JP2001208825A

JP2001208825A - 補助ｇｐｓプロトコルの方法および装置

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Publication number: JP2001208825A
Application number: JP2000343675A
Authority: JP
Inventors: Thomas M King; トーマス・エム・キング; Georg J Geier; ジョージ・ジェイ・ゲイアー; Yilin Zhao; ユイリン・ザオ; Roger C Hart; ロジャー・シー・ハート
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2001-08-03
Also published as: IT1316006B1; GB2358976A; MXPA00011101A; KR20010051636A; ES2179755B1; AU7154900A; CA2325231A1; KR100357409B1; AR027884A1; ITRM20000586A1; GB2358976B; GB0027434D0; DE10054764A1; CN1147193C; CN1296367A; ES2179755A1; US6313787B1; DE10054764B4; AU756506B2

Abstract

(57)【要約】【課題】無線通信システムにおいて位置特定を支援す
るための改善された方法および装置を提供する。【解決手段】 GPS準拠位置決定機能を支援するセルラ
・インフラストラクチャと各移動ハンドセットとの間に
必要とされるデータ流を最小限にするセルラ・ネットワ
ーク・プロトコルである。４つの具体的な新技術が導入
され、これらは共に各ハンドセットに転送することを必
要とするビット数を最小限に抑える。すなわち各移動局
に対するGPS天体歴更新に関する要件を軽減または削除
する方法、差分修正ブロードキャスト・メッセージの圧
縮方法、ネットワークが天体歴年代限度に基づいて各ハ
ンドセットの天体歴を更新する速度を制御する方法、お
よび最後に、精度予測と各移動局に特有の閾値に基づい
て天体歴更新が必要な場合にそれを各移動局が判定する
ために利用することのできる方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、無線通信シス
テムに関する。さらに詳しくは、本発明は、無線通信シ
ステムにおける移動ハンドセット位置特定プロトコルの
ための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】無線
通信システムは、一般に遠隔地間に双方向の音声および
データ通信を行う。このようなシステムの例には、セル
ラおよびパーソナル通信システム（PCS: personal comm
unication system）無線システム，中継無線システム，
ディスパッチ無線ネットワークおよび衛星準拠システム
などのグローバル移動パーソナル通信システム（GMPCS:
global mobile personal communication system）があ
る。これらのシステムにおける通信は、予め定められる
規準に従って行われる。ハンドセット，携帯装置または
無線電話とも呼ばれる移動局は、１つ以上の固定基地局
との通信を行うためにシステム規準に従う。

【０００３】セルラ・システム内の無線電話ハンドセッ
トなど、システム内の移動局の物理的な位置を入手して
通信することが望ましい。また、合衆国連邦通信委員会
（FCC: Federal Communications Commission）は、２０
０１年までにセルラ・ハンドセットが地理的に位置特定
をできるようにしなければならないと求めている。この
能力は、エンハンスト９１１（E911）などの緊急用シス
テムのために望ましい。FCCは、厳格な精度および使用
可能性の性能目的を求め、ネットワークによる方法につ
いては６７％の時間で、セルラ・ハンドセットの１００
メートル以内の位置特定を、ハンドセットによる方法に
ついては、６７％の時間で５０メートル以内の位置特定
を要求する。

【０００４】さらに、移動局に関して位置情報が使用可
能になると、広告を含む位置依存サービスおよびメッセ
ージ通信が、ハンドセットの位置に応じてハンドセット
・ユーザに合わせて行うことができるようになる。

【０００５】現世代の無線通信は、限られた移動局位置
特定機能しか持たない。ある方法では、移動局の位置
は、いくつかの基地局において移動局送信を監視するこ
とにより決定される。到達時刻の測定から移動局の位置
を計算することができる。しかし、この方法の精度には
限界があり、FCCの要件を満たすには不充分な場合があ
る。

【０００６】別の方法では、各移動局に、グローバル・
ポジショニング・システム（GPS）などのグローバル衛
星ナビゲーション・システムで用いるのに適した受信機
が装備される。GPSでの使用に適した受信機の構造と動
作は、いずれも本発明の譲受人に譲渡される米国特許第
５，１７５，５５７号および第５，１４８，４５２号に
開示される。GPS受信機は地球を周回するGPS衛星の配座
からの送信を検出する。この送信のデータとタイミング
とを用いて、GPS受信機は衛星の位置を計算し、その衛
星の位置から自身の位置を計算する。軌道上のGPS衛星
は毎秒約４，０００メートルで移動する。衛星は、パラ
メータX(t)で定義される位置データと、パラメータV(t)
で定義される速度データとを有する。パラメータX(t)，
V(t)は、この衛星の三次元位置および速度ベクトルであ
り、地球を中心とし、地球に固定されるデカルト座標系
を基準とする。GPSシステムには２４の衛星が含まれ、
そのうちのいくつかは、ある特定の時刻に移動局の視野
に入ることがある。各衛星は、予め定められる規準フォ
ーマットとタイミングに基づいてデータをブロードキャ
ストする。

【０００７】従来は、衛星の座標と速度は、GPS受信機
の内部で計算された。受信機は、衛星天体歴とクロック
修正データを、衛星ブロードキャスト・メッセージ・ス
トリームを復調することにより獲得する。衛星送信には
毎秒５０ビット（bps）で送信される５７６ビットのデ
ータが含まれる。天体歴データに含まれる定数は、デー
タを位置および速度データに変換するために多くの数学
的演算を必要とするケプラ軌道定数と一致する。ある実
行例においては、この変換では、天体歴をある衛星に関
して１点における衛星位置速度ベクトルに変換するため
に、９０回の乗算と５８回の加算と２１回の超越関数要
求（sin, cos, tan）を必要とする。計算の多くは、二
重精度浮動小数点処理を必要とする。受信機は、最大１
２個までの各衛星について毎秒この計算を実行しなけれ
ばならない。

【０００８】このため、従来の計算を実行するための演
算負荷は莫大なものになる。ハンドセットは、必要な計
算を行うことのできる高レベルのプロセッサを備えねば
ならない。このようなプロセッサは、比較的高額で大量
の電力を消費する。消費者用の携帯装置として、移動局
は安価で低電力で動作することが好ましい。これらの設
計目標は、GPS処理に必要とされる高い演算負荷とは相
容れない。

【０００９】さらに、GPS衛星からのデータ速度が遅い
ことも制約になる。GPS受信機におけるGPS捕捉には数十
秒から数分の時間がかかり、その間、受信機回路と移動
局のプロセッサには連続して給電しなければならない。
移動セルラ・ハンドセットなどの携帯受信機およびトラ
ンシーバのバッテリ寿命を維持するためには、回路をで
きるだけ非給電状態におくことが好ましい。GPS捕捉時
間が長いために、移動局のバッテリを急速に消耗するこ
とがある。いかなる状況においても、特に緊急時にはGP
Sの捕捉時間が長いことは不便である。

【００１０】補助GPS（Assisted GPS）と呼ばれるある
システム提案には、天体歴およびクロック修正データを
無線通信システムの基地局で受信し、このデータを従来
の通信リンク上で移動局に送信する方法が含まれる。基
地局は、GPS衛星から５０bps送信を受信し、中継器とし
て働いてGPS衛星からデータを収集し、それをより速い
データ速度で移動局に再送信する。天体歴およびクロッ
ク修正データは移動局で受信され、衛星位置の計算に用
いられる。衛星位置から移動局位置を決定することがで
きる。このシステムには、移動局の受信機回路を大半の
時間オフにすることができる基地対移動通信リンク（通
常９６００bpsの速さ）で用いられる、より速いデータ
速度などの利点があるが、未処理の天体歴データに関わ
る高い演算負荷はそのまま残る。

【００１１】提案される別の解決策では、移動局にGPS
歴を格納する。歴データは、天体歴データを省略し精度
を下げた部分集合である。基地局は、歴に関して位置お
よびクロック修正情報を計算し、この修正値を通信リン
クを介して移動局に送信する。移動局は、その歴に関し
て正しい修正データを有すると判断し、正しいデータが
ある場合には、この歴を用いて衛星位置とクロック・デ
ータとを計算する。

【００１２】このシステムでは移動局に必要とされる演
算負荷が多少は少なくなる。しかし、移動局受信機は、
その歴データの送信中と、それに続く、歴に関する修正
データを受信するための可能なすべての送信期間の間
は、依然として給電状態になければならない。また、歴
データを移動局に格納しなければならないので、移動局
のサイズとコストも増大することになる。

【００１３】提案されるさらに別の解決策は、ネットワ
ークを中心とする方法で、これはネットワーク内でいつ
移動局を更新するかの決定を行う。この方法はエンド・
アプリケーションに過酷な制約を課し、最も厳格に適用
されるデータベース更新条件をすべての移動局に適用す
ることを求める。これは、移動局がデータベース更新ス
キームに優先順位を付ける方法をネットワークに通知す
ることのできる装備が存在しないためである。

【００１４】この解決策には主に３つの欠点がある。第
１は、増分更新フィールドのダイナミック・レンジがパ
ラメータのすべての可能性のある値をカバーするには不
充分であることである。増分更新アルゴリズムの複雑な
性質のために、数週間分の天体歴データを用いても、GP
Sの地上制御部門により定期的に実施される衛星局維持
動作または衛星軌道変更などのすべての可能性を充分に
カバーすることができない。従来は、いくつかのGPS衛
星を数週間にわたり一度により高い軌道に再配置して、
これらの特定の衛星を軌道面の異なる部分に配した。衛
星は再周回の位相の間ずっと活動したが、加速と減速の
前後の短い期間は活動しなかった。

【００１５】第２に、新しいパラメータであるデータ補
助項目（IODA: Issue of Data Assistance）を作成し
て、１５分ごとに視野に入る衛星のサンプリングのたび
に用いねばならない。また、複雑な内部および相互テー
ブルならびに関連データ構造およびアルゴリズムを作
成，維持し、IODAと共に対応移動局位置特定センタ（SM
LC: Serving mobile location Center）において通信し
なければならない。詳しくは、テーブル間保守とSMLC間
通信が困難であり、必要ないと見なさることが多い。

【００１６】また第３に、移動局が視野に入る衛星に関
して未処理の天体歴集合を獲得すると、すべてではない
が多くの場合、その天体歴集合を更新する必要はない
が、従来技術により提案される方法では、天体歴データ
を頻繁に更新する。これは、地点間送信チャネルのかな
りの部分を占有してしまう。この様子を下記の表１に示
す。

【００１７】

【表１】

【００１８】従って、無線通信システムにおいて位置特
定を支援するための改善された方法および装置が必要で
ある。

【００１９】

【実施例】補助GPS受信機位置特定のための改善された
システムおよび方法が開示される。本発明のシステム
は、低消費電力と低価格の目標を達成しながら、高精度
をもってその位置を決定することのできる新規の移動局
アーキテクチャを備える。これにより、携帯装置におけ
る重要な機能であるエネルギの節約を可能にし、携帯製
品におけるE911サービスの実現を可能にする。

【００２０】図１を参照して、本発明の好適な実施例に
よる補助GPS位置特定システムのシステム図を利用し
て、GSMセルラ・ネットワークが図示される。これは、
基地局サブシステム（BSS：Base Station Subsystem）
準拠対応移動局位置特定センタ（SMLC: Serving Mobile
Location Center）１１２を伴うシステムである。GPS
基準受信機１１８が、SMLC１１２を伴う被測量位置にあ
り、適切な修正の発生を容易にするために天空に対する
視野を有する。任意で、当業者には認識頂けようが、GP
S基準受信機１１８は、ネットワークとシリアル・リン
ク１１４を介して結合することができる、あるいは別の
ネットワーク・ノードと共存することができる限り、天
空に対する視野を有する任意の被測量位置に置くことも
できる。SMLC１１２は、基地局コントローラ（BSC：Bas
e Station Controller)１１０を介して基地トランシー
バ局（BTS: Base Transceiver Station）１０２に結合
される。BSC１１０は、当技術では周知の様式で、移動
サービス交換センタ（MSC: Mobile services Switching
Center）およびビジタ位置レジスタ（VLR: Visitor Lo
cation Register）１２２にも結合される。

