JP3738766B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）システムを携帯電話機等の携帯端末に搭載した通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工衛星（ＧＰＳ衛星）を利用した移動体の位置を測定するＧＰＳシステムにおいて、ＧＰＳ受信機の基本的機能は、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信し、その受信信号から受信機の位置を計算し、ユーザに知らせることである。
【０００３】
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星からの信号を復調してＧＰＳ衛星の軌道データを獲得し、ＧＰＳ衛星の軌道および時間情報と受信信号の遅延時間から、自受信機の３次元位置を連立方程式により導き出す。
受信信号を得るＧＰＳ衛星が４個必要となる理由は、ＧＰＳ受信機内部の時間と衛星の時間とで誤差があり、その誤差を除去するためである。
【０００４】
民生用ＧＰＳ受信機の場合には、ＧＰＳ衛星（Ｎａｖｓｔａｒ）からのＬ１帯、Ｃ／Ａ（Ｃｏａｓｅ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ、または、Ｃｌｅａｒ ａｎｄＡｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードと呼ばれるスペクトラム拡散（Ｓｐｒｅａｄ−Ｓｐｓｅｃｔｒｕｍ）信号電波を受信して、測位演算を行う。
【０００５】
Ｃ／Ａコードは、送信信号速度（チップレート）が１．０２３ＭＨｚ、符号長が１０２３のＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ；擬似ランダム雑音）系列の符号、たとえばＧｏｌｄ符号で、５０ｂｐｓのデータを拡散した信号により周波数が１５７５．４２ＭＨｚの搬送波（以下、キャリアという）を２相位相変調（ＢＰＳＫ；Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号である。
この場合、符号長が１０２３であることから、Ｃ／Ａコードは、ＰＮ系列の符号が、図１（Ａ）に示すように、１０２３チップを１周期（１周期＝１ミリ秒（ｍｓｅｃ））として繰り返すコードとして形成されている。
【０００６】
このＣ／ＡコードのＰＮ系列の符号は、ＧＰＳ衛星毎に異なっているが、どの衛星がどのＰＮ系列の符号を用いているかは、あらかじめＧＰＳ受信機で検知できるように構成されている。
また、上述するような航法メッセージによって、ＧＰＳ受信機では、どのＧＰＳ衛星からの信号をその地点およびその時点で受信できるかがわかるようになっている。
したがって、ＧＰＳ受信機は、たとえば３次元測位であれば、その地点およびその時点で取得できる４個以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信してスペクトラム逆拡散し、測位演算を行って自分の位置を求める。
【０００７】
そして、図１（Ｂ）に示すように、衛星信号データの１ビットは、ＰＮ系列の符号の２０周期分、つまり、２０ミリ秒として伝送される。すなわち、データ伝送速度は、５０ｂｐｓである。
ＰＮ系列の符号の１周期分の１０２３チップは、ビットが”１”のときと、”０”のときとでは、反転したものとなる。
【０００８】
図１（Ｃ）に示すように、ＧＰＳでは、３０ビット（６００ミリ秒）で１ワードが形成される。そして、図１（Ｄ）に示すように、１０ワードで１サブフレーム（６秒）が形成される。
図１（Ｅ）に示すように、１サブフレームの先頭のワードには、データが更新されたときであっても常にビットパターンとされるプリアンブルが挿入され、このプリアンブルの後にデータが伝送されてくる。
【０００９】
さらに、５サブフレームで１フレーム（３０秒）が形成される。そして、航法メッセージは、この１フレームのデータ単位で伝送されてくる。この１フレームのデータのうちの始めの３個のサブフレームは、エフェメリス情報と呼ばれる衛星固有の情報である。この情報には、衛星の軌道を求めるためのパラメータと、衛星からの信号の送出時刻とが含まれる。
【００１０】
ＧＰＳ衛星のすべては、原子時計を備え、共通の時刻情報を用いており、ＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻は、原子時計の１秒単位とされている。また、ＧＰＳ衛星のＰＮ系列の符号は、原子時計に同期した符号として生成される。
【００１１】
エフェメリス情報の軌道情報は、数時間毎に更新されるが、その更新が行われるまでは同一の情報となる。
しかし、エフェメリス情報の軌道情報は、これをＧＰＳ受信機のメモリ保持しておくことにより、数時間は同じ情報を精度良く使用することができる。
なお、ＧＰＳ衛星からの信号の送出時刻は、１秒毎に更新される。
【００１２】
１フレームのデータの残りの２サブフレームの航法メッセージは、アルマナック情報と呼ばれるすべての衛星から共通に送信される情報である。
このアルマナック情報は、全情報を取得するために２５フレーム分必要となるもので、各ＧＰＳ衛星のおおよその位置情報や、どのＧＰＳ衛星が使用可能かを示す情報などからなる。このアルマナック情報は、数カ月毎に更新されるが、その更新が行われるまでは同一情報となる。
しかし、このアルマナック情報は、これをＧＰＳ受信機のメモリに保持しておくことにより、数カ月は同じ情報を精度良く使用することができる。
【００１３】
ＧＰＳ衛星信号を受信して上述したデータを得るためには、まず、キャリアを除去した後、ＧＰＳ受信機に用意される受信しようとるＧＰＳ衛星で用いられているＣ／Ａコードと同じＰＮ系列の符号（以下、ＰＮ系列の符号をＰＮ符号という）を用いて、そのＧＰＳ衛星からの信号を捕捉し、スペクトラム逆拡散を行う。
Ｃ／Ａコードとの位相同期がとれて逆拡散が行われると、ビットが検出されて、ＧＰＳ衛星からの信号から時刻情報を含む航法メッセージを取得することが可能になる。
【００１４】
ＧＰＳ衛星からの信号の捕捉は、Ｃ／Ａコードの位相同期検索により行われるが、この位相同期検索においては、ＧＰＳ受信機のＰＮ符号とＧＰＳ衛星からの受信信号のＰＮ符号との相関を検出する。そして、たとえば、その相関検出結果の相関値があらかじめ設定した値よりも大きい時に、両者が同期していると判定する。同期がとれていないと判定されたときには、なんらかの同期手法を用いて、ＧＰＳ受信機のＰＮ符号の位相を制御して、受信信号のＰＮ符号と同期させるようにしている。
【００１５】
ところで、上述したように、ＧＰＳ衛星信号は、データを拡散符号で拡散した信号によりキャリアをＢＰＳＫ変調した信号である。したがって、ＧＰＳ衛星信号をＧＰＳ受信機が受信するには、拡散符号のみではなく、キャリアおよびデータの同期をとる必要があるが、拡散符号とキャリアの同期は独立に行うことはできない。
【００１６】
そして、ＧＰＳ受信機において、受信信号は、そのキャリア周波数を数ＭＨｚ以内の中間周波数に変換して、その中間周波信号で上述の同期検出処理を行うことが一般的である。
中間周波信号におけるキャリアには、主にＧＰＳ衛星の移動速度に応じたドップラーシフトによる周波数誤差と、受信信号を中間周波信号に変換する際に、ＧＰＳ受信機内部で発生させる局部発振器の周波数誤差分が含まれる。
【００１７】
したがって、これらの周波数誤差要因により、中間周波信号におけるキャリア周波数は未知であり、その周波数サーチが必要となる。
また、拡散符号の１周期内での同期点（同期位相）は、ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との位置関係に依存するので未知であることから、上述のように、何らかの同期手法が必要となる。
【００１８】
ＧＰＳ受信機においては、キャリアについての周波数サーチと、スライディング相関器＋遅延ロックループ（ＤＬＬ；Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）＋コスタスループ（Ｃｏｓｔａｓ Ｌｏｏｐ）による同期手法を用いている。
これについて、以下に説明を加える。
【００１９】
ＧＰＳ受信機のＰＮ符号の発生器を駆動するクロックは、ＧＰＳ受信機に用意されている基準周波数発振器の発振信号を分周したものが、一般に用いられている。
この基準周波数発振器としては、高精度の水晶発振器が用いられており、この基準周波数発振器の出力から、ＧＰＳ衛星からの受信信号を中間周波信号に変換するために用いられる局部発振信号を生成する。
