JP2014179763A - 受信回路、受信装置および受信方法 - Google Patents

受信回路、受信装置および受信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】周波数帯域の異なる複数の信号を受信する受信回路または受信装置において消費電力や回路規模を削減する。
【解決手段】混合部は、アンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内においてアンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する。制御部は、測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数にアンテナの共振周波数を切り替えるとともに特定の周波数と混合信号の周波数とに基づいて局部発信信号の周波数を切り替える。
【選択図】図１

Description

本技術は、受信回路、受信装置および受信方法に関する。詳しくは、衛星からの測位信号を受信する受信回路、受信装置および受信方法に関する。
複数の衛星からの電波を受信し、受信機の位置や速度を求めるシステムとして、衛星航法システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）が知られている。ＧＮＳＳとして代表的なものは、米国により運用されているＧＰＳ（Global Positioning System）であるが、他にも各種のシステムが開発ないし運用されている。例えば、中国により開発されたＣＯＭＰＡＳＳや、ロシアにより運用されているＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）が挙げられる。これらのシステムでは、使用する周波数帯域などの仕様が異なることがあるものの、複数の衛星の各々から受信機までの距離に基づいて、その受信機の位置を算出するという測位原理については共通している。
この測位原理に基づいて精度の高い測位を行うには、受信機の３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）と時計の誤差との４つの未知数を求めるために、少なくとも４個の可視衛星（空中の見通せる範囲内の航法衛星）を必要とする。しかし、電波を遮る障害物の多い都市部などでは、可視衛星の数が少なくなってしまうことがある。そこで、ＧＰＳにおける衛星からの測位信号と、ＧＰＳ以外のシステム（ＧＬＯＮＡＳＳなど）における衛星からの測位信号とを１つのアンテナで同時に受信する受信装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この受信装置は、ミキサー、フィルタおよびアンプなどからなる回路を２つ備え、それぞれの回路で異なる周波数帯域の信号を受信している。これにより、受信装置は、異なる周波数帯域の複数の信号を受信することができる。複数の周波数帯域の信号を受信すれば、受信機は、１つの周波数帯域の信号のみを受信する場合よりも可視衛星を増加させることができ、その結果、測位精度が向上する。
また、このように測位を行う受信装置は小型であるほど利便性が高いため、受信装置の回路規模を削減することが求められている。また、受信装置の移動に伴って位置を測定するには、継続的に測位信号を受信し続けなくてはならないため、消費電力の低減が求められている。
特開２００９−９２４７３号公報
しかしながら、上述の従来技術では、消費電力や回路規模を削減することが困難である。上述の受信装置は、ミキサー、フィルタおよびアンプなどを周波数帯域ごとに備えている。この受信装置では、周波数帯域ごとにミキサーを設けて異なる周波数の局部発信信号と測位信号を混合しなくてはならないため、ミキサーの削減は困難である。フィルタやアンプの削減は可能であるが、これらを削減すると受信感度などの性能が著しく低下し、測位精度が低下してしまうという問題がある。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、周波数帯域の異なる複数の信号を受信する受信回路または受信装置において消費電力や回路規模を削減することを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、アンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において上記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合部と、上記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して上記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に上記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに上記特定の周波数と上記混合信号の周波数とに基づいて上記局部発信信号の周波数を切り替える制御部とを具備する受信回路、および、その受信方法である。これにより、選択された搬送波周波数帯域内の特定の周波数にアンテナの共振周波数が切り替わるとともに、特定の周波数と混合信号の周波数とに基づいて局部発信信号の周波数が切り替わるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記局部発信信号の位相が所定の基準位相に同期されたときにおいて上記受信回路の位置を示す位置情報を上記混合信号に基づいて生成するベースバンド部をさらに具備し、上記混合部は、上記局部発信信号の位相を上記所定の基準位相に同期させて当該位相を同期させた局部発信信号を上記測位信号に混合して上記混合信号として出力してもよい。これにより、局部発信信号の位相が基準位相に同期したときに位置情報が生成されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記ベースバンド部は、衛星の軌道データと現在時刻とに基づいて可視衛星の個数を上記搬送波周波数帯域ごとにさらに推定し、上記制御部は、上記可視衛星の個数が多い上記搬送波周波数帯域を上記可視衛星の個数が少ない上記搬送波周波数帯域に対して優先して選択してもよい。これにより、可視衛星数が多い搬送波周波数帯域が優先して選択されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記制御部は、上記アンテナのインピーダンスを変更して上記アンテナの共振周波数を切り替えてもよい。これにより、アンテナのインピーダンスの変更によりアンテナの共振周波数が切り替わるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記インピーダンスは、容量性リアクタンスおよび誘導性リアクタンスの少なくとも一方を含むものであってもよい。これにより、アンテナの容量性リアクタンスおよび誘導性リアクタンスの少なくとも一方の変更によりアンテナの共振周波数が切り替わるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記混合部は、カットオフ周波数より高い周波数成分を遮断するローパスフィルタに上記混合信号を通過させてから出力し、上記制御部は、上記アンテナの共振周波数と上記局部発信信号の周波数とを切り替えるとともに上記選択した搬送波周波数帯域の帯域幅が広いほど高い値に上記カットオフ周波数をさらに切り替えてもよい。これにより、選択された搬送波周波数帯域の帯域幅が広いほど高い値にカットオフ周波数が切り替わるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記混合信号における単位データを複数に分割した分割データのいずれかを上記混合信号に対応する上記周波数帯域が選択されるたびに保持する保持部をさらに具備し、上記ベースバンド部は、上記保持された分割データの各々から上記単位データを取得して上記位置情報を生成してもよい。これにより、分割データの各々から取得された単位データに基づいて位置情報が生成されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データを前記周波数帯域ごとに保持する保持部をさらに具備し、前記ベースバンド部は、前記分割データの各々から前記周波数帯域ごとに前記単位データを取得して前記位置情報を生成してもよい。これにより、周波数帯域ごとに単位データが生成されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記混合信号の周波数を変換する周波数変換部をさらに具備してもよい。