JP2013518281A - Gps信号とglonass信号とを同時に受信するシステムのためのアナログフロントエンド - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2010年1月25日に出願された「System And Method For Simultaneously Receiving GPS And GLONASS Signals」と題する米国仮特許出願第61/298,187号の優先権を主張する。
本発明は、位置判断を可能にする衛星システムに関し、特に、GPSおよびGLONASS衛星システムの衛星がリアルタイム位置判断を同時に行うことを可能にするシステムおよび方法に関する。
GPS(全地球測位システム:global positioning system)は、米国によって開発され、運営されている無線ベースの衛星システムである。GPSは1995年に完全に動作可能になった。グローバルカバレージを与えるために、GPSは24個から32個の衛星を使用する。最小24個の衛星を仮定すると、6つの軌道の各々に4つの衛星が配置される。6つの軌道平面の昇交点(ascending node)は60度ずつ分離される。この構成では、任意の所与のポイントからいつでも最低6つの衛星が見えるべきである。
図1に、GPSとGLONASSの両方の信号を受信し、復号するための例示的な受信機を示す。一実施形態では、受信機は、2つのチップ(すなわち集積回路)ソリューション、たとえばRFチップ110とベースバンドチップ111とを含むことができる。RFチップ110は、アナログフロントエンド(AFE)101と、GPSのためのデジタルフロントエンド(DFE_GPS)102Aと、GLONASSのためのDFE(DFE_GLO102B)と、マルチプレクサ(MUX)103とを含むことができる。
図2Aに、信号(GPSおよび/またはGLONASS)を受信する低雑音増幅器(LNA)201を含む例示的なAFEを示す。表面弾性波(SAW)フィルタ202は、LNA201の出力を受信し、帯域通過フィルタ処理を行うことができる。バッファ203はSAWフィルタ202の出力を受信し、それのバッファされた信号を単一のミキサセット(すなわち単一のI/Qミキサペア)204に与えることができ、セット204のうちの1つのミキサは、局部発振器からcos信号をさらに受信し、セット204のうちの他のミキサは、局部発振器からsin信号をさらに受信する。これらのミキサ出力は、電流電圧ブロック(I2V)205によって電流モードから電圧モードに変換され、次いでポリフェーズフィルタ(PPF)206Aおよび206Bに与えられる。PPF206Aおよび206Bが複素数入力(I/Q)を有し、一般に画像信号を削除し、実数出力(I)を有することに留意されたい。電圧利得増幅器(VGA)207Aおよび207Bは、それぞれPPF206Aおよび206Bの出力を受信する。アナログデジタル変換器(ADC)208Aおよび208B(たとえば2つの8ビットADC)は、それぞれVGA207Aおよび207Bの増幅された出力を受信し、次いで(図2Aにコンテキストのために示してある)DFE−GPS102AおよびDFE_GLO102Bに信号を与える。したがって、上記で説明した構成では、GPSとGLONASSとは、フロントエンド受信機経路、すなわち、LNA201と、SAWフィルタ202と、バッファ203と、ミキサセット204とを共有する。ただし、ミキサセット204の後、GPSとGLONASSとは、異なるPPFと、AGCと、ADCとを使用する。
従来のGPS受信機は、概して1または2ビットADCを使用しているが、受信GPS信号は、通常、熱雑音フロアを下回るので、それで十分である。たとえば、熱雑音電力は一般的なアナログフィルタでは約−110dBmであるが、GPS信号の受信電力は−130dBm以下である。この場合、ADCによってもたらされる量子化雑音が熱雑音に比較して無視できる限り、全体的な性能は低下しない。
図15に、19MHzと21MHzの間のIF周波数と、64MHzのADCサンプル周波数とを有する例示的なDFE_GLO102Bを示す。この実施形態では、DFE_GLO102B(図1)は、スパー推定および消去(SEC)ブロック1502〜1503と、デジタルミキサ(DM)1504と、低域フィルタ1505〜1506と、量子化器(QUAN)1507とを含むことができ、すべてが直列に結合される。SEC1502は、(コンテキストのため示してある)ADC208Bの出力を受信することができることに留意されたい。一実施形態では、SEC1502〜1503は必要に応じて独立して有効化/無効化され得、DM1504と、LPF1505〜1506と、QUAN1507とは常に有効化され得る。