【００２０】
図２は、この周波数サーチを説明するための図である。
図２に示すように、ＧＰＳ受信機のＰＮ符号の発生器を駆動するクロック信号の周波数が、ある周波数ｆ１であるときに、ＰＮ符号についての位相同期検索、つまり、ＰＮ符号の位相を１チップずつ順次ずらして、それぞれのチップ位相のときのＧＰＳ受信信号とＰＮ符号との相関を検出し、相関のピーク値を検出することにより、同期がとれる位相を検出するようにする。
【００２１】
クロック信号の周波数がｆ１のときにおいて、１０２３チップ分の位相検索のすべてで同期する位相が存在しなければ、たとえば基準周波数発振器に対する分周比を変えて、駆動クロック信号の周波数をｆ２に変更し、同様に１０２３チップ分の位相検索を行う。
これを、図２に示すように、駆動クロック信号の周波数をステップ的に変更して繰り返す。
以上の動作が周波数サーチである。
【００２２】
そして、この周波数サーチにより、同期可能とされる駆動クロック信号の周波数が検出されると、そのクロック周波数で最終的なＰＮ符号の位相同期が行われる。これにより、水晶周波数発振器の発振周波数ずれがあっても、衛星信号を捕捉することが可能となる。
【００２３】
しかしながら同期方法として上述したように手法を用いたのでは、原理的に高速同期には不向きで、実際の受信機においては、それを補うため、多チャンネル化してパラレルに同期点を検索する必要が生じる。そして、上記のように、拡散符号およびキャリアの同期に時間を要すると、ＧＰＳ受信機の反応が遅くなり、使用上において不便を生じる。
そこて、拡散符号の位相同期に関しては、上述したようなスライディング相関の手法を用いることなく、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を用いたデジタルマッチドフィルタにより符号同期を行う手法が、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に代表されるハードウエアの能力の向上によって実現している。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、携帯電話機などのネットワーク化された携帯端末とＧＰＳ受信機が一体化した製品やそのためのサービスが実用に供されてきている。
今後、安価なネットワーク網が構築されるとますます、ネットワーク機器とＧＰＳシステムが一体化し、位置を利用したネットワークサービスが増えることが予想される。
【００２５】
ＧＰＳシステムに適用される基準周波数発振器は、基本的には発振周波数が固定であるのに対し、携帯電話機などに用いられている基準周波数発振器は、基地局が変化する等の条件により周波数を変化させるように構成されている。
したがって、ネットワーク機器とＧＰＳシステムが一体化した無線通信装置を単純に構成する場合には、２種類の基準周波数発振器を搭載する必要がある。しかし、これではモジュールサイズが大きくなり、コスト増にもつながる。
その理由から、ネットワーク機器とＧＰＳシステムが一体化した無線通信装置を構成する場合には、一つの基準周波数発振器、すなわち、携帯電話機などに用いられている周波数可変な基準周波数発振器を共用することが望ましい。
しかしながら、この周波数可変な基準周波数発振器を単純に共用すると、以下に示すような不利益が生じる。
【００２６】
上述したように、ＧＰＳ衛星のＬ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれる送信信号は、５０ｂｐｓのデータを符号長１０２３、チップレート１．０２３ＭＨｚのＧｏｌｄ符号で直接拡散した信号により１５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ変調した信号である。
したがって、ＧＰＳ受信機が衛星からの信号を受信するには、上述したように、拡散符号、キャリア、およびデータの同期をとる必要があるが、拡散符号とキャリアの同期は独立に行うことはできない。
ＧＰＳ受信機では、キャリア周波数を数ＭＨｚ以内に周波数変換して中間周波数（ＩＦ）で処理する。
ところが、ＩＦにおけるキャリアには主に衛星の移動速度によるドップラーシフトとＩＦへの変換時に受信機内部で生成する局部発振周波数の誤差が含まれることから、ＩＦにおけるキャリア周波数は未知である。また、拡散符号の位相についても、ＧＰＳ受信機と衛星の位置関係に依存するので未知である。
したがって、条件によって周波数を変動させる基準周波数発振器を用いる場合、周波数が変化するとＩＦキャリアの周波数も変化する。ＩＦキャリアの周波数が変化していくと、受信信号と拡散符号との同期も保持できなくなる。
また、周波数変化が頻繁に行われる場合、ＤＳＰにより見つけ出された衛星の周波数と同期することや、衛星の周波数を見つけ出すことが困難になる。
【００２７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モジュールサイズ、コストの増大を防止できることはもとより、発振器の発振周波数が変化したとしても周波数を確実に見つけ出し、かつ確実に同期をとることができ、キャリアの同期保持をし続けることが可能な通信装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点は、拡散符号で受信信号を復調する通信装置であって、通信条件に応じて発振周波数が所定の周波数だけ変化する基準信号を出力する発振器と、上記発振器の基準信号に基づいて少なくとも上記受信信号のサーチを行う同期捕捉部と、上記発振器の基準信号に基づいて上記受信信号の同期保持処理を行う同期保持部と、上記発振器の発振周波数の変化情報に基づいて安定な時間的領域を決定し、当該決定した時間的領域で上記同期捕捉部にサーチ処理を行わせる制御部とを有する。
【００２９】
本発明の第２の観点に係る通信装置は、通信条件に応じて発振周波数が所定の周波数だけ変化する基準信号を出力する発振器とを含み、当該発振器の発振周波数を変更する場合には周波数変更信号を出力する第１の通信部と、拡散符号で受信信号を復調する第２の通信部と、を有し、上記第２の通信部は、上記発振器の基準信号に基づいて少なくとも上記受信信号のサーチを行う同期捕捉部と、上記発振器の基準信号に基づいて上記受信信号の同期保持処理を行う同期保持部と、上記発振器の発振周波数の変化情報に基づいて安定な時間的領域を決定し、当該決定した時間的領域で上記同期捕捉部にサーチ処理を行わせる制御部と、を含む、
【００３０】
好適には、上記制御部は、周波数変化量情報を受けて、上記発振器の周波数変化後は、周波数変化前の周波数で上記同期捕捉部にサーチ処理を行わせる。
【００３１】
好適には、上記同期捕捉部は、上記同期捕捉部のサーチ終了後に周波数が変化した場合、当該変化分の情報を上記同期保持部に与えて、当該上記周波数の変化分を加味した複数の周波数で同期保持処理を行わせる。
【００３２】
本発明によれば、たとえば第１の通信部において、発振器による基準信号に同期して近接の基地局との通話、あるいは所定データの送受信制御が行われる。そして、第１の通信部では、通信相手の基地局が変わると発振器の発振周波数を規定に従って変化させるために、基地局が変化し、周波数を変更する旨を報知するための周波数変更信号が生成され、第２の通信分の制御部に出力される。
第２の通信部の制御部では、第１の通信部により周波数変更信号を受けて、基準周波数が変化する情報、たとえば周波数変化量Δｆ等、またはＤＩＲ、ビット数のパラメータに基づいて、同期保持処理のキャリアの同期保持をし続けるような制御が行われる。
同期捕捉部においては、制御部による基準信号の周波数変化情報により、基準信号の周波数が変化する領域、すなわちクロック不安定領域に、あらかじめ設定したマージン領域を除く、クロック安定領域が決めわれ、そこの周波数におけるデータを使用することにより、周波数サーチが行われる。
すなわち、同期捕捉部は制御部により一定な時間的安定領域を衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数を確実に見つけ出すように制御される。
また、同期捕捉部では、制御部による基準信号の周波数変化量を受けて、基準信号の周波数変化後は、基準信号の周波数変化前の周波数で衛星の周波数サーチが行われる。
すなわち、同期捕捉部では、制御部により２つ以上のクロック安定領域を衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数サーチを長い時間行うように制御される。
