JP2001520388A - セルラ電話システム用、簡略型全地球測位システム受信機コードシフト検索スペース - Google Patents
セルラ電話システム用、簡略型全地球測位システム受信機コードシフト検索スペースInfo
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Abstract
Description
スを削減するための方法および装置に関し、更に詳細にはセルラ電話システム内
で動作するセルラ移動局内のコードシフト検索スペースの削減に関する。
理的位置を決定する機能を具備することは望ましいことであり、また近い将来に
必須と思われる。この要求を満たすために、セルラ電話機に全地球測位システム
(GPS)受信機を装備してセルラ電話機の位置を決定する事が提案されている。
しかしながら、GPS受信機は高価でありセルラ電話機のサイズを大きくし、セ
ルラ電話機が利用できる限られた電池電力を消費する。更にGPS受信機は建物
の中またはその他のGPS衛星送信が、障害物、フェーディング、反射またはそ
れに類似するもののために弱められる地域ではまともに機能しない。
的に知られており、これはGPS衛星信号の復調を通して通常得られる補助情報
を得るために使用されているある種のGPS受信機機能を削除して行える。GP
S信号を復調する代わりに、別の手段を用いて必要な補助情報を具備したGPS
受信機が提供される。この補助情報はたとえば、GPS受信機が現在見ることの
できるGPS衛星のリスト、リストに載っているGPS衛星のドップラ・シフト
、およびリストに載っているGPS衛星の各々の天体歴データといった種々の情
報を含む。GPS受信機がGPS衛星信号を復調する必要を無くすことで、GP
S受信機がGPS衛星信号を長期間に渡って統合し、障害物により弱められた信
号を受信できるようになる。
おおよその場所が知られなければならない。更に、GPS受信機の実際の位置が
補助情報を計算する際に使用される位置に近ければ近いほど、GPS受信機で実
行される位置検索の結果が小さくなる。例えば、仮にGPS受信機にそのGPS
受信機が実際の位置から半径160キロメートル(100マイル)以内の場所と
計算された補助情報が与えられているとすると、そのGPS受信機はGPS衛星
との実際の距離を測定する必要はなく、代わりに各々の距離に対するミリ秒単位
での差分のみを測定すれば良いことが知られている。これは1ミリ秒コードサイ
クルに対する相対コードシフト位置を見つけてなされる距離測定の必要性を非常
に簡略化する。しかしながらこれを実行するためには、GPS受信機は未だ場所
解明で使用される全てのGPS衛星に対して1023個のコードシフト位置の全
てを検索しなければならない。
わせて、全てのコードシフト位置を同時に検索することで実行される。循環シー
ケンスのコードシフト位置を見つけるためのこの技術は、オッペナハイムおよび
シェーファー(Oppenheim & Shafer)による「ディジタル信号処理」のような教
科書に記述されている。この様なやり方が直接相関よりも更に計算機的に効率的
ではあるが、それにも係わらず計算機的に集中的に別の機能を必要とし、また限
りのある電池電力源を消費する。更に、移動体装置がGPS衛星の距離を検索す
るのを支援するために情報を移送する機会があるため、この方法は計算機的に非
効率となってしまい、それは可能性のない多くのコードシフト位置を検索するた
めに計算サイクルを消費するからである。
ードシフト位置を同時に検索するための特別なハードウェアを構築することであ
る。しかしながら今日までのところ、ハードウェア特定の解決法は、コードシフ
ト位置の1つの端数以上を同時に検索することは出来ないので、複数の検索と比
較的長い遅延を必要とする。
を削減し、従ってGPS受信機がその場所を決定するのに必要な機能と時間とを
削減する方法および装置を作り出すことは有用であろう。更に、GPSがその場
所を決定するために補助情報を獲得する方法および装置を作り出すことも有用で
あろう。
されている全機能型全地球測位システム(GPS)受信機を含む。全機能型GP
S受信機はGPS天体歴およびタイミング情報を獲得し、この情報をサーバに通
