JP2006510011A - 全地球測位衛星の探索及び捕捉をスケジューリングするための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全地球測位衛星の探索及び捕捉をスケジューリングするための方法及び装置。
【解決手段】無線遠隔ユニットは、無線スロット化ページングチャネルを介してページング情報を受信すること及び無線データ通信システムを介してデータパケットを受信することでインターリーブされたＳＰＳ捕捉を実行する。遠隔ユニットは、パイロットチャネルへ同調し、無線遠隔ユニットの内部クロックをパイロットチャネルを介して送信されたパイロット信号に同期させ、そして、内部クロックの同期化を完了させた後でＳＰＳ衛星の探索を開始する。

Description

本出願は、２００２年１２月１１日出願の米国特許仮出願番号第６０／４３３，０３８号の優先権を主張する。

本発明は、一般に無線通信分野に係り、特に、全地球測位衛星の探索及び捕捉をスケジューリングするための装置及びその方法に関する。

［サマリー］
本発明は、この必要性に向けるために役立ち、無線遠隔ユニット及びそのための方法に常駐する。本願記載の無線遠隔ユニット及び方法は、衛星測位システム（Satellite Positioning System）（ＳＰＳ）衛星を捕捉するために削減された探索時間を与えるという点で、公知の探索及び捕捉技術に対して優位性を提供する。ページングスロットの期間中遠隔ユニットのクロックはパイロットチャネルに同期されてきている、ページングスロットの直後にＳＰＳ衛星信号を受信することを試行することにより、ＳＰＳ衛星信号を「捕捉する」ために要する「探索時間」は、削減される。

詳細な説明

本発明の他の目的及び利点は、以下の添付図面を参照して下記の詳細な説明を読むことで明白になるであろう。

開示した内容は様々な変更や代替型を受け入れる余地があるので、その特定の実施形態は、図面に例として示され、そして詳細に記述される。それ故、本発明は、添付された特許請求の範囲によってのみ規定され、開示された内容の特定の実施形態には限定されない、と理解されるべきである。

図１は、無線遠隔ユニット１０１が３つの異なった信号源から信号を受信するシステムを説明する。遠隔ユニットは、遠隔ユニットの機能を遂行する無線周波数回路系並びに論理及び制御回路を有する従来デザインのものである可能性がある。第１の信号源は、衛星測位システム（ＳＰＳ）衛星１０３のコンステレーション（constellation）である。第２の信号源は、例えば米国電気通信工業会（Telecommunications Industry Association） (ＴＩＡ) 規格ＩＳ−２０００に従ったＣＤＭＡ ２０００ １Ｘのような、音声情報を送信するセルラ基地局（以下音声基地局１０５と呼ぶ）である。第３の信号源は、セルラ基地局（以下データ基地局１０７と呼ぶ）である。データ基地局１０７は、ＴＩＡ 公報ＩＳ−２０００に定義されているＣＤＭＡ ２０００ ＥＶ−ＤＶに従って送信されるような、データパケットを送信する。ある場合には、同じ基地局が音声信号とデータ信号の両方を送信するために使用されることがあり得ることに注意すべきである。

図２は、遠隔ユニット内の受信機の相対的なタイミングを示すタイミング図である。受信機は、３つの信号源１０３、１０５、１０７の何れか１つにこれから同調されることが可能である。音声ページングアクティビティライン(paging activity line)２０１は、遠隔ユニット内部の受信機が音声基地局１０５からのページング信号を受信するように何時同調されるかを示す。同様に、データアクティビティライン２１３は、チューナがデータ基地局からの信号を受信するように同調されるかどうかを示し、そして、ＳＰＳアクティビティライン２１５は、遠隔ユニット１０１内のチューナがＳＰＳ衛星のコンステレーションからの信号を受信するように同調されるかどうかを示す。

最初の時点２０３において、チューナは、データ基地局１０７からの信号を受信するように同調される。チューナが３つの可能な信号源の１つだけに同調されることが可能であるので、チューナは、ＳＰＳ衛星コンステレーション内部の衛星からの衛星信号又は音声基地局１０５からの信号のいずれも受信するように同調されないことは明瞭である。このことは、音声ページングアクティビティライン２０１とＳＰＳアクティビティラインとが共に低い状態（low state）にあるという事実によって示される。この状態は、遠隔ユニット１０１がデータ基地局１０７からデータ情報チャネル上でデータ信号を受信している時点を表している。

