JP7416704B2 - ロケーションネットワークを同期するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、特にネットワークデバイスの位置が未知であるか又は分類されているか、或いはデバイス間の信号伝搬距離が先験的に未知である状況において、ロケーションネットワークを同期させる方法及び装置に関する。しかしながら、本発明は、この特定の使用分野に限定されないことは明らかであろう。

（関連出願）
本出願は、２０１８年３月１４日に出願された、オーストラリア暫定特許出願第２０１８９００８４１号からの優先権を主張し、この内容は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

本明細書全体を通じて従来技術の検討は、このような従来技術が周知であるか、又は当該技術分野における共通一般知識の一部を形成していると認められるものとして解析されるべきではない。

米国特許第７，６１６，６８２号には、既知の固定位置において、測位ユニットデバイスとして知られる地上送信機の同期化されたネットワークから送信される測位信号を用いてモバイル装置に関する正確な位置決定を行うための方法及びシステムが開示されている。これらの方法及びシステムの鍵は、これ自体が測位ユニットデバイスとすることができる指定された基準デバイスに対する各測位ユニットデバイスのタイミングエラーの測定及び補正であり、これにより基準デバイスのタイムベースに同期される測位信号を送信する測位ユニットデバイスのネットワークを確立し維持する。所与の測位ユニットデバイスが、基準デバイスのタイムベースに同期されると、基準デバイスを明確に見えていない別の測位ユニットデバイスに当該タイムベースを中継し、これにより測位ユニットデバイスの拡大ネットワークを通じて基準タイムベースを伝搬することができる。次いで、モバイル装置は、複数の測位ユニットデバイスから及び場合によっては基準デバイスから受け取った信号に対して既知のスペクトラム拡散技術を適用することにより、その位置を決定することができる。

米国特許第７，６１６，６８２号にて開示された同期技術は、各測位ユニットデバイスが基準デバイスから送信された基準信号についての伝搬遅延を考慮する必要があり、典型的には、伝搬遅延は、それぞれのアンテナ間の幾何学的距離すなわち直線距離を光の速度で除算することにより計算される。測位ユニットデバイスは、例えば、装置自身のアンテナ位置の事前調査及び基準デバイスのアンテナ位置の事前調査から先験的に幾何学的距離を認識していることが予想され、基準デバイスは、その信号のデータ成分の一部としてアンテナ位置をブロードキャストすることができる。

しかしながら、測位ユニットデバイスが、基準デバイスに対する幾何学的距離の先験的知識を有することが実現可能ではないか実施できない状況がある。例えば、基準デバイス又は測位ユニットデバイスの位置は、未知とすることができ、或いは、基準デバイスがその位置をブロードキャストすることができないか、又は望ましくない場合がある。幾何学的距離が、例えば、マルチパスに起因して基準デバイスからの信号の実際の伝搬経路を表していない場合、又は信号が固定回線を通じて伝搬される場合には、従来技術の同期法の精度が損なわれることになる。

測位ユニットデバイスの信号を基準デバイスのタイムベースに同期させるための改善された方法及び装置に対する要求がある。特に、幾何学的距離又は伝搬遅延が未知であるときに、基準デバイスから測位ユニットデバイスに送信される基準信号についての伝搬遅延を測定可能にする要求がある。

定義
本明細書における説明及び以下の特許請求の範囲において、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」及び同様のものは、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」及び同様のものと同義で包含的な意味に解析するものとする。例えば、「Ａ及びＢを含む装置」という表現は、要素ＡとＢからのみなる装置に限定されるべきではない。同様に、用語「ｏｒ」は、排他的な意味ではなく包含的な意味に解析するものとする。例えば、文脈上明確に他の意味に解析すべき場合を除いて、「Ａ又はＢ」は、Ａ、又はＢ、もしくはＡ及びＢの両方の意味として解析するものとする。

米国特許第７，６１６，６８２号明細書

発明の目的
本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくとも１つを克服又は改善すること、或いは有用な代替策を提供することである。好ましい形態での本発明の目的は、デバイスのうちの一方又は両方の位置が未知又は分類されている状況、又は基準信号の伝搬遅延が先験的に未知である状況において、測位ユニットデバイスの信号を基準デバイスのタイムベースに同期させるための方法及び装置を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、第２のデバイスによって生成されて送信された第２の信号を第１のデバイスのタイムベースに同期させる方法であって、
方法が、
（ｉ）第１のデバイスが第１の時間情報を含む第１の信号を生成し送信するステップであって、第１の時間情報が第１のデバイスのタイムベースに従って第１の信号の送信時間を示す、ステップと、
（ｉｉ）第２のデバイスが、
（ａ）第１の信号を受信して解析するステップと、
（ｂ）第２の信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む第２の信号を生成して送信するステップと、
（ｃ）第２の信号を受信して解析するステップと、
（ｄ）第１の時間情報と第２の時間情報との間の第１の時間差を計算するステップと、
（ｅ）第１の時間差に従って第２の信号の生成を調整し、これにより第２の信号及び第２の時間情報を調整するステップと、
（ｉｉｉ）第１のデバイスが、
（ａ）第１の信号及び調整された第２の信号を受信して解析するステップと、
（ｂ）第１の時間情報と調整された第２の時間情報との間の第２の時間差を計算するステップと、
（ｃ）第２の時間差又はこれに関連する物理量を送信するステップと、
（ｉｖ）第２のデバイスが、
（ａ）第２の時間差又は関連物理量を受信して、これから第１の信号の伝搬遅延の尺度を取得するステップと、
（ｂ）伝搬遅延の尺度に従って第２の信号の生成を調整する、
ステップするステップと、
を含み、これにより第２の信号をタイムベースに同期させるようにする、方法が提供される。

ステップ（ｉｉ）（ｅ）は、第１の時間情報と第２の時間情報との間の差を最小にするように第２の信号の生成を調整するステップを含む。

好ましくは、本方法は更に、第２の信号がタイムベースに同期された後、第１のデバイスが、
第２の信号及び第１の信号を受信して解析するステップと、
受信及び解析された第１の信号と第２の信号の間の位相差又は時間差を測定するステップと、
測定された位相差又は時間差又は関連物理量を送信するステップと、
を含み、第２のデバイスが、第２の信号の生成を調整して、第１の信号の伝搬における環境関連の変動のタイムベースへの第２の信号の同期に関する影響を軽減できるようにする。

より好ましくは、第２のデバイスは、測定された位相差又は時間差又は関連物理量に従って、第２の信号の生成を調整する。

特定の実施形態において、第１及び第２の信号は、固定回線を介して第１及び第２のデバイス間で送信される。固定回線が同軸ケーブル又は光ファイバを含むことができる。

特定の実施形態において、本方法は更に、第２のデバイスに動作可能に関連付けられた送信機から、タイムベースと同期されている第３の信号をブロードキャストするステップを更に含む。

本発明の第２の態様によれば、第２の信号を生成及び送信する第２のデバイスが、第１の信号を生成及び送信する第１のデバイスから第２のデバイスへ第１の信号の伝搬遅延の公称値を使用して、第１のデバイスのタイムベースに第２の信号を公称的に同期させる装置において、第２の信号とタイムベースとの間の時間残差を特定する方法であって、
方法は、第１のデバイスが、
（ａ）第１の信号及び第２の信号を受信して解析するステップと、
（ｂ）受信された第１の信号と受信された第２の信号との間の時間差を測定し、これから時間残差を計算することができるようにするステップと、
（ｃ）測定された時間差又は関連物理量を送信し、これにより時間残差を補正又は補償することができるようにするステップと、
を含む、方法が提供される。

好ましい実施形態において、第２のデバイスは、測定された時間差又は関連物理量を利用して第２の信号の生成を調整し、これにより第２の信号のタイムベースへの同期の精度を改善する。

他の実施形態において、第３のデバイスが、測定された時間差又は関連物理量を利用して、第２のデバイスから受信された信号に補正を適用する。

特定の実施形態において、本方法は更に、第２のデバイスが第２の信号の生成を調整した後、第１のデバイスが、
第２の信号及び第１の信号を受信して解析するステップと、
受信及び解析された第１の信号と第２の信号の間の位相差又は時間差を測定するステップと、
測定された位相差又は時間差又は関連物理量を送信するステップと、
を含み、第２のデバイスが、第２の信号の生成を調整して、第１の信号の伝搬における環境関連の変動のタイムベースへの第２の信号の同期に関する影響を軽減できるようにする。

