(57)【要約】  測位中のＧＰＳ受信部クロック周波数補正を実施するタイミングを最適化し、サーチ漏れを防ぐとともに、測位時間を短縮することができる信号捕捉装置及び信号捕捉方法。セルラ用クロックの精度推定機能部（１２０）により無線通信の受信品質を推定し、補正タイミング決定部（１４０）は、推定された受信品質が所定の閾値以上のとき、セルラ用クロックを基準としてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施し、受信品質が所定の閾値より小さいとき、セルラ用クロックを基準とするＧＰＳ用クロックの周波数補正の実施を禁止する。
2008120381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行う信号受信手段と、
前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段と、
前記所定のクロック信号と前記基準クロック信号との周波数を比較する周波数比較手段と、
前記基準クロック信号の精度を推定する基準クロック精度推定手段と、
前記基準クロック精度推定手段により推定された基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正するように制御する制御手段と
を備える信号捕捉装置。
【請求項２】
前記基準クロック信号生成手段としての無線通信用クロック信号を動作クロックとして使用する無線通信手段と、
前記所定のクロック信号と前記無線通信用クロック信号との周波数を比較する周波数比較手段と、
基準クロック精度推定手段として、前記無線通信手段の通信品質を推定する受信品質推定手段と、
前記受信品質推定手段により推定された受信品質が所定の閾値以上のとき、前記無線通信用クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正するように制御する制御手段と
を備える請求項１記載の信号捕捉装置。
【請求項３】
前記受信品質推定手段は、前記無線通信手段における無線通信のＲＳＳＩ、Ｅｃ／Ｎ０、ＢＥＲ、ＢＬＥＲ、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、又はアンテナバーの本数を検出して受信品質を推定する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項４】
前記受信品質推定手段は、前記所定のクロック信号の周波数変動を推定し、該所定のクロック信号の周波数精度及び周波数変動の推定値に応じて前記無線通信手段の受信品質閾値を変更する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項５】
前記信号補足装置の所定の場所における温度を検知する温度検知手段を有し、前記受信品質推定手段は、前記温度検知手段によって検知された温度を基に、前期所定のクロック信号の周波数精度又は周波数変動の推定値を決定する請求項２記載の信号補足装置。
【請求項６】
前記信号補足装置の各種動作状態をモニタする、各種動作状態モニタ手段を有し、前記受信品質推定手段は、各種動作状態モニタ手段により取得した、各種動作状態の変化、及び各種動作状態の経過時間の情報から、前記所定のクロック信号の周波数精度又は周波数変動の推定値を決定する請求項２記載の信号補足装置。
【請求項７】
前記受信品質推定手段は、前記無線通信用クロックと前記所定のクロック信号との周波数の比較結果から前記所定のクロック信号の周波数精度又は周波数変動の推定値を決定する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記受信品質が前記所定の閾値より小さいとき、前記無線通信用クロックを基準とする前記所定のクロック信号の周波数の補正の実施を禁止する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記所定のクロック信号の周波数変動推定値が所定値より大きい場合、前記閾値を小さくする請求項１記載の信号捕捉装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、無線通信のハンドオーバー情報に基づいて、前記周波数補正制御を実施する請求項１記載の信号捕捉装置。
【請求項１１】
所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うステップと、
前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号と前記所定のクロック信号の周波数を比較するステップと、
前記基準クロック信号の精度を推定するステップと、
前記推定された前記基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正する制御ステップと
を有する信号捕捉方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送出される信号のような所定の周波数の信号を捕捉するための信号捕捉装置及び信号捕捉方法に関し、特に携帯電話機等の移動体通信端末に好適な信号捕捉装置及び信号捕捉方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）といった高速でのデータ伝送が可能な移動体通信端末の普及が進んでいる。このような移動体通信端末では、その利便性や用途の拡大を図るために、衛星測位システムを利用した位置情報の取得機能を追加することが注目されている。【０００３】
衛星測位システムは、地球の周回軌道を回る複数の人工衛星から送出される情報を受信して、各人工衛星との間の距離を測定し、受信側の装置の現在位置を計算するシステムである。米国の国防総省が構築したＧＰＳは、このような衛星測位システムの代表的なものであり、ＧＰＳ衛星と呼ばれる人工衛星を複数配置している。【０００４】
ＧＰＳ衛星は、送出の対象となる信号に対して、所定のＰＲＮ（Pseudo Random Noise：擬似ランダム雑音）コードを用いたスペクトラム拡散処理を行う。すなわち、移動体通信端末では、このＧＰＳ衛星から送出される信号（以下、「ＧＰＳ信号」という）に対し対応するＰＲＮコードを用いて逆拡散処理を行うことによって、元の信号を取得することが可能である。そして、取得した信号に対して、メッセージ同期、エフェメリス（ephemeris）収集、ＰＶＴ（Position, Velocity, Time）計算等の処理を行うことにより、自己の現在位置や時刻についての情報を得ることができる。【０００５】
このような測位機能が搭載された移動体通信端末では、ＧＰＳ信号の受信処理に使用するためのクロック信号（以下、「ＧＰＳクロック信号」という。）を生成する装置部として、小型で安価であることから、水晶発振器を適用することが広く行われている（例えば、特許文献１参照）。【０００６】
但し、水晶発振器の発振周波数は、周囲温度その他の使用条件によって変動するため、サーチ周波数範囲を大きく設定する必要があり、その結果、信号捕捉に時間がかかることがある。そこで、この従来の提案では、移動体通信端末が地上の無線基地局との間で無線通信を行う際に得られる高い周波数精度のクロック信号を使用して、自装置内部の水晶発振器が生成するＧＰＳクロック信号の周波数がその理想値からどの程度ずれているかを検出する。そして、その周波数差に基づいて、測位に関する信号処理を行うようになっている。これにより、水晶発振器が発生させるＧＰＳクロック信号の周波数（以下、「ＧＰＳクロック周波数」という）が理想値と異なっていても、周波数サーチ範囲を限定して、高速な信号捕捉を行うことができる。【０００７】
ところで、前記したＧＰＳ信号のスペクトラム拡散処理で使用されるＰＲＮコードは、コード長１ｍｓ、チップレート１．０２３ＭＨｚであり、１チップの周期は約１μｓである。このスペクトラム拡散処理は、それぞれのＧＰＳ衛星に搭載された原子時計の時刻に同期して行われる。したがって、移動体通信端末は、０．５μｓ以下の誤差の精度で送出側のＧＰＳ衛星との時刻同期を確立してからでなければ、上記メッセージ同期以降の処理を開始することができず、測位を行うことができない。【０００８】
移動体通信端末は、ＧＰＳ信号の受信を開始していない状態ではいずれのＧＰＳ衛星からも独立して動作しているのが通常である。そこで、測位に先立って、まずＧＰＳ信号をサーチし、ＧＰＳ信号に対する周波数同期又は位相同期やＰＲＮコードの同期（以下、「コード同期」と総称する）を確立するための処理が必要となる。【０００９】
図１は、従来の信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図である。図１において、通信システム１は、携帯電話機１０と、無線基地局２と、携帯電話機１０の上空に配置されたＧＰＳ（ＳＰＳ）衛星３（ここでは、１つ以上のＧＰＳ衛星のうち１つを示す）と、から主に構成される。【００１０】
携帯電話機１０は、無線基地局２と無線信号を送受信することによって、図示しない他の携帯電話機や固定電話機あるいは情報サーバと通信を行う。また、１つ以上のＧＰＳ衛星３のそれぞれから送出されるＧＰＳ信号を捕捉し、各ＧＰＳ信号から情報を抽出することによって測位を行う。このＧＰＳ信号は、１，５７５４２ＧＨｚの同一周波数の搬送波に、それぞれの衛星毎に異なるＣ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code）やＰコード（Precise CodeもしくはProtected Code）といったＰＲＮコードを重畳した信号である。【００１１】
携帯電話機１０は、無線用アンテナ１１、セルラ無線送受信部１２、セルラ用クロック生成部１３、ＧＰＳ用アンテナ１４、ＧＰＳ受信部１５、ＧＰＳ用クロック生成部１６、測位演算部１７、周波数比較部１８、及びサーチ制御機能部１９を備えて構成される。【００１２】
携帯電話機１０は、無線基地局２に接続する機能と、ＧＰＳシステムによる測位機能とを備えた移動体通信端末である。携帯電話機１０は、図示しないＣＰＵと、制御プログラムを格納したＲＯＭ等の記憶媒体と、ＲＡＭ等の作業用メモリと、既存のハードウェアとしての通信回路によって構成され、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで上記した各装置部の機能が実現する。【００１３】
セルラ無線送受信部１２は、無線基地局２との間で無線信号を送受信するとともに、通信する基地局と周波数同期してセルラ用クロックの精度向上を図る。無線基地局２は、高い周波数精度でクロック信号を生成するクロック発振器を備えている。そして、無線基地局２は、このクロック信号から搬送周波数を生成し、セルラ無線送受信部１２と無線通信を行う。セルラ無線送受信部１２は、図示しないＰＬＬ（Phase-Locked Loop）回路を有するＡＦＣ（Automatic Frequency Control）装置を備えており、無線基地局２から送出される無線信号の搬送波周波数に周波数同期することで、セルラ用クロック生成部１３から生成されるセルラ用クロックを高精度化する。【００１４】
ＧＰＳ受信部１５は、ＧＰＳ信号をサーチするとともにこれを捕捉し、ＧＰＳ信号に含まれる情報を取得する。そして、測位演算部１７は、この取得された情報を基に測位のための演算を行う。具体的には、ＧＰＳ受信部１５は、ＧＰＳ用アンテナ１４より入力された各衛星からのＧＰＳ信号に対して、サーチ制御機能部１９により設定されるサーチ周波数を基に衛星サーチを行い、コード同期を行う。ＧＰＳ受信部１５は、同様の動作を行う複数のチャンネルをもつ。【００１５】
ＧＰＳ用クロック生成部１６は、ＧＰＳ受信部を動作させるクロック信号を供給する。ＧＰＳ用クロック生成部１６は、図示しない温度補償型水晶発振器（Temperature Compensated Crystal Oscillator : TCXO）を使用して、ＧＰＳ受信部１５の動作クロックとして使用されるＧＰＳクロック信号を生成する。ＧＰＳ用クロック生成部１６は、携帯電話機１０のセルラ無線送受信部１２におけるＡＦＣ装置のような周波数同期は施されず、自走のクロック源である。また、温度補償型となっているものの、水晶発振器の発振周波数は周囲温度からの影響によって変動する。したがって、ＧＰＳクロック信号の周波数精度は、無線基地局２と周波数同期が確立しているセルラ無線送受信部１２の基準クロック信号の周波数精度よりも低くなっている。【００１６】
測位演算部１７は、ＧＰＳ受信部１５が行った複数チャンネル分のコード同期時のコード位相、周波数、信号レベル等の衛星捕捉情報を基に測位演算を行い、測位結果を出力する。【００１７】
周波数比較部１８は、セルラ用クロックを基準として、ＧＰＳ用クロックとの周波数差情報を出力する。周波数比較部１８は、周波数補正制御機能を有し、周波数補正制御機能は、ＧＰＳ受信部クロックと無線通信部クロックの周波数差情報を出力する。【００１８】
サーチ制御機能部１９は、周波数比較部からの周波数差情報を基に、衛星サーチを行う中心となる周波数（サーチ基準周波数）を決定する。サーチ基準周波数を基に、衛星をサーチする周波数を順次設定する。サーチする周波数は、ＧＰＳ受信部１５の同時サーチ可能なチャンネル数分設定する。ＧＰＳ受信部１５の各チャンネルでのコード同期が完了するまでサーチする周波数を変化させる。【００１９】
以上の構成において、信号捕捉装置を備える携帯電話機１０は、以下の方法により周波数補正を行っている。【００２０】
ＧＰＳ用クロックで用いられるＴＣＸＯ等は周波数精度数ｐｐｍと低い一方、ＧＰＳ測位を短時間で行うには０．１ｐｐｍオーダーのクロック精度が必要となる。そのため、従来の構成では無線部通信を行う際のクロック（無線通信クロック）を使用している。無線通信部クロックは、周波数精度の高い基地局が使用する周波数源と周波数同期させるため、０．１ｐｐｍオーダーの精度が得られる。従来の構成では、この無線通信部クロックによってＧＰＳ用クロックを補正し、衛星サーチの中心周波数となり衛星サーチ基準周波数を設定することで、高い周波数精度で衛星周波数サーチを行うことができる。【００２１】
図２及び図３は、従来のＧＰＳ信号の衛星サーチにおける様子の一例を説明する図であり、図２は、ＧＰＳ用クロックの周波数が変動しない例を、図３は、時間に対し直線的にＧＰＳ用クロックの周波数が変動する例を示す。図２及び図３中、横軸はサーチが開始されてからの経過時間を示し、縦軸は周波数を示している。移動通信端末（携帯電話機１０）は、サーチ対象となる周波数としてのサーチ対象周波数２１を、ＧＰＳ信号の標準の周波数として予め定められたサーチの基準となる周波数（以下、「衛星サーチ基準周波数」という）ｆｓを基準として、時間の経過とともに徐々に周囲の周波数帯域に移動させる。これは、ＧＰＳ衛星と移動体通信端末との間の相対速度その他の原因によって、移動体通信端末に到達するＧＰＳ信号の周波数としての衛星の周波数（ここではＧＰＳ信号周波数）ｆｏが変動することによって、ｆｓとの間に不明な差分が生じ、ｆｓの周囲の周波数帯域のサーチが必要となるためである。この例では、時刻ｔ1でＧＰＳ信号が捕捉されることになる。また、移動体通信端末が携帯電話網に設けられたサーバとの通信によってＧＰＳ衛星の軌道情報等のアシスト情報を授受することで、ＧＰＳ衛星と移動体通信端末との間の相対速度その他の原因によるＧＰＳ信号周波数ｆｏの変動を推定し、ｆｓをより正確に設定(ｆｏとｆｓの差分を小さく)することも可能である。この場合には、より早い時刻にＧＰＳ信号を捕捉することができる。【００２２】
