JP4308257B2 - 非同期無線ネットワーク内の移動局において粗雑なｇｐｓ時間を設定するシステム - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、2003年6月23日に出願された米国仮出願第60/489,652号に対して優先権を主張している。
本発明は、概ね、無線信号の使用によって、セルラ電話のような移動局の所在位置を判断する所在位置位置特定システムに関する。

グローバルポジショニングシステム（global positioning system, GPS）衛星に基づく既存の所在位置位置特定技術は、宇宙飛行体（space vehicle, SV）として一般に知られている、ＧＰＳ時間に精密に位相を参照した信号を送信する衛星のネットワークを使用する。地上のＧＰＳ受信機は、各“可視”のＳＶ（すなわち、受信機が信号を受信することができる各ＳＶ）から信号が到達する相対時間を測定する。信号が到達する相対時間を、ＳＶの精密な位置特定と共に用いて、三角測量として一般に知られている技術を使用して、ＧＰＳ受信機の所在位置を判断する。信号が送信された時間における各ＳＶの位置特定を精密に判断するために、信号が各ＳＶから送信された時間における、ＧＰＳ時間の比較的に精密な推定値が必要とされる。例えば、ＳＶは、地球を基準にして、９５０メートル／秒移動し得る。ＳＶの位置特定は、特定の時間点における、軌道におけるＳＶの位置特定を予測する数式を使用して計算される。ＳＶの速度のために、１ミリ秒の時間の誤差は、最大０．９５メートルのＳＶの所在位置の誤差に匹敵することになる。ＧＰＳ受信機の計算された所在位置における結果の誤差は、一様でない。しかしながら、一般的な経験則として、１ミリ秒の時間の誤差は、ＧＰＳ受信機の計算された所在位置における約０．５メートルの誤差になるであろう。

信号がＳＶから送信された精密な時間を知るために、標準のＧＰＳ受信機は、受信信号からの送信時間を復調するか、またはローカル受信機クロックとＧＰＳ時間との差を推定するクロックバイアス推定値を維持する。ＧＰＳ受信機の自由に動くクロックとＧＰＳ時間との時間バイアスを設定することを、しばしば、“クロックを設定する”と言う。ＳＶ信号がＧＰＳ受信機によって好適な状態で受信されると、ＧＰＳ受信機は、受信信号に含まれている情報に基づいて、クロックを設定することができる。受信された情報は、送信時間を示す。しかしながら、ＳＶによって送信された必要情報を受信するのに必要とされる時間量のために、最良の状態においてさえ、クロックの設定が、相当な時間（例えば、６秒まで、またはそれ以上）を費やすことがある。さらに加えて、信号が遮断されるか、またはさもなければ、弱められる環境では、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ時間に対してクロックを設定することができず、したがって、その所在位置を判断することができない。

クロックを設定する別のやり方では、クロックを、ＧＰＳ時間に対して既知の関係性をもつ参照クロックと同期させる。例えば、ＧＰＳ時間に同期することは、ＣＤＭＡネットワークにおいて使用されているＣＤＭＡ移動局（mobile station, MS）(例えば、セルラ電話)では簡単である。これは、ＣＤＭＡネットワークがＧＰＳ時間に同期しているからである。ＧＰＳ時間に同期しているということは、ネットワーク内の各基地局からの送信が、ＧＰＳ時間に対して参照されることを意味する。したがって、ＭＳ内のＣＤＭＡ受信機は、ＧＰＳ時間の知識をもっている。ＭＳ内のオペレーティングソフトウエアは、例えば、ＧＰＳ時間を精密なハードウエア信号またはパルスに関係付けて、ＧＰＳ受信機のソフトウエアがＧＰＳ時間をそれ自身のクロックタイムと精密に対応付けることができるようにすることによって、このＧＰＳ時間をＧＰＳ受信機のソフトウエアに簡単に転送することができる。既に記載したように、ＧＰＳ受信機内で精密なＧＰＳ時間が予め分かっていると、ＧＰＳ受信機の位置特定を判断する（通常、“ＧＰＳの位置決定を得る”と言われる）のに必要とされる時間を相当に短くすることができる。とくに、雑音のある環境では、精密なＧＰＳ時間が予め分かっていることは、ＧＰＳの位置決定を得るのに、重要に、または必須にさえなり得る。

ＣＤＭＡシステムにおけるＧＰＳの位置決定のより迅速で、より効率的な判断のために、電子機械工業会／米国電気通信工業会（Electronics Industry Association/Telecommunications Industry Association, EIA/TIA）は、“ＩＳ−８０１標準”、または単に“ＩＳ−８０１”として知られている標準を採用した。ＩＳ−８０１は、規則の組（通常、“プロトコル”と呼ばれる）を含む。プロトコルは、所在位置位置特定サーバ（通常、ＰＤＥと呼ばれる）とＭＳとの間で交換されることができるデータコンテントおよび一連のメッセージを規定する。これらのＩＳ−８０１メッセージは、ＧＰＳ受信機が疑似範囲を測定するか、または位置特定の位置決定を生成するか、あるいはこの両者を行うのを助ける。例えば、ＩＳ−８０１のメッセージは、“天体暦（ephemeris）”に対する要求を含む。天体暦は、ＳＶの軌道に関する情報である。ＩＳ−８０１のメッセージは、ＳＶが送ると予想されるビットパターンに関する情報のような、他の支援情報も含む。ビットを予測することは、ＧＰＳ受信機が、より長い時間期間における一貫性のある統合を行うことを可能にする。また、これはＧＰＳ受信機の感度を高める。

しかしながら、グローバル システム フォー モバイル（Global System for Mobile, GSM）通信ネットワークのような、幾つかのセルラネットワークは、ＧＰＳ時間に同期しない。このようなシステムは、“非同期”と言われる。したがって、非同期ネットワーク内のＧＰＳ受信機は、通信信号からＧＰＳ時間への直接のアクセスをもたない。雑音がある場合、またはＳＶからの信号が減衰されるときは、通信システムからＧＰＳ時間を得る得難い満足をもたないＧＰＳシステムは、ＧＰＳの位置決定を判断するのに、より長い時間がかかり得る。極端な場合に、雑音が多過ぎると、ＧＰＳの位置決定を判断することは、不可能になり得る。非同期システムにおいてＧＰＳ時間を判断する１つの方法は、“パターン照合”方法と呼ばれる。パターン照合方法では、ＭＳにおいてＧＰＳ信号が受信される時間は、ＧＰＳ時間に同期している参照受信機においてＧＰＳ信号が受信される時間と比較される。送信側ＳＶと参照受信機との間の距離が、送信側ＳＶとＧＰＳ受信機との間の距離に本質的に等しいと仮定すると、信号が参照受信機によって受信される時間を使用して、ＧＰＳ受信機のクロックを設定することができる。しかしながら、ＧＰＳのＳＶによって送信される情報は反復されるので、パターン照合方法の効率的な動作では、ＭＳがＧＰＳ時間に“粗雑に（coarsely）”、例えば、数秒以内で、同期することを要求する。そうでなければ、ＧＰＳ受信機によって受信された情報が、参照受信機によって受信された情報と同時に送信されたかどうかを判断することは不可能である。

例えば、同じ情報が、特定のＧＰＳのＳＶによって２秒ごとに送信されると仮定する。さらに加えて、ＧＰＳ受信機内のクロックが、参照受信機内のクロックから、２秒ずれている可能性があると仮定する。ここで、参照受信機内のクロックとＧＰＳ受信機内のクロックの両者が、問題の情報が午後１２時ちょうどに受信されたことを示したと仮定する。情報がＧＰＳ受信機によって本当は何時に受信されたかは分からないので、実際は情報が午後１２時、午後１２時２秒前、または午後１２時２秒後に受信された可能性がある。したがって、ＧＰＳ受信機によって受信された情報は、実際はＳＶによって、参照受信機によって受信された情報と同時に、２秒前に、または２秒後に、送られた情報であるかもしれない。したがって、参照受信機およびＭＳのクロックが完全に同期しているか、または同期が２秒ずれているかを区別するやり方はない。

粗雑な時間同期は、パターン照合方法が、あいまいさのない厳密な時間を判断できることを保証するように、ＭＳ内のクロックがＧＰＳ時間に十分に精密に同期していることを保証する。粗雑な時間同期を設定するための幾つかの方法が知られている。１つの方法では、メッセージの送信と肯定応答（acknowledge）との対が使用される。例えば、ＭＳは、時間の要求を送信し、同時に、ローカルタイマを始動する。ＢＴＳは、ＭＳからの要求を受信し、現在の時間を送ることによって、要求の受信に肯定応答する。ＭＳは、ＢＴＳから時間推定値を受信する。その後で、ＭＳは、ローカルタイマを停止し、経過時間を読み出す。このようなシステムは、粗雑な同期化を設定するのを支援することができるが、コストを追加し、複雑になり、望ましくない時間遅延を取り込み得る。したがって、ＧＰＳ受信機において粗雑なＧＰＳ時間を設定するための、より迅速で、より効率的なシステムが必要とされている。