本発明の第３の態様によれば、第２のデバイスによって生成されて送信された第２の信号を第１のデバイスのタイムベースに同期させる装置であって、
第１のタイムベースを有し、第１の時間情報を含む第１の信号を生成し送信するよう構成された第１のデバイスであって、第１の時間情報が第１のタイムベースに従って第１の信号の送信時間を示す、第１のデバイスと、
第２のデバイスであって、
第１の信号を受信して解析し、
第２の信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む第２の信号を生成して送信し、
第２の信号を受信して解析し、
第１の時間情報と第２の時間情報との間の第１の時間差を計算し、
第１の時間差に従って第２の信号の生成を調整し、これにより第２の信号及び第２の時間情報を調整する、
ように構成された第２のデバイスと、
第１のデバイスが更に、
第１の信号及び調整された第２の信号を受信して解析し、
第１の時間情報と調整された第２の時間情報との間の第２の時間差を計算し、
第２の時間差又はこれに関連する物理量を送信する、
ように構成され、
第２のデバイスが更に、
第２の時間差又は関連物理量を受信して、これから第１の信号の伝搬遅延の尺度を取得し、
伝搬遅延の尺度に従って第２の信号の生成を調整する、
ように構成され、
これにより第２の信号をタイムベースに同期させる、装置が提供される。

好ましくは、第２のデバイスは、第１の時間情報と第２の時間情報との間の差を最小にするように、第１の時間差に従って第２の信号の生成を調整するように構成される。

好ましくは、第１のデバイスは、第２の信号がタイムベースに同期された後、
第２の信号及び第１の信号を受信して解析し、
受信及び解析された第１の信号と第２の信号の間の位相差又は時間差を測定し、
測定された位相差又は時間差又は関連物理量を送信する、
ように構成され、第２のデバイスが、第２の信号の生成を調整して、第１の信号の伝搬における環境関連の変動のタイムベースへの第２の信号の同期に関する影響を軽減できるようになる。

より好ましくは、第２のデバイスは、測定された位相差又は時間差又は関連物理量に従って、第２の信号の生成を調整するよう構成される。

特定の実施形態において、第１及び第２のデバイスは、該第１及び第２のデバイスに接続された固定回線を介して第１及び第２の信号を送信及び受信するように構成される。固定回線が同軸ケーブル又は光ファイバを含むことができる。

特定の実施形態において、本装置は、タイムベースと同期されている第３の信号をブロードキャストするため、第２のデバイスに動作可能に関連付けられた送信機を更に備える。

本発明の第４の態様によれば、第２のデバイスによって生成及び送信された第２の信号と、第１の信号を生成及び送信する第１のデバイスのタイムベースとの間の時間残差を特定する装置であって、
第２のデバイスが、第１のデバイスから第２のデバイスへの第１の信号の伝搬遅延の公称値を使用して、タイムベースに第２の信号を公称的に同期させ、
第１のデバイスが、
第１の信号及び第２の信号を受信して解析し、
受信された第１の信号と受信された第２の信号との間の時間差を測定し、これから時間残差を計算することができるようにし、
測定された時間差又は関連物理量を送信し、これにより時間残差を補正又は補償することができるようにする、
ように構成されている、装置が提供される。

好ましい実施形態において、第２のデバイスは、測定された時間差又は関連物理量を利用して第２の信号の生成を調整するように構成され、これにより第２の信号のタイムベースへの同期の精度を改善する。

他の実施形態において、本装置は、測定された時間差又は関連物理量を利用して、第２のデバイスから受信された信号に補正を適用するよう構成された第３のデバイスを備える。

特定の実施形態において、第２のデバイスが第２の信号の生成を調整した後、第１のデバイスが、
第２の信号及び第１の信号を受信して解析し、
受信及び解析された第１の信号と第２の信号の間の位相差又は時間差を測定し、
測定された位相差又は時間差又は関連物理量を送信する、
ように構成され、
第２のデバイスが、第２の信号の生成を調整して、第１の信号の伝搬における環境関連の変動のタイムベースへの第２の信号の同期に関する影響を軽減できるようにする。

本発明の第５の態様によれば、第２の信号を生成及び送信する第２のデバイスが、第１のデバイスによって生成及び送信される第１の信号を使用して、第１のデバイスに第２の信号を同期させる装置において、第１の信号の伝搬における環境関連の変動の同期に関する影響を軽減する方法であって、
本方法は、
第１のデバイスが、第２の信号及び第１の信号を受信して解析するステップと、
第１のデバイスが、受信及び解析された第１の信号と第２の信号の間の位相差又は時間差を測定するステップと、
第１のデバイスが、測定された位相差又は時間差又は関連物理量を送信するステップと、
第２のデバイスが、測定された位相差又は時間差又は関連物理量に従って、第２の信号の生成を調整し、タイムベースへの第２の信号の同期が維持されるようにするステップと、
を含む、方法が提供される。

本発明の第６の態様によれば、第１の信号を生成及び送信する第１のデバイスの第１の信号の伝搬における環境関連の変動のタイムベースに、第２のデバイスによって生成されて送信された第２の信号を同期させることに関する影響を軽減する装置であって、
第１のデバイスが、
第２の信号及び第１の信号を受信して解析し、
受信及び解析された第１の信号と第２の信号の間の位相差又は時間差を測定し、
測定された位相差又は時間差又は関連物理量を送信する、
ように構成され、
第２のデバイスが、
測定された位相差又は時間差又は関連物理量に従って、第２の信号の生成を調整し、タイムベースへの第２の信号の同期が維持されるように構成される、
ことを特徴とする装置が提供される。

本発明の第７の態様によれば、タイムベースを有する基準デバイスと、基準デバイスのタイムベースに同期された測位信号を生成及び送信する複数の測位ユニットデバイスとを備えた、ロケーションネットワークにおけるロービング位置受信機の位置を決定する方法であって、
測位ユニットデバイスの少なくとも１つは、
（ｉ）基準デバイスが、第１の時間情報を含む基準信号を生成し送信するステップであって、第１の時間情報がタイムベースに従って基準信号の送信時間を示す、ステップと、
（ｉｉ）測位ユニットデバイスが、
（ａ）基準信号を受信して解析するステップと、
（ｂ）測位信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む測位信号を生成して送信するステップと、
（ｃ）測位信号を受信して解析するステップと、
（ｄ）第１の時間情報と第２の時間情報との間の第１の時間差を計算するステップと、
（ｅ）第１の時間差に従って測位信号の生成を調整し、これにより測位信号及び第２の時間情報を調整するステップと、
（ｉｉｉ）基準デバイスが、
（ａ）基準信号及び調整された測位信号を受信して解析するステップと、
（ｂ）第１の時間情報と調整された第２の時間情報との間の第２の時間差を計算するステップと、
（ｃ）第２の時間差又はこれに関連する物理量を送信するステップと、
（ｉｖ）測位ユニットデバイスが、
（ａ）第２の時間差又は関連物理量を受信して、これから基準信号の伝搬遅延の尺度を取得するステップと、
（ｂ）伝搬遅延の尺度に従って測位信号の生成を調整し、これにより測位信号を第１のデバイスのタイムベースに同期させるようにするステップと、
を含み、
ロービング位置受信機が、少なくとも１つの測位ユニットデバイスから受信した測位信号を含む、複数の測位ユニットデバイスから受信した測位信号の選択集合を用いて位置解を計算する、
ことによって測位信号をタイムベースに同期させる、
ことを特徴とする、方法が提供される。

本発明の第８の態様によれば、ロービング位置受信機が位置解を計算することを可能にするロケーションネットワークであって、
時間情報を含む基準信号を生成し送信するよう構成された基準デバイスであって、時間情報が基準デバイスのタイムベースに従って基準信号の送信時間を示す、基準デバイスと、
基準デバイスのタイムベースに同期された測位信号を生成及び送信する複数の測位ユニットデバイスと、
を備え、
測位ユニットデバイスの少なくとも１つが、
基準信号を受信して解析し、
測位信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む測位信号を生成及び送信し、
測位信号を受信して解析し、
第１の時間情報と第２の時間情報との間の第１の時間差を計算し、
第１の時間差に従って測位信号の生成を調整し、これにより測位信号及び第２の時間情報を調整する、
ように構成され、
基準デバイスが、
基準信号及び調整された測位信号を受信して解析し、
第１の時間情報と調整された第２の時間情報との間の第２の時間差を計算し、
第２の時間差又はこれに関連する物理量を送信する、
ように構成され、
少なくとも１つの測位ユニットデバイスが、
第２の時間差又は関連物理量を受信して、これから基準信号の伝搬遅延の尺度を取得し、
伝搬遅延の尺度に従って測位信号の生成を調整し、これにより測位信号を第１のデバイスのタイムベースに同期させる、
ように構成され、
このようなロービング位置受信機が、少なくとも１つの測位ユニットデバイスから受信した測位信号を含む、複数の測位ユニットデバイスから受信した測位信号の選択集合を用いて位置解を計算することができる、ロケーションネットワークが提供される。