信する。これに代わって、サーバが天体歴データをデータサーバからセルラ・ネ
ットワーク経由で獲得することが可能であり、これはGPS受信機を基地局に設
置する必要を無くする。続いてサーバは情報を処理して補助情報を計算しこれが
、基地局のサービス領域内で動作しているセルラ電話機の内部に配置されそこに
接続されている簡略機能型移動GPS受信機で使用される。基地局は補助情報を
セルラ電話機GPS受信機に、遠隔装置からの要求に基づくか、または周期的に
ブロードキャスト・メッセージのいずれかで送信する。続いてセルラ電話機内の
GPS受信機はこの補助情報を使用してGPS衛星から受信した信号内の全ての
適切なコードのコードシフト位置を検索する。セルラ電話機の地理的場所を示す
疑似距離が、この様に測定されたコードシフト位置から計算される。続いてセル
ラ電話機は疑似距離をセルラ電話ネットワークに送信し、セルラ電話ネットワー
クはそのセルラ電話機の地理的場所を計算する。これに代わる方法として、セル
ラ電話機が、供給された天体歴データから導き出されたGPS衛星位置を用いて
その地理的場所を計算し、地理的場所座標をセルラ電話ネットワークに送信する
。
み合わせて参照することにより得られるであろう。
示されている。セルラ電話ネットワーク110のセルサイト120内に配置され
ているセルラ電話基地局100はセルラ電話機140にサービスしている。セル
サイト120は第1セクタ130,第2セクタ132,および第3セクタ134
に分割されており、図1ではセルラ電話機140が第1セクタ130の中に配置
されるように図示されている。セルラ電話機140はまた簡略機能型GPS受信
機150を含み、これは複数のGPS衛星160からのGPS衛星送信を受信す
る。簡略機能型GPS受信機150はGPS衛星160信号を復調するためおよ
び補助情報を決定するための機能は含んでいない。代わりに場所を決定するため
に必要で、また検索対象のドップラ周波数シフトの範囲を低減する補助情報が、
別の情報源から簡略機能型GPS受信機150に提供される。本発明は補助情報
をアンテナパターンがカバーする領域内の既知の場所で補完しており、コードシ
フト位置を見つける際にGPS衛星160位置と組み合わされて、検索されるべ
きコードシフト位置の範囲を1023から1023の端数分に削減する。この端
数はセルラ電話機140の実際の場所と既知の場所との間の距離に比例する。端
数は既知の場所からセルラ電話機140へのマイルで計測された距離を、186
マイルで割り算した値である;186マイルはGPS衛星160信号の1ミリ秒
間での飛行距離に相当する。この端数は更に時間基準の精度で決定される。
その代わりにセルラ電話機が配置されているセクタ130の中心200であって
も構わない。時間基準もまた基地局100で運ばれる場合は、全てのコードシフ
ト検索は1023の端数に削減される。一方、時間基準が基地局100から運ば
れない場合は、1023個の全ての可能なコードシフト位置が第1GPS衛星1
60に対して検索され、残りのGPS衛星160に対しては1023個のコード
シフト位置の端数のみが検索される。
を計算するために使用される。その場所の決定は、基地局100またはサーバ1
70に配置されていて、補助情報を計算するGPS受信機180の使用を含む任
意の方法で行うことができる。基地局100はGPS衛星160の現在の状態に
関連するGPS天体暦情報を獲得し周期的に更新する。提出された実施例におい
て、GPS天体暦情報はデータサービス190からセルラ電話ネットワーク11
0を経由して基地局100で選られる。これに代わって、この情報を基地局10
0またはサーバ170に配置されているGPS受信機180によって受信される
、GPS衛星160送信から直接得ることも可能である。将来、広域増大システ
ム(WAAS:Wide Area Augmentation System)として知られている補助GPS関連
システムが稼動されると、基地局100またはサーバ170に配置されているG
PS受信機180はまた差分訂正情報も得ることができるようになる。この差分
訂正情報はGPS受信機がその場所をより高い精度で計算できるようにする。
たはデータサーバ190のいずれかから得た情報を用いて補助情報を計算し、こ
