JP4916660B2 - 衛星測位システムにおける支援 - Google Patents

Description

（発明の背景）
（１．関連出願の参照）
本出願は、２００２年５月２２日に提出された、「無線ネットワークとともに用いられる多重モードの全地球的測位システムにおける周波数伝送の探索領域の低減」という題名の、シリアル番号１０／１５５，６１４のアメリカ合衆国特許出願の継続出願である。その出願は、２００１年２月２８日に提出された、「無線ネットワークとともに用いられる多重モードの全地球的測位システムにおける情報の伝送」という題名の、現在は特許番号６，４２７，１２０のアメリカ合衆国特許である、シリアル番号０９／７９５，８７１のアメリカ合衆国特許出願の部分継続出願である。その出願は、１１９条（ｅ）のもとで、２０００年８月１４日に提出された、シリアル番号６０／２２５，０７６の、アメリカ合衆国の仮特許出願に対して、優先権を主張する。それらの出願は全て引用することによって本出願に組み込まれる。

（２．発明の技術分野）
本出願は衛星測位システム（ＳＰＳ；Satellite Positioning System）受信機に関する。特にＳＰＳ受信機に情報を提供し、受信機の発振器と衛星の発振器との間の周波数オフセットを補正することによって、受信機の正確さを向上することに関する。

（３．関連技術）
衛星測位システム（ＳＰＳ；Satellite Positioning System）受信機、例えばＮＡＶＳＴＡＲとしても知られる全地球的測位システム（ＧＰＳ；Global Positioning System）受信機は、衛星を基準とする電波航法システムからの電波を受信し、それらの受信された電波を用いてそのＳＰＳ受信機の位置を特定する。そのＳＰＳ受信機から衛星の位置が既知である３つのＳＰＳ衛星までの距離が分かれば、よく知られた交点の考え方を適用することによって、そのＳＰＳ受信機の位置を特定することができる。

一般に、衛星を基準とする電波航法システムにおける各衛星は、それ自身の位置情報と軌道情報とを含む電波を送信する。より具体的には、ＧＰＳシステムにおいて軌道を周回する各衛星は、４つの高度に正確な原子時計：２つのセシウム時計と、２つのルビジウム時計を備える。これらの時計は、それぞれに送信される２つの独特なバイナリ符号（擬似乱雑符号（ＰＲＮ；pseudo random noise）、あるいは擬似雑音（ＰＮ；pseudo noise）符号としても知られる）を生成するために用いられる精密なタイミング・パルスを供給する。そのＰＮ符号は衛星群の中の特定の衛星を識別する。その衛星は、その衛星の精密な軌道を完全に特定する、デジタル符号化されたエフェメリス・データの組も送信する。エフェメリス・データは任意の時刻にその衛星がどこに存在するかを示し、その位置は精密な緯度と経度の測定値によってその衛星の地上航跡として特定される。エフェメリス・データ内の情報は、符号化されて、衛星から送信され、地球を周回するその衛星の任意の時刻における正確な位置を示す正確な指標を提供する。

原子時計は非常に正確であり、１日の周期を通して約１０^１３分の１〜２の安定性を備えるにも関わらず、時間がたてばその時計にわずかな誤差（一般にクロック・ドリフトとして知られる）が生じ、１日当たり約８．６４〜１７．２８ｎｓの衛星クロック誤差をもたらす。それは２．５９〜５．１８メートルの距離の誤差に相当する。その誤差を補償するために、衛星の原子時計の正確さはＧＰＳ制御システムの地上局から継続的に看視され、衛星クロックにおいて検出される如何なる誤差およびドリフトも、計算されて、２次多項式の３つの係数の形式で航法メッセージの一部としてその衛星によって送信される。

ＧＰＳの場合、地球を周回する２４の運用衛星からなる衛星群が名目上は存在する。各衛星は個々のＰＮ符号と、円に近い軌道を備える。その軌道は、赤道面に対して５５度の傾斜角を備え、地表から１０，８９８海里（２０，２００キロメートル）の高度とおおよそ１２時間の軌道周期を備える。各ＧＰＳ衛星は２つのデジタル符号によって変調された２つの搬送波周波数と航法メッセージから成るマイクロ波の無線信号を送信する。その２つの搬送波周波数は「Ｌ１」および「Ｌ２」搬送波と呼ばれ、それぞれ１，５７２．４２メガヘルツ（ＭＨｚ：megahertz）および１，２２７．６０ＭＨｚで送信される。その２つのＧＰＳ符号は粗捕捉符号（Ｃ／Ａ（coarse acquisition）符号）と精密符号（Ｐ（precision）符号）と呼ばれる。各符号はビットあるいは「チップ」として知られる０と１のビットのストリームで構成されている。Ｃ／Ａ符号とＰ符号のどちらも一般にＰＮ符号と呼ばれる。それらは乱雑で雑音のような信号に見えるからである。現在では、Ｐ符号はＬ１搬送波とＬ２搬送波の双方に変調されている一方で、Ｃ／Ａ符号はＬ１搬送波にのみ変調されている。

Ｃ／Ａ符号はミリ秒毎に繰り返す１，０２３のビットのストリームであるから、１．０２３ＭＨｚのチップ速度を備える。各衛星は独自のＣ／Ａ符号を割り当てられ、どの衛星が特定の符号を送信しているのかをＧＰＳ受信機が識別することを可能にする。Ｃ／Ａ符号による距離の計測はＰ符号に比べて相対的には正確さが劣っているが、複雑ではなく、全てのユーザーが利用することができる。Ｐ符号はアメリカ合衆国の政府および軍の利用にほぼ限定されている。

各衛星は毎秒５０キロビット（ｋｂｐｓ；kilo-bits per second）での２相位相変調としてＬ１およびＬ２搬送波に加えられたデータ・ストリームであるＧＰＳ航法メッセージも送信する。航法メッセージは、時間の関数としてのＧＰＳ衛星の座標、衛星の健康状態、衛星クロックの補正係数、衛星のアルマナック、および大気のデータを、その他の情報とともに、含んでいる。各衛星はそれ自身の航法メッセージをその他の衛星における情報、例えばおおよその位置と健康状態とともに送信する。

衛星から送信されたこれらの無線信号を受信することで、衛星から送信された信号をＧＰＳ受信機が受信するまでにどれだけの時間が経過したかを特定することによって、ＧＰＳ受信機は衛星からのそれ自身の距離を算出することができる。例えば、３つの衛星からのそれ自身の距離を特定することによって、ＧＰＳ受信機はそれ自身の２次元位置（緯度と経度、またはＸとＹ）を計算することができる。同様にして、４つの衛星からのそれ自身の距離を計測することによって、ＧＰＳ受信機はそれ自身の３次元位置（緯度と経度と高度、またはＸとＹとＺ）を計算することができる。

あいにく、この手法はＧＰＳ受信機から衛星までの計測される距離が非常に正確であって、バイアス誤差が存在しないことを前提としている。しかしながら、実際には、ＧＰＳ受信機と各衛星との間の計測される距離は、通常は一定の未知のバイアスを備える。なぜなら、ＧＰＳ受信機クロック（ＧＰＳ−ＣＬＫ）は普通はＧＰＳ衛星クロックと相違するからである。このバイアス誤差を解消する目的で、ＧＰＳ受信機の位置の計算には、もう１つの衛星の送信信号が必要とされる。