そして、同期捕捉部は、衛星の周波数サーチ後に基準信号の周波数が変化した場合、変化分ｆ＋Δｆを同期保持部に受け渡すことで、衛星の周波数の同期をとらせる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
【００３４】
図３は、本発明に係る通信装置の一実施形態を示す構成図である。
この通信装置は、ネットワーク化された携帯端末としての携帯電話機とＧＰＳ受信機とを一体化し、携帯電話機の基準周波数発振器を共用した通信装置として構成されている。
【００３５】
本通信装置１は、図３に示すように、携帯電話部２、ＧＰＳフロントエンド部（ＧＰＳＦＥ）３、およびＧＰＳベースバンド部（ＧＰＳＢＢ）４とを主構成要素として有している。
なお、携帯電話部２により第１の通信部が構成され、ＧＰＳフロントエンド部３およびＧＰＳベースバンド部４により第２の通信部が構成される。
【００３６】
携帯電話部２は、移動体通信システム、たとえばセルラ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ）システムに適用可能な携帯電話機機能を有している。
携帯電話部２は、図３に示すように、セルラベースバンド部（ＣＬＢＢ）２１、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２２、基準周波数発振器（ＶＣＸＯ）２３、および送受信アンテナ２４を有している。
【００３７】
ベースバンド部２１は、基準周波数発振器２３による基準信号に同期して送受信アンテナ２４を通して近接の基地局５との通話、あるいは所定データの送受信制御を行う。
また、ベースバンド部２１は、通信相手の基地局５が変わると基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させるために、基地局が変化し、周波数を変更する旨を報知するための周波数変更信号Ｓ２１を生成し、Ｄ／Ａ変換器２２およびＧＰＳベースバンド部４の制御部（ＣＰＵ）に出力する。
ベースバンド部２１は、ＧＰＳベースバンド部４のＣＰＵに周波数変更信号Ｓ２１を出力する場合には、シリアル（Ｓｅｒｉａｌ）、ＩＯ、あるいは割り込み（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）を用いて基準周波数が変化する情報、たとえば周波数変化量Δｆ等、またはＤＩＲ、ビット数のパラメータを周波数変更信号Ｓ２１として出力する。
また、ベースバンド部２１は、ＧＰＳベースバンド部４のＣＰＵから測位演算中を示す周波数変更停止信号Ｓ４を受けると、たとえ通信相手の基地局５が変わり、基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させる必要が生じても、信号Ｓ４で測位演算中が解除されるまで、周波数変更信号Ｓ２１のＤ／Ａ変換器２２およびＧＰＳベースバンド部４のＣＰＵへの出力を停止し、基準周波数発振器２３に周波数変更を行わせないように制御する。
【００３８】
Ｄ／Ａ変換器２２は、ベースバンド部２１によるデジタル周波数変更信号Ｓ２１をアナログ信号に変換して基準周波数発振器２３に出力する。
【００３９】
基準周波数発振器２３は、たとえば１３ＭＨｚ±０．１ｐｐｍを基準発振周波数ｆとしており基準信号Ｆｏｘをベースバンド部２１およびＧＰＳベースバンド部４のクロック生成部に供給する。
基準周波数発振器２３は、Ｄ／Ａ変換器２２によるアナログ周波数変更信号Ｓ２１の周波数変更指示に従って発振周波数をΔｆ（たとえば０．７Ｈｚ）だけ変化させ、変化後の周波数ｆ±Δｆの基準信号Ｆｏｘをベースバンド部２１およびＧＰＳベースバンド部４のクロック生成部に供給する。
【００４０】
ＧＰＳフロントエンド部３は、ＧＰＳ衛星からの高周波数１５７５．４２ＭＨｚの無線ＧＰＳ信号ＲＦを受信し、微弱なＧＰＳ信号を増幅し、１．０２３ＭＨｚの中間周波（ＩＦ）信号に周波数変換し、さらにアナログＩＦ信号をデジタルＩＦ信号に変換してＧＰＳベースバンド部４に供給する。
【００４１】
ＧＰＳフロントエンド部３は、図３に示すように、アンテナ３１、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３２、ＳＡＷフィルタからなるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３３、アンプ３４、周波数シンセサイザ（ＦＳＹＮＳ）３５、ミキサ３６、アンプ３７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３８、および２値化回路（Ａ／Ｄ）３９を有する。
【００４２】
周波数シンセサイザ３５は、ＰＬＬ回路等を含み、ＧＰＳベースバンド部４において生成された１８．４１４ＭＨｚの基準クロックＲＣＬＫおよびＣＰＵの制御信号に応じて、たとえば基準クロックＣＬＫの周波数ＦLOが１８．４１４ＭＨｚに８５．５倍の１５７４．３９７ＭＨｚの発振信号Ｓ３５を生成し、ミキサ３６に供給する。
【００４３】
ミキサ３６は、受信した周波数ＦRF（１５７５．４２ＭＨｚ）のＲＦ信号と周波数ＦLO（１５７４．３９７ＭＨｚ）をミキシングして、周波数ＦIF（ＦRF±ＦLO＝１．０２３ＭＨｚ，３１３９．８１７ＭＨｚ）のＩＦ信号Ｓ３６に周波数変換する。
【００４４】
ＬＰＦ３８は、ミキサ３６で得られ、アンプ３７を介したＩＦ信号Ｓ３６の低域成分、すなわち周波数ＦIF（ＦRF−ＦLO＝１．０２３ＭＨｚ）のみを通過させたＩＦ信号Ｓ３８を出力する。
【００４５】
なお、基準クロックＲＣＬＫの誤差ΔＦRCLK（＝±３ｐｐｍ程度）とすると、周波数シンセサイザ３５の発振信号Ｓ３５の周波数ＦLOは、次式で与えられる。
【００４６】
【数１】
ＦLO＝１２１．１０８１６×（１３ＭＨｚ＋ΔＦRCLK）
【００４７】
また、ＬＰＦ３８によりＩＦ信号Ｓ３８の周波数ＦIFは、ドップラシフト量をΔＤとすると、次式で与えられる。
【００４８】
【数２】
ＦIF＝１．０１３９６２ＭＨｚ＋ΔＤ＋１２１．１０８１６×ΔＦRCLK
【００４９】
なお、受信したＣ／Ａコードの周期Ｔは、ＲＦ信号からＩＦ信号への周波数変換によっては変わらない。すなわち、基準クロックＲＣＬＫの誤差ΔＦRCLKに無関係である。周期Ｔの変動は、たとえば（１ｍｓ＋ドップラシフトによる変化分）程度である。
【００５０】
ＧＰＳフロントエンド部３においては、周波数１５７５．４２ＭＨｚのＧＰＳ衛星からの図１に示すようなフォーマットの無線ＲＦ信号がアンテナ３１で受信される。
受信されたＲＦ信号は、低雑音増幅器３２で増幅され、ＳＡＷフィルタとしてのＢＰＦ３３でＧＰＳ信号帯域外の信号が除去され、アンプ３４を介してミキサ３６に入力される。
そして、ミキサ３６において、周波数シンセサイザ３５による発振信号Ｓ３５とミキシングされ、さらに、アンプ３７、ＬＰＦ３８を通して周波数１．０２３ＭＨｚのＩＦ信号Ｓ３８が抽出される。
ＩＦ信号Ｓ３８は、２値化回路３９においてデジタル信号に変換され、１ビットのシリアル信号のＩＦ信号Ｓ３９としてＧＰＳベースバンド部４に出力される。
【００５１】
ＧＰＳベースバンド部４は、携帯電話部２による周波数１３ＭＨｚ（または±０．７Ｈｚ）の基準信号Ｆｏｘを受けて、そのままの周波数１３ＭＨｚの基準クロックＲＣＬＫを出力し、あるいは基準信号Ｆｏｘを逓倍あるいは分周したクロックを生成し、これらクロックに基づいて、ＧＰＳフロントエンド部３によるＩＦ信号Ｓ３９を受けて、初期またはシステムが大きく同期状態をはずした場合に同期点を捜し出す同期捕捉（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）と、同期捕捉がなされた後に拡散符号の１チップ長によりも十分に小さな遅延差に制御し、Ｃ／Ａコード、キャリア同期をとる同期保持（ｔｒａｃｋｉｎｇ）とを行い、また、レンジデータ、ドップラシフト量、航法メッセージ、時間等に基づいて測位演算、位置検索等の処理を行う。
【００５２】
また、ＧＰＳベースバンド部４は、携帯電話部２により周波数変更信号Ｓ２１を受けて、基準周波数が変化する情報、たとえば周波数変化量Δｆ等、またはＤＩＲ、ビット数のパラメータに基づいて、同期保持処理のＩＦキャリアの同期保持をし続けるように制御する。
【００５３】
また、ＧＰＳベースバンド部４は、基準信号Ｆｏｘの周波数変化が頻繁に行われると、同期捕捉により見つけ出されたＧＰＳ衛星からのＲＦ信号の周波数と同期することや、ＧＰＳ衛星による信号の周波数を見つけ出すことが困難となることから、基準信号Ｆｏｘの周波数変化分をキャリア同期捕捉部分および同期部分に与えることにより、ＧＰＳ衛星による信号の周波数と同期させ、ＧＰＳ衛星による信号の周波数を確実に見つけ出すように制御する。この制御については、後述する。
