JP2022511155A - 完全に交換可能な方法での、受信機における最適な回復のために符号化された複数のページへの衛星航法メッセージの送信 - Google Patents

Abstract

本明細書で説明されているのは、いくつかのページに分割され、１つ又はいくつかの衛星によって送信される衛星航法メッセージの受信を改善するための方法である。ｋ個のページの衛星航法メッセージＭはｎ個のページに符号化され、任意の衛星からのｋ個の回復されたページは元の衛星航法メッセージＭの復号化を可能にする。この方法の実施では、高パリティでゼロオーバーヘッドの２元消失通信路についての並列ブロック符号化を使用し、すべてのページの固定位置にあるシンボルは並列により短いコードに符号化される。この方法は、メッセージ送信において完全なページ交換可能性を実現し、メッセージ受信を最適化し、復号化コストを削減する。

Description

本発明は、最適化された衛星航法メッセージ送信のための方法及びシステムに関し、より詳細には、複数の衛星から少なくとも１つのユーザ受信機へのデジタルメッセージの最適化された符号化、送信及び復号化に関する。

ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、又はＧａｌｉｌｅｏなどの、衛星航法システムは、通常、送信衛星の軌道及びクロックオフセットと共に数百ビットのメッセージを送信するので、ユーザ受信機は自身の位置を計算することができる。衛星航法システムは、アルマナック、デジタル署名、精密単独測位衛星データ、又は正確な電離層情報など、１０００ビットを超える可能性のある長いメッセージを送信する必要もあり得る。航法衛星によって許可されるビットレートは一般に低いので、長いメッセージの送信は、ユーザ受信機が数秒間又は数分もの間ビットエラーなしで衛星信号を受信することを必要とする。これは、ビルの谷間や樹冠の下など、受信状態や視界状態が劣化している状況では不可能な場合がある。都市の高層ビルは、ユーザ受信機の視野内の衛星の数を制限しがちであり、「ビルの谷間」という用語は、こうした高層ビルに起因する信号の欠如を指し、データ受信が損なわれる結果となる。

ただし、ビルの谷間及び樹冠の下に起因するフェージングチャネルにおけるデータ受信を改善するために、最新の衛星航法メッセージは通常、さまざまな種類の畳み込みコード及びブロックコードを介して符号化される。

参照文献の非特許文献１では、２０００ビット／秒の高精度メッセージの送信について説明している。こうしたメッセージは、４９ビットのヘッダ、１６９５ビットのデータ部分、及びリードソロモン（ＲＳ：Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｍ）コードを含み、各メッセージ内のエラーを独立して修正するために２５６ビットの冗長性を提供する。

欧州委員会からの参照文献の非特許文献２では、レート＝１／２で長さ７の、前方誤り訂正畳み込み符号化を提案しており、すべての、Ｇａｌｉｌｅｏの２秒のページに適用されている。この符号化層によって、所与の２秒メッセージのＧａｌｉｌｅｏデータは、メッセージがその中にエラーを含んで受信された場合でも復調されることができる。この参照文献では、ＧａｌｉｌｅｏのＩ／ＮＡＶサブフレームのＷｏｒｄ Ｔｙｐｅ７、８、９及び１０が合計のコンステレーションのうちの３つの衛星についてのアルマナックを送信する、いくつかのより短いチャンクに分割されたアルマナックメッセージである、長いコンステレーション内メッセージの送信も提案している。

この手法は実施するのが比較的容易であるものの、いくつかの欠点があり、主なものは、１つのチャンクの受信の欠如が、メッセージ全体の受信を危うくするということである。

特許文献１は、外部リードソロモン（ＲＳ）、クロック及びエフェメリスデータ（ＣＥＤ：Ｃｌｏｃｋ ａｎｄ Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）の符号化、を含む航法メッセージを送信する方法に関し、これは、巡回冗長検査（ＣＲＣ：ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）の使用にさらに関与している。この参照文献では、単一のＲＳコードが、低パリティで、数百ビットのＣＥＤメッセージに適用される。したがって、この方法は、単一の衛星からの短いメッセージには有用であるものの、高いパリティ／データ比を有する、複数の衛星から送信される長いメッセージ用に最適化されていない。

非特許文献３では、異なる衛星からの同じ衛星航法メッセージのページの送信をオフセットすることを提案している。ただし、ページオフセットによって、衛星航法メッセージの最適な復元が可能にはならない。

非特許文献４では、ＧＮＳＳ信号を使用して高速かつロバストな方法で大きなメッセージを広めるための噴水符号の使用について説明している。こうしたメッセージはＫ個のパケットに分割され、各パケットは、Ｋ個の行と潜在的に無制限の数の列とを有するランダムバイナリマトリックスＧ´の要素で符号化される。すべてのケースにおいてＮ＞Ｋである、Ｎ個のパケットを受信した後、受信機は、元のメッセージを再構成するために、受信されたパケットに対応するＧ´の列を有する行列Ｇ´を作成する。

特許文献２では、入力データが所定数の並列チャネルのデータに分割され、所定数のチャネルのデータに対してマルチコードワード並列処理を同時に実行することによって符号化される、ＲＳエンコーダの符号化方法を開示している。符号化後、入力制御信号有効化状態が決定され、有効にされた場合は、ゼロパディング操作を使用して、符号化されたデータが、事前に符号化されたデータストリームの指定された位置に挿入される。並列の所定数のチャネルのデータのシリアル処理の後、データに対してＤｅ－ｚｅｒｏ処理が実行される。

