JP2002522793A - セルラまたはｐｃｓネットワークを介してｇｐｓ受信機を補助する方法およびシステム - Google Patents

セルラまたはｐｃｓネットワークを介してｇｐｓ受信機を補助する方法およびシステム

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Abstract

(57)【要約】 本発明によれば、移動局の位置を決定するシステムが開示される。移動局は、無線ネットワークで動作するトランシーバとＧＰＳ受信機とを含む。システムは、エフェメリス・データを得るＧＰＳ受信機を含む無線ネットワーク制御システムを含む。制御システムは、エフェメリス・データから補助情報を展開し、無線ネットワークを介して移動局に補助情報を送信する。補助情報は、ＧＰＳ中の複数の選択衛星に関する、選択時間において移動局に近い無線ネットワーク中の固定場所でのレンジおよびそのレンジの導関数を表している。移動局は、受信された補助情報を使用して、ＧＰＳ中の複数の選択衛星からの合成受信信号を検索して、ＧＰＳ中の選択衛星の複数のものに関するコード位相を測定し、無線ネットワークを介して無線ネットワーク制御システムに測定されたコード位相を戻す。無線ネットワーク制御システムは、固定場所および測定されたコード位相を用いて、無線ネットワークにおける移動局の位置を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、１９９８年８月１３日付け出願の米国仮出願第６０／０９６，４３
７号の利益に対して権利を請求する。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機に関し、更に詳細には、セル
ラまたはＰＣＳネットワークを介して通信するセルラ電話または他のデバイスと
一体化されるＧＰＳ受信機に情報を配信するための方法に関する。
【０００３】 （発明の背景） セルラ・ネットワークまたは他の公衆地上移動電話網（ＰＬＭＮ）内での移動
局の地理的場所を決定することは、近年、広範囲の応用において重要となってい
る。たとえば、測位サービスは、輸送会社およびタクシー会社によって、彼らの
車の位置を決定するために、また、配車手続の効率を向上させるために、望まれ
ている。また、緊急呼出し（たとえば、９１１番呼出し）のために、移動端末の
正確な位置を知ることは、緊急状況において望ましい結果を保証するために、極
めて重要なことである。
【０００４】 また、測位サービスは、盗難車の位置を決定するために、より低額で課金され
るホーム・ゾーン・コールを知るために、マイクロ・セルのホット・スポットを
検出するために、または、プレミアム加入者サービス（たとえば、「私はどこサ
ービス」）を提供するために、使用できる。「私はどこサービス」は、たとえば
、移動局に最も近いガソリン・スタンド，レストランまたは病院の場所の決定を
容易にする。
【０００５】 移動局の地理的場所を決定するための１つの方法は、衛星ベース全地球測位シ
ステム（ＧＰＳ）を使用することである。ＧＰＳは、受信ユニットの位置，速度
および時間をもたらすためにＧＰＳ受信機で処理される特殊コード化衛星信号を
供給する衛星ナビゲーション・システムである。三次元位置座標および固定座標
系に対する受信機時計の時間オフセットを計算するためには、４個以上のＧＰＳ
衛星信号が必要とされる。
【０００６】 ＧＰＳシステムは、約１２時間で地球を回る２４個（予備を数えない）の衛星
を含む。ＧＰＳ衛星の軌道高度（２０，２００ｋｍ）は、衛星が任意の地点の上
空を２４時間ごとに約１回だけ同じ地上軌跡および配置を繰り返すようなものと
なっている。等間隔で（すなわち、６０°離れた）かつ地球の赤道面に対して約
５５°傾いた６個の軌道面があり、各軌道面には仕様的には少なくとも４個の衛
星がある。この配置は、４個から１２個の衛星が地球上の任意の地点からユーザ
に見えることを保証する。
【０００７】 ＧＰＳシステムの衛星は、ＧＰＳ受信機で位置座標，速度座標および時間座標
を決定するのに２つのレベルの精度を提供する。ＧＰＳシステムのほとんどの一
般ユーザは、水平方向に１００ｍ、垂直方向に±１５６ｍおよび時間で±３４０
ナノ秒の２−σ精度を有する標準測位サービス（ＳＰＳ）を使用する。高精度測
位サービス（ＰＰＳ）は、暗号化装置および鍵と特別装備受信機とを有する許可
されたユーザだけが利用できる。
【０００８】 各ＧＰＳ衛星は２つのマイクロ波搬送信号を送信する。Ｌ１周波数（中心周波
数１５７５．４２ＭＨｚ）は、ＳＰＳおよびＰＰＳ符号信号とともにナビゲーシ
ョン・メッセージを運ぶ。Ｌ２周波数（中心周波数１２２７．６０ＭＨｚ）も、
ＰＰＳコードを運び、ＰＰＳシステムで利用可能な受信機によって電離層遅延を
測定するために使用される。
【０００９】 Ｌ１およびＬ２マイクロ波搬送信号は、３つのバイナリ・コード（１．０２３
ＭＨｚ粗取得（Ｃ／Ａ）コード，１０．２３ＭＨｚ高精度コード（Ｐコード）お
よび５０Ｈｚナビゲーション・システム・データ・コード（ＮＡＶコード））に
よって変調される。Ｃ／Ａコードは、擬似乱数（ＰＲＮ）コードであり、ＧＰＳ
衛星を特定する。すべてのＧＰＳ衛星は、同じＬ１およびＬ２搬送波上でそれら
のバイナリ・コードを送信する。多数の同時受信信号は符号分割多元接続（ＣＤ
ＭＡ）相関器によって回復される。一般用ＧＰＳ受信機の相関器は、まず、ＮＡ
Ｖコードで変調されたものとしてＣ／Ａコードを回復する。次に、位相ロック・
ループ（ＰＬＬ）回路がＣ／ＡコードをＮＡＶコードから分離する。強調すべき
点は、ＧＰＳ衛星のどれがレンジ内にあるかを決定するためにＧＰＳ受信機が最
初にそのおよその位置を決める必要があるということである。逆に、およその位
置を知っているＧＰＳ受信機は、適切なＧＰＳ衛星によって送信される信号に素
早く同調できる。
【００１０】 ＧＰＳ受信機の起動は、典型的には、４個以上のＧＰＳ衛星のナビゲーション
・データ信号からの１組のナビゲーション・パラメータの取得を必要とする。Ｇ
ＰＳ受信機を初期化するこのプロセスは、しばしば、数分を要する。
【００１１】 ＧＰＳ測位プロセスの時間は、ＧＰＳ受信機がどのくらい多くの情報を有して
いるかに直接依存する。ほとんどのＧＰＳ受信機は、１年先までの予想衛星位置
を粗く記述するアルマナック（almanac）・データをプログラムされている。し
かし、ＧＰＳ受信機がそれ自身のおよその位置についての何らかの知識を有して
いなければ、そのＧＰＳ受信機は、見える衛星からの信号を迅速に相関付けるこ
とができず、したがって、それの位置を素早く計算することができない。また、
Ｃ／ＡコードおよびＮＡＶコードを捕捉するために、既に取得されている信号を
引き続いて監視するのに必要とされるものよりもより強い信号強度が必要とされ
ることに注意しなければならない。ＧＰＳ信号を監視するプロセスは環境因子に
よって大きく影響されることにも注意する必要がある。したがって、開けた場所
で容易に取得されるＧＰＳ信号でも、受信機が葉陰、車内または最悪の場合には
建物内にあるときには、取得が益々困難となる。
【００１２】 最近の政府からの命令（たとえば、ＦＣＣ第２フェーズII Ｅ−９１１サービ
スの応答時間仕様）によれば、移動受話器の場所を正確かつ迅速に決定すること
が要求されている。したがって、高速で正確な測位に対する要求に応えながら移
動端末内にＧＰＳ受信機を効率的に組み込むために、正確な補助データ（たとえ
ば、ローカル時間および位置推定，衛星エフェメリス（ephemeris）および時計
情報（これは移動局の場所に従って変化する））を移動端末に迅速に提供できる
ことが必要となる。そのような補助データを使用することによって、移動局と一
体化されたまたは接続されたＧＰＳ受信機はそれの起動手続を迅速に完了するこ
とができる。したがって、移動端末と一体化されたまたは接続されたＧＰＳ受信
機に必要な補助ＧＰＳ情報を既存の無線ネットワーク上で送信できることが望ま
しい。
【００１３】 テイラーらの米国特許第４，４４５，１１８号は、ＧＰＳ受信機の支援または
補助という概念について議論している。述べられている方法は、静止衛星のよう
な単一送信機を使用して、広い地理的領域用の信号補助メッセージを提供する。
補助データは、見えているＧＰＳ衛星のリストと、各衛星の位置と、衛星信号上
の予測ドップラー・シフトとを含む。このメッセージのこの構造は、ユーザ受信
機で位置計算関数（ＰＣＦ）を実行できるようにする。
【００１４】 クラスナーの米国特許第５，６６３，７３４号は別のＧＰＳ受信機方式につい
て述べている。この特許は、主として、受信機アーキテクチャに関連しているが
、補助によって受信機の性能がどのように改善するかについても述べている。こ
の特許は、補助メッセージの考えられる内容として「エフェメリスを表わすデー
タ」および予測ドップラー・シフトを挙げている。
【００１５】 ラウの米国特許第５，４１８，５３８号は、「基準局」の同様な受信機から「
差分」情報を放送することによって遠隔ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ受信機を補助す
るシステムおよび方法について述べている。１つの実施の形態では、基準局は、
可視衛星リストおよび関連エフェメリスを放送する。遠隔受信機にとっての利点
は３つある。すなわち、メモリ要求減少と低コスト周波数基準と高速取得とであ
る。この議論では、第１の衛星を取得したのちに受信機時計不正確さによるドッ
プラーを推定しかつ除去できることの利点について述べている。
【００１６】 エッシェンバッハの米国特許第５，６６３，７３５号は、ＧＰＳ受信機が無線
信号から正確な絶対時間基準を取り出す方法について述べている。オプションと
して、この受信機はまた、受信機に含まれる高価でない水晶発振器よりも正確な
周波数基準を無線信号から取り出す。ＧＰＳ受信機は位置計算を実行し、したが
って、ＧＰＳ衛星に対するエフェメリスおよび時計補正とともに絶対時間を有す
る必要がある。
【００１７】 一般に、上述した特許は、空気インタフェースを介したユーザ端末と通信ネッ
トワークとの間の同期を活用していない。引用した従来技術の別の共通した欠点
は、補助が非常にコンパクトなものではなく、かつ、比較的頻繁に更新する必要
があり、したがって、セルラ・ネットワークまたは他のＰＬＭＮでの効率的な放
送配信を排除することである。
【００１８】 ＧＰＳベース通信網に対する別の補助付きＧＰＳ提案は、Ｔ１標準書類Ｔ１Ｐ
１／９８−１３２ｒ２である。この提案は、基準ＧＰＳ受信機を通信網の各種ノ
ードに配置すること、これらの受信機からエフェメリス情報を捕捉すること、こ
の情報を可視衛星のリストと一緒にＧＳＭダウンリンク・ベアラ（bearer）上の
メッセージを介してすべての受話器ベースＧＰＳ受信機に提供することに基づい
ている。この方式の利点は、受話器ベースＧＰＳ受信機が完全に作動できること
である。すなわち、それは、ＰＣＦを含み、連続ナビゲーション・モードで動作
できる。しかし、現在のＧＳＭ通信網アーキテクチャは、この方法によって要求
されるデータ通信量をサポートできないかもしれない。すべてのＧＰＳ装備受話
器に対して補助を放送することは非常に望ましいが、その放送機構が都合のよい
時点に補助を配信できるとは考えられない。地点から地点への配信が将来は可能
となるかもしれないが、現在のベアラ未構築補助データ（ＵＳＳＤ）は必要な帯
域幅を持たない。緊急局（Ｅ９１１）に関しては待ち時間（latency）が特に重
要である。これは米国市場で常に要求されることである。
【００１９】 本発明は、上述した課題の１つ以上を新規で簡便なやり方で解決することを目
的とする。
