JP2017161443A - 相関演算方法及び信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信信号とレプリカコードとの相関演算に要する消費電力の更なる低減を図る技術の提案。
【解決手段】測位用衛星からの受信信号をサンプリングした時系列のサンプリング値をｋ個（ｋ≧２）ずつ選択し、加減算の組み合わせを替えて加減算することと、前記加減算の結果をメモリーに記憶させることと、所与のレプリカコードのコード値の時系列変化に対応する組み合わせの加減算の結果を前記メモリーから読み出して相関値を算出することと、前記レプリカコードを変えて前記相関値の算出を行う際に、前記メモリーの記憶内容の再利用が可能か否かを判定することと、前記再利用が不可である場合には、前記加減算すること及び前記記憶させることを再実行した後に前記相関値の算出を繰り返し、前記再利用が可能である場合には、前記加減算すること及び前記記憶させることを再実行せずに前記相関値の算出を行うことと、を含む相関演算方法を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、受信信号とレプリカコードとの相関演算に関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機に代表される測位用衛星信号受信機では、受信信号とレプリカコードとの相関演算を行うことで衛星信号を捕捉している。相関演算は、受信信号及びレプリカコードそれぞれのサンプリング値を乗算し、これらの乗算結果を積算する演算である。この相関演算を行って衛星信号を捕捉するためには、レプリカコードの位相をずらしながら、相関演算を繰り返し行う必要がある。いわゆる位相サーチである。この相関演算の繰り返し演算量を低減させるために、レプリカコード値が「＋１，−１」の二値であることに着目し、受信信号に対する加減算のみで相関演算を実現して回路規模の小型化を図った技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１４２６０６号公報

ところで、測位用衛星信号受信機は、携帯型電子機器などの小型電子機器に搭載される場合があるが、その場合には長時間の計測を可能とするため、消費電力の低減が求められている。上述した回路規模の小型化も消費電力の低減に寄与する技術であるが、低減できるのであれば、なお一層の消費電力の低減が望まれるところである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、受信信号とレプリカコードとの相関演算に要する消費電力の更なる低減を図る技術を提案することである。

上記課題を解決するための第１の形態は、測位用衛星からの受信信号をサンプリングした時系列のサンプリング値をｋ個（ｋは、ｋ≧２を満たす整数）ずつ選択し、加減算の組み合わせを替えて加減算することと、前記加減算の結果をメモリーに記憶させることと、所与のレプリカコードのコード値の時系列変化に対応する組み合わせの加減算の結果を前記メモリーから読み出して相関値を算出することと、前記レプリカコードを変えて前記相関値の算出を行う際に、前記メモリーの記憶内容の再利用が可能か否かを判定することと、前記再利用が不可であると判定した場合には、前記加減算すること及び前記記憶させることを再実行した後に前記相関値の算出を行い、前記再利用が可能であると判定した場合には、前記加減算すること及び前記記憶させることを再実行せずに前記相関値の算出を行うことと、を含む相関演算方法である。

また、他の形態として、測位用衛星からの受信信号をサンプリングした時系列のサンプリング値をｋ個（ｋ≧２）ずつ選択し、加減算の組み合わせを替えて加減算する加減算部と、前記加減算の結果を記憶するメモリーと、所与のレプリカコードのコード値の時系列変化に対応する組み合わせの加減算の結果を前記メモリーから読み出して相関値を算出する相関演算部と、前記レプリカコードを変えて前記相関値の算出を行う際に、前記メモリーの記憶内容の再利用が可能か否かを判定し、前記再利用が不可であると判定した場合には、前記加減算部による加減算及び前記メモリーの記憶内容の更新を再実行した後に前記相関演算部に前記相関値の算出を行わせ、前記再利用が可能であると判定した場合には、前記加減算部による加減算及び前記メモリーへの記憶内容の更新を再実行せずに前記相関演算部に前記相関値の算出を行わせる処理部と、を備えた信号処理装置を構成しても良い。

この第１の形態等によれば、メモリーの記憶内容を再利用可能と判定した場合、受信信号についての加減算、及び、メモリーへの記憶（書き込み）に係る処理を行わないので、その分、消費電力を削減することができる。また、メモリーへの記憶に係る処理を行わず、メモリーの記憶内容を再利用することができるため、いわゆるキャッシュとしての効果が期待できる。

第２の形態として、第１の形態の相関演算方法であって、前記受信信号に対して所与のドップラー周波数を用いたキャリア除去を行うこと、を更に含み、前記加減算することは、前記キャリア除去後の前記受信信号について前記加減算することであり、前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記キャリア除去用の前記ドップラー周波数が変更されたか否かに応じて前記再利用が可能か否かを判定する、相関演算方法を構成しても良い。