一般に、衛星によって送信される信号を受信するためには、ＧＰＳ受信機のＧＰＳ−ＣＬＫをＧＰＳ衛星のそれと同期させなければならない。それらのクロックの間の同期における如何なる誤差も、ＧＰＳ受信機の位置の計測における不正確さの原因となる。ＧＰＳ衛星に見られるような原子時計は非常に高価であり、通常はルビジウム時計で数千ドル、セシウム時計で数万ドルの費用がかかる。したがって、ＧＰＳ受信機の一般消費者にとって、それらの利用は現実的ではない。安価でより正確さの劣るクロック、例えば水晶クロックが、ＧＰＳ−ＣＬＫとしてＧＰＳ受信機に一般的に利用されている。しかしながら、ＧＰＳ−ＣＬＫの不正確さが特定されて補正されなければ、衛星の原子時計との同期は部分的にしか解消されず、結果としてＧＰＳ受信機によって計算される距離の計測値は部分的に不正確となるであろう。それゆえ、ＧＰＳ−ＣＬＫの誤差は、正確にＧＰＳ受信機の位置を特定するために特定されなければならない、他の１つの未知の変数のままである。

正確さとは別に、ＧＰＳ衛星クロックに対するＧＰＳ−ＣＬＫの誤差に関する他の１つの問題は、初期測位時間（ＴＴＦＦ：time to first fix）として一般に知られる、結果として生じるＧＰＳ受信機の捕捉の時間である。多くのアプリケーション、例えばＥ９１１に対して、ＧＰＳ受信機はＧＰＳ受信機の電源が投入されてから短時間で位置解を提供できなければならない。あいにく、ＧＰＳ−ＣＬＫは電源を投入されてから最初の数分の間は大きな周波数ドリフトを備える可能性がある。この大きな周波数ドリフトはＴＴＦＦの性能の著しい劣化を招く可能性があり、弱い信号の環境においては航法測位の欠如を招くこともありうる。

ＧＰＳ−ＣＬＫの周波数ドリフトに加えて、ＴＴＦＦの性能に影響を及ぼし得る幾つかのその他の要因が存在する。大気圏の上空には多数のＧＰＳ衛星が存在するが、ＧＰＳ受信機がそのＧＰＳ受信機の位置を計算するために必要とする数のＧＰＳ衛星から送信信号を受信することが常に可能なわけではない。送信や受信の誤差のために、ＧＰＳ受信機が必要な数の衛星から受信することや、正確な信号を受信することを、幾つかの課題が妨げている。これらの課題は長いＴＴＦＦ時間をもたらす可能性がある。

例えば、ＧＰＳ受信機は大気中のまたは地上での物理的な妨害によって必要な数のＧＰＳ送信信号を受信できないであろう。その代わりに、ＧＰＳ受信機が必要な信号を受信できたとしても、信号が以下の原因によって不正確である可能性がある：（１）衛星クロックの誤差；（２）受信機クロックの誤差；（３）計算された衛星位置の誤差；（４）電離層または対流圏による大気の誤差；（５）反射した信号の受信によるマルチパスの誤差；（６）受信機の計測誤差および／または（７）選択誤差、あるいは人為的誤差。ＧＰＳ受信機はエフェメリス・データをＧＰＳシステムそれ自身から取得する必要があり、通常はＧＰＳ受信機はエフェメリス・データを確実に取得するために強い信号を必要とするため、これらの不正確さは３０秒を越えるＴＴＦＦ時間をもたらす可能性がある。

ＧＰＳが開始されてから、ＧＰＳシステムの誤差を低減し正確さを高めるための方法が開発されており、今なお開発がなされている。さらに、すべての衛星からの衛星送信信号を受信する又は正確な送信データを受信することをシステムが常には必要としなくなるように、システムにおける未知の変数あるいは不正確さに関する情報をＧＰＳ受信機に提供する代替手段を提供する多数の種々の方法が実現されている。

ＧＰＳシステムの誤差を克服する手助けをするために導入されている１つの技術はディファレンシャルＧＰＳである。ディファレンシャルＧＰＳを用いると、位置が既知である受信機がＧＰＳ信号を受信し、その受信された信号からそれ自身の位置を計算する。計算された位置は、実際の受信機の既知の位置と比較される。既知の位置と計算された位置との差分（differential）は送信信号における誤差の計算に用いることができる。これらの誤差は位置が未知である受信機（モバイル受信機）に送信され、モバイル受信機がそれ自身の位置をより正確に計算するために利用することができる。

ディファレンシャルＧＰＳは通常は、受信機またはマルチパス以外の誤差を補正するために利用される。しかしながら、ディファレンシャルＧＰＳと同様の手法で、受信機の誤差を補正するために、補正するデータがＧＰＳ受信機に送信されてもよい。例えば、ＧＰＳ−ＣＬＫにおける誤差を補正するために用いられている１つの方法は、第２の信号源、たとえば基地局から、精密な搬送波周波数信号をＧＰＳ受信機に送信することであった。このアプリケーションにおいては、ＧＰＳ受信機は精密な搬送波周波数信号を受信するように設計されており、ＧＰＳ−ＣＬＫを精密な搬送波周波数に校正するおよび／またはロックする。しかしながら、通常この方法は、最初にＧＰＳ−ＣＬＫを精密な搬送波周波数にロックしおよび／または校正し、次にＧＰＳ−ＣＬＫと精密な搬送波周波数の間の動的な同期を維持する、付加的で複雑な回路を必要とする。

それゆえ、動的な手法で、付加的で複雑な回路を利用することなく、現存するハードウェアを大幅に変更することなく、ＧＰＳ−ＣＬＫのドリフトによって作り出される誤差を補償して、位置の正確さを向上し、ＴＴＦＦを改善する方法についての要望が存在する。

（要旨）
本発明は、全地球的測位システム（ＧＰＳ；Global Positioning System）を支援する無線デバイス内のサブシステムに関する。その無線デバイスは、無線ネットワークからの信号を受信することができる無線処理セクションと、ＧＰＳ衛星信号を受信することができる無線周波数（ＲＦ；radio frequency）フロント・エンドを備えるＧＰＳサブシステムとを備える。その無線デバイスのその無線処理セクションは、外部クロックを受信して、その無線処理セクションのクロックと、その外部クロックのとの間のオフセットを特定する。ＧＰＳサブシステムは、その無線処理セクションからそのオフセットの情報と、無線処理セクションのクロックの公称周波数に関する情報と、無線処理セクションのクロックとを受信する。この情報とＧＰＳサブシステムの中のＧＰＳクロックとを利用して、ＧＰＳサブシステムはＧＰＳクロックとネットワーク・クロックとの間の周波数オフセットに関する捕捉信号を特定する。そしてＧＰＳサブシステムは捕捉ユニットにおいてその捕捉信号を用いてＧＰＳ衛星信号を捕捉する。

本発明の他のシステム、方法、特性および利点は、添付の図面と詳細な説明を吟味することによって、当業者にとって明らかであるか、明らかとなるであろう。それらの付加的なシステム、方法、特性および利点はすべて、本出願の記載の範囲内に含まれ、本発明の目的の範囲内に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されることを意図する。

（詳細な説明）
図１はＧＰＳ受信機（図示されない）を備える無線デバイス１０２を用いるＧＰＳシステム１００の実施例である。ＧＰＳ受信機は無線デバイス１０２の内部に設置されている。図１に示すように、動作の間、無線デバイス１０２は基地局１０６と無線伝送経路１０８を経由して無線ネットワーク１０４と信号通信することができる。無線デバイス１０２は信号通信経路１１２を経由してＧＰＳ衛星群１１０のうちの少なくとも１つの衛星と信号通信することができる。

