(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有しており、受信された信号は、所定の変調スキームに従って送信器から送信され、送信された時間と周波数とを有する、スペクトラム拡散システムの受信器の作動に関する方法であって、受信された信号と送信された信号との間には時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでいる方法において、
受信器で、送信器時間からシフトされた時間パラメータと送信器周波数からシフトされた周波数パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される信号を生成する段階と、
前記受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、前記受信された信号の受信された時間と周波数と、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータとの間のそれぞれの相関度を作り出す段階と、
前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで置き換えられ、周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出す段階と、
前記相関度を前記計算式の値と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求める段階と、から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記相関の値を表示する計算式は、時間と周波数のオフセットを、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータと共に前記相関面上にマッピングすることによって導き出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器から送信される、スペクトラム拡散システムで作動する受信器であって、受信された信号と送信された信号との間には、時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでいる受信器において、
受信器で、送信器時間からシフトされた時間パラメータと送信器周波数からシフトされた周波数パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される信号を生成する手段と、
前記受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、前記受信された信号の受信された時間と周波数と、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータとの間のそれぞれの相関度を作り出す相関付け手段と、
前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算手段と、
前記相関度を前記計算式の値と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求めるための比較器と、を備えていることを特徴とする受信器。
【請求項４】
受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器から送信されるスペクトラム拡散システムで作動する、受信を同期化するための搬送波上のコンピュータプログラムであって、受信された信号と送信された信号との間には、時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでいるプログラムにおいて、
受信器で、送信器時間からシフトされた時間パラメータと送信器周波数からシフトされた周波数パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される信号を生成する手段と、
受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、前記受信された信号の受信された時間と周波数と、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータとの間のそれぞれの相関度を作り出す相関付け手段と、
前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算手段と、
前記相関度を前記計算式の値と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求めるための比較器と、を備えていることを特徴とするプログラム。
【請求項５】
受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器から送信されるスペクトラム拡散システムで、受信器を同期化するように働くコンピュータプログラムにおいて、