【００２０】 （発明の概要） 本発明によれば、無線ネットワークで動作するトランシーバと全地球測位シス
テム（ＧＰＳ）受信機とを含む移動局の位置を決定する方法が提供される。
【００２１】 広義には、ＧＰＳ受信機が測位測定を行うのを補助する方法がここに開示され
ている。ＧＰＳ受信機は、無線ネットワークで動作するトランシーバを含む移動
局と一体化されている。本方法は、無線ネットワークから移動局に補助情報を転
送するステップであって、補助情報が、ＧＰＳの複数の選択衛星に関する選択時
間におけるその移動局付近の無線ネットワークの固定場所のレンジおよびそのレ
ンジの導関数を表わす、ステップと、受信された補助情報を用いてＧＰＳの複数
の選択衛星からの合成受信信号を検索してＧＰＳの選択衛星の複数のものに関す
るコード位相を測定するように移動局を作動させるステップであって、測定され
たコード位相が、選択衛星の複数のものに関する移動局のレンジを表わす、ステ
ップとを含む。
【００２２】 本発明の１つの特徴は、選択時間が、補助情報に含まれており、また、移動局
に対して無線ネットワーク時間として表現されていることである。
【００２３】 本発明の一態様では、無線ネットワークは時分割多元接続法を利用しており、
また、選択時間は、移動局に地理的に近いエリアにサービス提供するネットワー
ク送信のフレーム数，タイムスロット数およびビット数によって表現される。タ
イムスロット数，ビット数またはこの両者は、無線ネットワークおよび移動局の
両方によって暗黙に知られており、したがって、送信されない。
【００２４】 本発明の他の態様によれば、無線ネットワークは符号分割多元接続法を利用し
ており、また、選択時間は、移動局に地理的に近いエリアにサービス提供する送
信の多元接続コードの位相によって表現される。
【００２５】 本発明の他の特徴は、ＧＰＳ衛星が２０ミリ秒ビット周期でナビゲーション・
メッセージを送信し、また、転送ステップが、選択時間に固定場所で観測される
ビット位相としてレンジを表現するステップを含むことである。選択時間はＧＰ
Ｓ時間の２０ミリ秒エポックと同時である。
【００２６】 本発明の別の特徴は、転送ステップが、補助情報を計算するステップと、補助
情報を量子化し符号化して無線ネットワークを介して移動局に転送するステップ
とを含むことである。
【００２７】 本発明の更に別の特徴は、移動局が、補助情報を利用して選択衛星によって送
信される信号のコード位相および周波数オフセットの推定値を計算し、また、各
衛星について、それらの推定値を用いて信号を取得し、特定の衛星に関するコー
ド位相を測定するように動作することである。
【００２８】 本発明の別の態様によれば、無線ネットワークで動作するトランシーバとＧＰ
Ｓ受信機とを含む移動局の位置を決定する方法が開示される。本方法は、無線ネ
ットワークから移動局に補助情報を転送するステップであって、補助情報が、Ｇ
ＰＳの複数の選択衛星に関する選択時間におけるその移動局付近の無線ネットワ
ークの固定場所のレンジおよびそのレンジの導関数を表わす、ステップと、受信
された補助情報を利用してＧＰＳの複数の選択衛星からの合成受信信号を検索し
てＧＰＳの選択衛星の複数のものに関するコード位相を測定するように移動局を
動作させるステップと、測定されたコード位相を無線ネットワークに戻すステッ
プと、固定場所と測定されたコード位相とを用いて無線ネットワークにおける移
動局の位置を計算するステップとを含む。
【００２９】 本発明の特徴は、コード位相が選択衛星の１つについて測定された時間を表わ
す測定時間を移動局が決定し、また、測定時間が無線ネットワークに戻されるこ
とである。測定時間は無線ネットワークの時間に関して表現され、また、位置計
算ステップは測定時間を絶対ＧＰＳ時間に変換するステップを含む。
【００３０】 本発明の別の特徴は、無線ネットワークが移動ロケーション・センター（ＭＬ
Ｃ）を含み、ＭＬＣが固定場所での基地トランシーバ・システム（ＢＴＳ）を介
して移動局と通信し、計算ステップがＭＬＣで行われることである。ＭＬＣは、
ＧＰＳ受信機か、同じ位置にないＧＰＳ受信機から必要な情報を受信する手段を
含み、また、転送ステップは、エフェメリス情報を取得してエフェメリス情報か
ら補助情報を計算するＭＬＣを含む。一実施の形態では、ＢＴＳは、無線ネット
ワークの時間をＧＰＳ絶対時間に関連付けるための正確な時間基準を提供するＧ
ＰＳ受信機を含む。
【００３１】 本発明の更に別の特徴は、無線ネットワークが、既知の場所にあって、ＧＰＳ
受信機とＢＴＳを監視する無線トランシーバとを有する時間測定ユニット（ＴＭ
Ｕ）を含み、また、転送ステップが、無線ネットワークの時間をＧＰＳ絶対時間
に関連付けるためにＴＭＵからＭＬＣに時間基準を転送するステップを含むこと
である。
【００３２】 本発明の更に別の態様によれば、移動局の位置を決定するためのシステムが開
示される。移動局は、無線ネットワークで動作するトランシーバと、ＧＰＳ受信
機とを含む。本システムは、エフェメリス・データを得るＧＰＳ受信機を有する
無線ネットワーク制御システムを含む。制御システムは、エフェメリス・データ
から補助情報を取り出して、無線ネットワークを介して移動局に補助情報を送信
する。補助情報は、ＧＰＳの複数の選択衛星に関する選択時間における移動局付
近の無線ネットワークの固定場所におけるレンジおよびそのレンジの導関数を表
わす。移動局は、受信された補助情報を利用してＧＰＳの複数の選択衛星からの
合成受信信号を検索してＧＰＳの選択衛星の複数のものについてコード位相を測
定する手段と、測定されたコード位相を無線ネットワークを介して無線ネットワ
ーク制御システムに戻す手段とを含む。無線ネットワーク制御システムは、固定
場所と測定されたコード位相とを用いて無線ネットワークにおける移動局の位置
を計算する手段を含む。
【００３３】 ＧＰＳ受信機の最も重要なタスクの１つは、各種の衛星送信機に対する距離測
定を行うことである。一般クラスのＧＰＳの場合には、受信機は、各衛星に特有
のＣ／Ａコードの位相を観測することによってレンジを測定する。典型的には、
受信機は、一つが見つかるまで各衛星の１０２３チップ周期全体にわたって検索
しなければならない。このタスクは、受信機が非常に正確な周波数基準を持たな
い場合、および、信号が環境減衰および／または設計選択によって劣化する場合
には、より困難なものとなる。これらの場合には、より多くの受信機資源を必要
とするか、取得および測定プロセスに時間を要する。いずれのオプションも好ま
しいものではなく、前者では追加コストが嵩むし、後者ではＥ−９１１のような
いくつかのロケーション・サービスでは受け入れ難い測位待ち時間を加えること
になる。
【００３４】 本発明によれば、上記の両オプションが回避できるように、受信機には「補助
」が備わっている。特に、セルラまたはＰＣＳネットワークと通信できるトラン
シーバと一体化されるＧＰＳ受信機用の補助情報を提供するシステムおよび方法
が開示される。
【００３５】 本発明によれば、一体化されたＧＰＳ受信機の進歩した感度のために、従来の
スタンド・アローンＧＰＳでは動作しなかった環境において動作することができ
るようになっている。ユーザ位置を特定するために要する全時間が短縮される。
これは、ユーザへの補助情報の送信における待ち時間および移動局のユーザ受信
機の測定時間の両方を短縮することによってなされる。
【００３６】 補助情報の表示を非常にコンパクトなものとすることができるため、各種のネ
ットワーク・ノードに情報を配信するために必要な帯域幅が縮小され、移動局へ
情報を放送できる周波数が増加する。補助メッセージ用のパラメータの選択は、
メッセージが更新されなければならない周波数を減少する。移動局のユーザ受信
機は絶対時間を知る必要がない。それは、すべての測定がセルラ通信のタイミン
グに呼応して行なわれるためである。全体的な測位解決法は、非常に柔軟性に富
んでおり、ネットワークおよびその資源に対する要求を非常に少なくする。
【００３７】 本発明のこれ以外の特徴および利点は明細書および図面から容易に明らかとな
るであろう。
【００３８】 （発明の詳細な説明） 図１は、例示のＧＳＭセルラ・ネットワーク１１０のような公衆地上移動電話
網（ＰＬＭＮ）を示している。それには、複数のＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリ
ア１１２が含まれている。各ＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１１２には、移動
交換局（ＭＳＣ）１１４および関連のビジター・ロケーション・レジスタ（ＶＬ
Ｒ）１１６が付属している。ＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１１２は、複数の
ロケーション・エリア（Ｌａｓ）１１８を含み、それらは、ＬＡ１１８を制御す
るＭＳＣ１１４および／またはＶＬＲ１１６に対してそれの場所を更新する必要
なく移動端末または移動局（ＭＳ）１２０が自由に動き回ることができる所与の
ＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１１２の一部として定義されている。各ロケー
ション・エリア１１８は多数のセル１２２に分割される。例示の移動局１２０は
、セルラ・ネットワーク１１０，他の移動電話加入者または加入者ネットワーク
外の他の端末と有線または無線で通信するために移動電話加入者によって使用さ
れる物理装置（たとえば、自動車電話やその他の携帯電話）である。
【００３９】 ＭＳＣ１１４は少なくとも１つの基地局コントローラ（ＢＳＣ）１２３と通信
し、基地局コントローラ（ＢＳＣ）１２３は少なくとも１つの基地トランシーバ
局（ＢＴＳ）１２４と交信する。ＢＴＳ１２４は、簡単のために図１では無線塔
として示されているが、それが責任を有するセル１２２に無線カバレッジを提供
する物理装置である。各種のＢＳＣ１２３はいくつかのＢＴＳ１２４に接続する
ことができ、スタンド・アローン型としてもＭＳＣ１１４と一体化したものとし
ても実現可能であることを理解されたい。いずれの場合でも、ＢＳＣ１２３およ
びＢＴＳ１２４の部品は、全体として、基地局システム（ＢＳＳ）１２５と一般
に呼ばれる。
【００４０】 図１を更に参照すると、各ＰＬＭＮサービス・エリアまたはセルラ・ネットワ
ーク１１０は、加入者情報（たとえば、ＰＬＭＮ１１０内で登録されている加入
者に関するユーザ・プロファイル，現在の位置情報，国際移動電話加入者識別（
ＩＭＳＩ）番号および他の管理情報）を含むデータベースであるホーム・ロケー
ション・レジスタ（ＨＬＲ）１２６を含む。ＨＬＲ１２６は、特定のＭＳＣ１１
４と同じ場所にあるか、ＭＳＣ１１４と一体化されるか、（図１に示すように）
多数のＭＳＣ１１４にサービス提供する。
【００４１】 ＶＬＲ１１６は、ＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１１２内にあるＭＳ１２０
のすべてを含む組に関する情報を含むデータベースである。１つのＭＳ１２０が
（図１には図示されていない）新しいＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１１２の
ような新しい物理的場所に移動すれば、ＭＳＣ１１４に関連するＶＬＲ１１６が
ＭＳ１２０に関する情報をＨＬＲ１２６から要求する（同時に、ＨＬＲ１２６に
ＭＳ１２０の新しい場所を教える）。したがって、ＭＳ１２０のユーザが発呼し
ようとするときは、ローカルＶＬＲ１１６は、ＨＬＲ１２６に再度尋ねなくても
、必要な加入者識別情報を有することになるであろう。
