JP2007510926A - 衛星位置決めシステムにおいて時間を管理するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
位置標定システムにおける時間管理のための方法及び装置が記載されている。一実施例では、サーバにおいて時間関係が受けられる。時間関係は、第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器からの、基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の関係を含む。その後、時間関係はサーバ内に記憶される。他の実施例において、衛星時間は、衛星群における第1の時間に、SPS受信器において決定される。衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間で時間オフセットが決定される。時間オフセットはSPS受信器内に記憶される。SPS受信器の位置は、第2の時間に、衛星測定値及び記憶された時間オフセットを使用して計算される。
【選択図】 図1
【選択図】 図1
Description
[0001]本願は、参照として本明細書に組み込まれる2003年11月7日に提出された米国仮特許出願第60/518,180号の利益を主張する。
[0002]本発明の実施形態は、一般に衛星位置標定システムに関し、特に、衛星位置決めシステムにおいて時間を管理するための方法及び装置に関する。
[0003]グローバル・ポジショニング・システム(GPS)受信器は、幾つかの衛星からの測定値を使用して位置を計算する。GPS受信器は、通常、衛星から送信され且つ地球の表面上又はその近傍にある受信器により受信される信号の送信と受信との間の時間遅延を計算することにより、それらの位置を決定する。光の速度が乗じられる時間遅延は、受信器から受信器の視野内にある各衛星までの距離を与える。
[0004]具体的には、商業用途で利用可能な各GPS信号は、1.023MHzの拡散率を有する固有の擬似ランダムノイズ(PN)コード(コアース取得(C/A)コードと称する)によって規定される直接シーケンス拡散信号を利用する。各PNコードは、1575.42MHzの搬送波信号(L1搬送波と称する)を二相変調するとともに、特定の衛星を独自に特定する。PNコードシーケンス長は1023チップであり、これは1ミリ秒の時間に対応する。1023チップから成る1サイクルはPNフレーム又はエポックと呼ばれている。
[0005]GPS受信器は、受信されたPNコード信号シーケンスと内部で生成されたPN信号シーケンスとの間の時間シフトを比較することにより、信号の送信と受信との間の時間遅延を決定する。これらの測定された時間遅延は、既知のモジュロすなわち1ミリ秒PNフレーム境界であるため、「サブミリ秒擬似レンジ」と称される。各遅延に関連付けられるミリ秒の整数を各衛星に対して解くことにより、真のはっきりとした擬似レンジを有する。4つの擬似レンジから成る組は、GPS信号の送信の絶対時間の知識及びこれらの絶対時間に関連する衛星位置と共に、GPS受信器の位置を解くのに足る。送信(又は受信)の絶対時間は、送信の時間におけるGPS衛星の位置を決定するため、したがって、GPS受信器の位置を計算するために必要とされる。
[0006]したがって、各GPS衛星は、衛星ナビゲーションメッセージとして知られるクロックデータ及び衛星軌道に関する情報を送信する。衛星ナビゲーションメッセージは50ビット/秒(bps)のデータストリームであり、これはビット境界がPNフレームの先頭に合わせられたPNコードに加えられるモジュロ-2である。データビット期間(20ミリ秒)毎に正確に20個のPNフレームが存在する。衛星ナビゲーションメッセージは、衛星及び衛星軌道並びに衛星信号に関連する絶対時間情報(本明細書では、「GPS時間」、「衛星時間」又は「日時」とも称される)を特定する「天体暦」データとして知られる衛星位置決めデータを含む。絶対時間情報は、週の時刻(TOW)と称される週の秒数の信号の形態を成している。この絶対時間信号により、受信器は、各受信信号が各衛星によって送信された時期に関するタイムタグを明確に決定することができる。
[0007]一部のGPS用途においては、衛星信号の信号強度が非常に低いため、受信信号を処理することができず、或いは、信号を処理するために必要な時間が長くなりすぎる。したがって、信号処理を向上させるため、GPS受信器は、ネットワークから支援データを受信して、衛星信号取得及び/又は処理を支援してもよい。例えば、GPS受信器が携帯電話に組み込まれてもよく、また、GPS受信器が無線通信ネットワークを使用してサーバから支援データを受信してもよい。支援データを離れた移動受信器に対して供給するこの技術は、「支援型GPS」すなわちA−GPSとして知られるようになった。
[0008]一部のA−GPSシステムでは、支援データを供給する無線通信ネットワークがGPS時間に同期されない。そのような非同期ネットワークとしては、時分割多重アクセス(TDMA)ネットワーク、例えばGSMネットワーク、ユニバーサルモバイル通信システム(UMTS)ネットワーク、北アメリカ時分割多重アクセス(TDMA)ネットワーク(例えばIS−136)、パーソナルデジタルセルラー(PDC)ネットワークを挙げることができる。現在、絶対時間情報は、そのような無線ネットワークの基地局において、位置測定ユニット(LMU)を使用して取得される。LMUは、基地局から見て衛星からTOW情報を受信してデコードするために使用されるGPS受信器を含む。その後、LMUは、GPS時間とLMUの近傍にある基地局により知られる時間との間のオフセット値を計算する。このオフセットは、その後、基地局がその現地時間を修正するために使用できるように、基地局に対して供給される。LMUに伴う1つの欠点は、無線通信ネットワークが一般に多くの数千の基地局を含んでおり、したがって、多くのLMUを必要とするという点である。多数のLMUを供給すると、かなりの費用がかかり、したがって望ましくない。
