JP3418612B2

JP3418612B2 - セルラまたはｐｃｓネットワークを介してｇｐｓ受信機を補助する方法およびシステム

Info

Publication number: JP3418612B2
Application number: JP2000565414A
Authority: JP
Inventors: ブローバウム、ルランド、スコット; コーラパティ、ハビッシュ; ホミラー、ダニエル、ピー; ザデー、バグハー、アール
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1998-08-13
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2003-06-23
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: EE200100089A; CN1253725C; KR100671677B1; ATE225042T1; HK1040287A1; AU5221299A; DE69903179T2; HK1040287B; MY119866A; CN1312912A; US6204808B1; EP1105745A1; PL194686B1; KR20010072115A; AU757987B2; IL140791A; DE69903179D1; EP1105745B1; IL140791A0; WO2000010028A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、１９９８年８月１３日付け出願
の米国仮出願第６０／０９６，４３７号の利益に対して
権利を請求する。

【０００２】（発明の分野）本発明は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機に関
し、更に詳細には、セルラまたはＰＣＳネットワークを
介して通信するセルラ電話または他のデバイスと一体化
されるＧＰＳ受信機に情報を配信するための方法に関す
る。

【０００３】（発明の背景）セルラ・ネットワークまたは他の公衆地上移動電話網
（ＰＬＭＮ）内での移動局の地理的場所を決定すること
は、近年、広範囲の応用において重要となっている。た
とえば、測位サービスは、輸送会社およびタクシー会社
によって、彼らの車の位置を決定するために、また、配
車手続の効率を向上させるために、望まれている。ま
た、緊急呼出し（たとえば、９１１番呼出し）のため
に、移動端末の正確な位置を知ることは、緊急状況にお
いて望ましい結果を保証するために、極めて重要なこと
である。

【０００４】また、測位サービスは、盗難車の位置を決
定するために、より低額で課金されるホーム・ゾーン・
コールを知るために、マイクロ・セルのホット・スポッ
トを検出するために、または、プレミアム加入者サービ
ス（たとえば、「私はどこサービス」）を提供するため
に、使用できる。「私はどこサービス」は、たとえば、
移動局に最も近いガソリン・スタンド，レストランまた
は病院の場所の決定を容易にする。

【０００５】移動局の地理的場所を決定するための１つ
の方法は、衛星ベース全地球測位システム（ＧＰＳ）を
使用することである。ＧＰＳは、受信ユニットの位置，
速度および時間をもたらすためにＧＰＳ受信機で処理さ
れる特殊コード化衛星信号を供給する衛星ナビゲーショ
ン・システムである。三次元位置座標および固定座標系
に対する受信機時計の時間オフセットを計算するために
は、４個以上のＧＰＳ衛星信号が必要とされる。

【０００６】ＧＰＳシステムは、約１２時間で地球を回
る２４個（予備を数えない）の衛星を含む。ＧＰＳ衛星
の軌道高度（２０，２００ｋｍ）は、衛星が任意の地点
の上空を２４時間ごとに約１回だけ同じ地上軌跡および
配置を繰り返すようなものとなっている。等間隔で（す
なわち、６０°離れた）かつ地球の赤道面に対して約５
５°傾いた６個の軌道面があり、各軌道面には仕様的に
は少なくとも４個の衛星がある。この配置は、４個から
１２個の衛星が地球上の任意の地点からユーザに見える
ことを保証する。

【０００７】ＧＰＳシステムの衛星は、ＧＰＳ受信機で
位置座標，速度座標および時間座標を決定するのに２つ
のレベルの精度を提供する。ＧＰＳシステムのほとんど
の一般ユーザは、水平方向に１００ｍ、垂直方向に±１
５６ｍおよび時間で±３４０ナノ秒の２−σ精度を有す
る標準測位サービス（ＳＰＳ）を使用する。高精度測位
サービス（ＰＰＳ）は、暗号化装置および鍵と特別装備
受信機とを有する許可されたユーザだけが利用できる。

【０００８】各ＧＰＳ衛星は２つのマイクロ波搬送信号
を送信する。Ｌ１周波数（中心周波数１５７５．４２Ｍ
Ｈｚ）は、ＳＰＳおよびＰＰＳ符号信号とともにナビゲ
ーション・メッセージを運ぶ。Ｌ２周波数（中心周波数
１２２７．６０ＭＨｚ）も、ＰＰＳコードを運び、ＰＰ
Ｓシステムで利用可能な受信機によって電離層遅延を測
定するために使用される。

【０００９】Ｌ１およびＬ２マイクロ波搬送信号は、３
つのバイナリ・コード（１．０２３ＭＨｚ粗取得（Ｃ／
Ａ）コード，１０．２３ＭＨｚ高精度コード（Ｐコー
ド）および５０Ｈｚナビゲーション・システム・データ
・コード（ＮＡＶコード））によって変調される。Ｃ／
Ａコードは、擬似乱数（ＰＲＮ）コードであり、ＧＰＳ
衛星を特定する。すべてのＧＰＳ衛星は、同じＬ１およ
びＬ２搬送波上でそれらのバイナリ・コードを送信す
る。多数の同時受信信号は符号分割多元接続（ＣＤＭ
Ａ）相関器によって回復される。一般用ＧＰＳ受信機の
相関器は、まず、ＮＡＶコードで変調されたものとして
Ｃ／Ａコードを回復する。次に、位相ロック・ループ
（ＰＬＬ）回路がＣ／ＡコードをＮＡＶコードから分離
する。強調すべき点は、ＧＰＳ衛星のどれがレンジ内に
あるかを決定するためにＧＰＳ受信機が最初にそのおよ
その位置を決める必要があるということである。逆に、
およその位置を知っているＧＰＳ受信機は、適切なＧＰ
Ｓ衛星によって送信される信号に素早く同調できる。

【００１０】ＧＰＳ受信機の起動は、典型的には、４個
以上のＧＰＳ衛星のナビゲーション・データ信号からの
１組のナビゲーション・パラメータの取得を必要とす
る。ＧＰＳ受信機を初期化するこのプロセスは、しばし
ば、数分を要する。

【００１１】ＧＰＳ測位プロセスの時間は、ＧＰＳ受信
機がどのくらい多くの情報を有しているかに直接依存す
る。ほとんどのＧＰＳ受信機は、１年先までの予想衛星
位置を粗く記述するアルマナック（almanac）・データ
をプログラムされている。しかし、ＧＰＳ受信機がそれ
自身のおよその位置についての何らかの知識を有してい
なければ、そのＧＰＳ受信機は、見える衛星からの信号
を迅速に相関付けることができず、したがって、それの
位置を素早く計算することができない。また、Ｃ／Ａコ
ードおよびＮＡＶコードを捕捉するために、既に取得さ
れている信号を引き続いて監視するのに必要とされるも
のよりもより強い信号強度が必要とされることに注意し
なければならない。ＧＰＳ信号を監視するプロセスは環
境因子によって大きく影響されることにも注意する必要
がある。したがって、開けた場所で容易に取得されるＧ
ＰＳ信号でも、受信機が葉陰、車内または最悪の場合に
は建物内にあるときには、取得が益々困難となる。

【００１２】最近の政府からの命令（たとえば、ＦＣＣ
第２フェーズII Ｅ−９１１サービスの応答時間仕様）
によれば、移動受話器の場所を正確かつ迅速に決定する
ことが要求されている。したがって、高速で正確な測位
に対する要求に応えながら移動端末内にＧＰＳ受信機を
効率的に組み込むために、正確な補助データ（たとえ
ば、ローカル時間および位置推定，衛星エフェメリス
（ephemeris）および時計情報（これは移動局の場所に
従って変化する））を移動端末に迅速に提供できること
が必要となる。そのような補助データを使用することに
よって、移動局と一体化されたまたは接続されたＧＰＳ
受信機はそれの起動手続を迅速に完了することができ
る。したがって、移動端末と一体化されたまたは接続さ
れたＧＰＳ受信機に必要な補助ＧＰＳ情報を既存の無線
ネットワーク上で送信できることが望ましい。

【００１３】テイラーらの米国特許第４，４４５，１１
８号は、ＧＰＳ受信機の支援または補助という概念につ
いて議論している。述べられている方法は、静止衛星の
ような単一送信機を使用して、広い地理的領域用の信号
補助メッセージを提供する。補助データは、見えている
ＧＰＳ衛星のリストと、各衛星の位置と、衛星信号上の
予測ドップラー・シフトとを含む。このメッセージのこ
の構造は、ユーザ受信機で位置計算関数（ＰＣＦ）を実
行できるようにする。

【００１４】クラスナーの米国特許第５，６６３，７３
４号は別のＧＰＳ受信機方式について述べている。この
特許は、主として、受信機アーキテクチャに関連してい
るが、補助によって受信機の性能がどのように改善する
かについても述べている。この特許は、補助メッセージ
の考えられる内容として「エフェメリスを表わすデー
タ」および予測ドップラー・シフトを挙げている。

【００１５】ラウの米国特許第５，４１８，５３８号
は、「基準局」の同様な受信機から「差分」情報を放送
することによって遠隔ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ受信機を
補助するシステムおよび方法について述べている。１つ
の実施の形態では、基準局は、可視衛星リストおよび関
連エフェメリスを放送する。遠隔受信機にとっての利点
は３つある。すなわち、メモリ要求減少と低コスト周波
数基準と高速取得とである。この議論では、第１の衛星
を取得したのちに受信機時計不正確さによるドップラー
を推定しかつ除去できることの利点について述べてい
る。

【００１６】エッシェンバッハの米国特許第５，６６
３，７３５号は、ＧＰＳ受信機が無線信号から正確な絶
対時間基準を取り出す方法について述べている。オプシ
ョンとして、この受信機はまた、受信機に含まれる高価
でない水晶発振器よりも正確な周波数基準を無線信号か
ら取り出す。ＧＰＳ受信機は位置計算を実行し、したが
って、ＧＰＳ衛星に対するエフェメリスおよび時計補正
とともに絶対時間を有する必要がある。

【００１７】一般に、上述した特許は、空気インタフェ
ースを介したユーザ端末と通信ネットワークとの間の同
期を活用していない。引用した従来技術の別の共通した
欠点は、補助が非常にコンパクトなものではなく、か
つ、比較的頻繁に更新する必要があり、したがって、セ
ルラ・ネットワークまたは他のＰＬＭＮでの効率的な放
送配信を排除することである。

【００１８】ＧＰＳベース通信網に対する別の補助付き
ＧＰＳ提案は、Ｔ１標準書類Ｔ１Ｐ１／９８−１３２ｒ
２である。この提案は、基準ＧＰＳ受信機を通信網の各
種ノードに配置すること、これらの受信機からエフェメ
リス情報を捕捉すること、この情報を可視衛星のリスト
と一緒にＧＳＭダウンリンク・ベアラ（bearer）上のメ
ッセージを介してすべての受話器ベースＧＰＳ受信機に
提供することに基づいている。この方式の利点は、受話
器ベースＧＰＳ受信機が完全に作動できることである。
すなわち、それは、ＰＣＦを含み、連続ナビゲーション
・モードで動作できる。しかし、現在のＧＳＭ通信網ア
ーキテクチャは、この方法によって要求されるデータ通
信量をサポートできないかもしれない。すべてのＧＰＳ
装備受話器に対して補助を放送することは非常に望まし
いが、その放送機構が都合のよい時点に補助を配信でき
るとは考えられない。地点から地点への配信が将来は可
能となるかもしれないが、現在のベアラ未構築補助デー
タ（ＵＳＳＤ）は必要な帯域幅を持たない。緊急局（Ｅ
９１１）に関しては待ち時間（latency）が特に重要で
ある。これは米国市場で常に要求されることである。

【００１９】本発明は、上述した課題の１つ以上を新規
で簡便なやり方で解決することを目的とする。

【００２０】（発明の概要）本発明によれば、無線ネットワークで動作するトランシ
ーバと全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機とを含む移
動局の位置を決定する方法が提供される。