本発明の第９の態様によれば、請求項１～１１、２３及び２５のうちの何れか一項に記載の方法を実施する、又は請求項１２～２２及び２４のうちの何れか一項に記載の装置を動作させる、又は請求項２６に記載のロケーションネットワークを動作させる、ように構成されたコンピュータ可読プログラムを有する非一時的コンピュータ使用可能媒体を含む製品が提供される。

ここで、添付図面を参照しながら、例証として本発明の好ましい実施形態を説明する。

本発明の１つの実施形態による、測位ユニットデバイス又はスレーブデバイスの信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる装置を示す概略図である。 本発明の１つの実施形態による、測位ユニットデバイス又はスレーブデバイスの信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる方法を描いたフローチャートを示す図である。 本発明の１つの実施形態による、測位ユニットデバイス又はスレーブデバイスの信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる装置を示す概略図である。 固定回線リンクを用いてスレーブデバイスが基準デバイスから受信したタイムベースを別のスレーブデバイスに転送する装置の選択された構成要素を示す概略図である。 固定回線を介して基準デバイスからスレーブデバイスに転送されたタイムベースを基準デバイスから遠隔にある１又は２以上の他のデバイスに無線配布することができる装置を示す概略図である。 スレーブデバイスが、基準信号伝搬遅延に関する公称値を用いてスレーブデバイスの信号を基準デバイスのタイムベースに公称的に同期させた後に、スレーブデバイスの信号と基準デバイスのタイムベースとの間の時間残差を識別する方法を描いたフローチャートを示す図である。 ネットワーク内でデバイスから受信した信号を用いて、ロービング位置受信機がその位置を決定することが可能なロケーションネットワークを示す概略図である。

無線実施形態
図１は、例えば２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域における無線伝送の場合において、第２のデバイスすなわちスレーブデバイス６から送信された信号４を第１のデバイスすなわち基準デバイス１０のタイムベースに同期させるのに適した装置２を概略図で示す。重要なことに、２つのデバイスのアンテナ３４、３６間の距離１２の先験的知識に対する必要性はない。

図１に示す実施形態において、基準デバイス１０は、送信機１４、受信機１６、ＣＰＵ１８、及び送信機１４に周波数標準を提供する発信器２０を備える。図示の実施形態では、発振器２０はまた、受信機１６及びＣＰＵ１８に給電するが、他の実施形態では、これらの構成要素は自己の発振器を利用する。ＣＰＵ１８は、送信機１４、受信機１６及び発振器２０と通信するための回路及び非一時的な機械可読プログラムコードを含む。好ましい実施形態では、送信機１４は、発振器２０の周波数に関連する搬送周波数（例えば、発振器２０の周波数の何らかの倍数又は分数）を生成するためのＲＦ搬送波生成器と、例えば１又は２以上のスレーブデバイス６によって、同じ搬送周波数上で送信される他のコードシーケンスと区別することができる一意のコードシーケンスを生成する少なくとも１つの疑似乱数（ＰＲＮ）コード生成器とを備える。そのため、基準デバイス１０によって生成された基準信号８は、典型的には、搬送波成分及びＰＲＮコード成分と、並びに基準デバイス１０のタイムベースと同等とすることができる基準信号の送信時間を示す時間情報を含む、ＣＰＵ１８からデータを伝達するためのデータ成分とを有する。この実施形態では、基準デバイスのタイムベースは、発振器２０の位相及び周波数、送信機１４によって生成されるＰＲＮ成分、及びＣＰＵ１８によって生成されるデータ成分に加えて、基準デバイス１０から基準信号８が発生する前の何らかのハードウェア遅延によって決定されることになる。

特定の実施形態では、例えば、自己完結型同期ロケーションネットワークで使用する場合、基準発振器２０の絶対精度及び安定性は重要ではなく、例えば温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）を使用することができる。別の実施形態では、基準発振器２０は、ＧＰＳ信号又は同様のものを介して協定世界時（ＵＴＣ）にステアリングすることができる原子時計などの外部周波数基準２２によって置き換えられる。この外部周波数基準２２は、例えば１０ＭＨｚの基準信号及びパルス毎秒（ＰＰＳ）を送信機１４に提供し、更に時間情報を基準ＣＰＵ１８に提供して、タイムベースを基準デバイス１０に転送することができる。

スレーブデバイス６は、典型的には、受信機２４、ステアリング発振器２８を有する送信機２６、及びＣＰＵ３０を備える。好ましくは、スレーブデバイス６はまた、他の構成要素に共通の周波数を提供するための発振器３２を備える。ＣＰＵ３０は、送信機２６、受信機２４、及びステアリング発振器２８と通信するための回路及び非一時的な機械可読プログラムコードを含む。好ましい実施形態では、ステアリング発振器は、デジタル制御発振器、フラクショナルＮ位相ロックループ、又は直接デジタル合成（ＤＤＳ）技術を使用してデジタル領域で生成される。これらのデジタル生成発振器は、μＨｚの精度で周波数制御することができ、従って、以下に説明する同期プロセスにおいてスレーブ信号４を基準デバイスのタイムベースに正確に「スレーブ」させることができる。好ましい実施形態では、スレーブ送信機２６は、ステアリング発信器２８の周波数に関連する搬送波周波数（例えば、発振器２０の周波数の何らかの倍数又は分数）を生成するためのＲＦ搬送波発生器と、例えば、ロケーションネットワーク内の基準デバイス又は他のスレーブデバイスによって、同じ搬送周波数上で送信される他のコードシーケンスと区別することができる一意のコードシーケンスを生成する少なくとも１つの疑似乱数（ＰＲＮ）コード生成器とを備える。そのため、スレーブデバイス６によって生成された信号４は、典型的には、搬送波成分及びＰＲＮコード成分と、並びに信号の送信時間を示す時間情報と共に、ＣＰＵ３０からデータを伝達するためのデータ成分とを有する。一般に、スレーブ信号４の送信時間は、ステアリング発振器２８の位相及び周波数、送信機２６によって生成されたＰＲＮ成分、及びＣＰＵ３０によって生成されたデータ成分に加えて、スレーブ信号４がスレーブデバイス６から発生する前の何らかのハードウェア遅延によって決定されることになる。

図示の実施形態では、基準デバイス１０及びスレーブデバイス６は各々、信号４、８の送信及び受信の両方を行うための無指向性アンテナなどの単一素子アンテナ３４、３６と、送信モードと受信モードの間でそれぞれのデバイスを切り替えるためのＴｘ／Ｒｘスイッチ３８、４０とを備えている。代替の実施形態では、Ｔｘ／Ｒｘスイッチの代わりに、ＲＦサーキュレータ又は同様の構成要素が使用される。共通アンテナ３４を介して信号を送受信する基準デバイス１０の能力、及び共通アンテナ３６を介して信号を送信及び受信するスレーブデバイス６の能力は、基準信号８とスレーブ信号４が対称パスを通過するのを確実にするので有利である。そのため、基準信号８及びスレーブ信号４の飛行時間遅延又は伝搬遅延は両方とも、信号がマルチパスの影響を受けるかどうかに関係なく、往復伝搬遅延の半分に等しいと見なすことができる。代替の実施形態では、別個の送信アンテナ及び受信アンテナ（図示せず）が基準デバイス１０又はスレーブデバイス６に使用されるが、この場合、マルチパスは対称的ではない可能性がある。

基準信号の伝搬遅延が先験的に未知である状況では、好ましい実施形態において、スレーブ信号４の基準デバイス１０のタイムベースへの同期、又はより正確には、スレーブ信号４の送信時間と基準デバイスから送信される基準信号８の送信時間、すなわち基準デバイス１０のタイムベースとの同期は、以下のステージで達成される。

ステージ１：基準信号の取得とスレーブ信号の送信
スレーブデバイス６は、基準信号の送信の時間、すなわち基準デバイスタイムベースを示す時間情報を含む基準信号８を受信する。スレーブデバイス６は、スレーブ送信機２６の時間及び周波数を、受信された基準信号８の時間及び周波数に大まかに設定し、その後、スレーブ信号４を生成及び送信する。スレーブ送信機２６は、スレーブ信号４において、送信時間を示す時間情報を含み、これは、この段階では受信された基準信号８に対して粗く整合されている。スレーブ信号４はまた、スレーブデバイス６が初期整列モードにあることを基準デバイス１０及び他の何れかの受信デバイスに通知するデータを含む。