受信された信号と送信された信号との間には、時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでおり、前記同期化のため、コンピュータに、
受信器で、送信器時間からシフトされた時間パラメータと送信器周波数からシフトされた周波数パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される信号を生成する手順と、
前記受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、前記受信された信号の受信された時間と周波数と、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータとの間のそれぞれの相関度を作り出す手順と、
前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算をする手順と、
前記相関度を前記計算式の値と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求める手順と、
を実行させるコンピュータプログラム。
【請求項６】
受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数と共に送信器から送信されるスペクトラム拡散システムで作動可能な受信器を含む携帯型無線通信装置において、受信された信号と送信された信号との間には、時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでおり、前記受信器は、
受信器で、送信器時間からシフトされた時間パラメータと送信器周波数からシフトされた周波数パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される信号を生成する手段と、
前記受信された信号の受信された時間と周波数を、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータと相関付けて、前記受信された信号の受信された時間と周波数と、前記期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータとの間のそれぞれの相関度を作り出す相関付け手段と、
前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで置き換えられ周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出すための演算手段と、
前記相関度を前記計算式の値と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求めるための比較器と、を備えていることを特徴とする携帯型無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、スペクトラム拡散遠隔通信システムに適用可能であり、厳密にいえば、当該システムで使用するための受信器に関する。
【０００２】
（従来技術）
遠隔通信では、２つのよく知られたスペクトラム拡散システムの例として、ＣＤＭＡとＷＣＤＭＡが挙げられる。他の例としては、全地球測位システム（ＧＰＳ）がある。全地球測位システム（ＧＰＳ）は、高精度で地球上のどんな位置でもピンポイント指摘できる能力を有する、受信器の位置、速度、時間（ＰＶＴ）に関する情報を提供する宇宙空間ベースの人工衛星航法システムの一例である。宇宙空間ベース衛星航法システムのこの他の例としては、ＴＩＭＡＴＩＯＮ、ｔｒａｎｓｉｔ、ＧＬＯＮＡＳＳが挙げられる。
【０００３】
ＧＰＳは、通常、３つのセグメントに分割され、それは、
−主に、人工衛星と、人工衛星の発する信号とから成る宇宙空間セグメントと、−人工衛星の配置を監視し、維持する制御セグメントと、
−ＧＰＳ受信器、機器、データ収集、及びデータ処理技法から成るユーザーセグメント、である。
【０００４】
ＧＰＳ配置は、通常、地球を２４時間毎に周回する２４の人工衛星（以下、単に衛星と呼ぶ）で構成されている。受信器が正確にその位置を正確に定めるためには、最低４つのＧＰＳ衛星がＧＰＳ受信器から見渡せる位置になければならない。要約すれば、各衛星は信号を放送し、ＧＰＳ受信器がこの信号を受信してデコードし、それから、経過時間と呼ばれる、信号が受信器に到達するのに要する時間を計算する。次に、受信器は、経過時間に電磁放射の速度を掛け、衛星から受信器への距離範囲を求める。ここから受信器の３次元の距離、速度及び時間を算出するため、受信器は三角測量計算を行う。三角測量には、衛星によって与えられる４つの基準点の間の点の交差を計算することが含まれ、この交差が３次元空間内の位置を決定、即ち突き止めることになる。
【０００５】
