KR100357409B1

KR100357409B1 - 지원용 ｇｐｓ 프로토콜을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100357409B1
Application number: KR1020000066987A
Authority: KR
Inventors: 킹토마스엠.; 지어조지제이.; 자오일린; 하트로저씨.
Original assignee: 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-11-11
Publication date: 2002-10-19
Also published as: GB2358976B; AU756506B2; CN1147193C; GB2358976A; GB0027434D0; CN1296367A; DE10054764B4; ITRM20000586A1; ES2179755A1; MXPA00011101A; AU7154900A; CA2325231A1; AR027884A1; IT1316006B1; ES2179755B1; JP2001208825A; KR20010051636A; US6313787B1; DE10054764A1

Abstract

셀룰러 하부조직과 GPS 기반 위치지정 기능을 지원하는 이동 핸드셋 간에 요구되는 데이터 흐름을 최소화하는 셀룰러 네트워크 프로토콜이 개시된다. 각각의 핸드셋으로 전송되어야 하는 비트의 수를 최소화하는 4가지 특정 방법이 소개되는데, 이 방법은 각각의 이동 핸드셋에 대한 GPS 천체 위치 갱신의 필요성을 경감하거나 없애는 방법; 차분 보정 방송 메시지의 압축 방법; 네트워크가 천체 위치 에이지(age) 한계치를 기초로 각 핸드셋의 천체 위치를 갱신하는 비율을 제어하는 방법; 각각의 핸드셋이 정확도 예상치 및 각각의 핸드셋에 특정한 임계치를 기초로 천체 위치 갱신이 필요한 때를 판정하는데 사용할 수 있는 방법 등이다.

Description

지원용 ＧＰＳ 프로토콜을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ASSISTED GPS PROTOCOL}

본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은, 무선 통신 시스템에서 이동 핸드셋 위치 판정 프로토콜을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템은 일반적으로 거리가 먼 위치들 간의 양방향 음성 및 데이터 통신을 제공한다. 이러한 시스템의 예로는, 셀룰러 및 개인 통신 시스템(PCS) 무선 시스템, 중계 무선 시스템, 디스패치 무선 네트워크, 및 위성 기반 시스템과 같은 글로벌 개인용 이동 통신 시스템(GMPCS) 등이 있다. 이러한 시스템에서의 통신은 미리 정의된 표준에 따라 실행된다. 핸드셋, 포터블 또는 무선전화로서도 공지되어 있는 이동국은 시스템 표준에 따라 하나 이상의 고정된 기지국과 통신한다.

셀룰러 시스템에서의 무선전화 핸드셋과 같이, 하나의 시스템 내에서 이동국들의 물리적인 위치를 획득하고 통신하는 것이 바람직하다. 또한, 미국 연방 통신 위원회(FCC)은, 2001년까지 모든 셀룰러 핸드셋의 지리적인 위치가 파악 가능해져야 할 것을 요구하고 있다. 이러한 기능은 중대된 911(E911)과 같은 응급 시스템에 바람직하다. FCC는 엄격한 정밀성 및 유효성 수행 목표를 요구하며, 네트워크 기반 솔루션의 경우 100 미터 이내에서 위치 파악이 67% 가능하고, 핸드셋 기반 솔루션의 경우 50 미터 이내에서 위치 파악이 67% 가능해질 것을 요구하고 있다.

또한, 이동국에 대해 유효한 위치 정보를 이용하여, 위치에 의존하는 서비스와 광고를 포함하는 통신(messaging)이 핸드셋의 위치에 대응하여 핸드셋 사용자에게 제공될 수 있다.

현재의 무선 통신은 제한된 이동국 위치 판정 능력만을 갖고 있다. 한 기술에서, 이동국의 위치는 몇몇 기지국에서 이동국 전송을 모니터링함으로써 판정된다. 도착 시간 측정값으로부터 이동국의 위치가 계산될 수 있다. 그러나, 이러한기술의 정밀성은 한정적이며, FCC의 요구 조건을 만족시키지 못하는 경우도 있다.

