JP3527669B2 - 位置決定を支援する方法 - Google Patents

位置決定を支援する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星ポジショ
ニングシステムに関し、特に、１もしくは複数のナビゲ
ーション衛星から送信された信号から無線端末がその位
置を判断するのを補助する通信ベース補助システムに関
する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、従来技術の衛星ポジショニング
システム１００を示してあり、これは無線支援グローバ
ルポジショニングシステム（ＷＡＧ：Wireless Assiste
d Global Positioning System)とも呼ばれる。この衛星
ポジショニングシステムは、無線端末（ＷＡＧクライエ
ント）５０１，衛星コンステレーション５０３，補助シ
ステム（ＷＡＧサーバー）５０５，タイミングソース５
０７からなる。衛星コンステレーション５０３は、レン
ジング情報や衛星位置（ephemeris)情報を含む多くの位
置に関連する情報を運ぶＧＰＳ信号を送信する複数の衛
星からなるグローバルポジショニングシステム（ＧＰ
Ｓ）である。ＧＰＳは周知である。
【０００３】他の衛星コンステレーションとともに動作
する本発明の実施例を作ったり利用したりする方法は理
解できるであろう。ＷＡＧサーバー５０５，ＷＡＧクラ
イエント５０１は、ＧＰＳ信号が運ぶ情報を得るために
ＧＰＳ信号を獲得しＧＰＳ信号を処理（復調および抽
出）するように動作することができる。
【０００４】ＷＡＧの基本的な目的は、伝統的な無線端
末の信号獲得および信号処理の必要条件を減らし、従来
技術の無線端末よりも弱い信号で無線端末の位置をより
迅速に決めることができるような無線端末を可能にする
ことである。ＷＡＧに従うと、無線端末５０１の信号獲
得および信号処理の必要条件は補助システム５０５によ
って減らすことができる。伝統的な無線端末がその位置
を判断するのに必要な信号獲得および信号処理のタスク
が無線端末５０１と補助システム５０５との間で分割さ
れる。
【０００５】無線端末５０１と補助システム５０５との
間で信号処理タスクを分割する方法は当業者には理解で
きるであろう。例えば、信号処理タスクの分割を達成す
るために、無線端末５０１と補助システム５０５の間で
無線通信リンク５０４を通って部分的に処理された信号
情報を交換することができる。
【０００６】無線端末５０１と補助システム５０５との
間で信号処理タスクを分割することができる。なぜな
ら、衛星コンステレーション５０３における各衛星が送
信する各信号は、独立な獲得および独立な処理に応答す
るレンジングおよび衛星位置情報を運ぶからである。具
体的には、特定の衛星から送られたＧＰＳ信号はどの受
信器が信号を獲得し処理するかに関わらず同じ衛星位置
情報を受信器（例えば、ＷＡＧクライエントまたはＷＡ
Ｇサーバー）へと運ぶ。
【０００７】基本的に、ＧＰＳ信号は、例えば、移動体
電話の無線信号がヴォイスデータで転調される方法と同
様な方法でデジタル情報で変調される。このような情報
は適用する何れの受信器によっても検出および復調する
ことができる。受信器が再構成した情報は送信器がその
信号上へと変調した情報の正確な複製であり（ノイズや
歪みなどによる望まないエラーを除いて）、受信器の位
置に関わらず全ての受信器に対して同じである。
【０００８】対照的に、特定の衛星から送られたＧＰＳ
信号はそのＧＰＳ信号を獲得し処理する受信器が異なれ
ば異なるレンジング情報を運ぶ。送信器（人工衛星）
は、何らかの正確な基準に従って送信信号のタイミング
を調整し、受信器によって受信された信号のタイミング
が送信器と受信器の間の距離（従って、受信器の位置）
に関する情報を運ぶ。このような情報は受信器ごとに異
なり、その受信器のみで得ることができる。
【０００９】コンステレーション５０３における各衛星
が無線端末５０１と補助システム５０５の両方へと両方
の種類の情報を含む信号５０２を送信するので、その衛
星の位置に関する情報の一部ないし全ては、補助システ
ム５０５が獲得したレンジング情報が補助システムアン
テナ５５３の位置に関連し無線端末５０１の位置ではな
くても、アンテナ５５３を通して補助システム５０５が
獲得する。
【００１０】しかし、補助システム５０５は無線端末５
０１の位置の大よその知識を持っている（例えば、無線
端末が位置するセルやセクターの知識によって)。従っ
て、補助システム５０５はこの知識を獲得したレンジン
グおよび衛星位置情報と組み合わせ、無線端末５０１の
位置におけるレンジング情報の評価を計算する。この評
価は、衛星位置情報とともに、無線通信アンテナ５５１
を介して無線端末５０１へと送信され、無線端末５０１
がレンジング情報を獲得し処理するのを支援する。
【００１１】無線端末５０１がレンジング情報を獲得す
ると、無線端末５０１はその位置を決めるため衛星位置
情報およびレンジング情報を用いることができたり、あ
るいは無線端末５０１は補助システム５０５へとレンジ
ング情報を送り戻し補助システム５０５が無線端末５０
１の位置を判断できるようにすることができる。
【００１２】無線端末５０１が衛星位置に関する情報の
一部ないし全てを獲得するタスクから解放され、無線端