無線デバイス１０２はＧＰＳ受信機（図示されない）と無線処理セクション（図示されない）の両方を備えている。無線デバイス１０２の内部のＧＰＳ受信機は信号通信経路１１２を経由してＧＰＳ衛星群１１０からのＧＰＳ信号を受信することができる。無線デバイス１０２の無線処理セクションは無線ネットワーク１０４から信号伝送経路１０８と基地局１０６を経由して無線通信信号を受信することができる。幾つかの実施形態においては、無線デバイス１０２は無線ネットワーク１０４へ信号伝送経路１０８と基地局１０６を経由して無線通信信号を送信してもよい。無線デバイス１０２は例えばセルラー電話（セル電話、モバイル電話、モバイル・フォンとしても知られる）といった無線端末や、その他の種類のいかなる移動デバイスであってもよく、携帯情報端末（ＰＤＡ；personal digital assistants）、ページャ、コンピュータ、双方向無線、トランク無線、特殊化移動体無線（ＳＭＲ；specialized mobile radio）、あるいは位置情報を特定することが望ましいその他の任意のデバイスを含むが、これらに限定されるものではない。セルラー電話の場合、無線デバイス１０２は任意の通信方式を利用する任意の無線周波数（ＲＦ；radio frequency）帯で動作するセルラー送受信機を利用してもよい。その任意の通信方式には、ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ−２０００、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、ＡＭＰＳ、ブルートゥース、Ｗｉ−Ｆｉおよび／またはこれらの通信方式あるいは類似の通信方式の任意の組合せまたは拡張が含まれるが、これらに限定されるものではない。

図２は図１に示す無線デバイス１０２のブロック図の実施例である。図２に示すように、無線デバイス１０２は無線処理セクション２００とＧＰＳサブシステム２０２の両方を備える。無線処理セクション２００は無線アプリケーションの処理機能を実現するものであって、無線送受信機を備えていてもよい。例えば、セルラー電話の場合、無線デバイス１０２はセルラー送受信機とともに通話処理セクションを備えるであろう。ＧＰＳサブシステムは衛星２０５からの衛星送信信号２０４を受信するためのＧＰＳ受信機（図示されない）と、無線デバイス１０２の位置の演算機能を実施するＧＰＳエンジン（図示されない）を備える。無線デバイス１０２の技術とＧＰＳサブシステム２０２の技術とを統合することによって、無線デバイス１０２は２つの主要なサービス・システムを提供する：セルラー電話サービスといった無線デバイスのサービス・システムと、無線デバイス１０２の位置情報を提供するＧＰＳ受信機のサービス・システムである。当業者にはこの統合が連邦通信委員会（ＦＣＣ；Federal Communication Commission）のＥ９１１要求への適合を含む多くの利点をもたらすことが分かる。

無線デバイス１０２の内部で、あるいは、その代わりに、無線デバイス１０２と無線デバイス１０２の外部補助デバイス（図示されない）との間で、無線処理セクション２００とＧＰＳサブシステム２０２との通信が行われる。これらの通信は信号が無線処理セクション２００からＧＰＳセクション２０２へ伝送されることを可能にし、シリアルまたはパラレル通信リンク２０６（例えばＲＳ２３２シリアル通信リンク）とハードウェア線２０８で行われる。ただし、もし望むのであればその他の接続が利用されてもよい。

例えば、他の１つの実施例においては、無線処理セクション２００とＧＰＳサブシステム２０２は同一のデジタル・プロセッサ（図示されない）および／またはその他の回路を共有してもよい。このような場合、無線処理セクション２００とＧＰＳサブシステム２０２との間の通信はタスク間通信によって実現され、いくつかのデータ伝送、例えば無線処理セクション２００とＧＰＳサブシステム２０２の間の時刻や周波数の伝送は、ハードウェア線２０８を用いることなく、回路の内部でなされるであろう。あるいは、回路の設計によっては伝送が必要とされないであろう。

図２に示すように、ＧＰＳ衛星２０５は無線デバイス１０２で受信される拡散スペクトラム信号２０４を送信する。図示を目的として、衛星２０５はＧＰＳシステムの衛星群２０５を示している。無線デバイス１０２が十分に強力な信号２０４を受信することができる場合、無線デバイス１０２のＧＰＳサブシステム２０２は、スタンドアロンのＧＰＳシステムで一般的に行われているのと同じように、無線デバイス１０２の位置を演算することができる。しかしながら、多くの場合、ＧＰＳサブシステム２０２は十分に強力な信号２０４を受信することができない、あるいは自律的に無線端末の位置を演算するために十分な数の利用可能なＧＰＳ衛星２０５から信号２０４を受信することができない。このことは初期測位時間（ＴＴＦＦ；time to first fix）を結果として長いものとしてしまう。しかしながら、無線デバイス１０２は依然として基地局１０６と通信可能である。従って、基地局１０６は信号１０８を介して無線デバイス１０２と情報を通信することが可能であり、それによって無線デバイス１０２はそれ自身のＴＴＦＦを改善してそれ自身の位置を演算することができる。あるいは幾つかのアプリケーションでは（本発明の実施を必要としないけれども）、無線デバイス１０２から基地局１０６へ情報を通信することを可能として、基地局１０６と信号通信が可能である無線ネットワーク１０４のサーバー（図示されない）が無線デバイス１０２の位置を演算することができる。基地局１０６が無線デバイス１０２へ情報を送信して無線デバイス１０２がそれ自身の位置を演算することを可能とする場合、それは一般に「支援されたＧＰＳ」として知られる。

図２によってさらに示すように、基地局１０６および無線デバイス１０２の無線処理セクション２００とＧＰＳサブシステム２０２の両者は、内部クロック回路によって作り出される内部クロックを備える。図示を目的として、無線処理セクション２００のクロックは「ＷＰＳ−ＣＬＫ」２１０として示され、ＧＰＳサブシステム２０２のクロックは「ＧＰＳ−ＣＬＫ」２１２として示される。通常は、ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０とＧＰＳ−ＣＬＫ２１２は、ＧＰＳ衛星２０５の原子時計と比べた場合にそれほど高度に正確ではない水晶発振器によって作り出される安価なクロックである。それゆえ、ＴＴＦＦを短縮し、無線デバイス１０２の位置を正確に計算するために、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２の誤差を明らかにすべきである。ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０およびＧＰＳ−ＣＬＫ２１２とは対照的に、基地局１０６のクロックは高度に正確である。ＣＤＭＡ無線ネットワークの場合、基地局１０６のクロックはＧＰＳ衛星２０５の原子時計と同期しているだろう。図示を目的として、この基地局１０６のクロックは「ＢＳ−ＣＬＫ」２１４あるいは「標準クロック」（ＳＴＤ−ＣＬＫ；Standard Clock）２１４として示される。運用においては、ＳＴＤ−ＣＬＫ２１４が、信号通信経路１０８を介して、無線端末１０２の無線処理セクション２００へ送信される。以下により詳細に説明するように、無線端末１０２の無線処理セクション２００はＳＴＤ−ＣＬＫ２１４とＷＰＳ−ＣＬＫ２１０との間の周波数における差異に相当する第１オフセット値（「ＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴ」として示される）を計算する。そしてＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴは、そのＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを用いるＧＰＳサブシステム２０２へＷＰＳ−ＣＬＫ２１０とＧＰＳ−ＣＬＫ２１２とともに通信され、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２とＳＴＤ−ＣＬＫ２１４との間の第２オフセット値（「ＧＰＳ−ＳＴＤ−ＯＦＦＳＥＴ」として示される）を推定する。そしてＧＰＳ−ＳＴＤ−ＯＦＦＳＥＴはＧＰＳサブシステム２０２によって利用され、ＧＰＳ衛星２０４からの受信されたＧＰＳ信号が捕捉される。