図19に、有利には、図1に示す受信機の構成要素を制御することができる非活動化回路1900を示す。一実施形態では、非活動化回路1900は、DFE_GPS102と、DFE_GLO102Bと、MUX103と、デュアルモードインターフェース104とを制御することができる。非活動化回路1900は、今度は、(ソフトウェアで実装された)ナビゲーションエンジン1901によって制御され得る。一実施形態では、受信機によってGPS信号またはGLONASS信号のうちの1つのみが使用されているとき、非活動化回路1900は、DFE_GPS102A、DFE_GLO102B、および/またはデュアルモードインターフェース104中に設けられたいくつかの専用回路を電源切断することができる。
図20に、(上記で説明した)RFチップ110と、ベースバンド(BB)チップ111と、GML(GNSS測定レイヤSW)2012とを含むロケーション判断システムを示す。BBチップ111は、(図1に関して説明した構成要素に加えて)デマルチプレクサ2001とインターフェースカウンタデバイス(ICD)2002とを含むことができる。ICD2002は、GPS DFE2経路(I/Q)2ビット出力またはGLO DFE2経路(I/Q)2ビット出力のいずれかをとることができる。
再び図1を参照すると、デュアルモードインターフェース(DMI)104は、処理されたDFE出力信号を検索エンジン105Aと追跡エンジン105Bとに与えることができる。図24に、デマルチプレクサ(DEMUX)2402と、チャネル選択ミキサ2403と、2つの積分およびダンプ(I&D)ユニット2404Aおよび2404Bと、第1のスイッチマトリックス2405と、第2のスイッチマトリックス2406とを含む例示的なDMI104を示す。(コンテキストのために示してある)MUX103は、RFチップ110の出力において2つの16MHz GPS信号とGLO信号とを一緒に多重化する(図1を参照)。したがって、DEMUX2402は、ベースバンドチップ111の入力において2つの信号を分離することができる。
図30に、受信機内の例示的なコードトラッキングループ3000を示す。この実施形態では、トラッキングループ3000は、直角位相相関器ブロック3001と、同相相関器ブロック3002と、コード生成器3003と、弁別器3004と、コードループフィルタ2705と、コードクロック生成器3006とを含む。
従来の生成器は、各追跡チャネルにおいて4つのタップ、すなわちE(早い)と、P(プロンプト)と、L(遅い)と、N(雑音)とをサポートする。この生成器では、それぞれ、最小タップ間隔は、2、4、および8MHzのシフトレジスタレート(SRR)に対して1/2、1/4、および1/8チップである。改善された追跡エンジンの1つの機能によれば、6タップ生成器が含まれ得る。
GPS受信機およびGLONASS受信機は、アンテナから検索エンジン/追跡エンジンまでのレイテンシを処理することに反応する。レイテンシが一定である場合、影響はクロックオフセットに吸収され得、したがって、PVT(位置、速度、および時間)ソリューションに対して透過的である。ただし、検索エンジンと追跡エンジンとでレイテンシが異なる場合、捕捉と追跡との間の適切なハンドオーバを保証するようにデルタを較正する必要がある。さらに、GLONASSとGPSとでこのレイテンシが異なる場合、システマティックバイアスを除去するようにデルタを較正する必要がある。さらに、異なるハードウェアモードでレイテンシが異なる場合も、無矛盾な1pps生成のためにデルタを較正する必要がある。
SAWフィルタ202は、GPS帯域とGLONASS帯域とで異なる群遅延を有し得る。たとえば、GPSとGLONASSとの間で最高8nsの群遅延デルタが認識されており、様々なGLONASSデバイスにおけるGLONASSチャネル間では最高5nsである。一実施形態では、最悪状況を制限するために定数オフセットが加算され得る。たとえば、変動が−9nsから+3nsまでの間にある場合、定数3nsを加算することは、ワーストケース絶対誤差9nsの代わりに6nsを作成する。別の実施形態では、ルックアップテーブルが、温度変化および/またはプロセスコーナーに基づく群遅延デルタを含むことができる。一実施形態では、較正をいつ実行すべきかを知るために温度センサが使用され得る。別の実施形態では、補正量を調整するために温度センサが使用され得る。
ロケーション判断システムのデジタル回路におけるレイテンシは、特定のデジタル処理チェーン、すなわちGPSまたはGLONASSに依存する。図42に、レイテンシに寄与し得るデュアルモードインターフェース104のDFE_GPS102AおよびGPS使用構成要素のうちの例示的な構成要素を示す(ADC208Aと、検索エンジン105Aと、追跡エンジン105Bとは、コンテキストのために示してある)。図43に、レイテンシに寄与し得るデュアルモードインターフェース104のDFE_GLO102BおよびGLONASS使用構成要素の例示的な構成要素を示す(ADC208Bと、検索エンジン105A、および追跡エンジン105Bは、コンテキストのために示してある)。GPSデジタル処理チェーン対GLONASSデジタル処理チェーンでは、異なる構成要素が与えられるので、これらのチェーンが本質的に異なるレイテンシを有するであろうことに留意されたい。ただし、各々チェーンのレイテンシは決定論的であり、したがって他のチェーンのレイテンシを補償するために使用され得る。
