(57)【要約】【課題】ユーザ端末の位置を決定するコンピュータ・プログラム製品、装置、および方法を提供する。【解決手段】コンピュータ・プログラム製品、装置、および方法は、ユーザ端末で複数のディジタル・テレビジョン（ＤＴＶ）送信器から複数のＤＴＶ放送信号を受信することと、ＤＴＶ放送信号に基づいてユーザ端末と各ＤＴＶ送信器との間の擬似距離を決定することと、擬似距離およびＤＴＶ送信器のそれぞれの位置に基づいてユーザ端末の位置を決定することとを含む。【選択図】図１
2009021987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ端末の位置を決定する方法であって、
ユーザ端末で複数のディジタル・テレビジョン（ＤＴＶ）送信器から複数のＤＴＶ放送信号を受信することと、
前記ＤＴＶ放送信号および前記ＤＴＶ送信器の位置に基づいて前記ユーザ端末の位置を決定することと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には位置決定に関し、具体的には、ＤＴＶ信号を使用する位置決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
昔から、ラジオ信号を使用する２次元緯度／経度位置決定システム（ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｌｏｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）の方法があった。Ｌｏｒａｎ  ＣおよびＯｍｅｇａなどの地上システムと、Ｔｒａｎｓｉｔとして知られる衛星ベースのシステムが、広く使用されてきた。高まる人気を享受しているもう１つの衛星ベースのシステムが、全地球測位システム（ＧＰＳ）である。
【０００３】
１９７４年に最初に考案されたＧＰＳは、位置決定、ナビゲーション、測量、および時間伝送に広く使用されている。ＧＰＳシステムは、準同期した１２時間軌道にある２４個の軌道衛星の集まりに基づく。各衛星は、正確なクロックを担持し、擬似雑音信号を送信し、この擬似雑音信号を正確に追跡して、擬似距離（ｐｓｅｕｄｏ−ｒａｎｇｅ）を決定することができる。４つ以上の衛星を追跡することによって、全世界で３次元の正確な位置をリアル・タイムで決定することができる。より多くの詳細が、Ｂ．Ｗ．ＰａｒｋｉｎｓｏｎおよびＪ．Ｊ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．、「Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、巻ＩおよびＩＩ、ＡＩＡＡ、米国ワシントン州、１９９６年に記載されている。
【０００４】
ＧＰＳは、ナビゲーションおよび位置決定の技術に変革を起こした。しかし、いくつかの状況で、ＧＰＳは、より有効でない。ＧＰＳ信号は、比較的低い出力レベル（１００ワット未満）で送信され、長距離にわたるので、受信信号強度は、比較的弱い（全方向性アンテナによって受信された時に−１６０ｄＢｗ程度）。したがって、信号は、妨害物が存在する場合または建物の内部では、辛うじて有用であり、あるいは全く有用ではない。
【０００５】
従来のアナログの全米テレビジョン基準委員会（ＮＴＳＣ）テレビジョン信号を使用して位置を決定する、提案されたシステムがあった。この提案は、「Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ  Ｓｉｇｎａｌｓ」という名称の米国特許すなわち、１９９６年４月２３日発行の米国特許第５５１０８０１号に見られる。しかし、現在のアナログＴＶ信号は、ＴＶセット掃引回路の比較的粗い同期化を意図された水平同期パルスおよび垂直同期パルスを含む。さらに、２００６年に、連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、ＮＴＳＣ送信器を止め、その貴重なスペクトルを再割り当てし、その結果、より貴重と思われる他の目的のためにオークションにかけられるようにすることを検討する。
【発明の概要】
【０００６】
一般に、一態様で、本発明は、ユーザ端末の位置を決定するコンピュータ・プログラム製品、装置、および方法を特徴とする。本発明は、ユーザ端末で複数のディジタル・テレビジョン（ＤＴＶ）送信器から複数のＤＴＶ放送信号を受信することと、ＤＴＶ放送信号に基づいてユーザ端末と各ＤＴＶ送信器との間の擬似距離を決定することと、擬似距離およびＤＴＶ送信器のそれぞれの位置に基づいてユーザ端末の位置を決定することとを含む。
【０００７】
特定の実施態様は、次の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。ユーザ端末の位置を決定することは、ＤＴＶ送信器のうちの１つの送信器クロックと既知の時刻基準との間の差に基づいて擬似距離を調整することを含む。ＤＴＶ放送信号は、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ＡＴＳＣ）ＤＴＶ信号であり、擬似距離は、ＡＴＳＣフレーム内の既知のディジタル・シーケンスに基づいて決定される。既知のディジタル・シーケンスは、同期化コードである。同期化コードは、ＡＴＳＣデータ・フレーム内のフィールド同期化セグメントである。同期化コードは、ＡＴＳＣデータ・フレーム内のデータセグメント内の同期化セグメントである。ユーザ端末の位置を決定することは、ユーザ端末のローカル時刻基準とマスタ時刻基準との間のオフセットを決定することを含む。実施態様は、オフセットを使用してユーザ端末の後続位置を決定することを含む。擬似距離を決定することは、ＤＴＶ信号のそれぞれの一部を格納することと、その後、擬似距離を作るために、格納された部分のそれぞれおよびユーザ端末によって生成された信号を相関させることとを含む。擬似距離を決定することは、擬似距離を作るために、ＤＴＶ信号が受信される時にＤＴＶ信号のそれぞれをユーザ端末によって生成された信号に相関させることを含む。ユーザ端末の位置を決定することは、その中にユーザ端末が配置される全般的な地理的区域を決定することと、擬似距離および地理的区域に基づいてユーザ端末の位置を決定することとを含む。地理的区域は、ユーザ端末に通信的にリンクされた追加送信器のフットプリントである。ユーザ端末の位置を決定することは、ユーザ端末の近くの対流圏伝搬速度を決定することと、対流圏伝搬速度に基づいて各擬似距離の値を調整することとを含む。ユーザ端末の位置を決定することは、ユーザ端末の近くの地形標高に基づいて各擬似距離を調整することを含む。実施態様は、ユーザ端末に通信的にリンクされた追加送信器のアイデンティティと、追加送信器および受信されたＤＴＶ放送信号を相関させる格納されたテーブルとに基づいてＤＴＶ信号を選択することを含む。実施態様は、ユーザから位置入力を受け入れることと、位置入力に基づいてＤＴＶ信号を選択することとを含む。実施は位置のはっきりした特徴を集めるために有効なＤＴＶ信号を走査することや、擬似距離を決定するために使用されるＤＴＶ信号を、はっきりした特徴に基づく有効なＤＴＶ信号と既知のはっきりした特徴と既知の位置を照合する記憶テーブルから、選択することを包含している。実施は、ＤＴＶ送信器からの冗長な擬似距離に基づいて各擬似距離の完全性を検査するために受信器自律型完全性監視（ＲＡＩＭ）を使用することを含む。
【０００８】
本発明の実施態様に見ることができる利益は、次のうちの１つまたは複数を含む。本発明の実施態様は、セル電話機、無線ＰＤＡ（携帯情報端末）、ポケット・ベル、自動車、ＯＣＤＭＡ（直交符号分割多元接続）送信器、および他のデバイスのホストの位置決めに使用することができる。本発明の実施態様は、米国にまたがる優れたカバレッジを有し、その存在が連邦通信委員会によって義務づけられたＤＴＶ信号を利用する。本発明の実施態様は、ディジタル放送局に対する変更を必要としない。