【００２１】広義には、ＧＰＳ受信機が測位測定を行う
のを補助する方法がここに開示されている。ＧＰＳ受信
機は、無線ネットワークで動作するトランシーバを含む
移動局と一体化されている。本方法は、無線ネットワー
クから移動局に補助情報を転送するステップであって、
補助情報が、ＧＰＳの複数の選択衛星に関する選択時間
におけるその移動局付近の無線ネットワークの固定場所
のレンジおよびそのレンジの導関数を表わす、ステップ
と、受信された補助情報を用いてＧＰＳの複数の選択衛
星からの合成受信信号を検索してＧＰＳの選択衛星の複
数のものに関するコード位相を測定するように移動局を
作動させるステップであって、測定されたコード位相
が、選択衛星の複数のものに関する移動局のレンジを表
わす、ステップとを含む。

【００２２】本発明の１つの特徴は、選択時間が、補助
情報に含まれており、また、移動局に対して無線ネット
ワーク時間として表現されていることである。

【００２３】本発明の一態様では、無線ネットワークは
時分割多元接続法を利用しており、また、選択時間は、
移動局に地理的に近いエリアにサービス提供するネット
ワーク送信のフレーム数，タイムスロット数およびビッ
ト数によって表現される。タイムスロット数，ビット数
またはこの両者は、無線ネットワークおよび移動局の両
方によって暗黙に知られており、したがって、送信され
ない。

【００２４】本発明の他の態様によれば、無線ネットワ
ークは符号分割多元接続法を利用しており、また、選択
時間は、移動局に地理的に近いエリアにサービス提供す
る送信の多元接続コードの位相によって表現される。

【００２５】本発明の他の特徴は、ＧＰＳ衛星が２０ミ
リ秒ビット周期でナビゲーション・メッセージを送信
し、また、転送ステップが、選択時間に固定場所で観測
されるビット位相としてレンジを表現するステップを含
むことである。選択時間はＧＰＳ時間の２０ミリ秒エポ
ックと同時である。

【００２６】本発明の別の特徴は、転送ステップが、補
助情報を計算するステップと、補助情報を量子化し符号
化して無線ネットワークを介して移動局に転送するステ
ップとを含むことである。

【００２７】本発明の更に別の特徴は、移動局が、補助
情報を利用して選択衛星によって送信される信号のコー
ド位相および周波数オフセットの推定値を計算し、ま
た、各衛星について、それらの推定値を用いて信号を取
得し、特定の衛星に関するコード位相を測定するように
動作することである。

【００２８】本発明の別の態様によれば、無線ネットワ
ークで動作するトランシーバとＧＰＳ受信機とを含む移
動局の位置を決定する方法が開示される。本方法は、無
線ネットワークから移動局に補助情報を転送するステッ
プであって、補助情報が、ＧＰＳの複数の選択衛星に関
する選択時間におけるその移動局付近の無線ネットワー
クの固定場所のレンジおよびそのレンジの導関数を表わ
す、ステップと、受信された補助情報を利用してＧＰＳ
の複数の選択衛星からの合成受信信号を検索してＧＰＳ
の選択衛星の複数のものに関するコード位相を測定する
ように移動局を動作させるステップと、測定されたコー
ド位相を無線ネットワークに戻すステップと、固定場所
と測定されたコード位相とを用いて無線ネットワークに
おける移動局の位置を計算するステップとを含む。

【００２９】本発明の特徴は、コード位相が選択衛星の
１つについて測定された時間を表わす測定時間を移動局
が決定し、また、測定時間が無線ネットワークに戻され
ることである。測定時間は無線ネットワークの時間に関
して表現され、また、位置計算ステップは測定時間を絶
対ＧＰＳ時間に変換するステップを含む。

【００３０】本発明の別の特徴は、無線ネットワークが
移動ロケーション・センター（ＭＬＣ）を含み、ＭＬＣ
が固定場所での基地トランシーバ・システム（ＢＴＳ）
を介して移動局と通信し、計算ステップがＭＬＣで行わ
れることである。ＭＬＣは、ＧＰＳ受信機か、同じ位置
にないＧＰＳ受信機から必要な情報を受信する手段を含
み、また、転送ステップは、エフェメリス情報を取得し
てエフェメリス情報から補助情報を計算するＭＬＣを含
む。一実施の形態では、ＢＴＳは、無線ネットワークの
時間をＧＰＳ絶対時間に関連付けるための正確な時間基
準を提供するＧＰＳ受信機を含む。

【００３１】本発明の更に別の特徴は、無線ネットワー
クが、既知の場所にあって、ＧＰＳ受信機とＢＴＳを監
視する無線トランシーバとを有する時間測定ユニット
（ＴＭＵ）を含み、また、転送ステップが、無線ネット
ワークの時間をＧＰＳ絶対時間に関連付けるためにＴＭ
ＵからＭＬＣに時間基準を転送するステップを含むこと
である。

【００３２】本発明の更に別の態様によれば、移動局の
位置を決定するためのシステムが開示される。移動局
は、無線ネットワークで動作するトランシーバと、ＧＰ
Ｓ受信機とを含む。本システムは、エフェメリス・デー
タを得るＧＰＳ受信機を有する無線ネットワーク制御シ
ステムを含む。制御システムは、エフェメリス・データ
から補助情報を取り出して、無線ネットワークを介して
移動局に補助情報を送信する。補助情報は、ＧＰＳの複
数の選択衛星に関する選択時間における移動局付近の無
線ネットワークの固定場所におけるレンジおよびそのレ
ンジの導関数を表わす。移動局は、受信された補助情報
を利用してＧＰＳの複数の選択衛星からの合成受信信号
を検索してＧＰＳの選択衛星の複数のものについてコー
ド位相を測定する手段と、測定されたコード位相を無線
ネットワークを介して無線ネットワーク制御システムに
戻す手段とを含む。無線ネットワーク制御システムは、
固定場所と測定されたコード位相とを用いて無線ネット
ワークにおける移動局の位置を計算する手段を含む。

【００３３】ＧＰＳ受信機の最も重要なタスクの１つ
は、各種の衛星送信機に対する距離測定を行うことであ
る。一般クラスのＧＰＳの場合には、受信機は、各衛星
に特有のＣ／Ａコードの位相を観測することによってレ
ンジを測定する。典型的には、受信機は、一つが見つか
るまで各衛星の１０２３チップ周期全体にわたって検索
しなければならない。このタスクは、受信機が非常に正
確な周波数基準を持たない場合、および、信号が環境減
衰および／または設計選択によって劣化する場合には、
より困難なものとなる。これらの場合には、より多くの
受信機資源を必要とするか、取得および測定プロセスに
時間を要する。いずれのオプションも好ましいものでは
なく、前者では追加コストが嵩むし、後者ではＥ−９１
１のようないくつかのロケーション・サービスでは受け
入れ難い測位待ち時間を加えることになる。

【００３４】本発明によれば、上記の両オプションが回
避できるように、受信機には「補助」が備わっている。
特に、セルラまたはＰＣＳネットワークと通信できるト
ランシーバと一体化されるＧＰＳ受信機用の補助情報を
提供するシステムおよび方法が開示される。

【００３５】本発明によれば、一体化されたＧＰＳ受信
機の進歩した感度のために、従来のスタンド・アローン
ＧＰＳでは動作しなかった環境において動作することが
できるようになっている。ユーザ位置を特定するために
要する全時間が短縮される。これは、ユーザへの補助情
報の送信における待ち時間および移動局のユーザ受信機
の測定時間の両方を短縮することによってなされる。

【００３６】補助情報の表示を非常にコンパクトなもの
とすることができるため、各種のネットワーク・ノード
に情報を配信するために必要な帯域幅が縮小され、移動
局へ情報を放送できる周波数が増加する。補助メッセー
ジ用のパラメータの選択は、メッセージが更新されなけ
ればならない周波数を減少する。移動局のユーザ受信機
は絶対時間を知る必要がない。それは、すべての測定が
セルラ通信のタイミングに呼応して行なわれるためであ
る。全体的な測位解決法は、非常に柔軟性に富んでお
り、ネットワークおよびその資源に対する要求を非常に
少なくする。

【００３７】本発明のこれ以外の特徴および利点は明細
書および図面から容易に明らかとなるであろう。

【００３８】（発明の詳細な説明）図１は、例示のＧＳＭセルラ・ネットワーク１１０のよ
うな公衆地上移動電話網（ＰＬＭＮ）を示している。そ
れには、複数のＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１１２
が含まれている。各ＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１
１２には、移動交換局（ＭＳＣ）１１４および関連のビ
ジター・ロケーション・レジスタ（ＶＬＲ）１１６が付
属している。ＭＳＣ／ＶＬＲサービス・エリア１１２
は、複数のロケーション・エリア（Ｌａｓ）１１８を含
み、それらは、ＬＡ１１８を制御するＭＳＣ１１４およ
び／またはＶＬＲ１１６に対してそれの場所を更新する
必要なく移動端末または移動局（ＭＳ）１２０が自由に
動き回ることができる所与のＭＳＣ／ＶＬＲサービス・
エリア１１２の一部として定義されている。各ロケーシ
ョン・エリア１１８は多数のセル１２２に分割される。
例示の移動局１２０は、セルラ・ネットワーク１１０，
他の移動電話加入者または加入者ネットワーク外の他の
端末と有線または無線で通信するために移動電話加入者
によって使用される物理装置（たとえば、自動車電話や
その他の携帯電話）である。

【００３９】ＭＳＣ１１４は少なくとも１つの基地局コ
ントローラ（ＢＳＣ）１２３と通信し、基地局コントロ
ーラ（ＢＳＣ）１２３は少なくとも１つの基地トランシ
ーバ局（ＢＴＳ）１２４と交信する。ＢＴＳ１２４は、
簡単のために図１では無線塔として示されているが、そ
れが責任を有するセル１２２に無線カバレッジを提供す
る物理装置である。各種のＢＳＣ１２３はいくつかのＢ
ＴＳ１２４に接続することができ、スタンド・アローン
型としてもＭＳＣ１１４と一体化したものとしても実現
可能であることを理解されたい。いずれの場合でも、Ｂ
ＳＣ１２３およびＢＴＳ１２４の部品は、全体として、
基地局システム（ＢＳＳ）１２５と一般に呼ばれる。

【００４０】図１を更に参照すると、各ＰＬＭＮサービ
ス・エリアまたはセルラ・ネットワーク１１０は、加入
者情報（たとえば、ＰＬＭＮ１１０内で登録されている
加入者に関するユーザ・プロファイル，現在の位置情
報，国際移動電話加入者識別（ＩＭＳＩ）番号および他
の管理情報）を含むデータベースであるホーム・ロケー
ション・レジスタ（ＨＬＲ）１２６を含む。ＨＬＲ１２
６は、特定のＭＳＣ１１４と同じ場所にあるか、ＭＳＣ
１１４と一体化されるか、（図１に示すように）多数の
ＭＳＣ１１４にサービス提供する。

【００４１】ＶＬＲ１１６は、ＭＳＣ／ＶＬＲサービス
・エリア１１２内にあるＭＳ１２０のすべてを含む組に
関する情報を含むデータベースである。１つのＭＳ１２
０が（図１には図示されていない）新しいＭＳＣ／ＶＬ
Ｒサービス・エリア１１２のような新しい物理的場所に
移動すれば、ＭＳＣ１１４に関連するＶＬＲ１１６がＭ
Ｓ１２０に関する情報をＨＬＲ１２６から要求する（同
時に、ＨＬＲ１２６にＭＳ１２０の新しい場所を教え
る）。したがって、ＭＳ１２０のユーザが発呼しようと
するときは、ローカルＶＬＲ１１６は、ＨＬＲ１２６に
再度尋ねなくても、必要な加入者識別情報を有すること
になるであろう。

