JP4313044B2 - 無線位置決定システムにおける時間取得 - Google Patents

Description

この発明は、一般に位置決定システムに関し、特に位置決定システム内の無線装置にタイミング情報を供給することに関する。

無線装置の地理的位置を決定するためのシステムは技術的によく知られている。一般に使用される位置決定システムは米国国防総省によって操作される全地球測位システム（ＧＰＳ）である。ＧＰＳは６つのサーキュラープレーンで地球の周りを回る２４の衛星のネットワークを含む。いつでも、いかなる地理的位置からも、少なくとも５つのＧＰＳ衛星が水平線より上にあるようにＧＰＳ衛星は離間している。各ＧＰＳ衛星は、地球上のＧＰＳ受信器による受信のために現在時刻と現在位置を連続的に送信する。ＧＰＳ受信器は、視野内にあるＧＰＳ衛星の４つから送信された信号の位置をつきとめることによりその地理的位置を決定することができる。各信号の送信時刻と受信時刻との間の差を用いてＧＰＳ受信器と４つのＧＰＳ衛星の各々との間の距離を計算する。これらの距離測定値は、ＧＰＳ信号を介して受信した衛星位置情報と時刻情報とともに、ＧＰＳ受信器により使用され、その内部クロックをＧＰＳクロックと同期させ、１００メートル未満の精度でその経度、緯度、高度を計算する。

ＧＰＳ衛星は、直接スペクトル拡散変調を用いて１５７５．４２ＭＨｚキャリア周波数でＧＰＳ信号を送信する。各ＧＰＳ信号は、送信しているＧＰＳ衛星を一意的に識別する擬似ランダム雑音（ＰＮ）符号によって変調される。各ＰＮ符号は、毎ミリ秒１０２３チップのレートで送信される１０２３チップの繰り返し系列である。特定のＧＰＳ信号の位置を見つけるために、ＧＰＳ受信器は相関する１０２３チップＰＮ符号系列の複製を発生し、受信した信号内に一致する１０２３チップ系列を検索する。ＧＰＳ受信器がその複製を、チップ単位ごとに、受信した信号内の１０２３チップ系列と一致させることができるなら、ＧＰＳ信号は発見されるであろう。多くのＧＰＳ受信器は、並列に検索される連続チップ位置の範囲（例えば３２チップ）を許容する相関器ハードウエアを含み、それにより１０２３チップ位置の各々を検索するのに必要な時間を低減する。さらに、ドップラー偏移により、各受信されるＧＰＳ信号の知覚されるキャリア周波数は、ＧＰＳ受信器と送信しているＧＰＳ衛星との相対位置に応じて変化するであろう。ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信器の相対位置は一般に未知なので、ＧＰＳ信号の検索は、さらに潜在的キャリア周波数の範囲を検索する必要があるかもしれない。

２４のＰＮ符号の各々について潜在的キャリア周波数の全体範囲を包括的に検索することは、時間がかかり望ましくない。多くの場合数分かかる。検索時間を低減するために、ＧＰＳ受信器にはしばしば、視野内にあるＧＰＳ衛星および検索を始める前に各相関されたＧＰＳ信号の相関されたドップラー周波数を識別するのを手伝うために使用することができる補助情報が与えられる。１つの方法において、ＧＰＳ受信器は、ＧＰＳ衛星のおおよその軌道を記載する暦データを記憶する。暦データ、その内部クロック、および現在位置の推定値を用いて、ＧＰＳ受信器はＧＰＳ衛星のおおよその位置を計算し、２４ＧＰＳ衛星のどれが視野内にありそうかを識別する。次に、ＧＰＳ受信器は、識別されたＧＰＳ衛星から送信された各ＧＰＳ信号のドップラー偏移を推定する。次に、ＧＰＳ信号の検索が行なわれ、識別されたＧＰＳ衛星のＰＮ符号に焦点を合わせ、期待されるドップラー周波数のあたりに中心を置く。暦データの使用は検索時間を低減するけれども、暦データの使用は、他の周知の方法の精度と効率性を欠く。

１つの周知の方法において、ＧＰＳ信号取得時間は位置決定エンティティ（ＰＤＥ）の使用を介して低減される。ＰＤＥは一般には、複数の基地局と少なくとも１つの移動装置を含む無線通信ネットワークの一部である。ＰＤＥは、無線通信ネットワークのカバーエリアにわたって分布する静止ＧＰＳ受信器のネットワークを介してＧＰＳ衛星の位置を継続的に追跡する。ＧＰＳ信号を検索する前に、移動装置はＧＰＳ補助情報のための要求をローカル基地局を介してＰＤＥに送信する。ローカル基地局のアイデンティティを用いて、ＰＤＥは移動装置のおおよその位置を決定し、移動装置に、そのアイデンティティと、視野内にありうるＧＰＳ衛星の位置、および各識別されたＧＰＳ信号の期待されるドップラー偏移を供給する。ＰＤＥにより編集されたリアルタイム情報は一般に標準の暦データよりもより正確であり、より短いＧＰＳ信号取得時間を生じる。

ＧＰＳ信号取得時間は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）ネットワークにおいてさらにもっと低減された。ＣＤＭＡネットワークにおいて、各基地局は、ＧＰＳ時間に同期したクロックを維持し、そのカバーエリア内の移動装置にタイミングビーコンを送信する。移動装置は、タイミングビーコンを用いて、しばしば４マイクロ秒未満の精度で、内部クロックを基地局のクロックに同期させる。ＰＤＥおよび静止ＧＰＳ受信器もＧＰＳ時間に同期したクロックを維持する。動作において、静止ＧＰＳ受信器は、各ＰＮフレーム（すなわち１０２３チップＰＮ符号シーケンス）の開始が静止ＧＰＳ受信器により受信される時間を追跡する。ＰＤＥは、各ＧＰＳ信号の相関されたドップラー偏移および相関されたＰＮフレーム受信時刻とともに、視野内のＧＰＳ衛星のアイデンティティを移動装置に送信する。移動装置はこの情報を用いて、視野内のＧＰＳ衛星を識別し、相関されたＧＰＳ信号の予想される受信周波数を識別し、および相関されるＰＮフレームが静止ＧＰＳ受信器において受信されることになっている時間を識別する。受信したＧＰＳタイミング情報を用いて、移動装置は、発生された１０２３チップのＰＮ符号系列を、受信したＧＰＳ信号からのマッチング１０２３チップ系列と迅速に一致させることができる。しかしながら、非同期広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）ネットワークおよび移動通信のためのグローバルシステムネットワークのような、多くの無線通信ネットワークにおいて、移動装置の内部クロックは、必ずしも基地局、ＰＤＥ、および静止ＧＰＳ受信器と同期していない。従って、移動装置は、静止ＧＰＳ受信器が各ＰＮフレームの開始を受信することを期待する時刻を記載する情報に依存することはできない。ＧＰＳタイミング情報を移動装置に送信することは、ＧＰＳ信号取得時間を低減するという点では、ほとんど利益をもたらさないであろう。

