JP4252182B2

JP4252182B2 - 拡散スペクトル受信器性能の改善

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Publication number: JP4252182B2
Application number: JP2000028429A
Authority: JP
Inventors: スリダラカドレサヤ; エイ．アンダーブリンクポール
Original assignee: サーフテクノロジーインコーポレイテッド
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2000252879A; US6606349B1

Description

（発明の分野）
本発明は一般的に、拡散スペクトル通信システム、プロセス、および拡散スペクトル通信を使用するシステムに関し、より詳細には、不利な信号条件が存在するなかで、拡散スペクトル通信システムの性能を改善するシステム、プロセス、および装置の実施形態に関する。
【０００１】
（関連技術の説明）
人間により最初に使用された航法システムはおそらく太陽であろう。太陽は東から昇り西に沈むので、移動が日中に行われる限り、空における太陽の位置から方向を得ることができた。海上交易が出現するに伴い、夜間にも方向を確認する必要が生じ、天体航法が誕生した。精度を増すために、天体および太陽航法は改善され、地図、海図、ならびにアストロラーベおよび羅針盤などの装置を介して補強された。そのような装置により補強したとしても、天体および太陽航法は誤差を生みがちであり、Ａ点からＢ点に移動するのは、尚もって、ある程度試行錯誤を要する問題であった。
【０００２】
無線の出現、特に強力な商用無線局の出現に伴い、地上局ベースの無線方向探知（ＲＤＦ）が実現した。ＲＤＦの背景にある原理は、比較的単純である。ナビゲータは、指向性アンテナを使用してある無線局に周波数を合わせ、その無線局の方位を発見し得る。次に、ナビゲータは、第２の無線局に周波数を合わせ、その局の方位を発見し得る。方位を知ることと、両無線局の地図上の位置を知ることとにより、ナビゲータの位置を計算し得る。
【０００３】
長距離航空輸送における進歩の継続は、航空機を正確に誘導する能力を必要にした。この要求を満たすためにＲＤＦが使用され、航法のために地上局ベースのビーコンが開発された。これらのビーコンは、すべての航空機のみならず船舶にとっても急速に不可欠となった。
【０００４】
グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）も無線航法に基づくが、相違点は、ビーコンがもはや静止性でなく、地上ベースでないことである。ＧＰＳシステムは、衛星ベースの航法システムであって、２４基の衛星に加え軌道上にスペア（ｓｐａｒｅｓ）を有し、１１，０００海里上空の宇宙空間で、均等に配置された６本の軌道を周回している。各衛星は、１２時間で地球を一周する。
【０００５】
ＧＰＳの主たる機能は、時計として作用することである。各衛星は、搭載する１０．２３ＭＨｚセシウム原子時計から信号を得る。各衛星は、その特定の疑似ノイズ（ＰＮ）コードを伴って、拡散スペクトル信号を送信する。明瞭に異なるＰＮコーディングシーケンスを使用して、同一のスペクトルで、複数の信号を送信することにより、衛星は、互いに干渉せずに同一の帯域幅を共有し得る。ＧＰＳシステムに使用されるコードは１０２３ビット長で、毎秒１．０２３メガビットの速度で送信され、毎マイクロセカンドにおよそ１度のタイムマークを発生するが、これは時として「チップ」と称される。このシーケンスは毎ミリセカンドに１度反復され、進路獲得コード（Ｃ／Ａコード）と称される。２０サイクルごとにコードは位相を変更し得、他の衛星すべての「アルマナック」含有データを有する１５００ビット長のメッセージをコード化する。
【０００６】
ＧＰＳ機構により指定されているＰＮコードは３２ある。そのうち２４は、現在軌道を周回中の衛星に属し、２５番目のＰＮコードは、任意の衛星に割り付けられるよう指定されている。残りのコードは予備のコードであって、古いユニットまたは故障したユニットと交換される新規の衛星に使用され得る。異なるＰＮシーケンスを使用するＧＰＳ受信器は、一致を探して信号スペクトルを走査する。ＧＰＳ受信器は、一致を発見した場合、その信号を発生した衛星を識別する。
【０００７】
地上ベースのＧＰＳ受信器は、三角測量と称される無線方向探知機（ＲＤＦ）の方法論の変形を使用して、その地上ベースＧＰＳ受信器の位置を判定し得る。ＧＰＳの位置判定は、無線ビーコンがもはや静止性でなく、地球を毎秒約１．８マイルの速度で周回し、宇宙を移動する衛星である点で、ＲＤＦ技術とは異なる。宇宙ベースであることにより、ＧＰＳシステムは、三角測量などの方法を用いて、事実上、地球上の任意の点の位置を確定するのに使用できる。
【０００８】
この三角測量は、衛星から時刻信号を獲得するＧＰＳ受信器ユニットに依存している。実際の時刻を知り、これを衛星から受信した時刻と比較することにより、受信器は衛星までの距離を計算し得る。例えば、ＧＰＳ衛星が、受信器から１２，０００マイルにあれば、受信器は、その衛星から半径１２，０００マイルで規定された空間のどこかに存在するに違いない。次に、ＧＰＳ受信器が第２の衛星の配置を確認した場合、この第２の衛星の周囲の配置球空間に基づき、受信器の位置を計算できる。２つの球空間は交差し、円を形成しているので、ＧＰＳ受信器はその配置円内のどこかに位置するに違いない。第３の衛星の配置を確認することにより、ＧＰＳ受信器は、第３の衛星の周囲の配置球空間を予測できる。第３の衛星の配置球空間は、最初の２つの衛星の配置球空間の交差により形成される配置円と、わずか２つの点で交差する。配置球空間がその２つの可能な配置点の１つと交差する、もう１つの衛星の配置を判定することにより、ＧＰＳ受信器の正確な位置が判定される。その結果、正確な時刻も判定し得る。これは、すべての衛星の配置を説明し得る時刻オフセットは１つしかないからである。三角測量法は、３０メートルのオーダーの精度で位置を算出するが、ＧＰＳ位置判定の精度は、信号強度および多重通路反射により劣化し得る。
【０００９】
一度に１１基までの衛星が、ＧＰＳ受信器により受信され得る。峡谷など、特定の環境では、遮蔽される衛星もあるので、ＧＰＳ位置把握システムは、水平線近くの衛星など、弱い信号強度を有する衛星に位置情報を依存し得る。別の場合には、ＧＰＳ受信器ユニットにより受信された信号強度を頭上の枝が低減し得る。いずれの場合も、信号強度が非常に低減され得、位置判定のための十分な衛星を獲得することが困難になり得る。そのような場合、ＧＰＳ受信器は、衛星を発見するためにいくつかの試みを行い、位置判定に適切な信号上にロックする時間を増大させ得るか、または信号にまったくロックできないことがある。
【００１０】
多重通路反射の場合、信号は構造物から、または地上からさえも反射され得るので、受信器への信号通路は間接的となる。間接通路が直接通路より長く、信号が受信器まで移動する距離を長くするので、結果として、衛星の距離はより遠く離れているように現れる。その結果、受信器により計算された位置は誤差を含み得る。
【００１１】
