JP5128747B2 - 局部発振器周波数エラーを補正する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子回路に関する。さらに詳しくは、本発明は局部発振器（Local Oscillator）（ＬＯ）周波数エラーを時間に関してＬＯ周波数に特性を付与することによって補正する新規かつ改善された方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正確な周波数ソース（sources）は非常に多くの電子システム及び装置の動作に極めて重要である。周波数ソースはタイミングソースとして電子装置内で用いられ、また局部発振器（ＬＯ）として用いられて電子装置を所望の通信チャネルに同調する。
【０００３】
多くのタイプの正確な周波数ソースが利用できる。特定の適用内で実現される特定のタイプの周波数ソースは該特定の適用の設計制約に従って決定される。原子時計は周波数精度の最高のレベルを示すが、しかしながら、そのサイズ、コスト及び同調レンジの欠如が電子システム内での実際の適用を大いに制限する。同様に、正確な周波数ソースはクオーツクリスタルの圧電効果を利用することによって設計され得る。クオーツクリスタルに基づいた周波数ソースの小さなサイズと相対的精度によってそれらは最も多くの消費者に基づいた電子装置に関して普及している。
【０００４】
該適用は周波数ソースに要求されるタイプと周波数精度を決定する。全世界測位システム（ＧＰＳ）アプリケーションに使用される受信機は、衛星から送信されるＧＰＳ搬送周波数上で供給される信号との同期をすばやく獲得し維持するために、高レベルの周波数精度を有するＬＯを必要とする。ＧＰＳを概観することによってＧＰＳ受信機内のＬＯ周波数精度に対する要求を説明することができる。
【０００５】
ＧＰＳは一般に位置決定に使用される。ＧＰＳは幾何学上の原理を用いて位置決定を実行する。ＧＰＳ衛星の配列は地球の周囲を起動を描いて回る。受信機は衛星の位置を知り、受信機から多くの衛星のそれぞれへの距離を計算することによって、その正確な位置を決定することができる。
【０００６】
ＧＰＳ受信機は、衛星によって送信された信号が受信機に到達する時間を測定することによって、衛星から受信機への距離を計算する。いったん受信機が衛星からの距離を測定すれば、受信機は衛星から等距離地点の軌跡上に受信機があることを知る。衛星は地点ソースとして存在し、ある地点から等距離の地点の軌跡は球面である。受信機が第２の衛星からその距離を測定すると、受信機はその位置が第２の球面のどこかに位置していることを知る。しかしながら、可能性のある位置は、２つの衛星からの距離がわかると、大いに限定される。これは、受信機の位置が２つの球面の交差上のどこかにあるからである。２つの球面の交差は円である。従って、受信機は、その位置が交差円上にあることがわかる。受信機から第３の衛星への距離を測定することにより第３の球面が創られる。第３の球面は、最初の２つの球面と交差し、第１と第２の球面の交差を画定する円とまた交差する。３つの球面の交差は受信機が位置し得る２つの明確な地点を結果として生ずる。いったん３つの球面の交差によって生成された２つの地点が決定されれば、受信機は２つの地点のいずれが正確な位置であるかを判断し得るか、或いは受信機は第４の衛星からの距離を測定し得る。
【０００７】
いったん３つの衛星からの距離が測定されたならば、受信機は２つの地点のいずれの１つがその正しい地点であるか判断できる。２つの地点の１つがありそうな位置ではないので、これがなされ得る。正しくない地点が地表面はるか上か或いは地表面内深くになりそうであるのに対して、２つの地点の正しい１地点が地表面に近くになりそうである。第４の衛星からの距離が測定されれば、受信機の正確な位置が判明するであろう。４つの球面の交差は唯一１地点となるから、４つの衛星を使用して正確な位置が判明する。
【０００８】
ＧＰＳ実行における主要な問題は、衛星から受信機までの距離の正確な測定である。衛星から受信機までの距離は、衛星から発信された信号の受信機への到達時間を測定することによって計算される。各衛星はそれぞれ唯一の擬似乱数コードで変調された２つの搬送周波数を発信する。搬送周波数の１つは１５７５．４２ＭＨｚで動作し、他の搬送周波数は１２２７．６０ＭＨｚで動作する。受信機は受信信号を復調し擬似乱数コードを抽出する。局部的に生成された擬似乱数コードは復調された擬似乱数コードに同期される。２つの擬似乱数コード間の遅延は発信された信号の到達時間を示す。そして衛星からの距離は光の速度で到達時間を乗算することにより決定され得る。
【０００９】
発信衛星の全ては時間同期されている。しかしながら、移動受信機は衛星にわずかに弱く同期されているだけである。受信機の衛星への弱い時間同期は位置決定に誤差をもたらす。上述のように、明確な到達時間は明確な距離に対応する。ある地点からの等距離地点の軌跡はその距離に等しい半径を有する球面である。しかしながら、もし到達時間がある時間レンジ内にあると知られるのみならば、それは測定された時間プラス或いはマイナスある誤差になり、そして距離は、値の対応するレンジ内にあると知られ得るのみである。距離がある値のレンジ内にあるとのみ知られる場合においては、ソースから等距離地点の軌跡は球状シェル（shell）である。球状シェルの厚さは距離測定における誤差に等しい。３つの球状シェル、各シェルは追加の衛星に基づいた位置予測に対応する、の交差点は２つのソリッド（solids）を生じ、その１つが受信機の位置を表す。別個の距離の場合を想起すれば、３つの球面の交差点は２つのソリッドよりむしろ２つの地点をもたらす。
