JP4611199B2

JP4611199B2 - ガリレオ交流バイナリ・オフセット搬送波（ＡｌｔＢＯＣ）信号を処理するためのハードウェア・アーキテクチャ

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Publication number: JP4611199B2
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Description

本発明は、概して、ＧＮＳＳ受信器に関し、特に、ガリレオＡｌｔＢＯＣ衛星信号で動作する受信器に関する。

ＧＰＳ受信器のような地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信器は、軌道周回ＧＰＳ及び他の衛星から受信された信号に基づいてそれらの全地球位置を決定する。ＧＰＳ衛星は、例えば、２つの搬送波、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚにおけるＬ１搬送波及び１２２７．６０ＭＨｚにおけるＬ２搬送波、を用いて信号を送信する。各搬送波は、周期的に繰り返す１及び０の見かけ上はランダムなシーケンスからなる少なくともバイナリ擬似ランダム（ＰＲＮ）コードによって変調される。ＰＲＮコードにおける1及び０は、“コード・チップ”と称され、“コード・チップ時間”において生じる１から０へのまたは０から１へのコードにおける変遷は、“ビット変遷”と称される。各ＧＰＳ衛星は、独特のＰＲＮコードを用い、従って、ＧＰＳ受信器は、どのＰＲＮコードが信号内に含まれているかを決定することにより、受信された信号を特定の衛星と関連させることができる。

ＧＰＳ受信器は、衛星がその信号を送信する時刻と、受信器が該信号を受信する時刻との間の差を計算する。受信器は、次に、関連した時間差に基づいて衛星からのその距離、もしくは“擬似距離”を計算する。少なくとも4つの衛星からの擬似距離を用いて、受信器は、その全地球位置を決定する。

時間差を決定するために、ＧＰＳ受信器は、コードの各々にコード・チップを整列させることにより、局部的に発生されたＰＲＮコードを、受信された信号におけるＰＲＮコードと同期化させる。ＧＰＳ受信器は、次に、局部的に発生されたＰＲＮコードが、送信時刻における衛星ＰＲＮコードの既知のタイミングから時間的にどの位シフトされたかを決定し、関連の擬似距離を計算する。ＧＰＳ受信器が、局部的に発生されたＰＲＮコードを、受信された信号におけるＰＲＮコードと一層密接に整列させればさせるほど、ＧＰＳ受信器は、関連の時間差及び擬似距離、次に、その全地球位置を一層正確に決定することができる。

コード同期動作は、衛星ＰＲＮコードの取得及び該コードの追跡を含む。ＰＲＮコードを取得するために、ＧＰＳ受信器は、概して、コード・チップによって時間的に分離される一連の相関測定を行う。取得の後、ＧＰＳ受信器は、受信されたコードを追跡する。それは、概して、“早期マイナス遅発（early-minus-late）”相関測定、すなわち、（ｉ）受信された信号におけるＰＲＮコード及び局部的に発生されたＰＲＮコードの早期バージョンと関連した相関測定と、（ｉｉ）受信された信号におけるＰＲＮコード及び局部ＰＲＮコードの遅発バージョンと関連した相関測定と、の間の差の測定を行う。ＧＰＳ受信器は、次に、局部及び受信されたＰＲＮコード間の不整列に比例する誤差信号を生成する、遅延ロック・ループ（ＤＬＬ）における早期マイナス遅発測定を用いる。誤差信号は、次に、ＤＬＬ誤差信号を実質的に最小にするように局部ＰＲＮコードをシフトさせるＰＲＮコード発生器を制御するために用いられる。

ＧＰＳ受信器は、また、代表的には、局部ＰＲＮコードの時間厳守（パンクチュアル）バージョンと関連した相関測定を用いて、衛星搬送波を局部搬送波と整列させる。これを行うために、受信器は、搬送波追跡位相ロック・ループを用いる。

ＧＰＳ受信器は、見通し内もしくは直通路の衛星信号だけでなく、異なった経路に沿って走行して大地、水域、近隣のビルディング、等から受信器に反射される信号である多重通路信号をも受信する。多重通路信号は、直通路信号の後にＧＰＳ受信器に到着し、直通路信号と結合して歪んだ受信信号を生成する。受信された信号のこの歪みは、コード同期動作に悪影響を及ぼし、その理由は、局部ＰＲＮコードと受信された信号との間の相関を測定する相関測定が、その多重通路成分を含む全受信信号に基づいているからである。歪みは、ＧＰＳ受信器が、直通路信号の代わりに多重通路信号に同期化することを試みるようなものであり得る。このことは、コード・ビット変遷が直通路信号に生じる時間に近接して生じるコード・ビット変遷を有する多重通路信号にとって特に真実である。

受信された信号と局部的に発生されたＰＲＮコードとを一層正確に同期化させるための1つの方法は、共通の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれる、米国特許第５，１０１，４１６号、５，３９０，２０７号及び５，４９５，４９９号に論じられた“狭い相関器”を用いることである。早期及び遅発相関測定間の遅延空間を狭めることは、ノイズの悪影響及び早期マイナス遅発測定での多重通路信号歪みを実質的に減少するということが決定されてきた。

遅延空間は、ノイズが早期及び遅発の相関測定において相関するように狭められる。また、狭い相関器は、本質的に、多くの多重通路信号の寄与よりも時間厳守ＰＲＮコード相関測定と関連した相関ピークに一層近接して空間付けられる。従って、これらの相関器によって行われる早期マイナス遅発相関測定は、それらがピークの回りで一層大きい間隔を為す場合にあるであろうよりも相当少なく歪まされる。相関器が相関ピークに一層近接して配置されれば配置されるほど、相関測定上の多重経路信号の悪影響は、それだけ一層最小化される。しかしながら、遅延空間は、ＤＬＬが衛星ＰＲＮにロックすることができず、かつ次に、コード・ロックを維持することができないほど狭く作ることはできない。もしそうでないならば、受信器は、コードへの再ロックを行うための時間を反復的にかけることなく、受信された信号におけるＰＲＮコードを追跡することができない。

