JPH11514749A - Ｇｐｓ受信器と電気通信装置との組合せ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通常の通信トラヒックを扱い、２次局（ＳＳ）の位置を決定するために通信受信器中のプロセッサ（２６）を共有するＧＰＳ受信器（５２）と、通信受信器（２２）又はトランシーバ（２２，４６）との組合せである。捕捉時間及び２次局（ＳＳ）による電流消費を減少させるため、通信システムの１次局（ＰＳ）は、軌道を回るＧＰＳ衛星（ＳＡＴ１乃至ＳＡＴ４）によって送信された少なくともエフェメリスデータを復元するためのＧＰＳ受信器（１４）と、ディジタルベースバンドプロセッサ（１５）とが設けられ、エフェメリスデータは２次局（ＳＳ）へダウンロードされ、位置の決定が所望とされたときに使用準備ができているメモリ（３２）中に記憶される。

Description

【発明の詳細な説明】 ＧＰＳ受信器と電気通信装置との組合せ 本発明はＧＰＳ受信器と電気通信トランシーバ又は受信器との組合せに関する 。本発明の特定的であり、非制限的な適用はＧＰＳ受信器とアンサバック式ペー ジャとの組合せである。しかしながらアンサバック式ページャは一方向（又は受 信専用）ページャ、セルラー式／コードレス式電話機又は移動型／携帯型トラン シーバを含みうる。 本願中、ＧＰＳという用語は米国の広域測位システムと同様に他の衛星航法シ ステムを包含すると理解される。更に、本願中「エフェメリスデータ」という用 語はＧＰＳ衛星によって伝送される全てのデータを示すために使用され、衛星の 軌道及び衛星の搭載クロックの特性の両方を特徴付ける。 日本国特許公開第０７０７５１６２号の英抄は、送信器が位置情報と一方向宣 伝情報とを送信する、小売店用の宣伝装置を開示する。夫々がプロセッサに接続 された宣伝情報を受信する受信器，ＧＰＳ受信器，ＣＤ−ＲＯＭ及びＬＣＤパネ ルを有する２次局を有する加入者は、宣伝情報を受信し、小売店の位置と共に、 ＣＤ−ＲＯＭに保持されるマッピング情報を使用してＧＰＳ受信器によって決定 される加入者の現在位置から小売店までの経路を表示することが可能である。 既知の２次局では各受信器はそれ自体の機能を実行し、その結果をプロセッサ へ供給する。これは電池電流の節約の観点からは特に効果的ではない。 ＧＰＳ受信器によって行われる適当な測定値、即ち少なくとも４つのＧＰＳ衛 星からの信号の到着のタイミングのために、ＧＰＳ受 信器は約１０秒に亘って空中に妨害がない条件が必要となる。測定値が得られる と、加入者の位置を計算する必要があり、２次局がいかなる手段を有するかに拘 わらず、結果は通常ＬＣＤスクリーン上に表示される。この計算にかかる時間は 、ＧＰＳ受信器中のマイクロプロセッサの処理能力に依存する。例として、タイ プ８０５１のプロセッサは必要な処理を実行するのに約５秒を必要とする。 現在、ＧＰＳ受信器に必要とされるハードウエアは典型的には、少ない数の個 別の構成部品と共に２つの集積回路、即ちアナログｒｆフロントエンド及びディ ジタルベースバンドプロセッサから形成される。アンテナは典型的には各辺が約 ２乃至３センチメートルの単純なパッチアンテナである（搬送周波数は約１．５ ＧＨｚである）。典型的な今日のＧＰＳチップの組は３ボルトで５００乃至８０ ０ｍＷの電力を消費する。この高い電力消費には多数の理由があるが、主な理由 は殆どの現在の用途に対して、毎秒新しい位置決定が発生される連続動作が所望 されることである。これにより、典型的には２５ＭＨｚでクロックされる電力消 費の大きな１６ビットマイクロプロセッサが必要とされる。 ＧＰＳ受信器が、ターンオンされた時点から位置決定を発生するまでにかかる 時間は以下の因子、即ち： １．充分な（少なくとも４つの）ＧＰＳ衛星から信号を捕捉するのにかかる時 間と、 ２．衛星の軌道及びクロックの不具合を特徴付けるために捕捉された衛星から 充分なデータをダウンロードするのにかかる時間と、 ３．粗測定値を処理し、位置を計算するのにかかる時間とによって決定される 。 このうち最後の因子は、かなりよく定義された計算の組を含み、従って受信器 中のマイクロプロセッサの処理能力に依存するため、最も簡単に特徴付けられる 。