第２の時点２０５では、予定されたページングスロットが生じる。このページングスロットの期間中、時間信号が音声基地局１０５から遠隔ユニット１０１へ送信される。これらの信号は、他の１つの装置（従来の電話又はその他のそのような装置）が遠隔ユニット１０１への通話を樹立しようとしているかどうかを示す。遠隔ユニット１０１への通話を樹立する試みが成功することを保証するために、各予定されたページングスロットでこれらの音声ページング入力信号をチェックすることが望ましい。従って、遠隔ユニット１０１内部のチューナは、音声基地局１０５から送信される音声ページングチャネルに同調される。上述のように、これは、遠隔ユニット１０１内部のチューナがデータ基地局１０７に最早同調されないことを意味する。これは、音声ページングアクティビティライン２０１が高い状態（high state）に遷移する点２０５で、データアクティビティライン２１３が低い状態に遷移するという事実によって示される。ＳＰＳアクティビティライン２１５は、低い状態のままであることを注意すべきである。

受信機が音声基地局１０５からのページング信号を受信している期間中、遠隔ユニット１０１は、しかも、音声基地局２０１により送信されたパイロットチャネルを介して信号を受信する。遠隔ユニット１０１は、内部のクロックをパイロット信号に同期させる。パイロットチャネルは、音声基地局１０５から送信されたページングチャネルと同一の周波数で送信される。音声基地局１０５により送信される情報が、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）送信体系に従って動作しているならば、別個のコードを用いて各チャネルを符号化することによって別々の送信チャネルに分割されることを、この時点で注意すべきである。例えば、ページングチャネルは、１つの固有のコードを用いて符号化される。情報チャネルは、他の１つのコードで符号化される。パイロットチャネルは、更に他の１つのコードで符号化される。従って、これらの各チャネルの各々は、異なった情報を同時に同じ周波数で送信するために使用されることが可能である。これは、遠隔ユニット１０１のチューナが音声基地局１０５から送信されるパイロットチャネルに同調されることを可能にし、一方で、しかも、音声基地局１０５から同じ周波数で送信されるページングチャネル上で送信された信号も受信できるようにする。

パイロットチャネルを介して送信される信号の周波数は、非常に正確に制御されている。従って、遠隔ユニット１０１内のクロックをパイロットチャネルと（すなわち、パイロットチャネル上で送信されるパイロット信号の周波数に）同期させることによって、クロックの周波数は、非常に正確に制御される。付け加えると、時刻を示す非常に正確な情報も、音声基地局１０５により送信されそしてページングスロットの期間中遠隔ユニット１０１によって受信される。従って、遠隔ユニット１０１内部で維持されるローカルクロックは、正確な周波数と時刻情報の両者を用いて更新される。

理想的には、その時刻は、ＳＰＳコンステレーションの各衛星内部のクロックにより示される時刻と厳密に同じになる。しかしながら、その時刻を理想から下回らせている２つの要因があることを、この時点で注意すべきである。第１は、信号が音声基地局１０５から遠隔ユニット１０１へ伝搬するのに要する時間（すなわち伝搬遅延）である。例え信号が光速で移動するとしても、その距離は、十分に大きく送信と受信との間で時間に相当な遅延を発生させる。第２の因子は、音声基地局のクロックの不正確さである。音声基地局１０５から送信される時刻は、音声基地局１０５内で時を刻んでいるローカルクロックと同程度に正確であるに過ぎない。音声基地局１０５内のローカルクロックがＳＰＳ衛星１０３内のクロックに同期されるとしても、ローカルクロックは、同期化の時刻の間に経時的に揺らぐ。

遠隔ユニット１０１により受信される時刻の不正確さにもかかわらず、遠隔ユニット１０１内部のローカルクロックは、ページングスロットの期間中生じている同期化の直後において最も正確である。従って、本願で開示した方法及び装置の実施形態に従えば、データ基地局１０７からのデータチャネルを介したデータ受信は、遠隔ユニット１０１内部のチューナがＳＰＳ衛星１０３に同調されているとはいえ、少々長く遅延される。これは、図２において、音声ページングアクティビティライン２０１が（ページングスロットの終了を示す）時刻２０７で低い状態に移行することにより示される。その時刻２０７で、ＳＰＳアクティビティライン２１５が時刻２０７で高い状態に移行することにより示されたように、遠隔ユニット１０１内部のチューナは、ＳＰＳ衛星１０３の周波数に同調される。ここに記載されたＳＰＳ衛星は、ＳＰＳ衛星コンステレーション内部の全ての衛星１０３が同一周波数で自身の情報を送信するように、ＣＤＭＡモードで機能することを、理解されるべきである。各衛星は、遠隔ユニット１０１内部の受信機が各特定の衛星１０３により送信される複数の信号を区別することができるように独自のコードを割り当てられる。