本明細書に記載されている方法およびシステムは、同期ネットワークのみにおいて使用するのを意図されたＩＳ−８０１プロトコルの使用が、粗雑な時間を設定するのに使用される処理を向上することによって、非同期ネットワーク内の移動局（ＭＳ）によって使用されることを可能にする。開示された方法およびシステムの１つの実施は、“パターン照合”アルゴリズムが、受信機のクロックを精密なＧＰＳ時間により精密に設定することを可能にする。

本明細書では、基地局を介して所在位置判断エンティティ（position determining entity, PDE）と通信している移動局（ＭＳ）のＧＰＳ受信機において粗雑なＧＰＳ時間を設定する方法が記載される。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ時間に同期した複数のＳＶから送信されたナビゲーションビットを定期的に受信するように構成されている。ナビゲーションビットは、少なくとも１つの時間表示フィールドを含む。ＭＳは、ＰＤＥから感度支援（sensitivity assistance, SA）メッセージを要求する。メッセージは、予測ナビゲーションビットの列を含む。ＭＳからの要求に応答して、ＳＡメッセージは、ＧＰＳ時間にほとんど遅れずに、基地局から送られる。ＳＡメッセージは、ＭＳにおいて受信され、受信時間はセーブされる。予測時間表示フィールドは、予測ナビゲーションビット内に位置を特定される。位置を特定された時間表示フィールドに応答して、予測の週の時間“（Time of Week, TOW）”が判断される。予測ＴＯＷに応答して、予測ナビゲーションビットが予測ＴＯＷによって示された時間に受信されたことを反映するように、粗雑なＧＰＳ時間がＧＰＳ受信機内で設定される。ＧＰＳ受信機は、粗雑な時間を使用して、ＧＰＳ受信機の位置特定を、より迅速で、効率的に位置決定することができる。例えば、粗雑なＧＰＳ時間および予測ナビゲーションビットに応答して、パターン照合アルゴリズムは、精密なＧＰＳ時間を与えるように働かされ得る。

粗雑な時間をよりよく設定するために、予想のネットワークの待ち時間を使用することによって、ＴＯＷの予想誤差が判断され得る。その後で、ＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定するステップは、ネットワークの待ち時間による予想誤差を考慮に入れるように、時間を調節することを含み得る。

本明細書で開示される方法は、従来のＩＳ−８０１のメッセージを使用して、ＧＳＭまたはユニバーサル移動電話サービス（Universal Mobile Telephone Service, UMTS）のような非同期ネットワークにおいて、ＧＰＳ受信機の位置特定の位置決定を支援することを可能にする。記載されている実施形態において、送信されたナビゲーションビットは、複数のフレームを含むフォーマットをもつ。各フレームは、複数のサブフレームへ編成されている。各サブフレームは、“週の時間”フィールドのような、“時間表示”フィールドをもつ。ＩＳ−８０１標準のＳＡメッセージは、予測ナビゲーションビットの少なくとも１つのサブフレームを含む。このような実施形態では、方法は、“予測時間表示”フィールドを予測ナビゲーションビットのサブフレーム内に位置を特定することと、予測時間表示に応答して、ＴＯＷを計算することとをさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、ＳＡメッセージは、予測ナビゲーションビットの長さを特定する“データ長”フィールドと、“参照ビット数”とを含む。参照ビット数は、実際の参照ビットを含むフレームの第１のビットを基準にして、実際のナビゲーションビットのフレーム内における“実際の参照ビット”の位置を特定する。

実際の参照ビットとして選択される特定のビットが選択されるのは、それが、予測ナビゲーションビットのストリーム内の既知の位置特定にある予測参照ビットに対応するからである。予測ナビゲーションビットのストリームの始めを基準にして、予測参照ビットの位置特定が分かる。フレームの始めを基準にして、実際の参照ビットを、予測ナビゲーションビットのストリームの始めを基準にして、予測参照ビットを位置特定することによって、予測ナビゲーションビットのストリーム全体の中のフィールドの各々を識別し、位置特定することができる。

位置を特定されると、予測ナビゲーションビット内の時間表示フィールドは復号され、“予測時間表示”を与える。予測時間表示に応答して、予測ナビゲーションビット列の予測の第１のビットが受信されたと推定されるＴＯＷが判断される。したがって、粗雑なＧＰＳ時間は、予測ナビゲーションビット列の予測の第１のビットが受信されたと推定されるＴＯＷに基づいて、予測ナビゲーションビット列の予測の第１のビットが、ＧＰＳ受信機内で受信されたときに設定される。予測時間表示は、週単位での時間参照に関して定められる。ＴＯＷを判断するステップは、週単位での時間参照から、予測ナビゲーションビット列の第１のビットまでに経過したビット数に対応する“週のビット（Bit of week）”を計算することを含み得る。週のビットを計算するステップは、予測ナビゲーションビット列の予測される第１のビットが、予測時間表示と同じサブフレーム内にあるかどうかを判断することと、それに応答して、予測時間表示を調節することとを含み得る。

さらに加えて、境界条件を考慮に入れるように、ＴＯＷの計算を調節する方法が開示される。境界条件は、例えば、週が代わること（week rollover）（このとき、ＴＯＷが位置しているサブフレームは、週の終わり／始めにおける変わり目の直前である）、および予測ナビゲーションビット列の第１のビットおよびＴＯＷフィールドが、異なる隣り合うフレーム内にある場合がある。

ＧＰＳ時間に同期した複数のＳＶから定期的に送信されるナビゲーションビットを使用して、ＭＳにおいて所在位置を判断する方法を実施することができる。定期的に送信されるナビゲーションビットは、時間表示フィールドを含む。ＭＳは、１つ以上の基地局および所在位置判断エンティティ（ＰＤＥ）とも通信する。

本発明をより完全に理解するために、ここで、添付の図面に示されている実施形態について次の詳細な記述を参照する。

次の記述では、同じ参照番号が、同じまたは類似の要素を表わす図を参照する。
用語および頭辞語の解説
次の用語および頭辞語が、詳細な記述全体で使用されている。
ＧＰＳ：グローバルポジショニングシステム（Global Positioning System）。ＧＰＳという用語は、米国のグローバルポジショニングシステムを指すのにしばしば使用されるが、この用語の意味は、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳシステムおよび計画中の欧州のガリレオシステムのような、他のグローバルポジショニングシステムを含む。

ＣＤＭＡ：符号分割多元接続（Code Division Multiple Access）。ＣＤＭＡは、ＱＵＡＬＣＯＭＭ（商標）社によって開発され、市場で展開された高容量のディジタル無線技術である。ＣＤＭＡは、ＧＳＭ標準に対する主な商売上の競争相手である。

ＧＳＭ：グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（Global System for Mobile Communications）。ＧＳＭは、代わりのディジタル無線技術として幅広く使用されている。
ＵＭＴＳ：ユニバーサル移動電話サービス（Universal Mobile Telephone Service）。ＵＭＴＳは、次世代の高容量ディジタル無線技術である。

ＭＳ：移動局（Mobile Station）。ＭＳは、１つ以上の基地局と通信するためのベースバンドモデムをもつセル電話のような、何れかの移動無線通信デバイスである。この開示において参照されるＭＳは、所在位置判断能力を備えたＧＰＳ受信機を含む。

ＢＳ：基地局（Base Station）。ＢＳは、移動局と通信するエンティティであり、例えば、ＢＳは、ＢＴＳ、移動交換局（Mobile Switching Center, MSC）、移動ポジショニングセンタ（Mobile Positioning Center, MPC）、ＰＤＥ、ネットワークの接続に有益なインターワーキング機能（Interworking Function, IWF）を含み得る。

ＢＴＳ：ベーストランシーバ局（Base Transceiver Station）。ＢＴＳは、移動局と通信するのに使用される固定局である。無線通信信号を送受信するためのアンテナを含む。
ＳＶ：宇宙飛行体（Space Vehicle）。ＳＶの組は、グローバルポジショニングシステムの１つの主要な要素を構成する。ＳＶは、軌道に乗って地球を周回し、情報の中でも、とりわけ、固有に識別可能な情報を同報通信する。