特許文献３は、たとえば、メッセージパケットと１又は複数のパリティパケットとを含む、複数の符号化されたパケットを生成するために、複数のメッセージパケットを符号化することを含む、ネットワークコーディングのための方法を対象としている。各メッセージパケット及び符号化された各パケットは、インデックスを有する複数のシンボルを含み、符号化されたパケットの各シンボルは、符号化されたパケットのシンボルと同じインデックスを有するメッセージパケットのシンボルにリードソロモンコードを適用することによって生成される。符号化されたパケットの長さは、メッセージパケットの長さと同じである。複数の符号化されたパケットを生成するために複数のメッセージパケットを符号化するためのネットワークエンコーダと、無線アンテナを介して、符号化されたパケットを送信するための物理層とを含む、無線通信デバイスも開示されている。

したがって、完全に交換可能な方法で、かつ、ユーザ受信機において手ごろな復号化コストで、いくつかのソースから、いくつかのページで構成された衛星航法メッセージの最適な回復を可能にする方法は、文献には見当たらない。

国際公開第２０１７／２１６０５８号 国際公開第２０１２／１７４９３３号 米国特許出願公開第２０１６／００５６９２０号明細書

Ｑｕａｓｉ－Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ－Ｌｅｖｅｌ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＩＳ－ＱＺＳＳ－Ｌ６－００１）Ｄｒａｆｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１７ Ｅｕｒｏｐｉａｎ ＧＮＳＳ（Ｇａｌｉｌｅｏ）ＯＰＥＮ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎ Ｓｐａｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ，（ＯＳ ＳＩＳ ＩＣＤ Ｖ１．３） Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ－Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ，ｌ．らによる、記事「Ｐａｃｋｅｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｈｅｒｏｕｇｈ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ：Ａ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｓｉｎｇ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ」，ＥＮＣ２０１７ Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ－Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ，ｌ．らによる、記事「Ｆｏｕｎｔａｉｎ Ｃｏｄｅｓ ｆｏｒ ＧＮＳＳ」、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎの衛星部門の第３０回国際技術会議の議事録（ＩＯＮ ＧＮＳＳ＋２０１７）、１４９６～１５０７頁

したがって、本発明の目的は、完全に交換可能な方法で、いくつかのソースから受信された、いくつかのページを含む符号化された衛星航法メッセージの、最適な回復を可能にする方法を提供することである。

本発明の別の目的は、いくつかのページを含む符号化された衛星航法メッセージの最適な回復の方法を実施する衛星航法システムを提供することである。

本発明の一態様によれば、複数の衛星を介して少なくとも１つのユーザ受信機に送信するために、いくつかのページの形で、符号化された衛星航法メッセージを生成する方法であって、
ａ）地上局において、衛星航法メッセージＭをｋ個のページに分割するステップと、
ｂ）地上局において、各ページをｊ個のシンボルに分割し、衛星航法メッセージＭは、ｋ×ｊ個のシンボルに分割される、ステップと、
ｃ）各シンボル位置について、地上局において、ｋ個のページのシンボルを、ページのシンボルの各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に符号化することによって、符号化するステップであって、ｎ個のページのそれぞれは、ｊ個の並列なコードからのシンボルを含む、ステップと、
ｄ）地上局において、ｎ個のページについての符号化された衛星航法メッセージＭ´を生成するステップと、
ｅ）地上局において、符号化された衛星航法メッセージのｎ個のページの少なくともサブセットを複数の衛星のそれぞれに割り当てるステップと、
ｆ）地上局によって、割り当てられたページを複数の衛星のうちのそれぞれの衛星に送信するステップと、
ｇ）複数の衛星によって、割り当てられたページを少なくとも１つのユーザ受信機に送信するステップと、
を含む、方法が提供される。

このようにして、いくつかのページの形での符号化された衛星航法メッセージの生成が実現されることができ、複数の衛星によってユーザ受信機に送信されたとき、完全に交換可能な方法で、かつ、ユーザ受信機において手ごろな復号化コストで復号化されることができる。

一実施形態では、ステップｃ）は、元の衛星航法メッセージの回復にｎ個のページの任意のｋ個のシンボルが使用されることを可能にする、ブロック符号化スキームを使用することをさらに含み得る。

一実施形態では、ブロックコードはリードソロモンコードを含む。
一実施形態では、ステップｄ）は、２元消失通信路をシミュレートするために各ページに巡回冗長検査を付加することをさらに含み得る。

これによって、ユーザ受信機におけるページ受信が２元消失通信路におけるように扱われることを確実にする。

本発明の別の態様によれば、少なくとも１つのユーザ受信機において、符号化された衛星航法メッセージを復号化する方法であって、符号化された衛星航法メッセージは前述のように生成され、
ｉ）少なくとも１つのユーザ受信機において、少なくとも１つのユーザ受信機の視野内の複数の衛星によって送信されたページを受信するステップと、
ｉｉ）少なくとも１つのユーザ受信機において、複数の衛星から受信されたページから、符号化された衛星航法メッセージを、各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に復号化することによって、復号化処理をそれに再帰的に適用することによって復号化するステップと、
を含む、方法が提供される。

これによって、符号化された衛星航法メッセージが完全に交換可能な方法で復号化されることを可能にする。
一実施形態では、ブロックコードはリードソロモンコードを含む。
一実施形態では、ステップｉ）は、複数の衛星のうちの異なる衛星から異なるページを受信することをさらに含み得る。

これには、すべてのページが同じ衛星から受信される場合よりも速くメッセージが受信されることができるという利点がある。

一実施形態では、ステップｉ）は、ページを経時的にシーケンシャルに受信することをさらに含む。

本発明のさらなる態様によれば、その視野内の複数の衛星から異なるページとして送信された符号化された衛星航法メッセージを復号化し、符号化された衛星航法メッセージは、前述の方法に従って生成されて送信され、各ユーザ受信機は、
その視野内の複数の衛星によって送信されたページを受信し、
複数の衛星から受信されたページから、符号化された衛星航法メッセージを、各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に復号化することによって、復号化処理をそれに再帰的に適用することによって復号化する、
ように構成される、ように構成される、ユーザ受信機が提供される。