この第２の形態によれば、ドップラー周波数を用いたキャリア除去後の受信信号について加減算されるので、ドップラー周波数が変更された場合、受信信号も変化する。そのため、例えばドップラー周波数が変更された場合には、メモリーの記憶内容の再利用は不可と判定することができる。

第３の形態として、第１又は第２の形態の相関演算方法であって、前記受信信号に対して所与の積算時間で信号積算を行うこと、を更に含み、前記加減算することは、前記信号積算後の前記受信信号について前記加減算することであり、前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記積算時間が変更されたか否かに応じて前記再利用が可能か否かを判定する、相関演算方法を構成しても良い。

この第３の形態によれば、受信信号に対する所与の積算時間での信号積算後の受信信号について加減算されるので、積算時間が変更された場合、受信信号も変更される。そのため、例えば積算時間が変更された場合には、メモリーの記憶内容の再利用は不可と判定することができる。

第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の相関演算方法であって、搬送波周波数が異なる複数の測位用衛星システムの中から選択した測位用衛星システム、或いは、同一の測位用衛星システムにおいて搬送波周波数が異なる複数の測位用衛星の中から選択した測位用衛星信号に応じて前記受信信号を取得すること、を更に含み、前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記受信信号に係る前記搬送波周波数が変わったか否かに応じて前記再利用が可能か否かを判定する、相関演算方法を構成しても良い。

この第４の形態によれば、受信信号に係る搬送波周波数が変化すると、受信信号も変化する。そのため、例えば搬送波周波数が変化した場合には、メモリーの記憶内容の再利用は不可と判定することができる。

第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の相関演算方法であって、所与のタイミングに応じて前記受信信号の前記サンプリングのサンプルタイミングを変更すること、を更に含み、前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記サンプルタイミングが変更されたか否かに応じて前記再利用が可能か否かを判定する、相関演算方法を構成しても良い。

この第５の形態によれば、受信信号のサンプルタイミングが変更されると、時系列のサンプリング値も変更される。そのため、例えばサンプルタイミングが変更された場合には、メモリーの記憶内容の再利用は不可と判定することができる。

第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の相関演算方法であって、前記メモリーは、２個のバンクを有し、前記記憶させることは、前記相関値の算出の際に読み出し対象となっていない前記バンクに前記加減算の結果を記憶させるように前記相関値の算出毎に前記バンクを切り替えることを含み、前記算出を行うことは、前記判再利用が可能であると判定した場合に、前回の前記相関値の算出の際に読み出した前記バンクと同一の前記バンクから前記加減算の結果を読み出して前記相関値の算出を行わせることを含む、相関演算方法を構成しても良い。

この第６の形態によれば、メモリーが２個のバンクを有し、相関値の算出毎に記憶させるバンクを切り替えることで、再利用可能と判定した場合には、受信信号についての加減算、及び、メモリーの記憶に係る処理を行わないので、その分、消費電力を削減することができる。加えて、再利用不可と判定した場合に、一方のバンクに記憶させるとともに、他方のバンクから読み出して相関値の算出を行うことができるので、相関演算に要する時間の短縮を図ることができる。

携帯型電子機器の構成図。 ベースバンド処理回路部の構成図。 相関演算の説明図。 相関演算の結果の一例。 ベースバンドメモリーへのアクセスに要する時間を説明するための図。 相関演算処理のフローチャート。 ベースバンドメモリーをダブルバッファー構成とした場合の相関演算に要する時間を説明するための図。

図１は、本実施形態の携帯型電子機器１の全体構成図である。携帯型電子機器１は、ユーザーが携帯し、或いは腕や手首に装着して使用される小型の電子機器であり、例えば、腕時計型を成して構成される。携帯型電子機器１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems）受信機１０と、メイン処理部３０と、操作部３２と、表示部３４と、音出力部３６と、時計部３８と、通信部４０と、メイン記憶部４２とを備えて構成される。

ＧＮＳＳ受信機１０は、ＧＰＳやＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite Systems）、ＧＬＯＮＡＳＳ等の複数の衛星測位システムによる測位が可能ないわゆるマルチＧＮＳＳ対応受信機であり、受信した測位用衛星信号に重畳されて搬送されている情報に基づいて、ＧＮＳＳ受信機１０の位置や時計誤差を算出する。ＧＮＳＳ受信機１０は、受信アンテナ１２と、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部１４と、ベースバンド処理回路部１６とを有して構成される。なお、ＲＦ受信回路部１４及びベースバンド処理回路部１６は、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。また、ＧＮＳＳ受信機１０は、受信アンテナ１２を含まず、ＲＦ受信回路部１４と、ベースバンド処理回路部１６とを有して構成するようにしても良い。