図３はＧＰＳ−ＳＴＤ−ＯＦＦＳＥＴを生成するための図２に示すＧＰＳサブシステムの内部のオフセット回路３００の概略のブロック図である。オフセット回路３００はオフセット・カウンタ３０２とそのオフセット・カウンタ３０２と信号通信が可能なオフセット結合器３０４とを備える。オフセット回路３００は無線処理セクション２００の中に配置された無線サブプロセッサ３０６と信号通信が可能である。無線サブプロセッサ３０６はＳＴＤ−ＣＬＫ２１４とＷＰＳ−ＣＬＫ２１０とを受信し、それに応じてＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の公称周波数（「Ｎ−ＷＰＳ−ＣＬＫ」として参照される）についての情報を備えるＷＰＳ初期化メッセージと、ＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴについての情報を備えるＷＰＳ周期メッセージを作り出す。Ｎ−ＷＰＳ−ＣＬＫの情報はオフセット・カウンタ３０２へ第１オフセット・バス３０８を経由して送信され、ＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴはオフセット結合器３０４へ第２オフセット・バス３１０を経由して送信される。オフセット・カウンタ３０２はＮ−ＷＰＳ−ＣＬＫの情報を第１バス３０８を経由して受信し、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２とＷＰＳ−ＣＬＫ２１０を受信する。それに応じて、オフセット・カウンタ３０２はＷＰＳ−ＣＬＫ２１０とＧＰＳ−ＣＬＫ２１２との間の周波数の差異（「ＧＰＳ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴ」として参照される）についての情報を備えるオフセット信号（またはメッセージ）を生成し、そのオフセット信号をオフセット結合器３０４へ第３オフセット・バス３１２を経由して送信する。そしてオフセット結合器３０４はＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴとＧＰＳ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴについての情報を結合して、ＧＰＳサブシステムの他の部分へメッセージ・バス（または信号経路）３１４を経由して送信されるＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを作り出す。

図４は図２のＧＰＳサブシステム２０２の基本ブロック図を示している。図４において、ＧＰＳサブシステム２０２はＧＰＳ−ＣＬＫ２１２と、無線処理セクション２００から信号バス４０２を経由して少なくとも１つの信号を受信するＧＰＳ処理装置セクション４００とを備える。無線処理セクション２００はＳＴＤ−ＣＬＫ２１４（図２）を備える無線ネットワーク１０４（図１）からの通信データを受信する。そして無線処理セクション２００はＷＰＳ−ＣＬＫ２１０とＳＴＤ−ＣＬＫ２１４との間の周波数の差異を示すＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴのメッセージを生成する。ＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴのメッセージはＧＰＳ処理装置セクション４００に信号バス４０２を経由して伝送される。ＧＰＳ処理装置セクション４００は、ＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴとＧＰＳ−ＣＬＫ２１２の受信に応じて、ＧＰＳ処理装置セクション４００の内部の捕捉ユニット（図示されない）に入力された場合に受信されたＧＰＳ衛星信号の捕捉を支援するＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを生成する。

図５は図４のＧＰＳ処理装置セクション４００の実施例のブロック図である。図５に示すように、ＧＰＳ処理装置セクション４００は、無線周波数（ＲＦ；radio frequency）フロント・エンド５００と、ＧＰＳクロック処理装置５０２と、ＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ；analog-to-digital converter）５０６と、捕捉ユニット５０８とを備える。ＧＰＳ周波数源５１０はＲＦフロント・エンド５００、ＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４およびＡＤＣ５０６へ周波数リファレンスを送信する。ＲＦフロント・エンド５００は標準的なＧＰＳのＲＦフロント・エンドであればよい。運用においては、ＲＦフロント・エンド５００はＧＰＳ衛星信号を受信してそれらを復調（周波数逓減としても知られる）し、ＧＰＳ衛星信号上で送信されたデータから搬送波周波数を取り除く。その復調は受信されたＧＰＳ衛星信号をＧＰＳ周波数源５１０と混合することによって実現される。そして結果として生じる復調されたＧＰＳ衛星信号はＲＦフロント・エンド５００からＡＤＣ５０６へ送信される。ＡＤＣ５０６では、復調されたＧＰＳ衛星信号は通常、幾つかの良く知られたサンプリング技術によって、サンプルのビット・ストリームにデジタル化される。そして結果として生じるサンプルのビット・ストリームは捕捉ユニット５０８へ伝送される。当業者には、ＧＰＳ周波数源５１０が多くの良く知られた技術によってＧＰＳ−ＣＬＫ２１２にロックされた位相ロック・ループ（ＰＬＬ；phase-locked loop）（図示されない）の中の電圧制御型の発振器（ＶＣＯ；voltage-controlled oscillator）あるいは電圧制御型の水晶発振器（ＶＣＸＯ；voltage-controlled crystal oscillator）（図示されない）を含む局所発振器（ＬＯ；local oscillator）（図示されない）であってもよいことが分かる。

捕捉ユニット５０８はＡＤＣ５０６からサンプルのビット・ストリームを受信し、（ＲＦフロント・エンド５００が受信された衛星信号を中間周波数（ＩＦ；intermediate frequency）に逓減するだけの場合は）サンプルのビット・ストリームの復調を終了し、通常はそれを一揃いの相関器（図示されない）かマッチド・フィルタ（図示されない）を利用して復号する。捕捉ユニット５０８がサンプルのビット・ストリームをＩＦ周波数から逓減する場合、捕捉ユニット５０８はＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４からのドップラー補正された周波数信号をサンプルのビット・ストリームと混合する段階を備えているであろう。その混合器から結果としてもたらされるものは、搬送波のドップラー・シフトについて補正されたサンプルの新たなビット・ストリームであろう。

相関器あるいはマッチド・フィルタは、ＡＤＣ５０６からのサンプルのビット・ストリームと、種々の衛星の符号であるＰＮ符号との相関をとる。衛星に対応するＰＮ符号が、受信された衛星信号のサンプルのビット・ストリームと相関がとられた場合に、捕捉ユニット５０８は検出信号を作り出す。

ＰＮ符号はＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４によって作り出される。ＧＰＳ符号生成器５０４はＰＮ符号を生成する数値制御発振器（ＮＣＯ；numerically controlled oscillator）（図示されない）および搬送波と符号の両者のドップラー・シフトを補正するその他の回路（図示されない）を含んでもよい。ＧＰＳクロック処理装置５０２はＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを特定することができる。一度ＧＰＳクロック処理装置５０２によってＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴが生成されると、それはＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４へ送信される。そしてＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４は、ＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴをドップラー・シフトについての補正と結合して、結合された結果を利用してＩＦ搬送波を取り除いて捕捉ユニット５０８のためのＰＮ符号を生成する。

ＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４は受信された衛星信号の搬送波と符号の両者においてドップラー・シフトの影響を補正しようと試みる。一般には、衛星の運動はＧＰＳ受信機での信号の処理に影響を与える。なぜなら入力される周波数がドップラー効果の結果としてシフトするためである。衛星の運動は搬送波周波数と粗捕捉（Ｃ／Ａ；coarse / acquisition）符号においてドップラー周波数シフトを引き起こす。衛星の角速度および速度は、衛星軌道のおおよその半径から計算することができ、約１．４５８×１０^−４ラジアン／秒および約３，８７４メートル／秒である。ドップラー周波数シフトは衛星のＧＰＳ受信機を向く方向の速度成分によって引き起こされる。通常は、最大のドップラー速度はその衛星が水平位置にある場合に引き起こされ、軌道速度から水平方向の最大のドップラー速度は約２，０７８マイル毎時である。この速度は高速の軍用航空機に等しい。それゆえ、陸上車によって引き起こされるドップラー周波数シフトは、その運動が衛星の方向を向いており、最大のドップラー効果を作り出していたとしても、多くの場合は非常に小さい。Ｃ／Ａ符号によって変調されているＬ１周波数に対して、最大のドップラー周波数シフトは約４．９ＫＨｚである。それゆえ、静止した観測者に対しては、最大のドップラー周波数シフトは±５ＫＨｚ前後である。車両単独で±５ＫＨｚのドップラー周波数シフトを作り出すためには、その車両は衛星に向かって約２，０７８マイル／時で移動しなければならない。このように、ＧＰＳ受信機が低速の車両で用いられる場合は、そのドップラー・シフトは±５ｋＨｚと概算される。

図６は図５のＧＰＳ周波数源５１０の実施例のブロック図である。ＧＰＳ周波数源５１０はＧＰＳ−ＣＬＫ２１２とＰＬＬ６００を備えていてもよい。通常はＧＰＳ−ＣＬＫ２１２は水晶発振器６０２を用いたタイミング回路（図示されない）によって作り出されることが分かる。ＰＬＬ６００は当業者に良く知られた幾つかの手法によって実装される。例えば、ＰＬＬの基本的な構成要素は、位相検出器（図示されない）、ループ・フィルタ（図示されない）および外部電圧によってその周波数が制御されＧＰＳ−ＣＬＫ２１２の周波数にロックされるＶＣＯ（図示されない）を備える。この実施例においては、ＧＰＳ搬送波および符号生成器５０４とＧＰＳクロック処理装置５０２は、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２を基準リファレンスとして用いて、それ自身の個別の周波数を生成する。ＲＦフロント・エンド５００とＡＤＣ５０６は、ＰＬＬ６００からの周波数を用いる。なぜならそれらは普通は同期によって関連付けられているか、他方の倍数である周波数値を利用しているからである。

図７は直接変換を利用するＧＰＳ ＲＦフロント・エンドの実施例の簡略化されたブロック図である。ＲＦフロント・エンド５００はアンテナ７００と混合器７０２を備えていてもよい。混合器７０２はＰＬＬ６００とＡＤＣ５０６と信号通信が可能である。混合器７０２は基本的には信号経路７０４上の受信された衛星信号を、その受信された衛星信号とＰＬＬ６００によって供給される周波数信号の積を取ることによって復調する（つまり逓減する、すなわち搬送波周波数信号を取り除く）乗算器である。受信された衛星信号の搬送波７０４の周波数とＰＬＬ６００の周波数が同期している、すなわち同一の周波数である場合、混合器の出力は低域通過フィルタ（図示されない）によって除去される２次の高調波を備える直流（ＤＣ；direct current）成分の信号である。例えば、信号経路７０４上の信号が「x(t) cos(ωt)」であり、「ω」は角速度であり、「t」が時間である場合、ＰＬＬ６００は混合器７０２に入力される「cos(ωt)」の復調された信号６０６を作り出し、結果としてもたらされる混合器の出力７０８はx(t) cos²(ωt)である。x(t) cos²(ωt)は、x(t) (1+cos(2ωt))/2すなわちx(t)/2+cos(2ωt)/2に等しい。

受信された衛星信号の搬送波７０４の周波数と、ＰＬＬ６００の周波数とが同期していない場合、ＤＣ成分は存在しない。他の１つの例として、信号経路７０４上の信号が「x(t) cos(ωt)」であり、ＰＬＬ６００が復調信号６０６を「cos(ω₁t)」として作り出す場合、結果として生じる混合器の出力６０８はx(t) cos(ωt) cos(ω₁t)であろう。「ω₁」がωに近いが微小量「Δω」だけ異なる場合、その関係はω=ω₁±Δωとして表現される。この場合、x(t) cos(ωt) cos(ω₁t)はx(t) cos(ωt) cos(ωt±Δωt)に等しい。この問題はＰＬＬ６００の周波数を調整して衛星信号の搬送波周波数と同期させることによって克服されるであろう。しかしながら、ＰＬＬ６００での周波数の調整は、ドップラー・シフトを明らかにするものではない。それは、動的な手法において受信された衛星搬送波信号の認識された周波数にも影響を及ぼす。ＲＦフロント・エンドの復調の段階で周波数を補正するのではなく、捕捉の段階で、すなわち捕捉ユニット５０８で補正が行われてもよい。それはドップラー・シフトの補正を含んでもよい。

図８は捕捉ユニット５０８の実施例の簡単なブロック図を示す。捕捉ユニット５０８では、ドップラー・シフト誤差およびＰＬＬ６００はＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４における調整によって、ＰＬＬ６００によって生成される周波数の変化を用いて補正される。捕捉ユニット５０８は複数の相関器あるいはマッチド・フィルタを備えていてもよい。簡単のために、捕捉ユニット５０８は１つの相関器８００を備えるように図示されている。しかしながら、当業者にはほとんどの場合に複数の揃いの相関器が存在するであろうことが分かる。運用においては、捕捉ユニット５０８はＡＤＣ５０６から受信された衛星信号に可能な限り対応するサンプルのビット・ストリームを受信する。捕捉ユニット５０８はそのサンプルのビット・ストリームを一揃いの相関器あるいはマッチド・フィルタに入力し、ＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４からＰＮ符号を受信する。そしてＰＮ符号はその揃いの相関器を通してシフトされ、いつ衛星信号が無線デバイス１０２によって受信されたのかを示す出力が作り出される。通常はＰＮ符号は、各衛星に対するいかなるドップラー・シフトも補償するように調整されているＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４から受信される。しかしながら、この場合ＧＰＳ符号および搬送波生成器５０４とＰＬＬ６００も、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２のいかなる周波数誤差も補償するように、補償されている。

図９はＲＦフロント・エンド９００と、そのＲＦフロント・エンドとＡＤＣ９０４を介して通信可能である捕捉ユニット９０２の他の１つの実施例のブロック図を示す。この例においては、ＲＦフロント・エンド９００は他段階の受信機であって、最初にアンテナ９０６で受信された衛星信号を中間周波数（ＩＦ；intermediate frequency）信号９０８、例えば９６ｋＨｚまで、混合器９１０を介して逓減し、次にベースバンド（すなわちゼロまで復調された）信号９１２まで、混合器９１４を介して逓減する。そしてベースバンド信号９１２はＡＤＣ９０４を通して捕捉ユニット９０２へ送られる。捕捉ユニット９０２において、ＡＤＣのサンプルのベースバンド信号は混合器９１６を介してドップラー搬送波シフトに対して補正され、一揃いの相関器９１８あるいはマッチド・フィルタ（図示されない）へ送られる。周波数源９１８と９２０はＧＰＳ−ＣＬＫ２１２にロックされたＰＬＬ９２４によって生成された周波数信号を（多くの良く知られた技術のいずれかを用いて）逓倍または分周する周波数生成器９２２によって生成されてもよい。同様に、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２を利用するＧＰＳ搬送波および符号生成器９２６は、搬送波ドップラー・シフトを補正して相関器９１８あるいはマッチド・フィルタ（図示されない）を駆動する信号９２８および９３０を生成してもよい。