【００５４】
また、ＧＰＳベースバンド部４は、測位演算中は、基準クロックＲＣＬＫの周波数が変化するとＩＦキャリアの周波数も変化し、受信信号と拡散符号との同期も保持できなくことを防止するために、周波数変更停止信号Ｓ４を携帯電話部２のベースバンド部２１に出力し、通信相手の基地局５が変わり、基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させる必要が生じても、測位演算が終了するまで、周波数変更を行わせないように制御する。
セルラーにおいては、発振周波数の変更は２秒以上で変更されるので、その間に測位演算を終了すればよい。
【００５５】
ＧＰＳベースバンド部４は、図３に示すように、クロック生成部（ＣＬＫＧＥＮ）４１、発振器（ＸＯ）４２、リアルタイムクロック部（ＲＴＣ）４３、タイマ（ＴＭＲ）４４、メモリ部（ＲＡＭ／ＲＯＭ）４５、同期捕捉部（ＡＣＱ）４６、同期保持部（ＴＲＫ）４７、および制御部（ＣＰＵ）４８を有している。
【００５６】
クロック生成部４１は、乗算器、分周器等を含み、制御部４８の制御信号Ｓ４８の制御の下、携帯電話部２の基準周波数発振器２３による１３ＭＨｚ±０．１ｐｐｍ（または±０．７Ｈｚ）を基準発振周波数ｆとした基準信号Ｆｏｘを受けて、基準クロックＲＣＬＫを生成して、ＧＰＳフロントエンド部３の周波数シンセサイザ３５に供給する。
また、クロック生成部４１は、基準信号Ｆｏｘの周波数１３ＭＨｚ±０．１ｐｐｍ（または±０．７Ｈｚ）を逓倍あるいは分周したクロックＣＬＫを生成して、ＧＰＳフロントエンド部３の周波数シンセサイザ３５、タイマ４４、同期捕捉部４６、同期保持部４７に供給する。
また、クロック生成部４１は、基準信号Ｆｏｘに基づいてサンプリングクロックＳＣＬＫを生成して同期捕捉部４６に供給する。
また、クロック生成部４１は、基準信号Ｆｏｘに基づいて制御部４８、タイマ４４、メモリ部４５等の動作クロックＣＬＫ等を生成する。
【００５７】
発振器４２は、周波数３２．７６８ｋＨｚの時計用クロックＣＫを生成し、リアルタイムクロック部４３に供給する。
リアルタイムクロック部４３は、発振器４２によるクロックＣＫを受けてリアルタイムのクロックを制御部４８に供給する。
【００５８】
タイマ４４、制御部４８とタイムに関する信号の授受を行い、たとえば周波数１３ＭＨｚの基準クロックＲＣＬＫをカウントする複数のチャネルを含む。
複数のチャネルには、たとえば通常のインターバルタイマに使用されるチャネルや、数秒以上のカウントやパワー管理を行うためのチャネルや、他の機能のためのチャネルが含まれる。
【００５９】
メモリ部４５は、ＲＡＭおよびＲＯＭを含み、制御部４８によるアクセスされる。
【００６０】
同期捕捉部４６は、制御部４８の制御の下、ＧＰＳフロントエンド部３によるＩＦ信号を受けて、ＧＰＳ信号を広範にサーチ（Ｃ／Ａコードの同期捕捉）、ＦＦＴ演算による相関検出処理、航法メッセージの除去処理を行い、サーチ結果、相関検出結果、並びに、Ｃ／Ａコード位相、キャリア周波数、相関レベルを制御部４８に転送する。
【００６１】
図４は、本実施形態に係る同期捕捉部４６の構成例を示すブロック図である。
【００６２】
同期捕捉部４６は、図４に示すように、シリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）４６１、ＲＡＭ４６２、ＤＳＰ４６３、およびメモリ（ＲＡＭ／ＲＯＭ）４６４を有する。
【００６３】
同期捕捉部４６のシリアル・パラレル変換器４６１は、制御部４８からの命令により、ＩＦ信号（１ビット）をサンプリングクロックＳＣＬＫに基づくサンプリングを開始し、たとえば１３ＭＨｚのサンプルデータから４／１８個の間引き処理を行し、サンプリング信号を１６ビットのパラレル信号に変換してＲＡＭ４６２に記憶する。具体的には、１０２３ビット毎にダミーを１ビット挿入し、４０９６サンプル／ｍｓとする。
【００６４】
ＤＳＰ４６３は、クロック生成部４１による基準信号の周波数１３ＭＨｚ±０．１ｐｐｍ（または±０．７Ｈｚ）を複数逓倍（たとえば３あるいは４逓倍）したクロックで動作し、ＲＡＭ４６２に記憶したデータに対してＧＰＳ信号のサーチを行う。
また、ＤＳＰ４６３は、高速化のため、ＦＦＴを利用してＣ／Ａコードとの相関を検出する。
また、ＤＳＰ４６３は、ＳＶ番号、Ｃ／Ａコード位相ｎp 、キャリア周波数ｋc 、および相関レベルを制御部４８に出力する。
なお、ＤＳＰ４６３における分解能は、たとえばＣ／Ａコードは１／４チップ、キャリア周波数は（１／１６）ｋＨｚである。
【００６５】
図５は、同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３の構成例を示すブロック図である。
【００６６】
ＤＰＳ４６３は、図５に示すように、前処理部（ＰＲＥＰＲ）４６３１、ＦＦＴ処理部４６３２、メモリシフト部（ＭＳＦＴ）４６３３、拡散符号生成部（ＰＮＧ）４６３４、ＦＦＴ処理部４６３５、乗算器４６３６、逆ＦＦＴ処理部４６３７、およびピーク検出部（ＰＫＤＥＴ）４６３８を有している。
【００６７】
ＦＦＴ処理部４６３２，４６３５のＦＦＴ処理は、たとえば１６ｍｓ単位を基本として行う。
前処理部４６３１は、ＩＦ信号のＦＦＴ処理を行うために、１６ｍｓ分（６５５３６点）を４０９６点に落とす前処理を行う。
【００６８】
ＦＦＴ処理部４６３２のＦＦＴ処理の結果が信号Ｒ（ｋ）としてメモリシフト部４６３３に入力され、ｋ’だけシフト処理を受けて、信号Ｒ（ｋ−ｋ’）として乗算器４６３６に入力される。
また、拡散符号生成部４６３４で生成されたＣ／Ａコードｃ（ｎ）がＦＦＴ処理部４６３５において、ＦＦＴ処理を受け、その結果が信号Ｃ（ｋ）として乗算器４６３６に入力される。
乗算器４６３６では、メモリシフト部４６３３の出力信号Ｒ（ｋ−ｋ’）とＦＦＴ処理部４６３５の出力信号Ｃ（ｋ）とを乗算し、その結果Ｒ（ｋ−ｋ’）・Ｃ（ｋ）が逆ＦＦＴ処理部４６３７に入力される。
そして、逆ＦＦＴ処理部４６３７で逆ＦＦＴ処理された信号ｆ（ｎ）がピーク検出部４６３８に入力されて、Ｃ／Ａコード位相ｎp 、キャリア周波数ｋc 、および相関レベルが検出され、制御部４８に出力される。
【００６９】
ＤＳＰ４６３は、ＧＰＳ信号をサーチ、具体的には、衛星の周波数サーチを行う場合には、制御部４８の制御に従って、図６〜図８に示すような処理を行う。
【００７０】
ＤＳＰ４６３は、制御部４８による基準信号Ｆｏｘの周波数変化情報（周波数の変更間隔は２秒以上）により、図６に示すように、基準信号Ｆｏｘの周波数が変化する領域、すなわちクロック不安定領域ＡＵＳに、あらかじめ設定したマージン領域ＡＭＧを除く、クロック安定領域ＡＳＴを決め、そこの周波数におけるＲＡＭ４６２内のＩＦデータを使用することにより、周波数サーチを行う。
すなわち、一定な時間的安定領域を衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数を確実に見つけ出すことが可能となり、この間に測位演算もすませる。
【００７１】
ＤＳＰ４６３は、制御部４８による基準信号Ｆｏｘの周波数変化量Δｆを受けて、基準信号Ｆｏｘの周波数変化後は、図５に示すように、基準信号Ｆｏｘの周波数変化前の周波数で衛星の周波数サーチを行う。
すなわち、２つ以上のクロック安定領域ＡＳＴを衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数サーチを長い時間行うことが可能となる。
【００７２】
ＤＳＰ４６３は、衛星の周波数サーチ後に基準信号Ｆｏｘの周波数が変化した場合、変化分ｆ＋Δｆを同期保持部４７に受け渡すことで、衛星の周波数の同期をとらせる。
【００７３】
また、ＤＳＰ４６３は、航法メッセージの除去処理を行う。
この航法メッセージの除去処理においては、１６ｍｓの間に航法メッセージのビット反転があると相関が一定しない。
そこで、たとえば図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、１６周期長のデータ系列Ａによる相関値をＡｄｄ（＋＋）と、Ａの後半を極性反転した系列Ｂによる相関値をＡｄｄ（＋−）として、｜Ａｄｄ（＋＋）｜＋｜Ａｄｄ（＋−）｜は一定であるとして、これを相関値とする。そして、Ａｄｄ（＋＋）Ａｄｄ（＋−）とからビット遷移位置を推定する。
【００７４】
同期保持部４７は、ＳＳ復調器としてのＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ
Ｌｏｏｐ）とコスタスループ（Ｃｏｓｔａｓ Ｌｏｏｐ）を主構成要素として有し、制御部４８の制御の下、ＧＰＳフロントエンド部３によるＩＦ信号を受けて、ＤＬＬによるＣ／Ａコードの同期保持、コスタスループによるキャリアの同期保持、航法メッセージ、レンジデータの獲得等の各処理を行う。
【００７５】
同期保持部４７は、たとえば図１０に示すように、ＩＦ信号の入力に対して並列に接続されたＮ個（たとえば１２個）のＤＬＬ＆コスタスループユニット（以下、ループユニットという）４７１−１〜４７１−Ｎと、制御部４８および同期捕捉部４７との制御データの授受、並びに各ＤＬＬ＆コスタスループユニット４７１−１〜４７１−Ｎとの制御データ等の授受をバスＢＳを介して行うコントロールレジスタ（ＣＴＬＲＥＧ）４７２とを有している。
【００７６】
同期保持部４７は、現在の周波数をｆ、周波数変化分の定数倍をΔｆs とすると、携帯電話部２からの基準信号Ｆｏｘの周波数が変化しておらず、周波数変更信号Ｓ２１を受けていない場合、すなわち周波数変化情報がない場合には、制御部４８によりコントルールレジスター４７２に対して制御情報が設定されて、図１１に示すように３つのループユニット群に分かれて動作する。
具体的には、同期保持部４７は、今同期している周波数ｆ用のループユニット群（４７１−１〜４７１−Ｎ／３）と、今同期している周波数ｆより±変化分の周波数（変化分の定数倍）Δｆs 用のループユニット群（４７１−Ｎ／３＋１〜４７１−２Ｎ／３、４７１−２Ｎ／３＋１〜４７１−Ｎ）とに分けて動作する。これにより、周波数が変化した場合に、ｆの対して±のどちらかの周波数帯でループユニットを同期させることを可能とし、衛星をトラッキングし続けることを可能としている。
変化後の周波数Δｆs （±の方向も）がわかる場合は複数に分ける必要はない。
【００７７】
同期保持部４７は、現在の周波数をｆ、周波数変化分の定数倍をΔｆs とすると、携帯電話部２からの基準信号Ｆｏｘの周波数が変化し、周波数変更信号Ｓ２１を受けた場合、すなわち周波数変化情報がある場合には、制御部４８によりコントルールレジスター４７２に対して制御情報が設定されて、図１２に示すように２つのループユニット群に分かれて動作する。
具体的には、同期保持部４７は、今同期している周波数ｆ帯を除き、今同期している周波数ｆより±変化分の周波数（変化分の定数倍）Δｆs 用のループユニット群（４７１−１〜４７１−Ｎ／２、４７１−Ｎ／２＋１〜４７１−Ｎ）とに分けて動作する。
これにより、周波数が変化した場合に、ｆの対して±のどちらかの周波数帯でループユニットを同期させることを可能とし、衛星をトラッキングし続けることを可能として、かつ、チャネル数を減らすことが可能となっている。
変化後の周波数Δｆs （±の方向も）が分かる場合は複数に分ける必要はない。
【００７８】
図１３は、本実施形態に係る同期保持部４７のループユニット４７１の具体的な構成例を示す回路図である。
【００７９】
ループユニット４７１は、図１３に示すように、キャリアの同期保持、キャリア周波数、航法メッセージの獲得処理を行うコスタスループ５００と、Ｃ／Ａコードの同期保持、エポック信号、レンジデータの獲得処理を行うＤＬＬ６００がＩＦ信号の入力に対して並列に接続されている。
【００８０】
コスタスループ５００は、乗算器５０１〜５０３、数値制御発振器（ＮＣＯ；Ｎｕｍｅｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）５０４、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５０５，５０６、位相検出器（ＰＤ；Ｐｈａｓｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）５０７、ループフィルタ５０８、相関値演算部５０９、および航法メッセージ判定部５１０を有している。
【００８１】
コスタスループ５００およびＤＬＬ６００において、同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３のサーチ結果から制御部４８がＳＶ、Ｃ／Ａコード位相、ＮＣＯ周波数を設定する。
【００８２】
コスタスループ５００のＬＰＦ５０５，５０６は、たとえば図１４（Ａ）に示すようなＲＣフィルタをモデルにした、図１４（Ｂ）に示すようなＩＩＲフィルタ５１１により構成され、ＢＰＳＫ信号の帯域外ノイズを除去する。
【００８３】
このＩＩＦフィルタ５１１は、左シフトのバレルシフタ５１１１、右シフトのバレルシフタ５１１２、加算器５１１３，５１１４、および所定ビット（たとえば２２ビット）のレジスタ（ＲＥＧ）５１１５により構成される。
バレルシフタ５１１１の出力はｋＸ〔ｎ〕となる。
バレルシフタ５１１２の出力はｋＹ〔ｎ−１〕となる。
加算器５１１３の出力は（１−ｋ）Ｙ〔ｎ−１〕となる。
加算器５１１４の出力はＹ〔ｎ〕＝（１−ｋ）Ｙ〔ｎ−１〕＋ｋＸ〔ｎ〕となる。このＹ〔ｎ〕はＲＣフィルタの差分近似式である。
【００８４】
コスタスループ５００の位相検出器５０７は、キャリアとＮＣＯ５０４の位相誤差をたとえば１ｍｓ間隔で検出し、検出した位相誤差によってループフィルタ５０８を介してＮＣＯ５０４を制御し、同期捕捉（周波数引き込み）を行わせて同期保持処理を行う。
図１５に、コスタスループ５００の位相検出器５０７の特性を示す。位相検出器５０７は、信号強度に依存せず、位相比較特性が良い。
【００８５】
コスタスループ５００のループフィルタ５０８は、位相比較器５０７の出力（位相誤差）を積分してＮＣＯ５０４を制御する。
【００８６】
ループフィルタ５０８は、たとえば、完全積分型のアクティブフィルタにより構成される。
たとえば、図１６（Ａ），（Ｂ）に示すような完全積分型ループフィルタの伝達関数Ｆ（ｓ）は、次のように表すことができる。
【００８７】
【数３】
Ｆ（ｓ）＝（１＋ｓτ₂ ）／ｓτ₁ ＝τ₂ ／τ₁ ＋１／ｓτ₁
ｓτ₁ ＝Ｒ₁ Ｃ、ｓτ₂ ＝Ｒ₂ Ｃ
【００８８】
これを差分近似すると次のように表すことができる。
【００８９】
【数４】
Ｙ〔ｎ〕＝Ｙ〔ｎ−１〕＋ａ｛Ｘ〔ｎ〕−Ｘ〔ｎ−１〕｝＋ｂＸ〔ｎ〕
ａ＝τ₂ ／τ₁ 、ｂ＝Ｔ／τ₁
ただし、Ｔはサンプリング周期（１ｍｓ）である。
【００９０】
図１６（Ｃ）に、この式に基づいて構成されるループフィルタを示す。
ここで、ａは周波数誤差、ｂは位相誤差に対する制御の大きさであって、引き込み範囲、ノイズ耐性から適正なａ，ｂを設定する。
また、同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３のサーチ結果（周波数）を初期値Ｙ〔０〕とする。
【００９１】
このような構成を有するコスタスループ５００においては、ＩＦ信号が乗算器５０１でプロンプト信号Ｐと乗算されキャリア同期が行われる。
乗算器５０１の出力信号が、乗算器５０２，５０３に入力される。乗算器５０２には、所定周波数の同相信号Ｉが供給されており、乗算結果がＬＰＦ５０５で低域成分が抽出されて、位相検出器５０７、相関値演算部５０９、および航法メッセージ判定部５１０に供給される。
また、乗算器５０３には、所定周波数の直交信号Ｑが供給されており、乗算結果がＬＰＦ５０６で低域成分が抽出されて、位相検出器５０７、および相関値演算部５０９に供給される。
そして、位相検出器５０７の検出結果がループフィルタ５０８を通してＮＣＯ５０４にフィードバックされて、ＢＰＳＫ信号のキャリア周波数捕捉（周波数引き込み）が行われる。
また、相関値演算部５０９で（Ｉ² ＋Ｑ² ）の計算が行われて、相関値Ｐが得られ、コントロールレジスタ４７２を介して制御部４８に転送される。
また、航法メッセージ判定部５１０で航法メッセージが得られ、コントロールレジスタ４７２を介して制御部４８に転送される。
【００９２】
また、ＤＬＬ６００は、乗算器６０１〜６０６、ＬＰＦ６０７〜６１０、相関値演算部６１１，６１２、位相検出器（ＰＤ）６１３、ループフィルタ６１４、数値制御発振器（ＮＣＯ）６１５、およびＰＮ発生器（ＰＮＧ）６１６を有している。
【００９３】
ＤＬＬ６００は、ＩＦ信号に含まれるＣ／Ａコードとの同期処理を行い、ＰＮ発生器プ６１６において、プロンプト（Ｐｒｏｍｐｔ）あるいはパンクチュア（Ｐｕｎｃｔｕｒｅ）信号Ｐ、アーリー（Ｅａｒｌｙ）信号Ｅ、およびレイト（Ｌａｔｅ）信号Ｌの３つの相関レベルを独立に演算し、図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＥとＬのレベル差が同じに（Ｐは最大）なるように位相制御を行う。なお、ＰＮ発生器６１６のスタートタイミングは、同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３のサーチ結果から前後の数チップで相関を検出する。
