JP5925911B2 - 適応サンプル量子化のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して無線周波数（ＲＦ）受信機システムに関し、特に適応サンプル量子化のためのシステムおよび方法に関する。

全地球測位衛星（ＧＰＳ）信号のような特定の符号化無線周波数（ＲＦ）信号は、雑音および／または他の干渉と比べて弱い振幅を有することがあり、信号を検出し復号することが難しくなる。例えばＧＰＳ信号は、熱雑音による強度より約３０ｄＢ弱い場合がある。したがって、そのような信号は同一周波数帯域のより強い信号の伝送によって容易に妨害され得る。一部の受信機は、信号をアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）によって最適にサンプリングすることができるようにアナログフロントエンド段の利得を調整する自動利得制御（ＡＧＣ）回路構成を含む。典型的な受信機は、比較的低いダイナミックレンジ（例えば１ビットないし４ビットの分解能）を有するＡＤＣを実現する。したがって、そのような受信機が干渉を受けると、ＡＧＣ回路構成は、受信信号のアナログダイナミックレンジをＡＤＣの比較的低いダイナミックレンジ内に収まるように低減することができ、こうしてその中で符号化されるデータを抑制する。その結果、符号化されたデータは、干渉の存在下におけるＡＧＣのそのような動作によって喪失されるか、あるいは厳しく制限され得る。

本発明の１つの実施形態は、適応サンプル量子化システムを含む。適応サンプル量子化システムは、符号化されたデータを含む無線周波数（ＲＦ）信号を受信するように構成されたアンテナと、ＲＦ信号をアナログ電気信号に変換するように構成されたアナログアンテナ電子機器とを含む。システムはまた、アンテナに直接接続され、かつＲＦ信号の複数の連続デジタルサンプルを生成するように構成されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。システムはさらに、複数の連続デジタルサンプルに基づいてモードを決定しかつ決定されたモードに基づいて少なくとも１つの閾値を選択するように構成された量子化器を含む。量子化器は、各デジタルサンプルを少なくとも１つの閾値と比較し、それぞれのデジタルサンプルと比べて低減されたビット数を有する複数の出力サンプルのうちの対応する１つを生成して、潜在的干渉を実質的に軽減すると共にデータの抽出を容易化するように構成することができる。

本発明の別の実施形態は、無線周波数（ＲＦ）入力信号を量子化するための方法を含む。方法は、符号化されたデータを含むＲＦ入力信号をアンテナで受信すること、ＲＦ信号の複数の連続デジタルサンプルを生成することを含む。方法はまた、所定の期間にわたるＲＦ信号の複数の連続デジタルサンプルのセットのヒストグラムを生成することを含む。方法はまた、ヒストグラムに基づいて少なくとも１つの閾値を選択し、かつ複数のデジタルサンプルの各々を少なくとも１つの閾値と比較することを含む。方法はさらに、それぞれの複数のデジタルサンプルの各々と少なくとも１つの閾値との比較に基づいて複数の出力サンプルを生成することを含む。複数の出力サンプルの各々がそれぞれの複数のデジタルサンプルの各々と比べて低減されたビット数を有することで、潜在的干渉を実質的に軽減すると共にデータの抽出を容易化することができる。

本発明のさらに別の実施形態は、適応サンプル量子化システムを含む。適応サンプル量子化システムは、符号化されたデータを含む無線周波数（ＲＦ）信号を受信するように構成されたアンテナと、ＲＦ信号をアナログ電気信号に変換するように構成されたアナログアンテナ電子機器とを含む。システムはまた、アンテナに直接接続され、かつＲＦ信号の複数の連続デジタルサンプルを生成するように構成されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。システムはさらに量子化器を含む。量子化器は、所定の期間にわたる複数の連続デジタルサンプルのセットに関連付けられるヒストグラムを作成し、かつヒストグラムにおける複数の連続デジタルサンプルのセットの振幅の分布に基づいて少なくとも１つの閾値を生成するように構成されたモード制御器を含む。量子化器はまた、複数の連続デジタルサンプルの各々を少なくとも１つの閾値と比較して、複数の連続デジタルサンプルの各々の比較に関連付けられる比較コードを生成するように構成された比較器システムを含む。量子化器はさらに、比較コードをそれぞれのデジタルサンプルと比べて低減されたビット数を有する複数の出力サンプルにそれぞれ変換することで、潜在的干渉を実質的に軽減すると共にデータの抽出を容易化するように構成された変換ロジックを含む。

本発明の態様に係る適応サンプル量子化システムの実施例を示す。 本発明の態様に係る量子化器の実施例を示す。 本発明の態様に係る全地球測位システム（ＧＰＳ）信号のタイミングダイヤグラムの実施例を示す。 本発明の態様に係るＧＰＳ信号のダイヤグラム例を示す。 本発明の態様に係る変更ＧＰＳ信号のダイヤグラム例を示す。 本発明の態様に係る別の変更ＧＰＳ信号のダイヤグラム例を示す。 本発明の態様に係るＧＰＳ受信機システムの実施例を示す。 本発明の態様に係るＲＦ入力信号を量子化するための方法の実施例を示す。

本発明は概して無線周波数（ＲＦ）受信機システムに関し、特に適応サンプル量子化のためのシステムおよび方法に関する。ＧＰＳ受信機のようなＲＦ受信機は、適応サンプル量子化システムを含むことができる。適応サンプル量子化システムは、高分解能アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に提供されるＲＦ信号を受信するように構成されたアンテナを含む。高分解能ＡＤＣはしたがって、ＲＦ信号に関連付けられる複数の連続デジタルサンプルを生成するように構成される。適応サンプル量子化システムはまた、複数の連続デジタルサンプルを複数の連続デジタルサンプルに相応する複数の出力サンプルに変換するように構成された量子化器を含む。出力サンプルは各々が少なくとも１ビットを有することができ、そのビット数は、連続デジタルサンプルの各々に関連付けられる複数のビット数より少ない。