ステージ２：スレーブ信号の基準信号への微調整周波数整合
スレーブ受信機２４は、フィードバックループ４２によって示されるようにスレーブ信号４並びに基準信号８を受信し、これらの信号をそれぞれの搬送波位相、ＰＲＮコード及びデータ成分に従って別々のチャネルで解析し、これらの信号間の周波数差を測定する。次に、スレーブＣＰＵ３０は、測定された周波数差から導出された量だけ、ステアリング発振器２８の周波数を調整する。好ましい実施形態では、測定された周波数差は、積分搬送波位相（ＩＣＰ）差の形式であり、スレーブＣＰＵ３０は、受信機２４内の両方の信号のＩＣＰ測定結果をゼロにし、次いでステアリング発振器２８に連続的に補正を適用する閉ＩＣＰ制御ループを連動させてＩＣＰ差をゼロに維持し、スレーブ信号４の周波数を基準信号８の周波数にロックする。

ステージ３：ミラーモード
スレーブ信号４が基準信号８と微調整周波数整合されると、それぞれの信号の搬送波位相、ＰＲＮコード及びデータ成分から導出された時間情報をフィルタリング及び測定することができる。スレーブＣＰＵ３０は、スレーブ信号４と基準信号８のそれぞれの時間情報の間の時間差である第１の時間差を計算し、次いで、計算された第１の時間差に従ってスレーブ信号４の生成を調整する。好ましくは、スレーブＣＰＵ３０は、スレーブ信号４と基準信号８のそれぞれの時間情報の間の差を最小にするように、スレーブ信号４の生成を調整する。すなわち、スレーブ信号４の生成は、好ましくは、送信されたスレーブ信号４を搬送波位相、ＰＲＮコード及び受信基準信号８とのデータ整合状態にするために、計算された第１の時間差に等しい量だけ調整される。この調整に続いて、スレーブ信号４は、いまだに未知の基準信号伝搬遅延によってのみ基準デバイスのタイムベースから時間オフセットされることになる。従って、調整されたスレーブ信号４に含まれる時間情報は、スレーブデバイス６によって受信される基準信号８の時間情報と実質的に同じになる。このステージでは、スレーブ信号４は、本質的に基準信号８の能動反射であり、受信した基準信号と同じ搬送波位相、コード位相及びデータ成分のブロードキャスト時間情報を含むが、固有のＰＲＮコード及びデータ成分を含む。スレーブデバイス６は、その後、いわゆる「ミラーモード」で基準信号をメタファ的に反映していることをブロードキャストし、基準デバイス１０からの更なる情報を待機する。

ステージ４：基準信号の伝搬遅延の計算とブロードキャスト
基準受信機１６は、調整されたスレーブ信号４をフィードバックループ４４で表される基準信号８と共に受信し、次いで、それぞれの搬送波位相、ＰＲＮコード、及びデータ成分に従って別々のチャネルでスレーブ信号及び基準信号を解析する。基準ＣＰＵ１８は、スレーブデバイス６がミラーモードであることを確認し、次いで、スレーブ信号４と基準信号８のそれぞれの時間情報間の時間差である第２の時間差を計算する。調整されたスレーブ信号４の時間情報は、スレーブデバイス６によって受信されて基準デバイスに「反射」された元の基準信号８の送信時間に相当するので、基準ＣＰＵ１８は、この第２の時間差を基準デバイス１０とスレーブデバイス６の間の信号の往復伝搬遅延として解析することができる。好ましい実施形態では、基準ＣＰＵ１８は、計算された第２の時間差に適切なスケーリング係数を適用して、基準信号伝搬遅延の尺度を取得し、当該情報を好ましくは基準信号８のデータ成分の一部としてスレーブデバイス６に送信する。対称信号経路の場合、計算された２番目の時間差に適用されるスケーリングは、基準信号の伝搬遅延が往復伝搬遅延の半分であると予想されるので、通常は、約２倍の除算又は約２分の１の乗算を含む。代替の実施形態では、基準デバイス１０は、計算された第２の時間差をスレーブデバイス６に送信し、スレーブデバイス６は、次いで、適切なスケーリング係数を適用して基準信号伝搬遅延の尺度を取得する。一般的に言えば、基準デバイス１０は、第２の時間差、すなわち往復伝搬遅延又はこれに関連する物理量を測定してスレーブデバイス６に送信し、スレーブデバイス６が基準信号の伝搬の測定値を取得できるようにする。

ステージ５：基準信号の伝搬遅延の補正
スレーブデバイス６が、基準デバイス１０から送信された第２の時間差又は関連の物理量を受信し、基準信号伝搬遅延の尺度を取得すると、スレーブデバイス６は整合モードに再度入り、基準信号伝搬遅延の尺度をステアリング発信器２８への更なる調整として適用し、これによってスレーブ信号４を基準デバイスタイムベースに同期させる。換言すると、スレーブ信号４の生成は、測定された基準信号の伝搬遅延によって進み、基準デバイスのタイムベースと整合して、基準デバイスのタイムベースをスレーブデバイス６に効率的に転送する。

次に、スレーブデバイス６は、スレーブ信号４のデータ成分を更新して、基準デバイスタイムベースへの同期が達成されたことを示す。図中の他のスレーブデバイスは、スレーブ信号４を使用して、これらの信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる段階に進むことができる。好ましい実施形態では、基準デバイスのタイムベースのこの中継は、上記の同期手順を繰り返すことによって「デイジーチェーン」することができ、その結果、基準デバイスとして現在機能しているスレーブデバイス６は、その位置を後続のスレーブデバイスにブロードキャストする必要がない。特定の実施形態では、クロスチェックの目的で、同期されたスレーブデバイス６は、それ自体の信号４のデータ成分にて決定された基準信号伝搬遅延を含む。

特定の実施形態では、スレーブ信号の生成は、指定された時間期間にわたってステアリング発振器２８に周波数オフセットを適用することによって調整され、スレーブ信号４を時間的にスルーする。他の実施形態では、スレーブ信号の生成は、指定された期間にわたってスレーブ送信機２６のＰＲＮコード生成器にクロックオフセットを適用することによって調整され、スレーブ信号４を時間的にスルーする。閉ＩＣＰ制御ループを使用してスレーブ信号４の周波数を基準信号８の周波数にロックする場合、ループは、好ましくは一時的に開かれて、周波数オフセットをステアリング発振器２８に適用する。ステアリング発信器２８の周波数がオフセットされた後、スレーブＣＰＵ３０は、好ましくは、閉ＩＣＰ制御ループに再連動してスレーブ信号４の調整を維持する。

スレーブデバイスの信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる方法が、図２のフローチャートに要約される。ステップ４６において、基準デバイスは、基準デバイスのタイムベースに従って基準信号の送信時間を示す第１の時間情報を含む基準信号を生成し送信する。ステップ４８において、スレーブデバイスは、基準信号を受信して解析し、次いで、ステップ５０において、スレーブデバイスは、スレーブ信号の送信時間を示す第２の時間情報を含むスレーブ信号を生成し送信する。ステップ５２において、スレーブデバイスは、スレーブ信号を受信し解析する。スレーブデバイスは、ステップ５４において、第１の時間情報と第２の時間情報との間の第１の時間差を計算し、次にステップ５６において、スレーブデバイスは、第１の時間差に従ってスレーブ信号の生成を調整し、これによりスレーブ信号及び第２の時間情報を調整する。ステップ５８において、基準デバイスは、基準信号と調整されたスレーブ信号を別々のチャネルにおいて受信して解析し、次にステップ６０において、基準デバイスは、第１の時間情報と調整された第２の時間情報との間の第２の時間差を計算する。ステップ６２において、基準デバイスは、計算された第２の時間差又はこれに関連する物理量を送信する。ステップ６４において、スレーブデバイスは、計算された第２の時間差又は関連物理量を受信し、これから基準信号の伝搬遅延の尺度を取得する。最後に、ステップ６６において、スレーブデバイスは、伝搬遅延尺度に従ってスレーブ信号の生成を調整し、これによりスレーブ信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる。好ましい実施形態では、基準デバイスは、ステップ６２で計算された第２の時間差を送信し、ステップ６４において、スレーブデバイスは、第２の時間差を約２のスケーリング係数で除算することにより基準信号伝搬遅延の尺度を取得する。

ステップ５６においてスレーブデバイス６によってスレーブ信号の生成に適用される調整は、好ましくは、送信されたスレーブ信号４を搬送波位相、ＰＲＮコード及び受信した基準信号８とのデータ整合状態にすることによって第１の時間情報と第２の時間情報との間の差を最小限にするように選択される。このようにすることで、スレーブデバイス６は、基準信号伝搬遅延の影響を本質的に無視している。しかしながら、調整が基準デバイス１０に通信されるという条件下では、スレーブデバイス６が信号の生成に対して異なる調整を適用することも可能である。例えば、スレーブデバイス６は、基準信号伝搬遅延の推定を適用すること、例えば、初期の粗い同期を達成することを選択することができ、この場合、基準デバイス１０によって計算された第２の時間差は、この伝搬遅延推定の不正確さから生じる、時間残差の尺度すなわち同期誤差である。基準信号８とスレーブ信号４の信号経路が対称であると仮定すると、基準信号伝搬遅延の誤差は、この値の半分になると見なすことができる。