ページングスロットの直後に遠隔ユニット１０１内のチューナをＳＰＳ衛星１０３に同調させることによって、衛星の探索は、より短時間でなされる。すなわち、ＳＰＳ衛星１０３から信号を受信するため、遠隔ユニット１０１は、同調すべき正確な周波数及びＳＰＳ衛星１０３内で刻んでいるクロックに相対的な時刻を決定せねばならない。ところがＳＰＳ衛星１０３により送信される周波数は比較的正確であるけれども、遠隔ユニット１０１に対する衛星の相対運動は、遠隔ユニット１０１で受信される周波数にドップラーシフトを引起こすということに注意すべきである。それにもかかわらず、遠隔ユニット１０１は、ＳＰＳ衛星信号を受信するのに期待される周波数を決定できるような情報を得ることが好ましい。しかしながら、遠隔ユニット１０１内のクロックが正確でない場合には、そのクロックは、ＳＰＳ衛星信号受信の試みが失敗する毎に調整されなければならない。遠隔ユニット１０１内部のクロックが不正確であればあるほど、ＳＰＳ衛星信号受信を失敗する試行回数は増加する。それ故に、クロックが音声基地局１０５のページングチャネルに同期された直後にＳＰＳ衛星信号を受信することを試行することにより、ＳＰＳ衛星信号を「捕捉」するのに要する「探索時間」が削減される。付け加えると、ＳＰＳ探索結果が以前の探索から得られた探索結果（すなわち、以前のＳＰＳ衛星探索の期間中行なわれていた擬似距離計測値）と共に用いられるようになるならば、ローカルクロックが一定の偏差を有する基地局のクロックに対して相対的に同期されるので、ローカルクロックの偏差（すなわち、ＳＰＳ衛星により維持される時間に関するローカルクロック内の誤差）は、相対的に一定になる。一定の偏差を有する擬似距離計測をすることの利点を、当業者は価値を認める。

ＳＰＳ探索を実行する要求が遠隔ユニット１０１により受信される時間とページングスロット終了との間の時間が、比較的長時間になることがあり得る。それ故、ここに開示された方法及び装置のもう一つの実施形態においては、遠隔ユニット１０１内部のチューナは、該ユニット１０１がＳＰＳ衛星信号を探索し捕捉する必要性を感知するようになる場合に、音声基地局１０５からのページングチャネルを受信するように同調される。この実施形態を説明するタイミング図が図３に示される。しかしながら、遠隔ユニット１０１内部のチューナは、遠隔ユニット１０１に結びついたページングスロットの期間中音声ページングチャネルには同調されていないために、遠隔ユニットは、ページングチャネル上のデータを復調する必要がない。むしろ、実行される唯一の機能は、ローカルクロックを同期させて正確な時刻を決定することである。これらの機能は、比較的急速に実行される。図３の例は、遠隔ユニット１０１が、ページングスロットの開始と一致する最初の時点３０１で音声ページングチャネルに同期されることを説明する。従って、遠隔ユニット１０１のチューナは、データ基地局１０７にもＳＰＳ衛星１０３のいずれにも同調されない。

ページングスロットの終了時に直ちに生じる第２の時点３０３において、遠隔ユニット１０１内部のチューナは、データ基地局１０７から信号が送信される周波数に戻って同調される。第３の時点３０５（これは、遠隔ユニットがＳＰＳ探索及び捕捉を実行する要求を受信した後でそれほど経過していない時間である可能性がある）において、遠隔ユニット１０１のチューナは、音声基地局１０５から送信される音声ページングチャネルを介して信号をもう一度受信するよう同調される。第４の時刻３０７において、一旦遠隔ユニット１０１のローカルクロックが音声基地局１０５の標準時間に再同期されると、遠隔ユニット１０１のチューナは、ＳＰＳ衛星１０３により送信される信号を探索し捕捉するように同調される。この過程は、衛星信号の信号品質（すなわち、信号強度、等）に依存して２００ｍｓｅｃから４秒を要する。好ましくは、この探索がその次のページングスロットの開始３０９の前に完了する可能性があると遠隔ユニットが決定した場合に、探索は、次のページングスロットに先立って実行される（図３では第５の時点３０９で生じる）だけである。これは以下の理由で好ましいと理解される。すなわち、一切のページングが見逃されないことを保証するために、次のページングスロットの開始時点で音声ページングチャネルに遠隔ユニット１０１を同調させることが望ましいからである。しかしながら、殊に一旦衛星周波数が周波数と時間の位置を探し当ててしまうと、ＳＰＳ探索及び捕捉がＳＰＳ衛星周波数を残す前に完了することを保証することも、望ましい。

