JP2007533965A

JP2007533965A - 無線通信システムからの情報に含まれるタイミングに基づいてｇｐｓ時刻を推定する移動体端末及び方法

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Publication number: JP2007533965A
Application number: JP2006527964A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム，オー．，ジュニアキャンプ，; ジェラルドミチャラク，; エル．，スコットブロエバウム，
Original assignee: ソニーエリクソンモバイルコミュニケーションズ，エービー
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: DE602004005722D1; US7321776B2; US20050070223A1; DE602004005722T2; JP4685778B2; CN1856716A; EP1664830A1; EP1664830B1; WO2005036200A1

Abstract

移動体端末はＧＰＳ時刻の推定を生成する。移動体端末は、セルラ受信機、ＧＰＳ受信機、及びプロセッサを備える。セルラ受信機は、無線通信システムにおいてセルから通信信号を受信するように構成される。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ信号を受信し、そこからＧＰＳ時刻基準を決定する。プロセッサは、受信した通信信号からセル時刻基準を推定し、セル時刻基準とＧＰＳ時刻基準との間の時刻オフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成する。次に、プロセッサは、受信した通信信号における時刻表示の部分及びセル−ＧＰＳ間のタイミングデータに基づいてＧＰＳ時刻を推定する。推定されたＧＰＳ時刻は、ＧＰＳ信号を受信するためにＧＰＳ受信機によって使用される。

Description

本発明は、全地球測位の分野に関し、より詳細には、ＧＰＳ時刻の推定を取得する移動体端末及び方法に関する。

衛星を利用した位置決定受信機は、例えば米国の全地球測位システム（ＧＰＳ）やＮＡＶＳＴＡＲ衛星のような複数の衛星から同時に送信された信号の相対的な到達時間を計算することにより、受信機の位置を決定する。例えば、ＧＰＳの軌道衛星群は２８の衛星を備え、２８の衛星は１２時間の軌道で地球の周りを回る。衛星群は６の軌道面に配置され、それぞれの軌道面は４又はそれ以上の衛星を含む。軌道面は相互に６０度の間隔をあけて配置されており、赤道面に対して約５５度傾いている。ＧＰＳ衛星群によれば、衛星を利用した位置決定受信機に対して、約４乃至１２の衛星が地球上のどの地点からも見えるように提供されている。これらの衛星群は、メッセージの一部として、いわゆる「エフェメリス」データである衛星を利用した位置決定データと、クロックタイミングデータとの両方を送信する。衛星群はさらに、衛星信号に付随して、週の時刻（ＴＯＷ）情報を送信する。ＴＯＷによって、受信機は、時刻を明確に判断することが可能となる。
米国特許第５，９４５，９４４号明細書米国特許第６，６０３，９７８号明細書

ＧＰＳ信号を検索して捕捉し、多数の衛星に関してエフェメリス及び他のデータを読み出し、読み出したデータから受信機の位置（及び正確な時刻）を計算する処理は、時間のかかるものであり、数分を要することもある。適用分野によっては、非常に長い処理時間のために、許容できない遅延が生じることもある。さらに、携帯機器においては、バッテリーの寿命を短くする場合もある。

加えて、多くの状況において、衛星信号が遮られる場合がある。このような場合、ＧＰＳ衛星群から受信された信号のレベルは極めて低く、衛星のデータ信号を誤り無しに復調して取得することは不可能である。そのような状況は、個人を追跡する場合にも、他の高度な携帯機器の場合にも、発生しうるものである。これらの状況においては、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を捕捉して追跡することは困難である。

本発明のいくつかの実施形態は、ＧＰＳ時刻の推定値を生成する移動体端末を提供する。移動体端末は、セルラ受信機、ＧＰＳ受信機、及びプロセッサを備える。セルラ受信機は、無線通信システムにおいてセルから通信信号を受信するように構成される。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ信号を受信し、そこからＧＰＳ時刻基準を決定する。プロセッサは、セルからの通信信号からセル時刻基準を推定し、セル時刻基準とＧＰＳ時刻基準との間の時刻オフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成する。プロセッサは、その後受信したセルからの通信信号における時刻表示の部分及びセル−ＧＰＳ間のタイミングデータに基づいてＧＰＳ時刻を推定する。従って、移動体端末自体がセル−ＧＰＳ間のタイミングデータとＧＰＳ時刻の推定を生成することができる。移動体端末は、ＧＰＳ時刻を推定する目的又はＧＰＳ信号を捕捉する目的ではなく、通信目的でセルから送信された信号を使用してＧＰＳ時刻を推定することができる。

ＧＰＳ時刻の推定は、ＧＰＳ信号を捕捉するためにＧＰＳ受信機によって使用されてもよい。そして、ＧＰＳ時刻の推定は、ＧＰＳ信号に基づいて位置に関する最初の測位結果を捕捉するのに必要な時間（測位時間(time-to-first-fix)）を短縮し、かつ、ＧＰＳ受信機の感度を改善する。或いは、ＧＰＳ信号に基づいて位置に関する最初の測位結果を捕捉するのに必要な時間（測位時間(time-to-first-fix)）を短縮するか、又は、ＧＰＳ受信機の感度を改善するかの一方でもよい。