上記の点を考えると、無線装置がＧＰＳ信号を取得するのを手助けするために位置決定システム内の無線装置にタイミング情報を供給するための改良されたシステムおよび方法の必要性がある。

この発明は、位置決定システム内の移動装置にタイミング情報を供給するための改良されたシステムおよび方法である。好適実施の形態において、非同期ＷＣＤＭＡネットワークのような無線通信ネットワークは、基地局、移動装置、および位置決定エンティティ（ＰＤＥ）を含む。ＰＤＥは基地局を介して無線装置と通信し、無線装置が視野内にある衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）衛星の位置を見つけることを手助けする。ＰＤＥと無線装置は、各々基準信号を受信するための少なくとも１つの基準信号受信器を含む。基準信号は、ＰＤＥと無線装置の両方により受信することができるいかなる信号をも含むことができる。例えば基準信号はＦＭラジオ放送信号、ＡＭラジオ放送信号、テレビジョン放送信号、あるいは他の無線周波数信号であってよい。望ましくは、基準信号は、無線通信システムの全体にわたって実質的にユビキタス(ubiquitous)な受信可能範囲を集合的に供給する１つ以上の信号を含む。

動作において、ＰＤＥは連続的に基準信号を受信し、受信した基準信号のサンプルを信号バッファに記憶する。さらに、少なくとも１つの静止ＳＰＳ受信器は、ＳＰＳ衛星から送信されたＳＰＳ信号を連続的に受信し、視野内にあるＳＰＳ衛星のアイデンティテイ(identities)と位置を追跡する。静止ＳＰＳ受信器はＳＰＳ信号のための現在のドップラーシフト情報を派生し、各ＰＮフレームが受信することになっている一周期間を追跡する。ＳＰＳ受信器により集められた情報はＰＤＥに送信されＳＰＳメモリに記憶される。

無線装置の地理的位置を決定するために、無線装置は、基準信号を受信し、受信した信号の断片をサンプルする。断片が無線装置により受信された時刻は、無線装置のローカルクロック、Ｗ＿ＣＬＯＣＫを用いて決定される。無線装置は断片およびタイムスタンプをＳＰＳ補助情報のための要求の一部としてＰＤＥに送信する。これに応答して、無線装置は要求されたＳＰＳ補助情報を受信し、この補助情報を用いて無線装置がＳＰＳ信号を取得するのを手助けする。好適実施の形態において、補助情報は、Ｗ＿ＣＬＯＣＫにより測定される時刻を含み、この時刻に、無線装置は、視野内にあるＳＰＳ衛星と相関する各ＰＮフレームの開始を受信するように期待される。ＳＰＳ信号が取得された後、無線装置の位置を計算することができる。

ＰＤＥは望ましくは、基準信号断片とタイムスタンプを含むＳＰＳ支援のための要求に応答して、無線装置に補助情報を供給する。ＳＰＳメモリに記憶されたＳＰＳ衛星情報を用いて、ＰＤＥは、無線装置に対して視野内にあるＳＰＳ衛星のアイデンティティを含むＳＰＳ補助情報、相関するドップラー情報、および各ＰＮフレームの開始が無線装置において受信することになっている時刻を作成する。次に、ＰＤＥは信号バッファ内の受信した基準信号断片を検索する。一致が得られれば、ＰＤＥは受信したタイムスタンプと記憶した信号の受信時刻との間のタイムオフセットを計算する。タイムオフセットは、補助情報内のＳＰＳタイミングデータを無線装置により使用される時間領域に変換するために使用される。次に，修正された補助情報が、ＳＰＳ信号を取得するのに用いるために無線装置に送信される。代わりの実施の形態において、補助情報（無修正）およびタイムオフセットを無線装置に送信することができる。無線装置は次に、タイムオフセットデータを用いてＷ＿ＣＬＯＣＫを同期化し、あるいはＳＰＳタイミングデータに対して他の調整を実行する。

好適実施の形態において、無線装置はタイミングソース、無線周波数（ＲＦ）信号を受信するように適合された基準信号受信器、および基準信号受信器に接続されたシグナルプロセッサを含む。シグナルプロセッサは、受信したＲＦ信号の断片をサンプルするように適合され、断片が基準信号受信器により受信された受信時刻を決定する。無線装置はさらに無線通信トランシーバおよび衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器を含む。無線通信トランシーバは断片と受信時刻を位置決定エンティティに送信するように適合され、そして、それに応答して位置決定エンティティからＳＰＳ補助情報を受信する。ＳＰＳ受信器は視野内にあるＳＰＳ衛星から送信されたＳＰＳ信号を受信するように適合される。好適実施の形態において、基準信号受信器、通信受信器およびＳＰＳ受信器は受信器回路の少なくとも一部を共有する。

好適実施の形態の位置決定エンティティはタイミングソース、基準信号バッファ、ＳＰＳ位置情報を記憶するＳＰＳメモリ、通信インターフェースおよびプロセッサを含む。基準信号バッファは、相関する受信時刻情報と共に、受信した基準信号の最近のサンプルを記憶する。通信インターフェースは無線装置からの補助情報のための要求を受信するように適合される。通信インターフェースは、信号断片およびタイムスタンプを含み、補助情報を無線装置に送信する。プロセッサは、記憶された基準信号内の受信された信号断片を検索し、受信したタイムスタンプと記憶された基準信号の一致する部分との間の時間オフセットを決定し、ＳＰＳ信号を見つける際に、無線装置を補助するためにＳＰＳ衛星情報から補助情報を作成し、そして、補助情報を無線装置と同期させるためにタイムオフセットを用いて補助情報を調節するように適合される。

