、コヒーレント積分とインコヒーレント積分との間の様々な次数のχ２統計値のため、コヒーレント積分の７．５ｄＢ効果は、非常に低い誤警報率でたった４ｄＢまで低減される。
高いほうの固有ベクトルは、合計のエネルギーを最大化するようなやり方でアンテナ電圧信号を追加する。対照的に、低いほうの固有ベクトルは、合計のエネルギーを最小化するようなやり方でアンテナ電圧信号を追加する。
移動体ユーザが基地局に近い状況について考察する。基地局は、ここではナビゲーションビーコンとして使用されている。２つのアンテナ（アンテナ＃１とアンテナ＃２）の間の信号の相関は大きく、各アンテナで受信された優勢な近くの基地局ナビゲーションビーコン信号から生じる。高いほうの固有ベクトルは、２つのアンテナ（アンテナ＃１およびアンテナ＃２）を強いソースに向かってビーム形成する傾向がある。低いほうの固有ベクトルは、対照的に、ビームヌル（たとえばビーム最小）を強い信号ソースの方に向ける傾向がある。高いほうの固有ベクトルは、この組合せからのＰＰＭｓ（パイロット位相測定値）が各個々のアンテナ（それぞれアンテナ＃１およびアンテナ＃２）で受信されるものに非常に似ているので、限界便益を有すると予期される。ＰＰＭｓは、基地局が三辺測量システムでナビゲーションビーコンとして使用されることができるようにする基地局からの信号の時間遅延測定値を提供する。しかし、低いほうの固有ベクトルは、アンテナビームが優勢な近くの基地局ナビゲーションビーコン信号を最小化するように形成されるようにする。最適組合せによって部分的に除去されたこのナビゲーションビーコン信号によって、より弱いナビゲーションビーコン信号は、優勢な近くの基地局ナビゲーションビーコン信号と移動体ユーザから（ビーム形成の点で）同じ方向にない限り、サーチャで分解されることができる。
チャネル５および１０は、２つの固有ベクトルの解を（等しい雑音レベルに関して基準化した(scaling)後で）インコヒーレントに合計することにより形成される。これはＳＮＲｓを高めないはずである。しかし、非常に低い誤警報率では、χ２統計値の次数を上げることによって、検出のより低い閾値が生じる可能性がある。
図４は、チャネル７および８の検出されたＰＰＭｓのヒストグラムである。チャネル７は、単一ホイップアンテナの場合である。チャネル８（「干渉除去チャネル」）は、低いほうの固有ベクトルを使用する。チャネル７の単一ホイップアンテナは、チャネル７および８からのＰＰＭｓの結合(union)を含む合成チャネルを生成するために干渉除去の低いほうの固有ベクトルチャネル（チャネル８）と結合される。両方のチャネルが特定のＰＮオフセットでＰＰＭを検出した場合、高いほうの値のＥｃ／Ｉｏを有するＰＰＭだけが保持される。干渉除去チャネル（チャネル８）は、Ｅｃ／Ｉｏ＞−３６ｄＢに関する改善を有効に有しない。しかし、−３６ｄＢより下では、干渉除去チャネルは何百ものＰＰＭｓを追加する。干渉除去チャネル（チャネル８）によって追加されたＰＰＭｓは、隣接リストと残余リストとの間でほぼ等しく分配される。
図５は、チャネル５ならびにチャネル２および３の結合セットに関する検出されたＰＰＭｓのヒストグラムである。図５は両方の固有ベクトル（チャネル５）に関するインコヒーレント合計を単一アンテナ（チャネル２）および低いほうの固有ベクトル「干渉除去」固有ベクトル（チャネル３）の組合せと比較する。両方の固有ベクトル（チャネル５）に関するインコヒーレント合計を形成する場合、最も強いＥｃ／Ｉｏ値がシフトダウンされるが、ＰＰＭｓはそれでもなお含まれる。したがって、様々なチャネルの最適組合せをどのように得るかは、図５からは、はっきりとは明らかではない。表２は、合成合計チャネルを含めて、各チャネルに関するＰＰＭｓの合計数をまとめたものである。表２は、両方の固有ベクトル（チャネル５）に関するインコヒーレント合計と、単一アンテナ（チャネル２）および低いほうの固有ベクトル「干渉除去」固有ベクトル（チャネル３）の組合せとの間のＰＰＭｓの数における違いは事実上ないことを示す。表２に示されている例では、チャネル２の残余リストを追加することはＰＰＭｓを３８％増加させる。
Figure 2013047684
表３は様々なチャネルに関するチャネル２（インコヒーレント合計を使用する単一ホイップアンテナ）のＰＰＭｓの数の改善をまとめたものである。表３に示されているように、ベースラインとしてチャネル２で隣接リストだけを使用すると、チャネル７（単一ホイップアンテナでのコヒーレント＋ドップラー）に関するＰＰＭｓの数の改善は１５％である。隣接リストとは、セルラ電話が通信目的で探す基地局のリストのことを表す。残余リストは、電話機が通常は探索しないその他の基地局を表す。残余リストが含まれている場合、改善は２５％である。さらに、表３に示されているように、チャネル２をベースラインとして、隣接リストだけを使用すると、チャネル５（２つのアンテナ）に関するＰＰＭｓの数の改善は１９％である。残余リストが含まれる場合、改善は２７％である。チャネル５の結果は、チャネル２＋３の場合と同じである。表３に示されているように、チャネル２をベースラインとして、隣接リストだけを使用すると、チャネル７＋８に関するＰＰＭｓの数の改善は３３％である。残余リストが含まれる場合、改善は５５％である。
Figure 2013047684
