通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法
【課題】通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法を提供すること。
【解決手段】受信信号の同期保持を行うための位相同期ループ２５４を備え、前記位相同期ループは、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタ１０９と、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を含む、通信装置。
【解決手段】受信信号の同期保持を行うための位相同期ループ２５４を備え、前記位相同期ループは、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタ１０９と、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を含む、通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人工衛星から送信される航法メッセージを受信して現在位置を計算可能なＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機が、携帯電話やカーナビゲーションシステムに適用されるなど、広く普及している。
【０００３】
具体的には、人工衛星から送信される航法メッセージには、人工衛星の軌道を示す軌道情報、信号の送信時刻などの情報が含まれる。ＧＰＳ受信機は、４個以上の人工衛星から上記航法メッセージを受信し、航法メッセージに含まれる軌道情報から各人工衛星の位置を算出する。そして、ＧＰＳ受信機は、各人工衛星の位置と、航法メッセージの送信時刻と受信時刻の差分に基づいて現在の３次元位置を連立方程式により計算することができる。なお、３次元位置を計算する際に４個以上の人工衛星から送信された航法メッセージが必要となるのは、ＧＰＳ受信機に内蔵される時計と、人工衛星に設けられている原子時計とに誤差が存在するためである。
【０００４】
また、人工衛星は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれる信号、すなわち、符号長が１，０２３でありチップレートが１．０２３ＭＨｚである疑似ランダム（ＰＲＮ：Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ）符号で５０ｂｐｓのデータをスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散した信号で１，５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号により上記航法メッセージを送信する。
【０００５】
したがって、ＧＰＳ受信機が人工衛星からの信号を受信するには、ＰＲＮ符号、キャリアおよびデータの同期をとる必要がある。受信信号のキャリアの同期のために、一般的なＧＰＳ受信機においては位相同期ループ（ＰＬＬ:Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）が用いられる。
【０００６】
このＰＬＬは、ループ次数に応じ、同期保持の性能、すなわちトラッキング性能が異なる。例えば、２次のＰＬＬは、加速度運動下において位相誤差が生じる（加速度追従性が悪い）が、ループとしての安定度が高い（ノイズに強い）。一方、３次のＰＬＬは、加速度追従性が良いが、ループとしての安定度は２次のＰＬＬと比較して低い（ノイズに弱い）。なお、特許文献１には、異なる次数のＰＬＬを複数備え、複数のＰＬＬからの出力に基づいて加速度などのパラメータを決定する電子ナビゲーション装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第９９／５０６８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、２次のＰＬＬと３次のＰＬＬの利点は異なるため、状況に応じて使い分けることが望まれる。しかし、特許文献１に記載の電子ナビゲーション装置のように異なる次数のＰＬＬを別個に複数設けると、回路規模が増大してしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、回路規模の増大を抑制しつつ、位相同期ループの次数を切替えることが可能な、新規かつ改良された通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、前記位相同期ループは、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を含む通信装置が提供される。
【００１１】
前記通信装置は、前記通信装置の現在状態の変化に応じて前記切替部による前記回路構成の切替えを制御する制御部をさらに備えてもよい。
【００１２】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせ、前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせてもよい。
【００１３】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行なってもよい。
【００１４】
前記制御部は、前記通信装置の加速度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせ、前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせてもよい。
【００１５】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行なってもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を備える位相同期ループが提供される。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、前記位相同期ループは、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を含む通信装置が搭載された移動体が提供される。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信信号の同期保持を行うための位相同期ループに含まれる、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含するｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）を有するループフィルタにおいて、有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替えるステップ、を含む通信方法が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明にかかる通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法よれば、回路規模の増大を抑制しつつ、位相同期ループの次数を切替えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態にかかる人工衛星システムの構成を示した説明図である。
【図２】航法メッセージのフレーム構成を示した説明図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる受信機のハードウェア構成を示した説明図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる受信機の動作例の流れを示したフローチャートである。
【図５】同期保持部の構成を示した説明図である。
【図６】ＰＬＬの詳細な構成を示した説明図である。
【図７】２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。
【図８】３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。
【図９】本発明の実施形態にかかるループフィルタの回路構成を示した説明図である。
【図１０】ループフィルタの第１の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。
【図１１】ループフィルタの第２の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて人工衛星１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、人工衛星１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単に人工衛星１０と称する。
【００２３】
また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．人工衛星システムの概要
１−１．ＧＰＳによる位置測位の概要
１−２．航法メッセージの構成
１−３．受信機の構成および動作
１−４．同期保持部の構成
２．背景
３．本発明の実施形態にかかるループフィルタの構成
４．ループフィルタの制御方法
４−１．第１の例
４−２．第２の例
５．まとめ
【００２４】
＜１．人工衛星システムの概要＞
まず、図１〜図６を参照し、本発明の一実施形態にかかる人工衛星システム１について説明する。
【００２５】
[１−１．ＧＰＳによる位置測位の概要]
図１は、本発明の一実施形態にかかる人工衛星システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、当該人工衛星システム１は、複数の人工衛星１０Ａ〜１０Ｄと、受信機２０と、を備える。
【００２６】
人工衛星１０（ＧＰＳ衛星）は、測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を構成しており、地球８の上空を周回している。図１には、４個の人工衛星１０Ａ〜１０Ｄのみを示しているが、例えば、６軌道面に４個ずつで計２４個の人工衛星が地球８の上空を周回する。
【００２７】
また、人工衛星１０は、人工衛星の軌道情報であるエフェメリス（Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）情報およびアルマナック（Ａｌｍａｎａｃ）情報や、航法メッセージの送信時刻をあらわすＴＯＷ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｗｅｅｋ）などを含む航法メッセージ（詳細については[１−２．航法メッセージの構成]において説明する。）を送信する。人工衛星１０には原子時計が設けられており、送信時刻は、人工衛星１０に設けられている原子時計に従って例えば６秒単位で表現される。
【００２８】
なお、人工衛星１０は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれるスペクトラム拡散信号により上記航法メッセージを送信する。このスペクトラム拡散信号は、５０ｂｐｓのデータを疑似ランダム系列の拡散符号（以下、ＰＲＮ符号と称する。）でスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散した信号で１，５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ変調した信号である。また、ＰＲＮ符号は、符号長が１，０２３でありチップレートが１．０２３ＭＨｚである。
【００２９】
地球８に存在する受信機２０は、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄから送信される航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージに基づいて自装置の現在位置を計算することができる。
【００３０】
より詳細には、受信機２０は、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄから送信された航法メッセージを受信し、航法メッセージからエフェメリス情報を取得する。そして、受信機２０は、エフェメリス情報から、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの位置を算出する。また、受信機２０は、エフェメリス情報に含まれる送信時刻と、航法メッセージの受信時刻の差分により、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄと受信機２０の間の距離を算出する。その後、受信機２０は、算出した人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの各々の位置と、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの各々と受信機２０の間の距離を利用し、受信機２０の現在の３次元位置を未知数とした方程式を演算する。
【００３１】
このように受信機２０の現在の３次元位置を演算する際には、４個以上の人工衛星１０から送信された航法メッセージが必要となる。これは、受信機２０に内蔵される時計（ＲＴＣ：Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）と、人工衛星１０に設けられている原子時計とに誤差が存在するためである。
【００３２】
また、人工衛星１０は、所定周期でエフェメリス情報を更新し、更新したエフェメリス情報を含む航法メッセージを送信する。ここで、人工衛星１０は常に移動しているため、エフェメリス情報の更新時から時間が経過するにつれ、エフェメリス情報に基づいて算出される人工衛星１０の位置と、実際の人工衛星１０の位置との誤差が大きくなる。このため、航法メッセージに含まれるエフェメリス情報には例えば２時間程度の有効期限が設定されている。
【００３３】
以上、図１を参照してＧＰＳによる位置測位について概略的に説明した。なお、図１においては受信機２０を通信装置の一例として丸印で示しているが、受信機２０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、家庭用ゲーム機器、携帯用ゲーム機器、家電機器、および車載器などの情報処理装置であってもよい。
【００３４】
また、受信機２０は、人間や貨物などを乗せて移動可能な移動体に搭載されてもよい。例えば、移動体としては、二輪車や三輪車などの自動車や、自転車、バス、電車、新幹線、路面電車、飛行機、船、ボートなどの多様な乗り物があげられる。
【００３５】
[１−２．航法メッセージの構成]
次に、図２を参照し、人工衛星１０から送信される航法メッセージの構成について説明する。
【００３６】
