(57)【要約】【課題】ビット・エッジに亘って積分することを必要とせずに、単純でかつ有効な手法でコヒーレント積分を実行することが出来る、GPS信号を受信する方法及び装置を提供すること。【解決手段】本発明は、直接スペクトラム拡散信号、特に、GPS信号を取得する方法を提供する。この方法は、ビット・エッジに亘る積分を回避することによって積分結果を得るステップと、受信信号（A）を、各チャネル（B、C）が交互に存在する、複数の信号チャンクに分けるステップとを含む。シリーズ信号の1つの信号チャンクが、ビット・エッジを含まないように、信号ビット周期に対応させたタイミングで、分割が、制御されて、信号チャンクのシリーズが実行されるように、各々のチャネルは、構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビット・エッジに亘る積分を回避することによって積分結果を得るステップを含む直接スペクトラム拡散信号の取得方法において、受信信号を、少なくとも2つの前記チャネルに、交互に、複数の信号チャンクに時分割し、その後、各々のチャネルが、信号チャンクのシリーズを保持し、前記信号チャンクのシリーズのうちの1つの前記信号チャンクが、前記ビット・エッジを含まないように、前記分割が、前記信号ビット周期に応答するタイミングで制御されていることを特徴とする直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項２】
前記受信信号は、2つの分離された一帯の前記信号チャンクに分けられる請求項1に記載の直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項３】
前記受信信号の前記ビット周期は、20 msである請求項1または2に記載の直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項４】
各々の前記チャンクの周期は、10 msである請求項1、2または3に記載の直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項５】
前記受信信号は、2つより大のシリーズに分けられる請求項1、2または3に記載の直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項６】
一方の一帯の前記信号チャンクは、少なくとも一つの他のシリーズの前記信号チャンクに対してオフセットされている上記各請求項のいずれか1つの直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項７】
nチャネルに対して、(20-20/n) msをコヒーレントに積分することができる請求項1から6のいずれかに記載の直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項８】
前記直接スペクトラム拡散信号は、GPS信号を具備する請求項1-7のいずれか1つに記載の直接スペクトラム拡散信号の取得方法。
【請求項９】
ビット・エッジに亘る積分を回避することによって積分結果を得るための積分手段を含む直接スペクトラム拡散信号受信器において、前記時分割手段によって、受信信号を、複数のチャネルの各々に亘って、交互に、複数の信号チャンクに分割するように機能するように構成されている、時分割手段と複数のチャネルとを備え、各々のチャネルが、前記信号チャンクのシリーズを保持するように構成されていて、かつ、前記信号チャンクのシリーズのうちの1つの前記信号チャンクが、前記ビット・エッジが欠如するように、信号ビット周期に応答して前記分割を制御する手段を含むことを特徴とする直接スペクトラム拡散信号受信器。
【請求項１０】
請求項2-8のいずれか1つに記載されている方法ステップを実行するために準備されている請求項9に記載の直接スペクトラム拡散信号受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビット・エッジに亘るコヒーレント積分、従って、相関を回避する手法で、マルチプル・ビット周期に亘る積分を使用する、直接スペクトラム拡散信号の収集方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、公知であるように、全地球位置測定システム（GPS）受信器は、正確にその位置を計算するために、複数のGPS衛星から同時に伝送される、直接スペクトラム拡散信号（以下、「GPS信号」と称す）の到着の相対時刻を決定する。この決定には、GPS受信器から各々のGPS衛星までの疑似距離の計算が、関係する。この疑似距離により、各々の衛星からの受信信号と局所クロック信号との間の測定される時間遅延が表される。
