JP5353396B2 - 通信装置、信号処理方法、信号処理装置、および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、信号処理方法、信号処理装置、および移動体に関する。

近年、人工衛星から送信される航法メッセージを受信して現在位置を計算可能なＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機が、携帯電話やカーナビゲーションシステムに適用されるなど、広く普及している。

具体的には、人工衛星から送信される航法メッセージには、人工衛星の軌道を示す軌道情報、信号の送信時刻などの情報が含まれる。ＧＰＳ受信機は、４個以上の人工衛星から上記航法メッセージを受信し、航法メッセージに含まれる軌道情報から各人工衛星の位置を算出する。そして、ＧＰＳ受信機は、各人工衛星の位置と、航法メッセージの送信時刻と受信時刻の差分に基づいて現在の３次元位置を連立方程式により計算することができる。なお、３次元位置を計算する際に４個以上の人工衛星から送信された航法メッセージが必要となるのは、ＧＰＳ受信機に内蔵される時計と、人工衛星に設けられている原子時計とに誤差が存在するためである。

また、人工衛星は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれる信号、すなわち、符号長が１，０２３でありチップレートが１．０２３ＭＨｚである疑似ランダム（ＰＲＮ：Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ）符号で５０ｂｐｓのデータをスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散した信号で１，５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号により上記航法メッセージを送信する。

したがって、ＧＰＳ受信機が人工衛星からの信号を受信するには、ＰＲＮ符号、キャリアおよびデータの同期をとる必要がある。受信信号のＰＲＮ符号の同期は、受信信号のＰＲＮ符号と自装置で発生したＰＲＮ符号との相関を、例えば高速フーリエ変換を用いて演算することにより実現される。

また、特許文献１には、全周波数の１／Ｌ（Ｌは整数）の周波数成分を得るための高速フーリエ変換をＬ回行うことにより全周波数成分を得る受信装置が記載されている。この受信装置によれば、高速フーリエ変換結果を保持するメモリの使用量を削減することができる。

特許第３９０６９１３号

しかし、従来の受信装置が行うＬ回の高速フーリエ変換には、重複する演算が多く含まれる。したがって、従来の受信装置では、演算量および演算時間が増加してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高速フーリエ変換のための演算時間を短縮することが可能な、新規かつ改良された通信装置、信号処理方法、信号処理装置、および移動体を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、受信信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部により得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつ取得する前処理実行部と、前記前処理実行部からの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行う高速フーリエ変換部と、を備える通信装置が提供される。

前記前処理実行部は、周期信号を生成する信号生成部と、前記サンプリング部により得られたサンプリング値と前記信号生成部により生成された前記周期信号の値とを乗算する乗算部と、前記乗算部により得られた乗算値の各々を、前記乗算部により得られた順序において所定間隔で累積し、複数の累積値を得る累積部とを備え、前記高速フーリエ変換部は、前記累積部により得られた前記複数の累積値を高速フーリエ変換してもよい。

前記通信装置は、前記前処理実行部を複数備え、前記前処理実行部の各々に含まれる前記信号生成部は、異なる周期を有する周期信号を生成してもよい。

前記前処理実行部の各々の前記累積部は、前記乗算値の各々の累積を受信信号の所定長さ単位で行い、前記通信装置は、前記前処理実行部の各々に対応するメモリをさらに備え、前記メモリには、対応する前処理実行部により得られた前記複数の累積値が記録され、前記高速フーリエ変換部は、順次に前記メモリの各々に記録されている前記複数の累積値を高速フーリエ変換してもよい。

前記受信信号は拡散符号によりスペクトラム拡散されており、前記通信装置は、第１の前処理実行部の前記信号生成部と同一の周期を有する周期信号を生成する信号生成部を含み、受信信号が前記所定長さ単位で区切られる位置が前記第１の前処理実行部とで異なる第２の前処理実行部と、前記高速フーリエ変換部による高速フーリエ変換結果に基づいて前記拡散符号の相関点を検出する相関点検出部と、前記第１の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて相関点検出部により検出された相関点、または前記第２の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて相関点検出部により検出された相関点のいずれかを選択する選択部と、をさらに備えてもよい。

前記累積部は、前記乗算値の各々の累積を受信信号の所定長さ単位で行い、前記信号生成部は、生成する周期信号の周期を、受信信号の前記所定長さ単位で変更してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信信号をサンプリングするステップと、サンプリングにより得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつメモリに記録するステップと、前記メモリからの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行うステップと、を含む信号処理方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部により得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつ取得する前処理実行部と、前記前処理実行部からの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行う高速フーリエ変換部と、を備える信号処理装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部により得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつ取得する前処理実行部と、前記前処理実行部からの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行う高速フーリエ変換部と、を備える通信装置が搭載された、移動体が提供される。

以上説明したように本発明にかかる通信装置、信号処理方法、信号処理装置、および移動体よれば、高速フーリエ変換のための演算時間を短縮することができる。

本発明の実施形態にかかる人工衛星システムの構成を示した説明図である。 航法メッセージのフレーム構成を示した説明図である。 本発明の実施形態にかかる受信機のハードウェア構成を示した説明図である。 本発明の実施形態にかかる受信機の動作例の流れを示したフローチャートである。 本発明に関連する同期捕捉部の構成を示した説明図である。 入力データが１６個である場合の高速フーリエ変換の演算の流れを示した説明図である。 高速フーリエ変換を分割的に行う場合の演算の流れを示した説明図である。 高速フーリエ変換を分割的に行う場合の演算の流れを示した説明図である。 高速フーリエ変換を分割的に行う場合の演算の流れを示した説明図である。 高速フーリエ変換を分割的に行う場合の演算の流れを示した説明図である。 高速フーリエ変換の演算過程で得られる中間データを定義する説明図である。 第１の実施形態にかかる同期捕捉部の構成を示した説明図である。 第１の実施形態にかかる同期捕捉部の動作の流れを示した説明図である。 第２の実施形態にかかる同期捕捉部の構成を示した説明図である。 第２の実施形態にかかる同期捕捉部の動作の流れを示した説明図である。 第３の実施形態にかかる同期捕捉部の構成を示した説明図である。 第３の実施形態にかかる同期捕捉部の動作の流れを示した説明図である。 第４の実施形態にかかる同期捕捉部の構成を示した説明図である。 第４の実施形態にかかる同期捕捉部の動作の流れを示した説明図である。 第５の実施形態にかかる同期捕捉部の構成を示した説明図である。 第５の実施形態にかかる同期捕捉部の動作の流れを示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて人工衛星１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、人工衛星１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単に人工衛星１０と称する。

また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．人工衛星システムの概要
１−１．ＧＰＳによる位置測位の概要
１−２．航法メッセージの構成
１−３．受信機の構成および動作
２．本発明の実施形態の背景
３．第１の実施形態
４．第２の実施形態
５．第３の実施形態
６．第４の実施形態
７．第５の実施形態
８．本発明の実施形態の効果

＜１．人工衛星システムの概要＞
まず、図１〜図４を参照し、本発明の実施形態にかかる人工衛星システム１について説明する。

[１−１．ＧＰＳによる位置測位の概要]
図１は、本発明の実施形態にかかる人工衛星システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、当該人工衛星システム１は、複数の人工衛星１０Ａ〜１０Ｄと、受信機２０と、を備える。