図２は、航法メッセージのフレーム構成を示した説明図である。図２に示したように、航法メッセージの１フレームは、５つのサブフレームから構成される。また、１フレーム長さは３０秒であり、１５００ｂｉｔｓの情報量を有する。各サブフレームには航法メッセージの送信時刻ＴＯＷが含まれる。また、最初のサブフレーム１から３つ目のサブフレーム３には、軌道長半径、離心率、平均近点角、昇降点経度、近地点引数、および軌道傾斜角などの要素を算出するためのパラメータであるエフェメリス情報が含まれる。一方、４つ目のサブフレーム４および５つ目のサブフレーム５には、全ての人工衛星１０で共通のアルマナック（Ａｌｍａｎａｃ）情報が含まれる。アルマナック情報は、全ての人工衛星１０の６要素や、いずれの人工衛星１０が使用可能であるかを示す情報などが含まれる。
【００３７】
また、各サブフレームには、固定パターンであるプリアンブルの後にデータが記載される。各サブフレームは、１０ワードで構成され、長さが６秒であり、３００ｂｉｔｓの情報量を有する。
【００３８】
また、各ワードは、３０ビットで構成され、長さが６００ｍｓｅｃである。また、各ビットの長さは、Ｃ／Ａコード（拡散符号）の２０周期分である２０ｍｓｅｃである。したがって、データの伝送速度は５０ｂｐｓである。また、Ｃ／Ａコードは、図２に示したように、１周期が１ｍｓｅｃであり、ＰＲＮ符号の１０２３チップで構成される。
【００３９】
[１−３．受信機の構成および動作]
図３は、本発明の一実施形態にかかる受信機２０のハードウェア構成を示した説明図である。図３に示したように、受信機２０は、アンテナ２１２、周波数変換部２２０、同期捕捉部２４０、および同期保持部２５０を含む受信処理部２１０と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６０と、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）２６４と、タイマ２６８と、メモリ２７０と、ＸＯ（水晶発振器、Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２７２、ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２７４と、逓倍／分周器２７６と、加速度センサ２８０と、を備える。
【００４０】
ＸＯ２７２は、所定の周波数（例えば、３２．７６８ｋＨｚ程度）を有する信号Ｄ１を発振し、発振した信号Ｄ１をＲＴＣ２６４へ供給する。ＴＣＸＯ２７４は、ＸＯ２７２と異なる周波数（例えば、１６．３６８ＭＨｚ程度）を有する信号Ｄ２を発振し、発振した信号Ｄ２を逓倍／分周器２７６や周波数シンセサイザ２２８へ供給する。
【００４１】
逓倍／分周器２７６は、ＴＣＸＯ２７４から供給された信号Ｄ２を、ＣＰＵ２６０からの指示に基づいて、逓倍、分周またはその双方を行なう。そして、逓倍／分周器２７６は、逓倍、分周またはその双方を行った信号Ｄ４を、周波数変換部２２０の周波数シンセサイザ２２８、ＣＰＵ２６０、タイマ２６８、メモリ２７０、同期捕捉部２４０、および同期保持部２５０へ供給する。
【００４２】
アンテナ２１２は、人工衛星１０から送信された航法メッセージなどの無線信号（例えば、１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号）を受信し、該無線信号を電気信号Ｄ５に変換して周波数変換部２２０へ供給する。
【００４３】
周波数変換部２２０は、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２２と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２２４と、増幅器２２６と、周波数シンセサイザ２２８と、乗算器２３０と、増幅器２３２と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２３４と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３６と、を備える。この周波数変換部２２０は、以下に示すように、アンテナ２１２により受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する信号Ｄ５を、デジタル信号処理の容易化のために、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の周波数を有する信号Ｄ１４にダウンコンバージョンする。
【００４４】
ＬＮＡ２２２は、アンテナ２１２から供給された信号Ｄ５を増幅し、ＢＰＦ２２４へ供給する。ＢＰＦ２２４は、ＳＡＷフィルタ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ）から構成され、ＬＮＡにより増幅された信号Ｄ６の周波数成分のうちで、特定の周波数成分のみを抽出して増幅器２２６へ供給する。増幅器２２６は、ＢＰＦ２２４により抽出された周波数成分を有する信号Ｄ７（周波数ＦＲＦ）を増幅し、乗算器２３０へ供給する。
【００４５】
周波数シンセサイザ２２８は、ＴＣＸＯ２７４から供給される信号Ｄ２を利用し、ＣＰＵ２６０からの指示Ｄ９に基づいて周波数ＦＬＯを有する信号Ｄ１０を生成する。そして、周波数シンセサイザ２２８は、生成した周波数ＦＬＯを有する信号Ｄ１０を乗算器２３０へ供給する。
【００４６】
乗算器２３０は、増幅器２２６から供給される周波数ＦＲＦを有する信号Ｄ８と、周波数シンセサイザ２２８から供給される周波数ＦＬＯを有する信号Ｄ１０を乗算する。すなわち、乗算器２３０は、高周波信号をＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号Ｄ１１（例えば、１．０２３ＭＨｚ程度の周波数を有する中間周波数信号）にダウンコンバージョンする。
【００４７】
増幅器２３２は、乗算器２３０によりダウンコンバージョンされたＩＦ信号Ｄ１１を増幅し、ＬＰＦ２３４へ供給する。
【００４８】
ＬＰＦ２３４は、増幅器２３２により増幅されたＩＦ信号Ｄ１２の周波数成分のうちで低周波成分を抽出し、抽出した低周波成分を有する信号Ｄ１３をＡＤＣ２３６へ供給する。なお、図３においては増幅器２３２とＡＤＣ２３６の間にＬＰＦ２３４が配置される例を説明しているが、増幅器２３２とＡＤＣ２３６の間にはＢＰＦが配置されてもよい。
【００４９】
ＡＤＣ２３６は、ＬＰＦ２３４から供給されたアナログ形式のＩＦ信号Ｄ１３をデジタル形式に変換し、デジタル形式に変換したＩＦ信号Ｄ１４を、同期捕捉部２４０および同期保持部２５０へ供給する。
【００５０】
同期捕捉部２４０は、ＣＰＵ２６０による制御に基づき、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用し、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号の同期捕捉を行い、また、ＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数を検出する。同期捕捉には、例えば、スライディング相関器やマッチドフィルタなどの任意の構成を用いてもよい。そして、同期捕捉部２４０は、ＰＲＮ符号の位相やＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数などを同期保持部２５０およびＣＰＵ２６０へ供給する。
【００５１】
同期保持部２５０は、ＣＰＵ２６０による制御に基づき、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用し、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号とキャリアの同期保持を行なう。より詳細には、同期保持部２５０は、同期捕捉部２４０から供給されるＰＲＮ符号の位相やＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数を初期値として動作する。また、同期保持部２５０は、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージを復調し、ＣＰＵ２６０へ供給する。
【００５２】
ＣＰＵ２６０は、同期保持部２５０から供給される航法メッセージに基づいて、各人工衛星１０の位置や速度を算出し、受信機２０の位置を計算する。また、ＣＰＵ２６０は、航法メッセージに基づいてＲＴＣ２６４の時間情報の補正を行なったり、制御端子、Ｉ／Ｏ端子、および付加機能端子などに接続され各種制御を行なったりする。また、本発明の一実施形態にかかるＣＰＵ２６０は、同期保持部２５０のＰＬＬ２５４のループ次数を制御する制御部としての機能も有する。
【００５３】
ＲＴＣ２６４は、ＸＯ２７２から供給される所定の周波数を有する信号Ｄ１を利用して時間を計測する。ＲＴＣ２６４が計測する時間は、ＣＰＵ２６０により適宜補正される。
【００５４】
タイマ２６８は、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用して計時する。かかるタイマ２６８は、ＣＰＵ２６０による各種制御の開始タイミングを決定する際などに参照される。例えば、ＣＰＵ２６０は、同期捕捉部２４０により捕捉されたＰＲＮ符号の位相に基づいて同期保持部２５０のＰＲＮ符号発生器の動作を開始させるタイミングを決定する際に、タイマ２６８を参照する。
【００５５】
メモリ２７０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などからなり、ＣＰＵ２６０による作業空間、プログラムの記憶部、航法メッセージの記憶部などとしての機能を有する。メモリ２７０においては、ＣＰＵ２６０等による各種処理を行う際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられる。また、入力された各種データをバッファリングする際や、同期保持部２５０より得られた人工衛星１０の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、演算過程で生成される中間データ及び演算結果データの保持ためにもＲＡＭが用いられる。また、メモリ２７０においては、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭが用いられる。また、メモリ２７０においては、受信機２０の電源が切られている間であっても、人工衛星１０の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、および測位結果の位置情報、ＴＣＸＯ１２の誤差量などを記憶する手段として不揮発メモリが用いられる場合がある。
【００５６】
加速度センサ２８０は、受信機２０の加速度を測定する。加速度センサ２８０により測定された受信機２０の加速度はＣＰＵ２６０へ供給される。
【００５７】
なお、図３に示した受信機２０の構成のうちで、ＸＯ２７２，ＴＣＸＯ２７４、アンテナ２１２、ＬＮＡ２２２およびＢＰＦ２２４を除く構成を、１チップからなる集積回路に実装することも可能である。
【００５８】
続いて、図４を参照し、上述した受信機２０の動作例を説明する。
【００５９】
図４は、本発明の一実施形態にかかる受信機２０の動作例の流れを示したフローチャートである。図４に示したように、受信機２０が起動されると、ＣＰＵ２６０が初期設定を行う（Ｓ４２）。続いて、ＲＴＣ２６４により１秒がカウントされると（Ｓ４４）、ＣＰＵ２６０は各チャンネルに対して人工衛星１０を割当てる（Ｓ４６）。
【００６０】
その後、受信処理部２１０により航法メッセージが取得されると（Ｓ４８）、ＣＰＵ２６０は、同期保持中の人工衛星から実際に測位計算に利用する少なくとも４個以上の人工衛星１０を選択する（Ｓ５０）。そして、ＣＰＵ２６０は、選択した人工衛星１０の現在位置、および速度を算出し（Ｓ５２）、算出された人工衛星１０の現在位置、および速度に基づいて受信機２０の現在位置、および速度を計算する（Ｓ５４）。
【００６１】
続いて、ＣＰＵ２６０は、計算した受信機２０の現在位置、および速度を表す出力メッセージを作成し（Ｓ５６）、該出力メッセージに応じたコマンド処理を実行した後にＳ４４の処理に戻る（Ｓ５８）。
【００６２】
[１−４．同期保持部の構成]
次に、図５および図６を参照し、同期保持部２５０の構成を説明する。
【００６３】
図５は、同期保持部２５０の構成を示した説明図である。図５に示したように、同期保持部２５０は、複数の同期保持チャンネル回路２５２Ａ、２５２Ｂ・・・を備える。ここで、各同期保持チャンネル回路２５２は１の人工衛星１０から送信された無線信号の処理を行うので、複数の同期保持チャンネル回路２５２Ａ、２５２Ｂ・・・を備える同期保持部２５０は、複数の人工衛星１０から送信された無線信号を並列的に処理できる。
【００６４】
また、同期保持チャンネル回路２５２は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２５４と、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ−ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２５６と、ＰＲＮ符合発生成器２５８と、を備える。
【００６５】
ＰＬＬ２５４は、１の人工衛星１０から送信された無線信号のＩＦ信号Ｄ１４のキャリアの同期保持を行い、トラッキング中の人工衛星１０のキャリア周波数を出力する。得られたキャリア周波数はＤＬＬ２５６に供給され、測位計算に用いられる。また、ＰＬＬ２５４においては航法メッセージの抽出も行われ、抽出された航法メッセージはＣＰＵ２６０に供給される。
【００６６】
ＤＬＬ２５６は、１の人工衛星１０から送信された無線信号のＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号の同期保持を行い、トラッキング中の人工衛星１０のＰＲＮ符号の位相と周波数を出力する。得られたＰＲＮ符号位相はＰＬＬ２５４に供給され、測位計算に用いられる。また、ＤＬＬ２５６において得られたＰＲＮ符号周波数はＰＲＮ符号発生器２５８に供給される。
【００６７】
ＰＲＮ符号発生器２５８は、ＤＬＬ２５６において得られたＰＲＮ符号周波数に対応するＰＲＮ符号を生成する。ＰＲＮ符号発生器２５８が生成するＰＲＮ符号の種類は同期保持すべき人工衛星１０の種類に対応し、ＣＰＵ２６０により指示される。
【００６８】
図６は、ＰＬＬ２５４の詳細な構成を示した説明図である。図６に示したように、ＰＬＬ２５４は、ミキサー１０３、ミキサー１０４、およびミキサー１０５と、ＬＰＦ１０６およびＬＰＦ１０７と、位相検出器１０８と、ループフィルタ１０９と、ＮＣＯ１１０と、を備える。
【００６９】
ミキサー１０３は、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４と、ＰＲＮ符号発生器２５８が出力するＰＲＮ符号の遅れ無し（ＰｒｏｍｐｔまたはＰｕｎｃｔｕａｌ）信号を乗算し、ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定の人工衛星１０のＰＲＮ符号を逆拡散する。ミキサー１０３により逆拡散された信号は、ミキサー１０４およびミキサー１０５に供給される。