Ｌ１搬送波は、２つのＰＲＮコード、すなわち、１．０２３ＭＨｚＣ／Ａコード及び１０．２３ＭＨｚＰコードによって変調される。Ｌ２搬送波は、Ｐコードによって変調される。一般に、上述の特許に従って構成されたＧＰＳ受信器は、局部的に発生されたＣ／Ａコード及び局部的に発生されたＬ１搬送波を用いて衛星信号を取得する。取得後、受信器は、ＤＬＬにおける狭い相関器及び搬送波追跡ループにおける時間厳守相関器を用いて、局部的に発生されたＣ／Ａコード及びＬ１搬送波を、受信された信号におけるＣ／Ａコード及びＬ１搬送波と同期させる。受信器は、次に、Ｃ／Ａコード及び互いとの既知のタイミング関係を有するＬ１及び／またはＬ２Ｐコードを追跡するよう、Ｃ／Ａコード追跡情報を用い得る。

ＧＰＳ衛星の一層新しい世代においては、Ｌ２搬送波は、１０．２３ＭＨｚ方形波によって変調されるＣ／Ａコードによっても変調される。以後、分割Ｃ／Ａコードと称する方形波変調されたＣ／Ａコードは、Ｌ２搬送波からの±１０ＭＨｚのオフセットにおけるそのパワー・スペクトルにおいて、もしくはＰコードのパワー・スペクトルのヌルにおいて最大値を有する。分割Ｃ／Ａコードは、このように、Ｌ２Ｐコードを妨害することなく、必要に応じて、選択的に妨害されることができる。

分割Ｃ／Ａコードと関連した自己相関関数は、１．０２３ＭＨｚＣ／Ａコードの自己相関に対応する包絡線、及び１０．２３ＭＨｚ方形波の自己相関に対応する該包絡線内の多数のピークを有する。このように、２つのチップＣ／Ａコード包絡線内に２０のピークがあり、すなわち、各０．１Ｃ／Ａコード・チップごとに方形波の自己相関ピークがある。方形波と関連した多数のピークは、各々、比較的狭く、従って、ＤＬＬが正しい狭いピークを追跡すると仮定すると、増加したコードを追跡する正確さを提供する。

共通の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれる米国特許第６，１８４，８２２号に論じられているように、２０．４６ＭＨｚ方形波コードとして考えられ得る局部的に発生された１０．２３ＭＨｚ方形波及び局部的に発生された１．０２３ＭＨｚＣ／Ａコードの位相と、受信された信号を別々に整列させることにより、分割Ｃ／Ａコードを取得して追跡することに対する利点がある。受信器は、最初に、局部的な発生された方形波コードの位相を、受信された信号と整列させ、分割Ｃ／Ａコードの自己相関関数の多数のピークの１つを追跡する。それは、次に、局部的に発生された方形波コードの位相に対して局部的発生されたＣ／Ａコードの位相をシフトさせ、局部的かつ受信されたＣ／Ａコードを整列させて分割Ｃ／Ａの中心ピーク上に相関器を位置させる。受信器は、次に、局部的に発生された分割Ｃ／Ａコードで、中心ピークを直接追跡する。

欧州委員会及び欧州宇宙機関（ＥＳＡ）は、ガリレオとして知られたＧＮＳＳを開発している。ガリレオ衛星は、交流バイナリ・オフセット搬送波（ＡｌｔＢＯＣ）として知られている提案された変調を用いて１１９５．７９５ＭＨｚの中心周波数を有する復号信号としてＥ５ａバンド（１１７６．４５ＭＨｚ）及びＥ５ｂバンド（１２０７．１４ＭＨｚ）における信号を送信する。ＡｌｔＢＯＣ信号の発生は、ガリレオ信号タスク・フォース文献“ガリレオＳＲＤ信号プランに対する技術的付属書類”ドラフト１、２００１年７月１８日、ｒｅｆ＃ＳＴＦ−ａｎｎｅｘＳＲＤ−２００１／００３に記載されており、その全体が参照によりここに組み込まれる。ＧＰＳ衛星と同様、ＧＮＳＳ衛星は、各々、独自のＰＲＮコードを送信し、ＧＮＳＳ受信器は、このように、受信された信号を特定の衛星と関連させることができる。従って、ＧＮＳＳ受信器は、衛星が信号を送信した時刻と受信器がＡｌｔＢＯＣ信号を受信した時刻との間の差に基づいてそれぞれの擬似距離を決定する。

標準のバイナリ・オフセット搬送波（ＢＯＣ）は、上部のサイドバンド（側波帯）及び対応の下部のサイドバンド（側波帯）の双方に信号の周波数をシフトさせる正弦波ｓｉｎ（ｗ_０ｔ）によって時間領域信号を変調する。ＢＯＣ変調は、方形波または正弦波（ｓｉｎ（ｗ_０ｔ））を用いて周波数シフトを達成し、概して、ＢＯＣ（ｆｓ，ｆｃ）として表され、ここに、ｆｓは、副搬送波（方形波）周波数であり、ｆｃは、拡散コード・チッピング・レートである。１．０２３ＭＨｚのファクタは、通常、明瞭さのために表記から省略され、ＢＯＣ（１５．３４５ＭＨｚ、１０．２３ＭＨｚ）変調は、ＢＯＣ（１５、１０）として表される。上述の分割Ｃ／Ａコードに類似した信号を例えば生成するＢＯＣ変調は、同相及び直角位相搬送波の各々上に、単一の拡散の、もしくはＰＲＮの、コードを許容する。

