(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナアレイのビームを形成するための装置であって、
複数の空間的に分布するアンテナ要素を有するアンテナアレイと、
前記アンテナ要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で前記アンテナ要素を所定の切り替えシーケンスで切り替えるように構成された、前記アンテナアレイに結合された測位ユニット装置と、
前記アンテナアレイから前記測位信号を受信するように構成された受信機と、
を含み、前記受信機は、参照信号を生成し、前記受信した測位信号を修正済み参照信号と混合して混合信号を生成し、前記混合信号を所定の積分期間にわたって加算して累積信号を生成するためのプロセッサを有し、前記参照信号は、前記受信した測位信号と混合される前に、前記累積信号が前記アンテナアレイのビームの方向及び大きさを示すように、前記第１の状態に切り替えられている前記アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信と実質的に同期して修正される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記受信機は、相関器を有する少なくとも１つの受信チャネルを含み、前記相関器は、前記第１の状態に切り替えられている前記アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信と実質的に同期して前記参照信号の位相及び／又は利得を選択的に操作するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記測位信号は、一意のチップシーケンスを有する疑似ランダムコードを含み、前記一意のチップシーケンスは、前記実質的な同期を実現するために使用される、
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記測位信号の生成と前記アンテナ要素を通じた前記測位信号の送信の間の送信遅延を考慮するように構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記位相及び／又は利得の操作は、前記参照信号に位相及び／又は利得オフセットをそれぞれ適用することによって行われ、前記位相及び／又は利得オフセットの値は、前記所定の切り替えシーケンスに依存して計算される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
【請求項６】
前記相関器は、キャリア数値制御発振器（ＮＣＯ）を含み、前記参照信号は、前記キャリアＮＣＯにおいて合成される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
【請求項７】
前記アンテナ要素は、前記装置が１又はそれ以上の次元のビームを形成できるように３次元構成で空間的に分布する、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記受信機は、複数のチャネルを含み、各受信チャネルは、少なくとも１つのビームを形成するように適合可能である、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
第２の状態に切り替えられたアンテナ要素は、相互結合の影響が改善されるように、非共鳴であるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
アンテナアレイのビームを形成するための装置であって、
複数の空間的に分布するアンテナ要素を有するアンテナアレイと、
前記アンテナアレイに結合された測位ユニット装置と、
を含み、前記測位ユニット装置は、
ａ）前記アンテナ要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で前記アンテナ要素を所定の切り替えシーケンスで切り替え、
ｂ）測位信号を合成し、該測位信号を前記所定の切り替えシーケンスと実質的に同期して修正し、修正済み測位信号を生成する、
ように構成され、前記装置は、
前記アンテナアレイから前記修正済み測位信号を受信するように構成された受信機をさらに含み、該受信機は、参照信号を生成し、前記受信した修正済み測位信号を前記参照信号と混合して混合信号を生成し、前記混合信号を所定の期間にわたって加算して累積信号を生成して、該累積信号が前記アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示すようにするためのプロセッサを有する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
アンテナアレイ間に合成ビームを形成するためのシステムであって、
複数の空間的に分布する送信アンテナ要素を有する送信アンテナアレイを含み、該送信アンテナアレイは、前記送信アンテナ要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で前記アンテナ要素を第１の所定の切り替えシーケンスで切り替えるように構成された測位ユニット装置に結合され、
複数の空間的に分布する受信アンテナ要素を有する受信アンテナアレイをさらに含み、該受信アンテナアレイは、前記受信アンテナ要素が測位信号を受信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で前記アンテナ要素を第２の所定の切り替えシーケンスで切り替えるように構成された測位受信機に結合され、
前記測位受信機は、プロセッサを有し、該プロセッサは、
前記送信アンテナアレイから前記測位信号を前記受信アンテナアレイにおいて受信し、
参照信号を合成し、
前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信と実質的に同期して、かつ前記受信アンテナ要素の前記第１の状態への切り替えと実質的に同期して前記参照信号を修正して修正済み参照信号を生成し、
前記受信した測位信号を前記修正済み参照信号と混合して混合信号を生成し、
前記混合信号を所定の積分期間にわたって加算して累積信号を生成し、該累積信号が、前記送信アンテナアレイと前記受信アンテナアレイの間の合成ビームの方向及び大きさを示すようにする、
ように構成される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記測位受信機は、前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信に実質的に同期して、かつ前記受信アンテナ要素の前記第１の状態への前記切り替えに実質的に同期して前記参照信号の位相及び／又は利得を選択的に操作するように構成された相関器を有する少なくとも１つの受信チャネルを有する請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記測位信号は、一意的なチップシーケンスを有する擬似ランダムコードを含み、前記一意的なチップシーケンスは、前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信との前記実質的な同期を与えるために使用されるものである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムは、前記測位信号の生成と前記送信アンテナ要素を通じた前記測位信号の送信の間の送信遅延を考慮するように構成されている、請求項１１から１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記所定の積分期間は、前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の受信の期間と、前記受信アンテナ要素の前記第１の状態への切り替えの期間との重なりによって決定される複数の下位積分期間に分割される、請求項１１から１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記位相及び／又は利得の前記操作は、それぞれ位相及び／又は利得オフセットを前記参照信号に適用することによって実現され、前記位相及び／又は利得オフセットの値は前記第１及び第２の所定の切り替えシーケンスに基づいて計算される、請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項１７】
アンテナアレイのビームを形成する方法であって、
ａ）測位ユニット装置において、前記アンテナアレイの空間的に分布するアンテナ要素を、第２の状態から、前記アンテナ要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態に所定の切り替えシーケンスで切り替えるステップと、
ｂ）受信機において、前記測位信号を受信するステップと、
ｃ）前記受信機の相関器において、前記受信した測位信号に相関付けるための参照信号を生成するステップと、
ｄ）前記第１の状態に切り替えられている前記アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信と実質的に同期して前記参照信号に所定のオフセットを適用して、修正済み参照信号を生成するステップと、
ｅ）前記受信した測位信号を前記修正済み参照信号と混合して混合信号を生成するステップと、
ｆ）前記混合信号を積分期間にわたって累積して、前記アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示す累積信号を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記参照信号に所定のオフセットを適用する前記ステップは、前記第１の状態に切り替えられている前記アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信に実質的に同期した、前記参照信号の位相及び／又は利得の選択的な操作を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記測位信号は、一意的なチップシーケンスを有する擬似ランダムコードを含み、前記一意的なチップシーケンスは、前記実質的な同期を与えるために使用されるものである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記測位信号の生成と前記送信アンテナ要素を通じた前記測位信号の送信の間の送信遅延を考慮するステップをさらに含む、請求項１７から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記位相及び／又は利得の前記操作は、前記第１の状態に切り替えられている前記アンテナ要素からの前記測位信号の受信の割り当てられた期間の全体を通じて前記参照信号に与えられる、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記位相及び／又は利得の前記操作は、それぞれ位相及び／又は利得オフセットを前記参照信号に適用することによって実現され、前記位相及び／又は利得オフセットの値は前記所定の切り替えシーケンスに基づいて計算される、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記位相及び／又は利得オフセットの前記値はリアルタイムで計算されるか、事前に計算されて検索に利用可能なデータベースに記憶されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