表４は、様々なチャネルに関するチャネル７（長いコヒーレント＋ドップラー探索の単一ホイップアンテナ）に関するＰＰＭｓの数の改善をまとめたものである。表４に示されているように、隣接リストだけを使用し、２つのアンテナ（チャネル７＋８）を使用すると、ＰＰＭｓの数の改善は１６％である。残余リストが含まれる場合、改善は２４％である。
Figure 2013047684
図６は、調査された例示的サブセットのチャネルに関する定点ごとのＰＰＭｓの数の実験上のＣＤＦを示す。表５は、調査された同じ例示的サブセットのチャネルに関する４以下のＰＰＭｓのＣＤＦパーセンタイルをリストアップする。図５は、４以下のＰＰＭｓを有していた定点の２０％の半分より多くが、ＲＥおよびＩＳアルゴリズムの単一アンテナ特徴だけを使用して４ＰＰＭｓより多くにシフトされることを示す。図５に示されているように、ＩＳアルゴリズムだけは、より多くのＰＰＭｓを検出する際にＲＥアルゴリズムだけを使用するのに比べて約２倍効果的である。さらに、ＩＳアルゴリズムとＲＥアルゴリズムを合わせたものはそれぞれ別々のものの合計より良い。表５からの顕著な特徴は、２アンテナ干渉除去（ＩＣ）アルゴリズムはそれだけで、単一アンテナを使用するその他の２つのアルゴリズム（ＲＥまたはＩＳ）のいずれよりも効果的であることである。さらに表５に示されているように、ＩＣアルゴリズムと組み合わされたＲＥアルゴリズムはＲＥアルゴリズムをＩＳアルゴリズムと結合するより多くの改善を追加する。３つすべてのアルゴリズム（ＩＣ、ＲＥおよびＩＳ）の組合せは、全体で９３％の改善をもたらす。
Figure 2013047684
ＰＰＭｓの小さな数から始まる定点に関する定点ごとのＰＰＭｓの数の改善は、追加のＰＰＭごとの最大の改善が、非常に少ないＰＰＭｓから始まっている場合に得られることが示されているので興味深い。全ＣＤＦにわたるプロットは、１つの変数（たとえば、何らかの改善下の定点ごとのＰＰＭｓの数）のＣＤＦが、ベースラインフォーマットに関する定点ごとのＰＰＭｓの数など何らかの他の変数を条件にそこからプロットされることができるプロットである。図７〜１０は、ＲＳアルゴリズム、ＩＳアルゴリズムまたはＩＣアルゴリズムだけ、または様々な組合せに関する定点ごとのＰＰＭｓの数をベースラインフォーマットの定点ごとのＰＰＭｓの数と比較する。図７に示されているように、ＩＣアルゴリズムは、低いＰＰＭ数の定点においても、定点ごとのＰＰＭｓの最大の改善を追加する。図８では、ＩＣアルゴリズムとＩＳアルゴリズムの両方が利用されている。図８に示されているように、ベースライン定点全体にわたって定点ごとのＰＰＭｓの数が非常に顕著に増大している。図９では、ＩＣアルゴリズムとＲＥアルゴリズムの両方が利用されている。定点ごとの低いＰＰＭｓでは、改善は約２〜３ＰＰＭｓであるが、定点ごとの高いＰＰＭｓでは改善が増大している。図１０では、ＩＣアルゴリズム、ＲＥアルゴリズムおよびＩＳアルゴリズムが利用されている。図１０に示されているように、各定点に追加された平均の改善は約５〜６ＰＰＭｓであり、より高いＰＰＭ数の定点において改善が増大している。２アンテナ干渉除去（ＩＣ）アルゴリズムは、低いＰＰＭ数の定点を５０％より大きく改善する。ＩＣアルゴリズムがＲＥアルゴリズムおよびＩＳアルゴリズムと組合せて追加された場合、改善は、表５に示されているように、９３％である。
干渉除去アルゴリズムの第２実施形態は、簡略化された処理を使用する。アンテナ重み成分は、最も強いナビゲーションビーコン信号を正確に除去するために各アンテナで受信された最も強いナビゲーションビーコン信号の測定値に基づいて選択される。ａ１およびａ２が２つのアンテナ（アンテナ＃１およびアンテナ＃２）のそれぞれでの最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧とすると、その最も強いナビゲーションビーコン信号を除去するために、アンテナ重み成分ｗ１およびｗ２を、ｗ１＝−ａ１およびｗ２＝ａ２となるように設定する。ここで、ｗ１＊ａ１＋ｗ２＊ａ２はゼロに等しく、最も強いナビゲーションビーコン信号を除去する。マルチプルの強いナビゲーションビーコン信号がある場合、マルチプルの強いナビゲーションビーコン信号のうちのできるだけ多くを除去するように複素アンテナ重み成分を設定する。３つの強いナビゲーションビーコン信号を使用する例では、アンテナ＃１によって受信された３つの強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧がｘ１、ｙ１およびｚ１であり、アンテナ＃２によって受信された３つの強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧がｘ２、ｙ２およびｚ２であると仮定する。アンテナ＃１での複素電圧の合計がＳ１＝ｘ１＋ｙ１＋ｚ１であり、アンテナ＃２での複素電圧の合計がＳ２＝ｘ２＋ｙ２＋ｚ２であるとすると、アンテナ重み成分ｗ１およびｗ２は、他のより弱いナビゲーションビーコン信号がアンテナによって検出可能であるように適当なトレードオフで３つの強いナビゲーションビーコン信号を除去するためにｗ１＝−Ｓ２およびｗ２＝Ｓ１に設定されるべきである。例ではアンテナ重み成分を計算するために特定の数式が示されているが、他の数式が本発明の範囲を侵害することなくアンテナ重み成分のために使用されることができることを当業者は理解するであろう。さらに、本発明は特定の数の強いナビゲーションビーコン信号だけを除去することに限定されないことを当業者は理解しているであろう。そうではなく、所望の数の強いナビゲーションビーコン信号を除去するためにアンテナ重み成分を複数の強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計に適用することが当業者には理解されているであろう。