疑似範囲測定（Pseudorange measurement）：疑似範囲測定は、送信機と受信機との間の相対距離を判断するために行われる測定である。ＧＰＳ受信機によって採用される処理は、受信機と選択されたＳＶとの間の距離の推定値を判断する信号処理技術に基づく。距離は、ＳＶから受信機への信号送信時間によって測定される。“疑似（pseudo）”は、ＳＶおよび受信機のクロックが同期していないことを指す。したがって、測定値は、補償されないクロック誤差期間を含む。

ＰＤＥ：所在位置判断エンティティ（Position Determination Entity）。ＰＤＥは、一般にＣＤＭＡネットワーク内のシステム資源（例えば、サーバ）であり、１つ以上のＧＰＳ参照受信機と共に動作し、ＧＰＳに関する情報をＭＳと交換することができる。ＭＳがＡ−ＧＰＳを支援するセッションでは、ＰＤＥは、ＧＰＳ支援データをＭＳに送って、信号獲得処置を向上する。ＭＳは、疑似範囲の測定値をＰＤＥへ送り、したがって、ＰＤＥはＭＳの所在位置を計算することができる。その代りに、ＭＳがＡ−ＧＰＳに基づくセッションでは、ＭＳは、計算された所在位置の結果をＰＤＥへ送る。

ＧＰＳのＳＡメッセージ：グローバルポジション感度支援メッセージ（Global Position Sensitivity Assistance Message）。ＧＰＳのＳＡメッセージは、ＩＳ−８０１のプロトコルに規定されている。ＧＰＳのＳＡメッセージは、現在可視のＳＶの予測ナビゲーションビットを含む。ナビゲーションビットは、ＰＤＥによって予測され、ＰＤＥからＭＳへ、オーバーザエアー（over-the-air, OTA）フォーマットで送られる。

ＩＳ−９５：ＩＳ−９５は、米国電気通信工業会／電子機械工業会によって発行された業界標準の文書であるＴＩＡ／ＥＩＡ−９５−Ｂ（“Mobile Station - Base Station Compatibility Standard for Wideband Spread Spectrum Systems”）を指す。

ＩＳ−８０１：ＩＳ−８０１は、米国電気通信工業会／電子機械工業会によって発行された業界標準の文書であるＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−８０１（“Position Determination Service Standard for Dual-Mode Spread Spectrum Systems”）であり、ＭＳとＰＤＥとの間のプロトコルを記述しているＩＳ−９５およびＩＳ−２０００−５への追加標準を指す。

ＧＰＳの位置決定：ＧＰＳの位置決定は、ＧＰＳユーザの位置特定が判断される、測定およびその後の計算の処理の終了結果である。
ＩＳ−８０１セッション：ＩＳ−８０１セッションは、所在位置の位置決定を得るためにＩＳ−８０１標準によって規定されたやり方で、ＭＳとＰＤＥとの間のデータ交換の連続である。その連続は、一般に、ＰＤＥによって送られる種々のＧＰＳ支援データメッセージと、ＭＳによって送られる疑似範囲または所在位置の結果とを含む。セッションの始めは、何れかの側が要求によってデータ交換の連続を開始する時間によって示され、セッションの終わりは、開始側がセッション終了メッセージを用いて交換の連続を終了する時間によって示される。

移動局終端（Mobile- Termination, MT）セッション：ＭＴセッションは、ＰＤＥによって開始されたＩＳ−８０１のセッションである。
移動局発信（Mobile-Originated, MO）セッション：ＭＯセッションは、ＭＳによって開始されたＩＳ−８０１のセッションである。

オーバーザエアー（over-the-air, OTA）フォーマット：ＯＴＡフォーマットは、メッセージを物理的に送信するためのフォーマットである。
概要
本明細書に記載されているシステムは、移動局（ＭＳ）において“ローカルタイムを粗雑に設定する”方法を与える。システムは、ＧＰＳ衛星のような、他方の源によって同時に送信されるナビゲーションメッセージの一部分と同じ情報（およびフォーマッティング）を含む“タイミング支援”メッセージを受信することを含む。タイミング支援メッセージ内には、参照ビットが含まれている。参照ビットの到達時間は、ＭＳ内のローカルクロックによって示される。タイミング支援メッセージを、ＧＰＳのＳＶから送信されるナビゲーションメッセージと同時に、ＭＳに到達させるように正しく計算された時間に、タイミング支援メッセージが送信されたと仮定すると、参照ビットが受信された相対時間は、別途より詳しく説明するように、タイミング支援メッセージ内に含まれている情報（例えば、予測時間表示フィールド）から計算されることができる。

現在開示されている方法および装置の特長において、これは、移動局（ＭＳ）の位置特定を判断するのを支援するために、当初は同期ネットワークのために設計されたＩＳ−８０１プロトコルを、非同期ネットワークに使用するように拡張する。概して、先ず、本明細書に記載されている方法を使用して、粗雑な時間を設定することによって、パターン照合アルゴリズムを使用して、粗雑な時間を向上し、受信機のクロックを精密なＧＰＳ時間に設定することができる。現在開示されている方法がなければ、同期システムにおいてＭＳとサーバとの間で交換されるＩＳ−８０１のメッセージは、通常は、非同期ネットワークを使用するシステムにおいて使用できないので、本明細書に記載されている粗雑な時間を設定する方法は有益である。とくに、ＩＳ−８０１標準では、時間転送のために定められた専用のメッセージはない。この開示は、ＩＳ−８０１のメッセージから時間の推定値を推測する方法を記載する。

図１は、本明細書において記載される粗雑な時間設定システムが実施され得る１つの環境を示している。１つの記載されている環境では、ＧＰＳ受信機およびセル電話は、移動局（ＭＳ）14において一緒に実施される。しかしながら、本発明は、１つ以上の地上局と通信する（セル電話以外の）何れかの他のタイプの移動局で使用され得るであろうことが明らかであるはずである。さらに加えて、ＭＳおよびＧＰＳ受信機は、一緒に統合されていなくてもよく、その代りに、直接接続または無線通信の何れかによって電気的に一緒に結合されてもよい。

図１は、参照番号10によってまとめて参照される複数のセルラ基地局；一般には宇宙飛行体（ＳＶ）と呼ばれていて、参照番号11によってまとめて参照されているＧＰＳ衛星、；およびＭＳ14を握っているユーザ13を示している。図２を参照してより詳しく記載されるように、ＭＳ14は、ＧＰＳシステムのような、所在位置位置特定システム27と；セルラ基地局10と通信する双方向の通信信号20を使用する、セル電話のような、通信システム22とを含む。ユーザ13は、図示されているように歩いていても、または、例えば、車両で、または公共の交通機関で移動していてもよい。記述を簡潔にするために、所在位置位置特定システム27は、本明細書では、“ＧＰＳ”システムと呼ばれるが、本明細書に記載されているシステムは、いくつかの他のタイプのポジショニングシステムの中の何れか１つにおいて実施され得ることが認識されるべきである。

ＳＶ11は、ＧＰＳ受信機のポジショニングのために使用されるＳＶの何れかのグループを含む。ＳＶは同期し、ＧＰＳ時間に同期した無線信号12を送る。これらの信号は、所定の周波数で、本明細書に別途より詳しく記載されている所定のフォーマットで生成される。現在のＧＰＳの実施では、各ＳＶは、（ＧＰＳ受信機が動作する）Ｌ周波数帯域においてＧＰＳ信号を送信する。背景に記載されているように、ＧＰＳ信号12がＭＳ14内のＧＰＳ受信機29によって検出されると、ＧＰＳシステム27は、ＧＰＳ信号12の送信から受信までに経過した時間の相対的な量を計算することを試みる。言い換えると、ＧＰＳシステム27は、各ＧＰＳ信号12が各ＳＶ11からＧＰＳ受信機29へ移動するのに必要とされる時間量の差を計算する。相対的な測定値は、疑似範囲と呼ばれる。疑似範囲は、ｃ・（Ｔ_ｕｓｅｒ＋Ｔ_ｂｉａｓ−Ｔ_ＳＶ）として定められ、ここで、ｃは、ＧＰＳ信号12の速度であり、Ｔ_ｕｓｅｒは、所与のＳＶ11からの信号12が受信されるときのＧＰＳ時間であり、Ｔ_ｂｉａｓは、ユーザクロックにしたがう時間と実際のＧＰＳ時間との差であり、Ｔ_ＳＶは、ＳＶ11が信号12を送信したときのＧＰＳ時間である。一般的な場合、受信機29は、４つの未知数、すなわちＸ、Ｙ、Ｚ（受信機のアンテナの地球を中心に置く地球の位置決定座標）、およびＴ_ｂｉａｓ（信号12が受信されるときの、受信機のＧＰＳ時間の推定値と真のＧＰＳ時間とのずれ）を解く必要がある。この一般的な場合に、４つの未知数を解くことは、通常、４つの異なるＳＶからの測定値を必要とする。しかしながら、ある特定の状況のもとでは、この制約は緩和され得る。例えば、高度の推定値が使用可能であるときは、高度の測定値を使用して、Ｚ方向の値を定めることができ、解かれるべき未知数は３つだけ残るので、必要とされるＳＶ11の数を４つから３つへ低減することができる。