遠隔ユニット１０１は、ＳＰＳ衛星１０３を捕捉するための最近の試行に要した時間に基づいてＳＰＳ探索及び捕捉を実行するために要する時間を推定する。本願で開示する方法及び装置の一つの実施形態では、前回の試行で要した時間のみが使われる。別の実施形態においては、時間の長さは、直近２回あるいはそれ以上の回の試行で要した時間の組合せである。これらの時間は、例えば、直近の試行をより重要視するために重み付けされても良い。あるいは、複数回の直近試行の時間は、単純平均で組み合わせられる（各回の直近の試行時間が加算され、加算された回数で除算される）。試行の回数は、試行がどの程度前になされたかということに基づいて、あるいはある特定の試行の数であるべきという要求に基づいて、若しくは、これらの基準のある種の組合せ、例えば、５回全てが直前の１分以内でなされたとして、直近５回の試行、で選択され得る。

良好に探索及び捕捉を実行し更に遠隔ユニット１０１の所在地を決定すれば、遠隔ユニットはその時刻に遠隔ユニットのローカルクロックが同期される大変正確な時刻値を得ることは、当業者に理解されるであろう。これは、遠隔ユニット１０１がＳＰＳ衛星所在地決定に関係付けられた４個の未知数を含む４個の従来使用されている方程式を解くという事実のためである。すなわち、遠隔ユニット１０１から第１の衛星１０３までの擬似距離、第２の衛星１０３までの擬似距離、第３の衛星１０３までの擬似距離及び第４の衛星１０３までの擬似距離を用いて、及びこれら４個の衛星の位置を知ることで、遠隔ユニットは、ｘ，ｙ，ｚ空間座標中の遠隔ユニット１０１の所在地、及び、ローカル遠隔ユニットのクロックのクロック偏差（ローカル遠隔ユニットのクロックが衛星１０３に対して大きすぎる偏差を持たないと仮定して）を解いて求めることが出来る。従って、所在地探索が実行された直後、遠隔ユニット１０１内の時刻は、衛星１０３内の時刻にほぼ等しい（すなわち、遠隔ユニット１０１内のローカルクロックの偏差は、殆んどゼロである）。もし遠隔ユニット１０１が比較的短時間のうちに衛星１０３を捕捉しようと試みるならば、ローカルクロックは、該クロックのドリフトの大きさに依存するが、比較的小さい偏差を有する。しかしながら、新たに捕捉した擬似距離測定値を利用してもう一度ＳＰＳ所在地位置決定計算を実行しない限り、ローカルクロックは、時間が経過するに従い同期からますますドリフトして離れる傾向がある。

本願が開示する方法及び装置の一つの実施形態に従えば、遠隔ユニット１０１は、複数の省電力モードを有する。ひとつのこのような省電力モードでは、遠隔ユニット１０１内の全ての機能は、遠隔ユニット１０１の電力消費を最小限にまで削減するため停止される。規則正しい間隔で、遠隔ユニット１０１は何かが変化したかどうか（すなわち、遠隔ユニット１０１によるアクション遂行されるべき何らかの要求があるかどうか）をチェックするために目覚める。遂行されるべきアクションに対する要求の一例は、遠隔ユニット１０１のキーボード又はキーパッド上のキーを押させるための遠隔ユニット１０１の利用である。もし誰かが遠隔ユニットの注意を要求したならば、遠隔ユニット１０１は目覚めて要求に応答する。もし遠隔ユニットの注意を喚起する要求がないならば、遠隔ユニット１０１はスリープに戻る。しかしながら、遠隔ユニット１０１は、ページングスロットで目覚めて、音声基地局１０５により音声ページングチャネルを介して送られる情報を受信する。もし誰も遠隔ユニット１０１への通話を樹立しようと試みていないならば、遠隔ユニット１０１はスリープに戻る。