末５０１にレンジング情報の評価が与えられているの
で、レンジング情報をその情報の評価された形態である
アプリオリ知識とともに獲得し処理するような簡単なタ
スクを行うだけで済むような低コストの技術で生存する
ことができる。また衛星位置情報がレンジング情報とし
て同じ搬送波上へ変調されるので、無線端末５０１への
衛星位置情報のプロビジョンによって無線端末５０１は
アンテナ５１２によって受信した衛星信号から衛星位置
情報を除去でき、従って、従来技術の無線端末の動作に
て不適切である信号対雑音比（ＳＮＲ）が低いフェージ
ング状態であってもレンデイグ情報を獲得することがで
きる。
【００１３】図２は、補助システム５０５のサリエント
要素のブロック図であり、これは、タイミング信号受信
器６０３，タイミング信号アンテナ５５２，粗位置(coa
rselocation)評価器６０１，通信システムマネージャ６
１７，ＧＰＳ受信器６０５，ＧＰＳ受信アンテナ５５
３，タイミング信号校正器６０７，ＰＲＮ同期評価器６
０９，復調器６１１，衛生可視評価器６１３，衛星ドッ
プラー評価器６１５，通信送信器６１９，通信アンテナ
５５１を有する。
【００１４】概して、補助システム５０５は、そのＧＰ
Ｓ受信器を用いて、粗獲得（Ｃ／Ａ：Coarse Acquisiti
on ）コードを用いる周知の方法で、水平線より上の各
衛星からレンジング情報と衛星位置に関する情報の両方
を獲得する。当業者には、Ｐ（Ｙ）ないしＰコードを用
いる本発明の実施例を作り利用する方法を理解できるで
あろう。
【００１５】レンジングおよび衛星位置情報を獲得する
プロセスにおいて、補助システム５０５は、（１）各衛
星からＰＲＮ同期（即ち、各衛星が送信するＰＲＮコー
ドの正確なタイミング）、（２）各衛星に対応するドッ
プラーシフト、（３）水平線より上の衛星はどれか、
（４）各衛星からの５０ｂｐｓ変調ビットストリーム、
等を知る。次に補助システム５０５は水平線より上の各
衛星に対して無線通信チャネルを介して無線端末５０１
へと、（１）ＰＲＮ同期の評価、（２）ドップラーシフ
トの評価、（３）５０ｂｐｓ変調ビットストリーム、を
送信する。これら情報全体で「ナビゲーションメッセー
ジデータ」と呼ばれる。
【００１６】補助システム５０５が地理的領域を「セ
ル」と呼ばれる幾つかのテッセレート領域へと区分する
無線通信システムの一部であれば、補助システム５０５
は無線端末５０１がどのセルの中にあるかを知ってお
り、従って数キロメートル内のラフな位置を知ることが
できる。補助システム５０５が無線端末５０１の位置の
ラフな概要（数キロメートル内）がわかっていれば、補
助システム５０５は無線端末５０１によって感じられる
ＰＲＮ同期およびドップラーシフトを正確に評価するこ
とができる。
【００１７】図３は、無線端末５０１の主要な要素のブ
ロック図を示してあり、これは、端末コントローラー７
１０，ユーザーインターフェース７２０，通信送信器７
４１，通信受信器７５１，フィールド受信器７５３，タ
イミング受信器７５５，デュプレクサー７３３，アンテ
ナ７３１を備え、図示するようにお互いつながれてい
る。
【００１８】無線端末５０１は、典型的な無線端末（例
えば、移動体電話）に関連する全ての機能を行うことが
できるようにすることができる。具体的には、無線端末
のユーザーは、通信送信器７４１，通信受信器７５１，
補助システム５０５によって双方向音声会話をすること
ができる。
【００１９】ナビゲーションメッセージデータが補助シ
ステム５０５から無線端末５０１へと送信されるので、
ナビゲーションメッセージデータは通信受信器７５１を
介して無線端末５０１によって受信される。通信受信器
７５１はナビゲーションメッセージデータを端末コント
ローラー７１０へと渡し、これはナビゲーションメッセ
ージデータを次にフィールド受信器７５３へと渡す。
【００２０】上述のように、無線端末５０１は同期目的
のためシステムタイミングを受信することができる。タ
イミング５０７からタイミング信号が送信されると、タ
イミング受信器７５５を介して無線端末５０１はタイミ
ング信号を受信する。タイミング受信器７５５はタイミ
ング信号を端末コントローラー７１０へと渡し、これは
次にタイミング信号をフィールド受信器７５３へと渡
す。代わりに、タイミング信号が補助システム５０５か
ら送信される場合（無線端末５０１と補助システム５０
５がＣＤＭＡ通信システムの一部である場合)、タイミ
ング信号は通信受信器７４１より受信される。次に通信
受信器７４１はタイミング信号を端末コントローラー７
１０へと渡し、これはにタイミング信号をフィールド受
信器７５３へと渡す。
【００２１】どちらの場合でも、フィールド受信器７５
３は、必要なタイミング情報を衛星コンステレーション
５０３から得る必要なしに受信する。また、フィールド
受信器７５３は水平線より上の各衛星に対して、（１）
ＰＲＮ同期の評価、（２）ドップラーシフトの評価、
（３）５０ｂｐｓ変調ビットストリーム、を受信する。
これら情報の何れも衛星コンステレーション５０３から
直接受信せずに受信される。
【００２２】無線端末ないしＷＡＧクライエント５０１
は、各衛星に関する受信した情報（ナビゲーションデー
タ内の）を用いて、これら衛星が送ったＧＰＳ信号を獲
得する。例えば、ＷＡＧクライエントはドップラーシフ
ト評価およびＰＲＮ同期評価におけるＧＰＳ信号を検索