目的が基準デバイス１０からスレーブデバイス４への信号８の伝搬遅延を単に決定することである代替の実施形態では、図２のフローチャートに示される方法は、ステップ６０の後に終了することができる。

図２に要約されている同期手順で極めて有利なことは、図１を参照すると、スレーブデバイス６及び基準デバイス１０の各々が同じ回路を通じてスレーブ信号４及び基準信号８を受信し解析できるようにするフィードバックループ４２、４４である。好ましくは、各デバイス内で、スレーブ信号４及び基準信号８が実質的に同時に受信され解析される。スレーブ信号と基準信号は通常、ＴＤＭＡスキームにおいてそれぞれのデバイスから送信されることに留意すると、異なる信号の「実質的に同時の」受信及び解析は、ＴＤＭＡスキームの詳細に依存することが理解されるであろう。基準デバイス又はスレーブデバイスの電子機器に関連する発振器ドリフト、温度又は電圧誘起の遅延変動、及び受信機ラインバイアスなどのコモンモードエラーが差分手順において排除され、往復伝搬遅延を決定するための既知の測距方法に対する大幅な進歩を表し、多くの場合数ナノ秒、場合によっては数マイクロ秒にもなり得るハードウェアエラーの原因を排除する。有利なことに、同期プロセスは、スレーブデバイス６と基準デバイス１０との間の信号の単一の交換のみを必要とし、これらそれぞれの信号のデータ成分に最小限の負荷を課す。ループ４２、４４に必要なフィードバックは、Ｔｘ／Ｒｘスイッチ４０、３８での不完全なポート分離により好都合に提供することができ、通常のＲＦ Ｔｘ／Ｒｘスイッチ又はＲＦサーキュレータなどの他の信号ルーティングコンポーネントの３０～４０ｄＢのポート分離は、一般に、送信機２６、１６が信号４、８を送信しているときに十分な信号強度をそれぞれの受信機２４、１４に提供する。

それぞれのＴｘ／Ｒｘスイッチ３８、４０とアンテナ３４、３６との間のケーブル長７２、７４もまた、基準デバイス１０とスレーブデバイス６との間の信号の交換におけるコモンモードである。従って、Ｔｘ／Ｒｘスイッチ３８、４０の位置は重要ではないことになる。これらは、例えば、図１に示されるようにアンテナ３４、３６に近接するか、又は図３に示されるように基準デバイス１０又はスレーブデバイス６の送信機、受信機及び他のコンポーネントに近接することができる。

前述のように、スレーブ信号４の周波数が基準信号８の周波数にロックされていた場合、スレーブデバイス信号４の基準デバイスタイムベースへの同期は、スレーブデバイスの電子機器におけるハードウェアのドリフトの影響を受けずに、長い時間期間にわたって極めて安定化することができる。しかしながら、一般に温度、圧力及び相対湿度の変動に関連する対流圏遅延の変化により、スレーブデバイス６が正確な同期からドリフトする可能性がある。特に、対流圏遅延の変動は、スレーブデバイス６にて受信される基準信号８の位相及びその後の時間に漸次的に影響することになる。スレーブデバイスのＩＣＰ制御ループは、この位相変化に追従することになり、基準発振器２０に対するステアリング発振器２８のドリフトという望ましくない結果が生じる。時間の経過に伴って、スレーブ信号４のタイミングが基準デバイスのタイムベースから外れるにつれて同期の低下が生じることになる。環境の変化もまた、例えば、地面の含水率の変化を介してマルチパスに影響を与える可能性があり、この場合もスレーブデバイスで受信された基準信号８の位相に影響を与える。

基準信号の伝搬における環境関連の変動の基準デバイスタイムベースに対するスレーブ信号４の同期への影響を緩和するために、特定の実施形態では、基準デバイス１０は、スレーブデバイスが基準デバイスタイムベースへの同期を宣言した後、スレーブデバイス６を監視し続ける。この目的のために、基準受信機１６は、着信スレーブ信号４と発信基準信号８の両方を受信し解析し続ける。好ましい実施形態では、基準デバイス１０は、基準信号８とスレーブ信号４との間の位相又は時間差を連続的又は定期的に測定し、基準信号８のデータ成分又は幾つかの他の通信リンク（図示せず）を介してスレーブデバイス６に位相又は時間補正を定期的に送信する。基準デバイス１０によって測定された位相又は時間差は、対称的な信号経路を想定すると、必要な補正の２倍にほぼ等しい「往復」伝搬遅延残差となる。２分割は、基準デバイス１０又はスレーブデバイス６により行うことができる。対流圏遅延は、一般に漸次的にのみ変化するので、通常は数分又は数十分のタイムスケールで、基準デバイス１０は、時折、例えば毎分又は１０分ごとに位相又は時間補正を提供する必要があるだけである。勿論、補正は、データリンクの制約を受けてより頻繁に、例えば毎秒提供することができる。基準デバイス１０が、例えば、共同設置の測候ステーションからローカルの気象データにアクセスできる場合、例えば、温度、圧力又は相対湿度が所定の量だけ変化したときに、位相又は時間の補正を測定し提供することを選択することができる。代替の実施形態では、基準デバイス１０が、周波数などの基準信号８及びスレーブ信号４の他の特性間の差を測定して、適切な補正を送信することも可能である。

スレーブデバイス６が基準デバイス１０から位相又は時間補正を受信すると、スレーブデバイス４は、これらの補正を適用して、基準信号のタイムベースに対するスレーブ信号４の同期を維持又は改善することができる。対流圏又は他の環境変化は一般に漸次的であるので、何れの補正も小さいと予想され、よって必要な調整は、好ましくは、積分搬送波位相（ＩＣＰ）制御ループに直接適用される。

所与の基準デバイス１０が複数のスレーブデバイス６と通信している又は複数のスレーブデバイス６を追跡しているネットワークでは、基準デバイス１０は一般に、位相又は時間補正に関連する関連スレーブデバイス６のデバイス識別情報を含む。

図７に概略的に示される位置ネットワーク６８を同期するために、上述の同期プロセスは、指定された基準デバイス１０と、複数の「スレーブ」測位ユニットデバイス６－１、６－２の１又は２以上との間で実行でき、デバイスの何れもがデバイスの位置を認識又はブロードキャストしていないことは理解されるであろう。次いで、ロービング位置受信機７０は、既知のスペクトラム拡散技術を使用して、同期された「スレーブ」測位ユニットデバイス６－１、６－２から受信した信号４－１、４－２及び場合によっては基準デバイス１０からの信号８に基づいて位置解を計算することができる。これらの計算では、ロービング位置受信機７０が信号４－１、４－２、８を受信するデバイス６－１、６－２、１０の場所を知る必要がある。例えば、基準デバイス１０又は「スレーブ」測位ユニットデバイス６－１、６－２の場所が機密扱いされる状況では、これは、許可されたロービング位置受信機７０を関連デバイスの位置で事前にプログラミングすることによって達成することができる。

固定回線の実施形態
図１は、スレーブデバイス６が、基準デバイスからの信号８の伝搬遅延についての先験的知識なしに、スレーブ信号４を基準デバイス１０のタイムベースに同期させることができる無線装置を示す。この同期プロセスは、ハードウェア遅延変動などのコモンモードエラーを排除する差分計算により、未知又は不正確に知られた長さの固定回線を介した信号伝送にも好適である。固定回線は、例えば、同軸ケーブル又は光ファイバリンクを備えることができる。無線よりも優れた固定回線の１つの利点は、マルチパスの排除である。第２の利点は、何らかの理由で無線信号を確実に受信できない場所にタイムベースを転送できることである。光ファイバリンクの特別な利点は、例えば、広く分離されたロケーションネットワークを共通のタイムベースに同期するために、国境を越えた距離又は大陸を横断する距離にわたるタイムベース同期の可能性である。

図３は、固定回線７８を介して送信する場合において、第２のスレーブデバイス６の信号４を第１の基準デバイス１０のタイムベースに同期させるのに好適な装置７６を示す概略図である。特定の実施形態では、固定回線７８は、好適なＲＦ帯域で動作するように選択された基準デバイス１０及びスレーブデバイス６の送信機１４、２６及び受信機１６、２４を備えた同軸ケーブルを含む。一般的に言えば、周波数が低いほど、同軸ケーブルの伝搬損失が低くなり、長い距離にわたる信号の同期に好適となる。