複素指数関数ｅ^ｗ０ｔによる時間領域信号の変調は、信号の周波数を上部のサイドバンドだけにシフトする。ＡｌｔＢＯＣ変調の目標は、信号が広帯域の“ＢＯＣ状信号”として受信され得るように、それぞれ複素指数関数または副搬送波によって変調されるＥ５ａ及びＥ５ｂバンドを干渉性の態様で発生することである。Ｅ５ａ及びＥ５ｂバンドは、各々、関連の同相及び直角位相の拡散、もしくはＰＲＮ、コードを有し、Ｅ５ａコードは、下部のサイドバンドにシフトされ、Ｅ５ｂコードは、上部のサイドバンドにシフトされる。それぞれのＥ５ａ及びＥ５ｂの直角位相搬送波は、データの無いパイロット信号によって変調され、それぞれの同相の搬送波は、ＰＲＮコード及びデータ信号の双方によって変調される。ＧＮＳＳ受信器は、上述の分割Ｃ／Ａコードの追跡と同様の態様で、Ｅ５ａコードまたはＥ５ｂコードのいずれかを追跡し得る。

しかしながら、復号Ｅ５ａ及びＥ５ｂ信号の追跡、すなわち、広帯域のＡｌｔＢＯＣコヒレント信号の追跡と関連した追跡の正確さ及び多重通路の緩和の双方に利点がある。復号信号のそれぞれの同相及び直角位相の搬送波は、複素拡散コードによって変調され、従って、同相及び直角位相チャンネルは、各々、Ｅ５ａ及びＥ５ｂコードの実数及び虚数の信号成分の双方からの寄与を含む。復号追跡動作の理論的分析は、高レベルの数学を用いて行われてきた。従って、高レベルの数学的動作を本質的に再現する関連の受信器は、複雑かつ高価格であると予想される。

提案された１つの受信器は、ガリレオ衛星が送信用信号を発生するために用いる同じルックアップ・テーブル、すなわち、基本的な位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）拡散コードに対応するテーブルを用いて、ＡｌｔＢＯＣ復号コードの局部バージョンを生成する。該提案された受信器は、従って、それぞれのガリレオ衛星によって送信されたコードの各々のための大規模なルックアップ・テーブルを維持しなければならないだけではなく、該受信器は、また、新しいコード・チップが受信される時間ごとにルックアップ・テーブルへのエントリを制御する複雑な回路を動作させなければならない。該テーブルは、ますます大きくなり、今意図されているように、異なったパイロット・コードがＥ５ａ及びＥ５ｂバンド上で用いられる場合には、それらに入るのが一層複雑である。

本発明は、複素信号の別々に発生された実数及び虚数成分を結合することにより、複素複合信号を局部的に発生するハードウェアを用いて、ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）、すなわち複合Ｅ５ａ及びＥ５ｂ、コードを追跡するＧＮＳＳ受信器である。例えば、ＡｌｔＢＯＣ信号の直角位相チャンネル上にあるデータレス複合パイロット・コード信号を追跡するために、受信器は、局部的に発生された実数及び虚数パイロット信号成分の組合せとして複合パイロット・コードの局部バージョンを生成する。従って、受信器は、レプリカＥ５ａ及びＥ５ｂＰＲＮコードを生成するＰＲＮコード発生器、並びに上部及び下部の副搬送波の実数及び虚数成分を発生する方形波発生器を動作させる。

受信器は、ベースバンドＩ及びＱ信号成分にダウン変換（周波数逓降変換）されている受信された信号を、局部的に発生された複素複合コードで乗算することにより、受信された信号から複素複合コードを取り除く。受信器は、次に、相関されたＩ及びＱ促進信号値であるその結果を用いて、中心周波数搬送波位相角追跡誤差を評価する。誤差信号は、局部的に発生された中心周波数搬送波の位相角を修正するために、通常の態様で動作する数値制御発振器を制御するように用いられる。受信器は、また、ＤＬＬにおける局部的に発生された複素複合パイロット・コードの早期及び遅発バージョンをも用い、そして、対応のＤＬＬ誤差信号を最小にすることにより、局部的に発生された複合パイロット・コードを、受信された複合パイロット・コードで整列させる。

受信器が複合パイロット・コードを追跡していると、受信器は、通常の態様で、その擬似距離及び全地球位置を決定する。さらに、以下に一層詳細に説明するように、受信器は、別々のセットの相関器を用いて、同相複合ＰＲＮコードの局部的に発生されたバージョンを、受信された信号における同相チャンネル・コードと整列させ、その後、その上で変調されたデータを回収する。

以下、本発明を添付図面を参照して説明する。

ガリレオＡｌｔＢＯＣ変調スキームは、ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号、すなわち、それらの同相及び直角位相搬送波上にそれら自体のそれぞれの拡散、またはＰＲＮ、コードを有するＥ５ａ及びＥ５ｂバンドを持った“ＢＯＣ（１５，１０）状”信号を発生する。ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号は、下部のサイドバンドとしてのＥ５aバンド（１１７６．４５ＭＨｚ）及び上部のサイドバンドとしてのＥ５bバンド（１２０７．１４ＭＨｚ）を持った１１９１．７９５ＭＨｚの中心搬送波周波数及び１５．３４５ＭＨｚの副搬送波周波数を有する。

ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号は、Ｅ５ａ及びＥ５ｂ拡散、もしくはＰＲＮ、コード及びデータの複合を同位相チャンネルに、そしてＥ５ａ及びＥ５ｂデータレスＰＲＮ、もしくはパイロット、コードの複合を直角位相チャンネル上に含む一定の包絡線信号として衛星上に発生される。図１は、ＡｌｔＢＯＣＰＲＮ直角位相チャンネル・シーケンスの周波数スペクトルを示す。

ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号のための理想化されて正規化された自己相関関数が図２に示されている。自己相関関数１１１の包絡線１００は、１０．２３ＭＨｚチッピング・レート信号の自己相関関数であり、自己相関関数１１１の多数のピークは、複素方形波コードと考えられ得る１５．３４５４ＭＨｚの副搬送波と関連している。

ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）ガリレオ衛星信号を追跡する際のＧＮＳＳ受信器１０の動作を以下に説明する。セクション１において、複合コードとして直角位相データレス・パイロット・コードを追跡するための動作を説明する。セクション２において、同位相の複合データ・コードからＥ５ａ及びＥ５ｂデータを回収するための動作を説明する。以下の説明は、受信器が、通常の搬送波追跡ループ（図示せず）を用いて中心周波数搬送波を取得したということを仮定する。

セクション１．複合パイロット・コードの追跡
ＡｌｔＢＯＣ信号は、以下の式で与えられる。

ここに、ｃ_１は同相Ｅ５ｂコードであり、ｃ_２は同相Ｅ５ａコードであり、ｃ_３は直角位相Ｅ５ｂコードであり、ｃ_４は直角位相Ｅ５ａコードであり、そしてＥ５ｂ及びＥ５ａは、それぞれ、上部搬送波ｅｒ（ｔ）、及びｅｒ（ｔ）の共役複素数である下部搬送波ｅｒ^＊（ｔ）上で変調される。上部搬送波ｅｒ（ｔ）は、

であり、ここに、ｃｒ（ｔ）＝符号（ｃｏｓ（２πｆ_ｓｔ））、ｓｒ（ｔ）＝符号（ｓｉｎ（２πｆ_ｓｔ））であり、ｆ_ｓは、副搬送波周波数である。下部搬送波ｅｒ^＊（ｔ）は、

である。ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号の直角位相チャンネル上にある複合パイロット・コードは、Ｅ５ａ及びＥ５ｂ直角位相コードｃ_４（ｔ）及びｃ_３（ｔ）を含む。直角位相チャンネル信号に対する表現ｘ_ｑ（ｔ）は、同相チャンネル・コードをゼロにセットし、搬送波に対する表現を置換することにより式（１）から導出される。

式（２）の項は、次に、実数成分及び虚数成分に分離され得る。

受信器は、図４を参照して一層詳細に説明するように、局部的に発生された実数及び虚数信号成分を結合することによって、複素複合パイロット・コードの局部バージョンを生成する。受信器は、次に、以下の図５を参照して一層詳細に説明するように、局部的に発生された複合パイロット・コードを、受信された信号における対応の複合パイロット・コードと相関させる。受信器は、次に、従来の態様で、関連の擬似距離とその全地球位置とを決定する。

さて、図３を参照すると、ＧＮＳＳ受信器１０は、視界内にある衛星のすべてによって送信されたＡｌｔＢＯＣ複合コードを含む信号をアンテナ１２を介して受信する。受信された信号は、ダウン変換器１４に与えられ、該ダウン変換器（ダウンコンバータ）１４は、通常の態様で、該受信された信号を、アナログ・ディジタル変換器１８と適合した周波数を有する中間周波数（“ＩＦ”）信号に変換する。

ＩＦ信号は、次に、所望の中心搬送波周波数に帯域を有するＩＦ帯域フィルタ１６に与えられる。フィルタ１６の帯域幅は、ＡｌｔＢＯＣ複合パイロット・コードの一次高調波、すなわち約１１９２ＭＨｚ、を通過させるのを許容するのに充分に広くあるべきである。広い帯域幅は、受信されたコードにおける比較的鋭利なビット変遷、従って、かなり良く限定された相関ピークに帰結する。

アナログ・ディジタル変換器１８は、ナイキストの定理を満足させる割合で、フィルタリングされたＩＦ信号をサンプリングし、既知の態様で、対応のディジタル同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）信号サンプルを生成する。Ｉ及びＱディジタル信号サンプルは、既知の態様で動作するドップラ除去プロセッサ２０に供給され、中心周波数搬送波位相角の評価に従って信号を回転させることにより、ベースバンドＩ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}及びＱ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}サンプルを生成する。搬送波位相角の評価は、相関サブシステム２２によって生成される搬送波位相誤差追跡信号に従って調整される、搬送波数値制御される発振器（“搬送波ＮＣＯ”）３０によって生成される信号に部分的に基づいている。相関器サブシステムの動作を図５を参照して以下に説明する。

Ｉ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}及びＱ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}サンプルは、次に、相関器サブシステム２２に供給され、該相関器サブシステム２２は、複合コード発生器２４によって生成された、局部的に発生された複合パイロット・コードの早期、促進及び遅発もしくは早期マイナス遅発バージョンで該サンプルに乗算することによって相関測定を行う。複合コード発生器及び相関器サブシステムの動作を、それぞれ図４及び図５を参照して以下に説明する。局部複合パイロット・コードの早期、促進及び遅発もしくは早期マイナス遅発バージョンと関連したＩ及びＱ相関測定値は、所定の間隔に渡ってそれぞれのＩ及びＱ測定値を別々に累積（累算）する積分及びダンプ回路２６に供給される。各間隔の終わりで、積分及びダンプ回路２６は、それぞれのＩ及びＱ累積値の結果、すなわち、Ｉ及びＱ相関信号を制御器４０に供給する。制御器は、次に、搬送波ＮＣＯ３０及び複合コード発生器２４を制御し、局部的に発生された複合パイロット・コードを、受信された信号における対応のコードと整列させる。