【００２１】GPS基準受信機１１８は、複数のGPS衛星１
２０からの信号を受信および追跡して、差分修正データ
を生成する。このデータは、最終的には位置特定可能な
移動局（ハンドセット）１０４に送付される。GPS基準
受信機１１８により生成される差分修正データは、好ま
しくは、移動ハンドセットのカバレージを最大にするた
めに、GPS基準受信機アンテナ１１９の視野内のすべて
のGPS衛星１２０に関して生成される。

【００２２】SMLC１１２に差分修正データを送信するだ
けでなく、各衛星から収集される天体歴およびクロック
修正データ（以後は集合的に「天体歴データ」と称す
る）も同様に送信される。SMLC１１２は、天体歴および
差分修正データを収集し、セルラ搬送波信号１０１上で
変調され複数のユーザ１０４に送付される別々のメッセ
ージを準備する。個々のメッセージのフォーマットは、
送信モードの関数として可変する。「地点間（point-to
-point）」と「ブロードキャスト（broadcast）」（ま
たは「地点対多重地点（point-to-multipoint）」）の
両方の動作モードのためのメッセージ構造は、後に詳述
する。

【００２３】最新のセルラ・システムは、位置特定サー
ビス（LCS：location service）と関連技術とを備え、
論理LCSアーキテクチャ，信号化プロトコルおよびイン
タフェース，ネットワーク位置特定手順および位置決定
手順など、多くのアーキテクチャ，プロトコルおよび手
順が依然として開発段階にある。従って、GSM規準０
３．７１（機能説明）に説明されるLCSと関連技術とを
有するGSMセルラ・ネットワークが上記に提示される
が、本発明の補助GPSプロトコルは、現在および将来のL
CSアーキテクチャ，プロトコルおよび手順に適応できる
だけの充分な柔軟性を備える。

【００２４】図２を参照して、位置特定サービス（LC
S）を支援することのできるアーキテクチャを説明す
る。本発明の好適な実施例によるLCSは、１つのネット
ワーク・ノード、移動位置特定センタ（MLC：Mobile Lo
cation Center）を追加することにより、GSM構造上に論
理的に構築される。一般的なBSS準拠SMLC１１２をこの
図に示す。このアーキテクチャを組み合わせて、LCSア
ーキテクチャの変型を作成することができる。

【００２５】基地局システム（BSS）は、種々の位置決
定手順の処理に従事する。個々のBSS機能は、位置決定
手順セクションの各々において指定される。

【００２６】ゲートウェイ移動位置特定センタ（GMLC:
Gateway Mobile Location Center）１２４は、LCSを支
援するために必要な機能を含む。ある公衆地上移動ネッ
トワーク（PLMN: Public Land Mobile Network）１２６
においては、２つ以上のGMLC１２４が存在する場合があ
る。GMLC１２４は、外部のLCSクライアント１２８がGSM
PLMNにアクセスする最初のノードである。すなわち、L
e（外部ユーザとMLCとの間のインタフェース）１３０基
準点がGMLC１２４によって対応される。外部LCSクライ
アント１２８は、特定の移動局（MS）１０４または特定
の移動局群１０４の位置の識別を要求する実体である。
GMLC１２４は、Lhインタフェース（MLCとホーム位置レ
ジスタ（HLR：Home Location Register）との間）を介
して、HLR１３２から配信情報を要求する。登録認可の
実行後に、GMLCは位置決定要求を送付し、Lgインタフェ
ース（GMLCとMSC/VLRとの間）１３６を介してMSC/VLR１
２２から最終的な位置推定値を受信する。

【００２７】対応移動位置特定センタ（SMLC）１１２
は、LCSを支援するために必要な機能を備える。あるPLM
Nにおいては、２つ以上のSMLC１１２が存在することが
ある。SMLC１１２は、移動局の位置決定を実行するため
に必要な資源の全体的な調整とスケジュール作成を管理
する。また、最終的な位置推定と精度の計算も行う。２
種類のSMLC１１２が可能である。本発明の好適な実施例
によるSMLC１１２はBSS準拠SMLCである。すなわち、SML
C１１２と基地局コントローラ（BSC）１１０との間のLb
インタフェース１３８を支援する。SMLCとMSC/VLRとの
間のLsインタフェースを支援するNSS準拠SMLCが、本発
明の代替実施例に関連して、本明細書の後半で示され説
明される。

【００２８】BSS準拠SMLC１１２は、目的のMS１０４に
対応するBSC１１０へのLbインタフェース１３８上の信
号を介して位置決定を支援する。いずれの種類のSMLC１
１２も、Lpインタフェース１４０を支援して、別のSMLC
１１２が所有する情報および資源へのアクセスを可能に
する。SMLC１１２は、無線インタフェース測定の目的で
複数の位置測定ユニット（LMU: Location Measurement
Unit）１４２，１４３を制御し、それが対応するエリア
内のMS加入者の位置特定を行うか、位置特定を助ける。
SMLC１１２は、そのLMU１４２，１４３の各々により生
成される測定の機能と種類に支配される。BSS準拠SMLC
１１２とLMU１４２，１４３との間の信号は、Lbインタ
フェース１３８と、タイプＡのLMU１４２のためのUmイ
ンタフェース１４４またはタイプＢのLMU１４３のため
のエービス・インタフェース（Abis interface）１４５
のいずれかとを用いてLMUに対応する、あるいはそれを
制御するBSC１１０を介して転送される。SMLC１１２とG
MLC１２４の機能を同一の物理的ノード内に結合するこ
とも、既存の物理的ノードに結合することも、異なるノ
ード内に常駐させることもできる。

【００２９】位置特定サービスに関して、セル・ブロー
ドキャスト・センタ（CBC: Cell Broadcast Center）１
５０がBSC１１０と接続されると、SMLC１１２がCBC１５
０とインタフェースして、既存のセル・ブロードキャス
ト機能を利用して補助データをブロードキャストする。
SMLC１１２は、CBC１５０に対してユーザすなわちセル
・ブロードキャスト実体として機能する。CBC１５０の
従来の動作は、GSM規準０３．４１に記述される。ま
た、MS１０４は、様々な位置決定手順に従事する。

【００３０】LMU１４２，１４３は、１つ以上の位置決
定方法を支援するための無線測定を行う。これらの測定
は２つのカテゴリの一方に入る。すなわち、MS１０４の
位置を計算するために用いられる１つのMS１０４に特有
の位置測定と、一定の地域内のすべてのMS１０４に特有
の補助測定である。LMU１４２，１４３が得たすべての
位置および補助測定値は、LMU１４２，１４３に接続さ
れる特定のSMLC１１２に供給される。これらの測定のタ
イミング，性質および周期性に関する命令は、SMLC１１
２により提供されるか、あるいは、LMU１４２，１４３
内に予め決定される。LMUには２種類あり、タイプＡのL
MU１４２は、通常のGSM電波送信媒体インタフェースUm
１４４上でアクセスされるLMUであり、タイプＢのLMU１
４３はエービス・インタフェース１４５を介してアクセ
スされるLMUである。

【００３１】MSC１２２は、移動局の加入認可を行い、G
SM LCSの呼関連または非呼関連位置決定要求を管理する
機能を含む。MSCは、Lgインタフェース１３６を介してG
MLC１２４にアクセスすることができる。

【００３２】HLR１３２は、LCS加入データと配信情報と
を含む。HLR１３２は、GMLC１２４からLhインタフェー
ス１３４を介してアクセスすることができる。ローミン
グ中のMS１０４に関しては、その移動局に対応するHLR
１３２が現SMLC１１２とは異なるPLMN１２６内にある。

【００３３】gsmSCF１５２は、PLMNの一部である。Lcイ
ンタフェース１５４は、LCSに対するCAMELアクセスを支
援し、移動ネットワーク強化論理のためのカストマイズ
ド・アプリケーション（CAMEL: Customized Applicatio
ns for Mobile Network Enhanced Logic）のフェーズ３
においてのみ適用可能である。これに関する手順と信号
は、それぞれGSM規準０３．７８，０９．０２に定義さ
れる。

【００３４】LCSアーキテクチャは、高度の柔軟性に対
応することを意図し、それによって任意の物理的SMLC１
１２が複数のLbインタフェース１３８を支援することが
でき（たとえば、BSS準拠SMLC１１２が複数のBSC１１０
に対応できるようにする）、また異なる種類のSMLC１１
２の混合体が単独のネットワークまたは単独のMSCエリ
アに対応することができる。もちろん、異なる種類のSM
LCの混合体は、単独のネットワークまたは単独のMSCエ
リアにも対応することができる。

【００３５】図１および図２に示されるシステム・アー
キテクチャはBSSアーキテクチャである。好適な実施例
は、BSSアーキテクチャに関して説明されるが、本発明
の補助GPSプロトコルは多くの他のシステム・アーキテ
クチャ上でも可能化することができる。１つのアーキテ
クチャ、すなわちネットワーク・システム・サブシステ
ム（NSS: Network System Subsystem）アーキテクチャ
を、本発明のある代替実施例に関して以下に説明する。

【００３６】SMLC内で起こる演算と事象の配列を図３の
流れ図に説明する。このプロセスは、DGPS基準受信機か
らの差分修正データの受信３００で始まる。公称出力速
度（たとえば０．１〜１．０Hz）で修正データを送信す
るためにシリアル・リンクが利用される。好ましくは、
本発明により、DGPS基準受信機により生成される修正デ
ータは、天体歴データの全集合に関して導かれる（これ
は各々の独自の天体歴集合に伴うデータ天体歴の発行
（IODE: Issue Of Data Ephemeris）ワードを通じて決
定される）。あるいは、修正が１つのIODEに関してのみ
計算される場合は、SMLC自身が必要な計算を実行するこ
ともできる。段階３０２において、現DGPSメッセージ通
信モードに関する評価が行われる。すなわち、モードが
ブロードキャストの場合、DGPSブロードキャスト・メッ
セージが構築され３０４、SMLCによってこのメッセージ
をブロードキャストすべきときであると判断されると３
０６、メッセージはセルラ搬送周波数上に変調され３０
８、最終的にネットワークが対応するエリア全体にブロ
ードキャストされる。一方で、DGPS地点間メッセージ要
求が受信されると３１６、このメッセージが構築され３
１８、セルラ搬送周波数上に変調されて、最終的に要求
を行うハンドセットに送信される。同様に、「地点間」
天体歴メッセージに関する要求が受信されると３２２、
そのメッセージが構築され３２４、セルラ搬送周波数上
に変調され３２６、最終的に天体歴データを要求するハ
ンドセットに送信される。最後に天体歴メッセージ通信
モードがブロードキャストの場合３２８、そのメッセー
ジが３３０で構築され、このメッセージをブロードキャ
ストすべきときであるか否かの評価がなされる３３２。
ブロードキャストすべきときである場合は、メッセージ
はセルラ搬送周波数上に変調され３３４、最終的に、ネ
ットワークが対応するエリア全体に送信される。本発明
に関するブロードキャストおよび地点間メッセージすべ
ての詳細な定義は後述する。

【００３７】図４は、SMLC１１２とBSS準拠SMLC１１２
を伴う目標MS（移動局）１０４との間の信号化プロトコ
ルを支援するために用いられるプロトコル層を示す。SM
LC１１２，MSC１２２およびBSC１１０の間の信号化の詳
細については、この説明では触れない。

