JP2006521773A - 複数の通信システムからの時間情報に基づくバーチャルリアルタイムクロック - Google Patents

Abstract

【課題】複数の通信システムからの時間情報に基づくバーチャルリアルタイムクロック
【解決手段】
複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて端末において「バーチャルな」リアルタイムクロックを実装するための方法及び装置。少なくとも１つのシステム（例えば、ＧＰＳ）は、該バーチャルリアルタイムクロックに関する「絶対」時間情報を提供し、少なくとも１つのその他のシステム（例えば、セルラーシステム）は、「相対」時間情報を提供する。該バーチャルリアルタイムクロックは、該第１のシステムから入手可能になった絶対時間がタイムスタンプされる。（複数の非同期送信機から受け取ることができる）相対時間は、該第２のシステムから受け取られた時点で該バーチャルリアルタイムクロックのタイムラインにマッピングされる。次に、該タイムラインのいずれかの任意の時刻における絶対時間を、該第１のシステムから受け取った該絶対時間及び該第２のシステムから受け取った該相対時間に基づいて推定することができる。さらに、該第１のシステムから受け取った２つ以上の時刻に関する絶対時間を用いて、該第２のシステムから受け取った相対時間を校正することも可能である。

Description

本発明は、一般的には、通信に関するものである。本発明は、より具体的には、複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいてバーチャルリアルタイムクロックを実装するための方法及び装置に関するものである。

無線端末が正確な時間を知ることが望ましいことがしばしばあり、ときには正確な時間を知ることが必要な場合もある。正確な時間を知ることが要求される１つの特定の用途は、非常によく知られた全地球測位システム（ＧＰＳ）に基づく位置決定である。ＧＰＳは、地球の軌道を周回する24個の衛星群であり、これらの２４個の衛星が互いに適切な間隔で配置されている。各ＧＰＳ衛星は、地上のＧＰＳ受信機がある１つの任意の時点を基準にした受信信号の到着時間を測定することを可能にする情報によって符号化された信号を送信する。次に、該相対的到着時間測定値が「疑似距離」に変換される。ＧＰＳ受信機の位置は、十分な数の衛星及びおよびその所在位置に関する疑似距離測定値に基づいて正確に推定することができる。

ＧＰＳ衛星から送信された信号の到着時間は、該ＧＰＳ信号自体を処理して必要な時間情報を入手することによって決定することができる。ＧＰＳの場合には、完全な時間情報は、３つの異なった時間成分、即ち、ビットオブウィーク（ｂｉｔ ｏｆ ｗｅｅｋ（ＢＯＷ））、エポック（ビット）、及びサブコードフレームに分割することができる（これらの時間成分については以下において詳細に説明される）。各時間成分は、異なった時間範囲を網羅しており、異なった時間分解能を有する。各時間成分は、受信機による異なった信号処理に基づいてＧＰＳ信号から入手することができる。これらの時間成分を入手するための処理は、一般的には順次に実施され、さらに時間分解能が徐々に低くなる。このため、最初にサブコードフレーム（高時間分解能）タイミングが入手され、次にエポック（ビット）タイミングが入手され、最後にＢＯＷ（低時間分解能）タイミング情報が入手される。従って、ある１つの所定の時間成分をＧＰＳ信号から入手するための処理時間は、累積的である（即ち、該時間成分に関する処理時間及びそれよりも分解能が高いすべての時間成分に関する処理時間の合計になる）。ＧＰＳ受信機が、これらの時間成分のうちのいずれかを先験的に既知である場合は、その時間成分を入手するための該当する処理を省略することができる。その結果、疑似距離測定値を入手するために必要な時間量、そして究極的には該当端末に関する位置座標計算値（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｉｘ）を入手するために必要な時間量を減らすことになる。

端末は、位置座標計算結果のうちの１つとしてＧＰＳ時間を入手することができる。該ＧＰＳ時間は、「真の時間」または絶対時間であるとみなすことができ、上述されている３つのすべての時間成分を含む。このＧＰＳ時間は、端末の内部タイミングを「タイムスタンプ」するために使用することができ、このため、特定の時刻における真の時間又は絶対時間を知ることができる。位置座標の計算と次の位置座標の計算の間は、端末は、可能な限り多くの回路の電力を低下させて電池を保存するアイドルモードで動作させることができる。アイドルモード状態の端末は、一般的には、内部クロックに基づいて動作されるカウンタを維持する。該カウンタは、有効なことに、端末がアイドル状態にあっていずれの送信機からも信号を受信中でないときに該端末に関するタイミング情報を提供するために使用されるタイマーである。

端末は、任意の時刻に新たな位置座標の計算を実施するように指令することができる。この場合においては、カウンタは、最後のＧＰＳ時間が入手された時刻以降の経過時間量（端末の内部クロックで測定した時間量）を推定するためのリアルタイムクロックとして使用することができる。さらに、この任意の時刻における絶対時間は、該経過時間推定値を該最後のＧＰＳ時間に加えることによって推定することができる。この絶対時間推定値の精度は、該経過時間推定値の精度に依存する。該経過時間を相対的に高い精度で推定することができれば、該絶対時間推定値も合理的に正確である。この場合には、新たな位置座標の計算のためにＢＯＷタイミング及びエポック（ビット）タイミングを回復させる必要がない。従って、新たな位置座標計算値は、非常に望ましいことに、これまでよりもはるかに短時間で入手することができる。

残念なことに、端末の内部クロックは、十分に正確でないことがある。例えば、端末のリアルタイムクロックを実装するために用いられる内部クロックは、１００ｐｐｍという大きな誤差を有する可能性がある。従って、経過時間推定値も同じｐｐｍ量だけ誤差が生じることになり、該誤差の規模は、経過時間が長いほど大きくなる。例えば、経過時間５０秒における１００ｐｐｍの誤差は５ｍｓｅｃであり、経過時間５００秒の場合には同じ１００ｐｐｍの誤差が５０ｍｓｅｃになる。従って、経過時間推定値の誤差が大きい場合は、新たな位置座標の計算のためのエポック（ビット）タイミングそして（おそらく）ＢＯＷタイミングを回復させることが必要になる可能性があり、このことは、非常に望ましくないことである。

従って、従来よりも高い精度を有しておりさらに位置決定等の様々な用途において使用することができるリアルタイムクロックを実装するための方法及び装置が必要である。

本出願明細書においては、複数の通信システムから伝送された時間情報に基づいて「バーチャルな」リアルタイムクロックを端末において実装するための方法及び装置が提供される。少なくとも１つのシステム（例えば、ＧＰＳ）は、バーチャルリアルタイムクロックに関する「絶対」時間情報を提供し、さらに、少なくとも１つのその他のシステム（例えば、セルラーシステム、等）は、「相対」時間情報を提供する。バーチャルリアルタイムクロックは、第１のシステムから入手可能になった絶対時間を「タイムスタンプする」ことができる。相対時間（第２のシステム内の複数の非同期送信機から受け取ることができる）は、第２のシステムから受け取った時点でバーチャルリアルタイムクロックのタイムラインにマッピングすることができる。次に、該タイムラインのいずれかの任意の時刻における絶対時間を、該第１のシステムから受け取った絶対時間及び該第２のシステムから受け取った相対時間に基づいて推定することができる。さらに、該第１のシステムから受け取った２つ以上の時刻に関する絶対時間を用いて、該第２のシステムから受け取った相対時間を校正することも可能である。

本出願明細書において説明されている方法の１つの特定の実施形態は、複数の通信システムから受け取った時間情報に基づく絶対時間推定値を提供することができる。最初に、第１の時刻に関する絶対時間が第１のシステム（例えば、ＧＰＳ）から入手される。次に、第２の時刻において第２のシステム（例えば、ＧＳＭシステム又はＷ−ＣＤＭＡシステム）内の第１の送信機から第１のシグナリングメッセージ（例えば、同期化バースト）が受け取られる。次に、該第１の時刻と該第２の時刻との間の第１の時間オフセットが決定される。さらに、第３の時刻に（例えば、ハンドオフ状態において）第２のシステム内の第２の送信機から第２のシグナリングメッセージを受け取ることもできる。該第１の送信機及び該第２の送信機は、互いに非同期であることができ、その場合には、該第１の時刻と該第３の時刻との間の第２の時間オフセットが決定される。その後に、第４の時刻に該第１の送信機又は該第２の送信機から第３のシグナリングメッセージが受け取られる。これで、指定された時刻における絶対時間推定値を、（１）該第１の時刻に関する該絶対時間、（２）該第１の［又は第２の］時間オフセット、（３）該第２の［又は第３の］時刻と該第４の時刻の間の経過時間、及び（４）該第４の時刻と該指定時刻の間の時間差、に基づいて決定することができる（［ ］内の用語は、該第２の送信機の相対時間を用いて該指定時刻における絶対時間を推定する場合に用いる）。

以下では、該方法及び装置の様々な側面及び実施形態がさらに詳細に説明されている。

本発明の特長、性質、及び利点は、下記の発明を実施するための最良の実施形態と図面を併用することでさらに明確になる。該図面においては、同一のものについては図面全体に渡って同一の参照符号を付けることとする。