ＧＮＳＳ受信器１０は、局部的生成された実数及び虚数複合信号成分から発生された、局部的に発生された複合パイロット・コードを用いて、ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号を追跡する。さて、局部的に発生された複合パイロット・コード成分を生成するために複合コード発生器２４によって行われる動作を図４を参照して詳細に説明する。

複合コード発生器２４は、与えられたＧＮＳＳ衛星のためのＥ５ａ及びＥ５ｂ・ＰＲＮコードの局部バージョンをそれぞれ生成するｃ_３及びｃ_４ＰＲＮコード発生器２４２及び２４３を含む。コード発生器２４は、さらに、上部及び下部の搬送波ｅｒ（ｔ）及びｅｒ^＊（ｔ）の実数及び虚数成分に対応するｃｒ及びｓｒの値を生成する２つの方形波発生器２４４及び２４５を含む。図５を参照して以下に一層詳細に説明するように、制御器は、０，１，０．．．，等のそれぞれのコード・パターンとして考えられ得るｃｒ及びｓｒ方形波の遷移並びに局部的に生成されたｃ_３及びｃ_４コード・チップの相対的なタイミングを制御するために、相関信号を用いる。

複合コード発生器２４は、加算器２４０においてｃ_３及びｃ_４コード・チップを一緒に加算し、該加算値を乗算器２４６において、符号（ｃｏｓ（πｆ_ｓｔ））であるｃｒの値で乗算し、局部的に発生された複合パイロット・コードの実数成分を生成する。複合パイロット・コードの実数成分は、以後、“Ｉ_{ｐｉｌｏｔ}”と称する。複合コード発生器は、インバータ２４８においてｃ_３コード・チップを変換し、該変換されたｃ_３コード・チップを対応のｃ_４コード・チップに加算器２５０において加算し、そしてその結果を乗算器２５２において、符号（ｓｉｎ（πｆ_ｓｔ））であるｓｒで乗算することにより、複合パイロット・コードの虚数成分を生成する。局部的に発生された複合パイロット・コードの虚数成分は、以後、“Ｑ_{ｐｉｌｏｔ}”と称する。複合パイロット・コードの局部レプリカは、次に、合計

である。以下に一層詳細に説明するように、相関器サブシステム２２は、受信された複合パイロット・コードを、局部的に発生された複合パイロット・コードで乗算する。その結果に基づいて、制御器４０は、ＰＲＮコード及び方形波発生器２４２−２４５を調整して、局部コードを受信されたコードに整列させる。

さて、図５を参照して、相関器サブシステム２２の動作を、局部的に発生された複合パイロット・コードの促進バージョンに関連した動作について説明する。受信器は、関連のＤＬＬ誤差信号を生成するよう既知の態様で動作する、遅延ロック・ループすなわちＤＬＬの部分として動作する、局部的に発生された複合パイロット・コードの早期及び遅発もしくは早期マイナス遅発バージョンのための類似の回路を含む。

相関サブシステム２２は、２つの複素信号、すなわち局部的に発生された複合パイロット・コード及び受信された複合信号を一緒に乗算する。相関器サブシステムは、従って、以下の動作を行う。

項を乗算して開いて実数成分と虚数成分を分けると以下の相関信号が生成される。

図５に示されるように、相関サブシステムは、ドップラ除去プロセッサ２０によって与えられるベースバンド信号Ｉ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}及びＱ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}、並びにコード発生器２４によって与えられる局部的に発生された実数及び虚数信号成分Ｉ_{ｐｉｌｏｔ}及びＱ_{ｐｉｌｏｔ}を処理して、相関信号の実数及び虚数成分を生成する。相関サブシステム２２は、乗算器５０２において、Ｉ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}信号をＩ_{ｐｉｌｏｔ}信号で乗算し、そして乗算器５１０において、Ｑ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}信号をＱ_{ｐｉｌｏｔ}信号で乗算する。加算器５０６は、次に、２つの積を一緒に加算し、その結果を積分及びダンプ回路５１６に提供する。積分及びダンプ回路５１６は、加算器５０６によって生成されたその合計を集積し、適切な時期において、対応の実数成分、すなわちＩ_{ｐｒｏｍｐｔ}、信号を生成する。虚数成分を生成するために、相関サブシステムは、乗算器５０８において、Ｑ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}信号をＩ_{ｐｉｌｏｔ}信号で乗算し、そして乗算器５０４において、Ｉ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}信号をＱ_{ｐｉｌｏｔ}信号で乗算する。乗算器５０４において生成された積は、インバータ５１２によって変換され、乗算器５０８によって生成された積に、加算器５１４において加算される。加算器５１４は、次に、該合計を積分及びダンプ回路５１８に供給し、該回路５１８は、該合計を集積して、適切な時刻において、対応のＱ_{ｐｒｏｍｐｔ}信号を生成する。

制御器４０（図３）は、Ｉ_{ｐｒｏｍｐｔ}及びＱ_{ｐｒｏｍｐｔ}信号を処理して、Ｑ_{ｐｒｏｍｐｔ}／I_{ｐｒｏｍｐｔ}のアークタンジェント（ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ）として中心搬送波追跡位相誤差を決定する。位相誤差信号は、次に、ドップラ除去プロセッサ２０を制御する搬送波ＮＣＯ３０を制御するよう、既知の態様で用いられる。