人工衛星１０（ＧＰＳ衛星）は、測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を構成しており、地球８の上空を周回している。図１には、４個の人工衛星１０Ａ〜１０Ｄのみを示しているが、例えば、６軌道面に４個ずつで計２４個の人工衛星が地球８の上空を周回する。

また、人工衛星１０は、人工衛星の軌道情報や、航法メッセージの送信時刻などのエフェメリス（Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）情報を含む航法メッセージ（詳細については[１−２．航法メッセージの構成]において説明する。）を送信する。人工衛星１０には原子時計が設けられており、送信時刻は、人工衛星１０に設けられている原子時計に従って例えば１秒単位で表現される。

なお、人工衛星１０は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれるスペクトラム拡散信号により上記航法メッセージを送信する。このスペクトラム拡散信号は、５０ｂｐｓのデータを疑似ランダム系列の拡散符号（以下、ＰＲＮ符号と称する。）でスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散した信号で１，５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ変調した信号である。また、ＰＲＮ符号は、符号長が１，０２３でありチップレートが１．０２３ＭＨｚである。

地球８に存在する受信機２０は、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄから送信される航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージに基づいて自装置の現在位置を計算することができる。

より詳細には、受信機２０は、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄから送信された航法メッセージを受信し、航法メッセージからエフェメリス情報を取得する。そして、受信機２０は、エフェメリス情報から、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの位置を算出する。また、受信機２０は、エフェメリス情報に含まれる送信時刻と、航法メッセージの受信時刻の差分により、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄと受信機２０の間の距離を算出する。その後、受信機２０は、算出した人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの各々の位置と、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの各々と受信機２０の間の距離を利用し、受信機２０の現在の３次元位置を未知数とした方程式を演算する。

このように受信機２０の現在の３次元位置を演算する際には、４個以上の人工衛星１０から送信された航法メッセージが必要となる。これは、受信機２０に内蔵される時計（ＲＴＣ：Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）と、人工衛星１０に設けられている原子時計とに誤差が存在するためである。

また、人工衛星１０は、所定周期でエフェメリス情報を更新し、更新したエフェメリス情報を含む航法メッセージを送信する。ここで、人工衛星１０は常に移動しているため、エフェメリス情報の更新時から時間が経過するにつれ、エフェメリス情報に基づいて算出される人工衛星１０の位置と、実際の人工衛星１０の位置との誤差が大きくなる。このため、航法メッセージに含まれるエフェメリス情報には例えば２時間程度の有効期限が設定されている。

以上、図１を参照してＧＰＳによる位置測位について概略的に説明した。なお、図１においては受信機２０を通信装置の一例として丸印で示しているが、受信機２０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、家庭用ゲーム機器、携帯用ゲーム機器、家電機器、および車載器などの情報処理装置であってもよい。

また、受信機２０は、人間や貨物などを乗せて移動可能な移動体に搭載されてもよい。例えば、移動体としては、二輪車や三輪車などの自動車や、自転車、バス、電車、新幹線、路面電車、飛行機、船、ボートなどの多様な乗り物があげられる。

[１−２．航法メッセージの構成]
次に、図２を参照し、人工衛星１０から送信される航法メッセージの構成について説明する。

図２は、航法メッセージのフレーム構成を示した説明図である。図２に示したように、航法メッセージの１フレームは、５つのサブフレームから構成される。また、１フレーム長さは３０秒であり、１５００ｂｉｔｓの情報量を有する。また、最初のサブフレーム１から３つ目のサブフレーム３には、軌道長半径、離心率、平均近点角、昇降点経度、近地点引数、および軌道傾斜角などの要素を算出するためのパラメータや、航法メッセージの送信時刻ｔｏｃなどのエフェメリス情報が含まれる。一方、４つ目のサブフレーム４および５つ目のサブフレーム５には、全ての人工衛星１０で共通のアルマナック（Ａｌｍａｎａｃ）情報が含まれる。アルマナック情報は、全ての人工衛星１０の６要素や、いずれの人工衛星１０が使用可能であるかを示す情報などが含まれる。

また、各サブフレームには、固定パターンであるプリアンブルの後にデータが記載される。各サブフレームは、１０ワードで構成され、長さが６秒であり、３００ｂｉｔｓの情報量を有する。

また、各ワードは、３０ビットで構成され、長さが６００ｍｓｅｃである。また、各ビットの長さは、Ｃ／Ａコード（拡散符号）の２０周期分である２０ｍｓｅｃである。したがって、データの伝送速度は５０ｂｐｓである。また、Ｃ／Ａコードは、図２に示したように、１周期が１ｍｓｅｃであり、ＰＲＮ符号の１０２３チップで構成される。

[１−３．受信機の構成および動作]
図３は、本発明の実施形態にかかる受信機２０のハードウェア構成を示した説明図である。図３に示したように、受信機２０は、アンテナ２１２、周波数変換部２２０、同期捕捉部２４０、および同期保持部２５０を含む受信処理部２１０と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６０と、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）２６４と、タイマ２６８と、メモリ２７０と、ＸＯ（水晶発振器、Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２７２、ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２７４と、逓倍／分周器２７６と、を備える。

ＸＯ２７２は、所定の周波数（例えば、３２．７６８ｋＨｚ程度）を有する信号Ｄ１を発振し、発振した信号Ｄ１をＲＴＣ２６４へ供給する。ＴＣＸＯ２７４は、ＸＯ２７２と異なる周波数（例えば、１６．３６８ＭＨｚ程度）を有する信号Ｄ２を発振し、発振した信号Ｄ２を逓倍／分周器２７６や周波数シンセサイザ２２８へ供給する。

逓倍／分周器２７６は、ＴＣＸＯ２７４から供給された信号Ｄ２を、ＣＰＵ２６０からの指示に基づいて、逓倍、分周またはその双方を行なう。そして、逓倍／分周器２７６は、逓倍、分周またはその双方を行った信号Ｄ４を、周波数変換部２２０の周波数シンセサイザ２２８、ＣＰＵ２６０、タイマ２６８、メモリ２７０、同期捕捉部２４０、および同期保持部２５０へ供給する。

アンテナ２１２は、人工衛星１０から送信された航法メッセージなどの無線信号（例えば、１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号）を受信し、該無線信号を電気信号Ｄ５に変換して周波数変換部２２０へ供給する。

周波数変換部２２０は、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２２と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２２４と、増幅器２２６と、周波数シンセサイザ２２８と、乗算器２３０と、増幅器２３２と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２３４と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３６と、を備える。この周波数変換部２２０は、以下に示すように、アンテナ２１２により受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する信号Ｄ５を、デジタル信号処理の容易化のために、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の周波数を有する信号Ｄ１４にダウンコンバージョンする。

ＬＮＡ２２２は、アンテナ２１２から供給された信号Ｄ５を増幅し、ＢＰＦ２２４へ供給する。ＢＰＦ２２４は、ＳＡＷフィルタ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ）から構成され、ＬＮＡにより増幅された信号Ｄ６の周波数成分のうちで、特定の周波数成分のみを抽出して増幅器２２６へ供給する。増幅器２２６は、ＢＰＦ２２４により抽出された周波数成分を有する信号Ｄ７（周波数Ｆ_ＲＦ）を増幅し、乗算器２３０へ供給する。