다른 기술에 있어서, 각각의 이동국에는 GPS(Global Positioning System)와 같은 글로벌 위성 항해 시스템에서 이용될 수 있는 수신기가 장착된다. GPS에서 이용될 수 있는 수신기의 구성 및 동작은 미국 특허 제5,175,557호 및 미국 특허 제5,148,452호에 개시되어 있으며, 이들은 본 발명의 양수인에게 양도되어 있다. GPS 수신기는 지구 주위를 공전하는 GPS 위성단으로부터의 전송을 검출한다. 전송으로부터의 데이터 및 타이밍을 이용하여, GPS 수신기는 위성들의 위치를 계산하고, 그들의 위치로부터 자신의 위치를 계산해낸다. 궤도 상에 있는 GPS 위성은 초당 약 4000m 이동한다. 위성은 파라미터 X(t)로 정의되는 위치 데이터와 파라미터 V(t)로 정의되는 속도 데이터를 갖는다. 파라미터 X(t) 및 V(t)는 이 위성에 대한 3차원적인 위치 및 속도 벡터이며, 지구를 중심으로 하는 지구 고정의 데카르트 좌표계이다. GPS 시스템은 24개의 위성을 포함하며, 이동국은 이들 중 몇 개를 한번에 볼 수 있다. 각각의 위성은 미리 정해진 표준 포맷 및 타이밍에 따라 데이터를 방송한다.

통상적으로, 위성 좌표와 속도는 GPS 수신기 내부에서 계산되어져 왔다. 수신기는 위성 방송 메시지 스트림(stream)을 복조하여 위성 천체 위치 및 클럭 보정 데이터를 얻는다. 위성 전송은 초당 50 비트(bps)에서 전송된 576 비트의 데이터를 포함한다. 천체 위치 데이터에 포함된 상수들은 데이터를 위치와 속도 데이터로 변환하기 위해 많은 수학적 연산을 필요로 하는 케플러(Kepler)의 궤도 상수와 일치한다. 한 구현에서, 이 변환은 하나의 위성에 대해 천체 위치를 단일 지점에서 위성의 위치와 속도 벡터로 전환하기 위하여, 90개의 승산, 58개의 가산 및 21개의 초월수 함수 호출(sin, cos, tan)을 필요로 한다. 대부분의 계산은 두 배의 정밀도와 부동 지점 처리를 요구한다. 수신기는 매 초마다 모든 위성에 대해, 12개의 위성까지에 대해 이 계산을 수행해야만 한다.

따라서, 종래의 계산을 수행하기 위한 계산 로드는 충분하다. 핸드셋은 필요한 계산을 할 수 있는 하이-레벨의 프로세서를 포함해야만 한다. 그러한 프로세서는 다소 비싸며 많은 양의 전력을 소비한다. 소비자용으로 휴대 가능한 장치로써의 이동국이 오히려 비싸지 않고 저전력에서 작동한다. 이러한 설계 목표는 GPS 처리를 위해 요구되는 높은 계산 로드와 일치하지 않는다.

또한, GPS 위성으로부터의 느린 데이터 속도는 한계이다. GPS 수신기에서의 GPS 획득은 수십 초 혹은 몇 분이 걸릴 수도 있으며, 그 시간 동안 기지국의 수신기 회로와 프로세서는 계속적으로 활성화되어 있어야 한다. 가급적으로, 이동 셀룰러 핸드셋과 같은 휴대용 수신기 및 송수신기에서 배터리의 수명을 유지하기 위하여 회로들은 가능한 한 비활성화된다. 긴 GPS 획득 시간은 이동국의 배터리를 고갈시킨다. 임의의 상황 특히 위급 상황에서, 긴 GPS 획득 시간은 불편하다.

한 시스템 제안은 지원용 GPS 라고 지칭되며, 무선 통신 시스템의 기지국에서 천체 위치과 클럭 보정 데이터를 수신하고 이 데이터를 종래의 통신 링크로 기지국으로 전송하는 것을 포함한다. 기지국은 GPS 위성으로부터 50bps 전송을 수신하고 반복기처럼 작용하는데, GPS 위성으로부터 데이터를 모으고 그 데이터를 높은 데이터 속도로 기지국에 재전송한다. 천체 위치 및 클럭 보정 데이터는 이동국에수신되어 위성의 위치 계산에 이용된다. 위성의 위치로부터, 이동국의 위치가 차례로 판정될 수 있다. 이 시스템은 기지 대 이동 통신 링크(전형적으로 9600 bps만큼 높게)에 이용되는 높은 데이터 속도와 같은 이점을 가져서 기지국의 수신기 회로가 많은 시간동안 꺼질 수 있게 하는 반면에, 계산되지 않은 새로운 천체 위치 데이터와 관련된 높은 계산 로드가 남아 있다.