【００４２】基本的なＧＳＭアクセス方式は、搬送波当
り８個の基本物理チャンネルを備えた時分割多元接続
（ＴＤＭＡ）である。搬送波の分離は２００ｋＨｚであ
る。したがって、１個の物理チャンネルは、タイムスロ
ット番号および周波数ホッピング・シーケンスによって
付加的に指定される一連のＴＤＭＡフレームとして定義
される。基本的な無線リソースは１５／２６ミリ秒（す
なわち、５７６．９マイクロ秒）の長さのタイムスロッ
トであり、それは約２７０．８３ｋビット／秒の変調レ
ートで情報を送信する。このことは、各タイムスロット
（ガード・タイムを含む）の持続期間が１５６．２５ビ
ットであることを意味する。８個のタイムスロットが１
つのＴＤＭＡフレームを構成する。したがって、１つの
ＴＤＭＡフレームは４．６１５ミリ秒（６０／１３ミリ
秒）の持続期間を有する。

【００４３】ＧＳＭＴＤＭＡタイムフレーム構造のグ
ラフ表示が図６に示されている。この構造の最長の繰返
し周期は、ハイパーフレームと呼ばれ、３時間３８分５
３秒７６０ミリ秒の持続期間を有する。ＧＳＭＴＤＭ
Ａフレームはフレーム番号（ＦＮ）で番号付けされる。
フレーム番号（ＦＮ）は、“０”から“２，７１５，６
４７”（すなわち、２０４８×５１×２６−１であり、
ＦＮＭＡＸとしても知られている）までの範囲を動く
連続ＴＤＭＡフレームの循環カウント数である。フレー
ム番号は各ＴＤＭＡフレームの最後でインクリメントさ
れる。“０”から“２，７１５，６４７”までのＴＤＭ
Ａフレーム番号の完全な１サイクルはハイパーフレーム
と呼ばれる。この長周期は、ＥＴＳＩＧＳＭ規格によ
って定義される特定の暗号機構をサポートするために必
要である。

【００４４】ＧＳＭＴＤＭＡハイパーフレームは、各
スーパーフレームが６．１２秒の持続期間を有する２，
０４８個のスーパーフレームに分割される。スーパーフ
レームはＧＳＭＴＤＭＡタイムフレーム構造の最小公
倍数である。スーパーフレームそれ自身は、３種類のマ
ルチフレーム（２６マルチフレーム，５１マルチフレー
ムおよび５２マルチフレーム）に更に分割される。

【００４５】第１の種類のＧＳＭＴＤＭＡマルチフレ
ームは、１２０ミリ秒の合計持続期間を有する２６個の
ＴＤＭＡフレームを含む２６マルチフレームである。し
たがって、ＧＳＭＴＤＭＡスーパーフレームは５１個
のそのような２６マルチフレームを有することができ
る。これらの２６マルチフレームは、トラフィック・チ
ャンネル（ＴＣＨ）と（低速関連制御チャンネル（ＳＡ
ＣＣＨ）および全速関連制御チャンネル（ＦＡＣＣＨ）
を含む）関連制御チャンネルとを運ぶために使用され
る。

【００４６】第２の種類のＧＳＭＴＤＭＡマルチフレ
ームは、５１個のＴＤＭＡフレームを含むとともに２３
５．４ミリ秒の合計持続期間を有する５１マルチフレー
ムである。ＧＳＭＴＤＭＡスーパーフレームは２６個
のそのような５１マルチフレームを有することができ
る。これらの５１マルチフレームは、たとえば放送制御
チャンネル（ＢＣＣＨ），共通制御チャンネル（ＣＣＣ
Ｈ）およびスタンド・アローン専用制御チャンネル（Ｓ
ＤＣＣＨ）またはパケット放送制御チャンネル（ＰＢＣ
ＣＨ）およびパケット共通制御チャンネル（ＰＣＣＣ
Ｈ）を含む放送，共通制御およびスタンド・アローン専
用制御（およびそれらの関連制御チャンネル）をサポー
トするために使用される。

【００４７】第３の種類のＧＳＭＴＤＭＡマルチフレ
ームは、５２個のＴＤＭＡフレームを含むとともに２４
０ミリ秒の合計持続期間を有する５２マルチフレームで
ある。ＧＳＭＴＤＭＡスーパーフレームは２５．５個
のそのような５２マルチフレームを有することができ
る。５２マルチフレームのＴＤＭＡフレームは“０”か
ら“５１”まで番号付けられる。５２マルチフレーム・
フォーマットは、たとえばパケット放送制御チャンネル
（ＰＢＣＣＨ），パケット共通制御チャンネル（ＰＣＣ
ＣＨ），パケット関連制御チャンネル（ＰＡＣＣＨ）お
よびパケット・データ・トラフィック・チャンネル（Ｐ
ＤＴＣＨ）を含むパケット・データ・トラフィックおよ
び制御チャンネルをサポートするために用いられる。

【００４８】先に述べたように、ＴＤＭＡフレームは、
８個のタイムスロットで構成され、４．６１５ミリ秒
（６０／１３ミリ秒）の持続期間を有する。各タイムス
ロットは約５７６．９マイクロ秒（１５／２６ミリ秒）
すなわち１５６．２５ビット持続期間を有し、また、そ
れの物理的内容はバーストと呼ばれる。図６に示すよう
に、４個の異なるタイプのバーストがＧＳＭＴＤＭＡ
システムで使用される。

【００４９】第１の種類のバーストは、１１６個の暗号
化ビットを含むとともに８．２５ビット持続期間（約３
０．４６マイクロ秒）のガード時間を含むいわゆるノー
マル・バースト（ＮＢ）である。ノーマル・バースト
は、ランダム・アクセス・チャンネル（ＲＡＣＨ）を除
いて、トラフィックおよび制御チャンネル上で情報を運
ぶために用いられる。

【００５０】第２の種類のバーストは、１４２個の固定
ビットを含むとともに８．２５ビット持続期間（約３
０．４６マイクロ秒）のガード時間を含むいわゆる周波
数補正バースト（ＦＢ）である。周波数補正バーストは
移動端末の周波数同期のために用いられる。ＦＢは、周
波数がシフトされているがノーマル・バーストと同じガ
ード時間を有する未変調搬送波と等価である。ＦＢはＢ
ＣＣＨと一緒に放送される。ＦＢの反復も周波数補正チ
ャンネル（ＦＣＣＨ）と呼ばれる。

【００５１】第３の種類のバーストは、７８個の暗号化
ビットおよび８．２５ビットのガード期間を含むいわゆ
る同期バースト（ＳＢ）である。同期バーストは、６４
ビット長のトレーニング・シーケンスを含み、基地局識
別コード（ＢＳＩＣ）とともにＴＤＭＡフレーム番号
（ＦＮ）に関する情報を運ぶ。ＳＢは、移動端末の時間
同期のために用いられ、周波数補正バースト（ＦＢ）と
一緒に放送される。ＳＢの反復も同期チャンネル（ＳＣ
Ｈ）と呼ばれる。

【００５２】第４の種類のバーストはいわゆるアクセス
・バースト（ＡＢ）である。アクセス・バーストは、ラ
ンダム・アクセスのために用いられ、最初のアクセス時
に（または、ハンドオーバーの後で）タイミング進みを
知っている移動端末からのバースト送信を提供するため
のより長いガード期間（６８．２５ビット持続期間また
は２５２マイクロ秒）によって特徴付けられる。この長
いガード期間は、移動局が基地局トランシーバから３５
ｋｍまでにあることを許容する。例外的な場合には、設
計は、セル半径が３５ｋｍよりも大きい場合と互換性を
有するかもしれない。ＡＢは、パケット転送モードにお
ける移動局に関するタイミング進みの推定を許可するた
めのパケット・トラフィック制御チャンネル（ＰＴＣＣ
Ｈ）のアップリンク上とともに、そのアップリンクの使
用を要求するために音声グループ呼出しのために用いら
れるチャンネルのアップリンク上で、ハンドオーバー後
に、（パケット）ランダム・アクセス・チャンネル（Ｐ
ＲＡＣＨ）で用いられる。

【００５３】補助付きＧＰＳ測位を利用したセルラ・ネ
ットワークのブロック図が図１ａに示されている。この
特定の例は上述したようなＧＳＭ標準に基づいている
が、この方式が他の標準でも使用できることを当業者は
理解するであろう。ユーザ装置１０は、標準的な空気イ
ンタフェースを介してＧＳＭネットワーク１２と完全に
通信できる移動局であり、ＧＰＳ衛星からの信号を取得
し測定できるＧＰＳ受信機を含む。この装置１０はＧＰ
Ｓ−ＭＳと呼ばれる。

【００５４】図５を参照すると、ＧＰＳ−ＭＳ１０のブ
ロック図が示されている。詳細には、ＧＰＳ−ＭＳ１０
は、典型的な移動局（無線電話，セルラ電話またはセル
・フォンとも呼ばれる）を含み、それ自身と無線ネット
ワークとの間で無線信号を送受信するための第１のアン
テナ３０を含む。アンテナ３０は、信号を放送および受
信するためにセルラ・トランシーバ３２に接続される。
典型的な移動局で従来行われているように、トランシー
バ３２は、無線信号を１つまたは複数のチャンネルに復
調しデマルチプレクスしデコードする。そのようなチャ
ンネルは、制御チャンネルと音声またはデータ用のトラ
フィック・チャンネルとを含む。制御チャンネルからの
メッセージはプロセッサ３４に配信される。プロセッサ
３４は、制御チャンネル上のメッセージに応答して、メ
モリ３６に記憶されたプログラムおよびデータを使用し
てＧＰＳ−ＭＳ１０の機能を制御し調整し、それによ
り、ＧＰＳ−ＭＳ１０が無線ネットワーク内で動作でき
るようにする。プロセッサ３４はまた、ユーザ・インタ
フェースを表わすＩ／Ｏブロック３８からの入力に応答
してＧＰＳ−ＭＳ１０の動作を制御する。Ｉ／Ｏ３８
は、キーパッド，ディスプレイ，照明および特別な目的
のボタンなどを含むことができる。第２のアンテナ４０
は、ＧＰＳ受信機４２に供給される全地球測位システム
（ＧＰＳ）衛星からの合成信号を受信するために用いら
れる。ＧＰＳ受信機４２は、これらの信号に関連する情
報をプロセッサ３４に送信する。プロセッサ３４は、本
発明に従って、より詳細には以下で説明するように、無
線ネットワークから受信された情報を用いてＧＰＳ位置
測定を行う。

【００５５】図１ａを再び参照すると、移動ロケーショ
ン・センター（ＭＬＣ）１４は、ＧＰＳ補助情報を得
て、それをＧＰＳ−ＭＳ１０によって必要とされるフォ
ーマットに翻訳することに責任を持つ。ＭＬＣ１４は、
エフェメリスおよび時計補正データの形で補助を受信す
ることになる。この情報に関する２つの可能な情報源が
示されている。１つの情報源は、ＭＬＣ１４と直接に通
信する基準ＧＰＳ受信機１６である。この基準ＧＰＳ受
信機１６は、可視ＧＰＳ信号を取得し、送信されたナビ
ゲーション・メッセージを復調する。ナビゲーション・
メッセージは各衛星用のエフェメリスおよび時計補正を
含む。ＧＰＳ受信機１６は、差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）補
正用の情報源とともに正確な時間基準としても使用され
る。エフェメリスは、たとえばＴＣＰ／ＩＰネットワー
クを介して外部データベース１８から得ることもでき
る。

【００５６】この場合、ＭＬＣ１４は、別の情報源から
正確な時間およびＤＧＰＳ情報を得なければならない。
実際には、ＭＬＣ１４が信頼性を高めるようにＧＰＳ情
報の多数の情報源を有することが有利である。図１ａに
示すように、ＭＬＣは、ＭＬＣによってサービス提供さ
れる地理的エリアにあるすべてのセル位置の座標を含む
セル・データベース２８へのアクセスも有する。図１ａ
に示されているように、先に説明した標準的なＧＳＭネ
ットワーク要素は、ＭＳＣ／ＶＬＲ１５，基地局コント
ローラ（ＢＳＣ）２２および基地トランシーバ・システ
ム（ＢＴＳ）２０を含む。

