(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明のある実施例による信号受信の方法は、相関信号の統合の間に、推定または測定されたドップラシフトを補償することを含む。そのような方法は、ピークプロファイルｐ（ｔ）の合成ピーク位置を決定することと、この位置を補償に基づいて補正することを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号受信方法であって、前記方法は、
受信した信号を予め定めたコードシーケンスに相関付けることと、
この相関付けの結果に基づいて値を統合することであって、この統合の結果は、少なくとも１つの加えられたシフトに基づいており、前記少なくとも１つの加えられたシフトは、信号ドリフト判定に基づいていることと、
前記統合の結果における特徴位置を決定することと、
前記少なくとも１つの加えられたシフトに基づいて、前記決定された特徴位置に、補正を加えることとを備える。
【請求項２】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記予め定めたコードシーケンスは、擬似ノイズシーケンスである。
【請求項３】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記信号ドリフト判定は、推定されたドップラシフトに基づいている。
【請求項４】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記方法は、更にＧＰＳから信号を受信することを備える。
【請求項５】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記特徴は局所ピークである。
【請求項６】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記加えられたシフトは、前記受信した信号のサンプルを加えることと、ドロップすることとのうちの１つを含む。
【請求項７】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記特徴位置を決定することは、前記統合の結果に閾値を加えることを含む。
【請求項８】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記特徴位置を決定することは、前記統合の結果の複数のサンプルから補間することを含む。
【請求項９】
請求項１に記載の信号受信方法において、前記特徴位置を補正することは、ドリフト補正値を計算することを含み、
おのおの加えられたシフトについて、前記ドリフト補正値は、前記加えられたシフトと、前記シフトが加えられた受信信号の一部との積に基づいている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関し、特に、送信された信号に課せられたドップラ効果によって生じるシフトの補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信のための多くのアプリケーションは、受信した信号からタイミング及び／又は位置の情報を取得することを含む。そのようなアプリケーションは、時間にわたって、受信した信号内の特定の特徴又はパターンを位置決めし、追跡することを含む。ある例では、基地局は、移動電話から受信した信号を追跡し、この電話の相対速度を決定する。別の例では、受信機は、ＧＳＰシステムの衛星から受信した信号における遅延を識別することによって、その位置を計算する。
【０００３】
直接的なシーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳ：direct sequence spread spectrum）技術では、データ信号が、キャリア上で変調される前に、擬似ノイズ（ＰＮ：pseudo-noise）コードシーケンスを用いて拡散される。ＧＰＳシステムでは、あるそのようなコードシーケンスは、coarse acquisition（Ｃ／Ａ）コードと呼ばれる。受信信号が、同一のコードシーケンスで相関付けられる場合、相関ピークが取得される。この相関ピークの時間における位置は、信号の伝播遅延に関する情報を与える。この伝播遅延情報は、送信機と受信機との間の相対距離を決定するために使用されうる。
【０００４】
コヒーレントであるか、非コヒーレントであるかにかかわらず、時間にわたって相関結果を統合することが望まれる。例えば、個々の相関結果は、弱すぎるために、バックグランドノイズと識別することができない。従って、時間にわたった統合が、信号対ノイズ比（ＳＮＲ：signal-to-noise ratio）を改善するために適用される。