【０００３】
GPS受信器は、通常、疑似距離の決定には、相関方法を使用する。一旦、GPS衛星からRF信号が受信されると、そのRF信号はダウンコンバートされる。相関受信器は、この受信信号と格納されているコード信号とを乗算するように構成されている。この乗算された信号は、その後、相関プロセスを完結するために積分される。その後、受信信号と遠隔クロック信号との間の時間遅延が決定されると、直接スペクトラム拡散信号が取得される。
【０００４】
さらに、現在のGPSを実施する場合、GPS信号の減衰が顕著な領域である、たとえば、都市部の谷間または屋内では、GPS受信を行うことができないことも理解されている。積分時間を長くすればするほど、GPS受信器により得られる感度を、向上させることができると理解されているが、GPS受信器は、一般に、最大１ msに対し信号を積分するように構成されている。確かに、積分周期をより長くすることが可能であれば、過酷な信号環境、特に、屋内において、GPS信号を取得出来ることは判るであろう。
【０００５】
GPS受信器の場合、直接スペクトラム拡散信号の収集時間と感度との間に、トレードオフがあるということは、理解されている。感度は、直ちに向上させることが出来るが、これは、直接スペクトラム拡散信号の収集時間を悪化させる。現在のGPSの実施にはシリアルサーチが行なわれている状況で、感度と収集時間との関係が非線形である理由により、これが問題になることは判明している。例えば、積分された電力の雑音変動を減少させることによって処理ゲインを、達成することが出来ることは、以前から言及されている。このことは、コヒーレントおよび／または非コヒーレントのいずれにおいても、実行することができる。非コヒーレント電力和Nの関数としての処理ゲインおよびサーチ時間と、ミリ秒でのコヒーレント・プレ検出インターバル（PDI）とは、以下のように表すことができる。すなわち、
【０００６】
処理ゲイン ＝ 10 log [PDI√N] dB
【０００７】
サーチ時間増加 ＝ PDI（増加したPDIに起因する）× PDI（周波数ステップの減少に起因する）× N（非コヒーレント和の数）= N ×（PDI)2
【０００８】
したがって、コヒーレントPDI = 10 ms、かつ、非コヒーレント和10の場合、100 msのサーチ時間に対して、処理ゲインは15デシベルであるが、サーチ時間が1000倍増加するということは、理解することができる。
【０００９】
このため、信号の検出に15デシベルの処理ゲインが、必要である場合には、収集時間が、1秒の範囲から30分以上まで増大してしまうので、収集時間は問題となる。
【００１０】
したがって、高感度を可能にするが、計算時間に、結果的には、収集時間に重大な影響を与えない、長時間積分技術は、有利である。さらに、補助を必要とせずに、有効性が判る技術を有することは価値がある。
【００１１】
長時間積分技術は、通常、補助メッセージの受信に基づいている。特許文献1は、例えば、GPS時間信号の送信を開示する。さらに、公知のいくつかの技術は、50 msまでのコヒーレント積分に基づき、または、入力信号の10 msのチャンクの非コヒーレント和をもたらす非コヒーレント積分に基づいている。
【００１２】
一方、コヒーレント積分が、オプションの積分形態を含むということは、理解されている。このような積分は、ビット−サーチを用いてプロセス信号のビット極性を決定することを必要とし、かつ、更に以下に説明される、ビット・エッジの位置を決定することを必要とする。
【００１３】
位相機能を創出するために、広帯域幅において位相の最初を検出することにより、如何なるプレ検出または帯域も、ビット・エッジと同期させる必要性を無くし、かつ信号がコヒーレントである20msのデータビット時間に一致するまたはその時間内にある期間にわたって平均化する処理スキームが、提供されている、2チャネル高速シーケンス高ダイナミクスGPSナビゲーション受信器が、特許文献2に開示されている。
【００１４】
これにより、入力信号のビット・エッジに亘る相関の可能性は、非常に減少するが、それにもかかわらずこの特許公報に開示されている処理ステップは、極めて複雑で、かつ、潜在的に信頼できないことが判明している。
【００１５】
したがって、本発明は、ビット・エッジに亘って積分することを必要とせずに、単純でかつ有効な手法でコヒーレント積分を実行することが出来る、GPS信号を受信する方法及び装置を提供するものである。
【００１６】
【特許文献１】
国際公開第00/14560号パンフレット
【特許文献２】
