JP4112281B2 - ワイヤレス端末装置とそれを動作させる方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス端末に関し、特に、衛星測位システムからの信号を受信する際にワイヤレス端末を支援する補助システムから信号を受信するワイヤレス端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ(Global Positioning System)のような衛星測位システムは、ワイヤレス端末が周知の方法でそのワイヤレス端末の位置を決定するために使用可能な信号を送信する衛星のコンステレーションからなる。一般に、各衛星によって送信される信号は、（１）衛星軌道データ、（２）システムタイミング、および（３）距離測定情報、という３つのタイプの情報を伝達する。ワイヤレス端末は、３個以上の衛星からこれらの信号を獲得することができると、周知のような三角測量によってその位置を決定することができる。図１は、従来の衛星測位システムの概略図である。
【０００３】
従来のワイヤレス端末は、ある程度の精度でその位置を決定することができるが、電離層および大気のゆらぎや送信信号自体のジッタにより、従来のワイヤレス端末は高精度でその位置を決定することができない。これらの要因の影響を軽減し、それにより、ワイヤレス端末がその位置を確認することができる精度を改善するために、例えばディファレンシャル（差分）ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）のような別の衛星測位システムが開発されている。図２は、ディファレンシャルＧＰＳの概略図である。
【０００４】
当業者に周知のように、ＤＧＰＳは、地上基準受信器２０５、衛星コンステレーション２０３およびワイヤレス端末２０１からなる。地上基準受信器２０５のいちは静止しており、従来の測量技術により正確に知られる。ＤＧＰＳの基礎となる理論は、ワイヤレス端末２０１が地上基準受信器２０５の近傍（例えば５０マイル以内）にあるとき、ワイヤレス端末２０１と地上基準受信器２０５は両方とも同じ電離層および大気のゆらぎならびに信号ジッタを受けると期待されるということにある。地上基準受信器２０５は、衛星コンステレーション２０３からの信号を用いてその位置を評価し、既知の正確な位置を用いて、評価した位置と既知の正確な位置の間の誤差を計算する。この誤差すなわち「差分」は、電離層および大気のゆらぎならびに信号ジッタによる、評価された位置の不正確さを表すベクトルである。ワイヤレス端末２０１は、従来の手段によりその位置を評価すると、地上基準受信器２０５から受信される差分ベクトルを用いて、電離層および大気のゆらぎならびに信号ジッタの影響を差し引く。
【０００５】
図３は、従来のTidget（登録商標）衛星測位システムの概略図である。Tidgetシステムにおけるワイヤレス受信器は、ワイヤレス端末の位置を計算しない。その代わりに、Tidgetシステムにおけるワイヤレス受信器は、次のような意味で、ワイヤレス中継器のように作用する。すなわち、ワイヤレス受信器は、衛星コンステレーションから信号を受信した後、その信号を処理せずにリモートの処理設備へ中継し、リモート処理設備は、その信号を用いて、Tidgetワイヤレス端末の位置を決定する。Tidgetシステムの利点は、ワイヤレス端末の位置を計算するのに必要となる高価な回路をワイヤレス端末から除くことによってワイヤレス端末のコストが削減されることにある。ワイヤレス端末が自己の位置を知っているよりも、リモート設備がワイヤレス端末の位置を知っているほうが有利である場合、Tidgetシステムは、実際に、ワイヤレス端末の位置をリモート設備に中継するという点で、有利である。
【０００６】
図４は、従来のTendler（登録商標）衛星測位システムの概略図である。このシステムにより構成されたワイヤレス端末は、衛星コンステレーションからその位置を決定するのに必要な回路と、決定された位置を、ワイヤレス通信システムを介して他者へ送信するワイヤレス電話送信器の両方を含む。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
衛星測位システムにおいてなされたこれらの進展にもかかわらず、いまだに制限が存在する。一般に、衛星コンステレーションからの信号の強度は、建物やその他の陰になる環境で強く減衰されるため、ワイヤレス端末が受信することができなくなる。さらに、ワイヤレス端末は、その位置を決定するのに必要とする信号を衛星から獲得するのに数分かかることもある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施例は、従来のシステムにおけるコストや制限の多くを回避して、ワイヤレス端末の位置を決定することができる。特に、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも安価である。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも弱い信号を受信し使用することができる。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりもすばやくその位置を決定することができる。
【０００９】
本発明の実施例によるワイヤレス端末は、従来のワイヤレス端末に要求される信号獲得および信号処理のタスクを、ワイヤレス端末と補助システムの間で分割することにより、上記の効果を達成する。特に、従来のワイヤレス端末に通常要求される条件は補助システムに移される。補助システムは、ワイヤレス通信リンクを通じてワイヤレス端末に有用な情報を提供することができる。
【００１０】
衛星測位システムのコンステレーションにおける各衛星によって送信される各信号は、独立の獲得および独立の処理に対応した異なる２種類の情報を伝達するので、ワイヤレス端末と補助システムの間で信号獲得と信号処理のタスクを分割することが可能である。それらの２種類の情報とは、（１）距離測定情報、および（２）衛星の天体暦(ephemeris)に関する情報、である。
【００１１】
衛星の天体暦に関する情報は、受信器の位置にかかわらず、すべての受信器に対して同一である。これに対して、距離測定情報（これは、各衛星から受信器までの距離を受信器に対して示す。）は、位置に依存し、そのワイヤレス端末自体でしか受信することができない。従って、補助システムは、衛星の天体暦に関する情報を獲得し、それを部分的に処理し、ワイヤレス端末に有用な形式でそれをワイヤレス端末へ送信することによって、ワイヤレス端末を支援することができる。
【００１２】
補助システムが、ワイヤレス端末のために衛星の天体暦に関する情報を獲得することにより、ワイヤレス端末による信号獲得および信号処理の要求が削減される。さらに、ワイヤレス端末は、実際に、補助システムが部分的に処理した情報を用いることにより、距離測定信号を、それが弱いときでも、すばやく獲得することが支援される。
【００１３】
ワイヤレス端末が、ワイヤレス通信端末（例えば、セルラ電話機、携帯用データ入力装置など）の機能を提供することができる場合、本発明の実施例によれば、そのワイヤレス端末の位置を決定する回路を、比較的低コストで、ワイヤレス端末に追加することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図５に、本発明の実施例による衛星測位システムを示す。図示した衛星測位システムは、ワイヤレス端末５０１、衛星コンステレーション５０３、補助システム５０５およびタイミング源５０７からなる。衛星コンステレーション５０３は、周知のＧＰＳであり、これについてはこれ以上説明しない。本発明に従って、他の衛星コンステレーションで動作するような本発明の実施例をどのように構成するかは、当業者には明らかである。
【００１５】
本実施例の主な目標は、従来のワイヤレス端末の信号獲得および信号処理の要求を削減して、本実施例によるワイヤレス端末が、従来のワイヤレス端末よりもすばやく、より弱い信号でも、その位置を決定することができるようにすることである。本実施例によれば、ワイヤレス端末５０１の信号獲得および信号処理の要求は、補助システム５０５を追加することにより削減される。特に、従来のワイヤレス端末がその位置を決定するのに必要とされる信号獲得および信号処理のタスクは、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で分割される。
【００１６】
ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で信号処理タスクをどのように分割することができるかは、当業者には明らかである。信号処理タスクの好ましい分割を達成する必要に応じて、部分的に処理された信号情報は、これら２つの間で、ワイヤレス通信リンク５０４を通じて交換される。
【００１７】