他の実施形態では、固定回線７８は、光ファイバ、好ましくはシングルモード光ファイバを含むが、マルチモード光ファイバが比較的短い距離には好適とすることができる。通信グレードのシングルモード光ファイバを使用した約１５５０ｎｍの動作では、典型的には、増幅なしで最大８０又は１００ｋｍの伝送距離が可能となる。より長い距離の場合、固定回線７８は、１又は２以上の増幅器を含むことができ、これは、好ましい実施形態では完全に双方向で、各方向で対称信号経路を確保する。各送信機１４、２６は、例えば、ＲＦ送信機とＲＦ－光（Ｅ→Ｏ）変換器との組み合わせを含むことができる。或いは、トランスミッタは、直接又は電気光学変調器などの外部変調器を介して変調された半導体レーザを備えることができる。好ましくは、２つのトランスミッタ１４、２６は、光ファイバに沿った信号の伝搬速度が通常は波長に伴って変化することに注目して、対称的な伝搬を確保するためにほぼ同一の波長の光を放射する。波長が大幅に異なる場合、結果として生じる伝搬の非対称性は、光ファイバの分散特性の知識を使用してある程度補償することができる。特定の実施形態では、受信機１６、２４は各々、光－ＲＦ（Ｏ→Ｅ）変換器とＲＦ受信機の組み合わせを含み、他の実施形態では、受信機は、好適な信号処理電子機器と組み合わされた高速フォトダイオードを含む。

固定回線７８の形式が何であれ、その長さは未知であることが多いが、少なくともナノ秒レベルでの信号又はデバイスの同期に必要な精度を有する。例えば、屈折率がおよそ１．５を有した２メートルの長さの光ファイバは、１０ｎｓに相当する。これは、図１を参照して上述したように、未知の距離１２にわたる無線伝送の場合に類似している。この問題を解決するために、上記の同期プロセスを固定回線リンクに適用することができ、周波数整合、アクティブ反射、往復伝搬遅延測定、及び時間整合の同じ一般的なステップを有する。

図３に示す基準デバイス１０とスレーブデバイス６は各々、デバイスを固定回線７８に接続するＲＦ又は光スイッチ８０、８２を含む。これらのスイッチは、図１に示すＴｘ／Ｒｘスイッチ３８、４０と類似の方式で機能し、基準デバイス又はスレーブデバイスが送信モード又は受信モードのどちらで動作しているかを選択し、不完全なポート分離によりフィードバックループ４４、４２を提供する。好適なＲＦスイッチは、半導体スイッチを含む。光学機械式スイッチ、電気光学スイッチ、音響光学スイッチ、及び全反射に基づくスイッチを含む、ある範囲のスイッチング速度を有する複数のタイプの光スイッチが当技術分野で知られている。他の実施形態では、アクティブＲＦスイッチ８０又は光スイッチ８２は、ＲＦハイブリッド直交カプラ又は光サーキュレータなどの受動素子によって置き換えられる。何れの方法でも、基準デバイス及びスレーブデバイスの各々は、上述のように、基準信号８及びスレーブ信号４の両方を受信して解析することができる。

図１を参照して上述した無線信号を用いた実施形態では、スレーブが同期を宣言した後に基準デバイス１０がスレーブデバイス６を監視し続けて、例えば対流圏遅延の変化によって引き起こされる可能性があるスレーブステアリング発振器２８のドリフトを補正することができる方法を説明した。同様に、固定回線の環境変化、特に温度変化の影響により、固定回線７８を介してスレーブデバイス６にて受信される基準信号８の位相及びその後の時間が変化することになる。温度変化は、例えば、固定回線の長さ及び当該回線に沿った信号の伝搬速度の両方に影響を与える可能性がある。結果として生じるドリフトは、本質的に同じ監視手順で補正することができる。好ましい実施形態では、基準デバイス１０は、基準信号８とスレーブ信号４の間の位相又は時間差を連続的又は定期的に測定し、位相又は時間補正をスレーブデバイス６に定期的に送信する。上述のように、スレーブデバイス６は、受信信号又は時間補正を適用して、信号４のタイムベースへの基準デバイスの同期を維持又は改善することができる。

上述の無線実施形態と同様に、スレーブデバイスが、基準デバイスのタイムベースに同期されると、当該タイムベースを１又は２以上の別の又は２次スレーブデバイスにカスケード接続又は中継することができる。図４は、固定回線７８に沿って基準デバイス１０から受信したタイムベースを別の固定回線７８Ａを介して２次スレーブデバイス６Ａにカスケード接続できるようにする１ｘ２スプリッタ８４の形態の追加構成要素を備えたスレーブデバイス６を概略的に示している。この実施形態では、１次スレーブ信号４は、新しい基準信号８Ａとなり、１次スレーブデバイス６は、２次スレーブデバイス６Ａから信号４Ａを受信する。１ｘ２スプリッタ８４は、好ましくは、アクティブスイッチではなく受動素子であり、１次スレーブデバイス６は、信号４及び８Ａを基準デバイス１０及び２次スレーブデバイス６Ａに順次的ではなく同時に送信することができる。

一般的に言えば、２次スレーブデバイス６Ａは、１次スレーブデバイス６が基準デバイス１０との同期を宣言した場合にのみ信号８Ａを利用すべきである。代替的に又はこれに加えて、１次スレーブデバイス６は、１次スレーブデバイスが同期を宣言する前に、固定回線７８Ａに沿った信号伝送を防ぐために、ＣＰＵ３０の制御下にある分離スイッチ８６を含むことができる。好ましくは、このような任意選択的な構成要素は、コモンモードになるように信号経路で対称である必要がある。

代替の実施形態では、基準デバイスへの同期を介して取得されたタイムベースは、例えば１ｘ２スプリッタ８４を１ｘＮスプリッタに置き換えることによるか、又はカスケード接続された１ｘ２スプリッタを使用することにより、複数の２次スレーブデバイスに配布される。ＲＦ又は光ドメインの何れかで動作するための様々な値Ｎに対する１×Ｎスプリッタは、当技術分野で知られている。必然的に、１ｘＮスプリッティングに関連する電力損失により、好ましくは経路の対称性のために双方向増幅器を使用して信号が増幅されない限り、所与の１次スレーブデバイスからタイムベースを受信できる２次スレーブデバイスの数が制限されることになる。

図５は、図３に示される固定回線装置の変形形態を概略図で示しており、ここで、シングルモード光ファイバなどの固定回線７８を介して基準デバイス１０からスレーブデバイス６に転送されるタイムベースは、基準デバイスから遠隔にある他の何れかの数のデバイス８８に無線で配布することができる。この実施形態では、装置は更に、第２のスレーブタイムベースと同期される第３の信号９４をブロードキャストするためにスレーブデバイス６と動作可能に関連付けられた送信機９２を含む。一般に、基準デバイスのタイムベースは、既にスレーブデバイスに転送されており、この場合、第３の信号９４もまた、基準タイムベースと同期されることになる。特定の実施形態では、送信機９２は、例えば、同軸ケーブル又はデータケーブルとすることができるリンク９０を用いてスレーブデバイス６に動作可能に関連付けられ、このリンクを介して、スレーブデバイスは、例えば１０ＭＨｚ基準信号などの周波数基準に加えて、パルス／秒（ＰＰＳ）及び時間情報を提供する。従って、スレーブデバイス６は、図１に関して上記で説明した任意選択的な外部周波数基準２２と類似の方法で機能している。

公称同期の精度の向上
本発明の別の態様によれば、再び図１を参照すると、スレーブデバイス６と基準デバイス１０との間の信号の交換を用いて、米国特許第７，６１６，６８２号に記載されている同期プロセスの精度を改善する。特に、これにより、スレーブデバイス６によって使用される基準信号８の伝搬遅延の先験的な値が不正確に仮定されることから生じる、時間残差又は同期エラーに対する補正を基準デバイス１０が検出及び送信可能になる。従来技術では、スレーブデバイスがデバイス間の距離１２を光速で除算することによって基準信号の伝搬遅延を計算することを想起されたい。そのため、例えば、マルチパス又は測量エラー又は想定信号速度の不正確さに起因して、例えば対流圏遅延に起因して、想定距離の不正確さから誤差が生じる可能性がある。

本発明のこの態様では、スレーブデバイス６が、基準信号伝搬遅延の想定値又は公称値を使用して、米国特許第７，６１６，６８２号に記載の手順を介して信号４を基準デバイス１０のタイムベースに公称的に同期させたと想定される。この公称値は、例えば、測量されたデバイスアンテナの位置又は近似マップ座標から取得されたデバイス間距離１２の値から導出され、より高い又はより低い精度である場合がある。しかしながら、不正確さにより、スレーブ信号４と基準デバイスのタイムベースとの間に時間残差又は同期エラーが発生し、これは、スレーブデバイスが「公称」同期手順に従った後も依然として残る。今の時間残差又は同期誤差が特定又は確定されると補正又は補償することができ、これにより同期精度が向上する。