【００１０】
時間同期問題は第４の衛星からの距離測定を含むことによって部分的に解決される。第１に、時間誤差は仮定値、ゼロさえもあるが、与えられる。そして、３つの衛星からの距離が測定される。先に説明したように、これら３つの距離測定によって決定される３つの球面の交差は２つの明確な地点を生じ、その１つが受信機の位置である。第４の衛星からの距離が第４の球面を決める。理論的には、時間誤差がない場合には、第４の球面は唯一１点で他の３つの球面と交差する。しかしながら、時間誤差が存在するときには、第４の球面は交差しない。衛星間には時間誤差はない。従って、受信機から１つの衛星への時間誤差はその受信機から配列内のどの衛星への時間誤差とも同じである。時間誤差は仮定の時間誤差の値を調整することによって測定され得る。４つの球面が１地点で交差するときに時間誤差は測定される。時間誤差の解決はＧＰＳを用いて位置決定が実現されるときに対処されなければならない問題の１にすぎない。ＧＰＳ位置決定受信機は小さな物理的サイズで相対的に低コストで実現されなければならない。ＧＰＳ受信機が消費者指向の装置で実現されるときに、サイズとコスト制約は増加的に重要になる。無線電話に対する新たな要求は発呼者の位置を判断する能力を含む。無線電話の特定の位置は、米国内の９１１コールのような緊急のコールの場合に重要である。しかし、物理的な設計の制約にもかかわらず、受信機は衛星の信号を迅速にサーチして捕捉しなければならない。
【００１１】
受信機の設計はコストと、受信信号感度と、サーチ時間とを取捨選択しなければならない。受信機の設計は、全てのパラメータを同時に最大化できない。受信機の感度又はサーチ時間における著しい改善は増大した受信機のコストを生じる。
【００１２】
衛星信号をサーチし捕捉するのに関連した複雑さに対する大きな要因は受信機の局部発振器（ＬＯ）による周波数エラーである。ＬＯは受信機で使用されて受信信号をベースバンド信号にダウンコンバート（downconvert）する。そしてベースバンド信号が処理される。ＧＰＳ衛星から受信された信号の場合、ベースバンド信号はすべての可能な擬似乱数コードに関連付けられて、どの衛星がその信号を発信したかを判断しかつ信号の到達時間を測定する。サーチと捕捉過程はＬＯ周波数エラーによって非常に複雑にされる。ＬＯによって与えられるどんな周波数エラーもカバーされなければならない追加のサーチ空間を創る。さらに、ＬＯ周波数エラーは到達時間がサーチされなければならない別の次元を提供する。こうして、到達時間サーチが全ての可能な周波数エラーに関して実施されなければならないので、サーチ空間は周波数エラーに比例して増加される。
【００１３】
多くのパラメータが現実の或いは知覚されるＬＯ周波数エラーの一因となる。回路ボード全域の温度勾配だけでなく回路動作温度もＬＯ周波数に影響を及ぼす。加えて、ＬＯに使用される周波数参照の周波数安定性がＬＯ周波数の安定性に直接的に寄与する。周波数エラーへ追加的に寄与するものは受信機の速度に帰するドップラーシフト寄与である。受信機ＬＯが完全に正確である状態においてさえ、ドップラーシフト寄与による知覚される周波数エラーがあり得る。シフトは、衛星送信の周波数に明白な増加か或いは明白な減少のいずれかをもたらし得る。衛星と受信ＬＯの両方が完全に安定しているかもしれぬが、受信機での信号は周波数でシフトしたようにみえる。受信機の移動によって与えられるドップラーシフトは受信機内で修正されず、すでに受信機に存在するどんな周波数エラーにも寄与するのみである。
【００１４】
必要とされるものは、ＬＯ周波数エラーを減少させサーチ空間を減少させる手法であり、サーチ空間はベースバンド信号処理においてカバーされなければならない。サーチ空間での減少はより低いサーチの複雑さを与え、次により大きな受信機感度と減じられたサーチと捕捉時間を与える。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、多数の動作条件上でＬＯに特性を付与することと、動作条件に基づいてＬＯを補正することとによって、局部発振器（ＬＯ）の周波数エラーを減少させる新規かつ改善された方法と装置である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１のモードで動作している間に、小さな周波数不確実性を有する外部周波数ソースが受信機に与えられる。受信機は外部周波数ソースを周波数参照として使用する。受信機は外部周波数ソースを周波数参照として用いてＬＯの周波数エラーを見積もる。周波数見積りと同時に、受信機はＬＯの正確さと周波数の安定性に影響があると知られている様々な既定のパラメータをモニタする。動作温度と回路ボードに沿った温度勾配はＬＯの正確さに影響を与えるパラメータの例である。モニタされたパラメータ値とＬＯ周波数は記憶位置に記憶される。代わりに周波数エラーがテーブル内に記憶され得る。これはＬＯに特性を付与するデータテーブルの連続を与える。
