JP2014139574A - 多相符号ジェネレータおよびｇｎｓｓ受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】相関ピークを効率的に探すことができるＧＮＳＳ受信機を提供する。
【解決手段】ＰＲＮ系列符号ジェネレータ３９が、生成される系列の任意の所与の点において内部状態を記憶する。外部コマンド時に所与の生成サイクル数を経てジェネレータ内でリロードし、生成されるＰＲＮ系列の位相をその記憶された状態に対応する値に転換する。並列相関ＧＮＳＳ受信機は、ＧＮＳＳ ＰＲＮ系列のローカル複製を連続的に生成するための、転換可能符号ジェネレータを含む。符号ジェネレータは、第１の候補に関する符号を生成しながら、第２の候補に関するＰＲＮ系列の開始にほぼ調整された位相点において内部状態を記憶する。相関エンジンが第１の候補から第２の候補に切り替わるとき、記憶された状態が符号ジェネレータ内にロードされ、符号ジェネレータと所望の系列との間の小さな調整のずれが補正され、符号ジェネレータを位相空間内の必要な点に設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、衛星無線位置特定受信機に関し、詳細には、例えばＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ガリレオ・システム、他のＧＮＳＳ（地球航法衛星システム）の衛星などの位置特定衛星群によって生成される無線位置特定信号を受信し、処理するようになされる無線位置特定受信機に関するが、それだけには限定されない。本発明は、適当なＲＦインターフェースによって提供される無線位置特定信号を処理し、専用のＧＮＳＳ機器や、例えば汎用コンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話などの他のホストシステム内に組み込むことができるようになされる信号プロセッサ・ユニットにも関する。

ＧＮＳＳ（地球航法衛星システム）には一般的に、米国が運営するＧＰＳ（全世界測位システム）、ロシア連邦が運営するＧＬＯＮＡＳＳ（地球軌道航法衛星システム）、中国政府が提唱するＣＯＭＰＡＳＳ（Ｂｅｉｄｏｕ−２としても知られる）、および欧州連合が構築しようと計画しているガリレオ測位システムが含まれる。本発明を適用し得る他のＧＮＳＳシステムは試験中であるか、または将来提唱され実現される。

簡潔にするために、以下の説明および例は多くの場合ＧＰＳ受信機のみに関係する。ただし、本発明は必ずしもそのような受信機に限定されず、すべてのＧＮＳＳソースも含み、本発明を適用することができる他の将来の無線位置特定システムに拡張できることが理解されよう。

ＧＮＳＳ無線信号は、無線スペクトルのＵＨＦ部分、ほとんどの場合は１ＧＨｚ以上に位置し、地上で−１２０ｄＢｍ程度またはそれ以下の電力レベルを有し、概して、測位およびナビゲーションのために受信機内で使用される、擬似ランダム符号または同様の２進系列によって変調される直接系列拡散スペクトル信号である。衛星無線位置特定装置の一般的な機能についてはよく知られており、この説明では簡潔に要約する。本出願人名義の特許出願第ＥＰ１１９８０６８号、およびＷＯ０５００３８０７号も参照する。

ＧＰＳ（全世界測位システム）、ＧＬＯＮＡＳＳ、ガリレオなどの衛星無線位置特定システムは、いくつかの周回軌道衛星から放送される無線信号を受信することに依拠し、受信機から受信衛星それぞれへの間隔すなわち距離を求めるためにこれらの信号に含まれる情報を使用する。それらの衛星の軌道が分かると、絶対時間およびＧＰＳ受信機の位置を幾何学的に求めることができる。

本発明との関連において、用語「受信機」および「ＧＰＳ受信機」は、オプションで他の機能とともにＲＦフロントエンドおよびＧＮＳＳプロセッサを統合する、完全な自立型受信装置を意味することができるが、例えば携帯電話、自動車盗難防止警報器、ＰＤＡ（携帯情報端末）等の中のＧＰＳモジュールなど、複合エンティティの中に含まれるモジュールを意味することもできる。上記の用語は適当なバス、例えばＧＰＳ ＰＣカードを用いてホスティング装置と接続することができる、プラグ可能モジュールを意味することもできる。

本発明との関連において、用語「受信機」および「ＧＰＳ受信機」は、上記で定義した完全なＧＰＳ受信機または完全なＧＰＳモジュールを実現するように構成される、１つまたは複数の集積回路を含むものとして理解すべきでもある。

以下の説明は、大部分はＧＰＳ全世界測位システムに関するものである。ただし本発明はこの特定のシステムに限定されず、同じ原理に基づく無線位置特定システム、例えばＧＬＯＮＡＳＳシステムやガリレオ・システム用の受信機で使用することもできる。

オリジナルのＧＰＳ無線位置特定システムの場合、スペースビークルまたはＳＶとしても示される稼動ＧＰＳ衛星のそれぞれは、「Ｌ１」および「Ｌ２」として参照され、１５７２．４２ＭＨｚおよび１２２７．６０ＭＨｚにそれぞれ定められる２つの搬送周波数でナビゲーション無線信号を伝送する。このＬ１およびＬ２搬送波は、Ｃ／Ａ（粗捕捉）符号およびＰ（Ｙ）符号と呼ばれる２つのデジタル測距符号系列によって変調され、後者のＰ（Ｙ）符号は米国政府および米国軍にほとんどの場合限定されている。