周波数シンセサイザ２２８は、ＴＣＸＯ２７４から供給される信号Ｄ２を利用し、ＣＰＵ２６０からの指示Ｄ９に基づいて周波数Ｆ_ＬＯを有する信号Ｄ１０を生成する。そして、周波数シンセサイザ２２８は、生成した周波数Ｆ_ＬＯを有する信号Ｄ１０を乗算器２３０へ供給する。

乗算器２３０は、増幅器２２６から供給される周波数Ｆ_ＲＦを有する信号Ｄ８と、周波数シンセサイザ２２８から供給される周波数Ｆ_ＬＯを有する信号Ｄ１０を乗算する。すなわち、乗算器２３０は、高周波信号をＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号Ｄ１１（例えば、１．０２３ＭＨｚ程度の周波数を有する中間周波数信号）にダウンコンバージョンする。

増幅器２３２は、乗算器２３０によりダウンコンバージョンされたＩＦ信号Ｄ１１を増幅し、ＬＰＦ２３４へ供給する。

ＬＰＦ２３４は、増幅器２３２により増幅されたＩＦ信号Ｄ１２の周波数成分のうちで低周波成分を抽出し、抽出した低周波成分を有する信号Ｄ１３をＡＤＣ２３６へ供給する。なお、図３においては増幅器２３２とＡＤＣ２３６の間にＬＰＦ２３４が配置される例を説明しているが、増幅器２３２とＡＤＣ２３６の間にはＢＰＦが配置されてもよい。

ＡＤＣ２３６（サンプリング部）は、ＬＰＦ２３４から供給されたアナログ形式のＩＦ信号Ｄ１３をサンプリングすることによりデジタル形式に変換し、デジタル形式に変換したＩＦ信号Ｄ１４を、同期捕捉部２４０および同期保持部２５０へ供給する。

同期捕捉部２４０は、ＣＰＵ２６０による制御に基づき、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用し、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号の同期捕捉を行い、また、ＩＦ信号Ｄ１４のＩＦ周波数を検出する。そして、同期捕捉部２４０は、ＰＲＮ符号の位相やＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数などを同期保持部２５０およびＣＰＵ２６０へ供給する。

同期保持部２５０は、ＣＰＵ２６０による制御に基づき、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用し、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号とキャリアの同期保持を行なう。より詳細には、同期保持部２５０は、同期捕捉部２４０から供給されるＰＲＮ符号の位相やＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数を初期値として動作する。また、同期保持部２５０は、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージを復調し、ＣＰＵ２６０へ供給する。なお、同期保持部２５０は複数のチャンネル用回路を備え、チャンネル用回路の各々が、対応する人工衛星１０から送信された信号の同期保持、および航法メッセージの復調を行う。

ＣＰＵ２６０は、同期保持部２５０から供給される航法メッセージに基づいて、各人工衛星１０の位置や速度を算出し、受信機２０の位置を計算する。また、ＣＰＵ２６０は、航法メッセージに基づいてＲＴＣ２６４の時間情報の補正を行なったり、制御端子、Ｉ／Ｏ端子、および付加機能端子などに接続され各種制御を行なったりする。

ＲＴＣ２６４は、ＸＯ２７２から供給される所定の周波数を有する信号Ｄ１を利用して時間を計測する。ＲＴＣ２６４が計測する時間は、ＣＰＵ２６０により適宜補正される。

タイマ２６８は、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用して計時する。かかるタイマ２６８は、ＣＰＵ２６０による各種制御の開始タイミングを決定する際などに参照される。例えば、ＣＰＵ２６０は、同期捕捉部２４０により捕捉されたＰＲＮ符号の位相に基づいて同期保持部２５０のＰＲＮ符号発生器の動作を開始させるタイミングを決定する際に、タイマ２６８を参照する。

メモリ２７０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などからなり、ＣＰＵ２６０による作業空間、プログラムの記憶部、航法メッセージの記憶部などとしての機能を有する。メモリ２７０においては、ＣＰＵ２６０等による各種処理を行う際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられる。また、入力された各種データをバッファリングする際や、同期保持部２５０より得られた人工衛星１０の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、演算過程で生成される中間データ及び演算結果データの保持ためにもＲＡＭが用いられる。また、メモリ２７０においては、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭが用いられる。また、メモリ２７０においては、受信機２０の電源が切られている間であっても、人工衛星１０の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、および測位結果の位置情報、ＴＣＸＯ１２の誤差量などを記憶する手段として不揮発メモリが用いられる場合がある。

なお、図３に示した受信機２０の構成のうちで、ＸＯ２７２，ＴＣＸＯ２７４、アンテナ２１２、ＬＮＡ２２２およびＢＰＦ２２４を除く構成を、１チップからなる集積回路に実装することも可能である。

続いて、図４を参照し、上述した受信機２０の動作例を説明する。

図４は、本発明の実施形態にかかる受信機２０の動作例の流れを示したフローチャートである。図４に示したように、受信機２０が起動されると、ＣＰＵ２６０が初期設定を行う（Ｓ４２）。続いて、ＲＴＣ２６４により１秒がカウントされると（Ｓ４４）、ＣＰＵ２６０は、同期保持部２５０に含まれる各チャンネル用回路に対して人工衛星１０を割当てる（Ｓ４６）。

その後、受信処理部２１０により航法メッセージが取得されると（Ｓ４８）、ＣＰＵ２６０は実際に保持している少なくとも４個以上の人工衛星１０を選択する（Ｓ５０）。そして、ＣＰＵ２６０は、選択した人工衛星１０の現在位置、および速度を算出し（Ｓ５２）、算出された人工衛星１０の現在位置、および速度に基づいて受信機２０の現在位置、および速度を計算する（Ｓ５４）。

続いて、ＣＰＵ２６０は、計算した受信機２０の現在位置、および速度を表す出力メッセージを作成し（Ｓ５６）、該出力メッセージに応じたコマンド処理を実行した後にＳ４４の処理に戻る（Ｓ５８）。

＜２．本発明の実施形態の背景＞
次に、図５を参照し、本発明の実施形態の背景を説明する。

図５は、本発明に関連する同期捕捉部２４０’の構成を示した説明図である。図５に示したように、本発明に関連する同期捕捉部２４０’は、メモリ３２、ＦＦＴ３４、メモリ３６、読み出しアドレス制御部３８、ＰＲＮ符号発生部４０、ＦＦＴ４２、メモリ４４、乗算器４６、逆ＦＦＴ４８、および相関点検出部５０を備える。

図５に示したように、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４はメモリ３２に記録され、ＦＦＴ３４は、メモリ３２に記録されているＩＦ信号Ｄ１４を高速フーリエ変換する。ＦＦＴ３４による高速フーリエ変換結果は、メモリ３６に記録される。メモリ３６に記録された高速フーリエ変換結果は、読み出しアドレス制御部３８による制御に基づき、順次に乗算器４６へ供給される。

一方、ＰＲＮ符号発生部４０は、受信信号の拡散に利用されているＰＲＮ符号を発生し、ＰＲＮ符号発生部４０により発生されたＰＲＮ符号をＦＦＴ４２が高速フーリエ変換する。ＦＦＴ４２による高速フーリエ変換結果は、メモリ４４に記録される。

乗算器４６は、メモリ３６から供給される高速フーリエ変換結果と、メモリ４４から供給される高速フーリエ変換結果の複素共役とを乗算する。すなわち、乗算器４６は、周波数領域における受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部４０により発生されたＰＲＮ符号との相関の度合を演算する。