量子化器は、検出された干渉の種類（すなわちモード）に基づいて、少なくとも１つの閾値を設定するように構成されたモード制御器を含むことができる。少なくとも１つの閾値は、連続デジタルサンプルのデータ値のヒストグラムに基づいて、それぞれ１つ以上の大きさに設定することができる。したがって、少なくとも１つの閾値は、ヒストグラムを形成するデジタルサンプルの各セットでプログラム可能にすることができる。したがって連続デジタルサンプルを少なくとも１つの閾値と比較して、比較コードを生成することができる。こうして、比較コードは、出力サンプルを生成するように構成された変換ロジックに提供することができる。変換ロジックは、少なくとも１つの閾値によって設定された振幅の範囲外の振幅を有するそれぞれのデジタルサンプルに応答して、出力サンプルのうちの所与の１つのサンプルの値をヌルにするブランキング制御を実行するように構成することができる。変換ロジックはまた、デジタルサンプルに関連付けられる干渉を実質的に除去する数学的アルゴリズムを実現するように構成することもできる。こうして、ヌル値を含め、出力サンプルの相関を実行して、受信ＲＦ信号を復調するために干渉を実質的に緩和することができる。

本明細書に記載するシステムは、アナログおよびデジタル両方の利得制御を包含しかつ各々の便益を含むスマート利得制御（ＳＧＣ）として記載することができる。アナログ利得制御の場合、ＳＧＣは、ジャミングの存在下で最高の信号忠実度が得られる（例えば最低雑音指数で線形動作を維持する）ように、広範囲（例えば約７２ｄＢ）の利用可能なフロントエンドアナログ利得を動的に調整することができる。ジャミング環境に盲目的に応答する従来のＧＰＳ受信機における自動利得制御（ＡＧＣ）とは異なり、関連プロセッサ内の高度アルゴリズムによって指令される高速応答ＳＧＣは、現行の軍用ナビゲーションシステムを超えるような追加のアンチジャミング能力を提供することができる。加えて、ＳＧＣのアナログ利得制御は、サンプルの線形性を維持するように、適応サンプル量子化システムと連携して動作する。

デジタル側では、ＳＧＣエンジンは、効果的なデジタルダイナミックレンジ（例えば約６０ｄＢ）が得られるように、１２ビットのサンプルに対しサンプル毎にアンチジャミング処理を実行することができる。この拡張ダイナミックレンジは、高度なサンプルレベルのジャミング軽減技術を実現するために使用され、潜在的に、連続波（ＣＷ）、掃引ＣＷ、および狭帯域ジャマに対し約１０ｄＢの処理利得を生じるだけでなく、パルスジャマに対しても約３ｄＢから約１５ｄＢの処理利得を生じることができる。ジャミング（すなわち干渉を含む）条件下で、１２ビットの中心量子化を実行することができ、それはサンプルブランキングを可能にする。通常の条件下では、非中心量子化を使用することができ、こうして信号相関結果を最大化する。ＳＧＣは量子化器を干渉信号の「上に乗せて」、ＧＰＳ処理情報を抽出することを可能にする。このエンジンはまた、サンプルレベルのパルスブランキングを可能にし、それによって相関器をブランキングし、ジャミングの影響を軽減することができる。次いで非中心量子化器の出力を再量子化して、相関のためのサンプルを出力することができ、こうして相関器に対する処理の影響が軽減される。

図１は、本発明の態様に係る適応サンプル量子化システム１０の実施例を示す。適応サンプル量子化システム１０は、ＧＰＳ受信機のような種々の受信機システムでフロントエンドに実現することができる。一例として、適応サンプル量子化システム１０は、ＧＰＳデジタルビーム形成相関システムのためのデジタルアンテナ電子機器（ＤＡＥ）用の分離セットの各々に実現することができる。

適応サンプル量子化システム１０はアンテナ１２、アンテナ電子機器１３、およびＡＤＣ１４を含む。アンテナ１２は、ＧＰＳ信号のようなＲＦ信号を受信し、かつＲＦ信号をアンテナ電子機器１３に提供するように構成される。図１の実施例では、ＲＦ信号はアンテナ１２から提供される信号ＩＮとして示され、アンテナ電子機器１３を介してアナログ電気信号ＩＮ＿ＡＮに変換される。ＡＤＣ１４はアンテナ電子機器１３に直接接続され、アナログ電気信号ＩＮ＿ＡＮの複数の高分解能連続デジタルサンプルを生成するように構成される。一例として、高分解能デジタルサンプルは各々、少なくとも１０より大きい数（例えば１２）のビット量を有することができ、高いサンプルレート（例えば数十ＭＨｚ）で生成することができる。その結果、適応サンプル量子化システム１０は自動利得制御（ＡＧＣ）システムを含まず、代わりに、デジタルサンプルが比較的高いダイナミックレンジ（例えば約７２ｄＢ）を有するように、アナログＲＦ信号を高い忠実度でサンプリングすることによって、ソフトウェア制御型アナログ利得制御を実現する。したがって、ＡＤＣ１４によって生成されるデジタルサンプルは、受信ＲＦ信号ＩＮに加えられた干渉を含むことがあり得る。図１の実施例では、ＡＤＣ１４によって生成されたデジタルサンプルは信号ＳＭＰＬとして示される。