【０００９】
ＤＴＶ信号は、４０ｄＢを超えるＧＰＳに対する出力の優位性を有し、衛星システムが提供できるものより実質的に優れたジオメトリを有し、これによって、妨害物の存在下および室内であっても位置決定を可能にする。ＤＴＶ信号は、ＧＰＳの約６倍の帯域幅を有し、これによって、マルチパスの影響が最小になる。距離測定に使用されるＤＴＶ信号の高出力および低いデューティ係数に起因して、処理要件は、最小限である。本発明の実施態様は、ＧＰＳ技法が必要とするものよりはるかに安価、より低速、より低出力のデバイスに対処する。
【００１０】
ＧＰＳなどの衛星システムとは対照的に、ＤＴＶ送信器とユーザ端末との間の距離は、非常にゆっくりと変化する。したがって、ＤＴＶ信号は、ドップラ効果によって大きくは影響されない。これは、信号を長期間にわたって積分することを可能にし、非常に効率的な信号獲得をもたらす。
【００１１】
ＤＴＶ信号の周波数は、従来のセル電話システムの周波数より実質的に低く、したがって、よりよい伝搬特性を有する。たとえば、ＤＴＶ信号は、セルラ信号より強い回折を経験し、したがって、丘によってより小さい影響を受け、より広い地平線を有する。また、この信号は、建物および自動車を通るよりよい伝搬特性を有する。
【００１２】
セル電話機の地上到来角度／到来時刻位置決めシステムとは異なって、本発明の実施態様は、セルラ基地局のハードウェアに対する変更を必要とせず、１メートル程度の位置決め精度を達成することができる。セル電話機の位置決めに使用される時に、本技法は、ＧＳＭ（ｇｌｏｂａｌ  ｓｙｓｔｅｍ  ｍｏｂｉｌｅ）、ＡＭＰＳ（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｍｏｂｉｌｅ  ｐｈｏｎｅ  ｓｅｒｖｉｃｅ）、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）、ＣＤＭＡ、または類似物のいずれであれ、エア・インターフェースと独立である。広い範囲のＵＨＦ（超高周波数）周波数が、ＤＴＶ送信器に割り振られている。その結果、吸収、マルチパス、および他の減衰させる影響に起因する特定の周波数での深いフェードに対して保護する冗長性が、このシステムに組み込まれている。
【００１３】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を、添付図面および下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的、および利益は、この説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明白になるであろう。
【００１４】
さまざまな図面の類似する符号は、類似する要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
序
ディジタル・テレビジョン（ＤＴＶ）は、人気が高まりつつある。ＤＴＶは、米国では１９９８年に最初に実施された。２０００年の末に、１６７局が、ＤＴＶ信号をオンエアで放送していた。２００１年２月２８日に、約１２００件のＤＴＶ建設許可が、ＦＣＣによって実行された。ＦＣＣの目標によれば、すべてのテレビジョン送信が、ほどなくディジタルになり、アナログ信号は、除去される。公衆放送局は、その免許を保持するために、２００２年５月１日までにディジタル化しなければならない。私設局は、２００３年５月１日までにディジタル化しなければならない。１６００個を超えるＤＴＶ送信器が、米国内にあると期待される。
【００１６】
これらの新しいＤＴＶ信号は、複数の標準品位ＴＶ信号または高品位信号さえ、割り当てられた６ＭＨｚチャネル内で送信することを可能にする。これらの新しいＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ＡＴＳＣ）ＤＴＶ信号は、アナログＮＴＳＣ  ＴＶ信号とは完全に異なり、新しい６ＭＨｚ周波数チャネルで送信され、完全に新しい機能を有する。
【００１７】
本発明者は、ＡＴＳＣ信号を位置決定に使用できることを認め、それを行うための技法を開発した。これらの技法は、ＡＴＳＣ  ＤＴＶ送信器の近くで、通常のＤＴＶ受信範囲よりはるかに広い、送信器からの範囲を伴って使用可能である。ＤＴＶ信号の高い出力のゆえに、これらの技法は、ハンドヘルド受信器によって室内で使用することさえでき、したがって、Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ９１１（Ｅ９１１）システムの位置決定の必要に対する可能な解決策を提供する。
【００１８】
本明細書で開示する技法は、欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）によって最近採用されたＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ（ＤＶＢ）標準規格によって定義されるＤＴＶ信号にも適用可能である。たとえば、本明細書に記載の技法を、ＤＶＢ信号内に埋め込まれたｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｐｉｌｏｔ  ｃａｒｒｉｅｒ信号と共に使用することができる。ＤＶＢのｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｐｉｌｏｔ  ｃａｒｒｉｅｒ信号は、８６８個の均等な間隔のパイロット搬送波信号であり、そのそれぞれは、４つのシーケンシャルに高まる周波数にまたがってチャープ様の形で周波数ホッピングされる。これらの技法は、日本のＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ−Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ（ＩＳＤＢ−Ｔ）によって定義されるＤＴＶ信号にも適用可能である。これらの技法は、データの既知のシーケンスを送信するものを含む、他のＤＴＶ信号にも適用可能である。
【００１９】
ＧＰＳのディジタル擬似雑音コードと異なって、ＤＴＶ信号は、２〜３マイル（３〜５ｋｍ）しか離れていない送信器から受信され、送信器は、メガワット・レベルまでのレベルで信号を放送する。さらに、ＤＴＶアンテナは、１４ｄＢ程度の高いアンテナ利得を有する。したがって、しばしば、建物の内側でのＤＴＶ信号受信を可能にするのに十分な出力がある。
【００２０】
本発明のある種の実施態様は、ＤＴＶの８残留側波帯変調（８ＶＳＢ）ディジタル信号を復調し、復号するのではなく、ＤＴＶ信号の同期化コードだけを使用する。その結果、ＤＴＶ信号を、単一のデータ・シンボルの期間よりおおむね１００万倍長い期間にわたって相関させることができる。したがって、ＤＴＶ放送塔からかなりの範囲の室内で信号を追跡する能力が、大幅に高められる。さらに、ディジタル信号処理の使用を介して、これらの新しい追跡技法を単一の半導体チップ内で実施することが可能である。
【００２１】
図１を参照すると、例の実施態様１００は、エア・リンクを介して基地局１０４と通信するユーザ端末１０２を含む。一実施態様で、ユーザ端末１０２は、無線電話機であり、基地局１０４は、無線電話基地局である。一実施態様で、基地局１０４は、モバイルＭＡＮ（メトロポリタン・エリア・ネットワーク）またはＷＡＮ（広域ネットワーク）の一部である。
【００２２】
図１は、本発明のさまざまな態様を示すのに使用されるが、本発明は、この実施態様に限定されない。たとえば、句「ユーザ端末」は、説明されるＤＴＶ位置決定を実施できるすべての物体を指すことが意図されている。ユーザ端末の例は、ＰＤＡ、携帯電話機、自動車および他の車両、ならびにＤＴＶ位置決定を実施するチップまたはソフトウェアを含むことができるすべての物体を含む。「端末」である物体または「ユーザ」によって操作される物体に限定されることは意図されていない。