[0009]したがって、LMUを使用することなく支援型衛星位置決めネットワーク内で時間を管理する方法及び装置の必要性が技術的に存在する。
[0010]位置標定システムにおける時間管理のための方法及び装置ついて説明する。一実施形態では、サーバにおいて時間関係が受けられる。時間関係は、第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器からの、基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の関係を含む。その後、時間関係はサーバ内に記憶される。一実施形態において、時間関係は、第1のSPS受信器と基地局との間の伝搬遅延に関して補償されてもよい。一実施形態において、衛星測定値はサーバにおいて第2のSPS受信器から受けられる。この場合、衛星測定値は、基地局のエアインタフェース時間を使用してタイムスタンプされる。その後、サーバは、衛星測定値及び基地局のために記憶された時間関係を使用して、第2のSPS受信器の位置を計算してもよい。他の実施形態では、サーバが第2のSPS受信器に対して時間関係を送ってもよく、また、第2のSPS受信器が衛星測定値を使用してそれ自身の位置を計算してもよい。
[0011]他の実施形態において、衛星時間は、衛星群における第1の時間に、SPS受信器において決定される。衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間で時間オフセットが決定される。時間オフセットはSPS受信器内に記憶される。SPS受信器の位置は、第2の時間に、衛星測定値及び記憶された時間オフセットを使用して計算される。
[0012]他の実施形態において、衛星時間は、衛星群における第1の時間に、SPS受信器において決定される。衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間で時間オフセットが決定される。時間オフセットはSPS受信器内に記憶される。SPS受信器のクロック回路は、第2の時間に、基地局から他の基地局へのハンドオーバに応じて、時間オフセットを使用することにより衛星時間に同期される。同期されたクロック回路を使用して、衛星時間と他の基地局の他のエアインタフェース時間との間で他の時間オフセットが決定される。
[0013]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、上記において簡単に要約した本発明の特定の説明を実施形態を参照して行なう。実施形態の一部が添付図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、この発明の単なる一般的な実施形態を示しており、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、本発明には他の同様の有効な実施形態も含まれ得ることに留意すべきである。
[0022]衛星位置決めシステムにおいて時間を管理するための方法及び装置について説明する。当業者であれば分かるように、本発明は、携帯電話、ポケベル、ラップトップコンピュータ、携帯端末(PDA)、技術的に知られる同様のタイプのワイヤレス機器などの「場所を見つけることができる(location−enabled)」様々なタイプのモバイル機器又はワイヤレス機器と共に使用されてもよい。一般に、場所を見つけることができるモバイル機器は、衛星位置決めシステム(SPS)の衛星信号を処理する機能を機器内に含めることにより簡略化される。
[0023]図1は、位置標定システム100の典型的な実施形態を示すブロック図である。システム100は、例示的に、無線通信ネットワーク106(例えば携帯電話ネットワーク)を介してサーバ104と通信する遠隔受信器102A,102B(総称して遠隔受信器102という)を備える。サーバ104は、無線通信ネットワーク106のサービングモバイルロケーションセンタ(SMLC)内に配置されていてもよい。遠隔受信器102は、複数の衛星110に関する衛星測定データ(例えば、擬似レンジ、ドップラー測定値)を取得する。サーバ104は、衛星110のための衛星ナビゲーションデータ(例えば、天体暦などの軌道軌跡情報)を取得する。遠隔受信器102のための位置情報は、衛星測定データ及び衛星ナビゲーションデータを使用して計算される。
[0024]無線通信ネットワーク106は、非同期通信ネットワークを構成している(すなわち、ネットワークが衛星時間と同期されない)。無線通信ネットワーク106は、サービスエリア112−1を有する基地局108−1と、サービスエリア112−2を有する基地局108−2とを含むように例示的に示されている。また、無線通信ネットワーク106の基地局は「セルサイト」と称されてもよい。一般に無線ネットワーク106が更に多くの基地局を含んでいてもよいことは言うまでもない。遠隔受信器102はサービスエリア112−1内に位置するように例示的に示されている。遠隔受信器102と基地局108−1との間には無線リンク116が形成されている。特に、基地局108−1と遠隔受信器102との間の通信は、特定のタイミング構造(本明細書では、「エアインタフェースタイミング(エアインタフェース時間)」と称する)を有する無線信号によって容易になる。明確のため一例として、1つのサービスエリア内に2つの遠隔受信器だけが示されている。無線通信ネットワークは、任意の数の遠隔受信器をサービスする任意の数のサービスエリアを含んでいてもよいことは言うまでもない。