これにより、混合信号の周波数がさらに変換されるという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、アンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において上記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合部と、上記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して上記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に上記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに上記特定の周波数と上記混合信号の周波数とに基づいて上記局部発信信号の周波数を切り替える制御部とを具備する受信装置である。これにより、選択された搬送波周波数帯域内の特定の周波数にアンテナの共振周波数が切り替わるとともに、特定の周波数と混合信号の周波数とに基づいて局部発信信号の周波数が切り替わるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記制御部は、上記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに上記局部発信信号の周波数を切り替える周波数制御部と、上記受信回路の位置を示す位置情報を上記混合信号に基づいて生成してもよい。これにより、位置情報が混合信号に基づいて生成されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記混合部は、上記局部発信信号の位相を上記所定の基準位相に同期させて当該位相を同期させた局部発信信号を上記測位信号に混合して上記混合信号として出力し、上記ベースバンド処理部は、局部発信信号の位相が所定の基準位相に同期されたときにおいて上記受信装置の位置を示す位置情報を上記混合信号に基づいて生成してもよい。これにより、局部発信信号の位相が基準位相に同期したときに位置情報が生成されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記ベースバンド処理部は、衛星の軌道データと現在時刻とに基づいて可視衛星の個数を上記搬送波周波数帯域ごとにさらに推定し、上記周波数制御部は、上記可視衛星の個数が多い上記搬送波周波数帯域を上記可視衛星の個数が少ない上記搬送波周波数帯域に対して優先して選択してもよい。これにより、可視衛星数が多い搬送波周波数帯域が優先して選択されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記混合信号における単位データを複数に分割した分割データのいずれかを上記混合信号に対応する上記周波数帯域が選択されるたびに保持する保持部をさらに具備し、上記ベースバンド処理部は、上記保持された分割データの各々から上記単位データを取得して上記位置情報を生成してもよい。これにより、分割データの各々から取得された単位データに基づいて位置情報が生成されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記混合信号における単位データを複数に分割した分割データを上記周波数帯域ごとに保持する保持部をさらに具備し、上記ベースバンド処理部は、上記分割データの各々から上記周波数帯域ごとに上記単位データを取得して前記位置情報を生成してもよい。これにより、周波数帯域ごとに単位データが生成されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記アンテナをさらに具備してもよい。これにより、アンテナにより測位信号が受信されるという作用をもたらす。
本技術によれば、周波数帯域の異なる複数の信号を受信する受信回路または受信装置において消費電力や回路規模を削減することができるという優れた効果を奏し得る。
第１の実施の形態における受信回路の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態における制御部の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態における周波数変換部の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態におけるベースバンド部の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態における周波数帯域ごとの制御内容の一例を示す図である。 第１の実施の形態における制御部、周波数変換部およびベースバンド部の動作の一例を示す図である。 第１の実施の形態における受信回路の動作の一例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における受信回路の一構成例を示すブロック図である。 第２の実施の形態の変形例における受信回路の一構成例を示すブロック図である。 第３の実施の形態における受信回路の一構成例を示すブロック図である。 第４の実施の形態における受信装置の一構成例を示すブロック図である。 第４の実施の形態におけるベースバンド部の機能構成の一例を示すブロック図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（時分割で共振周波数および局部発信周波数を切り替える例）
２．第２の実施の形態（時分割で共振周波数および局部発信周波数を切り替え、測位信号のデータを分割して保持する例）
３．第３の実施の形態（時分割で共振周波数および局部発信周波数を切り替え、中間周波数に変換する例）
４．第４の実施の形態（受信装置においてベースバンド部が時分割で共振周波数および局部発信周波数を切り替える例）
＜１．第１の実施の形態＞
［受信機の構成例］
図１は、実施の形態における受信機の一構成例を示すブロック図である。この受信機は、アンテナ１００および受信回路２００を備える。
アンテナ１００は、衛星からの電波の周波数に共振して、電波を電気信号に変換（すなわち、電気信号を受信）するものである。この電気信号には、受信機の位置を測定するために必要なデータが乗せられている。以下、この電気信号を「測位信号」と称し、その測位信号の周波数を「搬送波周波数」と称する。アンテナ１００は、受信した測位信号を受信回路２００に信号線１０９を介して供給する。
ここで、アンテナ１００および受信回路２００を備える受信機は、周波数帯域の異なる複数のＧＮＳＳにおける測位信号を受信するものとする。例えば、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳのそれぞれにおける測位信号が受信されるものとする。なお、受信機は、３つ以外の個数のシステムにおける測位信号を受信してもよい。また、ＧＮＳＳの組み合わせは、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳに限定されない。例えば、受信機は、ＧＰＳおよびＧａｌｉｌｅｏや、ＧＰＳおよびＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System）の測位信号を受信してもよい。Ｇａｌｉｌｅｏは、欧州連合により開発されているＧＮＳＳであり、ＱＺＳＳは、日本により開発されているＧＮＳＳである。
また、受信機は、同じシステムにおいて、複数の搬送波周波数帯域の測位信号を受信してもよい。例えば、ＧＰＳでは、周波数帯域の異なるＬ１帯およびＬ５帯などが用いられる。Ｌ１帯は広く用いられている民間用の周波数帯域であり、図１の受信機もＬ１帯の測位信号の受信を想定している。一方、Ｌ５帯は、Ｌ１帯よりも帯域幅が広く、Ｌ１帯よりも高精度の測位に用いられる。受信機は、これらのＬ１帯およびＬ５帯などを受信してもよい。
受信回路２００は、測位信号から位置情報を生成するものである。この受信回路２００は、可変インピーダンス２１０、低雑音増幅回路２２０、周波数変換部２３０、増幅部２５０、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部２６０、制御部２７０およびベースバンド部３１０を備える。
可変インピーダンス２１０は、アンテナに接続され、制御部２７０の制御に従って、容量性リアクタンスが変化するインピーダンスである。この可変インピーダンス２１０は、それぞれがコンデンサ２１１およびスイッチ２１２を有する複数の回路を備える。それぞれのコンデンサ２１１の一端は、アンテナ１００に接続され、他端は対応するスイッチ２１２に接続される。スイッチ２１２の一端は、対応するコンデンサ２１１に接続され、他端は接地される。また、スイッチ２１２は、制御部２７０の制御に従って開閉される。このスイッチ２１２は、低抵抗かつ低寄生容量であることが望ましい。スイッチ２１２の制御により、アンテナのインピーダンスのうち容量性リアクタンス（＝１／ωＣ）の値が変更される。ここで、ωは、角速度であり、Ｃはコンデンサ２１１のそれぞれの静電容量を合成した合成容量である。
アンテナ１００のインダクタンスをＬとした場合、アンテナ１００の共振周波数ｆＲと、インダクタンスＬおよび合成容量Ｃとの間には、例えば、次の式１に示す関係が成立する。ここで、共振周波数ｆＲの単位は、例えば、ヘルツ（Ｈｚ）である。また、インダクタンスＬの単位は、例えば、ヘンリー（Ｈ）であり、合成容量Ｃの単位は、例えば、ファラッド（Ｆ）である。