しかし、距離範囲測定には、本来的に、衛星の非同期オペレーションとユーザーの時計によって作り出される、測定に共通の誤差を含んでいることに留意しておかねばならない。これが、測距を行うためにＧＰＳが４つの衛星を使う理由である。３つのＧＰＳ衛星からの測定値を使えば、ＧＰＳ受信器は、その３次元位置を表す３つの未知のパラメータを計算することができるが、４番目のＧＰＳ衛星を使えば、ＧＰＳ受信器は、ユーザーの時計の誤差を計算することができ、従ってより正確な時間の測定値を求めることができる。
【０００６】
衛星による信号放送は、無線周波数（ＲＦ）測距コードと、スペクトラム拡散技法を使って送信される航法データメッセージとを備えている。測距コードにより、ＧＰＳ受信器は信号の経過時間を測定し、それによって衛星と受信器との間の距離範囲を求めることができる。航法データメッセージは、衛星の軌道経路に関する所定の情報に基づいており、従って、信号が送信されたときの衛星の位置の表示を提供する。
【０００７】
衛星によって生成される、エンコードされる信号は、ランダムバイナリチップのシーケンスを表す疑似ランダムノイズ（ＰＲＮ）コードの形態をしており、各衛星が、有限の間隔で反復する固有のＰＲＮシーケンスを送信している。ＧＰＳには、軍用にリザーブされている、チッピング速度１０．２３ＭＨｚを有する精密コード（Ｐコード）と、商用及び個人使用に割り当てられている、チッピング速度１．０２３ＭＨｚを有する航路捕捉コード（Ｃ／Ａコード）がある。チップは１か−１である。このコードは、２つのＬ−バンド周波数、１５７５．４２ＭＨｚのリンク１（Ｌ１）と１２２７．６ＭＨｚのリンク２（Ｌ２）とで送信される。Ｌ１上のコード割り当ては、航路捕捉コード（Ｃ／Ａコード）と精密コード（Ｐコード）であり、Ｌ２上は精密コード（Ｐコード）だけである。
【０００８】
Ｃ／Ａコードは１０２３ビットの疑似ランダム（ＰＲＮ）コードで構成され、各ＧＰＳ衛星には異なるＰＲＮコードが割り当てられている。更に、５０Hzの航法データメッセージが、Ｃ／Ａコード上に重ね合わせられ、上記データを保有している。このように、受信器は、衛星からの信号を、提出されている特定のＣ／Ａコードで利用して、疑似距離範囲測定を行うことができる。
【０００９】
次に受信器に関してであるが、今日では広範囲のＧＰＳ受信器を利用することができ、通常、ＧＰＳ受信器の内部アーキテクチャは、着信衛星信号を最初に処理するフロントエンドを備えており、その後に、アルゴリズムを適用して受信器の位置、速度、時間を求める信号処理ステージが続いている。
【００１０】
基本的に、フロントエンドは、スーパーヘテロダイン受信器のものと同じである。信号は、ＧＰＳアンテナで検知され、低ノイズ増幅器に送られる。増幅後、信号は、より低い作動周波数にダウンコンバートされる。これは、ＧＰＳ信号をもう１つの定周波数信号と混ぜ、又はヘテロダイン化して行われる。この混ぜる信号はローカルオシレータにより作られる。２つの信号を混ぜると、元のと、２つの周波数の和と差が出力される。後続ステージのフィルターは、差の周波数だけを選択して、他を排除する。ダウンコンバージョン段階で作られる差の周波数は、中間周波数ＩＦと呼ばれる。信号は、次にＡＤ変換器でアナログからデジタルに変換される。ＡＤ変換器の出力レベルは、電圧比較器でモニターして、レベルが閾値レベルを越えているか下回っているかチェックされ、自動ゲイン制御器が、ＩＦ増幅器のゲインを継続的に調節し、一定の出力レベルを維持する。ＡＤ変換器からのデジタル信号は、測距プロセスを取り扱う信号処理の幾つかのステージへの入力として使われる。
【００１１】
先に述べたように、測距プロセスの目的は、着信ＰＲＮコードを使って衛星から受信器までの距離を計算し、衛星により送信された信号が受信器に到着するのにどれほど要しているかの時間を定めることである。これを行うため、各受信器は、各衛星がＰＲＮ信号発生器を使って送信するコードの正確なパターンを生成する能力を有している。特定の衛星から受信される着信信号は、チップを送信する時間の単位で測定した、衛星から受信器に達するまでに要する時間が常に分かっているわけではないので、内部位相とは位相外れとなりがちである。内部的に生成された、特定の衛星からの期待されるＰＲＮ信号は、比較した場合に受信信号と調和するように、適切に遅延させるか、移相させる必要がある。調和の強さは、２つの信号のフラグメントの間の相関関係から測定することができる。受信したシーケンスのフラグメントを、衛星からの期待される信号の対応するフラグメントと相関付けるのは普通に行われている。デジタル化された期待される信号は周期的であるので、内部的に生成されたシーケンスは、シーケンスを回転させて遅延させることができる。２つの信号を調和させるのに必要な移相又はオフセットの量が、受信器に、衛星を離れ受信器に到着する信号の間の時間遅れの測定値を提供する。この測定値を使って、距離範囲が導き出される。
【００１２】