【０００５】
送信機と受信機との間の相対的な移動は、受信信号におけるドップラシフトをもたらす。ドップラシフトの１つの効果は、受信信号における拡散コードシーケンスを、時間にわたってドリフトさせることである。時間にわたってドップラシフトされた信号を相関付ける場合、相関ピークは、歪められる。この歪みは一般に、シフトされていない信号のコピーの相関の結果生じる相関ピークと比較して、相関ピークの広がりとして現れる。そのような歪みは、相関ピークの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を低減させる。これは、歪みがあるかないかに関わらず、ピークにおけるエネルギー量が同じであることを認識することによって理解することができる。しかしながら、歪んだピークでは、エネルギーの量は、より広げられる。さらに、ピークの歪み又は広がりは、相関ピークの時間における位置を決定するための精度を低下させる。
【発明の開示】
【０００６】
本発明のある実施例による方法は、受信信号を、予め定めたコードシーケンスと相関付けることと、この相関結果を統合することとを含む。ドップラシフトした信号を時間にわたって統合した結果、この統合の出力は、（例えば、推定されたドップラ時間シフトに基づいて）１つまたは複数の加えられたシフトを含む。この方法はさらに、（Ａ）統合の結果における特徴の位置を決定することと、（Ｂ）加えられたシフトに基づく補正を、この決定された特徴の位置に加えることとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本出願は、２００２年４月１日に出願された米国仮出願番号６０／３６９，４０６の優先権を主張する。
【０００８】
添付図面は、説明のみに役立つものであって、特定の特徴を正確に示すことや、特定の縮尺関係を示すことを意図するものではない。
【０００９】
図１は、受信信号の瞬時ピークプロファイルＰ（τ）を、コードフェーズτの関数として示している。ＰＮコードシーケンスを用いて信号が拡散される場合、このようなピークは、受信信号をコードシーケンスと相関付けることによって得られる。受信信号が拡散されるコードシーケンスのコードフェーズが、受信信号の逆拡散に使用されるコードシーケンスのコードフェーズと同期している場合、相関器は、相対的に高い出力信号を出力する。相関器からの相対的に高い出力は、２つのコードシーケンスのコードフェーズが同じであることを示している。「コードフェーズ」τは、受信信号を逆拡散するために使用されているコードシーケンスと、任意の参照ポイントとの間の関係を示す。もしも送信機と受信機とが互いに固定されているのであれば、コードフェーズにおけるピーク位置は、一定値（例えば、環境の変化を無視して）を維持するものと予測される。
【００１０】
送信機と受信機との間の距離が変化すると、結果として得られるドップラシフトは、ピークの位置（すなわち、コードフェーズ）の変化を引き起こす。ピークの動く方向は、送信機と受信機との間の距離が小さくなっているか、大きくなっているかに依存する。ピークの動きの大きさは、（反射のような環境的な効果を無視して）受信機に対する送信機の相対速度に直接的に比例する。
【００１１】
図２は、（コードフェーズτにおける）ピークの位置が、時間ｔにわたってどのように変化するかの一例を示している。この例では、時間ｔが、コード変調期間（コードシーケンスが、開始から終了まで動作し、開始から再び始まるのに必要な合計時間）の単位で示されている。ＧＰＳアプリケーションの場合、このコード変調期間は、おおよそ８３２．５マイクロ秒＝１０２３（コードシーケンスにおける値の数）／１．２２８８ＭＨｚ（変調周期）に等しい。多くのアプリケーションにおいて、異なるコードシーケンスが使用されうるが、同一の予め定めたコードシーケンスが、各コード変調期間の間に使用される。
【００１２】
上述したように、送信機と受信機との間の相対的な動きは、受信信号におけるドップラシフトを引き起こす。図２に示す例では、送信機と受信機との間の距離が、一定割合で減少し（すなわち、少なくとも観察された時間期間に関して一定である）、その結果、ドップラシフトによって、ピークがより近くに現れるようになる。
【００１３】
図３は、コードフェーズτの関数である合成ピークプロファイルＰ（τ）の例を示す。そのようなプロファイルは、受信信号を相関付け、統合期間Ｔにわたって統合することによって得られる。この統合期間Ｔは、多くのコード変調期間に至るコード変調期間の部分から任意の長さを持つ。幾つかのコヒーレントな統合からの結果は、１つの結果に非コヒーレントに結合されるが、この例では、コヒーレントな統合が仮定される。
【００１４】