米国特許第6191730号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一つの態様では、受信信号を、少なくとも2つの前記チャネルに、交互に、複数の信号チャンクに時分割し、その後、各々のチャネルが、信号チャンクのシリーズを保持し、前記信号チャンクのシリーズのうちの1つの前記信号チャンクが、前記ビット・エッジを含まないように、前記分割が、前記信号ビット周期に応答するタイミングで制御されていることを特徴とする直接スペクトラム拡散信号の取得方法が提供される。
【００１８】
このようなタイミングで信号の分割を制御するので、ビット・エッジがないことを示す信号を、単純でかつ信頼できる方法で、チャネルに提供することが可能になることは、容易に判るであろう。
【００１９】
ビット・エッジが欠如している信号をコヒーレント積分する結果、明確な検出が単純に与えられることになるので、どのチャネルが、ビット・エッジの全てを含むかについて知る必要がないことも好ましい。
【００２０】
請求項2の特性は、本発明の利点を達成するための特に単純な手法を提供するという利点がある。
【００２１】
請求項3、4及び5の特性は、本発明が、公的に利用可能なモバイル通信装置用に構成されるGPSシステムと共に用いられることに、有利となる。さらに、これらの特性は、民間GPS用に利用可能な粗捕捉（coarse/acquisition：CA）コードで発生する20 msのビット周期を、特に、対象とする。
【００２２】
請求項5及び6の特性は、本発明の適合性に合致するという利点がある。
【００２３】
本発明の別の態様では、ビット・エッジに亘る積分を回避することによって積分結果を得るための積分手段を含む直接スペクトラム拡散信号受信器において、前記時分割手段によって、受信信号を、複数のチャネルの各々に亘って、交互に、複数の信号チャンクに分割するように機能するように構成されている、時分割手段と複数のチャネルとを備え、各々のチャネルが、前記信号チャンクのシリーズを保持するように構成されていて、かつ、前記信号チャンクのシリーズのうちの1つの前記信号チャンクが、前記ビット・エッジが欠如するように、信号ビット周期に応答して前記分割を制御する手段を含むことを特徴とする直接スペクトラム拡散信号受信器、が提供される。
【００２４】
本発明は、既述した方法ステップを実行するための手段を含むことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、添付の図面を参照して、一例として、更に以下に記載されている。
【００２６】
最初に図1を参照すると、ここには、本発明に従って動作するように構成されているGPS受信器10が、ブロック形式で図示されている。
【００２７】
GPS受信器10は、GPS受信器10内にIF信号を提供するために、RF/IFコンバータ14に、順々に供給されるGPS衛星信号を受信するための、GPSアンテナ12を含む。このIF信号は、ディジタル出力を、メモリ18に供給するA／Dコンバータ16に供給される。
【００２８】
その後、メモリ18内に格納されたデジタルIFデータは、分割分離器20を用いて、第1の信号および第2の信号に分割され、これらは、それぞれ、受信器10内の第1のチャネル22および第2のチャネル24に供給される。各々のチャネル22、24は、それぞれの信号を、それぞれの相関器26、28に供給し、これらの相関器は、他の動作の間に、積分およびこれらの相関を用いてこれらの信号を処理する。このようにして、積分および相関を用いて取得されるGPS信号は、GPS受信器10の位置などを計算するためにディジタル信号プロセッサ30に供給される。
【００２９】
図2を参照して、信号を分け、かつ、2つのチャネルに分配する手法について、更に説明する。図2では、入力信号Aのトレースが図示されており、この例では、20 msのビット周期を有するC／A生成信号を有する。垂直な破線は、信号が、交互に分ける10 msの時間周期を図示する。このように、信号トレースAから分割された第1、第3及び第5等のチャンクは、一方のチャネルに供給され、これに対して、信号トレースAから分割された第2、第4および第6等のチャンクは、他方のチャネルに供給される。このような分割および2つの信号への交互の配分は、継続して、2つのトレースB及びCが提供される。たとえば、トレースBは、チャネル22に供給される信号で、トレースCは、チャネル24に供給される信号である。
【００３０】
理解されるように、各々のチャンクの長さを適正に選択することによって、チャネルのうちの一方の信号は、トレースBで図示されるように、いかなるビット・エッジも含まない。
【００３１】