【００４２】 基本的なＧＳＭアクセス方式は、搬送波当り８個の基本物理チャンネルを備え
た時分割多元接続（ＴＤＭＡ）である。搬送波の分離は２００ｋＨｚである。し
たがって、１個の物理チャンネルは、タイムスロット番号および周波数ホッピン
グ・シーケンスによって付加的に指定される一連のＴＤＭＡフレームとして定義
される。基本的な無線リソースは１５／２６ミリ秒（すなわち、５７６．９マイ
クロ秒）の長さのタイムスロットであり、それは約２７０．８３ｋビット／秒の
変調レートで情報を送信する。このことは、各タイムスロット（ガード・タイム
を含む）の持続期間が１５６．２５ビットであることを意味する。８個のタイム
スロットが１つのＴＤＭＡフレームを構成する。したがって、１つのＴＤＭＡフ
レームは４．６１５ミリ秒（６０／１３ミリ秒）の持続期間を有する。
【００４３】 ＧＳＭ ＴＤＭＡタイムフレーム構造のグラフ表示が図６に示されている。こ
の構造の最長の繰返し周期は、ハイパーフレームと呼ばれ、３時間３８分５３秒
７６０ミリ秒の持続期間を有する。ＧＳＭ ＴＤＭＡフレームはフレーム番号（
ＦＮ）で番号付けされる。フレーム番号（ＦＮ）は、“０”から“２，７１５，
６４７”（すなわち、２０４８×５１×２６−１であり、ＦＮ ＭＡＸとしても
知られている）までの範囲を動く連続ＴＤＭＡフレームの循環カウント数である
。フレーム番号は各ＴＤＭＡフレームの最後でインクリメントされる。“０”か
ら“２，７１５，６４７”までのＴＤＭＡフレーム番号の完全な１サイクルはハ
イパーフレームと呼ばれる。この長周期は、ＥＴＳＩ ＧＳＭ規格によって定義
される特定の暗号機構をサポートするために必要である。
【００４４】 ＧＳＭ ＴＤＭＡハイパーフレームは、各スーパーフレームが６．１２秒の持
続期間を有する２，０４８個のスーパーフレームに分割される。スーパーフレー
ムはＧＳＭ ＴＤＭＡタイムフレーム構造の最小公倍数である。スーパーフレー
ムそれ自身は、３種類のマルチフレーム（２６マルチフレーム，５１マルチフレ
ームおよび５２マルチフレーム）に更に分割される。
【００４５】 第１の種類のＧＳＭ ＴＤＭＡマルチフレームは、１２０ミリ秒の合計持続期
間を有する２６個のＴＤＭＡフレームを含む２６マルチフレームである。したが
って、ＧＳＭ ＴＤＭＡスーパーフレームは５１個のそのような２６マルチフレ
ームを有することができる。これらの２６マルチフレームは、トラフィック・チ
ャンネル（ＴＣＨ）と（低速関連制御チャンネル（ＳＡＣＣＨ）および全速関連
制御チャンネル（ＦＡＣＣＨ）を含む）関連制御チャンネルとを運ぶために使用
される。
【００４６】 第２の種類のＧＳＭ ＴＤＭＡマルチフレームは、５１個のＴＤＭＡフレーム
を含むとともに２３５．４ミリ秒の合計持続期間を有する５１マルチフレームで
ある。ＧＳＭ ＴＤＭＡスーパーフレームは２６個のそのような５１マルチフレ
ームを有することができる。これらの５１マルチフレームは、たとえば放送制御
チャンネル（ＢＣＣＨ），共通制御チャンネル（ＣＣＣＨ）およびスタンド・ア
ローン専用制御チャンネル（ＳＤＣＣＨ）またはパケット放送制御チャンネル（
ＰＢＣＣＨ）およびパケット共通制御チャンネル（ＰＣＣＣＨ）を含む放送，共
通制御およびスタンド・アローン専用制御（およびそれらの関連制御チャンネル
）をサポートするために使用される。
【００４７】 第３の種類のＧＳＭ ＴＤＭＡマルチフレームは、５２個のＴＤＭＡフレーム
を含むとともに２４０ミリ秒の合計持続期間を有する５２マルチフレームである
。ＧＳＭ ＴＤＭＡスーパーフレームは２５．５個のそのような５２マルチフレ
ームを有することができる。５２マルチフレームのＴＤＭＡフレームは“０”か
ら“５１”まで番号付けられる。５２マルチフレーム・フォーマットは、たとえ
ばパケット放送制御チャンネル（ＰＢＣＣＨ），パケット共通制御チャンネル（
ＰＣＣＣＨ），パケット関連制御チャンネル（ＰＡＣＣＨ）およびパケット・デ
ータ・トラフィック・チャンネル（ＰＤＴＣＨ）を含むパケット・データ・トラ
フィックおよび制御チャンネルをサポートするために用いられる。
【００４８】 先に述べたように、ＴＤＭＡフレームは、８個のタイムスロットで構成され、
４．６１５ミリ秒（６０／１３ミリ秒）の持続期間を有する。各タイムスロット
は約５７６．９マイクロ秒（１５／２６ミリ秒）すなわち１５６．２５ビット持
続期間を有し、また、それの物理的内容はバーストと呼ばれる。図６に示すよう
に、４個の異なるタイプのバーストがＧＳＭ ＴＤＭＡシステムで使用される。
【００４９】 第１の種類のバーストは、１１６個の暗号化ビットを含むとともに８．２５ビ
ット持続期間（約３０．４６マイクロ秒）のガード時間を含むいわゆるノーマル
・バースト（ＮＢ）である。ノーマル・バーストは、ランダム・アクセス・チャ
ンネル（ＲＡＣＨ）を除いて、トラフィックおよび制御チャンネル上で情報を運
ぶために用いられる。
【００５０】 第２の種類のバーストは、１４２個の固定ビットを含むとともに８．２５ビッ
ト持続期間（約３０．４６マイクロ秒）のガード時間を含むいわゆる周波数補正
バースト（ＦＢ）である。周波数補正バーストは移動端末の周波数同期のために
用いられる。ＦＢは、周波数がシフトされているがノーマル・バーストと同じガ
ード時間を有する未変調搬送波と等価である。ＦＢはＢＣＣＨと一緒に放送され
る。ＦＢの反復も周波数補正チャンネル（ＦＣＣＨ）と呼ばれる。
【００５１】 第３の種類のバーストは、７８個の暗号化ビットおよび８．２５ビットのガー
ド期間を含むいわゆる同期バースト（ＳＢ）である。同期バーストは、６４ビッ
ト長のトレーニング・シーケンスを含み、基地局識別コード（ＢＳＩＣ）ととも
にＴＤＭＡフレーム番号（ＦＮ）に関する情報を運ぶ。ＳＢは、移動端末の時間
同期のために用いられ、周波数補正バースト（ＦＢ）と一緒に放送される。ＳＢ
の反復も同期チャンネル（ＳＣＨ）と呼ばれる。
【００５２】 第４の種類のバーストはいわゆるアクセス・バースト（ＡＢ）である。アクセ
ス・バーストは、ランダム・アクセスのために用いられ、最初のアクセス時に（
または、ハンドオーバーの後で）タイミング進みを知っている移動端末からのバ
ースト送信を提供するためのより長いガード期間（６８．２５ビット持続期間ま
たは２５２マイクロ秒）によって特徴付けられる。この長いガード期間は、移動
局が基地局トランシーバから３５ｋｍまでにあることを許容する。例外的な場合
には、設計は、セル半径が３５ｋｍよりも大きい場合と互換性を有するかもしれ
ない。ＡＢは、パケット転送モードにおける移動局に関するタイミング進みの推
定を許可するためのパケット・トラフィック制御チャンネル（ＰＴＣＣＨ）のア
ップリンク上とともに、そのアップリンクの使用を要求するために音声グループ
呼出しのために用いられるチャンネルのアップリンク上で、ハンドオーバー後に
、（パケット）ランダム・アクセス・チャンネル（ＰＲＡＣＨ）で用いられる。
【００５３】 補助付きＧＰＳ測位を利用したセルラ・ネットワークのブロック図が図１ａに
示されている。この特定の例は上述したようなＧＳＭ標準に基づいているが、こ
の方式が他の標準でも使用できることを当業者は理解するであろう。ユーザ装置
１０は、標準的な空気インタフェースを介してＧＳＭネットワーク１２と完全に
通信できる移動局であり、ＧＰＳ衛星からの信号を取得し測定できるＧＰＳ受信
機を含む。この装置１０はＧＰＳ−ＭＳと呼ばれる。
【００５４】 図５を参照すると、ＧＰＳ−ＭＳ１０のブロック図が示されている。詳細には
、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、典型的な移動局（無線電話，セルラ電話またはセル・フ
ォンとも呼ばれる）を含み、それ自身と無線ネットワークとの間で無線信号を送
受信するための第１のアンテナ３０を含む。アンテナ３０は、信号を放送および
受信するためにセルラ・トランシーバ３２に接続される。典型的な移動局で従来
行われているように、トランシーバ３２は、無線信号を１つまたは複数のチャン
ネルに復調しデマルチプレクスしデコードする。そのようなチャンネルは、制御
チャンネルと音声またはデータ用のトラフィック・チャンネルとを含む。制御チ
ャンネルからのメッセージはプロセッサ３４に配信される。プロセッサ３４は、
制御チャンネル上のメッセージに応答して、メモリ３６に記憶されたプログラム
およびデータを使用してＧＰＳ−ＭＳ１０の機能を制御し調整し、それにより、
ＧＰＳ−ＭＳ１０が無線ネットワーク内で動作できるようにする。プロセッサ３
４はまた、ユーザ・インタフェースを表わすＩ／Ｏブロック３８からの入力に応
答してＧＰＳ−ＭＳ１０の動作を制御する。Ｉ／Ｏ３８は、キーパッド，ディス
プレイ，照明および特別な目的のボタンなどを含むことができる。第２のアンテ
ナ４０は、ＧＰＳ受信機４２に供給される全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星か
らの合成信号を受信するために用いられる。ＧＰＳ受信機４２は、これらの信号
に関連する情報をプロセッサ３４に送信する。プロセッサ３４は、本発明に従っ
て、より詳細には以下で説明するように、無線ネットワークから受信された情報
を用いてＧＰＳ位置測定を行う。
【００５５】 図１ａを再び参照すると、移動ロケーション・センター（ＭＬＣ）１４は、Ｇ
ＰＳ補助情報を得て、それをＧＰＳ−ＭＳ１０によって必要とされるフォーマッ
トに翻訳することに責任を持つ。ＭＬＣ１４は、エフェメリスおよび時計補正デ
ータの形で補助を受信することになる。この情報に関する２つの可能な情報源が
示されている。１つの情報源は、ＭＬＣ１４と直接に通信する基準ＧＰＳ受信機
１６である。この基準ＧＰＳ受信機１６は、可視ＧＰＳ信号を取得し、送信され
たナビゲーション・メッセージを復調する。ナビゲーション・メッセージは各衛
星用のエフェメリスおよび時計補正を含む。ＧＰＳ受信機１６は、差分ＧＰＳ（
ＤＧＰＳ）補正用の情報源とともに正確な時間基準としても使用される。エフェ
メリスは、たとえばＴＣＰ／ＩＰネットワークを介して外部データベース１８か
ら得ることもできる。
【００５６】 この場合、ＭＬＣ１４は、別の情報源から正確な時間およびＤＧＰＳ情報を得
なければならない。実際には、ＭＬＣ１４が信頼性を高めるようにＧＰＳ情報の
多数の情報源を有することが有利である。図１ａに示すように、ＭＬＣは、ＭＬ
Ｃによってサービス提供される地理的エリアにあるすべてのセル位置の座標を含
むセル・データベース２８へのアクセスも有する。図１ａに示されているように
、先に説明した標準的なＧＳＭネットワーク要素は、ＭＳＣ／ＶＬＲ１５，基地
局コントローラ（ＢＳＣ）２２および基地トランシーバ・システム（ＢＴＳ）２
０を含む。
【００５７】 図１ａに示すネットワークの別の要素は、各ＢＴＳ２０に取り付けられたＧＰ
Ｓ受信機２４である。本発明では、ＧＰＳ受信機２４の主たる目的は、ＢＴＳ２
０が空気インタフェース・タイミングをＧＰＳ時間と関連付けられるようにＢＴ
Ｓ２０に正確な時間基準を提供することである。このように、この構成は、「同
期化された」ネットワークと一般に呼ばれる。同期化ネットワークは本発明に直
接関係のない他のメリット（たとえば、より高速のハンドオフ）も提供するであ
ろう。
【００５８】 補助付きＧＰＳ測位を利用するセルラ・ネットワークの別の実施の形態が図１
ｂに示されている。この実施の形態も、ＧＳＭ標準に基づいており、ＢＴＳ２０
，ＢＳＣ２２およびＭＳＣ／ＶＬＲ１５のような上述した標準的ネットワーク部
品を含む。これらの部品は、上述したものと同じように機能し、ＭＬＣ１とＧＰ
Ｓ−ＭＳ１０との間で補助および測定を輸送する。図１ａに示したネットワーク