発明を実施するための最良の実施形態

図１は、複数の通信システムから信号を受信することができる無線端末１１０を示した概略図である。１つの該通信システムは、よく知られた全地球測位システム（ＧＰＳ）である。もう１つの該通信システムは、無線（例えば、セルラー）通信システムであり、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システム、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システム、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システム、又はその他の多元接続通信システムであることができる。ＣＤＭＡシステムは、１つ以上の規格（例えば、ＩＳ−９５、ＩＳ−２０００、Ｗ−ＣＤＭＡ、等）を実装することができる。ＴＤＭＡシステムは、１つ以上の規格（例えば、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、等）を実装することができる。これらの各種規格は当業においては既知であり、本出願明細書において参照することによって本出願明細書に組み入れられている。一般的には、端末１１０は、あらゆる型のあらゆる数の通信システム（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷＩ−ＦＩ、又は時間情報を提供できるその他のあらゆるシステム）から信号を受信することができる。後述される特定の実施形態においては、端末１１０は、ＧＰＳ及びＧＳＭシステムから信号を受信することができる。

端末１１０は、いくつかのＧＰＳ衛星１３０から信号を受信することができ、さらに、これらのＧＰＳ信号を処理して自己の現在位置の推定値を導き出すことができる。該端末は、位置座標計算結果のうちの１つとしてＧＰＳ時間を入手する（又は、これらのＧＰＳ信号を処理してＧＰＳ時間のみを入手するように動作させることができる）。ＧＰＳ衛星によって維持されているクロックは非常に正確であり、さらに地球上の原子時計を極めて正確に追跡するために必要に応じて追加調整することができるため、このＧＰＳ時間は、実際の時間を正確に示している。従って、ＧＰＳ時間は、「真の時間」又は「絶対時間」とみなすことができる。端末は、ＧＰＳ時間が提供されるごとに自己のタイミングを校正することができる。しかしながら、端末は、散発的な時刻に（例えば、ユーザー及び／又はセルラーシステムによって指示されるごとに）位置座標の計算を実施するため、ＧＰＳ時間は、これらの散発的な時刻のみにおいて入手可能にすることができる。

端末１１０は、セルラーシステム内の１カ所以上の基地局１２０から信号を受信することもでき、これらの地上信号を処理して情報を受け取るか又は該セルラーシステムと通信することができる。該端末は、同期化・取得プロセスの一貫として、該端末がデータを受け取るか又は通信する各基地局のタイミングを決定することが要求される。ＧＳＭシステムにおいては、フレームレベルの同期化データを端末に提供するために同期化バーストが各基地局によって定期的に伝送される。各基地局のタイミングは、該基地局によって伝送された同期化バーストを処理することによって決定することができる。

いくつかのセルラーシステム（例えば、ＩＳ−９５システム及びｃｄｍａ２０００システム）は、すべての基地局のタイミングが整合されるように同期で動作される。さらに、これらのセルラーシステム内の基地局のタイミングは、ＧＰＳ時間と同期化される（即ち、ＧＰＳ時間にロックされる）。この場合には、端末は、ＧＰＳ衛星及び／又は基地局から受信した信号に基づいて入手することができるＧＰＳ時間を用いて自己の内部タイミングを連続的に更新することができる。

しかしながら、いくつかのセルラーシステム（例えば、ＧＳＭシステム及びＷ−ＣＤＭＡシステム）は、非同期で動作させることができる。Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおいては、基地局は、すべての基地局が互いに同期になるような形で又はすべての基地局が互いに非同期になるような形で動作させることができる。さらに、これらの基地局は、いくつかの基地局が同期化され、その他の基地局が同期化されないような形で動作させることもできる。同期動作又は非同期動作のいずれを選択するかは、該システムがネットワークオペレータによってどのように運用されるかに依存する。ＧＳＭシステムにおいては、基地局は、互いに非同期である。

非同期セルラーシステム（例えば、ＧＳＭシステム又はＷ−ＣＤＭＡシステム）の場合には、基地局のタイミングは整合されず、このため時間の経過に伴ってドリフトする可能性がある。このドリフトの長期的な平均値は、ゼロである場合とゼロ以外の値になる（即ち、基地局間の時間差が連続的に拡大又は縮小する）場合がある。また、タイミングが非同期であるため、(偶然である場合以外は)これらの基地局に関するフレームが同じ時刻に開始する可能性がない。さらに、非同期セルラーシステムにおける基地局のタイミングはＧＰＳ時間と同期でないのが一般的である。以上の理由により、端末は、これらの非同期基地局から受け取った時間情報に基づいて自己の内部タイミングを同期システムの場合と同じように更新することができない。

本出願明細書においては、複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて「バーチャルな」リアルタイムクロックを端末に実装するための方法及び装置が提供され、これらの複数の通信システムのうちの１つは、非同期システム（例えば、ＧＳＭシステム又はＷ−ＣＤＭＡシステム）である。セルラーシステム内の基地局は非同期で動作させることができるが、各基地局のタイミングは、一般的には端末の内部クロックよりも正確であるクロックに基づいて導き出されるということを、発明者は認識している。例えば、端末の内部クロックは、ほぼ１０ｐｐｍ以下の精度を有しているが、基地局のクロックは、ほぼ±０．０５ｐｐｍ又はおそらくほぼ０．０１ｐｐｍの精度を有している（即ち、端末よりも１００乃至１０００倍精度が高い）。従って、ＧＰＳから受け取ったＧＰＳ時間（入手可能な場合）及びセルラーシステム内の基地局の正確なタイミングに基づいて、正確なバーチャルリアルタイムクロックを端末によって実装することができる。

図２は、ＧＰＳ及びセルラーシステムから受け取った時間情報に基づいてバーチャルリアルタイムクロックを端末に実装する例を示した概略図である。図２は、該端末、セルラーシステム内の基地局、及びＧＰＳに関する３つの異なったタイムラインを示している。これらの３つの異なったタイムラインは、該端末、基地局及びＧＰＳに関する（ロックされていない）３つの異なったクロックを使用した結果得られたタイムラインである。

図２において示されているように、ＧＰＳは、地球上の極めて正確な原子時計に基づいて実効的に決定される自己のタイムラインと関連づけられている。ＧＰＳ衛星のクロックは、絶対ＧＰＳ時間と個々の衛星クロックの間の関係をいずれの所定の時刻においても非常に詳細に知ることができるように制御及び補正される。

非同期セルラーシステムにおいては、各基地局のタイミングは、該非同期セルラーシステム内のその他の基地局のタイミングと異なる。各基地局のタイミングは、その基地局自体のクロックに基づいて決定され、該クロックは、その他の何らかの時間基準（例えば、ＧＰＳ）にロックされている場合とされていない場合がある。しかしながら、基地局のクロック周波数は、一般的には、端末の内部クロック周波数よりもはるかに正確である。各基地局は、セルラーシステムによって実装された規格によって定義された特定の継続時間を有するフレームでデータを伝送する。図２においては、説明を単純化するため、１つの基地局のみのタイミングが示されている。この基地局のフレーム時間は、Ｔ_{ｆｒａｍｅ}によって表されており、さらに、図２には各フレームの開始が示されている。

端末は、一般的には、該端末内のすべての処理素子に関する「システム時間を提供するために使用されるカウンタ又はタイマーを維持する。説明を単純化するため、以下の説明では、システム時間を提供するためにカウンタが維持されていると想定している。このカウンタは、一般的には３つのエンティティ（即ち、端末、基地局、及びＧＰＳ）内のすべてのクロックの中で精度が最も低い端末の内部クロックに基づいて動作される。該内部クロックは、別のクロック（例えば、基地局クロック）にロックされていないかぎり「自由に動作する」。端末におけるシステム時間の精度は、該内部クロックと直接結び付いている。

最初に、電力上昇時に（例えば何らかの任意の時刻に）カウンタをリセットすることができ、その後は、カウンタは、内部クロックに基づいて数字を増加させる。説明を明確化するため、示されているカウンタは、最大カウンタ値に達するまで各クロックサイクルとともに線形に増加する出力を有するラップアラウンドカウンタであり、最大カウンタ値に達すると最小カウンタ値にリセットされる。従って、該カウンタ出力は、のこぎり波として作図することができる。最大カウンタ値及び最小カウンタ値は、のこぎり波形の各周期が基地局からの１つのフレームとほぼ等しくなるような値を選択することができる。１つの典型的実装においては、このカウンタ内又は別のカウンタ内の追加ビットを用いてより長い時間的間隔を網羅することができる。例えば、第１のカウンタがラップアラウンドする回数（即ち、フレーム数）をカウントするための別のカウンタを維持することができる。

該カウンタは、端末に関するシステム時間を提供し、さらに該端末のタイムラインを定義する。特に、端末タイムラインにおけるいずれの所定の時刻も、該時刻における該端末に関するシステム時間として用いられる特定のカウンタ値に関連づけられている。その他の外部時間情報が存在しない場合は、該カウンタは、「相対」時間（即ち、２つの時刻間において経過した時間量）を提供することができるが、「絶対時間」（即ち、いずれかの所定の時刻における「真の時間」又は実時間）を提供することはできない。