【００２３】
ＤＴＶ位置決めサーバによって実行される位置決定
図２に、実施態様１００の動作を示す。ユーザ端末１０２は、複数のＤＴＶ送信器１０６Ａおよび１０６Ｂから１０６ＮからＤＴＶ信号を受信する（ステップ２０２）。
【００２４】
さまざまな方法を使用して、位置決定に使用されるＤＴＶチャネルを選択することができる。一実施態様では、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０が、監視すべき最良のＤＴＶチャネルについてユーザ端末１０２に知らせる。一実施態様では、ユーザ端末１０２が、基地局１０４によってＤＴＶ位置特定サーバ１１０とメッセージを交換する。一実施態様では、ユーザ端末１０２が、基地局１０４のアイデンティティと、基地局およびＤＴＶチャネルを相関させる格納されたテーブルとに基づいて、監視すべきＤＴＶチャネルを選択する。一実施態様では、ユーザ端末１０２が、最も近い都市の名前など、領域の一般的表示を与えるユーザからの位置入力を受け入れることができ、この情報を使用して、処理のためにＤＴＶチャネルを選択する。一実施態様では、ユーザ端末１０２が、使用可能なＤＴＶチャネルをスキャンして、使用可能なＤＴＶチャネルの出力レベルに基づいて、位置の指紋を組み立てる。ユーザ端末１０２は、この指紋を、既知の指紋を既知の位置と突き合わせる格納されたテーブルと比較して、処理のためにＤＴＶチャネルを選択する。
【００２５】
ユーザ端末１０２は、ユーザ端末１０２と各ＤＴＶ送信器１０６との間の擬似距離を決定する（ステップ２０４）。各擬似距離は、ＤＴＶ放送信号の成分の送信器１０８からの送信の時刻と、その成分のユーザ端末１０２での受信の時刻との間の時間差（または同等の距離）ならびにユーザ端末でのクロック・オフセットを表す。
【００２６】
ユーザ端末１０２は、擬似距離をＤＴＶ位置特定サーバ１１０に送信する。一実施態様で、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、本明細書で説明する動作を実行するように設計されたソフトウェアを実行する汎用コンピュータとして実施される。もう１つの実施態様では、ＤＴＶ位置特定サーバは、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実施される。一実施態様で、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、基地局１０４内または基地局１０４の近くで実施される。
【００２７】
ＤＴＶ信号は、複数の監視ユニット１０８Ａから１０８Ｎによっても受信される。各監視ユニットは、トランシーバおよびプロセッサを含む小さいユニットとして実施することができ、電柱、ＤＴＶ送信器１０６、または基地局１０４などの便利な位置に取り付けることができる。一実施態様で、監視ユニットは、衛星上で実施される。
【００２８】
各監視ユニット１０８は、それがＤＴＶ信号をそこから受信するＤＴＶ送信器１０６のそれぞれについて、そのＤＴＶ送信器のローカル・クロックと基準クロックとの間の時間オフセットを測定する。一実施態様で、基準クロックは、ＧＰＳ信号から導出される。基準クロックの使用は、複数の監視ユニット１０８が使用される時の各ＤＴＶ送信器１０６の時間オフセットの決定を可能にする。というのは、各監視ユニット１０８が、基準クロックに関する時間オフセットを決定できるからである。したがって、監視ユニット１０８のローカル・クロックのオフセットは、これらの決定に影響しない。
【００２９】
もう１つの実施態様では、外部時刻基準は不要である。この実施態様によれば、単一の監視ユニットが、ユーザ端末１０２が受信するのと同一のＤＴＶ送信器のすべてからＤＴＶ信号を受信する。実際には、この単一の監視ユニットのローカル・クロックが、時刻基準として機能する。
【００３０】
一実施態様で、各時間オフセットが、固定オフセットとしてモデル化される。もう１つの実施態様では、各時間オフセットが、ａ、ｂ、ｃ、およびＴによって記述できる
Ｏｆｆｓｅｔ＝ａ＋ｂ（ｔ−Ｔ）＋ｃ（ｔ−Ｔ）２    （１）
の形の２次多項式あてはめとしてモデル化される。どの実施態様でも、各測定された時間オフセットは、インターネット、保護されたモデム接続、または類似物を使用して、ＤＴＶ位置特定サーバに周期的に送信される。一実施態様で、各監視ユニット１０８の位置が、ＧＰＳ受信器を使用して決定される。
【００３１】
ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、各ＤＴＶ送信器１０６の位相中心（すなわち、位置）を記述する情報をデータベース１１２から受信する。一実施態様で、各ＤＴＶ送信器１０６の位相中心は、位相中心を直接に測定するために、異なる位置の監視ユニット１０８を使用することによって測定される。もう１つの実施態様では、各ＤＴＶ送信器１０６の位相中心は、アンテナ位相中心を測量することによって測定される。
【００３２】
一実施態様で、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、気象サーバ１１４から、ユーザ端末１０２の付近の気温、気圧、および湿度を記述する気象情報を受信する。気象情報は、インターネットおよびＮＯＡＡなどの他のソースから入手可能である。ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、Ｂ．ＰａｒｋｉｎｓｏｎおよびＪ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．著、「Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＡＩＡＡ、米国ワシントン州、１９９６年、Ｖｏｌ．１、第１７章のＪ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．によるＴｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ＧＰＳで開示された技法などの技法を使用して、気象情報から対流圏伝搬速度を決定する。
【００３３】
ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、ユーザ端末１０２の全般的な地理的位置を識別する情報を基地局１０４から受信することもできる。たとえば、この情報は、セル電話機が置かれているセルまたはセル・セクタを識別することができる。この情報は、以下で説明するように、曖昧さの解決に使用される。
【００３４】
ＤＴＶ位置決めサーバ１１０は、擬似距離および送信器のそれぞれの位置に基づいて、ユーザ端末の位置を決定する（ステップ２０６）。図３に、３つのＤＴＶ送信器１０６を使用する位置決定のジオメトリを示す。ＤＴＶ送信器１０６Ａは、位置（ｘ１，ｙ１）に配置される。ユーザ端末１０２とＤＴＶ送信器１０６Ａとの間の距離は、ｒ１である。ＤＴＶ送信器１０６Ｂは、位置（ｘ２，ｙ２）に配置される。ユーザ端末１０２とＤＴＶ送信器１０６Ｂとの間の距離は、ｒ２である。ＤＴＶ送信器１０６Ｎは、位置（ｘ３，ｙ３）に配置される。ユーザ端末１０２とＤＴＶ送信器１０６Ｎとの間の距離は、ｒ３である。
【００３５】
ＤＴＶ位置決めサーバ１１０は、対流圏伝搬速度および対応するＤＴＶ送信器１０６の時間オフセットに従って、各擬似距離の値を調整することができる。ＤＴＶ位置決めサーバ１１０は、データベース１１２からの位相中心情報を使用して、各ＤＴＶ送信器１０６の位置を決定する。
【００３６】