との主な違いは、ネットワークのＢＴＳ２０がタイミング情報を提供するＧＰＳ
受信機を持たないこと、すなわち、ネットワークは同期化されていないことであ
る。
【００５９】 ネットワークは同期化されていないが、必要なタイミング関係は、１つまたは
複数のセルラ受信機および１つのＧＰＳ受信機を装備したタイミング測定ユニッ
ト（ＴＭＵ）２６によって提供される。一旦それが既知の座標に配置されれば、
ＴＭＵ２６は、地理的に近い場所にある１つまたは複数のＢＴＳからのセルラ送
信を監視する。各監視されたＢＴＳ送信の事象は、ＴＭＵのＧＰＳ受信機からの
対応ＧＰＳ時間でタイム・スタンプされる。結果の関係は、図１ｂに示した例示
のネットワークではＢＴＳ1であるＢＴＳにサービス提供するＴＭＵを介してＭ
ＬＣ１４に送信される。
【００６０】 図２は、１つのＧＰＳ衛星ｉと、位置χ kにある特定のＢＴＳ２０および位置
ｕにあるＧＰＳ−ＭＳ１０とのそれの座標関係の簡略図を示す。時間ｔにＧＰＳ
−ＭＳによって測定される衛星ｉからのレンジは、次式で与えられる。
【００６１】
【数１】
【００６２】 ここで、ｃは光の速度（ｍ／秒）、Ｂiはｉ番目の衛星時計の偏り（秒）、ｂu は受信機時計の偏り（秒）、ＩiおよびＴiは衛星ｉから受信機までの経路に沿っ
た電離層遅延および成層圏遅延（秒）であり、Ｓiはｉ番目の衛星の選択利用性
（ＳＡ）による時計偏り（秒）である。用語νiは測定雑音（ｍ）を表わす。す
べてのハット（＾）項は推定または予測を表し、デルタ（Δ）項は各パラメータ
の予測値および実際値の間のエラーである。同じように、視線の単位ベクトルは
、次式で与えられる。
【００６３】
【数２】
【００６４】 電離層遅延，成層圏遅延およびＳＡ遅延はＧＰＳエラー均衡に対して大きな寄
与をするが、それらは補助計算における他の不正確さによって支配される。同様
に、衛星クロック偏りのモデル化エラーΔＢiは比較的小さい。これらの項は測
定雑音項νiに含めることができる。また、受信機および衛星距離不正確さ（そ
れぞれΔχおよびΔｓ i）は、衛星からのレンジと比べて小さい。したがって、
次式が成り立つ。
【００６５】
【数３】
【００６６】 これらの仮定を使用して、距離測定の式は次のように書き直すことができる。
【００６７】
【数４】
【００６８】 上の式で、第１項ｒi,k(ｔ)は、受信機時計が絶対ＧＰＳ時間と完全に同期し
ていればχ kにあるＧＰＳ受信機によって行われると期待される距離測定を表わ
す。この測定は、ｉ番目の衛星時計の絶対ＧＰＳ時間からの偏りを含み、「擬似
レンジ」と一般に呼ばれる。式（４）の第２項はユーザ位置の曖昧さを表わし、
第３項は衛星位置の曖昧さを表わす。
【００６９】 項ｒi,k(ｔ)は、式（４）の他の項と比べてずっと大きく、ＧＰＳ受信機によ
って使用されてそれの取得過程を明らかにすることができる。以下に述べるよう
に、ＭＬＣ１４は、この項を計算し、それを補助メッセージの一部として表わし
たものをＢＴＳkによってサービスを受けるすべてのＧＰＳ−ＭＳ１０に提供す
る。補助の計算に先だって、ＭＬＣ１４は有効なエフェメリスおよび時計補正情
報を有しなければならず、それらは上述したように各種の情報源から得ることが
できる。ＭＬＣ１４は正確な実時間時計も有しなければならず、それは、ＧＰＳ
受信機によって、または、米国政府の連邦標準技術局（ＮＩＳＴ agency）によ
って送信される短波無線信号であるＷＷＶなど他の情報源によって提供される。
ＭＬＣ１４は、それがサービス提供するすべてのＢＴＳ２０（すなわち、サービ
ス提供されるＢＳＣ２２につながるすべてのＢＴＳ２０）の地理的座標も有しな
ければならない。ｋ番目のサービス提供されるＢＴＳに関する地球中心・地球固
定（ＥＣＥＦ）座標はχ kと表記されるであろう。この情報は図１ａおよび図１
ｂにデータベース２８として示されている。
【００７０】 ＭＬＣ１４がある時刻ｔ1においてこの状態にあれば、ＭＬＣ１４は有効なエ
フェメリスを用いてｔ1におけるすべてのＧＰＳ衛星の位置を計算する。次に、
ＭＬＣ１４は、どれがＢＴＳkに見えるかを決定し、ｓiにおけるｉ番目の可視衛
星とχ kにあるＢＴＳkとの間のレンジｒi,kを決定する。ＢＴＳkは、それがサー
ビス提供するすべてのＧＰＳ−ＭＳ１０に対する補助メッセージのパラメータと
してこのレンジ項を提供できる。
【００７１】 しかし、レンジｒi,kは、ちょうどｔ1にあるかそのごく近くでのみＢＴＳ２０
によってサービス提供されるＧＰＳ−ＭＳ１０を補助するのに役立つ。約３．８
５ｋｍ／秒というＧＰＳ衛星軌道速度により、レンジｒi,kは非常に速く変化す
る。実際のレンジ速度は、いくつかの因子に依存するが、典型的には±８００ｍ
／秒の範囲にある。補助がｔ1後にたとえば３０分から６０分の長時間わたって
有効であるためには、非常に多量の情報が必要になる。この情報は、時間ｔ1に
ついてｒi,k(ｔ)にテイラー級数展開を適用することによって取り出すことがで
きる。すなわち、次式が成り立つ。
【００７２】
【数５】
【００７３】 この級数から十分な導関数項を残すことによって、位置ｒi,k(ｔ２)はある時
間ｔ1＋Δｔに対して必要な精度で記述され得る。ＧＰＳ衛星の公知の運動およ
びΔｔ＜４５分という時間目標に基づけば、この級数の最初の５項（ｎ＝０．．
．４）を残すことによって十分な精度が達成できる。所望のΔｔが減少されると
、より少ない導関数が用いられることを留意されたい。
【００７４】 レンジの項ｒi,k(ｔ1)は、メートル（ｍ）の単位を持ち、２×１０7ｍ程度で
ある。レンジ値の直接符号化よりももっと効率的な表現がある。たとえば、一般
用のＧＰＳ受信機は、典型的には、それのローカル時間信号源の１ミリ秒エポッ
クにおけるＣ／Ａコードの位相を観察することによってレンジを測定する。ロー
カル時間軸がＧＰＳ時間である（たとえば、時計偏りなしか測定雑音なし）χ k
における「理想」基準受信機による１ミリ秒エポックにおけるコード位相観察に
よって、レンジを確定することができる。これによって、ＧＰＳ−ＭＳに関して
整数ミリ秒の曖昧さが生ずるが、ＭＬＣに関してそれはない。その理由は、ＧＰ
Ｓ−ＭＳ位置がほぼセル半径内にあることが知られているためである。他の曖昧
さは式（４）のレンジ項および時計項を含む。
【００７５】 好ましい別の方法について以下に説明する。ＧＰＳ衛星は、２０ミリ秒ビット
周期（５０Ｈｚデータ速度）でナビゲーション・メッセージを送信する。レンジ
ｒi,k(ｔ)に依存して、χ kにある理想受信機は、それらが送信された時点に対し
て０〜２０ミリ秒の範囲内に発生する衛星ｉからのナビゲーション・メッセージ
のビット・エッジを見る。このようにして、レンジは、ｔ1の２０ミリ秒ＧＰＳ
エポックにおいて理想受信機によって観察されるビット位相として表現できる。
したがって、次式が成り立つ。
【００７６】
【数６】
【００７７】 ここで、“１０２３”は、衛星ｉによって送信されるゴールド・コードの１ミ
リ秒内のチップ数である。ＧＰＳ−ＭＳ１０のパースペクティブ（perspective
）から、この形は、整数ビット曖昧さに加えて位置および時間偏りによる曖昧さ
を有する。結果のφi,k(ｔ1)は、チップも項で与えられ、最大値“２０４６０”
を有する。式（６）におけるこの関係が厳密に有効であるのは、ＧＰＳ衛星送信
の実際のビットおよびコード位相がゼロである２０ミリ秒ＧＰＳエポックでｔ1
があるときだけであることを留意されたい。ｔ1が２０ミリ秒エポックでなけれ
ば、非ゼロ位相がφi,k(ｔ1)の計算に含められなければならない。
【００７８】 一旦補助項が計算されると、サービス提供されるＢＳＣ２２にそれらが与えら
れる前に、それらは量子化され符号化される。多くの異なる量子化およびビット
割当て方式を採用することが可能であり、次の表１は４導関数補助に関するその
ような１つの例を与える。
【００７９】
【表１】
【００８０】 量子化は個々のパラメータの確率密度関数（ＰＤＦ）に基づくことができる。
たとえば、φi,k(ｔ1)は一様な分布を持つことが期待される。合計ビット数は、
衛星数Ｎに依存し、２００（Ｎ＝４）から５６０（Ｎ＝１２）の範囲にあって、
典型的には３８０（Ｎ＝８）である。ｔ1に対する２０ビット値は、補助パラメ
ータが整数秒のＧＰＳ時間について計算される場合には、十分な精度を与える。
【００８１】 ＭＬＣ１４が各々１００個のＢＴＳ２０にサービス提供する５個のＢＳＣ２２
にサービス提供し、補助メッセージが３０分毎に更新される場合には、ＭＬＣ１
４とＢＳＣ２２との間のリンクは平均して時間当り３８０，０００ビットを搬送
しなければならない。１０秒の更新待ち時間が許容されれば、リンクは各更新期
間中に毎秒１９，０００ビットを搬送しなければならない。
【００８２】 この補助計算手順に対していくつかの補強が可能である。１つの予期される欠
点は、ｔ1において可視のいくつかの衛星はｔ2またはその近辺では見えず、それ
によりリストの有効サイズを減らすということである。この問題に対処する１つ
のやり方は、ＭＬＣ１４がそれの可視リストを計算するときに「先読み（look a
head）」することである。ｔ1とｔ2との間のχ kで見えるようになる衛星に対す
る補助を含めることができる。ほとんどの場合には、この機能は、たった１つか
２つの衛星だけリストを増やす。ＭＬＣ１４が各サービス提供されるＢＴＳ２０
に局在的な地理的および／または伝搬条件についての知識があれば、この情報を
用いて各ＢＴＳ２０で可視の可能性が高い衛星に対する補助を構築することがで
きる。たとえば、ＢＴＳ２０が特定の地理的方向の道路に対してサービス提供す
ることをＭＬＣ１４が知っていれば、非常に有用な補助を作製することができる
。
【００８３】 任意のＧＰＳベース測位法において必要なことは移動局への時間転送である。
従来のＧＰＳ方式では、ＧＰＳ受信機は、それが測定する１つ以上の衛星信号か
らＧＰＳ週時間（ＴＯＷ：time-of-week）情報を復調しなければならない。本発
明の鍵となる部分は、ＧＰＳ−ＭＳ１０が絶対（ＧＰＳ）時間に対する正確な基
準を持つ必要がないということである。その代わりに、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、ネ
ットワーク事象に基づく時間に関するＧＰＳ関連計算および測定を行う。一方、
ＭＬＣ１４は、ＧＰＳ−ＭＳ測定に基づいて正確な位置計算を行うためには、正
確な絶対時間基準を持たなければならない。このように、本発明の鍵となる機能
は、ＧＰＳ時間とネットワーク導出時間との間の変換であり、それについて以下
に説明する。
【００８４】 時間変換の精度のレベルは、ＧＰＳ−ＭＳ１０またはＭＬＣ１４によって実行
される特定のタスクに対する要求に依存する。正確な時間基準を要するＧＰＳベ
ース測位には２つの重要なタスクがある。
【００８５】 １．ＧＰＳ−ＭＳでの取得：上述したように、ＧＰＳ−ＭＳ１０におけるタイミ
ング不確定さは式（４）の第４項として現れる。タイミング不確定さが大きくな
るにつれて、ＧＰＳ−ＭＳ１０は取得プロセスの間により多くのコード空間を検
索しなければならなくなる。したがって、エラーまたは不確定さはできる限り小
さくしておくことが望ましい。１０マイクロ秒のタイミング不確定さは、補助を
提供する基準位置に関する位置不確定さによる検索に加えて１０２３チップＣ／
Ａコードの１０個以上の付加チップをＧＰＳ−ＭＳが検索することを要求する。
【００８６】 ２．タイム・スタンプ測定：ＧＰＳ−ＭＳ１０は、測定が行われたときの衛星位
置をＭＬＣ１４が計算できるように、それの測定をＭＬＣ１４に戻す前にそれら
をタイム・スタンプしなければならない。約３．８５ｋｍ／秒というＧＰＳ衛星
の速度は、主として、この操作に対して必要なタイミング精度を要求する。たと