上述のように、これはかなり簡単な電力対速度のトレードオフをもたらす。現 時のＧＰＳチップの組は１ 秒以下でこの段階を実行するのに充分な能力を有するプロセッサを使用するが、 より小さなプロセッサを使用して計算が実行されれば１０秒近くかかりうる。 最初の２つの因子は通常ＧＰＳではあまり重要でない問題であるため、異なっ た性質を有する。これは、上述の２つの因子は起動時にのみ実行され、次にバッ クグランドタスクとして任意に実行されることのみが必要とされるためである。 少なくとも４つの衛星を捕捉することは、システムがどれだけ先行知識を有する かに大きく依存する。全く情報を有していなければ、捕捉は１時間かかりうるが 、その位置（数十キロメートル以内）及び現在の時間（数秒以内）の良い見当が ついていれば捕捉はわずか２秒かかる。極限では、それ自体がどこにあり、時間 がいつであるかを非常に正確に知っている受信器は殆ど瞬時に信号を捕捉しうる 。殆どの現時のＧＰＳ受信器は不揮発メモリ中に（数週間の期間に亘る予知のた めに十分な）幾つかの粗衛星軌道変数を記憶し、ターンオフされた時に実時間ク ロックを維持する。従ってＧＰＳ受信器は通常ターンオンされている１０乃至３ ０秒の間に衛星を捕捉しうる。 衛星から適当な軌道データをダウンロードすることは理論的には最小で３０秒 かかる。これは、データが、送信するのに６秒かかるサブフレームが５つずつ繰 り返されて送信されるためである。もちろん実際には、ＧＰＳ受信器は伝送サイ クルの任意の時点において信号を捕捉し得るため、ある特定の場合は認識可能な プリアンブルを探そうとする間に殆ど６秒のサブフレーム全体を「無駄に」しう る。再び幾つかの現時のＧＰＳ受信器はターンオフされている間にこのデータを 記憶しうる。しかしながら、データは数時間の有効寿命のみを有し（衛星の軌道 は一定ではない）、そのためデータを１日以上記憶することは殆ど達成されない 。 本発明は、ＧＰＳ信号を受信及び処理する電力消費を節約するこ とを目的とする。 本発明の１つの面によれば、受信されたＧＰＳ信号から少なくともエフェメリ スデータを受信及び導出するＧＰＳ受信器及びプロセッサと、通信信号及びエフ ェメリスデータを送信する少なくとも１つの送信器とを有する１次局と、ＧＰＳ 受信器と、上記少なくとも１つの送信器からの通信信号及びエフェメリスデータ を受信する通信受信器と、上記エフェメリスデータ及びＧＰＳ受信器によって受 信されたＧＰＳ信号によって２次局の位置を決定するよう上記ＧＰＳ受信器及び 上記通信受信器に結合されるプロセッサとを有する２次局とからなるページング システム及びＧＰＳシステムの組合せが提供される。 場合に応じてＧＰＳエフェメリスデータをブロードキャストする１次局中の送 信器によって、ＧＰＳ位置決定を実行するのにかかる時間、従って消費電力はか なり減少され、従って大きな電流節約をもたらす。 本発明の第２の面によれば、軌道を回るＧＰＳ衛星に関するエフェメリスデー タが１次局によってブロードキャストされるシステム中で使用される２次局であ って、ＧＰＳ受信器と、１次局からの通信信号及びエフェメリスデータを受信す る通信受信器と、上記エフェメリスデータ及びＧＰＳ受信器によって受信された ＧＰＳ信号によって２次局の位置を決定するよう上記ＧＰＳ受信器及び上記通信 受信器に結合されるプロセッサとを有する２次局が提供される。 所望であればプロセッサ用に発生されたクロック信号はＧＰＳ受信器及びその ディジタルベースバンドプロセッサへ正確な時間信号を与えるために使用されう る。ＧＰＳ受信器がより正確に時間を知るほど、空中の期待される位置を予測す るという観点からＧＰＳ衛星から信号を捕捉するのが容易になり、従ってドップ ラーシフトの決定がより容易になる。 所望であれば、プロセッサによって使用される水晶制御発振器は、 前もってＧＰＳ受信器の局部発振器を特徴付けるために使用されうる。これは次 にＧＰＳ衛星からの信号を捕捉しようとするときの不確実性の度合いを減少する 。 所望であれば、２次局は１次局へ位置データを送信する送信器を含みうる。緊 急事態の場合、送信器は位置データを比較的低いビットレートの信号として送信 する緊急ビーコンとして使用されえ、それによってより高いビットレートの送信 によって可能な領域よりも大きな領域に亘って信号が検出されることを可能にす る。