通信に無線スペクトルを使用する方法は複数ある。例えば、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）では、周波数帯が、連続する周波数スロットに分割され、異なる送信機が異なる周波数スロットに割り当てられる。
【００１２】
ｎ時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システムでは、各送信機が発信し得る時間が１つのタイムスロットに限定されているので、送信機はメッセージを次々に送信するが、割り当てられた時間の間のみ送信する。ＴＤＭＡでは、各送信機が送信する周波数は、一定周波数であり得るか、または連続的に変化する（周波数ホッピング）。
【００１３】
複数のユーザに無線スペクトルを割り付ける第３の方法は、拡散スペクトルとしても知られる、コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）を使用するものである。ＣＤＭＡでは、すべてのユーザが常に同じ周波数帯で送信する。各ユーザは、そのユーザの送信を他のすべてから分離するのに使用される専用のコードを有する。このコードは、一般的に拡散コードと称される。これは、その帯域幅全体に情報を拡散するからである。また、このコードは、一般的に疑似ノイズまたはＰＮコードとも称される。ＣＤＭＡ送信では、送信データの各ビットは、送信されるデータが「１」の場合、その特定ユーザの拡散コードにより置換され、送信されるデータが「０」の場合、拡散コードの逆により置換される。
【００１４】
受信器で送信を復号するためには、コードを「非拡散」する必要がある。非拡散化のプロセスは、入来する信号を用い、これを拡散コードにより乗算して、結果を合計する。このプロセスは、一般的に相関として知られ、信号がＰＮコードに相関すると、一般的に言われる。非拡散化のプロセスでは、オリジナルデータが他のすべての送信から分離され得、オリジナルの信号が復元され得る。ＣＤＭＡシステムに使用されるＰＮコードの属性は、１つの拡散スペクトルコードの存在が、別コードの復号の結果を変えないというものである。あるコードが別のコードの存在に干渉しない属性は、しばしば直交性と称され、この属性を処理するコードは、直交であると言われる。
【００１５】
電話通信の種類を指すのには、ＣＤＭＡという用語が広く使用されるが、拡散スペクトルという用語も適用される。本願において、これらの用語は、相互置き換え可能なものとして使用する。
【００１６】
ＣＤＭＡ信号からデータを抽出するプロセスは、一般的に、相関、復号、および非拡散など多くの用語により知られている。本願において、これらの用語は、相互置き換え可能なものとして使用する。
【００１７】
拡散スペクトルシステムにより使用されるコードは、一般的に様々な用語により称され、ＰＮ（疑似ノイズ）コード、ＰＲ（疑似ランダム）コード、拡散コード、非拡散コード、および直交コードを含むが、これらに限定されない。本願において、これらの用語は、相互置き換え可能なものとして使用する。
【００１８】
ＣＤＭＡがしばしば拡散スペクトルと称されるのは、データ帯域幅に比べ、送信帯域幅が大きいからである。拡散スペクトルは、数々の利点を有する。ある利点は、データ送信がスペクトル全体に拡散されるので、拡散スペクトルは、他のいくつかの送信プロトコルよりも妨害に耐え得る。別の利点は、メッセージが低電力で送信されても尚、復号されることである。
【００１９】
全地球位置把握システムは、拡散スペクトル技術を使用して、データを地上ユニットに伝達している。拡散スペクトルの使用は、ＧＰＳシステムにおいて特に有利である。拡散スペクトル技術は、ＧＰＳ受信器が信号周波数で動作することを可能にするので、複数周波数が使用される場合に、他の周波数帯に切り替えて調整するために必要な追加のエレクトロニクスを省略する。また、拡散スペクトルは、例えば、５０ワット以下を必要として、実質的妨害に耐えるのに、ＧＰＳシステムの電力消費要求を最小化し得る。
【００２０】
ＧＰＳシステムは広く利用されているが、その性能を劣化させたり使用を妨害する条件が存在する。ＧＰＳ信号の受信の改善は、絶えず求められている。ＧＰＳ信号の受信において、地上ベース受信器の性能を改善するために、より優れた感度が必要とされている。
【００２１】
ＣＤＭＡ（コード分割多アクセス）は、携帯電話システムにおいて、ＦＤＭＡ（周波数分割多アクセス）およびＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）の代替として使用される。ＴＤＭＡのＣＤＭＡに対する優位性に関しては、広く議論されてきた。両技術は、引き続き市場での認知および市場シェアを競っており、この競争ゆえに、それぞれにおける改善が絶えず求められてきた。従って、当該分野において、ＣＤＭＡ携帯電話システムの感度を改善する必要が存在する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明による拡散スペクトル通信を向上させる方法は、拡散スペクトル信号を受け取るステップと、拡散スペクトル信号の強度を判定するステップと、拡散スペクトル信号をＰＮコードと相関させて、相関された出力を生成するステップと、信号の信号強度に基づいて、閾値を調節するステップと、相関された出力を閾値と比較して、拡散スペクトル信号内に特定のコードが存在するかどうかを判定するステップとを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
比較は、仮説検定メカニズムを用いて実行されてもよい。
【００２４】
信号強度は、拡散スペクトル信号を、存在しないように保証されたＰＮコードと相関させ、拡散スペクトル信号を、システム内の存在しないように保証されたＰＮコードと相関させることにより判定された相関値を用いて、信号強度を判定することにより判定されてもよい。
【００２５】
信号強度は、拡散スペクトル信号を、システムによって受け取られないＰＮコードと相関させ、拡散スペクトル信号を、システム内で受け取られない相関コードと相関させることにより判定された相関値を用いて、信号強度を判定することにより判定されてもよい。
【００２６】
本発明による拡散スペクトル通信を向上させる方法は、拡散スペクトル信号を受け取るステップと、拡散スペクトル信号の信号強度を判定するステップと、拡散スペクトル信号をＰＮコードと相関させて、相関値を判定するステップと、信号の強度に基づいて、閾値を調節するステップと、相関値を閾値と比較して、データが受け取られたかどうかを判定するステップとを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
比較は、仮説検定メカニズムを用いて実行されてもよい。
【００２８】
信号強度は、拡散スペクトル信号を、システム内で使用されないように保証されたＰＮコードと相関させ、拡散スペクトル信号を、システム内で使用されないように保証されたＰＮコードと相関させることにより判定された相関値を用いて、信号強度を判定することにより判定されてもよい。
【００２９】
信号強度は、拡散スペクトル信号を、システムによって受け取られないＰＮコードと相関させ、拡散スペクトル信号を、システム内で受け取られない相関コードと相関させることにより判定された相関値を用いて、信号強度を判定することにより判定されてもよい。