バーチャルリアルタイムクロックは、次の方法で端末において実装することができる。最初に、端末タイムラインの時刻Ｔ_１において、該時刻に関する絶対時間ｔ_ａｂｓ１が端末に提供される。この絶対時間ｔ_ａｂｓ１は、（例えば位置座標計算値を入手するために）いくつかのＧＰＳ衛星から送信された信号を処理することによって入手されたＧＰＳ時間であることができ、又は、その他の何らかの手段によって入手することもできる。次に、端末は、時刻Ｔ_１に関するカウンタ値Ｃ_１を絶対時間ｔ_ａｂｓ１と関連づける。該関連づけることは、端末のタイミングとＧＰＳのタイミングとの間において関係を確立させる。

さらに、端末は、メッセージを受け取るために及び／又はセルラーシステムと通信するために、基地局から受信した信号を（連続的に又は定期的に）処理する。端末は、該信号処理の一貫として、該端末に関する同期化を提供するために基地局によって伝送されたいくつかのシグナリングメッセージ（例えば、同期化バースト）を検出することができる。図２において示されているように、端末は、フレームｋの開始を時刻Ｔ_２における開始として検出する。さらに、端末は、フレームｋのシグナリングメッセージを処理してこのフレームのフレーム番号を抽出する。次に、端末は、時刻Ｔ_２に関するカウンタ値Ｃ_２をフレームｋの開始と関連づけ、さらに、フレームｋのフレーム番号を時刻Ｔ_２と関連づける。この関連づけは、端末のタイミングと基地局のタイミングとの間において関係を確立させる。

次に、端末は、ＧＰＳのタイミングと基地局のタイミングとの間において関係を確立させる。特に、端末は、絶対時間ｔ_ａｂｓ１が受け取られた時刻Ｔ_１とフレームｋの開始に関する時刻Ｔ_２との間の時間オフセットΔＴ_ＢＳを決定することができる。この時間オフセットは次式のように表すことができる。

カウンタ値は、端末タイムラインに関する時間を示すために用いられるため、時間オフセットΔＴ_ＢＳは、ΔＴ_ＢＳ＝（Ｃ_２−Ｃ_１）／Ｆ_ｎｏｍとして決定することができる（ここで、Ｆ_ｎｏｍは公称クロック周波数であり、Ｃ_２は、時刻Ｔ_１以降におけるカウンタ内でのラップアラウンドを考慮に入れるために調整される）。

その後は、端末は、一定の時間だけアイドル状態になる。端末タイムラインの任意の時刻Ｔ_４において、（例えば、新たな位置座標の計算のために）絶対時間が必要になることがある。時刻Ｔ_４における

は、次の方法で決定することができる。即ち、第１に、時刻Ｔ_４よりも前（又は時刻Ｔ_４の近く）におけるフレーム（例えば、フレームｋ＋ｎ）の開始が、時刻Ｔ_３における開始として検出される。次に、絶対時間推定値が必要な場合におけるフレームｋ＋ｎと時刻Ｔ_４との間の時間差ΔＴを次式によって決定することができる。

この場合も、時間差ΔＴは、ΔＴ＝（Ｃ_４−Ｃ_３）／Ｆ_ｎｏｍとして決定することができる（ここで、Ｃ_３及びＣ_４は、それぞれの時刻Ｔ_３及びＴ_４におけるカウンタ値である）。

時刻Ｔ_２とＴ_３との間における全フレーム数も決定される。この数は、フレームｋ及びｋ＋ｎで伝送されたシグナリングメッセージから抽出されたフレーム番号に基づいて、又は、端末がフレーム数をカウントするために維持するもう１つのカウンタに基づいて、入手することができる。次に、時刻Ｔ_４における絶対時間ｔ_ａｂｓ２を次式のように推定することができる。

ここで、ｎは、時刻Ｔ_２とＴ_３の間の全フレーム数である。

式（３）において示されているように、絶対時間推定値ｔ^* _ａｂｓ２は、４つの項に基づいて導き出される。項ｔ_ａｂｓ１は非常に正確であり、誤差なしとみなされる。例えば、ＧＰＳ時間は、１００ｎｓｅｃのオーダーの精度を与えることができる。項ｎＴ_{ｆｒａｍｅ}は、基地局のタイミングに基づいており、この場合のＴ_{ｆｒａｍｅ}は、０．１ｐｐｍ又は０．０１ｐｐｍの精度である。項ｎＴ_{ｆｒａｍｅ}は、一般的には、時刻Ｔ_１とＴ_４の間の経過時間のうちの大部分を網羅している。項ΔＴ_ＢＳ及びΔＴは、端末のタイミングに基づいており、一般的には、３つのすべてのエンティティの中で最も低い精度を有している。しかしながら、項ΔＴ_ＢＳ及びΔＴによって網羅されている時間は、一般的には、時刻Ｔ_１とＴ_４の間の経過時間と比較して短時間である。従って、（１）時刻Ｔ_１とＴ_４の間の経過時間のほとんど（即ち、ｎＴ_{ｆｒａｍｅ}）は、正確な基地局のタイミングに基づいて推定され、さらに、（２）それよりも精度が低い端末のタイミングに基づいて推定されるのは経過時間（即ち、ΔＴ_ＢＳ＋ΔＴ）のうちの相対的にほんのわずかな部分にすぎないため、絶対時間推定値ｔ^* _ａｂｓ２は、時刻Ｔ_４における絶対時間ｔ_ａｂｓ２の正確な推定値である。

図２において例示されているように、バーチャルリアルタイムクロックは、複数の通信システム（例えば、ＧＰＳ及びセルラーシステム）から受け取った情報に基づいて実効的に実装される。１方の通信システム（例えば、ＧＳＰ）からの時間情報は、特定の時刻における正確な絶対時間（例えば、ｔ_ａｂｓ１）の形で提供される。他方の通信システム（例えば、セルラーシステム）からの時間情報は、正確な相対時間（例えば、正確なフレームレベルのタイミングに基づいたｎＴ_{ｆｒａｍｅ}）の形で提供される。従って、バーチャルリアルタイムクロックは、１方の通信システムから受け取った絶対時間及び他方の通信システムから受け取った相対時間に基づいて、いずれかの任意の時刻における絶対時間の正確な推定値を提供することができる。上述されているように、これよりも精度が低いクロック（例えば、端末内の内部クロック）は、他方の通信システムから受け取った相対時間によって網羅されていない時間に関して使用することができる。

基地局のタイミングは、複数の時刻に関して入手された正確な絶対時間に基づいてさらに校正（又は補正）することができる。例えば、（上述されているように推定しなければならない代わりに）時刻Ｔ_４においてＧＰＳから正確な絶対時間ｔ_ａｂｓ２を入手可能である場合は、基地局からの各フレームによって網羅されている時間は、次式によって導き出すことができる。

式（４）において示されているように、フレーム時間Ｔ_{ｆｒａｍｅ}は、４つの項に基づいて導き出される。項ｔ_ａｂｓ１及びｔ_ａｂｓ２は非常に正確であり、誤差がないとみなされる。項ΔＴ_ＢＳ及びΔＴは、端末のタイミングに基づく。（ｔ_ａｂｓ２−ｔ_ａｂｓ１）が（ΔＴ_ＢＳ＋ΔＴ）と比較して大きい場合には、端末のタイミング誤差がフレーム時間Ｔ_{ｆｒａｍｅ}の導出に及ぼす影響が小さくなる。式（４）から導き出されたフレーム時間Ｔ_{ｆｒａｍｅ}は保存することができ、さらに、のちに絶対時間を推定することが必要になるごとに該基地局に関するフレーム時間として使用することができる。さらに、フレーム時間Ｔ_{ｆｒａｍｅ}は、新たな正確な絶対時間が入手可能になったときに更新することができる。上述されているタイミング校正は、基地局の周波数オフセットを計算することに相当する。

バーチャルリアルタイムクロックは、非同期通信システム（例えば、ＧＳＭシステム又はＷ−ＣＤＭＡシステム、等）に関しても実装することができる。上述されているように、これらの非同期通信システムにおける基地局に関するタイミングは、整合させることはできないが正確である。端末は、アイドル状態中又はセルラーシステムと通信中に、該当する基地局のカバレッジエリアに入るとき又はこれらのカバレッジエリアから出るときに１つの基地局からもう１つの基地局にハンドオフされる（又は「再選択される」）。各基地局のタイミングは、入手可能になったときにバーチャルリアルタイムクロックを実装するために使用することができる。

図３は、ＧＰＳ及びセルラーシステム内の２カ所の非同期基地局から受け取った時間情報に基づいたバーチャルリアルタイムクロックの実装を例示した概略図である。図３は、端末及び２つの基地局に関する３つの異なったタイムラインを示している。これらの３つの異なったタイムラインは、該端末及び該２つの基地局に関する（ロックされていない）３つの異なったクロックを使用した結果得られたタイムラインである。なお、説明を単純化するために、ＧＰＳに関するタイムラインは示されていない。