れは続いて基地局100に通信され、セルラ電話機140の中に配置されている
簡略機能型GPS受信機150に送信される。この補助情報はこの基地局100
から見えるGPS衛星160のリスト、リスト記載の各々のGPS衛星160に
対するドップラ補正、およびその基地局100の場所に対する協定世界時時間に
基づく、リスト記載の各々のGPS衛星160に対するコードシフト位置を含む
。
話機140が動作しているセクタ、この例では第1セクタ130、を判別できる
場合は、サーバ170は補助情報をセクタ130の中心位置200に基づいて計
算する。補助情報を中心位置200に基づいて計算することにより、補助情報の
精度が向上するがそれはセルラ電話機140が基地局100よりも中心位置20
0のより近くに存在する確率が高いからである。中心位置200の地理的座標は
セクタ130の実際の中心である必要はなく、セルラ電話機が最も配置される可
能性のある場所、例えば商店街、オフィス街、空港、またはセクタ内に配置され
ているスポーツ施設などに配置できる。しかしながらセルサイト120が複数の
セクタに分割されていない場合、または基地局100がセルラ電話機140が動
作しているセクタを判別できない場合、補助情報は基地局100の地理的場所に
基づいて計算される。
100の地理的場所の代わりに使用される。全てのセルラ電話サービス地域はシ
ステムID(SID)で識別されており、これはセルラ電話機140により読み
とられる。セルラ電話機140はこれらの場所に関する補助情報を格納して現在
のSIDに関する情報を参照するか、または補助情報はサーバ170に格納され
てセルラ電話機がこのSIDをその補助情報を提供するサーバ170に提供する
ことができる。
電話機140内の簡略機能型GPS受信機150に送信する。この補助情報は簡
略機能型GPS受信機150へ種々の方法で送信できる。例えば、移動通信用グ
ローバル・システム・プロトコル(GSM)を使用しているセルラ電話ネットワ
ークでは、情報を短メッセージ・サービスメッセージ、トラヒック・チャンネル
上で送信されるパケット・データ・メッセージ、または制御チャンネル上で送信
されるブロードキャスト・メッセージ経由で送ることが出来る。補助情報はセル
ラ電話ネットワーク110とセルラ電話機140との間で情報を送信するための
工業分野で一般的に知られている方法に矛盾しないやり方で送信される。セルラ
電話機140内に配置されているトランシーバ141は基地局100からの送信
を受信し、これもまたセルラ電話機140内に配置されている制御器142はそ
の情報を補助情報として識別して簡略機能型GPS受信機150にその補助情報
を提供する。更に、補助情報は要求に基づいて特定のセルラ電話機に、または複
数のセルラ電話機にブロードキャスト・チャンネルを経由して送信できる。
50マイクロ秒以内またはGPSシステムで使用されている協定世界時時間以下
の精度であることが望ましい。従って、タイミング情報は簡略機能型GPS受信
機150にセルラ電話機140経由で、セルラ電話ネットワーク110のプロト
コルに依存して種々の方法で送信される。例えばGSMまたはIS−136(デ
ィジタルAMPS)のようなディジタル・プロトコル・システムでは、タイミン
グ情報はメッセージ経由で通信され、ここでは特定のフレーム同期番号がある時
刻に発生するか、または発生したことを伝える。アナログ式先進移動電話(AM
PS)システムでは、俊敏なパルスで構成された時間刻みを使用して各々のGP
S衛星160に対するコードシフト位置を決定するための基準時間を表すことが
できる。
情報を用いて各々のGPS衛星160のコードシフト位置を測定する。例えば1
秒のような長い積分時間に対して、実際のコードシフト位置はその期間の間1秒
当たり3チップ変化する。この変化は相関コードのタイミングをずらして場所解
析のコードシフト位置値を使用する前にその変化を停止させる。コードシフト位
置は例えばメートルで測定された各々のGPS衛星160に対する三角距離に翻
訳される。三角距離は既知の場所での天体歴データから得られた各々のGPS衛
星160に対して計算されたコードシフト位置から測定されたコードシフト位置