セルラ基地局10は、無線信号20を使用してＭＳ14と通信する通信ネットワークの一部として使用されるセルラ基地局を集めたものを含む。これは、セルラ基地局10は、セルラインフラストラクチャネットワーク15に接続され、公衆電話システム16、インターネットのようなコンピュータネットワーク17、（上述で定義されている）所在位置判断エンティティ（ＰＤＥ）18、およびブロック24でまとめて示されている種々の他の通信システムのような、複数の他の通信ネットワークに通信サービスを与える。ＧＰＳ参照受信機19は、基地局10または任意の他の適切な位置特定の中またはその近くにあり、ＰＤＥ18と通信して、ＧＰＳクロックのような、所在位置を判断する有益な情報を与える。

一般に、地上に基盤を置くセルラインフラストラクチャネットワーク15が、電話システム16を使用して、セル電話のユーザ13が別の電話に接続するのを可能にする通信サービスを与えるが、セルラ基地局も、他のデバイスと通信するため、または携帯形のパーソナルディジタルアシスタント（personal digital assistant, PDA）とのインターネット接続のような他の通信目的のため、あるいはこの両者のために使用され得る。１つの実施形態では、セルラ基地局10は、ＧＳＭ通信ネットワークの一部であるが、他の実施形態では、他のタイプの非同期通信ネットワークが使用され得る。

図２は、通信システムおよび所在位置位置特定システムを取入れた移動デバイス14の１つの実施形態のブロック図である。
図２に示されているセルラ通信システム22は、アンテナ21に接続され、セルラ信号20を使用して通信する。セルラ通信システム22は、セルラ基地局からの信号20と通信するか、またはそれを検出するか、あるいはこの両者を行い、送信または受信された情報を処理するための、モデム23、ハードウエア、およびソフトウエアのような、適切なデバイスを含む。

ＭＳ内の所在位置位置特定システム27、この実施形態では、ＧＰＳシステムは、ＧＰＳアンテナ28に接続され、理想的なＧＰＳ周波数で、またはほぼその周波数で送信されたＧＰＳ信号12を受信する。ＧＰＳシステム27は、ＧＰＳ受信機29、（クロックバイアスおよび不確定係数を許容し得る）ＧＰＳクロック30、ＧＰＳ信号を受信し、処理し、適切な所在位置位置特定アルゴリズムを使用して、所在位置を判断するのに必要な計算を行うための適切なハードウエアおよびソフトウエアを含む。ＧＰＳシステムのいくつかの例は、Ｎｏｒｍａｎ Ｆ． Ｋｒａｎｓｎｅｒによる米国特許第５，８４１，３９６号、第６，００２，３６３号、および第６，４２１，００２号に開示されている。ＧＰＳクロック30は、正確なＧＰＳ時間を維持することを意図されているが、正確な時間は分からないことが頻繁にあるので、時間を、その値と、その値と関係付けられた不確定性とによってＧＰＳクロックのソフトウエア内に維持するのが、一般的なやり方である。正確なＧＰＳの位置特定の位置決定後は、ＧＰＳ時間は非常に正確に（現在のＧＰＳの実施では、数ナノ秒以内の不確定性で）分かるであろうことに注意すべきである。

移動デバイス制御システム25は、双方向の通信システム22と所在位置位置特定システム27との両者に接続されている。移動デバイス制御システム25は、マイクロプロセッサ、メモリ、他のハードウエア、ファームウエア、およびソフトウエアのような、適切な構造を含み、自分が接続されるシステムに適切な制御機能を与える。本明細書に記載されている処理ステップは、１つ以上のハードウエア、ソフトウエア、および／またはファームウエウエアの構成要素を使用する適切なやり方で、マイクロプロセッサによる制御を受けて、実施されることが明らかであるはずである。

制御システム25は、ユーザインターフェイス26にも接続され、ユーザインターフェイス26は、ユーザとインターフェイスする適切な構成要素、例えば、キーパッド、音声通信サービスのためのマイクロフォン／スピーカ、およびバックライトを当てられたＬＣＤディスプレイのようなディスプレイを含む。移動デバイス制御システム25およびユーザインターフェイス26は、所在位置位置特定システム27に接続され、ＧＰＳ受信機、およびユーザ入力を制御して、結果を表示するといった双方向の通信システムに、適切な機能を与える。

図３は、ＧＰＳ信号20における標準のメッセージ構造の図である。１つの実施形態では、ＳＶは、１秒当たりに５０ビット（５０ビット秒）の速度で、一連のフレームを送信する。メッセージ構造は、５つのサブフレーム32から構成される１５００ビット長のフレーム31を含む。各サブフレームは、１０ワード34を含み、各ワード34は３０ビット長である。これらの３０ビットの中で、６ビットはパリティビットとして指定され、残りの２４ビットは源データビットである。これらの２４源データビットは、いわゆる“ナビゲーション”ビットである。

１つの現在のＧＰＳの実施では、各ＳＶは、送信前に、各ワード内の２４ナビゲーションビットを、モジューロ２によってオーバーザエアー（ＯＴＡ）フォーマットへ変換し、それらの各々に、前のワードの最後の計算されたパリティビット（いわゆる、Ｄ３０ビット35）を加える。したがって、Ｄ３０ビット35が論理“１”であるときは、源データビットの各々は逆にされる。Ｄ３０ビット35が論理“０”であるときは、源データビットは影響を受けないままにされる。したがって、ワードの残りの６パリティビットは、ハミング符号を使用して計算される。ＳＶ信号がＧＰＳ受信機において受信されると、メッセージは、源データビットを検索するために、そのＯＴＡフォーマットから復号される。別途より詳しく記載されるように、ＳＶメッセージは、５０ビット秒の比較的に緩慢なペースで進むので、その獲得は若干の時間がかかり得る。雑音のある環境では、正確な復号は、達成するのが困難（または不可能）であり得る。さらに加えて、時間情報（本明細書では、現在のＧＰＳの実施における“サブフレームカウント”フィールドと呼ばれるもの）は、６秒ごとにのみ現れ、これは、時系列を復号する機会が相当にまれであることを意味する。雑音のある環境では、復号は問題を含むことがあり、時系列を判断する１つ以上の機会が失われることがあり、したがって、時間情報の復号に成功する前に、長い時間遅延を生じ得る。

各３００ビットのサブフレーム32は、３０ビットの“遠隔測定”（telemetry, TLM）ワード36で始まる。ＴＬＭワード36の後には、３０ビットのハンドオーバワード（handover word, HOW）37が続く。ＨＯＷは、１９ビット値の１７最上位ビットを含む。この１９ビット値は、“週の時間”（Time of Week, TOW）と呼ばれることがある。ＴＯＷの１７最上位ビットを含む１７ビット長フィールドは、本明細書においてサブフレームカウントと呼ばれるものである。サブフレームカウントは、粗雑な時間設定のための現在開示されている方法において使用される予測時間表示である。とくに、サブフレームカウントフィールド内の値は、週の最初を基準にして、次のサブフレームの始めの時間を示す。サブフレームカウントは各週の始めにゼロにリセットされ、６秒ごとにインクリメントするので、サブフレームカウントは、サブフレームカウンタとして使用されることができる。

この文書の目的において、“サブフレームエポック”は、１つのサブフレーム期間が停止して、次のサブフレーム期間が始まる時間の瞬間である。サブフレームカウントは、０ないし１００，７９９の範囲に制限される。１００，８００×６秒は、１週間の秒数に等しいことに注意すべきである。１００，８００は、各週に送信されるサブフレームの数でもあることは明らかであるはずである。各週の最後（すなわち、サブフレームカウントが最大値に達するとき）において、サブフレームカウントはゼロにリセットされる。したがって、サブフレームカウントの第１の状態（すなわち、ゼロのサブフレームカウント値）は、現在の週の始めと一致するサブフレームエポックにおいて現れる。（現在のＧＰＳの実施において、このエポックは、土曜の夜、すなわち日曜の朝の午前０時に現れる。なお、午前０時は、名目上グリニッジ子午線に対して参照される協定世界時（Universal Time Coordinated, UTC）の尺度で、００００時として定められている。）
サブフレームカウントは、“ハンドオーバワード（ＨＯＷ）”または“週の時間”（ＴＯＷ）の何れかとして、混乱して呼ばれることがあることに注意すべきである。しかしながら、これは、本文書の場合には当てはまらないであろう。

ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳのＳＶから好適な状態のＳＶ信号を受信できるとき、可視のＳＶによって送信されたナビゲーションビットを復調することができ、したがって、サブフレームカウントを復号できるであろう。したがって、サブフレームカウントは、受信機内のクロックをＧＰＳ時間に設定するのに使用されることができる。サブフレームカウントは、各サブフレームに１回、すなわち、６秒ごとに１回だけ現れるので、サブフレームカウントを受信するには、最大で６秒かかり得る。さらに加えて、信号が遮断されるか、または、さもなければ、弱められる環境では、データビットの復調は常に可能であるわけではなく、もしくは、可能であったとしても、相当な時間がかかり得る。したがって、非同期ネットワークにおいて、信号の状態とは無関係に、迅速で粗雑な時間設定を可能にするために、ＩＳ−８０１プロトコルの特定のメッセージ（ＧＰＳの感度支援メッセージ）を使用するシステムが記載される。

感度支援（ＳＡ）メッセージは、ＰＤＥ18からセルラ通信信号20によって供給される。ＳＡメッセージは、本明細書に記載されているように、（実際のＨＯＷではなく）予測ＨＯＷを与えるように処理されることができ、これは、粗雑な時間を設定するのに使用されることができる。
ここで、ＩＳ−８０１によって規定されているＳＡメッセージ41の構造の図である図４を参照する。ＳＡメッセージ41の、提案されるときの、意図された目的は、所在位置を判断するときに、ＭＳに感度支援を与えることであった。ＳＡメッセージ41は、支援メッセージの１つのタイプであり、支援メッセージに異なるフォーマットが使用され得ることは明らかであるはずである。しかしながら、記述の便宜上、本明細書では、フィールドは、ＩＳ−８０１の名前によって参照される。

現在の実施では、ＳＡメッセージ41は、最大で８個の部分42を含むことができる。各部分42は、最大で１６個のデータレコードを含むことができる。各レコードは、１つのＳＶと固有に関係付けられている。各データレコードは、予測ナビゲーションビットフィールド46と衛星ＰＲＮ数フィールド47（Satellite PRN Number field, SV PRN NUM）とを含むことができる。予測ナビゲーションビットフィールド46は、最大で５１０の予測ナビゲーションビットを含むことができる。現在可視のＳＶの予測ナビゲーションビットフィールド46は、ＰＤＥ18（図１参照）によってＭＳ14へ、ＯＴＡフォーマットで送られる。したがって、予測ナビゲーションビットの符号化は、既に記載したように、ＳＶによって使用されるＯＴＡの符号化と同じアルゴリズムにしたがう。このＯＴＡの符号化のために、受信機は、サブフレームカウント情報を使用して、粗雑なＧＰＳ時間を設定するために、ＰＤＥ18からのＳＡメッセージにおいて受信される予測ナビゲーションビットのサブフレームカウントフィールドを復号しなければならない。

レコードと、レコード内の関係付けられたフィールドとに加えて、ＳＡメッセージの各部分42は、多数の追加フィールドを含む。図４において、これらの追加フィールドのいくつかは、次に示すように、括弧内の現在のＩＳ−８０１の名称で示されている。“参照ビット数”（Reference Bit Number, REF BIT NUM）フィールド43は、ＳＶによって送られる１５００ビットのＧＰＳフレーム内の“実際の参照ビット”の所在位置を伝える。実際の参照ビットは、ＳＶから送られた実際のナビゲーションビット内のビットであり、これは、ＳＡメッセージ内の予測ナビゲーションビットのストリームの前半分の最後のビット（以下では、“予測参照ビット”と呼ばれる）と関係付けられている。参照ビットの使用に関する別の情報は、別途与えられる。
“データレコードサイズ”（Data Record Size, DR SIZE）フィールド44は、予測ナビゲーションビットを含む各データレコードの長さを特定する。現在の実施において、ＤＲ ＳＩＺＥの値は、２ビットのインクリメントで示されている。

“データレコード数”（Number of Data Records, NUM DR P）フィールド45は、部分内のデータレコード数を特定する。１つの実施では、各データレコードは、１つのＳＶと関係付けられ、したがって、データレコード数フィールド45は、部分の中に情報が与えられている、最大で１６個の、ＳＶの数も示す。

ＰＤＥ18は、ナビゲーションビットの多くのフィールドが一定であるという事実に基づいて、ＳＶによって遠くない将来に放出されるナビゲーションビットの値を予測することができる。さらに加えて、一定でないビットは、現在の状態から、大抵は予測できるように変化する。参照受信機19は、ＳＶによって送信されているナビゲーションビットの値を、ＰＤＥ18に伝える。したがって、ＰＤＥ18には、ＧＰＳのＳＶによって最近送信されたナビゲーションビットの値が分かる。ＰＤＥ18は、参照受信機19から受信したナビゲーションビットの値を使用して、将来送信されるであろうナビゲーションビットの値を予測する。とくに、予測ナビゲーションビットは、ナビゲーションビットの値が反復するという知識か、またはそれらが表わす値が、時間にしたがって既知のレートで既知の量ずつ定期的にインクリメントするであろうという知識に基づいて、ＰＤＥ18によって予測される。

１つの例では、同期ＣＤＭＡネットワークでは、ＰＤＥ18は、ＳＡメッセージを、各可視のＳＶごとに、４９６予測ナビゲーションビットで、ＭＳへ送り、これは、ナビゲーションビットの９．９２秒に相当する。同期ネットワークでは、ＳＡメッセージ内の予測ナビゲーションビットは、ＧＰＳ受信機の感度を増すために使用される。しかしながら、本明細書に記載されているように、非同期ネットワークでは、ＳＡメッセージは、全く異なる目的のために使用される。すなわち、ＳＡメッセージは、非同期ネットワークでは、粗雑な時間を設定するのに使用される。ＰＤＥ18が、少なくとも１つのＳＶについて、少なくとも６秒に相当するナビゲーションビットを送る限り、予測メッセージ内のどこかで完全なＨＯＷを検出できることは確実であるだろう。この予測のＨＯＷは、復号されることができる。復号されたＨＯＷから、ＧＰＳ受信機のクロックは、粗雑なＧＰＳ時間に設定されることができる。

図５は、非同期ネットワークにおいてＩＳ−８０１タイプのメッセージから粗雑な時間を設定するステップのフローチャートである。図６は、予測ナビゲーションビット、ＧＰＳメッセージのフレーム、サブフレームカウントフィールド間の対応関係を示している。次の記述では、説明のために、ＩＳ−８０１標準を参照する。この方法が他の所在位置判断システムに適用できることは明らかであるはずである。しかしながら、開示された方法および装置は、ＩＳ−８０１のメッセージ源が使用可能である非同期システムにおいて最も有益である。ＭＳ14（図１参照）は、基地局と通信していて、ＭＳの所在位置を判断する要求を、例えば、ユーザから受信する。

参照番号51では、ＩＳ−８０１タイプのセッション（例えば、ＭＯまたはＭＴの何れかのＩＳ−８０１タイプのセッション）が開始され、ＩＳ−８０１タイプセッション中に（好ましくは、セッションの始めに）、ＭＳは、ＰＤＥ18（図１参照）から支援メッセージ（ＩＳ−８０１タイプのフォーマットのＳＡデータ）を要求する。

参照番号52では、ＭＳからの要求に応答して、ＰＤＥ18は、そのＧＰＳ参照受信機19を使用して、将来のナビゲーションビットを予測し、図４に示されているＳＡメッセージを形成する。ＳＡメッセージを形成するとき、ＰＤＥ18は、予測参照ビットに対応する実際の参照ビットの１５００ビットのＳＶメッセージフレーム（０ないし１４９９ビットまでの範囲）内における所在位置を示す参照ビット数フィールドを設定する。ＰＤＥ18は、予測ナビゲーションビットフィールドの長さを特定するデータレコードサイズフィールドの値も設定する。ＭＳがＳＡメッセージの予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットを受信するときが、ＭＳ内の受信機がＧＰＳのＳＶから実際のナビゲーションビットの対応ビットを受信するのとほぼ同時になるように、ＰＤＥ18は、ＢＴＳからＳＡメッセージを送信するように手配する。