Figure 2014179763
図１に例示したように、並列に接続した複数のコンデンサ（言い換えれば、キャパシタ）からなる可変インピーダンス２１０は、コンデンサバンクまたはキャパシタバンクとも呼ばれる。なお、このようなコンデンサバンクの代わりに、可変容量ダイオードなどを可変インピーダンス２１０としてアンテナ１００に接続してもよい。また、容量性リアクタンスを可変としているが、誘導性リアクタンス、または、容量性リアクタンスおよび誘導性リアクタンスを可変としてもよい。さらに、可変インピーダンス２１０を受信回路２００に内蔵する構成としているが、受信回路２００の外部（アンテナ１００の近傍など）に可変インピーダンス２１０を設けてもよい。
低雑音増幅回路２２０は、アンテナ１００からの測位信号を低雑音増幅して周波数変換部２３０に供給する低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）である。
周波数変換部２３０は、制御部２７０の制御に従って、測位信号の搬送波周波数を、より低い周波数に変換（すなわち、ダウンコンバート）するものである。具体的には、周波数変換部２３０は、局部発信信号を生成し、その局部発信信号を測位信号に混合する。混合後の測位信号の周波数をベースバンド周波数Ｆｂｂとし、搬送波周波数をＦｒｆとし、局部発信信号の局部発信周波数をＦｌｏとすると、これらの周波数の間には、例えば、次の式２の関係が成立する。これらの周波数の単位は、例えば、ヘルツ（Ｈｚ）である。
Ｆｒｆ−Ｆｌｏ＝Ｆｂｂ ・・・式２
つまり、混合により、測位信号の周波数は、ベースバンド周波数Ｆｂｂに変換される。
このように、中間周波数への変換を行わずに、直接、ベースバンド周波数Ｆｂｂに変換する方式は、ダイレクトコンバージョン方式と呼ばれる。周波数変換部２３０は、周波数を変換した測位信号（言い換えれば、ベースバンド信号）を増幅部２５０に供給する。
なお、周波数変換部２３０は、特許請求の範囲に記載の混合部の一例である。
増幅部２５０は、測位信号を増幅してＡ／Ｄ変換部２６０に供給するものである。この増幅部２５０は、複数段の増幅器２５１を備える。それぞれの増幅器２５１は、入力された信号を増幅して次の段に供給する。これらの増幅器２５１により、ダウンコンバートされた測位信号は、Ａ／Ｄ変換部２６０における量子化ノイズのレベルが信号レベルより十分に低くなる程度にまで増幅される。
Ａ／Ｄ変換部２６０は、アナログの測位信号をデジタル信号に変換してベースバンド部３１０に供給するものである。このＡ／Ｄ変換部２６０は、Ａ／Ｄ変換器２６１および２６２を備える。Ａ／Ｄ変換器２６１は、アナログのＩ信号をＡ／Ｄ変換してベースバンド部３１０に供給するものである。Ａ／Ｄ変換器２６２は、アナログのＱ信号をＡ／Ｄ変換してベースバンド部３１０に供給するものである。ここで、Ｉ信号は、測位信号のうち同相成分の信号であり、Ｑ信号は、測位信号のうち直交成分の信号である。ベースバンド部３１０は、制御部２７０の制御に従って、測位信号から受信機の位置を求めるものである。
制御部２７０は、可変インピーダンス２１０、周波数変換部２３０、および、ベースバンド部３１０を制御するものである。この制御部２７０は、受信の開始または終了を指示する受信制御信号を受信回路２００の外部から受け取る。受信開始が指示されると、制御部２７０は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳのそれぞれの搬送波周波数帯域のいずれかを順に受信対象として選択する。例えば、制御部２７０は、搬送波周波数帯域の各々に予め、一定の長さのタイムスロットを割り当てておき、現在時刻に対応するタイムスロットにおいて、そのタイムスロットに対応する搬送波周波数帯域を選択する。
そして、制御部２７０は、選択した周波数帯域内の特定の周波数（例えば、中心周波数）にアンテナ１００の共振周波数ｆＲを切り替える。具体的には、制御部２７０は、インピーダンス制御信号により可変インピーダンス２１０を制御することにより、共振周波数ｆＲを切り替える。インピーダンス制御信号は、信号線２７７を介して供給される。
前述したように、可変インピーダンス２１０の合成容量Ｃと共振周波数ｆＲとの間には、式１の関係があるため、共振周波数ｆＲが、選択した搬送波周波数帯域の中心周波数となるように、合成容量Ｃが制御される。これにより、アンテナ１００は、受信対象の搬送波周波数帯域の測位信号を高感度で受信することができる。
ここで、仮に、アンテナ１００の共振周波数を固定値とすると、アンテナ１００の受信周波数帯域は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳの全ての搬送波周波数帯域をほぼカバーする程度に広くなければならない。しかし、一般に、高感度化のためにアンテナのゲインを上げるほど、アンテナの受信周波数帯域は狭くなり、かつ、アンテナの共振インピーダンスは高くなる傾向がある。この傾向から、アンテナ１００の共振周波数を固定値とすると、受信周波数帯域を広くしなければならないため、高感度化が困難となる。
これに対して、アンテナ１００の共振周波数を、受信対象の搬送波周波数帯域に応じて切り替える構成では、アンテナ１００の受信周波数帯域は、１つのＧＮＳＳの搬送波周波数帯域を含む程度の狭い範囲でよい。このため、アンテナ１００は、ゲインを上げて、共振周波数を固定とする場合よりも高感度で測位信号を受信することができる。
また、制御部２７０は、アンテナ１００の共振周波数を切り替えるとともに、周波数制御信号により周波数変換部２３０を制御して、搬送波周波数帯域の中心周波数とベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分の値に局部発信周波数Ｆｌｏを切り替える。周波数制御信号は、信号線２７８を介して供給される。これにより、搬送波周波数帯域が切り替わっても、式２の関係に基づいて、ベースバンド周波数Ｆｂｂは、ほぼ一定に維持される。
さらに、制御部２７０は、アンテナ１００の共振周波数を切り替えるとともに、ベースバンド部３１０をベースバンド制御信号により制御して、ベースバンド部３１０が使用するアルゴリズムを切り替える。ベースバンド制御信号は、信号線２７９を介して供給される。アルゴリズムの詳細については後述する。
［制御部の構成例］
図２は、第１の実施の形態における制御部２７０の一構成例を示すブロック図である。この制御部２７０は、計時部２７１、インピーダンス制御部２７２、周波数制御部２７３および測位制御部２７４を備える。
計時部２７１は、受信制御信号に従って時刻を計時してタイマ値を生成するものである。例えば、受信開始を指示する受信制御信号を受け取ると計時部２７１は、タイマ値を初期化して計時を開始し、受信終了を指示する受信制御信号を受け取ると計時を終了する。計時部２７１は、タイマ値をインピーダンス制御部２７２、周波数制御部２７３および測位制御部２７４に供給する。
インピーダンス制御部２７２は、タイマ値に基づいて可変インピーダンス２１０を制御するものである。具体的には、インピーダンス制御部２７２は、タイムスロットが切り替わる時点のタイマ値となったか否かを判断する。そして、タイムスロットが切り替わるときに、インピーダンス制御部２７２は、可変インピーダンス２１０を制御してアンテナ１００の共振周波数ｆＲを切り替える。
周波数制御部２７３は、タイマ値に基づいて周波数変換部２３０を制御するものである。この周波数制御部２７３は、タイムスロットが切り替わるときに、周波数変換部２３０を制御して局部発信周波数Ｆｌｏを切り替える。
測位制御部２７４は、タイマ値に基づいてベースバンド部３１０を制御するものである。この測位制御部２７４は、タイムスロットが切り替わるときに、ベースバンド部３１０を制御してベースバンド部３１０におけるアルゴリズムを切り替える。
［周波数変換部の構成例］
図３は、第１の実施の形態における周波数変換部２３０の一構成例を示すブロック図である。この周波数変換部２３０は、混合部２３１と、ローパスフィルタ２３４および２３５と、位相同期回路２４０とを備える。
混合部２３１は、測位信号と局部発信信号とを混合して測位信号の周波数を変換するものである。この混合部２３１は、混合器２３２および２３３を備える。混合器２３２および２３３には、位相が９０度、異なる局部発信信号が供給される。位相を９０度シフトさせるシフタは、図３において省略されている。
変換前の測位信号の周波数を搬送波周波数Ｆｒｆとし、局部発信信号周波数を局部発信周波数Ｆｌｏとすると、式２より、それらのＦｒｆおよびＦｌｏの差分の値（＝Ｆｒｆ−Ｆｌｏ）が、変換後の測位信号のベースバンド周波数Ｆｂｂとなる。
例えば、搬送波周波数Ｆｒｆが１５７３．３７４乃至１５７７．４６６ＭＨｚであり、局部発信周波数Ｆｌｏが１５７５．４２ＭＨｚである場合を考える。この場合、変換後のベースバンド周波数Ｆｂｂの周波数帯域は、−２．０４２乃至＋２．０４２ＭＨｚである。