さらに、２つの物理的アンテナを有する必要はない。異なる時点に受信された測定値を、それらがあたかも同時に２つの別々のアンテナによって受信された２つの別個の測定値であるかのように捕捉する単一アンテナは、合成開口アンテナとして知られている。合成開口アンテナは、より強いナビゲーションビーコン信号によってマスクされる可能性のあるナビゲーションビーコン信号を検出するために干渉除去アルゴリズムを用いて使用されることができる。合成開口アンテナを使用する場合、異なる時点に１つの物理的アンテナによって受信されたナビゲーションビーコン信号は、あたかもそれらが同時に受信されたかのように結合されるので、２つの仮想アンテナ（仮想アンテナ＃１および仮想アンテナ＃２）があると仮定する。たとえば、仮想アンテナ＃１は、時間ｔ１とｔ１＋ｄとの間に到着するパイロットバーストから成ることができ、一方仮想アンテナ＃２は、しばらく後で--時間ｔ３とｔ３＋ｄとの間に到着するパイロットバーストから成ることができる。時間ｔ１およびｔ３は、整数のＰＮロールによって異なる。パイロットバーストは正確にＰＮロールごとに一度繰り返して起こるので、時間で整数のＰＮロールによって分離された２つのパイロットバーストからのナビゲーションビーコン信号は、空間で分離された２つのアンテナによって受信された同時のナビゲーションビーコン信号に似ている。２つの時間ｔ１およびｔ３が定義されると、（前述のように）２つの物理的アンテナの場合に適用可能なすべての組合せ処理が適用されることができる。
さらに、１つの物理的アンテナを使用する「連続除去」の使用は、ナビゲーションビーコン信号を検出するために干渉除去アルゴリズムを用いて使用されることができる。ここで、受信機がナビゲーションビーコン信号のコピーを記憶する。受信機が非常に強く受信するナビゲーションビーコン信号では、記憶されたナビゲーションビーコン信号の時間遅延が、空間ダイバーシティをエミュレートするために実際に受信された強いナビゲーションビーコン信号の時間遅延に一致するように設定されている限り、受信機は記憶されたナビゲーションビーコン信号をあたかも第２「仮想アンテナ」から来たように扱うことができる。したがって、固有値または簡略化された処理のいずれかを使用して、強いナビゲーションビーコン信号が効果的に除去されることができ、したがって、マスクされたより弱いナビゲーションビーコン信号が受信されることができる。この「連続除去」技法の使用は、最も強いナビゲーションビーコン信号を除去し、次いで第２に強いナビゲーションビーコン信号を、次いで第３に強いナビゲーションビーコン信号を除去し、その他同様にして、より弱いナビゲーションビーコン信号に対する所望のレベルの感度が実現されるまで、成功裏に利用されることができることが当業者によって理解されるであろう。
開示された諸実施形態の前述の説明は、本発明を当業者なら誰でも作成または使用することができるようにするために提供されている。これらの実施形態に対する様々な変更形態が当業者には容易に明らかになるであろうし、本明細書で定義された一般的原理は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の諸実施形態に適用されることができる。
干渉除去アルゴリズムの第２実施形態は、簡略化された処理を使用する。アンテナ重み成分は、最も強いナビゲーションビーコン信号を正確に除去するために各アンテナで受信された最も強いナビゲーションビーコン信号の測定値に基づいて選択される。ａ１およびａ２が２つのアンテナ（アンテナ＃１およびアンテナ＃２）のそれぞれでの最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧とすると、その最も強いナビゲーションビーコン信号を除去するために、アンテナ重み成分ｗ１およびｗ２を、ｗ１＝−ａ ２ およびｗ２＝ａ １ となるように設定する。ここで、ｗ１＊ａ１＋ｗ２＊ａ２はゼロに等しく、最も強いナビゲーションビーコン信号を除去する。マルチプルの強いナビゲーションビーコン信号がある場合、マルチプルの強いナビゲーションビーコン信号のうちのできるだけ多くを除去するように複素アンテナ重み成分を設定する。３つの強いナビゲーションビーコン信号を使用する例では、アンテナ＃１によって受信された３つの強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧がｘ１、ｙ１およびｚ１であり、アンテナ＃２によって受信された３つの強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧がｘ２、ｙ２およびｚ２であると仮定する。アンテナ＃１での複素電圧の合計がＳ１＝ｘ１＋ｙ１＋ｚ１であり、アンテナ＃２での複素電圧の合計がＳ２＝ｘ２＋ｙ２＋ｚ２であるとすると、アンテナ重み成分ｗ１およびｗ２は、他のより弱いナビゲーションビーコン信号がアンテナによって検出可能であるように適当なトレードオフで３つの強いナビゲーションビーコン信号を除去するためにｗ１＝−Ｓ２およびｗ２＝Ｓ１に設定されるべきである。例ではアンテナ重み成分を計算するために特定の数式が示されているが、他の数式が本発明の範囲を侵害することなくアンテナ重み成分のために使用されることができることを当業者は理解するであろう。さらに、本発明は特定の数の強いナビゲーションビーコン信号だけを除去することに限定されないことを当業者は理解しているであろう。そうではなく、所望の数の強いナビゲーションビーコン信号を除去するためにアンテナ重み成分を複数の強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計に適用することが当業者には理解されているであろう。