えば、１ミリ秒のタイミング・エラーは、ＭＬＣ１４によって計算されるＧＰＳ
衛星位置推定値にたった３．８５ｍエラーをもたらす。このエラーのうち受信機
から衛星ラインへの視線ベクトルに沿う成分のみがＰＣＦの精度に影響する。一
般に、推定されたレンジのエラーは１ｍ以下である。したがって、測定をタイム
・スタンプするためには１ミリ秒の精度で十分である。
【００８７】 ＧＰＳ−ＭＳ１０に提供される補助情報のタイミング精度が１ミリ秒のオーダ
ーであれば、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、可視として表示される１つ以上のＧＰＳ衛星
のＣ／Ａコードの全長を検索することを要求されるであろう。１ミリ秒のタイミ
ング精度は、ＧＰＳ−ＭＳ１０と１つ以上のＧＰＳ衛星とのビット同期を回避さ
せるが、１０マイクロ秒またはそれよりも優れたタイミング精度を有するＧＰＳ
−ＭＳ１０によって提供される利点を当業者は理解するであろう。本発明の好適
な実施の形態では、ＧＰＳ−ＭＳ１０に提供されるタイミング補助は、１０マイ
クロ秒またはそれより優れた精度を有する。このレベルの精度をＧＰＳ−ＭＳ１
０に対して有用なものとするために、レンジ予測のエラーは比較的小さく保たれ
なければならない。このことは、補助メッセージに十分な数の導関数を提供する
ことによって、また、パラメータの量子化および符号化のために十分な数のビッ
トを使用することによって、行われる。
【００８８】 時間変換の主な要求事項は、変換ユニットが絶対時間軸および派生時間軸の両
方についての知識を持つ必要があるということである。ここで一例として用いら
れるＧＳＭベース・システムの場合には、ＢＴＳ２０は、サービス提供されるＧ
ＰＳ−ＭＳ１０への空気インタフェース送信のタイミングを確立し、それにより
、それは相対時間軸の知識を持つ。ＢＴＳ２０に絶対（ＧＰＳ）時間軸の知識を
与えるための方法はいくつかある。たとえば、ＢＳＣ２２とＢＴＳ２０との間の
データ送信のためにＴ１ラインが使用される場合には、Ｔ１時計は絶対時間基準
に対して非常に密に縛られるであろう。ＧＰＳ時間に対して十分な精度（たとえ
ば、１ミリ秒）を達成するために、いくつかの校正手順が必要である。
【００８９】 別の方法は、図１ａに示すように、ＧＰＳ受信機２４を各ＢＴＳ２０と同じ場
所に置くことである。この場合には、ＢＴＳ空気インタフェースは、受信機２４
によって観察されるＧＰＳ時間に同期化される。この観察エラーは、時間の少な
くとも９５％が３４０ナノ秒未満であるとしてよい。ほとんどの市販のＧＰＳ受
信機は、周期パルス（たとえば、１Ｈｚ）を、観察されたＧＰＳ時間をそのパル
スで表示するメッセージとともに出力するようにプログラムできる。ＢＴＳ２０
は、これらの２つの情報を使用して、絶対ＧＰＳ時間軸に対して非常に優れた精
度を有する相対的空気インタフェース時間軸を確立できる。
【００９０】 更に別の例は、図１ｂに示すＴＭＵ２６を利用するものである。ＢＴＳ空気イ
ンタフェースは、ＴＭＵ２６によって観察されるＧＰＳ時間に対して同期化され
る。
【００９１】 図１ａに示すネットワーク・トポロジーについて、相対時間軸を変換するため
の１つの方法を以下に説明する。まず、ＢＴＳ２０はＧＰＳ受信機２４からある
時間ｔ0で周期パルスを受信する。それは、ｔ0で空気インタフェース状態をサン
プリングし、ビット，タイムスロットおよびフレームをそれぞれ表わす状態変数
ＢＮ0，ＴＮ0およびＦＮ0を保存する。その後、ＢＴＳ２０は、それのサービス
提供するＢＳＣ２２から、前述したようにタイム・スタンプｔ1を含む補助メッ
セージを受信する。ｔ0における状態と差分ｔ1−ｔ0とを与えれば、ＢＴＳ２０
はｔ1における空気インタフェース状態を計算し、それはＦＮ1，ＴＮ1およびＢ
Ｎ1からなる。このように、絶対時間ｔ1は、パラメータＦＮ1，ＴＮ1およびオプ
ションとしてＢＮ1によって空気インタフェース時間軸で表される。ＦＮ1および
ＴＮ1を用いることによって、タイミング精度は０．５６ミリ秒となり、ＢＮ1も
使えば３．９マイクロ秒の精度が得られる。
【００９２】 上の議論はＧＳＭ無線ネットワークに焦点を当てたものであるが、当業者は、
絶対時間がＴＤＭＡ法および符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）法の両方を用いる他
のタイプのネットワークの時間軸によって表わすことができることを理解するで
あろう。たとえば、ＡＮＳＩ−１３６ ＴＤＭＡネットワークは、ＧＳＭと極め
て類似したフレーム／タイムスロット／ビット構造を採用している。ＣＤＭＡネ
ットワークでは、１つ以上の多元接続コードとＧＰＳ時間との間に暗黙の関係が
存在する。そうでなければ、図１ｂに示すような監視手法を用いて明確な関係を
導くことが可能であることが明らかである。いずれにしろ、補助メッセージ中の
時間パラメータをネットワーク中の適当な多元接続コードの位相の項で表現する
ことは可能である。
【００９３】 一旦ＢＴＳ２０が補助情報を受信してｔ1を導出空気インタフェース時間軸に
変換すれば、それは放送ベアラ上に更新された補助メッセージを送信する。メッ
セージ放送のために必要とされる合計の帯域幅は、可視衛星の数Ｎとレンジ導関
数の数（補助の「次数」）とタイミング精度とに依存する。４個の導関数および
ビット・レベル・タイミング精度を仮定して、次の表２は、合計の帯域幅が２１
３ビット（Ｎ＝４）から５７３ビット（Ｎ＝１２）の範囲にあり典型的には３９
３ビット（Ｎ＝８）であることを示している。放送帯域幅はほとんどのセルラ・
システムで比較的乏しい資源であるため、必要とされる放送メッセージのサイズ
を最小化することは非常に重要なことである。補助情報の比較的コンパクトな形
は、ネットワークが非常に頻繁にそれを放送することを可能とする。補助配信の
待ち時間を減らすことによって、ユーザの場所を見い出すために要する全体時間
は減少される。あるいは、補助をＭＬＣ１４に記憶しておいて地点対地点（poin
t-to-point）チャンネルを介して要求ベースで提供することもできる。
【００９４】
【表２】
【００９５】 次に、ＢＴＳ２０によって放送された補助情報をＧＰＳ−ＭＳ１０がどのよう
に利用して合成受信ＧＰＳ信号中の個々の衛星信号を捕捉および測定するかにつ
いて説明する。本発明の重要な態様は、ＧＰＳ−ＭＳ１０がネットワーク時間軸
でどのように単独で動作するかである。図３は、このことをどのようにして行う
かについての１つの方法を示す。図３で番号を付けた事項について以下に説明す
る。
【００９６】 １．測定を行う前に、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、ある期間の間にＧＳＭ共通チャンネ
ルを受信するＩＤＬＥモードであった必要がある。このプロセスの間、ＧＰＳ−
ＭＳ１０は、周波数補正チャンネル（ＦＣＣＨ）を受信することによって周波数
をネットワーク１２にロックし、同期チャンネル（ＳＣＨ）を観察することによ
ってそれのローカル時間軸をある時間ｔ0（ＦＮ0，ＴＮ0，ＢＮ0）に初期化する
。
【００９７】 ２．ＧＰＳ−ＭＳ１０は、放送制御チャンネル（ＢＣＣＨ）を介して補助メッセ
ージを受信する。それは、上述したようにＦＮ1，ＴＮ1および多分ＢＮ1によっ
て表される補助の時間ｔ1を含む。
【００９８】 ３．ＧＰＳ−ＭＳ１０はネットワーク１２から測定要求メッセージを受信する。
あるいは、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、多分ユーザの要求に応じて測定プロセスを開始
する。ＧＰＳ−ＭＳ１０は、導出された時間軸パラメータＦＮ2，ＴＮ2およびＢ
Ｎ2で表現されるそれの現在時間ｔ2を決定する。この情報を用いて、ＧＰＳ−Ｍ
Ｓ１０は、差分Δｔ＝ｔ2−ｔ1を絶対（ＧＰＳ）時間軸で推定するために次の計
算を行う。
【００９９】
【数７】
【０１００】 ここで、τTおよびτFはそれぞれ、ＧＳＭタイムスロットおよびフレームの持続
期間である。ＧＰＳ−ＭＳ１０は、補助情報を用いて計算されたΔｔを使って、
上述したように検索パラメータを予測する。ビット数ＢＮ1が補助に与えられれ
ば、それも計算に含まれる。
【０１０１】 ４．この時点までは、ＧＰＳ−ＭＳ１０はネットワーク１２に周波数ロックされ
ている。ＧＰＳ−ＭＳ１０受信機が同時ＧＰＳおよびネットワーク空気インタフ
ェース受信が可能でないように設計されていれば、この時点で、それはネットワ
ークからロックを外し、それの内蔵発振器はフリー・ランする。ＧＰＳ−ＭＳの
周波数精度はロック解除の直前に０．０５ｐｐｍ（または、それより優れている
）のオーダーであり、したがって、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、ＧＰＳ測定に対して顕
著な影響を与えることなく少なくとも数分間はフリー・ランすることができるで
あろう。
【０１０２】 ５．この時点で、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、補助可視リストに示されている衛星の個
々の信号の捕捉および測定を開始する準備ができている。これらの信号を捕捉す
るためにいくつかの可能な検索方式があり、以下のものは補助が特に有用である
１つである。
【０１０３】 ａ．第１の信号の周波数オフセット
【外１】 の推定を次式によって計算する。
【０１０４】
【数８】
【０１０５】 ここで、ｆ0は、ハードウエア実行によるある予想されるまたは公称のオフセッ
トであり、また、第２項は、衛星運動によるドップラー・オフセットを予測する
。記号＊は、使用／送信された導関数の数を示す。パラメータλはＧＰＳ信号の
波長（１５７５．４２ＭＨｚ搬送波に対して０．１９０３ｍ／サイクル）であり
、「〜」は量子化された補助パラメータから構築される値を示す。また、可視リ
スト中の第１の衛星に関する信号のビット位相
【外２】 の推定は、次式によって計算される。
【０１０６】
【数９】
【０１０７】 ここで、λCAはＧＰＳ Ｃ／Ａコードの１チップの波長（２９３ｍ）である。
【０１０８】 ｂ．推定されたオフセット
【外３】 およびビット位相
【外４】 を使用して第１の信号に対するコードのある部分を検索する。必要とされる検索
は、ＧＰＳ−ＭＳ１０によって認められる時間および場所の不確定さの量に依存
する。
【外５】 の予想される精度に依存して、
【外６】 に近い他の周波数における検索も必要となるかもしれない。ＧＰＳ−ＭＳのタイ
ミングおよび周波数の精度に影響を与える因子は、ＢＴＳ２０送信機の周波数精
度，時間差Δｔ，ＧＰＳ−ＭＳ位置不確定さ（ＢＴＳセル寸法および／またはユ
ーザのセルラ送信のタイミング進み）および補助メッセージ中のタイミング・パ
ラメータの分解能を含む。周波数オフセット推定
【外７】 は、より良い推定
【外８】 にこのようにして改良される。
【０１０９】 ｃ．必要なら、１０２３チップ・コードの位相を見い出したのち、ビット・タイ
ミング中の整数ミリ秒の曖昧さを克服するためにビット同期化を行う。これによ
り、改良されたビット位相推定値
【外９】 が得られる。式（４）の位置エラーの項および時計偏りの項が合計で０．５ｍ未
満であればビット同期化は不要であり、この場合には、ビット位相推定はコード
位相から直接導出できる。
【０１１０】 ｄ．リスト中の第１の衛星に関する信号が捕捉できない場合には、捕捉できるま
で補助リスト中の後続の衛星に対してステップ１〜３が繰り返される。そうでな
ければ、受信機は、次式によって、第２の衛星の周波数オフセットおよびビット
位相を予測する。
【０１１１】
【数１０】