商用のＧＰＳ受信機が使用するＣ／Ａ符号は、Ｌ１搬送波およびＬ２搬送波中で変調される。ＧＰＳ衛星ごとに一意であるＣ／Ａ符号は、遷移速度が１．０２３ＭＨｚである１０２３ビットすなわち１０２３「チップ」の繰り返しを備える擬似ランダムゴールド符号であり、多くの場合略してＰＲＮとして表される。したがってこのＣ／Ａ符号は、自らを１ミリ秒ごとに繰り返す。測距符号系列は、共通の正確な時間基準、つまり各衛星に搭載された正確なクロックによって保たれ、主クロックに同期される「ＧＰＳ時間」に同期される。Ｃ／Ａ符号によるＰＳＫ変調の効果は、変調信号のスペクトルを１ＭＨｚの帯域幅を超えて広げることである。

他の無線位置特定システム、例えば提唱されたガリレオ・システムや、ＧＰＳシステムへの提唱された拡張も、絶対時間の共通基準に同期される測距符号に基づく同様のまたは等しい信号構造を使用する。

Ｌ１搬送波およびＬ２搬送波はどちらも、５０ｂｐｓのナビゲーション・メッセージであるＮＡＶ符号をさらに搬送する。このナビゲーション・メッセージは、他の情報とともに、時間の関数としてのＧＰＳ衛星の座標、クロック補正値、および大気データを含む。ＮＡＶビットが「１」であるときは常に、Ｃ／Ａ符号の論理値を反転させることによりＮＡＶメッセージが符号化され、ＮＡＶビットが「１」でない場合は、ＮＡＶメッセージは変更されないままである。

地球表面でのＧＰＳ信号の信号強度は通常−１３０ｄＢｍＷであり、この値は、空の眺めが遮られるときは常にさらに減衰され、特に建築物の中ではさらに減衰される。他の衛星ナビゲーションシステムも同等の強度の信号を提供する。そのようなレベルはノイズフロアのはるか下にあるため、この信号は統計的手法を使用することによってのみ受信することができる。

これらの符号を捕捉して位置決定を行うために、ＧＰＳ受信機は、１．０２３ＭＨｚに近い周波数で作動するローカルＮＣＯに調整されたＣ／Ａ符号、つまりＰＲＮ符号のローカル複製を受信される衛星ごとに生成する。次いで、この符号は、受信機と衛星との間の距離によって決まる時間偏移の特定の値に関して相関値のピークが得られるまで、時間偏移され、受信機の相関エンジン内で受信信号と相関され、雑音レベルに応じてある程度長くなり得る時間にわたって積分される。

最適相関を達成するのに必要な時間偏移の量つまり擬似距離は、衛星とＧＰＳ受信機との間の間隔を示す。ＧＰＳの内部クロックは、通常はＧＰＳ衛星のクロックに関する大きな誤差により影響を受ける。この誤差を解決するために、ＧＰＳ受信機は、３つの空間座標ｘ、ｙ、ｚおよび時間ｔを備える位置決定を行うために、少なくとも４つの衛星を捕捉する必要がある。

ＧＰＳ受信機が衛星の位置についての知識をほとんどまたは全く有さない位相オフセット−ドップラー偏移空間内で十分な数の衛星信号を突き止めようとする位相は、通常は「捕捉」状態と呼ばれる。一方、「追跡」状態でピークが見つかると、このシステムはこれらのピークのドリフトに追従するだけでよく、この追従は、通常はより容易にまたはより少ない遅延で行われる。

この捕捉状態を加速するために、多くの受信機は、時間偏移とドップラー周波数とのいくつかの組合せを同時に探るために受信機の相関エンジンが多数の相関器を備える、超並列アーキテクチャを導入する。典型的な場合では、相関エンジンは、入力信号を何千もの符号位相偏移／ドップラー周波数の組合せと相関させることができる。

米国特許出願第２００５ＵＳ−６０７５２０３２号は、捕捉処理と探索処理とが２つの位相に分けられ、それにより第１の位相で連続的な符号空間にわたって短相関が行われ、相関ピークの潜在的存在があるかどうかタップごとの相関器出力が調べられるＧＮＳＳ受信機について記載する。

この第１の相関位相は、すべての符号位相の大部分をなくすことを可能にし、潜在的な符号位相の約１０％の低減された符号空間探索を残し、これは探索処理に必要な資源およびエネルギーを低減できるようにするが、この位相は、相関をより長く行わなければならない１組の非連続的なタップおよび相対符号位相をもたらす。

従来の超並列相関器では、単一の符号系列を生成するために単一の符号ジェネレータを使用することができ、その符号系列は、連続的な相関器タップを生成するためにその符号により位相偏移され、掛けられ、そのような符号ジェネレータ・アーキテクチャは、すべてのタップ間で共用され、ＬＦＳＲ（線形フィードバック・シフトレジスタ）ベースの状態機械またはＲＡＭベースのルックアップ・テーブルとして効率的に実装することができる。