混合器２３２は、局部発信信号と測位信号とを混合してＩ（同相成分）信号を生成してローパスフィルタ２３４に供給するものである。また、混合器２３３は、位相が９０度シフトされた局部発信信号と測位信号とを混合してＱ（直交成分）信号を生成してローパスフィルタ２３５に供給するものである。
ローパスフィルタ２３４は、Ｉ信号においてカットオフ周波数Ｆｃより低い周波数の成分を通過させるものである。ローパスフィルタ２３５は、Ｑ信号においてカットオフ周波数Ｆｃより低い周波数の成分を通過させるものである。カットオフ周波数Ｆｃは、周波数変換後の測位信号（Ｉ信号およびＱ信号）の周波数帯域幅が通過するように設定される。例えば、３つのシステムのそれぞれの搬送波周波数帯域をほぼカバーする帯域を変換すると数ＭＨｚ程度の帯域幅になる場合、ローパスフィルタ２３４および２３５のカットオフ周波数Ｆｃは、５ＭＨｚなどに設定される。
なお、システムごとに搬送波周波数の帯域幅は異なるため、変換後の周波数帯域幅もシステムごとに異なる。このため、それらの全てを通過させる値にローパスフィルタ２３４および２３５のカットオフ周波数Ｆｃを設定しているが、そのカットオフ周波数Ｆｃは、システムごとに切り替えることが望ましい。システムごとに切り替える場合、制御部２７０は、フィルタを制御する制御信号をさらに周波数変換部２３０に供給する。ローパスフィルタ２３４および２３５は、その制御信号に従って、搬送波周波数帯域幅が広いほど高い値にカットオフ周波数Ｆｃを切り替える。
位相同期回路２４０は、局部発信信号を生成するとともに、その局部発信信号の位相を基準信号の位相に同期させるものである。ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳの周波数帯域をほぼカバーする周波数帯域は、約１５６１乃至１６０２ＭＨｚであり、範囲が広い。位相同期回路２４０は、この広範囲の周波数帯域において、動作する必要がある。そのために必要とされる性能は、例えば、ＣＮ比（Carrier to Noise Ratio）が９０デシベルヘルツ（ｄＢ−Ｈｚ）程度、ロックアップタイムは１ミリセコンド（ｍｓ）程度である。ここで、ロックアップタイムとは、局部発信信号の局部発信周波数を切り替えたときから、その局部発信信号の位相が基準信号の位相に同期（すなわち、ロック）されるまでの時間である。
この位相同期回路２４０は、基準信号発生器２４１、位相比較器２４２、ローパスフィルタ２４３、電圧制御発信器２４４および分周器２４５を備える。
基準信号発生器２４１は、一定の発振周波数の基準信号を生成して位相比較器２４２に供給するものである。この基準信号発生器２４１としては、例えば、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：temperature compensated crystal oscillator）などの水晶発振器が用いられる。なお、基準信号発生器２４１を、周波数変換部２３０の外部に配置してもよい。また、基準信号の周波数は、制御部２７０やベースバンド部３１０内のＣＰＵを動作させるクロックの周波数としても用いられる。
位相比較器２４２は、基準信号発生器２４１からの基準信号と分周器２４５からの帰還信号との位相を比較して、その位相差に応じた電圧をローパスフィルタ２４３に供給するものである。ローパスフィルタ２４３は、カットオフ周波数より低い周波数の成分を通過させるものである。これにより、短周期の信号変動の増幅による無用な発信が防止される。
電圧制御発信器２４４は、ローパスフィルタ２４３を介して入力された電圧によって信号の周波数を制御するものである。この電圧制御発信器２４４は、入力された電圧により信号の周波数を制御し、局部発信信号として混合部２３１に供給するとともに、帰還信号として分周器２４５に帰還させる。
分周器２４５は、帰還信号の周波数を分周するものである。この分周器２４５は、帰還信号を分周比Ｎにより分周して位相比較器２４２に供給する。また、分周器２４５は、周波数制御信号に従って分周比Ｎを切り替える。分周比Ｎの切り替えにより、局部発信周波数Ｆｌｏの値が切り替えられる。例えば、基準信号の周波数が１６．３６８ＭＨｚである場合、局部発信周波数Ｆｌｏを１５７５．４２ＭＨｚにするには、分周比Ｎは、約９６．２５に制御される。
ここで、局部発信周波数Ｆｌｏは、変換後の周波数が、ベースバンド部３１０で使用されるベースバンド周波数Ｆｂｂとなるように制御される。測位信号の搬送波周波数Ｆｒｆが切り替えられる場合には、切り替えた後も、そのベースバンド周波数Ｆｂｂに変換されるように、制御部２７０が局部発信周波数Ｆｌｏを切り替える。
例えば、ベースバンド部３１０において数ＭＨｚ前後（例えば、−２．０４２乃至＋２．０４２ＭＨｚ）のベースバンド周波数帯域が使用される場合を考える。この場合において搬送波周波数Ｆｒｆが１５７３．３７４乃至１５７７．４６６ＭＨｚであるとき、局部発信周波数Ｆｌｏは、変換後の帯域がベースバンド周波数帯域内に収まるように１５７５．４２ＭＨｚに制御される。また、搬送波周波数Ｆｒｆが１５９７．５５２乃至１６０５．８６６ＭＨｚに切り替わったときは、局部発信周波数Ｆｌｏは、搬送波周波数の切り替えに応じて１６０１．７０ＭＨｚに切り替えられる。
［ベースバンド部の構成例］
図４は、第１の実施の形態におけるベースバンド部３１０の一構成例を示すブロック図である。このベースバンド部３１０は、相関器３１１、ＣＰＵ３１２、ＲＯＭ３１３、バス３１４、外部インターフェース３１５、ＲＡＭ３１６およびリアルタイムクロック３１７を具備する。
相関器３１１は、衛星を追尾（すなわち、トラッキング）する相関処理を行うものである。衛星は、高速で移動しており、その一方で、受信回路２００を備える受信機自体も移動することがある。このため、衛星からの測位信号の位相は常時変化しており、ベースバンド部３１０は、この位相の変化に追従して測位信号を補足する必要がある。
ここで、図４においては、説明の便宜上、相関器３１１を１つのみ記載している。しかし、実際には、例えば、Ｅ（Early）相関器、Ｐ(Punctual)相関器およびＬ(Late)相関器からなる組が追尾する衛星ごとに設けられる。１６個の衛星を追尾する場合には、１６組の相関器３１１が設けられる。
相関処理において、相関器３１１は、追尾対象の衛星固有のコードを生成する。固有のコードは、ＧＰＳにおいては、Ｃ／Ａ（Coarse/Acquisition）コードである。相関器３１１は、そのＣ／Ａコードと、測位信号（Ｉ信号およびＱ信号）との間の位相の相関の度合いに応じたレベルの信号を出力する。Ｅ相関器、Ｐ相関器、Ｌ相関器は、互いに位相の異なるＣ／Ａコードに基づいて信号を出力する。
Ｅ相関器の出力値をＶＥ、Ｐ相関器の出力値をＶＰ、Ｌ相関器の出力値をＶＬとした場合、ＣＰＵ３１２により、次の式３乃至式５が成立するように、位相が制御される。
ＶＥ＝ＶＬ ・・・式３
ＶＰ＞ＶＥ ・・・式４
ＶＰ＞ＶＬ ・・・式５
式３乃至式５が成立するようにＣＰＵ３１２が位相を制御することにより、衛星が追尾される。
ＣＰＵ３１２は、受信回路２００を備える受信機の位置や速度を測定するものである。このＣＰＵ３１２は、測位信号をベースバンド制御信号の示すアルゴリズムを使用して処理する。
使用するアルゴリズムは、ＧＮＳＳの種類により一部が相違する。これは、システムごとに、衛星の個数や軌道、測位信号の変調方式、測位信号に重畳されるコードのデータ構造、コード長、使用する座標系および時系などが異なるためである。
ここでは、一例として、ＧＰＳにおけるアルゴリズムについて説明する。ＧＰＳにおいては、測位信号は、エフェメリスデータおよびアルマナックデータを含む。このエフェメリスデータは、位置演算に使用する衛星の正確な位置を示す軌道データであり、測位信号に含まれる衛星番号の衛星のみが使用する衛星固有のデータである。アルマナックデータは、ＧＰＳにおいて運行されている全ての衛星の簡易な軌道データであり、受信機が可視衛星を見つけるために使用される。
ＣＰＵ３１２は、バックアップされているアルマナックデータと現在時刻とから衛星のそれぞれの位置を推定する。そして、ＣＰＵ３１２は、可視衛星を特定して追尾し、その可視衛星の測位信号をデコードしてエフェメリスデータおよびアルマナックデータを取得する。ＣＰＵ３１２は、アルマナックデータをバックアップしておく。なお、アルマナックデータは、工場出荷前に予め受信回路２００に記憶させておいてもよい。
ＣＰＵ３１２は、エフェメリスデータから可視衛星の各々の位置を取得し、それらの位置から受信機の現在位置を算出する。現在位置は、ピタゴラスの定理に基づいて、例えば次の式６乃至式１３から算出される。
Ｒ１＝ｃ×（ｔ１−ｔ０） ・・・式６
Ｒ２＝ｃ×（ｔ２−ｔ０） ・・・式７
Ｒ３＝ｃ×（ｔ３−ｔ０） ・・・式８
Ｒ４＝ｃ×（ｔ４−ｔ０） ・・・式９
（Ｘ１−ｘ）２＋（Ｙ１−ｙ）２＋（Ｚ１−ｚ）２＝（Ｒ１＋ｓ＋Δｒ１）２ …式１０
（Ｘ２−ｘ）２＋（Ｙ２−ｙ）２＋（Ｚ２−ｚ）２＝（Ｒ２＋ｓ＋Δｒ２）２ …式１１
（Ｘ３−ｘ）２＋（Ｙ３−ｙ）２＋（Ｚ３−ｚ）２＝（Ｒ３＋ｓ＋Δｒ３）２ …式１２
（Ｘ４−ｘ）２＋（Ｙ４−ｙ）２＋（Ｚ４−ｚ）２＝（Ｒ４＋ｓ＋Δｒ４）２ …式１３