【００３０】
本発明による拡散スペクトル通信を向上させる方法は、拡散スペクトル信号を受け取るステップと、拡散スペクトル信号の強度を判定するステップと、信号強度の判定に基づいて、アクティブアンテナとパッシブアンテナとの間で切り換えを行うステップとを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
アンテナの切り換えは、受け取られる各コードの信号強度に基づいて達成されてもよい。
【００３２】
本発明による拡散スペクトル通信を向上させる方法は、特定のコードの相関値を、受け取られる他のＰＮコードの相関された値と比較することにより、特定のコードを含む拡散スペクトル信号の信号強度を判定するステップと、特定のＰＮコードの相関された値の、受け取られる他のＰＮコードの相関された値との比較に基づいて、拡散スペクトルシステムを調節するステップとを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
拡散スペクトルシステムの調節は、特定のコードを含む信号の強度に基づいて閾値を調節することと、相関値を閾値と比較して、データビットが受け取られたかどうかを判定することとを含んでもよい。
【００３４】
調節は、特定のＰＮコードの相関値を閾値と比較するステップと、比較の結果に基づいてアクティブアンテナとパッシブアンテナとの切り換えを行なうステップとを含んでもよい。
【００３５】
相関された値の出力値は平均されてもよい。
【００３６】
本発明による拡散スペクトル通信システムを向上させる装置は、拡散スペクトル信号と、拡散スペクトル信号の信号強度を判定する手段と、拡散スペクトル信号を、ＰＮコードと相関させる相関器と、特定のＰＮコードが存在するかどうかを決定するために、相関器の出力を閾値レベルと比較する比較ユニットと、拡散スペクトル信号の信号強度に基づいて、閾値レベルを調節する手段とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
比較ユニットは、相関器から出力された値について数学的演算を実行するメカニズムをさらに含んでもよい。
【００３８】
信号強度を判定する手段は、システムによって現在受け取られていないＰＮコードと、受け取られていないＰＮコードを、拡散スペクトラム信号と相関させる相関器と、相関器の出力を閾値と比較する比較器とをさらに含んでもよい。
【００３９】
比較ユニットは仮説検定メカニズムを含んでもよい。
【００４０】
信号強度を判定する手段は、拡散スペクトル信号内の複数の拡散スペクトルコードと、拡散スペクトル信号を用いて、拡散スペクトルコードの相関値を保持する装置と、相関された値を所定の最大値と比較する比較回路とをさらに含んでもよい。
【００４１】
現在受け取られていないコードは、２５番目のＧＰＳコードであってもよい。
【００４２】
本発明による拡散スペクトル通信システムを向上させる装置は、拡散スペクトル信号と、拡散スペクトル信号の信号強度を判定する手段と、信号強度に基づいて、アクティブアンテナとパッシブアンテナとの切り換えを行なうスイッチメカニズムとを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００４３】
信号強度を判定する手段は、システムによって現在受け取られていないＰＮコードと、受け取られていないＰＮコードを、拡散スペクトル信号と相関させる相関器と、相関器の出力を所定の値と比較する比較器とをさらに含んでもよい。
【００４４】
拡散コードは、２５番目のＧＰＳコードを含んでもよい。
【００４５】
従って、本発明の好適な実施形態は、拡散スペクトル技術を実施するシステムに関する。ＧＰＳ受信器、コードレス、および携帯電話は、拡散スペクトル技術を利用し得るシステムの例であり、本願において、発明の好適な実施形態を説明するために使用される。
【００４６】
拡散スペクトル技術は、信号が低電力で送信される必要のあるアプリケーションにおいて有利である。これは、拡散プロセスが、一般的に疑似ノイズ即ちＰＮコードと称される連続ビットにより各データビットを置換することによって、送信される信号に冗長性を導入するからである。この冗長性は、信号の一部がノイズにより曖昧であっても、信号を復号することを可能にする。
【００４７】
データを受信するためには、拡散スペクトル受信器は、ＰＮコードが存在することを判定しなければならない。ＰＮコードが受信された信号中に存在することを判定するためには、受信された信号は、ビット毎にＰＮコードと比較されなければならない。このＰＮコードとのビット毎の信号比較のプロセスは、一般的に相関と呼ばれる。完全な一致は信号の存在を示す。しかしながら、完全な一致でなくとも、信号の存在を示し得る。これは、ノイズが信号発信のビットパターンを妨害し得、その結果、信号のすべてのビットが必ずしもコードに一致しないからである。拡散スペクトルの利点の１つは、信号が冗長であるため、たとえ複数のビットがノイズにより破壊されていても、残りのビットを検出し、信号を復号し得ることである。
【００４８】
特定の拡散スペクトルが存在することを判定するためには、受信された信号をビット毎にＰＮコードと比較し、その結果を検証しなければならない。結果が、ＰＮコードと受信された信号との１００％の一致である場合、コードを含む信号がおそらく存在する。しかしながら、１００％に満たない一致である場合も尚、信号が存在し得る。信号の存在を検証するために、一般的に仮説検定と称されるプロセスが使用される。仮説検定は、所定の割合の一致に対して信号を検証する。信号とＰＮコードとが、その割合での一致が達成されるか、超過した場合、仮説検定は、より大きな割合の閾値を検定することに進む。信号とＰＮコードとの、割合一致の閾値を徐々に高くする検定のプロセスは、最終閾値を超えれば終了して、信号が存在すると判定される。また、仮説検定プロセスは、割合一致の閾値を超える連続的な試みが成功しなかった場合にも終了する。仮説検定器の連続的閾値を超える所定の数の連続的試みが失敗した場合、ＰＮコードを含む信号は存在しないと判定される。仮説検定プロセスは、たとえ１００％の一致が決して獲得されなくても、高い可能性で信号が存在することを保証する。仮説検定プロセスは、誤った正の一致を除去するのに役立ち、誤った否定（特定のＰＮコードが存在しないとする誤った表示）を防止するのにも役立つ。
【００４９】
仮説検定プロセスは、弱い信号が存在することを判定するのに長い時間を要し、複数の試みを行わなければならないという点で、弱点を有する。ＰＮコードを信号に一致させる複数の試みが必要であるのは、弱い信号条件の場合、ランダムノイズが簡単に信号に干渉しビットパターンを破壊するからである。仮説検定のプロセスは、信号の複数サンプリングに依存し、これにより、平均してランダムノイズの影響を打ち消す。仮説検定のプロセスは、反射された信号、または多重通路の信号が誤った表示を起こすほど強いという点においても弱点を有する。
【００５０】