受信アンテナ１２は、ＧＮＳＳ受信機１０が利用可能な複数の衛星測位システムそれぞれの衛星信号の搬送波周波数の信号を受信可能に構成されている。

ＲＦ受信回路部１４は、受信アンテナ１２によって受信された信号を中間周波数の信号にダウンコンバートし、増幅した後、デジタル信号に変換して出力する。なお、ダイレクトコンバージョン方式の回路とするならば、直接ベースバンド周波数の信号に変換した上で、デジタル信号に変換して出力することができる。

ベースバンド処理回路部１６は、ＲＦ受信回路部１４から出力される受信信号のデータを用いて、捕捉対象の衛星測位システムの衛星信号を捕捉し、捕捉した衛星信号から取り出した時刻情報や衛星軌道情報を用いて、ＧＮＳＳ受信機１０の位置（携帯型電子機器１の位置ともいえる）や、ＧＮＳＳ受信機１０の内部時計或いは時計部３８が計時する時計誤差を算出する。

メイン処理部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成される演算処理装置であり、メイン記憶部４２に記憶されたシステムプログラム等の各種プログラムに従って携帯型電子機器１の各部を統括的に制御する。
また、ＧＮＳＳ受信機１０の測位結果に基づいて各種の処理を実行する。

操作部３２は、タッチパネルやボタンスイッチで構成される入力装置であり、ユーザーの操作に応じた操作信号をメイン処理部３０に出力する。表示部３４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等で構成される表示装置であり、メイン処理部３０からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部３６は、スピーカー等で構成される音声出力装置であり、メイン処理部３０からの音信号に基づく各種音声出力を行う。時計部３８は、内部時計であり、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、現在時刻や、指定されたタイミングからの経過時間を計時する。通信部４０は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信装置であり、外部装置との通信を行う。

メイン記憶部４２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される記憶装置であり、メイン処理部３０が携帯型電子機器１の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、メイン処理部３０の作業領域として用いられ、メイン処理部３０の演算結果や、操作部３２からの操作データ等を一時的に格納する。

［ベースバンド処理回路部］
図２は、ベースバンド処理回路部１６の内部構成図である。図２によれば、ベースバンド処理回路部１６は、サンプルメモリー１０２と、キャリア除去部１０４と、加算部１０６と、ダウンサンプリング部１０８と、第１の加減算部１１０と、ベースバンドメモリー１１２と、第２の加減算部１１４と、レプリカコード生成部１１６と、相関積算部１１８と、ＢＢ（ベースバンド）処理部２００と、ＢＢ記憶部３００とを有する。なお、第２の加減算部１１４、及び、相関積算部１１８が、相関演算部に相当する。

サンプルメモリー１０２は、ＲＦ受信回路部１４から出力される受信信号をサンプリングし、そのサンプリング値を記憶する。本実施形態では、例えばＧＰＳ衛星からの受信信号に対して、Ｃ／Ａ（Coarse / Acquisition）コードのコード長（１０２３チップ）に相当する１ミリ秒の間に２１１２回のサンプリングを行って得られたサンプリング値を記憶する。他の衛星測位システムに対しても、衛星測位システム毎の信号仕様に応じてサンプリングを行う。また、受信信号は、ＢＢ処理部２００から指示されたサンプルタイミングでサンプリングされる。

キャリア除去部１０４は、サンプルメモリー１０２から読み出したサンプリング値に対して、キャリア除去用信号のサンプリング値を乗算することで、受信信号を検波する。キャリア除去用信号は、ＲＦ受信回路部１４から出力される信号の所定周波数（例えばＩＦ（Intermediate Frequency）周波数）をＢＢ処理部２００から指示されるドップラー周波数に応じて変更した信号として生成する。

加算部１０６は、キャリア除去部１０４によってキャリア波（搬送波）成分が除去されたサンプリング値（受信信号）を、ＢＢ処理部２００から指示されるコヒーレント積算時間分だけ積算する。すなわち、受信信号に対して所与の積算時間で信号積算を行う。

ダウンサンプリング部１０８は、加算部１０６から出力されるデータ値に対するダウンサンプリングを行う。本実施形態では、一例として、２１１２回のサンプリングを行って得られたデータ値を、これより少ない１ミリ秒の間に２０４６回のサンプリングを行って得られるデータ値に変換することとして説明する。

第１の加減算部１１０は、例えば論理回路によって構成され、ダウンサンプリング部１０８から出力される受信信号のデータ値に対して、加減算の組み合わせを変えた第１の加減算を行う。

図３は、ベースバンド処理回路部１６における受信信号とレプリカコードとの相関演算を説明する図である。相関演算は、第１の加減算部１１０と、ベースバンドメモリー１１２と、第２の加減算部１１４と、相関積算部１１８とによって実現される。