し、あるいはＰＲＮ同期評価の近くの同期位置の順次的
(progressive)な検索を行う。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、無線端末ない
しＷＡＧクライエントが位置するセルやセクター内の基
準位置における衛星信号のドップラーシフトおよびＰＲ
Ｎ同期を評価する方法に関する。この評価は、補助シス
テムないしＷＡＧサーバーが獲得したＧＰＳ信号によっ
て運ばれる情報に基づく。補助システムないしＷＡＧサ
ーバーは、無線端末ないしＷＡＧクライエントとは別の
位置にあるようにできる。ＰＲＮ同期およびドップラー
シフトの評価は、何らかの基準時間に基づく。この基準
時間は、ＷＡＧクライエントに対して、ＷＡＧサーバー
が送った支援メッセージからＰＲＮ同期およびドップラ
ーシフト評価を復調しデコードすることを可能にし、こ
れら評価を用いてＧＰＳ信号を獲得させることを可能に
するような（ここで、支援メッセージは、ＰＲＮ同期お
よびドップラーシフトの評価を示す）十分に遠い未来の
時間である。
【００２４】一実施例において、ＷＡＧクライエントに
対して遅延メッセージをブロードキャストすることがで
きる。この支援メッセージはＷＡＧクライエントで用い
られ、自分の位置を判断させる。ＷＡＧサーバーによる
更なる支援は必要なく、逆方向リンク通信も必要ない。
これは、更なるプライバシーを与える。なぜなら、この
システムはどのＷＡＧクライエントが自分の位置決定を
したいかという（もし存在すれば）知識を持たないから
である。別の実施例において、支援メッセージがオンデ
マンドでＷＡＧクライエントに送られる。この実施例に
おいて、ＷＡＧクライエントは通信リンクを確立し、直
ちに位置決定することを望み、位置決定動作が進行して
いることを知る。このモードにおいて、端末はＷＡＧサ
ーバーから支援を要求し、少しのメッセージを交換した
後、ＷＡＧサーバーからの支援によって位置決定され
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明のＷＡＧサーバーはＷＡＧ
クライエントが現在位置しているセルやセクター内の
「基準位置」にそのＷＡＧクライエントがいることを想
定する。ＷＡＧサーバーが獲得した衛星位置およびレン
ジング情報に基づいて、ＷＡＧサーバーは、ある基準時
間において基準位置におけるＷＡＧクライエントに対す
るＰＲＮ同期およびドップラーシフトを評価する。この
ＰＲＮ同期およびドップラーシフトの評価は「支援メッ
セージ」と呼ぶメッセージの一部として送信され、ＷＡ
Ｇクライエントによって用いられてＧＰＳ信号の獲得お
よび処理を容易にする。
【００２６】各セルおよびセクターに対してＷＡＧサー
バーは基準位置を定める。基準位置は、そのセルやセク
ターに位置するＷＡＧクライエントないし無線端末の位
置における大まかな推測を意味する。例えば、カバレッ
ジ範囲の重心とすることができる。高度を含む三次元位
置となるべきである。図４には、基地局２０１と、複数
のセクター２０２，２０３，２０４に分割されたそのセ
ルを示している。地点２０５は、カバレッジ範囲ないし
セクター２０３の重心に位置する点であり、セクター２
０３内の基準位置の例である。
【００２７】ＷＡＧサーバーは、「基準時間」を定め
る。この基準時間は、ＷＡＧクライエントが、支援メッ
セージを復調しレコードし、そのＧＰＳ受信器（ＷＡＧ
クライエントの）が位置決定の機会を得るのにする準備
が可能になるように、十分に遠い未来であるべきであ
る。基準時間は無線システム自身の時間基準スケールに
関連して定められるべきである。例えば、ＩＳ−９５シ
ステムにおいて、特定の２０ｍｓフレーム（フレーム
ｎ。将来ではｘｘｘ）の始まりとして定められる。基準
位置と基準時間は両方で、「基準イベント」と呼ぶ。Ｉ
Ｓ−９５のタイミングはＧＰＳ時間と比べ数マイクロ秒
以内であるので、このイベントもまたＧＰＳ時間スケー
ル上で正確に定められる。
【００２８】次に、ＷＡＧサーバーは各ＧＰＳ衛星から
の信号のパラメーターを、それらが基準イベントにある
際に計算する。これは、長い間動作している空全体を見
渡せる高品質ＧＰＳ受信器を備えるので可能とする。従
って、全ての衛星位置を知ることができる。基準イベン
トが未来にあるので、特定のパラメーター（選択された
可用性等）の将来のステータスに関して少量の不確定性
がある。しかし、計算が数秒先（１０〜１５秒）のみ先
に行われる限りこのエラーは無視できる。
【００２９】支援メッセージは多くの可視衛星に対して
これらパラメーターの値をＷＡＧクライエントに運ぶ。
これらパラメーターは、（１）空における衛星位置（例
えば、高度および方位）およびその時間導関数、（２）
衛星ドップラーシフト、（３）（ａ）Ｃ／Ａコードジェ
ネレーターのフラクショナルチップフェーズ、（ｂ）Ｃ
／Ａコードジェネレーターの全チップ状態、（ｃ）どの
コードの連続が受信されたかを定める１ｍｓエポック、
（ｄ）どの変調ビットが受信されたかを定める２０ｍｓ
エポック、で構成する衛星信号の「到着時間」、であ
る。
【００３０】勿論、ＷＡＧクライエントは正確に基準位
置にあるわけではない。従って、ＷＡＧクライエントに
より観測される衛星信号の到着時間は、若干異なること
となる。ＷＡＧサーバーはまた、カバレッジ範囲の大き