【００７０】
ミキサー１０４は、ミキサー１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｃｏｓ成分を乗算することにより、トラッキング中の無線信号のキャリアのＩ成分を抽出する。このＩ成分は、トラッキング中の無線信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として有する。また、ミキサー１０４において抽出されたＩ成分はＬＰＦ１０６に供給される。
【００７１】
ミキサー１０５は、ミキサー１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｓｉｎ成分を乗算することにより、ミキサー１０３の出力からトラッキング中の無線信号のキャリアのＱ成分を抽出する。このＱ成分は、トラッキング中の無線信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として有する。また、ミキサー１０５において抽出されたＱ成分はＬＰＦ１０７に供給される。
【００７２】
ＬＰＦ１０６は、ミキサー１０４の出力に含まれる無線信号およびＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差の周波数成分のうちで、差の周波数成分を抽出する。ＬＰＦ１０６において抽出された周波数成分は位相検出器１０８に供給される。
【００７３】
同様に、ＬＰＦ１０７は、ミキサー１０５の出力に含まれる無線信号およびＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差の周波数成分のうちで、差の周波数成分を抽出する。ＬＰＦ１０７において抽出された周波数成分は位相検出器１０８に供給される。なお、このようなＬＰＦ１０６および１０７は、帯域外ノイズを除去する役割も有する。
【００７４】
位相検出器１０８は、ＬＰＦ１０６および１０７の出力に基づき、トラッキング中の無線信号のキャリアとＮＣＯ１１０が発生するキャリアの位相差を検出する。位相検出器１０８において検出された位相差を示す位相差情報はループフィルタ１０９に供給される。
【００７５】
ループフィルタ１０９は、位相差情報から不要なノイズを取り除きつつ、所望のループの応答を実現するためのＬＰＦである。ループフィルタ１０９の出力はＮＣＯ１１０に供給される。なお、ループフィルタ１０９におけるループの応答を特徴付けるパラメータはＣＰＵ２６０から与えられる。
【００７６】
ＮＣＯ１１０は、入力に応じた周波数に対応するキャリア信号を生成する。ＮＣＯ１１０は、基準となるキャリア信号Ｄ１０１と９０度位相が遅れた信号Ｄ１０２を生成する。ＮＣＯ１１０において生成されたキャリア信号Ｄ１０１はミキサー１０４へ、キャリア信号Ｄ１０２はミキサー１０５へ供給される。
【００７７】
＜２．背景＞
以上説明したように、同期保持部２５０は、人工衛星１０から送信される無線信号のキャリアの同期保持を行うためのＰＬＬ２５４を備え、ＰＬＬ２５４の特性はループフィルタ１０９に依存する。以下、図７および図８を参照し、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成、および３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成について説明する。
【００７８】
図７は、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。図７に示したように、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成は、遅延素子１３１および１３２、加算器１４１〜１４３、乗算器１２１および１２２を備える。なお、乗算器１２１は入力をＢ倍し、乗算器１２２は入力をＡ倍する。このような回路構成を有する２次ＰＬＬ用のループフィルタは、以下の数式１に示す差分方程式により表現される。
【００７９】
【数１】
【００８０】
ここで、位相検出器１０８からの最新の出力が入力ｘｎであり、位相検出器１０８からの１つ前の出力が入力ｘｎ−１である。また、図７に示したループフィルタからの最新の出力が出力ｙｎであり、図７に示したループフィルタからの１つ前の出力が出力ｙｎ−１である。また、ＡおよびＢは乗算器１２２および乗算器１２１において乗算される係数であり、ＰＬＬの特性を決定するためのパラメータである。
【００８１】
図８は、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。図８に示したように、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成は、遅延素子１３３〜１３６と、加算器１４４〜１５０と、乗算器１２３〜１２５と、を備える。なお、乗算器１２３は入力をＥ倍し、乗算器１２４は入力をＤ倍し、乗算器１２５は入力をＣ倍する。このような回路構成を有する３次ＰＬＬ用のループフィルタは、以下の数式２に示す差分方程式により表現される。
【００８２】
【数２】
【００８３】
ここで、２次のＰＬＬは、加速度運動下において位相誤差が生じる（加速度追従性が悪い）が、ループとしての安定度が高い（ノイズに強い）。一方、３次のＰＬＬは、加速度追従性が良いが、ループとしての安定度は２次のＰＬＬと比較して低い（ノイズに弱い）。
【００８４】
このように、２次のＰＬＬと３次のＰＬＬの利点は異なるため、状況に応じて使い分けることが望まれる。しかし、ＰＬＬにおいて２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成と３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成とを別個に設けると、回路規模が増大してしまうという問題があった。
【００８５】
そこで、上記事情を一着眼点にして本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ２５４を創作するに至った。本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ２５４によれば、回路規模の増大を抑制しつつ、ループの次数を適宜切り替えることができる。以下、このようなＰＬＬ２５４を実現するためのループフィルタ１０９について詳細に説明する。
【００８６】
＜３．本発明の一実施形態にかかるループフィルタの構成＞
図７および図８を参照すると、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成は、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成を包含していることが確認される。より具体的には、図８において点線で囲った領域内の回路構成は、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成に対応している。そこで、本発明の一実施形態として、この点に着眼し、図９に示す回路構成を有するループフィルタを提案する。
【００８７】
図９は、本発明の実施形態にかかるループフィルタ１０９の回路構成を示した説明図である。図９に示したように、本発明の実施形態にかかるループフィルタ１０９は、レジスタやＲＡＭなどの記憶素子で構成される遅延素子３０１〜３０４と、加算器３０５〜３１１と、乗算器１２６〜１２８と、スイッチＳ０１と、を備える。
【００８８】
遅延素子３０１、および加算器３０５は、数式１および数式２におけるΔｘｎを得るための構成である。具体的には、遅延素子３０１がｘｎ−１を保持し、加算器３０５がｘｎから遅延素子３０１に保持されているｘｎ−１を減算することによりΔｘｎが得られる。
【００８９】
また、遅延素子３０２および加算器３０６は、数式２におけるδｘｎを得るための構成である。具体的には、遅延素子３０２がΔｘｎ−１を保持し、加算器３０６がΔｘｎから遅延素子３０２に保持されているΔｘｎ−１を減算することによりδｘｎが得られる。
【００９０】
また、遅延素子３０３は、数式１および数式２におけるｙｎ−１を得るための構成である。具体的には、遅延素子３０３はｙｎ−１を保持する。
【００９１】
また、遅延素子３０４および加算器３１１は、数式２におけるΔｙｎ−１を得るための構成である。具体的には、遅延素子３０４がｙｎ−２を保持し、加算器３１１がｙｎ−１から遅延素子３０４に保持されているｙｎ−２を減算することによりΔｙｎ−１が得られる。
【００９２】
乗算器１２６は、数式１におけるＢｘｎまたは数式２におけるＥｘｎを得るための構成である。具体的には、乗算器１２６は、ｘｎにパラメータＢまたはＥを乗算することにより数式１におけるＢｘｎまたは数式２におけるＥｘｎを得ることができる。
【００９３】
乗算器１２７は、数式１におけるＡΔｘｎまたは数式２におけるＤΔｘｎを得るための構成である。具体的には、乗算器１２７は、加算器３０５から出力されるΔｘｎにパラメータＡまたはＤを乗算することにより数式１におけるＡΔｘｎまたは数式２におけるＤΔｘｎを得ることができる。
【００９４】
乗算器１２８は、数式２におけるＣδｘｎを得るための構成である。具体的には、乗算器１２８は、加算器３０６から出力されるδｘｎにパラメータＣを乗算することにより数式２におけるＣδｘｎを得ることができる。
【００９５】
なお、これら乗算器１２６〜１２８を、ビットシフタで構成してもよい。このような乗算器１２６〜１２８によれば、２のｎ乗倍（ｎは整数でｎ≧０）をｎビット左シフトで実現し、２の−ｎ乗倍をｎビット右シフトで実現することができる。したがって、乗算器１２６〜１２８をビットシフタで構成することにより、回路規模を削減することが可能である。ただし、乗算器１２６〜１２８をビットシフタで構成する場合には、設定可能な乗数に制約が生じるため、事前の設計検討が重要である。
【００９６】
加算器３０７は、数式１におけるＡΔｘｎとＢｘｎとの加算、および数式（２）におけるＤΔｘｎとＥｘｎとの加算を行う。
【００９７】
加算器３０８は、数式２におけるＣδｘｎと、加算器３０７により得られたＤΔｘｎおよびＥｘｎの加算値との加算を行う。
【００９８】
加算器３０９は、加算器３１１により得られた数式２におけるΔｙｎ−１と、加算器３０８からの出力との加算を行う。
【００９９】
加算器３１０は、スイッチＳ０１が端子Ａを介して加算器３０９と接続されている場合、遅延素子３０３に保持されているｙｎ−１と、加算器３０９からの出力との加算を行う。一方、加算器３１０は、スイッチＳ０１が端子Ｂを介して加算器３０７と接続されている場合、遅延素子３０３に保持されているｙｎ−１と、加算器３０７からの出力との加算を行う。
【０１００】
スイッチＳ０１（切替部）は、一端が加算器３１０と接続されており、他端が端子Ａを介して加算器３０９、または端子Ｂを介して加算器３０７と接続される。なお、スイッチＳ０１と端子ＡまたはＢとの接続は、詳細については後述するが、ＣＰＵ２６０が無線信号の受信強度や受信機２０の加速度などの受信機２０の現在状態に基づいて制御する。
【０１０１】
以上説明したループフィルタ１０９は、図８に示した３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成に、スイッチＳ０１、端子ＡおよびＢが追加されたものである。このようなループフィルタ１０９は、スイッチＳ０１が端子Ａと接続されている場合、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の全体が有効化されるため、３次ＰＬＬ用のループフィルタとして動作することができる。そして、ＰＬＬ２５４のループ次数が３次となる。
【０１０２】
一方、スイッチＳ０１が端子Ｂと接続されている場合、図９に示した回路構成のうちで、点線で囲った領域内の回路構成のみが有効化される。ここで、図９において点線で囲った領域内の回路構成は、図７に示したように、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成に対応している。したがって、ループフィルタ１０９は、スイッチＳ０１が端子Ｂと接続されている場合、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成のみが有効化され、２次ＰＬＬ用のループフィルタとして動作することができる。そして、ＰＬＬ２５４のループ次数が２次となる。なお、有効化という語に関し、ループフィルタ１０９からの出力は、有効化された回路構成における処理に依存し、有効化されていない回路構成に依存しない。
【０１０３】
ここで、このＰＬＬ２５４は、ループ次数に応じ、同期保持の性能、すなわちトラッキング性能が変化する。例えば、ＰＬＬ２５４のループ次数が２である場合（スイッチＳ０１が端子Ｂと接続されている場合）、加速度追従性が悪いが、ノイズに強い。一方、ＰＬＬ２５４の次数が３である場合（スイッチＳ０１が端子Ａと接続されている場合）、加速度追従性は良いが、ノイズに弱い。
【０１０４】
そこで、ＣＰＵ２６０がスイッチＳ０１の接続端子を適切に切り替えることにより、２次のＰＬＬ２５４の利点および３次のＰＬＬ２５４の利点を活かすことが可能である。なお、ＣＰＵ２６０は、スイッチＳ０１の切替えと併せて、乗算器１２６〜１２８が乗算するパラメータも切り替える。また、本発明の一実施形態においては上記切換えをソフトウェアにより行う例を説明するが、ハードウェアにより上記切換えを実現してもよい。
【０１０５】
また、本発明の一実施形態にかかるループフィルタ１０９は、２次ＰＬＬ用および３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成を個別に組み合せる場合と比較して、回路規模の拡大量を抑制することができる。以下、２次ＰＬＬ用の回路構成、３次ＰＬＬ用の回路構成、双方を個別に組み合わせた回路構成、および本発明の実施形態による回路構成の規模を具体的に比較する。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
表に示したように、本発明の実施形態によれば、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次と３次とで切換えが可能なループフィルタ１０９を、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成と同等の回路規模で実現することが可能である。さらに、２次ＰＬＬ用の回路構成と３次ＰＬＬ用の回路構成を個別に組み合せる場合には、双方の回路構成を接続するための配線領域も必要となるので、本発明の一実施形態によれば、演算器の個数削減以上の効果が得られる。
【０１０８】
＜４．ループフィルタの制御方法＞
以上説明したループフィルタ１０９におけるスイッチＳ０１の切替えは、ＣＰＵ２６０が受信機２０の現在状態に応じて制御する。以下、ＣＰＵ２６０によるループフィルタ１０９の制御方法について具体的に説明する。
【０１０９】
[４−１．第１の例]
第１の例においては、ＣＰＵ２６０は、人工衛星１０からの受信信号の信号強度に基づいてスイッチＳ０１の切替えを制御する。以下、図１０を参照し、第１の例にかかる制御方法を説明する。