一実施形態では、各モジュールの処理レイテンシは、決定論的にカウントされ得、ルックアップテーブルに保存され得る。レイテンシは、ADCクロックサイクル数で指定され得る。
GPSとGLONASSとの間または異なるGLONASSチャネル間のレイテンシデルタをPVTソリューションのために補償すること、すなわち、LS(最小2乗)または(一連の雑音の多い測定値から線形動的システムの状態を推定する)カルマンフィルタの前にコード位相測定を相応に調整することができる。この調整は、GML、他の測定SW、またはナビゲーションSWにおいて行われ得る。
一実施形態では、GPS/GLONASS受信機の入力において強い干渉があるとき、信号は、誤ったAGC測定値、捕捉結果、および追跡結果を生成することを回避するために「ブランキング」され得る。ブランキングをトリガする制御信号は複数のソースによって制御され得る。一実施形態では、ブランキングは、最高4つのソース、たとえば、(1)LNAにおいて飽和が検出されたときにトリガする、GLONASS受信機中のLNAのピーク検出器(内部)、(2)共存するBTシステムの送信インジケータ(内部)、(3)WiFi送信インジケータ(外部、随意)、および(4)セルフォン送信インジケータ(外部、随意)によって制御され得る。
強い干渉が存在するとき、ICD出力は増加し、AGCに利得を低減させる。干渉が消えたとき、AGCが利得をバックアップするのに時間がかかるので、利得のこの低減は望ましくない。この遅延を回避するために、blank_enが所定の値に等しいとき(たとえば、blank_en=1とき)、AGC動作をフリーズすることができる。
追跡チャネルの3ビット入力は2の補数フォーマットである。一実施形態では、ブランクイネーブルビット(blank_en)が「1」であるとき、その3ビット入力は、実数0を生成するためにすべて0に設定される。積分中にblank_en=1が生成された場合、対応する追跡結果は無効である。一実施形態では、各追跡チャネルは、blank_enに基づいて有効な追跡ビット(TRK_valid)を設定する(図46を参照)。一実施形態では、動作は以下のステップを含むことができる。
一実施形態では、検索エンジンへの入力は2ビット(符号、大きさ)フォーマットである。この入力は、積分およびダンプユニットにおいて2の補数に変換され得る。blank_en=1とき、変換された信号はすべて0に設定され、それによって+1ではなく実数0を保証する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
(1) GPS信号とGLONASS信号とを受信するための受信機であって、
アナログフロントエンド(AFE)と、
前記AFEの出力を受信するためのGPSデジタルフロントエンド(DFE)およびGLONASS DFEと、
前記GPS DFEおよびGLONASS DFEの出力を受信するためのデュアルモードインターフェース(DMI)と、
前記DMIの出力を受信するための検索エンジンとを備え、
前記AFEのフロントエンド構成要素が、前記GPS信号と前記GLONASS信号の両方を処理するように構成された、受信機。
(2) 前記フロントエンド構成要素が低雑音増幅器(LNA)を含む、(1)に記載の受信機。
(3) 前記フロントエンド構成要素が単一のミキサセットを含む、(1)に記載の受信機。
(4) 前記フロントエンド構成要素が単一のI/Qミキサペアを含む、(1)に記載の受信機。
(5) 前記フロントエンド構成要素が単一の局部発振器(LO)を含む、(1)に記載の受信機。
(6) 前記LOが調整可能である、(5)に記載の受信機。
(7) 前記LOが動的に調整可能である、(5)に記載の受信機。
(8) 前記AFEがGPSポリフェーズフィルタとGLONASSポリフェーズフィルタとを含み、前記GPSポリフェーズフィルタと前記GLONASSポリフェーズフィルタとのうちの少なくとも1つについてのLO周波数とフィルタ中心周波数とが調整可能である、(5)記載の受信機。
(9) 前記LO周波数と前記フィルタ中心周波数とが動的に調整可能である、(8)に記載の受信機。
(10) 前記LOが整数N合成器である、(5)に記載の受信機。
(11) 前記GPSポリフェーズフィルタと前記GLONASSポリフェーズフィルタとの通過帯域が正の周波数と負の周波数とのうちの1つであるように選択可能である、(8)に記載の受信機。