しかし、非連続的なタップに対して相関するためには、複数の位相偏移されたデータサンプルを有するか、または複数の符号位相を有することが必要である。これはルックアップ・テーブル符号ジェネレータによって容易に達成することができるが、実行速度が、すべての相関器の間で符号ＲＡＭを共用することを妨げるため、それには複数の大きいＲＡＭテーブルが必要である。このＲＡＭテーブルには高速でアクセスする必要があるため、ＲＡＭルックアップ符号ジェネレータは、大量のシリコン領域を占有することに加え、より多くの電力を消費することも暗に意味する。ＲＡＭベースの符号ジェネレータの一例が、米国特許第６４２１３７２号に見られる。米国特許第６２０８２９１号は、符号の連続的なタップをいくつかの並列相関器に送る多相符号ジェネレータについて記載する。ＷＯ２００４／０６３８９７号は、汎用プロセッサ内でＰＲＮの生成を行うソフトウェア受信機を開示する。

一方、従来のＬＦＳＲベースの符号ジェネレータは、それぞれの相関パスで異なる、知られている開始位相に初期化する必要があるため、多相応用例には適さない。このような初期化は、実用的であるには多過ぎるサイクルを必要とする、符号ジェネレータが適正な符号位相にステップされること、または複数のｒａｍベース相関器を使用するのと同じ問題を引き起こすことになる、符号ジェネレータがシードされることを必要とする。

多数の独立した相隔たる符号位相を同時に処理する必要がある、従来のＧＮＳＳ受信機内に組み込まれる相関エンジンは、回路がより一層複雑になりかつ費用が増加するという犠牲を払い、この同時処理を行う。

本発明の目的は、知られている装置の欠点を与えることなく、非連続的な位相偏移を有する候補全体の中で相関ピークを効率的に探すことができるＧＮＳＳ受信機を提供することである。

本発明のさらなる目的は、従来のものより少ない資源を使用し、そのためより安価に製造できる超並列ＧＮＳＳ受信機および対応する符号ジェネレータを提供することである。

本発明の別の目的は、任意の所望の符号位相に最小限の遅延で効率的に初期化することができる、より単純かつより経済的な擬似ランダム符号ジェネレータを提供することである。

本発明によれば、これらの目的は、対応する区分内の独立請求項の対象である装置および方法によって達成され、本発明のさらなるオプションの特徴は、従属請求項および本明細書に記載する。

本発明は、諸図面によって示される詳細な説明での例を参照することでよりよく理解される。

本発明の一態様によるＧＮＳＳ受信機の全体構造を表す図。 本発明の一態様によるＧＮＳＳ受信機の全体構造を表す図。 本発明の一態様に相当する、修正されたＬＦＳＲゴールド符号ジェネレータの構造を簡略化した方法で示す図。 本発明の一態様によるＧＮＳＳ受信機の構造を概略的に示すブロック図。 本発明のマップ・プロセッサ・ユニットの一態様を示す図。 本発明のマップ・プロセッサ・ユニットの一態様を示す図。

図１は、様々なＧＮＳＳ衛星から発せられる無線信号との結合を可能にする１つまたは複数のアンテナ３０を備える汎用ＧＮＳＳ装置１０の配置を概略的に示す。

図１によれば、本発明の無線位置特定装置１０は、アンテナ３０により無線位置特定衛星から受信する信号を処理することをその機能とする、ＲＦ受信機または無線周波数モジュール４０を備える。この無線周波数回路は、シングル変換またはマルチ変換ヘテロダイン無線受信機を備え、その出力４７においてベースバンド信号、アナログ信号、デジタル信号、低ＩＦ信号、例えば４．０９２ＭＨｚの低ＩＦ信号、などの低周波数のナビゲーション信号を提供する。

受信される衛星群の変調方式に応じて、出力４７はその信号のいくつかの角度成分を備える。ＧＰＳの場合、例えば９０°だけ偏移された２つの成分が必要であり、Ｉ（同相：Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）成分およびＱ（直交位相：Ｑｕａｄｒａｐｈａｓｅ）成分と従来から呼ばれている。他の変調方式、例えばガリレオ・システムに関して提唱される変調は、３つ以上の角度成分を必要とする。

ＲＦモジュール４０は、無線位置特定装置１０に安定した時間基準参照、例えば３２．７３４ＭＨｚの時間基準を提供する主時間基準ジェネレータ５５に接続される。ＧＰＳ信号の捕捉および追跡を可能にするために、時間基準ジェネレータ５５はかなり正確かつ安定している必要があるため、この時間基準ジェネレータ５５は、概して高品質の温度補償型水晶発振器すなわちＴＣＸＯを備える。

ＲＦモジュール４０の出力４７は、擬似距離エンジン５０とも呼ばれる信号プロセッサ５０に供給され、それを受けてこの信号プロセッサ５０は、ＲＦ回路４０に制御命令４６を提供する。擬似距離エンジン５０の機能は、受信される衛星ごとに、受信信号に正確に時間整合された変調符号（商用ＧＰＳ受信機の場合はＣ／Ａ符号）のローカル複製を生成することにより、それらの衛星から受信される信号を逆拡散することである。擬似距離エンジン５０によって生成される符号偏移すなわち擬似距離７７が、ナビゲーション・エンジン１０６０に伝送され、このナビゲーション・エンジン１０６０は、位置決定座標および時間座標ｘ、ｙ、ｚ、ｔを計算する。このナビゲーション・エンジンはさらに、適当な探索命令７８によって擬似距離エンジン５０を操作する。位置決定は、大抵は反復カルマンフィルタによってまたは他の知られている手段によって得られ、満足な解が見つかるまで、このナビゲーション・エンジンはいくつかの符号周期の間、擬似距離データ７７に追従しなければならない可能性がある。