また、ＮＣＯ６１５の初期値、リミッタ値は、同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３のサーチ結果に基づいて、制御部４８によりコントロールレジスタ４７２を介して設定される。
【００９４】
ＤＬＬ６００の位相検出器６１３は、Ｃ／ＡコードとＰＮ発生器６１６の出力との位相誤差をたとえば２０ｍｓ間隔で検出し、検出した位相誤差によってループフィルタ６１４を介してＮＣＯ６１５を制御し、同期捕捉（位相引き込み）を行わせて同期保持処理を行う。
位相誤差の検出において、Ｉ，ＱはＰで選択した側の信号を使用する。
【００９５】
位相検出器６１３の位相特性を図１８（Ａ），（Ｂ）に示す。
この図１８（Ａ），（Ｂ）に示す位相検出器６１３は、たとえば（Ｅ−Ｌ）／（Ｅ＋Ｌ）として計算を行う例を示している。
図１８（Ａ）は±０．５チップの場合、図１８（Ｂ）は±４／１８チップの場合の特性を示している。
このように、位相検出器６１３の位相特性は、信号強度に依存しない位相比較特性が良い。
【００９６】
ＤＬＬ６００のループフィルタ６１４は、コスタスループ５００のループフィルタ５０８と同様に構成可能である（図１６（Ｃ））。
ただし、サンプリング周期は２０ｍｓである。
【００９７】
このような構成を有するＤＬＬ６００においては、ＩＦ信号が乗算器６０１でアーリー信号Ｅと乗算され、乗算器６０１の出力信号が、乗算器６０２，６０３に入力される。乗算器６０２には、所定周波数の同相信号Ｉが供給されており、乗算結果がＬＰＦ６０７で低域成分が抽出されて、相関値演算部６１１に供給される。
また、乗算器６０３には、所定周波数の直交信号Ｑが供給されており、乗算結果がＬＰＦ６０８で低域成分が抽出されて、相関値演算部６１１に供給される。相関値演算部６１１で（Ｉ² ＋Ｑ² ）の計算が行われて、相関値Ｅが得られ、位相比較器６１３に供給される。
また、ＩＦ信号が乗算器６０４でレイト信号Ｌと乗算され、乗算器６０４の出力信号が、乗算器６０５，６０６に入力される。乗算器６０５には、所定周波数の同相信号Ｉが供給されており、乗算結果がＬＰＦ６０９で低域成分が抽出されて、相関値演算部６１２に供給される。
また、乗算器６０６には、所定周波数の直交信号Ｑが供給されており、乗算結果がＬＰＦ６２０で低域成分が抽出されて、相関値演算部６１３に供給される。相関値演算部６１３で（Ｉ² ＋Ｑ² ）の計算が行われて、相関値Ｌが得られ、位相比較器６１３に供給される。
そして、位相検出器６１３で、ＥとＬの位相誤差が検出され、検出結果がループフィルタ６１４を通してＮＣＯ６１５にフィードバックされて、同期捕捉（位相引き込み）が行われる。
【００９８】
制御部４８は、概ね、図１９に示すような処理を行う。
まず、制御部４８は、ステップＳＴ１において、衛星の選択を行う。具体的には、コールドスタート、ウォームスタート、ホットスタート、それぞれの初期状態に合わせて、同期捕捉すべき衛星やアルゴリズムを決定し、ＧＰＳフロントエンド部３のオン／オフ制御、ゲイン調整を行い、ＧＰＳフロントエンド部３からアンテナ接続情報を得る。
制御部４８は、ステップＳＴ２において、同期捕捉すべき衛星やアルゴリズムに応じて、同期捕捉部４６のオン／オフ制御、同期捕捉部４６のへのプログラム転送、サーチ命令およびＳＶ情報の転送、各種演算命令の転送を行い、同期捕捉部４６からＳＶ、位相、周波数、レベル等のサーチ結果、並びに各種演算結果を得、同期捕捉部４６を待機状態とする。
制御部４８は、ステップＳＴ３において、同期捕捉部４６のサーチ結果、演算結果を同期保持部４７に設定し、同期保持部４７の各チャネル毎のオン／オフ制御、トラッキング制御、具体的には、初期設定、サーチ、同期、補間制御を行い、同期保持部４７からレンジデータ、ドップラシフト量、航法メッセージ、時間データを得る。
そして、制御部４８は、ステップＳＴ４において、航法メッセージとレンジデータ等から位置・速度を計算し、その結果を通信フォーマットに従い出力する。
【００９９】
また、制御部４８は、携帯電話部２により周波数変更信号Ｓ２１を受けて、基準信号Ｆｏｘｎｏ基準周波数が変化する情報、たとえば周波数変化量Δｆ等、またはＤＩＲ、ビット数のパラメータに基づいて、同期保持処理のＩＦキャリアの同期保持をし続けるように制御する。
また、制御部４８は、基準信号Ｆｏｘの周波数変化が頻繁に行われると、同期捕捉により見つけ出されたＧＰＳ衛星からのＲＦ信号の周波数と同期することや、ＧＰＳ衛星による信号の周波数を見つけ出すことが困難となることから、基準信号Ｆｏｘの周波数変化分をキャリア同期捕捉部分および同期部分に与えることにより、ＧＰＳ衛星による信号の周波数と同期させ、ＧＰＳ衛星による信号の周波数を確実に見つけ出すように制御する。
また、制御部４８は、測位演算中は、基準クロックＲＣＬＫの周波数が変化するとＩＦキャリアの周波数も変化し、受信信号と拡散符号との同期も保持できなくことを防止するために、周波数変更停止信号Ｓ４を携帯電話部２のベースバンド部２１に出力し、通信相手の基地局５が変わり、基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させる必要が生じても、測位演算が終了するまで、周波数変更を行わせないように制御する。
セルラーにおいては、発振周波数の変更は２秒以上で変更されるので、その間に測位演算を終了すればよい。
【０１００】
図２０は、制御部４８の同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３に対する処理の概要を説明するためのフローチャートである。
【０１０１】
制御部４８は、まず、ステップＳＴ１１において、同期捕捉すべき衛星やアルゴリズムに応じてＤＳＰ用プログラムを選択する。
制御部４８は、ステップＳＴ１２において、同期捕捉すべき衛星番号などの必要なコマンドパラメータを設定する。
制御部４８は、ステップＳＴ１３において、ＤＳＰ４６３のリセットを解除し、ＤＳＰ４６３を起動する。
制御部４８は、ステップＳＴ１４において、ＤＳＰ４６３の処理終了後、レスポンスを読み取る。
そして、制御部４８は、ＤＳＰ４６３をリセットする。
【０１０２】
図２１は、制御部４８の同期保持部４７に対する処理の概要を説明するためのフローチャートである。
【０１０３】
制御部４８は、ステップＳＴ２１において、ＤＳＰ４６３がデータを取り込んでから経過した時間に変化したＰＮの位相を補正する。
制御部４８は、ステップＳＴ２２において、ＰＮの位相を１チップ程度の範囲でずらしながらピークを検出する。
制御部４８は、ステップＳＴ２３において、航法メッセージのビット変化点を推定し、航法メッセージのサンプリングタイミングを決定する。
制御部４８は、ステップＳＴ２４において、トラッキング（同期保持）の状態をモニタして、管理する。
そして、制御部４８は、ステップＳＴ２５において、航法メッセージ、レンジデータを取得し、位置計算ルーチンに引き渡す。
【０１０４】
次に、制御部４８のＰＮの位相の検索の概要について説明する。
ＰＮの位相を補正しても、図２２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、±０．５チップ程度の誤差を生じる。そのため、以下のようにＰＮの位相を検索する。
（１）：ＤＬＬ６００のＮＣＯ６１５、コスタスループ５００のＮＣＯ５０４を、同期捕捉部４６で得られた値にセットし、本来よりも−０．５チップずれたＰＮの位相でＰＮリセットする。
このとき、ＤＬＬ６００はオフとし、ＤＬＬ６００のＮＣＯ６１５、コスタスループ５００のＮＣＯ５０４の更新は行わない。
（２）：その時点で、相関が得られるかを確認する。
（３）：ＤＬＬ６００のＮＣＯ６１５を２０ｍｓで＋３／１８チップだけ進むような値にし、２０ｍｓ後の相関を確認する。
（４）：（３）の処理を繰り返す。
以上の検索により、決められたしきい値よりも高い場合に、相関が検出されたものとし、ＤＬＬ６００をオンにし、ＤＬＬ６００のＮＣＯ６１５、コスタスループ５００のＮＣＯ５０４のフィードバック制御を開始する。
【０１０５】
また、ＤＬＬ６００のＮＣＯ６１５に関する処理として、制御部４８は、ＮＣＯ６１５の平均値を計算し、その値に基づき、ＮＣＯリミッタを設定する。たとえば、制御部４８は、平均値を２０ｍｓ毎に更新し、リミッタ値を１秒毎に、平均値の±８に設定する。
コスタスループ５００のＮＣＯ５０４に関する処理として、制御部４８は、ＮＣＯ５０４の平均値を計算し、その値に基づき、ＮＣＯリミッタを設定する。たとえば、制御部４８は、平均値を２０ｍｓ毎に更新し、リミッタ値を１秒毎に、平均値の±２５Ｈｚに設定する。