図３に示すように、第１の加減算部１１０には、受信信号の１ミリ秒分のデータとして、２０４６個のデータ値ｄ１〜ｄ２０４６が入力される。第１の加減算部１１０は、この２０４６個のサンプリング値ｄ１〜ｄ２０４６を４個ずつ選択して生成した５１２組の受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２それぞれについて、当該受信データ組に含まれる４個のデータ値を、加減算の組み合わせを変えた第１の加減算を行う。具体的には、受信データ組Ｓ１に着目すると、受信データ組Ｓ１に含まれる４個のデータ値ｄ１〜ｄ４に対して、図３に示すように、加減算の組み合わせを変えた４通りの加減算を行って、Ｘ１〜Ｘ４を算出する。他のデータ組Ｓ２〜Ｓ５１２それぞれについても同様に、第１の加減算を行って第１の加減算結果Ｘ１〜Ｘ４を得る。各受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２それぞれについて得られた第１の加減算結果Ｘ１〜Ｘ４は、ベースバンドメモリー１１２に記憶される。

なお、第１の加減算部１１０は、サンプリング値を４個ずつ選択する例として説明するが、４個である必要はなく、ｋ個ずつ選択し、加減算の組み合わせを替えて加減算すればよく、ｋは２以上の任意の値を採用することができる。

ベースバンドメモリー１１２は、加減算の結果を記憶するメモリーに相当し、第１の加減算部１１０による１ミリ秒分の受信信号に対する第１の加減算の結果を記憶する。すなわち、図３に示すように、受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２それぞれについて得られた第１の加減算結果Ｘ１〜Ｘ４の値を格納する。

第２の加減算部１１４は、例えば論理回路によって構成され、ベースバンドメモリー１１２から読み出したデータ値（第１の加減算の結果）に対して、加減算の組み合わせを変えた第２の加減算を行う。具体的には、受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２それぞれについて、当該受信データ組の加減算結果Ｘ１〜Ｘ４をベースバンドメモリー１１２から読み出し、加減算の組み合わせを変えた第２の加減算を行う。具体的には、受信データ組Ｓ１に着目すると、加減算結果Ｘ１〜Ｘ４に対して、図３に示すように、加減算の組み合わせを変えた１６通りの加減算を行う。

レプリカコード生成部１１６は、ＢＢ処理部２００から指示される衛星測位システム及び衛星番号に対応するレプリカコードを生成する。そして、生成したレプリカコードを、第１の加減算部１１０に入力されるデータ値と等しいサンプリング間隔、すなわち、ダウンサンプリング部１０８によるダウンサンプリング後のデータ値と同じサンプリング時間間隔でサンプリングしたコード値を生成する。本実施形態では、レプリカコードに対して、１ミリ秒の間に２０４６回のサンプリングを行ったコード値ｒ１〜ｒ２０４６を生成する。

相関積算部１１８は、レプリカコード生成部１１６から入力されるレプリカコード値の時系列変化に対する加減算結果を、第２の加減算部１１４の加減算結果の中から選択して相関値を算出する。第２の加減算部１１４と相関積算部１１８とで相関演算部が構成されるため、相関演算部で考えると、レプリカコードコード値の時系列変化に対応する組み合わせの加減算の結果をベースバンドメモリー１１２から読み出して相関値を算出することとなる。

相関積算部１１８の処理内容をより具体的に説明すると、２０４６個のレプリカコード値ｒ１〜ｒ２０４６に対して、選択開始位置を１コード値ずつずらしながら４個ずつ選択して、レプリカデータ組Ｒ１〜Ｒ２０４６を生成する。そして、レプリカオフセットにもとづいて、各受信データ組に対応するレプリカデータ組を選定し、当該レプリカコード組に含まれる４個のコード値の正負の符号の組み合わせと同じ組み合わせで加減算された第２の加減算結果を選択する。このように選択した値が、当該受信データ組に係る積和値となる。

ここで、レプリカオフセットとは、受信信号とレプリカコードとの相関演算におけるレプリカコードの位相のずらし量に相当するものである。ずらし量は、１サンプリング分を最小単位とし、レプリカオフセットは、ずらし量がゼロのときを１とし、ずらし量がＣ／Ａコードの１周期分のときを２０４６として、１〜２０４６の値で表現する。そして、レプリカオフセットの分だけずらしながら、受信データ組とレプリカコード組とを対応付ける。すなわち、レプリカオフセットを「ｊ（ｊ＝１〜２０４６）」とすると、受信データ組Ｓｉ（ｉ＝１〜５１２）には、レプリカコード組Ｒ（２×ｉ＋ｊ−２）が対応する。