もしもピークが幾つかのコード変調期間にわたって統合された場合には、ドップラシフトによるドリフトは、合成ピークを、蓄積するのではなく、時間にわたって広げ、ＳＮＲを増加させる。精度を低下させるように、広がりピークを局在化させることは難しいかもしれない。広がりは、合成ピークの高さ（例えば、パワー）を減少させる。ピーク位置もまた、コードフェーズ空間においてシフトしうる。コードフェーズにおける合成ピークのシフトは、信号の瞬時ピークの位置の時間平均によって概算することができる。
【００１５】
相関結果を合成結果に組み合わせることは望ましいかもしれない。そのような組み合わせに対するある可能な利点は、観察された実効的ＳＮＲを増加させることである。ある例では、（例えば、対応するコード変調期間にわたって得られるような）個々の相関結果を合計することによって、合成結果が得られる。他のアプリケーションでは、種々の構成相関結果が、別々に重み付けられたり、互いに引き去られたり、あるいはその両方がなされる。ドップラシフトは、ピークを互いにドリフトさせるので、合成ピークの結果は、コードフェーズ空間において、１つのはっきりと定義された位置をもたないことがわかる。
【００１６】
図４は、コードドップラ補償のための技術を示している。この技術では、（例えば、キャリア信号のドップラシフトの判定から）コードドップラシフトファクタが独立して取得される。選択された補正期間において、蓄積されたコードドップラシフトが判定される。この補正期間は、コード変調期間に一致しているかもしれないが、他の期間もまた使用されうる。もしもシフト量の大きさが半分のサンプルを超えている場合（あるいは、半分のサンプルよりも小さくない場合）には、単一の部分及び連続した部分が、その方向におけるサンプルによってシフトする。例えば、そのようなシフトは、受信信号の格納されたデジタル表示からの１サンプルを取り除くか、または加えることによって達成される。
【００１７】
図５は、コードフェーズτの関数としての、補償された合成ピークプロファイル  
【数１】
2006505801.tif 000003
【００１８】
の例を示す。合成ピークｐ（τ）と比較すると、補償されたピークは、より局在化されているが、コードフェーズにおいてシフトもされている。あるアプリケーションでは、補償されたプロファイルのピーク位置は、最も高い値とその近傍からの補間（例えば、最も高い値とその両側における近傍からの二次補間）を実行し、補間曲線のピークとしてピーク位置を選択することによって決定される。
【００１９】
シフトによりピークが蓄積するようになり、より良い局在化に至るかもしれないが、あいにく、時間ベースを不正確にする。ほんの１／８チップのエラーが、３０メートル以上に相当する。正確にピークを位置付けることが望ましい。
【００２０】
ある実施では、受信信号は、チップ×８においてサンプルされる（例えば、ＧＰＳ信号について８×１．２２８８ＭＨｚ）。サンプルされた信号は、チップ×２に再サンプルされ、ここで記載されたように相関のために２つのストリーム（例えば、オンタイムと遅延）に分割される。
【００２１】
図６は、コードドップラ補償の方法のためのフローチャートを示す。タスクＴ１１０は、累算器を初期値（例えばゼロ）に設定する。タスクＴ１１０はまた、ループＴ１２０〜Ｔ１７０の実行期間毎の補正ユニットにおいて予め定めた信号ドリフト値に、値ｃを設定する。ある例では、この値ｃは、キャリア信号の測定ドップラ周期から決定された推定コードドップラシフトを表す。特別なアプリケーションでは、各補正ユニットは、１サンプルであり、ループＴ１２０〜Ｔ１７０は、補正期間（例えば、変調期間）毎に一度実行される。
【００２２】
タスクＴ１３０とＴ１４０は、累算器の現在値と、補正ユニットの１／２との間の関係を決定する。もしもタスクＴ１３０が、現在値が１／２を超えている（あるいは、１／２よりも小さくない）と判定すると、タスクＴ１５０は、累算器の値をデクリメントし、−１ユニットの補正が行われる。さもなければ、もしもタスクＴ１４０が、現在値が、−１／２よりも大きくない（あるいは、−１／２よりも小さい）と判定すると、タスクＴ１６０は、累算器の値をインクリメントし、＋１ユニットの補正が行われる。
【００２３】
ある場合では、１ユニットの大きさをもつ補正が、相関前に受信信号から１ユニットを削除するか、または挿入することによって実行される。あるいは、そのような補正は、
受信信号に加えられるコードシーケンスから１ユニットを削除するか、挿入するかによって実行される。
【００２４】
図７は、図２を異なる見方をした一例を示している。この説明において、ドットは、各補正期間の中点における受信信号の瞬時ピークを示す。合成プロファイルのピークのドップラ時間シフトの大きさは、瞬時ピーク位置の時間平均、すなわち、  
【数２】
2006505801.tif 000004
