JP2004069704A - クライアント支援によるドップラー値推定 - Google Patents

Abstract

【課題】クライアント支援によるドップラー値推定。
【解決手段】電話セルサイトと同じ場所にあるＧＰＳ基準局を備え、ＧＰＳ基準局はそのローカルエリアから見えるＧＰＳ衛星を追跡し、各ＧＰＳ衛星のドップラー値を推定する。ＧＰＳ基準局が見る衛星ドップラー値は、セルサイトのサービスエリア内で動作している他のＧＰＳ受信機によって観測される真のドップラー値に対して実質的な差がないと仮定する。従って、ドップラー推定値はローカルに登録を行なうモバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話と無線電話チャンネルでごく普通に通信される。モバイルＧＰＳ受信機は、その初期化周波数探索の開始中央点として代替ドップラー推定値を使用することにより、モバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話の初期化及び初期測位するのに要する時間を大幅に短縮することが出来る。
【選択図】　図１

Description

　本発明はナビゲーション衛星受信機に関し、より具体的にはモバイルオペレーションエリアにとってローカルな衛星ドップラー推定値により衛星受信機の初期化を支援するための方法並びにシステムに関する発明である。

　全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機は、衛星群に入っているいくつかの地球軌道を回る衛星から受信する信号を用いて、ユーザの位置及び速度やその他の航法データを得る。電源投入直後のナビゲーション受信機は、その現在位置や、水晶発振器の誤差、現在時刻等が判っていない。これらの情報は全て、衛星の送信を見出し捕捉するのに必要なため、あらゆる可能性について探索がなされなければならない。

　ＧＰＳ受信機が可視衛星の送信を捕捉するには、今見えるのはどのＧＰＳ衛星で、その衛星のＧＰＳ受信機に対する相対速度はいくらなのかをＧＰＳ受信機が知っていなければならない。そうでなければ、ＧＰＳ受信機は全ての可能性を探索しなければならず、そのために相当な時間が必要となる。衛星が特定できると、探索にどのＣＤＭＡコードを使用するか決めるのに役立つ。また、相対速度は、ドップラー効果に起因して搬送波周波数がどこで変わるかを判定するのに役立つ。ＧＰＳ衛星が移動する速度に起因して見掛けの搬送波周波数に有意な変化が生じるので、周波数探索時間帯で探索開始の中心点を最初からうまく選択できれば、探索にかかる時間及び労力をかなり節約することができる。

　既に衛星を捕捉して追跡している他のＧＰＳ受信機は、携帯電話と関連付けられたＧＰＳ受信機をいろいろな方法で支援することができる。電話の通信チャンネルを使って、ＧＰＳ情報のキービット（key bits）をそのような携帯電話−ＧＰＳ受信機とやり取りすることができる。本願の発明者の一人、Paul McBurneyは、最近、ＧＰＳ受信機クライアント支援に関する米国特許出願を数件行なった。それをまとめたのが表１である。それらの特許出願はここに参照することにより本明細書に全て組み込まれているものとする。

　典型的な携帯電話は、一番近くにあるセルラーサイト送受信機のエリア内で機能する。携帯電話はセルサイトのオペレーションエリア内を移動するので、携帯電話及びそれに関連付けられている任意の機器や人の位置は、セルサイトを中心とする半径１５０ｋｍ以内にいると想定することができる。本願発明者の今までの特許及び特許出願に既に開示されているように、通信ネットワークに接続された第１のＧＰＳ受信機は、同じ通信ネットワークに少なくとも時々アクセスする他のＧＰＳ受信機の初期化やサポートを大いに助けることができる。

米国再発行特許発明第６，２２９，４７８号

　そこで、本発明の目的は、携帯電話と関連付けられているＧＰＳ受信機のナビゲーション衛星受信及び受信機の初期化を支援するための方法並びにシステムを提供することにある。

　本発明のもう一つの目的は、ＧＰＳ受信機の初期化に要する時間を短縮する方法並びにそのシステムを提供することである。

　本発明の更なる目的は、費用効率の高い衛星ナビゲーションシステムを提供することである。

　本発明のモバイルエレクトロニクス機器は、
　軌道を回る頭上のＧＰＳ衛星のドップラー推定値に関する初期化支援情報をダウンロードするための携帯電話と、
　前記支援情報を受け取るように接続され、その情報を初期化時に初期搬送波周波数探索時間帯の中心を決めるのに用いることができるモバイルＧＰＳ受信機とを備え、
　前記ドップラー推定値により、モバイルＧＰＳナビゲーション受信機が自らの初期化時間を短縮できることを特徴とする。