レプリカオフセットが１（ずらし量ゼロ）の場合（ｊ＝１）、受信データ組Ｓ１に対応するのはレプリカデータ組Ｒ１となる。例えば、レプリカデータ組Ｒ１に含まれるコード値が「＋１，＋１，−１−１」である場合は、第２の加減算部１１４によって演算された１６個の第２の加減算結果のうち、「＋ｄ１＋ｄ２−ｄ３−ｄ４＝Ｘ１−Ｘ３」を選択する。そして、選択した値を受信データ組Ｓ１に係る積和値とする。他の受信データ組についても同様である。そして、レプリカオフセット毎に全ての受信データ組に係る積和値を合算することで、各レプリカオフセットに係る相関値を算出する。

図４は、Ｃ／Ａコードの１周期分位相をずらして求めた積和値及び相関値をテーブル形式で表した図である。ｍ番目（ｍ＝１〜５１２）の受信データ組Ｓｍについて、レプリカオフセットをｎ（ｎ＝１〜２０４６）とした場合に得られる積和値をｐ（ｍ，ｎ）と表記している。例えば、レプリカオフセットを１とした場合に、受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２それぞれについて得られる積和値をｐ（１，１）〜ｐ（５１２，１）と表記している。また、レプリカオフセットを２とした場合に、受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２それぞれについて得られる積和値をｐ（１，２）〜ｐ（５１２，２）と表記している。

レプリカオフセットそれぞれについて、受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２それぞれについて得られた積和値を合算することで、相関値が算出される。例えば、レプリカオフセット「１」について、受信データ組Ｓ１〜Ｓ５１２についての積和値ｐ（１，１）〜ｐ（５１２，１）を合算することで、レプリカオフセット「１」についての相関値が算出される。そして、算出したレプリカオフセット別の相関値のうち、最大の相関値に対応するレプリカオフセットをもとに、コード位相を特定することができる。

つまり、レプリカコードの位相をゼロからＣ／Ａコードの１周期分までの間でずらしながら、受信信号とレプリカコードとの相関演算を行った場合に相当し、受信信号と、位相をずらしたレプリカコードそれぞれとの相関値を算出することができる。本実施形態では、これを１回の相関演算と呼ぶ。

図２に戻り、ＢＢ処理部２００は、ＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサーで実現され、ＧＮＳＳ受信機１０の各部を統括的に制御する。ＢＢ処理部２００は、レプリカコードを変えて相関値の算出を繰り返し行う際に、メモリー（ベースバンドメモリー１１２）の記憶内容の再利用が可能か否かを判定し、再利用が不可であると判定した場合には、加減算部（第１の加減算部１１０）による加減算及びメモリー（ベースバンドメモリー１１２）の記憶内容の更新を再実行した後に相関演算部を構成する相関積算部１１８に相関値の算出を行わせ、再利用が可能であると判定した場合には、加減算部（第１の加減算部１１０）による加減算及びメモリー（ベースバンドメモリー１１２）への記憶内容の更新を再実行せずに相関演算部を構成する相関積算部１１８に相関値の算出を行わせる処理部である。ＢＢ処理部２００は、ベースバンドプログラム３０２の実行により実現される機能部として、加算制御部２０２と、衛星捕捉部２０４と、測位演算部２０６と、キャッシュ制御部２０８と、を有する。

加算制御部２０２は、例えば受信信号の受信強度に応じて、加算部１０６のコヒーレント積算時間を制御する。

衛星捕捉部２０４は、レプリカコード生成部１１６に、衛星測位システムの種類及び衛星番号を指示して捕捉対象の衛星信号のレプリカコードを生成させ、相関積算部１１８にて算出される受信信号とレプリカコードとの相関値から、衛星信号を捕捉または追尾する。このとき、レプリカコードの周波数を少しずつ変化させながら、受信信号とレプリカコードとの相関演算を繰り返し行わせる、いわゆる周波数サーチを行う。

測位演算部２０６は、衛星捕捉部２０４によって捕捉された衛星（衛星信号）について取得された衛星軌道情報やメジャメント情報を用いた位置算出処理を行って、ＧＮＳＳ受信機１０の位置や時計誤差を算出する。取得された衛星軌道情報やメジャメント情報、算出された位置や時計誤差などは、測位情報３０４として記憶される。

キャッシュ制御部２０８は、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用するキャッシュ制御を行う。具体的には、受信信号とレプリカコードとの相関演算を行う際に、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容（すなわち、第１の加減算部１１０による第１の加減算結果）を、再利用可能か否かを判断する。そして、再利用可能と判定した場合には、第１の加減算部１１０に、非実行を指示する（実行させない）制御信号を出力して第１の加減算を実行させず、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を更新させない。再利用不可と判定した場合には、第１の加減算部１１０に、実行を指示する制御信号を出力して第１の加減算を実行させて、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を更新させる。