セル時刻基準は、移動体端末において、例えばフレームの経過数にフレームごとの所定の時間長を掛けることにより、生成される。しかしながら、基地局の時計の不正確性に起因して、フレーム時間長は変化しうるものであり、フレーム時間長の変化はセル時刻基準における誤差を引き起こす。移動体端末は、セル時刻基準に対する誤差の割合を推定することができる。誤差の割合は、所定の時間長からの基地局に対する、フレーム時間長の偏差でもよいし、他の通信された時刻表示の偏差でもよい。推定された誤差の割合は、セル時刻の推定における誤差を減少させるために使用される。受信した通信信号における時刻表示の部分及びＧＰＳ時刻を推定するためのセル−ＧＰＳ間のタイミングデータに加えて、セル時刻基準に対する誤差の割合を使用することにより、推定されたＧＰＳ時刻の正確性が改善される。

本発明における他のいくつかの実施形態において、移動体端末は、セルラ受信機、ＧＰＳ受信機、メモリ、及びプロセッサを備える。受信機は、無線通信システムにおいてセルから通信信号を受信するように構成される。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ信号を受信するように構成される。メモリは、ＧＰＳ時刻と２又はそれ以上のセルに対するセル時刻との間のタイミングオフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを含む。プロセッサは、受信した通信信号の発信元であるセルを同定するように構成され、かつ、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリ、発信元であるセルの識別情報、及び受信した信号における時刻表示の部分を使用してＧＰＳ時刻を推定するように構成される。従って、移動体端末がセルから通信信号を受信すると、移動体端末はセルを同定し、レポジトリにおいて関連するセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを検索する。

セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリは、ＧＰＳ時刻と第１のセルからの通信信号における時刻表示の部分との間のタイミングオフセットを表してもよいし、また、別のＧＰＳ時刻と第２のセルからの通信信号における時刻表示の部分との間のタイミングオフセットを表してもよい。メモリは、移動体端末の電源が切断された後もセル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを保持する不揮発性メモリであってもよい。

以下、本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明を以下に説明する実施形態に限定されるものとして解釈してはならない。むしろ、これらの実施形態は、開示を十分かつ完全にし、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。全体を通して、同じ符号は同じ要素を意味する。

ここで使用されるように、「含んでいる(comprising)」又は「含む(comprise)」という用語は制限的なものではなく、１又は複数の言及されている構成要素、ステップ、及び機能のうち少なくともいずれかを含むが、１又は複数の言及されていない構成要素、ステップ、及び機能のうち少なくともいずれかが含まれる可能性を排除するわけではないということも理解できよう。

以下では、ブロック図、及び、本発明の実施形態に従う方法及び移動体端末に関する動作説明図のうち少なくともいずれかを参照して、本発明を説明する。ブロック図及び動作説明図のうち少なくともいずれかに関する各ブロックと、ブロック図及び動作説明図のうち少なくともいずれかにおける複数のブロックの組み合わせは、無線周波数、アナログ及びデジタルのうち少なくともいずれかのハードウェア、及び、コンピュータプログラムの命令のうち少なくともいずれかによって実現可能であることを理解できよう。これらのコンピュータプログラムの命令は、プロセッサに提供される。プロセッサは、汎用コンピュータ、特殊用途のコンピュータ、ＡＳＩＣ、及び、他のプログラム可能なデータ処理装置のうち少なくともいずれかのものである。そして、コンピュータ及び他のプログラム可能なデータ処理装置のうち少なくともいずれかのプロセッサ上で命令は実行され、ブロック図及び動作ブロック（又は複数の動作ブロック）のうち少なくともいずれかによって特定される機能／動作を実現する手段を生成する。いくつかの代替的な実装においては、複数のブロックにおいて示される機能／動作は、動作説明図において示される順序とは異なる順序で配置されてもよい。例えば、関連する機能／動作によっては、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されてもよいし、２つのブロックは逆の順序で実行されてもよい。

ここで使用されるように、「移動体端末」は、無線インタフェースを介して通信するように構成された端末を含むが、それに限定されるわけではない。無線インタフェースとは、例えば、セルラインタフェース、無線ローカルエリアネットワークインタフェース（ＷＬＡＮ）、ブルートゥースインタフェース、他のＲＦ通信インタフェース、及び、光インタフェースのうち少なくとも１つのインタフェースである。例としての移動体端末は、以下に列挙するものを含むが、それに限定されるわけではない。１つは、セルラ移動体端末である。１つは、パーソナル通信端末であり、セルラ移動体端末を、データ処理機能、ファクシミリ機能、及び、データ通信機能と組み合わせたものである。１つは、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、無線送受信機、ポケットベル、インターネット／イントラネットアクセス、ローカルエリアネットワークインタフェース、広域ネットワークインタフェース、ウェブブラウザ、システム手帳、及び、カレンダーのうち少なくともいずれかを含むものである。１つは、無線送受信機を含む移動体又は固定されたコンピュータや他の装置である。移動体端末はセルラ通信接続を介して通信するように構成される。セルラ通信接続は、例えば、ＡＮＳＩ−１３６、汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ）、汎用パケット無線システム（ＧＰＲＳ）、ＥＤＧＥ(enhanced data rates for GSM evolution)、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、ワイドバンドＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、及び、ＵＭＴＳのようなプロトコルを含む。ここで使用される通信プロトコルは、通信される情報、タイミング、周波数、変調、及び、通信接続を確立すること及び維持することの少なくともいずれかの動作を特定する。