好ましくは、擬似距離エンジン５０およびＲＦモジュール４０は、２つの個別の集積回路としてまたは単一の共通の集積回路として実現される。

図示する本発明の改変形態では、ナビゲーション・エンジン１０６０は、応用ナビゲーション・ソフトウェア１０７０およびユーザとの対話用の適当な周辺機器１０８０も備える、ホストシステム１００の一部である。本発明の無線位置特定装置１０は、この場合、例えば携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、パーソナルコンピュータ、または他の任意の適当なホスト装置用の拡張カードまたは拡張モジュールの形をとる、ホストシステムの拡張である。ただし本発明は、ＲＦモジュールおよび擬似距離エンジンに加え、ナビゲーション・エンジン、応用ソフトウェア、および周辺機器を組み込む独立型機器も備える。この場合、ナビゲーション・エンジン１０６０および擬似距離エンジン５０の機能は、シングルチップ装置内に都合よく集めることができる。

マルチスタンダードのＧＮＳＳ無線位置特定装置の場合、受信される衛星は、いくつかの衛星群、例えばＧＰＳ群、ガリレオ群、またはＧＬＯＮＡＳＳ群に属し、いくつかの無線帯域で放出することができる。

本発明の好ましい実施形態は、相関を行うための回路素子またはこれに等価なソフトウェアを有する。そのような要素は、分離された個別のユニットへと分解される場合、タップシフトレジスタに基づく古典相関アーキテクチャに関して「タップ」と呼ぶことができる。ただし本発明はこの特定のアーキテクチャに限定されず、用語「タップ」はここでは相関値を生成するように構成され、部分的にまたは完全にソフトウェアで実現することもできる、抽象的な相関ユニットを意味することに留意する必要がある。

図２によれば、本発明のＧＮＳＳプロセッサは、当技術分野で知られているようにベースバンド信号を提供するデジタルサンプルから推定搬送波または既知の搬送波を除去する、ミクサ３２２およびローカル発振器３２５を備える搬送波ワイプオフ段階を備える。このような搬送波ワイプオフ回路は、典型的にはいくつかの異なる相関器によって共用される。このプロセッサは、ベースバンド信号内の搬送波除去済データを相関前バッファ３７に記録するための、少なくとも１つのサンプリング段階３５をさらに含む。このサンプリング段階は、例えば捕捉することを意図する衛星のドップラー偏移に応じてＣＰＵ（不図示）によりその速度が制御される、符号ＮＣＯ３５０によってクロック制御される。したがって、バッファ３７内の相関前サンプルは、チップ単位で、または好ましくは部分チップ長単位で自動的にサンプリングされるが、チップ境界との固定位置合わせは常に維持し、ＳＶのドップラー偏移に適応するために必要なサンプル位置合わせロジックを回避することができる。

各ＳＶは独立しかつ異なるドップラー偏移を有するため、本発明のプロセッサは、好ましくは複数の符号ジェネレータの符号ＮＣＯ３５０および相関前バッファ３７を備える。このＳＶに関する資源の並列化は、このＧＮＳＳプロセッサの処理能力に寄与する。

相関前バッファ３７内に記憶されるデータは、相関ピークに対応するドップラー偏移値／符号位相値の対によってそれぞれ求められる、ＧＮＳＳ信号の最大値を割り出すために、ローカルに生成されるＰＲＮ符号を基準にしていくつかの相関段階で処理される。

相関前バッファ３７内に記憶されるデータは、符号ジェネレータ３９によって生成されるローカル複製符号と、相関器２５０内で高速で相関される。ＳＶ信号は、符号ドップラーおよび搬送波ドップラーの両方に関して補償を必要とするが、搬送波の速度が符号ドップラーの１５４０倍であるため、データが実際の符号ドップラーの数十ｍＨｚ内でサンプリングされるという条件で、符号ドップラーに起因する損失はほとんどの実用目的、具体的には相関器２５０内で無視することができる。好ましくは、各相関器は多重化装置４５により、各チャネルが１つの確定したＳＶの捕捉専用であるいくつかの独立したチャネル３０によって提供されるデータに対して動作する。相関器の出力は、各相関についての周波数探索空間を広げるためにＤＦＴエンジン６０に供給される。これは、実際の符号に対する複製符号の緩やかなドリフトに起因する利得損失を抑えるために、符号ドップラーに対する最大探索時間にいくらかの制約を課す。最大で約１／３チップオフセットまで、ＤＦＴにより結果を有用に蓄積することがなお可能である。加えて、中心周波数からさらに、ライン上でＤＦＴにおいて損失があるため、このＤＦＴは例えば８ラインに制限される。