アンテナアレイ間で合成ビームを形成する方法であって、
ａ）測位ユニット装置において、送信アンテナアレイの空間的に分布する送信アンテナ要素を、第２の状態から、前記送信アンテナ要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態に第１の所定の切り替えシーケンスで切り替えるステップと、
ｂ）測位受信機において、受信アンテナアレイの空間的に分布する受信アンテナ要素を、第２の状態から、前記受信アンテナ要素が測位信号を受信するように構成される第１の状態に第２の所定の切り替えシーケンスで切り替えるステップと、
ｃ）前記測位受信機において、前記測位信号を受信するステップと、
ｄ）前記測位受信機の相関器において、前記受信した測位信号に相関付けるための参照信号を生成するステップと、
ｅ）前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信と実質的に同期して、かつ前記受信アンテナ要素の前記第１の状態への切り替えと実質的に同期して前記参照信号を修正して、修正済み参照信号を生成するステップと、
ｆ）前記受信した測位信号を前記修正済み参照信号と混合して混合信号を生成するステップと、
ｇ）前記混合信号を積分期間にわたって累積して、前記送信アンテナアレイと前記受信アンテナアレイの間の合成ビームの方向及び大きさを示す累積信号を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
修正する前記ステップは、前記測位受信機は、前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信に実質的に同期して、かつ前記受信アンテナ要素の前記第１の状態への前記切り替えに実質的に同期して前記参照信号の位相及び／又は利得を選択的に操作するように構成された相関器を有する少なくとも１つの受信チャネルを有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記測位信号は、一意的なチップシーケンスを有する擬似ランダムコードを含み、前記一意的なチップシーケンスは、前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の前記受信との前記実質的な同期を与えるために使用されるものである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記測位信号の生成と前記送信アンテナ要素を通じた前記測位信号の送信の間の送信遅延を考慮するステップをさらに含む、請求項２４から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記積分期間は、前記第１の状態に切り替えられている前記送信アンテナ要素からの前記測位信号の受信の期間と、前記受信アンテナ要素の前記第１の状態への切り替えの期間との重なりによって決定される複数の下位積分期間に分割される、請求項２４から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記位相及び／又は利得の前記操作は、それぞれ位相及び／又は利得オフセットを前記参照信号に適用することによって実現され、前記位相及び／又は利得オフセットの値は前記第１及び第２の所定の切り替えシーケンスに基づいて計算される、請求項２５又は２６に記載の方法。
【請求項３０】
アンテナアレイのビームを形成する方法であって、
ａ）測位ユニット装置において測位信号を合成するステップと、
ｂ）測位ユニット装置において、前記アンテナアレイの空間的に分布するアンテナ要素を、第２の状態から、前記アンテナ要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態に所定の切り替えシーケンスで切り替えるステップと、
ｃ）前記アンテナ要素の１つを前記第１の状態に切り替えることと実質的に同期して前記測位信号に所定のオフセットを適用して、修正済み測位信号を生成するステップと、
ｄ）受信機において、前記修正済み測位信号を受信するステップと、
ｅ）前記受信機の相関器において、前記受信した修正済み測位信号に相関付けるための参照信号を生成するステップと、
ｆ）前記修正済み測位信号を前記参照信号と混合して混合信号を生成するステップと、
ｇ）前記混合信号を積分期間にわたって累積して、前記アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示す累積信号を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に測位システムに関し、具体的には、測位信号を受信するためのサブシステムに関する。
【０００２】
本発明は、主にマルチパス環境において測位信号を受信するための遠隔ビームを形成するために考案したものであり、以下、この用途を参照しながら本発明を説明する。しかしながら、本発明は、この特定の使用分野に限定されるものではないと理解されたい。
【背景技術】
【０００３】
本明細書を通じて行う先行技術についての説明は、このような先行技術が広く知られていること、又はこのような先行技術が本技術分野における一般常識の一部を形成することを認めるものであると決して見なすべきではない。
【０００４】
当業で知られているように、測位技術は、一般に、信号源から受信装置に信号が伝播するのに要する時間を測定することによって動作する。ほとんどの先行技術の用途において、この測定は、信号が送信される時刻と、この同じ信号が受信される時刻とを比較することによって行われる。ＧＰＳなどの一般的な測位システムは、３又はそれ以上のこのような信号を使用し、三辺測量を使用して対象物の位置を計算する。測定の計算は時間に依存するので、信号源及び受信機のクロックが正しく同期していることを確実にするために、通常は第４の信号が必要になる。
【０００５】
マルチパスとは、測位信号が、壁及び家具などの他の物体に反射される現象を示すものである。これは、屋内などの閉鎖環境において特に見られるが、都市などの建物密集地域においても大きな問題である。単純に言えば、反射された信号は、信号源から受信機に伝播する時間が長く掛かり、従って測定の精度に影響する。また、受信機は、異なるタイミング情報を有する同じ信号源からの相反する信号を参照する。最新の受信機には、位置測定で使用するのに最も適した信号を決定しようと試みる選択アルゴリズムを利用するものもある。しかしながら、通常、受信機は、本物の測位信号とマルチパス信号を高い精度で区別することができない。
【０００６】
また、当業では、ビームを向けるように個別に制御することができる複数のアンテナ要素で構成されたフェーズドアレイが知られている。典型的なフェーズドアレイでは、各要素において受信される信号が個別に位相及び利得操作され、必要とされるビームの方向に応じて正確な操作が求められる。その後、結果として得られる各要素からの位相及び利得操作された信号を加算して所望のビーム方向を得る。
【０００７】
マルチパスの問題を軽減するための１つの方法が、本出願人に譲渡された国際出願公開ＷＯ２０１１／００００４９号Ａ１に記載されており、この特許出願はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。この出願には、局所受信アンテナを使用してビームを形成して送信源からの測位信号を受信し、これによりマルチパス環境における他の信号を無視する方法が記載されている。
【０００８】
この方法では、マルチパスの影響を軽減することはできるが、局所受信アンテナは、必然的に複数の物理的アンテナ要素を必要とする。これにより、局所受信アンテナを小型化できるサイズが制限され、従って受信機の可搬性が制限される。例えばフォークリフトなどに受信装置を取り付ける場合には、可搬性は問題でない。しかしながら、例えば携帯電話などに受信装置を内蔵する場合には、受信アンテナをさらに小型化することが必要となる。
【０００９】
本発明は、高精度測位用途においてポータブルハンドヘルド装置で既に展開されているアンテナ技術を利用するための装置及び方法を説明するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１１／００００４９号Ａ１
【特許文献２】ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／０００８３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、先行技術の不都合の少なくとも１つを解決又は改善すること、或いは有用な代替案を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、複数のビームを同時に生成することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、高精度測位用途においてポータブルハンドヘルド装置で既に展開されているアンテナ技術を利用することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、単一のＲＦフロントエンドを使用して複数のビームを同時に形成することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、電気的複雑性を最小限に抑えながら、（一般的には３２個の要素を上回る）比較的多くの数の要素を使用して比較的狭いビームを形成することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、標準的な測位受信機の構成要素／ロジックブロックを再利用して、電力消費量、コスト及び複雑性を低減することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、外部受信アンテナを利用できる拡張可能システムを提供して位置解決策の精度を高めることである。
【００１８】