図１は、典型的な無線通信システムを示す機能ブロック図である。この無線通信システムは、複数の基地局１０２及び１０４を含み、基地局１０２及び１０４は、１又は複数の移動通信交換局（ＭＳＣ）１０６に接続されている。各々の基地局１０２及び１０４は、それぞれセル１０８及び１１０と呼ばれる地理的な領域に配置され、その地理的な領域にサービスを提供する。一般に、各々のセルに対して１つの基地局が存在する。各々のセルの中には、複数の移動体端末１００が存在する。移動体端末１００は、無線接続を介して、従来技術でよく知られている方法で基地局と通信する。基地局１０２及び１０４によって、移動体端末１００のユーザは、他の移動体端末１００や、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）１１２に接続されているユーザと、通信することができる。ＭＳＣ１０６は、基地局１０２及び１０４のうち１つを介して、移動体端末１００に対する発呼及び着呼の経路を決定する。基地局１０２及び１０４のうち１つとは、例えば、移動体端末１００に対して最も強い通信接続を提供する。セルの位置及び移動体端末１００の活動状態に関する情報は、ホームロケーションレジスタ（不図示）及び在圏ロケーションレジスタ（不図示）に格納される。ホームロケーションレジスタ及び在圏ロケーションレジスタは、ＭＳＣ１０６に組み込まれているか、そうでなければＭＳＣ１０６と通信する。図示するために２つのセル１０８及び１１０しか示されていないが、典型的なセルラ通信システムは何百ものセルを含み、何千もの移動体端末１００にサービスを提供する。

移動体端末１００は、無線通信チャネル上で１又は複数の通信プロトコルに従って、基地局１０２及び１０４と通信する。例えば、図１に示すように、移動体端末１００は通信チャネル１２０上で基地局１０２と通信する。移動体端末１００はまた、ＧＰＳ信号１２４から自己の地理的な位置を決定するように構成される。ＧＰＳ信号１２４は、軌道を周回している複数のＧＰＳ衛星１２６から受信される。

移動体端末１００は、ＧＰＳ受信機１３０、プロセッサ１３２、送受信機１３４、メモリ１３６、クロック１３８を含み、さらに、スピーカ１４０、マイクロフォン１４２、ディスプレイ１４４、キーパッド１４６も含む。ＧＰＳ受信機１３０は、アンテナ１２８を介してＧＰＳ信号を受信する。

メモリ１３６は、１又は複数の消去可能でプログラム可能なリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュＥＰＲＯＭ）、バッテリーが必要なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気／光／その他のデジタル記憶装置を含む。また、メモリ１３６は、プロセッサ１３２から分離しているか、又は、少なくとも一部がプロセッサ１３２の中にある。クロック１３８は、例えばカウンタであり、プロセッサ１３２から分離しているか、又は、少なくとも一部がプロセッサ１３２の中にある。プロセッサ１３２は、例えば汎用プロセッサ及びデジタル信号プロセッサのような、複数のプロセッサを含む。複数のプロセッサは、共通のパッケージに包含されていてもよいし、分離して相互に離れていてもよい。送受信機１３４は、典型的には、送信機１４８と受信機１５０を含み、双方向通信を可能とする。しかし、本発明はそのような装置に限定されるものではなく、ここで使用されているように、「送受信機」は送信機１５０のみを含んでいてもよい。移動体端末１００は、無線周波数信号を使用して基地局１０２及び１０４と通信する。無線周波数信号は、１又は複数のセルラ通信プロトコルに従って無線チャネル１２０上でアンテナ１５２を介して通信される。

ＧＰＳ受信機１３０は、ＧＰＳ信号１２４から自己の地理的な位置を決定するように構成される。ＧＰＳ信号１２４は、複数のＧＰＳ衛星１２６から受信される。自己の地理的な位置を決定する際に、ＧＰＳ受信機１３０は、受信したＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳ衛星１２６のＧＰＳ時刻を監視する。図１において、ＧＰＳ受信機１３０は独立した構成要素として示されているが、プロセッサ１３２及び送受信機１３４のうち少なくともいずれかが、他の機能に加えてＧＰＳ受信機１３０の機能の少なくとも一部を提供するように構成されていてもよく、加えて、少なくともいくらかの共通の構成要素パッケージングを共有していてもよい。あるいは、プロセッサ１３２及び送受信機１３４のうち少なくともいずれかが、他の機能に加えてＧＰＳ受信機１３０の機能の少なくとも一部を提供するように構成されているか、又は、少なくともいくらかの共通の構成要素パッケージングを共有していているかの一方でもよい。

ＧＰＳ衛星１２６に関して本発明の実施形態を以下に説明するが、擬似衛星(pseudolite)、又は、衛星１２６及び擬似衛星の組み合わせを活用する位置決定システムにも同様に本教示を適用可能であることを認識できよう。擬似衛星は、地上の送信機であり、Ｌバンド搬送信号上で変調されている従来の衛星からのＧＰＳ信号に似た信号をブロードキャストし、一般的に、ＧＰＳ時刻に同期している。擬似衛星は、例えばトンネルや鉱山、建築物、又は他の囲われた領域のような、軌道を周回しているＧＰＳ衛星１２６からのＧＰＳ信号が取得できない状況において有用である。「衛星(satellite)」という用語は、ここで使用されるように、擬似衛星又は擬似衛星に等価なものを含むことが意図されている。また、ＧＰＳ信号という用語は、ここで使用されるように、擬似衛星又は擬似衛星と等価なものからのＧＰＳのような信号を含むように意図されている。また、以下の議論は、アメリカ合衆国の全地球測位システム（ＧＰＳ）に基づくアプリケーションに関するものであるが、これらの方法は、例えばロシアのGlonassシステムのような同様の衛星を利用した位置決定システムにも、同様に適用可能である。ここで使用される「ＧＰＳ」という用語は、そのような代替の衛星を利用した位置決定システムを含み、ロシアのGlonassシステムを含む。それゆえ、「ＧＰＳ信号」という用語は、そのような代替の衛星を利用した位置決定システムからの信号を含む。