【００１７】
ＬＯはさらに高い正確性の第２のモードへスイッチされ、そのモードではＬＯ出力周波数がより低い周波数エラーを達成するように制御される。さらに高い正確性の第２のモードでは、受信機はもはや外部周波数ソースを利用しない。受信機は既定のパラメータをモニタし続け、該パラメータはＬＯに特性を付与すべく使用される。そして受信機はモニタされたパラメータの現在の結果を使用し、その結果と、以前記憶されたテーブル内の値とを比較する。そして現在のパラメータと記憶されたパラメータの測定値との比較に基づいてＬＯエラーが見積られる。そしてＬＯは以前の特性付与に基づき見積もられたエラーを修正すべく補正される。
【００１８】
代わりの実施形態では、周波数エラーは信号捕捉プロセスが単純化され得るように受信機に報告される。別の実施形態では、ＬＯはより高い正確性のモードで動作し、該モードでは、ＬＯの出力が周波数エラーに対して補正され、周波数エラーはまた受信機に報告される。さらに別の実施形態では、周波数エラーが特性付与される第１のモードは、第２のモードと同時に動作する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴、目的、及び有利な点は、同様の参照の特性が相応じて全体を通して及びここにおいて関係する図面と関連付けられたとき、以下の詳細な記載からさらに明白になるであろう。
【００２０】
図１は一般的な受信機１００のブロック図である。アンテナ１０２はブロードキャスト信号と受信機１００間のインターフェースとして機能する。アンテナ１０２は、受信機１００がＧＰＳ受信機として構成されたＬ帯域で送信された信号を最適に受信するように同調される。ＧＰＳ受信機の場合、ブロードキャスト信号のソースは地球の周りを軌道を描いて回るＧＰＳ衛星の配列である。アンテナ１０２によって受信された信号はダウンコンバータ１１０と接続される。ダウンコンバータ１１０はアンテナ１０２によって受信されたＲＦ信号をさらに処理されるベースバンド信号へダウンコンバートするように機能する。ダウンコンバータ１１０の主要構成要素はミクサ１１２と局部発振器（Local Oscillator）（ＬＯ）１１４である。ダウンコンバータ１１０は、またフィルタと増幅器（図示されていない）を含んでもよく、結果として生じるベースバンド信号の質を最大化する。受信された信号はアンテナ１０２からダウンコンバータ１１０内のミクサ１１２へ接続される。ダウンコンバータ１１０内の信号のどんなフィルタ化或いは増幅化も、その機能的構成要素に対するブロック図を簡単化するために図示されていない。ミクサ１１２は受信された信号をＬＯ１１４信号で効果的に乗算するよう動作する。ミクサ１１２から出力された結果として生じる信号は２つの主要な周波数で集められる。出力されたミクサ１１２の第１の周波数成分は受信信号中心周波数とＬＯ１１４動作周波数の合計に集中される。出力されたミクサ１１２の第２の周波数成分は受信された信号の中心周波数とＬＯ１１４動作周波数間の差に集中される。受信された信号が直角位相変調されるときに、２つのミクサ１１２と１１３はダウンコンバータ１１０内で使用される。受信された信号はミクサ１１２と１１３の両方への入力として使用される。第１のミクサ１１２への第２の入力はＬＯ１１０信号である。第２のミクサ１１３への第２の入力は位相シフタ（shifter）（図示されない）で９０度オフセットされたＬＯ１１４信号である。第１のミクサ１１２の結果として生じた出力は入射位相出力(incident phase output)（I）と称され、第２のミクサ１１３の結果として生じた出力は直角位相出力(quadrature phase output)（Ｑ）と称される。
【００２１】
ダウンコンバータ１１０からのＩとＱ出力はそれぞれフィルタ１２２と１２４に接続され、フィルタ１２２と１２４は、ミクサ１１２と１１３からの所望されない周波数成分を取り除き、後の信号処理の前に、ダウンコンバートされた信号を予め調整するのに使用される。
【００２２】
フィルタ処理されたＩとＱ信号は、相関器（correlators）１３０のバンク（bank）に接続される。相関器１３０はディジタル信号処理技術を利用してＩとＱ信号を処理する。相関器はＩとＱ信号をアナログ・ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）でディジタル化してディジタル信号処理を可能にする。受信機１００がＧＰＳ位置決定用に構成されているならば、相関器１３０は受信された衛星信号の位相オフセットを判断するのに使用される。受信機１００は、それが最初に立ち上げられたときには、その位置に関して事前の知識を有しない。受信機１００は各衛星によって送信される全ての可能な擬似乱数コードシーケンス（pseudo random code sequences）を通じてサーチすることによってその初期位置を判断する。そのうえ、受信機１００は、全ての可能な擬似乱数コードの可能な位相の全てを通してサーチしなければならない。サーチは多くの並行して動作している相関器によって実施され、受信機１００によって必要とされるサーチ時間を最小化する。各相関器は信号擬似ランダムシーケンス上で動作する。相関器は、衛星から受信されたコードに対する当初生成された擬似乱数コードの位相オフセットを判断しようと試みる。衛星信号に対応しない擬似乱数コードはコードのランダムな性質のために相関を有しない。その上、２つのコード信号の位相が整列されない限り、正確な擬似乱数コードは受信された信号との相関を有しないであろう。こうして、２つの信号の位相が整列されるときに、相関器１３０は受信された信号と同じ擬似乱数コードを有する相関器において相関を表示するのみであろう。