[0025]例えば、一実施形態において、無線通信ネットワーク106は、モバイル通信ネットワークのためのグローバルシステム(GSM)を備える。GSMネットワークにおける基地局において、無線信号のエアインタフェースタイミングは、フレーム数、タイムスロット数、ビット数によって規定される。1つのフレームは4.615ミリ秒の持続時間を有し、1つのタイムスロットは577ミリ秒の持続時間を有しており、また、1ビットは3.69ミリ秒の持続時間を有している。GSM基地局は、そのエアインタフェースタイミングを同期して管理するためのクロックを含む。GSM基地局によって使用されるクロックは、高度に制御されるとともに、低い長期ドリフトレートを示す。周波数オフセットエラーは、通常、0.05の百万分の一(ppm)よりも小さく、また、長期ドリフトレートは更に小さい。GSM基地局及びそれらの通信のエアインタフェースタイミングは技術的によく知られている。様々な他のタイプの非同期無線通信ネットワークはGSMに類似したエアインタフェースタイミング構造を示し、そのようなネットワークとしては、ユニバーサルモバイル通信システム(UMTS)ネットワーク、北アメリカ時分割多重アクセス(TDMA)ネットワーク(例えばIS−136)、パーソナルデジタルセルラー(PDC)ネットワークを挙げることができるが、これらに限定されない。明確のため一例として、本発明の様々な態様をGSMに関して説明する。しかしながら、本発明がUMTS、TDMA、PDCネットワーク等の他のタイプの無線ネットワークと共に使用されてもよいことは言うまでもない。
[0026]少なくとも衛星110のための天体暦などの衛星ナビゲーションデータは、トラッキング局のネットワーク(「基準ネットワーク114」)によって収集されてもよい。基準ネットワーク114は、一群の中の全ての衛星から衛星ナビゲーションデータを収集する幾つかのトラッキング局、又は、少数のトラッキング局、或いは、世界の特定の領域における衛星ナビゲーションデータだけを収集する1つのトラッキング局を含んでいてもよい。天体暦を収集して分配するための典型的なシステムは、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる2002年6月25日に発行された同一出願人による米国特許第6,411,892号に記載されている。基準ネットワーク114は、収集された衛星ナビゲーションデータをサーバ104に対して供給してもよい。
[0027]遠隔受信器102は、サーバ104から無線ネットワーク106を介して支援データを受信するように構成されていてもよい。例えば、遠隔受信器102は、取得支援データ、衛星軌動データ、又は、これらの両方をサーバ104から受信してもよい。取得支援データ(すなわち、衛星110からの衛星信号を検出して処理する際に遠隔受信器102を支援するように構成されたデータ)は、衛星軌道データ(例えば、天体暦又は他の衛星軌道モデル)を使用してサーバ104により計算されてもよい。例えば、取得支援データは、衛星110から仮定日時におけるそれぞれの遠隔受信器102の仮定位置(概算位置)までの予期される擬似レンジ(又はコード位相)、又は、予期される擬似レンジのモデル(擬似レンジモデル)を含んでいてもよい。取得支援データとして擬似レンジモデルを形成するための典型的なプロセスは、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる2002年9月17日に発行された同一出願人による米国特許第6,453,237号に記載されている。衛星軌道支援データは、天体暦、暦、又は、幾つかの他の軌道モデルを含んでいてもよい。特に、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる2003年5月6日に発行された同一出願人による米国特許第6,560,534号に記載されるように、衛星軌道データは長期衛星軌道モデルを含んでいてもよい。
[0028]位置標定システム100は複数の動作モードで構成されてもよい。一実施形態において、遠隔受信器102は、衛星測定値(例えば擬似レンジ)を取得するとともに、その衛星測定値を無線ネットワーク106を介してサーバ104に送り、このサーバが遠隔受信器102の位置を計算する(移動局支援構成又は「MS支援」構成と称する)。他の実施形態において、遠隔受信器102は、サーバから衛星軌道データを取得するとともに、衛星110から衛星測定値(例えば擬似レンジ)を取得する。遠隔受信器102は、衛星測定値及び衛星軌道データを使用して、それ自身の位置を見つける(移動局ベース構成又は「MSベース」構成と称する)。更に他の実施形態において、遠隔受信器102は、衛星110から直接に衛星軌道データを取得してそれ自身の位置を見つけてもよい(「自律的」構成と称する)。更に、遠隔受信器102Aが遠隔受信基102Bと異なるモードで動作してもよい。使用される構成(すなわち、MS支援構成、MSベース構成、自律的構成)にかかわらず、位置標定システム100は、後述するように本発明にしたがって様々な実施形態の時間管理プロセスを使用して、衛星時間(絶対時間)の十分に正確な推定値を得てもよい。
[0029]図2は、本発明に係る遠隔受信器200の典型的な実施形態を示すブロック図である。遠隔受信器200は、図1の遠隔受信器102の一方又は両方として使用されてもよい。遠隔受信器200は、衛星信号受信器204と、無線トランシーバ206と、プロセッサ202と、メモリ208と、クロック回路210とを例示的に備える。衛星信号受信器204は、アンテナ212を使用して衛星110から衛星信号を受信する。衛星信号受信器204は従来のA−GPS受信器を備えていてもよい。典型的なA−GPS受信器は前述した米国特許第6,453,237号に記載されている。無線トランシーバ206は、無線通信ネットワーク106の基地局からアンテナ214を介して無線信号を受信する。衛星信号受信器204及び無線トランシーバ206はプロセッサ202によって制御されてもよい。