原理的には、信号が特定の経路で衛星から受信器に到達するのに要する時間が分かれば、その経路で受信器に到着する信号に比例する信号を予測することができ、相関器からの出力は、その経路内のエネルギと相当量関係していることになる。しかし、そもそもこの時間間隔が未知である。普通は、ある形態の探索アルゴリズムを使って、各重要な経路に関する到達に要する正確な時間を取得する。期待される信号のフラグメントをｍ個のシフト位置でシフトすることによって信号は（少なくとも２０ｍｓの間）周期的になるので、ミリ秒のサンプリング周期でｍ倍された遅れをシミュレートすることができる。種々の遅れが試みられ、相関器の出力がモニターされる。適切であると識別された遅れは、最高の相関出力を作り出すものである。サブチップサンプリング（チップ当たり４サンプルが現在では普通）を採用すると、高い値が、ｍ回転の内約４つに得られる。これら４つの近接する回転から最高の相関関係を生み出す回転を使って、信号が衛星から観察者に到達するのに要した時間が計算される。一旦時間が評価されると、この時間内の変化が、種々の追跡アルゴリズムを使ってモニターされる。
【００１３】
スペクトラム拡散システムについてより一般的に述べると、送信される情報全てを１つの受信したパルスから検索できるわけではない。例えば、ＷＣＤＭＡでは、各データエレメントは、個々のシステムユーザーに特有の正及び負のビットのストリングから成るコードを使って変調され、データパルスのセットを作る。そのセット全部が送信される。これにより、送信されたパルスの１つのサブセットだけしか正確に受信できなかった場合でも、データエレメントの値を検索することができるようになる。しかし、ビットの値は、アナログシステムの場合に様に個々のパルスからではなく、受信した全ての正確なパルスと不正確なパルスの両方を使って計算される。
【００１４】
従って、ＷＣＤＭＡのようなスペクトラム拡散システムは、ＧＰＳ測距システムとの関係で先に述べたものとかなり似た同期化技法を使う。例えば、ＷＣＤＭＡ受信器では、拡散ユーザー信号と（反）拡散コードとの間に正確な同期化があれば、ユーザーデータは、所望の拡散信号から、受信器に既知の反拡散コードによって検索される。
【００１５】
（発明の要約）
このような背景に対し、本発明はその一態様において、受信器で受信された信号が、受信された時間と周波数とを有しており、所定の変調スキームに従って、送信された時間と周波数を有する送信器から送信される、スペクトラム拡散システムの受信器の作動に関する方法であって、受信された信号と送信された信号との間には時間オフセットと周波数オフセットがあり、受信器は、所定の変調スキームによる事前定義された相関面を含んでいる方法において、
受信器で、送信器周波数からシフトされた周波数パラメータと送信器時間からシフトされた時間パラメータとを備えた時間と周波数の関数である、期待される信号を生成する段階と、
受信された信号の送信器の時間と周波数に基づく受信された信号を、期待される信号の時間と周波数のシフトされたパラメータに基づく期待される信号と相関付けて、両者間のそれぞれの相関尺度を作り出す段階と、
前記相関面を使って、時間においては時間オフセット・プラス・時間シフトで置き換えられ、周波数においては周波数オフセット・プラス・周波数シフトで置き換えられた点における相関の値を表示する計算式を導き出す段階と、
相関尺度を計算式と比較し、時間オフセットと周波数オフセットを求める段階と、から成る方法を提供する。
【００１６】
本発明では、受信したベースバンド信号を、非理想的、即ち局所的に（即ち、受信器で）再構築された信号と相関付けるプロセスの結果を計算するように設計されているアルゴリズムを具現化する、方法と対応する手段が提供されている。この文脈において、非理想的とは、使用される周波数が、実際の周波数（即ち送信器周波数）とは一致せず、使用される時間が、実際の時間（即ち送信器クロック時間）とは一致しないということを指している。時間と周波数における相関オフセットの所与のセットの結果として、アルゴリズムを使って、信号処理においてａ）実際のオフセットは何か、ｂ）実際の時間は何か、を識別することができる。従来のＣＤＭＡ及びＧＰＳシステムビット同期化では、自動周波数制御（ＡＦＣ）と符号復調が別々に処理される。本発明は、これらの行為を同時に処置する。
【００１７】
本発明のこの他の態様と特徴は、請求項に定義する。
本発明を使えば感度は高くなので、本発明は、特に、弱い信号の追跡と復調に有用であり、送信された信号の受信とその同期化を改良する。より具体的には、先行技術の方法では、例えば建物の中など着信信号の弱いところでＧＰＳ位置を定めるためには、しばしば長い相関関係付けを実行する必要があった。しかし、本発明を使えば、相関関係付けは短縮化され、送信されるビットシーケンスに関する事前知識無しに同期化できるようになる。例えば、先行技術では、ＧＰＳに関する相関付け期間は１／２秒オーダーである。本発明では、相関付け期間は２０ミリ秒オーダーである。更に、既知のＧＰＳでは、２０ミリ秒以上の相関付けを行うには、チップによって変調されるデータを知る必要がある。本発明では、弱い信号に対してもビット同期化と復調を行いながら、２０ミリ秒以下で相関付けができるので、その必要はない。
【００１８】