米国特許第５，９４５，９４４号及び米国特許第６，６０３，９７８号（これらの開示は全体が本願に引用して援用される）に記載されているように、ＧＰＳ受信機が位置に関する最初の測位結果を捕捉するのに必要な時間（測位時間(time-to-first-fix)）及び信号感度は共に、ＧＰＳ受信機に現在のＧＰＳ時刻に関する正確な推定が与えられると、改善される。

本発明のいくつかの実施形態に従えば、基地局から送られる通信信号における時刻表示の部分とＧＰＳ時刻との間のタイミング関係に基づいて、移動体端末１００はＧＰＳシステムの現在時刻を推定する。移動体端末１００は、セル内の通信チャネルに対するセル時刻基準(reference)を推定する。ＧＰＳ時刻基準(reference)は、ＧＰＳ信号１２４から決定される。次いで、移動体端末１００は、セル−ＧＰＳ間(cell-to-GPS)のタイミングデータを決定する。セル−ＧＰＳ間のタイミングデータは、セル時刻基準及びＧＰＳ時刻基準の間のタイミングオフセットを表す。その後、セルにおける通信信号の時刻表示の部分及びセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを使用して、移動体端末１００はＧＰＳ時刻を推定することができる。例えば、セル時刻基準及びＧＰＳ時刻基準の間のタイミングオフセットが一度分かると、通信信号の時刻表示の部分にオフセットを加えれば、ＧＰＳ時刻を推定できる。

図２は、ＧＰＳ信号における時刻表示と２つのセルラ通信チャネルにおける時刻表示との間のタイミングオフセットの一例を示す図である。説明のためにのみ、第１及び第２のセルラ通信チャネル（「セル１チャネル（Cell 1 Channel）」及び「セル２チャネル（Cell 2 Channel）」）が、周期的なフレーム境界であるＦ０乃至Ｆ７と共に示されている。これら各々の通信チャネルに対する時刻基準は、これらそれぞれのフレーム境界Ｆ０乃至Ｆ７におけるタイミングから決定される。通信チャネルは、例えば、制御チャネル及びトラフィックチャネルのうち少なくともいずれかである。制御チャネル及びトラフィックチャネルは、フレーム境界を持つ。フレーム境界は、例えば、ＧＳＭ又はＡＮＳＩ−１３６プロトコルに従って形成される。第１の通信チャネルは、第２の通信チャネルとは異なるセルに由来する。それゆえ、図２に示すように、第１及び第２の通信チャネルのフレーム境界は同じ周期性を持つが、揃ってはいない。図２には示されていないが、第１及び第２の通信チャネルは異なるフレーム周期性（すなわち、ＧＳＭチャネルとＡＮＳＩ−１３６チャネルとの関係のように）を持ち、加えて、異なる時刻表示（すなわち、ＧＳＭフレーム境界とＣＤＭＡタイミングイベントとの関係のように）を持っていてもよい。或いは、異なるフレーム周期性を持つか、又は、異なる時刻表示を持つかのいずれか一方でもよい。移動体端末１００内のリアルタイムクロックは、不明瞭性を解消するために使用される。不明瞭性は、経過時間がマルチフレーム時間長よりも長いときに発生しうる。セル時刻基準は、代替的に又は追加的に、例えばトレーニングシーケンスにおける１又は複数のシンボルのような、他の受信した時刻表示に基づいていてもよい。

移動体端末１００は、通信チャネル（セル１チャネル及びセル２チャネル）における時刻表示を使用して２つのセルの時刻基準を確立するために、クロック１３８を使用する。例えば、移動体端末１００が第１のセル１０８において動作しているとき、クロック１３８はセル１チャネルにおけるフレーム境界Ｆ０乃至Ｆ７に同期しており、第１のセルに対する時刻基準（第１のセル時刻基準）を生成する。移動体端末１００はまた、ＧＰＳ信号における時刻表示を測定することにより、ＧＰＳ衛星１２６に対する時刻基準（ＧＰＳ時刻基準）も生成する。次いで、移動体端末１００は、第１のセル１０８に対するセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを形成するために、第１のセル時刻基準とＧＰＳ時刻基準との間のタイミングオフセットを決定する。続いて、移動体端末１００は、ＧＰＳ時刻を推定するために、セル１チャネルにおけるタイミング表示及びセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを使用する。推定されたＧＰＳ時刻は、位置に関する最初の測位結果を捕捉するのに必要な時間（測位時間(time-to-first-fix)）を短縮し、加えて、信号感度を改善するために、ＧＰＳ受信機１３０によって使用される。或いは、推定されたＧＰＳ時刻は、位置に関する最初の測位結果を捕捉するのに必要な時間（測位時間(time-to-first-fix)）を短縮するか、又は、信号感度を改善するかいずれか一方のために、ＧＰＳ受信機１３０によって使用される。