逆ＦＦＴ４８は、乗算器４６から供給される乗算結果を逆高速フーリエ変換する。逆ＦＦＴ４８による逆高速フーリエ変換結果は、時間領域における受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部４０により発生されたＰＲＮ符号との相関を示す。相関点検出部５０は、この逆高速フーリエ変換結果に基づき、受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部４０により発生されたＰＲＮ符号が同期する相関点を検出する。

ここで、ＦＦＴ３４は、全周波数の１／Ｌ（Ｌは整数）の周波数成分を得るための高速フーリエ変換をＬ回行うことにより全周波数成分を得ることも可能である。この場合、新たな高速フーリエ変換を行う間にメモリ３６に記録されている前回の高速フーリエ変換結果を乗算器４６が乗算することにより、新たな高速フーリエ変換結果でメモリ３６を更新することができる。したがって、高速フーリエ変換を分割的に行うことにより、メモリ３６の容量を削減することができる。

しかし、ＦＦＴ３４が行うＬ回の高速フーリエ変換には、重複する演算が多く含まれる。したがって、ＦＦＴ３４が単独で高速フーリエ変換を分割的に行う場合、演算量および演算時間が増加してしまうという問題があった。

そこで、上記事情を一着眼点にして本発明の実施形態にかかる受信機２０を創作するに至った。本発明の実施形態にかかる受信機２０は、高速フーリエ変換のための演算時間を短縮することが可能である。以下、このような受信機２０の第１の実施形態〜第５の実施形態を説明する。

＜３．第１の実施形態＞
実際の受信機２０は、例えばＡＤＣ２３６が４．０９６ＭＨｚでサンプリングを行い、同期捕捉部２４０がＡＤＣ２３６により得られた数ｍｓｅｃ分のサンプリング値を入力データとして高速フーリエ変換する。しかし、以下では、説明の便宜上、１６個の入力データを利用して高速フーリエ変換を行う例を説明する。

図６は、入力データが１６個である場合の高速フーリエ変換の演算の流れを示した説明図である。時間領域の入力データｘ０〜ｘ１５は、図６に示した演算により、周波数領域の出力データＸ０〜Ｘ１５に変換される。なお、図６中の「Ｗ」は「ｅｘｐ（−ｊ２π／１６）」である。

一方、図７〜図１０に示すように、高速フーリエ変換を４回に分割して行うことにより出力データＸ０〜Ｘ１５を得ることも可能である。

図７〜図１０は、高速フーリエ変換を分割的に行う場合の演算の流れを示した説明図である。具体的には、図７は、出力データＸ０、Ｘ８、Ｘ４およびＸ１２を得るための演算を示し、図８は、出力データＸ２、Ｘ１０、Ｘ６およびＸ１４を得るための演算を示す。同様に、図９は、出力データＸ１、Ｘ９、Ｘ５およびＸ１３を得るための演算を示し、図１０は、出力データＸ３、Ｘ１１、Ｘ７およびＸ１５を得るための演算を示す。

ここで、演算過程で得られる各中間データを図１１のように定義すると、図８に示した出力データＸ２、Ｘ１０、Ｘ６およびＸ１４を得るための高速フーリエ変換への入力となる中間データｘ”４〜ｘ”７は、以下のように表現される。（Ｗ＾０＝Ｗ＾１６＝１、Ｗ＾８＝−１）

このような中間データｘ”４〜ｘ”７を得るための演算は、入力データと、入力データごとにＷ＾２ずつ位相が変化する信号とを乗算し、乗算値を４個おきに累積する処理と等価である。なお、乗算値の累積間隔は、入力データ数／分割数であるため、入力データ数が１６個で分割数が４である本実施形態においては、上記のように４個となる。

同様に、図７に示した出力データＸ０、Ｘ８、Ｘ４およびＸ１２を得るための高速フーリエ変換への入力となる中間データｘ”０〜ｘ”３は以下の数式２のように表現される。

このような中間データｘ”０〜ｘ”３を得るための演算は、入力データと、位相が変化しない信号（または、入力データごとにＷ＾１６ずつ位相が変化する信号）とを乗算し、乗算値を４個おきに累積する処理と等価である。

また、出力データＸ２、Ｘ１０、Ｘ６およびＸ１４を得るための高速フーリエ変換への入力となる中間データｘ”８〜ｘ”１１は以下の数式３のように表現される。

このような中間データｘ”８〜ｘ”１１を得るための演算は、入力データと、入力データごとにＷ＾１ずつ位相が変化する信号とを乗算し、乗算値を４個おきに累積する処理と等価である。

また、出力データＸ３、Ｘ１１、Ｘ７およびＸ１５を得るための高速フーリエ変換への入力となる中間データｘ”１２〜ｘ”１５は以下の数式４のように表現される。

このような中間データｘ”１２〜ｘ”１５を得るための演算は、入力データと、入力データごとにＷ＾３ずつ位相が変化する信号とを乗算し、乗算値を４個おきに累積する処理と等価である。

以上説明したように、高速フーリエ変換を分割して行う場合、高速フーリエ変換の対象となる中間データｘ”０〜ｘ”１５を、所定の前処理により得ることができる。本実施形態にかかる同期捕捉部２４０は、ＡＤＣ２３６からＩＦ信号Ｄ１４として供給される入力データの取得と併せて所定の前処理を行うことにより、全周波数成分の高速フーリエ変換結果を得るための処理時間の短縮を図ることができる。以下、このような同期捕捉部２４０の詳細な構成および動作を説明する。

[３−１ 同期捕捉部の構成]
図１２は、第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０の構成を示した説明図である。図１２に示したように、第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０は、前処理実行部３１０と、メモリ３２０と、ＦＦＴ３３０と、メモリ３３２と、読み出しアドレス制御部３３４と、演算制御部３３６と、ＰＲＮ符号発生部３４０と、ＦＦＴ３４４（高速フーリエ変換部）と、メモリ３４８と、乗算器３５２と、逆ＦＦＴ３５６と、相関点検出部３６０と、を備える。

また、前処理実行部３１０は、信号生成部３１２と、乗算部３１４と、加算部３１６と、メモリ３１８と、を備える。この前処理実行部３１０は、高速フーリエ変換を分割して行うための前処理を実行する。

信号生成部３１２は、演算制御部３３６により指示される周期を有する周期信号を生成する。そして、乗算部３１４が、入力データとしてＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４と、信号生成部３１２により生成された周期信号を乗算する。すなわち、乗算部３１４は、入力データと、入力データごと（サンプリング間隔ごと）に位相が所定量ずつ変化する信号とを乗算する。

加算部３１６およびメモリ３１８は、乗算部３１４により得られた乗算値を、乗算部３１４により得られた順序において所定間隔で累積する累積部として機能する。具体的には、乗算部３１４により得られた乗算値とメモリ３１８のあるアドレスから読み出された累積値とを加算部３１６が加算し、加算結果で上記アドレスの累積値を更新するという処理を、メモリ３１８のアドレスを１ずつずらして繰り返す。

例えば、メモリ３１８を４個のデータを記憶可能に構成し、信号生成部３１２が入力データごとに位相がＷ＾２ずつ変化する周期信号を生成し、入力データ数が１６である場合、数式１に示した中間データｘ”４〜ｘ”７を累積値として得ることができる。