最初に、端末タイムラインの時刻Ｔ_１において、絶対時間値ｔ_ａｂｓ１が端末に提供される。この絶対時間値ｔ_ａｂｓ１は、該時刻に関するＧＰＳ時間であることができる。次に、端末は、時刻Ｔ_１に関するカウンタ値Ｃ_１を絶対時間ｔ_ａｂｓ１と関連づける。該関連づけることは、端末のタイミングとＧＰＳのタイミングとの間において関係を確立させる。

その後は、端末は、時刻Ｔ_２において行われた基地局１からのフレームｋの開始を検出する。次に、端末は、時刻Ｔ_２に関するカウンタ値Ｃ_２を、基地局１からのフレームｋの開始と関連づける。この関連づけることは、端末のタイミングと基地局１のタイミングとの間において関係を確立させる。上式（１）において示されているように、端末は、絶対時間ｔ_ａｂｓ１が受け取られたときの時刻Ｔ_１と基地局１からのフレームｋの開始に関する時刻Ｔ_２との間の時間オフセットΔＴ_ＢＳ１を決定することによって、ＧＰＳのタイミングと基地局１のタイミング間において関係を確立させることができる。

端末は、基地局２からも伝送を受け取る。端末は、基地局２とＧＰＳとの間においてタイミング関係を確立させるため、最初に、基地局２からのフレームｉの開始を時刻Ｔ_３における開始として検出する。次に、端末は、時刻Ｔ_３に関するカウンタ値Ｃ_３を、基地局２からのフレームｉの開始と関連づける。基地局１に関するフレームｋの開始と基地局２に関するフレームｉの開始との間の時間差ΔＴ_ＢＳ１２は、次式によって決定することができる。

次に、端末は、次式のように、絶対時間ｔ_ａｂｓ１が受け取られた時刻Ｔ_１と基地局２からのフレームｉの開始に関する時刻Ｔ_３との間の時間オフセットΔＴ_ＢＳ２を決定することによって、ＧＰＳのタイミングと基地局２のタイミングとの間において関係を確立させることができる。

端末タイムラインの任意の時刻Ｔ_６において、（例えば、新たな位置座標の計算のために）絶対時間が必要になることがある。時刻Ｔ_６における絶対時間ｔ_ａｂｓ２は、基地局１及び／又は基地局２のタイミングに基づいて推定することができ、該タイミングは、該端末が依然として時刻Ｔ_６の近くにおいてフレームを受け取ることができる基地局に依存する。時刻Ｔ_６における絶対時間ｔ_ａｂｓ２を基地局１のタイミングに基づいて推定するプロセスは、図２に関して上述されている方法で達成させることができる。

時刻Ｔ_６における絶対時間ｔ_ａｂｓ２を基地局２のタイミングに基づいて推定するプロセスは、次のようにして達成させることができる。即ち、最初に、時刻Ｔ_６の近くにおけるフレームｉ＋ｎの開始が、時刻Ｔ_５において行われた開始として検出される。絶対時間推定値が必要な場合におけるフレームｉ＋ｎの開始と時刻Ｔ_６の間の時間差ΔＴ_２は、次式によって決定することができる。

時刻Ｔ_３とＴ_５の間における全フレーム数も、（例えば、フレームi及びｉ＋ｎで伝送されたシグナリングメッセージから抽出されたフレーム番号に基づいて、又は、端末がフレーム数をカウントするために維持するもう１つのカウンタに基づいて）決定される。次に、時刻Ｔ_６における絶対時間ｔ_ａｂｓ２を次式によって推定することができる。

ここで、ｎは、時刻Ｔ_３とＴ_５の間における全フレーム数である。

式（８）において示されているように、絶対時間推定値ｔ^* _ａｂｓ２は、４つの項に基づいて導き出される。項ｔ_ａｂｓ１は、非常に正確であり、項ｎＴ_{ｆｒａｍｅ}は、同じく正確である基地局２のタイミングに基づいている。基地局２に関する項ΔＴ_ＢＳ２及びΔＴ_２は、端末のタイミングに基づいて導き出され、基地局１に関して導き出された項ΔＴ_ＢＳ１及びΔＴ_１とほぼ同じ量の誤差を有する。従って、バーチャルリアルタイムクロックは、端末が非同期セルラーシステムにおいて１つの基地局から別の基地局にハンドオフされるときでも正確に維持することができる。

説明を単純化するために、図３は、時刻Ｔ_１の１つのフレーム時間内において受け取られる２つのフレームｋ及びｉに基づいた時間オフセットΔＴ_ＢＳ１及びΔＴ_ＢＳ２の導出を示した図である。一般的には、非同期基地局によっていずれかの時刻に伝送されたフレームは、相対時間情報を入手するために使用することができる。これらのフレームの位相（即ち、ビットレベルのタイミング）及びこれらのフレーム数は、（例えば、これらのフレームで伝送されたシグナリングメッセージから）決定することができ、さらに、時間オフセットΔＴ_ＢＳ１及びΔＴ_ＢＳ２を導き出すために使用することができる。各時間オフセットは、１フレーム時間よりも短い場合（即ち、ΔＴ_ＢＳ＜Ｔ_{ｆｒａｍｅ}）、又は１フレーム時間よりも長い場合（即ち、ΔＴ_ＢＳ＞Ｔ_{ｆｒａｍｅ}）がある。

基地局間のハンドオフも何時で発生する可能性があり、このため考慮することができる（例えば、各基地局に関する時間オフセットは、相対時間を入手できない時間のみを網羅するようにすることができる）。さらに、バーチャルリアルタイムクロックは、あらゆる数の非同期基地局からの相対時間情報を使用することができる。一般的には、各基地局から受け取った相対時間情報は、該基地局からフレームが受け取られたときのあらゆる該当時間に関して使用することができる。いずれかの２つの時刻間の経過時間は、次式のように、複数の基地局から受け取った相対時間を個々に組み合わせることによって推定することができる。

ここで、ｎ_iは、基地局ｉから受け取った相対時間によって網羅されているフレーム数、Ｔ_{ｆｒａｍｅ，i}は、基地局ｉに関するフレーム時間、Ｎ_Ｂは、経過時間を推定するために用いられる基地局数である。

相対時間情報は、セルラーシステム内の基地局によって伝送されたシグナリングメッセージを処理することによって入手することができる。各規格は、使用すべき特定のシグナリングメッセージ、該シグナリングメッセージの伝送周波数、等を定めている。以下では、説明を明確化するため、相対時間情報を入手するために用いられるＧＳＭに関するシグナリングメッセージについて説明されている。

図４は、ＧＳＭシステムに関するフレーム構造を例示した概略図である。このフレーム構造では、２０４８のスーパーフレームを含むハイパーフレームが定義されており、該ハイパーフレームは、３時間２８分５３秒７６０ミリ秒の時間を網羅している。各スーパーフレームは、１３２６のＴＤＭＡフレームを含み、各々が５１フレームを具備するいくつかのマルチフレーム又は各々が２６フレームを具備するいくつかのマルチフレームに分割することができる。各ＴＤＭＡフレームは、８つのタイムスロットを含み、４．６１５ｍｓｅｃを網羅している。各タイムスロットは、１５６．２５ビットを含み、０．５７７ｍｓｅｃを網羅している。さらに、各ビットは、３．６９μｓｅｃの継続時間を有する。

各基地局は、端末が該基地局と同期化するため及びタイミングを導き出すために使用することができる同期化バーストを定期的に伝送する。各５１フレームごとに５つの同期化バーストが伝送され、約２１．２Ｈｚの速度に相当する。図４において示されているように、１４８ビットを具備する同期化バーストを、ＴＤＭＡフレームの第１のタイムスロットで伝送することができる。各同期化バーストは、７８の暗号化されたビットを含み、これらのビットを復号することによって、１９ビットの縮小ＴＤＭＡフレーム番号（ＲＦＮ）および６ビットの基地局トランシーバシステム識別コード（ＢＳＩＣ）を入手することができる。該１９ビット縮小ＴＤＭＡフレーム番号は、ハイパーフレーム内において、該当する同期化バーストが伝送された特定のＴＤＭＡフレームを識別する番号である。ＢＳＩＣは、該当する同期化バーストを伝送した特定の基地局を識別するコードであり、各基地局を一意で識別するために使用することができる。また、受信された各同期化バーストの開始を決定し、図２及び３に示されているフレーム開始として使用することができる。１９ビット縮小ＴＤＭＡフレーム番号は、いずれかの２つの同期化バースト間において伝送されたフレーム数を決定するために使用することができる。各ビットは、３．６９μｓｅｃの継続時間を有しているため、相対時間は、同期化バーストから３．６９μｓｅｃの分解能以内の精度で入手することができる。