第２の省電力モードに従えば、遠隔ユニット１０１は、全ての機能を停止することにより消費電力量を削減するが、ローカルクロックは動かせておく。動き続けさせることによって、ローカルクロックは、最後に同期された音声基地局１０５の時刻により近い同期を維持する。このモードは「偽スリープ」と呼ばれる。偽スリープは、クロックを止めた場合に生じるクロック同期化の利点消失を伴わずに遠隔ユニットの省電力を可能にする。すなわち、クロックは、次のページングスロットで、あるいは図３に示されているように短時間の間音声基地局１０５の音声ページングチャネルへ同調させることにより、再同期化されることは可能である。しかしながら、このような同期化は、もしクロックが直前に実行されたＳＰＳ所在地位置決定計算により同期化され、且つクロックが動き続けている場合に期待されるクロックほどは正確ではない。したがって、本願で開示する方法及び装置の一実施形態においては、遠隔ユニット１０１内のチューナは、もし所在地位置決定計算が十分に最近実行されているならば、音声基地局１０５により送信される音声ページングチャネルに同期させる必要がない。これがどの程度最近かの決定は、遠隔ユニット１０１内部のローカルクロックの安定性に依存する。それにもかかわらず、以下のことが理解されるであろう。すなわち、それぞれの遠隔ユニットと付随するローカルクロックに対して、ある範囲が存在し、その範囲内でクロックは、音声基地局１０５から受信された信号へ同期させることによって達成されることができるものよりも、より正確に持続する。

上述を概観するに、方法及び装置は、ＳＰＳ衛星信号を受信できる上に音声とデータとを共に受送信するための能力を有する遠隔ユニットを用いてＳＰＳ衛星を探索し捕捉するために説明されてきている。先に記したように、開示した内容は様々な変更や代替型を受け入れる余地があるので、その特定の実施形態が例として図面に示されそして詳細に記述される。それ故、本発明は、本願に添付された特許請求の範囲によってのみ規定され、開示された内容の特別な実施形態には限定されないことが、理解されるべきである。

図１は、無線遠隔ユニット１０１が３つの異なった信号源から信号を受信するシステムを説明する。 図２は、遠隔ユニット内の受信機の相対的なタイミングを示すタイミング図である。 図３は、遠隔ユニットがＳＰＳ衛星信号の探索及び捕捉の必要性を感知した場合に、遠隔ユニット内のチューナは、音声基地局１０５からのページングチャネルを受信するように同調されることを示すタイミング図である。

符号の説明

１０１…無線遠隔ユニット，１０３…ＳＰＳ衛星，１０５…音声基地局，１０７…データ基地局，２１０…音声ページングアクティビティライン，２１３…データアクティビティライン，２１５…ＳＰＳアクティビティライン。

Claims (7)

1. 無線スロット化ページングチャネルを介してページング情報を受信すること及び無線データ通信システムを介してデータパケットを受信することでインターリーブされたＳＰＳ捕捉を実行する方法であって、
   パイロットチャネルへ同調させること、
   無線遠隔ユニットの内部クロックをパイロットチャネルを介して送信されるパイロット信号に同期させること、及び
   内部クロックの同期化を完了させた後で、ＳＰＳ衛星の探索を開始すること
   を具備する。
2. 予定されたページングスロットの期間中パイロットチャネルの向きを変える、請求項１の方法。
3. 遠隔ユニットがＳＰＳ衛星探索の必要性を感知した時に、パイロットチャネルの向きを変える、請求項１の方法。
4. 探索がページングスロットの開始に先立って完了されると決定すること、
   ここで、探索が次のページングスロットの開始に先立って完了される場合にＳＰＳ衛星の探索を開始すること、
   を更に具備する、請求項２の方法。
5. 探索がページングスロットの開始に先立って完了されると決定することは、
   探索及び捕捉の最後の試行に要した時間を決定すること、
   を具備する、請求項４の方法。
6. 探索がページングスロットの開始に先立って完了されると決定することは、
   探索及び捕捉の直近の２あるいはそれ以上の試行に要した時間を決定すること、
   を具備する、請求項４の方法。
7. 無線スロット化ページングチャネルを介してページング情報を受信すること及び無線データ通信システムを介してデータパケットを受信することでインターリーブされたＳＰＳ捕捉を実行するための無線遠隔ユニットであって、
   パイロットチャネルへ同調させるための手段、
   無線遠隔ユニットの内部クロックをパイロットチャネルを介して送信されるパイロット信号に同期させるための手段、及び
   内部クロックの同期化を完了させた後で、ＳＰＳ衛星の探索を開始するための手段
   を具備する。
   

Images