【０１１２】 ここで、「〜」は量子化された補助パラメータを表し、λCAはＣ／Ａコードの波
長（ｆCA＝１．０２３ＭＨｚに対して２９３ｍ／チップ）である。
【外１０】 の値はハードウエアによるオフセットのより良い推定を含み、それは第１の衛星
についての測定から導出される。同様に、値
【外１１】 は、第１の衛星から導出された分数ミリ秒の時間偏りを含む。
【０１１３】 ｅ．これらの推定量を用いて、受信機は補助可視リスト中の残りの衛星を検索す
る。各衛星について試験すべき周波数オフセット仮定の数は推定
【外１２】 の信頼性に依存するが、一般に、検索空間は比較的狭い。
【外１３】 の信頼性に影響する１つの因子はＧＰＳ−ＭＳ１０の運動によるドップラー・シ
フトであり、これは未知であって衛星ごとに異なる。ＧＰＳ−ＭＳ１０が静止し
ているか歩くような速度で動いていれば、ドップラーは無視できて、一つのオフ
セット仮定のみが必要とされるであろう。より高速になれば、より大きいドップ
ラーの曖昧さが導入され、そのために、より多い仮定またはより短い相関が要求
されるようになる。ドップラー推定値はＧＰＳ−ＭＳ１０のセルラ受信機から利
用できる。また、残りの衛星の各々に対して、１０２３チップ・コード空間のサ
ブセットのみを検索する必要がある。残る主な曖昧さは、ＧＰＳ−ＭＳ位置の不
確定さおよび衛星レンジの予測エラー（式（４）中の第２項および第３項）によ
るものである。ＢＴＳkによってサービス提供されるセルが３０ｋｍ未満の半径
を持てば、ユーザ位置によるレンジの不確定さは次式によって上限を与えられる
。
【０１１４】
【数１１】
【０１１５】 典型的な数字はずっと小さく、したがって、曖昧さは１ミリ秒コード周期よりも
ずっと小さいことに留意されたい。レンジ予測エラーによる不確定さは、補助量
子化方式および補助が計算されてからの時間Δｔを含むいくつかの因子に依存す
る。
【０１１６】 ｆ．受信機が少なくとも３つの衛星を捕捉して各測定を行ったのちに、ＧＰＳ−
ＭＳ１０は次のことを行う。 ｉ）各可視衛星についての測定された１ミリ秒コード位相（０〜１０２３チッ
プ）を量子化する。たとえば、１８ビット（２18レベル）量子化は測定の
【外１４】 チップ分解能を与え、それは
【外１５】 レンジ分解能である。 ii）各測定に関する品質表示を計算する。たとえば、測定ＳＮＲの４ビット量
子化。 iii）測定時点でのＧＰＳ−ＭＳの導出された時間軸をサンプリングする。測
定時間ｔmは、２５ビットを要するＦＮmおよびＴＮmによって符号化される。こ
の表示は測定時間に対して０．５６ミリ秒分解能を与える。 測定された衛星も表示されなければならない。上述した戻りメッセージにおける
例示のビット割当てを次の表３に示す。ビット数は１０６（Ｎ＝３）から３４９
（Ｎ＝１２）の範囲にある。
【０１１７】
【表３】
【０１１８】 ６．ＧＰＳ−ＭＳ１０は、（必要であれば）ネットワーク送信と再同期化し、上
の表３に示すような測定メッセージを送る。
【０１１９】 一旦サービス提供しているＢＴＳ２０がＧＰＳ−ＭＳ１０から測定を受信する
と、それは、時間パラメータｔmを絶対（ＧＰＳ）時間へ変換し、この絶対タイ
ム・スタンプとともに測定をＭＬＣ１４に転送する。上の説明はネットワーク１
２がＧＰＳ測定を開始することを仮定しているが、本発明はＧＰＳ−ＭＳ１０が
測定を開始する場合も考慮している。この場合には、ネットワークからの応答は
ＧＰＳ−ＭＳ１０に関する補助パラメータを含む。
【０１２０】 次に、ＭＬＣ１４がＧＰＳ−ＭＳ１０から測定結果を受信したのちにどのよう
に位置解答を計算するかを説明している。測定結果に加えて、ＭＬＣ１４はＧＰ
Ｓ−ＭＳの位置を計算するために必要な次の情報も有する。 ・測定の絶対時間ｔm ・ＧＰＳ衛星に関するエフェメリス ・サービス提供されているすべてのＢＴＳの位置 ・それがサービス提供するシステムにおけるセルの可能最大寸法（半径）
【０１２１】 ここに述べる解決方法は、基準点回りでの非線形方程式の線形化を含む公知の
方法である。他の方法も当業者には明らかであろう。ＭＬＣ１４がＢＴＳkによ
ってサービス提供されるＧＰＳ−ＭＳ１０から測定応答メッセージを受信したと
きは、それはＧＰＳ−ＭＳ位置を計算するときに次のステップを実行する。
【０１２２】 １．ＭＬＣ１４は、エフェメリスを用いてｔmにおける測定メッセージに含まれ
るすべてのＧＰＳ衛星の位置ｓ^i(ｔm)を推定する。これは、公知の計算であり
、たとえば１９９６年，ＡＩＡＡプレス，Ｂ．パーキンソンおよびＪ．スピルカ
ー編，「全地球測位システム：理論および応用（第Ｉ巻および第ＩＩ巻）」に見
い出される。
【０１２３】 ２．ＭＬＣ１４は、ｔmでの各衛星に対するＢＴＳkからのレンジｒi,k(ｔm)を計
算する。
【０１２４】 ３．ＭＬＣ１４は、各測定衛星への推定視線に対する方向余弦行列（directiona
l cosine matrix）Ｈを計算する。図２の推定視線ベクトルは、ｓ^i(ｔm)−χ k
である。この行列は次式で与えられる。
【０１２５】
【数１２】
【０１２６】 ４．ＭＬＣ１４は、衛星時計補正，回転補正および可能ならば差分ＧＰＳ（ＤＧ
ＰＳ）補正を適用することによってコード位相測定θiを補正する。これらの補
正された測定はθi’と呼ばれる。ＤＧＰＳ補正は、ＢＴＳ２０の１つでのよう
なネットワークの既知の位置にあるＧＰＳ受信機によって提供される。ＤＧＰＳ
の別の可能な情報源はＦＭサブ搬送波を介するものであり、それは米国および欧
州の多くのエリアにおける無線局で利用できる。
【０１２７】 ５．測定メッセージ中の各衛星に対して、ＭＬＣ１４は、計算されたレンジｒi, k (ｔm)とＧＰＳ−ＭＳ１０において時間ｔmで行われた測定との間のレンジ差分
Δρiを計算する。上の議論から、ＧＰＳ−ＭＳ１０測定は１ミリ秒モジュラス
を有することを思い出されたい。ＭＬＣ１４は、ＧＰＳ−ＭＳ１０とＢＴＳkと
の間の距離（図２の｜Δχ｜）がＧＳＭシステムでは３０ｋｍである最大セル半
径未満であるという事実を利用することによって、残りの曖昧さを解決する。最
悪の場合には、１００マイクロ秒の不確定さだけが残る。このステップの出力は
、列ベクトルΔρであり、ここで、個々のデルタ・レンジはメートル（ｍ）単位
になっている。
【０１２８】 ６．デルタ・レンジのベクトルΔρおよび行列Ｈが与えられると、ＭＬＣ１４は
次の組の方程式を解く。
【０１２９】
【数１３】
【０１３０】 ここで、Δχは基準地点χ kからの未知のベクトル変位であり（図２参照）、Δ
ｔは測定における未知の共通時間偏りである。公知の加重最小二乗法を含む上記
方程式を解くためのいくつかの異なる方法が存在する。この方法では、行列Ｑが
測定品質尺度ｑiから構築され、未知数が次式で計算される。
【０１３１】
【数１４】
【０１３２】 測定の同じ組についてのこの解法の多数の繰返しが用いられ、収束させるために
必要である。
【０１３３】 上の議論は、ＧＰＳ−ＭＳ１０を補助するセルラまたはＰＣＳシステム１２の
個別部品の測位関連機能に関する。以下に、メッセージング・プロトコルの形成
にそれらが互いにどのように相互作用するかを説明する。図１ａに示した同期ネ
ットワークに適したプロトコルの一例が図４ａに示されている。この図では、垂
直ラインは下にラベル付けされたユニットを表し、時間は図の上から下に経過す
る。水平ラインはプロトコル中の個々のメッセージを表し、点および矢印は原点
および目的地のノードをそれぞれ示す。図４ａのプロトコルは、それぞれがＮ個
のＢＴＳ２０にサービス提供するＭ個のＢＳＣ２２にサービス提供するＭＳＣ／
ＶＬＲ１５に付随される。ＭＬＣ１４によってサービス提供される地理的エリア
内には同時動作する多数のＧＰＳ−ＭＳがあるけれども、ここでは１つのＧＰＳ
−ＭＳ１０に着目する。図４ａでは、ＧＰＳ−Ｓ１０はＢＴＳi２０によってサ
ービス提供され、両者ともに以下のプロトコルに関与する。
【０１３４】 １）ＭＬＣ１４は、有効なＧＰＳエフェメリス，時計補正，ＢＴＳ位置のデー
タベースおよび正確な時間基準を用いてＭＬＣのサービス・エリア中の各ＢＴＳ
２０に対する固有補助を計算する。
【０１３５】 ２）ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ＭＬＣ１４から補助を受信し、それがサービス提
供する各ＢＳＣ２２に関連する部分にそれを分解し、個々の破片（piece）を各
ＢＳＣに送る。
【０１３６】 ３）各ＢＳＣ２２は、補助メッセージを受信し、それがサービス提供する各Ｂ
ＴＳ２０に対する個別メッセージにそれを分解し、個々の破片を各ＢＴＳに送る
。
【０１３７】 ４）ＢＴＳ1２０が新しい補助メッセージを受信すると、それは、補助用のベ
ースライン時間ｔ1をＧＰＳ時間からネットワーク時間軸にその両方のそれの知
識を用いて変換する。ＢＴＳ1は、先の補助情報を置き換えて、新しい補助をＢ
ＣＣＨまたはＢＴＳ1によって送信された別の放送チャンネルを介して送信し始
める。補助メッセージは周期的に繰り返され、その周期は典型的にはスーパーフ
レーム（ＧＳＭシステムでは２４０ミリ秒）の整数倍である。補助は、今や４５
分まで有効であり、補助情報を受信および記憶するＧＰＳ−ＭＳ１０を含めてそ
のセルのＢＣＣＨを受信するすべてのＧＰＳ−ＭＳに対して利用可能である。有
効の持続期間は補助中の導関数の数に依存し、また、反復率はＢＣＣＨ上のトラ
フィック・ロードとＧＰＳ−ＭＳ１０を位置付けるための待ち時間要求とのバラ
ンスに依存する。
【０１３８】 ５）ＭＬＣ１４は、ＧＰＳ−ＭＳ１０がＧＰＳ測定を用いて配置されるべきで
あることを要求するメッセージをＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送る。
【０１３９】 ６）ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ネットワーク中のＧＰＳ−ＭＳ１０の位置を識別
し、ＧＰＳ−ＭＳ１０にＧＰＳ測定を開始するように命令するメッセージを適当
なＢＳＣ２２およびＢＴＳ1２０を介して送る。ＧＰＳ−ＭＳ１０は、その要求
を受信し、有効な補助データおよび現在時間推定ｔ2を用いてそれの取得プロセ
スの主題であるドップラー・パラメータおよびコード位相パラメータを計算する
。
【０１４０】 ７）ＧＰＳ−ＭＳ１０が時間ｔmで測定を行ったのち、それは、応答を構築し
、それを空気インタフェースを介してＢＴＳ1２０に送る。
【０１４１】 ８）ＢＴＳ1２０は、ＧＰＳ−ＭＳで用いられるネットワーク時間軸からＧＰ
Ｓ時間軸に測定時間ｔmを変換する。これらのパラメータは測定結果メッセージ
に挿入され、それはサービス提供するＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送られる。
【０１４２】 ９）ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は結果メッセージを要求元のＭＬＣ１４に転送する。
この情報は、ＧＰＳ−ＭＳ１０の位置を計算するために、ＢＴＳ1の位置ととも
にＭＬＣ１４によって使用される。オプションとして、ＭＬＣは位置情報でＭＳ
Ｃ／ＶＬＲを介してＧＰＳ−ＭＳに応答する。
【０１４３】 １つの可能な変形は、ＢＳＣs２２が補助メッセージの時間軸変換およびＧＰ
Ｓ−ＭＳ１０からの測定応答を行うものである。この場合には、ＢＳＣ２２は、
ＧＰＳ受信機からのタイミング情報と、それがサービス提供しているすべてのＢ
ＴＳ２０の空気インタフェース・タイミングの知識とを有しなければならない。
より少ない基準ＧＰＳ受信機がネットワークで必要であるので、この方式はある
状況では好ましい。
【０１４４】 別の可能な変形は、ＢＴＳ1２０が、それの領域内にある移動電話に関するユ