本発明の好適な特徴とその対応する利点は、本発明の種々の実施例に関する以下の説明で理解頂けるであろう。そのような実施例は、本発明を実施する際の特定の方法を例示するに過ぎないが、添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（好適な実施例の詳細な説明）
ＷＣＤＭＡ、ＧＰＳ、ＴＤＤのようなスペクトラム拡散システムでは、アナログシステムとは違って、メッセージ符号内の情報をデコードするには、１つの受信パルスでは不十分である。通常、スペクトラム拡散システムでは、各システムユーザーは、例えば｛１，−１，１，−１，−１，１｝のような１と−１のストリングから成る固有のコードを有している。送信されるビットストリームの各ビットは、次に、ユーザーに割り当てられている固有のコードを使って拡散され、多数のパルスが作られる。パルスストリームを受信されると、受信されたメッセージをデコードするため相関オペレーションが実行される。正しく受信された拡散ビットの数が多いほど、相関度は高い。相関付けは、一般的に、受信された拡散ビットに既知の固有のコードを掛けることによって行われる。ビットが正しく受信されていれば、結果は大きな正の数となる。そうでない場合は、小さいか、又はノイズの中に埋没する。スペクトラム拡散システムでは、受信されたエラーの数か、ビットエラー率が、信号の強さを表示する。
【００２０】
本発明は、ビット同期化と周波数同期化を共に入手することに関係している。本発明は、同期化に使用される信号の一部が受信器に既知であるという識見を利用している。受信器が信号を再構築するのに使用する周波数ｆと時間ｔとは、未知と見なされている。通常、スペクトラム拡散システムでは、受信器のクロックは、特定の精度までで働くように要求されており、未知なのは、それが理想（即ち送信器）のクロック周波数から偏位している程度である。方程式が設定され、次に、これら未知のものに関して解かれる。
【００２１】
本発明に従って作動している受信器は、中に相関面を記憶しており、着信信号は、処理され、相関面と比較され、計算が行われて、周波数オフセットと時間オフセットの未知の変数の解が求められる。周波数オフセットと時間オフセットを手に入れるこれら各態様を、以下詳細に、各節毎に説明する。なお、本発明を実施する好適な方法を、ＧＰＳを例にとって以下説明するが、説明する方法はもっと一般的に全てのスペクトラム拡散システムに適用できるものと理解されたい。
【００２２】
相関面の定義付け
本発明の準備のステージで、相関面が定義される。相関面は、送信器の拡散コードに関する知識から導き出される。従って、相関面は予め求めてプロットすることができる。図１は、ＧＰＳ変調信号の場合の理想的相関面を、共に変化する周波数Δｆ及び時間Δｔの関数として示している。
【００２３】
相関は、２つの入力が与えられたときに１つの値を出力する処理である。この値は両入力が同じ場合は１に設定される。２つの信号の周波数が少量違うにつれて、値は減少する。同様に、相関の値は、１つの信号が第１のクロックからオフセットしているクロックを使って生成されている場合には、減少する。
【００２４】
従って、相関処理は、２つの入力、即ち時間オフセットと周波数オフセットの関数として特性付けることができる。この２つの値を有する関数は、凸面を記述する。
【００２５】
数学的には、理想相関面は以下のようにして求められる。
理想相関関数は、受信された関数の相関の値である時間ｔにおいて、
ｒ[ｔ]
は、ｆ０を理想周波数として、
ｓ[ｆ０，ｔ]
に等しかった、と定義される。すると、理想相関は以下の式で与えられる。
【数１】
0004677161.tif 000002
大抵の場合、関数は静止しており、時間ｔから独立していると仮定される。
【００２６】
この場合、相関面は既に定められており、面は恐らくボックススプラインを使ってより効率的に近似することができる。別の方法では、面の計算をする必要はない。点における面の値は、図２及び３に示されている線図を使って、入力テストビットとしての下記の増分変数に対して求めることができる。
【数２】
0004677161.tif 000003
【００２７】
更なる改善として、処理のチェーンにＩＦフィルターとシステムクロックを含めることにより、ＩＦフィルターとクロックのアレン分散によってシステム（例えばＧＰＳ受信器）に導入される劣化を組み込むことができる。これらは、異なる整数値１及びｊに対して実験的に求めることができ、相関面は内挿とボックススプラインを使って得ることができる。面は滑らかなので、３次スプラインで十分であると思われる。必要なスプラインの次数は、点の分離によって決まる。別の方法として、相関面は、参照テーブルの形態で提供してもよい。
相関面は、このように、予め定義され、受信器のメモリに記憶される。
【００２８】
受信されたＧＰＳ信号の表現
本節では、受信器で受信された着信信号の数学的変形／表現について述べる。受信器に到着する際、送信器によって送信された信号は、２つ以上の経路に沿って、自然の又は人工の障害に反射されている。従って、信号は２つ又はそれ以上の異なる経路に沿って到着し、互いに時間で分離される。各経路毎に同期化／相関が生じるチップを識別するため、各経路毎に、最大相関パワーの点を求める必要がある。