【００３８】図４に示されるプロトコルの多くは、従来
のGSMセルラ・システムに典型的なプロトコルであり、G
SM規準０１．０４に説明される。位置特定サービス（LC
S）にとって新規なプロトコルを、次のように定義す
る。RRは無線資源を表す。RRLPは目標MSに対するRR LCS
プロトコルを表す。UmはLMUに対する電波送信媒体イン
タフェースである。BSSAP-LEは、基地局システム・アプ
リケーション部−LCS延長を表す。BSSLAPは基地局シス
テムLCS補助プロトコルを表す。Lb１３８は、SMLCとBSC
との間のインタフェースを表す。

【００３９】図５を参照して、本発明の好適な実施例に
よる図１の補助GPS無線電話システム上で地点間メッセ
ージ通信として動作する移動局発信位置特定要求の流れ
図を説明する。図示されるデータの流れによって、移動
局（MS）は自身の位置，位置補助データまたはブロード
キャスト補助データ・メッセージ暗号化キーのいずれか
を、ネットワークから要求することができる。位置補助
データは、その後にMSが用いて、移動局基準位置決定法
を用いて長い期間に亘り自身の位置を計算する。暗号化
キーによりMSは、ネットワークが定期的にブロードキャ
ストする他の位置補助データの暗号解読を行うことがで
きる。位置更新要求後のMO-LR（移動局発信位置特定要
求: Mobile Originating Location Request）を用いる
ことで、暗号化キーまたはGPS補助データを、GSM規準０
４．０８に規定される続行手順を用いて要求することが
できる。この手順は、MSが他のLCSクライアントに対し
て自身の位置を送付するよう要求することも可能にす
る。図５に示される１６個の段階は、段階８を除いて、
GSM規準０３．７１に詳細に説明され、当業者には周知
である。

【００４０】本発明により、主な補助GPS関連データの
流れを段階８に示す。この信号流は、ハンドセット型GP
Sおよびハンドセット補助GPSなどすべてのMS準拠位置特
定法に共通のものである。メッセージ４２８において、
SMLCは補助データを決定し、それをRRLP補助データ（RR
LP ASSISTANCE DATA）メッセージにおいてBSCに送付す
る。それに応答してメッセージ４３０において、BSCは
補助データをRRLP補助データ・メッセージにおいてMSに
転送する。補助データが１つのメッセージに入らない場
合は、メッセージ４２８，４３０を繰り返すことができ
る。メッセージ４３２において、MSは、完全な補助デー
タの受信を、RRLP補助データ肯定応答（ACK）により、B
SCに肯定応答する。BSCは、RRLP補助データACKメッセー
ジをメッセージ４３４として、SMLCに転送する。

【００４１】上記に説明される補助データの流れに加え
て、位置決定手順の流れも段階８に示される。位置決定
手順の流れは、SMLCが可能性のある補助データを決定
し、RRLP測定位置（RRLP MEASURE POSITION）要求をBSC
４２８に送り、BSCがRRLP測定位置要求４３０内でMSに
対してQoSおよび補助データを含む位置決定要求を送付
する段階によって構成される。MSにおいて位置の機密性
が可能化されない場合、あるいは可能化されるが緊急通
話用の位置捕捉に打ち消される場合は、MSが要求された
GPS測定を実行する。MSが自身の位置を計算することが
でき、それが必要とされる場合は、MSはGPS位置推定値
を計算する。これらの動作を実行するために必要なデー
タはすべて、RRLP測定位置要求内に提供されるか、ある
いはブロードキャスト源から入手可能になる。得られた
GPS測定値またはGPS位置推定値は、RRLP測定位置応答４
３２内でBSCに返送される。MSが必要な測定を実行でき
なかった、あるいは位置を計算できなかった場合は、失
敗標示が代わりに返送される。BSCは、LCS情報リポート
・メッセージ内の測定位置応答に測定結果をSMLCに対し
て送付する４３４。

【００４２】本発明の好適な実施例による補助GPSシス
テム上で地点間メッセージ通信として動作する移動終端
位置特定要求のデータ流れ図を図６に示す。このメッセ
ージ通信により、緊急時サービス（救急車や消防署）な
ど外部のLCSクライアントは、目的の移動局の現在位置
を要求することができる。これを、移動終端位置特定要
求（MT-LR：Mobile Terminating Location Request）と
呼び、１６個の段階の詳細な説明は、段階１１を除き、
GSM規準０３．７１に示される。外部LCSクライアントが
北米緊急サービス（North American Emergency Servic
e）である場合には、NAES MT-LRは段階１，４，８，１
２，１５，１６のみを含むものと定義され、本発明の好
適な実施例によりさらに段階１１を含む。

【００４３】本発明の好適な実施例による補助GPS位置
決定とデータの流れを段階１１に示す。この信号流は、
ハンドセット型およびハンドセット補助型GPSを含むす
べてのMS準拠位置特定法に適用することができる。段階
１１の４３６，４３８，４４０，４４２に示すBSS準拠S
MLCによる補助データ配信の流れは、図５の段階８の４
つの段階（すなわち段階４２８，４３０，４３２，４３
４）と同じである。同様に、この流れには２つの面、す
なわち補助データ流と位置決定手順流があり、図６の段
階１１における位置決定手順の流れは図５の段階８のそ
れと同じである。

【００４４】図７を参照して、本発明の補助GPSシステ
ムにおけるGPSブロードキャスト・メッセージ通信の好
適なデータの流れを示す。図７に示されるブロードキャ
スト・メッセージ通信は、地点対多重地点補助データ・
ブロードキャストとも呼ばれ、図５および図６の方法と
同様、図７の信号流はハンドセット型およびハンドセッ
ト補助型GPSを含むすべてのMS準拠位置特定法に適用す
ることができる。

【００４５】GPS補助データ・ブロードキャスト・メッ
セージはSMLC内で作成され、暗号化された部分を含むメ
ッセージ全体と転送を制御するパラメータとがSMLCから
MSに転送される。本発明の好適な実施例により、ショー
ト・メッセージ・サービス・セル・ブロードキャスト
（SMSCB：Short Message Service Cell Broadcast）不
連続受信（DRX：Discontinuous Receive）サービスがLC
S補助データ・ブロードキャストのために用いられる。
第１スケジュール・メッセージの受信に先立ち、MSは各
メッセージ・ロットの第１ブロックを読んで、LCSブロ
ードキャスト・データまたはスケジュール・メッセージ
を受信できるようにしなければならない。スケジュール
・メッセージの受信後、MSはスケジュール情報に従っ
て、LCSブロードキャスト・データを受信することにな
る。

【００４６】SMLCは、次に完全なブロードキャスト・メ
ッセージ４５０を、LCSブロードキャスト・データ・メ
ッセージと共にCBCに送付する。このLCSブロードキャス
ト・データ・メッセージには、ブロードキャストされる
データと、どのBTSにブロードキャスト・メッセージが
宛てられるか、いつブロードキャストが行われるかを示
すパラメータとが含まれる。LCSブロードキャスト・デ
ータ・メッセージは、MSにブロードキャストされてMSが
GSM規準０４．１２の仕様に指定されるSMSCB DRX機能を
利用することができるようにするSMSCBスケジュール情
報も含む。SMSCBDRX動作は、MS性能を最適化するために
必要とされる。

【００４７】次に、CBCはメッセージ４５２に示される
ように、GSM０３．４１に従ってBSCおよびBTSへのメッ
セージ転送を開始する。次に、CBCからSMLCへのLCSブロ
ードキャスト・データ応答メッセージ４５４を用いて、
LCSブロードキャスト・データが配信されたことと要求
が達成されたことを知らせる。このメッセージは必須で
はない。次に、BTSはGSM規準０３．４１により、MSへの
メッセージ転送４５６を開始する。BSCにSMLCおよび／
またはCBCが統合される他の実行例では、他のメッセー
ジ信号を用いることがある。

【００４８】図８を参照して、本発明を実現する補助GP
S可能化セルラ無線電話などのワイヤレス通信装置のブ
ロック図を示す。好適な実施例においては、フレーム生
成器ブロック５０１とマイクロプロセッサ５０３とが結
合して、セルラ・システム内で補助GPS位置決定を動作
するために必要な通信プロトコルを生成する。マイクロ
プロセッサ５０３は、好ましくは１つのパッケージ５１
１に統合されるRAM５０５，EEPROM５０７およびROM５０
９によって構成されるメモリ５０４を用いて、送信プロ
トコルを生成し受信プロトコルを処理するために必要な
段階を実行する。また、マイクロプロセッサ５０３は、
ディスプレイ５１３への書き込み，キーパッド５１５か
らの情報の受け入れ，コネクタ５１６を介する入力／出
力情報の受け入れ、周波数シンセサイザ５２５の制御，
信号を増幅し、マイクロフォンからオーディオ出力を受
信し、スピーカにオーディ出力を提供するために必要な
段階の実施など、ワイヤレス通信装置の他の機能を実行
する。本発明の好適な実施例により、マイクロプロセッ
サはGPS回路構成５５０の機能の制御ならびにワイヤレ
ス通信装置の位置の計算も行う。

【００４９】送信機５２３は、周波数シンセサイザ５２
５により生成される搬送周波数を用いて、アンテナ５２
９を通じて送信を行う。通信装置のアンテナ５２９によ
り受信される情報が受信機５２７に入り、受信機は周波
数シンセサイザ５２５からの搬送周波数を用いてシンボ
ルを復調する。マイクロプロセッサ５０３は、任意で、
CDMAまたはTDMA波形などのデジタルワイヤレス波形を処
理するためのデジタル信号プロセッサ手段を備えること
もある。

【００５０】ワイヤレス通信装置に組み込まれるグロー
バル・ポジショニング・システム受信機５５０は、従来
の自律的受信機設計のものでも、補助GPS受信機設計の
ものでもよい。このような自律的GPS受信機の一例は、K
ennedyおよびKingによる米国特許第５，１４８，４５２
号に開示されるものである。補助型のGPS受信機の一例
は、Krasnerによる米国特許第５，６６３，７３４号に
示される。従来のGPS設計は、衛星準拠位置計算を行う
のに必要な位置データのすべてがアンテナ５３２を介し
てGPS衛星から直接的に配信されるという、より自律的
なモードで動作する。補助GPS受信機設計は、必要な衛
星位置パラメータの一部または全部を、図１ないし図７
により本発明に説明されるように通信アンテナ５２９を
介して得る。

【００５１】本発明により、補助情報は、セルラ・イン
フラストラクチャ・ネットワーク体により展開され、上
記の迅速な位置決定に必要とされるデータ・パラメータ
の一部または全部を配信する独自のメッセージ・プロト
コルにより、ワイヤレス通信装置に送信される。位置デ
ータの捕捉の高速化に加えて、ワイヤレス通信装置に配
信される補助情報は、米国特許第５，６６３，７３４号
に開示されるように、市街地域など困難な信号妨害環境
や建物内などのGPS信号の検出を大幅に強化することが
できる。

【００５２】ワイヤレス通信装置に組み込まれる補助GP
S受信機の要素は、GPS衛星により送信される信号を受信
するためのGPSアンテナ５３２からなる。GPS下方変換器
５３４は、１５７５．４２MHzのGPS中心周波数をより低
い中間またはゼロのIF周波数５４６に変換する。中間ま
たはゼロのIF周波数はアナログ−デジタル変換器５３６
によりデジタル化される。変換器５３６は、クロック発
生器５３８の命令により中間またはゼロのIF周波数信号
の周期的なサンプルを作成する。アナログ−デジタル変
換器５３６の出力は、ベースバンド・プロセッサ相関器
５４０に配信される。ベースバンド・プロセッサ相関器
５４０は、信号５４８に関してデジタル信号処理機能を
実行して、アンテナ５３２に同時に到着する複数のGPS
衛星信号の到着時刻を決定する。GPS信号の到着時刻の
測定値は、受信される特定のGPS衛星拡散コードの各々
のコードフェーズ内ならびに衛星拡散コードに重複する
毎秒５０ビットのデータ変調に暗号化される。