式６乃至式９において、Ｒｉ（ｉは１乃至４の整数）は、衛星Ｓｉから受信機までの疑似距離であり、単位は例えばメートル（ｍ）である。ｔ０は基準時刻である。ｔｉは、ｔ０を基準とした、衛星Ｓｉからの測位信号の受信時刻である。ｔ０およびｔｉの単位は例えば秒（ｓ）である。ｃは光速であり、約３．０×１０８メートル毎秒（ｍ／ｓ）である。
また、式１０乃至式１２において、（ｘ、ｙ、ｚ）は、地球を中心とした直交座標系における受信機の３次元座標である。（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）は、地球を中心とした直交座標系における衛星Ｓｉの３次元座標である。ｓは、リアルタイムクロック３１７の時刻の誤差により生じる衛星から受信機までの距離の誤差である。Δｒｉは、衛星Ｓｉからの電波が電離層や対流圏で屈折することにより生じる距離の誤差である。ｓおよびΔｒｉの単位は、例えば、メートル（ｍ）である。
式６乃至１３において、Ｒｉ、（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）およびΔｒｉは、衛星Ｓｉの測位信号から求められる。このため、式６乃至式１３において、未知数は、（ｘ、ｙ、ｘ）およびｓの４つである。したがって、少なくとも４つの可視衛星から測位信号を取得して４つの連立方程式（式１０乃至式１３）を生成して解くことにより、ＣＰＵ３１２は、受信機の位置を求めることができる。なお、受信機の時計に誤差がない場合などにはｓを求めなくてよいため、少なくとも３つの可視衛星の測位信号から受信機の位置が求められる。
ＣＰＵ３１２は、求めた座標（ｘ、ｙ、ｚ）を経度、緯度および高度からなる座標に変換し、その座標を含む位置情報を受信回路２００の外部へ外部インターフェース３１５を介して出力する。
また、ＣＰＵ３１２は、ベースバンド制御信号に従って測位信号を処理するアルゴリズムを切り替える場合には、切り替えが指示された時点からロックアップタイムが経過したときに測位信号の処理を開始する。前述したようにロックアップタイムが経過しないと、周波数を切り替えた測位信号の位相が安定しないためである。
ＲＯＭ３１３は、ＣＰＵ３１２により実行されるプログラムを記憶するものである。バス３１４は、相関器３１１、ＣＰＵ３１２、ＲＯＭ３１３、外部インターフェース３１５、ＲＡＭ３１６およびリアルタイムクロック３１７がデータをやりとりするための共通の通信路である。外部インターフェース３１５は、位置情報やベースバンド制御信号をベースバンド部３１０が送受信するためのインターフェースである。ＲＡＭ３１６は、ＣＰＵ３１２に生成されるデータや測位信号などを保持するものである。リアルタイムクロック３１７は、時刻を計時して受信機の現在時刻をＣＰＵ３１２に供給するものである。
図５は、第１の実施の形態における周波数帯域ごとの制御内容の一例を示す図である。受信回路２００が利用するＧＮＳＳの種類は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳであるものとする。ＧＰＳのＬ１帯の搬送波周波数Ｆｒｆは、Ｌ１帯では、１５７３．３７４乃至１５７７．４６６ＭＨｚである。ＧＬＯＮＡＳＳのＬ１帯の搬送波周波数Ｆｒｆは、１５９７．５５２乃至１６０５．８８６ＭＨｚである。また、ＣＯＭＰＡＳＳの測位信号のうちＢ１信号の搬送波周波数は、１５５９．０５２乃至１５６３．１４４ＭＨｚである。これらの周波数帯域にそれぞれ、タイムスロットが割り当てられる。
ＧＰＳのタイムスロットにおいて、アンテナ１００のインピーダンス（例えば、容量性リアクタンス）は、Ｘｃ１（Ω）に制御される。インピーダンスがＸｃ１のときのアンテナ１００の共振周波数は、ＧＰＳのＬ１帯の中心周波数に切り替えられる。
そして、ＧＬＯＮＡＳＳのタイムスロットにおいて、アンテナ１００のインピーダンスは、Ｘｃ２（Ω）に制御され、その共振周波数は、ＧＬＯＮＡＳＳのＬ１帯の中心周波数に切り替えられる。ＣＯＭＰＡＳＳのタイムスロットにおいて、アンテナ１００のインピーダンスは、Ｘｃ３（Ω）に制御され、その共振周波数は、ＣＯＭＰＡＳＳのＢ１信号の搬送波周波数帯域の中心周波数に切り替えられる。
一方、ＧＰＳのタイムスロットにおいて、局部発信周波数Ｆｌｏは、切り替えたアンテナ１００の共振周波数（すなわち、ＧＰＳの中心周波数）とベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分（例えば、１５７５．４２ＭＨｚ）に制御される。ＧＬＯＮＡＳＳのタイムスロットにおいて、局部発信周波数Ｆｌｏは、ＧＬＯＮＡＳＳの中心周波数とベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分（例えば、１６０１．７０ＭＨｚ）に制御される。ＣＯＭＰＡＳＳのタイムスロットにおいて、局部発信周波数Ｆｌｏは、ＣＯＭＰＡＳＳの中心周波数とベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分（例えば、１５６１．００ＭＨｚ）に制御される。
また、ＧＰＳのタイムスロットにおいて、ＧＰＳの測位信号を処理するためのアルゴリズム１が使用される。ＧＬＯＮＡＳＳのタイムスロットにおいては、ＧＬＯＮＡＳＳの測位信号を処理するためのアルゴリズム２が使用され、ＣＯＭＰＡＳＳのタイムスロットにおいては、ＣＯＭＰＡＳＳの測位信号を処理するためのアルゴリズム３が使用される。
なお、ベースバンド部３１０は、前述したようにアルマナックデータおよび現在時刻などから搬送波周波数帯域ごとに可視衛星の個数を推定することができる。ベースバンド部３１０は、それらの可視衛星の個数を制御部２７０に供給してもよい。この場合、制御部２７０は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳのぞれぞれの可視衛星の個数を比較し、可視衛星が多い搬送波周波数帯域に対して可視衛星の少ない搬送波周波数帯域よりも優先してタイムスロットを割り当てればよい。
例えば、当初は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、および、ＣＯＭＰＡＳＳに均等にタイムスロットを割り当てて受信していたが、ある時点においてＧＰＳの可視衛星数が最も多く観測された場合を考える。この場合には、制御部２７０は、ＧＰＳに割り当てるタイムスロットの数を、他の２つのシステムよりも多くすればよい。あるいは、制御部２７０は、ＧＰＳのタイムスロットの長さを、他の２つのシステムのタイムスロットよりも長くすればよい。可視衛星が多いほど、測位精度が高くなるため、可視衛星の多いシステムの搬送波周波数帯域を優先して受信することにより、測位精度が向上する。
［受信回路の動作例］
図６は、第１の実施の形態における制御部２７０、周波数変換部２３０およびベースバンド部３１０の動作の一例を示す図である。図６におけるａは、制御部２７０の動作の一例を示す図である。図６のａにおいて、縦軸は、周波数制御信号の値であり、横軸は時間である。
ここで、ＧＰＳの搬送波周波数帯域には、Ｔ０乃至Ｔ２までのタイムスロットが割り当てられているものとする。また、ＧＬＯＮＡＳＳの搬送波周波数帯域には、Ｔ２乃至Ｔ４までのタイムスロットが割り当てられ、ＣＯＭＰＡＳＳの搬送波周波数帯域にはＴ４乃至Ｔ６までのタイムスロットが割り当てられているものとする。Ｔ６以降も同様に、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳおよびＣＯＭＰＡＳＳの順にタイムスロットが割り当てられる。それぞれのタイムスロットの長さは、例えば、同一とされる。なお、システムごとに測位に必要なデータ量が異なる場合には、システムごとに異なる長さのタイムスロットを割り当ててもよい。
制御部２７０は、ＧＰＳのタイムスロットにおいて、ＧＰＳの搬送波周波数Ｆｒｆとベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分に局部発信周波数Ｆｌｏを制御することを指示する値（例えば、「１」）の周波数制御信号を生成する。そして、ＧＬＯＮＡＳＳのタイムスロットにおいて、制御部２７０は、ＧＬＯＮＡＳＳの搬送波周波数Ｆｒｆとベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分に局部発信周波数Ｆｌｏを制御することを指示する値（例えば、「２」）の周波数制御信号を生成する。ＣＯＭＰＡＳＳのタイムスロットにおいて、制御部２７０は、ＣＯＭＰＡＳＳの搬送波周波数Ｆｒｆとベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分に局部発信周波数Ｆｌｏを制御することを指示する値（例えば、「３」）の周波数制御信号を生成する。インピーダンス制御信号およびベースバンド制御信号も同様のタイミングで生成される。
なお、ベースバンド部３１０における測位信号の処理は、ロックアップタイム経過後に開始されるため、制御部２７０は、周波数を切り替えてからロックアップタイムが経過したときに、アルゴリズムの切り替えを指示するベースバンド制御信号を送信してもよい。同様に、制御部２７０は、周波数を切り替えてからロックアップタイムが経過したときに、切り替えを指示するインピーダンス制御信号を送信してもよい。つまり、周波数制御信号の切り替えタイミングに対して、インピーダンス制御信号およびベースバンド制御信号の切り替えタイミングは、ロックアップタイムの分、遅れてもよい。