ニークな補助データを計算し、補助に関するベースライン時間ｔ1をＧＰＳ時間
からネットワーク時間軸に両者のそれの知識を用いて変換し、メッセージを周期
的に放送するかポイント・ツー・ポイント・メッセージング・プロトコルを用い
て補助データを送信するものである。この方式では、ＧＰＳ−ＭＳ１０が測定を
行いそれをＢＴＳ1２０に送ったのちに、ＢＴＳ1２０は、ＧＰＳ−ＭＳ１０それ
自身の位置を計算するか、オプションとして測定時間をＧＰＳ−ＭＳ１０で使わ
れるネットワーク時間軸からＧＰＳ時間軸に変換したのちにそれをＭＳＣ／ＶＬ
Ｒを通してＭＬＣに転送する。そのような方式では、ＢＴＳ1２０自身がＧＰＳ
受信機にアクセスするため、ＢＴＳ1２０はこれまでＭＬＣが実行していたタス
クのいくつかまたはすべてを実行する。注意すべきことは、これは好適な実施の
形態ではないが、そのような変形も当業者には明らかであり本発明のスコープに
含まれることである。
【０１４５】 別の可能な変形は、変換エンティティが補助時間パラメータｔ1を変更してネ
ットワーク時間中の特定の事象と一致させるものである。たとえば、ＢＴＳ２０
は、ＴＮ1＝ＢＮ1＝０のようにｔ1をＦＮ1の開始と揃えるように選ぶ。これをネ
ットワークでの標準的なやり方として採用すれば、ＢＴＳ２０とＧＰＳ−ＭＳ１
０との間で位置整合の知識は暗黙の了解事項とすることができ、したがって、補
助メッセージにＴＮ1およびＢＮ1を含める必要がなくなる。しかし、この変換エ
ンティティは、衛星送信の位相の元の時間と新しい時間ｔ1との間での変化を考
慮に入れるために、ビット位相φi,k(ｔ1)を変更する必要がある。
【０１４６】 図４ｂは、本発明に関するメッセージ・フローの別の可能な組を示す。このメ
ッセージング・プロトコルは、図１ｂに示すような非同期化ネットワークの場合
を表している。この場合には、ネットワークは、既知の場所にＴＭＵ２６を含み
、ＧＰＳおよびセルラ・ネットワークの両方のタイミングを両システムの送信を
観察することによって捕捉する。各ＴＭＵ２６は、付随するサービス提供ＢＴＳ
２０を有し、それを通してＴＭＵ２６はそれの観察結果をＧＰＳとネットワーク
送信との間のタイミング関係の形で報告する。図４ｂに示すメッセージング・プ
ロトコルについて次に説明する。
【０１４７】 １．ＭＬＣ１４によってサービス提供されるネットワークの部分におけるＰ個の
ＴＭＵ２６の各々は、サービス提供するＭＳＣ／ＶＬＲ１５に、各ＴＭＵによっ
て観察されたセルにおける送信とＧＰＳとの間のタイミング関係を報告する。こ
のメッセージは各ＴＭＵ２６によって自発的に周期的に送られる。または、それ
はこの情報に対するＭＬＣによる要求への応答として送られる。
【０１４８】 ２．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５はタイミング情報メッセージをＭＬＣ１４に転送する。
このメッセージの受信に成功したのちに、ＭＬＣ１４はＧＰＳ時間軸とネットワ
ーク時間軸との間の変換を行う能力を有する。
【０１４９】 ３．ＭＬＣ１４は、有効なＧＰＳエフェメリス，時計補正，ＢＴＳ位置のデータ
ベースおよび正確な時間基準を用いてＭＬＣのサービス・エリア中の各ＢＴＳ２
０に関するユニークな補助を計算する。ＭＬＣは補助に関する基準時間をネット
ワーク時間軸に変換する。ＭＬＣは、ＭＳＣ／ＶＬＲによってサービス提供され
るすべてのセルに関する補助情報をＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送る。
【０１５０】 ４．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ＭＬＣ１４から補助を受信し、それがサービス提供
する各ＢＳＣ２２に関連する部分にそれを分解し、個々の破片を各ＢＳＣに送る
。
【０１５１】 ５．各ＢＳＣ２２は、補助メッセージを受信し、それがサービス提供する各ＢＴ
Ｓ２０に関連する個別メッセージにそれを分解し、個々の破片を各ＢＴＳに送る
。
【０１５２】 ６．ＢＴＳ２０が新しい補助メッセージを受信すると、それは、先の補助情報を
置き換えて、新しい補助をＢＣＣＨを介して送信することを始める。補助は、今
や、補助情報を受信し記憶するＧＰＳ−ＭＳ１０を含めてそのセルのＢＣＣＨを
受信するすべてのＧＰＳ−ＭＳに対して利用可能である。
【０１５３】 ７．ＭＬＣ１４は、ＧＰＳ−ＭＳ１０がＧＰＳ測定を用いて配置されるべきであ
ることを要求するメッセージをＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送る。
【０１５４】 ８．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ネットワークにおけるＧＰＳ−ＭＳ１０の位置を識
別し、適当なＢＳＣ２２およびＢＴＳ２０を介してメッセージを送り、ＧＰＳ測
定を開始するようにＧＰＳ−ＭＳ１０に命令する。
【０１５５】 ９．ＧＰＳ−ＭＳ１０が時間ｔmで測定を行ったのちに、それは、応答を構築し
、それをＢＴＳ２０およびＢＳＣ２２を介してＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送る。
【０１５６】 １０．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は結果メッセージを要求元のＭＬＣ１４に転送し、そ
れはＴＭＵ２６から捕捉された情報を用いてｔmをネットワーク時間軸からＧＰ
Ｓ時間に変換する。この情報は、ＧＰＳ−ＭＳ１０の位置を計算するために、Ｂ
ＴＳ1の測定および位置とともにＭＬＣ１４によって用いられる。オプションと
して、ＭＬＣは位置情報でＭＳＣ／ＶＬＲを介してＧＰＳ−ＭＳに応答する。
【０１５７】 当業者は、補助情報が上述したように放送されるよりもむしろポイント・ツー
・ポイント送信によって提供され得ることを直ちに理解するであろう。図４ａお
よび図４ｂに示すメッセージング・プロトコルは、放送情報を配信するために使
用されるメッセージ（図４ａの（１）〜（４）、図４ｂの（３）〜（６））を除
去することによってポイント・ツー・ポイント配信を扱えるように容易に修正で
きる。その代わりに、補助情報は位置要求と一緒に配信されて（図４ａの（５）
、図４ｂの（７））、補助の時間フィールドは適当なネットワーク・ノードで変
換される。
【０１５８】 このように、本発明によれば、無線ネットワークにおける固定場所のレンジお
よびそのレンジの導関数の形式の補助情報が移動局に提供されて移動局のＧＰＳ
受信機を補助して位置測定を行うシステムおよび方法が開示される。この情報は
、衛星用のコード位相を測定し、測定されたコード位相を無線ネットワークに戻
して移動局の位置を計算するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の地上ベース無線電気通信システムのブロック図である。
【図１ａ】 本発明によるＧＰＳ受信機を補助するシステムのブロック図である。
【図１ｂ】 本発明によるＧＰＳ受信機を補助するシステムのブロック図である。
【図２】 基地トランシーバ局およびＧＰＳ−ＭＳに関して配置された衛星の概略図であ
る。
【図３】 抽出された時間軸でＧＰＳ−ＭＳがどのように動作するのかを示すタイミング
図である。
【図４ａ】 本発明によるＧＰＳ受信機を補助することを示すメッセージ・フロー図である
。
【図４ｂ】 本発明によるＧＰＳ受信機を補助することを示すメッセージ・フロー図である
。
【図５】 本発明による移動局の一般化されたブロック図である。
【図６】 ＧＳＭ ＴＤＭＡ時間フレーム構造のグラフ表示である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１１月６日（２０００．１１．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ (72)発明者 ホミラー、ダニエル、ピー アメリカ合衆国 ノースカロライナ、ケア リー、ベビントン ドライブ 202 (72)発明者 ザデー、バグハー、アール アメリカ合衆国 テキサス、ダラス、モン トフォート ドライブ 14332、ナンバー 11207 Ｆターム(参考） 2F029 AA02 AB07 AC02 AD01 5J062 AA05 AA08 AA13 CC07 DD05 EE04 5K067 AA21 BB04 BB36 CC04 CC08 DD53 EE02 EE10 EE16 HH21 HH23 JJ52 JJ56

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置測定を行うために全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機
    を補助する方法であって、前記ＧＰＳ受信機が、無線ネットワークで動作するト
    ランシーバを含む移動局と一体化されている、方法であって、 前記無線ネットワークから前記移動局に補助情報を転送するステップであって
    、前記補助情報が前記ＧＰＳ中の複数の選択衛星に関する、選択時間での前記移
    動局近傍の前記無線ネットワーク中の固定場所のレンジおよび該レンジの導関数
    を表わす、ステップと、 前記移動局を動作させて、受信された補助情報を用いて前記ＧＰＳ中の前記複
    数の選択衛星からの合成受信信号を検索して、前記ＧＰＳ中の前記選択衛星の前
    記複数のものについてコード位相を測定するステップであって、前記測定された
    コード位相が、前記選択衛星の前記複数のものに関連する前記移動局のレンジを
    表わす、ステップと、 を具備する、方法。
  2. 【請求項２】 前記選択時間が、前記補助情報中に含まれており、前記移動
    局に対して無線ネットワーク時間で表現される、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記無線ネットワークが時分割多元接続法を利用し、 前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサービス提供しているネ
    ットワーク送信のフレーム数，タイムスロット数およびビット数によって表され
    る、 請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記タイムスロット数，前記ビット数またはこの両方が、前
    記無線ネットワークおよび前記移動局の両方によって暗黙に了解されていて、し
    たがって、送信されない、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記無線ネットワークが符号分割多元接続法を利用し、 前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサービス提供している送
    信の多元接続コードの位相によって表される、 請求項２記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ＧＰＳ衛星が、２０ミリ秒ビット周期でナビゲーション
    ・メッセージを送信し、 前記転送ステップが、前記選択時間に前記固定場所で観察されたビット位相と
    してレンジを表現するステップを含む、 請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記選択時間が、ＧＰＳ時間の２０ミリ秒エポックと同時で
    ある、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記転送ステップが、前記補助情報を計算するステップと、