開示された諸実施形態の前述の説明は、本発明を当業者なら誰でも作成または使用することができるようにするために提供されている。これらの実施形態に対する様々な変更形態が当業者には容易に明らかになるであろうし、本明細書で定義された一般的原理は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の諸実施形態に適用されることができる。
以下に、本願の出願当初請求項に記載された発明を付記する。
［１］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出する方法であって、
２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナを使用すること、および
干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記２つの別個の測定値を結合すること
を具備する方法。
［２］
前記２つのアンテナ重み成分は固有値処理によって決定される、上記［１］に記載の方法。
［３］
前記２つのアンテナ重み成分は簡略化された処理によって決定される、上記［１］に記載の方法。
［４］
前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧である、上記［３］に記載の方法。
［５］
前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは複数の最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計である、上記［３］に記載の方法。
［６］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法であって、
複数の別個の測定値を受信するために合成開口アンテナを使用すること、および
干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して前記複数の別個の測定値を結合すること
を具備する方法。
［７］
前記複数のアンテナ重み成分は固有値処理によって決定される、上記［６］に記載の方法。
［８］
前記複数のアンテナ重み成分は簡略化された処理によって決定される、上記［６］に記載の方法。
［９］
前記複数のアンテナ重み成分のそれぞれは最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧である、上記［８］に記載の方法。
［１０］
前記複数のアンテナ重み成分のそれぞれは複数の最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計である、上記［８］に記載の方法。
［１１］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法であって、
最初に受信される測定値を受信するためにアンテナを使用すること、
前記最初に受信された測定値のコピーを作成し、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることによって前記最初に受信された測定値の前記コピーを処理して、処理されたコピーをもたらすこと、および
干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記最初に受信された測定値を前記処理されたコピーと結合すること
を具備する方法。
［１２］
前記２つのアンテナ重み成分は固有値処理によって決定される、上記［１１］に記載の方法。
［１３］
前記２つのアンテナ重み成分は簡略化された処理によって決定される、上記［１１］に記載の方法。
［１４］
前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧である、上記［１３］に記載の方法。
［１５］
前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは複数の最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計である、上記［１３］に記載の方法。
［１６］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するためにコンピュータプログラムによって実行可能な命令のプログラムを組入れたコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナを使用すること、および
干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記２つの別個の測定値を結合すること
を具備する、コンピュータ可読媒体。
［１７］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するためにコンピュータプログラムによって実行可能な命令のプログラムを組入れたコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