上述したように、制御器４０は、また、早期及び遅延もしくは早期マイナス遅延のＩ及びＱ相関信号を受信する。これらの信号に基づいて、制御器４０は、発生器２４２−２４５を調整して、受信されたコードにおける局部複合コードを整列させ、従って、関連のＤＬＬ誤差信号を最小化する。

セクション２．複合同相信号からのデータの回収
ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号は、Ｅ５ａ同相及びＥ５ｂ同相チャンネル上のデータ及び拡散コードの双方を含む。Ｅ５ａ同相チャンネルは、特定のデータ・レートで送信されるデータを運び、そしてＥ５ｂ同相チャンネルは、異なったデータ・レートで送信される異なったデータを運ぶ。Ｅ５ａ及びＥ５ｂ同相チャンネル上のデータ遷移は、しかしながら、対応の時刻において生じる。ＧＮＳＳ受信器１０は、前述したように、複合パイロット・コードを用いて、ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）信号を取得して追跡する。搬送波の除去の後、受信器は、図１０を参照して以下に一層詳細に説明するように、相関器の別々のセットを用いて、複合同相信号からデータを回収する。

ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）複素同相ベースバンド信号、すなわち、ゼロにセットされた直角位相パイロット・コードを有する信号は、

であり、ここに、副搬送波は、上式中で、対応の矩形関数ｃｒ（ｔ）±ｓｒ（ｔ）の代わりにシヌソイド（正弦曲線）として含まれており、さしあたり、ｃ_１（ｔ）及びｃ_２（ｔ）にはデータが無い（are free of data）と仮定している。上式中の項

は、上述のセクション１で述べた直角位相拡散、すなわちＰＲＮ、コードに対する表現と同様であるということに留意されたし。

ベースバンド同相信号が複合同相拡散コードの局部レプリカと相関されるならば、該結果は、

であり、乗算項は、

であり、ここに、Ｒ_ｋは、信号ｋに対する自己相関関数を表す。クロス項は、Ｅ５ａ及びＥ５ｂ同相拡散コードが特にクロス相関値を有するよう設計されているので、事前検知間隔に渡ってフィルタリングされる。クロス項を除去し、複素指数関数を展開すれば、

となる。

データの無い（データフリー）信号の場合において、自己相関関数Ｒ_１及びＲ_２は等しく、その表現は、以下のように単純化される。

対応の相関関数が図６に示されている。これは、図２に示されている複合直角位相パイロット・コードに対する相関関数と同様であることに留意されたし。

Ｅ５ａ及びＥ５ｂ同相コードｃ_１（ｔ）及びｃ_２（ｔ）にデータが無い（are datafree）という仮定が取り除かれるならば、個々の相関関数Ｒ_１及びＲ_２の最大の正規化された理想の値、並びにそれらの合計及び差は、図７のテーブルに示されている。従って、元のデータ・シーケンスは、受信器が（Ｒ_１＋Ｒ_２）及び（Ｒ_２−Ｒ_１）の双方を複合同相信号から回収した場合に回収され得る。

受信器は、同相Ｉ_{ｐｒｏｍｐｔ}信号から直接に（Ｒ_１＋Ｒ_２）データを回収し得る。しかしながら、（Ｒ_２−Ｒ_１）データの回収は、直接的なもの（ストレート・フォワード）としてではない。図６に示されるように、同相複合信号のＲ_１＋Ｒ_２成分、すなわち

は、複合直角成分チャンネル信号の自己相関関数と同様である自己相関関数を有する。しかしながら、図８に示されるように、同相複合信号のＲ_１−Ｒ_２信号成分

は、同様の自己相関関数を有しておらず、その理由は、τがゼロに行くとき正弦（ｓｉｎ）項がゼロに行くからである。

τがゼロに行くときゼロに行く正弦（ｓｉｎ）項を補償するために、相関動作はオフセットされ得、それにより、該動作は、

に対応する相関ピークを追跡し、（Ｒ_２−Ｒ_１）データ・シーケンスは、次に、減少されたパワーでＱ_{ｐｒｏｍｐｔ}相関器から読取られ得る。

代替的には、複合信号の局部バージョンを発生する回路は、代わりに、（Ｒ_２−Ｒ_１）項に対して自己相関関数

を生成する信号を発生し得る。局部同相複合信号は、従って、

となる。

この方法を用いてデータを復調するために、受信器は、ｃ_１（ｔ）及びｃ_２（ｔ）拡散コードの２つの結合、すなわち、それぞれＲ_１＋Ｒ_２データ及びＲ_２−Ｒ_１データに対応する結合を局部的に生成する。（Ｒ_１＋Ｒ_２）データを回収するために、受信器は、局部信号

を生成する。（Ｒ_２―Ｒ_１）データを回収するために、受信器は、局部信号

を生成する。

さて、図９を参照すると、Ｒ_２―Ｒ_１及びＲ_１＋Ｒ_２結合の実数及び虚数成分は、局部複合コード発生器２４（図３）の部分であり得るコード発生器５４によって局部的に生成される。Ｒ_１＋Ｒ_２結合の実数成分を生成するために、コード発生器は、加算器５４０においてｃ_１及びｃ_２コードを一緒に加算し、その結果を、乗算器５４６において方形波コードｃｒで乗算する。Ｒ_１＋Ｒ_２結合の虚数成分を生成するために、コード発生器は、加算器５５０において、ｃ_１コード及び反転されたｃ_２コードを一緒に加算し、その結果を、乗算器５６２において方形波コードｓｒで乗算する。発生器は、また、加算器５４０によって生成された合計ｃ_１＋ｃ_２を、乗算器５６０において、方形波コードｓｒで乗算し、Ｒ_２―Ｒ_１結合の虚数成分を生成する。発生器は、さらに、加算器５５０によって生成された合計ｃ_１−ｃ_２を、乗算器５２２において、方形波コードｃｒで乗算して、Ｒ_２―Ｒ_１コードの実数成分を生成する。