本発明の別の目的は、複雑な回路及び較正の必要性をなくしながら、測位システムのための（一般的には３２個の要素を上回る）比較的多くの数の構成要素を使用して、異なる方向に同時に複数のビームを形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の１つの態様によれば、アンテナアレイにおいてビームを遠隔的に形成するための装置が提供され、この装置は、
複数の空間的に分布する要素を有するアンテナアレイと、
前記要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で前記アンテナ要素を所定のシーケンスで切り替えるように構成された、前記アンテナアレイに結合された測位ユニット装置と、
前記アンテナアレイから前記測位信号を受信するように構成された受信機と、
を含み、前記受信機は、参照信号を生成し、前記測位信号を修正済み参照信号と混合して混合信号を生成し、前記混合信号を所定の積分期間にわたって加算して累積信号を生成するためのプロセッサを有し、前記参照信号は、前記受信信号と混合される前に、前記累積信号が前記アンテナアレイのビームの方向及び大きさを示すように修正される。
【００２０】
受信機は、相関器を有する少なくとも１つの受信チャネルを含み、この相関器は、測位信号の受信と実質的に同期して参照信号の位相及び／又は利得を選択的に操作するように構成されることが好ましい。
【００２１】
測位信号は、予め定めたチップ期間内の一意のチップシーケンスを有する疑似ランダムコードを含み、この一意のチップシーケンスは、参照信号と測位信号の間の実質的な同期を実現するために使用されることが好ましい。所定の積分期間は、複数の下位積分期間に分割され、要素の各々は、これらの下位積分期間中の継続期間にわたって第１の状態に切り替えられることが好ましい。
【００２２】
各要素の第１の状態への切り替えは、一意のチップシーケンス内のチップ境界に一致し、下位積分期間は、次のチップ期間内のチップ境界と同時に開始するように同期されることが好ましい。
【００２３】
各下位積分期間は、測位信号を記憶するためのそれぞれの累積器にアクセスするように構成され、各それぞれの累積器は、修正済み参照信号と混合されて混合信号を生成することが好ましい。
【００２４】
所定の積分期間内の各下位積分期間の継続期間は、１又はそれ以上の要素から送信される測位信号が参照信号との混合から選択的に除外されるように動的に調整可能であることが好ましい。
【００２５】
位相及び／又は利得の操作は、参照信号に位相及び／又は利得オフセットをそれぞれ適用することによって行われ、この位相及び／又は利得オフセットの値は、所定のシーケンスに依存して計算されることが好ましい。
【００２６】
相関器は、キャリア数値制御発振器（ＮＣＯ）を含み、参照信号は、このキャリアＮＣＯにおいて合成されることが好ましい。
【００２７】
位相及び／又は利得オフセットの値は、プロセッサによりリアルタイムで計算されることが好ましい。或いは、位相及び／又は利得オフセットの値は、事前に計算されて、プロセッサによる検索に利用可能なデータベースに記憶される。
【００２８】
要素は、前記第１の状態においてアクティブであり、前記第２の状態において非アクティブであることが好ましい。第２の状態に切り替えられた要素は、相互結合の影響が改善されるように、非共鳴であるように構成されることが好ましい。
【００２９】
アンテナ要素は、装置が１又はそれ以上の次元のビームを形成できるように３次元構成で空間的に分布することが好ましい。
【００３０】
各受信機は、複数の受信チャネルを含み、各受信チャネルは、少なくとも１つのビームを形成するように適合可能であることが好ましい。
【００３１】
本発明の別の態様によれば、アンテナアレイにおいてビームを遠隔的に形成するための装置が提供され、この装置は、
複数の空間的に分布する要素を有するアンテナアレイと、
前記アンテナアレイに結合された測位ユニット装置とを含み、該測位ユニット装置は、
ａ）前記要素が修正済み測位信号を送信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で、前記アンテナ要素を所定のシーケンスで切り替え、
ｂ）測位信号を合成し、該測位信号を前記所定のシーケンスと実質的に同期して修正し、修正済み測位信号を生成するように構成され、前記装置は、
前記アンテナアレイから前記修正済み測位信号を受信するように構成された受信機をさらに含み、該受信機は、参照信号を生成し、前記修正済み測位信号を前記参照信号と混合して混合信号を生成し、前記混合信号を所定の期間にわたって加算して累積信号を生成して、該累積信号が前記アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示すようにするためのプロセッサを有する。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、アンテナアレイ間に合成ビームを形成するためのシステムが提供され、このシステムは、
複数の空間的に分布する要素を有する送信アンテナアレイを含み、該送信アンテナアレイは、前記要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で前記アンテナ要素を所定のシーケンスで切り替えるように構成された測位ユニット装置に結合され、
複数の空間的に分布する要素を有する受信アンテナアレイをさらに含み、該受信アンテナアレイは、前記要素が測位信号を受信するように構成される第１の状態と第２の状態の間で前記アンテナ要素を所定のシーケンスで切り替えるように構成された測位受信機に結合され、
前記測位受信機は、プロセッサを有し、該プロセッサは、
前記送信アンテナアレイから前記測位信号を受信し、
参照信号を合成し、
前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイの前記要素を第１の状態に切り替えることと実質的に同期して前記参照信号を修正して修正済み参照信号を生成し、
前記測位信号を前記修正済み参照信号と混合して混合信号を生成し、
前記混合信号を積分期間にわたって加算して累積信号を生成し、該累積信号が、前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示すようにするよう構成される。
【００３３】
本発明の別の態様によれば、アンテナアレイにおいてビームを形成する方法が提供され、この方法は、
ａ）測位ユニット装置において、前記アンテナアレイの空間的に分布する要素を、第２の状態から、前記要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態に所定のシーケンスで切り替えるステップと、
ｂ）受信機において、測位信号を受信するステップと、
ｃ）前記受信機の相関器において、前記測位信号に相関付けるための参照信号を生成するステップと、
ｄ）前記測位信号の受信と実質的に同期して前記参照信号に所定のオフセットを適用して、修正済み参照信号を生成するステップと、
ｅ）前記測位信号を前記修正済み参照信号と混合して混合信号を生成するステップと、
ｆ）前記混合信号を積分期間にわたって累積して、前記アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示す累積信号を生成するステップと、
を含む。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、アンテナアレイ間で合成ビームを形成する方法が提供され、この方法は、
ａ）測位ユニット装置において、送信アンテナアレイの空間的に分布する要素を、第２の状態から、前記要素が測位信号を送信するように構成される第１の状態に所定のシーケンスで切り替えるステップと、
ｂ）測位受信機において、受信アンテナアレイの空間的に分布する要素を、第２の状態から、前記要素が測位信号を受信するように構成される第１の状態に所定のシーケンスで切り替えるステップと、
ｃ）測位受信機において、測位信号を受信するステップと、
ｄ）前記測位受信機の相関器において、前記測位信号に相関付けるための参照信号を生成するステップと、
ｅ）前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイの前記要素を前記第１の状態に切り替えることと実質的に同期して前記参照信号を修正して、修正済み参照信号を生成するステップと、
ｆ）前記測位信号を前記修正済み参照信号と混合して混合信号を生成するステップと、
ｇ）前記混合信号を積分期間にわたって累積して、前記送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示す累積信号を生成するステップと、
を含む。
【００３５】
本発明の別の態様によれば、アンテナアレイにおいてビームを形成する方法が提供され、この方法は、
ａ）測位ユニット装置において測位信号を合成するステップと、
ｂ）測位ユニット装置において、前記アンテナアレイの空間的に分布する要素を、第２の状態から、前記要素が修正済み測位信号を送信するように構成される第１の状態に所定のシーケンスで切り替えるステップと、
ｃ）前記要素の１つを前記第１の状態に切り替えることと実質的に同期して前記測位信号に所定のオフセットを適用して、前記修正済み測位信号を生成するステップと、
ｄ）受信機において、前記修正済み測位信号を受信するステップと、
ｅ）前記受信機の相関器において、前記修正済み測位信号に相関付けるための参照信号を生成するステップと、
ｆ）前記修正済み測位信号を前記参照信号と混合して混合信号を生成するステップと、
ｇ）前記混合信号を積分期間にわたって累積して、前記アンテナアレイの前記ビームの方向及び大きさを示す累積信号を生成するステップと、
を含む。
【００３６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１つの態様による、測位ユニット装置に結合されたアンテナアレイの概略図である。
【図２】本発明の１つの態様による、全方向性アンテナに結合された図１の測位受信機の、受信機のいくつかの内部構成要素を示す概略図である。
【図３】測位受信機により局所的に形成されたビームが、図１のアンテナアレイにより遠隔的に形成されたビームと相互作用する状態の概略図である。
【図４ａ】本発明の１つの態様による、Ｂスロットと、Ｒスロットと、積分期間との間の関係を示すタイミング図である。
【図４ｂ】本発明の１つの態様による、Ｂスロットと、Ｒスロットと、位相及び／又は利得オフセットを参照信号にどのように適用するかとの間の関係をより詳細に示すタイミング図である。
【図５】本発明の１つの態様による、ビームを遠隔的に形成するために必要な各ステップのフロー図である。
【図６】本発明の１つの態様による、修正した相関器の概略図である。
【図７ａ】本発明の１つの態様による２アンテナアレイの概略図である。
【図７ｂ】本発明の１つの態様による２アンテナアレイの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