開示される実施形態は、仮説検定および一般的な拡散スペクトル信号のプロセスにおいていくつかの改善を提供する。ある好適な実施形態は、入来する拡散スペクトル信号の強度を測定し、受信した信号の強度レベルに応じて、仮説検定のレベルを調節する。拡散スペクトル信号が弱い場合、閾値レベルを低下させることで、特定のＰＮコードを発生する信号が存在することを判定するのに必要な時間を減少させる。拡散スペクトル信号が強い場合、閾値レベルを上昇させることで、多重通路信号が、ＰＮコードを発生する目的の信号として、誤って判定されることを防ぐのに役立つ。
【００５１】
さらに、様々な実施形態が、信号強度を判定する新旧両方法を利用している。本開示のいくつかの実施形態に使用される新規の方法は、復号される拡散スペクトルに存在しないＰＮコードを使用し、信号の強度を判定する。受信された拡散スペクトルに存在しないコードが、拡散スペクトル信号と相関させられる。不使用コードの相関の結果は、信号強度の指標となる。本開示のＧＰＳの実施形態では、２５番目のＧＰＳコードが、入来する信号と相関される。２５番目のＧＰＳコードは、任意のＧＰＳ衛星に存在しないとしてＧＰＳ機構により識別されているコードである。このコードのＧＰＳ信号の相関は、これが拡散スペクトル信号の強度の指標となる結果を生み出す。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本明細書中において説明する第１の例示的実施形態は、ＧＰＳ受信器システム、プロセスおよびデバイスに関する。
【００５３】
図１は、宇宙空間における４つのＧＰＳ衛星１０５、１０７、１０９、および１１１からの信号を同時に受信する地上にあるＧＰＳ受信器１０３を示す図である。４つのＧＰＳ衛星１０５、１０７、１０９、および１１１は、ＧＰＳ受信器１０３により受信される高精度の報時信号を連続的に同報通信する。ＧＰＳ衛星１０５、１０７、１０９、および１１１の各々からの信号は、異なるパス１１３、１１５、１１７、および１１９をそれぞれ通らなければならない。受信される各衛星からの報時信号は、衛星からの信号が受信器への異なるパスを通るために必要な時間を含む。衛星はまた、それらの位置に関するデータをも報時信号と同様に同報通信する。衛星の位置を知り、衛星から受信器までの距離を演算するために報時信号を用いることにより、受信器は正確にその位置を決定することができる。
【００５４】
図２は、拡散スペクトルを符号化するためのＧＰＳ衛星の一部２０１、およびデータの送信を示すブロック図である。ブロック２０３は、送信のために符号化される衛星データを表す。このデータは、衛星のための位置情報、ならびに遅延および誤差情報を含む。ブロック２０５は、一般にアルマナックデータ（全てのＧＰＳ衛星上のデータ）と呼ばれるものを表す。ブロック２０７は、衛星内の高精度の原子時間基準により発生する現在の時間を表す。ブロック２０３、２０５、および２０７からの情報は、データ符号器２０９により適切なフォーマットにおいて符号化される。符号化データは、その後拡散ユニット２１１へ送信される。拡散ユニット２１１は符号化データをビット毎に２４個の拡散コードのうちの１つに乗算することにより、符号化データを相関させる。２４個の拡散コードの各々は、軌道上の特定の衛生を表す。チップ速度は、時間を拡散コードの長さに乗算したデータ速度に等しい。データストリームは、その後変調器２１９（ここでキャリア周波数１．５７５４２ＧＨｚがそれにより変調される）へ送信される。生成信号は、同時通信のための衛星のアンテナ２２１へ送信される。
【００５５】
図３は、例示的なＧＰＳ受信器ユニットの受信部３０１を示す一般化されたブロック図である。アンテナ３０３は、１つ以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信する。受信された信号は、復調器３０５に供給される。復調器３０５は、ブロック３０７に示すように、キャリア周波数（例えば、１．５７５４２ＧＨｚ）を用いて信号を復調する。生成データ信号３０９は、衛星の信号２１５に対応する。拡散スペクトル信号３０９は、その後擬似ノイズコード３１３を用いて相関器３１１において収束される。データ復号器３１５は、その後必要とされるデータを復号し得る。このデータとは、受信ユニットの位置を三角測量するために用いられる。
【００５６】
図４は、長さ８の拡散コードと共に示される、スペクトル拡散および収束、または相関プロセスを表す表を示す。３つの８ビット拡散コードが示される。拡散コード１の４０１は、１１００００１１であり、拡散コード２の４０３は、００１１００１１であり、拡散コード３の４０５は、１００１０１１０である。例えば、拡散コード１を用いてデータを拡散するために、データ「１」が送信される場合、列４０７内にあるコードのコピーである１１００００１１は、その適所に送信される。データ「０」が送信される場合、列４０９内に示す、各ビットが逆になった逆コードである００１１１１００がその適所に送信される。すなわち、拡散コード１が用いられ、「１」を表すデータが送信される場合、１１００００１１が送信され、同様に、「０」を表すデータが送信される場合、コード００１１１１００が送信される。
【００５７】
収束プロセスは、数学的操作（すなわち受信データとの相関関係）を含む。例えば、データが拡散コード１を使用している送信者から受信されると仮定する。データを収束するため、まず受信されたコードの全ての「０」は、演算を目的として−１に置換される。１１００００１１（コード１の「１」の表現）が受信された場合、欄４１１に示す１１−１−１−１−１１１に置換される。受信されたコードは、ビット毎に拡散コードの演算的表現（すなわち、欄４１３に示す１１−１−１−１−１１１）により乗算される。拡散コードおよび受信されたコードのビットの答えは、欄４１５に示すように１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＝＋８として示される。相関関係の答えは＋８であり、これによりバイナリ「１」が検出される。００１１１１００（欄４０９に示すコード１の「０」の表現）が受信された場合、欄４１７に示す−１−１１１１−１−１１に置換される。受信されたコードは、ビット毎に拡散コードの演算的表現（すなわち、欄４１９に示す１１−１−１−１−１１１）により乗算される。欄４２１に示すビットの答えは−１−１−１−１−１−１−１−１＝−８であり、相関関係の答えは−８であり、これによりバイナリ「０」が検出される。信号が拡散コードの逆と相関していた場合、答えは＋８であった。これらの方法は等価的であり、この選択は特定の実施形態に基づいてなされ得る。
【００５８】
信号拡散によりコード１と共に送信されたデータが、拡散コード２により収束される場合が、欄４２３、４２５、および４２７に示される。例として、「１」の拡散コード１データビット（すなわち、１１００００１１）が受信される。欄４２３に示すように、０ビットは演算目的のために−１に置換される。その後、受信されたコード１１−１−１−１−１１１は、ビット毎に拡散コード２（例えば、欄４２５に示す−１−１１１−１−１１１）により乗算される。拡散コード１データ「１」を拡散コード２により乗算した答えは、欄４２７に示すように−１−１−１−１＋１＋１＋１＋１＝０である。すなわち、データ「１」を表す拡散コード１は、ビット毎に乗算されて拡散コード２と合計され（即ち、コード１によるデータ拡散はコード３と相関し、その結果は０である）、言い換えると、データが検出されない。従って、拡散コード第１号を用いるバイナリ１の送信は、拡散コード２を用いるデータ解釈に干渉しない。