(12) 通過帯域選択が静的および動的のいずれかである、(11)に記載の受信機。
(13) 前記AFEがGPSポリフェーズフィルタとGLONASSポリフェーズフィルタとを含み、前記GPSポリフェーズフィルタおよび前記GLONASSポリフェーズフィルタの各々についてのフィルタ帯域幅が調整可能である、(1)に記載の受信機。
(14) 前記のフィルタ帯域幅が動的に調整可能である、(13)に記載の受信機。
(15) 前記AFEがGPS中間周波数(IF)フィルタとGLONASS IFフィルタとを含む、(1)に記載の受信機。
(16) 前記LOの周波数がGPS周波数とGLONASS周波数との間に設定される、(5)記載の受信機。
(17) 前記LOの前記周波数は、GPS中間周波数(IF)がGLONASS IFを下回るように設定される、(16)に記載の受信機。
(18) 前記GPS IFがほぼ1〜6MHzの間にある、(17)に記載の受信機。
(19) 前記LOの前記周波数がほぼ1581.67MHzである、(18)記載の受信機。
(20) GPS信号とGLONASS信号の両方を受信するように構成された受信機のための局部発振器(LO)周波数を生成するための方法であって、
前記LO周波数をGPS周波数とGLONASS周波数との間に設定すること
を備える方法。
(21) 前記LO周波数は、GPS中間周波数(IF)がGLONASS IFを下回るように設定される、(20)に記載の方法。
(22) 前記LO周波数は、前記GPS IFがほぼ1〜6MHzの間にあるように設定される、(21)に記載の方法。
(23) 前記LO周波数がほぼ1581.67MHzである、(22)記載の方法。
(24) GPS信号とGLONASS信号の両方を受信するように構成された受信機を動作させる方法であって、
GPS専用モードと、GPSおよびGLONASS固定モードと、GPSおよびGLONASS動的モードとのうちの1つから動作モードを選択することを備え、
前記GPSおよびGLONASS固定モードがGPSとGLONASSとを常時オンにし、
前記GPSおよびGLONASS動的モードが、GPSとGLONASSとのうちの1つを常時オンにし、別の1つを所定の条件に基づいてオンにする、方法。
(25) GPS信号とGLONASS信号とを同時に受信するための受信機であって、
アナログフロントエンド(AFE)と、
GPS経路とGLONASS経路とを含むデジタルフロントエンド(DFE)であって、前記AFEの出力を受信するDFEと、
前記DFEの出力を受信するためのデュアルモードインターフェース(DMI)と、
前記DMIの出力を受信するための検索エンジンと、
前記GPS信号と前記GLONASS信号とのうちの1つが必要とされないとき、前記DFEおよび前記DMIの専用回路を非活動化するための非活動化回路と
を備える受信機。
(26) 前記非活動化回路がナビゲーションエンジンによって制御される、(25)に記載の受信機。
(27) GPS信号とGLONASS信号とを同時に受信するための受信機であって、
アナログフロントエンド(AFE)と、
GPS経路とGLONASS経路とを含むデジタルフロントエンド(DFE)であって、前記AFEの出力を受信するDFEと、
前記DFEの出力を受信するためのデュアルモードインターフェース(DMI)と、
前記DMIの出力を受信するための検索エンジンと、
第2のシステムからの信号のみが位置判断を与えるとき、第1のシステムの専用回路を非活動化するための非活動化回路と
を備える受信機。
(28) GPS信号とGLONASS信号とを同時に受信するための受信機であって、
複数の衛星を捕捉するための検索エンジンと、
前記複数の衛星を追跡するための追跡エンジンとを備え、
前記検索エンジンと前記追跡エンジンとが、前記GPS信号と前記GLONASS信号とを処理するように構成された、受信機。
Claims (28)
- GPS信号とGLONASS信号とを受信するための受信機であって、
アナログフロントエンド(AFE)と、
前記AFEの出力を受信するためのGPSデジタルフロントエンド(DFE)およびGLONASS DFEと、
前記GPS DFEおよびGLONASS DFEの出力を受信するためのデュアルモードインターフェース(DMI)と、
前記DMIの出力を受信するための検索エンジンとを備え、
前記AFEのフロントエンド構成要素が、前記GPS信号と前記GLONASS信号の両方を処理するように構成された、受信機。 - 前記フロントエンド構成要素が低雑音増幅器(LNA)を含む、請求項1に記載の受信機。
- 前記フロントエンド構成要素が単一のミキサセットを含む、請求項1に記載の受信機。
- 前記フロントエンド構成要素が単一のI/Qミキサペアを含む、請求項1に記載の受信機。