【００２９】
数学的表現を設定するため、先ず、変数のセットが以下のように定義される。
受信器のベースバンドにおける時間は、ｔReで表される。
送信器における時間は、ｔで表される。
受信器を組み上げるのに関連する問題の１つは、正しい周波数を生成することである。送信器における周波数（即ち所望の送信器周波数）は、ｆ０で表され、これは定数である。
受信器が作動している周波数は、ｆReで表される。
【００３０】
次に、各受信器と送信器のクロックの間の差異は次のように表される。
ｆＲＥ−ｆ０＝Ｆｏｆｓｅｔｔ
送信器で送信された信号ＳTr[ｔ]は、特定変調スキームに従って、送信器エンコードビットシーケンスの一般式として次のように表すことができる。
【００３１】
【数３】
0004677161.tif 000004
ここに、Chip[l]、B[k]は既知のアルファベット（例えば、（0,1）、（-1,1）等）から引き出される。ＣＤＭＡでは、Chip[l]は、全てのl=0,1,2,...M-1に対して既知である。k0を定数として、Abs[t]＞k0Tに対し、f[t]＝0である。又ここに、
B[k]  は送信されるｋ番目のビットであり、
T  はビット期間であり、
Tc  はチップ期間（符号期間とも言う）であり、
M  はコードの拡散係数であり、
T==TcM    であり、
ｇ[f,t]  は変調器の周波数と変調器のクロックの時間で決まる変調関数である。関数ｇは、ＧＰＳ、ＷＣＤＭＡなどの、スペクトラム拡散システムによって変わる。
【００３２】
上記のように、受信器における信号は、多くの経路を経由して到着した信号で構成されており、各経路にはそれぞれ遅延が伴っている。これは、以下のように表すことができる。
【数４】
0004677161.tif 000005
ここに、
α[m]  は信号長であり、ｍは経路のラベルである。
Δf[m]  は、送信器と受信器の間の相対運動によって起こる周波数のシフト（ドップラ偏移）か、又は信号の反射器の内の１つの受信器に対する運動によって起こる周波数のシフトであり、
Δt[m]  は、信号がｍ番目の経路を通って受信器に到着するのに要する時間である。
【００３３】
信号上で実行される処理は、フィルタリング及びミキシングのようなものと考えることができる。この点において、ＩＦフィルターは、単純化のためではあるがミキサーではないと考えられる。信号は、下記のベースバンド信号も表し、
【数５】
0004677161.tif 000006
＊  は、ここではコンボリューションオペレーションを表す。
【００３４】
従って、多重経路の結果としてのベースバンド信号は以下のように表される。
【数６】
0004677161.tif 000007
【００３５】
因数分解すると下記のようになる。
【数７】
0004677161.tif 000008
【００３６】
コンボリューションは以下のように表される。
【数８】
0004677161.tif 000009
【００３７】
受信器時間ｔReに関しては以下のようになる。
【数９】
0004677161.tif 000010
これは、ベースバンドにおける受信された信号の数学的表現である。
【００３８】
時間及び周波数シフトされた期待される信号（相関付け信号）との相関関係
相関付けのための入力の１つは、ベースバンド信号において受信された信号である。受信器のクロックによるこの信号は、以下で与えられる。
SIF[tRe]送信されているｋ番目のビットに関する相関付けに必要な他の信号は、以下で定義される相関付け信号である。
【数１０】
0004677161.tif 000011
この相関付け信号は、送信器が、ｋ番目の符号を拡散チップCh[l]を使って送信するために生成する信号の、局所的複製である。
【００３９】
受信器は、信号が到着するのに要した時間を確認しようとする。受信器は、そうする際に以下の相関付け信号を生成する。
CorrelatingSignal[k][f+μ,tRe+τ+ΔtRe [n]]
これは、ｎ番目の経路に対するものであり、それを到着する処理された信号と相関付けるが、ここに、
ΔtRe [n]  は、信号が受信器に到達するに要した時間、換言すれば時間遅れ、を受信器が評価したものである。この評価は、先に（例えば、受信器が追跡モードにあるとき）使用した値に基づいていてもいいし、或いは、受信器は探索モードにあって、粗い捕捉を行うために値を単に試算している場合もある。ここに、μ  は、数Hzオーダーの周波数のオフセットであり、
τ  は、チップ期間の何分の一のオーダーの小さな時間のオフセットである。
【００４０】
ｎ番目の経路からｋ番目のビットへの寄与を得るために相関付けを実行した結果は、以下のようになる。
【数１１】
0004677161.tif 000012
ここに、
【数１２】
0004677161.tif 000013
は、周波数において、
μ  だけシフトされた相関の結果であり、