다른 제안된 해결책은 GPS 알마낙(almanac)을 이동국에 저장한다. 알마낙 데이터는 천체 위치 데이터의 절단되어 감소된 정밀 서브셋이다. 기지국은 알마낙을 위해 위치와 클럭 보정 정보를 계산하고 이러한 보정을 통신 링크를 통해 이동국으로 송신한다. 이동국은 그것이 알마낙에 대한 정확한 보정 데이터인지를 판정하고, 만약 그렇다면 알마낙을 이용하여 위성의 위치와 클럭 데이터를 계산한다.

이 시스템은 이동국에게 요구되는 계산 로드를 약간 감소시킨다. 그러나, 이동국 수신기는 그의 알마낙 데이터를 전송하는 동안 그리고 그 다음에 모든 가능한 전송 시간 동안 알마낙 데이터에 대한 보정 데이터 수신을 위해서 여전히 전력이 공급되도록 남아있어야만 한다. 또한, 알마낙 데이터는 이동국에 저장되어야 하며, 이것은 이동국의 크기 및 비용을 증가시킨다.

또 다른 제안된 솔루션은 이동체가 네트워크에서 갱신되어야 할 때를 판정할 책임을 두는 네트워크-중심 방식이다. 이것은 데이터베이스 갱신 구조를 우선시키는 방법을 이동체가 네트워크에 통지할 수 있는 준비가 전혀 되어 있지 않더라도, 모든 이동체에 적용될 가장 엄격하게 적용되는 데이터베이스 갱신 요건을 요구하는 엔드-어플리케이션에 대해 엄격한 제한을 둔다.

이러한 제안된 솔루션에는 3가지 중요한 단점이 있다. 첫째, 증가하는 갱신 필드의 동적 범위가 가능한 파라미터 값 모두를 커버하기에 충분한지는 증명되지는 않았다. 여러 주의 천체 위치 데이터를 사용하여 증가하는 갱신 알고리즘의 복잡한 특징이 주어질 때, GPS 그라운드 제어 세그먼트에 의해 주기적으로 수행되는 위성국-유지 운동 또는 위성 궤도 변경과 같은 모든 가능성을 충분히 커버할 수 없을 수도 있다. 과거에는, 몇몇 GPS 위성은 궤도 평면의 다른 부분에 특정 위성을 배치시키기 위해 몇 주 동안 더 높은 궤도로 재배치되었다. 위성은 가속 및 브레이크 이벤트 전 및 후의 단기간 동안을 제외하고는 전체 재궤도 위상 동안 동작된다.

둘째로, 새로운 파라미터, IODA(Issue of Data Assistance는 매 15분내에 가시 위성의 모든 샘플에 대해 생성되고 사용되어야 하고, 관련 데이터 구조 및 알고리즘 이외에 복잡한 내부(intra-) 및 상호(inter) 테이블이 생성되어 관리되어야 하며, IODA에 따라 서빙 이동 위치 센터(SMLC)에서 통신되어야 한다. 특히, 상호 테이블 관리 및 상호-SMLC 통신은 어려우며 주로 불필요한 것으로 간주된다.

그리고, 셋째로, 이동체가 가시 위성에 대해 처리전(raw)의 천체 위치 셋을 얻었을 때 항상은 아니더라도 대부분의 경우에 천체 위치 셋을 갱신할 필요는 없지만, 종래 기술의 제안된 솔루션은 천체 위치 데이터를 자주 갱신할 것을 제안한다. 이것은 아래의 표 1에 도시된 지점-대-지점 전송 채널의 상당 부분을 점유한다.

: 가시 위성마다 MS에 종래 기술의 경우 전달된 전체 비트

위도	처리전의EPH 갱신에 따른 %SV	2시간 증분 EPH 갱신에 따른 %SV	4시간 증분 EPH 갱신에 따른 %SV	6시간 증분EPH 갱신에 따른 %SV	8시간 증분EPH 갱신에 따른 %SV	SV마다 처리전의 등가 갱신
60 °	100%	85%	50%	없음	없음	1.68×처리전의 EPH 비트
30 °	100%	90%	70%	30%	없음	1.95×처리전의 EPH 비트
15 °	100%	95%	80%	30%	15%	2.10×처리전의 EPH 비트
적도	100%	97%	85%	65%	35%	2.41×처리전의 EPH 비트

따라서, 무선 통신 시스템에서 위치 판정을 지원하는 개선된 방법 및 장치가 필요하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지원용 글로벌 위치 시스템(GPS)의 시스템도.

도 2는 도 1의 지원용 GPS 무선전화 시스템의 바람직한 실시예에 따른 위치 서비스(LCS)를 지원할 수 있는 셀룰러 무선전화 시스템 구조의 블록도.