ユーザ端末１０２は、３回以上の擬似距離測定を行って、３つの未知数すなわち、ユーザ端末１０２の位置（ｘ，ｙ）およびクロック・オフセットＴを解く。他の実施態様では、本明細書で開示する技法は、経度、緯度、および高度などの３次元での位置を決定するのに使用され、ＤＴＶ送信器の高度などの要因を含む。
【００３７】
３つの擬似距離測定値ｐｒ１、ｐｒ２、およびｐｒ３は、
ｐｒ１＝ｒ１＋Ｔ      （２）
ｐｒ２＝ｒ２＋Ｔ      （３）
ｐｒ３＝ｒ３＋Ｔ      （４）
によって与えられる。
【００３８】
３つの距離は、
ｒ１＝｜Ｘ−Ｘ１｜    （５）
ｒ２＝｜Ｘ−Ｘ２｜    （６）
ｒ３＝｜Ｘ−Ｘ３｜    （７）
として表すことができ、ここで、Ｘは、ユーザ端末の２次元ベクトル位置（ｘ，ｙ）を表し、Ｘ１は、ＤＴＶ送信器１０６Ａの２次元ベクトル位置（ｘ１，ｙ１）を表し、Ｘ２は、ＤＴＶ送信器１０６Ｂの２次元ベクトル位置（ｘ２，ｙ２）を表し、Ｘ３は、ＤＴＶ送信器１０６Ｎの２次元ベクトル位置（ｘ３，ｙ３）を表す。これらの関係は、３つの未知数ｘ、ｙ、およびＴについて解くべき３つの方程式をもたらす。ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、従来の周知の方法に従って、これらの方程式を解く。Ｅ９１１応用例では、ユーザ端末１０２の位置が、正しい機関への配布のためにＥ９１１位置特定サーバ１１６に送信される。もう１つの応用例では、位置が、ユーザ端末１０２に送信される。
【００３９】
もう１つの実施態様で、ユーザ端末１０２は、擬似距離を計算するのではなく、擬似距離を計算するのに十分なＤＴＶ信号の測定値をとり、これらの測定値をＤＴＶ位置特定サーバ１１０に送信する。次に、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、これらの測定値に基づいて擬似距離を計算し、上で説明したように、これらの擬似距離に基づいて位置を計算する。
【００４０】
ユーザ端末によって実行される位置決定
もう１つの実施形態で、ユーザ端末１０２の位置は、ユーザ端末１０２によって計算される。この実施態様では、必要な情報のすべてが、ユーザ端末１０２に送信される。この情報は、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０、基地局１０４、１つまたは複数のＤＴＶ送信器１０６、またはこれらの任意の組合せによってユーザ端末に送信することができる。次に、ユーザ端末１０２は、擬似距離を測定し、上で説明した連立方程式を解く。この実施態様を、これから説明する。
【００４１】
ユーザ端末１０２は、各ＤＴＶ送信器のローカル・クロックと基準クロックとの間の時間オフセットを受信する。ユーザ端末１０２は、各ＤＴＶ送信器１０６の位相中心を記述する情報をもデータベース１１２から受信する。
【００４２】
ユーザ端末１０２は、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０によって計算された対流圏伝搬速度を受信する。もう１つの実施態様で、ユーザ端末１０２は、ユーザ端末１０２の付近の気温、気圧、および湿度を記述する気象情報を気象サーバ１１４から受信し、従来の技法を使用して、この気象情報から対流圏伝搬速度を決定する。
【００４３】
ユーザ端末１０２は、ユーザ端末１０２のおおまかな位置を識別する情報を基地局１０４から受信することもできる。たとえば、この情報は、セル電話機が置かれているセルまたはセル・セクタを識別することができる。この情報は、以下で説明するように、曖昧さの解決に使用される。
【００４４】
ユーザ端末１０２は、複数のＤＴＶ送信器１０６からＤＴＶ信号を受信し、ユーザ端末１０２と各ＤＴＶ送信器１０６との間の擬似距離を決定する。次に、ユーザ端末１０２は、擬似距離および送信器の位相中心に基づいてその位置を決定する。
【００４５】
これらの実施態様のいずれにおいても、２つのＤＴＶ送信器だけが使用可能である場合には、ユーザ端末１０２の位置を、２つのＤＴＶ送信器および以前の位置決定中に計算されたオフセットＴを使用して決定することができる。Ｔの値は、従来の方法に従って格納するか維持することができる。
【００４６】
一実施態様で、基地局１０４は、ユーザ端末１０２のクロック・オフセットを決定する。この実施態様では、２つのＤＴＶ送信器だけが、位置決定に必要である。基地局１０４は、クロック・オフセットＴをＤＴＶ位置決めサーバ１１０に送信し、このＤＴＶ位置決めサーバ１１０は、ＤＴＶ送信器のそれぞれについて計算された擬似距離から、ユーザ端末１０２の位置を決定する。
【００４７】
もう１つの実施態様では、１つまたは２つのＤＴＶ送信器だけが位置決定に使用可能である場合に、ＧＰＳが、位置決定を増補するのに使用される。
【００４８】
受信器アーキテクチャ
図４に、受信されたＤＴＶ信号のサンプルをとるのに使用されるサンプラの実施態様４００を示す。一実施態様で、サンプラ４００は、ユーザ端末１０２内で実施される。もう１つの実施態様で、サンプラ４００は、監視ユニット１０８内で実施される。サンプリング・レートは、当業者に明白である通り、ＤＴＶ信号の正確な表現を入手するのに十分に高いものでなければならない。
【００４９】
サンプラ４００は、アンテナ４０４でＤＴＶ信号４０２を受信する。ラジオ周波数（ＲＦ）増幅器／フィルタ４０６が、受信されたＤＴＶ信号を増幅し、フィルタリングする。局所発振器クロック４１６ならびにミキサ４０８Ｉおよび４０８Ｑが、それぞれ同相（Ｉ）サンプルおよび直交（Ｑ）サンプルを作るために信号をダウンコンバートする。ＩサンプルおよびＱサンプルは、それぞれ、低域フィルタ（ＬＰＦ）４１０Ｉおよび４１０Ｑによってフィルタリングされる。アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）４１２が、ＩサンプルおよびＱサンプルをディジタル形式に変換する。ディジタルのＩサンプルおよびＱサンプルは、メモリ４１４に格納される。
【００５０】
図５に、サンプラ４００によって作られるＤＴＶ信号サンプルの相関ピークを検索するのに使用される非コヒーレント相関器の実施態様５００を示す。一実施態様で、相関器５００は、ユーザ端末１０２内で実施される。もう１つの実施態様で、相関器５００は、監視ユニット１０８内で実施される。
【００５１】
相関器５００は、メモリ４１４からＤＴＶ信号のＩサンプルおよびＱサンプルを取り出す。相関器５００は、これらのサンプルを中間周波数（ＩＦ）で処理する。他の実施態様は、サンプルをアナログ形式またはディジタル形式で処理し、中間周波数（ＩＦ）またはベースバンドで動作することができる。
【００５２】
コード・ジェネレータ５０２が、コード・シーケンスを生成する。一実施態様で、コード・シーケンスは、二乗余弦波形である。コード・シーケンスは、ＡＴＳＣフレーム内の任意の既知のディジタル・シーケンスとすることができる。一実施態様で、コードは、同期化コードである。一実施態様で、同期化コードは、ＡＴＳＣデータ・フレーム内のフィールド同期化セグメントである。もう１つの実施態様で、同期化コードは、ＡＴＳＣデータ・フレーム内のデータセグメント内の同期化セグメントである。もう１つの実施態様で、同期化コードは、ＡＴＳＣデータ・フレーム内のフィールド同期化セグメントと、ＡＴＳＣデータ・フレーム内のデータセグメント内の同期化セグメントとの両方を含む。パイロット、シンボル・クロック、または搬送波など、ＤＴＶ信号の他の成分を、位置決定に使用することができる。しかし、高い繰返し率を有するそのような信号の使用は、固有の曖昧さを生じる。そのような曖昧さを解決する技法は、当技術分野で周知である。そのような技法の１つが、Ｍ．Ｒａｂｉｎｏｗｉｔｚの博士論文、「Ａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ＧＰＳ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｗ  Ｅａｒｔｈ  Ｏｒｂｉｔ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ  ｆｏｒ  Ｒａｐｉｄ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｇｅｒ  Ｃｙｃｌｅ  Ａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓ」、２０００年、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、スタンフォード大学、５９〜７６頁に開示されている。