【０１０６】
また、図２３（Ａ），（Ｂ）は、制御部４８の航法メッセージ（１ワード）のデコード機能を説明するための図である。
【０１０７】
制御部４８は、図２３（Ａ）に示すような航法メッセージをデコードする。
次に、制御部４８は、パリティチェックを実行し、パリティエラーのときＰＥビットが１となる。
また、制御部４８は、プリアンブルチェックを実行し、パリティがＯＫで、ｄ１〜ｄ８が０×８ｂのときにＰＲが１となる。
なお、たとえばプリアンブルを見つけたとき、割り込みを発生する。
【０１０８】
次に、動作について、基準信号Ｆｏｘの周波数変化情報に関する部分を中心に説明する。
【０１０９】
携帯電話部２のベースバンド部２１において、基準周波数発振器２３による基準信号に同期して送受信アンテナ２４を通して近接の基地局５との通話、あるいは所定データの送受信制御が行われる。
そして、ベースバンド部２１では、通信相手の基地局５が変わると基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させるために、基地局が変化し、周波数を変更する旨を報知するための周波数変更信号Ｓ２１が生成され、Ｄ／Ａ変換器２２およびＧＰＳベースバンド部４の制御部４８に出力される。
このとき、ベースバンド部２１からは、シリアル（Ｓｅｒｉａｌ）、ＩＯ、あるいは割り込み（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）を用いて基準周波数が変化する情報、たとえば周波数変化量Δｆ等、またはＤＩＲ、ビット数のパラメータを周波数変更信号Ｓ２１として出力される。
【０１１０】
Ｄ／Ａ変換器２２では、ベースバンド部２１によるデジタル周波数変更信号Ｓ２１がアナログ信号に変換され基準周波数発振器２３に出力される。
そして、基準周波数発振器２３では、たとえば１３ＭＨｚ±０．１ｐｐｍを基準発振周波数ｆする基準信号Ｆｏｘがベースバンド部２１およびＧＰＳベースバンド部４のクロック生成部４１に供給される。
そして、基準周波数発振器２３では、Ｄ／Ａ変換器２２によるアナログ周波数変更信号Ｓ２１の周波数変更指示に従って発振周波数をΔｆ（たとえば０．７Ｈｚ）だけ変化させ、変化後の周波数ｆ＋Δｆの基準信号Ｆｏｘがベースバンド部２１およびＧＰＳベースバンド部４のクロック生成部４１に供給される。
【０１１１】
ここでたとえば、ＧＰＳベースバンド部４の制御部４８において、コールドスタート、ウォームスタート、ホットスタート、それぞれの初期状態に合わせて、同期捕捉すべき衛星やアルゴリズムが決定され、ＧＰＳフロントエンド部３のオン／オフ制御、ゲイン調整等が行われる。
【０１１２】
ＧＰＳフロントエンド部３においては、周波数１５７５．４２ＭＨｚのＧＰＳ衛星からの無線ＲＦ信号がアンテナ１０１で受信される。
受信されたＲＦ信号は、低雑音増幅器３２で増幅され、ＳＡＷフィルタとしてのＢＰＦ３３でＧＰＳ信号帯域外の信号が除去され、アンプ３４を介してミキサ３６に入力される。
そして、ミキサ３６において、周波数シンセサイザ３５による発振信号Ｓ３５とミキシングされ、さらに、アンプ３７、ＬＰＦ３８を通して周波数１．０２３ＭＨｚのＩＦ信号Ｓ３８が抽出される。
ＩＦ信号Ｓ３８は、２値化回路３９においてデジタル信号に変換され、１ビットのシリアル信号のＩＦ信号Ｓ３９としてＧＰＳベースバンド部４に出力される。
【０１１３】
ＧＰＳベースバンド部４においては、携帯電話部２による周波数１３ＭＨｚ（または±０．７Ｈｚ）の基準信号Ｆｏｘを受けて、そのままの周波数１３ＭＨｚの基準クロックＲＣＬＫが出力され、あるいは基準信号Ｆｏｘを逓倍あるいは分周したクロックが生成される。
そして、これらクロックに基づいて、ＧＰＳフロントエンド部３によるＩＦ信号Ｓ３９を受けて、初期またはシステムが大きく同期状態をはずした場合に同期点を捜し出す同期捕捉と、同期捕捉がなされた後に拡散符号の１チップ長によりも十分に小さな遅延差に制御し、Ｃ／Ａコード、キャリア同期をとる同期保持とが行われる。
【０１１４】
同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３においては、制御部４８による基準信号Ｆｏｘの周波数変化情報により、基準信号Ｆｏｘの周波数が変化する領域、すなわちクロック不安定領域ＡＵＳに、あらかじめ設定したマージン領域ＡＭＧを除く、クロック安定領域ＡＳＴが決めわれ、そこの周波数におけるＲＡＭ４６２内のＩＦデータを使用することにより、周波数サーチが行われる。
すなわち、ＤＳＰ４６３は制御部４８により一定な時間的安定領域を衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数を確実に見つけ出すように制御される。
また、ＤＳＰ４６３では、制御部４８による基準信号Ｆｏｘの周波数変化量Δｆを受けて、基準信号Ｆｏｘの周波数変化後は、基準信号Ｆｏｘの周波数変化前の周波数で衛星の周波数サーチが行われる。
すなわち、ＤＳＰ４６３は制御部４８により２つ以上のクロック安定領域ＡＳＴを衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数サーチを長い時間行うように制御される。
そして、ＤＳＰ４６３は、衛星の周波数サーチ後に基準信号Ｆｏｘの周波数が変化した場合、変化分ｆ＋Δｆを同期保持部４７に受け渡すことで、衛星の周波数の同期をとらせる。
【０１１５】
ＧＰＳベースバンド部４の制御部４８では、携帯電話部２により周波数変更信号Ｓ２１を受けて、基準周波数が変化する情報、たとえば周波数変化量Δｆ等、またはＤＩＲ、ビット数のパラメータに基づいて、同期保持処理のＩＦキャリアの同期保持をし続けるような制御が行われる。
たとえば、携帯電話部２からの基準信号Ｆｏｘの周波数が変化しておらず、制御部４８が周波数変更信号Ｓ２１を受けておらず、周波数変化情報がない場合には、同期保持部４７は、制御部４８によりコントルールレジスター４７２に対して制御情報が設定されて、今同期している周波数ｆ用のループユニット群（４７１−１〜４７１−Ｎ／３）と、今同期している周波数ｆより±変化分の周波数（変化分の定数倍）Δｆs 用のループユニット群（４７１−Ｎ／３＋１〜４７１−２Ｎ／３、４７１−２Ｎ／３＋１〜４７１−Ｎ）とに分けて動作するように制御される。
これにより、周波数が変化した場合に、ｆの対して±のどちらかの周波数帯でループユニットを同期させることが可能となり、衛星をトラッキングし続けることが可能となる。
周波数の変化分が±も含めて分かる場合は、ループユニットを複数に分けなくてもよい。
【０１１６】
また、同期保持部４７では、携帯電話部２からの基準信号Ｆｏｘの周波数が変化し、制御部４８が周波数変更信号Ｓ２１を受けて、周波数変化情報がある場合には、制御部４８によりコントルールレジスター４７２に対して制御情報が設定されて、今同期している周波数ｆ帯を除き、今同期している周波数ｆより±変化分の周波数（変化分の定数倍）Δｆs 用のループユニット群（４７１−１〜４７１−Ｎ／２、４７１−Ｎ／２＋１〜４７１−Ｎ）とに分けて動作するように制御される。
これにより、周波数が変化した場合に、ｆの対して±のどちらかの周波数帯でループユニットを同期させることを可能とし、衛星をトラッキングし続けることを可能として、かつ、チャネル数を減らすことが可能となっている。
【０１１７】
制御部４８においては、以上の同期保持処理により得られたレンジデータ、ドップラシフト量、航法メッセージ、時間等に基づいて測位演算、位置検索等の処理が行われる。
そして、制御部４８においては、測位演算中は、基準クロックＲＣＬＫの周波数が変化するとＩＦキャリアの周波数も変化し、受信信号と拡散符号との同期も保持できなくことを防止するために、周波数変更停止信号Ｓ４が携帯電話部２のベースバンド部２１に出力される。
これにより、携帯電話部２においては、通信相手の基地局５が変わり、基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させる必要が生じても、測位演算が終了するまで、周波数変更を行わせないような制御が行われる。
セルラーにおいては、発振周波数の変更は２秒以上で変更されるので、その間に測位演算を終了すればよい。
【０１１８】