無線位置決定システムにおける時間取得のより完全な理解が当業者に提供されるであろう。並びに好適実施の形態の以下の詳細な記載の考察によってさらなる利点と目的が実現されるであろう。参照符号が添付した図面につけられ最初に簡単に記載するであろう。

この発明は、位置決定システム内の移動装置にタイミング情報を供給するための改良されたシステムおよび方法である。図１は、この発明の好適実施の形態に従う無線通信システム１０を図解する。無線通信システム１０は複数の基地局１２と複数の無線装置１４を含むセルベースの通信システムである。各基地局１２は、基地局１２によりサービスされる地理的カバー領域を定義する関連したセル１６を有する。セル１６の１つ内に位置する各無線装置１４は広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）のような所定の通信プロトコルに従ってデータパケットを交換することにより、関連する基地局１２と通信するように適合される。無線装置１４は、無線通信リンクを介して基地局１２と通信するように適合されたいかなる装置であってもよく、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタンツ（ＰＤＡｓ）、乗り物ナビゲーションシステムおよびポータブルコンピュータを含む。携帯電話システム向け交換機（ＭＳＣ）１８はセル１６内の無線通信を管理し、呼のセットアップ、無線装置間のルーティングコール(routing call)、および無線装置と、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）またはインターネットのような通信ネットワークとの間のルーティングコールを含む。無線通信システム１０は複数のＭＳＣを含むことができ、各ＭＳＣは複数のセル１６を管理する。代わりの実施の形態において、無線通信システムは、無線装置が、無線通信リンクを介して第２の装置またはエンティティと通信することができるいかなる他の通信システムであってもよく、地上ベースまたは衛星ベースのセルラ通信システム、パーソナル通信システム、特殊化した移動無線システム、アドバンストモバイルフォーンシステム(Advanced Mobile Phone System)（ＡＭＰＳ）、移動通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）、ページャシステムおよび無線パケットデータシステムを含む。

無線通信システム１０はさらに無線装置１４の地理的位置を決定するように適合される。好適実施の形態において、全地球測位システム（ＧＰＳ）のような衛星位置決めシステムは位置決定のために使用される。各無線装置１４は少なくとも１つのアンテナ２０を含み、ローカル基地局１２と通信し、軌道を周回する衛星から送信されたＧＰＳ信号を受信する。各基地局１２は無線装置１４と通信するための少なくとも１つのアンテナ２２を含む。位置決定エンティティ（ＰＤＥ）２４はＭＳＣ１８を介して基地局１２に接続され、視野内にあるＧＰＳ衛星の位置を見つける際、および無線装置１４の各地理的位置を計算する際に、無線装置を補助する。好適実施の形態において、ＰＤＥ２４、ＧＰＳアンテナ２８を介してＧＰＳ信号を受信する少なくとも１つの静止ＧＰＳ受信器２６を用いてＧＰＳ衛星の位置を追跡する。無線通信システム１０は望ましくは、そのカバー領域全体にわたって位置するＧＰＳ受信器２６のネットワークを含む。一実施の形態において、各基地局１２は、基地局のカバー領域１６内の無線装置１４を補助するためにＰＤＥ２４と静止ＧＰＳ受信器２６を含む。

無線補助ＧＰＳシステムは技術的に良く知られており、視野内にあるＧＰＳ衛星の位置を効率的に見つける際に無線装置１４を補助するシステム、計算された地理的位置の誤差を低減するシステム、および４ＧＰＳ未満の衛星を用いて無線装置の位置を決定する際に補助するシステムを含む。無線通信ネットワークにおけるＧＰＳ位置決定システムの例は、譲受人に譲渡された米国特許番号第６，０５８，３３８（発明の名称：「通信システムにおいて、効率的なＧＰＳ補助のための方法および装置」(METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT GPS ASSISTANCE IN A COMMUNICATION SYSTEM)および米国特許第６，０８１、２２９（発明の名称：「無線ＣＤＭＡトランシーバの位置を決定するためのシステムと方法」(SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF A WIRELESS CDMA TRANSCEIVER)、およびスナップトラック会社(SnapTrack, Inc.)に譲渡された米国特許第６，１３３，８７４（発明の名称：「衛星位置決めシステム信号を取得するための方法および装置」(METHOD AND APPARATUS FOR ACQUIRING SATELLITE POSITIONING SYSTEM SIGNALS)に開示される。これらの文献は参照することによりここに組み込まれる。好適実施の形態において、無線装置１４の位置は、譲受人により開発された、gpsOne^TM位置標定技術に従って決定される。gpsOne^TM技術を用いて、無線装置１４は、少なくとも１つのＧＰＳ衛星および少なくとも１つの基地局から測定値を同時に収集し、収集した情報をＰＤＥ２４に送信する。ＰＤＥ２４は、ＰＤＥ２４により以前に収集されたＧＰＳ衛星情報を用いて正確な位置計算を実行する。

好適実施の形態において、ＰＤＥ２４は基準信号３４を受信するためのアンテナ３２を含み、無線装置１４はアンテナ２０を介して基準信号３４を受信するように適合される。基準信号３４はＰＤＥ２４、および無線通信システム１０のカバー領域内にある少なくとも１つの無線装置１４の両方による受信に対して入手可能ないかなる信号も含めても良い。基準信号３４は望ましくは、無線通信システム１０または衛星位置決めシステムの一部でない無線周波数（ＲＦ）信号源が起源である。例えば、信号３４はＦＭラジオ放送信号、ＡＭラジオ放送信号、テレビジョン放送信号または他の無線周波数信号であってよい。以下に記載するように、基準信号３４は無線装置１４とＰＤＥ２４の両方により使用され、ＧＰＳ信号取得を手助けするために、無線装置１４に補助情報を供給する。