デジタルサンプルＳＭＰＬは量子化器１６に提供される。量子化器１６は、デジタルサンプルＳＭＰＬの各々を、図１の実施例ではＱＮＴとして示される、複数の連続出力サンプルの対応する１つに変換するように構成される。出力サンプルＱＮＴの各々は、デジタルサンプルＳＭＰＬの各々のビット数より少ない数のビット量を有することができる。一例として、出力サンプルＱＮＴの各々は３ビットを含むことができ、それは、例えばＲＦ信号ＩＮ内の干渉の種類に基づいて、デジタルサンプルＳＭＰＬの各々におけるビットのサブセットの量子化とすることができる。量子化器１６は、デジタルサンプルにおける干渉が実質的に軽減されるように、出力サンプルＱＮＴを生成することができる。その結果、出力サンプルＱＮＴを相関エンジンに提供して、ＲＦ信号ＩＮに変調されたデータを確認することができる。

図１の実施例では、量子化器１６は、デジタルサンプルＳＭＰＬを少なくとも１つの閾値と比較するように構成された比較器システム１８を含む。少なくとも１つの閾値は、少なくとも１つの閾値を、デジタルサンプルＳＭＰＬの新たなセット毎に変更することができるように、デジタルサンプルＳＭＰＬのセットのヒストグラムに基づいてプログラムすることができる。したがって、量子化器１６は、デジタルサンプルＳＭＰＬと少なくとも１つの閾値との比較に基づいて、出力サンプルＱＮＴを生成することができる。加えて、デジタルサンプルＳＭＰＬから出力サンプルＱＮＴへの変換は、ヒストグラムにおけるデジタルサンプルＳＭＰＬのセットによって決定される、量子化器１６の動作モードに基づくことができる。動作モードは、連続波（ＣＷ）またはパルス（すなわちクリップ）干渉のような、ＲＦ信号ＩＮ内の干渉の種類に基づくことができる。量子化器１６は、ヌル値が実質的に零に相関されるように、少なくとも１つの閾値によって設定される振幅の範囲外の出力サンプルＱＮＴの値をヌルにするブランキング制御を実現することができる。したがって、出力サンプルＱＮＴを復号する際に、ＲＦ信号ＩＮに対する干渉を実質的に軽減することができる。

図２は、本発明の態様に係る量子化器５０の実施例を示す。量子化器５０は、図１の実施例における量子化器１６に対応することができる。したがって、図２の実施例についての以下の説明では、図１の実施例を参照する。さらに、量子化器５０はハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せによって実現することができることを理解されたい。

量子化器５０は、（例えばＡＤＣ１４から）量子化器５０に入力されるデジタルサンプルＳＭＰＬを監視するように構成されたモード制御器５２を含む。モード制御器５２は、ヒストグラムエンジン５４および閾値生成器５６を含む。ヒストグラムエンジン５４は、所定の期間にわたる連続デジタルサンプルＳＭＰＬのセットのヒストグラムを生成するように構成される。連続デジタルサンプルＳＭＰＬのセットはしたがってデジタルサンプルＳＭＰＬの相対振幅を示し、ＲＦ信号ＩＮにおける干渉の存在を決定し、かつ干渉の種類（例えばＣＷまたはパルス）に対応するモードを決定することができる。閾値生成器５６はしたがって、決定されたモードに基づいて、少なくとも１つの閾値を算出することができる。例えば、閾値生成器５６は、ヒストグラムエンジン５４によって生成されたヒストグラムにおける振幅の分布に基づいて、少なくとも１つの閾値を算出することができる。加えて、ヒストグラムエンジン５４は、所定の期間にわたる後続の連続デジタルサンプルＳＭＰＬのセットに基づいて、後続のヒストグラムを連続的に生成するように構成することができるので、閾値生成器５６は、後続ヒストグラムにおける連続デジタルサンプルＳＭＰＬの振幅の分布に基づいて、閾値を連続的に生成することができる。一例として、連続デジタルサンプルＳＭＰＬの各々が単一のヒストグラムだけに含まれるように、各ヒストグラムにおける連続デジタルサンプルのセットは離散させることができる。別の例として、例えば重複するヒストグラムまたは単一の連続的に変化するヒストグラムにおける連続デジタルサンプルＳＭＰＬの振幅の分布の統計的変化に基づいて、閾値が連続的に変化することができるように、ヒストグラムは実質的に重複することができる。

少なくとも１つの閾値は、デジタルサンプルＳＭＰＬの各々におけるビット数に等しいビット数を有するデジタル閾値とすることができる。一例として、デジタルサンプルＳＭＰＬのセットに基づいてＲＦ信号ＩＮにおけるＣＷ干渉の存在が決定されると、閾値エンジン５６は、デジタルサンプルＳＭＰＬのセットに関連付けられる振幅ピークの略平均で第１閾値を算出し、かつそれぞれ第１閾値より大きい所定の振幅および小さい所定の振幅（例えば略３標準偏差、または＋／−所定の百分率）で第２および第３閾値を算出するように構成することができる。したがって、第１、第２、および第３閾値は、ＲＦ信号ＩＮに存在する干渉に乗っている熱雑音信号の推定を提供することができる。

図２の実施例では、算出された閾値は、信号ＴＨＲＥＳＨとして比較器システム５８に提供される。したがって、比較器システム５８は、それぞれの１つ以上の閾値が各々にロードされた１つ以上のデジタル比較器を含むことができる。その結果、比較器システム５８における各比較器は、各デジタルサンプルＳＭＰＬをそれぞれの閾値の各々と比較するように構成することができる。その結果、比較器システム５８は、比較コードが閾値ＴＨＲＥＳＨに対するデジタルサンプルＳＭＰＬの各々の相対振幅を表すことができるように、デジタルサンプルＳＭＰＬと閾値ＴＨＲＥＳＨとの比較に対応する比較コードＣＭＰを生成することができる。