一方で、サーチ範囲を広げると、広げた分だけサーチする時間がかかる。また、サーチ速度を上げてこの時間の短縮を図ろうとすると、信号レベルが低い場合にはＧＰＳ信号を誤って捕捉し損ねてしまう可能性が高くなる。そこで、通常は、図２に示すようにサーチ対象周波数２１に周波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎを定める。そして、サーチを所定の時間内にサーチ対象周波数２１がその上限値と下限値に到達するような速度でサーチ対象周波数を上下に広げていくことにより、設定されたサーチ範囲Ａ、すなわち周波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎとの間の周波数帯域についてのサーチを、所定の時間内に終了することができる。ここで、サーチを終了してもＧＰＳ信号の捕捉ができなかった場合には、以下に述べる一連のサーチ処理を再実行する。【００２３】
図４は、信号捕捉装置を備える携帯電話機１０の衛星信号サーチ処理を示すフローチャートである。図中、Ｓはフローのステップを示す。【００２４】
まず、ステップＳ１でＧＰＳ受信部クロックとセルラ用クロックの周波数差情報を取得し、ステップＳ２で取得した周波数差情報を基に衛星サーチ基準周波数ｆｓを修正する。次いで、ステップＳ３でサーチ周波数を一旦リセットし、ステップＳ４でサーチ周波数をサーチする。【００２５】
ステップＳ５では、衛星信号を捕捉できたか否かを判別し、捕捉できた場合は衛星信号サーチ完了として本フローを終了する。衛星信号を捕捉できない場合は、ステップＳ６でサーチ周波数を変更し、ステップＳ７でサーチ周波数がサーチ範囲外か否かを判別する。サーチ周波数がサーチ範囲外の場合は、ステップＳ８でサーチ周波数をリセットしてステップＳ４に進み、ステップＳ４でサーチ周波数をサーチする。また、サーチ周波数がサーチ範囲外でない場合は、そのままステップＳ４に進み、ステップＳ４でサーチ周波数をサーチする。【００２６】
上記フローを、図２及び図３を用いて説明すると、以下のサーチ方法となる。【００２７】
図２に示すように、セルラ用クロックによって周波数補正された衛星サーチ基準周波数ｆｓを中心として、順次サーチ範囲を広げることで衛星の周波数をサーチする。衛星の周波数ｆｏと衛星サーチ基準周波数ｆｓとの差は、概ね無線通信部（セルラ無線送受信部１２）の周波数精度（周波数確度）で決まるため、サーチ範囲は衛星サーチ基準周波数ｆｓに対して無線通信部の周波数精度分（ここではＡ[ｐｐｍ]）の範囲を持たせればよい。【００２８】
衛星サーチ周波数は、衛星サーチ基準周波数ｆｓを中心に、図２のハッチングに示すように拡大し、サーチ周波数が衛星の周波数ｆｏと一致するところで衛星周波数のサーチが完了する。図２では、サーチ対象周波数２１が衛星の周波数ｆｏと一致するところでサーチ終了時間ｔ１となる。また図２の太実線に示すように、ＧＰＳ用発振器の周波数変動がないため、衛星捕捉中心周波数である衛星サーチ基準周波数ｆｓの変動はない。【００２９】
このように、サーチ範囲Ａを広げながら衛星周波数をサーチするため衛星サーチ基準周波数ｆｓと衛星の周波数ｆｏの差を小さくすることがサーチ終了時間ｔ１の短縮に大いに効果がある。【００３０】
従来例では、この衛星サーチ基準周波数ｆｓの精度を周波数補正によって高くすることで、測位時間短縮に寄与している。
【特許文献１】特開２００３−３２９７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
しかしながら、このような従来の信号捕捉装置を備える移動通信端末にあっては、以下のような課題があった。【００３２】
衛星サーチ基準周波数ｆｓは、サーチ開始時にセルラ用クロックで補正するが、その後の動作はＧＰＳ用クロックを基準として動作する。そのため、ＧＰＳ用クロックの周波数が変動した場合には、衛星周波数サーチを行う衛星サーチ基準周波数ｆｓも変動してしまう。ＧＰＳ用クロックは、通常ＴＣＸＯ等が用いられるが、ＴＣＸＯは周辺温度によって周波数が変化してしまう特性を有する。【００３３】
図３は、時間に対し直線的にＧＰＳ用クロックの周波数が変動し、衛星サーチ基準周波数ｆｓ（太実線）が変化している例を示す。【００３４】
図３に示すように、ＧＰＳ用クロックの周波数が変動した場合には、衛星周波数サーチを行うための衛星捕捉中心周波数である衛星サーチ基準周波数ｆｓも変動してしまう。また、この衛星サーチ基準周波数ｆｓの変化に伴い、図３ハッチングに示すサーチ対象周波数２１も下側にシフトし、サーチ範囲Ａもシフトする。そのため、衛星の周波数ｆｏとサーチ対象周波数２１が交差する点がなく、サーチ範囲からも外れるためサーチ不可となる。このサーチ不可を、従来技術で解決しようとして、単純にサーチ範囲を広く設定した場合には、衛星周波数サーチにかかる時間が非常に長くなってしまう。【００３５】
すなわち、従来の信号捕捉装置にあっては、衛星サーチ中にＧＰＳ用クロックの周波数が変動した場合に、周波数サーチするための基準となる周波数（衛星サーチ基準周波数ｆｓ）も同時に変動してしまい、衛星周波数サーチにかかる時間が長くなる問題が生じる。この場合、ＧＰＳ信号をいつまでも捕捉できないにもかかわらず、周波数サーチだけが延々と続けられることになる。【００３６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、測位中の信号捕捉装置（例えば、ＧＰＳ受信装置）の受信部クロック周波数の補正を実施するタイミングを最適化し、サーチ漏れを防ぐとともに、測位時間を短縮することができる信号捕捉装置及び信号捕捉方法を提供することを目的とする。【００３７】
また本発明は、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる信号捕捉装置を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の信号捕捉装置は、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行う信号受信手段と、前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段と、前記所定のクロック信号と前記基準クロック信号との周波数を比較する周波数比較手段と、前記基準クロック信号の精度を推定する基準クロック精度推定手段と、前記基準クロック精度推定手段により推定された基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正するように制御する制御手段とを備える構成を採る。【００３９】
本発明の信号捕捉方法は、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うステップと、前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号と前記所定のクロック信号の周波数を比較するステップと、前記基準クロック信号の精度を推定するステップと、前記推定された前記基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正する制御ステップとを有する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、測位中の信号捕捉装置（例えば、ＧＰＳ受信装置）の受信部クロック周波数の補正を実施するタイミングを最適化することができ、サーチ漏れを防ぐとともに、測位時間を短縮することができる。【００４１】
また、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図
【図２】従来のＧＰＳ信号の衛星サーチの様子の一例を説明する図
【図３】従来のＧＰＳ信号の衛星サーチの様子の一例を説明する図
【図４】従来の信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星サーチ処理を示すフロー図
【図５】本発明の実施の形態に係る信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図
【図６】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星信号サーチ処理を示すフロー図
【図７】本実施の形態に係る信号捕捉装置の補正タイミング決定部による周波数補正実施の判断基準判定処理を示すフロー図
【図８】本実施の形態に係る信号捕捉装置のセルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩに対する周波数誤差の特性の一例を示す図
【図９】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度変動特性の一例を示す図
【図１０】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度特性の一例を示す図
【図１１】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度変動に対する周波数変動特性の一例を示す図
【図１２】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度に対する周波数特性の一例を示す図
【図１３】本実施の形態に係る信号捕捉装置のセルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩと周波数誤差との関係を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数精度を温度から推定する方法）
【図１４】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度に対する周波数特性の一例を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数精度を温度から推定する方法）
【図１５】本実施の形態に係る信号捕捉装置のセルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩと周波数誤差との関係を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）
【図１６】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度特性の一例を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）
【図１７】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度変動に対する周波数変動特性の一例（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）
【図１８】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機のサーチ動作を説明する図
【図１９】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星信号サーチ処理を示すフロー図
【図２０】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星信号サーチ処理を示すフロー図
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態に係る信号捕捉装置について、図面を参照して詳細に説明する。【００４４】
図５は、本発明の一実施の形態に係る信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図である。本実施の形態は、信号捕捉装置として、ＧＰＳ衛星測位システムに適用した例である。【００４５】
図５において、通信システムは、携帯電話機１００と、無線基地局２００と、携帯電話機１００の上空に配置されたＧＰＳ（ＳＰＳ）衛星３００（ここでは、１つ以上のＧＰＳ衛星のうち１つを示す）と、から主に構成される。【００４６】
携帯電話機１００は、無線基地局２００と無線信号を送受信することによって、図示しない他の携帯電話機や固定電話機あるいは情報サーバと通信を行う。また、１つ以上のＧＰＳ衛星３００のそれぞれから送出されるＧＰＳ信号を捕捉し、各ＧＰＳ信号から情報を抽出することによって測位を行う。このＧＰＳ信号は、１，５７５４２ＧＨｚの同一周波数の搬送波に、それぞれの衛星毎に異なるＣ／ＡコードやＰコードといったＰＲＮコードを重畳した信号である。【００４７】
携帯電話機１００は、無線用アンテナ１１１と、セルラ無線送受信部１１２と、セルラ用クロック生成部１１３と、ＧＰＳ用アンテナ１１４と、ＧＰＳ受信部１１５と、ＧＰＳ用クロック生成部１１６と、測位演算部１１７と、周波数比較部１１８と、セルラ用クロックの精度推定機能部１２０と、ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０と、補正タイミング決定部１４０とを備えて構成される。セルラ用クロックの精度推定機能部１２０は、受信品質モニタ部１２１から構成される。ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０は、端末動作モニタ部１３１及び温度モニタ部１３２から構成される。【００４８】
携帯電話機１００は、無線基地局２００に接続する機能と、ＧＰＳシステムによる測位機能とを備えた移動体通信端末であり、図示しないＣＰＵと、制御プログラムを格納したＲＯＭ等の記憶媒体と、ＲＡＭ等の作業用メモリと、既存のハードウェアとしての通信回路によって構成される。携帯電話機１００は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで上記した各装置部の機能が実現する。【００４９】
セルラ無線送受信部１１２は、無線基地局２００との間で無線信号を送受信するとともに、通信する基地局と周波数同期してセルラ用クロックの精度向上を図る。無線基地局２００は、高い周波数精度でクロック信号を生成するクロック発振器を備えている。そして、このクロック信号から搬送周波数を生成し、セルラ無線送受信部１１２と無線通信を行う。セルラ無線送受信部１１２は、図示しないＰＬＬ回路を有するＡＦＣ装置を備えており、無線基地局２００から送出される無線信号の搬送波周波数に周波数同期することで、セルラ用クロック生成部１１３から生成されるセルラ用クロックを高精度化する。【００５０】
ＧＰＳ受信部１１５は、ＧＰＳ信号をサーチするとともにこれを捕捉し、ＧＰＳ信号に含まれる情報を取得する。そして、測位演算部１１７は、この取得された情報を基に測位のための演算を行う。具体的には、ＧＰＳ受信部１１５は、ＧＰＳ用アンテナ１１４より入力されたＧＰＳ信号の衛星を、サーチ制御機能部１１９により設定されるサーチ周波数を基に衛星サーチを行い、コード同期を行う。ＧＰＳ受信部１１５は、同様の動作を行う複数のチャンネルをもつ。【００５１】
ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、ＧＰＳ受信部を動作させるクロック信号を供給する。ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、図示しない温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を使用して、ＧＰＳ受信部１１５の動作クロックとして使用されるＧＰＳクロック信号を生成する。ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、携帯電話機１００のセルラ無線送受信部１１２のＡＦＣ装置のような周波数同期は施されず、自走のクロック源である。また、温度補償型となっているものの、水晶発振器の発振周波数は周囲温度からの影響によって変動する。したがって、ＧＰＳクロック信号の周波数精度は、無線基地局２００と周波数同期が確立しているセルラ無線送受信部１１２の基準クロック信号の周波数精度よりも低くなっている。【００５２】
測位演算部１１７は、ＧＰＳ受信部１１５が行った複数チャンネル分のコード同期時のコード位相、周波数、信号レベル等の衛星捕捉情報を基に測位演算を行い、測位結果を出力する。【００５３】
周波数比較部１１８は、セルラ用クロックを基準として、ＧＰＳ用クロックとの周波数差情報を出力する。周波数比較部１１８は、周波数補正制御機能を有し、周波数補正制御機能は、ＧＰＳ受信部クロックと無線通信部クロックの周波数差情報を出力する。【００５４】
サーチ制御機能部１１９は、周波数比較部１１８からの周波数差情報を基に、衛星サーチを行う中心となる周波数（サーチ基準周波数）を決定する。サーチ基準周波数を基に、衛星をサーチする周波数を順次設定する。サーチする周波数は、ＧＰＳ受信部１１５の同時サーチ可能なチャンネル数分設定する。ＧＰＳ受信部１１５の各チャンネルでのコード同期が完了するまでサーチする周波数を変化させる。【００５５】
受信品質モニタ部１２１は、無線通信の受信品質（ＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indicator)、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０(Signal Energy per chip over Noise Power Spectral Density)、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio）、Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）、アンテナバーの本数等）を検出する。【００５６】
端末動作モニタ部１３１は、ＧＰＳ用クロックの周波数変動に影響を与える端末動作の状態をモニタする。温度モニタ部１３２は、温度センサ等からなりＧＰＳ用クロックの周波数変動に影響を与える端末の温度変化をモニタする。ＧＰＳ用クロックとして、例えばＴＣＸＯが用いられる。ＴＣＸＯは、温度補償型の水晶発振器であるものの発振周波数は周囲温度からの影響によって周波数が変動する。そこで、温度モニタ部１３２によりＴＣＸＯ周囲温度をモニタする。また、端末動作モニタ部１３１により端末動作から温度変動を推定する。【００５７】
補正タイミング決定部１４０は、測位中のＧＰＳ受信部クロックの周波数変動とセルラ用クロックの周波数精度等を推定し、ＧＰＳ受信部クロック周波数補正の必要性の有無を判断して、周波数補正を実施する／しないを決定する。補正タイミング決定部１４０は、ＧＰＳ測位動作（衛星サーチ）中、セルラ用クロックを基準にしてＧＰＳ受信部クロックを間欠的に補正する構成において、無線通信の受信品質（ＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indicator)、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、アンテナバーの本数等）を検出し、受信品質の閾値との比較結果から周波数補正の実施の有無を判定する。ここで、受信品質が高い／低い状態は、セルラ用クロック精度の推定値が高い／低い状態に対応する。具体的には、以下（１）〜（３）により周波数補正の実施の有無を判定する。【００５８】
（１）通信中の基地局からの受信品質を閾値と比較して閾値より高い／低い場合に、周波数補正を実施する／しないを判定する。【００５９】
（２）複数基地局からの受信品質の平均値を算出し、この平均値を閾値と比較して閾値より高い／低い場合に、周波数補正を実施する／しないを判定する。【００６０】
（３）前回の周波数補正タイミングでの受信品質（過去数回分の重み付け平均等でもよい）を記憶しておき、現在の受信品質と比較し、過去の受信品質より良い／悪い場合に、周波数補正を実施する／しないを判定する。【００６１】
上記閾値は、ＧＰＳ受信部クロックの周波数変動推定値に応じて設定する。例えば、ＧＰＳ受信部クロックの周波数変動推定値が大きい場合、受信品質の閾値を小さくする。また、周波数変動推定値は、測位経過時間、端末動作の経過時間、又は周波数差の比較結果等から推定する。【００６２】
また、補正タイミング決定部１４０は、ハンドオーバー情報を使用することで、測位中の周波数補正のタイミングを決定することができる。【００６３】
補正タイミング決定部１４０は、ＧＰＳ測位動作（衛星サーチ）中、無線通信のハンドオーバー情報に基づいて、測位中の周波数補正のタイミングを決定する。具体的には、以下（４），（５）により周波数補正の実施の有無を判定する。【００６４】
（４）ハンドオーバー実施の有無に応じて周波数補正の頻度を決定する。ハンドオーバー時は、セルラ用クロック周波数の変動の発生が推定される。【００６５】
（５）ハンドオーバー実施回数（回数／単位時間）が所定の閾値より多い／少ないに応じて周波数補正の頻度を少なく／多く決定する。ハンドオーバー実施回数により移動速度を判断する。【００６６】
上記頻度は、ＧＰＳ受信部クロックの周波数変動推定値に応じて設定する。例えば、ＧＰＳ受信部クロックの変動推定値が大きい場合、ハンドオーバー実施回数の閾値を大きくする。また、周波数変動推定値は、測位経過時間、端末動作の経過時間、又は周波数差の比較結果等から推定する。【００６７】
以下、上述のように構成された信号捕捉装置を備える携帯電話機１００の動作を説明する。【００６８】
図６は、信号捕捉装置を備える携帯電話機１００の衛星信号サーチ処理を示すフローチャートである。【００６９】
まず、ステップＳ１０１で周波数比較部１１８において、ＧＰＳ受信部クロックとセルラ用クロックの周波数差情報を取得する。クロック周波数差は、例えば基準クロック信号が所定回数立ち上がる区間にＧＰＳクロック信号が何回立ち上がるかをカウントし、ＧＰＳクロック周波数が理想値であった場合に得られるカウント値と実際のカウント値を比較することによって求めることができる。【００７０】
ステップＳ１０２では、サーチ制御機能部１１９は、取得した周波数差情報を基に衛星サーチ基準周波数ｆｓを修正する。【００７１】
ステップＳ１０３では、サーチ制御機能部１１９は、サーチ周波数を一旦リセットし、ステップＳ１０４でサーチ周波数をサーチする。【００７２】
ステップＳ１０５では、衛星信号を捕捉できたか否かを判別し、捕捉できた場合は衛星信号サーチ完了として本フローを終了する。ＧＰＳ信号のサーチが終了するのは、例えば、測位に必要な数のＧＰＳ衛星３００との間でコード同期を確立できた場合や、後に説明する所定のサーチ範囲についてサーチを実施したものの、測位に必要な数のＧＰＳ衛星３００との間でコード同期を確立できなかった場合である。【００７３】
衛星信号を捕捉できない場合は、ステップＳ１０６でサーチ周波数を変更し、ステップＳ１０７でサーチ周波数がサーチ範囲外か否かを判別する。サーチ周波数がサーチ範囲外の場合は、周波数補正実施を判断するステップＳ１０８に処理を進める。また、サーチ周波数がサーチ範囲外でない場合は、そのままステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０４でサーチ周波数をサーチする。【００７４】
ステップＳ１０８で補正タイミング決定部１４０は周波数補正実施を判定し、ステップＳ１０９でステップＳ１０８の判定結果より、周波数補正を実施するか否かによって処理を分岐する。周波数補正実施の判断基準判定方法については、図７のフロー及び図１３乃至図１６より後述する。【００７５】
上記ステップＳ１０９で周波数補正を実施しない場合は、そのままステップＳ１１２に進み、ステップＳ１１２でサーチ周波数をリセットして、ステップＳ１０４に進む。【００７６】
一方、上記ステップＳ１０９で周波数補正を実施する場合は、ステップＳ１１０で周波数比較部１０８は、ＧＰＳ受信部クロックとセルラ用クロックの周波数差情報を取得する。ステップＳ１１１では、サーチ制御機能部１１９は、周波数比較部１１８からの周波数差情報に基づいて衛星サーチを行う中心となる周波数（サーチ基準周波数）を補正してステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、サーチ周波数をリセットして、ステップＳ１０４に進む。サーチする周波数は、ＧＰＳ受信部１１５の同時サーチ可能なチャンネル数分設定する。ＧＰＳ受信部１１５の各チャンネルでのコード同期が完了するまで、上記のサーチ処理に従い、サーチする周波数を変化させてサーチ動作を繰り返す。【００７７】
補正タイミング決定部１４０は、ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０より得られたＧＰＳ受信部クロック周波数の精度情報と、セルラ用クロックの精度推定機能部１２０より得られたセルラ用クロック周波数の精度情報を基に、ＧＰＳ受信部クロック周波数補正の必要の有無を判断して、周波数補正を実施する場合と、サーチ周波数がサーチ範囲外の場合は、サーチ周波数リセット信号を出力する。【００７８】
図７は、補正タイミング決定部１４０による周波数補正実施の判断基準判定処理を示すフローチャートである。本フローは、図６のステップＳ１０８の詳細フローである。【００７９】
ステップＳ１２１では、ＧＰＳ用クロックの品質を推定する。ＧＰＳ用クロックの品質推定は、下記の（１）又は（２）により判断する。【００８０】
（１）温度の変化が大きいほど品質の指標が悪くなる。【００８１】
（２）端末動作（ＦＯＭＡ（登録商標）送信、ＧＰＳ動作等）状態の変化（ＣＰＵ動作率（何％動作）の変化等）が大きいほど品質の指標が悪くなる。また、動作状態が変化してからの経過時間が短いほど、品質の指標が悪くなる。一定時間経過すると温度が安定する。ＧＰＳ用クロックの周波数精度の推定方法については、図９乃至図１２により後述する。【００８２】
ステップＳ１２２では、セルラ用クロックの品質を推定する。セルラ用クロックの品質推定は、下記により判断する。【００８３】
ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）値が小さいほど品質の指標が悪くなる。セルラ用クロックの周波数精度の推定方法については、図８により後述する。また、ＲＳＳＩ以外にも、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、アンテナバーの本数、等で判断するものとしてもよい。【００８４】
ステップＳ１２３では、ＧＰＳ用クロックの品質とセルラ用クロックの品質とを比較し、ＧＰＳ用クロックの品質がセルラ用クロックの品質より悪いか否かを判別する。ＧＰＳ用クロックの品質がセルラ用クロックの品質より悪い場合は、ステップＳ１２４でＧＰＳ用クロックの周波数補正を行うと判定して、図６のステップＳ１０９に戻る。ＧＰＳ用クロックの品質がセルラ用クロックの品質より悪くない場合は、ステップＳ１２５でＧＰＳ用クロックの周波数補正を行わないと判定して、図６のステップＳ１０９に戻る。【００８５】
次に、セルラ用クロック及びＧＰＳ用クロックの周波数精度の判定方法について説明する。【００８６】
〔セルラ用クロックの周波数精度の判定方法〕
図８は、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図である。図８に示すように、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]とは反比例の関係にある。ＡＦＣによる周波数同期は一般的に、受信信号の位相とセルラ用クロックの位相とを比較し、位相差が０になるようにセルラ用クロックを制御する。その際、受信品質ＲＳＳＩが低い場合、受信信号から得られる位相情報にノイズが入るため、周波数同期の精度が低くなり、結果として周波数精度が低くなる。【００８７】
〔ＧＰＳ用クロックの周波数精度の判定方法〕
図９乃至図１２は、ＧＰＳ用クロックの時間経過、温度変動、周波数変動の関係を示す図であり、図９は時間経過に対する温度変動[℃]の特性を、図１０は時間経過に対する温度[℃]の特性を、図１１は温度変動[℃]に対する周波数変動[ｐｐｍ]の特性を、図１２は温度[℃]に対する周波数[Ｈｚ]の特性をそれぞれ示す。【００８８】
ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、携帯電話機１００のセルラ無線送受信部１１２のＡＦＣ装置のような周波数同期は施されず、自走のクロック源である。また、温度補償型となっているものの、水晶発振器の発振周波数は周囲温度からの影響によって変動する。したがって、ＧＰＳクロック信号の周波数精度は、無線基地局２００と周波数同期が確立しているセルラ無線送受信部１１２の基準クロック信号の周波数精度よりも低くなっている。【００８９】
ＧＰＳ用クロックとして、例えばＴＣＸＯが用いられるが、特に温度変動が原因でＴＣＸＯの周波数が変動してしまう。そこで、（１）温度センサ等によりモニタする、又は端末動作から温度変動を推定する等から時間経過に対する温度、温度変動の特性を推定する方法がある。さらに、（２）ＴＣＸＯの温度に対する周波数精度、及び温度変動に対する周波数精度変動の情報から、周波数精度、周波数変動を推定する方法がある。【００９０】
次に、セルラ用クロック及びＧＰＳ用クロックの周波数精度の比較方法について説明する。上述したように、セルラ用クロックの周波数精度とＧＰＳ用クロックの周波数精度とは、異なる種類の判定条件を用いている。したがって、両者を比較するためには、両者に相関のあるパラメータを用いる必要がある。セルラ用クロックとＧＰＳ用クロックの周波数精度の比較手順として「ＧＰＳクロック周波数精度を温度から推定する方法」と「ＧＰＳクロック周波数変動を温度変動から推定する方法」について説明する。【００９１】
〔周波数精度の比較手順１（ＧＰＳ用クロック周波数精度を温度から推定する方法）〕
図１３は、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図、図１４Ａ及び図１４Ｂは、ＧＰＳ用クロックの温度[℃]と周波数[Ｈｚ]及び周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａの周波数に対して理想の周波数からみた周波数のずれ（周波数誤差）を示している。【００９２】
（１）受信品質ＲＳＳＩからセルラ用クロック周波数誤差を推定する。図１３ａ．のセルラ用クロック周波数誤差を推定する。【００９３】
（２）温度からＧＰＳクロック周波数誤差を推定する。図１４Ｂｂ．のＧＰＳクロック周波数誤差を推定する。【００９４】
（３）上記（１）と（２）の結果を比較して、ａ＜ｂならば周波数補正を実施する。【００９５】
また、上記（１）〜（３）を周波数補正タイミングにおいて実施する。【００９６】
〔周波数精度の比較手順２（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）〕