　本発明の携帯電話（cellular telephone）システムは、
　基準ＧＰＳナビゲーション受信機及び携帯（cellular）送受信機を有するセルサイトを備え、
　前記基準ＧＰＳナビゲーション受信機は固定された位置にあり、初期化中でどの衛星のドップラー値についても不確定である別のＧＰＳ受信機にとって役立つドップラー値、軌道暦、ＧＰＳ時刻情報を収集し、
　前記携帯送受信機は前記他のＧＰＳ受信機に役立つ情報を無線電話通信チャンネルで送信することを特徴とする。

　さらに、本携帯電話システムは、
　軌道を回る頭上のＧＰＳ衛星のドップラー推定値に関する初期化支援情報をセルサイトからダウンロードするための携帯電話と、
　前記支援情報を受け取るように接続され、その情報を初期化時に初期搬送波周波数探索時間帯の中心を決めるのに用いることができるモバイルＧＰＳ受信機とをさらに備え、
　前記ドップラー推定値により、モバイルＧＰＳナビゲーション受信機が自らの初期化時間を短縮できることを特徴とする。

　本発明のＧＰＳナビゲーション受信機が自らを初期化するのを支援するための方法は、
　基準ＧＰＳ受信機を有するセルサイトから頭上のＧＰＳ衛星の可視衛星群を捕捉及び追跡するステップと、
　初期化中でどの衛星ドップラー値についても未定のある別のＧＰＳ受信機に役立つドップラー値、軌道暦、及びＧＰＳ時刻情報を取得するステップと、
　前記セルサイト、又は近くのセルサイトで登録されているモバイル携帯電話があるかを調べるステップと、
　前記モバイル携帯電話に無線電話通信チャンネルでドップラー支援情報を送信するステップとを有することを特徴とする。

　さらに、本発明の方法は、
　携帯電話を、どのＧＰＳ衛星も捕捉していない、ドップラー値も未定のコールドスタートから立ち上げ、
　前記携帯電話を前記セルサイトのローカルエリアで登録し、
　前記ドップラー支援情報が入手可能かどうか調べ、
　入手可能な場合は前記ドップラー情報をダウンロードし、
　前記ドップラー支援情報を用いて搬送波周波数探索を行うことにより不確定性を軽減して第１の位置解を得るまでの時間を短縮する、
　ステップをさらに有することを特徴とする。

　さらに、本発明の方法は、
　前記携帯電話が、前記基準ＧＰＳナビゲーション受信機の半径１５０ｋｍ以内にあるかどうかを判定し、
　もし半径１５０ｋｍ以内にあれば、前記ドップラー支援情報を前記携帯電話に提供する、
　ステップをさらに有することを特徴とする。

　さらに、本発明の方法は、
　前記基準ＧＰＳナビゲーション受信機が見る衛星ドップラー値は、前記セルサイトのサービスエリア内で動作している他のＧＰＳ受信機が観測する真のドップラー値に対して実質的な差がないと仮定する予備ステップをさらに有することを特徴とする。

　本発明の携帯電話システムは、
　電話のセルサイトと同じ場所にあり、ローカルエリアから見えるＧＰＳ衛星を追跡すると共に各ＧＰＳ衛星のドップラー値を推定するＧＰＳ基準局と、
　前記電話のセルサイトのオペレーションエリアの周囲及び全域で移動可能な、少なくとも１台のモバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話と、
　ローカル登録を行なう前記モバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話と、無線電話チャンネルで、少なくとも一つのドップラー推定値を通信するための送受信機とからなり、
　前記モバイルＧＰＳ受信機はその初期化周波数探索の開始中心点として代替ドップラー推定値を採用することを特徴とする。

　本発明の作用効果は、携帯電話と関連付けられているＧＰＳ受信機の素早い初期化を可能にするシステム及び方法を提供していることである。

　本発明のもう一つの作用効果は、携帯電話と関連付けられているナビゲーション衛星受信機のコスト削減を図るためのシステム及び方法を提供していることである。

　本発明のこれらの及びその他の目的並びに作用効果については、以下に述べる、図面に示した好適な実施例に関する詳細な説明を読めば、当業者ならば容易に分かることは疑いの余地がない。