を引き算して計算される。これらの三角距離のベクトルは、既知の場所から各々
のGPS衛星160への単位ベクトル余弦の逆行列を掛け算されて、既知の場所
からのデルタx,デルタyおよびデルタzを算出する。
示している。以下に説明する計算はサーバ170で実行され、予測コードシフト
位置は簡略機能型GPS受信機150に補助情報の一部として送信される。これ
に代わって計算を簡略機能型GPS受信機150で実行することも可能である。
補助情報内にリストアップされている各々のGPS衛星220a-nは1組の3次 元座標(Xa-n,Ya-n,Za-n)を有する。既知の場所230もまた1組の3次 元座標(X,Y,Z)を有する。既知の場所230から各々のGPS衛星220 a-n への距離Ra-nは下記の表現で表される:
表される:
いる。
0が既知の場所230から或る距離の場所に配置されているという事実の両方に
より、予測コードシフト位置の周りの検索スペースはCa-nに対して或るオフセ ット番号だけプラス・マイナスして拡張されて、コードシフト検索スペースを生
成する。このオフセットはサービス地域の大きさおよび基準時間の不確かさに依
存し、サービス地域が大きく、また不確かさが増すと結果としてオフセットが大
きくなり、時間基準の不確かさが支配的な要因である。
場所230との間の距離のためでは無いから、予測コードシフト位置Caと測定 されたコードシフト位置C’aとの間の差が残りの予測コードシフト位置Cb-nに
加算される。この結果更に正確な予測となり、従ってコードシフト検索スペース
がより狭くなる。結果としてオフセットが加算された後に残る予測コードシフト
位置Cb-nが1023より大きい場合は、1023を結果の予測コードシフト位 置Cb-nから引き算して、予測コードシフト位置をコードシフト位置の可能な範 囲であるゼロから1023の範囲に入るようにする。
しかしながら初期検索の後は、残りのGPS衛星220b-nに対する検索プロセ スは時間基準が利用できる際に使用されるものと同一である。従って予測コード
シフト位置Caと測定されたコードシフト位置C’aとの間の差が残りの予測コー
ドシフト位置Cb-nに加算され、その結果更に正確な予測となり、従ってコード シフト検索スペースがより狭くなる。結果としてオフセットが加算された後に残
る予測コードシフト位置Cb-nが1023より大きい場合は、1023を結果の 予測コードシフト位置Cb-nから引き算して、予測コードシフト位置をコードシ フト位置の可能な範囲であるゼロから1023の範囲に入るようにする。
の各々のGPS衛星位置への単位ベクトルの余弦の逆行列を掛け算する事により
、X,YおよびZを補正する補正ベクトルが生成され、これらは既知の場所23
0に加算されて未知の場所240を決定する。
定することができる。しかしながらGPS受信機を使用すると、GPS受信機を
各々の基地局に設置する必要がある。
ている簡略機能型GPS受信機150へ搬送する様子が図示されている。測定時
の第1GPS衛星220aから既知の場所230への距離Raが図2で説明した方
法で計算され、予測コードシフト位置Caもまた図2に説明された方法で計算さ れる。相関器コード生成器の基本タイミングがGPSシステムと適切に同期が取
られている場合は、同一のコードシフト位置Caが相関器のみで得られる。同期 を取るために、基地局100に配置されているGPS受信機180の基本タイミ
ングがCaコードシフト位置が予測された通りに生成されるように設定される。 基本タイミング生成器の基準点Tpが選択され、基地局100フレーム同期イベ ントTxの時刻と比較される。TpとTxの間の時間差が基地局100に通信さ れ、これはその差を簡略機能型GPS受信機150にセルラ電話機140を経由
して通信する。簡略機能型GPS受信機150はその差を用いて、その内部タイ
ミング基本生成器のオフセットをフレーム同期イベントの受信してからと等しい
量に設定する。
たはソフトウェアのいずれかを用いて実現できる。セルラ電話機140は典型的
にサービスをしている基地局100の16キロメートル(10マイル)またはそ
れ未満の範囲に配置されているので、簡略機能型GPS受信機150へ補助情報
の中で送信されるコードシフト位置はセルラ電話機140の場所に対する実際の