図１５は、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図、図１６は、ＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度[℃]特性を示す図、図１７は、ＧＰＳ用クロックの温度変動[℃]と周波数変動[ｐｐｍ]との関係を示す図である。【００９７】
（１）測位動作開始時に受信品質ＲＳＳＩからセルラ用クロック周波数誤差を推定、周波数補正を実施する。図１５ａ．のセルラ用クロック周波数誤差を推定し、周波数補正を実施する。【００９８】
（２）測位動作開始の周波数補正実施時におけるＧＰＳ用クロックの温度[℃]を推定する。図１６ｃ．のＧＰＳ用クロックの温度を推定する。【００９９】
（３）周波数補正タイミングにおいて、受信品質ＲＳＳＩからセルラ用クロック周波数誤差を推定する。図１５ｂ．のセルラ用クロック周波数誤差を推定する。【０１００】
（４）周波数補正タイミングにおいてＧＰＳ用クロックの温度[℃]を推定し、前回補正時からの温度変動を推定する。図１６ｄ．のＧＰＳ用クロックの温度を推定し、前回補正時のＧＰＳ用クロック温度（１回目はｃ）と比較して温度変動を推定。【０１０１】
（５）上記で推定した温度変動からＧＰＳクロック周波数変動を推定する。図１７ｅ．のＧＰＳクロック周波数変動を推定する。【０１０２】
（６）前回補正時のセルラ用クロック周波数精度（１回目はａ）、ｂ、ｅの結果を比較し、『ｂ＜前回補正時のセルラ用クロック周波数精度（１回目はａ）＋ｅ』であれば、周波数補正を実施する。【０１０３】
（７）上記（３）〜（６）を繰り返し実行する。【０１０４】
図１８は、本実施の形態の信号捕捉装置を備える携帯電話機１００のサーチ動作を説明する図である。図１８中、横軸はサーチが開始されてからの経過時間[ｓｅｃ]を示し、縦軸は周波数[ｐｐｍ]を示している。周波数軸上のｆｓはサーチ開始周波数であり、ｆｏはサーチする衛星の真の周波数である。衛星の真の周波数ｆｏは、サーチ開始周波数ｆｓから離れた位置にあり、移動通信端末（携帯電話機１００）は、サーチ開始周波数ｆｓを基準として、サーチ対象周波数４００を、時間の経過とともに徐々に周囲の周波数帯域に移動させてサーチを行う。サーチ範囲を広げると、広げた分だけサーチする時間がかかるため、サーチ対象周波数４００に周波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎを定める。そして、サーチを所定の時間内にサーチ対象周波数４００がその上限値と下限値に到達するような速度でサーチ対象周波数を上下に広げていくことにより、設定されたサーチ範囲Ａ、すなわち周波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎとの間の周波数帯域についてのサーチを、所定の時間内に終了することができる。サーチを終了してもＧＰＳ信号の捕捉ができなかった場合には、図６のステップＳ１０５乃至ステップＳ１１２で示す一連のサーチ処理を再実行する。サーチ対象周波数４０１〜４０３は、サーチ処理を再実行した場合のサーチ対象周波数である。【０１０５】
サーチ開始周波数ｆｓは、衛星捕捉中心周波数であり、このサーチ開始周波数ｆｓを衛星捕捉中心周波数としてサーチ開始する一方、サーチ開始後はセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数６００の周波数補正を行う。セルラ用クロック周波数５００による周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数６００を衛星捕捉中心周波数として次のサーチ処理を行う。【０１０６】
図１８の実線に示すＧＰＳ用クロック周波数６００は、時刻t０でセルラ用クロック周波数５００による補正実施後からサーチ範囲Ａのサーチ終了時刻t１までの変動を示す。【０１０７】
図１８の破線に示すＧＰＳ用クロック周波数６０１は、第１の時刻t１でセルラ用クロック周波数５００による周波数補正を行わなかった場合のＧＰＳ用クロック周波数である。また、ＧＰＳ用クロック周波数６０２は第１の時刻t１でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正を行った周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数である。また、ＧＰＳ用クロック周波数６０３は第２の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正を行った周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数である。また、ＧＰＳ用クロック周波数６０４は第３の時刻t３でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正を行った周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数である。【０１０８】
また、サーチ対象周波数４００はサーチ開始周波数ｆｓでＧＰＳ用クロック周波数６００を基点とするサーチ対象周波数である。また、サーチ対象周波数４０１は第１の時刻t１でＧＰＳ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正されたＧＰＳ用クロック周波数６０１を基点とするサーチ対象周波数である。また、サーチ対象周波数４０２は第２の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正されたＧＰＳ用クロック周波数６０１を基点とするサーチ対象周波数である。また、サーチ対象周波数４０３は第３の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準に周波数補正を実施しないで、すなわち第２の時刻t２のＧＰＳ用クロック周波数６０２をそのままサーチ基準周波数とした場合のサーチ対象周波数である。【０１０９】
一般に、セルラ用クロックは、精度が良いため、セルラ用クロックを基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施している。従来例では、セルラ用クロックで常にＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施していた。しかし、セルラ用クロック周波数５００の精度が悪い場合に、セルラ用クロック周波数を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数の周波数補正を実施すると、結果として周波数精度が悪くなり、衛星補足が遅くなるおそれがある。本実施の形態では、セルラ用クロックの精度が悪い場合、セルラ用クロック周波数を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数の周波数補正を実施せず、結果として、衛星捕捉を早く完了させることが可能となる。【０１１０】
本実施の形態では、上述した〔セルラ用クロックの周波数精度の判定方法〕によってセルラ用クロックの周波数精度を判定する。また、図７のフローのステップＳ１２２において、ＲＳＳＩ値が小さいほど品質の指標が悪くなることを利用してセルラ用クロックの周波数精度を推定する。また、ＲＳＳＩ以外にも、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、アンテナバーの本数、等で判断するものとしてもよい。セルラ用クロック周波数５００の周波数精度が良い場合には、セルラ用クロックを基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施する一方、セルラ用クロックの精度が悪い場合には、セルラ用クロック周波数を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数の周波数補正を実施しない。図１８では、第２の時刻t２から第３の時刻t３近傍でセルラ用クロック周波数５００の周波数精度が悪い。このため、第２の時刻t２から第３の時刻t３近傍における、周波数精度が悪い領域ではセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施しない。この場合、第３の時刻t３ではセルラ用クロック周波数５００を基準にせず、第２の時刻t２のＧＰＳ用クロック周波数６０２を基点としてサーチ対象周波数４０３を決定する。【０１１１】
従来例では、セルラ用クロックは、ＧＰＳ用クロックよりも何時でも精度が良いとの前提に立って、セルラ用クロックを常時、基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施していた。図１８では、第２の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正されたＧＰＳ用クロック周波数６０１を基点とするサーチ対象周波数４０２がその例である。周波数精度が悪いセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施した場合の、サーチ対象周波数４０２（図１８の破線三角形破線参照）によるサーチ範囲は、サーチする衛星の真の周波数ｆｏから大きく隔たっておりサーチ対象周波数４０２で捕捉される可能性はない。これに対して、本実施の形態では、周波数精度が悪い領域ではセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施しない。第２の時刻t２のＧＰＳ用クロック周波数６０２を基点とする、サーチ対象周波数４０３（図１８の実線三角形参照）によるサーチによって、時間の経過とともに高周波側と低周波側に移動していく。第３の時刻ｔ３の直前にサーチ対象周波数４０３がサーチする衛星の真の周波数ｆ０に到達すると（図１８ａ．参照）、衛星信号捕捉に成功し、サーチは完了する。【０１１２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、セルラ用クロックの精度推定機能部１２０により無線通信の受信品質を推定する。そして、補正タイミング決定部１４０は、推定された受信品質が所定の閾値以上の場合、セルラ用クロックを基準としてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施し、受信品質が所定の閾値より小さい場合、セルラ用クロックを基準とするＧＰＳ用クロックの周波数補正の実施を禁止する。これにより、測位中のＧＰＳ受信部クロック周波数補正を実施するタイミングを最適化することができ、サーチ漏れを防ぐとともに、測位時間を短縮することができる。【０１１３】
また、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる。【０１１４】
また、補正タイミング決定部１４０は、ハンドオーバー情報を使用することで、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる。【０１１５】
本実施の形態と従来例との差について説明する。従来例では、ＧＰＳ用クロックの周波数が測位動作（衛星サーチ）中に変動（温度変動が主原因）した場合に測位性能が劣化する課題に対して、（１）間欠的にセルラ用クロックを基準としてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施する、（２）セルラ用クロック精度を無線通信部の受信品質から判断して周波数補正を実施することで性能劣化を改善する方法が考えられる。【０１１６】
しかし、この従来例の方法では、（３）セルラ用クロックの品質が良いが、それ以上にＧＰＳ用クロックの品質が良い場合に余計な周波数補正を実施してしまう、（４）セルラ用クロックの品質が悪いが、それ以上にＧＰＳ用クロックの品質が悪い場合に必要な周波数補正を未実施といった動作になり、測位性能が劣化してしまう欠点がある。【０１１７】
これに対して、本実施の形態では、周波数補正のタイミングを以下の通り決定している。ａ．ＧＰＳ用クロックの周波数変動を推定する。ｂ．ＧＰＳ用クロックの周波数変動の推定値に応じてセルラ無線送受信部１１２の受信品質閾値を変動させる。ｃ．補正タイミング決定部１４０は、セルラ無線送受信部１１２の受信品質閾値とセルラ無線送受信部１１２の受信品質を比較して周波数補正のタイミングを判断する。このように、本実施の形態では、ＧＰＳ用クロックとセルラ用クロックの両方の品質を考慮して、周波数補正タイミングを判断するため、上記（３），（４）に示す余計な周波数補正の実施、必要な周波数補正の未実施を防ぐことにより、周波数補正のタイミングを最適とすることができ、測位性能を向上させることができる。【０１１８】
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。【０１１９】
例えば、図６のサーチ処理のフローチャートにおいて、サーチ周波数がサーチ範囲外になった場合に周波数補正実施を判断して実施する、しない処理を行うものとしたが、図１９に示す通り、サーチ周波数を変更してサーチ周波数をサーチする毎に、周波数補正実施を判断して実施する、しない処理を行うものとしてもよい。【０１２０】
さらに、図２０に示す通り、(１)サーチ周波数がサーチ範囲外になった場合、及び(２) サーチ周波数を変更してサーチ周波数をサーチする毎、の両方のタイミングで周波数補正実施を判断して実施する、しない処理を行うものとしてよい。この場合、(１)、(２)それぞれにおける、周波数補正の判断基準となるセルラ無線送受信部１１２の受信品質閾値を別々に設定できるようにしてもよい。【０１２１】
上記の通り衛星サーチ処理を実施することで、細かな周波数補正のタイミングを設定することができ、周波数補正のタイミングをより最適化することが可能となる。【０１２２】
また、図５に示す通り、ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０は、端末動作モニタ部１３１、温度モニタ部１３２の両方から構成されるものとしたが、端末動作モニタ部１３１のみ、もしくは温度モニタ部１３２のみで構成されるものとしてもよい。【０１２３】
また、例えば、ＧＰＳクロック信号の比較の対象として、無線基地局との通信に使用するクロック信号を基準クロック信号として使用するようにしたが、他のクロック信号を使用してもよい。また、あるチャネルでＧＰＳ信号を捕捉できた場合に、そのＧＰＳ信号の搬送波周波数に同期する形で得られるクロック信号を、他のチャネルでのサーチに基準クロック信号として使用するようにしてもよい。【０１２４】
また、ＧＰＳ機能を有する携帯電話機に本発明を適用する場合について説明したが、これに限るものではなく、周波数が変動する可能性のあるクロック信号を使用して所定の周波数の信号の捕捉を試みるような他の各種装置に適用できることは勿論である。【０１２５】
また、本実施の形態では信号捕捉装置及び信号捕捉方法という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、測位システム及び受信装置等であってもよいことは勿論である。【０１２６】