ユーザ受信機のこうした構成は、完全に交換可能な方法で、かつ、ユーザ受信機に対して手ごろな復号化コストで、符号化された衛星航法メッセージの最適な回復を提供する。
一実施形態では、ブロックコードはリードソロモンコードを含む。

本発明のさらに別の態様によれば、符号化された衛星航法メッセージをいくつかのページの形で生成、送信、及び復号化するための衛星航法システムであって、
複数の衛星と、
複数の衛星への送信のために、いくつかのページの形で、符号化された衛星航法メッセージを生成し、符号化された衛星航法メッセージは、
衛星航法メッセージＭをｋ個のページに分割すること、
各ページをｊ個のシンボルに分割することであって、衛星航法メッセージＭはｋ×ｊ個のシンボルに分割される、分割すること、
各シンボル位置について、ｋ個のページのシンボルを、ページのシンボルの各列を合計ｊ個のリードソロモンコードについて別々に符号化することによって、符号化すること、
ｎ個のページについての符号化された衛星航法メッセージＭ´を生成することであって、ｎ個のページのそれぞれは、ｊ個の並列な符号からのシンボルを含む、生成すること、
符号化された衛星航法メッセージのｎ個のページの少なくともサブセットを複数の衛星のそれぞれに割り当てること、及び
割り当てられたページを複数の衛星のうちのそれぞれの衛星に送信すること、
によって生成される、ように構成された地上局と、
前述のような少なくとも１つのユーザ受信機と、
を含む、システムが提供される。

こうしたシステムは、高いパリティ／データ比を有する衛星航法メッセージ又はデータの送信を可能にする。
本発明をよりよく理解するために、ここで、例として、添付の図面が参照される。

所与の衛星航法メッセージがブロックに分割される（「メッセージ分割」と呼ばれる）従来の衛星航法メッセージ送信スキームを示す。 各衛星が、異なるオフセットで同じ衛星航法メッセージを送信する、ページオフセットに基づく従来の衛星航法メッセージ送信スキームを示す。 ページ内の所与の位置にあるすべてのシンボルが別々のコードに符号化される送信方法を示す。 ４ページの衛星航法メッセージが１２ページに符号化されて３つの衛星によって送信され、ユーザ受信機は４ページだけを受信することによって衛星航法メッセージを再構成する、フェージングチャネルにおける受信処理を示す。 本発明のリードソロモンの実施を示す。 本発明の方法の復号化コストと従来の方法の復号化コストとの比較を示す。 「Ｏｐｅｎ Ｓｋｙ」シナリオについて、本発明の方法の受信時間（黒のアスタリスク「^＊」で示される）と標準的な方法の受信時間（灰色の十字「＋」で示される）との比較を示す。 「Ｓｏｆｔ Ｕｒｂａｎ」シナリオについて、本発明の方法の受信時間（黒のアスタリスク「^＊」で示される）と標準的な方法の受信時間（灰色の十字「＋」で示される）との比較を示す。 「Ｈａｒｄ Ｕｒｂａｎ」シナリオについて、本発明の方法の受信時間（黒のアスタリスク「^＊」で示される）と標準的な方法の受信時間（灰色の十字「＋」で示される）との比較を示す。 両方がユーザ受信機によって先験的に知られている、送信衛星の衛星ＩＤと時間とに基づいて、衛星航法メッセージのページＩＤを定義するためのスキームを示す。

本発明は、具体的な実施形態に関して、及びある一定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれには限定されない。説明されている図面は、単なる概要であり、限定するものではない。図面において、要素のいくつかのサイズは、例示目的のために、誇張されており縮尺どおりに描かれていない場合がある。

本発明は、衛星航法の分野に関連していて、衛星通信の分野では起こらないかもしれない、特定の問題を解決することを対象としていることが留意されるべきである。具体的には、本発明に従って符号化されるような衛星航法データは、一般に、純粋な衛星通信信号よりも受信が困難である。一般に、衛星通信信号は非常に高い電力で受信される（衛星航法信号は約－１５５ｄｂＷ、つまり熱雑音レベル未満で受信される）。このことによって、衛星航法信号の典型的なデータレートは１００ｂｐｓ（ＧＰＳ Ｌ１Ｃ／Ａの場合は５０ｂｐｓ）のオーダであり、これは衛星通信システムで使用される通常のデータレートよりもはるかに低い。また、衛星通信メッセージは一般に単一のソースから送信され、衛星航法信号及びデータは、空中、海、及び陸上を含むすべての環境において静的及び動的ユーザの両方に対して低電力で利用可能でなければならず、陸上は、樹冠及びビルの谷間を含む。

衛星航法システムにおける低データ受信レートで、本発明は、たとえば数千又は数万ビットのオーダの長いメッセージを送信する問題を解決しており、これらの信号は、非常に高いデータ冗長性をとおしてではあるが、オーバーヘッドなしでかつ低い復号化複雑度で、劣化した環境において受信される必要があり、これは、最先端の方法でなければ実現されることができない。ＲＳ（又は類似の）標準コードの実施は、本発明の問題を解決するために必要とされるものに関して非常に低いパリティを提供する。典型的には、本発明は、ただでさえ長いメッセージに対して、１／１０～１／６のパリティ／データ比を必要とする。これは、より長いシンボル、たとえば１６ビットを有するＲＳ（又は類似の）コードで実現され得る一方、これらの実施は標準ではなく、ユーザ受信機において復号化するのがより困難である。具体的には、本発明の方法は、劣化した環境において弱い信号で、すなわち潜在的に非常に高いエラーレートで、長いメッセージを送信する特定の衛星航法の問題を解決するために、必要に応じて高いパリティ／データ比を有する長いメッセージに適用される。