図６におけるｂは、周波数変換部２３０の動作の一例を示す図である。図６におけるｂの縦軸は、局部発信周波数Ｆｌｏであり、横軸は時間である。周波数変換部２３０は、ＧＰＳのタイムスロットにおいて、周波数制御信号に従ってＧＰＳの搬送波周波数Ｆｒｆとベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分（例えば、１５７５．４２ＭＨｚ）に局部発信周波数Ｆｌｏを制御する。ＧＰＳのタイムスロットが経過するときの時刻Ｔ２において、周波数変換部２３０は、周波数制御信号に従ってＧＬＯＮＡＳＳの搬送波周波数Ｆｒｆとベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分（例えば、１６０１．７０ＭＨｚ）に局部発信周波数Ｆｌｏを切り替える。周波数を切り替えた信号の位相は、ロックアップタイムが経過した時刻Ｔ３において安定する。
そして、ＧＬＯＮＡＳＳのタイムスロットが経過するときの時刻Ｔ４において、周波数変換部２３０は、周波数制御信号に従ってＣＯＭＰＡＳＳの搬送波周波数Ｆｒｆとベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分（例えば、１５６１．００ＭＨｚ）に局部発信周波数Ｆｌｏを切り替える。周波数を切り替えた信号の位相は、ロックアップタイムが経過した時刻Ｔ５において安定する。
図６におけるｃは、ベースバンド部３１０の動作の一例を示す図である。ＧＰＳのタイムスロット開始後にロックアップタイムが経過した時刻Ｔ１において、ベースバンド部３１０は、ＧＰＳに対応するアルゴリズムを使用して測位信号の処理を開始する。そして、ＧＰＳのタイムスロットが経過するときの時刻Ｔ２においてベースバンド部３１０は、処理を中断する。時刻Ｔ２からロックアップタイムが経過した時刻Ｔ３において、ベースバンド部３１０は、ＧＬＯＮＡＳＳに対応するアルゴリズムを使用して測位信号の処理を開始する。そして、ＧＬＯＮＡＳＳのタイムスロットが経過するときの時刻Ｔ４においてベースバンド部３１０は、処理を中断する。時刻Ｔ４からロックアップタイムが経過した時刻Ｔ５において、ベースバンド部３１０は、ＣＯＭＰＡＳＳに対応するアルゴリズムを使用して測位信号の処理を開始する。このように、ロックアップタイムの間は、ベースバンド部３１０は、その測位信号の処理を中断する。ロックアップタイムの間は、測位信号の位相が安定せず、切り替えた搬送波周波数帯域の信号が正確に受信されないおそれがあるためである。
［受信回路の動作例］
図７は、第１の実施の形態における受信回路２００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、受信回路２００に対して測位信号の受信開始が指示されたときに開始する。受信回路２００は、アンテナ１００のインピーダンスを制御し、タイムスロットに対応する搬送波周波数Ｆｒｆの中心周波数にアンテナ１００を共振させる（ステップＳ９０１）。
受信回路２００は、タイムスロットに対応する搬送波周波数Ｆｒｆとベースバンド周波数Ｆｂｂとの差分に局部発信周波数Ｆｌｏを制御し、その局部発信周波数Ｆｌｏにより搬送波周波数Ｆｒｆをダウンコンバートする（ステップＳ９０２）。受信回路２００は、ロックアップタイムが経過して局部発信周波数Ｆｌｏが安定したか否かを判断する（ステップＳ９０３）。局部発信周波数Ｆｌｏが安定していなければ（ステップＳ９０３：Ｎｏ）、受信回路２００は、ステップＳ９０３に戻る。
局部発信周波数Ｆｌｏが安定したのであれば（ステップＳ９０３：Ｙｅｓ）、受信回路２００は、現在の搬送波周波数Ｆｒｆに対応するアルゴリズムにより、測位信号の処理を行う（ステップＳ９０４）。受信回路２００は、タイムスロットが経過したか否かを判断する（ステップＳ９０５）。タイムスロットが経過していなければ（ステップＳ９０５：Ｎｏ）、受信回路２００は、ステップＳ９０５に戻る。
タイムスロットが経過したのであれば（ステップＳ９０５：Ｙｅｓ）、受信回路２００は、次のタイムスロットに対応する搬送波周波数Ｆｒｆを受信対象に変更し（ステップＳ０６）、ステップＳ９０１に戻る。
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、受信回路２００は、複数の周波数帯域を順に選択して、選択した帯域に応じてアンテナの共振周波数および局部発信周波数を切り替えるため、複数の周波数帯域内の信号を高感度で受信することができる。また、周波数帯域を順に選択して（言い換えれば、時分割で）受信するため、混合器やフィルタを周波数帯域ごとに設ける必要がなくなり、回路規模や消費電力を削減することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
［受信回路の構成例］
第１の実施の形態においては、測位信号を保持していなかったが、タイムスロットが短い場合や電波環境が悪い場合には、測位信号における測位に必要なデータをタイムスロット内に受信できないことがある。このため、受信回路２００は、各タイムスロットにおいて測位信号を保持しておくことが望ましい。第２の実施の形態の受信回路２００は、測位信号を保持しておく点において第１の実施の形態と異なる。
図８は、第２の実施の形態における受信回路２００の一構成例を示すブロック図である。第２の実施の形態の受信回路２００は、メモリ２８１および２８２をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。
Ａ／Ｄ変換部２６０は、測位信号のうちＩ信号をメモリ２８１に保持させ、Ｑ信号をメモリ２８２に保持させる。
メモリ２８１および２８２には、タイムスロットごとに受信された測位信号のデータが保持される。ベースバンド部３１０は、メモリ２８１および２８２から、割り当てられた周波数帯域が同じタイムスロット内のデータの各々を読み出して処理する。
例えば、ＧＰＳにおいては、２５フレームからなる航法メッセージデータが測位信号に乗せられる。この航法メッセージデータには、エフェメリスデータやアルマナックデータが含まれる。これらのフレームの各々は、５個のサブフレームを含むため、航法メッセージデータは１２５個のサブフレームからなる。衛星は、１個のサブフレームを６秒間で送信する。このため、例えば、０．５秒など、タイムスロットが６秒より短い場合、受信回路２００は、１つのサブフレームを分割して、分割した個々のデータをタイムスロット内で受信する。
受信回路２００は、複数のＧＰＳのタイムスロットにおいて分割して受信したデータをメモリ２８１および２８２から読み出し、それらを合成してサブフレームの各々を取得する。また、あるＧＰＳのタイムスロット内にデータを受信できなかった場合、ベースバンド部３１０は、過去のＧＰＳのタイムスロットにおいて受信されたデータをメモリ２８１および２８２から読み出して、受信できなかったデータの補間を試みる。
このように本技術の第２の実施の形態によれば、受信回路２００は、測位信号のデータを分割して保持しておくため、タイムスロットが短い場合であっても分割してデータを受信することができる。
［変形例］
第２の実施の形態においては、受信回路２００は、異なるシステムの測位信号を同じメモリに保持していたが、システムごとに異なるメモリを設けて、それらに保持させてもよい。変形例の受信回路２００は、システムごとに異なるメモリに測位信号を保持させる点において第２の実施の形態と異なる。
図９は、第２の実施の形態の変形例における受信回路２００の一構成例を示すブロック図である。変形例の受信回路２００は、切替部２９０と、ＦＩＦＯメモリ２８３乃至２８８をさらに備える点において第２の実施の形態と異なる。
また、変形例の受信回路２００は、メモリ制御信号をさらに生成して、切替部２９０に供給する。メモリ制御信号は、測位信号の保存先を制御する信号である。
切替部２９０は、切替器２９１および２９２を備える。切替器２９１は、Ｉ信号の保存先をメモリ制御信号に従って切り替えるものである。切替器２９２は、Ｑ信号の保存先をメモリ制御信号に従って切り替えるものである。
ＦＩＦＯメモリ２８３は、ＧＰＳのＩ信号をＦＩＦＯ（First In First Out）方式で保持するものである。ＦＩＦＯメモリ２８４は、ＧＬＯＮＡＳＳのＩ信号をＦＩＦＯ方式で保持するものであり、ＦＩＦＯメモリ２８５は、ＣＯＭＰＡＳＳのＩ信号をＦＩＦＯ方式で保持するものである。
ＦＩＦＯメモリ２８６は、ＧＰＳのＱ信号をＦＩＦＯ方式で保持するものである。ＦＩＦＯメモリ２８７は、ＧＬＯＮＡＳＳのＱ信号をＦＩＦＯ方式で保持するものであり、ＦＩＦＯメモリ２８８は、ＣＯＭＰＡＳＳのＱ信号をＦＩＦＯ方式で保持するものである。
変形例のベースバンド部３１０は、ＧＰＳのタイムスロットにおいてＦＩＦＯメモリ２８３および２８６から測位信号を読み出す。また、ベースバンド部３１０は、ＧＬＯＮＡＳＳのタイムスロットにおいてＦＩＦＯメモリ２８４および２８７から測位信号を読み出し、ＣＯＭＰＡＳＳのタイムスロットにおいてＦＩＦＯメモリ２８５および２８８から測位信号を読み出す。