衛星コンステレーション５０３における各衛星によって送信される各信号は、独立の獲得および独立の処理に対応した異なる２種類の情報を伝達するので、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で信号獲得と信号処理のタスクを分割することが可能である。それらの２種類の情報とは、（１）距離測定情報、および（２）衛星の天体暦(ephemeris)に関する情報、である。具体的には、ＧＰＳ信号は、例えば、セルラ電話機の無線信号が音声データで変調されるのと同様にして、ディジタル情報で変調される。このような情報は、対応する受信器によって検出され復号される。受信器によって復元された情報は、送信器によって信号上に変調された情報の正確な複製（ノイズ、歪みなどによる不要なエラーを除いては）であり、受信器の位置にかかわらず、すべての受信器に対して同一である。この情報を「衛星の天体暦に関する情報」という。
【００１８】
これに対して、測位システムでは、信号の正確なタイミングにも重要な情報がある。送信器は、何らかの正確な基準に従って、送信信号のタイミングを調整し、受信器によって受信される信号のタイミングが、送信器と受信器の間の距離に関する（従って、受信器の位置に関する）情報を伝達するようにしている。このような情報は、受信器ごとに異なり、受信器自体でしか利用可能でない。この情報を「距離測定情報」という。
【００１９】
例えば、コンステレーション５０３における各衛星は、両方の種類の情報を含む信号５０２をワイヤレス端末５０１および補助システム５０５の両方へ送信するので、衛星の天体暦に関する情報のうちの一部あるいは全部は、アンテナ５５３を通じて補助システム５０５によって獲得されるが、補助システム５０５によって獲得される距離測定情報は、補助システムアンテナ５５３の位置に関するものであって、ワイヤレス端末５０１の位置に関するものではない。しかし、補助システム５０５は、ワイヤレス端末５０１のおよその位置についての知識を有する（例えば、移動機が位置するセルおよびセクタの知識を通じて）ため、補助システム５０５は、この知識を、獲得した距離測定情報、および、衛星の天体暦情報と組み合わせて、ワイヤレス端末５０１の位置における距離測定情報の推定値を計算する。この推定値は、衛星の天体暦情報とともに、ワイヤレス通信アンテナ５５１を通じて、ワイヤレス端末５０１へ送信され、ワイヤレス端末５０１が距離測定情報を獲得し処理するのを支援する。
【００２０】
距離測定情報がワイヤレス端末５０１によって獲得されると、ワイヤレス端末５０１は、衛星天体暦情報および距離測定情報を用いて、その位置を決定することができる。あるいは、ワイヤレス端末５０１は、距離測定情報を補助システム５０５へ送信して、補助システム５０５が、ワイヤレス端末５０１の位置を決定することができる。
【００２１】
ワイヤレス端末５０１は、衛星の天体暦に関する情報の一部あるいは全部を獲得するタスクから解放されており、距離測定情報の推定値を提供されるので、その情報の推定値の事前の知識により距離測定情報を獲得し処理するという比較的容易なタスクを実行することのみを必要とする安価な技術で製造することができる。さらに、衛星天体暦情報は、距離測定情報と同じキャリア上に変調されるため、衛星の天体暦情報をワイヤレス端末５０１に提供することにより、ワイヤレス端末５０１は、アンテナ５１２を通じて受信される衛星信号から衛星の天体暦情報を除去することによって、従来のワイヤレス端末の動作には不適当な信号対雑音比の低いフェージング条件下でも、距離測定情報を獲得することが可能となる。
【００２２】
補助システム５０５は、地上設備、空輸設備、あるいは、地球周回軌道の人工衛星とすることが可能である。しかし、ディファレンシャルＧＰＳの地上基準受信器とは異なり、補助システム５０５の位置は、静止している必要はなく、また、その正確な位置が既知である必要もない。
【００２３】
図６は、補助システム５０５の特徴的な構成要素のブロック図である。補助システム５０５は、タイミング信号受信器６０３、タイミング信号アンテナ５５２、粗位置評価器６０１、通信システムマネージャ６１７、ＧＰＳ受信器６０５、ＧＰＳ受信器アンテナ５５３、タイミング信号較正器６０７、ＰＲＮ同期評価器６０９、復調器６１１、衛星可視性評価器６１３、衛星ドップラー評価器６１５、通信送信器６１９および通信アンテナ５５１からなる。
【００２４】
一般に、補助システム５０５は、そのＧＰＳ受信器を用いて、地平線上の各衛星から、Ｃ／Ａ(Coarse Aquisition)符号を用いて周知のようにして距離測定情報および衛星の天体暦に関する情報の両方を取得する。Ｐ（Ｙ）あるいはＰ符号を用いて本発明の実施例をどのように構成し使用するかは当業者には明らかである。距離測定情報および衛星天体暦情報を取得するプロセスで、補助システム５０５は、特に、（１）各衛星からのＰＲＮ同期（すなわち、各衛星によって送信されるＰＲＮ符号の正確なタイミング）、（２）各衛星のドップラーシフト、（３）いずれの衛星が地平線上にあるか、および（４）各衛星からの５０ｂｐｓ変調ビットストリーム、を知る。その後、補助システム５０５は、ワイヤレス通信チャネルを通じて、ワイヤレス端末５０１へ、地平線上の各衛星について、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラーシフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ変調ビットストリームを送信する。これらの情報をまとめて「航行メッセージデータ」ということにする。
【００２５】
補助システム５０５が、ある地理的領域を「セル」といういくつかの分割領域に分割したワイヤレス通信システムの一部である場合、補助システム５０５は、いずれのセルにワイヤレス端末５０１があるかを知っているため、そのおよその位置を数マイル以内の範囲で知っている。補助システム５０５は、ワイヤレス端末５０１のおよその位置を（例えば数マイル以内で）知っている場合、ワイヤレス端末５０１から見たＰＲＮ同期およびドップラーシフトを正確に評価することができる。
【００２６】
ＰＲＮ同期評価値、ドップラーシフト評価値および５０ｂｐｓ変調ビットストリームは壊れやすく、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５がＧＰＳのＣ／Ａ符号の数チップ以内の範囲で同期している場合にのみ有用であるため、ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５は互いに１μｓ以内に同期される。これを実現するため、ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５は両方とも、周知のようにして、独立のタイミング源５０７からタイミング同期信号を受信することができる。あるいは、補助システム５０５がタイミング源を有し、通信チャネルを通じてワイヤレス端末５０１へ同期信号を送信することも可能である。
【００２７】
例えば、補助システム５０５がＣＤＭＡワイヤレス通信システムの一部であり、ワイヤレス端末５０１がＣＤＭＡ対応の場合、補助システム５０５およびワイヤレス端末５０１は両方とも１μｓ以内に同期され、タイミング源５０７は不要である。ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５に対する同期をいかにして行うかは当業者には明らかである。
【００２８】
図６において、補助システム５０５がＩＳ−９５ ＣＤＭＡ通信システムの一部である場合、通信システムマネージャ６１７は、粗位置評価器６０１に対して、ワイヤレス端末５０１が位置するセルを通知する。さらに、例えばワイヤレス端末５０１が迷子によって運ばれているときには、通信システムマネージャ６１７は、ワイヤレス端末５０１を探索するプロセスを起動することができる。別の例として、ワイヤレス端末５０１からの（米国の）「９１１」非常時サービス通話に応じて、通信システムマネージャ６１７は、ワイヤレス端末５０１を探索し、非常時サービス職員をワイヤレス端末５０１の位置へ送る。位置に基づくサービスの別の例では、自動車が故障した人が、＊ＴＯＷのようなコードをワイヤレス端末５０１に入力する。すると、ワイヤレス端末５０１は、＊ＴＯＷを通信システムマネージャ６１７へ中継する。すると、通信システムマネージャ６１７は、ワイヤレス端末５０１の位置を確認し、ワイヤレス端末５０１と、そのワイヤレス端末５０１に最も近い牽引サービスとの間の通話を確立する。
【００２９】
粗位置評価器６０１は、通信システムマネージャ６１７からの情報を用いて、ワイヤレス端末５０１の位置の緯度および経度の評価値を生成する。この評価値は、単にワイヤレス端末５０１を含むセルあるいはセクタの中心の位置とすることも可能である。
【００３０】
タイミング信号受信器６０３は、タイミング源５０７が同期に必要なときに、ワイヤレス端末５０１によって受信されるのと同じタイミング源５０７からのタイミング信号を受信する。タイミング信号受信器６０３とタイミング源５０７の位置は、タイミング信号較正器６０７がタイミング源５０７とタイミング信号受信器６０３の間のタイミング信号遅延、および、タイミング源５０７とワイヤレス端末５０１の間のタイミング信号遅延を正確に決定することができるように、十分な精度で知られていなければならない。例えば、要求されるタイミング精度は、ワイヤレス端末５０１の位置の粗評価値に基づいて、１μｓｅｃである。あるいは、タイミング信号受信器６０３は、ＧＰＳコンステレーション５０３からタイミング信号を受信することも可能である。