さらに、従来技術に対する根本的な違いは、本発明の方法は、「シンボル内」レベル、すなわち、ビットレベルでではなく、「シンボル間」レベル、すなわちいくつかのシンボルに対して、並列処理を利用することである。完全なシンボルレベルで動作することにより、必要なできる限り多くのコードを並列化することができる。本発明の方法は、５４、すなわち（４４８－１６）／８ベクトルの並列化を利用し、これは、先行技術から知られている方法では実現可能ではない。

シンボル間並列化を利用することによって、衛星航法メッセージ又は信号を復号化する、より柔軟な方法が得られることができる。

さらに、衛星通信システムと比較して、衛星航法システムは、高いエラーレートに対処し、それらのメッセージを２つ以上のソース又は衛星から送信するために、非常に高い冗長レートでメッセージを送信する必要がある。

本明細書で使用される「Ｏｐｅｎ Ｓｋｙ」という用語は、４つの送信衛星からの信号が、各衛星について０．５％のページエラーレートで受信される環境を指す。

本明細書で使用される「Ｓｏｆｔ Ｕｒｂａｎ」という用語は、４つの送信衛星からの信号が、その４つの衛星についてそれぞれ０．５％、１％、１０％及び２０％のページエラーレートで受信される環境を指す。

本明細書で使用される「Ｈａｒｄ Ｕｒｂａｎ」という用語は、２つの送信衛星からの信号が、その２つの衛星についてそれぞれ１０％及び２０％のページエラーレートで受信される環境を指す。

「フェージングチャネル」という用語は、時間、地理的位置、及び無線周波数、などの複数の変数で信号の減衰の変動に見舞われる通信を指す。

「Ｃ／ＮＡＶ」という用語は、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星によって周波数Ｅ６でブロードキャストされる商用航法メッセージを指す。

「Ｉ／ＮＡＶ」という用語は、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星によって周波数Ｅ１及びＥ５でブロードキャストされる完全性航法メッセージを指す。

「パリティ／データ比」という用語は、符号化されたメッセージ内の情報ビットの量に対するパリティビットの量を指す。

「ブロックコード」又は「ブロック符号化スキーム」という用語は、並列化が実現されることができるコード又は符号化スキームを指す。本発明は、リードソロモンコードを参照して説明されるが、それに限定されない。たとえば、ボーズ・チョドーリ・オッケンジェム（ＢＣＨ：Ｂｏｓｅ－Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ－Ｈｏｃｑｕｅｎｇｅｍ）符号化スキームも実施され得る。

「２元消失通信路」又は「ＢＥＣ：ｂｉｎａｒｙ ｅｒａｓｕｒｅ ｃｈａｎｎｅｌ」という用語は、送信機がビット（「０」又は「１」）を送信し、受信機がビットを受信するか、又はビットが受信されなかったか若しくは「消去された」というメッセージを受信する、一般的な通信チャネルモデルを指す。実際には、ビットのパケットが送信機によって送信され、受信機がパケットを受信するか、又はパケットが消去される。本方法では、Ｃ／ＮＡＶのページのＣＲＣがチェックされ、ＣＲＣが不合格の場合、そのページは破棄される。

記事「Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＧＮＳＳ（Ｇａｌｉｌｅｏ）Ｏｐｅｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎ Ｓｐａｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ，（ＯＳ ＳＩＳ ＩＣＤ Ｖ１．３）」で提案された手法が図１に示されている。図１では、ユーザ受信機１２と３つの衛星１４、１６、１８とを含む衛星航法システム１０が示されている。示されているように、各衛星１４、１６、１８は、２つの４ページのチャンクで衛星航法メッセージをユーザ受信機１２に送信する。このことはメッセージ分割として知られている。２つの４ページのチャンクは、衛星１４、１６、及び１８のうちのそれぞれの衛星からの１４ａ及び１４ｂ、１６ａ及び１６ｂ、並びに１８ａ及び１８ｂとして示されている。ここで、チャネル障害によって、ユーザ受信機１２は、灰色で示されたブロックのみを受信するが、ブロックデータは、任意のページがそれに寄与するように、交換可能に符号化されている。この例では、ユーザ受信機１２は、衛星１４、１６、１８のうちのいずれの１つからもチャンク１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ、１８ａ及び１８ｂのすべてを受信することができず、したがって、衛星航法メッセージを復号化することができない。しかしながら、後述のようにページが完全に交換可能である場合、以下でより詳細に説明されるように衛星航法メッセージを復号化することが可能である。

前述のように、ページオフセットは衛星航法メッセージの最適な復元を可能にしはしない。図２は、図１のシステム１０と類似した、ユーザ受信機２２と３つの衛星２４、２６、２８とを含む、衛星航法システム２０を示している。ただし、このケースでは、各衛星２４、２６、２８は、ページオフセットがそれぞれ０、１、２で４ページ衛星航法メッセージを送信する。この例では、ユーザ受信機は衛星のそれぞれからページの半分のみを（灰色で表示されている）受信し、したがって完全な衛星航法メッセージを受信することができない。図１を参照して前述したように、すべてのページが交換可能である場合、衛星航法メッセージは２秒で受信される。

しかしながら、ユーザ受信機は、可能であれば、関連する遅延を伴って、衛星航法メッセージの再ブロードキャストを待つべきであるため、ページオフセットだけでは受信を可能にはしない。システムは、各ユーザ受信機によってどの衛星が観測されるかを制御することができず、衛星航法メッセージの復号化又は復調の成功を可能にすることができないページの組合せを受信するユーザが常に存在することになる。