コードシフト位置に非常に近い。従って、簡略機能型GPS受信機150が検索
しなければならないコードシフト検索スペースは非常に削減される。
により、簡略機能型GPS受信機150は補助情報内に記載された第1GPS衛
星160のコードシフト位置を検索する。検索対象である第1GPS衛星160
の信号強度は非常に微弱である可能性が高いので、処理利得を得るために長い相
関時間が使用される。例として1秒間の相関で20デシベルの処理利得が得られ
る。非常に微弱な信号強度レベルであっても、同時に200個のハーフ・コード
シフト位置を50マイクロ秒以内の時間精度で検索するハードウェア相関器を使
用すると、1秒間で100個のハーフ・コードシフト位置の並列相関を予測コー
ドシフト位置の両側に生成し、これはGPS衛星160の正確なコードシフト位
置を見つけるのに十分である。
合は、1023全ての可能性のあるコードシフト位置の検索が第1GPS衛星2
20aに対して実施され、一度実際のコードシフト位置が決定されると、第1G
PS衛星220aに対する予測コードシフト位置に基づく内部時間基準が計算さ
れる。残りのGPS衛星220b−nコードシフト位置に対する後続の検索は従
って低減される。
果として得られた疑似距離をセルラ電話ネットワーク110にセルラ電話機14
0と基地局100を経由して送信し、これに基づきサーバ170はセルラ電話機
140の地理的場所を決定する。これに代わって、簡略機能型GPS受信機15
0が疑似距離を使用して地理的場所を計算し、地理的座標をセルラ電話ネットワ
ーク110にセルラ電話機140と基地局100を経由して返送することも可能
である。
信することができる。例えば、移動通信用グローバル・システム・プロトコルを
使用しているセルラ電話ネットワークにおいて、情報は短メッセージ・サービス
を経由して送信できる。この情報はセルラ電話ネットワーク110とセルラ電話
機140との間で情報を送信するための工業分野で一般的に知られている方法に
矛盾しないやり方で送信される。制御器142はこの情報を疑似距離または地理
的座標として認識し、この情報をトランシーバ141に提供して基地局100に
送信する。
バック210が装備されており、セルラ電話機140のクロック周波数を基地局
100の搬送波周波数にロックする。これはドップラ補正が十分な精度で行える
ことを可能とし、GPS衛星160信号の相関を取るために必要なドップラ補正
が数回の試行で良いようにする。
れ図が図示されている。セルラ電話ネットワークの基地局の場所が決定される(
ステップ300)。基地局に配置されているサーバがGPS天体歴と、可能で有
ればタイミング情報を獲得する(ステップ305)。サーバはGPS天体歴情報
をデータ・サーバ、またはそれに代わって既知局に配置されているGPS受信機
のいずれかから獲得する。
(ステップ315)。サーバが補助およびタイミング情報を個別のセルラ電話機
に送信するかまたはその情報を全てのセルラ電話機にブロードキャスト・チャン
ネルを経由してブロードキャストする(ステップ320)。続いてセルラ電話機
はその情報をセルラ電話機内部に配置されている簡略機能型GPS受信機に通信
する。
第1GPS衛星のコードシフト検索スペースを検索して(ステップ330)実際
のコードシフト位置を決定する。一度第1コードシフト位置が求められると、G
PS受信機はそのタイミングを再校正し(ステップ335)、残りのGPS衛星
に対する予測コードシフト位置の誤差を訂正する(ステップ340)。続いてG
PS受信機は残りのコードシフト位置を検索し(ステップ350)、場所情報を
セルラ電話ネットワークにセルラ電話機と基地局を経由して送信する(ステップ
360)。
述してきたが、本発明は開示された実施例に限定されるものではなく、多数の再
構成、修正変更および代替が添付の特許請求の範囲に記載され定義された本発明
の精神から逸脱することなく実施できることは理解されよう。
位置を予測するための例を示す図である。
運搬する様子を示す図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 セルラ電話ネットワーク内で動作する簡略機能型全地球測位