【００５９】
コード１による信号拡散により送信され、拡散コード３を用いて収束されるデータが、欄４２９、４３１、および４３３に示される。例として、「１」の拡散コード１データビット（即ち、１１００００１１）が受信される。欄４２３に示すように、０ビットは演算目的のために−１により置換される。その後、受信されたコード１１−１−１−１−１１１は、ビット毎に拡散コード３に乗算される（例えば、欄４３１に示す１−１−１１−１１１−１）。拡散コード１データ「１」を乗算した答えは、欄４２７に示すように１−１＋１−１＋１−１＋１−１＝０である。すなわち、データ「１」を表す拡散コード１がビット毎に乗算されて拡散コード３と合計される場合、その結果は０であり、この場合データは検出されない。従って、拡散コード１を用いるバイナリ１の送信は、拡散コード３を用いるデータ解釈に干渉しない。
【００６０】
上記の例は、１つのコードにより送信されるデータが、別コードにより送信されるデータに干渉しないという事実を示している。１つのコードによるデータの送信が、別のコードにより送信されるデータをマスクしないというこの特質は、一般に直交性と呼ばれ、そのような特質を有するコードは直交性であると言える。
【００６１】
上記の説明は、ウォルシュコードとして知られる、完全に直交性であるコードのクラスにより実施された。しかし、ウォルシュコードの数は制限されている。現存のウォルシュコードの数は、拡散コードにおけるビットの数に等しい。この状態が制限的であることから、擬似ノイズ（ＰＮ）コードとして知られる、ほとんど直行的であるコードの族が開発されてきている。擬似ノイズコードは、周期的に反復し、擬似ノイズコードがそれら自体により乗算されてビットが合計される場合、その結果はシーケンスの長さと同じ数であるという特質を有する。すなわち、理想的な条件下において、コード長さＮの擬似ノイズコードの、そのコードを含む信号との相関的答えは、値Ｎとなる。例えば、ＧＰＳ擬似ノイズコードの長さは１０２３であり、ＧＰＳ信号をその信号内に含まれるコードと相関させる場合、相関器の出力は１０２３となり、信号が存在しないならばその値は−１となる。
【００６２】
擬似ノイズコードはまた、それらが任意の数のビットにより遅れず遷移される特定の擬似ノイズコードを含む信号と相関する場合、その結果は−１である。このことは、その相関関係が、コードをもつ拡散スペクトル信号に遅れず同期しなければならないことを意味する。幾百万の擬似ノイズコードが文字通り存在し、よってそれらは携帯電話システム内における使用に適している。
【００６３】
拡散スペクトルシステムは、低電力信号と混ざるノイズに対してより耐性があるが、それでも復号可能であるという利点を有する。拡散スペクトルシステム内の信号は非常に低くあり得るため、信号を獲得すること、およびその信号が存在することを識別することを困難にし得る。仮説検定として知られるプロセスは、獲得プロセスを容易にするために用いられ得る。このプロセスは、連続的なより高い値を、相関器の出力と比較し、信号が存在するか否かを決定する。このプロセスは、獲得を２つの方法で支援する。獲得を補助する第１の方法は、誤った高い値が検出された場合に、この値がいくつかの連続したしきい値を通過しなければならないため、正確な復号化信号としてすぐに識別されない。第２に、大量の過渡干渉があり、信号のビットの合計がコードにより乗算されるときに低い数の答えを出す場合、このコードは不正確なものとしてすぐに拒絶されない。この信号は、正確に獲得されたか否かを決定するため、すなわち正確なコードが選択され、正確に入力シーケンスと整列したかを確認するために、いくつかのサンプルセットに対して検査されなければならない。
【００６４】
図５は、仮説検定手順の一般化した例を示すフロー図である。この手順の第１のブロックにおいて、パラメータは初期化されている。検定下のしきい値レベルであるＮは、第１レベルのしきい値（即ち、最低レベルがまず比較されるように１）に初期化される。カウンタであるＸは、信号の相関値が何度、仮説検定しきい値を超えられなかったかを追跡していくものであり、０に初期化される。また、初期化ブロックにおいて、入力信号は初めてサンプル化される。初期化ブロック５０３の後、制御はブロック５０５へと移る。ブロック５０５において、受信された信号は、ビットごとに乗算を用いて擬似ノイズコードと相関する。制御はその後、決定ブロック５０７へと移る。決定ブロック５０７において、信号の擬似ノイズコードとの相関の結果は、Ｎ次しきい値レベルと比較される。この比較がＮ次しきい値の値よりも大きい数にならなかった場合、制御は決定ブロック５０９へと移る。この比較がしきい値Ｎよりも大きい値である数になった場合、制御は決定ブロック５１５へと移る。決定ブロック５１５において、Ｎが最大しきい値レベルであるか否かが決定される。Ｎの現在の値が最大しきい値の値である場合、全ての意図されたしきい値が見合い、正しいコードが用いられなければならない。そして制御はブロック５１７へ移り、ここでアルゴリズムは、信号の獲得および特定の擬似ノイズコードが存在するという決定と共に終了する。決定ブロック５１５が最後のしきい値レベルは通過されなかったことを知ると、制御はブロック５１９へと移り、ここで検定下のしきい値レベルを表すＮが次のレベルへインクリメントされる。ブロック５１９から制御がブロック５１１へ移り、信号が再サンプル化される。この信号が再サンプル化された後、制御はブロック５０５へと移り、プロセスが継続する。
【００６５】
ブロック５０７内の相関値がｎ次しきい値よりも大きくない場合、制御は決定ブロック５０９へと移る。ブロック５０９において、比較がＸ回失敗したか否かについての決定がなされ、ここでＸは手順の特定の実施形態により決定される数である。この比較がＸ回失敗した場合、おそらく信号は存在せず、制御はブロック５１３へと移り、信号が現在のコードを用いて獲得されなかったことを示し、手順を終了する。決定ブロックが、比較がＸ回失敗していないことを知ると、正確なコードがまだ見つかっていない可能性があり、制御は信号を再サンプル化するブロック５１１へ移る。そして制御はブロック５０５へ移り、手順が継続する。
【００６６】
図６は、ＧＰＳ受信器または携帯ＣＤＭＡ電話における仮説検定の例示的な実施形態を示す。この仮説検定器６０１の例において、拡散スペクトル情報を含む受信された信号６０３は、相関器６０７において擬似ノイズコード６０５に比較される。出力は、演算ユニット６０９へ送信され、ここで復号データが平均化されるか、もしくは大きなずれが放棄されるか、または他の数学的操作（例えば、試される相関関係の数をカウントする）が行われ得る。演算ユニットはまた、特定のアプリケーションによっては、データを変更せずに次のステージである比較器６１３へと送ってもよい。比較器は演算上のユニットから受信された値を第１のしきい値レベル６１１に比較する。このユニットが第１のしきい値レベルと一致するか、もしくは超える場合、これは復号器第２号である６１７による比較を、イネーブル信号６１５を送信することにより、イネーブルする。第２の比較は、第１のレベルの比較が成功するまで行われない。相関器６１７はまた、拡散スペクトル情報およびこれが相関器第１号と同じように比較される擬似ノイズコード６０５を含む受信信号６０３に接続される。第２の相関器レベル６１７の出力は、第２の演算ステージ６１９に連結される。第２の演算ユニット６１９が、復号ユニット６１７において実施される復号における操作を終了したときに、その結果は比較ユニット６２３（ここで第２のしきい値レベル６２１と比較される）に連結される。この比較が、その結果がしきい値レベル第２号と一致するか、もしくは超えるような場合、比較器第２号の６２３はイネーブル信号６２５を次のレベルへ連結することにより、この次のレベルを起動する。このプロセスは、Ｎしきい値を介して継続される。