【００５３】好適な実施例においてはワイヤレス通信装
置無線周波数発生器／シンセサイザ５２５を信号５４２
を介してGPS下方変換器５３４の基準周波数の基礎とし
て用いる。多くのワイヤレス通信装置においては、無線
基準周波数発生器シンセサイザ５２５は、アンテナ５２
９に到着するインフラストラクチャ基地局搬送周波数に
周波数において同期するよう制御される。この搬送周波
数は、水晶制御発振器などの通常の低価格のハンドセッ
ト基準周波数発生器よりもはるかに周波数において安定
している。インフラストラクチャ制御周波数をGPS下方
変換器の基礎として用いることにより、インフラストラ
クチャ基地局搬送波の高周波数安定性を用いて、GPS衛
星信号のためのドップラ周波数探索空間を制限すること
ができる。

【００５４】シンセサイザ基準クロック信号５４２も、
クロック発生器５３８によりスケーリングされて、アナ
ログ−デジタル変換器５３６のサンプル・クロック信号
を生成し、任意で、クロック信号を精製して、GPSベー
スバンド・プロセッサ相関器５４０を駆動する。

【００５５】図９，１０，１１，１２は、本発明の可能
なプロトコルによるハンドセット内で行われる動作と計
算のシーケンスに対応する。図９には、「地点間」天体
歴プロトコルと「地点間」差分プロトコルとが図示さ
れ、図１０には「ブロードキャスト」差分プロトコルと
結合される「地点間」天体歴プロトコルが図示される。
図１１には「地点間」差分プロトコルと結合される「ブ
ロードキャスト」天体歴プロトコルが図示され、図１２
には「ブロードキャスト」天体歴プロトコルと「ブロー
ドキャスト」差分プロトコルとの組み合わせが図示され
る。

【００５６】本発明の第１プロトコルの組み合わせを表
す図９において、ハンドセット内の事象のシーケンス
は、GPS衛星信号の捕捉から始まる。GPS信号捕捉プロセ
スは、段階６００でセルラ・インフラストラクチャから
送信される補助データの助けを借りて行われる。このデ
ータにより、GPS受信機捕捉プロセスにおけるドップラ
およびコード位相検索ウィンドウが狭まり、そのために
利用可能なGPS信号の捕捉が大幅にスピードアップす
る。この段階は、すべてのプロトコル組み合わせについ
て共通であることに留意されたい。捕捉補助データが受
信されると、段階６０２において適切な信号強度のGPS
信号について擬距離（PR：Pseudo Range）測定値が決定
される。これに続いて、正確な位置を支援するために利
用することのできる充分なPRが存在するか否かの判断６
０４が行われる。一般に、１つの位置を計算するために
４つの衛星が必要である。しかし、移動ハンドセットの
インフラストラクチャから高度が推定または供給される
場合は、３つの衛星で充分である。充分な衛星が利用可
能な場合は、利用可能な天体歴データが収集され検証さ
れる６０６。また、それに由来する位置精度が段階６０
８で計算される。予測される精度が充分な場合には、適
切な差分修正データを段階６１６におけるように要求す
ることができる。しかし、精度が充分でない場合は、ど
の衛星の天体歴データを更新する必要があるかの判断が
６１２で行われ、６１４でこれらの衛星のみに関する更
新済み天体歴の要求が行われる。要求されるDGPS修正デ
ータ６１６は、各天体歴のIODEに特有である。修正デー
タが受信されると、まず、現在時刻まで修正を進め６１
８、次に測定されるPRに適用する６２０。被測定PRと各
衛星に対する予測距離との間に残余が形成され（天体歴
データと以前の位置推定値を用いて導かれる）６２２、
位置推定値を精密にする、あるいは正確な位置を計算す
る６２４ために用いられる。このプロトコルの組み合わ
せを用いる場合は、各ハンドセット位置計算のためのデ
ータの転送制御は、ハンドセットそのものの中に常駐す
る。従って、このようなプロトコルにより、各転送は移
動ハンドセットの必要性により駆動されるので、セルラ
・ネットワーク内のデータのトランザクションが最小限
になる。

【００５７】本発明の第２プロトコルの組み合わせを表
す図１０において、ハンドセット内の事象のシーケンス
は、GPS衛星信号の捕捉から始まる。GPS信号捕捉プロセ
スは、段階６２８でセルラ・インフラストラクチャから
送信される補助データの助けを借りて行われる。このデ
ータにより、GPS受信機捕捉プロセスにおけるドップラ
およびコード位相検索ウィンドウが狭まり、そのために
利用可能なGPS信号の捕捉が大幅にスピードアップす
る。捕捉補助データが受信されると、段階６３０におい
て適切な信号強度のGPS信号について擬距離（PR）測定
値が決定される。これに続いて、正確な位置を支援する
ために利用することのできる充分なPRが存在するか否か
の判断６３０が行われる。一般に、１つの位置を計算す
るために４つの衛星が必要である。しかし、移動ハンド
セットのための地上データベースから高度が推定または
供給される場合は、３つの衛星で充分である。充分な衛
星が利用可能な場合は、利用可能な天体歴データが収集
され検証される６３２。また、それに由来する位置精度
が段階６３４で計算される。予測される精度が充分な場
合には、適切な差分修正データを段階６４２において収
集することができる。しかし、精度が充分でない場合
は、どの衛星の天体歴データを更新する必要があるかの
判断が６３８で行われ、６４０でこれらの衛星のみに関
する更新済み天体歴の要求が行われる。段階６４２にお
いて、DPGSブロードキャスト・データが収集され、現在
時刻まで進められる６４４。６４６では、天体歴年代に
基づき修正を調整しなければならない。ブロードキャス
ト・メッセージは、すべての可能なデータ天体歴発行
（IODE）値に関する修正値を含むことに留意されたい。
進行し調整された修正値は、被測定PRに適用される６４
８。被測定PRと各衛星に対する予測距離との間に残余が
形成され（天体歴データと以前の位置推定値を用いて導
かれる）６５０、位置推定値を精密にする、あるいは正
確な位置を計算する６５２ために用いられる。このプロ
トコルの組み合わせを用いる場合は、各ハンドセット位
置計算のための天体歴データの転送制御は、ハンドセッ
トそのものの中に常駐する。従って、このようなプロト
コルにより、各転送は移動ハンドセットの必要性により
駆動されるので、セルラ・ネットワーク内のデータ天体
歴の配布に関わるトランザクションが最小限になる。し
かし、DGPS「ブロードキャスト」モードを利用すると、
図９に説明する第１プロトコルの組み合わせに比較し
て、DGPSデータ配布のトラフィック流が増大することに
なる。この増加は、DGPS修正値をいつ配布するかを決定
するためのインフラストラクチャ内の論理を簡素化する
ことで起こる。これは、修正値が一定速度（たとえば通
常３０秒ごと）で単純にブロードキャストされるためで
ある。

【００５８】本発明の第３プロトコルの組み合わせを表
す図１１において、ハンドセット内の事象のシーケンス
は、GPS衛星信号の捕捉から始まる。GPS信号捕捉プロセ
スは、段階６５４でセルラ・インフラストラクチャから
送信される補助データの助けを借りて行われる。このデ
ータにより、GPS受信機捕捉プロセスにおけるドップラ
およびコード位相検索ウィンドウが狭まり、そのために
利用可能なGPS信号の捕捉が大幅にスピードアップす
る。捕捉補助データが受信されると、段階６５６におい
て適切な信号強度のGPS信号について擬距離（PR）測定
値を導くことができる。これに続いて、正確な位置を支
援するために利用することのできる充分なPRが存在する
か否かの評価６５８が行われる。一般に、１つの位置を
計算するために４つの衛星が必要である。しかし、移動
ハンドセットの地上データベースから高度が推定または
供給される場合は、３つの衛星で充分である。充分な衛
星が利用可能な場合は、利用可能な天体歴データが収集
され検証される６６０。最新のブロードキャスト天体歴
データが収集され、６６２において補間法を用いる衛星
位置の計算に用いられる。要求されるDGPS修正データ６
６４は、各天体歴のIODEに固有のものである。修正デー
タが受信されると、まず、現在時刻まで修正を進め６６
６、次に測定されるPRに適用する６６８。被測定PRと各
衛星に対する予測距離との間に残余が形成され（天体歴
データと以前の位置推定値を用いて導かれる）６７０、
位置推定値を精密にする、あるいは正確な位置を計算す
る６７２ために用いられる。このプロトコルの組み合わ
せを用いる場合は、各ハンドセット位置計算のためのDG
PSデータの転送制御は、ハンドセットそのものの中に常
駐する。従って、このようなプロトコルにより、各転送
は移動ハンドセットの必要性により駆動されるので、セ
ルラ・ネットワーク内のデータのトランザクションがが
最小限になる。しかし、天体歴「ブロードキャスト」モ
ードを利用すると、図９に説明する第１プロトコルの組
み合わせに比較して、天体歴データ配布のトラフィック
流が増大することになる。この増加は、天体歴データを
いつ配布するかを決定するためのインフラストラクチャ
内の論理を簡素化することで起こる。これは、データが
一定速度（たとえば通常３０秒ごと）で単純にブロード
キャストされるためである本発明の第４プロトコルの組
み合わせを表す図１２において、ハンドセット内の事象
のシーケンスは、GPS衛星信号の捕捉から始まる。GPS信
号捕捉プロセスは、段階６７４でセルラ・インフラスト
ラクチャから送信される補助データの助けを借りて行わ
れる。このデータにより、GPS受信機捕捉プロセスにお
けるドップラおよびコード位相検索ウィンドウが狭ま
り、そのために利用可能なGPS信号の捕捉が大幅にスピ
ードアップする。捕捉補助データが受信されると、段階
６７６において適切な信号強度のGPS信号について擬距
離（PR）測定値を導くことができる。これに続いて、正
確な位置を支援するために利用することのできる充分な
PRが存在するか否かの評価６７８が行われる。一般に、
１つの位置を計算するために４つの衛星が必要である。
しかし、移動ハンドセットの地上データベースから高度
が推定または供給される場合は、３つの衛星で充分であ
る。充分な衛星が利用可能な場合は、利用可能な天体歴
データが収集され検証される６８０。最新のブロードキ
ャスト天体歴データが収集され、６８２において補間法
を用いる衛星位置の計算に用いられる。段階６８４にお
いて、DGPSブロードキャスト・データが収集され、現在
時刻まで進行する６８６。段階６８８で、天体歴年代に
基づき修正値を調整しなければならない。ブロードキャ
スト・メッセージには、すべての可能なIODE値に関する
修正が含まれることに留意されたい。進行し調整された
修正値は、被測定PRに適用される６９０。被測定PRと各
衛星に対する予測距離との間に残余が形成され（天体歴
データと以前の位置推定値を用いて導かれる）６９２、
位置推定値を精密にする、あるいは正確な位置を計算す
る６９４ために用いられる。このプロトコルの組み合わ
せを用いる場合は、各ハンドセット位置計算のための天
体歴およびDGPS修正データの転送制御は、ネットワーク
内に常駐する。従って、このようなプロトコルにより、
ネットワークからのデータの配布に関する論理が最小限
になるが、「地点間」法と比較すると、追加のネットワ
ーク・トラフィックを犠牲にする。