【０１１０】
図１０は、ループフィルタ１０９の第１の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。図１０に示したように、まず、トラッキング中の受信信号の信号強度Ｌの測定が行われる（Ｓ４０４）。ここで、信号強度Ｌの測定は、例えばＬＰＦ１０６における処理に該当する。すなわち、本発明の実施形態においては、ＬＰＦ１０６からの出力を受信信号の信号強度Ｌとして扱っても、ＬＰＦ１０６からの出力の平均値を受信信号の信号強度Ｌとして扱ってもよい。さらに、本発明の実施形態においては、ＬＰＦ１０６からの出力（Ｉ成分）およびＬＰＦ１０７からの出力（Ｑ成分）の二乗和の平均値を受信信号の信号強度Ｌとして扱ってもよい。
【０１１１】
その後、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ａと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が３次である場合（Ｓ４０８）、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍを下回っているか否かを判断する（Ｓ４１２）。そして、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍを下回っている場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ｂに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次に切り替える（Ｓ４１６）。
【０１１２】
なお、閾値Ｍは、メモリ２７０のＲＯＭに保存されている。ＣＰＵ２６０は、起動時にこのＲＯＭに保存されている閾値Ｍをメモリ２７０のＲＡＭの特定領域にコピーし、この特定領域を信号強度Ｌと閾値Ｍの比較の際に参照する。また、ＣＰＵ２６０は、トラッキング動作中に閾値Ｍの値を動的に変更することも可能である。
【０１１３】
一方、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ｂと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が２次である場合（Ｓ４０８）、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上であるか否かを判断する（Ｓ４２０）。そして、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上である場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ａに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を３次に切り替える（Ｓ４２４）。
【０１１４】
なお、ＣＰＵ２６０は、上記のＳ４１２やＳ４２０に示した信号強度Ｌと閾値Ｍとの比較を、１ｍｓｅｃ間隔や２０ｍｓ間隔など所定間隔で行ってもよい。
【０１１５】
以上説明したように、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき３次のＰＬＬとして同期保持を行うので、加速度追従性の向上を図ることができる。一方、信号強度Ｌが閾値Ｍ未満である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき２次のＰＬＬとして同期保持を行うので、受信感度の向上を図ることができる。
【０１１６】
なお、閾値Ｍが高いほどＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作する割合が減少し、２次のＰＬＬとして動作する割合が増加するので、加速度追従性の改善される場合が減少する。一方、閾値Ｍを低くし過ぎると、ＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作している間にノイズの影響によりトラッキングが失敗してしまうことが想定される。したがって、閾値Ｍは、３次のＰＬＬとして動作するＰＬＬ２５４がトラッキング可能な信号強度の範囲でなるべく低く設定することが効果的である。
【０１１７】
[４−２．第２の例]
第２の例においては、ＣＰＵ２６０は、加速度センサ２８０により測定される受信機２０の加速度に基づいてスイッチＳ０１の切替えを制御する。以下、図１１を参照し、第２の例にかかる制御方法を説明する。
【０１１８】
図１１は、ループフィルタ１０９の第２の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。図１１に示したように、まず、加速度センサ２８０により受信機２０の加速度ａの測定が行われる（Ｓ５０４）。なお、加速度センサ２８０により測定される加速度の平均値を加速度ａとして扱ってもよい。
【０１１９】
その後、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ａと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が３次である場合（Ｓ５０８）、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎを下回っているか否かを判断する（Ｓ５１２）。そして、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎを下回っている場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ｂに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次に切り替える（Ｓ５１６）。
【０１２０】
なお、閾値Ｎは、メモリ２７０のＲＯＭに保存されている。ＣＰＵ２６０は、起動時にこのＲＯＭに保存されている閾値Ｎをメモリ２７０のＲＡＭの特定領域にコピーし、この特定領域を加速度ａの絶対値と閾値Ｎの比較の際に参照する。また、ＣＰＵ２６０は、トラッキング動作中に閾値Ｎの値を動的に変更することも可能である。
【０１２１】
一方、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ｂと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が２次である場合（Ｓ５０８）、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ以上であるか否かを判断する（Ｓ５２０）。そして、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ以上である場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ａに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を３次に切り替える（Ｓ５２４）。
【０１２２】
なお、ＣＰＵ２６０は、上記のＳ５１２やＳ５２０に示した信号強度Ｌと閾値Ｎとの比較を、１ｍｓｅｃ間隔や２０ｍｓ間隔など所定間隔で行ってもよい。
【０１２３】
以上説明したように、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ以上である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき３次のＰＬＬとして同期保持を行うので、加速度追従性の向上を図ることができる。より具体的には、受信機２０を搭載する車両がカーブに入ると、加速度ａの増加によりＰＬＬ２５４の次数が３次に切替えられ、加速度追従性を向上されることが期待される。一方、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ未満である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき２次のＰＬＬとして同期保持を行うので、受信感度の向上を図ることができる。
【０１２４】
なお、閾値Ｎが高いほどＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作する割合が減少し、２次のＰＬＬとして動作する割合が増加するので、加速度追従性の改善される場合が減少する。一方、閾値Ｎを低くし過ぎると、ＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作している間にノイズの影響によりトラッキングが失敗してしまうことが想定される。したがって、閾値Ｍは、３次のＰＬＬとして動作するＰＬＬ２５４がトラッキング可能な加速度ａの絶対値の範囲でなるべく低く設定することが効果的である。
【０１２５】
＜５．まとめ＞
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、受信機２０の現在状態に応じてＰＬＬ２５４のループ次数を切り替えることにより、２次のＰＬＬの利点および３次のＰＬＬの利点を活かすことができる。例えば、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき３次のＰＬＬとして同期保持を行うので、加速度追従性の向上を図ることができる。一方、信号強度Ｌが閾値Ｍ未満である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき２次のＰＬＬとして同期保持を行うので、受信感度の向上を図ることができる。
【０１２６】
また、本発明の実施形態によればＰＬＬ２５４のループ次数を２次と３次とで切換えが可能なループフィルタ１０９を、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成と同等の回路規模で実現することが可能である。さらに、２次ＰＬＬ用の回路構成と３次ＰＬＬ用の回路構成を個別に組み合せる場合には、双方の回路構成を接続するための配線領域も必要となるので、本発明の実施形態によれば、演算器の個数削減以上の効果が得られる。さらに、本発明の実施形態によれば、消費電力の削減にも寄与することができる。
【０１２７】
また、本発明の実施形態によれば、高い加速度追従性を必要としない場面ほど、受信機２０が搭載される機器において想定される加速度が低いほど、閾値ＭまたはＮを高く設定してもよい。その結果、ＰＬＬ２５４が２次ＰＬＬとして動作する場合が増加し、２次ＰＬＬの利点である安定性を活かすことができる。
【０１２８】
一方、弱信号下での同期保持を考慮する必要がない場面ほど、または受信機２０が搭載される機器において弱信号下での同期保持を考慮する必要がないほど、閾値ＭまたはＮを低く設定してもよい。その結果、ＰＬＬ２５４が３次ＰＬＬとして動作する場合が増加し、３次ＰＬＬの利点である加速度追従性を活かすことが可能である。
【０１２９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１３０】
例えば、本明細書の受信機２０の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、受信機２０の処理における各ステップは、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）を含んでもよい。
【０１３１】
また、本明細書においては、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次と３次とで切替える例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ｎ次のＰＬＬ用の回路構成を包含するｍ次（ｍ＞ｎ）のＰＬＬ用の回路構成をループフィルタ１０９に設け、スイッチＳ０１によりいずれの回路構成を有効化するかを切替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数をｎ次とｍ次とで切替えることができる。
【０１３２】
また、上記ではＰＬＬ２５４のループ次数の切換えに信号強度Ｌまたは加速度ａが利用される例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ＰＬＬ２５４のループ次数の切換えに信号強度Ｌおよび加速度ａの双方を複合的に利用してもよい。
【符号の説明】
【０１３３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 人工衛星
１０８ 位相検出器
１０９ ループフィルタ
１１０ ＮＣＯ
２０ 受信機
２４０ 同期捕捉部
２５０ 同期保持部
２５２ 同期保持チャンネル回路
２５４ ＰＬＬ
２５６ ＤＬＬ
２５８ ＰＲＮ符号発生器
２６０ ＣＰＵ
２８０ 加速度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人工衛星から送信される航法メッセージを受信して現在位置を計算可能なＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機が、携帯電話やカーナビゲーションシステムに適用されるなど、広く普及している。
【０００３】
具体的には、人工衛星から送信される航法メッセージには、人工衛星の軌道を示す軌道情報、信号の送信時刻などの情報が含まれる。ＧＰＳ受信機は、４個以上の人工衛星から上記航法メッセージを受信し、航法メッセージに含まれる軌道情報から各人工衛星の位置を算出する。そして、ＧＰＳ受信機は、各人工衛星の位置と、航法メッセージの送信時刻と受信時刻の差分に基づいて現在の３次元位置を連立方程式により計算することができる。なお、３次元位置を計算する際に４個以上の人工衛星から送信された航法メッセージが必要となるのは、ＧＰＳ受信機に内蔵される時計と、人工衛星に設けられている原子時計とに誤差が存在するためである。
【０００４】
また、人工衛星は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれる信号、すなわち、符号長が１，０２３でありチップレートが１．０２３ＭＨｚである疑似ランダム（ＰＲＮ：Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ）符号で５０ｂｐｓのデータをスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散した信号で１，５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号により上記航法メッセージを送信する。
【０００５】
したがって、ＧＰＳ受信機が人工衛星からの信号を受信するには、ＰＲＮ符号、キャリアおよびデータの同期をとる必要がある。受信信号のキャリアの同期のために、一般的なＧＰＳ受信機においては位相同期ループ（ＰＬＬ:Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）が用いられる。
【０００６】