同様に、メモリ３１８を４個のデータを記憶可能に構成し、信号生成部３１２が入力データごとに位相が変化しない周期信号を生成し、入力データ数が１６である場合、数式２に示した中間データｘ”０〜ｘ”３を累積値として得ることができる。また、メモリ３１８を４個のデータを記憶可能に構成し、信号生成部３１２が入力データごとに位相がＷ＾１ずつ変化する周期信号を生成し、入力データ数が１６である場合、数式３に示した中間データｘ”８〜ｘ”１１を累積値として得ることができる。さらに、メモリ３１８を４個のデータを記憶可能に構成し、信号生成部３１２が入力データごとに位相がＷ＾３ずつ変化する周期信号を生成し、入力データ数が１６である場合、数式４に示した中間データｘ”１２〜ｘ”１５を累積値として得ることができる。

すなわち、入力データ数が１６に達するごとに、演算制御部３３６が信号生成部３１２に生成させる周期信号の周期を変化させ、メモリ３１８をリセットすることにより、中間データｘ”０〜ｘ”３、ｘ”４〜ｘ”７、ｘ”８〜ｘ”１１、ｘ”１２〜ｘ”１５を順次に得ることができる。

メモリ３２０には、前処理実行部３１０により得られる中間データｘ”０〜ｘ”３、ｘ”４〜ｘ”７、ｘ”８〜ｘ”１１、またはｘ”１２〜ｘ”１５が順次に記録される。ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）３３０は、メモリ３２０に記録されている中間データｘ”０〜ｘ”３、ｘ”４〜ｘ”７、ｘ”８〜ｘ”１１、またはｘ”１２〜ｘ”１５のいずれかを高速フーリエ変換する。ＦＦＴ３３０による高速フーリエ変換結果は、メモリ３３２に記録される。メモリ３３２に記録された高速フーリエ変換結果は、読み出しアドレス制御部３３４による制御に基づき、順次に乗算器３５２へ供給される。

一方、ＰＲＮ符号発生部３４０は、受信信号の拡散に利用されているＰＲＮ符号を発生し、ＰＲＮ符号発生部３４０により発生されたＰＲＮ符号をＦＦＴ３４４が高速フーリエ変換する。ＦＦＴ３４４による高速フーリエ変換結果は、メモリ３４８に記録される。

乗算器３５２は、メモリ３３２から供給される高速フーリエ変換結果と、メモリ３４８から供給される高速フーリエ変換結果の複素共役とを乗算する。すなわち、乗算器３５２は、周波数領域における受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部３４０により発生されたＰＲＮ符号との相関の度合を演算する。

逆ＦＦＴ３５６は、乗算器３５２から供給される乗算結果を逆高速フーリエ変換する。逆ＦＦＴ３５６による逆高速フーリエ変換結果は、時間領域における受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部３４０により発生されたＰＲＮ符号との相関を示す。相関点検出部３６０は、この逆高速フーリエ変換結果に基づき、受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部３４０により発生されたＰＲＮ符号が同期する相関点を検出する。

[３−２ 同期捕捉部の動作]
続いて、図１３を参照し、本実施形態にかかる同期捕捉部２４０の動作の流れを説明する。なお、以下では、説明の便宜上、中間データｘ”０〜ｘ”３を中間データＡ、中間データｘ”４〜ｘ”７を中間データＢ、中間データｘ”８〜ｘ”１１を中間データＣ、中間データｘ”１２〜ｘ”１５を中間データＤと称する。

図１３は、第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０の動作の流れを示した説明図である。図１３に示したように、前処理実行部３１０は、演算制御部３３６による制御に基づき、中間データＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤを得るための前処理を順次に行う。

また、中間データＡ〜Ｄの各々を得るための前処理実行部３１０による各前処理の終了と併せて、前処理により得られた中間データがメモリ３２０へ転送される。そして、中間データのメモリ転送が終了すると、メモリ３２０に転送された中間データをＦＦＴ３３０が高速フーリエ変換する。ここで、ＦＦＴ３３０により中間データの高速フーリエ変換がおこなわれている間に、前処理実行部３１０が新たな中間データを得るための前処理を行えるため、全周波数の出力データＸ０〜Ｘ１５を得るための処理時間を短縮できる。

＜４．第２の実施形態＞
以上説明したように、第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０は、前処理実行部３１０およびメモリ３２０を１つずつ備える。これに対し、第２の実施形態にかかる同期捕捉部２４０は、前処理実行部３１０およびメモリ３２０を２つずつ備えることにより、処理時間を一層短縮することができる。

[４−１ 同期捕捉部の構成]
図１４は、第２の実施形態にかかる同期捕捉部２４１の構成を示した説明図である。図１４に示したように、第２の実施形態にかかる同期捕捉部２４１は、前処理実行部３１０Ａおよび３１０Ｂと、メモリ３２０Ａおよび３２０Ｂと、ＦＦＴ３３０と、メモリ３３２と、読み出しアドレス制御部３３４と、演算制御部３３６と、ＰＲＮ符号発生部３４０と、ＦＦＴ３４４と、メモリ３４８と、乗算器３５２と、逆ＦＦＴ３５６と、相関点検出部３６０と、を備える。なお、ＰＲＮ符号発生部３４０、ＦＦＴ３４４、メモリ３４８、乗算器３５２、逆ＦＦＴ３５６、および相関点検出部３６０などは第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０と実質的に同一に構成できるため、説明を省略する。

本実施形態にかかる前処理実行部３１０Ａおよび３１０Ｂは、演算制御部３３６による制御に基づき、異なる周期を有する周期信号を生成する。このため、前処理実行部３１０Ａおよび３１０Ｂの各々からは、異なる中間データが得られる。

メモリ３２０Ａには前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データが記録され、メモリ３２０Ｂには前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データが記録される。

[４−２ 同期捕捉部の動作]
図１５は、第２の実施形態にかかる同期捕捉部２４１の動作の流れを示した説明図である。図１５に示したように、前処理実行部３１０Ａは、演算制御部３３６による制御に基づき、中間データＡを得るための前処理、および中間データＣを得るための前処理を交互に行う。また、前処理実行部３１０Ｂは、演算制御部３３６による制御に基づき、中間データＢを得るための前処理、および中間データＤを得るための前処理を交互に行う。

そして、前処理実行部３１０Ａによる各前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データがメモリ３２０Ａへ転送される。さらに、中間データのメモリ転送が終了すると、メモリ３２０Ａに転送された中間データをＦＦＴ３３０が高速フーリエ変換する。

同様に、前処理実行部３１０Ｂによる各前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データがメモリ３２０Ｂへ転送される。さらに、中間データのメモリ転送およびメモリ３２０Ａの中間データの高速フーリエ変換が終了すると、メモリ３２０Ｂに転送された中間データをＦＦＴ３３０が高速フーリエ変換する。

このように、第２の実施形態にかかる同期捕捉部２４１は、前処理実行部３１０およびメモリ３２０を複数備えるため、異なる中間データを並列的に得ることができる。その結果、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と比較して処理時間を一層短縮することが可能である。

なお、図１５には、前処理実行部３１０Ａによる入力データの取得開始タイミング（図中の立ち上がり）と、前処理実行部３１０Ｂによる入力データの取得開始タイミングとが一致する例を示しているが、双方のタイミングは異なってもよい。