重要なことには、相関前バッファ３７内に記憶されるデータの処理は、オリジナルのデータ速度よりはるかに速い速度で実行される。このようにして本発明の受信機は、様々なタップに関する多数の相関値を効果的に提供することができる。ある実例では、各相関チャネルは４μ秒ごとに全１０２３点の相関値を提供する能力があり、これは、中間バッファを必要とすることなくＤＦＴが実時間で処理できる速度である。したがってこのシステムは、実データ速度を基準として２５６倍の加速度を提供する。いくつかの物理的に独立した相関器を設けることにより、さらに大きな数のタップ、例えば４ｋのタップを得ることができる。

図２を再び参照すると、ＤＦＴユニット６０は、実数部（Ｉ）および虚数部（Ｑ）の両方を有するコヒーレント積分値を提供する。これらのコヒーレント積分値は、コヒーレントアキュムレータ６５内で積分した後に、相関絶対値を計算し、その結果をインコヒーレント積分バッファ８０内に蓄積する振幅プロセッサ７０に供給される。定義によればこの相関値の振幅は非負値であるため、インコヒーレント積分バッファ内のデータは時間の非減少関数である。好ましくは、および本発明の別の態様によれば、振幅プロセッサ７０は、このインコヒーレント積分データから基礎値を減算し、その基礎値を上回る部分のみをバッファ８０内に記憶する。このようにして、このバッファ内に記憶されるデータはより小さく、そのためバッファ８０のサイズおよび電力消費を低減することができる。

図３は、本発明の一態様によるゴールド符号ジェネレータを示す。提示する例では、ＧＰＳ受信機に関して、この符号ジェネレータは、制御状態機械および１対のＬＦＳＲ（線形フィードバック・シフトレジスタ）状態機械を含み、各ＬＦＳＲはシフトレジスタ４２０ａと一連の同一の組合せジェネレータ機能４２０ｂ−４２０ｅとを備え、そのそれぞれが２^Ｎ−１の符号長に対してＮビットの深さを有し、ただし１０２３チップのＧＰＳゴールド符号ではＮ＝１０である。ジェネレータ機能は、選択されたＳＶに関する一連の連続的なゴールド符号チップを生成するために連鎖されて、ＧＰＳ Ｃ／Ａ信号で使用されるすべてのＰＲＮ符号を必要に応じて知られている方法で生成し、これらのビットを出力レジスタ４３０内にラッチする。

各クロックサイクルで、シフトレジスタ４２０ａのコンテンツがジェネレータ機能４２０ｂ−４２０ｅ内で変換され、そのチップごとの出力ビットがレジスタ４２０ａ内にコピーされ、次に続くレジスタ内にコピーされる。このようにして、この符号ジェネレータは、ゴールド系列内の１つ、２つ、３つ、または４つの符号を、各クロックサイクルにおいてステップオーバする。ＸＯＲゲート４６０は、選択されたゴールド符号系列の４つの連続的な符号を出力４３０に提供する。プログラム可能セレクタ４５０は、レジスタ４２０ａが４つの符号ジェネレータ機能出力４２０ｂ−４２０ｅのうちの１つでロードされることを可能にするように構成され、符号を１から４チップだけ進めることを可能にする。単純化した実現（不図示）によれば、このプログラム可能セレクタ４５０は、可能なステップのうちの部分集合のみを許可するように構成することができる。例えば、このプログラム可能セレクタ４５０は、４符号のステップまたはシングルステップのみ選択するように構成することができる。

必要な場合、本発明の符号ジェネレータは、任意のクロックサイクルでＮ数の符号を生成するように適合させることができ、ただし、例えばＮ＝２、４、８、１６、または任意の数の符号である。同時に本発明は、所望の擬似ランダム系列のすべての符号を１つずつステップスルーする、より単純な符号ジェネレータの事例も含む。この符号ジェネレータは、位相系列においてステップバックするだけでなく、ステップフォワードする可能性を提供することもできる。

上述のように、ＬＦＳＲジェネレータは容易にプログラム可能であり、実装において大量のメモリを使用しないので魅力的である。ただし、このＬＦＳＲジェネレータは、符号内の任意の位置に容易にアドレス指定することができない。最悪の場合は、この符号ジェネレータを所望の位置に調整するために１０２２クロックサイクル必要である。

このＬＦＳＲジェネレータの制約は、相関器が、あるタップから別のタップへと迅速に切り替わる必要がある並列相関アーキテクチャを有するＧＰＳレセプタで問題となる可能性がある。この問題を克服するために、本発明の符号ジェネレータは、「保存」命令の受信時に符号ジェネレータ機能４２０ａの出力を記憶するように構成される状態メモリ４１０を含む。一方、「リセット」命令は、シフトレジスタの状態を状態メモリ４１０内に記憶された値に復元することをもたらす。

各相関の間、最低１０２３チップにわたって相関を行うため、各相関サイクルにおいてすべての符号位相が符号ジェネレータによって生成されることが明らかであり、そのため、次の相関パスで使用される符号位相をこのシステムが事前に知る場合、このシステムは、次の相関パスを開始するのに必要な符号位相に非常に近い時点における、ある相関パス中の符号ジェネレータ状態のスナップショットをとり、そのスナップショットを将来使用するために状態メモリ４１０内に記憶することができる。例えば図示のアーキテクチャでは、このシステムは、符号系列内の所望の点に多くても３サイクルで到達することができる、シフトレジスタ４２０の状態を保存することができる。