【００３１】
ＧＰＳ受信器６０５は、ＧＰＳ受信器アンテナ５５３を通じて、地平線上の衛星コンステレーション５０３における各衛星から信号を受信し、各信号の正確な到着時刻（すなわち、そのＰＲＮ同期）を決定する。復調器６１１は、獲得した各信号を復調して、その５０ｂｐｓ変調ビットストリームを回復する。ＰＲＮ同期評価器６０９は、ワイヤレス端末５０１において見える各衛星からの各Ｃ／Ａ符号信号の正確な到着時刻を予測し、これらの予測を用いて、それぞれのＣ／Ａ符号信号の正しい逆拡散のためにワイヤレス端末５０１内のフィールド受信器によって使用されるＰＲＮ系列タイミングを評価する。理解されるべき点であるが、ＰＲＮ同期評価器６０９はワイヤレス端末５０１における正確なＰＲＮ系列タイミングを決定することはできないが、良好な評価値（例えば、１０〜２０チップ以内で正確なもの）は、それがなければワイヤレス端末５０１が試行しなければならない試行ＰＲＮ同期の回数を大幅に削減する。
【００３２】
衛星可視性評価器６１３は、受信した変調ビットストリームから衛星天体暦を抽出し、どの衛星がワイヤレス端末５０１の位置で見えるかを評価する。同様に、衛星ドップラー評価器６１５は、受信した変調ビットストリームから衛星天体暦情報を抽出し、どの衛星がワイヤレス端末５０１の位置で見えるかを評価する。通信送信器６１９は、衛星可視性評価値、各衛星のＰＲＮ同期評価値、各衛星のドップラーシフト評価値および各衛星の５０ｂｐｓ変調ビットストリームを取り、地平線上の各衛星の通信チャネルを通じてワイヤレス端末５０１へ、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラーシフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ変調ビットストリーム、を送信する。補助システム５０５をどのように構成し使用するかは当業者には明らかである。
【００３３】
図７は、ワイヤレス端末５０１の主な構成要素のブロック図である。ワイヤレス端末５０１は、端末コントローラ７１０、ユーザインタフェース７２０、通信送信器７４１、通信受信器７５１、フィールド受信器７５３、タイミング受信器７５５、デュプレクサ７３３およびアンテナ７３１からなり、図示のように相互接続されている。
【００３４】
必須ではないが、好ましくは、ワイヤレス端末５０１は、代表的なワイヤレス端末（例えば、セルラ電話機）のすべての機能を実行することができる。特に、ワイヤレス端末のユーザは、通信送信器７４１、通信受信器７５１および補助システム５０５を通じて双方向音声会話を行うことができる。
【００３５】
航行メッセージデータが補助システム５０５からワイヤレス端末５０１へ送信されるため、この航行メッセージデータは通信受信器７５１を通じてワイヤレス端末５０１によって受信される。通信受信器７５１は、この航行メッセージデータを端末コントローラ７１０に送る。続いて、端末コントローラ７１０は、この航行メッセージデータをフィールド受信器７５３に送る。
【００３６】
上記のように、ワイヤレス端末５０１は、同期の目的でシステムタイミングをも受信する。このタイミング信号は、タイミング源５０７から送信されると、タイミング受信器７５５を通じてワイヤレス端末５０１によって受信される。タイミング受信器７５５は、このタイミング信号を端末コントローラ７１０に送る。続いて、端末コントローラ７１０は、このタイミング信号をフィールド受信器７５３に送る。あるいは、タイミング信号は、補助システム５０５から送信されると（ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５がＣＤＭＡ通信システムの一部である場合のように）、通信受信器７４１によって受信される。続いて、通信受信器７４１は、このタイミング信号を端末コントローラ７１０に送る。続いて、端末コントローラ７１０は、このタイミング信号をフィールド受信器７５３に送る。
【００３７】
いずれの場合でも、フィールド受信器７５３は、衛星コンステレーション５０３から導出することを必要とせずに、必要なタイミング情報を受信する。さらに、フィールド受信器７５３は、地平線上の各衛星に対して、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラーシフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ同期ビットストリームを、同じく衛星コンステレーション５０３からは直接いかなる情報も受信せずに、受信する。
【００３８】
また、ワイヤレス端末５０１は、フィールド受信器７５３を通じて、衛星コンステレーション５０３から、直接スペクトラム拡散Ｃ／Ａ符号信号を受信する。
【００３９】
図８は、衛星コンステレーション５０３における１つの衛星からのＣ／Ａ符号信号を処理するフィールド受信器７５３の主な構成要素のブロック図である。説明のために、図８では、フィールド受信器７５３の機能は、１つのＣ／Ａ符号信号に作用する個別の機能ブロックとして示されている。当業者には明らかなように、本発明の多くの実施例では、フィールド受信器７５３は、複数の衛星からのＣ／Ａ符号信号に同時に作用する適当にプログラムされた汎用マイクロプロセッサあるいはディジタル信号プロセッサである。また、当業者には明らかなように、図８の機能ブロックの多くは、変換技術により置換することができる。
【００４０】
図８において、ＳＰＳコントローラ８２１は、リード７６１から航行メッセージデータおよびタイミング同期情報を受信し、（１）ＰＲＮ同期評価値をＰＲＮ符号生成器８１９へ、（２）ドップラーシフト評価値をドップラー補正８０９へ、および、５０ｂｐｓ変調ビットストリームをミキサ８１５および位置計算器８２３へ、すべて適当に同期して、出力する。ＲＦフロントエンド８０１は、周知のようにして、衛星からＣ／Ａ符号信号を受信し、必要な帯域以外をフィルタにより除去し、ＩＦと混合する。Ａ／Ｄコンバータ８０３は、その混合信号を受け取り、１．０２３ＭＣｈｉｐｓ／ｓｅｃのチップレートの２倍以上でサンプリングする。ＰＲＮ符号生成器８１９は、１．０２３ＭＣｈｉｐｓ／ｓｅｃでＰＲＮ符号系列の生成を開始する。このＰＲＮ符号系列の周期は、当業者に周知のように、１０２３チップである。ＰＲＮ符号生成器８１９は、ドップラーシフト評価値を用いて、ＰＲＮ符号系列チップレートのドップラーシフトを補正することもできるが、ＰＲＮ符号系列のドップラーシフトは通常は非常に小さいので、これは常に必要なわけではない。ＰＲＮ符号生成器８１９がいつドップラーシフトの補正を無視することができるかおよびできないかは、当業者には明らかである。
【００４１】
図８のＡ／Ｄコンバータ８０３に続くブロックによって実行される信号処理機能が、アナログ技術を用いた代替実施例においてどのように実行されるかは、当業者には理解されるところである。このような実施例では、フィールド受信器７５３は、Ａ／Ｄコンバータ８０３が機能ブロック列の別の点に現われるであろうことを除いては、図８のものと同様のブロック図で表わされる。
【００４２】
理解されるべき点であるが、ＰＲＮ同期評価値が正しいこと、あるいは、ＰＲＮ符号生成器８１９からの最初のＰＲＮ符号系列が正確に同期していることの保証は不要である。ＰＲＮ符号生成器８１９からのＰＲＮ符号系列が同期していないことがわかった場合（スペクトルアナライザ８１７によって判定される）、ＰＲＮ符号生成器８１９は、周知のようにして、そのＰＲＮ同期評価値を１つの与えられた推測値として用いて、その評価値付近で同期位置を反復探索することにより、真の同期を求める。
【００４３】
ミキサ８０５は、ＰＲＮ符号系列と、ディジタル化されたＣ／Ａ符号信号を乗算し、逆拡散Ｃ／Ａ符号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）８０７へ出力する。ローパスフィルタ８０７は、信号を低いレートでサンプリングすることができるように、信号の帯域幅を縮小する。これにより、ドップラー補正ブロック８０９は、毎秒のサンプル数が少なくともローパスフィルタ８０７の出力の正確な表現に必要なナイキストレート、すなわち、ローパスフィルタ８０７の出力によって占められる帯域幅の２倍になるように、ローパスフィルタ８０７から受信するサンプルをいくつかおきに無視することができる。この帯域幅は、信号において観測される最大ドップラーシフト（これは、ワイヤレス端末５０１に対する衛星の相対運動によって引き起こされる）を、５０ｂｐｓ信号自体によって占められる帯域幅だけ増大させたものに等しい。例えば、ローパスフィルタ８０７の出力によって占められる帯域幅は８ｋＨｚであり、これは、１６キロサンプル／ｓというナイキストレートに対応する。
【００４４】