【００５９】本発明の大きな利点は、地点間天体歴送信
に関するビット速度の低減である（上記表１と下記の表
６を参照されたい）。このネットワーク中心の手法に関
する表１の最終欄に記載される平均更新速度の予測を、
下記の表６に示される本発明のハンドセット中心の手法
に関する対応する予測と対比させることができる。この
比較では、提案される本発明を用いて達成されるネット
ワーク・トラフィックの減少が強調される。この減少
は、地点間およびブロードキャスト差分メッセージ（そ
れぞれ、下記の表３，４に定義される）が経年変化によ
る天体歴データの誤差を吸収することができるために可
能になる。これは、以下の節において分析的に導かれる
天体歴誤差の「空間的相関解除」がきわめて小さいこと
による。

【００６０】差分GPS基準局（図面ではDGPS RSと示され
る）と移動ハンドセット（MSと示される）の相対的幾何
学形状が図１３に示され、これを用いて天体歴誤差に関
わる空間的相関解除の境界線を描くことができる。GPS
衛星までの距離がきわめて大きいので、図面の角度φは
次式により良好に近似される。

【００６１】

【数１】

【００６２】ただしφは見通し線ベクトル間の角度；ｄ
は移動局と差分基準局との間の距離；ＲはGPS衛星まで
の距離である。

【００６３】明らかにφの値が大きいほど、移動局と基
準局との間の離隔は大きくなり、空間的相関解除も大き
くなる。ｄについて１００kmの最大値を選択し、Ｒにつ
いて３つ分の地球半径（衛星の直接オーバーヘッドに対
応）の最小値を選択すると、φに関して０．００５ラジ
アンの最大値が得られる。図面の平面内の天体歴誤差の
成分にはdp_r（半径成分）とdp_c（図面の平面における半
径と交差する成分）とが示される。天体歴誤差の残りの
成分（図面平面に直交する）は空間的相関解除には影響
しない。

【００６４】空間的相関解除は、基準局および移動局か
ら衛星までの見通し線（LOS：LineOf Sight）の差から
得られる。半径成分に関しては空間的相関解除のスケー
ル・ファクタは（１−cosφ）であり、半径に交差する
成分についてはスケール・ファクタはsinφである。φ
がきわめて小さいので、半径交差成分が支配的になり、
φ自身に比例する。従って、最悪の場合のスケール・フ
ァクタは、天体歴誤差１ｍあたり０．００５メートルの
差分修正後距離測定誤差となる。このため、最悪の場合
に適用可能な差分修正の適用後に１メートルの距離測定
誤差を生成するには、２００メートル超の半径交差天体
歴誤差が必要になる。

【００６５】図１４は、１シグマ軌跡内（Ｉ），半径
（Ｒ）および軌跡交差（Ｃ）位置と速度誤差成分として
それぞれメートルおよびメートル／秒で表した天体歴
（すなわちｔ−t_oe）の不調度に対する天体歴位置およ
び速度精度を、天体歴適用可時刻（t_oe）からの時間に
対して数量化する。図面は、ジェット推進研究所（Jet
Propulsion Laboratory）が行う国際GPSサービス（IG
S：International GPS Service）から得られた正確な天
体歴データを伴う１９９８の集合のうち３５８のブロー
ドキャスト天体歴集合からの予測差からサンプル標準偏
差を計算することにより導いた。

【００６６】通常、GPS衛星の天体歴時刻（toe: time o
f ephemeris）は、衛星から最初に入手されてその後でG
PS可能化移動局に利用可能になるときには、現在の時刻
「ｔ」より２時間進んでいることに留意すべきである。
その結果、２時間のｔ−toeの値は、各天体歴集合の４
時間の適合間隔を示す同じ天体歴集合（−２時間≦ｔ−
toe≦＋２時間）を利用する可能な４時間期間に対応す
る。従って、衛星の位置および速度誤差（以下に述べる
ユーザの自律的位置誤差に置き換え可能）にほとんど影
響を与えずに、任意の天体歴集合の適用可時期を５時間
（ｔ−toe＝＋３時間）以上にすることができる。ま
た、この誤差は、衛星の視認可能性通過全体について調
整されたDGPS修正により完全に除去される。

【００６７】地表付近の動作に関しては、衛星軌道間隔
が６時間を超えることは予想されない。半径交差誤差成
分が残余誤差に対して支配的貢献を行い、この検出は一
般に軌跡交差および軌跡内成分と一致するので、最悪の
場合の天体歴誤差を、図１４の軌跡内成分を用いて決定
することができる。これが最大成分となる。この成分を
用いると、ほぼ１００メートルの最悪の場合の１シグマ
半径交差位置誤差成分が得られる。これを３でスケーリ
ングして最悪の場合の３シグマ条件に対応させ、上記か
ら導かれる最悪の場合の空間的相関解除スケール・ファ
クタで掛け算すると、０．４メートルという最悪の場合
の残余距離測定誤差が得られる。これは、緊急時の位置
特定および他の位置を基準とするサービスに関する要件
と照らして、確実に受け入れることができる。

【００６８】本発明は、４つの地点間メッセージと２つ
のブロードキャスト・メッセージとを定義する。すなわ
ち、地点間メッセージ−−要求天体歴／クロック修正更
新（ハンドセットからネットワークへ），天体歴／クロ
ック修正更新（ネットワークからハンドセットへ），要
求地点間DGPS修正（ハンドセットからネットワークへ）
および地点間DGPS修正（ネットワークからハンドセット
へ）と，ブロードキャスト・メッセージ−−DGPSブロー
ドキャスト・メッセージ（ネットワークから多くの移動
局へ），および天体歴ブロードキャスト・メッセージ
（ネットワークから多くの移動局へ）とである。各メッ
セージの交換について、詳細なパラメータの説明と共に
さらに説明する。天体歴／クロック修正更新要求（移動
局からネットワークへ）地点間天体歴制御メッセージにより、最小限の制御と、
未処理の天体歴およびクロック修正データの、移動局へ
の送信が可能になる。このプロトコルにおいては、SVID
のリストと衛星の対応するIODE（データ天体歴の発行）
を提示することにより、MSがネットワークに対して、そ
れがメモリ内にどの衛星天体歴集合を有するかを通知す
る。さらに、ハンドセットは、ネットワークに対しハン
ドセット天体歴が指定される天体歴年よりも古いすべて
の現在見えている衛星に関する未処理の天体歴を送付す
ることを求める天体歴年限度（ｔ−t_oe）を送付する。
最後に天体歴年打ち消しビットが、ネットワークに対し
て、天体暦年限度を無視して、その年代に関わらず未処
理の天体歴を配信するよう通知する。

【００６９】ハンドセット・メモリに格納される未処理
天体歴に対応するMSからのIODEの集合が与えられ、差分
修正の天体歴誤差成分に関する最小空間的相関解除を認
識すると、衛星が通過するたびに１つの未処理天体歴し
か通常は必要とされない。しかし、精度要件はユーザの
クラスに応じて変化することを認識されたい。従って、
各ハンドセットが結果として得られる解法精度による天
体歴年の効果を予測することを機械化することができる
アルゴリズムが定義される。このアルゴリズムにより、
データ送信要件がさらに軽減される。これは、アルゴリ
ズムが移動局の精度要件により支配される場合、またそ
の場合にのみ、新たな天体歴を要求するためである。

【００７０】本発明は、各IODEに関して差分修正を導く
ことを求めるので、新たなブロードキャスト・メッセー
ジが定義される。このブロードキャスト・メッセージ
は、差分修正データのインテリジェント圧縮を用いて、
１つのメッセージがすべての利用可能なIODEについて一
般に必要とされるようにする。天体歴ブロードキャスト
・メッセージの説明は、後で行う。天体歴／クロック修
正更新（ネットワークから移動局へ）上述されたように、MSが要求するとき、あるいはインフ
ラストラクチャが、ハンドセットの天体歴が天体歴年の
MS指定閾値に許されるよりも古いと通知するときにの
み、天体歴データが送信される。このメッセージの内容
を下記の表２に示す。

【００７１】

【表２】

【００７２】表２に現れるパラメータは、天体歴とクロ
ック修正データの従来の集合に、URAおよびT_GDパラメー
タを加えたものに対応する。URAパラメータを加えるこ
とにより、MSは、選択的使用可能性（SA：Selective Av
ailability）レベルの関数としてその精度予測を調整す
ることができる。また、天体歴要求を、各移動局が行う
精度予測に基づき行うことができる。T_GDを含めること
で、各移動局は、グループ遅延の影響を修正し、可能な
限り最も正確な解法を導くことができる。地点間DGPS修正要求（ハンドセットからネットワーク
へ）地点間DGPS修正メッセージは、差分精度がハンドセット
によるアプリケーション（たとえば緊急の位置特定）の
位置性能要件を満足することを求められる場合に、移動
局が要求する。このモードでは、移動局は、衛星の通過
毎に１回だけ天体歴データを要求すればよい。地点間モ
ードにおいてハンドセットに配信される差分修正は、ハ
ンドセット内の天体歴年による新たな誤差の影響が差分
修正に吸収され補正されるように、ネットワークにより
カストマイズされる。このようにして、以下の表３に示
すような簡単な差分修正応答メッセージが用いられる。
地点間差分修正は、ブロードキャスト差分チャネルがGS
Mネットワーク内に偏在するようになる（すべてのGSMネ
ットワークがブロードキャスト・サービスを実行するわ
けではない）までは、好適で最も利用される設定であ
る。本発明の好適な実施例により、プロトコルは、総メ
ッセージ・トラフィックを最小限に抑えることにより最
も可能性のあるこのモードに関して最適化される。これ
は、未処理の天体歴が衛星が通過するたびに１回しか送
付されず、差分修正が移動局により格納される特定の天
体歴に合わせてあるためである。このメッセージの更な
る利点は、エンド・アプリケーションが位置特定精度を
制御することができ、セルラ・オペレータはアプリケー
ションまたはこのメッセージのサービスを選択したユー
ザから利益を得ることができる。地点間DGPS修正メッセージ（ネットワークからハンドセ
ットへ）このメッセージの内容を表３に示す。差分修正はそれが
要求される特定のIODEに関してのみ送付されることに留
意されたい。本発明の好適な実施例により、差分修正待
ち時間に関わる誤差は、３０秒ごとに、あるいは移動局
により要求される速度でDGPS修正を送付するという利点
により、受入可能なレベルに維持される。

【００７３】

【表３】

【００７４】DGPSブロードキャスト・メッセージ（ネッ
トワークから多くの移動局へ）本発明は、差分修正が、年代を経た天体歴データにより
誘導される誤差を修正できるようにすることでネットワ
ーク・トラフィックを軽減する。対応するブロードキャ
ストDGPSメッセージは、すべての使用可能なIODE値に関
して修正集合を含まねばならない。これで、GSMショー
ト・メッセージ・サービス・セル・ブロードキャスト
（SMSC：Short Message Service Cell Broadcast）メッ
セージに関する８２オクテットの最大メッセージ長を超
えるメッセージ長が可能になる。しかし、以下の表４に
示すように、データは本発明の好適な実施例によりイン
テリジェントに圧縮される。