【００６７】
Ｎ次復号器６２７はまた、前のステージと同じく、拡散スペクトル情報およびこれが比較される擬似ノイズコード６０５を含む受信信号６０３に接続される。Ｎ次復号器６２７の出力は、Ｎ次演算ユニット６２９に連結される。Ｎ次演算ユニット６２９が、復号ユニット６２７において行われる復号における操作を完了したときに、その結果は比較ユニット６３３（ここでそれが最後のＮ次レベル６３５と比較される）に連結される。この比較が、その結果がしきい値レベル数Ｎと一致するか、もしくは超えるような場合、比較器Ｎは、擬似ノイズコードが見つかり、受信信号６０３に存在するメッセージの１つを復号化することを示すフラグ６３５を出力する。
【００６８】
図６に示す仮説検定ユニットは、例示的な実施形態である。種々の要因（例えば、利用できるハードウェアの量、利用できる演算リソース、合致しなければならない獲得時間のための仕様、および一つ一つの実施形態により多様化し得る他の詳細）に依存して実施され得る種々の可能性ある他の方法が存在する。例えば、複数の復号ユニット（即ち、６０７、６１７、６２７）、演算ユニット（即ち、６０９、６１９、６２９）、もしくは比較（即ち、６１３、６２３、６３３）ユニットによってはなくてもよく、そして同じユニットが仮説検定の全てのステージに用いられ得る。復号、演算、および比較ユニットは省略されてもよく、その機能はマイクロプロセッサおよび適切なソフトウェアを用いて実施されてもよい。
【００６９】
個々のブロックそれら自体もまた、幅広い種類の多様性を示す。例えば、各相関器は、実際に１つよりも多くのユニットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、２つの信号を正確に同期させることが困難なことから、受信信号を擬似ノイズに比較するために複数の比較ユニットを用いてもよい。そのような多様化を図７に示す。
【００７０】
図７は、多重比較器７０１のブロック図である。受信信号７０３およびＰＮコードは、多重比較器７０１に結合され、そして第１段階Ｃ１、７０７において比較される。出力７０９は、比較の結果として生成される。ＰＮコードはまた、遅延ブロックＤ１、７１１において遅延され、そして遅延バージョン７１３は、比較器第２号に結合され、比較器第２号は、遅延ＰＮコードを受信信号７０３と比較し、そして出力７１７を生成する。次に、遅延ＰＮコード７１３は、ブロック７１９においてさらなる遅延Ｄ２に通され、そしてさらなる遅延ＰＮコード７２１は、比較器Ｃ３に結合され、次に比較器Ｃ３は、遅延ＰＮコードを受信信号７０３と比較する。このプロセスは、ＰＮコードを順次遅延する多くの段階、例えばＭ、を通って進行し得る。最終段階において、遅延ＰＮコード７２９は、Ｍ遅延を挿入され得、そしてＭ＋１相関器において受信信号７０３と比較され得、そしてＭ＋１出力７３３を生成し得る。最高値を有する出力は、ＰＮコードと受信信号との間で最良の同期を達成した段階である。
【００７１】
さらに、図７の機構は、干渉レベルを決定するために使用され得る。すべての段階の出力が高いレベルの場合、強い干渉があり、そして強い信号が存在する。
【００７２】
使用され得る多重比較器スキームには種々の異なる変種があることは、当業者の理解するところである。遅延の数は、増加または減少させてもよいく、各遅延の時間を変更してもよい。ＰＮコードは、進めても遅らせてもよい。受信信号もまた遅延されても良い。他の変更も可能である。
【００７３】
ＣＤＭＡまたはスペクトラム拡散成分を含むシステムは、信号取得およびＰＮコード識別のための仮説検定の種々の方法を使用してもよい。仮説検定は、正しいＰＮコードが過渡的干渉信号に基づいて棄却されることを抑制し得、そして不当なＰＮコードが過渡的干渉のために受理されることを抑制し得る。仮説検定はまた、その方法の順次試行という性質のために周辺信号が復号化されることを可能にする。
【００７４】
しかし、その方法には欠点がある。例えば、頭上の樹葉などが原因で信号が低いレベルの場合、適切なコードを識別し、そして信号を取得することは、著しい量の時間を消費し得る。なぜなら、順次閾値試験を通過しなければいけないからであり、これはまた著しい量の時間を消費する。
【００７５】
仮説検定はまた、強い信号の状態下では性能を低下させ得る。信号が強く、そして信号供給源と受信ユニットとの間の直接経路がブロックされる場合、受信ユニットは、信号の反射を取得し得る。そのような反射信号は、一般に多重経路信号と称される。なぜなら、信号の受信器への直接経路に加えて、送信器から受信器への別の非直接的な経路があるからである。このことにより、図７にあるような比較器を含む電話ユニットにおいて、図７に例示されるようなスキームを同期させる相関器が使用される場合に、不正な遅延が、受信信号とＰＮコードとの間の適切なタイミングに対応するとして識別される。そのような場合、多重経路信号が減衰する場合でも不適切なタイミングは継続し得、その結果の電話接続は劣化し得る。多重経路信号は、非常に一般的な問題であるので、ＩＳ９５規格などのシステムにおいては、受信器の性能を増強するために復号化される。
【００７６】
ＧＰＳ受信器などのアプリケーションにおいて、多重経路信号にロックすることは、多重経路信号が供給源衛星から受信器へ伝わるのに要する余分な時間のために、ＧＰＳユニットに不正な位置を表示させる。ＧＰＳユニットは、この余分な時間を信号供給源からのさらなる距離として解釈する。
【００７７】
仮説検定内の閾値レベルは、これらの現象の各々が問題のどの程度の割合を占めるかを決定する。閾値レベルが仮説検定においてより高い場合、多重経路信号の困難性は、最小化される傾向がある。なぜなら、多重経路信号は、直接伝播される信号よりも弱い傾向があり、したがって、より高い仮説検定閾値レベルは、より弱い多重経路信号を棄却する傾向があり得る。逆に、弱い信号状態下で、仮説検定閾値レベルを低下することは、信号の取得および正しいＰＮコードの決定を高速化する傾向がある。なぜなら、弱い信号の場合に、相関器出力は、平均的に、小さくあり得るからである。
【００７８】
仮説検定閾値レベルは、これらの２つの極端の間で有効となるように折り合いをつけなければならない。本発明の１つの局面において、異なる実施態様は、これら２つの相反する要求を、仮説検定機構内で閾値を調節することによって補償する。但し、用語「閾値の調節」は、単に閾値の実際のレベルを調節するよりも多くの意味を有し得る。用語「閾値の調節」は、閾値の実際のレベルを調節することを意味するのに加えて、ひと続きの閾値の除去、使用中の値へのひと続きの閾値の付加、次の閾値に移るための、閾値を超えると検出されるべき回数の変更、閾値間の大きさの変更、または仮説検定の特性を変更する方法を意味し得ることは、当業者の理解し得るところである。本発明のいくつかの実施態様は、種々の可能な実施を例示するために説明される。これらの実施例は、例示のためだけのものであって、本発明の多くの他の変更が、本発明の精神または本明細書中で実施される本発明の概念から逸脱せずに実施され得る。