τ  は、ｎ番目の経路に関する時間のオフセットである。
【００４１】
上記式に、ベースライン信号、
SIF[tRe]  を代入すると、以下のようになる。
【数１３】
0004677161.tif 000014
【００４２】
積分を実行する順序は以下のように変えてもよい。
【数１４】
0004677161.tif 000015
【００４３】
この後には変数の変化が続く。これは、最終出力が相関面にどのように関係しているかを数学的に表したものである。
T2=tRe+Δt[m]
式中、
【数１５】
0004677161.tif 000016
【００４４】
計算式中の積分をコンボリューションに置き戻せば、以下のようになる。
【数１６】
0004677161.tif 000017
【００４５】
相関面上へのマッピング
本節では、受信された信号の理想信号に対する時間と周波数のオフセットが、シフトされた時間と周波数の値と共に、相関面上にマップされ、計算式を提供する。相関面は、予め定義されている。
【数１７】
0004677161.tif 000018
【００４６】
時間と周波数の差異を相関式に入れると次のようになる。
【数１８】
0004677161.tif 000019
【００４７】
先に導き出された相関面の式を、ここで上記式に代入すると、以下のようになる。
【数１９】
0004677161.tif 000020
【００４８】
上記式は、下記の場合だけ、非ゼロである。
【数２０】
0004677161.tif 000021
先に指摘したように、同期化は、
f−f0−Δf[m]＋μ＝0
且つ、
−Δt[m]＋τ0＋ΔtRe[n]＝0
となるように
τ0
と
μ0
の値を定めようとする。
【００４９】
相関面を使った相関付け結果の予測
受信器を、ｎ番目の経路に関し時間と周波数の両方で同期化させるためには、調整を行う必要があり、このような環境では、値、
【数２１】
0004677161.tif 000022
は、以下の式で予測でき、
【数２２】
0004677161.tif 000023
ここに、他の全ての経路からの寄与はゼロであると仮定されている。単純化のため、B[k]の値は１とすると、以下のようになる。
【００５０】
【数２３】
0004677161.tif 000024
システムが完全には同期化されていないときは、時間は、
τ0  で調整する必要があり、周波数は、
μ0  で調整する必要がある。
【００５１】
従って、期待される結果は、以下のようになる。
【数２４】
0004677161.tif 000025
ＧＰＳシステムでは、オフセットは、Ｈｚでは、
μ  で、Tの単位では、
τ  で与えられ、相関面は以下のようになる。
【数２５】
0004677161.tif 000026
【００５２】
従って、周波数のシフトを０．１Ｈｚと０．１Ｔｃとすれば、以下の算術式が予想できる。
【数２６】
0004677161.tif 000027
これは、未知の、
μ0、τ0、α[m]  に関する算術式であることに留意せねばならない。
【００５３】
先に実行された相関の結果の実測値は、以下で表される。
【数２７】
0004677161.tif 000028
受信された信号にノイズが全くなければ、以下の式を設定できる。
【数２８】
0004677161.tif 000029
【００５４】
上記の場合では明らかなように、以下の方程式が、丁度３つの未知数を含めて得られる。
【数２９】
0004677161.tif 000030
３つの異なる方程式を設定すれば、未知数を求めることができる。しかし、これは、厳密には、システム内にノイズがある場合ではない。以下の算術式がノイズを含めて設定される。
【数３０】
0004677161.tif 000031
この式は、実際に測定された相関結果から予測された算術式を引き、引き算の結果を二乗することによって得られる。
【００５５】
これは、幾つかの異なる、
{μ，τ}  の値に対して実行される。
【００５６】
例えば、このオペレーションが実行される値のセットを、TimeFreqShiftsと表せば、
【数３１】
0004677161.tif 000032
となり、各エレメント、
μ  に対して、
TimeFreqShiftsでは、期待されるノイズな下記に従って計算される。
【００５７】
【数３２】
0004677161.tif 000033
但し、
λ＝{μ，τ}
【００５８】
次に、幾つかのノイズ寄与が、下記の未知数の関数としての全ノイズに対する算術式に到達するために一緒に加えられる。
【数３３】
0004677161.tif 000034
この式は、Costと呼ばれる。
【数３４】
0004677161.tif 000035
Costは、TimeFreqShiftsと下記の未知数のセットの陰関数である。
μ0、τ0、α[m]
この式を最小化し、コストを最も最小化する未知数の値を求めるためには、どのような標準的な数学的手法でも用いることができる。
【００５９】
例
本発明を実施する好適な実施態様の一例である以下の例は、コンピュータプログラムMathematica４で実行することができる。