システム概要
本発明によれば、送信アンテナアレイのビームを測位受信機の方向に形成するための装置及び方法が提供される。送信アンテナアレイのビームは、測位受信機により遠隔的に形成されるので、受信される入力測位信号の利得が最大化される一方で、他方向からの信号は減衰され、これによりマルチパスのあらゆる望ましくない影響が軽減される。送信アンテナアレイ内の要素数及びこれらの要素の物理的分布に依存してビームの幅を細くし、測位受信機が、正確な測位解決策を実現するために単純な全方向性アンテナしか必要としないようにすることができる。別の実施形態では、本発明を国際公開ＷＯ２０１１／００００４９号Ａ１の開示と組み合わせて、さらに優れた測位解決策を実現する合成ビームを形成することができる。
【００３９】
図１に、全方向性受信アンテナと、複数の空間的に分布する要素１０６を有する送信アンテナアレイ１０４との間に遠隔ビームを形成するための装置１０２を示す。アンテナアレイ１０４には、ＲＦ増幅器／変調器１２６を有する測位ユニット装置１０８が結合され、この測位ユニット装置１０８は、送信アンテナ要素１０６を、要素１０６が測位信号を送信するように構成される第１の状態と、要素１０６が非アクティブである第２の状態との間で所定のシーケンスで切り替えるように構成される。
【００４０】
この場合、測位受信機１１４は全方向性アンテナ１１２に結合され、送信アンテナアレイ１０４からの測位信号を受信するように構成される。測位受信機１１４は、参照信号を生成し、測位信号を修正済み参照信号と混合して混合信号を生成し、この混合信号を所定の期間にわたって加算して累積信号を生成するためのプロセッサ（図示せず）を有し、参照信号は、前記受信信号と混合される前に、累積信号が送信アンテナアレイ１０４のビームの方向及び大きさを示すように修正される。
【００４１】
いくつかの実施形態では、混合器、発振器及び累積器を利用する回路内で個別の構成要素／ロジックブロックを使用して必要な累積信号を生成した後で、これを後続の処理のために測位受信機に送る。しかしながら、好ましい実施形態では、本発明のビーム形成方法が受信機１１４などの標準的な測位受信機に組み入れられ、本発明によるビームを形成するために必要な回路の大半は、既に相関器の形の標準的な測位受信機アーキテクチャの一部であるため、同時ビーム形成を可能にするためにわずかな修正しか必要としない。
【００４２】
図２に、典型的な測位ネットワークにおいて使用される測位受信機１１４を概略的に示す。測位受信機１１４は、プロセッサ２０６と通信する少なくとも１つの相関器２０４を有する少なくとも１つの受信チャネル２０２を含む既存の構成要素を利用する。各相関器２０４は、参照信号を生成するためのキャリア数値制御発振器（ＮＣＯ）を含む。プロセッサ２０６は、この参照信号の位相及び／又は利得を、受信した測位信号の要素切り替えシーケンスと実質的に同期して修正し、従って修正済み参照信号を生成する。その後、受信した測位信号をこの修正済み参照信号と混合して混合信号を生成する。次に、この混合信号を標準的な相関器の処理によってコードＮＣＯ参照信号と混合し、その後、所定の積分期間にわたって累積して累積信号を生成する。従って、結果として得られる累積信号は、相関器２０４内で形成された送信アンテナアレイ１０４からの（図１に示す）ビーム１２２の方向及び大きさを示す。各所定の積分期間の最後には、標準的な相関器の動作によって相関器の追跡ループが動作し、位相及び／又は利得操作によって摂動を受けなくなる。
【００４３】
アンテナアレイのビームは、２つの方法の一方で遠隔的に形成することができる。１つの実施形態によれば、測位ユニット装置１０８が、送信信号の位相及び／又は利得を直接操作するためのロジックを備える。この実施形態では、要素１０６の第１の状態への切り替えと同期して、送信測位信号に位相及び／又は利得オフセットが直接適用される。例えば、第１の要素が第１の状態に切り替わると、この第１の要素を介して信号が送信される前に、適用可能な位相及び／又は利得オフセットが計算され、これを使用して測位信号を操作する。第２の要素が第１の状態に切り替わると、この第２の要素によって信号が送信される前に、測位信号に次の組の位相及び／又は利得の修正が適用され、残りの要素に関しても同様である。しかしながら、測位ユニット装置１０８によって位相及び利得の修正が適用されるものの、測位受信機１１４によって信号が受信され、所定の切り替えシーケンスに従って送信アレイの要素が切り替えられる時間に相当する積分期間にわたって累積されるまでビーム１２２が形成されない点に留意することが重要である。従って、実際には、ビーム１２２は、測位受信機１１４により依然として「遠隔的に」形成されている。
【００４４】
しかしながら、この方法は、信号源が多重アクセスである必要があるため、測位システムには適していない。すなわち、測位ネットワーク内には、全て信号源から信号を受信するように構成された無数の測位受信機が存在し得る。１つの特定の測位受信機に対して送信ビームを形成することにより、測位ネットワーク内の他の測位受信機は、この信号源へのアクセスを無制限に失うことになる。
【００４５】
しかしながら、ビームを遠隔的に形成するための好ましい方法は、所定の切り替えシーケンスで送信アンテナ要素を切り替え、送信の最後で位相及び／又は利得を変更しないことである。位相及び／又は利得の変更は、測位受信機側において、各相関器チャネル内のキャリアＮＣＯによって合成される参照信号を同期的に操作することにより行われる。このようにして、ネットワーク内の全ての測位受信機が、切り替えられて修正されていない同じ信号を信号源から得る。しかしながら、測位受信機の測位信号の内部「コピー」は単純に修正される。これにより、複数の測位受信機が、単一の送信機からの独立ビームを形成し、従って複数アクセスシステムを形成できるようになる。この方法は、ビームを遠隔的に形成する好ましい方法であるため、本明細書では、この方法についてより詳細に説明する。
【００４６】
参照信号の修正
参照信号は、キャリアＮＣＯによって合成された後、測位信号の受信と実質的に同期して参照信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することにより修正される。具体的には、位相及び／又は利得の操作は、参照信号に位相及び／又は利得オフセットを適用することによって行われ、この位相及び／又は利得オフセットの値は、送信アンテナアレイ１０４の要素１０６を第１の状態と第２の状態の間で切り替える所定のシーケンスに依存して計算される。
【００４７】
送信アンテナアレイ１０４は、相関器回路内でそれぞれの位相及び／又は利得オフセットを同期的に挿入することにより、相関器２０４に動作可能に関連付けられる。相関器の動作、並びに位相及び利得オフセットの挿入については、以下で図６を参照しながらより詳細に説明する。
【００４８】
再び図２の実施形態を参照すると、位相及び／又は利得オフセットの値は、測位受信機内のプロセッサがアクセス可能なデータベース２０８に記憶されている所定値を抽出することにより決定される。データベース２０８には、以下の説明例に示すテーブルなどのオフセットテーブルが記憶され、プロセッサ２０６は、これに選択的にアクセスすることができる。アンテナ要素の既知の分布を表す所定のオフセット値を記憶したデータベースを示しているが、必ずしもこれが好ましい方法であるとは限らない。当業者であれば、代替の実施形態では、アンテナアレイの推測モデルを使用して、位相及び／又は利得オフセットがプロセッサ２０６によってリアルタイムで計算されると理解するであろう。すなわち、アンテナ要素の既知の分布を使用することは、必要なビームを生成するために必要な位相及び／又は利得を計算する位置を占める。
【００４９】
アンテナ要素
様々な図に示す実施形態では、パッチ要素を３×３のアレイで示している。しかしながら、当業者であれば、他の実施形態では、単極子、双極子又はその他の好適なアンテナ要素が利用されると理解するであろう。さらに、本明細書における開示は、多次元のアンテナアレイで展開されるアンテナ要素にも等しく当てはまると理解するであろう。実際に、多くの実用的応用では、アンテナ要素が３次元形状で空間的に分布する。
【００５０】
本明細書を通じて、及び特許請求の範囲において、「第１の」状態は、要素がアクティブである時を意味し、「第２の」状態は、要素が非アクティブである時を意味する。実際の非アクティブ状態の実装は、使用する要素のタイプに応じて異なり、寄生又は相互結合の影響を軽減するために要素を非共鳴にすることに重点が置かれる。例えば、１／４λのモノポール素子は、第２の状態では開放に切り替えられるのに対し、パッチ要素は、第２の状態では接地に切り替えられる。いくつかの実施形態では、これらのスイッチが、第２の状態において５０Ωなどの抵抗にも接続する。当業者であれば、第２の状態において無効負荷などの他の状態に切り替えることも可能であると理解するであろう。
【００５１】
ビーム形成スロット
好ましい実施形態では、測位受信機が所定の積分期間中にある場合、１つの要素１０６のみが第１の状態であり、他の全ての要素は第２の状態である。すなわち、各要素１０６は、測位受信機の所定の積分期間の完了時に形成される各ビームに関し、積分期間内に少なくとも１回送信を行う。各要素１０６は、所定の積分期間よりも短い下位積分期間の継続期間にわたって第１の状態に切り替わる。１つの実施形態では、これらの下位積分期間が、「遠隔ビーム形成スロット」（Ｒ−スロット）として知られている。
【００５２】
Ｒ−スロットと積分期間の関係については図４ａに最も分かりやすく示しており、この図には、各々の長さが１μｓであり、積分期間の長さがＮμｓであるＲ−スロット４０２を示している。基本的に、積分期間の長さは、アンテナアレイ上の要素の数に等しい数のＲ−スロットに単純に分割される。Ｒ−スロットが等しい長さであること、又は一度に１つの要素のみが第１の状態に切り替えられることが好ましいが、これは必要条件ではない。従って、単純にＲ−スロットは期間であり、この期間中、測位受信機１１４は、送信アンテナアレイ１０４内の第１の状態に切り替わっているいずれかの要素から送信される測位信号を受信するように構成される。Ｒ−スロット内の信号セグメントは、積分期間の最後に全てのＲ−スロットが累積されてビームを形成する前に、測位受信機が所定の位相及び／又は利得オフセットを使用してその信号セグメントを修正することにより操作される。
【００５３】
１つの実施形態では、最低限必要なＲ−スロットの数が、送信アンテナアレイ１０４上で空間的に分布する要素１０６の数に対応する。例えば、アンテナアレイが２つの要素しか含まない実装では、最低限必要なＲ−スロットの数は２個である。要素１０６が第１の状態に切り替えられると、受信機は、割り当てられたＲ−スロットの継続時間全体にわたり、送信される測位信号を受信するように構成される。