参照番号53では、ＰＤＥ18からＳＡデータが到達すると、受信機のソフトウエアは、ローカルクロックによって示された、ＳＡメッセージの第１のビットが受信された時間を記録する。別の方法では、予測ナビゲーションビットの予測参照ビットのような、ＳＡメッセージの他の特定の部分が受信された時間が、記録され得る。ＰＤＥ18は、示された時間をセーブする。その後で、受信機は、メッセージの内容を判断するために、ＳＡメッセージを復号する。ＳＡメッセージ内の予測ナビゲーションビットの第１のビットが、予測ナビゲーションビットを実際のナビゲーションビットと同期させる時間の参照点である一方で、実際のナビゲーションビットのストリーム内の何らかの他の適切に定義された参照が使用されることもある。しかしながら、ＳＡメッセージ内の予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットが検索するのに容易であるという事実が、それを都合のよい選択にする。予測ナビゲーションビットのストリームがＭＳによって受信されるレートは、通常、実際のナビゲーションビットがＳＶから送信されるレートよりも相当により高いことにも注意すべきである。しかしながら、ＳＡメッセージの予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットが、ＳＶによって送信される対応するビットとほぼ同時に（または、既知の時間ずれで）ＭＳに到達する限り、現在開示されている方法は効率的であるだろう。

参照番号54では、ＳＡメッセージの復号後に、参照ビット数フィールド43（図４参照）の値およびデータレコードサイズ44が、ＭＳに分かることになる。この情報を使用して、図６を参照して別途より詳しく記載されるように、予測ナビゲーションビット内の予測サブフレームカウントフィールドは、位置を特定される。

ここで、図５と共に、図６を参照する。既に記載したように、参照ビット数フィールド43の値は、ＳＶによって送られた１５００ビットのＧＰＳフレーム内における、実際の参照ビット61（図６参照）の所在位置を伝える。図６に示されている実際の参照ビットの位置特定は、実際の参照ビットの位置特定のほんの一例であることは明らかであるはずである。実際には、実際の参照ビットは、フレーム31内の何れの場所にも含まれ得る。ＳＶメッセージの実際の参照ビット61は、復号された予測ナビゲーションビットの真ん中のビット62（すなわち、予測参照ビット62）に対応する。参照ビット数フィールド43の値は、フレーム31の始めからの実際の参照ビット61の距離（すなわち、既に記載したように、０ないし１４９９の値）を示すので、予測ナビゲーションビットのストリーム内の直前のサブフレームカウントフィールド66までの距離を、簡単に計算することができる。

１つの実施にしたがうと、予測参照ビット62は、常に、ＳＡメッセージ内の予測ナビゲーションビットのストリームの前半分の最後のビットである。したがって、予測ナビゲーションビットフィールドの長さの知識を使用して、受信機のソフトウエアは、サブフレームカウントフィールド66が予測ナビゲーションビットのストリーム内のどこにあるかを判断することができる。サブフレームカウントフィールド66を含むＨＯＷの位置特定は、常に、フレームの始めから参照される位置特定ビット30、330、630、930において始まることに注意すべきである。これは、ＳＶのナビゲーションビットのフォーマットが厳格であるからである。したがって、参照ビット数フィールドが１２０１の値をもち、データレコードサイズ44が３９８の値をもつとき、ＳＡの予測ナビゲーションビットの第１のビットは、１００１であり、これは、（参照ビット数フィールド43によって与えられている）実際の参照ビットの位置特定である１２０１から、データレコード長の２分の１（３９８／２）に１を加算した数である２００を減算したものである。

したがって、１５００ビットフレームの５ワードの各々が３００ビットであるので、予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットは、第４のワードの１０１番目のビットに対応するであろう。第４のワードにおけるサブフレームカウントは、ビット３１ないし６０に現れるので、第４のワードにおけるサブフレームカウントは、明らかに含まれていないであろうが、ＳＡの予測ナビゲーションビットフィールドへの２２９ビットが存在する第５のワードのサブフレームカウントが与えられるであろう。

再び、図５を参照すると、参照番号55において、ＭＳは、位置を特定されたサブフレームカウントフィールド66を復号する。現在の実施では、予測ナビゲーションビットのストリーム内のワードを復号することは、先行するワードのＤ３０ビット35が使用可能である（図３参照）ことが必要である。したがって、ＨＯＷワード37を復号するために、予測ナビゲーションビット内で先行する（ＴＬＭ）ワード36のＤ３０ビット35が使用可能でなければならない。したがって、予測ナビゲーションビット内の第１の復号可能なＨＯＷワードの前に、Ｄ３０ビットがなければならない。予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットがビット１００１である上述で与えられた例では、Ｄ３０ビットは、予測ナビゲーションビットフィールド（１１９９ないし１００１）への１９８ビットが存在するであろう。したがって、第５のワード内のサブフレームカウントの前にあるＤ３０ビットが使用可能であるだろう。

１つの実施において、サブフレームカウントを復号するために、次のサブステップが行われる。
１．ＳＶのナビゲーションメッセージフレームのビット64内の所在位置であって、サブフレーム（すなわち、所在位置０ないし２９９）内の予測ナビゲーションビットフィールド63の第１のビットに対応する所在位置を判断する。上述の例では、その所在位置は、１００１−９００＝１０１によって参照される。

２．予測ナビゲーションビットフィールド63の第１のビットを基準にして、第１の復号可能なＨＯＷワードの始めの所在位置を判断し、１７ビットのサブフレームカウント値をセーブする。上述で与えられている例では、その所在位置は、値２２９によって表わされる。予測ナビゲーションビットのストリーム内には、２つ以上の完全なＨＯＷワードがあり得ることに注意すべきである。例えば、４９６の予測ナビゲーションビットがあるとき、２つの完全なＨＯＷワード（したがって、２つの完全なサブフレームカウントフィールド）が使用可能であり得る。記述の便宜上、第１のＨＯＷワードが復号のために選択されると仮定することにする。その代りに、予測ナビゲーションビットのストリーム内の何れの他のＨＯＷワードが復号されてもよい。

３．予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットを基準にして、ＨＯＷの直前のワード（この実施において、ＴＬＭワード）のＤ３０ビットの所在位置を判断し、このＤ３０ビットの値をセーブする。上述で与えられた例では、その所在位置は、値１９８によって表わされるであろう。１つの実施では、直前のワードのＤ３０ビットが、予測ナビゲーションビットに与えられていないときは、このサブフレームカウントフィールドは復号されることができず、そのときは、復号のために、次のサブフレームカウントフィールドが選択されるであろう。

４．サブフレームカウントを復号する：Ｄ３０ビットが“１”の二値をもち、そのＯＴＡ値から、サブフレームカウントの復号された値を得るとき、サブフレームカウントのビットを逆にする。Ｄ３０ビットが、“０”の二値をもつとき、サブフレームカウントのビットは、使用する準備ができる。

参照番号56において、復号されたサブフレームカウント値および予測ナビゲーションビット内のサブフレームカウントフィールドの所在位置が、サブフレームカウント値を復号するのに使用される。サブフレームカウント値は、週の始めから参照される復号されたサブフレームカウントフィールド66を含むサブフレームの直後のサブフレームの始めを指すことが分かるであろう。ＩＳ−８０１の実施において、予測ナビゲーションビットフィールド46の長さは、少なくとも1つ、恐らくは２つのサブフレームカウント値を含むように十分に長くされていることに注意すべきである。既に記載したように、サブフレームカウント値は、週の始めから現れたサブフレームの値を表す０ないし１００，７９９の範囲の値（１００，８００個の可能性のある値）をもつ。さらに加えて、既に記載したように、サブフレームは、６秒ごとに送信される。したがって、サブフレームカウントは、名目上グリニッジ子午線を参照する協定世界時の尺度で、週の始めの土曜日の夜、すなわち、日曜日の朝の午前０時のからの６秒間隔の数を示す。

ここで、サブフレームカウントフィールド66によって示される時間を判断する処理が開示される。サブフレームカウントによって示される時間は、サブフレームカウントを含むサブフレームの後のサブフレームの始めの時間であることに注意すべきである。１サブフレーム当たりに３００ビットがあり、各ビットが２０ミリ秒続くことに注意すると、週の始めを基準にした時間が計算される（例えば、時間＝３００×サブフレーム数×２０ミリ秒）。この計算された時間は、現在のＧＰＳの週の始めから、サブフレームカウントと関係付けられたサブフレームがＳＶによって送信された時間までに経過したミリ秒の数値を示す。クロックを粗雑な時間値に設定するために、送信時間と受信時間との差は無視できる。上述の例では、サブフレームカウントは、第５のフレームからであることに注意すべきである。したがって、サブフレームカウントから計算される時間は、次のフレームが始まる時間である。したがって、予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットが受信された後、時間は、１５０１−１００１ビットである。