状態メモリ４１０は専用のデータレジスタとすることができ、または本発明の範囲から逸脱することなく、この符号ジェネレータの外部にあってもよい。状態メモリ４１０は、例えば、ＣＰＵのアドレス指定可能な空間内のメモリ領域とすることができ、状況が示唆するときにはレジスタ４２０ａ、ジェネレータ機能４２０ｂ−４２０ｅ、論理演算装置４６０、出力レジスタ４３０、または他の変数およびデータを記憶するために使用することもできる。状態メモリ４１０は、符号ジェネレータから直接アクセス可能とし、またはＣＰＵもしくは外部コントローラの介在を必要とすることができる。線形シフトレジスタ４２０ａ−４２０ｄおよび論理演算装置４３０は、内部状態の周期系列に対応する周期符号系列を生成するように構成される状態機械を構成するが、この状態機械は本発明の範囲から逸脱することなく、様々な方法で実装することができる。

本発明の別の改変形態によれば、この符号ジェネレータは、記憶コマンドの受信後直ちにではなく、生成される符号が事前に設定された位相値に到達し、または設定されたクロックサイクル数を経た後の時点で、自らの内部状態を状態メモリ４１０内に保存するように構成される。

図４は、上述の特徴を活用する、本発明による信号プロセッサの可能な配置を示す。既に述べたように、デジタル化された受信信号を、相関前バッファであるサンプルｒａｍ３７内に記憶する。相関器２５０が要求する粒度を有するデータを提供するために、サンプラ３８を使用していくつかの隣接するサンプルを組み合わせる。

図４には４つ示すが、状況に応じて任意の数とすることができる相関器２５０は、サンプラからのデータと、マップ・プロセッサ６００が制御する個々の符号ジェネレータ３９が生成するＰＲＮ系列とを高速で相関させる。

本発明の一態様によれば、マップ・プロセッサ６００は、「スキマー」相関プロセッサによって事前に選択される少なくともいくつかの本物のＳＶ信号を含むことになっている候補タップのリストを得る。スキムされたタップは例えばマップ・メモリ領域６１０内に記憶され、ＣＰＵの制御の下でマップ・プロセッサ６００に転送される。

図５ａは、マップ・プロセッサ６００の機能の原理を非常に簡略化した方法で示すために使用する。このマップ・プロセッサ６００は、例えばＣＰＵから、図中の×印５２０で表すドップラー偏移値／符号偏移値の対によりスペースビークルごとに表される、相関が必要とされるタップのリストを得る。図示の例では、簡潔にするために、このリストは４つの利用可能な相関器の間で分配しようとする８つのタップしか含まず、そのため少なくとも２つの連続相関サイクルが必要になる。実際の場合には、このタップのリストは当然ずっと長いものとし、相関器の速度が許す限りさらに多くの連続相関サイクルを要求することができる。

マップ・プロセッサ６００は、第１の相関サイクル、第２の相関サイクルでそれぞれ処理される、タップ５０１および５０２の部分集合を選択する。このシステムが（図４で見てとれる）４つの独立した符号ジェネレータ３９および相関器２５０を備えると仮定して、このマップ・プロセッサは、必要な場合は初めに、探索されるＳＶに固有の符号系列の識別子で符号ジェネレータを初期化し、次いでこれら４つのタップに対する第１の相関を開始するために第１の部分集合５０１が必要とする位相に、この符号ジェネレータを転換しまたは設定する。この相関サイクルが進行する間、符号ジェネレータ３９は、探索されるＳＶに関するゴールド符号系列内のすべての符号を続けざまに生成する。

マップ・プロセッサ６００は、次に続く相関サイクルで分析しようとするタップを、利用可能な相関器のそれぞれについて部分集合５０２から選択し、その相関器のそれぞれが、次に続く相関サイクルで使用される符号位相に非常に近くなる位相５１０ａ−５１０ｄを事前に計算し、その時点における符号ジェネレータの状態を、例えば符号ジェネレータの状態メモリ４１０（図３）内に、または他の何らかの適当な記憶位置に記憶するために、適宜、記憶コマンドを発行する。第１の相関サイクルが完了すると、マップ・プロセッサ６００は前に記憶された状態を復元するだけでよく、すべてのジェネレータを所望の位相に調整するために各符号ジェネレータを多くても３ステップだけ進め、次の相関サイクルを開始する。

図示の例では、保存点５１０ａ−５１０ｄは、所望の開始点５２１ａ−５２１ｄに必ずしも正確に一致する必要はないが、一部の場合には位相において少し前に来る。その理由は、符号ジェネレータ３９は、ゴールド符号系列のすべての位相をステップスルーせず、図３に関して上述した例において見られるように、クロックサイクルごとに２、３、４、またはそれ以上の符号をステップするように構成することができるからである。この場合には、このマップ・プロセッサは、所望の符号位相より前のある１点で、または所望の符号位相の直前の符号位相に一致するある１点で記憶コマンドを発行するようにプログラムされる。図示の例では、記憶点５１０ａ、５１０ｃは、タップ５２１ａについての１つのチップの先進５１１ａを有し、５１０ｃも同様であり、記憶点５１０ｂは、タップ５２０ｂと５２１ｂとの間の位相差がこの場合は４の正確な倍数であったので、ちょうどタップ５１０ｂの位相上にあり、記憶点５１０ｄは、タップ５２１ｄについての２つのチップの先進５１１ｄを有する。マップ・プロセッサはこれらの先進値を計算し、適当なメモリ領域（不図示）内に記憶する。あるいはこれらの先進値は、シフトレジスタの状態とともに、符号ジェネレータ自体の状態メモリ４１０（図３）内に記憶することもできる。