図５は、複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて絶対時間推定値を提供するためのプロセス５００の実施形態の流れ図である。該プロセスにおいては、絶対時間情報が第１の通信システム（例えば、ＧＰＳ）から受け取られる（ステップ５１２）。該絶対時間情報は、特定の時刻に関する絶対時間の形態であることができる。さらに、第２の通信システム（例えば、セルラーシステム）内の第１の送信機から相対時間情報も入手される（ステップ５１４）。該相対時間情報は、該第１の送信機によって定期的に伝送されるシグナリングメッセージ（例えば、同期化バースト）の形態であることができる。相対時間情報は、該第２の通信システム内の第２の送信機からも受け取ることができる（ステップ５１６−該ステップはオプションであり、ダッシュ線で囲まれている）。該第１の送信機及び第２の送信機は、非同期で動作させることができる。該第１の通信システムから受け取った絶対時間情報及び該第２の通信システム内の該第１の送信機と（おそらく）第２の送信機から受け取った相対時間情報に基づいて、指定された時刻における絶対時間推定値が提供される（ステップ５１８）。

図６は、いくつかの通信システムから受け取った時間情報に基づいて絶対時間推定値を提供するためのプロセス６００の実施形態の流れ図である。最初に、第１の時刻に関する絶対時間が第１の通信システム（例えば、ＧＳＰ）から受け取られる（ステップ６１２）。又、第２の時刻において、第２の（例えばセルラー）通信システム内の第１の送信機から第１のシグナリングメッセージが受け取られる（ステップ６１４）。次に、該第１の時刻と該第２の時刻との間の第１の時間オフセットが決定される（ステップ６１６）。さらに、第３の時刻において、該第２の通信システム内の第２の送信機から第２のシグナリングメッセージを受け取ることもできる（ステップ６１８−該ステップはオプションであり、ダッシュ線で囲まれている）。次に、該第１の時刻と該第３の時刻との間の第２の時間オフセットが決定される（ステップ６２０−該ステップもオプションである）。その後、第４の時刻において、該第１の送信機又は該第２の送信機のいずれかから第３のシグナリングメッセージを受け取ることができる（ステップ６２２）。

該第３のシグナリングメッセージが該第１の送信機から伝送された場合は、指定された時刻における絶対時間推定値は、（１）該第１の時刻に関する絶対時間（例えば、図３におけるｔ_ａｂｓ１）、（２）該第１の時間オフセット（例えば、ΔＴ_ＢＳ１）、（３）該第２の時刻と該第４の時刻の間の経過時間（例えば、ｎＴ_{ｆｒａｍｅ１}）、及び（４）該第４の時刻と該指定時刻の間の該時間差（例えば、ΔＴ_１）に基づいて決定することができる（ステップ６２４）。代替として、該第３のシグナリングメッセージが該第２の送信機から伝送された場合は、該指定時刻に関する絶対時間推定値は、（１）該第１の時刻に関する該絶対時間、（２）該第２の時間オフセット（例えば、ΔＴ_ＢＳ２）、（３）該第３の時刻と該第４の時刻の間の経過時間（例えば、ｎＴ_{ｆｒａｍｅ２}）、及び（４）該第４の時刻と該指定時刻の間の該時間差（例えば、ΔＴ_２）に基づいて決定することができる。

一般的には、バーチャルリアルタイムクロックは、複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて実装することができる。一実施形態においては、少なくとも１つの通信システム（例えば、ＧＰＳ）は、バーチャルリアルタイムクロックに関する絶対時間を提供し、少なくとも１つのその他の通信システム（例えば、セルラーシステム）は、バーチャルリアルタイムクロックに関する相対時間を提供する。

もう１つの実施形態においては、相対時間情報を提供する通信システムは、指定された時刻における絶対時間情報を（例えばメッセージ内に含めて）提供することもできる。例えば、セルラーシステム内の基地局は、絶対時間を含むメッセージを、メッセージ伝送時に（例えば、該メッセージを有するフレームの開始時に）（定期的に又は要請時に）伝送することができる。本出願明細書において参照することによって本出願明細書に組み入れられている、“Method and Apparatus for Determining Time for GPS Receivers”（ ＧＰＳ受信機に関する時間を決定するための方法及び装置）という題名の米国特許Ｎｏ．５，９４５，９４４（出願日：１９９９年８月３１日）では、セルラーネットワークから伝送された情報から時間を受け取るための技術が説明されている。

バーチャルリアルタイムクロックは、入手可能になった絶対時間をタイムスタンプすることができる。さらに、２つ以上の時刻に関する絶対時間を用いて、他方の通信システムから受け取った相対時間を校正することもできる。

相対時間情報は、様々な手段によって提供することができる。１つの共通手段は、選択された時刻にシグナリングメッセージを伝送し、いずれか２つのシグナリングメッセージ間の時間差を確認できるようにする手段である。例えば、該シグナリングメッセージは、（１）ＧＳＭシステム内の各基地局によって伝送される同期化バースト（図４参照）、（２）Ｗ−ＣＤＭＡシステム内の各基地局によって伝送されるシステムフレーム番号（ＳＦＮ）、（３）既知の時間的間隔で伝送されるページング指標、等であることができる。さらに、様々な型のシグナリングメッセージを使用することができ、該使用は、本発明の適用範囲内である。

セルラーシステムから伝送された相対時間情報は、一般的には、端末において簡単に入手することができる。端末は、少なくとも１カ所の基地局と能動的に通信中に、フレームレベルのタイミングを決定し、この情報を用いてバーチャルリアルタイムクロックを更新することができる。端末は、アイドル中においても定期的にウェークアップし、ページングチャネルでのページメッセージの有無を確認して着呼の存在を知らせる。端末は、ページメッセージに関するページングチャネルの処理の一貫として、フレームレベルのタイミングを決定し、この情報を用いてバーチャルリアルタイムクロックを更新することができる。

バーチャルリアルタイムクロックは、あらゆる指定時刻における絶対時間の正確な推定値を提供するために使用することができる。この正確な時間推定値は、有利なことに、様々な用途において使用することができ、該用途のうちの１つは、位置決定である。特に、この正確な時間推定値は、（１）これまでよりも短時間で位置座標計算値を提供するために、及び／又は（２）該位置座標の計算に関して用いられる信号の処理においてより高い感度を提供するために使用することができる。以下では、ＧＰＳ信号に基づいた位置座標の計算に関する正確な時間推定値によって達成できる便益について説明する。

端末の位置は、（１）基準点として用いられる十分な数の送信機までの距離、及び（２）これらの送信機の所在位置に基づいて決定することができる。ＧＰＳの場合には、端末は、信号が各ＧＰＳ衛星から該端末まで伝播するのに要する時間を測定することによって該ＧＰＳ衛星までの距離を推定することができる。該信号が該ＧＰＳ衛星から伝送された時間が既知である（例えば、タイムスタンプされているか又は該信号内において符号化されている）場合には、該信号の伝播時間は、（該端末の内部クロックに基づいて）該信号が該端末において受信された時間を観測することによって決定することができる。しかしながら、一般的には、端末のクロックとＧＰＳ衛星のクロックとの間には時間オフセットが存在するため、送受信間における時間量を正確に決定することはできない。従って、ある１つの基準時間と信号の受信時間の間の時間差に基づいて「疑似距離」を導き出すのが一般的である。従って、該疑似距離は、端末と信号を送信したＧＰＳ衛星との間の相対距離を表している。

図７は、ＧＰＳ信号に関するデータ伝送フォーマットを例示した概略図である。各ＧＰＳ衛星は、エフェメリス衛星、ＧＰＳシステム時間（例えば、ビットオブウイーク（ＢＯＷ）情報）、接続データ、等の様々な型の情報を含むナビゲーションデータを伝送する。該ナビゲーションデータは、１秒当たり５０ビット（ｂｐｓ）の速度で提供され、各データビットは、２０ｍｓｅｃの時間を網羅している。Ｘ１時間は、７５データビット（１．５ｓｅｃ）を網羅すると定義されている。

５０ｂｐｓの該ナビゲーションデータは、１０２３ビットのゴールドコードシーケンスを繰り返すことによって生成された連続疑似乱数（ＰＮ）系列付きで該データを拡散（又はスクランブリング）することによって、１．０２３ＭＨｚ帯域幅にわたってスペクトル拡散される。特に、各データビットは、２０のコードフレームを具備しており、さらに、各コードフレームは、１つの１０２３ビットゴールドコードシーケンスを具備する。該ゴールドコードシーケンスは、１．０２３Ｍｃｐｓのチップ速度を有しており、さらに、各ＰＮ又はゴールドコードビットは、０．９７７μｓｅｃのチップ時間を有している。

ＧＰＳにおいては、絶対時間は、３つの異なった時間成分、即ち、ビットオブウィーク（ＢＯＷ）、エポック（ビット）、サブコードフレームに分割することができる。（これらの３つの時間成分は、時刻を表すために用いられる時分秒に類似しているとみなすことができる。）各時間成分は、異なった時間範囲を網羅しており、異なった時間分解能を有している。特に、サブコードフレームタイミングは、０乃至１ｍｓｅｃの範囲を網羅しており、チップレベルの分解能を有している。エポック（ビット）タイミングは、１ｍｓｅｃ乃至２０ｍｓｅｃの範囲を網羅しており、コードフレーム（又は１ｍｓｅｃ）分解能を有している。ＢＯＷ時間情報は、２０ｍｓｅｃ以上の範囲を網羅しており、データビット（又は２０ｍｓｅｃ）分解能を有している。絶対時間は、これらの３つの時間成分の組合せによって表すことができる。