以上説明したように、本実施形態によれば、通信相手の基地局５が変わると基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させるために、基地局が変化し、周波数を変更する旨を報知するための周波数変更信号Ｓ２１を生成してＧＰＳベースバンド部４の制御部４８に出力し、制御部４８は、周波数変更信号Ｓ２１を受けていない場合には、同期保持部４７を、今同期中の周波数ｆ用のループユニット群と、±変化分の周波数ｆ±Δｆｓ用のループユニット群との３つのループユニットに分けて動作させ、周波数変更信号Ｓ２１を受けた場合には、同期保持部４７を、今同期中の周波数ｆ帯を除き、±変化分の周波数ｆ±Δｆｓ用のループユニット群との２つのループユニットに分けて動作させることから、周波数が変化した場合に、ｆの対して±のどちらかの周波数帯でループユニットを同期させることを可能とし、衛星をトラッキングし続けることを可能として、かつ、チャネル数を減らすことが可能となる利点がある。
すなわち、本実施形態よれば、モジュールサイズ、コストの増大を防止できることはもとより、基準周波数発振器の発振周波数が変化したとしても、衛星との周波数の同期をとることができ、ＩＦキャリアの同期保持をし続けることができる利点がある。
【０１１９】
また、制御部４８は、測位演算中は、周波数変更停止信号Ｓ４を携帯電話部２のベースバンド部２１に出力し、通信相手の基地局５が変わり、基準周波数発振器２３の発振周波数を規定に従って変化させる必要が生じても、測位演算が終了するまで、周波数変更を行わせないように制御することから、基準クロックＲＣＬＫの周波数が変化するとＩＦキャリアの周波数も変化し、受信信号と拡散符号との同期も保持できなくことを防止することができる。
【０１２０】
また、本実施形態によれば、同期捕捉部４６のＤＳＰ４６３において、一定な時間的安定領域を衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数を確実に見つけ出すことが可能となる。
また、ＤＳＰ４６３では、制御部４８による基準信号Ｆｏｘの周波数変化量Δｆを受けて、基準信号Ｆｏｘの周波数変化後は、基準信号Ｆｏｘの周波数変化前の周波数で衛星の周波数サーチを行い、２つ以上のクロック安定領域ＡＳＴを衛星の周波数サーチに用いることにより、衛星の周波数サーチを長い時間行うことが可能である。
また、ＤＳＰ４６３は、衛星の周波数サーチ後に基準信号Ｆｏｘの周波数が変化した場合、変化分ｆ＋Δｆを同期保持部４７に受け渡すことで、衛星の周波数の同期をとらせることができる。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モジュールサイズ、コストの増大を防止できることはもとより、発振器の発振周波数が変化したとしても周波数をく確実に見つけ出し、かつ確実に同期をとることができ、キャリアの同期保持をし続けることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＳＰ衛星からの信号の構成を示す図である。
【図２】キャリアおよび拡散符号の同期処理例を示す図である。
【図３】本発明に係る通信装置の一実施形態を示す構成図である。
【図４】本実施形態に係る同期捕捉部の構成例を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係る同期捕捉部のＤＳＰの構成例を示すブロック図である。
【図６】同期捕捉部のＤＳＰの衛星の周波数サーチを説明するための図である。
【図７】同期捕捉部のＤＳＰの衛星の周波数サーチを説明するための図である。
【図８】同期捕捉部のＤＳＰの衛星の周波数サーチを説明するための図である。
【図９】同期捕捉部のＤＳＰの航法メッセージの除去処理を説明するための図である。
【図１０】本実施形態に係る同期保持部の主構成部を示すブロック図である。
【図１１】携帯電話部の基準信号の周波数が変化せず、制御部が周波数変更信号を受けていない場合の同期保持部の構成例を示す図である。
【図１２】携帯電話部の基準信号の周波数が変化し、制御部が周波数変更信号を受けた場合の同期保持部の構成例を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る同期保持部のループユニットの具体的な構成例を示す回路図である。
【図１４】本実施形態に係る同期保持部のコスタスループのＬＰＦの構成例を示す回路図である。
【図１５】本実施形態に係る同期保持部のコスタスループの位相検出器の特性を示す図である。
【図１６】本実施形態に係る同期保持部のコスタスループのループフィルタの構成例を説明するための図である。
【図１７】本実施形態に係る同期保持部のＤＬＬにおける位相制御動作を説明するための図である。
【図１８】本実施形態に係る同期保持部のＤＬＬの位相検出器の特性を示す図である。
【図１９】本実施形態に係る制御部の処理の概要を説明するための図である。
【図２０】本実施形態に係る制御部の同期捕捉部のＤＳＰに対する処理の概要を説明するためのフローチャートである。
【図２１】本実施形態に係る制御部の同期保持部に対する処理の概要を説明するためのフローチャートである。
【図２２】本実施形態に係る制御部のＰＮの位相の検索の概要について説明する。
【図２３】本実施形態に係る制御部の航法メッセージ（１ワード）のデコード機能を説明するための図である。
【符号の説明】
１…通信装置、２…携帯電話部、２１…セルラベースバンド部（ＣＬＢＢ）、２２…デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、２３…基準周波数発振器、２４…送受信アンテナ２４、３…ＧＰＳフロントエンド部（ＧＰＳＦＥ）、３１…アンテナ、３２…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、３３…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、３４…アンプ、３５…周波数シンセサイザ（ＦＳＹＮＳ）、３６…ミキサ、３７…アンプ、３８…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３９…２値化回路（Ａ／Ｄ）、４…ＧＰＳベースバンド部（ＧＰＳＢＢ）、４１…クロック生成部（ＣＬＫＧＥＮ）、４２…発振器（ＸＯ）、４３…リアルタイムクロック部（ＲＴＣ）、４４…タイマ（ＴＭＲ）、４５…メモリ部（ＲＡＭ／ＲＯＭ）、４６…同期捕捉部（ＡＣＱ）、４７…同期保持部（ＴＲＫ）、４８…制御部（ＣＰＵ）、５…基地局。

Claims (6)

1. 拡散符号で受信信号を復調する通信装置であって、
   通信条件に応じて発振周波数が所定の周波数だけ変化する基準信号を出力する発振器と、
   上記発振器の基準信号に基づいて少なくとも上記受信信号のサーチを行う同期捕捉部と、
   上記発振器の基準信号に基づいて上記受信信号の同期保持処理を行う同期保持部と、
   上記発振器の発振周波数の変化情報に基づいて安定な時間的領域を決定し、当該決定した時間的領域で上記同期捕捉部にサーチ処理を行わせる制御部と
   を有する通信装置。
2. 上記制御部は、周波数変化量情報を受けて、上記発振器の周波数変化後は、周波数変化前の周波数で上記同期捕捉部にサーチ処理を行わせる
   請求項１記載の通信装置。
3. 上記同期捕捉部は、上記同期捕捉部のサーチ終了後に周波数が変化した場合、当該変化分の情報を上記同期保持部に与えて、当該上記周波数の変化分を加味した複数の周波数で同期保持処理を行わせる
   請求項１記載の通信装置。
4. 通信条件に応じて発振周波数が所定の周波数だけ変化する基準信号を出力する発振器とを含み、当該発振器の発振周波数を変更する場合には周波数変更信号を出力する第１の通信部と、
   拡散符号で受信信号を復調する第２の通信部と、を有し、
   上記第２の通信部は、
   上記発振器の基準信号に基づいて少なくとも上記受信信号のサーチを行う同期捕捉部と、
   上記発振器の基準信号に基づいて上記受信信号の同期保持処理を行う同期保持部と、
   上記発振器の発振周波数の変化情報に基づいて安定な時間的領域を決定し、当該決定した時間的領域で上記同期捕捉部にサーチ処理を行わせる制御部と、を含む
   通信装置。
5. 上記制御部は、周波数変化量情報を受けて、上記発振器の周波数変化後は、周波数変化前の周波数で上記同期捕捉部にサーチ処理を行わせる
   請求項４記載の通信装置。
6. 上記同期捕捉部は、上記同期捕捉部のサーチ終了後に周波数が変化した場合、当該変化分の情報を上記同期保持部に与えて、当該上記周波数の変化分を加味した複数の周波数で同期保持処理を行わせる
   請求項４記載の通信装置。

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