再利用の可否の判定は、各判定項目の設定値について、今回の相関演算を行う際の設定値と、前回のベースバンドメモリー１１２の記憶更新時（つまり、第１の加減算の実行時）における設定値とが同じかを判定し、全て同じである場合、再利用可能と判定する。１つの項目でも設定値が異なれば、再利用不可と判定する。

判定項目は、第１の加減算部１１０に入力されるサンプリング値ｄ１〜ｄ２０４６が変化する可能性がある項目として定められ、本実施形態では、（ア）衛星測位システムの種類、（イ）捕捉対象の衛星信号の搬送波周波数、（ウ）捕捉対象の衛星信号のコード位相、（エ）ドップラー周波数、（オ）コヒーレント積算時間、の５種類とする。

（ア）衛星測位システムについては、衛星測位システムが異なると、衛星信号の搬送波周波数が異なるため、ＲＦ受信回路部１４から出力される受信信号が異なるため、判定項目とされている。
（イ）衛星信号の搬送波周波数については、衛星信号の搬送波周波数が異なると、ＲＦ受信回路部１４から出力される受信信号が異なるため、判定項目とされている。ＧＰＳやＧａｌｉｌｅｏ、ＢｅｉＤｏｕは、全ての衛星信号について搬送波周波数は同一であるが、ＧＬＯＮＡＳＳは、衛星信号毎に搬送波周波数が異なる。
（ウ）コード位相については、例えば衛星信号の追尾の際に、捕捉している衛星信号のコード位相によって受信信号のサンプルタイミングが異なるため、判定項目とされている。
（エ）ドップラー周波数については、ドップラー周波数が異なると、キャリア除去部１０４におけるキャリア除去用信号の周波数が異なり、その結果、同一のサンプリング値に対するキャリア除去後のデータ値（キャリア除去部１０４の出力）が異なるため、判定項目とされている。
（オ）コヒーレント積算時間については、コヒーレント積算時間が異なると、同一のサンプリング値に対するコヒーレント積算の結果（加算部１０６の出力）が異なるため、判定項目とされている。

前回のベースバンドメモリー１１２の記憶更新時におけるこれらの判定項目の設定値は、判定項目設定情報３０６として記憶されている。キャッシュ制御部２０８は、この判定項目設定情報３０６を参照して、今回の設定値との一致を判定し、再利用の可否を判定する。そして、再利用可能と判定した場合には、判定項目設定情報３０６を、今回の設定値に更新する。

このキャッシュ制御により、消費電力の削減と、相関演算の性能の向上を図ることができる。図５は、ベースバンドメモリー１１２へのアクセスに要する時間を説明するための図である。図５では、横軸を時刻とし、ベースバンドメモリー１１２へのアクセスとして、書き込み（記憶）、及び、読み出しそれぞれの処理に要する時間の概要を示している。また、ＧＰＳ衛星を順に捕捉対象とする場合の例を示しており、衛星のことを「ＳＶ」と表記し、「ＳＶ」に衛星番号を加えて例えば「ＳＶ１」のように表記している。上側（キャッシュ機能無し）は、本実施形態のキャッシュ機能を有さない比較例を示しており、下側（キャッシュ機能有り）に、キャッシュ機能を有する本実施形態の例を示している。測位のためには４機以上のＧＰＳ衛星を捕捉する必要があり、各ＧＰＳ衛星を順に捕捉対象の候補として捕捉を試みている。詳細には、各ＧＰＳ衛星それぞれの搬送波周波数は全て同じであるため、同一の受信信号に対して、ＧＰＳ衛星別のレプリカコードそれぞれとの相関演算を順に行って、ＧＰＳ衛星の捕捉を試みている。

図５の上側に示すように、キャッシュ機能を有さない場合、ＧＰＳ衛星の捕捉試行毎、すなわち、受信信号と、捕捉候補であるＧＰＳ衛星のレプリカコードとの相関演算毎に、第１の加減算結果のベースバンドメモリー１１２への書き込みと、ベースバンドメモリー１１２に記憶されている第１の加減算結果の読み出しと、が行われる。つまり、レプリカコードを変えて相関演算を行うごとに、ベースバンドメモリー１１２の書き込み、及び、読み出しが行われる。

これに対して、キャッシュ機能を有する場合、図５の下側に示すように、相関演算毎に、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用が可能か否かを判断し、再利用可能と判定した場合には、第１の加減算、及び、この第１の加減算結果のベースバンドメモリー１１２への記憶を行わずに、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用して第２の加減算を行う。すなわち、１番目の衛星については、第１の加減算結果のベースバンドメモリー１１２への記憶、及び、ベースバンドメモリー１１２からの第１の加減算結果の読み出しを行うが、２番目以降のＧＰＳ衛星については、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用可能なので、第１の加減算、及び、この第１の加減算結果のベースバンドメモリー１１２への記憶を行わずに、記憶されているベースバンドメモリー１１２の記憶内容を読み出して、第２の加減算を行うことができる。つまり、１番目のＧＰＳ衛星の捕捉試行時に行った第１の加減算結果を用いて、２番目以降のＧＰＳ衛星の捕捉試行時に相関演算を行うことができる。これにより、捕捉候補となる全ての衛星信号の捕捉試行を完了するまでに要する時間を短縮することができる。ベースバンドメモリー１１２への書き込みも不要となることから消費電力の削減が図れることは勿論、処理速度の向上を図ることができる。