上記の３つの時間成分の各々は、ＧＰＳ受信機による異なった信号処理に基づいてＧＰＳ信号から入手することができる。特に、サブコードフレームタイミングは、受信されたＧＰＳ信号のマッチフィルタリングを行うことによって入手することができる。このマッチフィルタリングは、受信されたＧＰＳ信号と、評価対象となっている仮説に対応する特定位相においてローカルで生成されたＰＮ系列とを相互に関連づけることによって達成させることができる。この相互関連づけは、ローカルで生成されたＰＮ系列が、受信されたＧＰＳ信号内のナビゲーションデータを拡散させるために用いられたＰＮ系列と時間的に整合している場合は高い出力値になり、時間的に整合していない場合は低い出力値になる。従って、該相互関連づけは、チップレベルのタイミングを提供することができる。

エポック（ビット）タイミングは、ナビゲーションデータビットのエッジ検出を行うことによって入手することができる。各データビットは、２０のコードフレームを網羅する２０ｍｓｅｃの時間で伝送される。各データビットに関する２０のコードフレームは、該データビットによって決定された極性を有している。チップレベルのタイミングがマッチフィルタリングによって決定された時点で、各コードフレームの１０２３チップがコヒーレントに累積されて対応するコードフレーム値を提供することができる。単一のデータビットに関する２０のコードフレーム値がさらに累積された場合は、高いビット値が入手される。しかしながら、反対の極性を有する２つのデータビットに関する２０のコードフレーム値が累積された場合は、単一のデータビットに関する場合よりも低いビット値が入手され、正確な値は、これらの２つのデータビットの各々と関連づけられているコードフレーム数によって決定される。従って、エッジ検出では、異なった複数の組の２０コードフレームに関して累積することによって、各データビットの開始を決定することができ、該開始は、コードフレーム（１ｍｓｅｃ）レベルのタイミングを決定するために使用することができる。

ＢＯＷ時間情報は、受け取ったデータビットを復調し、ナビゲーションデータ内に含まれている様々な型の情報を抽出することによって入手することができる。さらに、ＢＯＷ時間情報は、受け取ったデータビットを予測されたデータビットと比較するパターンマッチング技術を用いて入手することもできる。該パターンマッチング技術については、本出願明細書において参照することによって本出願明細書に組み入れられている、米国特許Ｎｏ．５，８１２，０８７、６，０５２，０８１、及び６，２３９，７４２において説明されている。さらに、ナビゲーションデータに関するデータフォーマットについては、当業においては容易に入手可能でありさらに本出願明細書において参照することによって本出願明細書に組み入れられている、“Global Position System Standard Positioning Service Signal Specification”、2^nd Edition, June 2,1995（全地球位置システム標準測位サービス信号仕様、第２版、１９９５年６月２日）という題名の文書において詳述されている。

以下の表１は、３つの時間成分、各時間成分と関連づけられている時間範囲と分解能、各時間成分を回復させるために用いられる処理技術、及び各時間成分を回復させるために必要な概算時間量を示した表である（各時間成分よりも高い分解能を有する時間成分が存在する場合は該時間成分は既に回復済みである想定している）。

これらの３つの時間成分を入手するための処理は、一般的には順次に実施され、さらに時間分解能が徐々に低くなる。このため、最初にサブコードフレーム（チップレベル）タイミングが入手され、次にエポック（ビット）タイミングが入手され、最後にＢＯＷ時間情報が入手される。従って、各時間成分をＧＰＳ信号から入手するための処理時間は、累積的である（即ち、該時間成分に関する処理時間及びそれよりも分解能が高いすべての時間成分に関する処理時間の合計になる）。表１から明らかなように、ＢＯＷ時間情報を回復させるための処理は、相対的に長時間になる可能性がある。

同じく図２において、端末は、ある一定の時間だけアイドル状態になることができ、その後に、時刻Ｔ_４において位置座標の計算を実施するように指令することができる。該位置座標を計算するに際しては、受信機は、先験的に既知である時間成分に関する処理を省略することができる。特に、時刻Ｔ_４に関する絶対時間推定値ｔ^* _ａｂｓ２の不確実性が±０．５ｍｓｅｃ未満である場合は、ＧＰＳ受信機は、位置座標を計算するためにはサブコードフレーム（チップレベル）のタイミングを決定するだけでよい。この絶対時間推定値ｔ^* _ａｂｓ２の不確実性が±１０ｍｓｅｃ以下である場合は、ＧＰＳ受信機は、位置座標を計算するためにサブコードフレームとエポック（ビット）の両方のタイミングを決定することが必要になる。さらに、絶対時間推定値ｔ^* _ａｂｓ２の不確実性が±１０ｍｓｅｃよりも高い場合は、ＧＰＳ受信機は、位置座標を計算するためにサブコードフレーム、エポック（ビット）、及びＢＯＷの各タイミングを決定することが必要になる。

バーチャルリアルタイムクロックは、正確な絶対時間推定値を提供するために使用することができる。特に、位置決定を行う場合は、バーチャルリアルタイムクロックを使用することによって、エポック（ビット）タイミング及びＢＯＷタイミングを回復させる必要がない正確な絶対時間推定値を提供することができる。その結果、（３つの時間成分の中で処理時間が最も短い）サブコードフレーム（チップレベル）のタイミングのみを決定すればよいため、位置座標計算値を入手するために必要な時間量を低減させることになる。

バーチャルリアルタイムクロックによって提供された正確な絶対時間推定値は、さらに、ＧＰＳ信号を処理する際の感度を向上させることも可能である。多くの事例において、ＧＰＳ信号は、（１）ＧＰＳ衛星と受信機との間の長い伝播路による信号減衰、（２）該伝播路における妨害、等に起因して信号の質が低下した状態又は不良状態で受信されることがある。エポック（ビット）及びＢＯＷのタイミングが先験的に既知である場合は、受信されたＧＳＰ信号は、チップレベルのタイミングの回復を向上させるような形で処理することができる。

同じく図７において、エポック（ビット）のタイミングが既知である場合は、各データビットの開始を決定することができる。その場合には、（持続時間が１つのデータビットの持続時間のわずか１／２０にすぎない）各コードフレーム全体にわたってではなく１つのデータビット全体にわたって（即ち、ビット同期統合）コヒーレントな累積（即ち、相互関連づけ）を行うことができる。この場合には、コヒーレントな累積の間隔が長いほど、劣化した受信ＧＳＰ信号内におけるチップレベルのタイミングの検出を向上させることができる。このことは、ＧＰＳ受信機が、より低い信号・雑音比（ＳＮＲ）を有する受信ＧＰＳ信号に基づいて位置座標計算値を提供することを可能にする。従って、エポック（ビット）タイミングが既知であることによってＧＰＳ受信機の感度を向上させることができ、このことは、ＧＰＳ受信機がより厳しい環境において位置座標計算値を提供することを可能にする。

位置座標の計算のために用いられるＧＰＳ衛星の所在位置に関する正確な推定値を提供する場合も正確な時間が要求される。各衛星は、自己の軌道に関する高精度のモデル化された検出を含む“Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ”（エフェメリス）情報を伝送し、該情報は、地球上の追跡局によって追跡及び報告される。該Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ情報は、１つの入力変数として時間の関数の形態で提供される。各ＧＰＳ衛星は、約３６００ｍ／秒の速度で移動するため、衛星の所在位置に関する正確な推定値を導き出すためには正確な（例えば、数μｓｅｃ以内の）絶対時間推定値が必要である。バーチャルリアルタイムクロックから提供される絶対時間推定値は、衛星に関する最初の位置推定値を入手するための関数への入力時間として提供することができる。これで、端末から最初の衛星位置推定値までの疑似距離を求めることができる。端末は、該求められた疑似距離が正確であるという想定の下に、衛星によって伝送された信号を探すことができる。コード位相が入手された時点で、その他の２つの時間成分を分解することができる。本出願明細書において参照することによって本出願明細書に組み入れられている米国特許Ｎｏ．５，９４５、９４４、６，１５０，９８０、及び６，２１５，４４２では、ＧＰＳ信号を処理するための最初の時間推定値の使用について説明されている。

図８は、バーチャルリアルタイムクロックから提供された正確な絶対時間に基づいて受信装置の位置を決定するプロセス８００の実施形態の流れ図である。該受信装置は、無線通信システムにおける無線端末内に配置することができる。最初に、第１の時刻に関する絶対時間が第１の通信システム（例えば、ＧＰＳ）から入手される（ステップ８１２）。この絶対時間は、該第１の時刻に関して実施された位置座標の計算結果のうちの１つとして入手することができる。次に、該受信装置は、バーチャルリアルタイムクロックに関する相対時間情報を提供するために使用される第２の通信システムのタイミング／周波数の安定度に基づいて決定することができるある時間だけスリープ状態になる（ステップ８１４−このステップはオプションである）。該受信装置がスリープ状態中に、該第２の通信システムから相対時間情報が入手される（ステップ８１６）。次に、該第１の時刻に関する該絶対時間及び該第２の通信システムから受け取った該相対時間情報に基づいて、第２の時刻における絶対時間を推定することができる（ステップ８１８）。次に、該第２の時刻に関する該絶対時間推定値に基づいた位置座標の計算が、該受信装置によって行われる（ステップ８２０）。