【００２３】
相関器の結果はピーク検出（peak detection）１４０処理装置に結合される。多くの相関器は並行して動作し、同時にピーク検出１４０処理装置に結果を供給する。ピーク検出１４０処理装置は受信された信号に関する最もありそうな擬似乱数コードと位相オフセットを判断する。
【００２４】
ＧＰＳは衛星のそれぞれに関して直交するコードを利用する。これによって衛星の全ては同時に同じ周波数で送信することができる。受信機はこうして多数のソースから情報を同時に与えられる。多数の相関器１３０はお互いに独立して動作し、他の直交するコードの面前で受信された擬似乱数コードの位相を判断し得る。それ故に、ピーク検出１４０処理装置は多くの擬似乱数コードを特定する相関数とそれらのコードに関する位相オフセットを同時に与えられる。各衛星は１の擬似乱数コードを割当てられるので、擬似乱数コードの確認は特定の衛星をそのソースとして確定する。さらに、コード位相オフセットの判定はその信号の到達時間を判定する。処理装置１５０はピーク検出１４０処理装置内の情報を分析し、受信機１００の位置を計算する。ピーク検出１４０処理装置が更新されるにつれて、擬似乱数コードとコード位相オフセットの同時判定により処理装置１５０は受信機の位置を判断することができる。
【００２５】
しかしながら、ダウンコンバータ１１０内のＬＯ１１４周波数が不正確であれば、サーチ手順は複雑である。図２は典型的な位相ロックされたループ（Phase Locked Loop）（ＰＬＬ）合成ＬＯ２００のブロック図を示す。参照発振器２０２はＰＬＬに関する周波数参照として用いられる。参照発振器２０２は固定された発振器であり得るし、或いは小さな同調幅を有する安定した電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator）（ＶＣＯ）であり得る。無線電話は参照発振器２０２として電圧制御温度補正水晶発振器（Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator）（ＶＣＴＣＸＯ）を利用してもよい。ＶＣＯが参照発振器２０２として使用されるところでは、参照調整制御ライン（reference adjust control line）２０４が与えられる。
【００２６】
参照発振器２０２の出力は参照ディバイダ（divider）２１０に接続される。参照ディバイダ２１０は参照発振器２０２の周波数を減じるのに使用される。これはＰＬＬの出力周波数が位相検出器２２０へ入力される周波数に比例しているので重要である。参照ディバイダ２１０の出力は位相検出器２２０への１入力として与えられる。
【００２７】
ＶＣＯ２４０はＰＬＬの出力を生成する。ＶＣＯはＰＬＬの所望の周波数幅を超えて同調できなければならない。ＶＣＯ制御ラインに適用される電圧は動作の周波数を決定する。ＰＬＬの出力２４４はダウンコンバータ内のミクサへの入力として使用され得る。ＰＬＬ出力２４４はまた出力ディバイダ２５０の入力に接続される。出力ディバイダ２５０は周波数出力２４４を基準化して、その結果出力ディバイダ２５０スケールファクタ（scale factor）によって増大された位相検出器２２０への周波数入力（参照発振器２０４の基準化された出力）は所望の出力周波数を生ずる。出力ディバイダ２５０の出力は位相検出器２２０への第２の入力として与えられる。
【００２８】
位相検出器２２０は、参照ディバイダ２１０の出力と出力ディバイダ２５０の出力とを比較し、エラー信号を出力ととして生成する。位相検出器２２０から出力されたエラー信号はループフィルタ２３０に結合される。ループフィルタ２３０バンドは位相検出器２２０からのエラー信号を限定する。ループフィルタ２３０の出力は、ＶＣＯ２４０上の制御電圧として使用される。従って、ＰＬＬ出力２４４はその周波数の正確さを参照発振器２０２の周波数の正確さから得ると理解され得る。
【００２９】
ＬＯの周波数の正確さにおけるエラーはサーチプロセスを複雑にする。各相関器がカバーしなければならない完全なサーチ空間３００が図３に示されている。ＧＰＳ受信機内の各相関器は全てのコード位相可能性を通じてサーチしなければならない。コード位相サーチ空間３１０は図３において垂直のサーチ空間として示されている。コード位相サーチ空間３１０の各ビン（bin）は最小の識別可能な位相差を表す。ＧＰＳに用いられる短い擬似乱数コード長は１０２３ビット長である。コードの擬似乱数性質が、ゼロよりも大きい全てのコード位相オフセットに対する無視できる相関を生じるならば、コード位相サーチ空間３１０は全ての潜在コード位相をカバーしなければならない。従って、少なくとも１０２３のビンがコード位相サーチ空間３１０に必要とされ、擬似乱数コードの位相を独特に識別する。