【００７５】

【表４】

【００７６】ブロードキャスト・メッセージで用いられ
るインテリジェント圧縮のいくつかの側面は、表４から
明らかであり、他の点は区別しにくい。DGPS時間タッグ
は、妥当な信頼性のあるタイミング情報を有する各移動
局によるDGPS修正データに関するRTCM標準の１２ビット
すべてに相対して圧縮される。差分修正データそのもの
は、全衛星の平均的修正値を各PRCおよびRRC値から減ず
ることにより圧縮される。この平均値は、発振器のオフ
セットおよびドリフトから誘導される修正データ内の共
通の時間および周波数の偏りを反映する。これらの偏り
は、差分修正される移動局のナビゲーション解法には影
響を与えないので、除去することができる。また、天体
歴年が誘導する速度誤差は公称待ち時間誤差に相対して
小さいので、前IODEのRRC値を含める必要はない。最後
に、PRC差値は天体歴年誤差により駆動されるもので、
通常のDGPS待ち時間効果（たとえばSA加速度）の影響を
受けることはないので、データ圧縮を助けるために３０
秒ごとに送付する必要はない。最悪の場合でも、毎分に
１回PRC差値を送付することで充分である。この最悪の
場合とは、天体歴が最も古く、逆に年代に基づくデータ
の更なる圧縮が示唆される場合、すなわちより最新のPR
C差値を送付する頻度を下げる場合に起こる。この２つ
の圧縮法を用いると、DGPSブロードキャスト・メッセー
ジをすべての見える衛星に移送するために必要なバイト
数は、８２バイト未満となる。天体歴ブロードキャスト
・メッセージブロードキャスト天体歴メッセージの内容を表５に示
す。このメッセージは、各衛星に関して計算された位置
と速度の２つの集合によって構成されることに留意され
たい。このため、天体歴データの集合全体を送付するよ
りも少ないビット数をブロードキャストするだけです
む。この２つの集合のデータは時間で隔てられており、
移動ハンドセットは、現在時刻における位置および速度
データを導くために計算されるデータの適用可能時間の
間を補間することができる。補外（外挿）ではなく補間
（内挿）を用いることで、天体歴データの全体集合に基
づくハンドセット計算に相対して、大きな誤差を排除す
ることができる。

【００７７】

【表５】

【００７８】ブロードキャスト天体歴メッセージの数と
長さをさらに小さくするために、本発明はメッセージに
つき１つだけの衛星位置および速度を送付する天体歴ブ
ロードキャスト・メッセージを企図する。これには、t₁
とt₂の間の他の時刻における移動局の位置を計算するこ
とができるようにする前に、移動局がt₁とt₂とにおいて
連続する２つの天体歴ブロードキャスト・メッセージを
得ることが求められる。

【００７９】本発明の他の局面では、ハンドセットによ
り任意の時刻t₀＜ｔ＜t₁（ただしt₁＝t₀＋△ｔ）におけ
る衛星の位置と速度とを計算するためにアルゴリズムが
利用される。このアルゴリズムは、生来、反復的であ
り、速度データから初期加速推定値をまず計算する段階
と、これを位置データと共に用いてジャーク（加速度の
導関数）を計算して、それを用いて位置推定値の精密度
を高める段階からなる２つの段階を経る。このアルゴリ
ズムは、位置および速度の各成分について等しいので、
以下の式では１つの成分のみを詳述する。加速度推定値
は等式（２）を用いて求める。

【００８０】

【数２】

【００８１】等式（２）から求められる加速度推定値を
用いて、以下の等式（３）を用いてX₁を予測する。

【００８２】

【数３】

【００８３】予測されるX₁とその計算値との差を用い
て、予測値を計算値に一致させ、ジャーク・レベルを求
める。

【００８４】

【数４】

【００８５】等式（４）を用いて、ジャーク値（X#dddo
t）に対する解を得て、これを式（５）で用いてGPS衛星
位置の補間を行う。

【００８６】

【数５】

【００８７】衛星クロック修正データは、このブロード
キャスト・メッセージにはないことに注目されたい。こ
れは、図１５に示すクロック誤差効果を吸収するために
送付される位置および速度データを適切に変更すること
により可能化される。図１５は、推定される衛星位置と
実際の衛星位置とを示し、衛星位置曲線適合度データを
衛星クロック修正パラメータと組み合わせる装備を得
る。これにより、クロック修正パラメータを完全に排除
することができ、衛星毎に送信すべきビット数を２５４
ビットから２１７ビットにさらに削減する。これを実現
するために、クロック誤差効果を等価の衛星位置誤差に
変換しなければならない。

【００８８】図１５には、無線通信システム上方のGPS
軌道などのグローバル・ナビゲーション・ポジショニン
グ・システムの衛星６９６が示される。無線通信システ
ムは、移動局７００などの移動局と双方向通信を行う複
数の基地局６９８を備える。クロック誤差効果を等価の
衛星位置誤差に変換するには、衛星軌道曲線適合度X(t)
を衛星クロック修正に対応する量で変更することが求め
られる。有効距離延長C₀，C₁，C₂は、時刻t₀，t₁，t₂の
天体歴データに光速（SOL：speed of light）を乗算し
て導かれる衛星クロック修正から計算される。この大き
さは、正（遠くなる）の場合も、負（移動局に近づく）
の場合もあるが、通常は１ms未満程度である（ただし５
ms程度の大きさとすることができる）。有効位置XE'(t)
は、次のように計算される。

【００８９】

【数６】

【００９０】有効衛星軌道を変更するためには、衛星軌
道位置をその真の位置X(t)と基準点「RL」との間に延び
る直線に沿って、衛星軌道位置を投影するためにがRLが
必要である。RLは、便宜上基地局６９８とすることがで
きる。簡単なベクトル計算により、衛星軌道経路X(t)を
変更後の軌道経路X'(t)に変更する。

【００９１】システムの各基地局を基準サイトとして選
定することにより、距離測定に誘導される誤差の制御を
行うことができる。基地局６９８が移動局７００の１０
Km以内にあるとする（セルラ・システムにおいては大半
の時間は有効）。また、衛星クロック修正は、５msより
も大きくなることはない。これがパラメータの最大値だ
からである。衛星被予測距離の最大誤差は、このクロッ
ク誤差と基地局と移動局との間の距離との関数である。
変更された、あるいは投影された衛星軌道に基づいて測
定される距離の最大誤差、すなわち移動局と基準点の間
の１０Kmの距離とクロック修正の５msは約１メートルで
あり、これは、多重経路，受信機ノイズ，電離圏遅延お
よび他の量子化効果など、他のシステム誤差に比して受
け入れることができる小ささである。プロトコル性能予測−−自律的GPSモード本発明の性能は、異なる緯度における衛星追跡間隔の分
布（これが天体歴年分布を決定する）を検証し、１つの
衛星に必要な天体歴集合の平均的な数を計算することに
より予測することができる。平均値は、最終欄に示さ
れ、その欄と表１（従来技術の対応する性能データを表
す）の最終欄とを比較することで、本発明の利点が明確
に説明される。すべての緯度に関して、天体歴更新が削
減され、高緯度の４０％ないし赤道の４５％の範囲にあ
る。

【００９２】

【表６】

【００９３】更新要求を制御するための天体歴年の利用要求が天体歴データに関するものであれば、BSまたはSM
LCは、ハンドセットのメモリにもう格納されていない、
あるいは特定の移動局により指定される「天体歴年限
度」パラメータ（自律的ユーザのエンド・アプリケーシ
ョンは、アプリケーション位置精度要件に基づきこれを
設定しなければならない）を侵害する現在の可視衛星に
関する天体歴データを送付するだけでよい。このため、
本発明の好適な実施例により、プロトコルは、最終要求
後に起こった新しい衛星に関して、移動局に天体歴デー
タを配信するだけである。

【００９４】エンド・アプリケーションがDGPS修正を採
用する場合、「天体歴年限度」を高く設定して、ハンド
セット内の未処理天体歴をその衛星の可視通過全体に関
して更新する必要がないことを示すことができる。この
場合は、新たな未処理天体歴が１度だけ移動局に配信さ
れ、可視衛星通過全体に用いられる。

【００９５】ハンドセットは、いくつかの方法で、その
メモリから古い天体歴データ集合を排除する。たとえ
ば、ハンドセットが時間間隔カウンタを有する限り、ハ
ンドセット内に天体歴が受け取られたときからの時間を
追跡することができる。４ないし６時間など、一定の時
間的期間の後は天体歴は有効ではなくなることがわかっ
ているので、ハンドセットはこの時間的期間が経過した
後は格納される天体歴を無効にすることができる。さら
に、移動局は、現在時刻の天体歴を評価することによ
り、各地の水平線下に衛星が沈んだか否かを常にチェッ
クすることができる。沈んだ衛星に関してはすべて、天
体歴を削除することができる。また、移動局は、新たな
天体歴集合を入手すると、GPS週番号（応答ヘッダに含
まれる）を天体歴データに付けるので、移動局自身が、
特定のデータ集合が古すぎるために、メモリから削除す
ることができると判断することができる。セルラ・ハンドセットに埋め込んでハンドセット天体歴
を更新するための最適な手順を決定するアルゴリズムの
説明本発明の別の面は、セルラ・ハンドセット内に構築して
セルラ・インフラストラクチャから天体歴更新をいつ要
求するかを決定することができる方法である。天体歴年
により誘導される誤差は、適切に生成される差分修正を
用いて補償することができるので、本方法は、ハンドセ
ットが自律的に動作するときに用いるためのものに過ぎ
ない。本方法の目的は、天体歴更新要求の数を最小限に
抑えることである。要求数は、GPS擬距離（PR）残余に
対する天体歴年の効果を明確にモデル化し、このモデル
を解法（加重最小平方（WLS：Weighted Least Square
s）アルゴリズムが利用される場合）に用いて、現集合
の天体歴データによる解法精度を予測し、最後に、予測
される解法精度が過剰な場合には、予測される解法精度
に対する天体歴更新効果に基づきハンドセット天体歴更
新要求を行うことで最小限になる。

【００９６】解法精度を予測する際には、演繹的（すな
わち共分散情報）統計値と帰納的（すなわち解法が重複
決定される場合の単位分散情報）統計値の両方を利用す
べきである。必要とされる演算の多くは、すでに正確な
位置を導くためにハンドセットが行っているので、本方
法がハンドセットに大きな計算上の負担をさらに与える
ことはない。ナビゲーション誤差の予測図１４および図１６は、天体歴に由来する衛星位置の、
その年代の関数としての１シグマ軌跡内，交差軌跡およ
び半径誤差成分の推定値を示す。もちろん、GPS受信機
が導く擬距離測定値の精度は、天体歴年には直接的な影
響を受けない。しかし、利用可能な擬距離測定値の集合
からナビゲーション情報を引き出す際には、GPS衛星の
位置を予測することが必要であり、そのために各衛星に
対する見通し線（LOS）に沿った天体歴誤差成分は、ナ
ビゲーションの精度に直接的に影響する。一般に、LOS
天体歴誤差成分は、軌跡内，交差軌跡および半径成分の
組み合わせであるが、半径成分に支配される。最悪の場
合の相対的幾何学形状においては、軌跡内または交差軌
跡誤差の２４％（１４度の正弦）がLOSに沿ったもので
あり、ゼロの仰角における衛星に相当する。ナビゲーシ
ョン誤差のきわめておおざっぱな内輪の予測値は、従来
の予測計算における古い天体歴データを使用するために
起こる。各衛星の天体歴が等しく古いと暗黙のうちに推
定されるので、推定値は過剰に内輪の数字となる。より
一般的に、現実的に述べると、視野にある衛星の部分集
合のみが６時間超も追跡されるので、本発明では、古い
天体歴データを予測計算のために用いることもできる。
ナビゲーション誤差に対する天体歴誤差の影響は、衛星
の幾何学形状と使用されるアルゴリズムとから決定する
ことができる。

【００９７】

【数７】

【００９８】

【数８】

【００９９】ただし、ｅは４次元ナビゲーション（およ
びクロック）誤差ベクトル；Ｈは、測定傾斜マトリク
ス；Ｒは、推定される測定誤差分散マトリクス；δPR
は、擬距離誤差のｍ次元ベクトルである。

【０１００】一般には、古い天体歴データが利用される
衛星から擬距離の加重を除くことができるので（解が多
重決定される、すなわちｍが４を超えるとき）、WLSア
ルゴリズムを用いることが好ましい。測定値の加重を解
除することは、天体歴年に関する１シグマ誤差を推定さ
れる測定誤差共分散マトリクスＲに入れることで行われ
る。