ＢＢ記憶部３００は、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置で実現され、ＢＢ処理部２００がベースバンド処理回路部１６を統括的に制御するためのシステムプログラムやデータ等を記憶しているとともに、ＢＢ処理部２００の作業領域として用いられ、ＢＢ処理部２００の演算結果を一時的に格納する。本実施形態では、ＢＢ記憶部３００には、ベースバンドプログラム３０２と、測位情報３０４と、判定項目設定情報３０６と、が記憶される。

［処理の流れ］
図６は、相関演算処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、１回の相関演算に関する処理である。

先ず、キャッシュ制御部２０８が、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容の再利用の可否を判定する（ステップＡ１）。その結果、再利用可能と判定したならば（ステップＡ３：ＹＥＳ）、キャッシュ制御部２０８は、第１の加減算部１１０に非実行指示を出力して、第１の加減算を実行させない（ステップＡ５）。

再利用不可と判定したならば（ステップＡ３：ＮＯ）、キャッシュ制御部２０８は、第１の加減算部１１０に実行指示を出力して第１の加減算を実行させ、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を更新させる（ステップＡ７）。続いて、第２の加減算部１１４が、ベースバンドメモリー１１２から読み出したデータ値（第１の加減算の結果）に対して、加減算の組み合わせを変えた第２の加減算を行う（ステップＡ９）。そして、相関積算部１１８が、レプリカオフセットそれぞれについて、レプリカコード生成部１１６から入力されるレプリカコード値の時系列変化に対する加減算結果を第２の加減算部１１４の加減算結果の中から選択して相関値を算出する（ステップＡ１１）。以上の処理を行うと、相関演算処理を終了する。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、受信信号とレプリカコードとの相関演算に要する時間の低減を図ることができる。すなわち、ベースバンド処理回路部１６では、受信信号のデータに対して加減算の組み合わせを変えた第１の加減算を行い、その第１の加減算結果をベースバンドメモリー１１２に記憶し、ベースバンドメモリー１１２に記憶された第１の加減算結果を読み出して第２の加減算を行い、その第２の加減算結果から、レプリカコード値の時系列変化に対応する組み合わせの加減算の結果を選択することで、相関値を算出している。本実施形態では、相関演算を行う際に、先ずは、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用可能か否かを判定する。再利用可能と判定したならば、第１の加減算、及び、その第１の加減算結果のベースバンドメモリー１１２への記憶（書き込み）を行わず、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用して、第２の加減算を行う。再利用不可と判定したならば、第１の加減算、及び、その第１の加減算結果のベースバンドメモリー１１２への記憶（書き込み）を行った後に、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を読み出して第２の加減算を行う。

したがって、メモリーであるベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用可能と判定した場合、受信信号についての加減算、及び、ベースバンドメモリー１１２への記憶（書き込み）に係る処理を行わないので、その分、消費電力を削減することができる。また、ベースバンドメモリー１１２への記憶に係る処理を行わず、ベースバンドメモリー１１２の記憶内容を再利用することができるため、いわゆるキャッシュとしての効果が期待できる。

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）ダブルバッファー
ベースバンドメモリー１１２を、２つのバンクを有する、いわゆるダブルバッファー構成としても良い。この場合、相関演算毎に、第１の加減算結果の書き込み対象とするバンクを交互に切り替えるとともに、書き込み対象とされてない他方のバンクを、第２の加減算部１１４の読み出し対象として第２の加減算を行う。

図７は、ダブルバッファー構成としたベースバンドメモリー１１２へのアクセスに要する時間を説明するための図である。上側は、バンクを１つとするシングルバッファーの場合を示した比較例であり、下側が、第１バンクと第２バンクとの２つのバンクとするダブルバッファー構成とした場合である。図７に示すように、ダブルバッファー構成とすることで、２つのバンクそれぞれに対する書き込み及び読み出しを並列に行うことができるため、並列化の効果を期待できる。なお、図７は、並列化の効果を示すために、メモリー（各バンク）の記憶内容の再利用を不可として、上述の実施形態におけるキャッシュ機能の効果が表れわれていない例を示したが、メモリー（バッファー）の記憶内容の再利用が可と判定された場合には、第１バンク及び第２バンクそれぞれについて、図５を参照して説明したようなキャッシュ機能の効果が期待できる。