【００３０】
周波数サーチ空間３２０における増加は完全なサーチ空間３００を比例して増加させることが図３から理解され得る。周波数エラーはどんなコード位相エラーも相互に除外するので、周波数サーチ空間３２０は追加のサーチ範囲を表す。周波数サーチ空間３２０における各ビンは最小の識別可能な周波数スパンを表す。最小の識別可能な周波数スパンのサイズはサンプル数と合計集積時間の関数である。最小の識別可能な周波数スパンは合計集積時間の増加につれて減少する。さらに、サンプルの十分な数が所望の識別可能な周波数スパンを達成するのに要求される。ＬＯドリフトの増大は増大された周波数サーチ空間３２０を結果としてもたらす。
【００３１】
受信機は完全なサーチ空間３００内で規定される各ビン内でサンプルと相関する。継続的な結果は蓄積されて受信された信号のシグナル・ツウ・ノイズ・レシオ（ＳＮＲ）をさらに改善する。ＬＯドリフトによって集積結果が周波数ドリフトに対応する多くのビンに現われる。この信号の「スミアリング（smearing）」が図３に多くの周波数ビンにおけるシェーディング(shading)として示されている。ドリフトを示さないＬＯによって集積結果が１の単一の周波数ビンに現われ得る。これは増大されたＳＮＲを通して信号識別性を大いに改善する。
【００３２】
図４はＧＰＳ性能を有する無線電話４００におけるＬＯ安定化回路のブロック図を示す。無線電話４００は無線電話システムを通じての通信を可能にする電話トランシーバ４１０を組み込む。無線電話４００はまた、ＧＰＳ受信機４２０を組み込み位置決定を支援する。図４にて示される実施形態では、無線電話４００は電話モード或いはＧＰＳモードのいずれかで動作し、両方のモードは同時に動作しない。しかしながら、電話とＧＰＳの両モードは、十分な処理性能が無線電話４００内に存在すれば、同時に動作し得る。
【００３３】
無線周波数（ＲＦ）信号はアンテナ４０２を用いて無線電話へ及び無線電話から接続する。アンテナ４０２を通じて接続されるＲＦ信号はＧＰＳ受信機４２０に関する受信信号だけでなく、電話トランシーバ４１０送受信信号をも含む。図４にて示される実施形態では、ＧＰＳ受信機４２０と電話トランシーバ４１０が共通のＬＯ４５０を分け合う。上述の通り、ＬＯ４５０の不正確さはＧＰＳ受信機４２０に関するより大きなサーチ空間を結果としてもたらす。従って、図４にて示される実施形態は電話トランシーバ４１０によって受信された情報を利用して、ＧＰＳ受信機４２０がサーチを行うときに、ＬＯ４５０周波数エラーが最小にされるようにＬＯ４５０に特性を付与する。
【００３４】
内部ＬＯ４５０に特性を付与するために、無線電話４００は高い周波数安定性を有する外部信号を与えられる。デュアルモードスペクトル拡散システムに関する通信工業協会（ＴＩＡ）／電子工業協会（ＥＩＡ）９５−Ｂ移動局−基地局互換性基準にて規定された符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムのような無線システムにおいは、信号は継続して基地局により放送されている。基地局により継続して放送されている信号はパイロットチャネルと同期チャネルを含む。これらの信号の両方が高い周波数安定性を表し、いずれかがＬＯ４５０に特性を付与するために必要とされる外部参照として用いられ得る。
【００３５】
ＴＩＡ／ＥＩＡ ９５‐Ｂによって規定されるようなＣＤＭＡシステムで動作するように設計された無線電話４００は、受信機内にサーチャを組み込み、パイロット信号の存在を継続的にサーチする。無線電話４００では電話トランシーバ４１０内の受信機が基地局（図示されていない）によって送信されたパイロット信号を受信する。
【００３６】
無線電話４００はパイロット信号の存在を利用することができＧＰＳモードにおける信号捕捉を改善する。受信機は周波数の安定したパイロット信号を外部周波数参照として利用してＬＯ４５０における周波数エラーを判断する。受信機によって判断された周波数エラーは発振器特性付与回路４３０に報告される。さらに、センサ４４０、４４２は無線電話４００中に配置されＬＯ４５０周波数エラーに寄与する要因をモニタする。センサ４４０、４４２は、温度、温度勾配、ＲＦ電力増幅器（ＰＡ）動作、ＲＦ ＰＡデューティサイクル(duty cycle)、バッテリーボルト数、時間累積電力（cumulative power on time）、湿度或いはＬＯ４５０周波数エラーに寄与すると判断されるその他の変数を含むがそれらに限定されない要因をモニタし得る。センサ４４０は信号を発振器特性付与回路４３０に接続する。センサ４４０示数(readings)に対応する多くのディジタル化された値は平均化されて、その平均はメモリ４３４のアレイに記憶される。センサ４４０がアナログ値を出力するならば、発振器特性付与回路４３０は、平均化しメモリ４３０内に平均値を記憶する前に、該示数をディジタル化する。センサ４４０がディジタル値を出力するならば、発振器特性付与回路４３０は信号をさらに条件付ける必要はなく、平均化されたディジタルセンサ４４０示数を単に保管する。発振器特性付与回路４３０の一部を形成する処理装置４３２は平均化機能を実行する。
【００３７】