任意に２次局は、ユーザが、位置データを送信すると同時に、緊急事態のタ イプ及び／又はどのサービスが要求されているかを示す符号化された信号を送信 しうる符号化手段を含みうる。 以下、２次局がＧＰＳ受信器及びアンサバック式ページャからなる本発明の実 施例を示す添付の図面の単一の図を参照して本発明を説明する。 基本的構造は、陸線によって複数の１次局ＰＳのうちの１つに接続されるペー ジングシステム制御器（ＰＳＣ）１０からなる。１次局はＰＳＣ１０によって制 御されるトランシーバ１２からなる。ＧＰＳ受信器１４の入力はアンテナ１６に 結合され、出力は軌道を回るＧＰＳ衛星ＳＡＴ１，ＳＡＴ２，ＳＡＴ３及びＳＡ Ｔ４から復元されたエフェメリスデータ用の記憶手段（図示せず）を含むディジ タルベースバンドプロセッサ１５に結合される。 ＰＳＣ１０からのページング信号及びエフェメリスデータはアンテナ１８を使 用してトランシーパ１２によって伝送される。 ２次局ＳＳは、その出力がデコーダ２４に供給される受信器段２２に結合され たアンテナ２０からなる。プロセッサ２６は双方向リンク２７，２８によってデ コーダ２４に結合される。プロセッサ２６はプログラム記憶３０中に保持される ソフトウエアによって動作する。１次局ＰＳから受信されたデータメッセージ及 びエフェメリ スデータを記憶するＲＡＭ３２はプロセッサ２６に結合される。プロセッサ２６ の出力はＬＣＤドライバ３４に結合され、ＬＣＤドライバ３４はＬＣＤパネル３ ６に結合される。キーパッド３８はマン／マシンインタフェースを提供するよう プロセッサに結合される。音響変換器４０及びＬＥＤといった発光体４２は、そ れらを警告装置として使用するプロセッサ２６に結合され、更に発光体４２はＲ ＡＭ３２中に記憶されたメッセージ及び位置データを、例えばプリンタ又はパー ソナルコンピュータ（図示せず）へ光学的に送るために使用されうる。受信器２ ２はバッテリ節約プロトコルに従ってプロセッサ２６によって動作され、バッテ リ節約段４４はプロセッサ２６と受信器２２との間に結合される。低電力送信器 ４６はプロセッサ２６の出力とアンテナ２０との間に結合される。 パッチアンテナ５０は、２次局の位置を計算するために受信された衛星データ とＲＡＭ３２中に記憶されたエフェメリスデータとを使用するプロセッサ２６へ 出力５４を与えるＧＰＳ受信器５２に結合される。 プロセッサ２６は温度制御水晶発振器（ＴＣＸＯ）５６を基礎とするクロック 回路を含む。ＴＣＸＯ５６の出力５８はＧＰＳ受信器５２に与えられ、前もって 受信器の局部発振器を特徴付けるために使用される。これはＧＰＳ衛星ＳＡＴ１ ，ＳＡＴ２，ＳＡＴ３及びＳＡＴ４から信号を捕捉しようとするときの不確実性 を除去する。 動作上ＰＳＣ１０は、ＣＣＩＲ無線ページングコード第１番、或いはＰＯＣＳ ＡＧとして知られる任意の適当なプロトコルに従ってページング信号を送信させ る。２次段によって受信され復号化されたメッセージは後に呼び戻され、表示さ れるようＲＡＭ３２中に記憶される。 各ＧＰＳ衛星（典型的には常に２４個が動作中である）は、ここでは集合的に エフェメリスデータと称されるその軌道を詳述するデータ及びその搭載クロック の情報の約５００ビットをブロード キャストする。この情報は通常は１時間毎に更新されるが、４時間に亘って有効 であると見なされる。従ってエフェメリスデータは２次局に対してあまり頻繁に 中継される必要はなく、これは沈黙期間に実行されうる。しかしながら位置決定 は、最初の１０秒ではＧＰＳ特定ハードウエアがアクティブである（残りの時間 は純粋にプロセッサ２６による位置計算に必要とされる）１５乃至２０秒の間に 達成されうるため、ＲＡＭ３２中にエフェメリスデータを記憶する２次局の利点 は重要である。 エフェメリスデータの伝送が２次局によって認識されるために、エフェメリス データはＧＰＳ受信器を有する２次局によって認識されうるアドレス符号ワード がプリフィックスとして配置されたメッセージとして送信される。 更に、２次局（ＳＳ）の通信部分は多数の方法でＧＰＳ受信器を助ける手段を 提供する。 