【００５７】図１ａに示すネットワークの別の要素は、
各ＢＴＳ２０に取り付けられたＧＰＳ受信機２４であ
る。本発明では、ＧＰＳ受信機２４の主たる目的は、Ｂ
ＴＳ２０が空気インタフェース・タイミングをＧＰＳ時
間と関連付けられるようにＢＴＳ２０に正確な時間基準
を提供することである。このように、この構成は、「同
期化された」ネットワークと一般に呼ばれる。同期化ネ
ットワークは本発明に直接関係のない他のメリット（た
とえば、より高速のハンドオフ）も提供するであろう。

【００５８】補助付きＧＰＳ測位を利用するセルラ・ネ
ットワークの別の実施の形態が図１ｂに示されている。
この実施の形態も、ＧＳＭ標準に基づいており、ＢＴＳ
２０，ＢＳＣ２２およびＭＳＣ／ＶＬＲ１５のような上
述した標準的ネットワーク部品を含む。これらの部品
は、上述したものと同じように機能し、ＭＬＣ１とＧＰ
Ｓ−ＭＳ１０との間で補助および測定を輸送する。図１
ａに示したネットワークとの主な違いは、ネットワーク
のＢＴＳ２０がタイミング情報を提供するＧＰＳ受信機
を持たないこと、すなわち、ネットワークは同期化され
ていないことである。

【００５９】ネットワークは同期化されていないが、必
要なタイミング関係は、１つまたは複数のセルラ受信機
および１つのＧＰＳ受信機を装備したタイミング測定ユ
ニット（ＴＭＵ）２６によって提供される。一旦それが
既知の座標に配置されれば、ＴＭＵ２６は、地理的に近
い場所にある１つまたは複数のＢＴＳからのセルラ送信
を監視する。各監視されたＢＴＳ送信の事象は、ＴＭＵ
のＧＰＳ受信機からの対応ＧＰＳ時間でタイム・スタン
プされる。結果の関係は、図１ｂに示した例示のネット
ワークではＢＴＳ₁であるＢＴＳにサービス提供するＴ
ＭＵを介してＭＬＣ１４に送信される。

【００６０】図２は、１つのＧＰＳ衛星ｉと、位置χ _k
にある特定のＢＴＳ２０および位置ｕにあるＧＰＳ−Ｍ
Ｓ１０とのそれの座標関係の簡略図を示す。時間ｔにＧ
ＰＳ−ＭＳによって測定される衛星ｉからのレンジは、
次式で与えられる。

【００６１】

【数１】

【００６２】ここで、ｃは光の速度（ｍ／秒）、Ｂ_iは
ｉ番目の衛星時計の偏り（秒）、ｂ_uは受信機時計の偏
り（秒）、Ｉ_iおよびＴ_iは衛星ｉから受信機までの経路
に沿った電離層遅延および成層圏遅延（秒）であり、Ｓ
_iはｉ番目の衛星の選択利用性（ＳＡ）による時計偏り
（秒）である。用語ν_iは測定雑音（ｍ）を表わす。す
べてのハット（＾）項は推定または予測を表し、デルタ
（Δ）項は各パラメータの予測値および実際値の間のエ
ラーである。同じように、視線の単位ベクトルは、次式
で与えられる。

【００６３】

【数２】

【００６４】電離層遅延，成層圏遅延およびＳＡ遅延は
ＧＰＳエラー均衡に対して大きな寄与をするが、それら
は補助計算における他の不正確さによって支配される。
同様に、衛星クロック偏りのモデル化エラーΔＢ_iは比
較的小さい。これらの項は測定雑音項ν_iに含めること
ができる。また、受信機および衛星距離不正確さ（それ
ぞれΔχおよびΔｓ _i）は、衛星からのレンジと比べて
小さい。したがって、次式が成り立つ。

【００６５】

【数３】

【００６６】これらの仮定を使用して、距離測定の式は
次のように書き直すことができる。

【００６７】

【数４】

【００６８】上の式で、第１項ｒ_i,k(ｔ)は、受信機時
計が絶対ＧＰＳ時間と完全に同期していればχ _kにある
ＧＰＳ受信機によって行われると期待される距離測定を
表わす。この測定は、ｉ番目の衛星時計の絶対ＧＰＳ時
間からの偏りを含み、「擬似レンジ」と一般に呼ばれ
る。式（４）の第２項はユーザ位置の曖昧さを表わし、
第３項は衛星位置の曖昧さを表わす。

【００６９】項ｒ_i,k(ｔ)は、式（４）の他の項と比べ
てずっと大きく、ＧＰＳ受信機によって使用されてそれ
の取得過程を明らかにすることができる。以下に述べる
ように、ＭＬＣ１４は、この項を計算し、それを補助メ
ッセージの一部として表わしたものをＢＴＳ_kによって
サービスを受けるすべてのＧＰＳ−ＭＳ１０に提供す
る。補助の計算に先だって、ＭＬＣ１４は有効なエフェ
メリスおよび時計補正情報を有しなければならず、それ
らは上述したように各種の情報源から得ることができ
る。ＭＬＣ１４は正確な実時間時計も有しなければなら
ず、それは、ＧＰＳ受信機によって、または、米国政府
の連邦標準技術局（ＮＩＳＴ agency）によって送信さ
れる短波無線信号であるＷＷＶなど他の情報源によって
提供される。ＭＬＣ１４は、それがサービス提供するす
べてのＢＴＳ２０（すなわち、サービス提供されるＢＳ
Ｃ２２につながるすべてのＢＴＳ２０）の地理的座標も
有しなければならない。ｋ番目のサービス提供されるＢ
ＴＳに関する地球中心・地球固定（ＥＣＥＦ）座標はχ
_kと表記されるであろう。この情報は図１ａおよび図１
ｂにデータベース２８として示されている。

【００７０】ＭＬＣ１４がある時刻ｔ₁においてこの状
態にあれば、ＭＬＣ１４は有効なエフェメリスを用いて
ｔ₁におけるすべてのＧＰＳ衛星の位置を計算する。次
に、ＭＬＣ１４は、どれがＢＴＳ_kに見えるかを決定
し、ｓ_iにおけるｉ番目の可視衛星とχ _kにあるＢＴＳ_k
との間のレンジｒ_i,kを決定する。ＢＴＳ_kは、それがサ
ービス提供するすべてのＧＰＳ−ＭＳ１０に対する補助
メッセージのパラメータとしてこのレンジ項を提供でき
る。

【００７１】しかし、レンジｒ_i,kは、ちょうどｔ₁にあ
るかそのごく近くでのみＢＴＳ２０によってサービス提
供されるＧＰＳ−ＭＳ１０を補助するのに役立つ。約
３．８５ｋｍ／秒というＧＰＳ衛星軌道速度により、レ
ンジｒ_i,kは非常に速く変化する。実際のレンジ速度
は、いくつかの因子に依存するが、典型的には±８００
ｍ／秒の範囲にある。補助がｔ₁後にたとえば３０分か
ら６０分の長時間わたって有効であるためには、非常に
多量の情報が必要になる。この情報は、時間ｔ₁につい
てｒ_i,k(ｔ)にテイラー級数展開を適用することによっ
て取り出すことができる。すなわち、次式が成り立つ。

【００７２】

【数５】

【００７３】この級数から十分な導関数項を残すことに
よって、位置ｒ_i,k(ｔ２)はある時間ｔ₁＋Δｔに対して
必要な精度で記述され得る。ＧＰＳ衛星の公知の運動お
よびΔｔ＜４５分という時間目標に基づけば、この級数
の最初の５項（ｎ＝０．．．４）を残すことによって十
分な精度が達成できる。所望のΔｔが減少されると、よ
り少ない導関数が用いられることを留意されたい。

【００７４】レンジの項ｒ_i,k(ｔ₁)は、メートル（ｍ）
の単位を持ち、２×１０⁷ｍ程度である。レンジ値の直
接符号化よりももっと効率的な表現がある。たとえば、
一般用のＧＰＳ受信機は、典型的には、それのローカル
時間信号源の１ミリ秒エポックにおけるＣ／Ａコードの
位相を観察することによってレンジを測定する。ローカ
ル時間軸がＧＰＳ時間である（たとえば、時計偏りなし
か測定雑音なし）χ _kにおける「理想」基準受信機によ
る１ミリ秒エポックにおけるコード位相観察によって、
レンジを確定することができる。これによって、ＧＰＳ
−ＭＳに関して整数ミリ秒の曖昧さが生ずるが、ＭＬＣ
に関してそれはない。その理由は、ＧＰＳ−ＭＳ位置が
ほぼセル半径内にあることが知られているためである。
他の曖昧さは式（４）のレンジ項および時計項を含む。

【００７５】好ましい別の方法について以下に説明す
る。ＧＰＳ衛星は、２０ミリ秒ビット周期（５０Ｈｚデ
ータ速度）でナビゲーション・メッセージを送信する。
レンジｒ_i,k(ｔ)に依存して、χ _kにある理想受信機は、
それらが送信された時点に対して０〜２０ミリ秒の範囲
内に発生する衛星ｉからのナビゲーション・メッセージ
のビット・エッジを見る。このようにして、レンジは、
ｔ₁の２０ミリ秒ＧＰＳエポックにおいて理想受信機に
よって観察されるビット位相として表現できる。したが
って、次式が成り立つ。

【００７６】

【数６】

【００７７】ここで、“１０２３”は、衛星ｉによって
送信されるゴールド・コードの１ミリ秒内のチップ数で
ある。ＧＰＳ−ＭＳ１０のパースペクティブ（perspect
ive）から、この形は、整数ビット曖昧さに加えて位置
および時間偏りによる曖昧さを有する。結果のφ_i,k(ｔ
₁)は、チップも項で与えられ、最大値“２０４６０”を
有する。式（６）におけるこの関係が厳密に有効である
のは、ＧＰＳ衛星送信の実際のビットおよびコード位相
がゼロである２０ミリ秒ＧＰＳエポックでｔ₁があると
きだけであることを留意されたい。ｔ₁が２０ミリ秒エ
ポックでなければ、非ゼロ位相がφ_i,k(ｔ₁)の計算に含
められなければならない。

【００７８】一旦補助項が計算されると、サービス提供
されるＢＳＣ２２にそれらが与えられる前に、それらは
量子化され符号化される。多くの異なる量子化およびビ
ット割当て方式を採用することが可能であり、次の表１
は４導関数補助に関するそのような１つの例を与える。

【００７９】

【表１】

【００８０】量子化は個々のパラメータの確率密度関数
（ＰＤＦ）に基づくことができる。たとえば、φ_i,k(ｔ
₁)は一様な分布を持つことが期待される。合計ビット数
は、衛星数Ｎに依存し、２００（Ｎ＝４）から５６０
（Ｎ＝１２）の範囲にあって、典型的には３８０（Ｎ＝
８）である。ｔ₁に対する２０ビット値は、補助パラメ
ータが整数秒のＧＰＳ時間について計算される場合に
は、十分な精度を与える。

【００８１】ＭＬＣ１４が各々１００個のＢＴＳ２０に
サービス提供する５個のＢＳＣ２２にサービス提供し、
補助メッセージが３０分毎に更新される場合には、ＭＬ
Ｃ１４とＢＳＣ２２との間のリンクは平均して時間当り
３８０，０００ビットを搬送しなければならない。１０
秒の更新待ち時間が許容されれば、リンクは各更新期間
中に毎秒１９，０００ビットを搬送しなければならな
い。

【００８２】この補助計算手順に対していくつかの補強
が可能である。１つの予期される欠点は、ｔ₁において
可視のいくつかの衛星はｔ₂またはその近辺では見え
ず、それによりリストの有効サイズを減らすということ
である。この問題に対処する１つのやり方は、ＭＬＣ１
４がそれの可視リストを計算するときに「先読み（look
ahead）」することである。ｔ₁とｔ₂との間のχ _kで見
えるようになる衛星に対する補助を含めることができ
る。ほとんどの場合には、この機能は、たった１つか２
つの衛星だけリストを増やす。ＭＬＣ１４が各サービス
提供されるＢＴＳ２０に局在的な地理的および／または
伝搬条件についての知識があれば、この情報を用いて各
ＢＴＳ２０で可視の可能性が高い衛星に対する補助を構
築することができる。たとえば、ＢＴＳ２０が特定の地
理的方向の道路に対してサービス提供することをＭＬＣ
１４が知っていれば、非常に有用な補助を作製すること
ができる。