ワイヤレス端末５０１に対する衛星の相対運動によって引き起こされるドップラーシフトは、次の２つの成分からなる。第１は、大地に対する衛星の相対運動によって引き起こされるドップラーシフト（その評価値は、航行メッセージデータに含まれる）であり、第２は、大地に対するワイヤレス端末５０１の相対運動（もしあれば）によって引き起こされるドップラーシフトである。ドップラー補正８０９は、ローパスフィルタ８０７から信号を受け取り、大地に対する衛星の相対運動による評価されたドップラーシフトの分を補正する。これは、周知のようにして、例えば、周波数変換技術によって達成される。この場合、局部発振器の周波数が、所望の補正を達成するように調整される。
【００４５】
ドップラー補正８０９の出力は、ローパスフィルタ８１１に送られる。ローパスフィルタ８１１は、さらに低いレートでのサンプリングができるように、信号の帯域幅をさらに縮小する。ＦＩＦＯ８１３は、ローパスフィルタ８１１から受信するサンプルをいくつかおきに無視することができる。無視されないサンプルは、少なくともナイキストレート（ローパスフィルタ８１１の出力によって占められる帯域幅の２倍に等しい）で生じなければならない。この帯域幅は、大地に対するワイヤレス端末５０１の相対運動によって引き起こされる最大ドップラーシフトを、５０ｂｐｓ信号自体によって占められる帯域幅だけ増大させたものに等しい。例えば、ローパスフィルタ８１１の出力によって占められる帯域幅は５００Ｈｚであり、これは、１キロサンプル／ｓというナイキストレートに対応する。
【００４６】
ローパスフィルタ８１１の出力はＦＩＦＯメモリ８１３に送られる。ＦＩＦＯメモリ８１３は、補助システム５０５が５０ｂｐｓ変調ビットストリームを回復する間だけ信号を遅延させてから、ＳＰＳコントローラ８２１に転送する。一般に、ＦＩＦＯメモリ８１３は、長くとも、数秒間だけ信号を遅延させればよい。ＦＩＦＯメモリ８１３の出力はミキサ８１５に送られ、精密に同期した５０ｂｐｓ変調ビットストリームと混合される。この混合動作は、さらに、５０ｂｐｓ変調を除去することによって信号を逆拡散する。その結果、ミキサ８１５の出力は、もし信号が存在すれば（すなわち、ＰＲＮ同期が正確であれば）、変調されていない信号キャリアとなる。
【００４７】
ミキサ８１３の出力はスペクトルアナライザ８１７に送られる。スペクトルアナライザ８１７は、例えば、周知のようにして、離散フーリエ変換を実行する。ミキサ８１３の出力が純粋なシヌソイドである場合（これは、スペクトルアナライザ８１７からのスパイク状のスペクトルで示される）、これは、ＰＲＮ符号生成器８１９が、衛星からのＣ／Ａ符号信号と完全に同期していることを意味する。ミキサ８１３の出力が純粋なシヌソイド以外である場合（これは、スペクトルアナライザ８１７からのスパイク状のスペクトル以外のもので示される）、これは、ＰＲＮ符号生成器８１９が、衛星からのＣ／Ａ符号信号と同期しておらず、さらに同期を試みなければならないことを意味する。ここで説明したのとは異なる技術によりスペクトル分析を実行する方法も当業者には明らかである。それは、結果は同じであるが、ミキサ８１５の出力における狭帯域成分の有無を検出するものである。
【００４８】
重要な点であるが、ＰＲＮ符号生成器が衛星からのＣ／Ａ符号信号と同期している場合、これは、位置計算器８２３が距離測定情報（すなわち、衛星からワイヤレス端末５０１まで信号が伝わるのにかかる時間）を計算することができるということを意味する。さらに、位置計算器８２３は、（１）ＰＲＮ符号生成器８１９からのＰＲＮ符号同期、（２）ＳＰＳコントローラ８２１からの変調ビットストリーム、および（３）スペクトルアナライザ８１７からのＰＲＮ符号同期時刻、を知っているので、周知のようにして、ワイヤレス端末５０１の位置を計算することができる。
【００４９】
次に、ワイヤレス端末５０１の位置は、位置計算器８２３から、端末コントローラ７１０および通信送信器７４１に出力される。通信送信器７４１は、通信チャネルを通じて補助システム５０５にそれを送信する。すると、補助システム５０５は、位置に基づくサービスにおいて、そのワイヤレス端末５０１の位置を使用することができる。
【００５０】
図９は、本発明の一実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【００５１】
図１０は、本発明のもう１つの実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、従来のシステムにおけるコストや制限の多くを回避して、ワイヤレス端末の位置を決定することができる。特に、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも安価である。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも弱い信号を受信し使用することができる。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりもすばやくその位置を決定することができる。
【００５３】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参照番号がある場合は、発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＧＰＳのような衛星測位システムのブロック図である。
【図２】従来のディファレンシャルＧＰＳシステムのブロック図である。
【図３】従来のTidget型システムのブロック図である。
【図４】従来のTendler型システムのブロック図である。
【図５】本発明の実施例による衛星測位システムのブロック図である。
【図６】図５の補助システムのブロック図である。
【図７】図５のワイヤレス端末のブロック図である。
【図８】図７のフィールド受信器のブロック図である。
【図９】本発明の一実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【図１０】本発明のもう１つの実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【符号の説明】
２０１ ワイヤレス端末
２０３ 衛星コンステレーション
２０５ 地上基準受信器
５０１ ワイヤレス端末
５０２ 信号
５０３ 衛星コンステレーション
５０４ ワイヤレス通信リンク
５０５ 補助システム
５０７ タイミング源
５１２ アンテナ
５５１ ワイヤレス通信アンテナ
５５２ タイミング信号アンテナ
５５３ ＧＰＳ受信器アンテナ
６０１ 粗位置評価器
６０３ タイミング信号受信器
６０５ ＧＰＳ受信器
６０７ タイミング信号較正器
６０９ ＰＲＮ同期評価器
６１１ 復調器
６１３ 衛星可視性評価器
６１５ 衛星ドップラー評価器
６１７ 通信システムマネージャ
６１９ 通信送信器
７１０ 端末コントローラ
７２０ ユーザインタフェース
７３１ アンテナ
７３３ デュプレクサ
７４１ 通信送信器
７５１ 通信受信器
７５３ フィールド受信器
７５５ タイミング受信器
７６１ リード
８０１ ＲＦフロントエンド
８０３ Ａ／Ｄコンバータ
８０５ ミキサ
８０７ ローパスフィルタ
８０９ ドップラー補正
８１１ ローパスフィルタ
８１３ ＦＩＦＯメモリ
８１５ ミキサ
８１７ スペクトルアナライザ
８１９ ＰＲＮ符号生成器
８２１ ＳＰＳコントローラ
８２３ 位置計算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス端末に関し、特に、衛星測位システムからの信号を受信する際にワイヤレス端末を支援する補助システムから信号を受信するワイヤレス端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ(Global Positioning System)のような衛星測位システムは、ワイヤレス端末が周知の方法でそのワイヤレス端末の位置を決定するために使用可能な信号を送信する衛星のコンステレーションからなる。一般に、各衛星によって送信される信号は、（１）衛星軌道データ、（２）システムタイミング、および（３）距離測定情報、という３つのタイプの情報を伝達する。ワイヤレス端末は、３個以上の衛星からこれらの信号を獲得することができると、周知のような三角測量によってその位置を決定することができる。図１は、従来の衛星測位システムの概略図である。
【０００３】
従来のワイヤレス端末は、ある程度の精度でその位置を決定することができるが、電離層および大気のゆらぎや送信信号自体のジッタにより、従来のワイヤレス端末は高精度でその位置を決定することができない。これらの要因の影響を軽減し、それにより、ワイヤレス端末がその位置を確認することができる精度を改善するために、例えばディファレンシャル（差分）ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）のような別の衛星測位システムが開発されている。図２は、ディファレンシャルＧＰＳの概略図である。
【０００４】