[0030]プロセッサ202は、マイクロプロセッサ、命令セットプロセッサ(例えばマイクロコントローラ)、又は、技術的に知られた同様のタイプの処理要素を備えていてもよい。プロセッサ202はメモリ208及びクロック回路210に対して結合されている。メモリ208は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、除去可能な記憶装置、ハードディスク記憶装置、又は、そのようなメモリ装置の任意の組み合わせであってもよい。本明細書で説明した様々なプロセス及び方法は、プロセッサ202による実行のためにメモリ208内に記憶されたソフトウェアによって実施されてもよい。また、そのようなプロセス及び方法は、特定用途向け集積回路(ASIC)等の専用のハードウェア又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを使用して実施されてもよい。クロック回路210は、リアルタイムクロック(RTC)、オシレータ、カウンタ等の1又は複数のよく知られたクロック装置を含んでいてもよい。
[0031]図3は、図1のサーバ104の典型的な実施形態を示すブロック図である。サーバ104は、I/Oインタフェース302と、中央処理ユニット(CPU)304と、サポート回路306と、メモリ308とを例示的に備える。CPU304はメモリ308及びサポート回路306に結合されている。メモリ308は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、除去可能な記憶装置、ハードディスク記憶装置、又は、そのようなメモリ装置の任意の組み合わせであってもよい。サポート回路306は、サーバ104の動作を容易にするため、従来のキャッシュ、電源、クロック回路、データレジスタ、I/Oインタフェース等を含む。I/Oインタフェース302は、基準ネットワーク114から衛星ナビゲーションデータを受けるように構成されている。また、I/Oインタフェース302は無線通信ネットワーク106と通信するように構成されている。本明細書で説明した様々なプロセス及び方法は、CPU304による実行のためにメモリ308内に記憶されたソフトウェアを使用して実施されてもよい。また、サーバ104は、そのようなプロセス及び方法を、ハードウェアにおいて或いはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにおいて実施してもよく、上記ハードウェアとしては、様々なプログラムを独立に実行する任意の数のプロセッサ及び特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレー(FPGA)等の専用のハードウェアを挙げることができる。
[0032]図4は、本発明にしたがって時間を管理するための方法400の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法400は、図1の位置標定システム100を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器102Aに関して方法400を説明する。また、方法400が遠隔受信器102Bによって実行されてもよい。方法400はステップ402から始まる。このステップでは、基地局108−1のサービスエリア112−1内の遠隔受信器102Aにおいて衛星時間が決定される。本発明の一実施形態において、遠隔受信器102Aは、GPS時間を決定するために使用されてもよい週の時刻(TOW)値をデコードするために衛星110からの衛星信号を処理することにより衛星時間を決定してもよい。衛星信号をデコードしてTOW値を得るプロセスは技術的によく知られている。他の実施形態において、遠隔受信器102Aは、「タイムフリー」ナビゲーションソリューションを使用して衛星時間(すなわち、絶対時間)を計算してもよい。特に、遠隔受信器102Aは、数学的モデルの衛星測定値と共に位置推定値、時間推定値、衛星軌道データを使用して絶対時間を計算してもよい。典型的なタイムフリーナビゲーションソリューションは、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる2004年5月11日に発行された同一出願人による米国特許第6,734,821号に記載されている。
[0033]ステップ404では、得られた衛星時間が、基地局108−1によって送信された無線信号のエアインタフェースタイミングに関連付けられることにより、時間関係が形成される。一実施形態において、この関係は、基地局108−1によって送信される無線信号のフレーム数(例えばGSMフレーム数)とTOW値との間で確立される。他の実施形態では、エアインタフェースタイミングと衛星時間との間の時間オフセットが計算される。いずれの場合にも、関係は、基地局時間と衛星時間との間で確立される。ステップ406では、遠隔受信器102Aと基地局108−1との間の伝搬遅延に対して時間関係が補償される。一実施形態において、遠隔受信器102Aは、タイミングアドバンス値を時間関係に付け加える。後述するように、遠隔受信器102Aは時間関係をサーバ104に送る。したがって、他の実施形態において、基地局108−1は、時間関係をサーバ104に対して伝搬する前に、タイミングアドバンス値を時間関係に付け加えてもよい。
[0034]特に、TDMA通信システムは、様々に位置された移動受信器から基地局により使用されるスロットフレーム構造への送信の到達を同期させることにより伝搬遅延の影響を補償する。基地局サービスエリア内に位置された移動受信器からの送信を同期させるため、基地局は、一般に、各移動受信器に対してタイミングアドバンス(TA)値を送信する。所定の移動受信器は、基地局に対するその送信をTA値にしたがって促進させ(時間的に早め)、移動受信器と基地局との間の伝搬遅延を補償する。一般に、TA値は、基地局により扱われる(サービスされる)移動受信器の全てからの送信が共通の受信フレーム構造と同期して基地局に到達するように移動受信器に対してそのアップリンク送信を促進させるように指示する。そのようなタイミングアドバンス技術は技術的によく知られている。