さらに、上記信号捕捉装置を構成する各回路部、例えば測位演算部の種類、その数及び接続方法など、さらには無線通信部の種類などは前述した実施の形態に限られない。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、測位衛星（例えば、ＧＰＳ衛星）から送出される信号を捕捉する機能を有する信号捕捉装置（例えば、移動体通信端末）に用いる場合に好適である。
【図１】
2008120381.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月14日(2009.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行う信号受信手段と、
前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段と、
前記所定のクロック信号と前記基準クロック信号との周波数を比較する周波数比較手段と、
前記基準クロック信号の精度を推定する基準クロック精度推定手段と、
前記基準クロック精度推定手段により推定された基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正するように制御する制御手段と
を備える信号捕捉装置。
【請求項２】
前記基準クロック信号生成手段としての無線通信用クロック信号を動作クロックとして使用する無線通信手段と、
前記所定のクロック信号と前記無線通信用クロック信号との周波数を比較する周波数比較手段と、
基準クロック精度推定手段として、前記無線通信手段の通信品質を推定する受信品質推定手段と、
前記受信品質推定手段により推定された受信品質が所定の閾値以上のとき、前記無線通信用クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正するように制御する制御手段と
を備える請求項１記載の信号捕捉装置。
【請求項３】
前記受信品質推定手段は、前記無線通信手段における無線通信のＲＳＳＩ、Ｅｃ／Ｎ０、ＢＥＲ、ＢＬＥＲ、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、又はアンテナバーの本数を検出して受信品質を推定する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項４】
前記受信品質推定手段は、前記所定のクロック信号の周波数変動を推定し、該所定のクロック信号の周波数精度及び周波数変動の推定値に応じて前記無線通信手段の受信品質閾値を変更する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項５】
前記信号補足装置の所定の場所における温度を検知する温度検知手段を有し、前記受信品質推定手段は、前記温度検知手段によって検知された温度を基に、前期所定のクロック信号の周波数精度又は周波数変動の推定値を決定する請求項２記載の信号補足装置。
【請求項６】
前記信号補足装置の各種動作状態をモニタする、各種動作状態モニタ手段を有し、前記受信品質推定手段は、各種動作状態モニタ手段により取得した、各種動作状態の変化、及び各種動作状態の経過時間の情報から、前記所定のクロック信号の周波数精度又は周波数変動の推定値を決定する請求項２記載の信号補足装置。
【請求項７】
前記受信品質推定手段は、前記無線通信用クロックと前記所定のクロック信号との周波数の比較結果から前記所定のクロック信号の周波数精度又は周波数変動の推定値を決定する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記受信品質が前記所定の閾値より小さいとき、前記無線通信用クロックを基準とする前記所定のクロック信号の周波数の補正の実施を禁止する請求項２記載の信号捕捉装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記所定のクロック信号の周波数変動推定値が所定値より大きい場合、前記閾値を小さくする請求項１記載の信号捕捉装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、無線通信のハンドオーバー情報に基づいて、前記周波数補正制御を実施する請求項１記載の信号捕捉装置。
【請求項１１】
所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うステップと、
前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号と前記所定のクロック信号の周波数を比較するステップと、
前記基準クロック信号の精度を推定するステップと、
前記推定された前記基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正する制御ステップと
を有する信号捕捉方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送出される信号のような所定の周波数の信号を捕捉するための信号捕捉装置及び信号捕捉方法に関し、特に携帯電話機等の移動体通信端末に好適な信号捕捉装置及び信号捕捉方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）といった高速でのデータ伝送が可能な移動体通信端末の普及が進んでいる。このような移動体通信端末では、その利便性や用途の拡大を図るために、衛星測位システムを利用した位置情報の取得機能を追加することが注目されている。
【０００３】
衛星測位システムは、地球の周回軌道を回る複数の人工衛星から送出される情報を受信して、各人工衛星との間の距離を測定し、受信側の装置の現在位置を計算するシステムである。米国の国防総省が構築したＧＰＳは、このような衛星測位システムの代表的なものであり、ＧＰＳ衛星と呼ばれる人工衛星を複数配置している。
【０００４】
ＧＰＳ衛星は、送出の対象となる信号に対して、所定のＰＲＮ（Pseudo Random Noise：擬似ランダム雑音）コードを用いたスペクトラム拡散処理を行う。すなわち、移動体通信端末では、このＧＰＳ衛星から送出される信号（以下、「ＧＰＳ信号」という）に対し対応するＰＲＮコードを用いて逆拡散処理を行うことによって、元の信号を取得することが可能である。そして、取得した信号に対して、メッセージ同期、エフェメリス（ephemeris）収集、ＰＶＴ（Position, Velocity, Time）計算等の処理を行うことにより、自己の現在位置や時刻についての情報を得ることができる。
【０００５】
このような測位機能が搭載された移動体通信端末では、ＧＰＳ信号の受信処理に使用するためのクロック信号（以下、「ＧＰＳクロック信号」という。）を生成する装置部として、小型で安価であることから、水晶発振器を適用することが広く行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
但し、水晶発振器の発振周波数は、周囲温度その他の使用条件によって変動するため、サーチ周波数範囲を大きく設定する必要があり、その結果、信号捕捉に時間がかかることがある。そこで、この従来の提案では、移動体通信端末が地上の無線基地局との間で無線通信を行う際に得られる高い周波数精度のクロック信号を使用して、自装置内部の水晶発振器が生成するＧＰＳクロック信号の周波数がその理想値からどの程度ずれているかを検出する。そして、その周波数差に基づいて、測位に関する信号処理を行うようになっている。これにより、水晶発振器が発生させるＧＰＳクロック信号の周波数（以下、「ＧＰＳクロック周波数」という）が理想値と異なっていても、周波数サーチ範囲を限定して、高速な信号捕捉を行うことができる。
【０００７】
ところで、前記したＧＰＳ信号のスペクトラム拡散処理で使用されるＰＲＮコードは、コード長１ｍｓ、チップレート１．０２３ＭＨｚであり、１チップの周期は約１μｓである。このスペクトラム拡散処理は、それぞれのＧＰＳ衛星に搭載された原子時計の時刻に同期して行われる。したがって、移動体通信端末は、０．５μｓ以下の誤差の精度で送出側のＧＰＳ衛星との時刻同期を確立してからでなければ、上記メッセージ同期以降の処理を開始することができず、測位を行うことができない。
【０００８】
移動体通信端末は、ＧＰＳ信号の受信を開始していない状態ではいずれのＧＰＳ衛星か
らも独立して動作しているのが通常である。そこで、測位に先立って、まずＧＰＳ信号をサーチし、ＧＰＳ信号に対する周波数同期又は位相同期やＰＲＮコードの同期（以下、「コード同期」と総称する）を確立するための処理が必要となる。
【０００９】
図１は、従来の信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図である。図１において、通信システム１は、携帯電話機１０と、無線基地局２と、携帯電話機１０の上空に配置されたＧＰＳ（ＳＰＳ）衛星３（ここでは、１つ以上のＧＰＳ衛星のうち１つを示す）と、から主に構成される。
【００１０】
携帯電話機１０は、無線基地局２と無線信号を送受信することによって、図示しない他の携帯電話機や固定電話機あるいは情報サーバと通信を行う。また、１つ以上のＧＰＳ衛星３のそれぞれから送出されるＧＰＳ信号を捕捉し、各ＧＰＳ信号から情報を抽出することによって測位を行う。このＧＰＳ信号は、１，５７５４２ＧＨｚの同一周波数の搬送波に、それぞれの衛星毎に異なるＣ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code）やＰコード（Precise CodeもしくはProtected Code）といったＰＲＮコードを重畳した信号である。
【００１１】
携帯電話機１０は、無線用アンテナ１１、セルラ無線送受信部１２、セルラ用クロック生成部１３、ＧＰＳ用アンテナ１４、ＧＰＳ受信部１５、ＧＰＳ用クロック生成部１６、測位演算部１７、周波数比較部１８、及びサーチ制御機能部１９を備えて構成される。
【００１２】
携帯電話機１０は、無線基地局２に接続する機能と、ＧＰＳシステムによる測位機能とを備えた移動体通信端末である。携帯電話機１０は、図示しないＣＰＵと、制御プログラムを格納したＲＯＭ等の記憶媒体と、ＲＡＭ等の作業用メモリと、既存のハードウェアとしての通信回路によって構成され、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで上記した各装置部の機能が実現する。
【００１３】
セルラ無線送受信部１２は、無線基地局２との間で無線信号を送受信するとともに、通信する基地局と周波数同期してセルラ用クロックの精度向上を図る。無線基地局２は、高い周波数精度でクロック信号を生成するクロック発振器を備えている。そして、無線基地局２は、このクロック信号から搬送周波数を生成し、セルラ無線送受信部１２と無線通信を行う。セルラ無線送受信部１２は、図示しないＰＬＬ（Phase-Locked Loop）回路を有するＡＦＣ（Automatic Frequency Control）装置を備えており、無線基地局２から送出される無線信号の搬送波周波数に周波数同期することで、セルラ用クロック生成部１３から生成されるセルラ用クロックを高精度化する。
【００１４】
ＧＰＳ受信部１５は、ＧＰＳ信号をサーチするとともにこれを捕捉し、ＧＰＳ信号に含まれる情報を取得する。そして、測位演算部１７は、この取得された情報を基に測位のための演算を行う。具体的には、ＧＰＳ受信部１５は、ＧＰＳ用アンテナ１４より入力された各衛星からのＧＰＳ信号に対して、サーチ制御機能部１９により設定されるサーチ周波数を基に衛星サーチを行い、コード同期を行う。ＧＰＳ受信部１５は、同様の動作を行う複数のチャンネルをもつ。
【００１５】
ＧＰＳ用クロック生成部１６は、ＧＰＳ受信部を動作させるクロック信号を供給する。ＧＰＳ用クロック生成部１６は、図示しない温度補償型水晶発振器（Temperature Compensated Crystal Oscillator : TCXO）を使用して、ＧＰＳ受信部１５の動作クロックとして使用されるＧＰＳクロック信号を生成する。ＧＰＳ用クロック生成部１６は、携帯電話機１０のセルラ無線送受信部１２におけるＡＦＣ装置のような周波数同期は施されず、自走のクロック源である。また、温度補償型となっているものの、水晶発振器の発振周波数は周囲温度からの影響によって変動する。したがって、ＧＰＳクロック信号の周波数精度は、無線基地局２と周波数同期が確立しているセルラ無線送受信部１２の基準クロック信
号の周波数精度よりも低くなっている。
【００１６】
測位演算部１７は、ＧＰＳ受信部１５が行った複数チャンネル分のコード同期時のコード位相、周波数、信号レベル等の衛星捕捉情報を基に測位演算を行い、測位結果を出力する。
【００１７】
周波数比較部１８は、セルラ用クロックを基準として、ＧＰＳ用クロックとの周波数差情報を出力する。周波数比較部１８は、周波数補正制御機能を有し、周波数補正制御機能は、ＧＰＳ受信部クロックと無線通信部クロックの周波数差情報を出力する。
【００１８】
サーチ制御機能部１９は、周波数比較部からの周波数差情報を基に、衛星サーチを行う中心となる周波数（サーチ基準周波数）を決定する。サーチ基準周波数を基に、衛星をサーチする周波数を順次設定する。サーチする周波数は、ＧＰＳ受信部１５の同時サーチ可能なチャンネル数分設定する。ＧＰＳ受信部１５の各チャンネルでのコード同期が完了するまでサーチする周波数を変化させる。
【００１９】
以上の構成において、信号捕捉装置を備える携帯電話機１０は、以下の方法により周波数補正を行っている。
【００２０】
ＧＰＳ用クロックで用いられるＴＣＸＯ等は周波数精度数ｐｐｍと低い一方、ＧＰＳ測位を短時間で行うには０．１ｐｐｍオーダーのクロック精度が必要となる。そのため、従来の構成では無線部通信を行う際のクロック（無線通信クロック）を使用している。無線通信部クロックは、周波数精度の高い基地局が使用する周波数源と周波数同期させるため、０．１ｐｐｍオーダーの精度が得られる。従来の構成では、この無線通信部クロックによってＧＰＳ用クロックを補正し、衛星サーチの中心周波数となり衛星サーチ基準周波数を設定することで、高い周波数精度で衛星周波数サーチを行うことができる。
【００２１】
図２及び図３は、従来のＧＰＳ信号の衛星サーチにおける様子の一例を説明する図であり、図２は、ＧＰＳ用クロックの周波数が変動しない例を、図３は、時間に対し直線的にＧＰＳ用クロックの周波数が変動する例を示す。図２及び図３中、横軸はサーチが開始されてからの経過時間を示し、縦軸は周波数を示している。移動通信端末（携帯電話機１０）は、サーチ対象となる周波数としてのサーチ対象周波数２１を、ＧＰＳ信号の標準の周波数として予め定められたサーチの基準となる周波数（以下、「衛星サーチ基準周波数」という）ｆｓを基準として、時間の経過とともに徐々に周囲の周波数帯域に移動させる。これは、ＧＰＳ衛星と移動体通信端末との間の相対速度その他の原因によって、移動体通信端末に到達するＧＰＳ信号の周波数としての衛星の周波数（ここではＧＰＳ信号周波数）ｆｏが変動することによって、ｆｓとの間に不明な差分が生じ、ｆｓの周囲の周波数帯域のサーチが必要となるためである。この例では、時刻ｔ1でＧＰＳ信号が捕捉されることになる。また、移動体通信端末が携帯電話網に設けられたサーバとの通信によってＧＰＳ衛星の軌道情報等のアシスト情報を授受することで、ＧＰＳ衛星と移動体通信端末との間の相対速度その他の原因によるＧＰＳ信号周波数ｆｏの変動を推定し、ｆｓをより正確に設定(ｆｏとｆｓの差分を小さく)することも可能である。この場合には、より早い時刻にＧＰＳ信号を捕捉することができる。
【００２２】
