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Info
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Abstract
Description
7号の利益に対して権利を請求する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
・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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
的とする。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
」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。
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。
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。
るであろう。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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
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
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。
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。
長(fCA=1.023MHzに対して293m/チップ)である。
についての測定から導出される。同様に、値
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
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
。
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。
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
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。
の表3に示すような測定メッセージを送る。
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。
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)
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。
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。
算する。
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。
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。
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。
次の組の方程式を解く。
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。
必要である。
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。
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。
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。
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
。
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。
あることを要求するメッセージをMSC/VLR15に送る。
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
。
、それを空気インタフェースを介してBTS120に送る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
ることを要求するメッセージをMSC/VLR15に送る。
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。
、それをBTS20およびBSC22を介してMSC/VLR15に送る。
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。
・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。
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。
る。
図である。
。
。
Claims (39)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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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