当業者に周知のように、ＤＧＰＳは、地上基準受信器２０５、衛星コンステレーション２０３およびワイヤレス端末２０１からなる。地上基準受信器２０５のいちは静止しており、従来の測量技術により正確に知られる。ＤＧＰＳの基礎となる理論は、ワイヤレス端末２０１が地上基準受信器２０５の近傍（例えば５０マイル以内）にあるとき、ワイヤレス端末２０１と地上基準受信器２０５は両方とも同じ電離層および大気のゆらぎならびに信号ジッタを受けると期待されるということにある。地上基準受信器２０５は、衛星コンステレーション２０３からの信号を用いてその位置を評価し、既知の正確な位置を用いて、評価した位置と既知の正確な位置の間の誤差を計算する。この誤差すなわち「差分」は、電離層および大気のゆらぎならびに信号ジッタによる、評価された位置の不正確さを表すベクトルである。ワイヤレス端末２０１は、従来の手段によりその位置を評価すると、地上基準受信器２０５から受信される差分ベクトルを用いて、電離層および大気のゆらぎならびに信号ジッタの影響を差し引く。
【０００５】
図３は、従来のTidget（登録商標）衛星測位システムの概略図である。Tidgetシステムにおけるワイヤレス受信器は、ワイヤレス端末の位置を計算しない。その代わりに、Tidgetシステムにおけるワイヤレス受信器は、次のような意味で、ワイヤレス中継器のように作用する。すなわち、ワイヤレス受信器は、衛星コンステレーションから信号を受信した後、その信号を処理せずにリモートの処理設備へ中継し、リモート処理設備は、その信号を用いて、Tidgetワイヤレス端末の位置を決定する。Tidgetシステムの利点は、ワイヤレス端末の位置を計算するのに必要となる高価な回路をワイヤレス端末から除くことによってワイヤレス端末のコストが削減されることにある。ワイヤレス端末が自己の位置を知っているよりも、リモート設備がワイヤレス端末の位置を知っているほうが有利である場合、Tidgetシステムは、実際に、ワイヤレス端末の位置をリモート設備に中継するという点で、有利である。
【０００６】
図４は、従来のTendler（登録商標）衛星測位システムの概略図である。このシステムにより構成されたワイヤレス端末は、衛星コンステレーションからその位置を決定するのに必要な回路と、決定された位置を、ワイヤレス通信システムを介して他者へ送信するワイヤレス電話送信器の両方を含む。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
衛星測位システムにおいてなされたこれらの進展にもかかわらず、いまだに制限が存在する。一般に、衛星コンステレーションからの信号の強度は、建物やその他の陰になる環境で強く減衰されるため、ワイヤレス端末が受信することができなくなる。さらに、ワイヤレス端末は、その位置を決定するのに必要とする信号を衛星から獲得するのに数分かかることもある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施例は、従来のシステムにおけるコストや制限の多くを回避して、ワイヤレス端末の位置を決定することができる。特に、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも安価である。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも弱い信号を受信し使用することができる。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりもすばやくその位置を決定することができる。
【０００９】
本発明の実施例によるワイヤレス端末は、従来のワイヤレス端末に要求される信号獲得および信号処理のタスクを、ワイヤレス端末と補助システムの間で分割することにより、上記の効果を達成する。特に、従来のワイヤレス端末に通常要求される条件は補助システムに移される。補助システムは、ワイヤレス通信リンクを通じてワイヤレス端末に有用な情報を提供することができる。
【００１０】
衛星測位システムのコンステレーションにおける各衛星によって送信される各信号は、独立の獲得および独立の処理に対応した異なる２種類の情報を伝達するので、ワイヤレス端末と補助システムの間で信号獲得と信号処理のタスクを分割することが可能である。それらの２種類の情報とは、（１）距離測定情報、および（２）衛星の天体暦(ephemeris)に関する情報、である。
【００１１】
衛星の天体暦に関する情報は、受信器の位置にかかわらず、すべての受信器に対して同一である。これに対して、距離測定情報（これは、各衛星から受信器までの距離を受信器に対して示す。）は、位置に依存し、そのワイヤレス端末自体でしか受信することができない。従って、補助システムは、衛星の天体暦に関する情報を獲得し、それを部分的に処理し、ワイヤレス端末に有用な形式でそれをワイヤレス端末へ送信することによって、ワイヤレス端末を支援することができる。
【００１２】
補助システムが、ワイヤレス端末のために衛星の天体暦に関する情報を獲得することにより、ワイヤレス端末による信号獲得および信号処理の要求が削減される。さらに、ワイヤレス端末は、実際に、補助システムが部分的に処理した情報を用いることにより、距離測定信号を、それが弱いときでも、すばやく獲得することが支援される。
【００１３】
ワイヤレス端末が、ワイヤレス通信端末（例えば、セルラ電話機、携帯用データ入力装置など）の機能を提供することができる場合、本発明の実施例によれば、そのワイヤレス端末の位置を決定する回路を、比較的低コストで、ワイヤレス端末に追加することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図５に、本発明の実施例による衛星測位システムを示す。図示した衛星測位システムは、ワイヤレス端末５０１、衛星コンステレーション５０３、補助システム５０５およびタイミング源５０７からなる。衛星コンステレーション５０３は、周知のＧＰＳであり、これについてはこれ以上説明しない。本発明に従って、他の衛星コンステレーションで動作するような本発明の実施例をどのように構成するかは、当業者には明らかである。
【００１５】
本実施例の主な目標は、従来のワイヤレス端末の信号獲得および信号処理の要求を削減して、本実施例によるワイヤレス端末が、従来のワイヤレス端末よりもすばやく、より弱い信号でも、その位置を決定することができるようにすることである。本実施例によれば、ワイヤレス端末５０１の信号獲得および信号処理の要求は、補助システム５０５を追加することにより削減される。特に、従来のワイヤレス端末がその位置を決定するのに必要とされる信号獲得および信号処理のタスクは、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で分割される。
【００１６】
ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で信号処理タスクをどのように分割することができるかは、当業者には明らかである。信号処理タスクの好ましい分割を達成する必要に応じて、部分的に処理された信号情報は、これら２つの間で、ワイヤレス通信リンク５０４を通じて交換される。
【００１７】
衛星コンステレーション５０３における各衛星によって送信される各信号は、独立の獲得および独立の処理に対応した異なる２種類の情報を伝達するので、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５の間で信号獲得と信号処理のタスクを分割することが可能である。それらの２種類の情報とは、（１）距離測定情報、および（２）衛星の天体暦(ephemeris)に関する情報、である。具体的には、ＧＰＳ信号は、例えば、セルラ電話機の無線信号が音声データで変調されるのと同様にして、ディジタル情報で変調される。このような情報は、対応する受信器によって検出され復号される。受信器によって復元された情報は、送信器によって信号上に変調された情報の正確な複製（ノイズ、歪みなどによる不要なエラーを除いては）であり、受信器の位置にかかわらず、すべての受信器に対して同一である。この情報を「衛星の天体暦に関する情報」という。
【００１８】
これに対して、測位システムでは、信号の正確なタイミングにも重要な情報がある。送信器は、何らかの正確な基準に従って、送信信号のタイミングを調整し、受信器によって受信される信号のタイミングが、送信器と受信器の間の距離に関する（従って、受信器の位置に関する）情報を伝達するようにしている。このような情報は、受信器ごとに異なり、受信器自体でしか利用可能でない。この情報を「距離測定情報」という。
【００１９】
例えば、コンステレーション５０３における各衛星は、両方の種類の情報を含む信号５０２をワイヤレス端末５０１および補助システム５０５の両方へ送信するので、衛星の天体暦に関する情報のうちの一部あるいは全部は、アンテナ５５３を通じて補助システム５０５によって獲得されるが、補助システム５０５によって獲得される距離測定情報は、補助システムアンテナ５５３の位置に関するものであって、ワイヤレス端末５０１の位置に関するものではない。しかし、補助システム５０５は、ワイヤレス端末５０１のおよその位置についての知識を有する（例えば、移動機が位置するセルおよびセクタの知識を通じて）ため、補助システム５０５は、この知識を、獲得した距離測定情報、および、衛星の天体暦情報と組み合わせて、ワイヤレス端末５０１の位置における距離測定情報の推定値を計算する。この推定値は、衛星の天体暦情報とともに、ワイヤレス通信アンテナ５５１を通じて、ワイヤレス端末５０１へ送信され、ワイヤレス端末５０１が距離測定情報を獲得し処理するのを支援する。
【００２０】