さや形（例えば、特定のセクターの大きさ）の関数とし
てこの相異の最大範囲を計算すべきである。この計算は
空における衛星の位置、および基地局から無線端末ない
しＷＡＧクライエントへの伝播遅延を考慮してなされ
る。
【００３１】この後者は、衛星、基地局、セクターの相
対的位置に従って、タイミングの不確定性範囲を増やし
たり減らしたりする。この計算はまた、存在することは
知られる更なるタイミング不確定性の原因（例えば、Ｉ
Ｓ−９５とＧＰＳ時間の間に許された１〜３μｓのタイ
ミング差）のいずれをも含むようにすべきである。結果
は、到着時間の値の範囲の上限と下限となる。この情報
は、ＷＡＧクライエントによって用いられてＧＰＳ信号
を見つける検索間隔を定めるのに使われる。
【００３２】最後に、ＷＡＧクライエントは、基準時間
の近くで各衛星によってどのような情報ビットが送られ
たかを知る必要がある。非常に長いインテグレーション
時間を可能にするため、数秒分に相当するデータを運ぶ
ことが好ましい。各衛星が５０ｂｐｓの速度で送信する
ので、この支援メッセージの部分はおそらく最も大きい
ものであろう。例えば、１０の衛星が可視であり、１２
秒分のデータを運ぶことを望むのであれば、６０００ビ
ットほど運ぶ必要がある。しかし、異なるＧＰＳ衛星が
頻繁に同じデータを送ることを観測することによってこ
の量を減らすことができる。従って、支援メッセージに
は、衛星の間で共有することができる送信ナビゲーショ
ンデータビットのレコードを備える。
【００３３】同じビットを送る異なる衛星の例して、サ
ブフレームが始まるごとに（６秒ごとに）発生するテレ
メトリーワードとハンドオーバーワードを含む。また、
ＧＰＳ伝送フレームの全体の第４および第５サブフレー
ムは全ての衛星に対して公称上同じである（２つのサブ
フレームは１２秒の範囲にわたり３０秒ごとに発生す
る）。従って、もしＷＡＧサーバーがこれら２つのサブ
フレームの間の中間点で発生するように基準時間を選べ
ば、３０秒ごとに１回、比較的小さな支援メッセージ
（２０００ビットより小さいもの）によって非常に長い
インディグレーション時間（１２秒）をカバーするよう
な位置決定の機会を提供することが可能となる。
【００３４】観測される読み取り者は基準時間が未来で
あるので、ＷＡＧサーバーは支援メッセージの一部とし
て運ばれたナビゲーションデータビットを予測しなけれ
ばならないことに気づくであろう。このことは大きな問
題ではない。なぜなら、それらは周期的に繰り返されあ
まり頻繁には変わらないからである。時々予測が正しく
ない場合がある。この場合、上記位置決定の機会の恩恵
を受ける何れのＷＡＧクライエントも、予測におけるビ
ットエラーのため信号対雑音比が劣化してしまう。
【００３５】この劣化は、サブフレームの特定の部分
（例えば、テレメトリーワードやＨＯＷ）を他のものよ
り信頼性が高く予測することを観測することによって簡
素化することができる。衛星送信のこのような部分を好
んで用いることによって、予測エラーのインパクトは最
小化する。また、もしこの位置決定技術が広がれば、Ｇ
ＰＳシステムを管理している者に対して小さなアドバン
スマージン（例えば、５分間）で将来の衛星アップロー
ドのコンテンツ(content)を公に利用可能であるように
（例えば、ウェブ上で）することができる。これにより
ＷＡＧサーバーは受信ＧＰＳ信号から将来送信されるビ
ットを予測しなくても済む。
【００３６】この支援メッセージは、多くの位置決定モ
ードと関連して用いることができる。本発明は、２つの
異なる位置決定「モード」を特定する。これら２つの異
なる位置決定モードは、２つの基本的に異なる必要条件
のセットをカバーし、それと組み合わせ、多くのＷＡＧ
アプリケーションを収容するように柔軟性がある。これ
ら２つの異なる位置決定モードは、「ブロードキャス
ト」と「オンデマンド位置決定」である。最初の位置決
定モード、ブロードキャストは、恩恵を受けようとする
カバレッジ範囲内の全ての端末に対して定期的な間隔
（例えば、１分間に１度）に位置決定「機会」を与え
る。その主な目的は、アイドルモード端末の位置決定を
可能にすることである。
【００３７】このモードにおいて、基地局はブロードキ
ャストチャネル上を定期的に支援メッセージ（ＷＡＧサ
ーバーから受信した）を送信する。これらメッセージ
は、適切に装備された無線端末によって用いられてそれ
らの位置決定するのに用いられる。ＷＡＧサーバーによ
る更なる支援は必要ではなく、逆リンク通信も必要では
ない。このことにより、プライバシーが増す。なぜな
ら、システムがどの端末が自分の位置決定をしているか
という知識を持っていないからである。第２の位置決定
モード、オンデマンド位置決定は、例えば、緊急呼び出
しをしようとしているユーザーに恩恵を与える。この場
合、ユーザーは通信リンクを確立し、直ちに位置決定す
ることを望み、位置決定動作が進行していることを知
る。このモードにおいて、端末はＷＡＧサーバーから支
援を要求し、そして幾つかのメッセージの交換の後、Ｗ
ＡＧサーバーからの支援によって位置決定される。
【００３８】ブロードキャストモードの主な目的は、ア
イドル端末の連続的な位置決定のこれら端末のＷＡＧサ
ーバーとの交換情報を必要とせずに可能とし、例えば、
ビル内の深い場所のようなフェーディング環境が悪い位