本発明によって解決される問題は、以下のように数学的に定義されることができる。２元消失通信路を介して所与の時間にいくつかの航法衛星によって送信されなければならない、ｋページ（Ｍ_１，．．．，Ｍ_ｋ）で構成される高精度サービス（ＨＡＳ：ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｓｅｒｖｉｃｅ）衛星航法メッセージＭがあり、ＢＥＣは、Ｃ／ＮＡＶのページが正しく受信されるか又は破棄されると仮定する。ＢＥＣは、Ｃ／ＮＡＶのページのＣＲＣをチェックしてＣＲＣが不合格の場合にページを破棄することによってモデル化される。

衛星航法メッセージＭは、任意の衛星から受信されたＣの任意のｋ個の回復されたページが元の衛星航法メッセージＭの復号化を可能にするように、ｎ個のページの符号化された衛星航法メッセージＣ（Ｃ_１，．．．，Ｃ_ｎ）に符号化され、ｎ＞ｋであり、複数の衛星によって同時に送信され、衛星航法メッセージ受信において完全なページ交換可能性を可能にする。この方法は、異なるメッセージ長に対して有効でなければならず、復号化処理は、ユーザ受信機において手ごろでなければならない。

本発明の方法は、以下のステップに基づいており、制限がないようにシンボル間レベルでの並列処理を使用する。

・衛星航法メッセージＭをｋ個のページ（Ｍ_１，．．．，Ｍ_ｋ）に分割する
・衛星航法メッセージＭ全体がｋ×ｊ個のシンボル（ｗ_１，１，．．．，ｗ_ｋ，ｊ）に分割されるように各ページをｊ個のシンボルに分割する
・各シンボル位置ｃ＝１，．．．，ｊについて、ｋ個のページのシンボル（ｗ_１，ｃ，．．．，ｗ_ｋ，ｃ）を、元の衛星航法メッセージを回復するために、ｎ個の符号化されたシンボルのうちの任意のｋ個のシンボルが使用されることができるという特性を有するブロック符号化スキームで、（ｗ´_１，ｃ，．．．，ｗ´_ｎ，ｃ）に符号化する。
・ｎ個のページの完全な符号化された衛星航法メッセージＭ´（ｗ´_１，１，．．．ｗ´_ｎ，ｊ）を生成し，各ページはｊ個の並列コードからのシンボルで構成される。
・ページ受信が２元消失通信路におけるように扱われるように、ＣＲＣ又は類似のチェックを各ページに添付する。
・Ｍ´のｎ個のページ又はそれらのサブセットを異なる衛星に割り当て、各衛星が異なるページを送信するように、衛星を介して衛星航法メッセージを送信する。
・ユーザ受信機側において、可視衛星のいずれかからＭ´のｋ個のページが成功裏に受信されたとき、復号化処理をｊ回再帰的に適用することによって、衛星航法メッセージＭを復号化する。

符号化及びメッセージの衛星への割り当て処理が図３に示されており、ｎ個のページ（Ｃ_１，．．．，Ｃ_ｎ）はシンボルｗ_１，１からｗ_ｎ、ｊに符号化され、ｊはＣ／ＮＡＶページ内のシンボルの総数である。たとえば、ｊは、４４８ビットから１６ビットヘッダを引いたものについては５２であり得る。衛星航法メッセージのすべてのシンボルに同じＲＳコードを使用する代わりに、各列（ｗ_１，１，．．．ｗ_ｎ，１，ｗ_１，２，．．．ｗ_ｎ，２，など）が合計ｊ個のＲＳコードについて別々に符号化及び復号化される。ページＣ_{ｉ＝１，ｎ}、又はそのサブセットは、異なる衛星によって経時的にシーケンシャルに送信され、このことによってユーザ受信機が各Ｃ_ｉを識別することを可能にする。ユーザ受信機がｋ個のページを受信したとき、シンボル間レベルでの並列化を使用して、衛星航法メッセージを提供するためにｊ個のコードが復号化されることになる。

フェージングチャネルにおける受信処理が図４に示されており、４ページの衛星航法メッセージが１２ページに符号化され、３つの衛星によって送信され、受信機は４つのページだけを受信することによって衛星航法メッセージを再構成する。図４では、ユーザ受信機１１０と３つの衛星１２０、１３０、１４０とを含む衛星航法システム１００が示されている。各衛星１２０、１３０、１４０は、４つのページをユーザ受信機１１０に送信する。しかしながら、フェージングチャネルに起因して、灰色で示されたページだけがユーザ受信機１１０によって受信され、これらのページが、元の４ページの衛星航法メッセージを復号化及び再構成するために使用される。

リードソロモンコードは、ｎ個の送信されたシンボルのうちの任意のｋ個のシンボルで、衛星航法メッセージの復元を可能にする特性を有している。したがって、本発明の一実施形態は、リードソロモン符号化に基づいている。複数の衛星で完全なページ交換可能性を実現するには、ｎがｋよりもはるかに大きくなければならず、すなわち、異なる衛星が同じページを送信しないように、衛星航法メッセージは大量のパリティデータを伴って符号化されなければならない。このことは、Ｗｅｓｔａｌｌらによって「Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｇａｌｏｉｓ Ｆｉｅｌｄ ａｎｄ Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ」、Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｃｌｅｍｓｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳＣ（２０１０）：２９６３４－１９０６において説明されている。

ＧａｌｉｌｅｏのＥ６Ｂ信号で４４８ｂｐｓで送信される精密単独測位（ＰＰＰ：ｐｒｅｃｉｓｅ ｐｏｉｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）メッセージについての最大メッセージサイズの現在の推定に基づいて、次のことが想定されることができる。
・最大の衛星航法メッセージ長（ｋ_ｍａｘ）は２０ページ、又は８６４０ビット、又は１０８０バイト（たとえばｉｏｎｏメッセージ）であり、各ページは４３２ビット（５４バイト）に、ページに含まれる情報を識別するために使用されるヘッダ用に１６ビットを加えて、合計４４８ビットを提供することができる。
・Ｇａｌｉｌｅｏのコンステレーション能力による、最大２０の送信衛星で、２０／１のパリティ／データ比を必要とする。