[0035]ステップ408では、補償された時間関係がサーバ104に送られる。一実施形態においては、参照としてその全体が本明細書に組み込まれるETSI TS 101 527,バージョン7.15.0(3GPP TS 04.31としても知られており、本明細書ではTS 4.31と称する)に規定されたGPS測定情報要素を使用して時間関係がサーバ104に対して送られる。特に、TS 4.31は、MS支援構成で衛星測定値を遠隔受信器102Aからサーバ104へと送信するためのGPS測定情報要素を規定している。(以下に再現された)TS 4.31の表A.5に示されるように、GPS測定情報要素は、基準フレーム、GPS TOW、測定が行なわれた衛星の数、衛星測定情報からのフィールドを含む。存在の列は、フィールドが強制的(M)か或いは任意的(O)かどうかに関連しており、発生の列は、情報要素中に所定のフィールドが存在する回数に関連している。
[0036]時間関係は、ステップ402で得られたTOW値を与えるためのGPS TOWフィールドとステップ404でTOWに関連付けられたフレーム数を与えるための基準フレームフィールドとを使用して、サーバ104に送られてもよい。ステップ410では、補償された時間関係がサーバ104内に記憶される。方法400は、サーバ104が特定の基地局に関連する時間関係の収集を蓄積するように、無線通信ネットワーク106内の様々な基地局に関して繰り返されてもよい。後述するように、所定の基地局における時間関係は、基地局のサービスエリア内の遠隔受信器の位置標定プロセスにおいて使用されてもよい。これにより、遠隔受信器が衛星信号から衛星時間を決定する必要がなくなる。このようにすると、1つの遠隔受信器(すなわち、遠隔受信器102A)は、基地局と通信する全ての遠隔受信器(例えば遠隔受信器102B)のためのLMUとしての機能を果たすことができる。これにより、実際のLMUを基地局の近傍に位置させなくて済む。
[0037]図5は、本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法500の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法500は、図1の位置標定システム100を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器102Bに関して方法500を説明する。また、方法500が遠隔受信器102Aによって実行されてもよい。方法500はステップ502から始まる。このステップでは、遠隔受信器102Bにおいて衛星測定値が取得される。例えば、遠隔受信器102Bは、複数の衛星の擬似レンジを測定してもよい。衛星位置決めシステム信号を使用して擬似レンジを測定するプロセスは技術的によく知られている。ステップ504では、基地局108−1と遠隔受信器102Bとの間の無線リンクのエアインタフェースタイミングを使用して、衛星測定値がタイムスタンプされる。
[0038]ステップ506では、タイムスタンプされた測定値がサーバ104に対して送られる。ステップ508では、基地局108−1に対応する時間関係がサーバ104において得られる。前述したように、サーバ104は、無線通信ネットワーク106の基地局における時間関係の収集を記憶するように構成されてもよい。この場合、各時間関係は、基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間の関連性を備える。ステップ510では、時間関係を使用して測定値に関連するタイムスタンプデータが補正される。例えば、サーバ104は、時間関係を使用して、基地局のエアインタフェースタイミングに関するタイムスタンプの値を衛星時間に変換してもよい。ステップ512では、測定値及び補正されたタイムスタンプを使用して遠隔受信器102Bの位置が計算される。位置計算プロセスは技術的によく知られている。
[0039]方法500はMS支援構成で用いられてもよい。また、本発明はMSベース構成で使用されてもよい。特に、図6は、本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法600の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法600は、図1の位置標定システム100を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器102Aに関して方法600を説明する。また、方法600が遠隔受信器102Bによって実行されてもよい。方法600はステップ602から始まる。このステップでは、基地局108−1のエアインタフェースタイミングに対して遠隔受信器102Bが同期化される。ステップ604では、基地局108−1における時間関係がサーバ104から得られる。前述したように、サーバ104は、無線通信ネットワーク106の基地局における時間関係の収集を記憶するように構成されてもよい。この場合、各時間関係は、基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間の関連性を備える。
[0040]一実施形態において、時間関係は、TS 4.31に規定されたGPS支援データ要素を使用してサーバ104から遠隔受信器102Bへと送られてもよい。特に、TS 4.31は、MS支援構成及びMSベース構成の両方で支援データを遠隔受信器102Bへ供給するためのGPS支援データ要素を規定する。TS 4.31の表A.14に示されるように、GPS支援データ要素は、GPE TOWのためのフィールドとフレーム数のためのフィールドとを含む。時間関係は、TOW値を与えるためのGPS TOWフィールドとTOW値に関連付けられたフレーム数を与えるためのフレームフィールドとを使用して、遠隔受信器102Bに送られてもよい。この場合、TOW値及びフレーム数が時間関係を規定する。