【００５３】
ミキサ５０４Ｉおよび５０４Ｑは、それぞれ、ＩサンプルおよびＱサンプルをコード・ジェネレータ５０２によって生成されたコードと組み合わせる。ミキサ５０４Ｉおよび５０４Ｑの出力は、それぞれ、フィルタ５０６Ｉおよび５０６Ｑによってフィルタリングされ、アナログ加算器５０７に供給される。合計が、二乗検波デバイス（ｓｑｕａｒｅ  ｌａｗ  ｄｅｖｉｃｅ）５０８に供給される。フィルタ５０９が、従来の方法に従って、非コヒーレント相関に関するエンベロープ検出を実行する。比較器５１０が、相関出力を所定のしきい値と比較する。相関出力がしきい値未満である場合には、検索コントロール５１２が、アナログ加算器５１４に、クロック５１６によって作られたクロッキング波形に追加パルスを加算させ、これによって、コード・ジェネレータを１シンボル時間だけ前進させ、その後、この処理が繰り返される。好ましい実施形態では、クロッキング波形は、クロック・レートまたはシンボル・レートを受信されたＤＴＶ信号に一致させる、１０．７６ＭＨｚの公称クロック・レートを有する。
【００５４】
相関出力が初めてしきい値を超えた時に、この処理は終了する。その相関出力をもたらした時間オフセットが、ＤＴＶ送信器１０６の擬似距離として使用される。
【００５５】
受信器相関器内および整合フィルタ内には、受信器劣化の２つの重要な源がある。ユーザ端末局所発振器は、しばしば、周波数において相対的に低い安定性を有する。この不安定性は、２つの異なる受信器パラメータに影響する。第１に、この不安定性は、受信器信号内の周波数オフセットを引き起こす。第２に、この不安定性は、受信されたビット・パターンに、基準クロックのシンボル・レートに対して相対的にスリップさせる。これらの影響の両方が、受信器の積分時間を制限し、したがって受信器の処理利得を制限する可能性がある。積分時間は、受信器基準クロックを訂正することによって延ばすことができる。一実施態様で、遅延ロック・ループが、受信器クロックを自動的に訂正する。
【００５６】
もう１つの実施態様では、ＮＣＯ（数値制御発振器）５１８が、着信する受信信号クロック周波数のクロック周波数と一致するように受信器のクロック周波数を調整し、ユーザ端末１０２内の局所発振器のドリフトおよび周波数オフセットを補償する。高められた精度のクロック周波数は、より長い積分時間を可能にし、受信器相関器のよりよい性能を可能にする。ＮＣＯ  ５１８の周波数制御入力は、複数の可能な源すなわち、受信器シンボル・クロック・レート・シンセサイザ、ＡＴＳＣパイロット搬送波の追跡、またはＮＣＯ  ５１８内にインストールされた他のクロック・レート弁別器技法から導出することができる。
【００５７】
位置決定の機能強化
図６に、２つの別々のＤＴＶアンテナ１０６Ａおよび１０６ＢからＤＴＶ信号を受信するユーザ端末１０２の位置決定計算の単純な例を示す。一定範囲の円６０２Ａおよび６０２Ｂが、それぞれ送信アンテナ１０６Ａおよび１０６Ｂのそれぞれの回りに描かれている。ユーザ端末クロック・オフセットの訂正を含むユーザ端末の位置は、２つの円６０２Ａおよび６０２Ｂの交点６０４Ａおよび６０４Ｂのうちの１つにある。この曖昧さは、基地局１０４が、そのフットプリント（すなわち、そのカバレッジ区域）６０６のどのセクタ６０８にユーザ端末が位置するかを決定できることに留意することによって解決される。もちろん、複数のＤＴＶ送信器が視野にある場合には、この曖昧さを、３つの円の交差をとることによって解決することができる。
【００５８】
一実施態様で、ユーザ端末１０２は、最も近い都市の名前など、区域の全般的表示を与えるユーザからの位置入力を受け入れることができる。一実施態様で、ユーザ端末１０２が、使用可能なＤＴＶチャネルを走査して、位置のはっきりした特徴を集める。ユーザ端末１０２は、このはっきりした特徴を、既知のはっきりした特徴を既知の位置と照合する記憶テーブルと比較して、ユーザ端末１０２の現在位置を識別する。
【００５９】
一実施態様で、位置決定計算は、地面の標高の影響を含む。したがって、ＤＴＶアンテナ１０６の位相中心に対する相対的な丘および谷を有する地形では、一定範囲の円がゆがめられる。図７に、周囲の土地と同一の高度に配置されたＤＴＶ送信器の一定範囲の円７０２に対する単一の丘７０４の影響を示す。
【００６０】
ユーザ位置の計算は、地球の表面すなわちジオイドに対するユーザ高度の影響を計算に含めることを可能にする地上の地形図をデータベースとして有する単純なコンピュータによって簡単に行われる。この計算は、図７に示されているように、一定範囲の円をひずませるという影響を有する。
【００６１】
ＡＴＳＣ信号の説明
現在のＡＴＳＣ信号は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ著、「ＡＴＳＣ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ａｎｄ  Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ  Ｎｏ．１」、２０００年３月１６日に記載されている。ＡＴＳＣ信号は、８残留側波帯変調（８ＶＳＢ）を使用する。ＡＴＳＣ信号のシンボル・レートは、１０．７６２２３７ＭＨｚであり、これは、２７．００００００ＭＨｚのクロックから導出される。ＡＴＳＣフレームの構造８００を、図８に示す。フレーム８００は、合計６２６個のセグメントからなり、各セグメントは、８３２個のシンボルを有し、合計５２０８３２個のシンボルがある。各フレームに、２つのフィールド同期化セグメントがある。各フィールド同期化セグメントに続くのが、３１２個のデータセグメントである。各セグメントは、同期化に使用される４つのシンボルから始まる。
【００６２】
フィールド同期化セグメントの構造９００を、図９に示す。フレーム８００内の２つのフィールド同期化セグメント９００は、６３個のシンボルの中央のセットが、第２のフィールド同期化セグメントで反転されるという範囲でのみ異なる。
【００６３】
データセグメントの構造１０００を、図１０に示す。データセグメント１０００の最初の４つのシンボル（−１、１、１、−１である）は、セグメント同期化に使用される。データセグメント１０００内の他の８２８個のシンボルは、データを担持する。変調方式が８ＶＳＢなので、各シンボルは、３ビットのコーディングされたデータを担持する。レート２／３コーディング方式が使用される。
【００６４】
本発明の実施態様は、ＤＴＶ信号に対する将来の機能強化を使用するように拡張することができる。たとえば、ＡＴＳＣ信号仕様は、高レート１６ＶＳＢ信号を許容する。しかし、１６ＶＳＢ信号は、８ＶＳＢ信号と同一のフィールド同期パターンを有する。したがって、本発明の単一の実施態様を、８ＶＳＢ信号と１６ＶＳＢ信号との両方を同様に良好に扱うように設計することができる。
【００６５】