一方で、サーチ範囲を広げると、広げた分だけサーチする時間がかかる。また、サーチ速度を上げてこの時間の短縮を図ろうとすると、信号レベルが低い場合にはＧＰＳ信号を誤って捕捉し損ねてしまう可能性が高くなる。そこで、通常は、図２に示すようにサーチ対象周波数２１に周波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎを定める。そして、サーチを所定の時間内にサーチ対象周波数２１がその上限値と下限値に到達するような速度でサーチ対象周波数を上下に広げていくことにより、設定されたサーチ範囲Ａ、すなわち周
波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎとの間の周波数帯域についてのサーチを、所定の時間内に終了することができる。ここで、サーチを終了してもＧＰＳ信号の捕捉ができなかった場合には、以下に述べる一連のサーチ処理を再実行する。
【００２３】
図４は、信号捕捉装置を備える携帯電話機１０の衛星信号サーチ処理を示すフローチャートである。図中、Ｓはフローのステップを示す。
【００２４】
まず、ステップＳ１でＧＰＳ受信部クロックとセルラ用クロックの周波数差情報を取得し、ステップＳ２で取得した周波数差情報を基に衛星サーチ基準周波数ｆｓを修正する。次いで、ステップＳ３でサーチ周波数を一旦リセットし、ステップＳ４でサーチ周波数をサーチする。
【００２５】
ステップＳ５では、衛星信号を捕捉できたか否かを判別し、捕捉できた場合は衛星信号サーチ完了として本フローを終了する。衛星信号を捕捉できない場合は、ステップＳ６でサーチ周波数を変更し、ステップＳ７でサーチ周波数がサーチ範囲外か否かを判別する。サーチ周波数がサーチ範囲外の場合は、ステップＳ８でサーチ周波数をリセットしてステップＳ４に進み、ステップＳ４でサーチ周波数をサーチする。また、サーチ周波数がサーチ範囲外でない場合は、そのままステップＳ４に進み、ステップＳ４でサーチ周波数をサーチする。
【００２６】
上記フローを、図２及び図３を用いて説明すると、以下のサーチ方法となる。
【００２７】
図２に示すように、セルラ用クロックによって周波数補正された衛星サーチ基準周波数ｆｓを中心として、順次サーチ範囲を広げることで衛星の周波数をサーチする。衛星の周波数ｆｏと衛星サーチ基準周波数ｆｓとの差は、概ね無線通信部（セルラ無線送受信部１２）の周波数精度（周波数確度）で決まるため、サーチ範囲は衛星サーチ基準周波数ｆｓに対して無線通信部の周波数精度分（ここではＡ[ｐｐｍ]）の範囲を持たせればよい。
【００２８】
衛星サーチ周波数は、衛星サーチ基準周波数ｆｓを中心に、図２のハッチングに示すように拡大し、サーチ周波数が衛星の周波数ｆｏと一致するところで衛星周波数のサーチが完了する。図２では、サーチ対象周波数２１が衛星の周波数ｆｏと一致するところでサーチ終了時間ｔ１となる。また図２の太実線に示すように、ＧＰＳ用発振器の周波数変動がないため、衛星捕捉中心周波数である衛星サーチ基準周波数ｆｓの変動はない。
【００２９】
このように、サーチ範囲Ａを広げながら衛星周波数をサーチするため衛星サーチ基準周波数ｆｓと衛星の周波数ｆｏの差を小さくすることがサーチ終了時間ｔ１の短縮に大いに効果がある。
【００３０】
従来例では、この衛星サーチ基準周波数ｆｓの精度を周波数補正によって高くすることで、測位時間短縮に寄与している。
【特許文献１】特開２００３−３２９７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
しかしながら、このような従来の信号捕捉装置を備える移動通信端末にあっては、以下のような課題があった。
【００３２】
衛星サーチ基準周波数ｆｓは、サーチ開始時にセルラ用クロックで補正するが、その後の動作はＧＰＳ用クロックを基準として動作する。そのため、ＧＰＳ用クロックの周波数が変動した場合には、衛星周波数サーチを行う衛星サーチ基準周波数ｆｓも変動してしま
う。ＧＰＳ用クロックは、通常ＴＣＸＯ等が用いられるが、ＴＣＸＯは周辺温度によって周波数が変化してしまう特性を有する。
【００３３】
図３は、時間に対し直線的にＧＰＳ用クロックの周波数が変動し、衛星サーチ基準周波数ｆｓ（太実線）が変化している例を示す。
【００３４】
図３に示すように、ＧＰＳ用クロックの周波数が変動した場合には、衛星周波数サーチを行うための衛星捕捉中心周波数である衛星サーチ基準周波数ｆｓも変動してしまう。また、この衛星サーチ基準周波数ｆｓの変化に伴い、図３ハッチングに示すサーチ対象周波数２１も下側にシフトし、サーチ範囲Ａもシフトする。そのため、衛星の周波数ｆｏとサーチ対象周波数２１が交差する点がなく、サーチ範囲からも外れるためサーチ不可となる。このサーチ不可を、従来技術で解決しようとして、単純にサーチ範囲を広く設定した場合には、衛星周波数サーチにかかる時間が非常に長くなってしまう。
【００３５】
すなわち、従来の信号捕捉装置にあっては、衛星サーチ中にＧＰＳ用クロックの周波数が変動した場合に、周波数サーチするための基準となる周波数（衛星サーチ基準周波数ｆｓ）も同時に変動してしまい、衛星周波数サーチにかかる時間が長くなる問題が生じる。この場合、ＧＰＳ信号をいつまでも捕捉できないにもかかわらず、周波数サーチだけが延々と続けられることになる。
【００３６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、測位中の信号捕捉装置（例えば、ＧＰＳ受信装置）の受信部クロック周波数の補正を実施するタイミングを最適化し、サーチ漏れを防ぐとともに、測位時間を短縮することができる信号捕捉装置及び信号捕捉方法を提供することを目的とする。
【００３７】
また本発明は、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる信号捕捉装置を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の信号捕捉装置は、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行う信号受信手段と、前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段と、前記所定のクロック信号と前記基準クロック信号との周波数を比較する周波数比較手段と、前記基準クロック信号の精度を推定する基準クロック精度推定手段と、前記基準クロック精度推定手段により推定された基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正するように制御する制御手段とを備える構成を採る。
【００３９】
本発明の信号捕捉方法は、所定のクロック信号を動作クロックとして捕捉の対象となる信号のサーチを行うステップと、前記所定のクロック信号の周波数の基準としての基準クロック信号と前記所定のクロック信号の周波数を比較するステップと、前記基準クロック信号の精度を推定するステップと、前記推定された前記基準クロック信号の精度が所定の閾値以上のとき、前記基準クロック信号を基準として前記所定のクロック信号の周波数を補正する制御ステップとを有する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、測位中の信号捕捉装置（例えば、ＧＰＳ受信装置）の受信部クロック周波数の補正を実施するタイミングを最適化することができ、サーチ漏れを防ぐとともに、測位時間を短縮することができる。
【００４１】
また、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態に係る信号捕捉装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
図５は、本発明の一実施の形態に係る信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図である。本実施の形態は、信号捕捉装置として、ＧＰＳ衛星測位システムに適用した例である。
【００４４】
図５において、通信システムは、携帯電話機１００と、無線基地局２００と、携帯電話機１００の上空に配置されたＧＰＳ（ＳＰＳ）衛星３００（ここでは、１つ以上のＧＰＳ衛星のうち１つを示す）と、から主に構成される。
【００４５】
携帯電話機１００は、無線基地局２００と無線信号を送受信することによって、図示しない他の携帯電話機や固定電話機あるいは情報サーバと通信を行う。また、１つ以上のＧＰＳ衛星３００のそれぞれから送出されるＧＰＳ信号を捕捉し、各ＧＰＳ信号から情報を抽出することによって測位を行う。このＧＰＳ信号は、１，５７５４２ＧＨｚの同一周波数の搬送波に、それぞれの衛星毎に異なるＣ／ＡコードやＰコードといったＰＲＮコードを重畳した信号である。
【００４６】
携帯電話機１００は、無線用アンテナ１１１と、セルラ無線送受信部１１２と、セルラ用クロック生成部１１３と、ＧＰＳ用アンテナ１１４と、ＧＰＳ受信部１１５と、ＧＰＳ用クロック生成部１１６と、測位演算部１１７と、周波数比較部１１８と、セルラ用クロックの精度推定機能部１２０と、ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０と、補正タイミング決定部１４０とを備えて構成される。セルラ用クロックの精度推定機能部１２０は、受信品質モニタ部１２１から構成される。ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０は、端末動作モニタ部１３１及び温度モニタ部１３２から構成される。
【００４７】
携帯電話機１００は、無線基地局２００に接続する機能と、ＧＰＳシステムによる測位機能とを備えた移動体通信端末であり、図示しないＣＰＵと、制御プログラムを格納したＲＯＭ等の記憶媒体と、ＲＡＭ等の作業用メモリと、既存のハードウェアとしての通信回路によって構成される。携帯電話機１００は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで上記した各装置部の機能が実現する。
【００４８】
セルラ無線送受信部１１２は、無線基地局２００との間で無線信号を送受信するとともに、通信する基地局と周波数同期してセルラ用クロックの精度向上を図る。無線基地局２００は、高い周波数精度でクロック信号を生成するクロック発振器を備えている。そして、このクロック信号から搬送周波数を生成し、セルラ無線送受信部１１２と無線通信を行う。セルラ無線送受信部１１２は、図示しないＰＬＬ回路を有するＡＦＣ装置を備えており、無線基地局２００から送出される無線信号の搬送波周波数に周波数同期することで、セルラ用クロック生成部１１３から生成されるセルラ用クロックを高精度化する。
【００４９】
ＧＰＳ受信部１１５は、ＧＰＳ信号をサーチするとともにこれを捕捉し、ＧＰＳ信号に含まれる情報を取得する。そして、測位演算部１１７は、この取得された情報を基に測位のための演算を行う。具体的には、ＧＰＳ受信部１１５は、ＧＰＳ用アンテナ１１４より入力されたＧＰＳ信号の衛星を、サーチ制御機能部１１９により設定されるサーチ周波数を基に衛星サーチを行い、コード同期を行う。ＧＰＳ受信部１１５は、同様の動作を行う複数のチャンネルをもつ。
【００５０】
ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、ＧＰＳ受信部を動作させるクロック信号を供給する。ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、図示しない温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を使用して、ＧＰＳ受信部１１５の動作クロックとして使用されるＧＰＳクロック信号を生成する。ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、携帯電話機１００のセルラ無線送受信部１１２のＡＦＣ装置のような周波数同期は施されず、自走のクロック源である。また、温度補償型となっているものの、水晶発振器の発振周波数は周囲温度からの影響によって変動する。したがって、ＧＰＳクロック信号の周波数精度は、無線基地局２００と周波数同期が確立しているセルラ無線送受信部１１２の基準クロック信号の周波数精度よりも低くなっている。
【００５１】
測位演算部１１７は、ＧＰＳ受信部１１５が行った複数チャンネル分のコード同期時のコード位相、周波数、信号レベル等の衛星捕捉情報を基に測位演算を行い、測位結果を出力する。
【００５２】
周波数比較部１１８は、セルラ用クロックを基準として、ＧＰＳ用クロックとの周波数差情報を出力する。周波数比較部１１８は、周波数補正制御機能を有し、周波数補正制御機能は、ＧＰＳ受信部クロックと無線通信部クロックの周波数差情報を出力する。
【００５３】
サーチ制御機能部１１９は、周波数比較部１１８からの周波数差情報を基に、衛星サーチを行う中心となる周波数（サーチ基準周波数）を決定する。サーチ基準周波数を基に、衛星をサーチする周波数を順次設定する。サーチする周波数は、ＧＰＳ受信部１１５の同時サーチ可能なチャンネル数分設定する。ＧＰＳ受信部１１５の各チャンネルでのコード同期が完了するまでサーチする周波数を変化させる。
【００５４】
受信品質モニタ部１２１は、無線通信の受信品質（ＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indicator)、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０(Signal Energy per chip over Noise Power Spectral Density)、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio）、Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）、アンテナバーの本数等）を検出する。
【００５５】
端末動作モニタ部１３１は、ＧＰＳ用クロックの周波数変動に影響を与える端末動作の状態をモニタする。温度モニタ部１３２は、温度センサ等からなりＧＰＳ用クロックの周波数変動に影響を与える端末の温度変化をモニタする。ＧＰＳ用クロックとして、例えばＴＣＸＯが用いられる。ＴＣＸＯは、温度補償型の水晶発振器であるものの発振周波数は周囲温度からの影響によって周波数が変動する。そこで、温度モニタ部１３２によりＴＣＸＯ周囲温度をモニタする。また、端末動作モニタ部１３１により端末動作から温度変動を推定する。
【００５６】
補正タイミング決定部１４０は、測位中のＧＰＳ受信部クロックの周波数変動とセルラ用クロックの周波数精度等を推定し、ＧＰＳ受信部クロック周波数補正の必要性の有無を判断して、周波数補正を実施する／しないを決定する。補正タイミング決定部１４０は、ＧＰＳ測位動作（衛星サーチ）中、セルラ用クロックを基準にしてＧＰＳ受信部クロックを間欠的に補正する構成において、無線通信の受信品質（ＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indicator)、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、アンテナバーの本数等）を検出し、受信品質の閾値との比較結果から周波数補正の実施の有無を判定する。ここで、受信品質が高い／低い状態は、セルラ用クロック精度の推定値が高い／低い状態に対応する。具体的には、以下（１）〜（３）により周波数補正の実施の有無を判定する。