【００５４】
別の実施形態では、送信アンテナアレイ内に１０個の要素が空間的に分布し、要素ごとに１つの、１０個のＲ−スロットが与えられる。標準的なＧＰＳ受信機の典型的な積分期間である１０００μｓの積分期間を使用すると、要素は、各々１００μｓの期間にわたって所定のシーケンスで（例えば、順次的に又は疑似ランダム的に）第１の状態に切り替わる。測位ユニット装置１０８は、第１の要素を第１の状態に切り替えて測位信号の送信を開始する。測位受信機１１４が送信された信号を受信し、送信されたＲ−スロットへの同期が行われると、プロセッサ２０６は、送信アンテナアレイ１０４内の第１の要素の位置及び測位受信機１１４が必要とするビームの方向に対応する、参照信号に適用する必要がある位相及び／又は利得オフセットを決定する。次に、最初に割り当てられたＲ−スロットの継続期間全体にわたり、これらのオフセットを参照信号に適用する。次の１００μｓのＲ−スロットでは、測位ユニット装置１０８が、第２の要素を第１の状態に切り替え、第１の要素及び他の全ての要素を第２の状態に切り替える。この場合も、測位受信機１１４のプロセッサ２０６は、アレイ内の第２の要素の位置及び測位受信機が必要とするビームの方向に対応する位相及び／又は利得オフセットを決定し、第２のＲ−スロットの継続期間全体にわたってこの位相及び／又は利得オフセットを適用する。順次的な切り替えスキームを使用するこの例では、次に測位ユニット装置が、第３の要素を第１の状態に切り替える一方で、他の要素は、第３のＲ−スロットにわたって第３の状態に切り替えられ、以下、この積分期間内の後続の要素及びＲ−スロットに関して同様である。１０００μｓの積分期間の最後には、１０個の１００μｓのＲ−スロット全てが、測位受信機が必要とする所望のビームを生成するのに必要な位相及び／又は利得オフセットで累積される。
【００５５】
なお、測位ユニット装置１０８は、測位受信機１１４から物理的に分離しており、従って送信アンテナアレイ１０４内の個々の要素１０６は、受信機１１４に直接アクセスすることができない。しかしながら、測位受信機１１４は、送信アンテナアレイ１０４内の要素１０６が第１の状態に切り替えられる順序、送信アレイ内の要素の分布、及び送信アレイの配向を推測的に知っている。好ましい実施形態では、アンテナ要素の切り替えシーケンス及び各個々のアンテナ要素の地理的位置を含む送信アレイ情報が、各測位ユニット装置から視野内の全ての測位受信機にブロードキャストされる。所望の方向にビームを形成するために、参照信号の位相及び／又は利得は、送信される測位信号のＲ−スロットを受信する測位受信機１１４と実質的に同期して必要に応じて操作される。また、割り当てられたＲ−スロットの恩恵が十分に得られるように、当然ながら、この割り当てられたＲ−スロット全体にわたって位相及び／又は利得の操作を参照信号に適用しなければならない。
【００５６】
測位受信機１１４は、送信アンテナアレイ１０４によって形成されるビームの方向を制御するので、このビーム形成方法は「遠隔ビーム形成」と呼ばれ、送信された測位信号を累積するために使用する各スロットはＲ−スロットとして知られている。
【００５７】
また、国際公開ＷＯ２０１１／００００４９号Ａ１に記載されているように、測位受信機１１４を、測位受信機１１４に直接接続された受信アンテナアレイを使用して「局所」ビームを形成するように構成することもできる。これは、遠隔ビーム形成と同様に動作するが、大きな違いがある。遠隔ビーム形成では、測位受信機１１４が、各相関器チャネルのＲ−スロット切り替えを独立的に同期させ、この同期タイミングは、各送信機からの測位受信機の距離に依存する。局所ビーム形成では、測位受信機１１４が、受信アンテナアレイ内の要素の切り替えを直接制御する。ある要素が第１の状態に切り替わると、測位受信機は、全ての相関器チャネルにわたって各参照信号の位相及び／又は利得を同時に操作し、混合され累積されると、各相関器内に独自の受信アンテナビームが形成される。この場合も、局所ビーム形成のための積分期間は、「ビーム形成スロット」又はＢ−スロットと呼ばれるスロットに分割される。
【００５８】
従って、局所ビーム形成方法と遠隔ビーム形成方法を組み合わせて合成ビームを形成し、正確な位置解決策を提供することができる。このことを図３の実施形態に最も分かりやすく示しており、この図では、上述したように測位ユニット装置１０８が送信アンテナアレイ１０４に結合されている。また、測位受信機１１４も受信アンテナアレイ３０２に結合されており、この場合、受信アンテナアレイ３０２は、送信アンテナアレイ１０４と同様の３×３マトリクスで構成されたパッチ要素３０４を含む。送信ビーム１２２及び受信ビーム３０８は、図示のように互いに追跡し合い、基本的に測位受信機１１４と測位ユニット装置１０８の間にポイントツーポイント通信リンクを提供するように形成される。
【００５９】
この実施形態では、遠隔ビーム及び局所ビームが、いずれも測位受信機１１４の相関器内で形成される。図４ａに最も分かりやすく示しているように、積分期間は、Ｂ−スロット４０４及びＲ−スロット４０２に分割され、Ｒ−スロット４０２の中には、Ｂ−スロット４０４に重なるものもある。従って、場合によっては、参照信号の位相及び／又は利得を、現在のアクティブなＢ−スロット及び現在のアクティブなＲ−スロットの両方に関連して必要な合成ビームを与えるように修正することができる。この理由は、Ｂ−スロットの操作は、局所受信アンテナアレイ内の要素が第１の状態に切り替わった時に測位受信機１１４によって直接トリガされるのに対し、Ｒ−スロットの操作は、受信するＲ−スロットのタイミングに従って各チャネルにわたって単独で、しかも送信アンテナアレイ１０４の所定の切り替えシーケンスに関連してトリガされるためである。このタイミングは、各送信機と測位受信機の間の個々の伝播遅延によって影響を受ける。
【００６０】
合成ビームを形成するプロセスは、送信側及び受信側の両方において６４要素のアンテナアレイを使用する仮想測位システムのタイミング図である図４ｂの実施形態に最も分かりやすく示している。まず、Ｒ−スロット４０６は１つのチャネルに固有のものであるのに対し、Ｂ−スロット４０８は全てのチャネルにわたって共通であることに留意されたい。この理由は、上述したように、Ｒ−スロットは各チャネルにわたって単独でトリガされるのに対し、全てのＢ−スロットは、受信アンテナアレイ内の要素が第１の状態に切り替わると同時に測位受信機によってトリガされるためである。
【００６１】
送信アンテナアレイを参照すると、チップシーケンス境界４１０が進み、ポイント４１２において、送信アンテナの要素１が第１の状態に切り替わり、（図４ｂに「ビームＢ」として示す）次のビームを形成するための測位信号セグメントの送信を開始する。この時点で第１のＲ−スロットが開始し、ポイント４１２から先は、このチャネルのＲ−スロットシーケンスが同期する。図４ｂに示すように、ビームＢの第１のＲ−スロットの参照信号に適用される位相及び／又は利得オフセットを｛Ｂ｝1として示している。
【００６２】
このＲ−スロットシーケンスと同時に、及び非同期的に、受信アンテナアレイもＢ−スロットを切り替えている。ポイント４１２の直前には、受信アンテナアレイは、（「ビームＸ」として示す）ビームを形成するとともに受信アンテナアレイの要素６３から信号を受信しており、この受信信号に関して参照信号に適用されるオフセットを｛Ｘ｝63で示している。ポイント４１２において、測位受信機は、遠隔送信ビームのルックアングルを「ビームＡ」から「ビームＢ」に更新し、局所受信ビームのルックアングルを「ビームＸ」から「ビームＹ」に更新する。これにより、測位受信機は、｛Ａ｝64で示す遠隔送信位相及び／又は利得オフセットを参照信号に適用するのを中止し、｛Ｂ｝1で示す位相及び／又は利得オフセットを参照信号に適用し始めるようになる。同時に、測位受信機は、｛Ｘ｝63で示す局所受信位相及び／又は利得オフセットを参照信号に適用するのを中止し、６３番目のＢ−スロットの残りを表す｛Ｙ｝63で示す位相及び／又は利得オフセットを参照信号に適用し始める。その後、測位受信機は、受信アンテナアレイの要素を所定のシーケンスに従って切り替え続けるが、この時点では、｛Ｙ｝nで示す位相及び／又は利得オフセットを参照信号に適用することによって局所ビームＹを形成するとともに、｛Ｂ｝nで示す位相及び／又は利得オフセットを参照信号に適用することによって遠隔ビームＢを形成している。
【００６３】
好ましい実施形態では、ＴＸ／ＲＸ組み合わせ位相／利得オフセット４１４に示すように、Ｒ−スロットの位相及び／又は利得オフセット値と、Ｂ−スロットの位相及び／又は利得オフセット値とを組み合わせる（好ましくは、位相を加算して、利得を乗算する）。次に、この組み合わせたオフセット値を参照信号に適用して、図３に最も分かりやすく示すように、送信アンテナアレイと受信アンテナアレイの間に合成ビームを形成する。
【００６４】
同期
局所ビーム形成では、受信アンテナアレイの各要素がそれぞれのスイッチに接続され、これがさらに単一のＲＦフロントエンドに送り込まれてダウンコンバートされ、相関器に送られる。一般に、要素とスイッチを相互接続する送信回線は、アンテナアレイ供給システムを通じて受信信号が位相コヒーレントであることを確実にするために同じ長さである。しかしながら、いくつかの実施形態では、送信回線の長さの違いが考慮され、位相及び／又は利得オフセットの適用時に補正される。
【００６５】
受信アンテナアレイと測位受信機の間の相互接続、並びにＲＦフロントエンド、相関器に関連する電子部品、及び実際のスイッチ自体は、遅延をもたらすことが不可避である。１つの実施形態では、この遅延が約９５０ｎｓとして測定されるが、当然ながら、当業者であれば、この遅延の長さは選択するハードウェアに応じて異なると理解するであろう。従って、この遅延を考慮しなければならないので、相関器内で位相及び／又は利得を操作する動作を、要素を第１の状態に切り替えるのと同時に行うことはできない。すなわち、相関器内の位相及び／又は利得の操作を、この実施形態では最大９５０ｎｓ遅らせなければならない。
【００６６】
物理的実装では、受信アンテナアレイが、１００μｓの積分期間を有する６４個の要素を含む。従って、Ｂ−スロットの期間は、ちょうど１μｓ又は２μｓの領域内にあり、従って１μｓに近い遅延は有意であり考慮しなければならない。
【００６７】
従って、局所ビーム形成では、測位受信機１１４の各相関器２０４の積分期間の第１のＢ−スロットを同時に更新し、この９５０ｎｓの遅延を考慮に入れた後に開始されるようにトリガする。
【００６８】
しかしながら、遠隔ビーム形成では、各相関器が、測位信号を受信した時間に基づいて個別に更新されトリガされるので、非同期的に開始する。すなわち、遠隔ビーム形成に必要な同期プロセスは、局所ビーム形成に必要な同期プロセスとは著しく異なる。
【００６９】