　おおまかに言えば、本発明における携帯電話システムの実施例では、ＧＰＳ基準局が電話のセルサイトと同じ場所にある。そのようなＧＰＳ基準局は、そのローカルエリアから見えるＧＰＳ衛星を追跡し、ＧＰＳ衛星毎のドップラー値を推定する。このシステムはさらに、セルサイトのオペレーションエリアの周囲及び全域を移動するモバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話を有している。ＧＰＳ基準局から見える衛星ドップラー値は、セルサイトのサービスエリア内で動作している他のＧＰＳ受信機によって観測される真のドップラー値と実質的に差がないと仮定する。従って、ドップラー推定値は、ローカルに登録を行なうモバイルＧＰＳ受信機や携帯電話に、無線電話のチャンネルによってごく普通にやり取りすることが出来る。そして、そうしたモバイルＧＰＳ受信機は、初期化周波数探索の開始の中心点として、代替（surrogate）ドップラー推定値を自信を持って採用することができる。それにより、モバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話の初期化及び初期測位（first fix）に要する時間がかなり短縮される。初期測位とは電源を入れて最初に行う測位のことである。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

　図１に示すのは、本発明におけるクライアント支援によるドップラー値推定システムの実施例で、ここでは参照番号１００で示している。システム１００は、単一の携帯電話セルサイトサービスエリア１０６内でナビゲーション解を計算するのに、可視ＧＰＳナビゲーション衛星１０１〜１０５からなる衛星群を用いる。このサービスエリア１０６内には、基準ＧＰＳナビゲーション受信機１１０及び携帯電話送受信機１１２を有するセルサイト１０８がある。基準ＧＰＳ受信機１１０は、エリア１０６内の基準局として機能し、ＧＰＳナビゲーション衛星１０１〜１０５を捕捉し、追跡する。具体的には、基準ＧＰＳ受信機１１０は、ＧＰＳナビゲーション衛星１０１〜１０５の、セルサイト１０８の固定位置に対する各衛星のドップラー周波数シフトをそれぞれ計算する。

　モバイル機器１１４は、携帯電話１１６及びモバイルＧＰＳ受信機１１８を有する。基準ＧＰＳ受信機は、ローカルリンク１２０で携帯電話送受信機１１２に情報をダウンロードする。携帯電話送受信機１１２は、無線通信チャンネル１２２で、ドップラー情報などの情報を携帯電話１１６へ送信する。これらの情報は、別の接続１２４で携帯電話１１６からモバイルＧＰＳ受信機１１８に転送される。このようにして得られたドップラー情報は、衛星１０１〜１０５からの各無線送信を見出すのに用いられる見掛けの搬送波周波数の開始中心点を提供して初期化を助けるためにモバイルＧＰＳ受信機１１８によって使用される。

　また、本発明の別の実施例としては、エリア１０６にある、既に初期化された第２のモバイル機器１１４を使用して、無線通信チャンネル１２２によりこのようなドップラー情報を供給することもできる。その場合、第２モバイル機器１１４がモバイル基準受信機として機能するので、第１モバイル機器１１４を初期化するのに基準ＧＰＳナビゲーション受信機１１０からの情報は必要ない。

　ＧＰＳナビゲーション衛星１０１〜１０５は全て、上空の異なる場所を、異なる速度で移動している。しかしながら、その軌道追跡速度は全てほぼ同じである。各衛星と地上の各ＧＰＳ受信機との間の相対速度は、見掛けの搬送波周波数に影響を及ぼすもので、ミリ秒単位で常に変化している。本発明の実施例では、ＧＰＳナビゲーション衛星１０１〜１０５毎にそれぞれ計算されたドップラー周波数シフトは、エリア１０６で作動し初期化しようとしている他の任意のＧＰＳ受信機にも有効であると仮定している。

　本発明における方法の実施例では、例えば、衛星１０１〜１０５毎に、その衛星のクライアント、例えば、モバイルＧＰＳ受信機１１８が探索する周波数の時間帯（window）の中心を計算するためにドップラー値を用いる。基準ＧＰＳ受信機１１０及びモバイルＧＰＳ受信機１１８は、同じセルサイト、つまり、エリア１０６内で通信している。基準ＧＰＳ受信機１１０の位置及び最新の衛星ドップラー測定値の集合が、基準ＧＰＳ受信機１１０によってセルサイト１０８に保持される。基準ＧＰＳ受信機１１０からみた全衛星の衛星ドップラー値は、モバイルＧＰＳ受信機１１８の位置から見た同じ衛星の衛星ドップラー値とほぼ等しいと仮定する。