【００５７】
（１）通信中の基地局からの受信品質を閾値と比較して閾値より高い／低い場合に、周波数補正を実施する／しないを判定する。
【００５８】
（２）複数基地局からの受信品質の平均値を算出し、この平均値を閾値と比較して閾値より高い／低い場合に、周波数補正を実施する／しないを判定する。
【００５９】
（３）前回の周波数補正タイミングでの受信品質（過去数回分の重み付け平均等でもよい）を記憶しておき、現在の受信品質と比較し、過去の受信品質より良い／悪い場合に、周波数補正を実施する／しないを判定する。
【００６０】
上記閾値は、ＧＰＳ受信部クロックの周波数変動推定値に応じて設定する。例えば、ＧＰＳ受信部クロックの周波数変動推定値が大きい場合、受信品質の閾値を小さくする。ま
た、周波数変動推定値は、測位経過時間、端末動作の経過時間、又は周波数差の比較結果等から推定する。
【００６１】
また、補正タイミング決定部１４０は、ハンドオーバー情報を使用することで、測位中の周波数補正のタイミングを決定することができる。
【００６２】
補正タイミング決定部１４０は、ＧＰＳ測位動作（衛星サーチ）中、無線通信のハンドオーバー情報に基づいて、測位中の周波数補正のタイミングを決定する。具体的には、以下（４），（５）により周波数補正の実施の有無を判定する。
【００６３】
（４）ハンドオーバー実施の有無に応じて周波数補正の頻度を決定する。ハンドオーバー時は、セルラ用クロック周波数の変動の発生が推定される。
【００６４】
（５）ハンドオーバー実施回数（回数／単位時間）が所定の閾値より多い／少ないに応じて周波数補正の頻度を少なく／多く決定する。ハンドオーバー実施回数により移動速度を判断する。
【００６５】
上記頻度は、ＧＰＳ受信部クロックの周波数変動推定値に応じて設定する。例えば、ＧＰＳ受信部クロックの変動推定値が大きい場合、ハンドオーバー実施回数の閾値を大きくする。また、周波数変動推定値は、測位経過時間、端末動作の経過時間、又は周波数差の比較結果等から推定する。
【００６６】
以下、上述のように構成された信号捕捉装置を備える携帯電話機１００の動作を説明する。
【００６７】
図６は、信号捕捉装置を備える携帯電話機１００の衛星信号サーチ処理を示すフローチャートである。
【００６８】
まず、ステップＳ１０１で周波数比較部１１８において、ＧＰＳ受信部クロックとセルラ用クロックの周波数差情報を取得する。クロック周波数差は、例えば基準クロック信号が所定回数立ち上がる区間にＧＰＳクロック信号が何回立ち上がるかをカウントし、ＧＰＳクロック周波数が理想値であった場合に得られるカウント値と実際のカウント値を比較することによって求めることができる。
【００６９】
ステップＳ１０２では、サーチ制御機能部１１９は、取得した周波数差情報を基に衛星サーチ基準周波数ｆｓを修正する。
【００７０】
ステップＳ１０３では、サーチ制御機能部１１９は、サーチ周波数を一旦リセットし、ステップＳ１０４でサーチ周波数をサーチする。
【００７１】
ステップＳ１０５では、衛星信号を捕捉できたか否かを判別し、捕捉できた場合は衛星信号サーチ完了として本フローを終了する。ＧＰＳ信号のサーチが終了するのは、例えば、測位に必要な数のＧＰＳ衛星３００との間でコード同期を確立できた場合や、後に説明する所定のサーチ範囲についてサーチを実施したものの、測位に必要な数のＧＰＳ衛星３００との間でコード同期を確立できなかった場合である。
【００７２】
衛星信号を捕捉できない場合は、ステップＳ１０６でサーチ周波数を変更し、ステップＳ１０７でサーチ周波数がサーチ範囲外か否かを判別する。サーチ周波数がサーチ範囲外の場合は、周波数補正実施を判断するステップＳ１０８に処理を進める。また、サーチ周波数がサーチ範囲外でない場合は、そのままステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０４
でサーチ周波数をサーチする。
【００７３】
ステップＳ１０８で補正タイミング決定部１４０は周波数補正実施を判定し、ステップＳ１０９でステップＳ１０８の判定結果より、周波数補正を実施するか否かによって処理を分岐する。周波数補正実施の判断基準判定方法については、図７のフロー及び図１３乃至図１６より後述する。
【００７４】
上記ステップＳ１０９で周波数補正を実施しない場合は、そのままステップＳ１１２に進み、ステップＳ１１２でサーチ周波数をリセットして、ステップＳ１０４に進む。
【００７５】
一方、上記ステップＳ１０９で周波数補正を実施する場合は、ステップＳ１１０で周波数比較部１０８は、ＧＰＳ受信部クロックとセルラ用クロックの周波数差情報を取得する。ステップＳ１１１では、サーチ制御機能部１１９は、周波数比較部１１８からの周波数差情報に基づいて衛星サーチを行う中心となる周波数（サーチ基準周波数）を補正してステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、サーチ周波数をリセットして、ステップＳ１０４に進む。サーチする周波数は、ＧＰＳ受信部１１５の同時サーチ可能なチャンネル数分設定する。ＧＰＳ受信部１１５の各チャンネルでのコード同期が完了するまで、上記のサーチ処理に従い、サーチする周波数を変化させてサーチ動作を繰り返す。
【００７６】
補正タイミング決定部１４０は、ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０より得られたＧＰＳ受信部クロック周波数の精度情報と、セルラ用クロックの精度推定機能部１２０より得られたセルラ用クロック周波数の精度情報を基に、ＧＰＳ受信部クロック周波数補正の必要の有無を判断して、周波数補正を実施する場合と、サーチ周波数がサーチ範囲外の場合は、サーチ周波数リセット信号を出力する。
【００７７】
図７は、補正タイミング決定部１４０による周波数補正実施の判断基準判定処理を示すフローチャートである。本フローは、図６のステップＳ１０８の詳細フローである。
【００７８】
ステップＳ１２１では、ＧＰＳ用クロックの品質を推定する。ＧＰＳ用クロックの品質推定は、下記の（１）又は（２）により判断する。
【００７９】
（１）温度の変化が大きいほど品質の指標が悪くなる。
【００８０】
（２）端末動作（ＦＯＭＡ（登録商標）送信、ＧＰＳ動作等）状態の変化（ＣＰＵ動作率（何％動作）の変化等）が大きいほど品質の指標が悪くなる。また、動作状態が変化してからの経過時間が短いほど、品質の指標が悪くなる。一定時間経過すると温度が安定する。ＧＰＳ用クロックの周波数精度の推定方法については、図９乃至図１２により後述する。
【００８１】
ステップＳ１２２では、セルラ用クロックの品質を推定する。セルラ用クロックの品質推定は、下記により判断する。
【００８２】
ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）値が小さいほど品質の指標が悪くなる。セルラ用クロックの周波数精度の推定方法については、図８により後述する。また、ＲＳＳＩ以外にも、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、アンテナバーの本数、等で判断するものとしてもよい。
【００８３】
ステップＳ１２３では、ＧＰＳ用クロックの品質とセルラ用クロックの品質とを比較し、ＧＰＳ用クロックの品質がセルラ用クロックの品質より悪いか否かを判別する。ＧＰＳ用クロックの品質がセルラ用クロックの品質より悪い場合は、ステップＳ１２４でＧＰＳ
用クロックの周波数補正を行うと判定して、図６のステップＳ１０９に戻る。ＧＰＳ用クロックの品質がセルラ用クロックの品質より悪くない場合は、ステップＳ１２５でＧＰＳ用クロックの周波数補正を行わないと判定して、図６のステップＳ１０９に戻る。
【００８４】
次に、セルラ用クロック及びＧＰＳ用クロックの周波数精度の判定方法について説明する。
【００８５】
〔セルラ用クロックの周波数精度の判定方法〕
図８は、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図である。図８に示すように、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]とは反比例の関係にある。ＡＦＣによる周波数同期は一般的に、受信信号の位相とセルラ用クロックの位相とを比較し、位相差が０になるようにセルラ用クロックを制御する。その際、受信品質ＲＳＳＩが低い場合、受信信号から得られる位相情報にノイズが入るため、周波数同期の精度が低くなり、結果として周波数精度が低くなる。
【００８６】
〔ＧＰＳ用クロックの周波数精度の判定方法〕
図９乃至図１２は、ＧＰＳ用クロックの時間経過、温度変動、周波数変動の関係を示す図であり、図９は時間経過に対する温度変動[℃]の特性を、図１０は時間経過に対する温度[℃]の特性を、図１１は温度変動[℃]に対する周波数変動[ｐｐｍ]の特性を、図１２は温度[℃]に対する周波数[Ｈｚ]の特性をそれぞれ示す。
【００８７】
ＧＰＳ用クロック生成部１１６は、携帯電話機１００のセルラ無線送受信部１１２のＡＦＣ装置のような周波数同期は施されず、自走のクロック源である。また、温度補償型となっているものの、水晶発振器の発振周波数は周囲温度からの影響によって変動する。したがって、ＧＰＳクロック信号の周波数精度は、無線基地局２００と周波数同期が確立しているセルラ無線送受信部１１２の基準クロック信号の周波数精度よりも低くなっている。
【００８８】
ＧＰＳ用クロックとして、例えばＴＣＸＯが用いられるが、特に温度変動が原因でＴＣＸＯの周波数が変動してしまう。そこで、（１）温度センサ等によりモニタする、又は端末動作から温度変動を推定する等から時間経過に対する温度、温度変動の特性を推定する方法がある。さらに、（２）ＴＣＸＯの温度に対する周波数精度、及び温度変動に対する周波数精度変動の情報から、周波数精度、周波数変動を推定する方法がある。
【００８９】
次に、セルラ用クロック及びＧＰＳ用クロックの周波数精度の比較方法について説明する。上述したように、セルラ用クロックの周波数精度とＧＰＳ用クロックの周波数精度とは、異なる種類の判定条件を用いている。したがって、両者を比較するためには、両者に相関のあるパラメータを用いる必要がある。セルラ用クロックとＧＰＳ用クロックの周波数精度の比較手順として「ＧＰＳクロック周波数精度を温度から推定する方法」と「ＧＰＳクロック周波数変動を温度変動から推定する方法」について説明する。
【００９０】
〔周波数精度の比較手順１（ＧＰＳ用クロック周波数精度を温度から推定する方法）〕
図１３は、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図、図１４Ａ及び図１４Ｂは、ＧＰＳ用クロックの温度[℃]と周波数[Ｈｚ]及び周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａの周波数に対して理想の周波数からみた周波数のずれ（周波数誤差）を示している。
【００９１】
（１）受信品質ＲＳＳＩからセルラ用クロック周波数誤差を推定する。図１３ａ．のセルラ用クロック周波数誤差を推定する。
【００９２】
（２）温度からＧＰＳクロック周波数誤差を推定する。図１４Ｂｂ．のＧＰＳクロック周波数誤差を推定する。
【００９３】
（３）上記（１）と（２）の結果を比較して、ａ＜ｂならば周波数補正を実施する。
【００９４】
また、上記（１）〜（３）を周波数補正タイミングにおいて実施する。
【００９５】
〔周波数精度の比較手順２（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）〕
図１５は、セルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩ[ｄＢｍ]と周波数誤差[ｐｐｍ]との関係を示す図、図１６は、ＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度[℃]特性を示す図、図１７は、ＧＰＳ用クロックの温度変動[℃]と周波数変動[ｐｐｍ]との関係を示す図である。
【００９６】
（１）測位動作開始時に受信品質ＲＳＳＩからセルラ用クロック周波数誤差を推定、周波数補正を実施する。図１５ａ．のセルラ用クロック周波数誤差を推定し、周波数補正を実施する。
【００９７】
（２）測位動作開始の周波数補正実施時におけるＧＰＳ用クロックの温度[℃]を推定する。図１６ｃ．のＧＰＳ用クロックの温度を推定する。
【００９８】
（３）周波数補正タイミングにおいて、受信品質ＲＳＳＩからセルラ用クロック周波数誤差を推定する。図１５ｂ．のセルラ用クロック周波数誤差を推定する。
【００９９】
（４）周波数補正タイミングにおいてＧＰＳ用クロックの温度[℃]を推定し、前回補正時からの温度変動を推定する。図１６ｄ．のＧＰＳ用クロックの温度を推定し、前回補正時のＧＰＳ用クロック温度（１回目はｃ）と比較して温度変動を推定。
【０１００】
（５）上記で推定した温度変動からＧＰＳクロック周波数変動を推定する。図１７ｅ．のＧＰＳクロック周波数変動を推定する。
【０１０１】
（６）前回補正時のセルラ用クロック周波数精度（１回目はａ）、ｂ、ｅの結果を比較し、『ｂ＜前回補正時のセルラ用クロック周波数精度（１回目はａ）＋ｅ』であれば、周波数補正を実施する。
【０１０２】
（７）上記（３）〜（６）を繰り返し実行する。
【０１０３】
図１８は、本実施の形態の信号捕捉装置を備える携帯電話機１００のサーチ動作を説明する図である。図１８中、横軸はサーチが開始されてからの経過時間[ｓｅｃ]を示し、縦軸は周波数[ｐｐｍ]を示している。周波数軸上のｆｓはサーチ開始周波数であり、ｆｏはサーチする衛星の真の周波数である。衛星の真の周波数ｆｏは、サーチ開始周波数ｆｓから離れた位置にあり、移動通信端末（携帯電話機１００）は、サーチ開始周波数ｆｓを基準として、サーチ対象周波数４００を、時間の経過とともに徐々に周囲の周波数帯域に移動させてサーチを行う。サーチ範囲を広げると、広げた分だけサーチする時間がかかるため、サーチ対象周波数４００に周波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎを定める。そして、サーチを所定の時間内にサーチ対象周波数４００がその上限値と下限値に到達するような速度でサーチ対象周波数を上下に広げていくことにより、設定されたサーチ範囲Ａ、すなわち周波数上限値ｆｍａｘと周波数下限値ｆｍｉｎとの間の周波数帯域についてのサーチを、所定の時間内に終了することができる。サーチを終了してもＧＰＳ信号の捕捉ができなかった場合には、図６のステップＳ１０５乃至ステップＳ１１２で示す一連の
サーチ処理を再実行する。サーチ対象周波数４０１〜４０３は、サーチ処理を再実行した場合のサーチ対象周波数である。
【０１０４】
サーチ開始周波数ｆｓは、衛星捕捉中心周波数であり、このサーチ開始周波数ｆｓを衛星捕捉中心周波数としてサーチ開始する一方、サーチ開始後はセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数６００の周波数補正を行う。セルラ用クロック周波数５００による周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数６００を衛星捕捉中心周波数として次のサーチ処理を行う。
【０１０５】
図１８の実線に示すＧＰＳ用クロック周波数６００は、時刻t０でセルラ用クロック周波数５００による補正実施後からサーチ範囲Ａのサーチ終了時刻t１までの変動を示す。