[0041]ステップ606では、衛星測定値が遠隔受信器102Bにおいて取得される。例えば、遠隔受信器102Bは複数の衛星の擬似レンジを測定してもよい。ステップ608では、測定値及び時間関係を使用して遠隔受信器102Bの位置が計算される。一実施形態では、エアインタフェースタイミングに同期されるクロック回路を使用して測定値がタイムスタンプされてもよい。時間関係は、タイムスタンプを補正して衛星時間を与えるために使用される。他の実施形態において、測定値は、時間オフセットを使用して衛星時間を適切に監視するように調整されたクロック回路によりタイムスタンプされてもよい。
[0042]本発明の他の実施形態において、時間は、無線通信ネットワーク106内の基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間の時間オフセットを遠隔受信器102A及び/又は遠隔受信器102Bにおいて記憶することにより管理される。本実施形態は、位置標定システム100の構成(例えば、MA支援、MSベース)とは関係なく使用されてもよく、また正確な日時を決定するために使用されてもよい。例えば、本実施形態において、本発明は、100ミリ秒内まで衛星時間を決定してもよい。
[0043]特に、図7は、本発明にしたがって時間を管理するための方法700の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法700は、図1の位置標定システム100を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器102Aに関して方法700を説明する。また、方法700が遠隔受信器102Bによって実行されてもよい。方法700はステップ702から始まる。このステップでは、基地局108−1のサービスエリア112−1内の遠隔受信器102Aにおいて衛星時間が取得される。これまで、遠隔受信器102Aは正確な衛星時間に関する知識を何ら有していない。一実施形態において、遠隔受信器102Aは、GPS時間を決定するために使用されてもよい週の時刻(TOW)値をデコードするために衛星110からの衛星信号を処理することにより衛星時間を決定してもよい。他の実施形態において、遠隔受信器102Aは、「タイムフリー」ナビゲーションソリューションを使用して衛星時間を計算してもよい。
[0044]ステップ704では、得られた衛星時間が、基地局108−1によって送信された無線信号のエアインタフェースタイミングに関連付けられることにより、時間関係が形成される。例えば、時間オフセットは、基地局のフレームタイミングと衛星時間との間で形成されてもよい。基地局のクロックが非常に正確であり、また、フレームタイミングが同期しているため、計算された時間オフセットの精度は維持される。ステップ706では、時間オフセットが遠隔受信器102A内に記憶される。時間オフセットがメモリ内に記憶されると、遠隔受信器102Aが休止状態になり、OFFになり、或いは、作動を停止してもよい。遠隔受信器102Aが再び作動して時間オフセットをマッチングする基地局を検出する場合には、先と同様に、正確な衛星時間が知られてもよい。遠隔受信器102Aのクロック回路は、任意のネットワークロールオーバの曖昧さを解決するためにRTCを含んでいてもよい。一実施形態では、遠隔受信器102Aに記憶された時間オフセットが非常に小さい(例えば、8〜20バイト)。また、本発明は、ネットワークにとって新しいもの(例えば基地局のLMU)に何ら頼っていない。一方、各受信機はそれ自身のLMUとして機能する。
[0045]集積A−GPS受信器を有する殆どの携帯電話は、タイミング比較を行なうためのハードウェアを所定の位置に既に有している。したがって、本発明は、時間が外部から得られるのではなく遠隔受信器102A内で時間が局所的に測定される点を除き、LMUをサポートするために使用される現在の方法に完全に適合する。その上、待機状態中は電力が消費されない。エアインタフェースタイミングは、遠隔受信器102Aがネットワークに対して同期する度に得られる。遠隔受信器102Aは、この時間関係を得るために信号を送信する必要がない。遠隔受信器102Aは、消費電力を全体的に下げることができ、また、その後に小さなセルで始動でき、正確な時間を有する。したがって、本発明は、電力を節約する一方で、正確な衛星時間を維持する。また、ネットワークフレームカウンタが同期して動かない。移動の影響により引き起こされる任意のドップラーシフトが除去される。
[0046]遠隔受信器102Aが一方の基地局から他方の基地局へハンドオフされる(引き渡される)場合には、時間関係が、基地局を同期させないネットワーク(例えばGSM)において失われる場合がある。したがって、ステップ708では、遠隔受信器102Aがハンドオーバを監視する。随意的に、遠隔受信器102Aは、基地局108−1におけるクロックのドリフトをモデリングしてもよい。特に、遠隔受信器102Aは、遠隔受信器102Aが基地局のサービスエリア内にとどまる限り、基地局クロックの長期ドリフトレートの正確な評価を行なってもよい。このようにすれば、遠隔受信器102Aは、基地局108−1のために記憶された時間オフセットを改善することができる。
[0047]ステップ706では、遠隔受信器102Aが他の基地局へハンドオーバするように指示されたかどうかの決定がなされる。指示されていない場合には、方法700はステップ708に戻る。指示されている場合には、方法700がステップ712へ進む。ステップ712では、基地局108−1における時間オフセットが抽出されて使用されることにより、遠隔受信器102Aで衛星時間が監視される。例えば、遠隔受信器102Aは、時間オフセットを使用して、ハンドオーバ中に衛星時間をカウンタ回路へ送ってもよい。ステップ714では、ハンドオーバ後に遠隔受信器102Aが新しい基地局のエアインタフェースタイミングに同期する。これまで、遠隔受信器102Aは衛星時間を監視し続ける。ステップ716では、衛星時間が新しいエアインタフェースタイミングに関連付けられ、新たな基地局における新たな時間オフセットが定められる。その後、方法700がステップ706に戻ってもよい。このステップでは、新しい時間オフセットが記憶され、プロセスが繰り返される。