測位ユニット装置１０８は、要素を第１の状態に切り替えた後で、測位信号の送信を開始する。測位受信機は、相関器において信号が受信されるまでの伝播及び受信遅延を考慮して、要素１０６が第１の状態に切り替わった時に参照信号の位相及び／又は利得を操作するように同期されなければならない。また、測位信号が生成される時点と、これがアンテナを通じて送信される時点との間にも、主にＲＦ増幅器／変調器１２６によってもたらされる送信遅延が生じる。実際には、この送信遅延は、受信機において生じる遅延と同様のものであり、通常は約９５０ｎｓである。
【００７０】
好ましい実施形態では、測位ユニット装置の疑似ランダムコード（ＰＲＮ）生成器のチップシーケンスを、Ｒ−スロットシーケンスをトリガするための疑似タイマとして使用する。この方法は、伝播及び受信機遅延の影響を軽減するという追加の利点があるが、それでもやはり送信機の遅延を考慮しなければならない。
【００７１】
この実施形態では、測位受信機１１４が、送信アンテナアレイ１０４の切り替えシーケンス、測位ユニット装置１０８に結合されたアンテナアレイ１０４のタイプ、並びにアンテナアレイ１０４の位置及び配向を推測的に知っていると想定する。従って、この情報は、測位受信機１１４に各個々のアンテナ要素の正確な地理的座標を与える。
【００７２】
測位ユニット装置では、このＰＲＮコードはランダムではあるが、測位ユニット装置毎に一意の有限２進数列であり、この実施形態では１０２３チップの長さである。すなわち、所与の測位ユニット装置１０８では、ＰＲＮコードが１０２３チップ毎に繰り返される。測位受信機は、受信する測位信号が１０２３チップの長さであることを知っているので、チップ期間を参照してＲ−スロットの継続期間を定めることができる。
【００７３】
例えば、送信アンテナアレイが５０個の要素から成り、ＰＲＮコードのシーケンス長が１０２３チップである場合、この実施形態では、Ｒ−スロットが、積分期間内の（最も近い整数に切り捨てられた）２０チップに相当する期間として定められる。さらに、要素１０６は、Ｒ−スロットの境界チップと同期して、所定のシーケンスで状態を切り替えるように構成される。
【００７４】
例えば、要素１０６が、要素１から開始する順次的な切り替えシーケンスで切り替えを行うように設定されており、ＰＲＮコードのチップ１が第１のＲ−スロットの先頭になるように設定されていると仮定する。次の積分期間のチップ１に進むと、測位ユニット装置１０８は、要素１を第１の状態に切り替えて、測位信号の送信を開始する。同様に、２１番目のチップに進むと第２のＲ−スロットが開始し、測位ユニット装置１０８は、要素２を第１の状態に切り替えて、要素１及び他の要素を第２の状態に切り替える。４１番目のチップでは、第３のＲ−スロットが開始して要素３が第１の状態に切り替わり、残りの全ての要素に対しても同様である。
【００７５】
以下でより詳細に説明するように、測位受信機１１４は、測位信号を受信すると、受信したＰＲＮコードシーケンスを内部的に生成されたＰＲＮコードシーケンスに対して相関付け、従ってこの内部的に生成されたコードが受信したＰＲＮシーケンスと一致するようにする。従って、測位受信機１１４は、次のＲ−スロットをトリガする境界チップを決定するようにコードシーケンス内のチップを「カウント」するようにも構成される。
【００７６】
測位受信機１１４は、現在のＲ−スロット、及び送信アンテナアレイ内の第１の状態に切り替えられた関連する要素を知っているので、参照信号に適用するのに適した位相及び／又は利得オフセットの値を、積分期間の最後にビーム１２２を向ける所望の方向が得られるように計算することができる。
【００７７】
ビーム形成方法
本明細書に開示する装置を使用してビームを形成するためのステップを、図５のフロー図に図式的に示す。以下、行うステップについて説明する。
ａ）ステップ５０２において、送信アンテナアレイ内で空間的に分布する要素の１つを選択する。
ｂ）ステップ５０４において、ステップ５０２で選択した要素を第１の状態に切り替える。
ｃ）ステップ５０６において、ステップ５０４で第１の状態に切り替えた要素が、所定のＲ−スロット内で測位信号の送信を開始する。
ｄ）ステップ５０８において、入力測位信号と混合するための、受信すべき既知のＰＲＮコードシーケンスに基づく内部参照信号を相関器において生成する。
ｅ）ステップ５１０において、現在受信されている所定のＲ−スロット測位信号と実質的に同期して参照信号に所定のオフセットを適用し、修正済み参照信号を生成する。
ｆ）ステップ５１２において、修正済み参照信号を受信した測位信号と混合して混合信号を生成する。
ｇ）ステップ５１４において、累積器内で混合信号を累積して累積信号を生成する。
ｈ）ステップ５１６において、選択した要素を第２の状態に切り替え、次の要素を次のＲ−スロットにおいて第１の状態に切り替え、ステップ５０２から再びプロセスを開始する。
ｉ）ステップ５１８において、積分期間の最後に全てのＲ−スロットをともに累積した後、全てのＲ−スロット信号の値に基づいて累積器内でビームを形成する。
ｊ）ステップ５２０において、累積されたＲ−スロット信号を使用して、キャリアロックループ及びコードロックループを更新する。
【００７８】
相関器の動作
通常、ＧＰＳ測位受信機は、相関器と呼ばれるロジックブロックを使用して、入力測位信号を内部的に生成された参照信号に相関付ける。図６を参照すると、相関器２０４において、入力測位信号が、内部的に生成された２つの参照信号と混合されている。第１の参照信号は、キャリアＮＣＯ６０８によって生成されるキャリア参照信号である。キャリア参照信号を入力測位信号と混合することにより、キャリア参照信号と入力参照信号の間の位相及び周波数の差分を表す誤差信号が生成される。第２の参照信号は、この実施形態ではコードＮＣＯ６１６によって生成されるコード参照信号である。入力測位信号をキャリア参照信号と混合すると、この入力測位信号はコード参照信号と混合され、これによりコード参照信号と入力測位信号の間の時間遅延を表す誤差信号が生成される。
【００７９】
単純化のために、図６には、測位受信機の受信チャネルを１つしか示していない。しかしながら、当業者であれば、通常、最新の受信機は複数の受信チャネルを含み、通常は各チャネルが複数の相関器を含むと理解するであろう。
【００８０】
図６では、入力測位信号が入力部６０２において受信され、混合器６０４及び６０６において、入力信号を参照キャリア信号と混合することにより搬送波成分を除去して同相（Ｉ）及び四相（Ｑ）サンプルデータを生成する。参照キャリア信号は、キャリアＮＣＯ６０８、並びに離散サインマッピング関数６１０及び離散コサインマッピング関数６１２においてそれぞれ合成される。この除去プロセスにより、図示のようなＩ信号及びＱ信号が生成される。動作中、キャリアＮＣＯは、キャリアロックループ６１４により制御される。キャリアロックループの目的は、キャリアＮＣＯにより生成される参照信号と入力測位信号の間の位相誤差をゼロに、又は極力ゼロの近くに保つことである。位相誤差がゼロである場合、これらの信号は「位相ロック」と呼ばれ、Ｉ信号が最大になる一方でＱ信号はほとんどゼロになる。この動作は、「位相ロックループ」（ＰＬＬ）動作とも呼ばれる。
【００８１】
次に、Ｉ信号及びＱ信号を、この実施形態ではコードＮＣＯ６１６において合成される参照コード信号に相関付ける。単純化のために、この実施形態では１つの参照コード信号しか合成していない。しかしながら、当業者であれば、ほとんどの測位受信機では複数のコード参照信号が合成されると認識するであろう。例えば、１つの用途では、アーリー信号、プロンプト信号及びレイト信号という３つのコード参照信号が合成され、それぞれ別個にＩ信号及びＱ信号に相関付けられる。
【００８２】
相関器２０４は、混合器６１４及び６２０において、内部的に合成したコード参照信号を入力Ｉ信号及びＱ信号と混合する。動作中、コードＮＣＯ６１６は、コードロックループ６２６により制御される。コードロックループの目的は、内部的に生成されるコード参照信号と入力コード測位信号の間の時間誤差をゼロに、又は極力ゼロの近くに保つことである。時間誤差がゼロである場合、これらの信号は「コードロック」と呼ばれる。この動作は、「遅延ロックループ」（ＤＬＬ）動作とも呼ばれる。
【００８３】
すなわち、コードロックループ６２６の動作は、キャリアロックループ６１４と同様のものである。参照信号のコード位相が、入力測位信号のコード位相と完全に一致する場合、最大の相関性が得られる。
【００８４】
次に、累積器６２２及び６２４において、結果として得られた混合信号を積分期間にわたって積分してＩp信号及びＱp信号を形成し、その後、プロセッサ２０６がループ動作を追跡するためにこれらの信号にアクセスする。
【００８５】
積分期間は、受信信号を累積する時間長を参照し、従来、衛星の疑似ランダムコードのノイズ長又はその倍数に基づいて決定される。ＧＰＳでは、コード周期が１ｍｓであり、従って受信機における積分期間は、１ｍｓ又はそれ以上に設定されることも多い。
【００８６】
位相及び／又は利得オフセット
好ましい実施形態では、キャリアＮＣＯ６０８がキャリア参照信号を合成した後、この合成済みキャリア参照信号を入力測位信号の搬送波成分と混合する前に、送信される測位信号の位相及び／又は利得を操作するための位相及び／又は利得オフセットをポイント６２８において挿入してキャリアロックループ６１４を終了する。好ましい実施形態では、位相オフセットを合成済みキャリア参照信号と加算し、利得オフセットを合成済みキャリア参照信号と乗算する。入力測位信号の操作は、相関器の積分期間内に合成済みキャリア参照信号を修正することによって行われ、従ってキャリアＮＣＯ６０８又はキャリアロックループ６１４の通常動作には干渉しない。次に、修正済み参照信号を通常の方法で入力測位信号と混合し、この混合信号を累積器において積分期間にわたって積分して累積信号を生成する。
【００８７】
当業者には周知のように、波形の積分は、この波形のサンプルを所与の期間、この場合は積分期間にわたって単純に加算したものである。従って、結果として得られる（入力信号と参照信号を混合した結果として得られる）混合信号の積分は、上述した１つの実施形態では１ｍｓの積分期間である期間にわたってこの信号のサンプルを単純に加算したものである。
【００８８】
１つの実施形態では、測位信号が７５ＭＨｚのレートで受信され、その後、これらのサンプルが、やはり７５ＭＨｚで合成された修正済み参照信号と混合される。従って、１０個のＲ−スロットで構成された１ｍｓを積分期間とする仮想システムでは、各Ｒ−スロットの継続期間が１００μｓであり、従って７，５００サンプルの入力測位信号を含む。これらの７，５００サンプルの各々を修正済み参照信号と順次混合して混合信号を形成する。修正済み参照信号は、相関器のキャリアＮＣＯによって生成された参照信号に適用される位相及び／又は利得オフセットに基づく。
【００８９】