ただし、パリティ／データ比の量２０／１を低減するために、軌道の反対のスロットにある衛星は、同じユーザ受信機によって観測されることができないと想定されることができる。これによって、冗長性をすでに半分低減している（２０から１０に）。他の想定は、衛星は空に均一に分布されることができるということ、及びクリーンな空の場合、地球上の受信機は２０個のＧａｌｉｌｅｏ接続の衛星のうち最大で３分の１を観測することができるということである。このケースでは、ＲＳメッセージは、合計（データ＋パリティ）で７５６０バイトについて６／１のパリティ／データ比を有し得る。しかしながら、ほとんどの標準的なＲＳ符号化手法はＧＦ（２^ｍ）に基づいており、ｍ＝８であり、２５６バイト以下が符号化されることができることを暗示している。ｍ＝１６又はｍ＝３２での他の実施も可能であるが、ガロア体演算（特にｍ＝３２についての多項式乗算）を複雑にし、受信機の復号化コスト及びストレージ要件を増加させる。

図５に、２０ページまでの、異なるメッセージ長でのいくつかの例が提供されている。１番目の例では、２０ページのメッセージが１／５のコードレートで送信され、すなわち、ユーザ受信機の視野内の最大５つの衛星についてページ交換可能性を保証している。２０個のデータシンボルと８０個のパリティシンボルを有する、１００個の８ビットのシンボルメッセージが符号化され、多くのＲＳコード、例としては、Ｃｈｅｕｎｇらによって「Ｅｎｄ－ｔｏ－ｅｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇａｌｉｌｅｏ ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ」（国際地球科学・リモートセンシングシンポジウム、第２巻、米国電気電子学会（ＩＥＥ）、１９９６）に説明されているようなＲＳ（２５５，１６１，８）においてよく適合する。Ｂ．Ｅ．Ｓｃｈｏｔｓｃｈによって「Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｕｔｅｒ Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＣＥＤ ｉｎ ｔｈｅ Ｇａｌｉｌｅｏ Ｅ１ Ｉ／ＮＡＶ Ｍｅｓｓａｇｅ」、２０１７に説明されているように、余分な情報シンボルはゼロでフィルされる（たとえば、２０ページの例では、１６１個のデータシンボルのうち２０個だけが使用され、１４１個はゼロでフィルされることになる）。

２番目の例では、１６ページの衛星航法メッセージが１／６のコードレートで送信される。９６個の８ビットのシンボルメッセージが、１６個のデータシンボルと８０個のパリティシンボルとで符号化され、余分な情報シンボルはゼロでフィルされる。３番目の例では、１０ページの衛星航法メッセージが１／８のコードレートで送信される。８０個の８ビットのシンボルメッセージが、１０個のデータシンボルと７０個のパリティシンボルとで符号化され、余分な情報シンボルはゼロでフィルされる。

冗長性の少ない４番目の例では、前述のＳｃｈｏｔｓｃｈによる記事で提案されているように、１８ページの衛星航法メッセージが、Ｉ／ＮＡＶ ＲＳコード、ＲＳ（２５５，１９５，８）で１／４のコードレートで送信され、６０シンボルのパリティを提供する。

単一のコードでの標準的なＲＳ符号化と比較して、本発明の方法の利点の１つは、大幅に低い復号化コストである。復号化処理をｊ回繰り返すことで、１回のデコーダの繰り返しに対して復号化コストを直線的に増加させるが、衛星航法メッセージが非常に短いため、復号化コストは指数関数的に減少する。復号化コストは、ｋ×ｋ行列を反転するコストと線形ｋ×ｋシステムを解くコストとして推定される。行列反転コストは通常、ガウスの消去法のコストであるＯ（ｋ^３）として推定される。線形システムを解くコストはＯ（ｋ^２）として推定される。

標準的な方法との比較が図６に示されている。比較は、４３２ビットのデータページ長並びにｋ＝２０及びｋ＝４のメッセージサイズに基づいている。３つの実施が選択されている。

・衛星航法メッセージ全体について単一のＲＳコード。短いメッセージについてはｍ＝８（ｎ＝２１６＜２^８）、長いメッセージについてはｍ＝１６（２^８＜ｎ＜２^１６）。これは「Ｓｔａｎｄａｒｄ１」と呼ばれる。
・衛星航法メッセージを４ページの５つのチャンクに分割することに基づく実装で、各チャンクが別々に符号化される。これは「Ｓｔａｎｄａｒｄ２」と呼ばれる。
・本発明の方法は、「ＭＲＳＣ」（マルチプルＲＳコーディング：ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＲＳ ｃｏｄｉｎｇ）と呼ばれる。

図６では、ｍはシンボルサイズ（ＧＦサイズが２^ｍ）を表し、「最大ページ数／コード」は、（ＭＲＳＣのケースでは全体的又は部分的に）ＲＳコードで符号化されているＣ／ＮＡＶページの数を表し、「並列コード数／メッセージ」は、所与の衛星航法メッセージを並列に符号化するＲＳコードの数であり、「チャンク」は、所与の衛星航法メッセージを符号化するＲＳコードの数であり、「コード」は衛星航法メッセージについてのコードの総数であり、「ｋ」は、コードごとに符号化されたバイトの総数であり、そして「復号化動作／コード」は、コードごとの復号化動作の数ある（Ｏ（ｋ^３）＋Ｏ（ｋ^２））。示されているように、本発明（ＭＲＳＣ）の実施は、同じ衛星航法メッセージについての他の実施（「Ｓｔａｎｄａｒｄ１」及び「Ｓｔａｎｄａｒｄ２」）よりもはるかに低い復号化コストを有する。