比較コードＣＭＰおよびデジタルサンプルＳＭＰＬは、デジタルサンプルＳＭＰＬの各々に関連付けられる対応する比較コードＣＭＰに基づいて、デジタルサンプルＳＭＰＬを対応する出力サンプルＱＮＴに変換するように構成された変換ロジック６０に提供される。図２の実施例では、モード制御器５２は、変換ロジック６０に干渉の種類を指摘するために、信号ＭＯＤＥを変換ロジック６０に提供することができる。一例として、デジタルサンプルＳＭＰＬに関連付けられる比較コードＣＭＰから対応する出力サンプルＱＮＴへの変換は、信号ＭＯＤＥによって指摘されるモードに基づくことができる。別の例として、出力サンプルＱＮＴは、モード情報を下流の相関エンジンに提供することができるように、信号ＭＯＤＥによって提供されるモード情報を含むことができる。それに関係なく、閾値はヒストグラムエンジン５４によって収集されるデジタルサンプルＳＭＰＬのセットの振幅に基づいてプログラムされるので、変換ロジック６０は、関連付けられる適応サンプル量子化システム１０のＡＧＣを使用することなく、ＲＦ信号ＩＮに変調されるデータ（例えばＧＰＳデータ）に相応する方法で、出力サンプルＱＮＴを生成することができる。

図２の実施例では、変換ロジック６０は、例えば信号ＭＯＤＥによって提供されるモード情報に基づいて、ＲＦ信号ＩＮに存在する干渉によって生じる振幅変動が大きいデジタルサンプルＳＭＰＬに対応する出力サンプルＱＮＴに対し、ヌル値を設定するように構成されたブランキング制御６２を含む。実質的に安定した振幅を有するデジタルサンプルＳＭＰＬの連続グループ化のための値の範囲を規定するために、例えば、少なくとも１つの閾値ＴＨＲＥＳＨを算出することができる。したがって、ブランキング制御６２は、少なくとも１つの閾値ＴＨＲＥＳＨによって設定される規定の値の範囲外の振幅を有し、したがって干渉の結果大きい振幅の変動を有するデジタルサンプルＳＭＰＬに対応する出力サンプルＱＮＴに対し、ヌル値を設定することができる。したがって、ヌル値の出力サンプルＱＮＴは下流の相関エンジンに対し不可視のようになることができるので、ブランキング制御６２は実質的に、ＲＦ信号ＩＮ内のデータを復号するために、ＲＦ信号ＩＮに存在する干渉を軽減することができる。

図３は、本発明の態様に係るＧＰＳ信号１０２のタイミングダイヤグラム１００の一例を示す。タイミングダイヤグラム１００におけるＧＰＳ信号１０２は、図１の実施例におけるアンテナ１２によって受信されたＲＦ信号ＩＮに対応することができる。タイミングダイヤグラム１００は、ＧＰＳ信号１０２が、それに重ね合わされた例えばジャミング源からのＣＷ干渉を受けていることを示す。その結果、ＧＰＳ信号１０２は、図３の例で描かれた間隔の約６個分にまたがるものとして示された、ＣＷ干渉に基づく振幅の周期的な大きい変動を有する。加えて、ＧＰＳ信号１０２は、描かれた振幅の間隔の半分より小さいものとして示された、熱雑音に基づく振幅の小さい変動を有する。ＧＰＳ信号１０２は、熱雑音内に符号化されたＧＰＳデータを含むことができる。

図４は、本発明の態様に係るＧＰＳ信号１０２のダイヤグラム例１５０を示す。ダイヤグラム１５０はまた、ＧＰＳ信号１０２の正および負の各ピークに関連付けられる閾値のセットを含む。例えば、ヒストグラムエンジン５４は、ＧＰＳ信号１０２に対応するデジタルサンプルＳＭＰＬのセットを連続的に収集することができる。モード制御器５２はこうしてＧＰＳ信号１０２に存在する干渉の種類（例えばＣＷ干渉）を決定することができ、閾値生成器は、例えば様々な所定の間隔の各々で、収集されたデジタルサンプルのセットに基づいて、閾値を算出することができる。

図４の例では、閾値ｔ_０は、ＧＰＳ信号１０２に関連付けられる正および負の各ピークに略対応する振幅を有するように算出される。一例として、閾値ｔ_０は、ＧＰＳ信号１０２のそれぞれの正および負のピークの各々に対し、それぞれのデジタルサンプルＳＭＰＬの正および負の最大振幅に対応することができる。別の例として、閾値ｔ_０は、ＧＰＳ信号１０２のそれぞれの正および負のピークの各々に対し、デジタルサンプルＳＭＰＬのセットのピーク振幅値の数学的評価に対応する振幅を有することができる。加えて、閾値ｔ_１は、閾値ｔ_０の各々より所定の大きさだけ大きい絶対値振幅を有するように算出される。例えば、閾値ｔ_１は、例えばＡＤＣ１２のサンプリングレートに基づいて、略３標準偏差（すなわち３σ）である絶対値振幅または閾値ｔ_０の絶対値より所定の百分率だけ大きい絶対値振幅を有することができる。同様に、閾値ｔ_２は、閾値ｔ_０の各々より所定の大きさだけ小さい絶対値振幅を有するように算出される。閾値ｔ_２は、閾値ｔ_０とｔ_１との差と等しくかつ逆方向の振幅を有することができ、あるいは閾値ｔ_０とｔ_１との差とは異なる振幅を有することができる。図４の例では、閾値ｔ_０、ｔ_１、およびｔ_２は全て、ＧＰＳ信号１０２に関連付けられる正および負のピークの各々で区別できる振幅を有することができ、かつ各々、マルチビット（例えば１２ビット）デジタル値として算出することができる。