図１０はＲＦフロント・エンド１０００と、そのＲＦフロント・エンド１０００とＡＤＣ１００４を介して通信可能である捕捉ユニット１００２のさらに他の１つの実施例のブロック図を示す。この例において、ＲＦフロント・エンド１０００は混合の段階のみを備えている。受信された衛星信号はアンテナ１００６で受信されて、ＩＦ周波数１００８と混合器１０１０で混合される。ＩＦ周波数１００８は周波数生成器１０１２によって生成され、受信された衛星信号と混合器１０１０において混合し、受信された衛星信号を中間の逓減された信号１０１４まで、例えば９６ＫＨｚまで逓減する。中間の逓減された信号１０１４はＡＤＣ１００４を通して捕捉ユニット１００２へ送られる。ＡＤＣ１００４は中間の逓減された信号をサンプルのビット・ストリームへデジタル化し、捕捉ユニット１００２へ送る。捕捉ユニット１００２では、そのサンプルのビット・ストリームは第２混合器１０１６へ供給される。第２混合器１０１６はそのサンプルを搬送波ドップラー補正信号１０１８と混合する。それは搬送波ドップラー・シフトに対して補正された逓減されたサンプルのビット・ストリームを生成する。混合器１０１６の出力は、一揃いの相関器１０２０あるいはマッチド・フィルタに供給され、衛星が捕捉された場合には検出信号を生成する。すでに述べたように、周波数生成器１０１２はＰＬＬの周波数１０２６と関連付けられており、ＰＬＬとＧＰＳ搬送波および符合生成器１０２２の両者はＧＰＳ−ＣＬＫ２１２と関連付けられている。

図１１はＧＰＳ搬送波および符号生成器５０４の実施例のブロック図を示す。ＧＰＳ搬送波および符号生成器５０４はドップラー予測モデル１１００と、オフセット結合器１１０２と、ＮＣＯレジスタ１１０４とＮＣ１１０６を備えてもよい。運用においては、ドップラー予測モデル１１００はＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴと結合された幾つかのドップラー補正値を生成する。これらの補正値はＮＣＯ１１０６を制御するＮＣＯレジスタ１１０４への入力である。そしてＮＣＯ１１０６はドップラー補正された搬送波信号とＰＮ符号とを捕捉ユニット５０８へ送信する。

図１２はＧＰＳクロック処理装置５０２の実施例のブロック図を示す。ＧＰＳクロック処理装置５０２はオフセット・カウンタ１２００とオフセット結合器１２０２を備えてもよい。例えば、オフセット・カウンタ１２００はＧＰＳ−ＣＬＫ２１２からの信号１２０４と、無線処理セクション２００からの少なくとも１つの信号１２１２を受信してもよい。そしてオフセット・カウンタ１２００はＧＰＳ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを示すオフセット信号を生成する。そのオフセット信号はメッセージとして信号経路１２０６を経由してオフセット結合器１２０２へ送信される。そしてオフセット結合器１２０２は信号経路１２０６を介して受信されたオフセット信号からの情報を、ＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを示す信号経路１２０８を介して無線処理セクション２００から受信されたメッセージと結合する。オフセット結合器１２０２の出力はＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを示すオフセット信号１２１０である。このオフセット信号１２１０は図１１の結合器１１０２の入力である。

動作の例として、オフセット・カウンタ１２００はＷＰＳ−ＣＬＫ２１０とＧＰＳ−ＣＬＫとの間の相対的な周波数オフセットを計測するために利用することができる。オフセット・カウンタ１２００へのゲート信号は、信号経路１２０４を介してＧＰＳ−ＣＬＫ２１２によって生成されてもよい。ゲート時間とも呼ばれるパルス幅は、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２のクロック・パルスのフィックスされた数を数えることによって特定される。オフセット・カウンタ１２００は、信号経路１２１２を経由して、ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０も受信する。そしてオフセット・カウンタ１２００はゲート時間の間、ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０のクロックからパルスを数える。一般に、オフセット・カウンタ１２００はゲート時間によって逓倍されたＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の周波数と等しくなるであろうＷＰＳ−ＣＬＫ２１０のクロック・パルスの数（「予測数」または「予測された数」）を数える。
すなわち、（予測された数）＝（周波数）×（ゲート時間）である。

例えば、オフセット・カウンタ１２００は一秒間に２５ＭＨｚの仮想的なＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の周波数を用いて、周波数源、例えば発振器からの２５，０００，０００のパルスを蓄積する。それゆえ、周波数オフセットは実際の計数の読みからＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の周波数の予測された数を減じた量を、ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の周波数とゲート時間の積によって除算した量として特定することができる。数学的な関係として記述すると、周波数オフセットは以下のようになる：（周波数オフセット）＝（（計数の読み）−（予測された数））／（（周波数）×（ゲート時間））。

予測された数を演算するためには、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２とＷＰＳ−ＣＬＫ２１０クロックの公称周波数が必要であることが、当業者には分かる。ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２のクロック周波数は信号経路１２０４を介して与えられている。ＧＰＳサブシステム２０２のソース・コードにおけるコンパイル時間のパラメータを取り除くために、無線処理セクション２００はＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の公称周波数を特定する。通常は、これはＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の公称周波数のパラメータ、Ｎ−ＷＰＳ−ＣＬＫを含む周期的な周波数校正のメッセージを、無線処理セクション２００からオフセット・カウンタ１２００へ、信号経路１２０４を介して送信することによって行われる。そしてＧＰＳクロック処理装置５０２は相対的な周波数誤差を、ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０のクロック特性について事前の知識を用いることなく、演算することができる。

オフセット・カウンタ１２００のハードウェアの複雑さを軽減するために、オフセット・カウンタ１２００がそれ自身の数える範囲を法として数えて、その数値範囲をオフセット・カウンタ１２００が総合的に数える範囲よりも小さくすることで、オフセット・カウンタが全体を通じて数える範囲を、数える数を総合したものよりもかなり小さくすることができる。例えば、総合的に数える範囲が５００万分の１であり、ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の周波数が２０ＭＨｚであり、ゲート時間が１秒である場合、オフセット・カウンタ１２００が数える範囲は５e^-6×２０e⁶＝１００程度に小さくすることができる。

予測された数と実際の計数の読みと間の差異を用いて、以下に示すように、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２の周波数オフセットを演算することができる。まず、予測された数と実際の計数との間の差異は、ＷＰＳ−ＣＬＫ２１０の周波数誤差（δf_wps-lo）によるだけでなく、ゲート時間の誤差とオフセット・カウンタ１２００の分解能にもよる。ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２のクロックによって制御されるオフセット・カウンタ１２００のゲート時間をt秒とすると、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２のクロック周波数（δf_gps-lo）によってもたらされるゲート時間の誤差（δt）はδt = δf_gps-lo × tである。その結果、（周波数オフセット）＝δf_wps-lo + δf_gps-lo + （計数誤差）/（t × f_wps-lo）である。

オフセット・カウンタ１２００が計測する値は、（δf_gps-lo + δf_wps-lo）である。理論上は、ＧＰＳ−ＣＬＫ２１２のクロックはＷＰＳ−ＣＬＫ２１０のクロックよりも良好に校正することはできず、ゲート時間の延長によって（δf_gps-lo + δf_wps-lo）の計測の正確さを改善することができる。しかしながら、あまりに長いゲート時間を用いることは、普通は実用的ではない。それゆえ、一般には相対的な周波数オフセットの推定される誤差が、設計上で決められた所望の範囲内となるように、最小のゲート時間が予測される。