置であっても満足できる位置決定結果を得られるように
位置決定ヒストリーのレベレージを可能にし、全てのイ
ネーブルの正当な端末によって公で用いることができ
る。比較的少ないビットを送信することによって支援Ｇ
ＰＳ機能の最大な効率的な利用をすることである。
【００３９】ブロードキャストモードは、ＷＡＧの「単
方向」実装であり、ここで端末は完全にその位置決定す
るため「オンデマンド位置決定」モードよりも少し多く
動作をしなければならないが、逆方向リンク通信が必要
なくなるという利点を発揮する。このモードにおいて、
基地局はブロードキャストチャネル上で定期間隔で位置
決定支援メッセージを送る。これらメッセージは、利用
することを望むカバレッジ範囲内の全ての端末に利用可
能であり、位置決定動作を完了するのに必要な全ての情
報を含む。これらメッセージを「位置決定機会」と呼
び、もし十分に頻繁に発生すれば、（例えば、１分あた
り１，２度)、カバレッジ範囲内の全ての端末に対して
仮想的に連続的に位置カバレッジを提供することができ
る。
【００４０】実際に、アクティブ端末でさえもこのモー
ドの恩恵を受け、オンデマンドの位置決定モードのオー
バーヘッドなしで位置決定することを可能とする。もし
プライバシーを重視するのであれば、これは特に利点で
あり、このモードにおいてどの端末が自分の位置決定を
しているかという知識をシステムは持たず、勿論それら
位置の知識も持たない。ブロードキャストチャネル上の
非常に中庸な平均キャパシティ負荷（３０秒ごと１度の
２，３ｋビットメッセージに対応する）に提供すること
ができる。
【００４１】オンデマンド位置決定モードは、直ちに端
末の位置決定を必要とする状況、そしてこれら端末がブ
ロードキャストモードによって進展したことの情報に依
存しないでアクティブ端末を位置決定するような状況、
大きな精度を必要とする状況をサポートする。オンデマ
ンド位置決定は、ＷＡＧの「ツーウェー(two-way)」実
装である。ここで、ここの端末はＧＰＳ信号を測定し直
ちにその結果に応答する。このモードにおいて、基地局
は通常、オンである（ブロードキャストチャネルないし
パケットモードの可能性のある利用はアプリオリ（自明
公理的）に排除すべきではないが）トラフィックチャネ
ルを用いて位置決定される端末に支援メッセージを送
る。
【００４２】メットワークから移動体へと行くメッセー
ジは「位置決定評価ステータスメッセージ」と呼ぶ支援
メッセージである。その端末に送られるメッセージは、
その特定の端末の必要性に応じて変化させ、多くの時間
において位置決定動作を完了させるのに必要な全ての情
報を含むこととする。もし情報によって不十分であるこ
とが明らかであれば、移動体から更なる処理データを要
求するように別の位置決定評価ステータスメッセージが
続くこととなる。
【００４３】第１表は、本発明の一実施例に従い、支援
メッセージに含まれる全てのフィールドをそれらのビッ
ト数とともに示した、本発明の一実施例に従う、大きさ
をビット数で表したＡＮ支援メッセージに含まれる全て
のフィールドのリストである。同じメッセージ構造がオ
ンデマンドとブロードキャストモード両方に対して用い
られる。ここでブロードキャストモードは受信したパラ
メーターを蓄積したりローリングウインドウにてそれら
を用いたりし、オンデマンドモードは全ての必要なデー
タを直ちに提供する。支援メッセージはＧＰＳ信号を変
調するビットシーケンスを含み、ＷＡＧ受信器がそれら
を除去することができるようにされていることに留意さ
れたい。 第１表：大きさをビット数で表したＡＮ支援メッセージに含まれる全てのフィー ルドのリスト ──────────────────────────────────── パラメーター名 ビット数 合計 ──────────────────────────────────── 支援メッセージの種類 ２ 支援メッセージ基準番号 １０ 基準位置−横方向と縦方向 ２０＋２０ 基準位置−高度 １０ 基準時間 １６ 合計：９２ ＳＶの数 ４ ナビゲーションデータレコードの数 ４ ナビゲーションデータレコード大きさ ６ ──────────────────────────────────── 次の９レコードは「ＳＶの数」の回数分繰り返される ──────────────────────────────────── ＳＶ識別子 ６ ＳＶ高度および方位 １８＋１８ ＳＶ高度および方位の時間導関数 ４＋４ ＳＶドップラーシフト １８ 到着時間−フラクショナルチップフェーズ １２ 合計： 到着時間−コードジェネレーター状態 １０ １１５× 到着時間−１ｍｓエポック ５ ［ＳＶの数］ 到着時間−２０ｍｓエポック ４ ＴＯＡレンジ（チップ）のハイおよびローエンド ６＋６ ナビゲーションデータレコードへのポインター ４ ──────────────────────────────────── 次のレコードは［ナビゲーションデータレコードの数］の回数分繰り返される ──────────────────────────────────── ＳＶナビゲーションデータメッセージビット [30×ナビゲーションデー ターレコード大きさ] ────────────────────────────────────
【００４４】支援メッセージの設計の思想を以下に説明
する。多くの量を表現するのに必要なビット数は運ばれ