- 前記フロントエンド構成要素が単一の局部発振器(LO)を含む、請求項1に記載の受信機。
- 前記LOが調整可能である、請求項5に記載の受信機。
- 前記LOが動的に調整可能である、請求項5に記載の受信機。
- 前記AFEがGPSポリフェーズフィルタとGLONASSポリフェーズフィルタとを含み、前記GPSポリフェーズフィルタと前記GLONASSポリフェーズフィルタとのうちの少なくとも1つについてのLO周波数とフィルタ中心周波数とが調整可能である、請求項5に記載の受信機。
- 前記LO周波数と前記フィルタ中心周波数とが動的に調整可能である、請求項8に記載の受信機。
- 前記LOが整数N合成器である、請求項5に記載の受信機。
- 前記GPSポリフェーズフィルタと前記GLONASSポリフェーズフィルタとの通過帯域が正の周波数と負の周波数とのうちの1つであるように選択可能である、請求項8に記載の受信機。
- 通過帯域選択が静的および動的のいずれかである、請求項11に記載の受信機。
- 前記AFEがGPSポリフェーズフィルタとGLONASSポリフェーズフィルタとを含み、前記GPSポリフェーズフィルタおよび前記GLONASSポリフェーズフィルタの各々についてのフィルタ帯域幅が調整可能である、請求項1に記載の受信機。
- 前記のフィルタ帯域幅が動的に調整可能である、請求項13に記載の受信機。
- 前記AFEがGPS中間周波数(IF)フィルタとGLONASS IFフィルタとを含む、請求項1に記載の受信機。
- 前記LOの周波数がGPS周波数とGLONASS周波数との間に設定される、請求項5に記載の受信機。
- 前記LOの前記周波数は、GPS中間周波数(IF)がGLONASS IFを下回るように設定される、請求項16に記載の受信機。
- 前記GPS IFがほぼ1〜6MHzの間にある、請求項17に記載の受信機。
- 前記LOの前記周波数がほぼ1581.67MHzである、請求項18に記載の受信機。
- GPS信号とGLONASS信号の両方を受信するように構成された受信機のための局部発振器(LO)周波数を生成するための方法であって、
前記LO周波数をGPS周波数とGLONASS周波数との間に設定すること
を備える方法。 - 前記LO周波数は、GPS中間周波数(IF)がGLONASS IFを下回るように設定される、請求項20に記載の方法。
- 前記LO周波数は、前記GPS IFがほぼ1〜6MHzの間にあるように設定される、請求項21に記載の方法。
- 前記LO周波数がほぼ1581.67MHzである、請求項22に記載の方法。
- GPS信号とGLONASS信号の両方を受信するように構成された受信機を動作させる方法であって、
GPS専用モードと、GPSおよびGLONASS固定モードと、GPSおよびGLONASS動的モードとのうちの1つから動作モードを選択することを備え、
前記GPSおよびGLONASS固定モードがGPSとGLONASSとを常時オンにし、
前記GPSおよびGLONASS動的モードが、GPSとGLONASSとのうちの1つを常時オンにし、別の1つを所定の条件に基づいてオンにする、方法。 - GPS信号とGLONASS信号とを同時に受信するための受信機であって、
アナログフロントエンド(AFE)と、
GPS経路とGLONASS経路とを含むデジタルフロントエンド(DFE)であって、前記AFEの出力を受信するDFEと、
前記DFEの出力を受信するためのデュアルモードインターフェース(DMI)と、
前記DMIの出力を受信するための検索エンジンと、
前記GPS信号と前記GLONASS信号とのうちの1つが必要とされないとき、前記DFEおよび前記DMIの専用回路を非活動化するための非活動化回路と
を備える受信機。 - 前記非活動化回路がナビゲーションエンジンによって制御される、請求項25に記載の受信機。
- GPS信号とGLONASS信号とを同時に受信するための受信機であって、
アナログフロントエンド(AFE)と、
GPS経路とGLONASS経路とを含むデジタルフロントエンド(DFE)であって、前記AFEの出力を受信するDFEと、
前記DFEの出力を受信するためのデュアルモードインターフェース(DMI)と、
前記DMIの出力を受信するための検索エンジンと、
第2のシステムからの信号のみが位置判断を与えるとき、第1のシステムの専用回路を非活動化するための非活動化回路と
を備える受信機。 - GPS信号とGLONASS信号とを同時に受信するための受信機であって、
複数の衛星を捕捉するための検索エンジンと、
前記複数の衛星を追跡するための追跡エンジンとを備え、
前記検索エンジンと前記追跡エンジンとが、前記GPS信号と前記GLONASS信号とを処理するように構成された、受信機。
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