ＡＮＳＩ−１３６セルにおいて、セル時刻基準は、以下の用語で表現される。すなわち、拡張ハイパーフレームカウンタ（ＥＨＣ）、ハイパーフレームカウンタ（ＨＣ）、プライマリ／セカンダリスーパーフレーム（ＰＳＳ）、スーパーフレームフェーズ（ＳＰ）、タイムスロットナンバー（ＴＮ）、及びシンボルナンバー（ＳＮ）である。ＧＳＭセルにおいて、セル時刻は、以下の用語で表現される。すなわち、マルチフレームナンバー、フレームナンバー、スロットナンバー、シンボルナンバー、リアルタイムクロック読み込み、エラーレート、及び、基地局識別情報のうち、少なくともいずれかである。セル時刻はまた、例えば、周波数、チャネル数、及び、基地局識別情報コードのうち、少なくともいすれかに基づいても決定される。それゆえ、移動体端末１００は、セルにおいて受信したフレーム構造に基づいてセル時刻基準を確立することができ、かつ、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成するために、そのセル時刻基準をＧＰＳ時刻に関連付けることができる。その後になって、移動体端末１００は、ＧＰＳ時刻を推定するために、受信したフレーム構造及びセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを使用することができる。セル時刻基準は、代替的に又は追加的に、例えばＣＤＭＡ基地局から受信した時刻基準に基づいてもよい。

移動体端末１００が第１のセル１０８内を移動すると、セル１０８にサービスを提供する基地局１０２と移動体端末１００との間の距離が変化し、セル１チャネルのタイミング表示に関連する到達時刻も変化する。従って、第１のセルの時刻基準とＧＰＳ時刻基準との間のタイミングオフセットは、移動体端末１００が移動すると変化する。その結果、移動体端末１００が移動すると、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに誤差を混入させることになる。基地局１０２は固定されているため、移動体端末１００が基地局１０２に対するセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成して使用することにより、誤差は減少されるか又は除去される。移動体端末１００は、第１のセルの時刻基準に対して移動体端末１００と基地局１０２との間の距離を補償することにより、第１のセル１０８にサービスを提供する基地局１０２に対する時刻基準を生成することができる。

本発明のいくつかの実施形態においては、基地局１０２は、移動体端末と基地局１０２との間の相対距離に基づいて、第１のセル１０８における移動体端末からの送信のタイミングを調節する。これにより、移動体端末の信号は、割り当てられたフレームの間に受信される。例えば、移動体端末１００が通信のためのアクセスを要求すると、基地局１０２は、自己と移動体端末１００との間の距離を推定し、タイミング前進情報(timing advance information)を移動体端末１００に送信する。移動体端末１００は、タイミングの前進情報を使用して、自己が送信するタイミングを調節することができる。移動体端末１００はまた、セル１チャネルにおけるタイミング表示を使用し、かつ、タイミング前進情報を使用することにより、基地局１０２に対する時刻基準を推定することもできる。次いで、移動体端末１００は、第１のセル１０８に対するセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを形成するために、基地局１０２に対する時刻基準とＧＰＳ時刻基準との間のタイミングオフセットを決定する。その後、移動体端末１００は、ＧＰＳ時刻を推定するために、セル１チャネルにおけるタイミング表示、第１のセル１０８からのタイミング前進情報、及びセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを使用することができる。

例えばＧＳＭのように、セルラプロトコルによっては、呼設定の一部としてローカル更新の間に、タイミング前進情報が移動体端末に送信される場合もある。移動体端末１００は、受信したタイミング前進情報に応答してＧＰＳ時刻を推定すること、及び、ＧＰＳ時刻の推定を生成する必要性に応答して基地局にタイミング前進情報を送信させることのうち、少なくともいずれかを行うことができる。

各々のセルは異なる時刻基準を持ちうるため、移動体端末１００は、異なるセルからチャネルタイミング情報を受信すると、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに関するレポジトリを生成する。ＧＰＳ時刻の推定が必要なとき、移動体端末１００は自己がタイミング表示を受信しているセルを同定し、同定されたセルに対して使用可能なセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを検索する。移動体端末はそれゆえ、セルに対して以前に生成されたセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを使用することにより、ＧＰＳ時刻を推定するたびにセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成することを回避することができる。そして、タイミング表示及び同定されたセルに対するセル−ＧＰＳ間のタイミングデータは、ＧＰＳ時刻を推定するために使用される。ＧＳＭシステムにおいて、セルの同一性又はセルは、ロケーションエリアコード及びルーティングエリア識別情報のうち少なくともいずれかにより判断される。ＡＮＳＩ−１３６システムにおいて、セルの同一性は、デジタル認証カラーコード及び仮想移動体ロケーションエリアコードのうち少なくともいずれかにより判断される。

図３に示すように、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリは、セル識別情報フィールド及びセル−ＧＰＳ間のタイミングデータフィールドを含むデータ構造を含む。セル−ＧＰＳ間のタイミングデータがセルに対して生成されると、関連するセルの識別情報(identity)に加えて生成された情報がレポジトリの関連するフィールドに格納される。セル−ＧＰＳ間のタイミングデータが、そのようなデータが以前に生成されていないセルに対して生成され、又は、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータが、レポジトリに既に存在する、セルに対する古いデータを置き換える。セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに関するレポジトリは、例えばメモリ１３６のような不揮発性メモリに格納される。そのため、レポジトリは、移動体端末１００の電源が切られた後でも使用可能である。移動体端末１００は、個々のセル−ＧＰＳ間のタイミングデータ又はセル−ＧＰＳ間のタイミングデータに関するレポジトリを、１又は複数の基地局１０２及び１０４に送信する。送信されたセル−ＧＰＳ間のタイミングデータは、ＧＰＳ時刻を推定するために、ＭＳＣ１０６及びシステムを構成する他の構成要素のうち少なくともいずれかによって使用される。