第１の部分集合に対する相関が完了すると、マップ・プロセッサ６００は、第２の部分集合５０２内に含まれるタップに対する相関を開始する。この趣旨で、マップ・プロセッサ６００は、保存点５１０ａ−５１０ｄに対応するシフトレジスタの状態を復元するために、相関器に復元コマンドを発行する。次いでこのマップ・プロセッサ６００は、必要な場合に、前のステップで記憶した値に基づいて、所望のタップと必ずしも同相でない符号ジェネレータを進める。この時点で、各符号ジェネレータはタップ５２１ａ−５２１ｄの位相に調整され、相関を開始することができる。

このマップ・プロセッサは、（最初の相関サイクルを除く）任意の相関サイクルの開始時において、符号ジェネレータが所望のタップの位相にほぼ調整されることを確実にする。本出願との関連において、「ほぼ調整される」とは、符号ジェネレータが、所望のタップに等しいか所望のタップを基準にして僅かに進んだ位相であって、そこから所望のタップの符号位相が限られたサイクル数で、例えば１６サイクル以下、好ましくは８サイクルまたは４サイクル以下で得ることができる、位相に設定されることを意味する。符号ジェネレータにバックステップする能力がある場合、符号ジェネレータの保存された状態を所望のタップから僅かに遅らせることができる。

図５ｂは、相関サイクルに関係する、本発明の別の態様を示す。真の無線位置特定信号に一致する可能性が非常に高い候補を抽出するために、第１の「スキマー」相関演算によってもたらされるタップ候補５２０を、次に続く「抽出器（distiller）」相関演算でさらなる精度で調べ分析する。この抽出器は、好ましくはスキマー候補５２０を符号位相とドップラー偏移との両方についてひとまとめにし、スキマー候補５２０ごとに４つの相関５３０を実行する。このマップ・プロセッサは、スキマー候補５２０ごとに、固定された量５３５、例えば１／２チップだけ間隔を置かれた２つの相関を実行するように構成されるのに対し、ＤＳＰプロセッサ６０は、一定の量５３７によって分けられる２つの隣接するドップラーラインを調べるように構成される。このようにして、この抽出器相関処理は、スキマーによって提供される中心位相から±１／４チップで２つの符号位相に一致する４つのタップ５３０、および中心周波数から±１／２ＤＦＴラインだけ間隔を置かれた２つのドップラー周波数を生成する。最初の候補５２０を各点５３０間の中心に置くために、後者は、好ましくは間隔５３５、５３７それぞれの半分に相当する符号位相オフセット５２５およびドップラーオフセット５２７の分だけ偏移される。この偏移は、符号ＮＣＯ３５０（図２および図４）の位相および周波数を偏移することによって生じさせることができる。