るのに必要なレゾリューションに依存する。これは、各
量が何に用いられるかに依存する。第１表は必要とされ
るビットサイズを示し、ここではそれら値がどのように
得られたかを説明する。ＷＡＧ受信器の潜在的正確さは
差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）受信器のものと同じである。な
ぜなら、アルゴリズムが同等であるからである。ＤＧＰ
Ｓ受信器は頻繁に、サブメーター精度を達成することが
でき、従って、パラメーターが運ばれるレゾリューショ
ンがサブメーター位置の精度と整合していることを必要
とする。
【００４５】エラー制御のためのパリティービットが許
されないことに留意されたい。これは、１０-6ビットエ
ラーレート（ＢＥＲ）のデータ通信のＩＭＴ−２０００
の要件と整合する。この数値は支援メッセージを運ぶの
に適当である。このＢＥＲを利用できない場合、ナビゲ
ーションデータビットを含むメッセージの部分が変調ワ
イプオフのみのため用いられることが観測され、従っ
て、ＳＮＲに最小の影響しか与えずにＢＥＲを１０-2と
同等な高さまで耐えることができる。しかし、残りの支
援メッセージは、１０-4位よりも良いＢＥＲを必要と
し、ビットエラーによる位置決定の失敗の影響がもしで
きるようであることを確実にする。
【００４６】以下に、各フィールドと対応するビット要
件を説明する。基準位置 これは、移動体が存在するような全般的な範囲にあるべ
きである任意に選ばれた点である。セル／セクターの中
心はこの位置に対して自然に選択される者である。表現
するのに大きなレゾルーションは必要とされない。従っ
て、横方向と縦方向に対してそれぞれ２０ビット、高度
に対して１０ビットを想定する。これは、４０ｍよりも
良いレゾリューションに対する。これは非常に重大なこ
とであるが、このパラメーターは全体のメッセージの大
きさに最小の影響しか与えないので無視することとす
る。
【００４７】基準時間 これは前のものと同様に大きなレゾリューションを必要
としない。前のサブセクションの例と同様に、これは将
来の指定された２０ｍｓフレームの始まりとなることが
できる。我々はどのフレームかを特定する１６ビットを
許すこととする。再び無視することとする。
【００４８】ＳＶの数 可視な衛星はどれ位か？４ビットであれば１６までを可
能とする。
【００４９】ＳＶ識別子 特定の衛星ないし準衛星(pseudolite)を特定するため６
ビットを許すこととする。
【００５０】ＳＶエレベーションおよび方位(azimuth) これらの角度は無線端末ないしＷＡＧクライエントの実
際の位置を基準位置からの差分値として計算するのに用
いられる。無線端末ないしＷＡＧクライエントが基準位
置から数千メートル離れていることがあるので、もしサ
ブメーター精度を達成できるならば、０.1ｍラジアンよ
りも良い解像度が必要である。従って、各量に対して１
８ビットを想定する。
【００５１】ＳＶの高度および方位の時間導関数 位置決定の機会の１２秒間の継続時間の間、ＳＶは１ｍ
ラジアン（基準時間の何れの側上の１／２ｍラジアン）
だけ移動することができる。前のアイテムの１８ビット
レゾリューションが意味あるようにするため、各導関数
に対して４ビット必要である。これらは、位置決定機会
内の全ての時間にて正確な角度を獲得するために用いら
れる。
【００５２】ＳＶドップラーシフト このパラメーターには３つの目的がある。即ち、（１）
受信した搬送周波数を訂正し、受信器のバンド幅内に納
めること、（２）適切なインテグレーションのために高
度ジェネレーターのクロック周波数を訂正すること、
（３）位置決定機会内の全ての時間において高度フェー
ズ差を予測すること、である。最後の（３）は、最も厳
しい要件である。なぜなら、サブメーターの精度を達成
するためには、コードフェーズ差をサブｎｓの精度で予
測しなければならないからである。基準時間から６秒離
れてそのようにするため、クロック周波数は、０.１５
Ｈｚの搬送ドップラーシフトに対応する０.１ＭＨｚよ
りも良くなければならないことが知られている。搬送波
ドップラーシフトの範囲が約±４ｋＨｚなので、このパ
ラメーターに対して１８ビットを許すこととする。
【００５３】ＳＶ信号の到来時間 前と同様にこのパラメーターは位置を計算するのに用い
られる。サブメーターの精度を達成するため、サブｎｓ
の精度が必要となる。従って、フラクショナルチップフ
ェーズに対して１２ビットを割り当てる。コードピリオ
ドは１０２３チップであり、コードジェネレーター状態
に対して１０ビットを必要とする。ビット当たり２０の
１ｍｓエポックがあるのでコードジェネレーターの状態
に対して５ビット必要となる。この最後のアイテム、即
ち２０ｍｓエポックのため、解決しようとするのがどの
ような種類の不確定性であるかを問い合わせなければな
らない。全てのパラメーター値は、基準イベントに対し
て相対的である。公称的には、それは第４と第５サブフ
レームの間の中点である。しかし、衛星と地球の表面の
間の距離が変化するため、また基準時間の仕様のおおま
かさ(granularity)や他のオフセットの原因のため、そ
の位置は数十ミリ秒ほど外れることとなる。それは、２
０ｍｓエポック仕様によって、カバーしなければならな
い範囲である。気前良く、これに対して４ビットを割り