この目的のために、基準デバイス１０のＣＰＵ１８は、スレーブ信号４を監視するための非一時的な機械可読プログラムコードで構成される。上述の実施形態のステージ４と同様に、基準デバイス１０は、Ｔｘ／Ｒｘスイッチ３８での不完全な分離又は他の形態の選択的信号ルーティング構成要素によって可能になるフィードバックループ４４により表されるように、公称的に同期されたスレーブ信号４並びに基準信号８を受信し、基準ＣＰＵ１８における解析のために受信機１６にて信号８、４をサンプリングする。基準ＣＰＵは、搬送波位相、ＰＲＮ、及び基準信号８及びスレーブ信号４のデータ成分のうちの１又は２以上間の時間差を測定する。この測定された時間差から、スレーブ信号４と基準デバイスのタイムベースとの間の時間残差を計算することができる。スレーブデバイス６がその位置をブロードキャストした場合、又は信号４に基準信号伝搬遅延の公称値を含んでいた場合、又はこの公称値を伝達した場合、基準デバイス１０は、測定された時間差から公称伝搬遅延を減算し、スレーブ信号４と基準信号８が対称経路を通過するときに約２にほぼ等しい適切なスケーリング係数でこの結果を除算することにより時間残差を決定することができる。次いで、基準デバイス１０は、通常は信号８のデータ成分に含めることによって時間残差をブロードキャストすることができる。他の実施形態では、基準デバイス１０は、測定された時間差をブロードキャストし、スレーブデバイス６又は別の受信者デバイスが時間残差を計算できるようにする。更に別の実施形態では、計算は２つのデバイス間で分割される。例えば、基準デバイス１０は、時間差から伝搬遅延結果を差し引いたものをブロードキャストし、スレーブデバイス６が適切なスケーリング係数を適用することを可能にすることができる。スレーブデバイス６が時間残差を受信又は計算すると、上述の実施形態のステージ５と同様にこれに応じて信号４の生成を調整することができ、これにより基準デバイスタイムベースへの同期の精度が向上する。特定の実施形態では、信号の交換は、例えば、時間残差が所定の閾値を下回るまで１又は２以上の回数繰り返される。

スレーブデバイスが基準信号伝搬遅延の公称値を使用して基準デバイスのタイムベースにスレーブデバイスの信号を公称的に同期させたときに、スレーブデバイス信号と基準デバイスのタイムベースとの間の時間残差を特定する方法が、図６のフローチャートに要約されている。追加の任意選択的な手順は、破線のボックスで示されている。ステップ１００において、基準デバイスは、基準信号と公称同期されたスレーブ信号を別々のチャネルで受信して解析し、ステップ１０２において、基準デバイスは、受信した基準信号と受信した公称同期スレーブ信号との間の時間差を測定する。時間残差は、測定された時間差から計算できる点に留意して、ステップ１０４において、基準デバイスは、測定された時間差又はこれに関連する物理量を送信する。これにより、受信デバイスは、時間残差を補正又は補償することが可能となる。好ましい実施形態では、スレーブデバイスは、ステップ１０６において、測定時間差又は関連物理量を受信し、次いで、ステップ１０８において、測定時間差又は関連物理量を利用して、スレーブ信号の生成を調整し、これにより基準デバイスのタイムベースへのスレーブ信号の同期を改善する。他の実施形態では、基準デバイス１０によって送信された測定時間差又は関連物理量は、別のスレーブデバイスによって、独自の同期手順を実行するときに時間残差を補償するのに利用される。更に他の実施形態では、図７を参照すると、測定時間差又は関連物理量は、ロービング位置受信機７０によって、位置解における不完全に同期された「スレーブ」測位ユニットデバイス６－１から信号４－１を使用するときの時間残差を補償するのに使用することができる。

図６に要約された時間残差を識別する方法は、図１に示される無線ベースの構成の観点で説明してきたが、例えば図３に示すように、基準デバイス１０及びスレーブデバイス６が固定回線を介して通信する構成にも適用可能である。この場合、信号の交換により、例えば、スレーブデバイスの固定線７８の長さ又は固定線に沿った信号の伝搬速度に関する不完全な知識から生じる時間残差を特定することができる。

特定の実施形態では、スレーブデバイス６は、例えば信号４のデータ成分では、基準デバイス１０からの更なる情報を待機している間は「公称的に同期された」状態にあることをブロードキャストする。スレーブデバイス６は、基準デバイス１０から受信した情報を使用してスレーブ信号４の生成を調整した後、同期を宣言することができる。次いで、スレーブ信号４は、ネットワークに参加しようとしている他のデバイスによって、又は位置解を計算するためにロービング位置受信機によって使用することができる。

所与の基準デバイス１０が複数の「スレーブ」測位ユニットデバイス６と通信又はこれを追跡しているロケーションネットワークでは、基準デバイス１０は一般に、測定時間差又は関連物理量を用いた関連の「スレーブ」測位ユニットデバイス６のデバイス識別を含む。

上述の実施形態と同様に、基準デバイス１０は、スレーブが同期を宣言した後もスレーブデバイス６を引き続き監視し、例えば環境変動によって引き起こされる可能性がある、例えば、無線伝送の対流圏遅延の変化、又は固定回線伝送のリンク長又は信号伝搬速度の温度誘起の変化など、基準デバイスタイムベースに対するスレーブ信号４のドリフトを補正することができる。例えば、基準デバイス１０は、基準信号８とスレーブ信号４の間の位相又は時間差を連続的又は定期的に測定し、位相又は時間補正をスレーブデバイス６に定期的に送信することができる。次いで、スレーブデバイスは、これらの位相又は時間補正を適用して、上述の技法の何れかを使用してスレーブ信号４の生成を調整することができる。

本発明について特定の実施例を参照しながら説明してきたが、本発明は、他の多くの形態で具現化することができることは当業者には理解されるであろう。

２ 装置
４ 信号
６ スレーブデバイス
８ 信号
１０ 基準デバイス
１２ 距離
１４ 送信機
１６ 受信機
１８ ＣＰＵ
２０ 発信器
２２ 外部周波数基準
２４ 受信機
２６ 送信機
２８ ステアリング発振器
３０ ＣＰＵ
３２ 発振器
３４ アンテナ
３６ アンテナ
３８ Ｔｘ／Ｒｘスイッチ
４０ Ｔｘ／Ｒｘスイッチ
４２ ループ
４４ ループ
７２ ケーブル長
７４ ケーブル長

Claims (17)