このように、元の信号Aは、2つのチャネル間で、交互に、チャンクに分けられ、その後、これらのチャンクのシリーズは、GPS衛星を取得するために独立に処理される。この例では、各々のチャネルは、元の信号Aの10 msのチャンクを伝達する。一方のチャネルはビット・エッジを有しておらず、他方のチャネルはビット・エッジを全て含んでおり、そのためこれは廃棄することができる。
【００３２】
ここで、相関は、10 msの複数のチャンクに亘って実行されるが、それらの結果は、「奇数」および「偶数」のチャネルに分割される。すなわち、例えば、0〜10 ms、20〜30 ms、40〜50 ms等からの結果は、偶数チャネルに属し、10〜20 ms、30〜40 ms、50〜60 ms等からの結果は、奇数チャネルに属する。上述したことおよび図2から判るように、チャネルのうちの一方は、ビット・エッジの全てを含み、従って、他方のチャネルは、全くビット・エッジを含まないであろう。この技術思想は、両方のチャネルに、独立してビットサーチを使用するコヒーレント積分を実行することによって、一方のチャネルが、ビット・エッジによる影響を受けることがなく、それゆえ、信号が存在する場合、明確な検出結果を生じるであろうと言うことである。
【００３３】
したがって、本発明の方法は、コヒーレント積分が損傷することを回避しようとする際に、ビット・エッジを決定する複雑さを減少させるように機能させることができる。例えば、20ビットのエッジ位置に亘ってサーチを行わなければならないことに代えて、元の信号から得られかつビット・エッジが欠如した信号トレースが、このようなサーチを必要とせずに、元の信号の時分割と分離のみにより達成される。
【００３４】
一旦、GPS信号が、チャネルのうちの一方で取得されると、他方のチャネルに戻り、かつビット・エッジの実際の位置を決定し、それ故、疑似距離の測定で、記録されたデータの全体を用いることが、単純な手法になることは、有利である。このような手法で他方のチャネルを用いることにより、最初に元のデータの半分のみを考慮することによって失われた、潜在的な3dBのS／N比ゲインを取り戻すことが可能となる。
【００３５】
したがって、上記の技術が組み込まれたGPS受信器10は、直接スペクトラム拡散信号の高速取得を、高感度で、実現することができる。
【００３６】
つぎに、図3を参照すると、ここには、トレースDとして図示されている入力信号が、トレースE〜Hによって図示されている4つの信号に分けられた、本発明の他の実施例が図示されている。
【００３７】
この場合にも、入力信号Dは、20 msのビット周期を示すものと仮定されている。しかしながら、この例では、元の信号Dの各々の交互のチャンクは、相互に5 msオフセットしている、15 msの部分を具備する。
【００３８】
理解されるように、トレースFは、ビット・エッジがないことを示しているので、正確なコヒーレント積分のための材料を形成することができる。このように、トレースFを伝達するチャネルは、ビット・エッジの遷移による影響を受けない唯一のチャネルであるので、保証された15 msのコヒーレント積分周期を提供する。更なる代替例の場合、15 msのチャンクが、20 msオフセットされ、かつトレースE〜Hを保持する各々のサブチャンネルで合計される場合には、nチャネルに対して、n×15 msの総積分周期を、達成することができる。一般的に、nチャネルに対して、（20-20/n） msを、コヒーレントに積分することができ、そして、これは、期待される利点が、チャンクの周期が20 msに近づくに連れて減少することを示している。
【００３９】
本発明が、上述の実施例の詳述したものに、限定されないということは、理解されるべきである。本発明は、例えば、直接スペクトラム拡散信号を使用する、いかなるポジショニングシステムにおいても、有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を具体化しているGPS受信器のブロック図である。
【図２】本発明に従う一実施例の受信信号を分ける手法を図示しているタイムチャートである。
【図３】本発明に従う他の実施例の受信信号を分ける手法を図示しているタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
10  GPS受信器
12  GPSアンテナ
14  RF/IFコンバータ
16  A／Dコンバータ
18  メモリ
20  分割分離器
22  第1のチャネル
24  第2のチャネル
26  相関器
28  相関器
30  ディジタル信号プロセッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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