距離測定情報がワイヤレス端末５０１によって獲得されると、ワイヤレス端末５０１は、衛星天体暦情報および距離測定情報を用いて、その位置を決定することができる。あるいは、ワイヤレス端末５０１は、距離測定情報を補助システム５０５へ送信して、補助システム５０５が、ワイヤレス端末５０１の位置を決定することができる。
【００２１】
ワイヤレス端末５０１は、衛星の天体暦に関する情報の一部あるいは全部を獲得するタスクから解放されており、距離測定情報の推定値を提供されるので、その情報の推定値の事前の知識により距離測定情報を獲得し処理するという比較的容易なタスクを実行することのみを必要とする安価な技術で製造することができる。さらに、衛星天体暦情報は、距離測定情報と同じキャリア上に変調されるため、衛星の天体暦情報をワイヤレス端末５０１に提供することにより、ワイヤレス端末５０１は、アンテナ５１２を通じて受信される衛星信号から衛星の天体暦情報を除去することによって、従来のワイヤレス端末の動作には不適当な信号対雑音比の低いフェージング条件下でも、距離測定情報を獲得することが可能となる。
【００２２】
補助システム５０５は、地上設備、空輸設備、あるいは、地球周回軌道の人工衛星とすることが可能である。しかし、ディファレンシャルＧＰＳの地上基準受信器とは異なり、補助システム５０５の位置は、静止している必要はなく、また、その正確な位置が既知である必要もない。
【００２３】
図６は、補助システム５０５の特徴的な構成要素のブロック図である。補助システム５０５は、タイミング信号受信器６０３、タイミング信号アンテナ５５２、粗位置評価器６０１、通信システムマネージャ６１７、ＧＰＳ受信器６０５、ＧＰＳ受信器アンテナ５５３、タイミング信号較正器６０７、ＰＲＮ同期評価器６０９、復調器６１１、衛星可視性評価器６１３、衛星ドップラー評価器６１５、通信送信器６１９および通信アンテナ５５１からなる。
【００２４】
一般に、補助システム５０５は、そのＧＰＳ受信器を用いて、地平線上の各衛星から、Ｃ／Ａ(Coarse Aquisition)符号を用いて周知のようにして距離測定情報および衛星の天体暦に関する情報の両方を取得する。Ｐ（Ｙ）あるいはＰ符号を用いて本発明の実施例をどのように構成し使用するかは当業者には明らかである。距離測定情報および衛星天体暦情報を取得するプロセスで、補助システム５０５は、特に、（１）各衛星からのＰＲＮ同期（すなわち、各衛星によって送信されるＰＲＮ符号の正確なタイミング）、（２）各衛星のドップラーシフト、（３）いずれの衛星が地平線上にあるか、および（４）各衛星からの５０ｂｐｓ変調ビットストリーム、を知る。その後、補助システム５０５は、ワイヤレス通信チャネルを通じて、ワイヤレス端末５０１へ、地平線上の各衛星について、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラーシフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ変調ビットストリームを送信する。これらの情報をまとめて「航行メッセージデータ」ということにする。
【００２５】
補助システム５０５が、ある地理的領域を「セル」といういくつかの分割領域に分割したワイヤレス通信システムの一部である場合、補助システム５０５は、いずれのセルにワイヤレス端末５０１があるかを知っているため、そのおよその位置を数マイル以内の範囲で知っている。補助システム５０５は、ワイヤレス端末５０１のおよその位置を（例えば数マイル以内で）知っている場合、ワイヤレス端末５０１から見たＰＲＮ同期およびドップラーシフトを正確に評価することができる。
【００２６】
ＰＲＮ同期評価値、ドップラーシフト評価値および５０ｂｐｓ変調ビットストリームは壊れやすく、ワイヤレス端末５０１と補助システム５０５がＧＰＳのＣ／Ａ符号の数チップ以内の範囲で同期している場合にのみ有用であるため、ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５は互いに１μｓ以内に同期される。これを実現するため、ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５は両方とも、周知のようにして、独立のタイミング源５０７からタイミング同期信号を受信することができる。あるいは、補助システム５０５がタイミング源を有し、通信チャネルを通じてワイヤレス端末５０１へ同期信号を送信することも可能である。
【００２７】
例えば、補助システム５０５がＣＤＭＡワイヤレス通信システムの一部であり、ワイヤレス端末５０１がＣＤＭＡ対応の場合、補助システム５０５およびワイヤレス端末５０１は両方とも１μｓ以内に同期され、タイミング源５０７は不要である。ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５に対する同期をいかにして行うかは当業者には明らかである。
【００２８】
図６において、補助システム５０５がＩＳ−９５ ＣＤＭＡ通信システムの一部である場合、通信システムマネージャ６１７は、粗位置評価器６０１に対して、ワイヤレス端末５０１が位置するセルを通知する。さらに、例えばワイヤレス端末５０１が迷子によって運ばれているときには、通信システムマネージャ６１７は、ワイヤレス端末５０１を探索するプロセスを起動することができる。別の例として、ワイヤレス端末５０１からの（米国の）「９１１」非常時サービス通話に応じて、通信システムマネージャ６１７は、ワイヤレス端末５０１を探索し、非常時サービス職員をワイヤレス端末５０１の位置へ送る。位置に基づくサービスの別の例では、自動車が故障した人が、＊ＴＯＷのようなコードをワイヤレス端末５０１に入力する。すると、ワイヤレス端末５０１は、＊ＴＯＷを通信システムマネージャ６１７へ中継する。すると、通信システムマネージャ６１７は、ワイヤレス端末５０１の位置を確認し、ワイヤレス端末５０１と、そのワイヤレス端末５０１に最も近い牽引サービスとの間の通話を確立する。
【００２９】
粗位置評価器６０１は、通信システムマネージャ６１７からの情報を用いて、ワイヤレス端末５０１の位置の緯度および経度の評価値を生成する。この評価値は、単にワイヤレス端末５０１を含むセルあるいはセクタの中心の位置とすることも可能である。
【００３０】
タイミング信号受信器６０３は、タイミング源５０７が同期に必要なときに、ワイヤレス端末５０１によって受信されるのと同じタイミング源５０７からのタイミング信号を受信する。タイミング信号受信器６０３とタイミング源５０７の位置は、タイミング信号較正器６０７がタイミング源５０７とタイミング信号受信器６０３の間のタイミング信号遅延、および、タイミング源５０７とワイヤレス端末５０１の間のタイミング信号遅延を正確に決定することができるように、十分な精度で知られていなければならない。例えば、要求されるタイミング精度は、ワイヤレス端末５０１の位置の粗評価値に基づいて、１μｓｅｃである。あるいは、タイミング信号受信器６０３は、ＧＰＳコンステレーション５０３からタイミング信号を受信することも可能である。
【００３１】
ＧＰＳ受信器６０５は、ＧＰＳ受信器アンテナ５５３を通じて、地平線上の衛星コンステレーション５０３における各衛星から信号を受信し、各信号の正確な到着時刻（すなわち、そのＰＲＮ同期）を決定する。復調器６１１は、獲得した各信号を復調して、その５０ｂｐｓ変調ビットストリームを回復する。ＰＲＮ同期評価器６０９は、ワイヤレス端末５０１において見える各衛星からの各Ｃ／Ａ符号信号の正確な到着時刻を予測し、これらの予測を用いて、それぞれのＣ／Ａ符号信号の正しい逆拡散のためにワイヤレス端末５０１内のフィールド受信器によって使用されるＰＲＮ系列タイミングを評価する。理解されるべき点であるが、ＰＲＮ同期評価器６０９はワイヤレス端末５０１における正確なＰＲＮ系列タイミングを決定することはできないが、良好な評価値（例えば、１０〜２０チップ以内で正確なもの）は、それがなければワイヤレス端末５０１が試行しなければならない試行ＰＲＮ同期の回数を大幅に削減する。
【００３２】
衛星可視性評価器６１３は、受信した変調ビットストリームから衛星天体暦を抽出し、どの衛星がワイヤレス端末５０１の位置で見えるかを評価する。同様に、衛星ドップラー評価器６１５は、受信した変調ビットストリームから衛星天体暦情報を抽出し、どの衛星がワイヤレス端末５０１の位置で見えるかを評価する。通信送信器６１９は、衛星可視性評価値、各衛星のＰＲＮ同期評価値、各衛星のドップラーシフト評価値および各衛星の５０ｂｐｓ変調ビットストリームを取り、地平線上の各衛星の通信チャネルを通じてワイヤレス端末５０１へ、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラーシフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ変調ビットストリーム、を送信する。補助システム５０５をどのように構成し使用するかは当業者には明らかである。
【００３３】
図７は、ワイヤレス端末５０１の主な構成要素のブロック図である。ワイヤレス端末５０１は、端末コントローラ７１０、ユーザインタフェース７２０、通信送信器７４１、通信受信器７５１、フィールド受信器７５３、タイミング受信器７５５、デュプレクサ７３３およびアンテナ７３１からなり、図示のように相互接続されている。