受信機内のコードシフト検索を削減するための装置であって: 全地球測位システム天体歴情報を獲得するための装置と; 既知の場所と天体歴情報に基づいて補助情報を計算するためのサーバと; 補助情報を簡略機能型移動体全地球測位受信機に通信するための装置とを含む
、前記装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の装置において、既知の場所が都市部サービス
地域の地理的な中心である前記装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の装置が、更にその中に簡略機能型全地球測位
受信機が配置されているセルサイトをサービスする基地局を含み、既知の場所が
この基地局の場所である、前記装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の装置において、全地球測位システム天体歴情
報を獲得するための装置が、基地局に配置されている全機能型全地球測位受信機
である、前記装置。 - 【請求項5】 請求項3記載の装置において、全地球測位システム天体歴情
報を獲得するための装置がデータサービスである前記装置。 - 【請求項6】 請求項3記載の装置において、補助情報を通信するための装
置がセルラ電話機である前記装置。 - 【請求項7】 請求項6記載の装置において、補助情報がセルラ電話機の制
御チャンネルを経由して通信される前記装置。 - 【請求項8】 請求項6記載の装置において、補助情報がセルラ電話機のト
ラヒック・チャンネルを経由して通信される前記装置。 - 【請求項9】 請求項6記載の装置において、補助情報がセルラ電話機の短
メッセージ・サービス・メッセージを経由して通信される前記装置。 - 【請求項10】 請求項3記載の装置において、サーバが補助情報をその中
に全地球測位受信機が配置されているセルサイトのセクタの中心場所に基づいて
計算する前記装置。 - 【請求項11】 セルラ電話機の地理的場所を決定するための装置であって
: セルラ電話機内に配置され、セルラ電話ネットワークからの補助情報を含む送
信を受信するためのトランシーバと; セルラ電話機内に配置され、補助情報を処理し場所を示す情報を計算する簡略
機能型全地球測位受信機とを含む前記装置。 - 【請求項12】 請求項11記載の装置において、簡略機能型全地球測位受
信機が疑似距離を計算し、その疑似距離をセルラ電話ネットワークに送信する、
前記装置。 - 【請求項13】 請求項11記載の装置において、簡略機能型全地球測位受
信機が地理的座標を計算し、その座標をセルラ電話ネットワークに送信する前記
装置。 - 【請求項14】 セルラ電話ネットワーク内で動作する簡略機能型全地球測
位システム受信機でのコードシフト検索スペースを削減するための方法であって
: その中に全地球測位システム受信機が配置されているセルラ電話ネットワーク
のセルサイトをサービスしている基地局の場所を決定し; 全地球測位システム天体歴情報を獲得し; 全地球測位システム受信機でコードシフト検索を実施するために使用するため
の補助情報を天体歴情報から計算し; 補助情報を全地球測位システム受信機に通信する、以上のステップを含む前記
方法。 - 【請求項15】 請求項14記載の方法において、天体歴情報を獲得するた
めのステップが更にタイミング情報を獲得するステップを含む、前記方法。 - 【請求項16】 請求項14記載の方法において、セルラ電話ネットワーク
で計算された補助情報が: 基地局から見える衛星のリスト; 基地局から見える各々の衛星に対するドップラ補正; 基地局から見える各々の衛星に対するコードシフト位置;および 基地局から見える各々の衛星に対するコードシフト位置、のいずれか少なくと
も1つを含む、前記方法。 - 【請求項17】 請求項14記載の方法が更に、その中で全地球測位システ
ム受信機が動作しているセルサイトのセクタを決定するステップを含み、セルラ
電話ネットワークで補助情報を計算するステップがセクタの中心場所に基づく、
前記方法。
Applications Claiming Priority (3)
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