【０１０６】
図１８の破線に示すＧＰＳ用クロック周波数６０１は、第１の時刻t１でセルラ用クロック周波数５００による周波数補正を行わなかった場合のＧＰＳ用クロック周波数である。また、ＧＰＳ用クロック周波数６０２は第１の時刻t１でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正を行った周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数である。また、ＧＰＳ用クロック周波数６０３は第２の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正を行った周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数である。また、ＧＰＳ用クロック周波数６０４は第３の時刻t３でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正を行った周波数補正後のＧＰＳ用クロック周波数である。
【０１０７】
また、サーチ対象周波数４００はサーチ開始周波数ｆｓでＧＰＳ用クロック周波数６００を基点とするサーチ対象周波数である。また、サーチ対象周波数４０１は第１の時刻t１でＧＰＳ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正されたＧＰＳ用クロック周波数６０１を基点とするサーチ対象周波数である。また、サーチ対象周波数４０２は第２の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正されたＧＰＳ用クロック周波数６０１を基点とするサーチ対象周波数である。また、サーチ対象周波数４０３は第３の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準に周波数補正を実施しないで、すなわち第２の時刻t２のＧＰＳ用クロック周波数６０２をそのままサーチ基準周波数とした場合のサーチ対象周波数である。
【０１０８】
一般に、セルラ用クロックは、精度が良いため、セルラ用クロックを基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施している。従来例では、セルラ用クロックで常にＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施していた。しかし、セルラ用クロック周波数５００の精度が悪い場合に、セルラ用クロック周波数を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数の周波数補正を実施すると、結果として周波数精度が悪くなり、衛星補足が遅くなるおそれがある。本実施の形態では、セルラ用クロックの精度が悪い場合、セルラ用クロック周波数を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数の周波数補正を実施せず、結果として、衛星捕捉を早く完了させることが可能となる。
【０１０９】
本実施の形態では、上述した〔セルラ用クロックの周波数精度の判定方法〕によってセルラ用クロックの周波数精度を判定する。また、図７のフローのステップＳ１２２において、ＲＳＳＩ値が小さいほど品質の指標が悪くなることを利用してセルラ用クロックの周波数精度を推定する。また、ＲＳＳＩ以外にも、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＢＬＥＲ(Block Error Rate)、Ｅｃ／Ｎ０、Ｓ／Ｎ、Ｃ／Ｎ、アンテナバーの本数、等で判断するものとしてもよい。セルラ用クロック周波数５００の周波数精度が良い場合には、セルラ用クロックを基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施する一方、セルラ用クロックの精度が悪い場合には、セルラ用クロック周波数を基準にしてＧＰＳ用クロック周波数の周波数補正を実施しない。図１８では、第２の時刻t２から第３の時刻t３近傍でセルラ用クロック周波数５００の周波数精度が悪い。このため、第２の時刻t２から第３の時刻t３近
傍における、周波数精度が悪い領域ではセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施しない。この場合、第３の時刻t３ではセルラ用クロック周波数５００を基準にせず、第２の時刻t２のＧＰＳ用クロック周波数６０２を基点としてサーチ対象周波数４０３を決定する。
【０１１０】
従来例では、セルラ用クロックは、ＧＰＳ用クロックよりも何時でも精度が良いとの前提に立って、セルラ用クロックを常時、基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施していた。図１８では、第２の時刻t２でセルラ用クロック周波数５００を基準にして周波数補正されたＧＰＳ用クロック周波数６０１を基点とするサーチ対象周波数４０２がその例である。周波数精度が悪いセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施した場合の、サーチ対象周波数４０２（図１８の破線三角形破線参照）によるサーチ範囲は、サーチする衛星の真の周波数ｆｏから大きく隔たっておりサーチ対象周波数４０２で捕捉される可能性はない。これに対して、本実施の形態では、周波数精度が悪い領域ではセルラ用クロック周波数５００を基準にしてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施しない。第２の時刻t２のＧＰＳ用クロック周波数６０２を基点とする、サーチ対象周波数４０３（図１８の実線三角形参照）によるサーチによって、時間の経過とともに高周波側と低周波側に移動していく。第３の時刻ｔ３の直前にサーチ対象周波数４０３がサーチする衛星の真の周波数ｆ０に到達すると（図１８ａ．参照）、衛星信号捕捉に成功し、サーチは完了する。
【０１１１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、セルラ用クロックの精度推定機能部１２０により無線通信の受信品質を推定する。そして、補正タイミング決定部１４０は、推定された受信品質が所定の閾値以上の場合、セルラ用クロックを基準としてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施し、受信品質が所定の閾値より小さい場合、セルラ用クロックを基準とするＧＰＳ用クロックの周波数補正の実施を禁止する。これにより、測位中のＧＰＳ受信部クロック周波数補正を実施するタイミングを最適化することができ、サーチ漏れを防ぐとともに、測位時間を短縮することができる。
【０１１２】
また、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる。
【０１１３】
また、補正タイミング決定部１４０は、ハンドオーバー情報を使用することで、周波数補正実施によって周波数精度が劣化する現象を防止することができ、測位時間を短縮することができる。
【０１１４】
本実施の形態と従来例との差について説明する。従来例では、ＧＰＳ用クロックの周波数が測位動作（衛星サーチ）中に変動（温度変動が主原因）した場合に測位性能が劣化する課題に対して、（１）間欠的にセルラ用クロックを基準としてＧＰＳ用クロックの周波数補正を実施する、（２）セルラ用クロック精度を無線通信部の受信品質から判断して周波数補正を実施することで性能劣化を改善する方法が考えられる。
【０１１５】
しかし、この従来例の方法では、（３）セルラ用クロックの品質が良いが、それ以上にＧＰＳ用クロックの品質が良い場合に余計な周波数補正を実施してしまう、（４）セルラ用クロックの品質が悪いが、それ以上にＧＰＳ用クロックの品質が悪い場合に必要な周波数補正を未実施といった動作になり、測位性能が劣化してしまう欠点がある。
【０１１６】
これに対して、本実施の形態では、周波数補正のタイミングを以下の通り決定している。ａ．ＧＰＳ用クロックの周波数変動を推定する。ｂ．ＧＰＳ用クロックの周波数変動の推定値に応じてセルラ無線送受信部１１２の受信品質閾値を変動させる。ｃ．補正タイミング決定部１４０は、セルラ無線送受信部１１２の受信品質閾値とセルラ無線送受信部１
１２の受信品質を比較して周波数補正のタイミングを判断する。このように、本実施の形態では、ＧＰＳ用クロックとセルラ用クロックの両方の品質を考慮して、周波数補正タイミングを判断するため、上記（３），（４）に示す余計な周波数補正の実施、必要な周波数補正の未実施を防ぐことにより、周波数補正のタイミングを最適とすることができ、測位性能を向上させることができる。
【０１１７】
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。
【０１１８】
例えば、図６のサーチ処理のフローチャートにおいて、サーチ周波数がサーチ範囲外になった場合に周波数補正実施を判断して実施する、しない処理を行うものとしたが、図１９に示す通り、サーチ周波数を変更してサーチ周波数をサーチする毎に、周波数補正実施を判断して実施する、しない処理を行うものとしてもよい。
【０１１９】
さらに、図２０に示す通り、(１)サーチ周波数がサーチ範囲外になった場合、及び(２)
サーチ周波数を変更してサーチ周波数をサーチする毎、の両方のタイミングで周波数補正実施を判断して実施する、しない処理を行うものとしてよい。この場合、(１)、(２)それぞれにおける、周波数補正の判断基準となるセルラ無線送受信部１１２の受信品質閾値を別々に設定できるようにしてもよい。
【０１２０】
上記の通り衛星サーチ処理を実施することで、細かな周波数補正のタイミングを設定することができ、周波数補正のタイミングをより最適化することが可能となる。
【０１２１】
また、図５に示す通り、ＧＰＳ用クロックの精度推定機能部１３０は、端末動作モニタ部１３１、温度モニタ部１３２の両方から構成されるものとしたが、端末動作モニタ部１３１のみ、もしくは温度モニタ部１３２のみで構成されるものとしてもよい。
【０１２２】
また、例えば、ＧＰＳクロック信号の比較の対象として、無線基地局との通信に使用するクロック信号を基準クロック信号として使用するようにしたが、他のクロック信号を使用してもよい。また、あるチャネルでＧＰＳ信号を捕捉できた場合に、そのＧＰＳ信号の搬送波周波数に同期する形で得られるクロック信号を、他のチャネルでのサーチに基準クロック信号として使用するようにしてもよい。
【０１２３】
また、ＧＰＳ機能を有する携帯電話機に本発明を適用する場合について説明したが、これに限るものではなく、周波数が変動する可能性のあるクロック信号を使用して所定の周波数の信号の捕捉を試みるような他の各種装置に適用できることは勿論である。
【０１２４】
また、本実施の形態では信号捕捉装置及び信号捕捉方法という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、測位システム及び受信装置等であってもよいことは勿論である。
【０１２５】
さらに、上記信号捕捉装置を構成する各回路部、例えば測位演算部の種類、その数及び接続方法など、さらには無線通信部の種類などは前述した実施の形態に限られない。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、測位衛星（例えば、ＧＰＳ衛星）から送出される信号を捕捉する機能を有する信号捕捉装置（例えば、移動体通信端末）に用いる場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】従来の信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図
【図２】従来のＧＰＳ信号の衛星サーチの様子の一例を説明する図
【図３】従来のＧＰＳ信号の衛星サーチの様子の一例を説明する図
【図４】従来の信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星サーチ処理を示すフロー図
【図５】本発明の実施の形態に係る信号捕捉装置が使用される通信システムの構成を示す図
【図６】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星信号サーチ処理を示すフロー図
【図７】本実施の形態に係る信号捕捉装置の補正タイミング決定部による周波数補正実施の判断基準判定処理を示すフロー図
【図８】本実施の形態に係る信号捕捉装置のセルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩに対する周波数誤差の特性の一例を示す図
【図９】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度変動特性の一例を示す図
【図１０】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度特性の一例を示す図
【図１１】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度変動に対する周波数変動特性の一例を示す図
【図１２】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度に対する周波数特性の一例を示す図
【図１３】本実施の形態に係る信号捕捉装置のセルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩと周波数誤差との関係を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数精度を温度から推定する方法）
【図１４】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度に対する周波数特性の一例を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数精度を温度から推定する方法）
【図１５】本実施の形態に係る信号捕捉装置のセルラ用クロックの受信品質ＲＳＳＩと周波数誤差との関係を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）
【図１６】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの時間経過に対する温度特性の一例を示す図（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）
【図１７】本実施の形態に係る信号捕捉装置のＧＰＳ用クロックの温度変動に対する周波数変動特性の一例（ＧＰＳ用クロック周波数変動を温度変動から推定する方法）
【図１８】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機のサーチ動作を説明する図
【図１９】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星信号サーチ処理を示すフロー図
【図２０】本実施の形態に係る信号捕捉装置を備える携帯電話機の衛星信号サーチ処理を示すフロー図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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