　この仮定は、３つの理由で、基本的に真である：
　a）クライアント基準ＧＰＳ受信機１１０及びモバイルＧＰＳ受信機は同じセルサイトエリア１０６で通信している。

　ｂ）任意のクライアントとそれに対応するセルサイトとの間で可能な最大距離は１５０ｋｍ未満である。

　ｃ）半径１５０ｋｍ未満の円周エリアでの衛星ドップラー値の変化は無視することができる。

　従って、計算から得た基準ＧＰＳ受信機１１０の位置は、例えば、別のモバイルＧＰＳ受信機１１８によって認識された衛星ドップラー値を推定するために使用される。そのような計算された位置が固定されている場合は、そのような計算は一度だけ行えばよく、あとは基準として永久的に保持される。そして、未知のドップラー値を解くために相対幾何学を用いるためには、各可視衛星の正確な位置をリアルタイムで知ることが重要である。従って、基準ＧＰＳ受信機１１０は絶えず衛星１０１〜１０５を追跡していて、瞬時にドップラー値を報告できることが必要である。

　本発明のまた別の方法の実施例では、セルサイト１０８と同じような近くにあるセルサイト１２６が衛星１０１〜１０５を追跡している。それがモバイル機器の１５０ｋｍ以内にある場合には、インターネット又は普通の電話通信線（trunk line）１２８で有効なドップラー情報を供給することもできる。モバイルＧＰＳ受信機１１８の衛星ドップラー値を推定するのに、計算から得たセルサイト１２６の位置及び又はドップラー測定値を用いることができる。これは、セルサイト１２６とモバイルＧＰＳ受信機１１８との距離が１５０ｋｍ未満である限り真である。その２つのクライアントは、セルサイトエリア１０６とセルサイト１２６との距離に任意のクライアントとそれに対応するセルサイトとの最大可能距離の２倍を足した値が１５０ｋｍに満たなければ、１５０ｋｍ未満しか離れていないことを暗に示している。

　図２は、本発明における携帯電話システムの方法の実施例の概要で、ここでは参照番号２００で表している。方法２００は、普通、図１で説明したハードウェア構成で使用される。方法２００は、セルサイトでステップ２０２から始まり、そこで基準ＧＰＳ受信機が頭上のＧＰＳ衛星の可視衛星群を捕捉して追跡する。この機能は続行しているので、支援データはいつでも使用可能でしかも最新のものである。ステップ２０４で、ドップラー値、軌道暦、ＧＰＳ時刻情報を得る。ＧＰＳ時刻情報は、初期化中の、衛星ドップラー値が不確定な別のＧＰＳ受信機に有効である。またドップラー値は測定されたドップラー値そのものであるか、あるいは、十分に良好なＧＰＳ時刻情報でありえるので、その衛星軌道暦は、初期化中のＧＰＳ受信機が、必要なドップラー値を計算するのに使用される。ステップ２０６で、そのセルサイトに、あるいは近くのセルサイトに、既に登録されているモバイル携帯電話があるかをチェックする。携帯電話が基準ＧＰＳ受信機の１５０ｋｍ以内、つまり、ＧＰＳ　Ｃ／Ａコードの１伝播距離（１ミリ秒）内に入っている場合には、その支援情報が役に立つ。ステップ２０８で、支援情報を無線電話通信チャンネルで送信する。携帯電話はステップ２１０でコールドスタートから立ち上がる。例えば、どのＧＰＳ衛星も未だ捕捉していないので、ドップラー値について未定である。その場合、ＧＰＳ時刻、軌道暦などについても未定かもしれない。ステップ２１２で、携帯電話がローカルエリアで登録を行ない、支援情報が使用可能かどうかの確認を行なう。使用可能ならば、ステップ２１４で、情報をダウンロードし、それを用いて搬送波周波数探索に使用すべきドップラー値を測定する。ステップ２１６で、支援情報を用いてそうした搬送波を見つけ出す。ステップ２１８で、ＧＰＳ衛星を捕捉し追跡する。ステップ２２０で、携帯電話のユーザの位置を得る。

　本発明を現時点で好適な実施例によって説明してきたが、開示を限定として捉えるべきではないことが分かる。当業者が、上記の開示記載を読めば、多種多様な変更並びに修正が可能なことは疑いの余地がない。従って、添付の特許請求の範囲は、発明の「真の」精神及び範囲から逸脱しない限りにおいて、あらゆる変更及び修正を網羅するものと解釈されるものである。

　本発明は、携帯電話と関連付けられているＧＰＳ受信機の素早い初期化を可能にするシステム及び方法として利用できる。

　さらに、本発明は、携帯電話と関連付けられているナビゲーション衛星受信機のコスト削減を図るためのシステム及び方法として利用できる。

本発明におけるクライアント支援によるドップラー推定システムの実施例の機能ブロック図。 本発明における携帯電話システムの方法の実施例のフローチャート図。

符号の説明

１００：システム
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５：ＧＰＳナビゲーション衛星
１０６：サービスエリア
１０８、１２６：セルサイト
１１０：基準ＧＰＳ受信機
１１２：携帯電話送受信機
１１４：モバイル機器
１１６：携帯電話
１１８：モバイルＧＰＳ受信機
１２０：ローカルリンク
１２２：無線通信チャンネル
１２４：接続
１２８：電話通信線