【００８３】任意のＧＰＳベース測位法において必要な
ことは移動局への時間転送である。従来のＧＰＳ方式で
は、ＧＰＳ受信機は、それが測定する１つ以上の衛星信
号からＧＰＳ週時間（ＴＯＷ：time-of-week）情報を復
調しなければならない。本発明の鍵となる部分は、ＧＰ
Ｓ−ＭＳ１０が絶対（ＧＰＳ）時間に対する正確な基準
を持つ必要がないということである。その代わりに、Ｇ
ＰＳ−ＭＳ１０は、ネットワーク事象に基づく時間に関
するＧＰＳ関連計算および測定を行う。一方、ＭＬＣ１
４は、ＧＰＳ−ＭＳ測定に基づいて正確な位置計算を行
うためには、正確な絶対時間基準を持たなければならな
い。このように、本発明の鍵となる機能は、ＧＰＳ時間
とネットワーク導出時間との間の変換であり、それにつ
いて以下に説明する。

【００８４】時間変換の精度のレベルは、ＧＰＳ−ＭＳ
１０またはＭＬＣ１４によって実行される特定のタスク
に対する要求に依存する。正確な時間基準を要するＧＰ
Ｓベース測位には２つの重要なタスクがある。

【００８５】１．ＧＰＳ−ＭＳでの取得：上述したよう
に、ＧＰＳ−ＭＳ１０におけるタイミング不確定さは式
（４）の第４項として現れる。タイミング不確定さが大
きくなるにつれて、ＧＰＳ−ＭＳ１０は取得プロセスの
間により多くのコード空間を検索しなければならなくな
る。したがって、エラーまたは不確定さはできる限り小
さくしておくことが望ましい。１０マイクロ秒のタイミ
ング不確定さは、補助を提供する基準位置に関する位置
不確定さによる検索に加えて１０２３チップＣ／Ａコー
ドの１０個以上の付加チップをＧＰＳ−ＭＳが検索する
ことを要求する。

【００８６】２．タイム・スタンプ測定：ＧＰＳ−ＭＳ
１０は、測定が行われたときの衛星位置をＭＬＣ１４が
計算できるように、それの測定をＭＬＣ１４に戻す前に
それらをタイム・スタンプしなければならない。約３．
８５ｋｍ／秒というＧＰＳ衛星の速度は、主として、こ
の操作に対して必要なタイミング精度を要求する。たと
えば、１ミリ秒のタイミング・エラーは、ＭＬＣ１４に
よって計算されるＧＰＳ衛星位置推定値にたった３．８
５ｍエラーをもたらす。このエラーのうち受信機から衛
星ラインへの視線ベクトルに沿う成分のみがＰＣＦの精
度に影響する。一般に、推定されたレンジのエラーは１
ｍ以下である。したがって、測定をタイム・スタンプす
るためには１ミリ秒の精度で十分である。

【００８７】ＧＰＳ−ＭＳ１０に提供される補助情報の
タイミング精度が１ミリ秒のオーダーであれば、ＧＰＳ
−ＭＳ１０は、可視として表示される１つ以上のＧＰＳ
衛星のＣ／Ａコードの全長を検索することを要求される
であろう。１ミリ秒のタイミング精度は、ＧＰＳ−ＭＳ
１０と１つ以上のＧＰＳ衛星とのビット同期を回避させ
るが、１０マイクロ秒またはそれよりも優れたタイミン
グ精度を有するＧＰＳ−ＭＳ１０によって提供される利
点を当業者は理解するであろう。本発明の好適な実施の
形態では、ＧＰＳ−ＭＳ１０に提供されるタイミング補
助は、１０マイクロ秒またはそれより優れた精度を有す
る。このレベルの精度をＧＰＳ−ＭＳ１０に対して有用
なものとするために、レンジ予測のエラーは比較的小さ
く保たれなければならない。このことは、補助メッセー
ジに十分な数の導関数を提供することによって、また、
パラメータの量子化および符号化のために十分な数のビ
ットを使用することによって、行われる。

【００８８】時間変換の主な要求事項は、変換ユニット
が絶対時間軸および派生時間軸の両方についての知識を
持つ必要があるということである。ここで一例として用
いられるＧＳＭベース・システムの場合には、ＢＴＳ２
０は、サービス提供されるＧＰＳ−ＭＳ１０への空気イ
ンタフェース送信のタイミングを確立し、それにより、
それは相対時間軸の知識を持つ。ＢＴＳ２０に絶対（Ｇ
ＰＳ）時間軸の知識を与えるための方法はいくつかあ
る。たとえば、ＢＳＣ２２とＢＴＳ２０との間のデータ
送信のためにＴ１ラインが使用される場合には、Ｔ１時
計は絶対時間基準に対して非常に密に縛られるであろ
う。ＧＰＳ時間に対して十分な精度（たとえば、１ミリ
秒）を達成するために、いくつかの校正手順が必要であ
る。

【００８９】別の方法は、図１ａに示すように、ＧＰＳ
受信機２４を各ＢＴＳ２０と同じ場所に置くことであ
る。この場合には、ＢＴＳ空気インタフェースは、受信
機２４によって観察されるＧＰＳ時間に同期化される。
この観察エラーは、時間の少なくとも９５％が３４０ナ
ノ秒未満であるとしてよい。ほとんどの市販のＧＰＳ受
信機は、周期パルス（たとえば、１Ｈｚ）を、観察され
たＧＰＳ時間をそのパルスで表示するメッセージととも
に出力するようにプログラムできる。ＢＴＳ２０は、こ
れらの２つの情報を使用して、絶対ＧＰＳ時間軸に対し
て非常に優れた精度を有する相対的空気インタフェース
時間軸を確立できる。

【００９０】更に別の例は、図１ｂに示すＴＭＵ２６を
利用するものである。ＢＴＳ空気インタフェースは、Ｔ
ＭＵ２６によって観察されるＧＰＳ時間に対して同期化
される。

【００９１】図１ａに示すネットワーク・トポロジーに
ついて、相対時間軸を変換するための１つの方法を以下
に説明する。まず、ＢＴＳ２０はＧＰＳ受信機２４から
ある時間ｔ₀で周期パルスを受信する。それは、ｔ₀で空
気インタフェース状態をサンプリングし、ビット，タイ
ムスロットおよびフレームをそれぞれ表わす状態変数Ｂ
Ｎ₀，ＴＮ₀およびＦＮ₀を保存する。その後、ＢＴＳ２
０は、それのサービス提供するＢＳＣ２２から、前述し
たようにタイム・スタンプｔ₁を含む補助メッセージを
受信する。ｔ₀における状態と差分ｔ₁−ｔ₀とを与えれ
ば、ＢＴＳ２０はｔ₁における空気インタフェース状態
を計算し、それはＦＮ₁，ＴＮ₁およびＢＮ₁からなる。
このように、絶対時間ｔ₁は、パラメータＦＮ₁，ＴＮ₁
およびオプションとしてＢＮ₁によって空気インタフェ
ース時間軸で表される。ＦＮ₁およびＴＮ₁を用いること
によって、タイミング精度は０．５６ミリ秒となり、Ｂ
Ｎ₁も使えば３．９マイクロ秒の精度が得られる。

【００９２】上の議論はＧＳＭ無線ネットワークに焦点
を当てたものであるが、当業者は、絶対時間がＴＤＭＡ
法および符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）法の両方を用い
る他のタイプのネットワークの時間軸によって表わすこ
とができることを理解するであろう。たとえば、ＡＮＳ
Ｉ−１３６ＴＤＭＡネットワークは、ＧＳＭと極めて
類似したフレーム／タイムスロット／ビット構造を採用
している。ＣＤＭＡネットワークでは、１つ以上の多元
接続コードとＧＰＳ時間との間に暗黙の関係が存在す
る。そうでなければ、図１ｂに示すような監視手法を用
いて明確な関係を導くことが可能であることが明らかで
ある。いずれにしろ、補助メッセージ中の時間パラメー
タをネットワーク中の適当な多元接続コードの位相の項
で表現することは可能である。

【００９３】一旦ＢＴＳ２０が補助情報を受信してｔ₁
を導出空気インタフェース時間軸に変換すれば、それは
放送ベアラ上に更新された補助メッセージを送信する。
メッセージ放送のために必要とされる合計の帯域幅は、
可視衛星の数Ｎとレンジ導関数の数（補助の「次数」）
とタイミング精度とに依存する。４個の導関数およびビ
ット・レベル・タイミング精度を仮定して、次の表２
は、合計の帯域幅が２１３ビット（Ｎ＝４）から５７３
ビット（Ｎ＝１２）の範囲にあり典型的には３９３ビッ
ト（Ｎ＝８）であることを示している。放送帯域幅はほ
とんどのセルラ・システムで比較的乏しい資源であるた
め、必要とされる放送メッセージのサイズを最小化する
ことは非常に重要なことである。補助情報の比較的コン
パクトな形は、ネットワークが非常に頻繁にそれを放送
することを可能とする。補助配信の待ち時間を減らすこ
とによって、ユーザの場所を見い出すために要する全体
時間は減少される。あるいは、補助をＭＬＣ１４に記憶
しておいて地点対地点（point-to-point）チャンネルを
介して要求ベースで提供することもできる。

【００９４】

【表２】

【００９５】次に、ＢＴＳ２０によって放送された補助
情報をＧＰＳ−ＭＳ１０がどのように利用して合成受信
ＧＰＳ信号中の個々の衛星信号を捕捉および測定するか
について説明する。本発明の重要な態様は、ＧＰＳ−Ｍ
Ｓ１０がネットワーク時間軸でどのように単独で動作す
るかである。図３は、このことをどのようにして行うか
についての１つの方法を示す。図３で番号を付けた事項
について以下に説明する。

【００９６】１．測定を行う前に、ＧＰＳ−ＭＳ１０
は、ある期間の間にＧＳＭ共通チャンネルを受信するＩ
ＤＬＥモードであった必要がある。このプロセスの間、
ＧＰＳ−ＭＳ１０は、周波数補正チャンネル（ＦＣＣ
Ｈ）を受信することによって周波数をネットワーク１２
にロックし、同期チャンネル（ＳＣＨ）を観察すること
によってそれのローカル時間軸をある時間ｔ₀（ＦＮ₀，
ＴＮ₀，ＢＮ₀）に初期化する。

【００９７】２．ＧＰＳ−ＭＳ１０は、放送制御チャン
ネル（ＢＣＣＨ）を介して補助メッセージを受信する。
それは、上述したようにＦＮ₁，ＴＮ₁および多分ＢＮ₁
によって表される補助の時間ｔ₁を含む。

【００９８】３．ＧＰＳ−ＭＳ１０はネットワーク１２
から測定要求メッセージを受信する。あるいは、ＧＰＳ
−ＭＳ１０は、多分ユーザの要求に応じて測定プロセス
を開始する。ＧＰＳ−ＭＳ１０は、導出された時間軸パ
ラメータＦＮ₂，ＴＮ₂およびＢＮ₂で表現されるそれの
現在時間ｔ₂を決定する。この情報を用いて、ＧＰＳ−
ＭＳ１０は、差分Δｔ＝ｔ₂−ｔ₁を絶対（ＧＰＳ）時間
軸で推定するために次の計算を行う。

【００９９】

【数７】

【０１００】ここで、τ_Tおよびτ_Fはそれぞれ、ＧＳＭ
タイムスロットおよびフレームの持続期間である。ＧＰ
Ｓ−ＭＳ１０は、補助情報を用いて計算されたΔｔを使
って、上述したように検索パラメータを予測する。ビッ
ト数ＢＮ₁が補助に与えられれば、それも計算に含まれ
る。

【０１０１】４．この時点までは、ＧＰＳ−ＭＳ１０は
ネットワーク１２に周波数ロックされている。ＧＰＳ−
ＭＳ１０受信機が同時ＧＰＳおよびネットワーク空気イ
ンタフェース受信が可能でないように設計されていれ
ば、この時点で、それはネットワークからロックを外
し、それの内蔵発振器はフリー・ランする。ＧＰＳ−Ｍ
Ｓの周波数精度はロック解除の直前に０．０５ｐｐｍ
（または、それより優れている）のオーダーであり、し
たがって、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、ＧＰＳ測定に対して顕
著な影響を与えることなく少なくとも数分間はフリー・
ランすることができるであろう。