タイミング情報を無線装置に供給するための好適な方法は図２のブロック図を参照して説明する。地球上のＧＰＳ受信器による受信のために複数のＧＰＳ衛星４０は連続的にＧＰＳ信号４２を送信する。各ＧＰＳ信号４２は、送信しているＧＰＳ衛星４０、送信しているＧＰＳ衛星の現在位置、およびＧＰＳ送信時刻を識別する、独自の擬似ランダム雑音（ＰＮ）符号を含む。ＧＰＳ受信器２６は、ＧＰＳ受信器２６の視野内にあるＧＰＳ衛星４０からＧＰＳ信号４２を連続的に受信する。ＧＰＳ受信器２６は、望ましくはＧＰＳ時刻と同期しているタイミングソースＧ＿ＣＬＯＣＫ４４を含む。受信したＧＰＳ信号４２を介して、ＧＰＳ受信器２６は視野内にあるＧＰＳ衛星４０のアイデンティティと位置を追跡し、ＧＰＳ信号４２のための現在のドップラーシフト情報を派生し、各ＰＮフレームがＧＰＳ受信器２６において、受信される一周期間を追跡する。ＧＰＳ受信器２６により収集されるＧＰＳ衛星情報はＰＤＥ２４に送信され、位置決定支援を無線装置１４に供給する際にＰＤＥ２４により使用されるためにＧＰＳメモリ４６に記憶される。ＧＰＳ受信器２６の一部または全ての機能はＰＤＥの一部として実現できることは当業者に理解されるであろう。

ＰＤＥ２４と無線装置１４は、１つ以上の信号源４８から送信される１つ以上の基準信号５０を受信するように適合される。好適実施の形態において、基準信号５０は無線周波数（ＲＦ）信号である。殆どの地上の領域において、ＲＦ信号はユビキタス(ubiquitous)であり、ＦＭ無線周波数バンド（すなわち、８８ＭＨｚ乃至１０８ＭＨｚ）、ＡＭ無線周波数バンド（すなわち５２５ＫＨｚ乃至１，７００ＫＨｚ）、ＶＨＦテレビジョン周波数バンド（すなわち、５４ＭＨｚないし８８ＭＨｚ、１７４ＭＨｚ乃至２２０ＭＨｚ）および他の周波数バンドで送信される信号を含む。ＰＤＥ２４と無線装置１４は望ましくは、無線通信システム１０の全体にわたって実質的にユビキタスな受信可能範囲（例えばＦＭラジオ周波数バンド）を供給する利用可能なＲＦ信号のサブセットを受信するように適合される。

動作において、ＰＤＥ２４は基準信号５０を連続的に受信し、ＧＰＳ支援を無線装置１４に供給する際に後で使用するために、受信した基準信号５０のサンプルを信号メモリ５２に記憶する。好適実施の形態において、信号メモリ５２は、最も最近の２−３秒の受信した基準信号を維持するバッファである。ＰＤＥ２４はまた、望ましくはＧＰＳ時刻と同期化されるタイミングソース、Ｐ＿ＣＬＯＣＫ５４を含む。ＰＤＥ２４はＰ＿ＣＬＯＣＫ５４を用いて、信号メモリ５２の内容がＰＤＥ２４により受信された時刻を追跡する。

無線装置１４の地理的位置を決定するための好適プロセスは図３のフロー図に図解される、そして図２を参照して以下に記載される。プロセスは望ましくは無線装置１４のユーザにより開始される。代わりの実施の形態において、プロセスは、無線装置１４、位置決定エンティティ２４、または他の装置またはエンティティにより開始してもよい。ステップ６０において、無線装置１４は基準信号５０を受信し、ステップ６２において、基準信号５０の断片をサンプルする。好適実施の形態において、断片は２−３ミリ秒の基準信号５０をサンプルする。ステップ６４において、サンプルされた基準信号５０断片が無線装置１４において受信された時刻がローカルクロックＷ＿ＣＬＯＣＫ５６を用いて決定される。好適実施の形態において、Ｗ＿ＣＬＯＣＫ５６は、Ｇ＿ＣＬＯＣＫ４４、Ｐ＿ＣＬＯＣＫ５４またはＧＰＳ時刻のような、無線通信システム１０内の他のクロックと同期されない。ステップ６６
において、無線装置１４は断片とタイムスタンプを、無線通信リンクを介して、ＧＰＳ補助情報のための要求の一部としてＰＤＥ２４に送信する。ステップ６８において、無線装置１４は要求されたＧＰＳ補助情報を受信し、ステップ７０において、補助情報は、視野内にあるＧＰＳ衛星４０からＧＰＳ信号４２を取得する際に無線装置１４を支援するために使用される。好適実施の形態において、補助情報は、無線装置１４に、無線装置１４がＰＮフレームを受信することを予測されるＷ＿ＣＬＯＣＫ５６により測定される、視野内の関連するドップラー情報と時刻であるＧＰＳ衛星４０のアイデンティティを供給する。ＧＰＳ信号４２が取得された後、無線装置の位置はステップ７２において当業者に知られた方法に従って決定される。

獲得したＧＰＳ信号において受信した情報は、無線装置１４により使用されＷ＿ＣＬＯＣＫ５６をＧＰＳ時刻と同期させることができる。Ｗ＿ＣＬＯＣＫ５６がＧＰＳ時刻に同期した後、ＧＰＳ補助情報は、基準信号を使用することなく、一般的な方法で無線装置１４に供給することができる。しかしながら、多くの無線装置は正確なタイミングソースを欠いており、ローカルクロックの再発性の同期が必要であろうことが認識される。好適実施の形態において、最後のＧＰＳ時刻が固定してから経過した時間量を識別する変数を維持する。ＧＰＳ時刻の固定なしに経過した所定の時間量の後に、補助情報のための次の要求は、上述したように基準信号の断片および関連するタイムスタンプを含むであろう。