Claims (8)

1. 　モバイルエレクトロニクス機器であって、
   　軌道を回る頭上のＧＰＳ衛星のドップラー推定値に関する初期化支援情報をダウンロードするための携帯電話と、
   　前記支援情報を受け取るように接続され、その情報を初期化時に初期搬送波周波数探索時間帯の中心を決めるのに用いることができるモバイルＧＰＳ受信機とを備え、
   　前記ドップラー推定値により、モバイルＧＰＳナビゲーション受信機が自らの初期化時間を短縮できることを特徴とするモバイルエレクトロニクス機器。
2. 　携帯電話（cellular telephone）システムであって、
   　基準ＧＰＳナビゲーション受信機及び携帯（cellular）送受信機を有するセルサイトを備え、
   　前記基準ＧＰＳナビゲーション受信機は固定された位置にあり、初期化中でどの衛星のドップラー値についても不確定である別のＧＰＳ受信機にとって役立つドップラー値、軌道暦、ＧＰＳ時刻情報を収集し、
   　前記携帯送受信機は前記他のＧＰＳ受信機に役立つ情報を無線電話通信チャンネルで送信することを特徴とする携帯電話システム。
3. 　軌道を回る頭上のＧＰＳ衛星のドップラー推定値に関する初期化支援情報をセルサイトからダウンロードするための携帯電話と、
   　前記支援情報を受け取るように接続され、その情報を初期化時に初期搬送波周波数探索時間帯の中心を決めるのに用いることができるモバイルＧＰＳ受信機とをさらに備え、
   　前記ドップラー推定値により、モバイルＧＰＳナビゲーション受信機が自らの初期化時間を短縮できる、
   　ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. 　ＧＰＳナビゲーション受信機が自らを初期化するのを支援するための方法であって、この方法は、
   　基準ＧＰＳ受信機を有するセルサイトから頭上のＧＰＳ衛星の可視衛星群を捕捉及び追跡するステップと、
   　初期化中でどの衛星ドップラー値についても未定のある別のＧＰＳ受信機に役立つドップラー値、軌道暦、及びＧＰＳ時刻情報を取得するステップと、
   　前記セルサイト、又は近くのセルサイトで登録されているモバイル携帯電話があるかを調べるステップと、
   　前記モバイル携帯電話に無線電話通信チャンネルでドップラー支援情報を送信するステップとを有することを特徴とする方法。
5. 　携帯電話を、どのＧＰＳ衛星も捕捉していない、ドップラー値も未定のコールドスタートから立ち上げ、
   　前記携帯電話を前記セルサイトのローカルエリアで登録し、
   　前記ドップラー支援情報が入手可能かどうか調べ、
   　入手可能な場合は前記ドップラー情報をダウンロードし、
   　前記ドップラー支援情報を用いて搬送波周波数探索を行うことにより不確定性を軽減して第１の位置解を得るまでの時間を短縮する、
   　ステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 　前記携帯電話が、前記基準ＧＰＳナビゲーション受信機の半径１５０ｋｍ以内にあるかどうかを判定し、
   　もし半径１５０ｋｍ以内にあれば、前記ドップラー支援情報を前記携帯電話に提供する、
   　ステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 　前記基準ＧＰＳナビゲーション受信機が見る衛星ドップラー値は、前記セルサイトのサービスエリア内で動作している他のＧＰＳ受信機が観測する真のドップラー値に対して実質的な差がないと仮定する予備ステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 　携帯電話システムであって、
   　電話のセルサイトと同じ場所にあり、ローカルエリアから見えるＧＰＳ衛星を追跡すると共に各ＧＰＳ衛星のドップラー値を推定するＧＰＳ基準局と、
   　前記電話のセルサイトのオペレーションエリアの周囲及び全域で移動可能な、少なくとも１台のモバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話と、
   　ローカル登録を行なう前記モバイルＧＰＳ受信機及び携帯電話と、無線電話チャンネルで、少なくとも一つのドップラー推定値を通信するための送受信機とからなり、
   　前記モバイルＧＰＳ受信機はその初期化周波数探索の開始中心点として代替ドップラー推定値を採用することを特徴とする携帯電話システム。
   

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