８ＶＳＢ信号は、フィルタリングによって構成される。シンボル・パルスの同相セグメントは、Ｊ．Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓ著、「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、第３版、１９９５年に記載されているように、二乗余弦特性を有する。パルスは、
【００６６】
【数１】
2009021987.tif 000003
として記述することができ、ここで、Ｔは、シンボル期間
【００６７】
【数２】
2009021987.tif 000004
であり、β＝０．５７６２である。この信号は、周波数特性
【００６８】
【数３】
2009021987.tif 000005
を有し、これから、この信号の片側帯域幅が（１＋β）１０．７６２２３７ＭＨｚ＝５．３８ＭＨｚ＋０．３１ＭＨｚであることは明らかである。この同相パルスからＶＳＢ信号を作成するために、信号は、下側側波帯のわずかな部分だけが残るようにフィルタリングされる。このフィルタリングは、
Ｐｖ（ｆ）＝Ｐ（ｆ）（Ｕ（ｆ）−Ｈα（ｆ））    （１１）
として記述することができ、ここで、
【００６９】
【数４】
2009021987.tif 000006
であり、ここで、Ｈα（ｆ）は、下側側波帯のベスティガル・リマインダ（ｖｅｓｔｉｇａｌ  ｒｅｍａｉｎｄｅｒ）を残すように設計されたフィルタである。Ｈα（ｆ）の利得関数のプロットを、図１１に示す。このフィルタは、Ｈα（−ｆ）＝−Ｈα（ｆ）およびＨα（ｆ）＝０、ｆ＞αという特性を満足する。
【００７０】
応答Ｕ（ｆ）Ｐ（ｆ）は、
【００７１】
【数５】
2009021987.tif 000007
と表すことができ、ここで、
【００７２】
【数６】
2009021987.tif 000008
は、Ｐ（ｆ）のヒルベルト変換である。ＶＳＢパルスは、
【００７３】
【数７】
2009021987.tif 000009
と表すことができ、ベースバンド・パルス信号は、
【００７４】
【数８】
2009021987.tif 000010
と表すことができ、ここで、ｐｖｉ（ｔ）は同相成分であり、ｐｖｑ（ｔ）は直交成分であり、
【００７５】
【数９】
2009021987.tif 000011
である。
【００７６】
データを送信する前に、ＡＴＳＣ信号は、搬送波信号をも組み込み、この搬送波信号は、データ信号より−１１．５ｄＢ少ない電力を有する。この搬送波は、信号のコヒーレント復調を助ける。その結果、送信される信号は、
【００７７】
【数１０】
2009021987.tif 000012
と表され、ここで、Ｃｎは、８レベル・データ信号である。
【００７８】
監視ユニット
図１２に、監視ユニット１０８の実施態様１２００を示す。アンテナ１２０４が、ＧＰＳ信号１２０２を受信する。ＧＰＳ時間伝送ユニット１２０６が、ＧＰＳ信号に基づいてマスタ・クロック信号を展開する。ＤＴＶ送信器クロックのオフセットを決定するために、ＮＣＯ（数値制御発振器）フィールド同期化タイマ１２０８Ａが、マスタ・クロック信号に基づいてマスタ同期化信号を展開する。マスタ同期化信号は、ＡＴＳＣセグメント同期化信号とＡＴＳＣフィールド同期化信号とのうちの一方または両方を含むことができる。一実施態様では、すべての監視ユニット１０８内のＮＣＯフィールド同期化タイマ１２０８Ａが、ベース日時に同期化される。単一の監視ユニット１０８が、ユーザ端末１０２が受信するのと同一のＤＴＶ送信器のすべてからＤＴＶ信号を受信する実施態様では、ユーザ端末１０２の位置を決定するために、その監視ユニット１０８を他のすべての監視ユニットと同期化する必要はない。そのような同期化は、すべての監視局１０８またはすべてのＤＴＶ送信器が共通のクロックに同期化される場合にも、不要である。
【００７９】
ＤＴＶアンテナ１２１２は、複数のＤＴＶ信号１２１０を受信する。もう１つの実施態様では、複数のＤＴＶアンテナが使用される。増幅器１２１４が、ＤＴＶ信号を増幅する。１つまたは複数のＤＴＶ同調器１２１６Ａから１２１６Ｎのそれぞれが、受信されたＤＴＶ信号内の１つのＤＴＶチャネルに同調して、ＤＴＶチャネル信号を作る。複数のＮＣＯフィールド同期化タイマ１２０８Ｂから１２０８Ｍのそれぞれが、ＤＴＶチャネル信号のうちの１つを受け取る。ＮＣＯフィールド同期化タイマ１２０８Ｂから１２０８Ｍのそれぞれは、ＤＴＶチャネル信号からチャネル同期化信号を抽出する。チャネル同期化信号は、ＡＴＳＣセグメント同期化信号とＡＴＳＣフィールド同期化信号とのうちの一方または両方を含むことができる。ＤＴＶ信号内のパイロット信号およびシンボル・クロック信号を、獲得の助けとして使用できることに留意されたい。
【００８０】
複数のアナログ加算器１２１８Ａから１２１８Ｎのそれぞれが、マスタ同期化信号とチャネル同期化信号のうちの１つとの間のクロック・オフセットを生成する。プロセッサ１２２０が、結果のデータをフォーマットし、ＤＴＶ位置決めサーバ１１０に送信する。一実施態様で、このデータは、測定されたＤＴＶチャネルごとに、ＤＴＶ送信器の識別番号、ＤＴＶチャネル番号、ＤＴＶ送信器のアンテナ位相中心、およびクロック・オフセットを含む。このデータは、エア・リンクおよびインターネットを含む複数の方法のいずれかによって送信することができる。一実施態様で、データは、ＤＴＶチャネル自体の上で疎なＭＰＥＧパケット内でブロードキャストされる。
【００８１】
ソフトウェア受信器
マルチパスの影響を軽減する１つの完全な手法は、ハードウェア・セットアップで行われるように早期および後期のサンプルだけを使用するのではなく、自己相関関数全体をサンプリングすることである。マルチパスの影響は、最も早期の相関ピークを選択することによって軽減することができる。
【００８２】
Ｅ９１１応用例など、短い遅延で位置を計算できる場合には、単純な手法は、フィルタリングされた信号のシーケンスをサンプリングし、その後、サンプルをＤＳＰ上のファームウェア内で処理する、ソフトウェア受信器を使用することである。
【００８３】
図１３に、ソフトウェアでの追跡の一実施態様１３００を示す。アンテナ１３０２が、ＤＴＶ信号を受信する。アンテナ１３０２は、磁気双極子またはＤＴＶ信号を受信できる任意の他のタイプのアンテナとすることができる。帯域フィルタ１３０４が、ＤＴＶ信号スペクトル全体をＬＮＡ  １３０６に渡す。一実施形態で、フィルタ１３０４は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１３１４の制御の下で特定のＤＴＶチャネルのスペクトルを通過させる同調可能帯域フィルタである。
【００８４】
低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３０６が、選択された信号を増幅し、ＤＴＶチャネル・セレクタ１３０８に渡す。ＤＴＶチャネル・セレクタ１３０８は、ＤＳＰ  １３１４の制御の下で特定のＤＴＶチャネルを選択し、選択されたチャネル信号をフィルタリングし、従来の方法に従って、ＵＨＦ（超高周波数）からＩＦ（中間周波数）にダウンコンバートする。増幅器（ＡＭＰ）１３１０が、選択されたＩＦチャネル信号を増幅する。アナログ−ディジタル変換器およびサンプラ（Ａ／Ｄ）１３１２が、ＤＴＶチャネル信号ｓ（ｔ）のディジタル・サンプルを作り、これらのサンプルをＤＳＰ  １３１４に渡す。
【００８５】
ここで、ＤＳＰ  １３１４によるＤＴＶチャネル信号の処理を、コヒーレント・ソフトウェア受信器について説明する。ダウンコンバートされたサンプリングされた信号の公称オフセット周波数を仮定する。この信号がベースバンドにダウンコンバートされる場合には、公称オフセットは０Ｈｚである。この処理は、信号ｓ（ｔ）のサンプルに基づいて完全な自己相関関数を生成する。
【００８６】