バーチャルリアルタイムクロックは、その他の用途に関する正確な絶対時間推定値を提供するためにも使用することができ、この使用は、本発明の適用範囲内である。例えば、これらの絶対時間推定値は、通信（例えば、同期システムと非同期システムとの間の転送）天文学、写真撮影、暗号手法（例えば、セキュリティシステム）、等のために使用することができる。

図１において、端末１１０は、複数の通信システムから送信された信号を受信及び処理して時間情報を入手することができるあらゆるデバイスであることができる。一実施形態においては、端末１１０は、いくつかの送信機から信号を受信できる携帯電話である。その他の実施形態においては、端末１１０は、無線モデム、衛星及び／又は基地局から信号を受信できる受信装置、又はその他のいずれかの型の受信機を有する電子機器（例えば、コンピュータ端末、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ））であることができる。

図９は、無線端末１１０の１つの構成要素となることができる受信装置９００の実施形態を示したブロック図である。受信装置９００は、ＧＰＳ及びセルラーシステム等の複数の通信システムから受信した信号を処理できるように設計することができる。図９に示されている実施形態においては、受信装置９００は、アンテナ９１０、ＧＰＳ受信機９１２ａ、地上受信機９１２ｂ、処理装置９１４、クロック／カウンタ（又はタイマー）装置９１６、メモリ装置９１８、及びコントローラ９２０を含む。

アンテナ９１０は、いくつかの送信機（ＧＰＳ衛星の送信機及び／又は基地局の送信機のあらゆる組合せであることができる）から信号を受信し、ＧＰＳ受信機９１２ａ及び地上受信機９１２ｂに該受信信号を提供する。ＧＰＳ受信機９１２ａは、ＧＰＳ衛星から送信された信号を処理して位置決定に使用することができる情報を導き出すフロントエンド回路（例えば、ＲＦ回路及び／又はその他の処理回路）を含む。ＧＰＳ受信機９１２ａが該当情報をＧＰＳ信号から抽出するために行う処理は、当業においては既知であり、本出願明細書においては詳述されていない。ＧＰＳ受信機９１２ａは、様々な型の情報（例えば、時間情報（例えば、絶対時間）、受信された信号を送信した送信機のアイデンティティと所在位置、等）を処理装置９１４に提供する。地上受信機９１２ｂは、基地局から送信された信号を処理するフロントエンド回路を含んでおり、これらの信号から導き出された相対時間情報を提供することができる。例えば、地上受信機９１２ｂは、受け取ったフレームのフレームレベルのタイミングを決定することができる。さらに、ＧＰＳ受信機９１２ａから受け取った絶対時間情報及び地上受信機９１２ｂから受け取った相対時間情報は、バーチャルリアルタイムクロックを実装するために使用することができる。

処理装置９１４は、様々な機能を果たすように設計することができる。例えば、処理装置は、（例えば、指示されたときに）ＧＰＳ及び／又はセルラーシステムに基づいて受信装置９００に関する位置座標の計算を行うことができる。さらに、処理装置９１４は、ＧＰＳから入手した絶対時間情報及びセルラーシステムから入手した相対時間情報に基づいてバーチャルリアルタイムクロックを実装することができる。処理装置９１４は、要求されたときには、指定された時刻における絶対時間を推定すること及び該絶対時間推定値を要求中の装置（例えば、ＧＰＳ受信機９１２ａ）に提供することができる。

クロック／カウンタ装置９１６は、受信装置９００内の様々な要素が必要とするクロックを提供するタイマー装置である。さらに、クロック／カウンタ装置９１６は、該クロックに基づいて動作されるカウンタ又はタイマーを実装することもできる。従って、受信装置９００に関するタイムラインは、カウンタ出力によって有効に決定される。

メモリ装置９１８は、処理装置９１４及び／又はコントローラ９２０によって使用される様々なデータを保存する。例えば、メモリ装置９１８は、タイミング関連情報（例えば、様々な時刻に関する絶対時間、計算された時間オフセット、等）を保存することができる。さらに、メモリ装置９１８は、処理装置９１４及び／又はコントローラ９２０に関するプログラムコード及びデータを保存することもできる。

コントローラ９２０は、処理装置９１４の動作を指示することができる。例えば、コントローラ９２０は、処理装置９１４によって実施すべき特定の型の動作を選択することができる。

本出願明細書において説明されている、バーチャルリアルタイムクロックを実装しさらに様々な用途のために使用する方法と装置は、様々な手段によって実装することができる（例えば、ハードウェア内、ソフトウェア内、又はその組合せの中に実装することができる）。ハードウェア内に実装する場合は、バーチャルリアルタイムクロックは、本出願明細書において説明されている機能を実行するように設計された１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、その他の電子装置、又はこれらの品目の組合せの中に実装することができる。

ソフトウェア内に実装する場合は、バーチャルリアルタイムクロックは、本出願明細書において説明されている機能を実行するモジュール（例えば、手順、機能、等）とともに実装することができる。ソフトウェアコードは、メモリ装置（例えば、図９に示されているメモリ９１８）内に保存し、プロセッサ（例えば、処理装置９１４又はコントローラ９２０）によって実行することができる。該メモリ装置は、該プロセッサ内に実装すること又は該プロセッサの外部に実装することができる。該プロセッサの外部に実装する場合は、当業において既知である様々な手段を通じて該プロセッサに通信可能な形で結合させることができる。

本出願明細書において説明されているバーチャルリアルタイムクロックを実装する方法及び装置は、様々な無線通信システム及びネットワークにおいて使用することができる。例えば、該方法及び装置は、ＣＤＭＡシステム、ＴＤＭＡシステム、ＦＤＭＡシステ、及びその他の無線通信システムに関して使用することができる。これらのシステムは、１つ以上の該当規格を実装することができる。例えば、ＣＤＭＡシステムは、ＩＳ−９５、ｃｄｍａ２０００、ＩＳ−８５６、Ｗ−ＣＤＭＡ、等を実装することができる。ＴＤＭＡシステムは、ＧＳＭ、等を実装することができる。これらの様々な規格は、当業においては既知であり、本出願明細書において参照することによって本出願明細書に組み入れられている。

開示されている実施形態に関する上記の説明は、当業者が本発明を製造又は使用できるようにすることを目的とするものである。又、本実施形態に対する様々な修正及び変更が加えられた場合に当業者は該修正及び該変更を容易に理解することが可能である。さらに、本出願明細書において定められている一般原則は、本発明の精神及び適用範囲を逸脱することなしにその他の実施形態に対しても適用することができる。以上のように、本発明は、本出願明細書において示されている実施形態に限定することを意図するものではなく、本出願明細書において開示されている原則及び斬新な特長に一致する限りにおいて最も広範な適用範囲が認められることになることを意図するものである。

複数の通信システムから信号を受信することができる無線端末を示した概略図である。 ＧＰＳ及びセルラーシステムから受け取った時間情報に基づくバーチャルリアルタイムクロックの実装を例示した概略図である。 ＧＰＳ及びセルラーシステム内の２カ所の非同期基地局から受け取った時間情報に基づくバーチャルリアルタイムクロックの実装を例示した概略図である。 ＧＳＭシステムに関するフレーム構造を例示した概略図である。 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいた絶対時間推定値を提供するためのプロセスの実施形態の流れ図である（その１）。 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいた絶対時間推定値を提供するためのプロセスの実施形態の流れ図である（その２）。 ＧＰＳ信号に関するデータ伝送フォーマットを例示した概略図である。 バーチャルリアルタイムクロックから提供された正確な絶対時間推定値に基づいて受信装置の位置を決定するプロセスの実施形態の流れ図である。 無線端末の１つの構成要素となることができる受信装置の実施形態のブロック図である。

Claims (38)