補助情報を無線装置１４に供給するための好適プロセスは図４のフロー図に図解され、図２を参照して以下に記載される。ステップ８０において、ＰＤＥは無線装置１４からＧＰＳ支援のための要求を受信する。この要求は基準信号断片とタイムスタンプを含む。次に、ステップ８２において、ＰＤＥ２４は、ＧＰＳメモリ４６に記憶したＧＰＳ衛星情報から、無線装置のためのＧＰＳ補助情報を作る。ＧＰＳ補助情報は望ましくは、ＧＰＳ受信器２６から見える所にあるＧＰＳ衛星４０のアイデンティティ、ＧＰＳ受信器２６により受信されたＧＰＳ信号４２のための関連するドップラー情報、および各ＰＮフレームの開始がＧＰＳ受信器２６において受信される時刻を含む。視野内にあるＧＰＳ衛星の位置および微分訂正データのような他のＧＰＳ補助情報も含めることができる。ＰＤＥ２４は望ましくは、無線装置１４とＰＤＥ２４が通信する基地局に最も近いＧＰＳ受信器２６に関連するＧＰＳ衛星情報を選択する。無線装置１４はＧＰＳ受信器２６に最も近いので、同じＧＰＳ衛星４０が無線装置１４に対して見えており、無線装置１４により受信されたＧＰＳ信号４２は同様のドップラーシフトを持つであろうことが期待される。さらに、無線装置１４はＧＰＳ受信器２６とほぼ同じＧＰＳ時刻にＰＮフレームを受信するであろうことが期待される。

好適実施の形態において、ＰＤＥ２４は、補助情報内のＧＰＳタイミングデータを、無線装置１４およびＷ＿ＣＬＯＣＫ５６により使用される時間領域に変換する。ステップ８４において、ＰＤＥ２４は、無線装置１４から受信した基準信号断片のための信号メモリ５２を検索する。ステップ８６において、一致が取れるなら、ＰＤＥ２４は、記憶した信号の受信時刻に対して受信したタイムスタンプを比較し、ステップ８８において、２つのクロック、Ｗ＿ＣＬＯＣＫ５６とＰ＿ＣＬＯＣＫ５４との間の時間オフセットΔｔを計算する。ステップ９０において、ＰＤＥ２４は、時間オフセットΔｔを用いて、ＰＤＥ２４の時間領域およびＰ＿ＣＬＯＣＫ５４から補助情報内のタイミングデータを無線装置１４およびＷ＿ＣＬＯＣＫ５６により使用される時間領域に変換する。ステップ９２において、次に、ＧＰＳ補助情報は無線装置１４に送信される。無線装置１４は、ＧＰＳ衛星信号４２を獲得し、その地理的位置を計算する際に、無線装置１４を支援するために受信した補助情報を用いてもよい。代わりの実施の形態において、ＰＤＥ２４が時間オフセットΔｔを計算した後、修正されていないＧＰＳ補助情報および時間オフセットΔｔは無線装置１４に送信される。無線装置１４は時間オフセットΔｔを用いて、Ｗ＿ＣＬＯＣＫ５６をＰ＿ＣＬＯＣＫ５４と同期させ、あるいはＧＰＳタイミング情報に対する独自の調節を実行してもよい。同期の精度、そして従ってＧＰＳ信号を獲得するのに必要な時間の長さは、無線装置と、ＰＤＥ２４の基準信号受信器との間の距離に部分的に依存するであろうことが認識される。好適実施の形態において、各静止した基準信号受信器は少なくとも１つの静止した基準信号受信器の３００ｋｍ以内に位置する。

無線装置１００の好適実施の形態は、図５のブロック図を参照して記載される。無線装置１００は無線周波数（ＲＦ）信号を送信および受信するように適合された少なくとも１つのアンテナ１０２を含む。アンテナ１０２により受信されたＲＦ信号は、ＧＰＳ受信器１０４、通信トランシーバ１０６、および基準信号受信器１０８に選択的に送られる。受信器１０４、１０６および１０８は少なくとも１つのデジタルシグナルプロセッサ１１０に接続され、デジタルシグナルプロセッサ１１０は、それぞれ受信したＧＰＳ衛星信号、通信信号および基準信号を制御する。デジタルシグナルプロセッサ１１０は制御プロセッサ１１２に接続され、制御プロセッサ１１２無線装置１００の動作を制御する。デジタルシグナルプロセッサ１１０と制御プロセッサ１１２は、単一のプロセッサとして、複数のプロセッサとして、またはプロセッサと、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む専用回路の組合せとして実現してもよい。制御プロセッサ１１２はタイミングソースＷ＿ＣＬＯＣＫ１１４に接続され、タイミングソースＷ＿ＣＬＯＣＫ１１４は、無線装置１００、メモリ１１６およびユーザインタフェース１１８のローカル時間を維持する。メモリ１１６は望ましくは、ランダムアクセスメモリと、デジタルシグナルプロセッサ１１０および制御プロセッサ１１２３を制御するための実行命令を記憶するプログラムメモリ、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む。好適実施の形態において、無線装置１００は携帯電話であり、ユーザインタフェース１１８は、無線装置１００のユーザに、電話番号および他の情報のユーザ入力のためのテンキー、可視ディスプレイ、マイクロフォンおよびスピーカを供給するための回路と部品を含む。代わりの実施の形態において、無線装置１００はＰＤＡ、カーナビ装置、移動パーソナルコンピュータ、ページャまたは他の無線装置であってよい。

ＧＰＳ受信器１０４はＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号をデジタルに変換する回路を含む。デジタルシグナルプロセッサ１１０は、ＧＰＳ信号内のＰＮ符号の位置を見つけ、ＧＰＳ信号から衛星情報を抽出し、擬似距離を計算し、無線装置１００の現在の地理的位置を決定するように適合される。代わりの実施の形態において、デジタル信号プロセッサ１１０と制御プロセッサ１１２は、通信トランシーバ１１２とアンテナ１０２を用いてＰＤＥに受信したＧＰＳ情報を送信するように適合される。通信トランシーバ１０６は、通信信号を受信し、受信した通信信号を、デジタルシグナルプロセッサ１１０により処理のためにデジタルに変換するための回路を含む。通信トランシーバ１０６はまた、デジタル信号をアナログに変換し、そのアナログ信号をアンテナ１０２を介して無線通信リンクに送信するための回路を含む。好適実施の形態において、無線装置１００は携帯電話であり、デジタルシグナルプロセッサ１１０および制御プロセッサ１１２は、通信トランシーバ１０６を介して音声通信およびデータ通信を処理し、送信し、受信するように適合される。基準信号受信器１０８は技術的に知られた一般的な無線周波数（ＲＦ）受信器であってよく、基準信号を受信し、受信した信号を、デジタルシグナルプロセッサ１１０による処理のためにデジタルに変換する回路を含む。デジタルシグナルプロセッサ１１０は、望ましくは、受信した信号の一部をサンプルしてタイムスタンプし、そのサンプルとタイムスタンプを、アンテナ１０２を介してＰＤＥに送信するために通信トランシーバ１０６に供給するように適合される。