当てる。これは±１６０ｍｓの範囲をカバーし、十分で
ある。
【００５４】ナビゲーションデータレコードへのポイン
ター いくつのナビゲーションデータレコードが続くかを示
す。
【００５５】ＳＶナビゲーションデータメッセージビッ
ト これはＳＶから受信したビットを与え、移動体にてイン
テグレーション時間を長くすることを可能にする。ナビ
ゲーションデータレコードの大きさは、このインテグレ
ーションサイクルにて用いるために利用可能となったＧ
ＰＳデータワードの数である。ＧＰＳデータワードはそ
れぞれ、３０ビットの長さを有することに留意された
い。
【００５６】第２表、第３表は、リスポンスメッセージ
に含まれた全てのフィールド（パラメーターサイズおよ
び機能）のリスト６００および７００を示す。
【００５７】 第２表：ＧＲＲＭパラメーターサイズおよび機能（ネットワーク−支援計算） ──────────────────────────────────── パラメーター名 ビット数 合計 ──────────────────────────────────── リスポンスメッセージの種類 ２ 合計：２０ 擬似範囲レポートの数 １０ ステータスレポートの数 ８ ──────────────────────────────────── 次の６レコードは、[擬似範囲レポートの数]の回数分繰り返される。 ──────────────────────────────────── 補助メッセージ基準番号 １０ ＳＶ識別子 ６ インテグレーション間隔サイズ ４ インテグレーション間隔オフセット ６ 観測したドップラー １４ 合計： 観測したフラクショナルフェーズ １２ ８９ 観測した全体チップ ７ ×［擬似範囲 信号強度 １０ のレポート 将来の拡張のための予備 ２０ の数］ ──────────────────────────────────── 次の３レコードは、[ステータスレポートの数]の回数分繰り返される。 ──────────────────────────────────── 補助メッセージ基準番号 １０ ステータスレポートのサイズ ８ ステータスレポート ８×[ステータスレポートの数] ────────────────────────────────────
【００５８】 第３表：ＧＲＲＭパラメーターサイズおよび機能（ハンドセット−オートノマス 計算） ──────────────────────────────────── パラメーター名 ビット数 合計 ──────────────────────────────────── リスポンスメッセージの種類 ２ 合計：１０ ステータスレポートの数 ８ ──────────────────────────────────── 次のレコードは、[ステータスレポートの数]の回数分繰り返される。 ──────────────────────────────────── 補助メッセージ基準番号 １０ 合計： Δ時間 １８ ９８ Δ横方向 １８ ×ステータス Δ縦方向 １８ レポートの数 Δ高度 １８ 品質識別子 ８ ステータスレポートのサイズ ８ ──────────────────────────────────── ステータスレポート ８×［ステータスレポートの数］ ────────────────────────────────────
【００５９】第２表はネットワーク支援計算に用いられ
るメッセージを示している、可能性のある応答メッセー
ジに含まれる全てのフィールド（パラメーターの大きさ
および機能）のリストである。この種類のメッセージに
て無線端末ないしＷＡＧクライエントは、全ての可視衛
星から４〜１０擬似範囲をステータスレポートなしでレ
ポートすることによってその現在の位置に関する情報を
運ぶ。このようなメッセージのサイズは３００〜８００
ビットである。もしこのメッセージの種類が異なる時間
にて測定される幾つかの異なる位置を運ぶのに用いられ
るならば、大きさは、３００〜７００ビットにレポート
された位置の数をかけ算したものとなる。もしステータ
スレポートが含まれていれば、合計に加わるべきであ
る。インデックスのサイズによってかかる絶対的な大き
さの制限は６０５６２７ビットである。これは明らかに
実際関心がある全ての場合を収容できるように十分に大
きい。
【００６０】第３表は、ハンドセットオートノマス計算
に用いるメッセージを示す。この種のメッセージにおい
て、無線端末ないしＷＡＧクライエントは、その座標
（時間と空間）をステータスレポートなしでレポートす
ることによってその現在の位置に関する情報を運ぶ。こ
の座標は、対応する補助メッセージの基準イベントから
のオフセットとして表現される。このようなメッセージ
のサイズは５０８ビットである。もしこのメッセージの
種類が異なる時間にて測定される幾つかの異なる位置を
運ぶのに用いられるならば、サイズは、１０８ビットに
レポートされる位置の数をかけ算したものとなる。もし
ステータスレポートが含まれるならば、それらのサイズ
も合計に加わるべきである。インデックスの大きさによ
ってかかる絶対的なサイズの制限は５４５２００ビット
である。これは明らかに、実際に関心がある全てのケー
スを収容するのに十分に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】衛星ポジショニングシステムのブロック図。