【００２５】
と推定される。ここで、ｃはドリフトの割合、Ｔは統合が実行された時間である。この値は、三角形のベースの長さで区分された太線でアウトライントされた三角形の面積である。この値は、統合期間の中間における瞬時ピークの位置に等しい。
【００２６】
図８は、図６に示す補償処理が適用された場合における図２の例を示している。第３のコード変調期間の開始において、１補正ユニットの補償（例えば、１サンプル）が適用される。合成ピークプロファイルにおける補償の効果は、合成ピークプロファイルの広がりを狭めることである。さらに、合成ピーク位置は、補償の時間平均値である量、すなわち、平行四辺形のベースの長さで区分された太線内の平行四辺形によってアウトラインされた面積によってシフトバックされる。この例の平行四辺形は、１補正ユニットの２補正期間倍に等しい面積をもつ。一方、平行四辺形のベースは、２補正ユニットに等しい長さを持つことが理解されよう。
【００２７】
図５に例示するように、図６に示すような補償処理は、（例えば、補償が実行された場合に）合成信号のピークの位置を変化させる。初期時間から時間「ｔ」で示される他の瞬間（そのような瞬間は、統合期間内または外でありうる）への受信信号のドリフトを、補償ピーク  
【数３】
2006505801.tif 000005
【００２８】
の位置から計算することが望ましい。これは、瞬間「ｔ」における信号の瞬時プロファイルのピークの推定値であることに注意されたい。そのような瞬間は、タイムスタンプとして参照される。
【００２９】
選択されたタイムスタンプが、統合期間の中点である場合には、その瞬間に受信された信号のドリフトは、補償の時間平均値を加え戻すことによって、補償されたピーク  
【数４】
2006505801.tif 000006
【００３０】
の位置から決定される。図７及び図８に示す例では、そのようなドリフト値は、平行四辺形のベースによって区分された平行四辺形内の面積を、補償されたピークの位置に加えることによって決定される。
【００３１】
図７及び図８に示す例では、ドップラシフトが、統合期間の開始においてゼロであると仮定される。別のアプリケーションでは、図６に示すような補償処理が、統合処理とは独立して実行する。例えば、本質的に連続的に補償処理を実行し、選択された時間において統合を実行するように要求される。そのような場合には、統合された値は、受信された信号に対応するコードフェーズバイアスを持つ。このバイアス値は、統合の開始前に加えられた補正の合計数の大きさである。
【００３２】
図９は、図６が適用された補償処理における別の例を示している。この例では、補償は、統合期間前の幾つかのコード変調期間を開始する。図１０において、合成プロファイルのピークのドップラ時間シフトの大きさは、太字の三角形によってアウトラインされた面積に比例する。図１１では、太字の平行四辺形でアウトラインされた面積は、統合期間の開始前に実行された補償によって、合成プロファイルのピークのバイアスの大きさに比例する。この例の平行四辺形は、１補正ユニットの統合期間倍に等しい面積を持つことが理解されよう。このバイアス値は、１補正ユニットである。図１２では、太字の平行四辺形でアウトラインされた面積は、合成プロファイルのピーク位置における補償の効果の大きさに比例する。この場合、統合期間の中点におけるタイムスタンプによって、バイアスと補償との両方の大きさが、観察された（補償された）ピークの位置に加えられ、適切なドリフト値が決定される。
【００３３】
他のアプリケーションでは、時間ｔの別の点におけるタイムスタンプのためのピーク位置を取得することが望ましい。例えば、統合期間の開始におけるタイムスタンプに対するピーク位置は、補償（及びあるバイアス）を観察されたピーク位置に加え、またドップラシフトの時間平均値（例えば、図７と図１０の例におけるベースの長さで区分された三角形の面積）を引くことによって計算される。統合期間の終わりにおけるタイムスタンプによるピーク位置は、補償（及びあるバイアス）を観察されたピークの位置に加え、またドップラシフトによる時間平均値、すなわち、統合の長さによって区分されたドップラシフト曲線の下の面積を加えることによって計算される。
【００３４】
ドップラシフト曲線が基づいている推定値は、誤っているかもしれない。例えば、発振器ドリフトのようなファクタが、そのような判定の精度に影響しているかもしれない。統合期間の中間におけるタイムスタンプを選択することの可能な利点は、ピーク位置の計算は、ドップラシフト曲線の下の面積を含む必要はないことである。この面積は、ドップラ推定値における誤差によって影響を受ける従って、そのようなタイムスタンプのために計算されたピーク位置は、少なくともドップラ推定値における小さな誤差に対しては、大丈夫かもしれない。