このように変形例によれば、受信回路２００は、周波数帯域ごとに設けられたメモリにデータを保持しておくため、システムごとのデータを容易に取得することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
［受信回路の構成例］
第１の実施の形態では、受信回路２００は、測位信号の搬送波周波数を直接、ベースバンド周波数に変換していたが、中間周波数に変換してからベースバンド周波数に変換してもよい。第３の実施の形態の受信回路２００は、搬送波周波数を中間周波数に変換する点において第１の実施の形態と異なる。
図１０は、第３の実施の形態における受信回路２００の一構成例を示すブロック図である。第３の実施の形態の受信回路２００は、周波数変換部３００をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。
第３の実施の形態の周波数変換部２３０は、測位信号の搬送波周波数を中間周波数に変換する点において第１の実施の形態と異なる。
周波数変換部３００は、中間周波数をベースバンド周波数に変換するものである。周波数変換部３００の構成は、局部発信周波数が制御されず、固定値である点以外は、周波数変換部２３０と同様である。周波数変換部３００は、ベースバンド周波数に変換した測位信号を、必要に応じて増幅してベースバンド部３１０に供給する。
図１０に例示したように、搬送波周波数を中間周波数に変換してから、ベースバンド周波数に変換する方式は、スーパーヘテロダイン方式と呼ばれる。中間周波数に変換すると信号の周波数が低くなるので扱いやすく、高い増幅利得が得やすくなる。
このように本技術の第３の実施の形態によれば、受信回路２００は、搬送波周波数を中間周波数に変換してからベースバンド周波数に変換するため、容易に増幅利得を高くすることができる。
＜４．第４の実施の形態＞
［受信装置の構成例］
図１１は、第４の実施の形態における受信装置２０１の一構成例を示すブロック図である。第１の実施の形態では、ベースバンド部３１０の外部に設けた制御部２７０が周波数制御やインピーダンス制御を行う構成としていたが、ベースバンド部３１０が、これらの制御を行ってもよい。第４の実施の形態の受信装置２０１は、制御部２７０を備えず、ベースバンド部３１０が周波数制御やインピーダンス制御を行う点において第１の実施の形態の受信回路２００と異なる。
ベースバンド部３１０は、測位信号を処理して位置情報を生成するベースバンド処理を実行するほか、周波数制御信号およびインピーダンス制御信号を生成して周波数制御およびインピーダンス制御を行う。
なお、受信装置２０１の外部にアンテナ１００を設ける構成としているが、この構成に限定されない。例えば、受信装置２０１にアンテナ１００を内蔵してもよいし、受信装置２０１およびアンテナ１００を一体化して構成してもよい。
［ベースバンド部の構成例］
図１２は、第４の実施の形態におけるベースバンド部３１０の機能構成の一例を示すブロック図である。このベースバンド部３１０は、ベースバンド処理部３１８および周波数制御部３１９を備える。なお、ベースバンド部３１０は、特許請求の範囲に記載の制御部の一例である。
ベースバンド処理部３１８は、測位信号を処理して位置情報を生成するものである。図１２におけるベースバンド処理部３１８は、図４における相関器３１１、ＣＰＵ３１２、ＲＯＭ３１３、バス３１４、外部インターフェース３１５、ＲＡＭ３１６およびリアルタイムクロック３１７などにより実現される。
周波数制御部３１９の構成は、ベースバンド部３１０の代わりにベースバンド処理部３１８を制御する点以外は、第１の実施の形態における制御部２７０と同様である。図１２における周波数制御部３１９は、図４におけるＣＰＵ３１２、ＲＯＭ３１３、バス３１４、外部インターフェース３１５、ＲＡＭ３１６およびリアルタイムクロック３１７などにより実現される。
このように、本技術の第４の実施の形態によれば、ベースバンド部３１０が周波数制御およびインピーダンス制御を行うため、ベースバンド部３１０と別に制御部２７０を設ける必要がなくなる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））等を用いることができる。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）アンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において前記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合部と、
前記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して前記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記特定の周波数と前記混合信号の周波数とに基づいて前記局部発信信号の周波数を切り替える制御部と
を具備する受信回路。
（２）前記局部発信信号の位相が所定の基準位相に同期されたときにおいて前記受信回路の位置を示す位置情報を前記混合信号に基づいて生成するベースバンド部をさらに具備し、
前記混合部は、前記局部発信信号の位相を前記所定の基準位相に同期させて当該位相を同期させた局部発信信号を前記測位信号に混合して前記混合信号として出力する前記（１）記載の受信回路。
（３）前記ベースバンド部は、衛星の軌道データと現在時刻とに基づいて可視衛星の個数を前記搬送波周波数帯域ごとにさらに推定し、
前記制御部は、前記可視衛星の個数が多い前記搬送波周波数帯域を前記可視衛星の個数が少ない前記搬送波周波数帯域に対して優先して選択する前記（２）記載の受信回路。
（４）前記制御部は、前記アンテナのインピーダンスを変更して前記アンテナの共振周波数を切り替える前記（１）から（３）のいずれかに記載の受信回路。
（５）前記インピーダンスは、容量性リアクタンスおよび誘導性リアクタンスの少なくとも一方を含む前記（４）記載の受信回路。
（６）前記混合部は、カットオフ周波数より高い周波数成分を遮断するローパスフィルタに前記混合信号を通過させてから出力し、
前記制御部は、前記アンテナの共振周波数と前記局部発信信号の周波数とを切り替えるとともに前記選択した搬送波周波数帯域の帯域幅が広いほど高い値に前記カットオフ周波数をさらに切り替える前記（１）から（５）のいずれかに記載の受信回路。
（７）前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データのいずれかを前記混合信号に対応する前記周波数帯域が選択されるたびに保持する保持部をさらに具備し、
前記ベースバンド部は、前記保持された分割データの各々から前記単位データを取得して前記位置情報を生成する前記（２）から（６）のいずれかに記載の受信回路。
（８）前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データを前記周波数帯域ごとに保持する保持部をさらに具備し、
前記ベースバンド部は、前記分割データの各々から前記周波数帯域ごとに前記単位データを取得して前記位置情報を生成する前記（２）から（７）のいずれかに記載の受信回路。
（９）前記混合信号の周波数を変換する周波数変換部をさらに具備する前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の受信回路。
（１０）アンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において前記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合部と、
前記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して前記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記特定の周波数と前記混合信号の周波数とに基づいて前記局部発信信号の周波数を切り替える制御部と
を具備する受信装置。
（１１）前記制御部は、
前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記局部発信信号の周波数を切り替える周波数制御部と、
前記受信装置の位置を示す位置情報を前記混合信号に基づいて生成するベースバンド処理部と
を備える前記（１０）記載の受信装置。
（１２）前記混合部は、前記局部発信信号の位相を前記所定の基準位相に同期させて当該位相を同期させた局部発信信号を前記測位信号に混合して前記混合信号として出力し、
前記ベースバンド処理部は、局部発信信号の位相が所定の基準位相に同期されたときにおいて前記受信装置の位置を示す位置情報を前記混合信号に基づいて生成する前記（１１）に記載の受信装置。
（１３）前記ベースバンド処理部は、衛星の軌道データと現在時刻とに基づいて可視衛星の個数を前記搬送波周波数帯域ごとにさらに推定し、