【図２】図１の補助システムのブロック図。
【図３】図１の無線端末のブロック図。
【図４】ベースステーションに対応するセルのセクター
内の基準位置の例。
【符号の説明】
１００ 衛星ポジショニングシステム ２０１ 基地局 ２０２，２０３，２０４ セクター ２０５ 地点 ５０１ ＷＡＧクライエント（無線端末） ５０２ 信号 ５０３ 衛星コンステレーション ５０４ 無線通信リンク ５０５ ＷＡＧサーバー（補助システム） ５０７ タイミングソース ５５１ 通信アンテナ ５５２ タイミング信号アンテナ ５５３ ＧＰＳ受信アンテナ ６０１ 粗位置評価器 ６０３ タイミング信号受信器 ６０５ ＧＰＳ受信器 ６０７ タイミング信号較正器 ６０９ ＰＲＮ同期評価器 ６１１ 復調器 ６１３ 衛星可視評価器 ６１５ 衛星ドップラー評価器 ６１７ 通信システムマネージャ ６１９ 通信受信器 ７１０ 端末コントローラー ７２０ ユーザーインターフェース ７３１ アンテナ ７３３ デュプレキサ ７４１ 通信送信器 ７５１ 通信受信器 ７５３ フィールド受信器 ７５５ タイミング受信器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョバンニ バンヌッチ アメリカ合衆国、07701 ニュージャー ジー、レッド バンク、ラットゥレッジ ドライブ 329 (56)参考文献 特開 平８−327719（ＪＰ，Ａ) 特許3294202（ＪＰ，Ｂ２) 特許3352954（ＪＰ，Ｂ２) 国際公開97／4053（ＷＯ，Ａ１) 国際公開97／9653（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 H04B 7/15

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置決定を支援する方法であって、 (Ａ) 基準位置と無線端末の未来の基準時間とにおける
    衛星信号のPRN同期とドップラーシフトとを評価するス
    テップを含み、該基準時間は、該無線端末が PRN 同期と
    ドップラーシフトの評価を復調してデコードするのに要
    求される時間よりも大きな未来における時間であり、該
    方法は、さらに、 (Ｂ) 該PRN同期とドップラーシフトの評価を該無線端末
    に送信するステップを含む方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、該ＰＲ
    Ｎ同期とドップラーシフトの評価は、該基準時間に基づ
    く方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、該ＰＲ
    Ｎ同期とドップラーシフトの評価は、該基準位置とは異
    なる位置にて受信した衛星信号によって運ばれる情報に
    基づく方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法において、該ＰＲ
    Ｎ同期とドップラーシフトの評価は、定期的な間隔で送
    信される方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の方法において、該ＰＲ
    Ｎ同期とドップラーシフトの評価は、該無線端末の位置
    決定をする指示を受信した際に送られる方法。
  6. 【請求項６】 位置を決定する方法であって、 (Ａ) 無線端末の基準時間において基準位置のＰＲＮ同
    期評価とドップラーシフトの評価を有する補助メッセー
    ジを該無線端末において受信するステップを含み、該基
    準時間は、該無線端末が PRN 同期評価とドップラーシフ
    トの評価とを復調してデコードするのに要求される時間
    よりも大きな未来における時間であり、該方法は、さら
    に、 (Ｂ) 該ＰＲＮ同期評価とドップラーシフトの評価とに
    基づいて衛星信号を探索するステップを含む方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、該補助
    メッセージ内の該ＰＲＮ同期評価とドップラーシフトの
    評価は、基準時間に基づく方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の方法において、該探索
    は、基準時間に行われる方法。
  9. 【請求項９】 位置決定の支援する方法であって、 (Ａ) 未来における基準イベントについてＰＲＮ同期と
    ドップラーシフトとを評価するステップと、 (Ｂ) 該基準イベントに基づいて定期的間隔で該ＰＲＮ
    同期とドップラーシフトの評価とをクライアントに送信
    するステップとを含み、該基準イベントは、該クライア
    ントが該送信された PRN 同期とドップラーシフトの評価
    とを復調してデコードするのに要求される時間よりも大
    きな未来における基準時間を含む方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の方法において、該Ｐ
    ＲＮ同期とドップラーシフトの評価は、ブロードキャス
    トチャネル上で送信される方法。
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