複数の別個の測定値を受信するために合成開口アンテナを使用すること、および
干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して前記複数の別個の測定値を結合すること
を具備する、コンピュータ可読媒体。
［１８］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するためにコンピュータプログラムによって実行可能な命令のプログラムを組入れたコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
最初に受信される測定値を受信するためにアンテナを使用すること、
前記最初に受信された測定値のコピーを作成し、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることによって前記最初に受信された測定値の前記コピーを処理して、処理されたコピーをもたらすこと、および
干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記最初に受信された測定値を前記処理されたコピーと結合すること
を具備する、コンピュータ可読媒体。
［１９］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するための集積回路であって、前記方法は、
２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナを使用すること、および
干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記２つの別個の測定値を結合すること
を具備する、集積回路。
［２０］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するための集積回路であって、前記方法は、
複数の別個の測定値を受信するために合成開口アンテナを使用すること、
干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して前記複数の別個の測定値を結合すること
を具備する、集積回路。
［２１］
複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するための集積回路であって、前記方法は、
最初に受信される測定値を受信するためにアンテナを使用すること、
前記最初に受信された測定値のコピーを作成し、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることによって前記最初に受信された測定値の前記コピーを処理して、処理されたコピーをもたらすこと、および
干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記最初に受信された測定値を前記処理されたコピーと結合すること
を具備する、集積回路。

Claims (21)

  1. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出する方法であって、
    ２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナを使用すること、および
    干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記２つの別個の測定値を結合すること
    を具備する方法。
  2. 前記２つのアンテナ重み成分は固有値処理によって決定される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記２つのアンテナ重み成分は簡略化された処理によって決定される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧である、請求項３に記載の方法。
  5. 前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは複数の最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計である、請求項３に記載の方法。
  6. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法であって、
    複数の別個の測定値を受信するために合成開口アンテナを使用すること、および
    干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して前記複数の別個の測定値を結合すること
    を具備する方法。
  7. 前記複数のアンテナ重み成分は固有値処理によって決定される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記複数のアンテナ重み成分は簡略化された処理によって決定される、請求項６に記載の方法。
  9. 前記複数のアンテナ重み成分のそれぞれは最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記複数のアンテナ重み成分のそれぞれは複数の最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計である、請求項８に記載の方法。