【００３５】
図１３は、信号ドリフト値の推定に誤差があり、推定された信号ドリフト値に基づいて図６に示すような補償処理によって補正が加えられた例を示す。図１３のパート（ａ）では、ピークドリフトの実際の割合が連続線で示されている。一方、推定されたドリフト割合によるピークドリフトは、破線で示されている。その後、推定されたピークドリフトの割合から補正が導出され、加えられた補正の累算が、「階段」として示されている。図１３のパート（ｂ）は、瞬時ピーク位置に対する補償の効果を示す。合成プロファイルのピーク値のシフトは、補償が加えられた後の瞬時ピーク位置の時間平均値、すなわち、統合期間によって区分された太字の形状でアウトラインされた面積である。タイムスタンプ「ｔ１」によって示された統合の中点における瞬時ピークの位置は、合成ピークプロファイルの位置の合計と、統合開始前に加えられた補正によるバイアス値と、加えられたドップラ補償の時間平均値（すなわち、統合長さによって区分された統合長さにわたった「階段」の下の面積）とによって推定することができる。数学的には、  
【数５】
2006505801.tif 000007
【００３６】
である。ここでｐｃｐは、合成ピークプロファイルにおけるピーク位置であり、  
【数６】
2006505801.tif 000008
【００３７】
は、コードドップラ補償による階段関数であり、バイアスは、統合の開始前に加えられた全ての補償の合計の大きさである。
【００３８】
前述した実施例の記載は、当該技術分野におけるあらゆる熟練者に対して、本発明の活用および使用を可能にするために提供される。これら実施例に対する種々の変形が可能であり、ここに示された一般的な原理は、他の実施例にも同様に適用されうる。
【００３９】
例えば、この発明は、その一部あるいは全体が、ハードワイヤ回路またはアプリケーション特有の集積回路に加工された回路構成として実施されうる。この発明はまた、その一部あるいは全体が、非揮発性記憶装置にロードされたファームウェアプログラム、または例えばマイクロプロセッサやその他のデジタル信号処理ユニットのようなロジック素子のアレイによって実行することが可能な命令である機械読取可能なコードとしてデータ記憶媒体からまたはデータ記憶媒体へとロードされたソフトウェアプログラムとして実施されうる。したがって、本発明は、上記の実施例に限定されることを意図しておらず、むしろ、ここであらゆる様式で記載された原理および斬新な特徴に一致した最も広い範囲として与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】瞬時ピーク位置におけるドップラ時間シフトの効果を示す図。
【図２】連続的なコード変調期間にわたった受信信号のピークの動きの例を示す図。
【図３】合成ピークプロファイルを示す図。
【図４】コードドップラ補償の技術を示す図。
【図５】合成ピークプロファイルにおけるコードドップラ補償の効果を示す図。
【図６】コードドップラ補償の方法のためのフローチャート。
【図７】図２に示すような例のためのドップラ時間シフト曲線の下の領域を示す図。
【図８】図６に示すような方法を、図２に示すような例に適用したアプリケーションにおけるコードドップラ補償に対応する面積を示す図。
【図９】統合期間にわたる受信信号のピークの動きの別の例を示す図。
【図１０】図９に示すような一例に対するドップラ時間シフトカーブの下の面積を示す図。
【図１１】図９に示すような一例に対して、図６に示すような方法を適用した場合におけるバイアスに対応した面積を示す図。
【図１２】図９に示すような一例に対して、図６に示すような方法を適用した場合におけるコードドップラ補償に対応する面積を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
Ｔ１１０…タスク、Ｔ１２０…ループ、Ｔ１３０…タスク、Ｔ１５０…タスク、Ｔ１４０…タスク、Ｔ１６０…タスク、Ｔ１７０…タスク
【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】
2006505801.tif 000013
【図６】
2006505801.tif 000014
【図７】
2006505801.tif 000015
【図８】
2006505801.tif 000016
【図９】
2006505801.tif 000017
【図１０】
2006505801.tif 000018
【図１１】
2006505801.tif 000019
【図１２】
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【国際調査報告】
2006505801.tif 000021
2006505801.tif 000022