受信器は、次に、Ｒ_１＋Ｒ_２及びＲ_２―Ｒ_１結合の局部的に生成された実数及び虚数成分を用いて、複合同相コードからのデータを回収する。

さて、図１０を参照すると、システムは、乗算器６０２において、同相ベースバンド信号Ｉ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}をＲ_１＋Ｒ_２の実数成分で乗算し、乗算器６０６において、直角位相ベースバンド信号Ｑ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}をＲ_１＋Ｒ_２の虚数成分で乗算する。乗算器６０２及び６０６によって生成された積は、次に、加算器６０８において一緒に加算され、その合計は、積分及びダンプ回路６１５に与えられる。Ｒ_１−Ｒ_２に関係した相関信号を生成するために、相関サブシステムは、乗算器６１０において、直角位相ベースバンド信号Ｑ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}を、Ｒ_２−Ｒ_１の虚数成分で乗算する。さらに、システムは、乗算器６０４コードにおいて、ベースバンド信号Ｉ_{ｂａｓｅｂａｎｄ}の実数成分をＲ_２−Ｒ_１の実数成分で乗算する。２つの合計は、加算器６１２において一緒に加算され、積分及びダンプ回路６１６に与えられる。積分及びダンプ回路６１５及び６１６は、それぞれ、加算器６０８及び６１２によって生成された相関値を集積し、適切な時刻において、Ｒ_１＋Ｒ_{２ｐｒｏｍｐｔ}及びＲ_１−Ｒ_{２ｐｒｏｍｐｔ}信号を生成する。その結果は、次に、図７のチャートに従ってデータを回収するために用いられる。

図５及び図１０の回路は、図１１に示されるように結合され得て、直角位相ＡｌｔＢＯＣ複合コードを追跡して同相ＡｌｔＢＯＣ複合コードからＥ５ａ及びＥ５ｂデータを回収するシステムを生成する。

ＡｌｔＢＯＣ（１５，１０）直角位相チャンネル・シーケンスの周波数スペクトルを示す図である。図１に示された信号と関連した正規化された自己相関関数を示す図である。ＧＮＳＳ受信器のための１つのチャンネルの機能ブロック図である。図３の受信器に含まれる局部コード発生器の機能ブロック図である。図４の受信器に含まれる相関器サブシステムの機能ブロック図である。ＡｌｔＢＯＣ同相チャンネルと関連した自己相関関数を示す図である。理想的な自己相関値のチャート図である。ＡｌｔＢＯＣ同相チャンネルと関連したもう１つの自己相関関数を示す図である。局部コード発生器の機能ブロック図である。相関器サブシステムの機能ブロック図である。図５及び図１０の相関器サブシステムを組合せた機能ブロック図である。

符号の説明

１０ＧＮＳＳ受信器
１２アンテナ
１４ダウン変換器（ダウンコンバータ）
１６ＩＦ帯域フィルタ
１８アナログ・ディジタル変換器
２０ドップラ除去プロセッサ
２２相関器サブシステム
２４複合コード発生器
２６積分及びダンプ回路
３０搬送波数値制御される発振器（搬送波ＮＣＯ）
４０制御器