  11. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法であって、
    最初に受信される測定値を受信するためにアンテナを使用すること、
    前記最初に受信された測定値のコピーを作成し、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることによって前記最初に受信された測定値の前記コピーを処理して、処理されたコピーをもたらすこと、および
    干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記最初に受信された測定値を前記処理されたコピーと結合すること
    を具備する方法。
  12. 前記２つのアンテナ重み成分は固有値処理によって決定される、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記２つのアンテナ重み成分は簡略化された処理によって決定される、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧である、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記２つのアンテナ重み成分のそれぞれは複数の最も強いナビゲーションビーコン信号の複素電圧の合計である、請求項１３に記載の方法。
  16. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するためにコンピュータプログラムによって実行可能な命令のプログラムを組入れたコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
    ２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナを使用すること、および
    干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記２つの別個の測定値を結合すること
    を具備する、コンピュータ可読媒体。
  17. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するためにコンピュータプログラムによって実行可能な命令のプログラムを組入れたコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
    複数の別個の測定値を受信するために合成開口アンテナを使用すること、および
    干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して前記複数の別個の測定値を結合すること
    を具備する、コンピュータ可読媒体。
  18. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するためにコンピュータプログラムによって実行可能な命令のプログラムを組入れたコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
    最初に受信される測定値を受信するためにアンテナを使用すること、
    前記最初に受信された測定値のコピーを作成し、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることによって前記最初に受信された測定値の前記コピーを処理して、処理されたコピーをもたらすこと、および
    干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記最初に受信された測定値を前記処理されたコピーと結合すること
    を具備する、コンピュータ可読媒体。
  19. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するための集積回路であって、前記方法は、
    ２つの別個の測定値を受信するために２つのアンテナを使用すること、および
    干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記２つの別個の測定値を結合すること
    を具備する、集積回路。
  20. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するための集積回路であって、前記方法は、
    複数の別個の測定値を受信するために合成開口アンテナを使用すること、
    干渉除去ビームを形成するために複数のアンテナ重み成分を使用して前記複数の別個の測定値を結合すること
    を具備する、集積回路。
  21. 複数のナビゲーションビーコン信号を検出するための方法を実施するための集積回路であって、前記方法は、
    最初に受信される測定値を受信するためにアンテナを使用すること、
    前記最初に受信された測定値のコピーを作成し、空間ダイバーシティをエミュレートするために時間遅延を一致させることによって前記最初に受信された測定値の前記コピーを処理して、処理されたコピーをもたらすこと、および
    干渉除去ビームを形成するために２つのアンテナ重み成分を使用して前記最初に受信された測定値を前記処理されたコピーと結合すること
    を具備する、集積回路。
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