[0048]このようにして、遠隔受信器102Aは、無線通信ネットワーク106内の様々な基地局における時間オフセットの収集を記憶してもよい。遠隔受信器102Aは、位置計算中に時間オフセットを使用してもよい。特に、図8は、本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法800の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法800は、図1の位置標定システム100を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器102Aに関して方法800を説明する。また、方法800が遠隔受信器102Bによって実行されてもよい。方法800はステップ802から始まる。このステップにおいて、遠隔受信器102Aは、基地局108−1のエアインタフェースタイミングに同期される。ステップ704では、遠隔受信器102A内の記憶装置から、基地局108−1における時間関係が得られる。前述したように、遠隔受信器102Aは時間オフセットの収集を記憶するように構成されてもよい。この場合、各時間オフセットは、基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間にオフセットを含む。
[0049]ステップ806では、遠隔受信器102Aにおいて衛星測定値が取得される。例えば、遠隔受信器102Aは複数の衛星の擬似レンジを測定してもよい。ステップ808では、測定値及び時間オフセットを使用して遠隔受信器102Aの位置が計算される。一実施形態では、エアインタフェースタイミングに同期されるクロック回路を使用して測定値がタイムスタンプされてもよい。時間オフセットは、タイムスタンプを補正して衛星時間を与えるために使用される。他の実施形態において、測定値は、時間オフセットを使用して衛星時間を適切に監視するように調整されたクロック回路によりタイムスタンプされてもよい。
[0050]以上の説明では、米国グローバル・ポジショニング・システム(GPS)での適用に関して本発明を述べてきた。しかしながら、これらの方法が同様の衛星システム、特にロシアGLONASSシステム、欧州GALILEOシステム、これらのシステムを互いに組み合わせたもの、これらのシステムと同様の信号を供給する他の衛星とを組み合わせたもの、例えばGPSのような信号を供給する広域補強システム(WAAS)及びSBASにも同様に適用できることは明らかである。本明細書で使用される用語「GPS」としては、ロシアGLONASSシステム、欧州GALILEOシステム、WAASシステム、SBASシステム及びこれらの組み合わせを含むそのような代わりの衛星位置決めシステムを挙げることができる。
[0051]以上は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の更なる実施形態が考え出されてもよく、また、本発明の範囲は以下の請求項によって決定される。
Claims (30)
- 基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の時間関係を第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器からサーバにおいて受信するステップと、
前記時間関係を前記サーバ内に記憶するステップと、
を備える方法。 - 前記時間関係から、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを前記サーバにおいて計算するステップを更に備える、請求項1に記載の方法。
- 前記時間関係が前記衛星時間とフレーム数との間の関連性を備える、請求項2に記載の方法。
- 前記時間関係が、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記時間関係が、前記第1のSPS受信器と前記基地局との間の伝搬遅延の補償を含む、請求項1に記載の方法。
- 第2のSPS受信器から衛星測定値を前記サーバにおいて受信するステップであって、前記衛星測定値が前記エアインタフェース時間を使用してタイムスタンプされるステップと、
前記衛星測定値及び前記時間関係を使用して前記第2のSPS受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項1に記載の方法。 - 第2のSPS受信器から前記時間関係の要求を受信するステップと、
前記要求に応じて、前記時間関係を示すデータを前記第2のSPS受信器に対して送るステップと、
を更に備える、請求項1に記載の方法。 - 前記データが、前記衛星時間及びフレーム数に関連する値を備える、請求項7に記載の方法。
- 少なくとも1つの更なる基地局のエアインタフェース時間と前記衛星時間との間の少なくとも1つの更なる時間関係を前記サーバにおいて受信するステップと、
前記時間関係と共に前記少なくとも1つの更なる時間関係を記憶して、時間関係の組を生成するステップと、
を更に備える、請求項1に記載の方法。 - 第2のSPS受信器から衛星測定値を前記サーバにおいて受信するステップであって、前記衛星測定値が第2の基地局のエアインタフェース時間を使用してタイムスタンプされるステップと、
時間関係の前記組の中で前記第2の基地局における対応する時間関係を特定するステップと、
前記衛星測定値及び前記対応する時間関係を使用して前記第2のSPS受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項9に記載の方法。 - 第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器を使用して衛星群における衛星時間を決定するステップと、
前記衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間の時間関係を生成するステップと、