Claims

交流バイナリ・オフセット搬送波、すなわちＡｌｔＢＯＣ信号、を送信する地球航法衛星システムと共に使用するための受信器であって、
局部的に生成されたコード(c3, c4)に上部及び下部の搬送波(er, er*)の実数及び虚数成分(cr, sr)を結合することによって得られたＡｌｔＢＯＣ複合コードの局部バージョンの実数及び虚数コード成分(Ipilot, Qpilot)を生成する局部複合コード発生器(24)と、
局部的に生成された実数及び虚数複合コード成分で、受信された信号のベースバンド同相及び直角位相成分(Ibaseband, Qbaseband)を乗算することにより生成された積を結合することにより、局部的に生成された複合コードを受信されたＡｌｔＢＯＣ信号における複合コードと相関させることで、相関信号(Iprompt, Qprompt)を生成する相関サブシステム(22, 26)と、
局部複合コードを、前記相関信号に基づいて受信されたＡｌｔＢＯＣ信号における対応の複合コードと整列させるように局部複合コード発生器を調整する制御器であって、ＡｌｔＢＯＣ複合コードが送信される時間と、前記ＡｌｔＢＯＣ複合コードが受信される時間との間のタイミング差に基づいて全地球位置を決定する手段を有する前記制御器(40)と、
を有して構成されている受信器。
局部複合コード発生器(24)は、
前記上部及び下部の搬送波(er, er*)の実数及び虚数成分(cr, sr)を生成する方形波コード発生器(244, 245)と、
前記上部の搬送波(er)上で変調された第1のコード(c3)を生成する第1のＰＲＮコード発生器(243)と、
前記下部の搬送波(er*)上で変調された第２のコード(c4)を生成する第２のＰＲＮコード発生器(242)と、
前記上部及び下部の搬送波(er, er*)の実数及び虚数成分(cr, sr)と前記第1及び第２のコード(c3, c4)とを結合して、前記局部複合コードの実数及び虚数成分(Ipilot, Qpilot)を生成する加算器(240, 250)及び乗算器(246, 252)と、
を有して構成されている請求項1に記載の受信器。
発生された前記局部複合コード(Ipilot, Qpilot)は、データレス複合パイロット・コードに対応する請求項１または２に記載の受信器。
前記局部複合コード発生器(24)は、さらに、第３のコード(c1)と関連する第1の自己相関関数(R1)と、第４のコード(c2)と関連する第２の自己相関関数(R2)との合計及び差にそれぞれ対応する組合せ(I _{Ｒ１＋Ｒ２} , Q _{Ｒ１＋Ｒ２} , I _{Ｒ１ - Ｒ２} , Q _{Ｒ１ - Ｒ２} )を生成する手段を有して構成されており、
前記相関サブシステム(22)は、さらに、それぞれの組合せに対応する組合せ相関信号((R1+R2)プロンプト, (R1-R2)プロンプト)を生成する手段を有して構成されており、
前記制御器(40)は、さらに、組合せ相関信号からデータを回収する手段を有して構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の受信器。
１つまたは複数の前記加算器(240, 250)は、前記コード(c3,c4)を選択的に反転するための１つまたは複数のインバータ(248)を有して構成されている請求項４に記載の受信器。
前記局部複合コード発生器は、
前記上部の搬送波(er)上で変調された第３のコード(c1)を生成する第３のＰＲＮコード発生器(542)と、
前記下部の搬送波(er*)上で変調された第４のコード(c2)を生成する第４のＰＲＮコード発生器(543)と、
前記第３のコードと第４のコードとを結合して関連の合計を生成する１つまたは複数の加算器 (540, 548, 550)と、
各合計を別々に第１及び第２の方形波で乗算して、それぞれの関連の前記組合せ相関信号((R1+R2)プロンプト, (R1-R2)プロンプト)の実数及び虚数成分(I _{Ｒ１＋Ｒ２} , Q _{Ｒ１＋Ｒ２} , I _{Ｒ１ - Ｒ２} , Q _{Ｒ１ - Ｒ２} )を生成する１つまたは複数の乗算器(546, 552, 560, 562)とを
さらに有して構成されている請求項３から５のいずれか一項に記載の受信器。
地球航法衛星システムから受信された交流バイナリ・オフセット搬送波、すなわちＡｌｔＢＯＣ、信号から、全地球位置を決定する方法であって、
局部的に生成されたコード(c3, c4)に上部及び下部の搬送波(er, er*)の実数及び虚数成分(cr, sr)を結合することによって得られたＡｌｔＢＯＣ複合コードの局部バージョンの実数及び虚数コード成分(Ipilot, Qpilot)を生成するステップと、
受信された前記ＡｌｔＢＯＣ信号の同相及び直角位相成分を生成するステップと、
局部的に生成された実数及び虚数複合コード成分で、受信されたＡｌｔＢＯＣ信号のベースバンド同相及び直角位相成分(Ibaseband, Qbaseband)を乗算することにより生成された積を結合することにより、局部的に生成された複合コードを受信されたＡｌｔＢＯＣ信号における複合コードと相関させて、関連の相関信号(Iprompt, Qprompt)を生成するステップと、
前記相関信号に基づいて局部複合コード発生器を調整して、局部複合コードを、受信された前記ＡｌｔＢＯＣ信号における対応の複合コードと整列させるステップと、
受信されたＡｌｔＢＯＣ複合コードが送信された時間と、前記ＡｌｔＢＯＣ複合コードが受信された時間との間のタイミング差に基づいて全地球位置を決定するステップと、
を有する方法。
前記ＡｌｔＢＯＣ複合コードの局部バージョンを生成するステップは、
前記上部及び下部の搬送波(er, er*)の実数及び虚数成分に対応する方形波(cr, sr)を生成するステップと、
上部の搬送波上で変調される第１のコード(c3)を生成するステップと、
下部の搬送波上で変調される第２のコード(c4)を生成するステップと、
第１及び第２のコードを選択的に結合し、その結果を、上部及び下部の搬送波の実数及び虚数成分で乗算することにより、前記局部複合コードの実数及び虚数成分(Ipilot, Qpilot)を生成するステップと、
を有する請求項７に記載の方法。
前記第１及び第２のコードを選択的に結合するステップは、前記実数及び虚数成分(Ipilot, Qpilot)にそれぞれ関連する第１及び第２の合計を生成するステップを有し、第１の合計は、反転された第１のコード(c3)に第２のコード(c4)を加算したものに対応し、第２の合計は、反転されていない前記第１及び第２の２つのコードの加算したものに対応する請求項８に記載の方法。
発生された前記局部複合コード(Ipilot, Qpilot)は、データレス複合パイロット・コードに対応する請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
前記上部の搬送波上で変調された第３のコード(c1)を生成するステップと、
前記下部の搬送波上で変調された第４のコード(c2)を生成するステップと、
結合Ｒ _１＋Ｒ _２及び結合Ｒ _２ −Ｒ _１の実数及び虚数成分(I _{Ｒ１＋Ｒ２} , Q _{Ｒ１＋Ｒ２} , I _{Ｒ１ - Ｒ２} , Q _{Ｒ１ - Ｒ２} )を得るために、前記第１及び第２の方形波を使用して前記第３及び第４のコードの２つの結合を生成するステップと、
それぞれの結合に対応する組合せ相関信号((R1+R2)プロンプト, (R1-R2)プロンプト)を得るために、前記結合を関連づけるステップと、
前記組合せ相関信号からデータを回収するステップと
をさらに有し、
前記Ｒ _１は、前記第３コードに関連している自己相関関数であり、
前記Ｒ _２は、前記第４コードに関連している自己相関関数である請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。