発振器特性付与回路４３０はまた電話トランシーバ４１０によって判断され報告される多くの周波数エラー示数を平均化する。平均化された周波数エラー示数はまたメモリ４３４のアレイに記憶される。平均化された周波数エラーは対応する平均化されたセンサ４４０−４４２示数に関連したメモリ４３４位置に記憶される。このような方法で、動作環境の断片とＬＯ４５０の関連する周波数エラーがカタログ化される。発振器特性付与回路４３０は、無線電話４００が電話モードで動作しているかぎり、新たなセンサ４４０示数と関連する周波数エラーを累積し続ける。無線電話４００がＧＰＳモードで動作するとき、発振器特性付与回路４３０は以前に保管したセンサ４４０示数と周波数エラー情報とを利用してＧＰＳ受信機４２０の信号捕捉を援助する。
【００３８】
ＧＰＳ信号捕捉を援助するために発振器特性付与回路４３０はセンサ４４０−４４２の各々の値を読む。そして処理装置４３２は現在のセンサ４４０−４４２の値を以前に記憶された値のアレイと比較する。あり得るＬＯ４５０周波数エラーはセンサ４４０−４４２示数に対応する以前に記憶された値として判断される。もし正確なセンサ４４０−４４２示数がアレイに存在しないならば、処理装置４３２は存在する値の間に内挿するか或いは存在する値から外挿する。これによって発振器特性付与回路４３０はあり得るＬＯ４５０の周波数エラーを判断する。そして発振器特性付与回路４３０は、ＬＯ制御ライン４３８に与えられるエラー信号を生成し、周波数エラーを補正する。１の実施形態では、オーバーサンプルド・ハイ・ダイナミック・レンジ・デルタ−シグマ変調器（over-sampled high dynamic range delta-sigma modulator）をディジタル・アナログ・コンバータとして用いて、エラー信号は、ディジタル値からＬＯに与えられるべきアナログ値へ変換される。
【００３９】
発振器特性付与回路４３０は、代わりに、周波数エラーの値をＧＰＳ受信機４２０に情報バス４３６上で送信してもよい。周波数エラーを知ることによってＧＰＳ受信機４２０はサーチ空間を狭めることができ、より少ない計算で信号を捕捉することができる。発振器特性付与回路４３０は、代わりに２つの訂正の組合せを供給しても良い。発振器特性付与回路４３０は、ＧＰＳ受信機４２０にＧＰＳモードへ最初に入った際周波数を知らせてもよい、そして無線電話４００がＧＰＳモードである間にＬＯ制御ライン４３８上で信号を与えることによってどんな周波数ドリフトをも訂正してもよい。活発なＬＯ４５０周波数ドリフトを訂正することによって、ＬＯ４５０周波数が連続的相関の集積中に多数の周波数ビン上をドリフトするときに生じる信号スミヤリングが最小化される。
【００４０】
ＬＯ制御ライン４３８上で供給される信号を用いたＬＯ４５０周波数エラー補正は、図２で示されるように、ＰＬＬ合成ＬＯ２００上で実行され得る。図２に参照を戻して、出力周波数２４４が参照発振器２０２の出力に比例することを思い出しなさい。一旦、参照発振器２０２のＶＣＯ利得がわかれば、参照調整２０４電圧における所与の変化に対する出力周波数２４４における変化が判断され得る。こうして、図４の発振器特性付与回路４３０はＰＬＬ合成ＬＯ２００の参照調整２０４ラインを駆動する電圧を計算できて判断された周波数エラーを補正する。
【００４１】
無線電話５００の代わりの実施形態が図５に示されている。図５の無線電話５００は上述の通り電話トランシーバ４１０とＧＰＳ受信機４２０の両方を組み込む。しかしながら、図５の無線電話５００では、電話トランシーバ４１０はＧＰＳ受信機４２０から別個の第１のＬＯ５５０か或いは第２のＬＯ４５０を利用する。ここで期間第１のＬＯと第２のＬＯは電話トランシーバ４１０とＧＰＳ受信機４２０において使用されるＬＯを区別するのに使用される。期間第１のＬＯと第２のＬＯは、多数の周波数変換を要求する受信機において使用される多数のＬＯを記載するのに使用されない。発振器特性付与回路４３０の動作は２つの独特なＬＯ４５０と５５０が使用される場合にはわずかに異なる。電話トランシーバ４１０は継続的にパイロット信号を受信でき、対応する周波数エラーを発振器特性付与回路４３０へ報告することができる。電話トランシーバ４１０の第１のＬＯ５５０の周波数エラーはＧＰＳ受信機４２０の第２のＬＯ４５０周波数エラーに対する代用として効果的に使用される。２つのＬＯ４５０と５５０が使用されるときに、十分な処理能力が無線電話５００内に存在すれば、無線電話５００は別個の電話及びＧＰＳモードで動作する必要はない。代わりに、周波数エラーの特性付与はＧＰＳ受信機の第２のＬＯ４５０における周波数エラー訂正に独立してかつ同時に動作する。
【００４２】