1. スレーブデバイスによって生成されて送信された第２の信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる方法であって、
   前記方法が、
   （ｉ）前記基準デバイスが第１の時間情報を含む第１の信号を生成し送信するステップであって、前記第１の時間情報が前記基準デバイスのタイムベースに従って前記第１の信号の送信時間を示す、ステップと、
   （ｉｉ）前記スレーブデバイスが、
   （ａ）前記第１の信号を受信して解析するステップと、
   （ｂ）前記スレーブデバイスに従って前記第２の信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む前記第２の信号を生成して送信するステップと、
   （ｃ）フィードバックループを介して前記第２の信号を受信して、前記第２の信号を解析するステップと、
   （ｄ）前記第１の時間情報と前記第２の時間情報との間の第１の時間差を計算するステップと、
   （ｅ）前記第１の時間差に従って前記第２の信号の生成を調整し、これにより前記第２の信号及び前記第２の時間情報を調整するステップと、
   （ｉｉｉ）前記基準デバイスが、
   （ａ）フィードバックループを介して前記第１の信号を受信し、調整された前記第２の信号を受信して、前記第１の信号及び調整された前記第２の信号を解析するステップと、
   （ｂ）前記第１の時間情報と調整された前記第２の時間情報との間の第２の時間差を計算するステップと、
   （ｃ）前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を送信するステップと、
   （ｉｖ）前記スレーブデバイスが、
   （ａ）前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を受信して、これから前記第１の信号の伝搬遅延の尺度を取得するステップと、
   （ｂ）前記伝搬遅延の尺度に従って前記第２の信号の生成を調整するステップと、
   を含み、これにより前記第２の信号を前記タイムベースに同期させるようにし、
   前記第１の信号の伝搬遅延の尺度は、前記基準デバイスから前記スレーブデバイスに送信された前記第１の信号についての伝搬遅延の尺度である、方法。
2. 前記ステップ（ｉｉ）（ｅ）は、前記第１の時間情報と前記第２の時間情報との間の差を最小にするように前記第２の信号の生成を調整するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の信号が前記タイムベースに同期された後、前記基準デバイスが、
   前記第２の信号及び前記第１の信号を受信して解析するステップと、
   受信及び解析された前記第１の信号と前記第２の信号の間の位相差又は時間差を測定するステップと、
   測定された前記位相差又は時間差又は関連物理量を送信するステップと、
   を含み、前記スレーブデバイスが、前記第２の信号の生成を調整して、前記第１の信号の伝搬における環境関連の変動の前記タイムベースへの前記第２の信号の同期に関する影響を軽減できるようにする、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記スレーブデバイスは、測定された位相差又は時間差又は関連物理量に従って、前記第２の信号の生成を調整する、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１及び前記第２の信号は、固定回線を介して前記基準デバイス及び前記スレーブデバイス間で送信される、請求項１～４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記固定回線が同軸ケーブル又は光ファイバを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記スレーブデバイスに動作可能に関連付けられた送信機から、前記タイムベースと同期されている第３の信号をブロードキャストするステップを更に含む、請求項５又は６に記載の方法。
8. スレーブデバイスによって生成されて送信された第２の信号を基準デバイスのタイムベースに同期させる装置であって、
   第１の時間情報を含む第１の信号を生成し送信するよう構成された基準デバイスであって、前記第１の時間情報が前記基準デバイスのタイムベースに従って前記第１の信号の送信時間を示す、基準デバイスと、
   スレーブデバイスであって、
   前記第１の信号を受信して解析し、
   前記スレーブデバイスに従って前記第２の信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む前記第２の信号を生成して送信し、
   フィードバックループを介して前記第２の信号を受信して、前記第２の信号を解析し、
   前記第１の時間情報と前記第２の時間情報との間の第１の時間差を計算し、
   前記第１の時間差に従って前記第２の信号の生成を調整し、これにより前記第２の信号及び前記第２の時間情報を調整する、
   ように構成されたスレーブデバイスと、
   前記基準デバイスが更に、
   フィードバックループを介して前記第１の信号を受信し、調整された前記第２の信号を受信して、前記第１の信号及び調整された前記第２の信号を解析し、
   前記第１の時間情報と調整された前記第２の時間情報との間の第２の時間差を計算し、
   前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を送信する、
   ように構成され、
   前記スレーブデバイスが更に、
   前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を受信して、これから前記第１の信号の伝搬遅延の尺度を取得し、
   前記伝搬遅延の尺度に従って前記第２の信号の生成を調整する、
   ように構成され、
   これにより前記第２の信号を前記タイムベースに同期させ、
   前記第１の信号の伝搬遅延の尺度は、前記基準デバイスから前記スレーブデバイスに送信された前記第１の信号についての伝搬遅延の尺度である、ことを特徴とする装置。
9. 前記スレーブデバイスは、前記第１の時間情報と前記第２の時間情報との間の差を最小にするように、前記第１の時間差に従って前記第２の信号の生成を調整するように構成される、請求項８に記載の装置。
10. 前記基準デバイスは、前記第２の信号が前記タイムベースに同期された後、
    前記第２の信号及び前記第１の信号を受信して解析し、
    受信及び解析された前記第１の信号と前記第２の信号の間の位相差又は時間差を測定し、
    測定された前記位相差又は時間差又は関連物理量を送信する、
    ように構成され、前記スレーブデバイスが、前記第２の信号の生成を調整して、前記第１の信号の伝搬における環境関連の変動の前記タイムベースへの前記第２の信号の同期に関する影響を軽減できるようになる、請求項８又は９に記載の装置。
11. 前記スレーブデバイスは、測定された前記位相差又は時間差又は関連物理量に従って、前記第２の信号の生成を調整するよう構成される、請求項１０に記載の装置。
12. 前記基準デバイス及びスレーブデバイスは、該基準デバイス及びスレーブデバイスに接続された固定回線を介して前記第１及び前記第２の信号を送信及び受信するように構成される、請求項８～１１の何れか一項に記載の装置。
13. 前記固定回線が同軸ケーブル又は光ファイバを含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記タイムベースと同期されている第３の信号をブロードキャストするため、前記スレーブデバイスに動作可能に関連付けられた送信機を更に備える、請求項１２又は１３に記載の装置。
15. タイムベースを有する基準デバイスと、前記基準デバイスの前記タイムベースに同期された測位信号を生成及び送信する複数の測位ユニットデバイスとを備えた、ロケーションネットワークにおけるロービング位置受信機の位置を決定する方法であって、
    前記測位ユニットデバイスの少なくとも１つは、
    （ｉ）前記基準デバイスが、第１の時間情報を含む基準信号を生成し送信するステップであって、前記第１の時間情報が前記タイムベースに従って前記基準信号の送信時間を示す、ステップと、
    （ｉｉ）前記測位ユニットデバイスが、
    （ａ）前記基準信号を受信して解析するステップと、
    （ｂ）前記測位ユニットデバイスに従って前記測位信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む前記測位信号を生成して送信するステップと、
    （ｃ）フィードバックループを介して前記測位信号を受信して、前記測位信号を解析するステップと、
    （ｄ）前記第１の時間情報と前記第２の時間情報との間の第１の時間差を計算するステップと、
    （ｅ）前記第１の時間差に従って前記測位信号の生成を調整し、これにより前記測位信号及び前記第２の時間情報を調整するステップと、
    （ｉｉｉ）前記基準デバイスが、
    （ａ）フィードバックループを介して前記基準信号を受信し、調整された前記測位信号を受信して、前記基準信号及び調整された前記測位信号を解析するステップと、
    （ｂ）前記第１の時間情報と調整された前記第２の時間情報との間の第２の時間差を計算するステップと、
    （ｃ）前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を送信するステップと、
    （ｉｖ）前記測位ユニットデバイスが、
    （ａ）前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を受信して、これから前記基準信号の伝搬遅延の尺度を取得するステップと、
    （ｂ）前記伝搬遅延の尺度に従って前記測位信号の生成を調整し、これにより前記測位信号を前記基準デバイスのタイムベースに同期させるようにするステップと、
    を含み、
    前記ロービング位置受信機が、前記少なくとも１つの測位ユニットデバイスから受信した測位信号を含む、前記複数の測位ユニットデバイスから受信した測位信号の選択集合を用いて位置解を計算する、
    ことによって前記測位信号を前記タイムベースに同期させ、
    前記基準信号の伝搬遅延の尺度は、前記基準デバイスから前記測位ユニットデバイスに送信された前記基準信号についての伝搬遅延の尺度である、
    ことを特徴とする、方法。
16. ロービング位置受信機が位置解を計算することを可能にするロケーションネットワークであって、
    第１の時間情報を含む基準信号を生成し送信するよう構成された基準デバイスであって、前記第１の時間情報が前記基準デバイスのタイムベースに従って前記基準信号の送信時間を示す、基準デバイスと、
    前記基準デバイスのタイムベースに同期された測位信号を生成及び送信する複数の測位ユニットデバイスと、
    を備え、
    前記測位ユニットデバイスの少なくとも１つが、
    前記基準信号を受信して解析し、
    前記測位ユニットデバイスに従って前記測位信号の送信時間を示す第２の時間情報を含む測位信号を生成及び送信し、
    フィードバックループを介して前記測位信号を受信して、前記測位信号を解析し、
    前記第１の時間情報と前記第２の時間情報との間の第１の時間差を計算し、
    前記第１の時間差に従って前記測位信号の生成を調整し、これにより前記測位信号及び前記第２の時間情報を調整する、
    ように構成され、
    前記基準デバイスが、
    フィードバックループを介して前記基準信号を受信し、調整された前記測位信号を受信して、前記基準信号及び調整された前記測位信号を解析し、
    前記第１の時間情報と調整された前記第２の時間情報との間の第２の時間差を計算し、
    前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を送信する、
    ように構成され、
    前記測位ユニットデバイスの少なくとも１つが、
    前記第２の時間差又は前記第２の時間差に関連する物理量を受信して、これから前記基準信号の伝搬遅延の尺度を取得し、
    前記伝搬遅延の尺度に従って前記測位信号の生成を調整し、これにより前記測位信号を前記基準デバイスのタイムベースに同期させる、
    ように構成され、
    このようなロービング位置受信機が、前記少なくとも１つの測位ユニットデバイスから受信した測位信号を含む、前記複数の測位ユニットデバイスから受信した測位信号の選択集合を用いて位置解を計算することができ、
    前記基準信号の伝搬遅延の尺度は、前記基準デバイスから前記測位ユニットデバイスに送信された前記基準信号についての伝搬遅延の尺度である、ロケーションネットワーク。
17. コンピュータに請求項１～７、及び１５のうちの何れか一項に記載の方法を実行させるためのプログラム、又はコンピュータを請求項８～１４のうちの何れか一項に記載の装置として機能させるためのプログラム、又はコンピュータを請求項１６に記載のロケーションネットワークとして機能させるためのプログラムを記録した非一時的コンピュータ読み取り可能記録媒体。

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