図６は、無線装置１００の受信構成要素の好適実施の形態を図解するブロック図である。受信器１０４、１０６、および１０８はそれぞれＧＰＳ、通信、および基準信号の１つを受信し、ダウンコンバートし、デジタル化するためのダブルヘテロダイン受信器を含む。ＧＰＳ受信器１０４はＧＰＳ信号を受信するために適合されるアンテナ１２０ａを含む。アンテナ１２０ａは第１の低雑音増幅器１２２ａに接続され、低雑音増幅器１２２ａの出力は帯域通過フィルタ１２４ａの入力に接続される。帯域通過フィルタ１２４ａは１５７５．４２ＭＨｚの中心周波数を有するＧＰＳ信号帯域を通過させ、ＧＰＳ信号帯域外の周波数を有する通信信号、基準信号および他の信号を減衰させる。帯域通過フィルタ１２４ａの出力は、第１ミクサ１２６ａへの入力である。第１の発振器１２８ａは第１ミクサ１２６ａの第２入力に供給し、ＧＰＳ信号を中間周波数（ＩＦ）（例えば７０ＭＨｚ）にダウンコンバートし、中間周波数は第２低雑音増幅器１３０ａの入力に供給される。第２低雑音増幅器１３０ａの出力は、ロウパスフィルタ１３２ａに接続される。ロウパスフィルタ１３２ａは、第１入力を第２ミクサ１３４ａに供給する。第２発振器１３６ａは第２入力を第２ミクサ１３４ａに供給し、ＩＦ信号をより低いＩＦ（例えば１ＭＨｚ）にダウンコンバートする。第２ミクサ１３４ａの出力はアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３８ａによりデジタル化され、デジタルシグナルプロセッサ１１０への入力として供給される。デジタルシグナルプロセッサ１１０は、デジタル化されたＧＰＳ信号を処理するためのロジックを含む。

受信器１０６および１０８はＧＰＳ受信器１０４と同様の回路を含む。アンテナ１２０ｂは通信信号を受信するように適合され、第１低雑音増幅器１２２ｂの入力に接続される。第１低雑音増幅器１２２ｂの出力は、帯域通過フィルタ１２４ｂの入力に接続される。帯域通過フィルタ１２４ｂは通信信号帯域を通過させ、通信信号帯域以外の周波数を有するＧＰＳ信号、基準信号および他の信号を減衰させる。帯域通過フィルタ１２４ｂの出力は第１ミクサ１２６ｂへの入力である。第１発振器１２８ｂは第２入力を第１ミクサ１２６ｂに供給し、通信信号をダウンコンバートし、第２低雑音増幅器１３０ｂの入力に供給されるＩＦ信号を生成する。第２低雑音増幅器１３０ｂの出力はロウパスフィルタ１３２ｂに接続され、ロウパスフィルタ１３２ｂは、第１入力を第２ミクサ１３４ｂに供給する。第２発振器１３６ｂは第２入力を第２ミクサ１３４ｂに供給し、ＩＦ信号をより低いＩＦにダウンコンバートする。第２ミクサ１３４ｂの出力は、Ａ／Ｄ変換器１３８ｂによりデジタル化され、デジタルシグナルプロセッサ１１０への入力として供給される。デジタルシグナルプロセッサ１１０は、デジタル化された通信信号を処理するためのロジックを含む。

アンテナ１２０ｃは基準信号を受信するように適合され、第１低雑音増幅器１２２ｃの入力に接続される。第１低雑音増幅器１２２ｃの出力は、帯域通過フィルタ１２４ｃの入力に接続される。帯域通過フィルタ１２４ｃは、基準信号帯域を通過させ、基準信号帯域外の周波数を有するＧＰＳ信号、通信信号および他の信号を減衰する。例えば、好適実施の形態において、基準信号受信器１０８はＦＭ受信器であり、帯域通過フィルタ１２８ｃはＦＭ周波数バンド（すなわち、８８ＭＨｚ乃至１０７ＭＨｚ）外の周波数を減衰させる。帯域通過フィルタ１２４ｃの出力は第１ミクサ１２６ｃの入力である。第１の発振器１２８ｃは第２入力を第１ミクサ１２６ｃに供給し、基準信号をダウンコンバートし、第２低雑音増幅器１３０ｃの入力に供給されるＩＦ信号を出力する。第２低雑音増幅器１３０ｃの出力はロウパスフィルタ１３２ｃに接続され、ロウパスフィルタ１３２ｃは第１入力を第２ミクサ１３４ｃに供給する。第２発振器１３６ｃは第２入力を第２ミクサ１３４ｃに供給し、ＩＦ信号をより低いＩＦにダウンコンバートする。第２ミクサ１３４ｃの出力はＡ／Ｄ変換器１３８ｃによりデジタル化され、デジタルシグナルプロセッサ１１０への入力として供給される。デジタルシグナルプロセッサ１１０は基準信号を処理するためのロジックを含む。

当業者は、ＧＰＳ、通信および基準信号受信器の部品を共有する回路を含む、他の回路実装を利用して、ＧＰＳ、通信、および基準信号を受信し処理できることを理解するであろう。ＧＰＳ受信器と通信受信器との間の共有回路の一例は、参照することによりここに組み込まれる、スナップトラック会社(SnapTrack, Inc.)に譲渡された米国特許第６、１１１、５４０（発明の名称：「共有回路を用いた結合ＧＰＳ位置決めシステムおよび通信システム」(COMBINED GPS POSITIONING SYSTEM AND COMMUNICATION SYSTEM UTILIZING SHARED CIRCUITRY)）に図解される。