このＰＬＬは、ループ次数に応じ、同期保持の性能、すなわちトラッキング性能が異なる。例えば、２次のＰＬＬは、加速度運動下において位相誤差が生じる（加速度追従性が悪い）が、ループとしての安定度が高い（ノイズに強い）。一方、３次のＰＬＬは、加速度追従性が良いが、ループとしての安定度は２次のＰＬＬと比較して低い（ノイズに弱い）。なお、特許文献１には、異なる次数のＰＬＬを複数備え、複数のＰＬＬからの出力に基づいて加速度などのパラメータを決定する電子ナビゲーション装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第９９／５０６８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、２次のＰＬＬと３次のＰＬＬの利点は異なるため、状況に応じて使い分けることが望まれる。しかし、特許文献１に記載の電子ナビゲーション装置のように異なる次数のＰＬＬを別個に複数設けると、回路規模が増大してしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、回路規模の増大を抑制しつつ、位相同期ループの次数を切替えることが可能な、新規かつ改良された通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、前記位相同期ループは、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を含む通信装置が提供される。
【００１１】
前記通信装置は、前記通信装置の現在状態の変化に応じて前記切替部による前記回路構成の切替えを制御する制御部をさらに備えてもよい。
【００１２】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせ、前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせてもよい。
【００１３】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行なってもよい。
【００１４】
前記制御部は、前記通信装置の加速度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせ、前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせてもよい。
【００１５】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行なってもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を備える位相同期ループが提供される。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、前記位相同期ループは、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、を含む通信装置が搭載された移動体が提供される。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信信号の同期保持を行うための位相同期ループに含まれる、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含するｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）を有するループフィルタにおいて、有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替えるステップ、を含む通信方法が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明にかかる通信装置、位相同期ループ、移動体および通信方法よれば、回路規模の増大を抑制しつつ、位相同期ループの次数を切替えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態にかかる人工衛星システムの構成を示した説明図である。
【図２】航法メッセージのフレーム構成を示した説明図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる受信機のハードウェア構成を示した説明図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる受信機の動作例の流れを示したフローチャートである。
【図５】同期保持部の構成を示した説明図である。
【図６】ＰＬＬの詳細な構成を示した説明図である。
【図７】２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。
【図８】３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。
【図９】本発明の実施形態にかかるループフィルタの回路構成を示した説明図である。
【図１０】ループフィルタの第１の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。
【図１１】ループフィルタの第２の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて人工衛星１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、人工衛星１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単に人工衛星１０と称する。
【００２３】
また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．人工衛星システムの概要
１−１．ＧＰＳによる位置測位の概要
１−２．航法メッセージの構成
１−３．受信機の構成および動作
１−４．同期保持部の構成
２．背景
３．本発明の実施形態にかかるループフィルタの構成
４．ループフィルタの制御方法
４−１．第１の例
４−２．第２の例
５．まとめ
【００２４】
＜１．人工衛星システムの概要＞
まず、図１〜図６を参照し、本発明の一実施形態にかかる人工衛星システム１について説明する。
【００２５】
[１−１．ＧＰＳによる位置測位の概要]
図１は、本発明の一実施形態にかかる人工衛星システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、当該人工衛星システム１は、複数の人工衛星１０Ａ〜１０Ｄと、受信機２０と、を備える。
【００２６】
人工衛星１０（ＧＰＳ衛星）は、測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を構成しており、地球８の上空を周回している。図１には、４個の人工衛星１０Ａ〜１０Ｄのみを示しているが、例えば、６軌道面に４個ずつで計２４個の人工衛星が地球８の上空を周回する。
【００２７】
また、人工衛星１０は、人工衛星の軌道情報であるエフェメリス（Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）情報およびアルマナック（Ａｌｍａｎａｃ）情報や、航法メッセージの送信時刻をあらわすＴＯＷ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｗｅｅｋ）などを含む航法メッセージ（詳細については[１−２．航法メッセージの構成]において説明する。）を送信する。人工衛星１０には原子時計が設けられており、送信時刻は、人工衛星１０に設けられている原子時計に従って例えば６秒単位で表現される。
【００２８】
なお、人工衛星１０は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれるスペクトラム拡散信号により上記航法メッセージを送信する。このスペクトラム拡散信号は、５０ｂｐｓのデータを疑似ランダム系列の拡散符号（以下、ＰＲＮ符号と称する。）でスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散した信号で１，５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ変調した信号である。また、ＰＲＮ符号は、符号長が１，０２３でありチップレートが１．０２３ＭＨｚである。
【００２９】
地球８に存在する受信機２０は、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄから送信される航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージに基づいて自装置の現在位置を計算することができる。
【００３０】
より詳細には、受信機２０は、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄから送信された航法メッセージを受信し、航法メッセージからエフェメリス情報を取得する。そして、受信機２０は、エフェメリス情報から、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの位置を算出する。また、受信機２０は、エフェメリス情報に含まれる送信時刻と、航法メッセージの受信時刻の差分により、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄと受信機２０の間の距離を算出する。その後、受信機２０は、算出した人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの各々の位置と、人工衛星１０Ａ〜１０Ｄの各々と受信機２０の間の距離を利用し、受信機２０の現在の３次元位置を未知数とした方程式を演算する。
【００３１】
このように受信機２０の現在の３次元位置を演算する際には、４個以上の人工衛星１０から送信された航法メッセージが必要となる。これは、受信機２０に内蔵される時計（ＲＴＣ：Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）と、人工衛星１０に設けられている原子時計とに誤差が存在するためである。
【００３２】
また、人工衛星１０は、所定周期でエフェメリス情報を更新し、更新したエフェメリス情報を含む航法メッセージを送信する。ここで、人工衛星１０は常に移動しているため、エフェメリス情報の更新時から時間が経過するにつれ、エフェメリス情報に基づいて算出される人工衛星１０の位置と、実際の人工衛星１０の位置との誤差が大きくなる。このため、航法メッセージに含まれるエフェメリス情報には例えば２時間程度の有効期限が設定されている。
【００３３】
以上、図１を参照してＧＰＳによる位置測位について概略的に説明した。なお、図１においては受信機２０を通信装置の一例として丸印で示しているが、受信機２０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、家庭用ゲーム機器、携帯用ゲーム機器、家電機器、および車載器などの情報処理装置であってもよい。
【００３４】
また、受信機２０は、人間や貨物などを乗せて移動可能な移動体に搭載されてもよい。例えば、移動体としては、二輪車や三輪車などの自動車や、自転車、バス、電車、新幹線、路面電車、飛行機、船、ボートなどの多様な乗り物があげられる。
【００３５】
[１−２．航法メッセージの構成]
次に、図２を参照し、人工衛星１０から送信される航法メッセージの構成について説明する。
【００３６】
図２は、航法メッセージのフレーム構成を示した説明図である。図２に示したように、航法メッセージの１フレームは、５つのサブフレームから構成される。また、１フレーム長さは３０秒であり、１５００ｂｉｔｓの情報量を有する。各サブフレームには航法メッセージの送信時刻ＴＯＷが含まれる。また、最初のサブフレーム１から３つ目のサブフレーム３には、軌道長半径、離心率、平均近点角、昇降点経度、近地点引数、および軌道傾斜角などの要素を算出するためのパラメータであるエフェメリス情報が含まれる。一方、４つ目のサブフレーム４および５つ目のサブフレーム５には、全ての人工衛星１０で共通のアルマナック（Ａｌｍａｎａｃ）情報が含まれる。アルマナック情報は、全ての人工衛星１０の６要素や、いずれの人工衛星１０が使用可能であるかを示す情報などが含まれる。
【００３７】
また、各サブフレームには、固定パターンであるプリアンブルの後にデータが記載される。各サブフレームは、１０ワードで構成され、長さが６秒であり、３００ｂｉｔｓの情報量を有する。
【００３８】
また、各ワードは、３０ビットで構成され、長さが６００ｍｓｅｃである。また、各ビットの長さは、Ｃ／Ａコード（拡散符号）の２０周期分である２０ｍｓｅｃである。したがって、データの伝送速度は５０ｂｐｓである。また、Ｃ／Ａコードは、図２に示したように、１周期が１ｍｓｅｃであり、ＰＲＮ符号の１０２３チップで構成される。
【００３９】
[１−３．受信機の構成および動作]
図３は、本発明の一実施形態にかかる受信機２０のハードウェア構成を示した説明図である。図３に示したように、受信機２０は、アンテナ２１２、周波数変換部２２０、同期捕捉部２４０、および同期保持部２５０を含む受信処理部２１０と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６０と、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）２６４と、タイマ２６８と、メモリ２７０と、ＸＯ（水晶発振器、Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２７２、ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２７４と、逓倍／分周器２７６と、加速度センサ２８０と、を備える。
【００４０】
ＸＯ２７２は、所定の周波数（例えば、３２．７６８ｋＨｚ程度）を有する信号Ｄ１を発振し、発振した信号Ｄ１をＲＴＣ２６４へ供給する。ＴＣＸＯ２７４は、ＸＯ２７２と異なる周波数（例えば、１６．３６８ＭＨｚ程度）を有する信号Ｄ２を発振し、発振した信号Ｄ２を逓倍／分周器２７６や周波数シンセサイザ２２８へ供給する。
【００４１】
逓倍／分周器２７６は、ＴＣＸＯ２７４から供給された信号Ｄ２を、ＣＰＵ２６０からの指示に基づいて、逓倍、分周またはその双方を行なう。そして、逓倍／分周器２７６は、逓倍、分周またはその双方を行った信号Ｄ４を、周波数変換部２２０の周波数シンセサイザ２２８、ＣＰＵ２６０、タイマ２６８、メモリ２７０、同期捕捉部２４０、および同期保持部２５０へ供給する。
【００４２】
アンテナ２１２は、人工衛星１０から送信された航法メッセージなどの無線信号（例えば、１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号）を受信し、該無線信号を電気信号Ｄ５に変換して周波数変換部２２０へ供給する。
【００４３】