前記周波数制御部は、前記可視衛星の個数が多い前記搬送波周波数帯域を前記可視衛星の個数が少ない前記搬送波周波数帯域に対して優先して選択する前記（１１）または（１２）に記載の受信装置。
（１４）前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データのいずれかを前記混合信号に対応する前記周波数帯域が選択されるたびに保持する保持部をさらに具備し、
前記ベースバンド処理部は、前記保持された分割データの各々から前記単位データを取得して前記位置情報を生成する前記（１１）から（１３）のいずれかに記載の受信装置。
（１５）前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データを前記周波数帯域ごとに保持する保持部をさらに具備し、
前記ベースバンド処理部は、前記分割データの各々から前記周波数帯域ごとに前記単位データを取得して前記位置情報を生成する前記（１１）から（１３）の記載の受信装置。
（１６）前記アンテナをさらに具備する前記（１０）から（１５）のいずれかに記載の受信装置。
（１７）混合部がアンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において前記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合手順と、
制御部が前記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して前記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記特定の周波数と前記混合信号の周波数とに基づいて前記局部発信信号の周波数を切り替える制御手順と
を具備する受信方法。
１００ アンテナ
２００ 受信回路
２０１ 受信装置
２１０ 可変インピーダンス
２１１ コンデンサ
２１２ スイッチ
２２０ 低雑音増幅回路
２３０、３００ 周波数変換部
２３１ 混合部
２３２、２３３ 混合器
２３４、２３５、２４３ ローパスフィルタ
２４０ 位相同期回路
２４１ 基準信号発信器
２４２ 位相比較器
２４４ 電圧制御発信器
２４５ 分周器
２５０ 増幅部
２５１ 増幅器
２６０ Ａ／Ｄ変換部
２６１、２６２ Ａ／Ｄ変換器
２７０ 制御部
２７１ 計時部
２７２ インピーダンス制御部
２７３ 周波数制御部
２７４ 測位制御部
２８１、２８２ メモリ
２８３〜２８８ ＦＩＦＯメモリ
２９０ 切替部
２９１、２９２ 切替器
３１０ ベースバンド部
３１１ 相関器
３１２ ＣＰＵ
３１３ ＲＯＭ
３１４ バス
３１５ 外部インターフェース
３１６ ＲＡＭ
３１７ リアルタイムクロック
３１８ ベースバンド処理部
３１９ 周波数制御部

Claims (17)

  1. アンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において前記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合部と、
    前記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して前記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記特定の周波数と前記混合信号の周波数とに基づいて前記局部発信信号の周波数を切り替える制御部と
    を具備する受信回路。
  2. 前記局部発信信号の位相が所定の基準位相に同期されたときにおいて前記受信回路の位置を示す位置情報を前記混合信号に基づいて生成するベースバンド部をさらに具備し、
    前記混合部は、前記局部発信信号の位相を前記所定の基準位相に同期させて当該位相を同期させた局部発信信号を前記測位信号に混合して前記混合信号として出力する請求項１記載の受信回路。
  3. 前記ベースバンド部は、衛星の軌道データと現在時刻とに基づいて可視衛星の個数を前記搬送波周波数帯域ごとにさらに推定し、
    前記制御部は、前記可視衛星の個数が多い前記搬送波周波数帯域を前記可視衛星の個数が少ない前記搬送波周波数帯域に対して優先して選択する請求項２記載の受信回路。
  4. 前記制御部は、前記アンテナのインピーダンスを変更して前記アンテナの共振周波数を切り替える請求項１記載の受信回路。
  5. 前記インピーダンスは、容量性リアクタンスおよび誘導性リアクタンスの少なくとも一方を含む請求項４記載の受信回路。
  6. 前記混合部は、カットオフ周波数より高い周波数成分を遮断するローパスフィルタに前記混合信号を通過させてから出力し、
    前記制御部は、前記アンテナの共振周波数と前記局部発信信号の周波数とを切り替えるとともに前記選択した搬送波周波数帯域の帯域幅が広いほど高い値に前記カットオフ周波数をさらに切り替える請求項１記載の受信回路。
  7. 前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データのいずれかを前記混合信号に対応する前記周波数帯域が選択されるたびに保持する保持部をさらに具備し、
    前記ベースバンド部は、前記保持された分割データの各々から前記単位データを取得して前記位置情報を生成する請求項２記載の受信回路。
  8. 前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データを前記周波数帯域ごとに保持する保持部をさらに具備し、
    前記ベースバンド部は、前記分割データの各々から前記周波数帯域ごとに前記単位データを取得して前記位置情報を生成する請求項２記載の受信回路。
  9. 前記混合信号の周波数を変換する周波数変換部をさらに具備する請求項１記載の受信回路。
  10. アンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において前記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合部と、
    前記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して前記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記特定の周波数と前記混合信号の周波数とに基づいて前記局部発信信号の周波数を切り替える制御部と
    を具備する受信装置。
  11. 前記制御部は、
    前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記局部発信信号の周波数を切り替える周波数制御部と、
    前記受信装置の位置を示す位置情報を前記混合信号に基づいて生成するベースバンド処理部と
    を備える請求項１０記載の受信装置。
  12. 前記混合部は、前記局部発信信号の位相を前記所定の基準位相に同期させて当該位相を同期させた局部発信信号を前記測位信号に混合して前記混合信号として出力し、
    前記ベースバンド処理部は、局部発信信号の位相が所定の基準位相に同期されたときにおいて前記受信装置の位置を示す位置情報を前記混合信号に基づいて生成する請求項１１記載の受信装置。
  13. 前記ベースバンド処理部は、衛星の軌道データと現在時刻とに基づいて可視衛星の個数を前記搬送波周波数帯域ごとにさらに推定し、
    前記周波数制御部は、前記可視衛星の個数が多い前記搬送波周波数帯域を前記可視衛星の個数が少ない前記搬送波周波数帯域に対して優先して選択する請求項１１記載の受信装置。
  14. 前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データのいずれかを前記混合信号に対応する前記周波数帯域が選択されるたびに保持する保持部をさらに具備し、
    前記ベースバンド処理部は、前記保持された分割データの各々から前記単位データを取得して前記位置情報を生成する請求項１１記載の受信装置。
  15. 前記混合信号における単位データを複数に分割した分割データを前記周波数帯域ごとに保持する保持部をさらに具備し、
    前記ベースバンド処理部は、前記分割データの各々から前記周波数帯域ごとに前記単位データを取得して前記位置情報を生成する請求項１１記載の受信装置。
  16. 前記アンテナをさらに具備する請求項１０記載の受信装置。
  17. 混合部がアンテナの共振周波数を含む一定の受信周波数帯域内において前記アンテナにより受信された測位信号に局部発信信号を混合して混合信号として出力する混合手順と、
    制御部が前記測位信号において使用される複数の搬送波周波数帯域のいずれかを順に選択して前記選択した搬送波周波数帯域内の特定の周波数に前記アンテナの共振周波数を切り替えるとともに前記特定の周波数と前記混合信号の周波数とに基づいて前記局部発信信号の周波数を切り替える制御手順と
    を具備する受信方法。
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