共有回路を利用した代わりの実施の形態は図７のブロック図に図解される。受信構成要素は、３つの低雑音増幅器１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃに接続される少なくとも１つのアンテナ１５０を含む。３つの低雑音増幅器１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃの各々はそれぞれ帯域通過フィルタ１５４ａ、１５４ｂ、および１５４ｃに接続される。帯域通過フィルタ１５４ａはＧＰＳ信号を通過させ、帯域通過フィルタ１５４ｂは通信信号を通過させ、帯域通過フィルタ１５４ｃはＦＭラジオバンドのような基準信号を通過させる。帯域通過フィルタ１５４ａ−１５４ｃはスイッチ１５６により第１ミクサ１５８に選択的に接続される。スイッチ１５６は処理のために信号の１つを選択する。周波数シンセサイザ１６０は基準周波数を第１ミクサ１５８に出力し、選択されたＲＦ信号タイプを中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートする。第１ミクサ１５８の出力は第２低雑音増幅器１６２に接続され、第２低雑音増幅器１６２はこの信号を、ロウパスフィルタ１６４に入力するために増幅し、ロウパスフィルタ１６４は第２ミクサ１６６に接続される。周波数シンセサイザ１６０は選択された信号タイプのための基準周波数を第２ミクサ１６６に出力し、ＩＦ信号をより低い中間周波数に変換する。第２ミクサ１６６は低いＩＦ信号を出力し、このＩＦ信号はＡ／Ｄ変換器によりデジタル化され、デジタルシグナルプロセッサ１７０に供給される。好適実施の形態において、プロセッサは、周波数シンセサイザ１６０を制御し、ミクサ１５８および１６６の各々に入力する周波数を選択する。第１ミクサ１５８に入力される基準周波数はスイッチ１５６により選択される信号に依存して変化するであろうことが予期される。一方、同じ基準周波数は、３つのすべての信号タイプに対して第２ミクサ１６６に入力することができる。

代わりの実施の形態において、基準信号は、基準信号に送信された情報を回復するための復調された回路を含む。プロセッサ、または無線装置の他の部品または回路もまたユーザーインターフェースを介して無線装置のユーザに回復された情報を与えることができる。一実施の形態において、基準信号受信器はＦＭ無線受信器であり、復調回路は、受信したＦＭ放送信号に送信されたオーディオ情報を回復するように適合される。次に、回復されたオーディオ情報が無線装置のスピーカを介して演奏される。

ＰＤＥの好適実施の形態を図８のブロック図を参照して記載する。ＰＤＥ２５０は、プロセッサ２５２、プログラムメモリ２５４、記憶システム２５６、ローカルタイミングソースＰ＿ＣＬＯＣＫ２５８、および通信インターフェース２６０を含む。好適実施の形態において、Ｐ＿ＣＬＯＣＫ２５８はＧＰＳ時刻のような中央タイミングシステムと同期が取られる。プログラムメモリ２５４はプロセッサ２５２に位置決定機能および通信機能を実行させるように命令するためのプログラムロジックを含む。通信インターフェース２６０は無線通信ネットワーク内の基地局を介してＰＤＥ２５０と無線装置との間の通信を供給する。ＰＤＥ２５０はさらに少なくとも１つのＧＰＳ受信器から受信されたＧＰＳ衛星情報を記憶するためのＧＰＳデータメモリを含む。ＰＤＥ２５０は、また、ＦＭ信号のような基準信号を受信するように適合された少なくとも１つのアンテナ２７２を含む。アンテナ２７２により受信された基準信号は基準信号受信器２７４に供給される。基準信号受信器２７４は受信した基準信号をダウンコンバートおよびデジタル化する。デジタル信号は、基準信号メモリ２７６に記憶される。基準信号メモリ２７６は望ましくは、最も最近の２−３秒の受信した基準信号を記憶する。

無線装置１００とＰＤＥ２５０との間の基準信号を調整するための複数の手法が考えられる。好適実施の形態において、無線装置１００の基準信号受信器１０８および位置決定エンティティ２５０の基準信号受信器２７４は所定の基準周波数を受信するように調整される。しかしながら、代わりの実施の形態において、受信器１０８および２７４は１つ以上のＲＦ周波数バンドを受信するように適合される。ＲＦ周波数バンドは、無線通信システムの実質的にユビキタス受信可能範囲を供給するＲＦ信号のセットを含む。

第１の代わりの実施の形態において基準信号周波数は無線装置１００によって選択される。無線装置１００の地理的位置を決定するためのプロセスが開始された後、無線装置１００はＲＦ信号のための所定のＲＦ周波数バンドをスキャンする。望ましくは、無線装置１００は、利用可能な周波数を通り、各ステップにおいて、受信した信号強度を測定し、断片をサンプルする最も強い受信した信号強度を有する周波数を選択する。しかしながら、いかなる検出した信号も基準信号として使用することができることは理解されるであろう。次に、無線装置１００は、選択された基準信号のキャリア周波数とともに、断片を送信し、ＰＤＥ２５０にタイムスタンプすることができる。次に、ＰＤＥ２５０は受信した基準信号キャリア周波数上の断片を基準信号メモリ内で検索することができる。

第２の代わりの実施の形態において、ＰＤＥ２５０は基準信号周波数を選択する。ＰＤＥ２５０は最も強い受信した信号強度に対してＲＦ周波数バンドを連続的にスキャンし、選択された周波数を基準信号メモリに記憶する。ＰＤＥ２５０が補助情報のための要求を受信すると、ＰＤＥ２５０は選択されたキャリア周波数を無線装置１００に送信する。無線装置１００は選択されたキャリア周波数に同調し、受信した信号の断片をサンプルする。無線装置１００は次に、その断片とタイムスタンプをＰＤＥ２５０に送信する。