具体的には、第１の状態の各アンテナ要素に同期する７，５００サンプルの入力測位信号の各ブロックでは、キャリアＮＣＯの出力に位相及び／又は利得オフセットを適用することによって参照信号が修正される。次に、この修正された出力を、入力測位信号のサンプルと乗算（混合）する。その後、これらの混合信号は、標準的な相関器動作によってコードＮＣＯ混合器を通過し、累積器において加算されて累積信号を形成する。従って、１ｍｓの積分期間全体にわたり、各々が７，５００個の修正されたサンプルから成る１０個のＲ−スロットブロックを含む７５，０００サンプルが累積器において加算され記憶される。換言すれば、これらの１０個のＲ−スロットは、７，５００個の修正されたサンプルを含み、これらの各々が累積プロセスにおいてともに加算され、従って積分期間の最後に累積される７５，０００個のサンプルが所望のビーム１２２を表すようになる。図６に示すように、この所望のビームは、測位受信機１１４に結合する全方向性アンテナ１１２の方向に向けられる。
【００９０】
位相及び／又は利得操作が参照信号に正しく適用され、それぞれの要素から受信した信号と混合されると、結果として得られる混合信号を累積器において組み合わせて（加算プロセス）累積信号を生成し、相関器において所望のビームが形成される。次に、この累積信号が、上述したような標準的なＰＬＬ動作によって相関器において処理される。キャリアＮＣＯ６０８により合成されるキャリア参照信号は、積分期間中には変化せず、各積分期間の最後のキャリアロックループ６１４によってのみ更新される。従って、積分期間内における参照信号の位相及び／又は利得修正は、一般的なキャリアＮＣＯ６０８の値に照らして適用され、ＰＬＬ又はＤＬＬによって検出することはできない。ＰＬＬ及びＤＬＬは、行われている操作を知ることなく標準的に動作する。
【００９１】
説明した実施形態を通じて、従来の相関器の使用は、相関器チャネル毎に固有のビームの方向及び幅を制御し、これにより複数の同時ビームを形成できるようにすることに適応性がある。形成できるビームの数は、利用可能な相関器チャネルの数に等しい。この理由は、相関器が、信号を混合及び積分するためのロジックを既に含んでおり、これらを相関付け以外の用途に単純に適用するためである。
【００９２】
上述した実施形態では、相関器回路内のポイント６２８において利得及び位相の両方にオフセットを適用しているが、他の実施形態では、回路の他の部分に、利得オフセットを適用するための追加の乗算器が設けられる。例えば、同相パス及び四相パス内のキャリアＮＣＯ混合器とコードＮＣＯ混合器の間に乗算器を追加して利得操作を行うことができる。同様に、相関器回路内の他の部分において位相オフセットを適用することもできる。例えば、コードＮＣＯの出力に位相オフセットを加えることができる。
【００９３】
好ましい実施形態では、必要な場合、（図３の）送信ビーム１２２を所与の方向に形成するための位相及び／又は利得オフセットがハードウェア内で計算される。測位受信機のプロセッサ２０６は、必要なビームの方向を決定し、所望の方向にビームを形成するために、積分期間にわたる各Ｒ−スロットにおいて各要素の正しい位相及び／又は利得オフセットを計算し、測位受信機１１４の方向にビームが形成されるようにポイント６２８において必要なオフセットを挿入する。やはり上述したように、送信ビームに関する位相及び／又は利得オフセットの取得及び挿入は、位相及び／又は利得が積分期間にわたって正しく操作されるように、Ｒ−スロットの受信と実質的に同期していなければならない。
【００９４】
同様に、（図３の）局所受信ビーム３０８を所与の方向に形成するための位相及び／又は利得オフセットも計算される。プロセッサ２０６は、送信ビーム１２２の方向を決定し、送信ビーム１２２に対応する方向に受信ビーム３０８を形成するために、積分期間にわたる各Ｂ−スロットにおいて（図３の）受信アンテナアレイの各要素の正しい位相及び／又は利得オフセットを計算し、適切な方向にビームが形成されるようにポイント６２８において必要なオフセットを挿入する。受信ビーム３０８に関する位相及び／又は利得オフセットの取得及び挿入は、位相及び／又は利得が積分期間にわたって正しく操作されるように、局所アンテナアレイのそれぞれの要素３０４を第１の状態に切り替えることと実質的に同期していなければならない。
【００９５】
他の実施形態では、遠隔送信ビーム１２２及び局所受信ビーム３０８を所与の方向に形成するための位相及び／又は利得オフセットが事前に決定され、（図２の）データベース２０８に記憶され、これにプロセッサ２０６がアクセスすることができる。オフセットデータのフォーマットは、オフセットテーブル内でのフォーマットなどの多くの形をとることができる。プロセッサ２０６は、必要なビームの方向を決定し、所望の方向にビームを形成するために、データベース２０８にアクセスして積分期間にわたる各要素の正しい位相及び／又は利得オフセットを取得し、ビームが適切な方向に形成されるようにポイント６２８において必要なオフセットを挿入する。
【００９６】
アンテナアレイが含む要素の数は、狭ビームを形成するための１つの基準である。他の同様に重要な基準として、位相及び／又は利得オフセットの計算速度、及び要素の物理的間隔が挙げられる。例えば、６０個の要素を有する実施形態では、ビームを形成すべき各方向が、６０個の利得オフセット及び６０個の位相オフセットを有していなければならず、この実施形態では、これらがハードウェア内でリアルタイムに計算される。
【００９７】
要素間に位相差を生み出すために、要素の物理的分離も重要である。事実上、要素の物理的分離により、測位信号を本質的に異なる位相で送信できるようになる。要素間が半波長分離していれば、最小のグレーティングローブで最大の位相整合が得られる。例えば、上述したような修正済み参照信号との混合などによるこれらの位相の操作により、ビームを所望の方向に形成できるようになる。
【００９８】
特に好ましい実施形態では、装置が３次元以上のビームを形成できるように、要素１０６が３次元以上の構成で空間的に分布する。大方の場合、ビームを形成できる方向は、使用する要素に依存する。例えば、パッチ要素から成る平面アレイは、半球状にビームを形成することができ、単極子から成る平面アレイは、平面状にビームを形成することができる。
【００９９】
到来角度対送信角度
従来、到来角度の解決策は、基地局に到来する信号の、地理的な北などの参照方向に対する角度を推定することによって機能する。基地局では、複数の受信要素が空間的に分布し、ユーザ端末から送信される信号の到来角度を求めるために位相比較が行われる。このような基地局を複数利用できる場合、基地局のネットワークにより、角度の交点を使用してユーザ端末の位置を計算することができる。
【０１００】
しかしながら、この方法では、位置計算をネットワークしか行うことができず、ユーザ端末は行うことができない。ユーザ端末は、それ自体の位置が分からない。
【０１０１】
しかしながら、本発明はこの制約を解消し、この説明のために「送信角度」と呼ぶものを使用して、測位受信機がそれ自体の位置を計算できるようにする。概念的には、測位ユニット装置から測位信号が送信される角度が分かっている場合、これを到来角度と同じ様に使用して測位受信機の位置を計算することができる。しかしながら、通常、測位信号は、複数の測位受信機がこの信号にアクセスしてそれぞれの位置を計算できるようにブロードキャストされるので、「送信角度」を計算することは不可能である。
【０１０２】
しかしながら、本発明では、測位受信機が、送信源からこの測位受信機自体に向けたビームを形成することができる。従って、推測的に分かっている送信アレイの方向を使用して、各送信源からの送信角度を求めることができる。その後、測位受信機は、地理的に分布する複数の信号源を使用し、角度の交点を使用して位置を計算する。さらに、１つの実施形態では、測位受信機が、単純な全方向性アンテナのみを備える。このような実施形態では、測位受信機が到来角度などの標準的な角度法を使用して測位受信機自体の位置を計算することはできない。代わりに、送信源からのビームの角度に依拠しなければならない。
【０１０３】
例示的な実施形態
次に、例示を目的として、図７ａ及び図７ｂに示すような、要素を２つしか有していない最も単純なアンテナアレイを使用して本発明を説明する。しかしながら、当業者であれば、さらなる発明力を伴わずに、多次元形状で空間的に分布するさらに多くの要素を有するアンテナアレイに本明細書の教示を適用できるであろう。
【０１０４】
この例示的な実施形態では、要素７０２及び７０４が１／４波長単極子である。これらの２つの要素は、既知の地理的場所に互いに空間的に１／２波長離れて位置し、各要素によって位相コヒーレント信号が送信される。これらの２つの要素により送信される信号をともに加算する場合、図７ａに示すように、要素のそれぞれの全方向利得パターンを組み合わせて、要素の２次元的な地形観点から見て図８のビームパターンが形成されるようにする。この構成では、要素７０２及び７０４のブロードサイド方向からの発信測位信号は同相であり、従って建設的に加算されるのに対し、要素のエンドファイア方向からの信号は異相であり、従って打ち消される。
【０１０５】
位相操作
本発明では、図７ｂに示すように、最大利得がエンドファイア方向を向くように、図８を９０度だけ回転させることが可能である。これは、測位受信機の積分期間内に要素７０２及び要素７０４の位相及び／又は利得を操作することによって行われる。要素７０２及び要素７０４は、各々がスイッチに接続され、両要素を測位ユニット装置によって第１の状態と第２の状態の間で切り替えて、信号の加算が行われる積分期間を２つのＲ−スロットに分割できるようにされる。
【０１０６】
要素７０２と要素７０４の間の相分離は分かっているので、エンドファイア方向からの送信波が破壊的にではなく建設的に加算されるように一方の要素の位相を操作することができる。この場合、これらの要素は１／２波長離れているので、要素７０４において必要な位相操作は１８０度である。各方向にとって必要な位相操作を同様に計算して、オフセットテーブルを構築する。単純化のために、利得オフセットを１に設定し、ビームを向けることができる方向を、ブロードサイド方向又はエンドファイア方向のいずれかに限定している。以下、これらの限定を含むオフセットテーブルの例を示す。
0005931887.tif 000002
【０１０７】
エンドファイア方向にビームを形成するには、要素７０２及び７０４を所定のシーケンスで第１の状態に切り替える。まず、送信終了時点で、要素７０２を第１の状態に切り替えて測位信号の送信を開始する。要素７０２からの信号が受信機側で受信されると、第１のＲ−スロットが開始して、位相オフセットを０度に保ちながら累積器内に累積する（この要素は既に０度であるため操作は不要である）。次に、要素７０４は、エンドファイア方向では要素７０２に対して１８０度の受信位相を有し、要素７０４では、測位信号の位相がこの方向に建設的に加算されることが望ましい。従って、第２のＲ−スロット内で測位受信機において測位信号を受信する場合、要素７０４からの送信信号が要素７０２と位相コヒーレントになるように、要素７０４から受信する信号に１８０度の位相オフセットを加えなければならない。これらの２つのＲ−スロットは、累積プロセスにおいてともに加算され、従って積分期間の最後の累積値がエンドファイアビームを表すようになる。