【０１０１】ナビゲーション誤差の圏外積（outer prod
uct）をとり、等式（７），（８）を二乗して、予測さ
れる値を得ることにより、ナビゲーション誤差共分散マ
トリクスに関して次の式が得られる。

【０１０２】

【数９】

【０１０３】

【数１０】

【０１０４】式（９），（１０）を導くにあたり、推定
される測定誤差共分散マトリクスと実際のマトリクス
（Ｒ）は等しいことを前提とする。WLS解法に関するナ
ビゲーション誤差共分散マトリクスＰはすでにWLSアル
ゴリズムにより計算されているが、式（９）により与え
られるように、LSアルゴリズムに関しては追加の計算が
必要になる。

【０１０５】多重決定された解に関しては、単位分散数
値を計算しなければならない。

【０１０６】

【数１１】

【０１０７】u = f^Tf / (m-4)ただし、ｆはｍ次元の故
障ベクトルである。完全に正確ではないが、単位分散
は、測定の一貫性を示す尺度（推定される誤差数値に対
する）である。従って、あまりに値が大きい場合は、測
定データが誤っていることが示され、そのため、ナビゲ
ーション誤差強分散をスケーリングして、より現実的に
するためにその値を用いることができる。等式（９），
（１０），（１１）により与えられるナビゲーション誤
差を特徴化し、ハンドセットが許容できるナビゲーショ
ン誤差を指定すると、以下の評価式を用いて更新される
天体歴に対する要求を制御する。

【０１０８】

【数１２】

【０１０９】パラメータαは、内輪の見積もりのレベル
を制御する。たとえば、２のαがe_m _axを超えない９５％
の信頼度に相当する。式（１２）に現れる共分散マトリ
クスのうち３つの要素はそれぞれ、東，北および垂直位
置誤差に相当する。Ｐ（３，３）を排除すると、評価式
は予測される水平位置誤差分散にのみ基づくことにな
る。

【０１１０】等式（１２）によりナビゲーション誤差が
過剰であることが示されるとすると、さらに評価を行っ
て、受入可能なナビゲーション解を得るために１回以上
の天体歴更新が予想されるか否かを決定する（すなわち
等式（１２）により表される評価は失敗である）。ある
いは、この評価を用いて、１回以上の天体歴更新で予測
されるナビゲーション誤差が大幅に低減するか否かを判
断することができる。この評価では、等式（９）または
（１０）において、等式（１１）によりスケーリングさ
れる可能性のある天体歴誤差から分担分を除く（Ｒの適
切な要素に影響するので）。次に等式（１２）が表す評
価を繰り返して、評価中の衛星または衛星群に関する天
体歴更新によりナビゲーション解が受入可能なものとな
るか否かを判断する。評価は、少なくとも４時間を経た
天体歴を有するすべての衛星に関して、最も古い天体歴
から始めて、新たな評価集合に前回評価された衛星を加
えながら実行される。この方法で、受入可能なナビゲー
ション性能を得るために必要とされる天体歴更新の最低
数が要求され、天体歴更新が最小限に抑えられる。天体歴誤差の空間的相関解除の予測再び図１３を参照して、天体歴誤差の空間的相関解除に
関する形状が図示される。MSとRSとの間の隔離距離をｄ
とし、天体歴誤差の半径成分および軌跡成分をδp_r，δ
p_atとすると、MSおよびRSにより測定される距離誤差の
差は、角度θの正弦に比例し（軌跡成分に関して）、１
−角度θの余弦（半径成分に関して）に比例する。GPS
衛星までの距離はあまりに大きいので（少なくとも地球
の半径の３つ分）、θはきわめて小さい角度であること
が予想され、そのために軌跡上誤差の影響が支配するこ
とになる。等式（１３）は、この誤差に対する空間的相
関解除の感度を与える。

【０１１１】

【数１３】

【０１１２】２０キロメートルの離間距離に関して、等
式（１３）により、１キロメートルの天体歴誤差（軌跡
方向に想定される）は、差分修正の適用後は残余擬距離
誤差は１メートルにしかならないことがわかる。このた
め、差分修正を利用することで、IODE値がMSとRSとの間
で一致する限り、MSは古い天体歴集合を利用することが
できる。これには、差分修正を生成するソフトウェアが
追加の天体歴集合を格納し、適切な集合に関する修正を
生成することが求められる。１０時間を経た天体歴デー
タ（図１４を参照）は、等式（１３）により予測される
受入可能な距離にあるほぼ２５０メートルの１シグマの
低下を生成すると予想することができる。これは、４シ
グマの場合とされる最悪の天体歴誤差が１キロメートル
の誤差しか生まないためである。

【０１１３】図１４に示される曲線は、天体歴準拠GPS
衛星位置推定値に関する１シグマ誤差を天体歴年の関数
として予測する。これらは、１日分のGPS天体歴データ
の分析から、ジェット推進研究所（メートル以下の精
度）を事実の発信源としてインターネット上に発表され
る精密な天体歴を用いて導き出されたものである。 PRCおよびRRC差のブロードキャスト天体歴圧縮の正当化差分修正データの待ち時間による選択的使用可能性（S
A）により導かれる（１シグマ）誤差の変動は次式で与
えられる。

【０１１４】

【数１４】

【０１１５】△ｔ＝３０秒，δ_SAacc＝０．００５m/sec
²の場合（SAは経験上、利用するのに妥当な内輪の数で
ある）、１シグマ待ち時間誤差は２．２５メートルであ
る。この数字は、潜在的△PRC値の効果の大きさを比較
するための基礎として働く。△PRC待ち時間が導く最悪
の場合の誤差がSAに帰するものよりも小さい場合は、そ
の待ち時間が受入可能であると判断される。

【０１１６】△PRC待ち時間の効果は、速度と加速度の
両方の誤差効果を含むものであることに注目されたい。
これは、△PRC値がブロードキャスト・メッセージに含
まれないためである。速度誤差の効果は、図１６の１シ
グマ速度誤差曲線を参照して得ることができる。天体歴
適用可能時刻（t_oeと記す）から１０時間（最悪の場合
の想定）監視すると、１シグマ半径速度誤差はほぼ０．
０３３m/secになる。従って、６０秒の待ち時間がある
と、最悪の場合は１．９８メートル１シグマの誤差また
は５．９４メートルの誤差となり、これは３０秒を超え
るSAに由来する誤差よりも小さい。待ち時間は、t_oeか
らの時間が短くなるにつれてほぼ線形に短くなることに
注目されたい。たとえば、６０時間しか経ていない天体
歴に対応する△PRC値に関して、最悪の場合の誤差は
２．７メートルまで軽減される。これは、より新しい天
体歴データに対応する△PRC値をより頻度を小さくして
送付して、追加ビットを節約できることを示唆する。加
速度誤差は、天体歴誤差の分析には含まれないが、シヌ
ソイドの期間が周回期間と等しく、誤差の効果が生来シ
ヌソイド的であるためにきわめて小さくなると予想され
る。従って、最悪の場合の加速度誤差は、ピークの速度
誤差（１０時間を経た天体歴に関して）をとり、それを
周回期間で割ることにより設定することができる。１．
４μｇの値が得られ、これは６０秒後の０．０５メート
ルの位置誤差を生む。

【０１１７】図１７ないし図２０を参照して、本発明の
代替実施例を説明する。本発明の、この代替実施例が上
記に説明される好適な実施例と異なる点は、好適な実施
例が基地局サブシステム（BSS）であり、BSS準拠SMLC１
１２を有するのに対して、図１７ないし図２０に説明さ
れる代替実施例はネットワーク・システム・サブシステ
ム（NSS）であることである。

【０１１８】図１７は、NSS準拠SMLC１１２によって構
成される本発明の代替実施例のシステム図である。シス
テムは、図１に示されるものと同様であるが、SMLC１１
２がBSC１１０ではなくMSC/VLR１２２に接続される点が
異なる。

【０１１９】図１８は、図１７に示される本発明の代替
の実施例による位置特定サービス（LCS）を支援するこ
とのできるアーキテクチャを示す。このアーキテクチャ
の詳細な説明は、図２の説明と同様であるが、これがNS
S準拠SMLC１１２のアーキテクチャである点が異なる。
言い換えると、このアーキテクチャは、行き先のMSC１
２２に対するLsインタフェース７０２上の信号化を介し
て目標のMS１０４の位置決定を支援する。図２の説明の
残りの部分は、この図面にも当てはまる。MSC１２２
は、MS加入認可と、GSM LCSの呼関連および非呼関連位
置決定要求の管理を受け持つ機能を有する。MSC１２２
は、Lgインタフェースを介してGMLC１２４に、またLsイ
ンタフェース７０２を介してSMLC１１２にアクセスする
ことができる。NSS準拠SMLC１１２とLMU１４２との間の
信号は、LMU１４２，１４３に対応するMSC１２２を介し
て、Lsインタフェース７０２およびタイプＡのLMU１４
２のためのUmインタフェース（LMUに対する電波送信媒
体インタフェース）またはタイプＢのLMU１４３のため
のエービス・インタフェースのいずれかを用いて転送さ
れる。

【０１２０】図１９は、図１７に説明される本発明の代
替実施例によるNSS準拠SMLC１１２を伴う、SMLC１１２
と目標MS１０４との間の信号化プロトコルを支援するた
めに用いられるプロトコル層を示す。SMLC１１２とMS１
０４との間の信号化の詳細は、上記図４に関して説明し
た信号化と同様であるが、SMLC１１２とNSS準拠システ
ム内のBSC１１０との間の信号化は直接的ではなく、SML
C１１２からMSC１２２へ、ひいてはBSC１１０への信号
化を必ずしも含まない。信号化プロトコルとその使用に
関しては、GSMセルラ・システムおよびそこで用いられ
るプロトコルに通じた人には周知である。

【０１２１】次に図２０を参照して、本明細書に説明さ
れる本発明の代替実施例により、２つのデータ流が示さ
れる。すなわち位置決定手順の流れと補助データの流れ
である。図１７および図１８のNSS準拠SMLC１１２と共
に用いられるすべての位置特定方法に関する補助データ
配信流が図２０に示される。NSS準拠SMLCのための位置
特定手順は、位置決定手順／補助データ流を除いて図５
および図６に説明されるBSS準拠のものと同様であるの
で、図２０には図示されない同様の段階に関しては図５
および図６を参照することができる。NSS準拠SMLC位置
決定手順の流れは次の段階からなる。（ａ）SMLCが可能
な補助データを決定し、RRLP位置測定要求をMSCに送付
し、MSCがRRLP位置測定要求をBSCに転送する。（ｂ）BS
CがQoSと補助データを含む位置決定要求をRRLP位置測定
要求内でMSに送付する。（ｃ）位置特定機密保持がMS内
で可能化されない場合、あるいは可能化されても緊急通
話のための位置特定を行うために打ち消された場合は、
MSが要求されたGPS測定を実行し（MSが自身の位置を計
算することができ、それが求められる場合には、MSはGP
S位置推定値を計算する。この動作を行うために必要な
すべてのデータは、RRLP位置測定要求内に与えられる
か、あるいはブロードキャスト源から入手することがで
きる。）、それに由来するGPS測定またはGPS位置推定値
がRRLP位置測定応答内でBSCに返送される。（ｄ）MSが
必要な測定を実行できなかったり、位置を計算できなか
った場合は、失敗標示が代わりに返送される。（ｅ）BS
Cは、BSSMAP位置情報リポート・メッセージ内の位置測
定応答に測定結果をMSCに対して送付する。そして
（ｆ）MSCはLCS情報リポート・メッセージ内の位置測定
応答に測定結果を、SMLCに向けて転送する。