本発明の方法の別の利点は、フェージング条件下での改善された受信能力である。５つの４ページのチャンクでの同等の従来の方法と比較した、ＭＲＳＣを介した２０ページの衛星航法メッセージの受信が図７ａから図７ｃに示されている。図７ａ～図７ｃのそれぞれは、５０００個の事例で実行されたＭｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏシミュレーションを使用してモデル化されており、それぞれのケースにおいて衛星航法メッセージを復号化するための時間を測定している。

図７ａは、ユーザ受信機の視野内に４つの衛星を有する「ｏｐｅｎ ｓｋｙ」のケースについて、黒で「^＊」として示されている本発明の方法における受信時間と、灰色で「＋」として示されている４ページ／５チャンク方法の受信時間との間の比較を示している。従来の方法では、衛星がユーザ受信機に対して相補的なチャンクシーケンスを送信するように、チャンクシーケンスが最適化される。４つの衛星のそれぞれについて、ページエラーレート０．５％が得られた。

図７ｂは図７ａに類似しているが、ユーザ受信機の視野内に４つの衛星を有する「ｓｏｆｔ ｕｒｂａｎ」のケースについてのものである。衛星のうちのそれぞれの衛星について１％、５％、１０％及び２０％のページエラーレートが得られた。

図７ｃは図７ａ及び７ｂに類似しているが、ユーザ受信機の視野内に２つの衛星だけを有する「ｈａｒｄ ｕｒｂａｎ」のケースについてのものである。衛星のうちのそれぞれの衛星について１０％及び２０％のページエラーレートが得られた。

図７ａ～図７ｃに示されるように、本発明の方法は、メッセージ受信のロバスト性を大幅に改善し、衛星航法メッセージがはるかに迅速に受信される。

本発明の方法の具体的な実施は、メッセージＩＤフィールド、メッセージ長フィールド、及びページＩＤフィールドを伴う、ヘッダを含むあらゆるページに基づくことができる。

ヘッダサイズが縮小される別の具体的な実施は、ページＩＤフィールドが、ヘッダ内のスペースを占有する代わりに、マトリックスから定義されることができるように、所与の数の衛星と時間とについての衛星／時間マトリックスを定義することに基づくことができ、長い、符号化された衛星航法メッセージを有する可能性を可能にする。このことは図８に示されている。

図８は、最大で（ｎ＋１）^＊Ｔページで構成されるメッセージのページを、衛星の識別（ｎ）と時刻（１～Ｔ）とを識別するだけで、ヘッダ内でこの情報を必ずしも送信する必要なしに、識別する方法を示している。

別の具体的な実施は、衛星航法メッセージを符号化している符号化スキームがヘッダ内で定義されているページヘッダを含み得、それによって複数のスキームを可能にする。

別の具体的な実施は、衛星マスク、軌道補正、バイアス、及びユーザレンジ精度（ＵＲＡ：ｕｓｅｒ ｒａｎｇｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ）についての１つのメッセージ、電離層補正についての１つのメッセージ、並びに衛星マスク内の衛星の数に応じて１～３ページで構成される衛星クロック補正についての１つのメッセージの、３つのメッセージ内のメッセージサブタイプをグループ化することに基づく高精度メッセージの符号化を含む。

別の実施は、ＲＳとは異なる他のブロックコード、又は８ビットとは異なる他のシンボル長（たとえば、両方ともＲＳに使用可能であるため１６ビット又は３２ビット）を含む。

別の実施では、符号化される衛星航法メッセージは高精度メッセージではなく、デジタル署名又はアルマナックなど、ＧＮＳＳコンステレーションによって送信される別の一般的な衛星航法メッセージである。

別の実施では、異なる衛星からのいくつかの異なる衛星航法メッセージの時間内でのインタリーブを可能にする。すなわち、所与の時間間隔で１つのメッセージを送信する代わりに、システムはその時間間隔中にいくつかのメッセージを送信することができ、具体的なメッセージのヘッダは、具体的なメッセージＩＤでそのメッセージを識別する。

本発明の別の態様によれば、少なくとも１つのユーザ受信機において、符号化された衛星航法メッセージを復号化する方法であって、符号化された衛星航法メッセージは前述のように生成されると共に送信され、
ｉ）少なくとも１つのユーザ受信機のそれぞれにおいて、少なくとも１つのユーザ受信機のそれぞれの視野内の複数の衛星によって送信されたページを受信するステップと、
ｉｉ）前記少なくとも１つのユーザ受信機のそれぞれにおいて、複数の衛星から受信されたページから、符号化された衛星航法メッセージを、各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に復号化することによって、復号化処理をそれに再帰的に適用することによって復号化するステップと、
を含む、方法が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、その視野内の複数の衛星から異なるページとして送信された符号化された衛星航法メッセージを復号化し、符号化された衛星航法メッセージは、前述の方法に従って生成されて送信され、各ユーザ受信機は、
その視野内の複数の衛星によって送信されたページを受信し、
複数の衛星から受信されたページから、符号化された衛星航法メッセージを、各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に復号化することによって、復号化処理をそれに再帰的に適用することによって復号化する、手段を含む、ユーザ受信機が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、符号化された衛星航法メッセージをいくつかのページの形で生成、送信、及び復号化するための衛星航法システムであって、
複数の衛星と、
上述されたような少なくとも1つのユーザ受信機と、
複数の衛星への送信のために、いくつかのページの形で、符号化された衛星航法メッセージを生成し、符号化された衛星航法メッセージは、
衛星航法メッセージＭをｋ個のページに分割すること、
各ページをｊ個のシンボルに分割することであって、衛星航法メッセージＭはｋ×ｊ個のシンボルに分割される、分割すること、
各シンボル位置について、ｋ個のページのシンボルを、ページのシンボルの各列を合計ｊ個のリードソロモンコードについて別々に符号化することによって、符号化すること、
ｎ個のページについての符号化された衛星航法メッセージＭ´を生成することであって、ｎ個のページのそれぞれは、ｊ個の並列な符号からのシンボルを含む、生成すること、
符号化された衛星航法メッセージのｎ個のページの少なくともサブセットを複数の衛星のそれぞれに割り当てること、及び
割り当てられたページを複数の衛星のうちのそれぞれの衛星に送信すること、
によって生成される手段を含む地上局と、を含み、
前記複数の衛星は、少なくとも１つのユーザ受信機に、前記割り当てられたページを送信する手段を含む、システムが提供される。