１…携帯型電子機器、１０…ＧＮＳＳ受信機、１２…受信アンテナ、１４…ＲＦ受信回路部、１６…ベースバンド処理回路部、１０２…サンプルメモリー、１０４…キャリア除去部、１０６…加算部、１０８…ダウンサンプリング部、１１０…第１の加減算部、１１２…ベースバンドメモリー、１１４…第２の加減算部、１１６…レプリカコード生成部、１１８…相関積算部、２００…ＢＢ処理部、２０２…加算制御部、２０４…衛星捕捉部、２０６…測位演算部、２０８…キャッシュ制御部、３００…ＢＢ記憶部、３０２…ベースバンドプログラム、３０４…測位情報、３０６…判定項目設定情報、３０…メイン処理部、３２…操作部、３４…表示部、３６…音出力部、３８…時計部、４０…通信部、４２…メイン記憶部

Claims (7)

1. 測位用衛星からの受信信号をサンプリングした時系列のサンプリング値をｋ個（ｋは、ｋ≧２を満たす整数）ずつ選択し、加減算の組み合わせを替えて加減算することと、
   前記加減算の結果をメモリーに記憶させることと、
   所与のレプリカコードのコード値の時系列変化に対応する組み合わせの加減算の結果を前記メモリーから読み出して相関値を算出することと、
   前記レプリカコードを変えて前記相関値の算出を行う際に、前記メモリーの記憶内容の再利用が可能か否かを判定することと、
   前記再利用が不可であると判定した場合には、前記加減算すること及び前記記憶させることを再実行した後に前記相関値の算出を行い、前記再利用が可能であると判定した場合には、前記加減算すること及び前記記憶させることを再実行せずに前記相関値の算出を行うことと、
   を含む相関演算方法。
2. 前記受信信号に対して所与のドップラー周波数を用いたキャリア除去を行うこと、
   を更に含み、
   前記加減算することは、前記キャリア除去後の前記受信信号について前記加減算することであり、
   前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記キャリア除去用の前記ドップラー周波数が変更されたか否かに応じて前記再利用が可能か否かを判定する、
   請求項１に記載の相関演算方法。
3. 前記受信信号に対して所与の積算時間で信号積算を行うこと、
   を更に含み、
   前記加減算することは、前記信号積算後の前記受信信号について前記加減算することであり、
   前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記積算時間が変更されたか否に応じて前記再利用が可能か否かを判定する、
   請求項１又は２に記載の相関演算方法。
4. 搬送波周波数が異なる複数の測位用衛星システムの中から選択した測位用衛星システム、或いは、同一の測位用衛星システムにおいて搬送波周波数が異なる複数の測位用衛星の中から選択した測位用衛星信号に応じて前記受信信号を取得すること、
   を更に含み、
   前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記受信信号に係る前記搬送波周波数が変わったか否かに応じて前記再利用が可能か否かを判定する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の相関演算方法。
5. 所与のタイミングに応じて前記受信信号の前記サンプリングのサンプルタイミングを変更すること、
   を更に含み、
   前記判定することは、前記相関値の算出を行う際に、前記サンプルタイミングが変更されたか否かに応じて前記再利用が可能か否かを判定する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の相関演算方法。
6. 前記メモリーは、２個のバンクを有し、
   前記記憶させることは、前記相関値の算出の際に読み出し対象となっていない前記バンクに前記加減算の結果を記憶させるように前記相関値の算出毎に前記バンクを切り替えることを含み、
   前記算出を行うことは、前記再利用が可能であると判定した場合に、前回の前記相関値の算出の際に読み出した前記バンクと同一の前記バンクから前記加減算の結果を読み出して前記相関値の算出を行わせることを含む、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の相関演算方法。
7. 測位用衛星からの受信信号をサンプリングした時系列のサンプリング値をｋ個（ｋ≧２）ずつ選択し、加減算の組み合わせを替えて加減算する加減算部と、
   前記加減算の結果を記憶するメモリーと、
   所与のレプリカコードのコード値の時系列変化に対応する組み合わせの加減算の結果を前記メモリーから読み出して相関値を算出する相関演算部と、
   前記レプリカコードを変えて前記相関値の算出を行う際に、前記メモリーの記憶内容の再利用が可能か否かを判定し、前記再利用が不可であると判定した場合には、前記加減算部による加減算及び前記メモリーの記憶内容の更新を再実行した後に前記相関演算部に前記相関値の算出を行わせ、前記再利用が可能であると判定した場合には、前記加減算部による加減算及び前記メモリーへの記憶内容の更新を再実行せずに前記相関演算部に前記相関値の算出を行わせる処理部と、
   を備えた信号処理装置。

Images