この処理は、低デューティ係数信号について、はるかに効率的に実施することができる。Ｔｉが、サンプリングされるデータの周期であり、ωｉｎが、サンプリングされた入射信号の公称オフセットであり、ωｏｆｆｓｅｔが、ドップラ・シフトおよび発振器周波数ドリフトに起因する最大の可能なオフセット周波数であるものとする。この処理は、下にリストした擬似コードを実施する。
【００８７】
Ｒｍａｘ＝０
複素コード信号
【００８８】
【数１１】
2009021987.tif 000013
を作成する。ここで、
【００８９】
【数１２】
2009021987.tif 000014
は、データ信号に対応するすべてのシンボルについて０であり、同期化信号に対応するすべてのシンボルについて非ゼロである。
【００９０】
【数１３】
2009021987.tif 000015
複素混合信号
ｓｍｉｘ（ｔ）＝ｃｏｓ（ωｔ）＋ｊ  ｓｉｎ（ωｔ），ｔ＝［０…Ｔｉ］
を作成する。
【００９１】
入射信号ｓ（ｔ）と混合信号ｓｍｉｘ（ｔ）とを組み合わせる。
【００９２】
ｓｃｏｍｂ（ｔ）＝ｓ（ｔ）ｓｍｉｘ（ｔ）
相関関数Ｒ（τ）＝ｓｃｏｄｅ＊ｓｃｏｍｂ（τ）を計算する。
【００９３】
Ｉｆ  ｍａｘτ｜Ｒ（τ）｜＞Ｒｍａｘ、
【００９４】
【数１４】
2009021987.tif 000016
Ｎｅｘｔ  ω
【００９５】
このプロセスから抜ける時に、Ｒｓｔｏｒｅ（τ）には、入射信号ｓ（ｔ）と複素コード信号ｓｃｏｄｅ（ｔ）との間の相関が格納されている。Ｒｓｔｏｒｅ（τ）は、ωのより小さいステップにわたって検索することによって、さらに洗練することができる。ωに関する初期ステップ・サイズは、ナイキストレート
【００９６】
【数１５】
2009021987.tif 000017
の半分未満でなければならない。
【００９７】
最大の相関出力をもたらす時間オフセットτが、擬似距離として使用される。
【００９８】
ソフトウェアで非コヒーレント相関を生成する技法を、これから説明する。この手法は、図４および５のハードウェア受信器をエミュレートする。ＩチャネルおよびＱチャネルが、ブロック図では別々に扱われているが、ソフトウェアでは、Ｉ成分およびＱ成分を組み合わせて、混合信号を生成できることに留意されたい。非コヒーレント相関器は、エンベロープ検出を使用するので、ある範囲の中間周波数にわたって検索する必要はない。この処理は、下にリストした擬似コードを実施する。
【００９９】
同相コード信号および直交コード信号
【０１００】
【数１６】
2009021987.tif 000018
を生成し、ここで、合計は、ｎにわたり、
【０１０１】
【数１７】
2009021987.tif 000019
は、データ信号に対応するすべてのシンボルについて０であり、同期化信号に対応するすべてのシンボルについて非ゼロである。ｃｉが、自己相関Ｒｉを有し、ｃｑが、自己相関Ｒｑを有し、それらの相互相関が、Ｒｉｑであることに留意されたい。
【０１０２】
τ＝０からＴｐｅｒ  ｓｔｅｐ  Ｔｓａｍｐに対して、ただし、Ｔｐｅｒは、使用されるコードの期間であり、Ｔｓａｍｐは、サンプル・インターバルである
基準コード混合信号
ｓｍｉｘ（ｔ）＝ｃｉ（ｔ＋τ）ｃｏｓ（ωｔ＋νｔ＋φ）＋ｃｑ（ｔ＋τ）ｓｉｎ（ωｔ＋νｔ＋φ）
を作成する。ただし、ωは、入射信号の公称ＩＦ周波数であり、νは、入射信号に対する相対的な混合信号の周波数オフセットであり、φは、入射信号からの混合信号の位相オフセットである。
【０１０３】
入射信号ｓ（ｔ）と基準コード混合信号ｓｍｉｘ（ｔ）とを組み合わせる。
【０１０４】
ｓｃｏｍｂ（ｔ）＝ｓ（ｔ）ｓｍｉｘ（ｔ）
ｓｆｉｌｔ（ｔ）の期待値が、Ｅ［ｓｆｉｌｔ（ｔ）］＝２Ｒｉ（τ）ｃｏｓ（νｔ＋φ）＋２Ｒｉｑ（τ）ｓｉｎ（νｔ＋φ）によって与えられるように、ｓｃｏｍｂ（ｔ）を低域フィルタリングしてｓｆｉｌｔ（ｔ）を生成する。ここで、我々は、Ｒｉ（τ）＝−Ｒｑ（τ）という事実を使用した。
【０１０５】
ｓｆｉｌｔ（ｔ）に対してエンベロープ検出を実行して（たとえば、二乗とフィルタリングとによって）、非コヒーレント相関ｚ（τ）＝２［Ｒｉ（τ）２＋Ｒｉｑ（τ）２］を生成する。
【０１０６】
Ｎｅｘｔ  τ
最大の相関出力をもたらす時間オフセットτが、擬似距離として使用される。
【０１０７】
非コヒーレント相関ｚ（τ）が、同相成分と直交成分との両方の信号出力を利用することに留意されたい。しかし、これの結果として、非コヒーレント相関を生成する信号の有効帯域幅が半分になる。非コヒーレント相関器の出力を、図１４に示す。上側のプロットは、おおむね８×１０−５秒のインターバルにわたる相関ピークを示す。上側のプロットは、相関ピークの有効な３ＭＨｚ帯域幅を示す。
【０１０８】
実験結果
ソフトウェアでの追跡に関して上で説明したものに類似する技法が、米国カリフォルニア州サン・ノゼから発し、米国カリフォルニア州パロ・アルトの室内で受信されるＤＴＶ送信に適用された。この例は、例示のために提示されるものであって、本発明の範囲を限定するためのものではない。図１５に、サン・ノゼのＫＩＣＵ  ｃｈａｎｎｅｌ  ５２  ＤＴＶ放送からの信号の１ミリ秒サンプルの例のスペクトルを示す。この信号は、２７ＭＨｚの中心周波数にダウンコンバートされ、この２７ＭＨｚの中心周波数は、１００メガサンプル毎秒のサンプリング・レートの０．５４のディジタル周波数に対応する。この信号は、６ＭＨｚの帯域幅にディジタル帯域フィルタリングされた。
【０１０９】
結果の６ＭＨｚ信号の同相成分および直交成分の計算された自己相関関数を、図１６に示す。これが、各セグメントの始めの４つのデータ同期化シンボルだけに関する自己相関であることに留意されたい。
【０１１０】
６ＭＨｚ信号の特性を、図１７に示す。図１７は、同相チャネルの自己相関ピークの部分を示す。この曲線の滑らかさから、信号対雑音比が高いことがわかる。さらに、ピークの曲率は、高い信号帯域幅を示し、これは、この信号をマルチパスに頑健にする。
【０１１１】
図１８に、相関器５００の動作のシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションは、Ｗｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社が製作するＭａｔｈｅｍａｔｉｃａソフトウェアを使用して行われた。シミュレーション入力は、サンプラ４００によってメモリ４１４に格納されたディジタルＩサンプルおよびディジタルＱサンプルである。
【０１１２】
図１８は、１０．７６ＭＨｚ複素サンプル・レートおよび２４２ミリ秒すなわち１０フィールドの積分時間でのシンボル同期サンプリングの非コヒーレント相関結果を示す。このシミュレーションは、サンプルが１／２シンボルすなわち０．０５ミリ秒だけオフセットしている、ワースト・ケースである。
【０１１３】
このシミュレーションは、ガウス雑音および６ＭＨｚ帯域幅での−２７ｄＢの信号対雑音比（ＳＮＲ）をも含む。サンプリングの位相オフセットがあると、この結果は、２ｄＢだけ劣化するが、明らかに、性能はそれでも優秀である。通常のＤＴＶ受信は、約＋１８ｄＢのＳＮＲを必要とする。相関器５００は、通常のＤＴＶより１８＋２７＝４５ｄＢ下のＳＮＲで追跡情報を回復することができる。この結果は、整合フィルタが使用される場合には、サンプリング・クロックの正確な訂正を必要とする。しかし、時間ゲーティングされた遅延ロック・ループ（ＤＬＬ）は、そのクロックを受信信号のクロックに自動的に同期化し、同一の結果をもたらす。
【０１１４】
代替実施形態