【００３４】
必須ではないが、好ましくは、ワイヤレス端末５０１は、代表的なワイヤレス端末（例えば、セルラ電話機）のすべての機能を実行することができる。特に、ワイヤレス端末のユーザは、通信送信器７４１、通信受信器７５１および補助システム５０５を通じて双方向音声会話を行うことができる。
【００３５】
航行メッセージデータが補助システム５０５からワイヤレス端末５０１へ送信されるため、この航行メッセージデータは通信受信器７５１を通じてワイヤレス端末５０１によって受信される。通信受信器７５１は、この航行メッセージデータを端末コントローラ７１０に送る。続いて、端末コントローラ７１０は、この航行メッセージデータをフィールド受信器７５３に送る。
【００３６】
上記のように、ワイヤレス端末５０１は、同期の目的でシステムタイミングをも受信する。このタイミング信号は、タイミング源５０７から送信されると、タイミング受信器７５５を通じてワイヤレス端末５０１によって受信される。タイミング受信器７５５は、このタイミング信号を端末コントローラ７１０に送る。続いて、端末コントローラ７１０は、このタイミング信号をフィールド受信器７５３に送る。あるいは、タイミング信号は、補助システム５０５から送信されると（ワイヤレス端末５０１および補助システム５０５がＣＤＭＡ通信システムの一部である場合のように）、通信受信器７４１によって受信される。続いて、通信受信器７４１は、このタイミング信号を端末コントローラ７１０に送る。続いて、端末コントローラ７１０は、このタイミング信号をフィールド受信器７５３に送る。
【００３７】
いずれの場合でも、フィールド受信器７５３は、衛星コンステレーション５０３から導出することを必要とせずに、必要なタイミング情報を受信する。さらに、フィールド受信器７５３は、地平線上の各衛星に対して、（１）ＰＲＮ同期の評価値、（２）ドップラーシフトの評価値、および（３）５０ｂｐｓ同期ビットストリームを、同じく衛星コンステレーション５０３からは直接いかなる情報も受信せずに、受信する。
【００３８】
また、ワイヤレス端末５０１は、フィールド受信器７５３を通じて、衛星コンステレーション５０３から、直接スペクトラム拡散Ｃ／Ａ符号信号を受信する。
【００３９】
図８は、衛星コンステレーション５０３における１つの衛星からのＣ／Ａ符号信号を処理するフィールド受信器７５３の主な構成要素のブロック図である。説明のために、図８では、フィールド受信器７５３の機能は、１つのＣ／Ａ符号信号に作用する個別の機能ブロックとして示されている。当業者には明らかなように、本発明の多くの実施例では、フィールド受信器７５３は、複数の衛星からのＣ／Ａ符号信号に同時に作用する適当にプログラムされた汎用マイクロプロセッサあるいはディジタル信号プロセッサである。また、当業者には明らかなように、図８の機能ブロックの多くは、変換技術により置換することができる。
【００４０】
図８において、ＳＰＳコントローラ８２１は、リード７６１から航行メッセージデータおよびタイミング同期情報を受信し、（１）ＰＲＮ同期評価値をＰＲＮ符号生成器８１９へ、（２）ドップラーシフト評価値をドップラー補正８０９へ、および、５０ｂｐｓ変調ビットストリームをミキサ８１５および位置計算器８２３へ、すべて適当に同期して、出力する。ＲＦフロントエンド８０１は、周知のようにして、衛星からＣ／Ａ符号信号を受信し、必要な帯域以外をフィルタにより除去し、ＩＦと混合する。Ａ／Ｄコンバータ８０３は、その混合信号を受け取り、１．０２３ＭＣｈｉｐｓ／ｓｅｃのチップレートの２倍以上でサンプリングする。ＰＲＮ符号生成器８１９は、１．０２３ＭＣｈｉｐｓ／ｓｅｃでＰＲＮ符号系列の生成を開始する。このＰＲＮ符号系列の周期は、当業者に周知のように、１０２３チップである。ＰＲＮ符号生成器８１９は、ドップラーシフト評価値を用いて、ＰＲＮ符号系列チップレートのドップラーシフトを補正することもできるが、ＰＲＮ符号系列のドップラーシフトは通常は非常に小さいので、これは常に必要なわけではない。ＰＲＮ符号生成器８１９がいつドップラーシフトの補正を無視することができるかおよびできないかは、当業者には明らかである。
【００４１】
図８のＡ／Ｄコンバータ８０３に続くブロックによって実行される信号処理機能が、アナログ技術を用いた代替実施例においてどのように実行されるかは、当業者には理解されるところである。このような実施例では、フィールド受信器７５３は、Ａ／Ｄコンバータ８０３が機能ブロック列の別の点に現われるであろうことを除いては、図８のものと同様のブロック図で表わされる。
【００４２】
理解されるべき点であるが、ＰＲＮ同期評価値が正しいこと、あるいは、ＰＲＮ符号生成器８１９からの最初のＰＲＮ符号系列が正確に同期していることの保証は不要である。ＰＲＮ符号生成器８１９からのＰＲＮ符号系列が同期していないことがわかった場合（スペクトルアナライザ８１７によって判定される）、ＰＲＮ符号生成器８１９は、周知のようにして、そのＰＲＮ同期評価値を１つの与えられた推測値として用いて、その評価値付近で同期位置を反復探索することにより、真の同期を求める。
【００４３】
ミキサ８０５は、ＰＲＮ符号系列と、ディジタル化されたＣ／Ａ符号信号を乗算し、逆拡散Ｃ／Ａ符号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）８０７へ出力する。ローパスフィルタ８０７は、信号を低いレートでサンプリングすることができるように、信号の帯域幅を縮小する。これにより、ドップラー補正ブロック８０９は、毎秒のサンプル数が少なくともローパスフィルタ８０７の出力の正確な表現に必要なナイキストレート、すなわち、ローパスフィルタ８０７の出力によって占められる帯域幅の２倍になるように、ローパスフィルタ８０７から受信するサンプルをいくつかおきに無視することができる。この帯域幅は、信号において観測される最大ドップラーシフト（これは、ワイヤレス端末５０１に対する衛星の相対運動によって引き起こされる）を、５０ｂｐｓ信号自体によって占められる帯域幅だけ増大させたものに等しい。例えば、ローパスフィルタ８０７の出力によって占められる帯域幅は８ｋＨｚであり、これは、１６キロサンプル／ｓというナイキストレートに対応する。
【００４４】
ワイヤレス端末５０１に対する衛星の相対運動によって引き起こされるドップラーシフトは、次の２つの成分からなる。第１は、大地に対する衛星の相対運動によって引き起こされるドップラーシフト（その評価値は、航行メッセージデータに含まれる）であり、第２は、大地に対するワイヤレス端末５０１の相対運動（もしあれば）によって引き起こされるドップラーシフトである。ドップラー補正８０９は、ローパスフィルタ８０７から信号を受け取り、大地に対する衛星の相対運動による評価されたドップラーシフトの分を補正する。これは、周知のようにして、例えば、周波数変換技術によって達成される。この場合、局部発振器の周波数が、所望の補正を達成するように調整される。
【００４５】
ドップラー補正８０９の出力は、ローパスフィルタ８１１に送られる。ローパスフィルタ８１１は、さらに低いレートでのサンプリングができるように、信号の帯域幅をさらに縮小する。ＦＩＦＯ８１３は、ローパスフィルタ８１１から受信するサンプルをいくつかおきに無視することができる。無視されないサンプルは、少なくともナイキストレート（ローパスフィルタ８１１の出力によって占められる帯域幅の２倍に等しい）で生じなければならない。この帯域幅は、大地に対するワイヤレス端末５０１の相対運動によって引き起こされる最大ドップラーシフトを、５０ｂｐｓ信号自体によって占められる帯域幅だけ増大させたものに等しい。例えば、ローパスフィルタ８１１の出力によって占められる帯域幅は５００Ｈｚであり、これは、１キロサンプル／ｓというナイキストレートに対応する。
【００４６】
ローパスフィルタ８１１の出力はＦＩＦＯメモリ８１３に送られる。ＦＩＦＯメモリ８１３は、補助システム５０５が５０ｂｐｓ変調ビットストリームを回復する間だけ信号を遅延させてから、ＳＰＳコントローラ８２１に転送する。一般に、ＦＩＦＯメモリ８１３は、長くとも、数秒間だけ信号を遅延させればよい。ＦＩＦＯメモリ８１３の出力はミキサ８１５に送られ、精密に同期した５０ｂｐｓ変調ビットストリームと混合される。この混合動作は、さらに、５０ｂｐｓ変調を除去することによって信号を逆拡散する。その結果、ミキサ８１５の出力は、もし信号が存在すれば（すなわち、ＰＲＮ同期が正確であれば）、変調されていない信号キャリアとなる。
【００４７】
ミキサ８１３の出力はスペクトルアナライザ８１７に送られる。スペクトルアナライザ８１７は、例えば、周知のようにして、離散フーリエ変換を実行する。ミキサ８１３の出力が純粋なシヌソイドである場合（これは、スペクトルアナライザ８１７からのスパイク状のスペクトルで示される）、これは、ＰＲＮ符号生成器８１９が、衛星からのＣ／Ａ符号信号と完全に同期していることを意味する。ミキサ８１３の出力が純粋なシヌソイド以外である場合（これは、スペクトルアナライザ８１７からのスパイク状のスペクトル以外のもので示される）、これは、ＰＲＮ符号生成器８１９が、衛星からのＣ／Ａ符号信号と同期しておらず、さらに同期を試みなければならないことを意味する。ここで説明したのとは異なる技術によりスペクトル分析を実行する方法も当業者には明らかである。それは、結果は同じであるが、ミキサ８１５の出力における狭帯域成分の有無を検出するものである。