【０１０８】
当業者であれば、本発明では、図８のビームを、オフセットテーブルの複雑性に応じてあらゆる方向に形成できると理解するであろう。
【０１０９】
この単純な例における両要素では、１の利得オフセット（ユニティゲイン）が入力測位信号と乗算され、従って形成されるビームを修正することはない。適切な利得オフセットではビームの形状が修正され、従ってグレーティングローブを軽減することができ、このことは位相配列の技術分野ではよく知られており、本発明の主題ではない。
【０１１０】
上述したように、位相操作は、第１の状態に切り替わっている要素からの測位信号の受信に実質的に同期して適用しなければならず、さもなければ、ビームの利得パターンが正しく形成されなくなる。
【０１１１】
本発明の実施形態によれば、測位信号が、第１の要素から送信を開始する。測位受信機がこの測位信号を取得した後、測位受信機の相関器内のキャリアＮＣＯが、測位信号とほぼ同様の参照信号を合成する。
【０１１２】
測位受信機は、測位ユニット装置に対してエンドファイア方向にあると判断し、従ってこの方向にビームを形成することを決定する。受信機プロセッサは、要素７０２に対応する積分期間中の第１のＲ−スロットにオフセットが必要でないと計算して判断する。同様に、このプロセッサは、要素７０４に対応する第２のＲ−スロット中に、１８０度、すなわち１／２λのオフセットが必要であると判断する。各オフセットをキャリアＮＣＯに適用して修正済み参照信号を生成した後、標準的な相関器の動作により、入力測位信号及び修正済み参照信号が混合器において混合され、累積器において累積される。
【０１１３】
図６に示すように、受信した信号を、キャリアＮＣＯ６０８並びに離散サインマッピング関数６１０及び離散コサインマッピング関数６１２によって合成されたキャリア参照信号と混合することにより、受信した測位信号が除去されて同相成分及び四相成分になる。しかしながら、プロセッサは、修正済み参照信号を受信した測位信号と混合する前に、測位受信機が測位ユニット装置のエンドファイア方向にあると判断する。測位受信機が要素７０２から測位信号を受信した時点に対応する第１のＲ−スロットに関しては、プロセッサが、オフセットが不要であり、参照信号の修正も必要ないことを計算する。従って、累積器は、標準的な相関器の動作を進めることができる。すなわち、混合器６０４及び６０６において、未修正の参照信号を受信した測位信号と混合して混合信号を生成し、次にコード参照信号と混合し、その後、累積器６２２及び累積器６２４において累積する。
【０１１４】
第２のＲ−スロットに関しては、プロセッサが、１８０度の位相オフセットが必要であることを計算する。第２のＲ−スロットが開始して、要素７０４からの測位信号が受信されると、現在のキャリア参照信号の位相値にオフセットを適用して修正済み参照信号を生成する。この位相オフセットは、Ｒ−スロットの継続期間にわたってキャリアＮＣＯの値に継続的に適用される。この修正済み参照信号を受信した測位信号と混合して混合信号を生成し、次にコード参照信号と混合し、その後、累積器６２２及び累積器６２４において第１のＲ−スロットの値とともに累積して累積信号を生成する。従って、これらの２つのＲ−スロットは、累積プロセスにおいてともに加算され、従って積分期間の最後の累積値はエンドファイアビームを表す。
【０１１５】
なお、キャリアＮＣＯ６０８によって合成されるキャリア参照信号は、積分期間中には変化せず、積分期間の最後のキャリアロックループ６１４によってのみ更新される。
【０１１６】
本明細書で説明した実施形態では、積分期間の継続期間全体にわたり、累積器において累積信号が生成される。しかしながら、他の実施形態では、各Ｒ−スロットが独自の個別の累積器において累積され、最低累積器数は、最低限必要なＲ−スロットの数に相当する。これらの実施形態では、個々の累積器において信号を組み合わせることによって累積信号が得られる。
【０１１７】
説明した実施形態では、積分期間内のいかなる時点でも、１つの要素しか第１の状態にすることができない。従って、要素７０４が第１の状態に切り替わると同時に、要素７０２は第２の状態に切り替わる。
【０１１８】
混合信号は、コードロックループ６２６を通過した後、累積器６２２及び６２４において積分されて累積信号を生成する。信号の操作は連続的に行われるので、実際には、混合信号の積分は、積分期間にわたって無数の修正信号を加算したものである。従って、この累積信号は、所望の方向に形成される新たなビームを表す。
【０１１９】
利点、用途及び利用
上述したように、アンテナアレイ及び切り替え回路が測位ユニット装置に結合される一方で、物理的に分離された測位受信機が、受信機の位置を特定するために必要なＰＶＴ解決策を実行する。送信アンテナアレイの要素を第１の状態に切り替えるシーケンスは予め決まっており、送信アンテナアレイのタイプ及び配向は分かっており、測位受信機の位置を特定することもできるので、各相関器チャネルにおいて形成されるビームを測位受信機に向けて、測位受信機が受信する入力信号の利得を最大化する一方で他の方向からの信号を減衰させ、従ってマルチパスの影響を軽減することができる。
【０１２０】
ＧＰＳなどの最新の測位技術は、３つ又は４つの測位信号に直接アクセスする環境では良好に機能する。しかしながら、マルチパスの蔓延に起因して、既存のシステムは、閉環境ではそれほど有用ではない。
【０１２１】
マルチパスを制限する１つの解決策は、アンテナアレイを使用してビームを形成することによるものである。ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／０００８３９号に記載されるように、測位受信機にアンテナアレイが結合して、測位ユニット装置から送信される測位信号を単純な全方向性アンテナを介して受信するためにビームを形成する。
【０１２２】
本明細書では、２つのさらなる測位ネットワークトポロジについて説明する。
１）測位ユニット装置に結合されたアンテナアレイを使用して、測位受信機に向く遠隔ビームを形成し、この測位受信機が、単純な全方向性アンテナを使用して信号を受信すること。
２）測位ユニット装置及び測位受信機の両方に結合されたアンテナアレイを使用して、図３に示すような「合成」ビームを生成すること。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、これらの２つのさらなるトポロジを組み合わせて、拡張可能な測位システムを提供する。例えば、本発明による、ビームを形成するように構成されたアンテナアレイに測位ユニット装置が結合されていれば、測位受信機をセルラ電話機又は携帯電話機などのポータブル装置に統合すべき場合に、この測位受信機が単純な全方向性アンテナを利用することができる。より正確な測位解決策が必要な場合、又は測位ユニット装置が好適なアンテナアレイを備えていない環境では、外部アンテナアレイを、測位用途のためのポータブル装置への後付け装置として構成することができる。このような外部アンテナアレイは、必要な測位解決策の精度に応じて、また測位ネットワーク内の測位ユニット装置に結合されるアンテナアレイのサイズ及びタイプを考慮して、そのサイズを変化させることができる。
【０１２４】
ビームの密度は、要素数、従ってアンテナアレイの物理的サイズに比例する。従って、測位ユニット装置に結合されたアンテナアレイが大きなものである場合、測位受信機に結合されるアンテナアレイを、これに比例して小さくすることができ、逆もまた同様である。
【０１２５】
具体的な例を参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば、他の多くの形で本発明を具体化できると理解するであろう。
【０１２６】
以下の特許請求の範囲及び本明細書の記載では、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｏｆ、ｗｈｉｃｈ  ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という用語は、いずれもその後に続く要素／機能を少なくとも含むことを意味し、その他のものを除外しない制約のない用語である。従って、「備える」という用語は、特許請求の範囲で使用する場合、その後に示す手段、要素又はステップへの限定を示すと解釈すべきではない。例えば、Ａ及びＢを備える装置という表現の範囲を、要素Ａ及びＢのみから成る装置に限定すべきではない。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｗｈｉｃｈ  ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｔｈａｔ  ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語を本明細書で使用している場合、これらも、この用語に続く要素／機能を少なくとも含むことを意味し、その他のものを除外しない制約のない用語である。従って、「含む」は「備える」と同義であり同じ意味である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０４  送信アンテナアレイ
１０６  要素
１０８  測位ユニット装置
１１２  全方向性アンテナ
１１４  測位受信機
１２２  ビーム
１２６  ＲＦ増幅器／変調器
２０２  受信チャネル
２０４  相関器
２０６  プロセッサ
２０８  データベース
３０２  受信アンテナアレイ
３０４  パッチ要素
３０８  受信ビーム
４０２  Ｒ−スロット
４０４  Ｂ−スロット
４０６  Ｒ−スロット
４０８  Ｂ−スロット
４１０  クリップシーケンス境界
４１４  ＴＸ／ＲＸ組み合わせ位相／利得オフセット
６０４  混合器 
６０６  混合器
６０８  キャリアＮＣＯ
６１４  キャリアロックループ
６１６  コードＮＣＯ
６２２  累積器
６２４  累積器
【図１】
0005931887.tif 000003
【図２】
0005931887.tif 000004
【図３】
0005931887.tif 000005
【図４ａ】
0005931887.tif 000006
【図４ｂ】
0005931887.tif 000007
【図５】
0005931887.tif 000008
【図６】
0005931887.tif 000009
【図７ａ】
0005931887.tif 000010
【図７ｂ】
0005931887.tif 000011