時間が経過すると、例えば基地局の時計の誤差により、基地局の時刻が偏移する。この偏移に関連して、チャネルのタイミング情報にも偏移が生じる。例えば、もし基地局が０．０１ｐｐｍの時計誤差を持っているとすると、３時間の間に、基地局は、自己のチャネルのタイミング情報に関するタイミングの中に、約１００マイクロ秒の誤差を積み重ねることになる。その結果、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータがセルに対して取得された時と、その後、ＧＰＳ時刻を推定するために現在のチャネルのタイミング情報と共にタイミングデータが使用される時との間でより多くの時間が経過するほど、推定されるＧＰＳ時刻はあまり正確ではなくなる。移動体端末１００は、長時間に亘って基地局に対する連続した時刻基準を生成し、時刻基準が生成される時に対応するＧＰＳ時刻に注目することにより、基地局の時刻偏移を推定することができる。時刻基準及び対応するＧＰＳ時刻に関する連続したペアの間の変化は、基地局の時刻偏移を推定するために使用される。次いで、推定された時刻偏移は、セルに対するセル時刻の決定を改善するために、時刻に対して外挿され、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに対して基地局の時刻偏移を補償する。結果として、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータがセルに対して生成された時と、その後ＧＰＳ時刻の推定が生成される時との間でより多くの時間が経過するほど、ＧＰＳ時刻は少ない誤差で推定される。移動体端末１００はそれゆえ、比較的長い時間に亘ってセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを使用することにより、ＧＰＳ時刻を推定する。

基地局の時刻偏移に関する情報は、セル−ＧＰＳ間のタイミングレポジトリに追加される。例えば、時刻偏移率（割合）のデータは、図３に示すように、セル識別情報に関連付けられる。時刻偏移率（割合）のデータは、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータがセルに対して生成された時に関するタイムスタンプと、所定の時間に基地局の時刻がどれくらい偏移するかを表す値とを含む。そして、セル識別情報を使用して利用可能なセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを検索し、データが生成されてから経過した時間とセルに対する時刻偏移率（割合）を使用してセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを補償することにより、移動体端末１００は、セルに対して更新されたセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成することができる。

移動体端末１００は、セルに対する時刻偏移率（割合）のデータを、セルにサービスを提供している基地局に送信する。そのため、基地局は、時刻基準の正確性を改善することができる。基地局は、時刻基準の正確性をさらに改善するために、複数の移動体端末１００からの時刻偏移情報を組み合わせる。

図４は、複数のセルに対してセル−ＧＰＳ間のタイミングデータに関するレポジトリを生成するために使用される動作を示すフローチャートである。ブロック４００において、ＧＰＳ信号が受信される。ＧＰＳ信号は、複数のＧＰＳ衛星１２６からの信号を含む。ブロック４１０において、ＧＰＳ信号からＧＰＳ時刻が決定される。ブロック４２０において、セル時刻基準が受信され、ブロック４３０において、セル時刻基準からセル時刻が決定される。セル時刻基準は、通信チャネルのフレーム構造に関連する時刻表示を含み、かつ、知られた時刻基準に関連する時刻値である。或いは、セル時刻基準は、通信チャネルのフレーム構造に関連する時刻表示を含むか、又は、知られた時刻基準に関連する時刻値であるかの一方である。セル時刻基準は、追加的又は代替的に、トラフィック又はデータチャネル上で受信された情報に基づいていてもよい。例えば、タイミング表示は、インターネットサイトからのデータネットワーク上で受信されてもよい。データネットワーク上でタイミング表示を使用するとき、結果として得られるセル時刻基準の正確性を改善するために、ネットワークの遅延が推定される。

ブロック４４０において、タイミング前進データが基地局に対して取得可能であるか否かに関する判断がなされる。もし取得可能であれば、ブロック４５０において、例えば基地局からの呼設定を要求することにより、タイミング前進データが取得される。ブロック４６０において、セル時刻を基地局時刻に変換するために、タイミング前進データが使用される。タイミング前進データは、移動体端末と基地局との間の距離を示す。基地局から移動体端末へのセル時刻基準の伝播時間が距離から決定され、セル時刻は伝播時間に基づいて基地局時刻に変換される。

ブロック４７０において、基地局時刻とＧＰＳ時刻との間のタイミングオフセットに基づいて、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータが決定される。ブロック４８０において、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータと、関連するセルの識別情報が、レポジトリの中に保持される。ブロック４００乃至４８０における動作は、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータがまだレポジトリに記録されていない各々のセルに対して繰り返され、かつ、例えば基地局の時計の時刻偏移に起因して、受け入れられないほど古くなったデータを更新するために繰り返される。或いは、ブロック４００乃至４８０における動作は、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータがまだレポジトリに記録されていない各々のセルに対して繰り返されるか、又は、例えば基地局の時計の時刻偏移に起因して、受け入れられないほど古くなったデータを更新するために繰り返されるかの一方でもよい。