【０１０２】５．この時点で、ＧＰＳ−ＭＳ１０は、補
助可視リストに示されている衛星の個々の信号の捕捉お
よび測定を開始する準備ができている。これらの信号を
捕捉するためにいくつかの可能な検索方式があり、以下
のものは補助が特に有用である１つである。

【０１０３】ａ．第１の信号の周波数オフセット

【外１】の推定を次式によって計算する。

【０１０４】

【数８】

【０１０５】ここで、ｆ₀は、ハードウエア実行による
ある予想されるまたは公称のオフセットであり、また、
第２項は、衛星運動によるドップラー・オフセットを予
測する。記号＊は、使用／送信された導関数の数を示
す。パラメータλはＧＰＳ信号の波長（１５７５．４２
ＭＨｚ搬送波に対して０．１９０３ｍ／サイクル）であ
り、「〜」は量子化された補助パラメータから構築され
る値を示す。また、可視リスト中の第１の衛星に関する
信号のビット位相

【外２】の推定は、次式によって計算される。

【０１０６】

【数９】

【０１０７】ここで、λ_CAはＧＰＳＣ／Ａコードの１
チップの波長（２９３ｍ）である。

【０１０８】ｂ．推定されたオフセット

【外３】およびビット位相

【外４】を使用して第１の信号に対するコードのある部分を検索
する。必要とされる検索は、ＧＰＳ−ＭＳ１０によって
認められる時間および場所の不確定さの量に依存する。

【外５】の予想される精度に依存して、

【外６】に近い他の周波数における検索も必要となるかもしれな
い。ＧＰＳ−ＭＳのタイミングおよび周波数の精度に影
響を与える因子は、ＢＴＳ２０送信機の周波数精度，時
間差Δｔ，ＧＰＳ−ＭＳ位置不確定さ（ＢＴＳセル寸法
および／またはユーザのセルラ送信のタイミング進み）
および補助メッセージ中のタイミング・パラメータの分
解能を含む。周波数オフセット推定

【外７】は、より良い推定

【外８】にこのようにして改良される。

【０１０９】ｃ．必要なら、１０２３チップ・コードの
位相を見い出したのち、ビット・タイミング中の整数ミ
リ秒の曖昧さを克服するためにビット同期化を行う。こ
れにより、改良されたビット位相推定値

【外９】が得られる。式（４）の位置エラーの項および時計偏り
の項が合計で０．５ｍ未満であればビット同期化は不要
であり、この場合には、ビット位相推定はコード位相か
ら直接導出できる。

【０１１０】ｄ．リスト中の第１の衛星に関する信号が
捕捉できない場合には、捕捉できるまで補助リスト中の
後続の衛星に対してステップ１〜３が繰り返される。そ
うでなければ、受信機は、次式によって、第２の衛星の
周波数オフセットおよびビット位相を予測する。

【０１１１】

【数１０】

【０１１２】ここで、「〜」は量子化された補助パラメ
ータを表し、λ_CAはＣ／Ａコードの波長（ｆ_CA＝１．０
２３ＭＨｚに対して２９３ｍ／チップ）である。

【外１０】の値はハードウエアによるオフセットのより良い推定を
含み、それは第１の衛星についての測定から導出され
る。同様に、値

【外１１】は、第１の衛星から導出された分数ミリ秒の時間偏りを
含む。

【０１１３】ｅ．これらの推定量を用いて、受信機は補
助可視リスト中の残りの衛星を検索する。各衛星につい
て試験すべき周波数オフセット仮定の数は推定

【外１２】の信頼性に依存するが、一般に、検索空間は比較的狭
い。

【外１３】の信頼性に影響する１つの因子はＧＰＳ−ＭＳ１０の運
動によるドップラー・シフトであり、これは未知であっ
て衛星ごとに異なる。ＧＰＳ−ＭＳ１０が静止している
か歩くような速度で動いていれば、ドップラーは無視で
きて、一つのオフセット仮定のみが必要とされるであろ
う。より高速になれば、より大きいドップラーの曖昧さ
が導入され、そのために、より多い仮定またはより短い
相関が要求されるようになる。ドップラー推定値はＧＰ
Ｓ−ＭＳ１０のセルラ受信機から利用できる。また、残
りの衛星の各々に対して、１０２３チップ・コード空間
のサブセットのみを検索する必要がある。残る主な曖昧
さは、ＧＰＳ−ＭＳ位置の不確定さおよび衛星レンジの
予測エラー（式（４）中の第２項および第３項）による
ものである。ＢＴＳ_kによってサービス提供されるセル
が３０ｋｍ未満の半径を持てば、ユーザ位置によるレン
ジの不確定さは次式によって上限を与えられる。

【０１１４】

【数１１】

【０１１５】典型的な数字はずっと小さく、したがっ
て、曖昧さは１ミリ秒コード周期よりもずっと小さいこ
とに留意されたい。レンジ予測エラーによる不確定さ
は、補助量子化方式および補助が計算されてからの時間
Δｔを含むいくつかの因子に依存する。

【０１１６】ｆ．受信機が少なくとも３つの衛星を捕捉
して各測定を行ったのちに、ＧＰＳ−ＭＳ１０は次のこ
とを行う。ｉ）各可視衛星についての測定された１ミリ秒コード位
相（０〜１０２３チップ）を量子化する。たとえば、１
８ビット（２¹⁸レベル）量子化は測定の

【外１４】チップ分解能を与え、それは

【外１５】レンジ分解能である。 ii）各測定に関する品質表示を計算する。たとえば、測
定ＳＮＲの４ビット量子化。 iii）測定時点でのＧＰＳ−ＭＳの導出された時間軸を
サンプリングする。測定時間ｔ_mは、２５ビットを要す
るＦＮ_mおよびＴＮ_mによって符号化される。この表示は
測定時間に対して０．５６ミリ秒分解能を与える。測定
された衛星も表示されなければならない。上述した戻り
メッセージにおける例示のビット割当てを次の表３に示
す。ビット数は１０６（Ｎ＝３）から３４９（Ｎ＝１
２）の範囲にある。

【０１１７】

【表３】

【０１１８】６．ＧＰＳ−ＭＳ１０は、（必要であれ
ば）ネットワーク送信と再同期化し、上の表３に示すよ
うな測定メッセージを送る。

【０１１９】一旦サービス提供しているＢＴＳ２０がＧ
ＰＳ−ＭＳ１０から測定を受信すると、それは、時間パ
ラメータｔ_mを絶対（ＧＰＳ）時間へ変換し、この絶対
タイム・スタンプとともに測定をＭＬＣ１４に転送す
る。上の説明はネットワーク１２がＧＰＳ測定を開始す
ることを仮定しているが、本発明はＧＰＳ−ＭＳ１０が
測定を開始する場合も考慮している。この場合には、ネ
ットワークからの応答はＧＰＳ−ＭＳ１０に関する補助
パラメータを含む。

【０１２０】次に、ＭＬＣ１４がＧＰＳ−ＭＳ１０から
測定結果を受信したのちにどのように位置解答を計算す
るかを説明している。測定結果に加えて、ＭＬＣ１４は
ＧＰＳ−ＭＳの位置を計算するために必要な次の情報も
有する。・測定の絶対時間ｔ_m ・ＧＰＳ衛星に関するエフェメリス・サービス提供されているすべてのＢＴＳの位置・それがサービス提供するシステムにおけるセルの可能
最大寸法（半径）

【０１２１】ここに述べる解決方法は、基準点回りでの
非線形方程式の線形化を含む公知の方法である。他の方
法も当業者には明らかであろう。ＭＬＣ１４がＢＴＳ_k
によってサービス提供されるＧＰＳ−ＭＳ１０から測定
応答メッセージを受信したときは、それはＧＰＳ−ＭＳ
位置を計算するときに次のステップを実行する。

【０１２２】１．ＭＬＣ１４は、エフェメリスを用いて
ｔ_mにおける測定メッセージに含まれるすべてのＧＰＳ
衛星の位置ｓ∧_i(ｔ_m)を推定する。これは、公知の計算
であり、たとえば１９９６年，ＡＩＡＡプレス，Ｂ．パ
ーキンソンおよびＪ．スピルカー編，「全地球測位シス
テム：理論および応用（第Ｉ巻および第ＩＩ巻）」に見
い出される。

【０１２３】２．ＭＬＣ１４は、ｔ_mでの各衛星に対す
るＢＴＳ_kからのレンジｒ_i,k(ｔ_m)を計算する。

【０１２４】３．ＭＬＣ１４は、各測定衛星への推定視
線に対する方向余弦行列（directional cosine matri
x）Ｈを計算する。図２の推定視線ベクトルは、ｓ∧
_i(ｔ_m)−χ _kである。この行列は次式で与えられる。

【０１２５】

【数１２】

【０１２６】４．ＭＬＣ１４は、衛星時計補正，回転補
正および可能ならば差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）補正を適用
することによってコード位相測定θ_iを補正する。これ
らの補正された測定はθ_i’と呼ばれる。ＤＧＰＳ補正
は、ＢＴＳ２０の１つでのようなネットワークの既知の
位置にあるＧＰＳ受信機によって提供される。ＤＧＰＳ
の別の可能な情報源はＦＭサブ搬送波を介するものであ
り、それは米国および欧州の多くのエリアにおける無線
局で利用できる。

【０１２７】５．測定メッセージ中の各衛星に対して、
ＭＬＣ１４は、計算されたレンジｒ_i,k(ｔ_m)とＧＰＳ−
ＭＳ１０において時間ｔ_mで行われた測定との間のレン
ジ差分Δρ_iを計算する。上の議論から、ＧＰＳ−ＭＳ
１０測定は１ミリ秒モジュラスを有することを思い出さ
れたい。ＭＬＣ１４は、ＧＰＳ−ＭＳ１０とＢＴＳ_kと
の間の距離（図２の｜Δχ｜）がＧＳＭシステムでは３
０ｋｍである最大セル半径未満であるという事実を利用
することによって、残りの曖昧さを解決する。最悪の場
合には、１００マイクロ秒の不確定さだけが残る。この
ステップの出力は、列ベクトルΔρであり、ここで、個
々のデルタ・レンジはメートル（ｍ）単位になってい
る。

【０１２８】６．デルタ・レンジのベクトルΔρおよび
行列Ｈが与えられると、ＭＬＣ１４は次の組の方程式を
解く。

【０１２９】

【数１３】

【０１３０】ここで、Δχは基準地点χ _kからの未知の
ベクトル変位であり（図２参照）、Δｔは測定における
未知の共通時間偏りである。公知の加重最小二乗法を含
む上記方程式を解くためのいくつかの異なる方法が存在
する。この方法では、行列Ｑが測定品質尺度ｑ_iから構
築され、未知数が次式で計算される。

【０１３１】

【数１４】

【０１３２】測定の同じ組についてのこの解法の多数の
繰返しが用いられ、収束させるために必要である。

【０１３３】上の議論は、ＧＰＳ−ＭＳ１０を補助する
セルラまたはＰＣＳシステム１２の個別部品の測位関連
機能に関する。以下に、メッセージング・プロトコルの
形成にそれらが互いにどのように相互作用するかを説明
する。図１ａに示した同期ネットワークに適したプロト
コルの一例が図４ａに示されている。この図では、垂直
ラインは下にラベル付けされたユニットを表し、時間は
図の上から下に経過する。水平ラインはプロトコル中の
個々のメッセージを表し、点および矢印は原点および目
的地のノードをそれぞれ示す。図４ａのプロトコルは、
それぞれがＮ個のＢＴＳ２０にサービス提供するＭ個の
ＢＳＣ２２にサービス提供するＭＳＣ／ＶＬＲ１５に付
随される。ＭＬＣ１４によってサービス提供される地理
的エリア内には同時動作する多数のＧＰＳ−ＭＳがある
けれども、ここでは１つのＧＰＳ−ＭＳ１０に着目す
る。図４ａでは、ＧＰＳ−Ｓ１０はＢＴＳ_i２０によっ
てサービス提供され、両者ともに以下のプロトコルに関
与する。