周波数変換部２２０は、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２２と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２２４と、増幅器２２６と、周波数シンセサイザ２２８と、乗算器２３０と、増幅器２３２と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２３４と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３６と、を備える。この周波数変換部２２０は、以下に示すように、アンテナ２１２により受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する信号Ｄ５を、デジタル信号処理の容易化のために、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の周波数を有する信号Ｄ１４にダウンコンバージョンする。
【００４４】
ＬＮＡ２２２は、アンテナ２１２から供給された信号Ｄ５を増幅し、ＢＰＦ２２４へ供給する。ＢＰＦ２２４は、ＳＡＷフィルタ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ）から構成され、ＬＮＡにより増幅された信号Ｄ６の周波数成分のうちで、特定の周波数成分のみを抽出して増幅器２２６へ供給する。増幅器２２６は、ＢＰＦ２２４により抽出された周波数成分を有する信号Ｄ７（周波数ＦＲＦ）を増幅し、乗算器２３０へ供給する。
【００４５】
周波数シンセサイザ２２８は、ＴＣＸＯ２７４から供給される信号Ｄ２を利用し、ＣＰＵ２６０からの指示Ｄ９に基づいて周波数ＦＬＯを有する信号Ｄ１０を生成する。そして、周波数シンセサイザ２２８は、生成した周波数ＦＬＯを有する信号Ｄ１０を乗算器２３０へ供給する。
【００４６】
乗算器２３０は、増幅器２２６から供給される周波数ＦＲＦを有する信号Ｄ８と、周波数シンセサイザ２２８から供給される周波数ＦＬＯを有する信号Ｄ１０を乗算する。すなわち、乗算器２３０は、高周波信号をＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号Ｄ１１（例えば、１．０２３ＭＨｚ程度の周波数を有する中間周波数信号）にダウンコンバージョンする。
【００４７】
増幅器２３２は、乗算器２３０によりダウンコンバージョンされたＩＦ信号Ｄ１１を増幅し、ＬＰＦ２３４へ供給する。
【００４８】
ＬＰＦ２３４は、増幅器２３２により増幅されたＩＦ信号Ｄ１２の周波数成分のうちで低周波成分を抽出し、抽出した低周波成分を有する信号Ｄ１３をＡＤＣ２３６へ供給する。なお、図３においては増幅器２３２とＡＤＣ２３６の間にＬＰＦ２３４が配置される例を説明しているが、増幅器２３２とＡＤＣ２３６の間にはＢＰＦが配置されてもよい。
【００４９】
ＡＤＣ２３６は、ＬＰＦ２３４から供給されたアナログ形式のＩＦ信号Ｄ１３をデジタル形式に変換し、デジタル形式に変換したＩＦ信号Ｄ１４を、同期捕捉部２４０および同期保持部２５０へ供給する。
【００５０】
同期捕捉部２４０は、ＣＰＵ２６０による制御に基づき、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用し、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号の同期捕捉を行い、また、ＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数を検出する。同期捕捉には、例えば、スライディング相関器やマッチドフィルタなどの任意の構成を用いてもよい。そして、同期捕捉部２４０は、ＰＲＮ符号の位相やＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数などを同期保持部２５０およびＣＰＵ２６０へ供給する。
【００５１】
同期保持部２５０は、ＣＰＵ２６０による制御に基づき、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用し、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号とキャリアの同期保持を行なう。より詳細には、同期保持部２５０は、同期捕捉部２４０から供給されるＰＲＮ符号の位相やＩＦ信号Ｄ１４のキャリア周波数を初期値として動作する。また、同期保持部２５０は、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージを復調し、ＣＰＵ２６０へ供給する。
【００５２】
ＣＰＵ２６０は、同期保持部２５０から供給される航法メッセージに基づいて、各人工衛星１０の位置や速度を算出し、受信機２０の位置を計算する。また、ＣＰＵ２６０は、航法メッセージに基づいてＲＴＣ２６４の時間情報の補正を行なったり、制御端子、Ｉ／Ｏ端子、および付加機能端子などに接続され各種制御を行なったりする。また、本発明の一実施形態にかかるＣＰＵ２６０は、同期保持部２５０のＰＬＬ２５４のループ次数を制御する制御部としての機能も有する。
【００５３】
ＲＴＣ２６４は、ＸＯ２７２から供給される所定の周波数を有する信号Ｄ１を利用して時間を計測する。ＲＴＣ２６４が計測する時間は、ＣＰＵ２６０により適宜補正される。
【００５４】
タイマ２６８は、逓倍／分周器２７６から供給される信号Ｄ４を利用して計時する。かかるタイマ２６８は、ＣＰＵ２６０による各種制御の開始タイミングを決定する際などに参照される。例えば、ＣＰＵ２６０は、同期捕捉部２４０により捕捉されたＰＲＮ符号の位相に基づいて同期保持部２５０のＰＲＮ符号発生器の動作を開始させるタイミングを決定する際に、タイマ２６８を参照する。
【００５５】
メモリ２７０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などからなり、ＣＰＵ２６０による作業空間、プログラムの記憶部、航法メッセージの記憶部などとしての機能を有する。メモリ２７０においては、ＣＰＵ２６０等による各種処理を行う際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられる。また、入力された各種データをバッファリングする際や、同期保持部２５０より得られた人工衛星１０の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、演算過程で生成される中間データ及び演算結果データの保持ためにもＲＡＭが用いられる。また、メモリ２７０においては、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭが用いられる。また、メモリ２７０においては、受信機２０の電源が切られている間であっても、人工衛星１０の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、および測位結果の位置情報、ＴＣＸＯ１２の誤差量などを記憶する手段として不揮発メモリが用いられる場合がある。
【００５６】
加速度センサ２８０は、受信機２０の加速度を測定する。加速度センサ２８０により測定された受信機２０の加速度はＣＰＵ２６０へ供給される。
【００５７】
なお、図３に示した受信機２０の構成のうちで、ＸＯ２７２，ＴＣＸＯ２７４、アンテナ２１２、ＬＮＡ２２２およびＢＰＦ２２４を除く構成を、１チップからなる集積回路に実装することも可能である。
【００５８】
続いて、図４を参照し、上述した受信機２０の動作例を説明する。
【００５９】
図４は、本発明の一実施形態にかかる受信機２０の動作例の流れを示したフローチャートである。図４に示したように、受信機２０が起動されると、ＣＰＵ２６０が初期設定を行う（Ｓ４２）。続いて、ＲＴＣ２６４により１秒がカウントされると（Ｓ４４）、ＣＰＵ２６０は各チャンネルに対して人工衛星１０を割当てる（Ｓ４６）。
【００６０】
その後、受信処理部２１０により航法メッセージが取得されると（Ｓ４８）、ＣＰＵ２６０は、同期保持中の人工衛星から実際に測位計算に利用する少なくとも４個以上の人工衛星１０を選択する（Ｓ５０）。そして、ＣＰＵ２６０は、選択した人工衛星１０の現在位置、および速度を算出し（Ｓ５２）、算出された人工衛星１０の現在位置、および速度に基づいて受信機２０の現在位置、および速度を計算する（Ｓ５４）。
【００６１】
続いて、ＣＰＵ２６０は、計算した受信機２０の現在位置、および速度を表す出力メッセージを作成し（Ｓ５６）、該出力メッセージに応じたコマンド処理を実行した後にＳ４４の処理に戻る（Ｓ５８）。
【００６２】
[１−４．同期保持部の構成]
次に、図５および図６を参照し、同期保持部２５０の構成を説明する。
【００６３】
図５は、同期保持部２５０の構成を示した説明図である。図５に示したように、同期保持部２５０は、複数の同期保持チャンネル回路２５２Ａ、２５２Ｂ・・・を備える。ここで、各同期保持チャンネル回路２５２は１の人工衛星１０から送信された無線信号の処理を行うので、複数の同期保持チャンネル回路２５２Ａ、２５２Ｂ・・・を備える同期保持部２５０は、複数の人工衛星１０から送信された無線信号を並列的に処理できる。
【００６４】
また、同期保持チャンネル回路２５２は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２５４と、ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ−ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）２５６と、ＰＲＮ符合発生成器２５８と、を備える。
【００６５】
ＰＬＬ２５４は、１の人工衛星１０から送信された無線信号のＩＦ信号Ｄ１４のキャリアの同期保持を行い、トラッキング中の人工衛星１０のキャリア周波数を出力する。得られたキャリア周波数はＤＬＬ２５６に供給され、測位計算に用いられる。また、ＰＬＬ２５４においては航法メッセージの抽出も行われ、抽出された航法メッセージはＣＰＵ２６０に供給される。
【００６６】
ＤＬＬ２５６は、１の人工衛星１０から送信された無線信号のＩＦ信号Ｄ１４のＰＲＮ符号の同期保持を行い、トラッキング中の人工衛星１０のＰＲＮ符号の位相と周波数を出力する。得られたＰＲＮ符号位相はＰＬＬ２５４に供給され、測位計算に用いられる。また、ＤＬＬ２５６において得られたＰＲＮ符号周波数はＰＲＮ符号発生器２５８に供給される。
【００６７】
ＰＲＮ符号発生器２５８は、ＤＬＬ２５６において得られたＰＲＮ符号周波数に対応するＰＲＮ符号を生成する。ＰＲＮ符号発生器２５８が生成するＰＲＮ符号の種類は同期保持すべき人工衛星１０の種類に対応し、ＣＰＵ２６０により指示される。
【００６８】
図６は、ＰＬＬ２５４の詳細な構成を示した説明図である。図６に示したように、ＰＬＬ２５４は、ミキサー１０３、ミキサー１０４、およびミキサー１０５と、ＬＰＦ１０６およびＬＰＦ１０７と、位相検出器１０８と、ループフィルタ１０９と、ＮＣＯ１１０と、を備える。
【００６９】
ミキサー１０３は、ＡＤＣ２３６から供給されるＩＦ信号Ｄ１４と、ＰＲＮ符号発生器２５８が出力するＰＲＮ符号の遅れ無し（ＰｒｏｍｐｔまたはＰｕｎｃｔｕａｌ）信号を乗算し、ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定の人工衛星１０のＰＲＮ符号を逆拡散する。ミキサー１０３により逆拡散された信号は、ミキサー１０４およびミキサー１０５に供給される。
【００７０】
ミキサー１０４は、ミキサー１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｃｏｓ成分を乗算することにより、トラッキング中の無線信号のキャリアのＩ成分を抽出する。このＩ成分は、トラッキング中の無線信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として有する。また、ミキサー１０４において抽出されたＩ成分はＬＰＦ１０６に供給される。
【００７１】
ミキサー１０５は、ミキサー１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｓｉｎ成分を乗算することにより、ミキサー１０３の出力からトラッキング中の無線信号のキャリアのＱ成分を抽出する。このＱ成分は、トラッキング中の無線信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として有する。また、ミキサー１０５において抽出されたＱ成分はＬＰＦ１０７に供給される。
【００７２】
ＬＰＦ１０６は、ミキサー１０４の出力に含まれる無線信号およびＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差の周波数成分のうちで、差の周波数成分を抽出する。ＬＰＦ１０６において抽出された周波数成分は位相検出器１０８に供給される。
【００７３】
同様に、ＬＰＦ１０７は、ミキサー１０５の出力に含まれる無線信号およびＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差の周波数成分のうちで、差の周波数成分を抽出する。ＬＰＦ１０７において抽出された周波数成分は位相検出器１０８に供給される。なお、このようなＬＰＦ１０６および１０７は、帯域外ノイズを除去する役割も有する。
【００７４】
位相検出器１０８は、ＬＰＦ１０６および１０７の出力に基づき、トラッキング中の無線信号のキャリアとＮＣＯ１１０が発生するキャリアの位相差を検出する。位相検出器１０８において検出された位相差を示す位相差情報はループフィルタ１０９に供給される。
【００７５】
ループフィルタ１０９は、位相差情報から不要なノイズを取り除きつつ、所望のループの応答を実現するためのＬＰＦである。ループフィルタ１０９の出力はＮＣＯ１１０に供給される。なお、ループフィルタ１０９におけるループの応答を特徴付けるパラメータはＣＰＵ２６０から与えられる。
【００７６】
ＮＣＯ１１０は、入力に応じた周波数に対応するキャリア信号を生成する。ＮＣＯ１１０は、基準となるキャリア信号Ｄ１０１と９０度位相が遅れた信号Ｄ１０２を生成する。ＮＣＯ１１０において生成されたキャリア信号Ｄ１０１はミキサー１０４へ、キャリア信号Ｄ１０２はミキサー１０５へ供給される。
【００７７】
＜２．背景＞
以上説明したように、同期保持部２５０は、人工衛星１０から送信される無線信号のキャリアの同期保持を行うためのＰＬＬ２５４を備え、ＰＬＬ２５４の特性はループフィルタ１０９に依存する。以下、図７および図８を参照し、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成、および３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成について説明する。
【００７８】
図７は、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。図７に示したように、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成は、遅延素子１３１および１３２、加算器１４１〜１４３、乗算器１２１および１２２を備える。なお、乗算器１２１は入力をＢ倍し、乗算器１２２は入力をＡ倍する。このような回路構成を有する２次ＰＬＬ用のループフィルタは、以下の数式１に示す差分方程式により表現される。