前記時間関係を前記第1のSPS受信器からサーバへと送るステップと、
を備える方法。 - 前記時間関係から、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを前記サーバにおいて計算するステップを更に備える、請求項11に記載の方法。
- 前記時間関係が前記衛星時間とフレーム数との間の関連性を備える、請求項12に記載の方法。
- 前記時間関係が、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを備える、請求項11に記載の方法。
- 前記基地局と前記第1のSPS受信器との間の伝搬遅延に関して前記時間関係を補償するステップを更に備える、請求項11に記載の方法。
- 補償する前記ステップが、
タイミングアドバンスを示す値を前記第1のSPS受信器から前記サーバへと送る工程を備える、請求項15に記載の方法。 - 補償する前記ステップが、
前記基地局において、タイミングアドバンスを示す値を前記時間関係に対して付け加える工程を備える、請求項15に記載の方法。 - 第2のSPS受信器において衛星測定値を取得するステップと、
前記エアインタフェース時間を使用して前記衛星測定値をタイムスタンプするステップと、
前記タイムスタンプされた衛星測定値を前記サーバへ送るステップと、
前記タイムスタンプされた衛星測定値及び前記時間関係を使用して前記第2のSPS受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項11に記載の方法。 - 第2のSPS受信器において衛星測定値を取得するステップと、
前記エアインタフェース時間を使用して前記衛星測定値をタイムスタンプするステップと、
前記時間関係を示すデータを前記サーバから前記第2のSPS受信器において取得するステップと、
前記タイムスタンプされた衛星測定値及び前記データを使用して前記第2のSPS受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項11に記載の方法。 - 前記データが、前記衛星時間及びフレーム数に関連する値を備える、請求項19に記載の方法。
- 前記衛星時間を決定する前記ステップが、
時間値をデコードするために前記第1のSPS受信器において衛星信号を処理する工程を備える、請求項11に記載の方法。 - 前記衛星時間を決定する前記ステップが、
衛星測定値、位置推定値、時間推定値、衛星軌道データを前記第1のSPS受信器において取得する工程と、
数学的モデルを使用して、前記衛星測定値、前記位置推定値、前記時間推定値、前記衛星軌道データを関連付けることにより、時間値を生成する工程と、
を備える、請求項11に記載の方法。 - 第1の時間に、衛星位置決めシステム(SPS)受信器において衛星群における衛星時間を決定するステップと、
前記衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間の時間オフセットを決定するステップと、
前記時間オフセットを記憶するステップと、
第2の時間に、衛星測定値及び前記記憶された時間オフセットを使用して、前記SPS受信器の位置を計算するステップと、
を備える方法。 - 計算する前記ステップが、
前記SPS受信器内のクロック回路を前記エアインタフェース時間に同期させる工程と、
前記時間オフセットを使用して前記クロック回路を補償する工程と、
を備える、請求項23に記載の方法。 - 前記時間オフセットの記憶に応じて前記SPS受信器の動作を停止するステップと、
前記位置を計算する前に前記SPS受信器を作動させるステップと、
を更に備える、請求項23に記載の方法。 - 前記衛星時間を決定する前記ステップが、
時間値をデコードするために前記SPS受信器において衛星信号を処理する工程を備える、請求項23に記載の方法。 - 前記衛星時間を決定する前記ステップが、
初期衛星測定値、位置推定値、時間推定値、衛星軌道データを前記SPS受信器において取得する工程と、
数学的モデルを使用して、前記初期衛星測定値、前記位置推定値、前記時間推定値、前記衛星軌道データを関連付けることにより、時間値を計算する工程と、
を備える、請求項23に記載の方法。 - 第1の時間に、衛星位置決めシステム(SPS)受信器において衛星群における衛星時間を決定するステップと、
前記衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間の時間オフセットを決定するステップと、
前記時間オフセットを記憶するステップと、
第2の時間に、前記基地局から他の基地局へのハンドオーバに応じて、前記時間オフセットを使用することにより前記SPS受信器内のクロック回路を前記衛星時間に同期させるステップと、
前記同期されたクロック回路を使用して、前記衛星時間と前記他の基地局の他のエアインタフェース時間との間の他の時間オフセットを決定するステップと、
を備える方法。 - 基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の時間関係を第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器から受信するためのインタフェースと
前記時間関係を記憶するための記憶装置と、
を備える位置標定サーバ。 - 対応するエアインタフェース時間を有する基地局と、
衛星群における衛星時間を決定するとともに、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間関係を生成するための第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器と、
前記第1のSPS受信器から前記時間関係を受けるためのサーバと、
を備える位置標定システム。
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