再び図２の実施例を参照すると、比較器システム５８は、デジタルサンプルＳＭＰＬを閾値ｔ_０、ｔ_１、およびｔ_２の各々と比較して、比較コードを生成するように構成することができる。比較コードＣＭＰはしたがって、閾値ｔ_０、ｔ_１、およびｔ_２に対して相対的な、所与の１つのデジタルサンプルＳＭＰＬの振幅の指標を提供することができる。したがって、比較コードＣＭＰは、所与の１つのデジタルサンプルＳＭＰＬが、閾値ｔ_０、ｔ_１、およびｔ_２によって規定される振幅の範囲外の振幅を有するかどうか、例えば閾値ｔ_１より大きいか、または閾値ｔ_２より小さいかどうかを示すことができる。したがって、比較コードＣＭＰは、ブランキング制御６２が対応する出力サンプルＱＮＴのためのヌル値を設定することができるように、そのような振幅を示すことができる。加えて、比較コードＣＭＰはまた、閾値ｔ_０とｔ_１との間（例えば「＋１」値）または閾値ｔ_０とｔ_２との間（例えば「−１」値）にあるデジタルサンプルＳＭＰＬの振幅を示すことができ、それはしたがって熱雑音内に符号化されたＧＰＳデータに対応することができる。その結果、変換ロジックは、出力サンプルＱＮＴを相関させてＧＰＳデータを復号することができるように、出力サンプルＱＮＴに「＋１」および「−１」の値を提供することができる。

別の例として、変換ロジック６０は、比較器システム５８がブランキング制御６２を実現するためにだけ使用されるように、デジタルサンプルＳＭＰＬを処理してそれぞれの出力サンプルＱＮＴを直接生成するように構成することができる。そのような実現を図５に関連して説明する。図５は、本発明の態様に係る変更ＧＰＳ信号２５２のダイヤグラム例２５０を示す。変更ＧＰＳ信号２５２は、図２の実施例におけるブランキング制御６２によって処理されたＧＰＳ信号１０２に対応することができる。一例として、少なくとも１つの閾値は単一閾値（例えば図４の例に示す閾値ｔ_２）のみを含むことができ、この単一閾値は、当該単一閾値の絶対値振幅よりも低いデジタルサンプルＳＭＰＬの許容できない絶対値振幅を規定する。

比較器システム５８はこうしてデジタルサンプルＳＭＰＬを閾値生成器５６によって設定された単一閾値と比較して比較コードＣＭＰを生成することができる。こうして、比較コードＣＭＰは、それぞれのデジタルサンプルＳＭＰＬに対応する所与の出力サンプルＱＮＴをヌル値に設定すべきか否かを指示することができる。図５の例では、変更ＧＰＳ信号２５２は、図３および図４の例におけるＧＰＳ信号１０２のデジタルサンプルＳＭＰＬの絶対値振幅が、閾値ｔ_２によって設定される振幅の範囲より低かった位置にヌル値を有することが示される。結果的に得られる変更ＧＰＳ信号２５２はしたがってヌル値と、干渉を含む許容可能なデジタルサンプルＳＭＰＬの振幅とを含む。

変換ロジック６０はこうして、変更ＧＰＳ信号２５２に対し１つ以上の数学的アルゴリズムを実現して、変更ＧＰＳ信号２５２を出力サンプルＱＮＴに変換することができる。一例として、変換ロジック６０は、変更ＧＰＳ信号２５２のデジタルサンプルＳＭＰＬの各々の絶対値の平均を決定することができる。次いで平均をその後に変換ロジック６０によって除去して、干渉の上に乗っている熱雑音分布をゼロの大きさ平均に崩壊させ、こうして干渉を軽減することができる。結果的に得られる信号を図６の例に示す。図６は、本発明の態様に係る別の変更ＧＰＳ信号２５２のダイヤグラム例２５０を示す。変更ＧＰＳ信号２５２は、例えば上述した干渉を実質的に軽減するように、変換ロジック６０によって処理された信号に対応することができる。変更ＧＰＳ信号２５２はこうして、変換ロジック６０から出力サンプルＱＮＴとして出力することができる。したがって、変換ロジック６０によって提供された出力サンプルＱＮＴを相関させて、ＧＰＳデータを復号することができる。

図７は、本発明の態様に係るＧＰＳ受信機システム３００の実施例を示す。ＧＰＳ受信機システム３００は、航空機、船舶用途、および／または兵器誘導システムのような種々のナビゲーション用途に実現することができる。ＧＰＳ受信機システム３００は、各々がそれぞれの複数個Ｎのデジタルアンテナ電子機器（ＤＡＥ）３０４に接続された複数個Ｎのアンテナ３０２を含み、ここでＮは正の整数である。アンテナ３０２は各々が、図７の例で信号ＧＰＳ−ＲＦ＿１ないしＧＰＳ−ＲＦ＿Ｎとして示されたＧＰＳ信号を受信するように構成される。ＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦ＿１ないしＧＰＳ−ＲＦ＿Ｎは各々、空間的に分離した同一のＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦに対応することができることを理解されたい。したがって、アンテナ３０２およびそれぞれのＤＡＥ３０４は、ＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦ内に符号化されたＧＰＳデータのデジタルビーム形成を可能にすることができる。