図５ｂは、相関サイクルに関係する、本発明の別の態様を示す。真の無線位置特定信号に一致する可能性が非常に高い候補を抽出するために、第１の「スキマー」相関演算によってもたらされるタップ候補５２０を、次に続く「抽出器（distiller）」相関演算でさらなる精度で調べ分析する。この抽出器は、好ましくはスキマー候補５２０を符号位相とドップラー偏移との両方についてひとまとめにし、スキマー候補５２０ごとに４つの相関５３０を実行する。このマップ・プロセッサは、スキマー候補５２０ごとに、固定された量５３５、例えば１／２チップだけ間隔を置かれた２つの相関を実行するように構成されるのに対し、ＤＳＰプロセッサ６０は、一定の量５３７によって分けられる２つの隣接するドップラーラインを調べるように構成される。このようにして、この抽出器相関処理は、スキマーによって提供される中心位相から±１／４チップで２つの符号位相に一致する４つのタップ５３０、および中心周波数から±１／２ＤＦＴラインだけ間隔を置かれた２つのドップラー周波数を生成する。最初の候補５２０を各点５３０間の中心に置くために、後者は、好ましくは間隔５３５、５３７それぞれの半分に相当する符号位相オフセット５２５およびドップラーオフセット５２７の分だけ偏移される。この偏移は、符号ＮＣＯ３５０（図２および図４）の位相および周波数を偏移することによって生じさせることができる。
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。
［Ｃ１］ ＧＮＳＳ受信機内でＰＲＮ系列を提供するためのＰＲＮ符号ジェネレータであって、
状態機械の状態の周期系列に対応する周期チップ系列を生成する、クロックターミナルおよび少なくとも１つの状態機械を備え、
前記クロックターミナルのクロックサイクルごとに、前記ＰＲＮ系列の一連のＮ個のチップを生成するように構成されることを特徴とするＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ２］ クロックサイクルごとに生成されるチップの前記個数Ｎがプログラム可能である、Ｃ１に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ３］ クロックサイクルごとに生成されるチップの前記個数Ｎが４以上である、Ｃ１または２のいずれかに記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ４］ 状態メモリ（４１０）をさらに備え、前記生成されるＰＲＮ系列の位相がある値を有する選択された時点において、前記状態機械の状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するために制御可能であり、前記状態メモリ（４１０）内に保存された前記状態に前記状態機械を設定するためにさらに制御可能であり、したがって、前記生成されるＰＲＮ系列の前記位相を前記値に設定する、Ｃ１に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ５］ 前記生成される系列が、事前に設定された位相値に到達するときに、前記状態機械の前記状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するように構成される、Ｃ４に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ６］ 保存コマンドを受信してから、設定されたクロックサイクル数を経て、前記状態機械の前記状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するように構成される、Ｃ４に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ７］ 保存コマンドの受信時に、前記状態機械の前記状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するように構成される、Ｃ４に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ８］ 前記状態機械が１つのシフトレジスタ（４２０ａ）を含むことをさらに特徴とする、Ｃ１から７のいずれかに記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ９］ 前記状態機械が、一連の同一の組合せジェネレータ機能（４２０ｂ−４２０ｅ）をさらに備える、Ｃ８に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
［Ｃ１０］ Ｃ１から９のいずれかに記載の１つまたは複数のＰＲＮ符号ジェネレータを含むＧＮＳＳ受信機であって、
候補信号に関する相関データを連続して生成するために、前記ＰＲＮ符号ジェネレータを制御するように構成されるマップ・プロセッサ・ユニットをさらに備え、前記１つまたは複数のＰＲＮ符号ジェネレータが、第１の候補に関する前記符号を生成しながら、次に続く候補の前記ＰＲＮ系列が開始する位相に近い位相において、前記符号ジェネレータの前記内部状態を前記符号ジェネレータの状態メモリ（４１０）内に記憶し、前記次に続く候補を前記相関する前に、前記状態メモリ（４１０）内に保存された前記状態を復元するように制御されるＧＮＳＳ受信機。
［Ｃ１１］ マップ・プロセッサ・ユニットが、前記符号ジェネレータの前記保存された内部状態と、次に続く候補の前記ＰＲＮ系列の開始との間の前記位相差（５１１ａ−５１１ｄ）を記憶し、前記次に続く候補を前記相関する前に、前記位相差を補償するために前記符号ジェネレータをステップするように構成される、Ｃ１０に記載のＧＮＳＳ受信機。

Claims (11)

1. ＧＮＳＳ受信機内でＰＲＮ系列を提供するためのＰＲＮ符号ジェネレータであって、
   状態機械の状態の周期系列に対応する周期チップ系列を生成する、クロックターミナルおよび少なくとも１つの状態機械を備え、
   前記クロックターミナルのクロックサイクルごとに、前記ＰＲＮ系列の一連のＮ個のチップを生成するように構成されることを特徴とするＰＲＮ符号ジェネレータ。
2. クロックサイクルごとに生成されるチップの前記個数Ｎがプログラム可能である、請求項１に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
3. クロックサイクルごとに生成されるチップの前記個数Ｎが４以上である、請求項１または２のいずれかに記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
4. 状態メモリ（４１０）をさらに備え、前記生成されるＰＲＮ系列の位相がある値を有する選択された時点において、前記状態機械の状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するために制御可能であり、前記状態メモリ（４１０）内に保存された前記状態に前記状態機械を設定するためにさらに制御可能であり、したがって、前記生成されるＰＲＮ系列の前記位相を前記値に設定する、請求項１に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
5. 前記生成される系列が、事前に設定された位相値に到達するときに、前記状態機械の前記状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するように構成される、請求項４に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
6. 保存コマンドを受信してから、設定されたクロックサイクル数を経て、前記状態機械の前記状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するように構成される、請求項４に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
7. 保存コマンドの受信時に、前記状態機械の前記状態を前記状態メモリ（４１０）内に保存するように構成される、請求項４に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
8. 前記状態機械が１つのシフトレジスタ（４２０ａ）を含むことをさらに特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
9. 前記状態機械が、一連の同一の組合せジェネレータ機能（４２０ｂ−４２０ｅ）をさらに備える、請求項８に記載のＰＲＮ符号ジェネレータ。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の１つまたは複数のＰＲＮ符号ジェネレータを含むＧＮＳＳ受信機であって、
    候補信号に関する相関データを連続して生成するために、前記ＰＲＮ符号ジェネレータを制御するように構成されるマップ・プロセッサ・ユニットをさらに備え、前記１つまたは複数のＰＲＮ符号ジェネレータが、第１の候補に関する前記符号を生成しながら、次に続く候補の前記ＰＲＮ系列が開始する位相に近い位相において、前記符号ジェネレータの前記内部状態を前記符号ジェネレータの状態メモリ（４１０）内に記憶し、前記次に続く候補を前記相関する前に、前記状態メモリ（４１０）内に保存された前記状態を復元するように制御されるＧＮＳＳ受信機。
11. マップ・プロセッサ・ユニットが、前記符号ジェネレータの前記保存された内部状態と、次に続く候補の前記ＰＲＮ系列の開始との間の前記位相差（５１１ａ−５１１ｄ）を記憶し、前記次に続く候補を前記相関する前に、前記位相差を補償するために前記符号ジェネレータをステップするように構成される、請求項１０に記載のＧＮＳＳ受信機。

Images