Claims (12)

1. 複数の衛星を介して少なくとも１つのユーザ受信機に送信するために、いくつかのページの形で、符号化された衛星航法メッセージを生成する方法であって、
   ａ）地上局において、衛星航法メッセージＭをｋ個のページに分割するステップと、
   ｂ）前記地上局において、各ページをｊ個のシンボルに分割し、前記衛星航法メッセージＭは、ｋ×ｊ個のシンボルに分割される、ステップと、
   ｃ）各シンボル位置について、前記地上局において、前記ｋ個のページの前記シンボルを、前記ページの前記シンボルの各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に符号化することによって、符号化するステップであって、前記ｎ個のページのそれぞれは、ｊ個の並列なコードからのシンボルを含む、ステップと、
   ｄ）前記地上局において、ｎ個のページについての符号化された衛星航法メッセージＭ´を生成するステップと、
   ｅ）前記地上局において、前記符号化された衛星航法メッセージの前記ｎ個のページの少なくともサブセットを前記複数の衛星のそれぞれに割り当てるステップと、
   ｆ）前記地上局によって、前記割り当てられたページを前記複数の衛星のうちのそれぞれの衛星に送信するステップと、
   ｇ）前記複数の衛星によって、前記割り当てられたページを前記少なくとも１つのユーザ受信機に送信するステップと、
   を含む、方法。
2. ステップｃ）は、前記元の衛星航法メッセージの回復に前記ｎ個のページの任意のｋ個のシンボルが使用されることを可能にする、ブロック符号化スキームを使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ブロックコードはリードソロモンコードを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. ステップｄ）は、２元消失通信路をシミュレートするために各ページに巡回冗長検査を付加することをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも１つのユーザ受信機において、符号化された衛星航法メッセージを復号化する方法であって、前記符号化された衛星航法メッセージは、請求項１から４のいずれか一項に従って生成され、
   ｉ）前記少なくとも１つのユーザ受信機において、前記少なくとも１つのユーザ受信機の視野内の前記複数の衛星によって送信されたページを受信するステップと、
   ｉｉ）前記少なくとも１つのユーザ受信機において、前記複数の衛星から受信された前記ページから、前記符号化された衛星航法メッセージを、各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に復号化することによって、復号化処理をそれに再帰的に適用することによって復号化するステップと、
   を含む、方法。
6. 前記ブロックコードはリードソロモンコードを含む、請求項５に記載の方法。
7. ステップｉ）は、前記複数の衛星のうちの異なる衛星から異なるページを受信することをさらに含む、請求項５又は６に記載の方法。
8. ステップｉ）は、前記ページを経時的にシーケンシャルに受信することをさらに含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
9. その視野内の複数の衛星から異なるページとして送信された符号化された衛星航法メッセージを復号化し、前記符号化された衛星航法メッセージは、請求項１から４のいずれか一項の方法に従って生成されて送信され、各ユーザ受信機は、
   その視野内の前記複数の衛星によって送信されたページを受信し、
   前記複数の衛星から受信された前記ページから、前記符号化された衛星航法メッセージを、各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に復号化することによって、復号化処理をそれに再帰的に適用することによって復号化する、
   ように構成される、ように構成される、ユーザ受信機。
10. 前記ブロックコードはリードソロモンコードを含む、請求項９に記載のユーザ受信機。
11. 符号化された衛星航法メッセージをいくつかのページの形で生成、送信、及び復号化するための衛星航法システムであって、
    複数の衛星と、
    前記複数の衛星への送信のために、いくつかのページの形で、符号化された衛星航法メッセージを生成し、前記符号化された衛星航法メッセージは、
    衛星航法メッセージＭをｋ個のページに分割すること、
    各ページをｊ個のシンボルに分割することであって、前記衛星航法メッセージＭはｋ×ｊ個のシンボルに分割される、分割すること、
    各シンボル位置について、前記ｋ個のページの前記シンボルを、前記ページの前記シンボルの各列を合計ｊ個のブロックコードについて別々に符号化することによって、符号化すること、
    ｎ個のページについての符号化された衛星航法メッセージＭ´を生成することであって、ｎ個のページのそれぞれは、ｊ個の並列な符号からのシンボルを含む、生成すること、
    前記符号化された衛星航法メッセージの前記ｎ個のページの少なくともサブセットを前記複数の衛星のそれぞれに割り当てること、及び
    前記割り当てられたページを前記複数の衛星のうちのそれぞれの衛星に送信すること、
    によって生成される、ように構成された地上局と、
    請求項９又は１０に記載の少なくとも１つのユーザ受信機と、
    を含む、システム。
12. 前記ブロックコードはリードソロモンコードを含む、請求項１１に記載の衛星航法システム。

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