ＤＡＥ３０４の各々は、図１の実施例における適応サンプル量子化システム１０と実質的に同様に構成することのできる適応サンプル量子化システム３０６を含むことができる。したがって、適応サンプル量子化システム３０６はアンテナ電子機器と、信号ＧＰＳ−ＲＦ＿１ないしＧＰＳ−ＲＦ＿Ｎのそれぞれを１２ビットのような高分解能でサンプリングするように構成されたＡＤＣとを含むことができる。その結果、適応サンプル量子化システム３０６はＡＧＣシステムを含まないが、代わりに、アナログ電気信号ＧＰＳ−ＲＦ＿１ないしＧＰＳ−ＲＦ＿Ｎのそれぞれを関連するアンテナ電子機器から直接的に高い忠実度でサンプリングすることによって、ソフトウェア制御型アナログ利得制御を実現するので、デジタルサンプルは比較的高いダイナミックレンジ（例えば約７２ｄＢ）を有する。適応サンプル量子化システム３０６はまた、ＡＤＣによって生成されたデジタルサンプルを、図７の実施例にそれぞれの信号ＧＰＳ−ＱＮＴ＿１ないしＧＰＳ−ＱＮＴ＿Ｎとして示されるそれぞれの出力サンプルに量子化するように構成された、図２の実施例の量子化器５０のような量子化器を含むことができる。出力サンプルＧＰＳ−ＱＮＴ＿１ないしＧＰＳ−ＱＮＴ＿Ｎはこうして、ＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦ＿１ないしＧＰＳ−ＲＦ＿Ｎのビット数より少ないビット数を有することができる。

一例として、適応サンプル量子化システム３０６の量子化器は、ＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦのデジタルサンプルのヒストグラムを生成して、ＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦに存在する干渉に対応するモードを決定するように構成することができる。量子化器はこうして、モードおよびヒストグラムにおけるデジタルサンプルのセットに基づいて、少なくとも１つの閾値を算出することができる。その結果、量子化器はＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦのデジタルサンプルを少なくとも１つの閾値と比較して、比較コードを生成することができる。したがって、量子化器の変換ロジックは、ＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦのデジタルサンプルを変換コードに基づいてそれぞれの出力サンプルＧＰＳ−ＱＮＴに変換することができる。出力サンプルＧＰＳ−ＱＮＴはこうして、少なくとも１つの閾値によって規定される許容可能な振幅範囲外のＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦのデジタルサンプルの振幅に対応するヌル値を含むことができる。

それぞれのＤＡＥ３０４の各々によって提供された出力サンプルＧＰＳ−ＱＮＴ＿１ないしＧＰＳ−ＱＮＴ＿Ｎは、ＧＰＳ相関エンジン３０８に提供される。ＧＰＳ相関エンジン３０８はこうして、出力サンプルＧＰＳ−ＱＮＴ＿１ないしＧＰＳ−ＱＮＴ＿Ｎのそれぞれのセットを相関させるように構成することができる。こうして、ＧＰＳ信号ＧＰＳ−ＲＦ＿１ないしＧＰＳ−ＲＦ＿Ｎの各々内に符号化されたＧＰＳデータを相関させて、ＧＰＳ情報を確認することができる。

前述したような構造上および機能上の特徴に鑑み、本発明の種々の態様に係る方法は、図８を参照することにより一層よく理解され得る。説明を簡潔にするために、図８の方法は順次実行するように示されかつ記載されているが、本発明によると、一部の態様は、本明細書に示しかつ記載したものとは異なる順序で、および／または他の態様と同時に行うことができるので、本発明は示された順序に限定されないことを理解かつ認識されたい。さらに、本発明の態様に係る方法を実現するために、図示した全ての特徴が要求されなくてもよい。

図８は、本発明の態様に従ってＲＦ入力信号を量子化するための方法３５０の一例を示す。３５２で、ＲＦ入力信号はアンテナで受信され、ＲＦ入力信号はその中に符号化されたデータを有する。ＲＦ入力信号はＧＰＳ信号に対応することができる。３５４で、ＲＦ信号は、アナログアンテナ電子機器を介してアナログ電気信号に変換される。３５６で、ＲＦ信号の複数の連続デジタルサンプルが生成される。連続デジタルサンプルは、例えば１０以上のビット（例えば１２ビット）を有する高忠実度サンプルとすることができる。３５８で、所定の期間にわたるＲＦ信号の複数の連続デジタルサンプルのセットのヒストグラムが生成される。ヒストグラムは、複数の連続ヒストグラムの１つ、または連続的な一連のデジタルサンプルに基づく連続更新ヒストグラムとすることができる。

３６０で、ヒストグラムに基づいて、少なくとも１つの閾値が選択される。少なくとも１つの閾値は、ヒストグラムにおけるデジタルサンプルのセットに関連付けられる振幅の分布に基づいて選択することができる。少なくとも１つの閾値は、関心範囲外にありしたがってヌル値に設定されるデジタルサンプルの振幅を規定する、単一の閾値を含むことができる。少なくとも１つの閾値はまた、ヒストグラムにおけるピーク振幅の平均に関連付けられる第１閾値のみならず、第１閾値より所定の振幅だけそれぞれ上および下に対応する第２閾値および第３閾値を含むことができる。３６２で、複数のデジタルサンプルの各々は少なくとも１つの閾値と比較される。デジタルサンプルの各々は、それぞれの閾値の各々と比較することができる。３６４で、複数の出力サンプルは、それぞれの複数のデジタルサンプルの各々と少なくとも１つの閾値との比較に基づいて生成され、複数の出力サンプルの各々は、それぞれの複数のデジタルサンプルの各々と比べて減少したビット数を有し、潜在的干渉を実質的に軽減し、かつデータの抽出を容易化する。出力サンプルは、比較に応答して生成される変換コードに基づいて生成することができる。