図６と７はＬＯ特性付与プロセスのブロック図である。図６を参照して、プロセスはブロック６０２で開始する。ブロック６０２は制御処理装置によるＬＯ特性付与プロセスの開始を示し得る。一旦、該プロセスが開始されると、ルーチンは外部周波数ソースが受信されるブロック６０４へ進む。図４又は５の受信機において記載されるように、外部周波数ソースが受信機に入力され得て或いは空中で受信され得る。外部周波数ソースはブロック６０６において周波数参照として用いられてＬＯ周波数エラーを計算する。ＣＤＭＡパイロット信号が外部周波数ソースとして用いられる場合、ＣＤＭＡ受信機はＬＯ周波数エラーを判断する。ルーチンはブロック６０８へ進みブロック６０６において判断された周波数エラーの値を記憶する。そしてルーチンは決定ブロック６１０へ進んで周波数エラーサンプルの予め決められた数ｊが保管されているか判断する。予め決められた数ｊは周波数エラーサンプルが平均化されるであろう数を表す。その数は１と同じ位低く、かつ実現する装置内のハードウエアとタイミング制約によって許容され得る位高いかもしれない。ｊサンプルがまだ保管されていないならば、ルーチンはブロック６０４へ戻り追加のサンプルを捕捉する。一旦、サンプルの既定数ｊが保管されたならば、ルーチンはブロック６２０へ進み、そこでｊ周波数エラーサンプルが平均化される。代わりの実施形態では、周波数エラーの移動平均が計算され得る。その移動平均は極端に長期間ＬＯ周波数を特性付できるという利点を有する。不便な点は移動平均はＬＯ周波数エラーを生じる動作環境にあげる変化に迅速に反応し得ないことである。
【００４３】
一旦、サンプルが平均化されたならば、ルーチンはブロック６２２へ進みそこで平均化された周波数エラーがメモリに保管される。平均化された周波数エラーが保管された後、ルーチンはポイント６３０へ進む。ポイント６３０はルーチンの機能を表さない。その代わりとして、単に図６を図７へ接続するのに用いられる。図７にてルーチンを継続して、ルーチンはブロック６４０へ進み、そこでセンサ示数が受信される。少なくとも１のセンサ示数が要求されて、センサ示数の上限はハードウエアの量と実現する装置で利用できる処理力によって限定されるのみである。センサ示数はブロック６４２においてメモリにそれぞれ保管される。そしてルーチンは決定ブロック６５０へ進んで、サンプルの第２の既定数ｋが各センサから保管されているか判断する。もしセンサ示数の第２の既定数ｋがまだ捕捉され保管されていないならば、ルーチンはブロック６４０へ戻りさらにサンプルを捕捉する。一旦、センササンプルの第２の既定数ｋが捕捉され保管されたならば、ルーチンはブロック６６０へ進み、そこでセンサ示数の各々は以前に保管された値ｋの上に平均化される。平均化される周波数エラーサンプルの数によくあることだが、平均化が実行されるセンサ示数の数は設計者によって選択される。平均化されたセンサ示数はブロック６６２においてメモリに保管される。ＬＯ特性付与プロセスはこの時点で完了し、ルーチンは、図７にて示されるように、終了してもよいし、或いはポイント６０３へ戻り反復によってＬＯを継続して特性付与する。
【００４４】
図８はＬＯ補正ルーチンのブッロク図を示し、ＬＯ補償ルーチンは、一旦ＬＯ特性付与ルーチンの少なくとも１のループが生じると、動作する。ルーチンはブロック７０２で開始する。開始は電話トランシーバだけでなくＧＰＳ受信機の両方を実現する無線電話におけるＧＰＳモードの初期化を表し得る。代わりに、開始はＬＯ特性付与が処理するにつれてＬＯ補正が継続的に生じるＬＯ特性付与ルーチンにおける１のループの終了を表しても良い。
【００４５】
そして、ルーチンはブロック７０４へ進み、そこでセンサ値が読み出される。これらのセンサ示数は最も最近のセンサ示数を表す。そしてルーチンは判定ブロック７１０へ進み、そこでセンサ値は以前に保管されたセンサ示数と比較される。もしセンサ示数が特性付与アレイに既に存在する値に合えばルーチンはブロック７３０へ進み、そこで保管されたセンサ値に対応する周波数エラーがアレイ内で調査される。しかしながら、センサ値が特性付与アレイに既に存在しないならば、ルーチンはブロック７２０へ進み、そこで周波数エラーが最近のセンサ示数に合うように保管されているセンサ示数を内挿するか或いは外挿することによって計算されて、それによって見積もられたＬＯ周波数エラーを生成する。７２０或いは７３０のいずれかのブロックからルーチンはブロック７４０へ進み、そこで該見積もられた周波数エラーに基づいて適当なＬＯ訂正が計算される。ＬＯ特性付与アレイから周波数エラーを判断することと、出力周波数に対するＬＯ制御ライン信号に関係するトランスファ機能の認識に基づいて、ＬＯ制御信号を計算することとによって、該ＬＯ訂正が計算される。ＬＯ制御ラインがＶＣＯに関する電圧制御信号である場合に、該トランスファ機能はＶＣＯ利得によって判断される。ルーチンは、一旦ＬＯ訂正が判断されたならば、ブロック７４２へ進む。ブロック７４２において、ルーチンはＬＯ訂正をＬＯへ適用する。代わりに、或いはＬＯ訂正を適用するのに加えて、ルーチンはデータをＧＰＳ受信機へ報告しても良い。そのデータは判断されたＬＯ周波数エラーとＬＯに適用された全ての訂正からなり得る。該情報と補正されたＬＯを用いて、ＧＰＳ受信機は信号をさらに速くかつ効率的に捕捉することができる。
【００４６】
好ましい実施形態の前述の記載は当業者が本発明を実施し或いは使用できるように提供される。これらの実施形態に対する様々な修正は当業者にすぐに明白であろうし、ここで規定された一般的な原理は他の実施形態に発明能力を用いることなく適用され得る。こうして、本発明はここで示された実施形態に限定されるとは意図されないが、ここで開示された原理や新規な特徴に合致した最も広い範囲を与えられるように意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は受信機のブロック図である。