【００７９】
【数１】
【００８０】
ここで、位相検出器１０８からの最新の出力が入力ｘｎであり、位相検出器１０８からの１つ前の出力が入力ｘｎ−１である。また、図７に示したループフィルタからの最新の出力が出力ｙｎであり、図７に示したループフィルタからの１つ前の出力が出力ｙｎ−１である。また、ＡおよびＢは乗算器１２２および乗算器１２１において乗算される係数であり、ＰＬＬの特性を決定するためのパラメータである。
【００８１】
図８は、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の一例を示した説明図である。図８に示したように、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成は、遅延素子１３３〜１３６と、加算器１４４〜１５０と、乗算器１２３〜１２５と、を備える。なお、乗算器１２３は入力をＥ倍し、乗算器１２４は入力をＤ倍し、乗算器１２５は入力をＣ倍する。このような回路構成を有する３次ＰＬＬ用のループフィルタは、以下の数式２に示す差分方程式により表現される。
【００８２】
【数２】
【００８３】
ここで、２次のＰＬＬは、加速度運動下において位相誤差が生じる（加速度追従性が悪い）が、ループとしての安定度が高い（ノイズに強い）。一方、３次のＰＬＬは、加速度追従性が良いが、ループとしての安定度は２次のＰＬＬと比較して低い（ノイズに弱い）。
【００８４】
このように、２次のＰＬＬと３次のＰＬＬの利点は異なるため、状況に応じて使い分けることが望まれる。しかし、ＰＬＬにおいて２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成と３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成とを別個に設けると、回路規模が増大してしまうという問題があった。
【００８５】
そこで、上記事情を一着眼点にして本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ２５４を創作するに至った。本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ２５４によれば、回路規模の増大を抑制しつつ、ループの次数を適宜切り替えることができる。以下、このようなＰＬＬ２５４を実現するためのループフィルタ１０９について詳細に説明する。
【００８６】
＜３．本発明の一実施形態にかかるループフィルタの構成＞
図７および図８を参照すると、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成は、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成を包含していることが確認される。より具体的には、図８において点線で囲った領域内の回路構成は、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成に対応している。そこで、本発明の一実施形態として、この点に着眼し、図９に示す回路構成を有するループフィルタを提案する。
【００８７】
図９は、本発明の実施形態にかかるループフィルタ１０９の回路構成を示した説明図である。図９に示したように、本発明の実施形態にかかるループフィルタ１０９は、レジスタやＲＡＭなどの記憶素子で構成される遅延素子３０１〜３０４と、加算器３０５〜３１１と、乗算器１２６〜１２８と、スイッチＳ０１と、を備える。
【００８８】
遅延素子３０１、および加算器３０５は、数式１および数式２におけるΔｘｎを得るための構成である。具体的には、遅延素子３０１がｘｎ−１を保持し、加算器３０５がｘｎから遅延素子３０１に保持されているｘｎ−１を減算することによりΔｘｎが得られる。
【００８９】
また、遅延素子３０２および加算器３０６は、数式２におけるδｘｎを得るための構成である。具体的には、遅延素子３０２がΔｘｎ−１を保持し、加算器３０６がΔｘｎから遅延素子３０２に保持されているΔｘｎ−１を減算することによりδｘｎが得られる。
【００９０】
また、遅延素子３０３は、数式１および数式２におけるｙｎ−１を得るための構成である。具体的には、遅延素子３０３はｙｎ−１を保持する。
【００９１】
また、遅延素子３０４および加算器３１１は、数式２におけるΔｙｎ−１を得るための構成である。具体的には、遅延素子３０４がｙｎ−２を保持し、加算器３１１がｙｎ−１から遅延素子３０４に保持されているｙｎ−２を減算することによりΔｙｎ−１が得られる。
【００９２】
乗算器１２６は、数式１におけるＢｘｎまたは数式２におけるＥｘｎを得るための構成である。具体的には、乗算器１２６は、ｘｎにパラメータＢまたはＥを乗算することにより数式１におけるＢｘｎまたは数式２におけるＥｘｎを得ることができる。
【００９３】
乗算器１２７は、数式１におけるＡΔｘｎまたは数式２におけるＤΔｘｎを得るための構成である。具体的には、乗算器１２７は、加算器３０５から出力されるΔｘｎにパラメータＡまたはＤを乗算することにより数式１におけるＡΔｘｎまたは数式２におけるＤΔｘｎを得ることができる。
【００９４】
乗算器１２８は、数式２におけるＣδｘｎを得るための構成である。具体的には、乗算器１２８は、加算器３０６から出力されるδｘｎにパラメータＣを乗算することにより数式２におけるＣδｘｎを得ることができる。
【００９５】
なお、これら乗算器１２６〜１２８を、ビットシフタで構成してもよい。このような乗算器１２６〜１２８によれば、２のｎ乗倍（ｎは整数でｎ≧０）をｎビット左シフトで実現し、２の−ｎ乗倍をｎビット右シフトで実現することができる。したがって、乗算器１２６〜１２８をビットシフタで構成することにより、回路規模を削減することが可能である。ただし、乗算器１２６〜１２８をビットシフタで構成する場合には、設定可能な乗数に制約が生じるため、事前の設計検討が重要である。
【００９６】
加算器３０７は、数式１におけるＡΔｘｎとＢｘｎとの加算、および数式（２）におけるＤΔｘｎとＥｘｎとの加算を行う。
【００９７】
加算器３０８は、数式２におけるＣδｘｎと、加算器３０７により得られたＤΔｘｎおよびＥｘｎの加算値との加算を行う。
【００９８】
加算器３０９は、加算器３１１により得られた数式２におけるΔｙｎ−１と、加算器３０８からの出力との加算を行う。
【００９９】
加算器３１０は、スイッチＳ０１が端子Ａを介して加算器３０９と接続されている場合、遅延素子３０３に保持されているｙｎ−１と、加算器３０９からの出力との加算を行う。一方、加算器３１０は、スイッチＳ０１が端子Ｂを介して加算器３０７と接続されている場合、遅延素子３０３に保持されているｙｎ−１と、加算器３０７からの出力との加算を行う。
【０１００】
スイッチＳ０１（切替部）は、一端が加算器３１０と接続されており、他端が端子Ａを介して加算器３０９、または端子Ｂを介して加算器３０７と接続される。なお、スイッチＳ０１と端子ＡまたはＢとの接続は、詳細については後述するが、ＣＰＵ２６０が無線信号の受信強度や受信機２０の加速度などの受信機２０の現在状態に基づいて制御する。
【０１０１】
以上説明したループフィルタ１０９は、図８に示した３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成に、スイッチＳ０１、端子ＡおよびＢが追加されたものである。このようなループフィルタ１０９は、スイッチＳ０１が端子Ａと接続されている場合、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成の全体が有効化されるため、３次ＰＬＬ用のループフィルタとして動作することができる。そして、ＰＬＬ２５４のループ次数が３次となる。
【０１０２】
一方、スイッチＳ０１が端子Ｂと接続されている場合、図９に示した回路構成のうちで、点線で囲った領域内の回路構成のみが有効化される。ここで、図９において点線で囲った領域内の回路構成は、図７に示したように、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成に対応している。したがって、ループフィルタ１０９は、スイッチＳ０１が端子Ｂと接続されている場合、２次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成のみが有効化され、２次ＰＬＬ用のループフィルタとして動作することができる。そして、ＰＬＬ２５４のループ次数が２次となる。なお、有効化という語に関し、ループフィルタ１０９からの出力は、有効化された回路構成における処理に依存し、有効化されていない回路構成に依存しない。
【０１０３】
ここで、このＰＬＬ２５４は、ループ次数に応じ、同期保持の性能、すなわちトラッキング性能が変化する。例えば、ＰＬＬ２５４のループ次数が２である場合（スイッチＳ０１が端子Ｂと接続されている場合）、加速度追従性が悪いが、ノイズに強い。一方、ＰＬＬ２５４の次数が３である場合（スイッチＳ０１が端子Ａと接続されている場合）、加速度追従性は良いが、ノイズに弱い。
【０１０４】
そこで、ＣＰＵ２６０がスイッチＳ０１の接続端子を適切に切り替えることにより、２次のＰＬＬ２５４の利点および３次のＰＬＬ２５４の利点を活かすことが可能である。なお、ＣＰＵ２６０は、スイッチＳ０１の切替えと併せて、乗算器１２６〜１２８が乗算するパラメータも切り替える。また、本発明の一実施形態においては上記切換えをソフトウェアにより行う例を説明するが、ハードウェアにより上記切換えを実現してもよい。
【０１０５】
また、本発明の一実施形態にかかるループフィルタ１０９は、２次ＰＬＬ用および３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成を個別に組み合せる場合と比較して、回路規模の拡大量を抑制することができる。以下、２次ＰＬＬ用の回路構成、３次ＰＬＬ用の回路構成、双方を個別に組み合わせた回路構成、および本発明の実施形態による回路構成の規模を具体的に比較する。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
表に示したように、本発明の実施形態によれば、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次と３次とで切換えが可能なループフィルタ１０９を、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成と同等の回路規模で実現することが可能である。さらに、２次ＰＬＬ用の回路構成と３次ＰＬＬ用の回路構成を個別に組み合せる場合には、双方の回路構成を接続するための配線領域も必要となるので、本発明の一実施形態によれば、演算器の個数削減以上の効果が得られる。
【０１０８】
＜４．ループフィルタの制御方法＞
以上説明したループフィルタ１０９におけるスイッチＳ０１の切替えは、ＣＰＵ２６０が受信機２０の現在状態に応じて制御する。以下、ＣＰＵ２６０によるループフィルタ１０９の制御方法について具体的に説明する。
【０１０９】
[４−１．第１の例]
第１の例においては、ＣＰＵ２６０は、人工衛星１０からの受信信号の信号強度に基づいてスイッチＳ０１の切替えを制御する。以下、図１０を参照し、第１の例にかかる制御方法を説明する。
【０１１０】
図１０は、ループフィルタ１０９の第１の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。図１０に示したように、まず、トラッキング中の受信信号の信号強度Ｌの測定が行われる（Ｓ４０４）。ここで、信号強度Ｌの測定は、例えばＬＰＦ１０６における処理に該当する。すなわち、本発明の実施形態においては、ＬＰＦ１０６からの出力を受信信号の信号強度Ｌとして扱っても、ＬＰＦ１０６からの出力の平均値を受信信号の信号強度Ｌとして扱ってもよい。さらに、本発明の実施形態においては、ＬＰＦ１０６からの出力（Ｉ成分）およびＬＰＦ１０７からの出力（Ｑ成分）の二乗和の平均値を受信信号の信号強度Ｌとして扱ってもよい。
【０１１１】
その後、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ａと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が３次である場合（Ｓ４０８）、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍを下回っているか否かを判断する（Ｓ４１２）。そして、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍを下回っている場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ｂに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次に切り替える（Ｓ４１６）。
【０１１２】
なお、閾値Ｍは、メモリ２７０のＲＯＭに保存されている。ＣＰＵ２６０は、起動時にこのＲＯＭに保存されている閾値Ｍをメモリ２７０のＲＡＭの特定領域にコピーし、この特定領域を信号強度Ｌと閾値Ｍの比較の際に参照する。また、ＣＰＵ２６０は、トラッキング動作中に閾値Ｍの値を動的に変更することも可能である。
【０１１３】
一方、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ｂと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が２次である場合（Ｓ４０８）、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上であるか否かを判断する（Ｓ４２０）。そして、ＣＰＵ２６０は、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上である場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ａに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を３次に切り替える（Ｓ４２４）。
【０１１４】
なお、ＣＰＵ２６０は、上記のＳ４１２やＳ４２０に示した信号強度Ｌと閾値Ｍとの比較を、１ｍｓｅｃ間隔や２０ｍｓ間隔など所定間隔で行ってもよい。
【０１１５】
以上説明したように、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき３次のＰＬＬとして同期保持を行うので、加速度追従性の向上を図ることができる。一方、信号強度Ｌが閾値Ｍ未満である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき２次のＰＬＬとして同期保持を行うので、受信感度の向上を図ることができる。
【０１１６】