ＳＡメッセージの予測ナビゲーションビットフィールド内の第１のビットの時間が判断される。この処理は、参照番号54および図６を参照して記述される。上述の例では、予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットの所在位置は、１００１の値をもち、時間は（３００×サブフレームカウント×２０ミリ秒）−（（１５０１−１００１）×２０ミリ秒）である。その代わりに、サブフレームカウントが関係するサブフレームの第１のビットを基準にした、予測ナビゲーションビットフィールドの第１の位置特定が、最初に減算されてもよい。したがって、予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットの時間は、（（３００×サブフレームカウント）−（１５０１−１００１）×２０ミリ秒）として計算され得る。現在の方法のさらに別の実施形態では、サブフレームカウント値は、サブフレームカウントを保持するサブフレームの始めを示すように調節されることができる。

このような調節の後で、予測ナビゲーションビットフィールドの第1のビットの所在位置１００１は、サブフレームカウントを保持するサブフレームの第１のビットの所在位置１２０１から減算されることになる。したがって、予測ナビゲーションビットフィールドの始めの時間は、（３００×（サブフレームカウント−１）−（１２０１−１００１）×２０ミリ秒）として計算されるであろう。

必要とされるＤ３０ビットが使用可能であることを保証するために、予測ナビゲーションビットフィールドの最短時間は３３０ビットであることに注意すべきである。さらに加えて、予測ナビゲーションビットが週の代わり（week rollover）をまたぐときは、サブフレームカウントからの減算は、負の値を避けるために、モジューロ１００，８００を採用しなければならない。

ＩＳ−８０１標準を使用する別の例では、予測ナビゲーションビットフィールドは、５００ビットの長さをもち、参照ビット数フィールドは、ＧＰＳフレームにおける所在位置を示す値を、ビット７００にもつと仮定する。したがって、参照ビット数は、予測ナビゲーションビットの前半の最後のビットに対応するので、予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットは、７００−５００／２＋１＝４５１である。したがって、予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットは、ＳＶによって送信されたフレームの４５１番目のビットである。各サブフレームは、３００ビット長をもち、各ワードは、３０ビット長をもち、ＨＯＷワードは、各サブフレーム内の２番目のワードである。したがって、４５１番目のビットは、第２のサブフレーム内の、ＨＯＷワードの後に位置を特定される。別の例では、予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットを、前のＧＰＳフレームに戻すことができ、その結果、参照ビット数の予測ナビゲーションビットフィールドの第１のビットの位置特定の計算は、モジューロ１５００の減算（すなわち、１−２＝１４９９）を使用して行われなければならない。

再び、図５のフローチャートを参照すると、参照番号57では、粗雑な時間における誤差（不確定性または“粗雑さ（coarseness）”）が推定される。ＧＰＳ時間を設定する粗雑さ（すなわち、不確定性の量）は、ほぼ結び付けられることができることが認識されるべきである。これは、粗雑さは、主として、ＰＤＥ18がＳＡメッセージをＭＳへ送るネットワーク内の送信待ち時間に依存するからである。代わって、送信待ち時間は所与のネットワーク内で採用される送信モードに依存する。したがって、待ち時間を測定するか、予め判断するか、あるいはこの両者を行うことができる。したがって、ＰＤＥ18がＳＡメッセージを送ると、時間の不正確さの大半は、ＰＤＥ18から受信機へビットを送るのにかかる時間に属することができ、これは、“ネットワークの待ち時間”と呼ばれる。１つの例では、ネットワークの待ち時間は、数秒の範囲であり得るが、その待ち時間を説明するように、調節を行うことができる。

したがって、この不正確さは、通常は、ネットワークの待ち時間を考慮に入れるが、他の要素を考慮に入れることもあり、その代りに、この誤差は、予想されるネットワークの待ち時間の条件に基づいて予め判断されることもある。したがって、ステップ52では、ＰＤＥ18は、ＧＰＳのＳＶによって送られたナビゲーションメッセージの実際のタイミングとほぼ同期したＳＡメッセージを送るとき、何らの時間の不正確さの大半を、ＰＤＥ18から受信機へビットを送るのにかかる時間、すなわち、“ネットワークの待ち時間”と呼ばれる時間に属させることができ、これは、数秒の範囲内であり得る。

参照番号58では、ＧＰＳ受信機のクロック30（図２参照）は、ＳＡメッセージ内の予測ナビゲーションフィールドの始めを受信した時間における、粗雑な時間に設定される。クロックのバイアスはゼロに設定され、時間の不正確さは、所定の誤差値に設定される。既に記載したように、粗雑な時間は、精度における不正確さ（主として、ネットワークの待ち時間に属し得る）をもつ。言い換えると、クロックが設定される値は、ネットワークの待ち時間から生じるこの不確定性の制限内においてのみにおいて正確である。受信機の位置特定を位置決定する前に、正確な時間がＧＰＳ受信機に分からないことは、非常に頻繁にあるので、ＧＰＳクロックのソフトウエアの時間を、その値と、その値に関係付けられる不確定性とによって維持するのは通例である。この場合に、粗雑な時間の不確定性は、数秒の範囲内であり得る。

参照番号59では、予測されるナビゲーションビットは、パターン照合アルゴリズムのような方法へ送られ、その後で、精密なＧＰＳ時間を判断する。１つの実施形態では、予測ナビゲーションビットは、変更されずにＯＴＡフォーマットで、ＳＡメッセージからパターン照合アルゴリズムへ送られ、精密なＧＰＳ時間（これは、現在の実施において、誤差が数ミリ秒内の精度である）が計算される。パターン照合アルゴリズムは、Ｎｏｒｍａｎ Ｆ． Ｋｒａｎｓｎｅｒの米国特許第５，８１２，０８７号、第６，０５２，０８１号、および第６，３７７，２０９号において開示されている。

参照番号60では、ＧＰＳクロックは、計算された精密なＧＰＳ時間に設定される。その後で、既知のそのＧＰＳ時間を用いて、何れかの適切な手続きを使用して、位置特定が位置決定される。位置特定の位置決定が行われた後では、ＧＰＳ時間は、数ナノ秒の精度で分かることが注目され得る。したがって、位置特定の位置決定の後で、ＧＰＳクロックは、この非常に正確な時間で再設定され得る。

週の数の判断を可能にする拡張
これまでの記述は、一週間内の時間を設定することについての問題を扱ってきた。これは、サーバによって通常供給される、ある特定の支援データを参照することを必要とする。しかしながら、この処理は、実際の週の数を解かない。週の数は、ＧＰＳクロックが始動された後に現れたＧＰＳの週の数をカウントする。（ＧＰＳクロックは、１９８０年１月６日、午前０時に始動された。）ある特定のデータタイプは、現在の週を越えて継続する非常に長い寿命をもつことあり、ＳＶの暦はこの一例である。したがって、場合によっては、週の数の不明確さも解く時間推定値を設定する必要が生じる。

ＩＳ−８０１標準では、週の数は、全てのＳＶによってサブフレーム１（サブフレーム１内の第３のワードのビット１：１０）において送信される。情報は、ＩＳ−８０１のサーバによって供給されるＳＡ予測データ内に埋められ、したがって、適切なビット抽出コードは、ＳＡ予測データから週の数のフィールドを隔離するのに使用され、その後で、週の数を判断するのに使用される。

当業者は、これらの教示を考慮して、別の実施形態が、本発明の意図および技術的範囲から逸脱することなく実施され得ることが分かるであろう。本発明は、明細書および添付の図面と共に考察されるとき、全てのこのような実施形態および変更を含む特許請求項のみによって制限される。

複数のセルラ基地局、ＧＰＳのＳＶ、およびセル電話のような移動デバイスを保持しているユーザを示す図。 通信システムおよび所在位置位置特定システを取入れた１つの実施形態における移動デバイスのブロック図。 フレーム、サブフレーム、およびワードを含むＧＰＳ信号におけるメッセージ構造の図。 ＩＳ−８０１のプロトコルによって規定されているＧＰＳ感度支援（ＳＡ）メッセージの構造を示す図。 非同期ネットワークにおいてＳＡメッセージを使用することから粗雑な時間を設定するステップのフローチャート。 予測ナビゲーションビット、ＧＰＳメッセージのフレーム、およびＴＯＷフィールド間の対応関係を示すビットマッピングの図。

符号の説明

11・・・ＧＰＳ衛星、12・・・無線信号、13・・・ユーザ、14・・・移動局、20・・・通信信号、21，28・・・アンテナ、31・・・フレーム、32・・・サブフレーム、34・・・ワード、61,62,64・・・ビット、63・・・予測ナビゲーションビットフィールド、66・・・サブフレームカウントフィールド。

Claims (17)