図５は、ＧＰＳ時刻を推定するために使用される動作を示すフローチャートである。ブロック５００において、セル時刻基準が、通信チャネルを介してセルから受信される。ブロック５１０において、セルが同定され、ブロック５２０において、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータが同定されたセルに対してレポジトリの中で知られているか否かの判断がなされる。知られている場合、ブロック５３０において、同定されたセルに対する時刻偏移率（割合）のデータが知られているか否かに関する判断がなされる。もし時刻偏移率（割合）のデータが知られていれば、ブロック５４０において、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータがレポジトリから取得され、時刻偏移に起因する誤差を減少させるために補償される。例えば、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータが生成されてから経過した時間に時刻偏移率（割合）の割合を乗じ、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータによって表される時刻オフセットに結果を加えることにより、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータは補償される。ブロック５２０においてセル−ＧＰＳ間のタイミングデータが同定されたセルに対して知られていないときは、ブロック５６０において、例えば図４に示す動作により、データが生成される。

ブロック５５０において、セル−ＧＰＳ間のタイミングデータ及び通信チャネルを介して基地局から受信した時刻表示を使用して、ＧＰＳ時刻が推定される。

図面及び明細書において、本発明の複数の実施形態を開示してきた。特定の用語が使用されているが、それらは汎用的かつ説明的な意味においてのみ使用され、限定の目的は無い。本発明の範囲は、以下の請求の範囲において説明される。

本発明の多様な実施形態に従う無線通信システムを示す図である。２つのセルの通信チャネルにおけるフレームイベントとＧＰＳ信号の時刻表示部分との間のタイミングオフセットの一例を示す図である。本発明の多様な実施形態に従うセル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリとして使用されるデータ構造を示す図である。本発明の多様な実施形態に従う、ＧＰＳ時刻と複数のセルに対するセル時刻とのタイミングオフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを生成する動作を示すフローチャートである。本発明の多様な実施形態に従う、ＧＰＳ時刻を推定する動作を示すフローチャートである。