도 3은 도 1의 지원용 GPS 무선전화 시스템의 동작의 순서도.

도 4는 도 1의 지원용 GPS 무선전화 시스템의 동작의 프로토콜-레벨 순서도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 1의 지원용 GPS 무선전화 시스템에 대한 지점-대-지점(point-to-point) 통신(messaging)시 이동체 발신 위치 판정 요청 동작의 위치지정 절차/데이터 순서도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 1의 지원용 GPS 무선전화 시스템에 대한 지점-대-지점 통신시 이동체 발신 위치 판정 요청 동작의 위치지정 절차/데이터 순서도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 1의 지원용 GPS 무선전화 시스템에 대한 GPS 방송 통신의 데이터 순서도.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀룰러 이동국의 블록도.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천체 위치 및 차분 보정 데이터의 요청/수신 및 지점-대-지점 전달을 위한 도 8의 핸드셋 동작의 순서도.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천체 위치 요청/수신 및 방송 전달과 차분 보정 데이터의 지점-대-지점 전달을 위한 도 8의 핸드셋 동작의 순서도.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요청/수신을 위한 도 8의 핸드셋의 동작과, 천체 위치의 지점-대-지점 전달 및 차분 보정 데이터의 방송 전달에 대한 순서도.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요청/수신을 위한 도 8의 핸드셋의 동작과, 천체 위치 및 차분 보정 데이터의 방송 전달에 대한 순서도.

도 13은 GPS 천체 위치 에러에 관련된 공간적 비상관성을 도시한 도면.

도 14는 1 시그마(one-sigma) GPS 위성 위치 에러 성분을 천체 위치 에이지의 함수로서 도시한 그래프.

도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 실제 위성 위치 및 추정된 위성 위치를 도시한 도면.

도 16은 1 시그마 GPS 위성 속도 에러 성분을 천체 위치 에이지의 함수로서 도시한 그래프.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지원용 GPS 셀룰러 무선전화 시스템을 도시한 시스템도.

도 18은 도 17의 지원용 GPS 무선전화 시스템의 또 다른 실시예에 따른 위치 시스템(LCS)을 지원할 수 있는 셀룰러 무선전화 시스템 구조를 도시한 블럭도.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 17의 지원용 GPS 무선전화 시스템의 동작을 도시한 프로토콜-레벨의 순서도.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 17의 지원용 GPS 무선전화 시스템상의 데이터 전달을 도시한 위치지정 절차/데이터 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

101 : 셀룰러 반송파 신호

102 : BTS(Base Transceiver Station)

104 : 이동국(핸드셋)

110 : BSC(Base Station Controller)

112 : SMLC(Serving Mobile Location Center)

118 : GPS 기준 수신기

119 : GPS 기준 수신기 안테나

120 : GPS 위성

122 : VLR(Visitor Location Register)

지원용 GPS 수신기 위치 판정에 대한 개선된 시스템 및 방법이 설명된다. 본 발명의 시스템은 위도의 정밀함으로 그 위치를 판정하는 한편, 저전력 소모 및 저비용의 목적을 달성할 수 있는 신규 이동국을 포함한다. 이것은 에너지를 보존- 휴대용 장치들에서 중요한 특징임 -할 수 있게 하며 휴대용 제품에서 E911 서비스를 존속하게 한다.

도 1을 참조할 때, GSM 셀룰러 네트워크는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 지원용 GPS 위치 시스템의 시스템도를 사용하여 설명된다. 이것은 BSS(Base Station Subsystem)- BSS는 SMLC(Serving Mobile Location Center; 112)에 기초됨 -을 갖는 시스템이다. GPS 기준 수신기(118)는 SMLC(112)에 의해 조사된 위치에위치되고, 적절한 보정을 용이하게 하기 위해 하늘의 오픈뷰(open view)를 갖는다. 부가적으로, 당업자라면 인지할 수 있겠지만, GPS 기준 수신기(118)는 이 수신기가 직렬 링크(114)를 통해 네트워크에 연결되거나 또는 다른 네트워크 노드와 함께 배치될 수 있는 한, 하늘의 오픈뷰로 조사된 임의의 위치에 위치될 수 있다. SMLC (112)는 BSC(Base Station Controller; 110)를 통해 BTS(Base Transceiver Station; 102)에 연결된다. BSC(110)는 또한, 기술에 공지된 방식으로 MSC(Mobile services Switching Center) 및 VLR(Visitor Location Register; 122)에 연결된다.