＜５．第３の実施形態＞
以上説明したように、第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０および第２の実施形態にかかる同期捕捉部２４１は、前処理実行部３１０と同数のメモリ３２０を備える。これに対し、第３の実施形態にかかる同期捕捉部２４２においては、メモリ３２０の数を前処理実行部３１０より少なくできるため、回路規模の削減を図ることが可能である。

[５−１ 同期捕捉部の構成]
図１６は、第３の実施形態にかかる同期捕捉部２４２の構成を示した説明図である。図１６に示したように、第３の実施形態にかかる同期捕捉部２４２は、前処理実行部３１０Ａ〜３１０Ｄと、メモリ３２０と、ＦＦＴ３３０と、メモリ３３２と、読み出しアドレス制御部３３４と、演算制御部３３６と、ＰＲＮ符号発生部３４０と、ＦＦＴ３４４と、メモリ３４８と、乗算器３５２と、逆ＦＦＴ３５６と、相関点検出部３６０と、を備える。なお、ＰＲＮ符号発生部３４０、ＦＦＴ３４４、メモリ３４８、乗算器３５２、逆ＦＦＴ３５６、および相関点検出部３６０などは第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０と実質的に同一に構成できるため、説明を省略する。

前処理実行部３１０Ａ〜３１０Ｄの各々は、異なる中間データを得るための前処理を行う。前処理実行部３１０Ａ〜３１０Ｄにより得られた中間データの各々は、順次にメモリ３２０へ転送される。ＦＦＴ３３０は、メモリ３２０へ転送された中間データを高速フーリエ変換する。

[５−２ 同期捕捉部の動作]
図１７は、第３の実施形態にかかる同期捕捉部２４２の動作の流れを示した説明図である。図１７に示したように、前処理実行部３１０Ａが中間データＡを得るための前処理を行い、前処理実行部３１０Ｂが中間データＢを得るための前処理を行う。同様に、前処理実行部３１０Ｃが中間データＣを得るための前処理を行い、前処理実行部３１０Ｄが中間データＤを得るための前処理を行う。

そして、前処理実行部３１０Ａによる前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データＡがメモリ３２０へ転送される。さらに、中間データＡのメモリ転送が終了すると、メモリ３２０に転送された中間データＡをＦＦＴ３３０が高速フーリエ変換する。

その後、前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データＢがメモリ３２０へ転送され、メモリ３２０に転送された中間データＢをＦＦＴ３３０が高速フーリエ変換する。続いて、前処理実行部３１０Ｃにより得られた中間データＣがメモリ３２０へ転送され、メモリ３２０に転送された中間データＣをＦＦＴ３３０が高速フーリエ変換する。さらに、前処理実行部３１０Ｄにより得られた中間データＤがメモリ３２０へ転送され、メモリ３２０に転送された中間データＤをＦＦＴ３３０が高速フーリエ変換する。

このように、本実施形態によれば、異なる前処理実行部３１０Ａ〜３１０Ｄにより得られた中間データＡ〜Ｄが、順次に同一のメモリ３２０へ転送される。したがって、本実施形態においては前処理実行部３１０と同数のメモリ３２０を設ける必要がないため、回路規模の削減を図ることが可能である。

＜６．第４の実施形態＞
また、以下に説明する第４の実施形態にかかる同期捕捉部２４３のように、分割数と同数の前処理実行部３１０およびメモリ３２０を設けることにより、全周波数の出力データＸ０〜Ｘ１５を得るための処理時間をさらに短縮することができる。

[６−１ 同期捕捉部の構成]
図１８は、第４の実施形態にかかる同期捕捉部２４３の構成を示した説明図である。図１８に示したように、第４の実施形態にかかる同期捕捉部２４３は、前処理実行部３１０Ａ〜３１０Ｄと、メモリ３２０Ａ〜３２０Ｄと、ＦＦＴ３３０と、メモリ３３２と、読み出しアドレス制御部３３４と、演算制御部３３６と、ＰＲＮ符号発生部３４０と、ＦＦＴ３４４と、メモリ３４８と、乗算器３５２と、逆ＦＦＴ３５６と、相関点検出部３６０と、を備える。なお、ＰＲＮ符号発生部３４０、ＦＦＴ３４４、メモリ３４８、乗算器３５２、逆ＦＦＴ３５６、および相関点検出部３６０などは第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０と実質的に同一に構成できるため、説明を省略する。

前処理実行部３１０Ａ〜３１０Ｄの各々は、異なる中間データを得るための前処理を行う。前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データはメモリ３２０Ａへ転送され、前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データはメモリ３２０Ｂへ転送される。同様に、前処理実行部３１０Ｃにより得られた中間データはメモリ３２０Ｃへ転送され、前処理実行部３１０Ｄにより得られた中間データはメモリ３２０Ｄへ転送される。

ＦＦＴ３３０は、メモリ３２０Ａ〜メモリ３２０Ｄへ転送された中間データを順次に高速フーリエ変換する。

[６−２ 同期捕捉部の動作]
図１９は、第４の実施形態にかかる同期捕捉部２４３の動作の流れを示した説明図である。図１９に示したように、前処理実行部３１０Ａが中間データＡを得るための前処理を行い、前処理実行部３１０Ｂが中間データＢを得るための前処理を行う。同様に、前処理実行部３１０Ｃが中間データＣを得るための前処理を行い、前処理実行部３１０Ｄが中間データＤを得るための前処理を行う。

そして、前処理実行部３１０Ａによる前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データＡがメモリ３２０Ａへ転送される。また、前処理実行部３１０Ｂによる前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データＢがメモリ３２０Ｂへ転送される。また、前処理実行部３１０Ｃによる前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ｃにより得られた中間データＣがメモリ３２０Ｃへ転送される。同様に、前処理実行部３１０Ｄによる前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ｄにより得られた中間データＤがメモリ３２０Ｄへ転送される。

その後、ＦＦＴ３３０は、メモリ３２０Ａ〜メモリ３２０Ｄへ転送された中間データを順次に高速フーリエ変換する。

このように、本実施形態によれば、各中間データを得るための前処理および各中間データのメモリ転送を並列的に行うことができるため、全周波数の出力データＸ０〜Ｘ１５を得るための処理時間の短縮を図ることが可能である。

＜７．第５の実施形態＞
上記では、説明の便宜上、１６個の入力データを高速フーリエ変換のために利用する例を説明したが、実際には、数ｍｓｅｃ分の入力データを高速フーリエ変換のために利用する。ここで、図２を参照して説明したように、航法メッセージを構成する各ビットの長さは２０ｍｓｅｃである。したがって、利用する入力データの途中でビット値が切り替わり、ＰＲＮ符号の相関点を正常に検出できなくなる場合が想定される。第５の実施形態にかかる同期捕捉部２４４は、このような場合を防止することが可能である。