1. 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいてバーチャルリアルタイムクロックを実装するための方法であって、
   第１の通信システムから絶対時間情報を受け取ることと、
   第２の通信システムから相対時間情報を受け取ることと、
   指定された時刻における絶対時間推定値を、前記第１の通信システムから受け取った前記絶対時間情報及び前記第２の通信システムから受け取った前記相対時間情報に基づいて提供すること、とを具備する方法。
2. 前記第１の通信システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ）であり、前記絶対時間情報は、少なくとも１つの時刻に関するＧＰＳ時間を具備する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の通信システムは、セルラー通信システムである、請求項１に記載の方法。
4. 前記相対時間情報は、フレームレベルのタイミングを具備する、請求項３に記載の方法。
5. 前記相対時間情報は、複数のシグナリングメッセージを介して受け取られ、いずれか２つのシグナリングメッセージ間における時間差は、確認可能である、請求項３に記載の方法。
6. 前記絶対時間情報は、第１の時刻に関する絶対時間を具備し、前記相対時間情報は、第２の時刻に受け取った第１のシグナリングメッセージ及び第３の時刻に受け取った第２のシグナリングメッセージを具備し、前記指定時刻に関する前記絶対時間情報推定値は、少なくとも部分的には、前記第１の時刻に関する前記絶対時間及び前記第２の時刻と前記第３の時刻との間の決定された時間差に基づく、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２の通信システムから受け取った前記相対時間情報を、前記第１の通信システムから受け取った前記絶対時間に基づいて校正することをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
8. 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて絶対時間推定値を提供するための方法であって、
   第１の時刻に関する絶対時間を第１の通信システムから入手することと、
   第２の時刻において第２の通信システムから第１のシグナリングメッセージを受け取ることと、
   前記第１の時刻と前記第２の時刻との間の時間オフセットを決定することと、
   第３の時刻において前記第２の通信システムから第２のシグナリングメッセージを受け取ることと、
   前記第２の時刻と前記第３の時刻の間の経過時間を決定することと、
   前記第３の時刻と第４の時刻の間の時間差を決定することと、
   前記第４の時刻における絶対時間推定値を、前記第１の時刻に関する前記絶対時間、前記時間オフセット、前記経過時間、及び前記時間差に基づいて提供すること、とを具備する方法。
9. 前記時間オフセット及び前記時間差は、各々がローカルクロックに基づいて決定される、請求項８に記載の方法。
10. 第５の時刻に関する絶対時間を前記第１の通信システムから入手することと、
    前記第１の時刻と前記第５の時刻の間の絶対時間差を決定すること、とをさらに具備し、前記経過時間は、少なくとも部分的には、前記絶対時間差に基づいて決定される、請求項８に記載の方法。
11. 少なくとも部分的には前記絶対時間差に基づいて前記第２の通信システムに関するフレーム時間を決定することをさらに具備し、前記経過時間は、前記フレーム時間に基づいて決定される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１のシグナリングメッセージ及び前記第２のシグナリングメッセージは、既知の所在位置において２つのフレームで伝送される、請求項８に記載の方法。
13. 前記第１の通信システムは、全地球測位システムである、請求項８に記載の方法。
14. 前記第２の通信システムは、セルラー通信システムである、請求項８に記載の方法。
15. 前記相対時間情報は、フレームレベルのタイミングを具備する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記セルラー通信システムは、非同期で動作される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記セルラー通信システムは、ＧＳＭシステムである、請求項１４に記載の方法。
18. 前記第１のシグナリングメッセージ及び前記第２のシグナリングメッセージは、前記ＧＳＭシステム内の同期化チャネルで伝送される同期化バーストである、請求項１７に記載の方法。
19. 前記セルラー通信システムは、Ｗ−ＣＤＭＡシステムである、請求項１４に記載の方法。
20. 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて絶対時間推定値を提供するための方法であって、
    第１の通信システムから絶対時間情報を受け取ることと、
    第２の通信システム内の第１の送信機から相対時間情報を受け取ることと、
    前記第２の通信システム内の第２の送信機から相対時間情報を受け取ることと、
    指定された時刻における絶対時間推定値を、前記第１の通信システムから受け取った前記絶対時間情報及び前記第２の通信システム内の前記第１の送信機及び前記第２の送信機から受け取った前記相対時間情報に基づいて提供すること、とを具備する方法。
21. 前記第１の送信機のタイミングと前記第２の送信機のタイミングの間の差を決定することをさらに具備し、前記指定時刻に関する前記絶対時間は、前記第１の送信機のタイミングと前記第２の送信機のタイミングの間の前記決定された差にさらに基づく、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の送信機及び前記第２の送信機は、非同期である、請求項２０に記載の方法。
23. 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて絶対時間推定値を提供するための方法であって、
    第１の時刻に関する絶対時間を第１の通信システムから入手することと、
    第２の時刻において第２の通信システム内の第１の送信機から第１のシグナリングメッセージを受け取ることと、
    前記第１の時刻と前記第２の時刻との間の第１の時間オフセットを決定することと、
    第３の時刻において前記第２の通信システム内の第２の送信機から第２のシグナリングメッセージを受け取ることと、
    前記第１の時刻と前記第３の時刻との間の第２の時間オフセットを決定することと、
    指定された時刻における絶対時間推定値を、少なくとも部分的には、前記第１の時刻に関する前記絶対時間及び前記第２の時間オフセットに基づいて提供すること、とを具備する方法。
24. 第４の時刻において前記第２の送信機から第３のシグナリングメッセージを受け取ることと、
    前記第４の時刻と前記指定時刻の間の時間差を決定することをさらに具備し、前記指定時刻に関する前記絶対時間推定値は、前記時間差にさらに基づく、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１の送信機及び前記第２の送信機は、非同期である、請求項２３に記載の方法。
26. 無線通信システムにおける受信装置の位置を決定するための方法であって、
    第１の時刻に関する絶対時間を第１の通信システムから入手することと、
    第２の通信システムから相対時間情報を受け取ることと、
    第２の時刻における絶対時間を、前記第１の時刻に関する前記絶対時間及び前記第２の通信システムから受け取った前記相対時間情報に基づいて推定することと、
    少なくとも部分的には前記第２の時刻に関する前記絶対時間推定値に基づいて前記受信装置の位置を決定すること、とを具備する方法。
27. 前記第１の時刻に関する前記絶対時間は、前記第１の時刻に関して決定された位置座標計算値から入手される、請求項２６に記載の方法。
28. 前記第１の時刻と前記第２の時刻との間において、前記第２の通信システムに関する時間の推定安定度に基づいて決定された時間だけスリープ状態になることをさらに具備する、請求項２６に記載の方法。
29. 第１の通信システムから絶対時間情報を受け取り、第２の通信システムから相対情報を受け取り、指定された時刻における絶対時間推定値を、前記第１の通信システムから受け取った前記絶対時間情報及び前記第２の通信システムから受け取った前記相対時間情報に基づいて提供するために、デジタル情報を翻訳することができるデジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）に通信可能な形で結合されたメモリ。
30. 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいて絶対時間推定値を提供するためのコンピュータプログラム製品であって、
    第１の時刻に関する絶対時間を第１の通信システムから受け取るためのコードと、
    第２の通信システムから相対時間情報を受け取るためのコードと、
    指定された時刻における絶対時間推定値を、前記第１の時刻に関する前記絶対時間及び前記第２の通信システムから受け取った前記相対時間情報に基づいて提供するためのコードと、
    前記コードを保存するための、コンピュータによって読取可能な媒体と、を具備するコンピュータプログラム製品。
31. 複数の通信システムから受け取った時間情報に基づいてバーチャルリアルタイムクロックを実装するための装置であって、
    タイムライン表示を受け取るための手段と、
    第１の通信システムから絶対時間情報を受け取るための手段と、
    前記絶対時間情報を前記タイムラインと関連づけるための手段と、
    第２の通信システムから相対時間情報を受け取るための手段と、
    前記相対時間情報を前記タイムラインにマッピングするための手段と、
    前記タイムラインの指定された時刻における絶対時間推定値を、前記関連づけられた絶対時間情報及び前記マッピングされた相対時間情報に基づいて提供するための手段と、を具備する装置。
32. 前記タイムライン表示は、カウンタによって提供される、請求項３１に記載の装置。
33. 無線通信システムにおける受信装置であって、
    第１の通信システムから受信された信号を処理して絶対時間情報を提供するために動作することができる第１の受信機と、
    第２の通信システムから受信された信号を処理して相対時間情報を提供するために動作することができる第２の受信機と、
    指定された時刻における絶対時間推定値を、前記第１の通信システムから受け取った前記絶対時間情報及び前記第２の通信システムから受け取った前記相対時間情報に基づいて提供するために動作することができる処理装置と、を具備する受信装置。
34. 前記絶対時間情報及び前記相対時間情報がマッピングされたタイムラインの表示を提供するために動作することができるタイマー装置をさらに具備する、請求項３３に記載の装置。
35. 前記第１の受信機は、ＧＰＳ衛星から受信された信号を処理するために動作することができる、請求項３３に記載の装置。
36. 前記第２の受信機は、セルラー通信システムにおける１カ所以上の基地局から受信された信号を処理するために動作することができる、請求項３３に記載の装置。
37. 前記処理装置は、第１の時刻に関する絶対時間を前記第１の受信機から受け取りさらに前記第１の時刻と前記第２の受信機によって受け取られた各基地局のタイミングとの間の時間オフセットを決定するために動作することができる、請求項３３に記載の装置。
38. 無線通信システムにおける受信装置であって、
    第１の通信システムから受信された信号を処理して絶対時間情報を提供するための手段と、
    第２の通信システムから受信された信号を処理して相対時間情報を提供するための手段と、
    指定された時刻における絶対時間推定値を、前記第１の通信システムから受け取った絶対時間情報及び前記第２の通信システムから受け取った前記相対時間情報に基づいて提供するための手段と、を具備する受信装置。

Images