値を見つけ出すのに使用できる１つの方法は、以下の例で、
τ0  と
μ0  に関して与えられる。
【００６０】
例示に含まれる全ての前提には、以下のような１つの経路が正確に存在する。−Δｔ[m]＋ΔtRe[n]＝0.4Tc
他の全ての経路に対しては、以下のように仮定される。
Abs[−Δt[m] ＋ΔtRe[n]]＞3Tc
f−f0−Δｆ[m]＝0.35Ｈｚ
強さを下記のようにしよう。
α[m]＝0.8
B[k]＝１と仮定しよう。
【００６１】
以下において、時間単位は全てTc、チップ期間と全ての周波数はHzとする。
この前提は、１つの経路上を追跡するシステムでは変わらない。これらの前提の下では、以下のようになる。
【数３５】
0004677161.tif 000036
【００６２】
ＧＰＳでは、相関面関数は以下のように計算される。
【数３６】
0004677161.tif 000037
この例では単純化のため、時間シフトと周波数シフトの対のセットは、これに関して、各経路毎に相関関数を評価するように定義されている。
【数３７】
0004677161.tif 000038
時間シフトと周波数の対は、都合よく、図４のトポロジ線図から取られる。
【００６３】
図４は、より多くの相関器を中心周波数に割り当てるトポロジ関数を示している。特定の状況の下では、最も可能性のある周波数により多くの相関器を割り当てるのが適切な場合がある。
【数３８】
0004677161.tif 000039
【００６４】
次に、以下の相関の結果を計算する必要があり、
【数３９】
0004677161.tif 000040
所与のベースバンド信号が、
{μ，τ}  の周波数と時間の分シフトされた信号と相関付けられる。
この結果は以下の形態で記憶するのが好都合であり、
【数４０】
0004677161.tif 000041
１つの特定の経路に関する、全ての異なる周波数シフト時間の組み合わせは以下のようになる。
【００６５】
【数４１】
0004677161.tif 000042
このリストは、OutputOfArrayOfCorrelatorsという用語で表される。
【００６６】
ＧＰＳでは、相関器の結果は以下のようになる。
【数４２】
0004677161.tif 000043
【００６７】
【数４３】
0004677161.tif 000044
【００６８】
これらを表にすると、以下のように導き出される値となる。
【数４４】
0004677161.tif 000045
既知であるのは、面に関する公式である。
【００６９】
【数４５】
0004677161.tif 000046
【００７０】
この場合以下のように与えられる。
【数４６】
0004677161.tif 000047
コスト関数は、これで、未知数を求めるのに最小化することができる。
【００７１】
ｔとｆの不確実性によって変わるが、このコスト関数から幾つかのアルゴリズムを展開することができる。
初期解を得るため、時間遅れと周波数遅れシフトの値が、最高相関値によってOutputArrayOfCorrelatorsから選択される。
【００７２】
【数４７】
0004677161.tif 000048
【００７３】
【数４８】
0004677161.tif 000049
以下の値に関し事前の知識がなければ、
f−f0−Δf[m]
これは、0.35Hzと仮定されており、
−Δt[m]＋ΔtRe[n]
これは、0.4Tcと仮定されている。
【００７４】
本発明は、その基本的属性から離れることなく、他の特定の形態で実現化することもできる。従って、本発明の範囲を示している上記説明よりも、特許請求の範囲及び他の一般的な記述を参照いただきたい。
【００７５】
更に、本明細書（特許請求の範囲を含む）に開示した、及び／又は図面に示した特徴は、それぞれ、他の開示され、及び／又は示された特徴とは独立して、本発明に組み込むことができる。これに関し、本発明は、明示的に、或いは、請求されている発明に関わるか、取り組んでいる問題の幾つか又は全てを緩和するかに関わりなく何らかの一般的表現で、ここに開示したあらゆる新規な特徴又は特徴の組み合わせを含むものである。
【００７６】
ここに提出する添付の要約は、参考文献として、本明細書に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例による相関面の例を示す。
【図２】  相関面を得るためのブロック線図である。
【図３】  相関面を得るためのブロック線図である。
【図４】  時間と周波数の対のプロットである。
【図１】
0004677161.tif 000050
【図２】
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【図３】
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【図４】
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