【図２】 図２は局部発振器のブロック図である。
【図３】 図３はサーチ空間を表す図である。
【図４】 図４はＬＯ特性付与を実現する受信機のブロック図である。
【図５】 図５はＬＯ特性付与を実現する受信機の代わりの実施形態のブロック図である。
【図６】 図６はＬＯ特性付与プロセスのフローチャートである。
【図７】 図７はＬＯ特性付与プロセスのフローチャートである。
【図８】 図８はＬＯ補正プロセスのフローチャートである。
【符号の説明】
１００…受信機、１０２…アンテナ、１１０…ダウンコンバータ、１２２…フィルタ、１２４…フィルタ、１３０…相関器、１４０…ピーク検出器、１５０…処理装置

Claims (14)

1. 局部発振器（ＬＯ）周波数エラーを補正する装置であって、
   基地局信号を受信する無線電話受信機と、
   ＬＯを含むＧＰＳ受信機であって、該ＧＰＳ受信機は該無線電話受信機と同じアンテナを使用するように構成されているものと、
   前記基地局信号を受信し、該信号に基づいてＬＯ周波数エラーを計算する回路と、
   ＬＯ周波数エラーの一因となる温度グラィディエントをモニタし、該温度グラィディエントに関連する示数を生成する少なくとも１のセンサと、
   該計算されたＬＯ周波数エラーと該少なくとも１のセンサからの示数とを受信し記憶装置に累積的に記憶する発振器特性付与回路であって、該発振器特性付与回路は、最近の示数及び関連するＬＯ周波数エラーと記憶装置に記憶された累積された示数及びＬＯ周波数エラーとを比較し、記憶装置に記憶された指数に対応する計算されたＬＯ周波数エラーに基づいて補正信号を生成するものと、
   を備える装置。
2. 前記発振器特性付与回路は補正信号をＬＯに供給してＬＯ周波数エラーを補正する請求項１記載の装置。
3. 第１のモードで動作している前記発振器特性付与回路は該少なくとも１のセンサからの示数と該計算されたＬＯ周波数エラーとを記憶装置に記憶し、第2のモードで動作している前記発振器特性付与回路は補正信号を生成する請求項１に記載の装置。
4. 前記発振器特性付与回路は、見積もられたＬＯ周波数エラーを生成するために、該少なくとも１のセンサからの最近の示数の組に合わせて、記憶装置に記憶された示数を内挿し或いは外挿し、且つ前記発振器特性付与回路は該見積もられたＬＯ周波数エラーに基づいて補正信号を生成する請求項３に記載の装置。
5. 前記無線電話受信機は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）信号を受信するように適合される請求項１に記載の装置。
6. 該基地局信号はＣＤＭＡパイロット信号である請求項５に記載の装置。
7. 第1のモードで動作している前記発振器特性付与回路は該少なくとも１のセンサからの示数と前記計算されたＬＯ周波数エラーとを記憶装置に記憶し、第2のモードで動作している前記発振器特性付与回路は補正信号を生成する請求項６に記載の装置。
8. 前記発振器特性付与回路はＬＯ周波数エラーを補正するために補正信号をＬＯに与える請求項７に記載の装置。
9. 該少なくとも１のセンサは温度センサを含む請求項７に記載の装置。
10. 移動体電話受信機とＧＰＳ受信機を有する移動体電話システムにおいて局部発振器（ＬＯ）周波数エラーを補正する方法であって、該ＧＰＳ受信機は該移動体電話受信機と同じアンテナを使用するように構成されており、
    前記移動体電話システムでの温度グラィディエントの少なくとも１のセンサ示数とＬＯ周波数エラーとを移動体電話動作モードでモニタすることであって、
    前記移動体電話受信機で高周波数安定性を有する基地局信号を受信することと、
    該基地局信号とＬＯ周波数を比較することによってＬＯ周波数エラーを生成することと、
    該少なくとも１のセンサからの示数及び対応するＬＯ周波数エラーを受信し記憶装置に累積的に記憶することと、
    最近のセンサ示数及び関連するＬＯ周波数エラーと、記憶装置に記憶された累積されたセンサ示数及びＬＯ周波数エラーとを比較することとを具備し、
    該比較に基づいて見積もられたＬＯ周波数エラーをＧＰＳ動作モードで補正することと、を備える方法。
11. 該少なくとも１のセンサからの示数と対応するＬＯ周波数エラーとを記憶することを備える請求項１０に記載の方法。
12. 前記補正することは、
    該少なくとも１のセンサからの最近の示数の組を受信することと、
    該少なくとも１のセンサからの最近の示数の組と第１のモードで受信された該少なくとも１のセンサからの示数とを用いて見積もられたＬＯ周波数エラーを生成することと、
    前記見積もられたＬＯ周波数エラーからＬＯ補正信号を生成することと、
    ＬＯを補正するためにＬＯ補正信号を与えることと、
    を備える請求項１１に記載の方法。
13. 該基地局信号は符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）パイロット信号である請求項１０に記載の方法。
14. 該少なくとも１のセンサは温度センサを含む請求項１３に記載の方法。

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