本発明を、ディジタル電子回路網内で、コンピュータ・ハードウェア、コンピュータ・ファームウェア、コンピュータ・ソフトウェア内で、あるいはこれらの組合せで実施することができる。本発明の装置を、プログラマブル・プロセッサによる実行のために機械可読記憶装置内で有形に実施されるコンピュータ・プログラム製品で実施することができ、本発明の方法ステップを、入力データを操作し、出力を生成することによって本発明の機能を実行するために命令のプログラムを実行するプログラマブル・プロセッサによって実行することができる。本発明を、データ記憶システムからデータおよび命令を受け取り、データ記憶システムにデータおよび命令を送るために結合された少なくとも１つのプログラマブル・プロセッサと、少なくとも１つの入力デバイスと、少なくとも１つの出力デバイスとを含むプログラマブル・システムで実行可能な１つまたは複数のコンピュータ・プログラム内で有利に実施することができる。各コンピュータ・プログラムは、高水準手続き指向プログラミング言語または高水準オブジェクト指向プログラミング言語で、あるいは望まれる場合にはアセンブリ言語または機械語で実施することができ、どの場合でも、言語は、コンパイルされる言語または解釈される言語とすることができる。適切なプロセッサは、たとえば、汎用マイクロプロセッサと特殊目的マイクロプロセッサとの両方を含む。一般に、プロセッサは、読取専用メモリおよび／またはランダム・アクセスメモリから命令およびデータを受け取る。一般に、コンピュータは、データ・ファイルを格納するための１つまたは複数の大容量記憶装置を含み、そのような装置は、内蔵ハード・ディスクおよび取り外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびに光ディスクを含む。コンピュータ・プログラム命令およびデータを有形に実施するのに適する記憶装置は、たとえばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュ・メモリ・デバイスなどの半導体メモリ・デバイス、内蔵ハード・ディスクおよび取り外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびにＣＤ−ＲＯＭディスクを含む、すべての形の不揮発性メモリを含む。前述のいずれをも、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって増補するか、ＡＳＩＣ内に組み込むことができる。
【０１１５】
本発明の複数の実施形態を説明した。それでも、さまざまな変更を、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに行えることを理解されたい。
【０１１６】
たとえば、さまざまな信号および信号処理技法を、本明細書でアナログの形で述べたが、ディジタル実施態様が、この説明を読んだ後に当業者に明白になるであろう。
【０１１７】
たとえば、同相チャネルおよび直交チャネルを使用してＡＴＳＣ信号を追跡する１つの方法を説明したが、同相チャネルだけ、直交チャネルだけ、またはこの２つの任意の組合せを使用して、正確な追跡を提供できることは明白である。さらに、さまざまな形の従来の遅延ロック・ループを使用し、さまざまなタイプの整合フィルタの使用を介してこれらの信号を追跡する複数の方法があることは明白である。
【０１１８】
本発明の実施態様は、多くの形でＤＴＶ信号の低デューティ係数を活用する。たとえば、一実施形態は、Ｊ．Ｊ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．著、「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｂｙ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、米国ニュージャージー州エングルウッド・クリフ、１９７７年、第１８章−６で開示されたものなどの時間ゲーティングされた遅延ロック・ループ（ＤＬＬ）を使用する。他の実施態様は、Ｊ．Ｊ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．著、「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｂｙ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、米国ニュージャージー州エングルウッド・クリフ、１９７７年、第１８章、ならびにＢ．ＰａｒｋｉｎｓｏｎおよびＪ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．著、「Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＡＩＡＡ、米国ワシントン州、１９９６年、Ｖｏｌ．１、第１７章のＪ．Ｓｐｉｌｋｅｒ，Ｊｒ．によるＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｔｈｅｏｒｙに開示されたものなど、コヒーレントＤＬＬ、非コヒーレントＤＬＬ、および準コヒーレントＤＬＬを含むＤＬＬの変形形態を使用する。他の実施態様は、再循環式整合フィルタ（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  ｍａｔｃｈｅｄ  ｆｉｌｔｅｒ）などのさまざまなタイプの整合フィルタを使用する。
【０１１９】
いくつかの実施態様で、ＤＴＶ位置特定サーバ１１０は、ＤＴＶ送信器から入手可能な擬似距離など、システム・レベルで入手可能な冗長信号を使用し、各ＤＴＶチャネルおよび擬似距離を検証するためおよび誤りのあるＤＴＶチャネルを識別するために追加の検査を行う。そのような技法の１つが、従来の受信器自律型完全性監視（ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ、ＲＡＩＭ）である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】エア・リンクを介して基地局と通信するユーザ端末を含む、本発明の実施態様を示す図である。
【図２】本発明の実施態様の動作を示す図である。
【図３】３つのＤＴＶ送信器を使用する位置決定のジオメトリを示す図である。
【図４】受信されたＤＴＶ信号のサンプルをとるのに使用されるサンプラの実施態様を示す図である。
【図５】図４のサンプラによって作られるＤＴＶ信号サンプルの相関ピークを検索するのに使用される非コヒーレント相関器の実施態様を示す図である。
【図６】２つの別々のＤＴＶアンテナからＤＴＶ信号を受信するユーザ端末の位置決定計算の単純な例を示す図である。
【図７】周囲の土地と同一の高度に配置されたＤＴＶ送信器の一定範囲の円に対する単一の丘の影響を示す図である。
【図８】ＡＴＳＣフレームの構造を示す図である。
【図９】ＡＴＳＣフレームのフィールド同期化セグメント（ｆｉｅｌｄ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｓｅｇｍｅｎｔ）の構造を示す図である。
【図１０】ＡＴＳＣフレームのデータセグメント（ｄａｔａ  ｓｅｇｍｅｎｔ）の構造を示す図である。
【図１１】ＡＴＳＣ  ＤＴＶ信号を作る際に使用されるフィルタの利得関数のプロットを示す図である。
【図１２】監視ユニットの実施態様を示す図である。
【図１３】ソフトウェアでの追跡の一実施態様を示す図である。
【図１４】非コヒーレント相関器の出力のプロットを示す図である。
【図１５】サン・ノゼのＫＩＣＵ  ｃｈａｎｎｅｌ  ５２  ＤＴＶ放送からの信号の１ミリ秒サンプルの例のスペクトルを示す図である。
【図１６】結果の６ＭＨｚ信号の同相成分および直交成分の計算された自己相関関数を示す図である。
【図１７】６ＭＨｚ信号の特性を示す図である。
【図１８】図５の相関器の動作のシミュレーションの結果を示す図である。
【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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【外国語明細書】
2009021987000001.pdf