【００４８】
重要な点であるが、ＰＲＮ符号生成器が衛星からのＣ／Ａ符号信号と同期している場合、これは、位置計算器８２３が距離測定情報（すなわち、衛星からワイヤレス端末５０１まで信号が伝わるのにかかる時間）を計算することができるということを意味する。さらに、位置計算器８２３は、（１）ＰＲＮ符号生成器８１９からのＰＲＮ符号同期、（２）ＳＰＳコントローラ８２１からの変調ビットストリーム、および（３）スペクトルアナライザ８１７からのＰＲＮ符号同期時刻、を知っているので、周知のようにして、ワイヤレス端末５０１の位置を計算することができる。
【００４９】
次に、ワイヤレス端末５０１の位置は、位置計算器８２３から、端末コントローラ７１０および通信送信器７４１に出力される。通信送信器７４１は、通信チャネルを通じて補助システム５０５にそれを送信する。すると、補助システム５０５は、位置に基づくサービスにおいて、そのワイヤレス端末５０１の位置を使用することができる。
【００５０】
図９は、本発明の一実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【００５１】
図１０は、本発明のもう１つの実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、従来のシステムにおけるコストや制限の多くを回避して、ワイヤレス端末の位置を決定することができる。特に、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも安価である。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりも弱い信号を受信し使用することができる。さらに、本発明の実施例は、従来のワイヤレス端末よりもすばやくその位置を決定することができる。
【００５３】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参照番号がある場合は、発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＧＰＳのような衛星測位システムのブロック図である。
【図２】従来のディファレンシャルＧＰＳシステムのブロック図である。
【図３】従来のTidget型システムのブロック図である。
【図４】従来のTendler型システムのブロック図である。
【図５】本発明の実施例による衛星測位システムのブロック図である。
【図６】図５の補助システムのブロック図である。
【図７】図５のワイヤレス端末のブロック図である。
【図８】図７のフィールド受信器のブロック図である。
【図９】本発明の一実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【図１０】本発明のもう１つの実施例による図５の補助システムおよびワイヤレス端末の動作の流れ図である。
【符号の説明】
２０１ ワイヤレス端末
２０３ 衛星コンステレーション
２０５ 地上基準受信器
５０１ ワイヤレス端末
５０２ 信号
５０３ 衛星コンステレーション
５０４ ワイヤレス通信リンク
５０５ 補助システム
５０７ タイミング源
５１２ アンテナ
５５１ ワイヤレス通信アンテナ
５５２ タイミング信号アンテナ
５５３ ＧＰＳ受信器アンテナ
６０１ 粗位置評価器
６０３ タイミング信号受信器
６０５ ＧＰＳ受信器
６０７ タイミング信号較正器
６０９ ＰＲＮ同期評価器
６１１ 復調器
６１３ 衛星可視性評価器
６１５ 衛星ドップラー評価器
６１７ 通信システムマネージャ
６１９ 通信送信器
７１０ 端末コントローラ
７２０ ユーザインタフェース
７３１ アンテナ
７３３ デュプレクサ
７４１ 通信送信器
７５１ 通信受信器
７５３ フィールド受信器
７５５ タイミング受信器
７６１ リード
８０１ ＲＦフロントエンド
８０３ Ａ／Ｄコンバータ
８０５ ミキサ
８０７ ローパスフィルタ
８０９ ドップラー補正
８１１ ローパスフィルタ
８１３ ＦＩＦＯメモリ
８１５ ミキサ
８１７ スペクトルアナライザ
８１９ ＰＲＮ符号生成器
８２１ ＳＰＳコントローラ
８２３ 位置計算器
Claims (14)
- ワイヤレス通信リンクを介して、ＧＰＳシステムでの５０ｂｐｓ変調ビットストリーム又は他の衛星測位システムでの対応するメッセージデータストリームである変調ビットシーケンスを、補助システムから受信する通信受信器、及び
衛星から距離測定情報を含む情報で拡散変調された信号を受信し、前記変調ビットシーケンスを用いて該受信した拡散変調信号を処理するフィールド受信器であって、前記処理は前記変調ビットシーケンスと該受信した拡散変調信号をＰＲＮ符号で逆拡散した信号との混合出力に基いて前記受信した拡散変調信号と該ＰＲＮ符号とが同期していることを検出し、該同期検出に応答して距離測定情報を抽出しているものである、フィールド受信器とからなることを特徴とするワイヤレス端末装置。 - 前記通信受信器は、前記補助システムから前記距離測定信号に対するドップラーシフト評価値を受信し、前記フィールド受信器は該ドップラーシフト評価値を用いて前記距離測定信号を処理することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ワイヤレス端末装置は、前記変調ビット系列および前記距離測定信号を用いて前記ワイヤレス端末装置の位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ワイヤレス端末装置の前記位置を前記補助システムへ送信する通信送信器をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ワイヤレス端末装置の前記位置を前記ワイヤレス端末装置のユーザに伝える映像ディスプレイをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ワイヤレス端末装置は、前記変調ビット系列および前記距離測定信号に基づいて部分的に処理された距離測定信号を生成し、
前記部分的に処理された距離測定信号を前記補助システムへ送信する通信送信器をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 前記ワイヤレス端末装置は、前記変調ビット系列および前記距離測定信号に基づいて距離測定評価値を生成し、
前記距離測定評価値を前記補助システムへ送信する通信送信器をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。 - ワイヤレス通信リンクを介して、ＧＰＳシステムでの５０ｂｐｓ変調ビットストリーム又は他の衛星測位システムでの対応するメッセージデータストリームである変調ビットシーケンスを、補助システムから受信するステップ、及び、
衛星から距離測定情報を含む情報で拡散変調された信号を受信し、前記変調ビットシーケンスを用いて該受信した拡散変調信号を処理するステップであって、前記処理は前記変調ビットシーケンスと該受信した拡散変調信号をＰＲＮ符号で逆拡散した信号との混合出力に基いて前記受信した拡散変調信号と該ＰＲＮ符号とが同期していることを検出し、該同期検出に応答して距離測定情報を抽出しているものであることを特徴とするワイヤレス端末装置の動作方法。 - 前記補助システムから前記距離測定信号に対するドップラーシフト評価値を受信するステップと、
前記ドップラーシフト評価値を用いて前記距離測定信号を処理するステップとをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 前記変調ビット系列および前記距離測定信号に基づいて前記ワイヤレス端末装置の位置を決定するステップをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 前記ワイヤレス端末装置の前記位置を前記補助システムへ送信するステップをさらに有することを特徴とする請求項１０記載の方法。
- 前記ワイヤレス端末装置の前記位置を前記ワイヤレス端末装置のユーザに対して視覚的に表示するステップをさらに有することを特徴する請求項１０記載の方法。
- 前記変調ビット系列および前記距離測定信号に基づいて部分的に処理された距離測定信号を生成するステップと、
前記部分的に処理された距離測定信号を前記補助システムへ送信するステップとをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 前記変調ビット系列および前記距離測定信号に基づいて距離測定評価値を生成するステップと、
前記距離測定評価値を前記補助システムへ送信するステップとをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
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