[７−１ 同期捕捉部の構成]
図２０は、第５の実施形態にかかる同期捕捉部２４４の構成を示した説明図である。図２０に示したように、第５の実施形態にかかる同期捕捉部２４４は、前処理実行部３１０Ａおよび３１０Ｂと、メモリ３２０と、ＦＦＴ３３０と、メモリ３３２と、読み出しアドレス制御部３３４と、演算制御部３３６と、ＰＲＮ符号発生部３４０と、ＦＦＴ３４４と、メモリ３４８と、乗算器３５２と、逆ＦＦＴ３５６と、相関点検出部３６０と、選択部３６４と、を備える。なお、ＰＲＮ符号発生部３４０、ＦＦＴ３４４、メモリ３４８、乗算器３５２、逆ＦＦＴ３５６、および相関点検出部３６０などは第１の実施形態にかかる同期捕捉部２４０と実質的に同一に構成できるため、説明を省略する。

前処理実行部３１０Ａおよび３１０Ｂは、異なるタイミングで入力データの取得を開始し、同一周期を有する周期信号に基づいて中間データを得るための前処理を行う。前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データおよび前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データはメモリ３２０へ転送される。ＦＦＴ３３０は、メモリ３２０へ転送された中間データを順次に高速フーリエ変換する。ＦＦＴ３３０による高速フーリエ変換結果は、メモリ３３２に供給される。

乗算器３５２は、メモリ３３２から供給される高速フーリエ変換結果と、メモリ３４８から供給される高速フーリエ変換結果の複素共役とを乗算する。逆ＦＦＴ３５６は、乗算器３５２から供給される乗算結果を逆高速フーリエ変換する。逆ＦＦＴ３５６による逆高速フーリエ変換結果は、時間領域における受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部３４０により発生されたＰＲＮ符号との相関を示す。相関点検出部３６０は、この逆高速フーリエ変換結果に基づき、受信信号のＰＲＮ符号と、ＰＲＮ符号発生部３４０により発生されたＰＲＮ符号が同期する相関点を検出する。

選択部３６４は、相関点検出部３６０からの前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データに基づく出力と、前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データに基づく出力とを比較し、良好な一方の出力を相関点として選択する。

[７−２ 同期捕捉部の動作]
図２１は、第５の実施形態にかかる同期捕捉部２４４の動作の流れを示した説明図である。図２１に示したように、前処理実行部３１０Ａは、演算制御部３３６による制御に基づき、中間データＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤを得るための前処理を順次に行う。また、前処理実行部３１０Ｂは、演算制御部３３６による制御に基づき、前処理実行部３１０Ａと異なるタイミングで入力データの取得を開始し、中間データＡ’、Ｂ’、Ｃ’、およびＤ’を得るための前処理を順次に行う。なお、中間データＡ’は、中間データＡと入力データの取得開始タイミングが異なるが、中間データＡと同一の周期信号に基づいて得られるデータである。中間データＢ’、Ｃ’、およびＤ’も同様である。

そして、前処理実行部３１０Ａによる各前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ａにより得られた中間データがメモリ３２０へ転送される。また、前処理実行部３１０Ｂによる各前処理の終了と併せて、前処理実行部３１０Ｂにより得られた中間データがメモリ３２０へ転送される。

ＦＦＴ３３０は、メモリ３２０へ転送された中間データを順次に高速フーリエ変換する。その後、相関点検出部３６０において、ＦＦＴ３３０による中間データの高速フーリエ変換結果とメモリ３４８から供給される高速フーリエ変換結果とに基づく相関点の検出が行われる。そして、選択部３６４が、相関点検出部３６０からの中間データＡ〜Ｄの高速フーリエ変換結果に基づく出力または中間データＡ’〜Ｄ’の高速フーリエ変換結果に基づく出力のいずれかを選択する。したがって、本実施形態によれば、入力データの途中でのビット値の切り替わりによりＰＲＮ符号の相関点を正常に検出できなくなる場合を防止することができる。

＜８．本発明の実施形態の効果＞
（１）本発明の実施形態によれば、図１３、図１５などに示したように、中間データを得るための前処理実行部３１０による前処理と、ＦＦＴ３３０による高速フーリエ変換とを同時に行うことができるので、処理時間の短縮を図ることができる。

（２）また、本発明の実施形態によれば、ＦＦＴ３３０の前段に配されるメモリ３２０に必要な容量を削減することができる。以下、その理由を説明する。

本発明に関連する図５に示した同期捕捉部２４０’においては、ＡＤＣ２３６によりデジタル形式に変換されたデータがそのままメモリ３２に記録される。このため、サンプリング周波数がＮ（ｋＨｚ）、ビット数がＩ（Ｂｉｔ）、入力データの長さがＭ（ｍｓ）である場合、メモリ３２のサイズはＮ×Ｍ×Ｉ（Ｂｉｔ）必要であった。

しかし、入力データのエネルギーの大半は熱雑音であり，ガウス分布に従う乱数とみなすことができる。このため、本発明の実施形態のように入力データの累積を行うことにより、メモリ３２０に要する容量を削減できる。

例えば、高速フーリエ変換を１６回に分割して行う場合を考える。また、入力データの標準偏差をσ０、前処理実行部３１０における１６回の加算により得られる中間データの標準偏差をσ１とする。さらに、ＡＤＣ２３６が適切な閾値処理を行うことで、Ｉ（Ｂｉｔ）で表現される最大値Ｍａｘ０を３×σ０と表現すると、以下の数式が成り立つ。
σ１＝√１６×σ０＝４×σ０（分散の加法性より）

また、中間データの最大値Ｍａｘ１を３×σ１と表現すると、以下の数式が成り立つ。
Ｍａｘ１＝３×σ１＝１２×σ０＝４×Ｍａｘ０

上記式より、Ｍａｘ１がＭａｘ０の４倍であるので、各中間データを記憶するためのビット数を、各入力データを記憶する場合より２ビット増やせば十分である。したがって、本発明に関連する同期捕捉部２４０’のメモリ３２にはＮ×Ｍ×Ｉ（Ｂｉｔ）の容量が必要であったのに対し、本発明の実施形態のメモリ３２０にはＮ×Ｍ÷１６×（Ｉ＋２）（Ｂｉｔ）の容量となり、Ｉは整数であるため、メモリ３２０の容量を大幅に削減することができる。なお、高速フーリエ変換を４回に分割して行う場合でも、メモリ３２０に必要な容量はＮ×Ｍ÷４×（Ｉ＋１）（Ｂｉｔ）であるため、メモリ３２０の容量を削減することができる。

（３）通常、ＦＦＴへ入力されるデータ数は、ＦＦＴの性質上、２のべき乗である必要がある。したがって、１０２３ｃｈｉｐ／ｍｓである受信信号を１．０２４ＭＨｚの倍数でサンプリングする場合、従来は、８ｍｓ分のサンプリング値、または１６ｍｓ分のサンプリングなどしかＦＦＴへの入力データとして利用することができなかった。

これに対し、本発明の実施形態においては、ＦＦＴ３３０へ入力される中間データの数は２のべき乗である必要があるものの、前処理実行部３１０における加算回数は２以上の整数であれば特に制限されない。そこで、前処理実行部３１０における加算回数、すなわち、高速フーリエ変換の分割数を適切に設定することにより、任意の整数ｍｓ分のサンプリング値を高速フーリエ変換のための入力データとして利用することが可能である。

例えば、前処理実行部３１０における加算回数、すなわち、高速フーリエ変換の分割数を５に設定することにより、５ｍｓ分のサンプリング値を高速フーリエ変換のための入力データとして利用することが可能となる。