    前記無線ネットワークを介して前記移動局に送信すべき前記補助情報を量子化し
    符号化するステップを含む、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記移動局が、前記情報補助を利用して、前記選択衛星によ
    って送信される信号のコード位相および周波数オフセットの推定値を計算し、ま
    た、前記衛星の各々に対して、これらの推定値を用いて、信号を取得し特定の衛
    星に関するコード位相を測定するように作動される、請求項２記載の方法。
  10. 【請求項１０】 無線ネットワークで動作するトランシーバと全地球測位シ
    ステム（ＧＰＳ）受信機とを含む移動局の位置を決定する方法であって、 前記無線ネットワークから前記移動局に補助情報を転送するステップであって
    、前記補助情報が、前記ＧＰＳ中の複数の選択衛星に関して、選択時間において
    前記移動局に近い前記無線ネットワーク中の固定場所のレンジおよび該レンジの
    導関数を表わす、ステップと、 受信された補助情報を利用して、前記ＧＰＳ中の前記複数の選択衛星からの合
    成受信信号を検索し、前記ＧＰＳ中の前記選択衛星の複数のものに関するコード
    位相を測定し、該測定されたコード位相を前記無線ネットワークに戻すように前
    記移動局を作動するステップと、 前記固定場所および前記測定されたコード位相を用いて前記無線ネットワーク
    における前記移動局の位置を計算するステップと、 を具備する、方法。
  11. 【請求項１１】 前記選択時間が、前記補助情報中に含まれ、前記移動局に
    対して無線ネットワーク時間で表現される、請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記無線ネットワークが時分割多元接続法を利用し、 前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサービス提供しているネ
    ットワーク送信のフレーム数，タイムスロット数およびビット数によって表わさ
    れる、 請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記タイムスロット数，前記ビット数またはその両方が、
    前記無線ネットワークおよび前記移動局の両方によって暗黙に了解されていて、
    したがって、送信されない、請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記無線ネットワークが符号分割多元接続法を利用し、 前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサービス提供している送
    信の多元接続コードの位相によって表わされる、 請求項１１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記ＧＰＳ衛星が、２０ミリ秒ビット周期でナビゲーショ
    ン・メッセージを送信し、 前記転送ステップが、前記選択時間に前記固定場所で観察されたビット位相と
    してレンジを表わすステップを含む、 請求項１１記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記選択時間が、ＧＰＳ時間の２０ミリ秒エポックと同時
    である、請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記転送ステップが、前記補助情報を計算するステップと
    、前記無線ネットワークを介して前記移動局に転送すべき前記補助情報を量子化
    し符号化するステップとを含む、請求項１０記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記移動局が、前記補助情報を用いて、前記選択衛星によ
    って送信される信号のコード位相および周波数オフセットの推定値を計算し、ま
    た、前記衛星の各々に対して、これらの推定値を使用して、前記信号を取得し、
    前記特定の衛星に関するコード位相を測定するように作動される、請求項１１記
    載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記移動局が、前記コード位相前記選択衛星の１つについ
    て測定されたときを表わす測定時間を決定し、 前記測定時間が、前記無線ネットワークに戻される、 請求項１０記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記測定時間が、前記無線ネットワークの時間に関して表
    わされ、 前記計算ステップが、前記測定を絶対ＧＰＳ時間に変換するステップを含む、 請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記無線ネットワークが、移動ロケーション・センター（
    ＭＬＣ）を含み、 前記ＭＬＣが、前記固定場所にある基地トランシーバ・システム（ＢＴＳ）を
    介して前記移動局と通信し、 前記計算ステップが、前記ＭＬＣで行われる、 請求項１０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記ＭＬＣが、ＧＰＳ受信機を含み、 前記転送ステップが、前記ＭＬＣがエフェメリス情報を得て該エフェメリス情
    報から前記補助情報を計算するステップを含む、 請求項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記ＢＴＳが、正確な時間基準を提供して前記無線ネット
    ワークにおける時間をＧＰＳ絶対時間に関連付けるＧＰＳ受信機を含む、請求項
    ２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記無線ネットワークが、ＧＰＳ受信機と複数のＢＴＳの
    送信を監視する無線トランシーバとを有する時間測定ユニット（ＴＭＵ）を含み
    、 前記転送ステップが、前記ＴＭＵから前記ＭＬＣに時間基準を転送して前記無
    線ネットワークにおける時間をＧＰＳ時間に関連付けるステップを含む、 請求項２２記載の方法。
  25. 【請求項２５】 移動局の位置を決定するシステムであって、前記移動局が
    、無線ネットワークで動作するトランシーバと全地球測位システム（ＧＰＳ）受
    信機とを含む、システムであって、 エフェメリス・データを得るＧＰＳ受信機を含む無線ネットワーク制御システ
    ムであって、前記制御システムが、前記エフェメリス・データから補助情報を展
    開し、前記無線ネットワークを介して前記移動局に前記補助情報を送信し、前記
    補助情報が、前記ＧＰＳ中の複数の選択衛星に関して、選択時間で前記移動局に
    近い前記無線ネットワーク中の固定場所のレンジおよび該レンジの導関数を表わ
    す、無線ネットワーク制御システムを具備し、 前記移動局が、受信された補助情報を利用して、前記ＧＰＳ中の前記複数の選
    択衛星からの合成受信信号を検索して、前記ＧＰＳ中の前記選択衛星の複数のも
    のに関するコード位相を測定し、前記無線ネットワークを介して前記無線ネット
    ワーク制御システムに前記測定されたコード位相を戻す手段を含み、 前記無線ネットワーク制御システムが、前記固定場所と前記測定されたコード
    位相とを用いて前記無線ネットワーク中での前記移動局の位置を計算する手段を
    含む、 システム。
  26. 【請求項２６】 前記選択時間が、前記補助情報中に含まれ、前記移動局に
    対して無線ネットワーク時間で表される、請求項２５記載のシステム。
  27. 【請求項２７】 前記無線ネットワークが時分割多元接続法を利用し、 前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサービス提供しているネ
    ットワーク送信のフレーム数，タイムスロット数およびビット数によって表わさ
    れる、 請求項２６記載のシステム。
  28. 【請求項２８】 前記タイムスロット数，前記ビット数またはその両方が、
    前記無線ネットワークおよび前記移動局の両方によって暗黙に了解されていて、
    したがって、送信されない、請求項２７記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 前記無線ネットワークが符号分割多元接続法を利用し、 前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサービス提供している送
    信の多元接続コードの位相によって表わされる、 請求項２６記載のシステム。
  30. 【請求項３０】 前記ＧＰＳ衛星が、２０ミリ秒ビット周期でナビゲーショ
    ン・メッセージを送信し、 前記転送ステップが、前記選択時間に前記固定場所で観察されたビット位相と
    してレンジを表わすステップを含む、 請求項２６記載のシステム。
  31. 【請求項３１】 前記選択時間が、ＧＰＳ時間の２０ミリ秒エポックと同時
    である、請求項３０記載のシステム。
  32. 【請求項３２】 前記ネットワーク制御システムが、前記補助情報を計算す
    る手段と、前記無線ネットワークを介して前記移動局に転送すべき前記補助情報
    を量子化し符号化する手段とを含む、請求項２５記載のシステム。
  33. 【請求項３３】 前記移動局が、前記情報補助を利用して、前記選択衛星に
    よって送信された信号のコード位相および周波数オフセットの推定値を計算し、
    また、前記衛星の各々に対して、これらの推定を利用して前記信号を取得し、前
    記特別の衛星に関するコード位相を測定するように作動される、請求項２６記載
    のシステム。
  34. 【請求項３４】 前記移動局が、前記コード位相が前記選択衛星の１つにつ
    いて測定されたときを表わす測定時間を決定する手段を含み、 前記測定時間が、前記無線ネットワークに戻される、 請求項２５記載のシステム。
  35. 【請求項３５】 前記測定時間が、前記無線ネットワークの時間に関して表
    わされ、 前記計算手段が、前記測定を絶対ＧＰＳ時間に変換する手段を含む、 請求項３４記載のシステム。
  36. 【請求項３６】 前記無線ネットワークが、移動ロケーション・センター（
    ＭＬＣ）を含み、 該ＭＬＣが、前記固定場所にある基地トランシーバ・システム（ＢＴＳ）を介
    して前記移動局と通信し、 前記計算手段が、前記ＭＬＣによって定義される、 請求項２５記載のシステム。
  37. 【請求項３７】 前記ＭＬＣがＧＰＳ受信機を含み、 前記ＭＬＣが、エフェメリス情報を得て、該エフェメリス情報から前記補助情
    報を計算する、 請求項３６記載のシステム。
  38. 【請求項３８】 前記ＢＴＳが、正確な時間基準を提供して前記無線ネット
    ワークにおける時間をＧＰＳ絶対時間に関連付けるＧＰＳ受信機を含む、請求項
    ３７記載のシステム。
  39. 【請求項３９】 前記無線ネットワークが、ＧＰＳ受信機と前記ＢＴＳを監
    視して正確な時間基準を提供して前記無線ネットワークにおける時間をＧＰＳ時
    間に関連付ける無線トランシーバとを有する時間測定ユニット（ＴＭＵ）をさら
    に含む、請求項３６記載のシステム。
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