【０１２２】NSS準拠SMLC補助データの流れは、次の段
階からなる。（ａ）SMLCが補助データを決定し、RRLP補
助データ・メッセージをMSCに送付する。（ｂ）MSCがRR
LP補助データ・メッセージをBSCに転送する。（ｃ）BSC
は、RRLP補助データ・メッセージ内に補助データをMSに
対して送付する（補助データが１つのメッセージに入ら
ない場合は、段階（ａ），（ｂ），（ｃ）を繰り返すこ
とができる）。（ｄ）MSがRRLP補助データ肯定応答にお
いて、補助データを完全に受信したことをBSCに対し肯
定応答する。（ｅ）BSCはRRLP補助データ肯定応答をMSC
に送付する。そして（ｆ）MSCはRRLP補助データ肯定応
答をSMLCに転送する。

【０１２３】動作の別の面、特に移動局１０４における
動作においては、NSS準拠システムは、本発明の好適な
実施例に関して説明した方法で動作する。

【０１２４】セルラ・ハンドセットのための補助GPS準
拠位置決定を支援してブロードキャストおよび地点間メ
ッセージ通信の両方に対応するセルラ・ネットワーク・
プロトコルが説明された。本発明は、現行の解決策に対
しいくつかの利点を有することがわかる。たとえば、本
発明により、移動局とネットワークとの間に必要とされ
るトラフィック流（帯域幅）が小さくなり、テーブル内
とテーブル間の関連データ構造およびアルゴリズムや、
天体歴データの作成および保守のためのSMLC内およびSM
LC間の通信に関する要件を排除することで、インフラス
トラクチャの複雑性が軽減される。実際には、上記に説
明された分析で、トラフィック流は、同様の従来技術に
比べて平均で４０％以上軽減される。

【０１２５】本発明のメッセージおよび制御法は、これ
らのメッセージおよび方法がネットワーク内で必要とさ
れるトラフィック流を最小限に抑えるという利点を持つ
ことで、従来の位置特定法に対する改善を示す。たとえ
ば、説明される地点間天体歴ブロードキャスト法によ
り、必要とされる有効ビット速度が少なくとも４０％は
軽減される。地点間メッセージにおいては、プロトコル
を従来の「ネットワーク中心」法と区別するために「ハ
ンドセット中心」法と呼ぶことができる。本発明の３つ
の具体的な新技術は共に、各ハンドセットに転送される
ことを必要とするビット数を最小限に抑える。すなわ
ち、各移動局に対するGPS天体歴更新の要件を軽減また
は削除する方法。ネットワークが、天体歴年限度に基づ
いて各ハンドセットの天体歴を更新する速度を制御する
方法。および最後に、天体歴更新が必要とされるとき
を、精度予測および各移動局に特有の閾値に基づいて、
各移動局が決定するために使用することができる方法で
ある。

【０１２６】本発明による天体歴ブロードキャスト・メ
ッセージにおいても、３つの特別な革新が指定される。
すなわち、天体歴要素の代わりに計算された位置データ
を利用して、有効ビット速度を最大５０％も軽減するこ
と、衛星クロック修正をブロードキャスト位置推定値に
吸収して、個別のブロードキャストの必要性を排除する
こと、そして、GPSの誤差特性に基づいて差分修正ブロ
ードキャスト・メッセージの圧縮を行う方法である。

【０１２７】本発明は、上記の説明および図面において
説明および図示されるが、この説明は例に過ぎず、本発
明の精神および範囲から逸脱せずに当業者は数多くの変
更および修正を行うことができることは言うまでもな
い。たとえば、本発明は、GSMセルラ・システムの分野
の好適な実施例および代替実施例において提示された
が、本発明は他の無線通信システム内にも実現すること
ができる。従って、本発明は添付の請求項によってのみ
制約されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例による補助グローバル・
ポジショニング・システム（GPS）セルラ無線電話通信
システムのシステム図である。

【図２】図１の補助GPS無線電話システムの好適な実施
例による、位置特定サービス（LCS：Location Service
s）を支援することのできるセルラ無線電話システム・
アーキテクチャのブロック図である。

【図３Ａ】図１の補助GPS無線電話システムの動作の流
れ図である。

【図３Ｂ】図１の補助GPS無線電話システムの動作の流
れ図である。

【図４】図１の補助GPS無線電話システムの動作のプロ
トコル・レベルの流れ図である。

【図５】本発明の好適な実施例による図１の補助GPS無
線電話システム上で地点間メッセージ通信として動作す
る移動局発信位置特定要求の位置決定手順／データ流れ
図である。

【図６】本発明の好適な実施例による図１の補助GPS無
線電話システム上で地点間メッセージ通信として動作す
る移動局終端位置特定要求の位置決定手順／データ流れ
図である。

【図７】本発明の好適な実施例による図１の補助GPS無
線電話システム上のGPSブロードキャスト・メッセージ
送信のデータ流れ図である。

【図８】本発明の好適な実施例によるセルラ移動局のブ
ロック図である。

【図９Ａ】本発明の好適な実施例による天体歴および差
分修正データの要求／受信および地点間配信に関する図
８のハンドセットの動作の流れ図である。

【図９Ｂ】本発明の好適な実施例による天体歴および差
分修正データの要求／受信および地点間配信に関する図
８のハンドセットの動作の流れ図である。

【図１０Ａ】本発明の好適な実施例による天体歴の要求
／受信およびブロードキャスト配信と、差分修正データ
の地点間配信に関する図８のハンドセットの動作の流れ
図である。

【図１０Ｂ】本発明の好適な実施例による天体歴の要求
／受信およびブロードキャスト配信と、差分修正データ
の地点間配信に関する図８のハンドセットの動作の流れ
図である。

【図１１Ａ】本発明の好適な実施例による天体歴の要求
／受信およびブロードキャスト配信と、差分修正データ
のブロードキャスト配信に関する図８のハンドセットの
動作の流れ図である。

【図１１Ｂ】本発明の好適な実施例による天体歴の要求
／受信およびブロードキャスト配信と、差分修正データ
のブロードキャスト配信に関する図８のハンドセットの
動作の流れ図である。

【図１２Ａ】本発明の好適な実施例による天体歴および
差分修正データの要求／受信およびブロードキャスト配
信に関する図８のハンドセットの動作の流れ図である。

【図１２Ｂ】本発明の好適な実施例による天体歴および
差分修正データの要求／受信およびブロードキャスト配
信に関する図８のハンドセットの動作の流れ図である。

【図１３】GPS天体歴誤差に関わる空間的相関解除の図
である。

【図１４】天体歴年の関数としての１シグマGPS衛星位
置誤差成分のグラフである。

【図１５】本発明の好適な実施例による実際の衛生の位
置と推定される衛星位置の図である。

【図１６】天体歴年の関数としての１シグマGPS衛星速
度誤差成分のグラフである。

【図１７】本発明の代替実施例による補助GPSセルラ無
線電話システムのシステム図である。

【図１８】図１７の補助GPS無線電話システムの代替実
施例による、位置特定サービス（LCS）を支援すること
のできるセルラ無線電話システム・アーキテクチャのブ
ロック図である。

【図１９】本発明の代替実施例による図１７の補助GPS
無線電話システムの動作のプロトコル・レベルの流れ図
である。

【図２０】本発明の代替実施例による図１７の補助GPS
無線電話システム上でのデータ配信の位置決定手順／デ
ータ流れ図である。

【符号の説明】

１０１セルラ搬送波信号１０２ BTS １０４移動局１１０基地局コントローラ１１２基地サブシステム準拠対応移動局位置特定セン
タ１１４シリアル・リンク１１８基準GPS受信機１１９ GPS基準受信機アンテナ１２０ GPS衛星１２２ MSC/VLR

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョージ・ジェイ・ゲイアーアメリカ合衆国アリゾナ州 85259 スコッツデールイースト・アパローサ・プレイス11364 (72)発明者ユイリン・ザオアメリカ合衆国イリノイ州 60062 ノースブルークウィルシャー・レーン2742 (72)発明者ロジャー・シー・ハートアメリカ合衆国アリゾナ州 85296 ギルバートイースト・セイジブラッシュ・ストリート335

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動無線通信装置において、移動無線ハ
ンドセットの位置を決定する方法であって：複数のGPS
衛星に関するグローバル・ポジショニング・システム
（GPS）天体歴データとクロック修正データとによって
構成される天体歴メッセージを受信する段階；その後
に、差分修正データによって構成される差分修正メッセ
ージを受信する段階；前記複数のGPS衛星のうち１つ以
上の衛星に関する前記GPS天体歴データが更新を必要と
するか否かを判断する段階；更新済みGPS天体歴データ
により構成される更新メッセージを要求する段階；前記
更新メッセージを受信する段階；および前記GPS天体歴
データ，前記クロック修正データ，前記差分修正データ
および前記更新済みGPS天体歴データに応答して、前記
移動無線ハンドセットの位置を決定する段階；によって
構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】天体歴メッセージを受信する前記段階
が、前記移動無線ハンドセットを特にアドレス指定する
地点間天体歴メッセージを受信する段階によって構成さ
れ、差分修正メッセージを受信する前記段階が前記移動
無線ハンドセットを特にアドレス指定する地点間差分修
正メッセージを受信する段階によって構成されることを
特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】前記複数のGPS衛星のうち１つ以上の衛
星に関する前記GPS天体歴データが更新を必要とするか
否かを判断する前記段階が：前記移動無線ハンドセット
の被演算位置を計算する段階；および前記被演算位置，
前記GPS天体歴データおよびタイミング・パラメータに
応答して、前記被演算位置の精度予測を決定する段階；
によって構成されることを特徴とする請求項２記載の方
法。
【請求項４】前記被演算位置の前記精度予測を決定す
る前記段階が、前記GPS天体歴データの年代と、前記年
代の、被演算位置の精度に関する統計的関係とに応答し
て、前記被演算位置の前記精度予測を決定する段階によ
って構成されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】前記複数のGPS衛星のうち１つ以上の衛
星に関する前記GPS天体歴データが更新を必要とするか
否かを判断する前記段階が、前記被演算位置の前記精度
予測が前記移動無線ハンドセットに関する所定の精度閾
値を超えるか否かを判断する段階によってさらに構成さ
れることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】前記複数のGPS衛星のうち１つ以上の衛
星に関する前記GPS天体歴データが更新を必要とするか
否かを判断する前記段階が、前記セルラ・インフラスト
ラクチャに以前に通信された天体歴年代限度が超えられ
たか否かを判断する段階によって構成されることを特徴
とする請求項２記載の方法。
【請求項７】差分修正メッセージを受信する前記段階
が、第１送信速度においてブロードキャストされる１つ
以上の移動無線ハンドセットをアドレス指定し、複数の
天体歴集合に関する修正データを含むブロードキャスト
差分修正メッセージを受信する段階によって構成される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】天体歴メッセージを受信する前記段階
が、１つ以上の移動無線ハンドセットをアドレス指定す
るブロードキャスト天体歴メッセージを受信する段階に
よって構成され、差分修正メッセージを受信する前記段
階が、前記移動無線ハンドセットを特にアドレス指定す
る地点間差分修正メッセージを受信する段階によって構
成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】前記差分修正メッセージの前記差分修正
データが、前記ブロードキャスト天体歴メッセージを用
いて、前記複数のGPS衛星の位置から導かれることを特
徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】前記差分修正メッセージの前記差分修
正データが、前記クロック修正データに応答して以前に
受信された差分修正データを調整することにより導かれ
ることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】前記ブロードキャスト天体歴メッセー
ジの前記GPS天体歴データが、前記ブロードキャスト天
体歴メッセージの長さに等しい期間の間の、前記複数の
GPS衛星のうち１つの衛星の位置と、前記複数のGPS衛星
のうち１つの衛星の速度とによって構成されることを特
徴とする請求項８記載の方法。