以上，無線位置決定システムにおける時間取得の好適実施の形態について述べてきたので、当業者には、ここに記載したシステムのある利点が達成されたことは当業者には明白であるはずである。また、種々の変形例、改作、代わりの実施の形態はこの発明の範囲と精神内で作ることが理解されるであろう。

この発明の範囲は以下のクレームにより定義される。

図１はこの発明の好適実施の形態に従う無線通信システムを図解する。 図２はタイミング情報を無線装置に供給するための好適方法を図解する。 図３は、無線装置の地理的位置を決定するための好適プロセスを図解するフロー図である。 図４は、無線装置に補助情報を供給するための好適プロセスを図解するブロック図である。 図５は、この発明の好適実施の形態に従う無線装置を図解するブロック図である。 図６は、無線装置の受信構成要素のための好適回路を図解するブロック図である。 図７は、この発明の代わりの実施の形態に従う無線装置の受信構成要素のための好適共有回路を図解するブロック図である。 図８はこの発明の好適実施の形態に従う位置決定エンティティを図解するブロック図である。

Claims (11)

1. 下記ステップを具備する、無線通信システムにおいて、衛星位置決めシステム信号を取得する際に無線装置を補助するための方法：
   衛星位置決めシステム時刻に同期されるクロック信号を発生するためのタイミングソースを維持する；
   前記無線装置によっても受信することができる基準信号を連続的に受信する；
   前記基準信号を記憶することであって、前記記憶された基準信号は前記タイミングソースにより測定される受信の関連する時刻を有する；
   情報を補助するための前記無線装置からの要求を受信することであって、前記要求は信号断片とタイムスタンプを含み、前記信号断片は前記無線装置により受信される前記基準信号のサンプリングされた一部を表し、前記タイムスタンプは、前記無線装置内のクロックを用いて前記信号断片が前記無線装置において受信された時刻を識別する；
   前記信号断片を前記記憶された基準信号の一部と一致させる；
   前記タイムスタンプと前記記憶された基準信号の一致された部分の受信時刻との間のタイムオフセットを決定する；
   前記無線装置のための補助情報を作成する；
   前記タイムオフセットを用いて、前記補助情報を前記無線装置に同期させる；
   前記同期された補助情報を前記無線装置に送信する。
2. 前記タイミングソースは前記無線装置と同期されない請求項１の方法。
3. 前記基準信号はユビキタス信号である、請求項１の方法。
4. 前記ユビキタス信号は、ＦＭ無線放送信号を備える請求項２の方法。
5. 前記記憶するステップは下記ステップを具備する請求項１の方法：
   前記受信した基準信号をサンプリングする；
   前記サンプリングされた基準信号をバッファに記憶する；
   各記憶されたサンプルの前記受信時刻は、前記タイミングソースおよび前記バッファ内のその位置により測定される前記現在時刻の関数として決定されてもよい、請求項１の方法。
6. 前記補助情報は、前記衛星位置決めシステム信号が前記無線装置により受信されることが予想される時刻を識別するタイミング情報を含む、請求項１の方法。
7. 下記を具備する、無線装置を含む無線通信システムにおける位置決定エンティティ：
   衛星位置決めシステム時刻に同期されるクロック信号を発生するためのタイミングソース；
   記憶された衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）衛星位置情報を含む衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）メモリ；
   前記タイミングソースに基づいて、記憶された基準信号と受信情報の関連した時刻を含む基準信号メモリ；
   前記無線装置からの補助情報のための要求を受信するように適合された通信インターフェースであって、前記要求は信号断片およびタイムスタンプを含み、前記信号は、前記無線装置により受信された基準信号のサンプリングされた一部を表し、前記タイムスタンプは、前記信号断片が、前記無線装置内のクロックを用いて前記無線装置において受信された時刻を識別する；
   前記信号断片を前記記憶された基準信号の一部と整合させるように適合されたシグナルプロセッサー；
   前記タイムスタンプと前記記憶された基準信号の一部の受信時刻との間のタイムオフセットを決定し、前記ＳＰＳ衛星信号の位置を決定する際に、前記無線装置を補助するために、前記ＳＰＳ衛星情報から補助情報を作成し、前記補助情報を前記無線装置と同期させるために、前記タイムオフセットを用いて前記補助情報を調整し、前記通信インターフェースを用いて、前記補助情報を前記無線装置に送信するように適合された制御プロセッサー。
8. 下記を具備する位置決定エンティティを含む衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）における無線装置：
   前記位置決定エンティティによっても受信することができる基準信号を含むＲＦ信号を受信するように適合された基準信号受信器；
   前記基準信号受信器に接続され、前記ＲＦ信号の断片を抽出し、前記ＲＦ信号の前記断片が前記基準信号受信器により受信された受信時刻を決定するように適合されたシグナルプロセッサー；
   前記断片および受信時刻を位置決定エンティティに送信し、前記位置決定エンティティからのＳＰＳ位置補助情報を受信するように適合された無線通信トランシーバー、前記ＳＰＳ補助情報は、前記断片、受信時刻、ＳＰＳ時刻に同期されたタイムソースに基づいて前記位置決定エンティティにおいて決定される；
   前記ＳＰＳ補助情報を用いてＳＰＳ衛星信号を受信するように適合されたＳＰＳ受信器；
   無線周波数（ＲＦ）入力信号を中間周波数（ＩＦ）信号に二重にダウンコンバートするように適合されたダブルヘテロダイン受信回路；
   前記基準受信器は第１のＲＦ入力を前記ダブルヘテロダイン受信回路に供給し、
   前記通信トランシーバーは、第２のＲＦ入力を前記ダブルヘテロダイン受信回路に供給し、
   前記ＳＰＳ受信器は、第３のＲＦ入力を前記ダブルヘテロダイン受信器回路に供給し、
   前記ダブルヘテロダイン受信器に入力するために、前記第１、第２および第３の入力の１つを選択するスイッチ。
9. 前記基準信号受信器は、ＦＭ無線受信器である、請求項８の無線装置。
10. 前記基準信号受信器は、ＡＭ無線受信器である、請求項８の無線装置。
11. 前記基準信号受信器は、テレビジョン信号受信器である、請求項８の無線装置。

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