以上は本発明の実施例である。言うまでもなく、本発明を説明するために構成要素または方法の考えられる全ての組合せを記載することは不可能であるが、本発明の多くのさらなる組合せおよび置換が可能であることを当業者は理解し得る。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の思想および範囲内に含まれる全てのそのような変形、変更、および変化を包含する。

Claims (19)

1. 適応サンプル量子化システムであって、
   符号化されたデータを含む無線周波数（ＲＦ）信号を受信するように構成されたアンテナと、
   前記ＲＦ信号をアナログ電気信号に変換するように構成されたアナログアンテナ電子機器と、
   前記アナログアンテナ電子機器に直接接続され、前記アナログ電気信号の複数の連続デジタルサンプルを生成するように構成されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、
   前記複数の連続デジタルサンプルの特性に基づいてモードを決定し、決定されたモードに応じて少なくとも１つの閾値を選択するように構成された量子化器であって、前記量子化器は、各デジタルサンプルを前記少なくとも１つの閾値と比較して、それぞれのデジタルサンプルと比べて低減されたビット数を有する対応する複数の出力サンプルを生成するようにさらに構成され、前記量子化器は、前記比較に基づいて前記複数の連続デジタルサンプルにそれぞれ関連付けられる前記複数の出力サンプルを生成するように構成された変換ロジックを含み、前記複数の出力サンプルは、前記複数の出力サンプルの第１のセットと、前記複数の出力サンプルの第２のセットとを含み、前記変換ロジックはさらに、前記少なくとも１つの閾値により規定される値の範囲外の大きさを有する前記複数の連続デジタルサンプルのそれぞれに応答して、前記複数の出力サンプルの前記第１のセットをヌル値に設定するためのブランキング制御を行って潜在的干渉を実質的に軽減するように構成されている、前記量子化器と、
   前記複数の出力サンプルの前記第２のセットに含まれる情報を確認してデータの抽出を容易化する相関器と、
   を備えた適応サンプル量子化システム。
2. 前記量子化器は前記モードを決定するように構成されたモード制御器を含み、前記モードはＲＦ信号に関連付けられる干渉の種類および無干渉のうちの１つに関連付けられ、前記モード制御器は、所定の期間にわたる前記複数の連続デジタルサンプルのセットに関連付けられるヒストグラムを作成し、該ヒストグラムの分布に基づいて前記モードを決定するように構成されたヒストグラムエンジンを含む、請求項１に記載の適応サンプル量子化システム。
3. 前記モード制御器は、前記ヒストグラムにおける前記複数の連続デジタルサンプルのセットの振幅の分布に基づいて前記少なくとも１つの閾値を生成するように構成された閾値生成器をさらに含む、請求項２に記載の適応サンプル量子化システム。
4. 前記ヒストグラムエンジンは、所定の期間にわたる前記複数の連続デジタルサンプルの複数のセットに基づいて複数のヒストグラムを生成するように構成され、前記閾値生成器は、前記複数のヒストグラムの各々に関連付けられる少なくとも１つの閾値を生成するように構成されている、請求項３に記載の適応サンプル量子化システム。
5. 前記閾値生成器は、前記複数の連続デジタルサンプルのセットに関連付けられる振幅ピークの略平均で第１閾値を生成し、前記第１閾値よりも所定の振幅だけ大きい位置で第２閾値を生成するとともに、前記第１閾値よりも前記所定の振幅だけ小さい位置で第３閾値を生成するように構成されている、請求項３に記載の適応サンプル量子化システム。
6. 前記量子化器は、
   前記複数の連続デジタルサンプルの各々を前記少なくとも１つの閾値と比較して、前記複数の連続デジタルサンプルの各々の比較に関連付けられる比較コードを生成するように構成された比較器システムと、
   前記比較コードを前記複数の出力サンプルのそれぞれに変換するように構成された変換ロジックと、
   を含む、請求項１に記載の適応サンプル量子化システム。
7. 前記変換ロジックはさらに、前記少なくとも１つの閾値により規定される値の範囲外の大きさを有する前記複数の連続デジタルサンプルのそれぞれに応答して前記複数の出力サンプルの所与の１つをヌル値に設定するように構成されている、請求項６に記載の適応サンプル量子化システム。
8. 前記変換ロジックはさらに、前記複数の連続デジタルサンプルのセットに対して数学的アルゴリズムを実行して、前記ブランキング制御を行った後の前記複数の連続デジタルサンプルのセットに関連付けられる熱雑音分布の表現が崩壊した前記複数の出力サンプルを生成するように構成されている、請求項１に記載の適応サンプル量子化システム。
9. 前記量子化器は、前記複数の出力サンプルに関連付けられる拡張ダイナミックレンジを有する前記複数の連続デジタルサンプルをサンプリングするためにソフトウェア制御型アナログ利得制御を実行するように構成されている、請求項１に記載の適応サンプル量子化システム。
10. 請求項１に記載の適応サンプル量子化システムを少なくとも１つ備えたＧＰＳ受信機システムであって、前記複数の出力サンプルを相関させてＧＰＳデータを確認するように構成されたＧＰＳ相関エンジンをさらに備えるＧＰＳ受信機システム。
11. 無線周波数（ＲＦ）入力信号を量子化するための方法であって、
    符号化されたデータを含むＲＦ入力信号をアンテナで受信すること、
    アナログアンテナ電子機器を介して前記ＲＦ入力信号をアナログ電気信号に変換すること、
    前記アナログ電気信号の複数の連続デジタルサンプルを生成すること、
    所定の期間にわたる前記アナログ電気信号の前記複数の連続デジタルサンプルのセットのヒストグラムを生成すること、