（４）図１８に示したように、第４の実施形態にかかる同期捕捉部２４３は、前処理実行部３１０、およびＦＦＴ３３０のへの入力用のメモリ３２０を複数備える。このため、高速フーリエ変換を前処理に比べて高速に行える場合、図１９に示したように、前処理実行部３１０は、メモリ３２０への中間データの転送を終了すると次の入力データの取得および前処理を開始することが可能である。

（５）また、第５の実施形態によれば、複数の前処理実行部３１０が、異なるタイミングで入力データの取得を開始し、同一周期を有する周期信号に基づいて中間データを得るための前処理を行う。さらに、選択部３６４が、各前処理実行部３１０により得られた中間データに基づく相関点検出部３６０からの出力を比較し、良好な一方の出力を選択する。したがって、第５の実施形態によれば、入力データの途中でのビット値の切り替わりによりＰＲＮ符号の相関点を正常に検出できなくなる場合を防止することができる。

[補足]
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

２４０、２４１、２４２、２４３、２４４ 同期捕捉部
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ 前処理実行部
３１２ 信号生成部
３１４ 乗算部
３１６ 加算部
３１８、３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、３３２、３４８ メモリ
３３０、３４４ ＦＦＴ
３３６ 演算制御部
３５６ 逆ＦＦＴ
３６４ 選択部

Claims (6)

1. 拡散符号によりスペクトラム拡散された受信信号をサンプリングするサンプリング部と；
   前記サンプリング部により得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつ取得する前処理実行部と；
   前記前処理実行部からの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行う高速フーリエ変換部と；
   を備え、
   前記前処理実行部は、
   周期信号を生成する信号生成部と、
   前記サンプリング部により得られたサンプリング値と前記信号生成部により生成された前記周期信号の値とを乗算する乗算部と、
   前記乗算部により得られた乗算値の各々を、前記乗算部により得られた順序において所定間隔で累積し、受信信号の所定長さ単位で複数の累積値を得る累積部と、
   を有し、
   前記高速フーリエ変換部は、前記累積部により得られた前記複数の累積値を高速フーリエ変換し、
   前記前処理実行部として、第１の前処理実行部と、前記第１の前処理実行部の前記信号生成部と同一の周期を有する周期信号を生成する信号生成部を含み、受信信号が前記所定長さ単位で区切られる位置が前記第１の前処理実行部とで異なる第２の前処理実行部と、を有し、
   さらに、
   前記高速フーリエ変換部による高速フーリエ変換結果に基づいて前記拡散符号の相関点を検出する相関点検出部と；
   前記第１の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて前記相関点検出部により検出された相関点、または前記第２の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて前記相関点検出部により検出された相関点のいずれかを選択する選択部と；
   を備える、通信装置。
2. 前記通信装置は、前記前処理実行部の各々に対応するメモリをさらに備え、
   前記メモリには、対応する前処理実行部により得られた前記複数の累積値が記録され、
   前記高速フーリエ変換部は、順次に前記メモリの各々に記録されている前記複数の累積値を高速フーリエ変換する、請求項１に記載の通信装置。
3. 前記累積部は、前記乗算値の各々の累積を受信信号の所定長さ単位で行い、
   前記信号生成部は、生成する周期信号の周期を、受信信号の前記所定長さ単位で変更する、請求項１に記載の通信装置。
4. 拡散符号によりスペクトラム拡散された受信信号をサンプリングするステップと；
   サンプリングにより得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつメモリに記録するステップと；
   前記メモリからの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行うステップと；
   を含み、
   前記前処理は、
   周期信号を生成することと、
   前記サンプリングにより得られたサンプリング値と前記周期信号の値とを乗算することと、
   前記乗算により得られた乗算値の各々を、前記乗算により得られた順序において所定間隔で累積し、受信信号の所定長さ単位で複数の累積値を得ることと、
   を含み、
   前記高速フーリエ変換を行うステップは、前記複数の累積値を高速フーリエ変換することを含み、
   前記前処理として、第１の前処理と、前記第１の前処理における周期信号と同一の周期を有する周期信号を生成し、受信信号が前記所定長さ単位で区切られる位置が前記第１の前処理とで異なる第２の前処理と、を有し、
   さらに、
   前記高速フーリエ変換の結果に基づいて前記拡散符号の相関点を検出することと；
   前記第１の前処理により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて検出された相関点、または前記第２の前処理により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて検出された相関点のいずれかを選択することと；
   を含む、信号処理方法。
5. 拡散符号によりスペクトラム拡散された受信信号をサンプリングするサンプリング部と；
   前記サンプリング部により得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつ取得する前処理実行部と；
   前記前処理実行部からの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行う高速フーリエ変換部と；
   を備え、
   前記前処理実行部は、
   周期信号を生成する信号生成部と、
   前記サンプリング部により得られたサンプリング値と前記信号生成部により生成された前記周期信号の値とを乗算する乗算部と、
   前記乗算部により得られた乗算値の各々を、前記乗算部により得られた順序において所定間隔で累積し、受信信号の所定長さ単位で複数の累積値を得る累積部と、
   を有し、
   前記高速フーリエ変換部は、前記累積部により得られた前記複数の累積値を高速フーリエ変換し、
   前記前処理実行部として、第１の前処理実行部と、前記第１の前処理実行部の前記信号生成部と同一の周期を有する周期信号を生成する信号生成部を含み、受信信号が前記所定長さ単位で区切られる位置が前記第１の前処理実行部とで異なる第２の前処理実行部と、を有し、
   さらに、
   前記高速フーリエ変換部による高速フーリエ変換結果に基づいて前記拡散符号の相関点を検出する相関点検出部と；
   前記第１の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて前記相関点検出部により検出された相関点、または前記第２の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて前記相関点検出部により検出された相関点のいずれかを選択する選択部と；
   を備える、信号処理装置。
6. 拡散符号によりスペクトラム拡散された受信信号をサンプリングするサンプリング部と；
   前記サンプリング部により得られたサンプリング値を、分割して高速フーリエ変換を行うための前処理を施しつつ取得する前処理実行部と；
   前記前処理実行部からの出力に基づいて高速フーリエ変換を分割して行う高速フーリエ変換部と；
   を備え、
   前記前処理実行部は、
   周期信号を生成する信号生成部と、
   前記サンプリング部により得られたサンプリング値と前記信号生成部により生成された前記周期信号の値とを乗算する乗算部と、
   前記乗算部により得られた乗算値の各々を、前記乗算部により得られた順序において所定間隔で累積し、受信信号の所定長さ単位で複数の累積値を得る累積部と、
   を有し、
   前記高速フーリエ変換部は、前記累積部により得られた前記複数の累積値を高速フーリエ変換し、
   前記前処理実行部として、第１の前処理実行部と、前記第１の前処理実行部の前記信号生成部と同一の周期を有する周期信号を生成する信号生成部を含み、受信信号が前記所定長さ単位で区切られる位置が前記第１の前処理実行部とで異なる第２の前処理実行部と、を有し、
   さらに、
   前記高速フーリエ変換部による高速フーリエ変換結果に基づいて前記拡散符号の相関点を検出する相関点検出部と；
   前記第１の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて前記相関点検出部により検出された相関点、または前記第２の前処理実行部により得られた前記複数の累積値の高速フーリエ変換結果に基づいて前記相関点検出部により検出された相関点のいずれかを選択する選択部と；
   を備える通信装置が搭載された、移動体。
   

Images