【００７９】
図８は、複数の衛星からの信号を復号化するための１例であるＧＰＳ受信システム８０１の好ましい実施態様を詳細に示すブロック図である。ＧＰＳ受信器は、アンテナ８０３を介して衛星信号を受信する。復調器８０７は、その信号をキャリア周波数８０５と混合し、その結果得られる信号８０８がベース帯域周波数に低減される。得られた信号８０８は、ＧＰＳ受信器ユニットが受信するすべての衛星信号の合成である。個々の衛星データストリームを復号化するために、合成信号８０８は、正しいＰＮコードとの相関づけられなければならない。合成信号が不正なコードと相関づけられるばあい、データは全く復号化されない。ＧＰＳシステム内の使用のためのＧＰＳ機関によって指定されるＰＮコードが３２個ある。これらのＰＮコードの２４個は、それらのデータを符号化するためにアクティブな衛星によって使用され得る。ＧＰＳシステム中の２４個のアクティブ衛星の各々は、それ自身の個々のＰＮコードを有する。
【００８０】
ＧＰＳ受信器は、その受信器の位置を決定するために数個の衛星からデータを抽出しなければならない、そしてその数個の衛星から同時にデータを抽出しなければならない。この状況は、図８において示される実施例において示される。示される実施態様において、ＧＰＳ受信ユニットは、１２の衛星から同時にデータを抽出し得る。コードは、３２のＧＰＳ擬似ノイズ拡散コードのすべてを含むコードテーブル８１７から得られる。これらのコードは、ＧＰＳの「ゴールド」コードと称されることがある。「ゴールドコード」は、異なる位相シフトを有する２つの擬似ノイズシーケンスをたすことによって得られる。コードテーブル８１７から得られたＰＮコード第１，８１５号は、信号からデータを抽出するために相関器８０９において使用される。次に、得られたデータがデータ復号化器８１１において復号化される。データデコーダ８１１の出力は、衛星８１３からの情報を含む。次に、データデコーダ８１１の出力は、受信器からの衛星の距離を確かめるために使用され得る。
【００８１】
第２相関データ復号化ユニット８１９を第１と同様に例示する。第２ユニットは、第２ＰＮコード８２５を受け取り、それを相関器８２１において入力信号をかけ合わせてそれを非拡散化する。このように非拡散化されたデータは、データ復号化器８２３において復号化される。データ復号化器８２３の出力８２７は、受信器からの衛星の距離を確かめるために使用される。
【００８２】
本実施態様においては、そのようなユニットが１２個ある。所在位置が三角測量され得、そして受信器の位置が確実に決定されるためには、少なくとも４個の衛星信号が必要である。４個より多くの信号を有することは、位置固定の精度を増加し得る。地上のＧＰＳ受信器は、一度に最高１１個の衛星からの信号を受信し得る。これにより、未使用の相関データ復号化ユニットが１個残る。本発明の１つの実施態様において、この未使用の非拡散データ復号化ユニットは、２５番目の衛星コードを用いて使用され得る。このコードは、ＧＰＳ機関によってどの衛星中にも決してないことが保証される。
【００８３】
２５番目の衛星コードを使用する本発明の実施態様は、それを入力スペクトラム拡散信号に関連づける。２５番目のコードを使用する信号がないことが保証されるので、そしてこの実施態様が少なくとも１つの未使用相関器ユニットを有するので、２５番目のコードは、受信中のスペクトラム拡散信号と継続的に相関をとられる。この相関の出力は、理想的には、定数−１であるべきである。しかし、現実においては、この出力は、−１から異なることが何度もあり得る。この差は、信号中の干渉およびノイズによって起こされる。コード変調が存在しなければ、この相関器の出力は、信号強度の関数となり、次にこの相関器の出力は、信号強度を決定するために使用され得る。信号強度がわかると、回路の仮説検定部分の閾値は、より良い結果を与えるように変更され得る。高い信号状態において、仮説テスター内の閾値の値は、多重経路信号が取得され得る可能性を低減するために増加され得る。改変仮説検定は、仮説検定閾値を低減することによって、低減信号環境中での取得時間を低減し得る。
【００８４】
携帯電話は、どのユニットにおいても使用されないように専用化される２５番目のＧＰＳコードと同様のコードを有さない。信号強度を決定する目的のために使用され得るそのような保証された未使用のコードは存在しない。しかし、ＰＮコードは、そのように指定される。専用未使用コードの代わりに、電話は、現在使用されていないコードを使用し得る。その電話は、いくつかのコードを用いてプログラムされ得る。電話相関器は、これらのコードを使用して信号を検索する。検出可能な信号を存在させない２つのコードが同じ非−１相関出力を示す場合、これらのコードが使用中でないと仮定され得、そして相関器からの値は、信号強度を決定するために使用され得る。この実施態様は、図９に示される。
【００８５】
図９は、スペクトラム拡散受信器システムに組み込まれた、改変仮説検定の実施例のブロック図である。信号取得ユニット９０１の好ましい実施態様は、携帯ＣＤＭＡ電話、ＣＤＭＡ電話ベースステーション、またはＧＰＳ受信器に組み込まれる。あるいは、それは、現在のまたは変更された形態で、スペクトラム拡散技術を使用する他のシステムに組み込まれる。
【００８６】
この実施態様における信号取得ユニットの機能は、特定のコードを有する信号が存在するかどうかを決定するためのものである。スペクトラム拡散信号９０３は、相関器９０９および相関器９０７に結合される。相関器９０９は、信号と、信号を符号化するために使用されていない、つまり未使用の、コード９１１とに関連づけて用いられる。この相関ステップの出力は、次に計算ユニット９１３に結合され、計算ユニット９１３は、信号強度についての値を計算し、そしてさらにこの計算された信号強度についての値を使用して、改変仮説テスター９１５における閾値を変更する。
【００８７】
入力スペクトラム拡散信号９０３はまた、相関器９０７に結合される。ＰＮコード９０５であり、そのユニットが取得しようとする、コードＸは、相関器９０７に結合される。相関器９０７の出力は、改変仮説テスター９１５に結合され、改変仮説テスターは、コードＸを含む信号が存在する場合に信号９１７を提供し、コードＸを含む信号が存在しない場合、信号９１９を提供する。改変仮説検定は、コードＸを拡散コードとして使用する信号が存在するかどうか（その信号を取得するかどうか）を識別し得、そして改変されていない仮説検定システムよりも速く、信号が存在しないことを決定し得る。これは、自宅内で使用されるスペクトラム拡散コードレス電話において特に有用である。これらの電話は、呼び出しがなされるか、または応答されるごとに使用する空コードを検索しなければならない。コードの検索時間は、可能な限り短いことが重要である。
【００８８】