    前記ヒストグラムに基づいて少なくとも１つの閾値を選択すること、
    前記複数の連続デジタルサンプルの各々を前記少なくとも１つの閾値と比較すること、
    前記複数の連続デジタルサンプルの各々と前記少なくとも１つの閾値との比較に基づいて複数の出力サンプルを生成することであって、前記複数の出力サンプルの各々が、それぞれのデジタルサンプルと比べて低減されたビット数を有し、前記複数の出力サンプルは、前記複数の出力サンプルの第１のセットと、前記複数の出力サンプルの第２のセットとを含む、前記複数の出力サンプルを生成すること、
    前記少なくとも１つの閾値により規定される値の範囲外の大きさを有する前記複数の連続デジタルサンプルのそれぞれに応答して、前記複数の出力サンプルの前記第１のセットをヌル値に設定するためのブランキング制御を行って、潜在的干渉を実質的に軽減すること、
    前記複数の出力サンプルの前記第２のセットに含まれる情報を確認してデータの抽出を容易化すること
    を備える方法。
12. 前記ヒストグラムに基づいて前記ＲＦ入力信号に関連付けられるモードを決定することをさらに備え、前記モードは前記ＲＦ入力信号に関連付けられる干渉の種類および無干渉のうちの１つに関連付けられ、前記少なくとも１つの閾値を選択することは、決定された前記モードに応じて前記少なくとも１つの閾値を選択することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の連続デジタルサンプルの各々を前記少なくとも１つの閾値と比較することは、
    前記複数の連続デジタルサンプルの各々を前記少なくとも１つの閾値と比較して、前記複数の連続デジタルサンプルの各々の比較に関連付けられる比較コードを生成すること、
    前記比較コードを前記複数の出力サンプルのそれぞれに変換すること、
    を含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記複数の出力サンプルを生成することは、さらに、前記複数の連続デジタルサンプルに対して数学的アルゴリズムを実行して、前記複数の連続デジタルサンプルのそれぞれの非ヌル値に関連付けられる熱雑音分布の表現が崩壊した前記複数の出力サンプルを生成することを備える、請求項１１に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの閾値を選択することは、前記ヒストグラムにおける前記複数の連続デジタルサンプルのセットの振幅の分布に基づいて少なくとも１つの閾値を選択することを含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記ヒストグラムを生成することは、所定の期間にわたる前記複数の連続デジタルサンプルの複数のセットに基づいて複数のヒストグラムを生成することを含み、
    前記少なくとも１つの閾値を選択することは、前記複数のヒストグラムの各々に関連付けられる少なくとも１つの閾値を選択することを含む、請求項１１に記載の方法。
17. 適応サンプル量子化システムであって、
    符号化されたデータを含む無線周波数（ＲＦ）信号を受信するように構成されたアンテナと、
    前記ＲＦ信号をアナログ電気信号に変換するように構成されたアナログアンテナ電子機器と
    前記アンテナに直接接続され、前記ＲＦ信号の複数の連続デジタルサンプルを生成するように構成されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、
    量子化器であって、
    所定の期間にわたる前記複数の連続デジタルサンプルのセットに関連付けられるヒストグラムを作成するとともに、前記ヒストグラムにおける前記複数の連続デジタルサンプルのセットの振幅の分布に基づいて少なくとも１つの閾値を生成するように構成されたモード制御器と、
    前記複数の連続デジタルサンプルの各々を前記少なくとも１つの閾値と比較して、前記複数の連続デジタルサンプルの各々の比較に関連付けられる比較コードを生成するように構成された比較器システムと、
    変換ロジックであって、
    前記比較コードをそれぞれのデジタルサンプルと比べて低減されたビット数を有する複数の出力サンプルの各々に変換し、
    前記比較に基づいて前記複数の連続デジタルサンプルにそれぞれ関連付けられる前記複数の出力サンプルを生成し、ここで、前記複数の出力サンプルは、前記複数の出力サンプルの第１のセットと、前記複数の出力サンプルの第２のセットとを含み、
    前記少なくとも１つの閾値により規定される値の範囲外の大きさを有する前記複数の連続デジタルサンプルのそれぞれに応答して、前記複数の出力サンプルの前記第１のセットをヌル値に設定するためのブランキング制御を行って、潜在的干渉を実質的に軽減するように構成された前記変換ロジックと、
    前記複数の出力サンプルの前記第２のセットに含まれる情報を確認してデータの抽出を容易化する相関器と
    を含む前記量子化器と、
    を備えた適応サンプル量子化システム。
18. 前記変換ロジックは、前記複数の連続デジタルサンプルに対して数学的アルゴリズムを実行して、前記ブランキング制御を行った後の前記複数の連続デジタルサンプルのセットに関連付けられる熱雑音分布の表現が崩壊した前記複数の出力サンプルを生成するように構成されている、請求項１７に記載の適応サンプル量子化システム。
19. 前記ヒストグラムエンジンは、所定の期間にわたる前記複数の連続デジタルサンプルの複数のセットに基づいて複数のヒストグラムを生成するように構成され、前記閾値生成器は、前記複数のヒストグラムの各々に関連付けられる少なくとも１つの閾値を生成するように構成されている、請求項１７に記載の適応サンプル量子化システム。