【０１３４】１）ＭＬＣ１４は、有効なＧＰＳエフェメ
リス，時計補正，ＢＴＳ位置のデータベースおよび正確
な時間基準を用いてＭＬＣのサービス・エリア中の各Ｂ
ＴＳ２０に対する固有補助を計算する。

【０１３５】２）ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ＭＬＣ１４か
ら補助を受信し、それがサービス提供する各ＢＳＣ２２
に関連する部分にそれを分解し、個々の破片（piece）
を各ＢＳＣに送る。

【０１３６】３）各ＢＳＣ２２は、補助メッセージを受
信し、それがサービス提供する各ＢＴＳ２０に対する個
別メッセージにそれを分解し、個々の破片を各ＢＴＳに
送る。

【０１３７】４）ＢＴＳ₁２０が新しい補助メッセージ
を受信すると、それは、補助用のベースライン時間ｔ₁
をＧＰＳ時間からネットワーク時間軸にその両方のそれ
の知識を用いて変換する。ＢＴＳ₁は、先の補助情報を
置き換えて、新しい補助をＢＣＣＨまたはＢＴＳ₁によ
って送信された別の放送チャンネルを介して送信し始め
る。補助メッセージは周期的に繰り返され、その周期は
典型的にはスーパーフレーム（ＧＳＭシステムでは２４
０ミリ秒）の整数倍である。補助は、今や４５分まで有
効であり、補助情報を受信および記憶するＧＰＳ−ＭＳ
１０を含めてそのセルのＢＣＣＨを受信するすべてのＧ
ＰＳ−ＭＳに対して利用可能である。有効の持続期間は
補助中の導関数の数に依存し、また、反復率はＢＣＣＨ
上のトラフィック・ロードとＧＰＳ−ＭＳ１０を位置付
けるための待ち時間要求とのバランスに依存する。

【０１３８】５）ＭＬＣ１４は、ＧＰＳ−ＭＳ１０がＧ
ＰＳ測定を用いて配置されるべきであることを要求する
メッセージをＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送る。

【０１３９】６）ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ネットワーク
中のＧＰＳ−ＭＳ１０の位置を識別し、ＧＰＳ−ＭＳ１
０にＧＰＳ測定を開始するように命令するメッセージを
適当なＢＳＣ２２およびＢＴＳ₁２０を介して送る。Ｇ
ＰＳ−ＭＳ１０は、その要求を受信し、有効な補助デー
タおよび現在時間推定ｔ₂を用いてそれの取得プロセス
の主題であるドップラー・パラメータおよびコード位相
パラメータを計算する。

【０１４０】７）ＧＰＳ−ＭＳ１０が時間ｔ_mで測定を
行ったのち、それは、応答を構築し、それを空気インタ
フェースを介してＢＴＳ₁２０に送る。

【０１４１】８）ＢＴＳ₁２０は、ＧＰＳ−ＭＳで用い
られるネットワーク時間軸からＧＰＳ時間軸に測定時間
ｔ_mを変換する。これらのパラメータは測定結果メッセ
ージに挿入され、それはサービス提供するＭＳＣ／ＶＬ
Ｒ１５に送られる。

【０１４２】９）ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は結果メッセージ
を要求元のＭＬＣ１４に転送する。この情報は、ＧＰＳ
−ＭＳ１０の位置を計算するために、ＢＴＳ₁の位置と
ともにＭＬＣ１４によって使用される。オプションとし
て、ＭＬＣは位置情報でＭＳＣ／ＶＬＲを介してＧＰＳ
−ＭＳに応答する。

【０１４３】１つの可能な変形は、ＢＳＣ_s２２が補助
メッセージの時間軸変換およびＧＰＳ−ＭＳ１０からの
測定応答を行うものである。この場合には、ＢＳＣ２２
は、ＧＰＳ受信機からのタイミング情報と、それがサー
ビス提供しているすべてのＢＴＳ２０の空気インタフェ
ース・タイミングの知識とを有しなければならない。よ
り少ない基準ＧＰＳ受信機がネットワークで必要である
ので、この方式はある状況では好ましい。

【０１４４】別の可能な変形は、ＢＴＳ₁２０が、それ
の領域内にある移動電話に関するユニークな補助データ
を計算し、補助に関するベースライン時間ｔ₁をＧＰＳ
時間からネットワーク時間軸に両者のそれの知識を用い
て変換し、メッセージを周期的に放送するかポイント・
ツー・ポイント・メッセージング・プロトコルを用いて
補助データを送信するものである。この方式では、ＧＰ
Ｓ−ＭＳ１０が測定を行いそれをＢＴＳ₁２０に送った
のちに、ＢＴＳ₁２０は、ＧＰＳ−ＭＳ１０それ自身の
位置を計算するか、オプションとして測定時間をＧＰＳ
−ＭＳ１０で使われるネットワーク時間軸からＧＰＳ時
間軸に変換したのちにそれをＭＳＣ／ＶＬＲを通してＭ
ＬＣに転送する。そのような方式では、ＢＴＳ₁２０自
身がＧＰＳ受信機にアクセスするため、ＢＴＳ₁２０は
これまでＭＬＣが実行していたタスクのいくつかまたは
すべてを実行する。注意すべきことは、これは好適な実
施の形態ではないが、そのような変形も当業者には明ら
かであり本発明のスコープに含まれることである。

【０１４５】別の可能な変形は、変換エンティティが補
助時間パラメータｔ₁を変更してネットワーク時間中の
特定の事象と一致させるものである。たとえば、ＢＴＳ
２０は、ＴＮ₁＝ＢＮ₁＝０のようにｔ₁をＦＮ₁の開始と
揃えるように選ぶ。これをネットワークでの標準的なや
り方として採用すれば、ＢＴＳ２０とＧＰＳ−ＭＳ１０
との間で位置整合の知識は暗黙の了解事項とすることが
でき、したがって、補助メッセージにＴＮ₁およびＢＮ₁
を含める必要がなくなる。しかし、この変換エンティテ
ィは、衛星送信の位相の元の時間と新しい時間ｔ₁との
間での変化を考慮に入れるために、ビット位相φ_i,k(ｔ
₁)を変更する必要がある。

【０１４６】図４ｂは、本発明に関するメッセージ・フ
ローの別の可能な組を示す。このメッセージング・プロ
トコルは、図１ｂに示すような非同期化ネットワークの
場合を表している。この場合には、ネットワークは、既
知の場所にＴＭＵ２６を含み、ＧＰＳおよびセルラ・ネ
ットワークの両方のタイミングを両システムの送信を観
察することによって捕捉する。各ＴＭＵ２６は、付随す
るサービス提供ＢＴＳ２０を有し、それを通してＴＭＵ
２６はそれの観察結果をＧＰＳとネットワーク送信との
間のタイミング関係の形で報告する。図４ｂに示すメッ
セージング・プロトコルについて次に説明する。

【０１４７】１．ＭＬＣ１４によってサービス提供され
るネットワークの部分におけるＰ個のＴＭＵ２６の各々
は、サービス提供するＭＳＣ／ＶＬＲ１５に、各ＴＭＵ
によって観察されたセルにおける送信とＧＰＳとの間の
タイミング関係を報告する。このメッセージは各ＴＭＵ
２６によって自発的に周期的に送られる。または、それ
はこの情報に対するＭＬＣによる要求への応答として送
られる。

【０１４８】２．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５はタイミング情報
メッセージをＭＬＣ１４に転送する。このメッセージの
受信に成功したのちに、ＭＬＣ１４はＧＰＳ時間軸とネ
ットワーク時間軸との間の変換を行う能力を有する。

【０１４９】３．ＭＬＣ１４は、有効なＧＰＳエフェメ
リス，時計補正，ＢＴＳ位置のデータベースおよび正確
な時間基準を用いてＭＬＣのサービス・エリア中の各Ｂ
ＴＳ２０に関するユニークな補助を計算する。ＭＬＣは
補助に関する基準時間をネットワーク時間軸に変換す
る。ＭＬＣは、ＭＳＣ／ＶＬＲによってサービス提供さ
れるすべてのセルに関する補助情報をＭＳＣ／ＶＬＲ１
５に送る。

【０１５０】４．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ＭＬＣ１４か
ら補助を受信し、それがサービス提供する各ＢＳＣ２２
に関連する部分にそれを分解し、個々の破片を各ＢＳＣ
に送る。

【０１５１】５．各ＢＳＣ２２は、補助メッセージを受
信し、それがサービス提供する各ＢＴＳ２０に関連する
個別メッセージにそれを分解し、個々の破片を各ＢＴＳ
に送る。

【０１５２】６．ＢＴＳ２０が新しい補助メッセージを
受信すると、それは、先の補助情報を置き換えて、新し
い補助をＢＣＣＨを介して送信することを始める。補助
は、今や、補助情報を受信し記憶するＧＰＳ−ＭＳ１０
を含めてそのセルのＢＣＣＨを受信するすべてのＧＰＳ
−ＭＳに対して利用可能である。

【０１５３】７．ＭＬＣ１４は、ＧＰＳ−ＭＳ１０がＧ
ＰＳ測定を用いて配置されるべきであることを要求する
メッセージをＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送る。

【０１５４】８．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は、ネットワーク
におけるＧＰＳ−ＭＳ１０の位置を識別し、適当なＢＳ
Ｃ２２およびＢＴＳ２０を介してメッセージを送り、Ｇ
ＰＳ測定を開始するようにＧＰＳ−ＭＳ１０に命令す
る。

【０１５５】９．ＧＰＳ−ＭＳ１０が時間ｔ_mで測定を
行ったのちに、それは、応答を構築し、それをＢＴＳ２
０およびＢＳＣ２２を介してＭＳＣ／ＶＬＲ１５に送
る。

【０１５６】１０．ＭＳＣ／ＶＬＲ１５は結果メッセー
ジを要求元のＭＬＣ１４に転送し、それはＴＭＵ２６か
ら捕捉された情報を用いてｔ_mをネットワーク時間軸か
らＧＰＳ時間に変換する。この情報は、ＧＰＳ−ＭＳ１
０の位置を計算するために、ＢＴＳ₁の測定および位置
とともにＭＬＣ１４によって用いられる。オプションと
して、ＭＬＣは位置情報でＭＳＣ／ＶＬＲを介してＧＰ
Ｓ−ＭＳに応答する。

【０１５７】当業者は、補助情報が上述したように放送
されるよりもむしろポイント・ツー・ポイント送信によ
って提供され得ることを直ちに理解するであろう。図４
ａおよび図４ｂに示すメッセージング・プロトコルは、
放送情報を配信するために使用されるメッセージ（図４
ａの（１）〜（４）、図４ｂの（３）〜（６））を除去
することによってポイント・ツー・ポイント配信を扱え
るように容易に修正できる。その代わりに、補助情報は
位置要求と一緒に配信されて（図４ａの（５）、図４ｂ
の（７））、補助の時間フィールドは適当なネットワー
ク・ノードで変換される。

【０１５８】このように、本発明によれば、無線ネット
ワークにおける固定場所のレンジおよびそのレンジの導
関数の形式の補助情報が移動局に提供されて移動局のＧ
ＰＳ受信機を補助して位置測定を行うシステムおよび方
法が開示される。この情報は、衛星用のコード位相を測
定し、測定されたコード位相を無線ネットワークに戻し
て移動局の位置を計算するために使用することができ
る。［図面の簡単な説明］