図１３はＧＰＳサブシステム２００が実施する処理を説明するフローチャートである。処理が開始すると（１３００）、図５のＧＰＳクロック処理装置５０２は、図１３のＧＰＳ−ＣＬＫ、ＷＰＳ−ＣＬＫおよびＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを受信する（１３０２）。その後、ＧＰＳクロック処理装置５０２はＧＰＳ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを特定し、ＧＰＳ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴとＳＴＤ−ＷＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを結合してＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴを生成する（１３０６）。その後、ＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴはＧＰＳ搬送波および符号生成器５０４へ送られ、そこでＳＴＤ−ＧＰＳ−ＯＦＦＳＥＴはドップラー予測と結合されて、相関信号を生成する（１３０８）。相関信号はＧＰＳ搬送波および符号生成器の中のＮＣＯを調整するために用いられる（１３１０）。その後ＮＣＯの出力は捕捉ユニット５０８へ供給され（１３１２）、それに応じて捕捉ユニットは受信された衛星信号を相関信号を用いて捕捉する（１３１４）。その後処理は終了する（１３１６）。

図１３の処理はハードウェアあるいはソフトウェアによって実施されてもよい。ハードウェの場合、その処理は無線処理セクション２００またはＧＰＳ処理装置セクション４００の中のコントローラ（図示されない）によって実施されてもよい。そのコントローラは、選択的に例えばIntel社のXXX86、Motorola社の68XXXまたはPowerPC、あるいはその他の等価なものといった任意の汎用プロセッサや、コントローラに常駐するソフトウェアの指示（図示されない）を実行することが可能なＧＰＳおよび／またはセルラーに特化したプロセッサであってもよい。その代わりに、ＧＰＳ専用の回路あるいはＧＰＳ用のデバイスが選択的に利用されてもよい。コントローラは選択的に、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ；Application Specific Integrated Chip）や、縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ；Reduced Instruction Set Computer）といった信号半導体チップに集積されていてもよいし、デジタル・シグナル・プロセッサ・チップを介して実装されてもよいことが分かる。

その処理がソフトウェアによって実施される場合、そのソフトウェアは無線デバイス１０２の（無線処理セクション２００および／またはＧＰＳサブシステム２０２のどちらかの中の）ソフトウェア・メモリ（図示されない）か、無線ネットワーク１０４上のサーバーに常駐していればよい。ソフトウェア・メモリの中のソフトウェアは、論理的な機能の実装を目的とする、実行可能な指示の順序付けられたリストを備えてもよい（すなわち、「論理」は例えばデジタル回路やソース・コードといったデジタル形式で実装されてもよいし、アナログ回路や例えばアナログの電位、音声またはビデオ信号といったアナログ・ソースといったアナログ形式で実装されてもよい）。その実行可能な指示の順序付けられたリストは、例えばコンピュータを利用したシステムやプロセッサを含有するシステムといった、指示実行システム、装置またはデバイス、あるいはその指示実行システム、装置またはデバイスから選択的に指示を読み出して、その指示を実行することができるその他のシステムによって利用される、あるいはそれと結合した状態で利用される、コンピュータで読取り可能な任意の媒体として選択的に具現化することができる。本明細書において「コンピュータで読取り可能な媒体」および／または「信号を運搬可能な媒体」は、指示実行システム、装置またはデバイスによって利用される、あるいはそれと結合した状態で利用されるプログラムを、含み、記憶し、通信し、伝播し、あるいは輸送することができる、いかなる手段であってもよい。コンピュータで読取り可能な媒体は選択的に、電子的、磁気的、光学的、電磁気学的、赤外線の、または半導体のシステム、装置、デバイス、あるいは伝播媒体であってもよい。これらは例示を目的としており、これらに限定されるものではない。コンピュータで読取り可能な媒体のより特定的な例示である“消去されないリスト”には以下が含まれる。１またはそれ以上のワイヤを持つ電気的接続（電子的）、携帯可能なフレキシブルディスク（磁気的）、ＲＡＭ（電子的）、読み込み専用メモリ“ＲＯＭ”（電子的）、消去可能な読み込み専用メモリ（ＥＰＲＯＭあるいはフラッシュ・メモリ）（電子的）、光ファイバ（光学的）、携帯可能な小型読み込み専用メモリ“ＣＤ−ＲＯＭ”（光学的）。コンピュータで読取り可能な媒体は、プログラムが印刷された、紙や他の適切な媒体でもよい。その紙や他の適切な媒体は、それを光学的にスキャニングすることでプログラムが電子的に認識され、必要であればコンパイルされ、翻訳され、あるいは別な方法で適切に処理され、コンピュータメモリ上に保存される。

上述したように、本発明のＧＰＳシステムは幾つもの無線モバイル・アプリケーションに組込むことができる。同様に、そのＧＰＳシステムは周波数情報を受信することが可能な幾つもの地上位置サービスと結合して使用することができる。このようなＧＰＳシステムは、ネットワーク支援モードあるいはネットワーク基準サービス・モードで動作するモバイル・デバイス、あるいは多重モードで動作し、それによってスタンドアロン・モード、ネットワーク支援モード、ネットワーク基準モード、あるいはその他のモードの間で同時に切替わり、それによって周波数情報を例えば基地局といった第２の情報源から受信することが可能なモバイル・デバイスと結合して使用することができる。

本発明の種々の実施例が記述されたが、本発明の意図する範囲内において、より多くの実施例および実施形態が実現可能であることは、当業者にとって明らかであろう。従って、本発明は添付の特許請求の範囲およびそれらと等価なものを考慮に入れる以外にはなんら制限されるものではない。

（図面の簡単な説明）
本発明は以下の図面を参照することによってより理解されやすいものとなるであろう。図面の構成要素は必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに本発明の原理を明示するために強調が用いられている。図面中では、同一参照番号は異なる図面を通して対応する部分を示す。
図１はＧＰＳ受信機を備える無線デバイスを用いたＧＰＳシステムの実施例である。そのＧＰＳ受信機はその無線デバイスの内部に設置されている。 図２は図１に示す無線デバイスのブロック図の実施例である。 図３はＧＰＳ−ＳＴＤ−ＯＦＦＳＥＴを生成する図２に示すＧＰＳサブシステムの内部のオフセット回路の概略のブロック図である。 図４は図２のＧＰＳサブシステムの基本ブロック図を示す。 図５は図４のＧＰＳ処理セクションの実施例のブロック図である。 図６はＧＰＳ周波数源の実施例のブロック図である。 図７は直接変換を利用するＧＰＳ ＲＦフロント・エンドの実施例の簡略化したブロック図である。 図８は捕捉ユニットの簡単なブロック図を示す。 図９はＲＦフロント・エンドと補足ユニットの他の１つの実施例のブロック図を示す。それはＡＤＣを経由してＲＦフロント・エンドと信号通信することができる。 図１０はＲＦフロント・エンドと捕捉ユニットの他の１つの実施例のブロック図を示す。それはＡＤＣを経由してＲＦフロント・エンドと信号通信することができる。 図１１はＧＰＳ搬送波および符号生成器の実施例のブロック図を示す。 図１２はＧＰＳクロック処理器の実施例のブロック図を示す。 図１３はＧＰＳサブシステムによって実施される処理を説明するフローチャートである。

Claims (16)