Claims

無線通信システムにおいて動作する移動体端末においてＧＰＳ時刻を推定する方法であって、
ＧＰＳ時刻と、前記移動体端末が通信する２又はそれ以上のセルに対するセル時刻との間の、タイミングオフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを、前記移動体端末において生成するステップと、
受信した通信信号の発信元であるセルを同定するステップと、
前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリ、前記発信元であるセルの識別情報、及び前記受信した通信信号の時刻表示の部分を使用して、ＧＰＳ時刻を推定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを、前記移動体端末において生成するステップは、
第１のセルからの第１の通信信号の時刻表示の部分と、ＧＰＳ通信信号の時刻表示の部分との間の、第１のタイミングオフセットを決定するステップと、
第２のセルからの第２の通信信号の時刻表示の部分と、ＧＰＳ通信信号の時刻表示の部分との間の、第２のタイミングオフセットを決定するステップと、
前記第１及び第２のタイミングオフセットと、関連する第１及び第２のセルの識別子とを、前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリに保持するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記受信した通信信号の発信元であるセルを同定するステップは、第３の通信信号の発信元であるセルを同定するステップを備え、
前記ＧＰＳ時刻を推定するステップは、ＧＰＳ時刻を推定するために、前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリ、前記発信元であるセルの識別情報、及び前記第３の通信信号の時刻表示の部分を使用するステップを備える
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを、前記移動体端末において生成するステップは、
前記セルらのうち第１のセルからきた前記第１の通信信号のフレーム構造における所定の部分を受信したときと、ＧＰＳ通信信号の時刻表示の部分を受信したときとの間の時間差を決定するステップと、
前記セルらのうち第２のセルからきた前記第２の通信信号のフレーム構造における所定の部分を受信したときと、ＧＰＳ通信信号の時刻表示の部分を受信したときとの間の時間差を決定するステップと、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
推定されたＧＰＳ時刻を使用してＧＰＳ信号を捕捉するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを、前記移動体端末において生成するステップは、複数のセルに対するセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを前記移動体端末中の不揮発性メモリに保持するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記移動体端末から基地局へ、前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリの少なくとも一部を送信するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
移動体端末においてＧＰＳ時刻を推定するために使用されるセル−ＧＰＳ間のタイミングのデータ構造であって、前記データ構造はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記録されており、前記データ構造は、
複数のセル識別子を含むように構成されるセル識別子フィールドと、
複数のタイミングオフセット値を含むように構成されるセル−ＧＰＳ間のタイミングオフセットフィールドと、
を備え、
各々の前記タイミングオフセット値は、前記セル識別子フィールドの少なくとも１つに対応し、関連するセルからの通信信号に対する時刻基準とＧＰＳ時刻基準との間のタイミングオフセットを表すことを特徴とするデータ構造。
前記タイミングオフセット値に対するタイミング誤差の割合の推定を提供するデータを含むように構成される時刻偏移フィールドをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のセル−ＧＰＳ間のタイミングのデータ構造。
無線通信システムにおいて動作する移動体端末においてＧＰＳ時刻を推定する方法であって、
前記無線通信システム中のセルにおける、セル時刻基準を持つ通信チャネル上で前記移動体端末を動作させるステップと、
前記移動体端末において、ＧＰＳ時刻基準を持つＧＰＳ通信信号を受信するステップと、
前記移動体端末において、前記セル時刻基準と前記ＧＰＳ時刻基準との間のタイミングオフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを決定するステップと、
前記移動体端末において、前記通信チャネルの時刻表示の部分及び前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに基づいて、ＧＰＳ時刻を推定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
前記通信チャネルの前記セル時刻基準に対するタイミング誤差の割合を推定するステップと、
前記移動体端末において、前記通信チャネルの前記時刻表示の部分、前記セル時刻基準に対する前記推定されたタイミング誤差の割合、及び前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに基づいて、前記ＧＰＳ時刻を推定するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
前記通信チャネルの前記セル時刻基準に対するタイミング誤差の割合を推定するステップは、
セル時刻基準を測定するステップと、
前記測定されたセル時刻基準に時間的に近い対応するＧＰＳ時刻を測定するステップと、
前記セル時刻基準を測定するステップ及び前記対応するＧＰＳ時刻を測定するステップを少なくとももう一度繰り返すステップと、
セル時刻基準及びＧＰＳ時刻の対応するペア間の変化に基づいて、前記セル時刻基準に対する前記タイミング誤差の割合を推定するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
無線通信システムにおいて動作する移動体端末においてＧＰＳ時刻を推定する方法であって、
前記無線通信システム中のセルにおける、時刻基準を持つ通信チャネル上で前記移動体端末を動作させるステップと、
前記通信チャネル上の、前記移動体端末と前記通信チャネルにサービスを提供する基地局との間の距離を示すタイミング前進データを受信するステップと、
前記タイミング前進データ及び前記通信チャネルの前記時刻基準に基づいて、前記基地局に対する時刻基準を決定するステップと、
前記移動体端末において、ＧＰＳ時刻基準を持つＧＰＳ通信信号を受信するステップと、
前記移動体端末において、前記基地局に対する前記時刻基準と前記ＧＰＳ時刻基準との間のタイミングオフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成するステップと、
前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータ及び前記基地局からの通信信号における時刻表示の部分に基づいて、ＧＰＳ時刻を推定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
前記通信チャネルは、制御チャネル及びトラフィックチャネルを備え、
前記通信チャネル上のタイミング前進データを受信するステップは、前記トラフィックチャネル上で前記タイミング前進データを受信するステップを備え、
前記基地局に対する時刻基準を決定するステップは、前記制御チャネルに対する時刻基準を決定するステップと、前記タイミング前進データに基づいて前記制御チャネルの時刻基準を補償するステップと、を備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
移動体端末であって、
無線通信システムにおいてセルから通信信号を受信するように構成される受信機と、
ＧＰＳ信号を受信するように構成されるＧＰＳ受信機と、
ＧＰＳ時刻と２又はそれ以上のセルに対するセル時刻との間のタイミングオフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを保持するメモリと、
受信した通信信号の発信元であるセルを同定するように構成され、かつ、前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリ、前記発信元であるセルの識別情報、及び前記受信した通信信号の時刻表示の部分を使用してＧＰＳを推定するように構成されるプロセッサと、
を備えることを特徴とする移動体端末。
前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリは、第１のＧＰＳ時刻と第１のセルからの通信信号における時刻表示の部分との間のタイミングオフセットを表し、かつ、第２のＧＰＳ時刻と第２のセルからの通信信号における時刻表示の部分との間のタイミングオフセットを表すことを特徴とする請求項１５に記載の移動体端末。
前記ＧＰＳ受信機は、前記推定されたＧＰＳ時刻を使用してＧＰＳ信号を捕捉するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の移動体端末。
前記メモリは、前記移動体端末から電源が切断された後も前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリを保持する不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１５に記載の移動体端末。
前記プロセッサは、基地局に対するセル−ＧＰＳ間のタイミングデータのレポジトリの少なくとも一部を通信するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の移動体端末。
移動体端末であって、
無線通信システムにおいてセルから通信信号を受信するように構成される受信機と、
ＧＰＳ信号を受信するように構成され、かつ、前記受信したＧＰＳ信号からＧＰＳ時刻基準を決定するように構成されるＧＰＳ受信機と、
前記受信した通信信号からセル時刻基準を推定するように構成され、かつ、前記セル時刻基準と前記ＧＰＳ時刻基準との間の時刻オフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成するように構成され、かつ、受信した通信信号における時刻表示の部分及び前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに基づいてＧＰＳ時刻を推定するように構成されるプロセッサと、
を備えることを特徴とする移動体端末。
前記プロセッサは、前記セル時刻基準に対するタイミング誤差の割合を推定するように構成され、かつ、前記受信した通信信号における時刻表示の部分、前記セル時刻基準に対する前記推定されたタイミング誤差の割合、及び前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに基づいて前記ＧＰＳ時刻を推定するように構成されることを特徴とする請求項２０に記載の移動体端末。
移動体端末であって、
無線通信システムにおいてセルから通信信号を受信するように構成される受信機と、
ＧＰＳ信号を受信するように構成され、かつ、前記受信したＧＰＳ信号からＧＰＳ時刻基準を決定するように構成されるＧＰＳ受信機と、
前記受信した通信信号からセル時刻基準を推定するように構成され、かつ、前記セル時刻基準及び基地局からのタイミング前進データに基づいて前記基地局に対する時刻基準を決定するように構成され、かつ、前記基地局に対する前記時刻基準と前記ＧＰＳ時刻基準との間の時刻オフセットを表すセル−ＧＰＳ間のタイミングデータを生成するように構成され、かつ、受信した通信信号における時刻表示の部分及び前記セル−ＧＰＳ間のタイミングデータに基づいてＧＰＳ時刻を推定するように構成されるプロセッサと、
を備えることを特徴とする移動体端末。