【図１】従来の地上ベース無線電気通信システムのブロ
ック図である。

【図１ａ】本発明によるＧＰＳ受信機を補助するシステ
ムのブロック図である。

【図１ｂ】本発明によるＧＰＳ受信機を補助するシステ
ムのブロック図である。

【図２】基地トランシーバ局およびＧＰＳ−ＭＳに関し
て配置された衛星の概略図である。

【図３】抽出された時間軸でＧＰＳ−ＭＳがどのように
動作するのかを示すタイミング図である。

【図４ａ】本発明によるＧＰＳ受信機を補助することを
示すメッセージ・フロー図である。

【図４ｂ】本発明によるＧＰＳ受信機を補助することを
示すメッセージ・フロー図である。

【図５】本発明による移動局の一般化されたブロック図
である。

【図６】ＧＳＭＴＤＭＡ時間フレーム構造のグラフ表
示である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ホミラー、ダニエル、ピーアメリカ合衆国ノースカロライナ、ケアリー、ベビントンドライブ 202 (72)発明者ザデー、バグハー、アールアメリカ合衆国テキサス、ダラス、モントフォートドライブ 14332、ナンバー 11207 (56)参考文献特開平７−5241（ＪＰ，Ａ) 米国特許44451118（ＵＳ，Ａ) 国際公開00／36431（ＷＯ，Ａ１) 国際公開97／14049（ＷＯ，Ａ１) 国際公開98／25157（ＷＯ，Ａ１) 国際公開98／25158（ＷＯ，Ａ１) 国際公開98／34128（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 G01C 21/00 - 21/24 G01C 23/00 - 25/00 H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】位置測定を行うために全地球測位システ
ム（ＧＰＳ）受信機を補助する方法であって、前記ＧＰ
Ｓ受信機が、無線ネットワークで動作するトランシーバ
を含む移動局と一体化されている、方法であって、前記無線ネットワークから前記移動局に補助情報を転送
するステップであって、前記補助情報が前記ＧＰＳ中の
複数の選択衛星に関する、選択時間での前記移動局近傍
の前記無線ネットワーク中の固定場所のレンジおよび該
レンジの導関数を表わす、ステップと、前記移動局を動作させて、受信された補助情報を用いて
前記ＧＰＳ中の前記複数の選択衛星からの合成受信信号
を検索して、前記ＧＰＳ中の前記選択衛星の前記複数の
ものについてコード位相を測定するステップであって、
前記測定されたコード位相が、前記選択衛星の前記複数
のものに関連する前記移動局のレンジを表わす、ステッ
プと、を具備する、方法。
【請求項２】前記選択時間が、前記補助情報中に含ま
れており、前記移動局に対して無線ネットワーク時間で
表現される、請求項１記載の方法。
【請求項３】前記無線ネットワークが時分割多元接続
法を利用し、前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサ
ービス提供しているネットワーク送信のフレーム数，タ
イムスロット数およびビット数によって表される、請求項２記載の方法。
【請求項４】前記タイムスロット数，前記ビット数ま
たはこの両方が、前記無線ネットワークおよび前記移動
局の両方によって暗黙に了解されていて、したがって、
送信されない、請求項３記載の方法。
【請求項５】前記無線ネットワークが符号分割多元接
続法を利用し、前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサ
ービス提供している送信の多元接続コードの位相によっ
て表される、請求項２記載の方法。
【請求項６】前記ＧＰＳ衛星が、２０ミリ秒ビット周
期でナビゲーション・メッセージを送信し、前記転送ステップが、前記選択時間に前記固定場所で観
察されたビット位相としてレンジを表現するステップを
含む、請求項２記載の方法。
【請求項７】前記選択時間が、ＧＰＳ時間の２０ミリ
秒エポックと同時である、請求項６記載の方法。
【請求項８】前記転送ステップが、前記補助情報を計
算するステップと、前記無線ネットワークを介して前記
移動局に送信すべき前記補助情報を量子化し符号化する
ステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】前記移動局が、前記情報補助を利用し
て、前記選択衛星によって送信される信号のコード位相
および周波数オフセットの推定値を計算し、また、前記
衛星の各々に対して、これらの推定値を用いて、信号を
取得し特定の衛星に関するコード位相を測定するように
作動される、請求項２記載の方法。
【請求項１０】無線ネットワークで動作するトランシ
ーバと全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機とを含む移
動局の位置を決定する請求項１記載の方法であって、前記無線ネットワークから前記移動局に補助情報を転送
するステップであって、前記補助情報が、前記ＧＰＳ中
の複数の選択衛星に関して、選択時間において前記移動
局に近い前記無線ネットワーク中の固定場所のレンジお
よび該レンジの導関数を表わす、ステップと、受信された補助情報を利用して、前記ＧＰＳ中の前記複
数の選択衛星からの合成受信信号を検索し、前記ＧＰＳ
中の前記選択衛星の複数のものに関するコード位相を測
定し、該測定されたコード位相を前記無線ネットワーク
に戻すように前記移動局を作動するステップと、前記固定場所および前記測定されたコード位相を用いて
前記無線ネットワークにおける前記移動局の位置を計算
するステップと、を具備する、方法。
【請求項１１】前記選択時間が、前記補助情報中に含
まれ、前記移動局に対して無線ネットワーク時間で表現
される、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】前記無線ネットワークが時分割多元接
続法を利用し、前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサ
ービス提供しているネットワーク送信のフレーム数，タ
イムスロット数およびビット数によって表わされる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】前記タイムスロット数，前記ビット数
またはその両方が、前記無線ネットワークおよび前記移
動局の両方によって暗黙に了解されていて、したがっ
て、送信されない、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】前記無線ネットワークが符号分割多元
接続法を利用し、前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサ
ービス提供している送信の多元接続コードの位相によっ
て表わされる、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】前記ＧＰＳ衛星が、２０ミリ秒ビット
周期でナビゲーション・メッセージを送信し、前記転送ステップが、前記選択時間に前記固定場所で観
察されたビット位相としてレンジを表わすステップを含
む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】前記選択時間が、ＧＰＳ時間の２０ミ
リ秒エポックと同時である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】前記転送ステップが、前記補助情報を
計算するステップと、前記無線ネットワークを介して前
記移動局に転送すべき前記補助情報を量子化し符号化す
るステップとを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１８】前記移動局が、前記補助情報を用い
て、前記選択衛星によって送信される信号のコード位相
および周波数オフセットの推定値を計算し、また、前記
衛星の各々に対して、これらの推定値を使用して、前記
信号を取得し、前記特定の衛星に関するコード位相を測
定するように作動される、請求項１１記載の方法。
【請求項１９】前記移動局が、前記コード位相前記選
択衛星の１つについて測定されたときを表わす測定時間
を決定し、前記測定時間が、前記無線ネットワークに戻される、請求項１０記載の方法。
【請求項２０】前記測定時間が、前記無線ネットワー
クの時間に関して表わされ、前記計算ステップが、前記測定を絶対ＧＰＳ時間に変換
するステップを含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】前記無線ネットワークが、移動ロケー
ション・センター（ＭＬＣ）を含み、前記ＭＬＣが、前記固定場所にある基地トランシーバ・
システム（ＢＴＳ）を介して前記移動局と通信し、前記計算ステップが、前記ＭＬＣで行われる、請求項１０記載の方法。
【請求項２２】前記ＭＬＣが、ＧＰＳ受信機を含み、前記転送ステップが、前記ＭＬＣがエフェメリス情報を
得て該エフェメリス情報から前記補助情報を計算するス
テップを含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】前記ＢＴＳが、正確な時間基準を提供
して前記無線ネットワークにおける時間をＧＰＳ絶対時
間に関連付けるＧＰＳ受信機を含む、請求項２２記載の
方法。
【請求項２４】前記無線ネットワークが、ＧＰＳ受信
機と複数のＢＴＳの送信を監視する無線トランシーバと
を有する時間測定ユニット（ＴＭＵ）を含み、前記転送ステップが、前記ＴＭＵから前記ＭＬＣに時間
基準を転送して前記無線ネットワークにおける時間をＧ
ＰＳ時間に関連付けるステップを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】移動局の位置を決定するシステムであ
って、前記移動局が、無線ネットワークで動作するトラ
ンシーバと全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機とを含
む、システムであって、エフェメリス・データを得るＧＰＳ受信機を含む無線ネ
ットワーク制御システムであって、前記制御システム
が、前記エフェメリス・データから補助情報を展開し、
前記無線ネットワークを介して前記移動局に前記補助情
報を送信し、前記補助情報が、前記ＧＰＳ中の複数の選
択衛星に関して、選択時間で前記移動局に近い前記無線
ネットワーク中の固定場所のレンジおよび該レンジの導
関数を表わす、無線ネットワーク制御システムを具備
し、前記移動局が、受信された補助情報を利用して、前記Ｇ
ＰＳ中の前記複数の選択衛星からの合成受信信号を検索
して、前記ＧＰＳ中の前記選択衛星の複数のものに関す
るコード位相を測定し、前記無線ネットワークを介して
前記無線ネットワーク制御システムに前記測定されたコ
ード位相を戻す手段を含み、前記無線ネットワーク制御システムが、前記固定場所と
前記測定されたコード位相とを用いて前記無線ネットワ
ーク中での前記移動局の位置を計算する手段を含む、システム。
【請求項２６】前記選択時間が、前記補助情報中に含
まれ、前記移動局に対して無線ネットワーク時間で表さ
れる、請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】前記無線ネットワークが時分割多元接
続法を利用し、前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサ
ービス提供しているネットワーク送信のフレーム数，タ
イムスロット数およびビット数によって表わされる、請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】前記タイムスロット数，前記ビット数
またはその両方が、前記無線ネットワークおよび前記移
動局の両方によって暗黙に了解されていて、したがっ
て、送信されない、請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】前記無線ネットワークが符号分割多元
接続法を利用し、前記選択時間が、前記移動局に地理的に近いエリアにサ
ービス提供している送信の多元接続コードの位相によっ
て表わされる、請求項２６記載のシステム。
【請求項３０】前記ＧＰＳ衛星が、２０ミリ秒ビット
周期でナビゲーション・メッセージを送信し、前記転送ステップが、前記選択時間に前記固定場所で観
察されたビット位相としてレンジを表わすステップを含
む、請求項２６記載のシステム。
【請求項３１】前記選択時間が、ＧＰＳ時間の２０ミ
リ秒エポックと同時である、請求項３０記載のシステ
ム。
【請求項３２】前記ネットワーク制御システムが、前
記補助情報を計算する手段と、前記無線ネットワークを
介して前記移動局に転送すべき前記補助情報を量子化し
符号化する手段とを含む、請求項２５記載のシステム。
【請求項３３】前記移動局が、前記情報補助を利用し
て、前記選択衛星によって送信された信号のコード位相
および周波数オフセットの推定値を計算し、また、前記
衛星の各々に対して、これらの推定を利用して前記信号
を取得し、前記特別の衛星に関するコード位相を測定す
るように作動される、請求項２６記載のシステム。
【請求項３４】前記移動局が、前記コード位相が前記
選択衛星の１つについて測定されたときを表わす測定時
間を決定する手段を含み、前記測定時間が、前記無線ネットワークに戻される、請求項２５記載のシステム。
【請求項３５】前記測定時間が、前記無線ネットワー
クの時間に関して表わされ、前記計算手段が、前記測定を絶対ＧＰＳ時間に変換する
手段を含む、請求項３４記載のシステム。
【請求項３６】前記無線ネットワークが、移動ロケー
ション・センター（ＭＬＣ）を含み、該ＭＬＣが、前記固定場所にある基地トランシーバ・シ
ステム（ＢＴＳ）を介して前記移動局と通信し、前記計算手段が、前記ＭＬＣによって定義される、請求項２５記載のシステム。
【請求項３７】前記ＭＬＣがＧＰＳ受信機を含み、前記ＭＬＣが、エフェメリス情報を得て、該エフェメリ
ス情報から前記補助情報を計算する、請求項３６記載のシステム。
【請求項３８】前記ＢＴＳが、正確な時間基準を提供
して前記無線ネットワークにおける時間をＧＰＳ絶対時
間に関連付けるＧＰＳ受信機を含む、請求項３７記載の
システム。
【請求項３９】前記無線ネットワークが、ＧＰＳ受信
機と前記ＢＴＳを監視して正確な時間基準を提供して前
記無線ネットワークにおける時間をＧＰＳ時間に関連付
ける無線トランシーバとを有する時間測定ユニット（Ｔ
ＭＵ）をさらに含む、請求項３６記載のシステム。