1. 非同期ネットワーク中の移動局で使用されるＧＰＳ受信機において粗雑なＧＰＳ時間を設定する方法であって、
   ａ）ＧＰＳから送信されるナビゲーションビットを予測して得られる予測ナビゲーションビットの列を、移動局が所在位置判断エンティティ（ＰＤＥ）に要求することと、
   ｂ）前記予測ナビゲーションビットを前記移動局で受信することと、
   ｃ）前記予測ナビゲーションビットの受信時間をセーブすることと、
   ｄ）前記予測ナビゲーションビット内で予測時間表示フィールドの位置を特定することと、
   ｅ）位置を特定された前記予測時間表示フィールドに応答して、粗雑な時間を設定することと、
   ｆ）前記粗雑な時間設定と受信時間との差に応答して、ＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定することとを含む方法。
2. 前記予測ナビゲーションビットをパターン照合アルゴリズムにより処理することにより、精密なＧＰＳ時間を与えることをさらに含む請求項１記載の方法。
3. 前記ステップｆ）は、
   ｆ１）前記粗雑な時間設定における予想誤差を決定することと、
   ｆ２）前記予想誤差を考慮に入れて、ＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定することとをさらに含む請求項１記載の方法。
4. 前記予測ナビゲーションビットが、複数のフレームを含むフォーマットで受信され、各フレームが、複数のサブフレームに編成され、各サブフレームが、前記予測時間表示フィールドをもち、予測ナビゲーションビットの少なくとも１つのサブフレームを含み、
   前記予測ナビゲーションビットの少なくとも１つのサブフレーム内に、前記予測時間表示フィールドの位置を特定することと、
   前記予測時間表示から粗雑なＧＰＳ時間を計算することとをさらに含む請求項１記載の方法。
5. 前記予測ナビゲーションビットフィールドが、予測ナビゲーションビットの列の長さを特定するデータ長と、実際のナビゲーションビットのフレーム内の予測ナビゲーションビットの位置を示す参照ビット数と共に送信され、
   前記参照ビット数の値とデータ長とに基づいて、予測ナビゲーションビットの前記列内の第１のビットの、実際のナビゲーションビットのフレーム内の位置を決定することと、
   前記参照ビット数の値に基づいて、予測ナビゲーションビット内の前記予測時間表示フィールドの位置を特定することと、
   位置を特定された前記予測時間表示フィールドを復号して、予測時間表示を与えることと、
   予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットが受信された時間を基準にして、粗雑なＧＰＳ時間を決定することと、
   予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットと一致して、ＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定することとをさらに含む請求項１記載の方法。
6. 前記移動局および基地局が、ＧＳＭシステムを使用して通信している請求項１記載の方法。
7. ＧＰＳ時間と同期する複数の宇宙飛行体（ＳＶ）から定期的に送信されるナビゲーションビットを使用して、所在位置を決定する移動局であって、定期的に送信されるナビゲーションビットが時間表示フィールドを含み、前記移動局が、非同期ネットワーク中の１つ以上の基地局および所在位置判断エンティティ（ＰＤＥ）とも通信し、
   前記基地局および前記ＰＤＥと通信する双方向通信システムと、
   ＧＰＳクロックを含む所在位置特定システムと、
   前記ＰＤＥからの支援メッセージを要求する手段であって、支援メッセージが、ＧＰＳ時間とほぼ同期する基地局から送られ、ＧＰＳから送信されるはずのナビゲーションビットを予測して得られる予測ナビゲーションビットの列を含む手段と、
   前記支援メッセージの受信時間をセーブする手段と、
   前記予測ナビゲーションビット内の予測時間表示フィールドの位置を特定する手段と、
   位置を特定された前記予測時間表示フィールドに応答して、予測される週の時間を決定する手段と、
   予測される週の時間と受信時間とに応答して、ＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定する手段とを含む移動局。
8. 前記粗雑なＧＰＳ時間に応答して、前記予測ナビゲーションビットをパターン照合アルゴリズムにより処理することによって、精密なＧＰＳ時間を与える手段をさらに含む請求項７記載の移動局。
9. 前記予測される週の時間における予想誤差を決定する手段と、
   前記ＧＰＳクロックの予想誤差を設定する手段を含むＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定する手段とをさらに含む請求項７記載の移動局。
10. 送信された前記予測ナビゲーションビットが複数のフレームを含むフォーマットをもち、各フレームが、複数のサブフレームに編成され、各サブフレームが、時間表示フィールドをもち、支援メッセージが、予測ナビゲーションビットの少なくとも１つのサブフレームを含み、
    前記予測ナビゲーションビットのサブフレーム内の前記予測時間表示フィールドの位置を特定する手段と、
    前記予測時間表示に応答して、前記週の時間を計算する手段とをさらに含む請求項７記載の移動局。
11. 前記支援メッセージが、前記予測ナビゲーションビットの長さを特定するデータ長フィールドと、実際のナビゲーションビットのフレーム内のビットを示す参照ビット数とを含み、
    前記参照ビット数フィールドと長さフィールドとに応答して、実際のナビゲーションビットのフレーム内の列の第１のビットの位置に対応する予測ナビゲーションビットの列の第１のビットを決定する手段と、
    予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットの位置に応答して、前記予測ナビゲーションビット内の前記予測時間表示フィールドの位置を特定する手段と、
    前記予測時間表示に応答して、予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットにおいて、前記週の時間を決定する手段と、
    予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットと一致して、前記週の時間に応答して、ＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定する手段とをさらに含む請求項１０記載の移動局。
12. ＩＳ−８０１標準を使用して、非同期ネットワーク中の基地局および所在位置判断エンティティ（ＰＤＥ）と通信する移動局（ＭＳ）において、ＧＰＳ受信機を粗雑なＧＰＳ時間に同期させる方法であって、ＧＰＳ受信機が、ＧＰＳ時間と同期した複数の宇宙飛行体（ＳＶ）から、定期的に送信されるナビゲーションビットを受信するように構成され、送信されたナビゲーションビットが、複数のフレームを含むフォーマットをもち、各フレームが、複数のサブフレームに編成され、各サブフレームが、サブフレームカウントメッセージをもち、
    ＭＳによって、ＰＤＥから感度支援（ＳＡ）メッセージを要求し、ＳＡメッセージが、
    少なくとも１つのサブフレームを含み、ＧＰＳから送信されるナビゲーションビットを予測して得られる予測ナビゲーションビットの列を含む予測ナビゲーションビットフィールドと、
    前記予測ナビゲーションビットフィールドの長さを特定するデータレコードサイズフィールドと、
    実際のナビゲーションビットのフレーム内のビットを示し、それによって前記予測ナビゲーションビットと実際のナビゲーションビットのグループとを関係付ける参照ビット数フィールドとを含むことと、
    ＭＳからの要求に応答して、ＧＰＳ時間とほぼ同時に前記基地局からＳＡメッセージを送ることと、
    ＭＳにおいてＳＡメッセージを受信して、ＳＡメッセージの受信時間をセーブすることと、
    前記参照ビット数フィールドとデータレコードサイズフィールドとに応答して、実際のナビゲーションビットのフレーム内の列の第１のビットの位置に対応する前記予測ナビゲーションビットの列の第１のビットを決定することと、
    予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットの位置に応答して、前記予測ナビゲーションビット内のサブフレームカウントフィールドの位置を特定することと、
    位置を特定された前記サブフレームカウントフィールドを復号して、予測サブフレームカウント値を与えることと、
    前記予測サブフレームカウント値に応答して、予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットにおいて週の時間を決定することと、
    予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットと一致して、予測サブフレームカウントと受信時間とに応答して、ＧＰＳ受信機内で粗雑なＧＰＳ時間を設定することとを含む方法。
13. 前記週の時間における予想誤差を決定することをさらに含み、前記粗雑なＧＰＳ時間を設定することは前記予想誤差を設定することをさらに含む請求項１２記載の方法。
14. 前記予測サブフレームカウント値が、週単位での時間参照に関して定められ、前記週の時間を決定することが、前記予測サブフレームカウント値と、予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットの位置とに応答して、週単位での時間参照から、予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットまでに経過したビットの数に対応する週のビットを計算することを含む請求項１３記載の方法。
15. 前記週のビットを計算することが、予測ナビゲーションビットの前記列の第１のビットが、サブフレームカウントフィールドと同じサブフレーム内にあるかどうかを判断することと、それに応答して、前記予測サブフレームカウント値を調節することとを含む請求項１４記載の方法。
16. 粗雑なＧＰＳ時間に応答して、前記予測ナビゲーションビットをパターン照合アルゴリズにより処理することにより、精密なＧＰＳ時間を与えることをさらに含む請求項１２記載の方法。
17. 前記ＭＳおよび前記基地局が、ＧＳＭシステムを使用して通信している請求項１２記載の方法。

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