なお、閾値Ｍが高いほどＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作する割合が減少し、２次のＰＬＬとして動作する割合が増加するので、加速度追従性の改善される場合が減少する。一方、閾値Ｍを低くし過ぎると、ＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作している間にノイズの影響によりトラッキングが失敗してしまうことが想定される。したがって、閾値Ｍは、３次のＰＬＬとして動作するＰＬＬ２５４がトラッキング可能な信号強度の範囲でなるべく低く設定することが効果的である。
【０１１７】
[４−２．第２の例]
第２の例においては、ＣＰＵ２６０は、加速度センサ２８０により測定される受信機２０の加速度に基づいてスイッチＳ０１の切替えを制御する。以下、図１１を参照し、第２の例にかかる制御方法を説明する。
【０１１８】
図１１は、ループフィルタ１０９の第２の例にかかる制御方法の流れを示したフローチャートである。図１１に示したように、まず、加速度センサ２８０により受信機２０の加速度ａの測定が行われる（Ｓ５０４）。なお、加速度センサ２８０により測定される加速度の平均値を加速度ａとして扱ってもよい。
【０１１９】
その後、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ａと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が３次である場合（Ｓ５０８）、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎを下回っているか否かを判断する（Ｓ５１２）。そして、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎを下回っている場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ｂに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次に切り替える（Ｓ５１６）。
【０１２０】
なお、閾値Ｎは、メモリ２７０のＲＯＭに保存されている。ＣＰＵ２６０は、起動時にこのＲＯＭに保存されている閾値Ｎをメモリ２７０のＲＡＭの特定領域にコピーし、この特定領域を加速度ａの絶対値と閾値Ｎの比較の際に参照する。また、ＣＰＵ２６０は、トラッキング動作中に閾値Ｎの値を動的に変更することも可能である。
【０１２１】
一方、ループフィルタ１０９においてスイッチＳ０１が端子Ｂと接続されており、ＰＬＬ２５４のループ次数が２次である場合（Ｓ５０８）、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ以上であるか否かを判断する（Ｓ５２０）。そして、ＣＰＵ２６０は、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ以上である場合、スイッチＳ０１の接続先を端子Ａに切り替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数を３次に切り替える（Ｓ５２４）。
【０１２２】
なお、ＣＰＵ２６０は、上記のＳ５１２やＳ５２０に示した信号強度Ｌと閾値Ｎとの比較を、１ｍｓｅｃ間隔や２０ｍｓ間隔など所定間隔で行ってもよい。
【０１２３】
以上説明したように、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ以上である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき３次のＰＬＬとして同期保持を行うので、加速度追従性の向上を図ることができる。より具体的には、受信機２０を搭載する車両がカーブに入ると、加速度ａの増加によりＰＬＬ２５４の次数が３次に切替えられ、加速度追従性を向上されることが期待される。一方、加速度ａの絶対値が閾値Ｎ未満である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき２次のＰＬＬとして同期保持を行うので、受信感度の向上を図ることができる。
【０１２４】
なお、閾値Ｎが高いほどＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作する割合が減少し、２次のＰＬＬとして動作する割合が増加するので、加速度追従性の改善される場合が減少する。一方、閾値Ｎを低くし過ぎると、ＰＬＬ２５４が３次のＰＬＬとして動作している間にノイズの影響によりトラッキングが失敗してしまうことが想定される。したがって、閾値Ｍは、３次のＰＬＬとして動作するＰＬＬ２５４がトラッキング可能な加速度ａの絶対値の範囲でなるべく低く設定することが効果的である。
【０１２５】
＜５．まとめ＞
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、受信機２０の現在状態に応じてＰＬＬ２５４のループ次数を切り替えることにより、２次のＰＬＬの利点および３次のＰＬＬの利点を活かすことができる。例えば、信号強度Ｌが閾値Ｍ以上である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき３次のＰＬＬとして同期保持を行うので、加速度追従性の向上を図ることができる。一方、信号強度Ｌが閾値Ｍ未満である場合には、ＰＬＬ２５４がＣＰＵ２６０による制御に基づき２次のＰＬＬとして同期保持を行うので、受信感度の向上を図ることができる。
【０１２６】
また、本発明の実施形態によればＰＬＬ２５４のループ次数を２次と３次とで切換えが可能なループフィルタ１０９を、３次ＰＬＬ用のループフィルタの回路構成と同等の回路規模で実現することが可能である。さらに、２次ＰＬＬ用の回路構成と３次ＰＬＬ用の回路構成を個別に組み合せる場合には、双方の回路構成を接続するための配線領域も必要となるので、本発明の実施形態によれば、演算器の個数削減以上の効果が得られる。さらに、本発明の実施形態によれば、消費電力の削減にも寄与することができる。
【０１２７】
また、本発明の実施形態によれば、高い加速度追従性を必要としない場面ほど、受信機２０が搭載される機器において想定される加速度が低いほど、閾値ＭまたはＮを高く設定してもよい。その結果、ＰＬＬ２５４が２次ＰＬＬとして動作する場合が増加し、２次ＰＬＬの利点である安定性を活かすことができる。
【０１２８】
一方、弱信号下での同期保持を考慮する必要がない場面ほど、または受信機２０が搭載される機器において弱信号下での同期保持を考慮する必要がないほど、閾値ＭまたはＮを低く設定してもよい。その結果、ＰＬＬ２５４が３次ＰＬＬとして動作する場合が増加し、３次ＰＬＬの利点である加速度追従性を活かすことが可能である。
【０１２９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１３０】
例えば、本明細書の受信機２０の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、受信機２０の処理における各ステップは、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）を含んでもよい。
【０１３１】
また、本明細書においては、ＰＬＬ２５４のループ次数を２次と３次とで切替える例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ｎ次のＰＬＬ用の回路構成を包含するｍ次（ｍ＞ｎ）のＰＬＬ用の回路構成をループフィルタ１０９に設け、スイッチＳ０１によりいずれの回路構成を有効化するかを切替えることにより、ＰＬＬ２５４のループ次数をｎ次とｍ次とで切替えることができる。
【０１３２】
また、上記ではＰＬＬ２５４のループ次数の切換えに信号強度Ｌまたは加速度ａが利用される例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ＰＬＬ２５４のループ次数の切換えに信号強度Ｌおよび加速度ａの双方を複合的に利用してもよい。
【符号の説明】
【０１３３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 人工衛星
１０８ 位相検出器
１０９ ループフィルタ
１１０ ＮＣＯ
２０ 受信機
２４０ 同期捕捉部
２５０ 同期保持部
２５２ 同期保持チャンネル回路
２５４ ＰＬＬ
２５６ ＤＬＬ
２５８ ＰＲＮ符号発生器
２６０ ＣＰＵ
２８０ 加速度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、
前記位相同期ループは、
ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、
前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、
を含む、通信装置。
【請求項２】
前記通信装置の現在状態の変化に応じて前記切替部による前記回路構成の切替えを制御する制御部をさらに備える、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、
前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせ、
前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせる、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行う、請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記通信装置の加速度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、
前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせ、
前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせる、請求項２に記載の通信装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行う、請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、
前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、
を備える、位相同期ループ。
【請求項８】
受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、
前記位相同期ループは、
ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、
前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、
を含む通信装置が搭載された移動体。
【請求項９】
受信信号の同期保持を行うための位相同期ループに含まれる、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含するｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）を有するループフィルタにおいて、
有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替えるステップ、
を含む、通信方法。
【請求項１】
受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、
前記位相同期ループは、
ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、
前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、
を含む、通信装置。
【請求項２】
前記通信装置の現在状態の変化に応じて前記切替部による前記回路構成の切替えを制御する制御部をさらに備える、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、
前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせ、
前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせる、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行う、請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記通信装置の加速度測定に基づいて得られる値と閾値とを比較し、
前記値が前記閾値以上になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｍから前記回路構成ｎに切替えさせ、
前記値が前記閾値未満になった場合、前記切替部に、前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎから前記回路構成ｍに切替えさせる、請求項２に記載の通信装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記受信信号の信号強度測定に基づいて得られる値と前記閾値との比較を周期的に行う、請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、
前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、
を備える、位相同期ループ。
【請求項８】
受信信号の同期保持を行うための位相同期ループを備え、
前記位相同期ループは、
ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含する、ｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）、を有するループフィルタと、
前記ループフィルタにおいて有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替える切替部と、
を含む通信装置が搭載された移動体。
【請求項９】
受信信号の同期保持を行うための位相同期ループに含まれる、ｎ次の位相同期ループ用の回路構成ｎを包含するｍ次の位相同期ループ用の回路構成ｍ（ｍ＞ｎ）を有するループフィルタにおいて、
有効化される回路構成を、前記回路構成ｎと前記回路構成ｍとで切替えるステップ、
を含む、通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２４５６３５（Ｐ２０１０−２４５６３５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８９３９５（Ｐ２００９−８９３９５）
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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