ＴＣＸＯ５６は（数分の１秒まで）正確な時間信号を与える。ＧＰＳ装置がよ り正確に時間を知るほど、ＧＰＳ衛星から信号を捕捉するのが容易になる（空中 の期待される位置を予測し、従ってドップラーシフトを決定することがより容易 になる）。 局部発振器オフセットは、ページング信号の見かけの周波数を参照することに よって前もって特徴付けられ得る。これは再びＧＰＳ衛星から信号を捕捉しよう と試みるときの不確実性を除去する。 ページャーシステム中に、いわゆる「差動ＧＰＳ」信号を組み込むことが可能 である。これはＧＰＳ信号中の（大気の影響及び米国軍による情報の品質を低下 させようとする故意の試みによる）見かけの不正確さを測定する固定された基地 局（例えは１次局送信器サイト）を含むスキームである。これらの不正確さの細 部はある地域中の任意のＧＰＳ受信器へ送信されえ、公正な位置計算の正確さを 改善するために使用される。これは潜在的に（通常の１００メートルよりもむし ろ）５メートルよりも良い不正確さとなる。 送信器４６は２方向の可能性を有する２次局を提供する。最も単純な形式では ２次局ＳＳは、位置データを、拡散スペクトル信号といった比較的低いビットレ ートの信号として送信する非常ビーコンとして動作しうる。更にプロセッサ２６ は、キーパッド３８のキーの作動に応じて、緊急事態のタイプ及び／又は位置デ ータと共にどのサービスが必要とされているかを示す符号化された信号を送信器 が送信することを可能にする符号化手段（図示せず）を含みうる。 本願より、当業者によって他の変更が明らかとなろう。そのような変更は、Ｇ ＰＳ及び電気通信システムの既知の設計、製造及び使用と、その構成部分と、こ こに既に説明された特徴の代わりに、又は加えて使用されうる他の特徴を含みう る。本願では特徴の特定的な組合せに対して請求項が説明されるか、請求項に請 求される本発明に関連するか否かに拘わらず、本発明と同様に同じ技術的問題の 幾つか、又は全てを軽減するか否かに拘わらず、本願の開示の範囲は個々に明示 的、又は内在的にまたはその一般化によって開示される特徴の新しい特徴、又は 特徴の新しい組合せを含むものと理解されるべきである。本願、又はそこから得 られる更なる出願の実施の間にそのような特徴及び／又はそのような特徴の組合 せに対して新しい請求項が形成されうる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 受信されたＧＰＳ信号から少なくともエフェメリスデータを受信及び導出 するＧＰＳ受信器及びプロセッサと、通信信号及びエフェメリスデータを送信す る少なくとも１つの送信器とを有する１次局と、 ＧＰＳ受信器と、該少なくとも１つの送信器からの通信信号及びエフェメリス データを受信する通信受信器と、該エフェメリスデータ及びＧＰＳ受信器によっ て受信されたＧＰＳ信号によって２次局の位置を決定するよう該ＧＰＳ受信器及 び該通信受信器に結合されるプロセッサとを有する２次局とからなるページング システム及びＧＰＳシステムの組合せ。 ２． 軌道を回るＧＰＳ衛星に関するエフェメリスデータが１次局によってブロ ードキャストされるシステム中で使用される２次局であって、 ＧＰＳ受信器と、１次局からの通信信号及びエフェメリスデータを受信する通 信受信器と、該エフェメリスデータ及びＧＰＳ受信器によって受信されたＧＰＳ 信号によって２次局の位置を決定するよう該ＧＰＳ受信器及び該通信受信器に結 合されるプロセッサとを有する２次局。 ３． 該プロセッサはクロック信号を発生するクロック信号発生器を含み、該ク ロック信号は該ＧＰＳ受信器へ供給されることを特徴とする、請求項２記載の２ 次局。 ４． 水晶制御発振器は該クロック信号を発生するために使用され、該水晶制御 発振器の出力は前もって該ＧＰＳ受信器の該局部発振器を特徴付けるために使用 される、請求項３記載の２次局。 ５． 該２次局は該プロセッサに結合された送信器を含み、該送信器は位置デー タを送信するために使用される、請求項２乃至４のうちいずれか１項記載の２次 局。 ６． 該プロセッサは、ユーザが該位置データを送信すると同時に追加的な情報 を与える符号化された信号を送信しうる符号化手段を含むことを特徴とする請求 項５記載の２次局。