ＧＰＳ信号の受信を強化するためにアクティブアンテナを使用するＧＰＳ受信器がある。本発明の実施態様の利点の一つは、感度が上昇したことで、あまり高価でない受動型アンテナを使用できることである。信号取得感度の上昇は、受動性アンテナを用いた低コストユニットの可能性を開く。信号取得感度の上昇はまた、アクティブアンテナが回路の入出を切り換えられるような実施例を可能にする。このタイプの実施は、アクティブアンテナがなお使用される場合に、改変仮説検定によって感度を上昇させるために使用されてもよい。アクティブアンテナが回路の入出を切り換えられるような好ましい実施例が、図１０に示される。
【００８９】
図１０は、１つの実施例のＧＰＳ受信器におけるアンテナスイッチング方式を図示する。どの衛星にも存在しない２５番目の衛星ＰＮコード１００３は、相関器１００７において入力信号１００５と組み合わされる。相関器１００７の出力は、入力信号の信号強度に比例する。出力１００９は、比較器１０１１に結合される。比較１０１３の結果は、信号強度が低い場合にアクティブアンテナ１０１５が回路に対して入となるように切り換えられ、信号強度が高い場合、アンテナが回路に対して出となるように切り換えられるように、スイッチ１０１７および１０１９に与えられる。このタイプの構成は、いくつかの利点を有する。切り換えアンテナ構成の１つの利点は、改変仮説検定が、信号の存在するかしないかを決定するために必要な時間を低減することである。それはまた、そのシステムなしに取得し得る信号よりも弱い信号が取得されることを可能にする。信号強度決定およびアンテナ切り換えは、弱い信号の取得を速くし、それがなければ取得できなかった信号の取得を可能にし、さらに、改変仮説検定を組み合わせた、高信号状態でアクティブアンテナを出に切り換えることが、多重経路信号が取得される問題を最小限にする。
【００９０】
拡散スペクトル通信機器の性能を向上させるために、本発明の実施形態が使用される。この向上は、向上された弱い信号に対する感度、弱い信号のより素早い捕捉時間、または、マルチパスインターフェースの縮小の形態をとり得る。
【００９１】
拡散スペクトル信号を捕捉するために、通常、ＰＮコードを拡散スペクトル信号と比較する。この比較は、実際にはしばしば、同じコードとの比較の連続である。連続する比較はしばしば、仮説検定と呼ばれるプロセス内で実行される。この仮説検定により、拡散スペクトル信号およびＰＮコードの相関された出力は、連続する閾値を送信する必要がある。この方法は、にせの相関値に基づいて、ＰＮコードが存在すると識別するのを防ぐ。この連続する比較の方法はまた、低い相関値がすぐに排除されるのを防ぐことにより、信号強度の低い信号も識別され得ることが確実となることを助ける。信号強度に基づいて仮説検定器内の連続する比較レベルを調節することにより、弱い信号がより速くかつより簡単に識別され得、マルチパス信号がよりよく排除され得、そして、アクティブアンテナ等の増幅装置のオン／オフが切り換えられ得る。
【００９２】
上記明細書および実施例は、本発明の完全な説明を与え、これは当業者が本発明を実施することを可能にし、本発明を実施する最良の既知の方法を与える。本発明において実施されたアイデアは、多くの方法で組み合わせおよび変更され得ることは、当業者の理解するところである。本発明の多くの実施態様が本発明の精神および範囲を逸脱せずになされ得るので、本発明は、以下に添付の請求項の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】４つのＧＰＳ衛星から、現在信号を受信しているＧＰＳ受信器を示す図である。
【図２】ＧＰＳ衛星の一部を表すブロック図である。
【図３】例示的なＧＰＳ受信器の一部を表す一般化ブロック図である。
【図４】長さ８の拡散コードと共に示した、拡散および収束プロセスを表す表である。
【図５】仮説検定手順の一般化した例を示す、フロー図である。
【図６】ＧＰＳ受信器または携帯用ＣＤＭＡ電話内において見出され得る、改変された仮説検定手順の例を示すブロック図である。
【図７】図６における相関器の別の実施形態のブロック図である。
【図８】本発明の実施形態による例示的なＧＰＳ受信器を詳細に示すブロック図である。
【図９】拡散スペクトル受信器システムに組み込まれた、改変された仮説検定の例示的な実施形態を示すブロック図である。
【図１０】アクティブアンテナを切り換えるために用いられているＧＰＳ受信器における信号強度決定の例示的な実施形態を示すブロック図である。

Claims

拡散スペクトル通信を改善する方法であって、
拡散スペクトル信号を受信するステップと、
前記拡散スペクトル信号の信号強度を判定するステップと、
前記拡散スペクトル信号をＰＮコードと相関させて、相関された出力を生成するステップと、
前記拡散スペクトル信号の前記信号強度に基づいて、閾値を調節するステップと、
仮説検定メカニズムを用いて、前記相関された出力を前記閾値と比較して、前記拡散スペクトル信号内に前記ＰＮコードが存在するかどうかを判定するステップと
を備える方法。
前記信号強度が、前記拡散スペクトル信号内に存在しないことが保証された他のＰＮコードと前記拡散スペクトル信号を相関させることで判定される、請求項１の方法。
前記信号強度が、受信していない他のＰＮコードと前記拡散スペクトル信号を相関させることで判定される、請求項１の方法。
拡散スペクトル通信を改善する方法であって、
拡散スペクトル信号を受信するステップと、
前記拡散スペクトル信号の信号強度を判定するステップと、
前記拡散スペクトル信号をＰＮコードと相関させて、相関値を判定するステップと、
前記拡散スペクトル信号の前記信号強度に基づいて、閾値を調節するステップと、
仮説検定メカニズムを用いて、前記相関値を前記閾値と比較して、データが受信されたかどうかを判定するステップと
を備える方法。
前記信号強度が、使用されないことが保証された他のＰＮコードと前記拡散スペクトル信号を相関させた相関値を用いて判定される、請求項４の方法。
前記信号強度が、受信していない他のＰＮコードと前記拡散スペクトル信号を相関させた相関値を用いて判定される、請求項４の方法。
拡散スペクトル通信システムを改善する装置であって、
拡散スペクトル信号を受信する受信機と、
前記拡散スペクトル信号の信号強度を判定する手段と、
前記拡散スペクトル信号を、ＰＮコードと相関させる相関器と、
前記拡散スペクトル信号の前記信号強度に基づいて、閾値レベルを調節する手段と、
仮説検定メカニズムを用いて、前記拡散スペクトル信号内に前記ＰＮコードが存在するかどうかを判定するために、前記相関器の出力を前記閾値レベルと比較する比較ユニットと
を備える装置。
前記比較ユニットが、前記相関器の出力の値について数学的演算を実行するメカニズムをさらに備えている、請求項７の装置。
前記信号強度を判定する手段がさらに、
前記受信機が受信していない他のＰＮコードと前記拡散スペクトラム信号を相関させる第２相関器と、
前記第２相関器の出力を閾値と比較する比較器を備えている、請求項７または８の装置。
前記受信機が受信していない他のＰＮコードが、２５番目のＧＰＳコードである、請求項９の装置。
前記信号強度を判定する手段がさらに、
前記拡散スペクトル信号内に存在しないことが保証された他のＰＮコードと前記拡散スペクトラム信号を相関させる第２相関器と、
前記第２相関器の出力を閾値と比較する比較器を備えている、請求項７または８の装置。