1. 支援された全地球的測位システム（ＧＰＳ；Global Positioning System）のサブシステムを備えた無線デバイスであって、前記無線デバイスは無線ネットワークから信号を受信することができる無線処理セクションを備え、前記無線処理セクションは、前記無線処理セクションの内部の無線処理クロックが生成する無線処理クロック信号と、前記無線処理クロックの公称周波数についての情報を備える公称周波数信号と、前記無線処理クロックと前記無線デバイスの外部に存在するネットワーク・クロックとの間の周波数の差異についての情報を備える第１オフセット信号を前記支援されたＧＰＳサブシステムに提供し、前記支援されたＧＰＳサブシステムは：
   ＧＰＳクロック信号を生成するＧＰＳクロックと；
   前記ＧＰＳクロック信号と、前記無線処理クロック信号と、前記公称周波数信号と、前記第１オフセット信号を受信し、それに応じてＧＰＳ衛星信号を捕捉するＧＰＳ処理セクションを備えており、
   前記ＧＰＳ処理セクションは：
   前記ＧＰＳ衛星信号を受信する無線周波数（ＲＦ；radio frequency）フロント・エンドと；
   前記ＧＰＳクロック信号と、前記無線処理クロック信号と、前記公称周波数信号と、前記第１オフセット信号を受信し、前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異についての情報を備える第２オフセット信号を生成するＧＰＳクロック処理装置と；
   前記ＧＰＳクロック処理装置からの前記第２オフセット信号の受信に応じて、捕捉信号を生成するＧＰＳ搬送波および符号生成器と、
   前記捕捉信号を利用して前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する捕捉ユニットを備えることを特徴とする支援されたＧＰＳサブシステムを備えた無線デバイス。
2. 前記ＧＰＳクロック処理装置が、前記ＧＰＳクロック信号と前記無線処理クロック信号と前記公称周波数信号を受信し、前記ＧＰＳクロックと前記無線処理クロックとの間の周波数の差異を表現するオフセット・カウンタ出力信号を生成するオフセット・カウンタを備えることを特徴とする請求項１の支援されたＧＰＳサブシステムを備えた無線デバイス。
3. 前記ＧＰＳクロック処理装置が、前記オフセット・カウンタ出力信号と前記第１オフセット信号を受信し、前記第２オフセット信号を生成するオフセット結合器をさらに備えることを特徴とする請求項２の支援されたＧＰＳサブシステムを備えた無線デバイス。
4. 前記ＧＰＳ搬送波および符号生成器が：
   ドップラー補正値を生成するドップラー予測モデルと；
   前記ドップラー補正値と前記第２オフセット信号を受信し、前記ＧＰＳ搬送波および符号生成器が前記捕捉信号を生成する際に利用する総合的なオフセット信号を生成する、オフセット結合器ユニットとを備えることを特徴とする請求項３の支援されたＧＰＳサブシステムを備えた無線デバイス。
5. 無線デバイスの内部の全地球的測位システム（ＧＰＳ；Global Positioning System）のサブシステムを支援する方法であって、前記無線デバイスは無線ネットワークから信号を受信することができる無線処理セクションを備え、前記無線処理セクションは、前記無線処理セクションの内部の無線処理クロックが生成する無線処理クロック信号と、前記無線処理クロックの公称周波数についての情報を備える公称周波数信号と、前記無線処理クロックと前記無線デバイスの外部に存在するネットワーク・クロックとの間の周波数の差異についての情報を備える第１オフセット信号を前記ＧＰＳサブシステムに提供し、前記ＧＰＳサブシステムはＧＰＳクロックと、ＧＰＳ衛星信号を受信する無線周波数（ＲＦ；radio frequency）フロント・エンドと、前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する捕捉ユニットを備え、
   前記方法は：
   前記ＧＰＳクロックが生成するＧＰＳクロック信号と、前記無線処理クロック信号と、前記公称周波数信号と、前記第１オフセット信号を前記ＧＰＳサブシステムが受信する工程と；
   前記受信する工程に応じて、前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異についての情報を備える第２オフセット信号を生成し、前記第２オフセット信号に応じて捕捉信号を特定する工程と；
   前記捕捉ユニットにおいて、前記捕捉信号を利用して前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する工程とを備えることを特徴とする方法。
6. 前記捕捉信号を特定する工程はさらに：
   前記ＧＰＳクロック信号と前記無線処理クロック信号と前記公称周波数信号に基づいて、前記ＧＰＳクロックと前記無線処理クロックとの間の周波数の差異を特定する工程と；
   前記ＧＰＳクロックと前記無線処理クロックとの間の周波数の差異と、前記第１オフセット信号に基づく前記無線処理クロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異から、前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異を特定する工程とを備えることを特徴とする請求項５の方法。
7. 前記捕捉信号を特定する工程はさらに、前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異とドップラー補正値を結合する工程を備えることを特徴とする請求項６の方法。
8. さらに前記ドップラー補正値と結合された前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異を用いて、数値制御発信機（ＮＣＯ；numerically controlled oscillator）を調整する工程を備えることを特徴とする請求項７の方法。
9. 前記捕捉する工程は、相関器を利用して前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する工程を備えることを特徴とする請求項５から８の何れか一項の方法。
10. 前記捕捉する工程は、マッチド・フィルタを利用して前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する工程を備えることを特徴とする請求項５から８の何れか一項の方法。
11. 無線デバイスの内部の全地球的測位システム（ＧＰＳ；Global Positioning System）のサブシステムを支援するプログラムであって、前記無線デバイスは無線ネットワークからの信号を受信することができる無線処理セクションを備え、前記無線処理セクションは、前記無線処理セクションの内部の無線処理クロックが生成する無線処理クロック信号と、前記無線処理クロックの公称周波数についての情報を備える公称周波数信号と、前記無線処理クロックと前記無線デバイスの外部に存在するネットワーク・クロックとの間の周波数の差異についての情報を備える第１オフセット信号を前記ＧＰＳサブシステムに提供し、前記ＧＰＳサブシステムはＧＰＳクロックと、ＧＰＳ衛星信号を受信する無線周波数（ＲＦ；radio frequency）フロント・エンドと、前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する捕捉ユニットを備え、
    前記プログラムは、コンピュータに：
    前記ＧＰＳクロックが生成するＧＰＳクロック信号と、前記無線処理クロック信号と、前記公称周波数信号と、前記第１オフセット信号を前記ＧＰＳサブシステムが受信する処理と；
    前記受信する処理に応じて、前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異についての情報を備える第２オフセット信号を生成し、前記第２オフセット信号に応じて捕捉信号を特定する処理と；
    前記捕捉ユニットにおいて、前記捕捉信号を利用して前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する処理を実行させることを特徴とするプログラム。
12. 前記捕捉信号を特定する処理はさらに：
    前記ＧＰＳクロック信号と前記無線処理クロック信号と前記公称周波数信号に基づいて、前記ＧＰＳクロックと前記無線処理クロックとの間の周波数の差異を特定する処理と；
    前記ＧＰＳクロックと前記無線処理クロックとの間の周波数の差異と、前記第１オフセット信号に基づく前記無線処理クロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異から、前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異を特定する処理とを備えることを特徴とする請求項１１のプログラム。
13. 前記捕捉信号を特定する処理はさらに、前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異とドップラー補正値を結合する処理を備えることを特徴とする請求項１２のプログラム。
14. さらに前記ドップラー補正値と結合された前記ＧＰＳクロックと前記ネットワーク・クロックとの間の周波数の差異を用いて、数値制御発振器（ＮＣＯ；numerically controlled oscillator）を調整する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１３のプログラム。
15. 前記捕捉する処理は、相関器を利用して前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する処理を備えることを特徴とする請求項１１から１４の何れか一項のプログラム。
16. 前記捕捉する処理は、マッチド・フィルタを利用して前記ＧＰＳ衛星信号を捕捉する処理を備えることを特徴とする請求項１１から１４の何れか一項のプログラム。

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