GPS 기준 수신기(118)는 이동가능한 이동국(핸드셋; 104)에 최종적으로 전송된 차분 보정 데이터를 생성하기 위해 복수의 GPS 위성(120)으로부터 신호를 수신하고 트랙한다. GPS 기준 수신기(118)에 의해 생성된 차분 보정 데이터는 GPS 기준 수신기 안테나(119)의 시야 범위 내에서는 모든 GPS 위성(120)에 대해 생성되어 이동 핸드셋 커버리지를 극대화시키는 것이 바람직하다.

SMLC(112)에 차분 보정 데이터가 전송되는 것 이외에도, 각 위성으로부터 수집된 천체 위치 및 클럭 보정 데이터(이하에서는 집합적으로 "천체 위치 데이터"라 칭함)가 전송된다. SMLC(112)는 천체 위치 및 차분 보정 데이터를 수집하여, 셀룰러 반송파 신호(101)에 의해 변조되어 복수의 사용자에게 전송될 독립된 메시지를 준비한다. 특정 메시지 포맷은 전송 모드의 함수로서 변화한다. "지점-대-지점 (point-to-point)" 및 "방송"(즉 지점 대 복수 지점(point-to-multipoint)") 동작 모드 모두에 대한 메시지 구조는 나중에 상세히 기술하기로 한다.

최근의 셀룰러 시스템에는 위치 서비스 및 관련 기술들이 포함되어 있으며,논리적 LCS 구조, 시그널링 프로토콜 및 인터페이스, 네트워크 위치 절차, 및 위치지정 절차와 같은 다양한 구조, 프로토콜 및 절차가 여전히 개발 중에 있다. 따라서, GSM 표준 03.71(기능 기술)에 기술된 LCS 및 관련 기술을 갖는 GSM 셀룰러 네트워크가 상술되어 있으므로, 본 발명의 지원용 GPS 프로토콜은 어떠한 현존 및 미래의 및 구조, 프로토콜 및 절차에도 적용할 수 있을 정도로 융통성이 있다.

다음으로 도 2를 참조해 보면, 위치 서비스(LCS)를 지원할 수 있는 구조에 대해 기술되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LCS는 하나의 네트워크 노드인 이동 위치 센터(MLC; Mobile Location Center)를 부가함으로써 GSM 구조에 의해 논리적으로 구현된다. 도 2에서는 포괄적 BSS(Base Station System; 기지국 시스템) 기반 SMLC(112)가 도시되어 있다. 이러한 구조를 조합하여 LCS 구조 변형을 생성할 수 있다.

다양한 위치지정 절차의 처리에 기지국 시스템(BSS)이 포함된다. 특정 BSS 기능은 위치지정 절차 부분 각각에 자세히 기술되어 있다.

게이트웨이 이동 위치 센터(Gateway Mobile Location Center; GMLC(124))는 LCS를 지원하는 데 요구되는 기능을 포함한다. 하나의 공중 육상 이동 네트워크 (Public Land Mobile network; PLMN(126)))에는, 하나 이상의 GMLC(124)가 있을 수 있다. GMLC(124)는 외부 LCS 클라이언트(128)가 GSM PLMN에서 액세스하는 제1 노드인데, 즉 (외부 사용자와 MLC 간의) Le 인터페이스(130) 기준점은 GMLC(124)에 의해 지원된다. 외부 LCS 클라이언트(128)는 특정 이동국(MS; 104) 또는 특정 이동국들(104)의 위치지정 식별을 요청하는 엔티티이다. GMLC(124)는 (MLC와 HLR 간의) 인터페이스(134)를 통해 홈 위치 레지스터(HLR; 132)로부터 라우팅 정보를 요청할 수 있다. 등록 인증을 수행한 후에는, GMLC(124)는 MSC/VLR(122)에 대해 위치지정 요청을 전송하고 MSC/VLR(122)로부터 (GMLC와 MSC/VLR 간의) Lg 인터페이스를 통해 최종 위치지정 추정치를 수신한다.

서빙 이동 위치 센터(Serving Mobile Location Center; SMLC(112))는 LCS를 지원하는 데 필요한 기능을 포함한다. 하나의 PLMN에는 하나 이상의 SMLC(112)가 있을 수 있다. SMLC(112)는 이동체의 위치지정을 수행하는 데 필요한 자원들의 전체 조정 및 스케줄링을 관리한다. 또한, SMLC(112)는 최종 위치 추정 및 정확도를 계산한다. 두 가지 유형의 SMLC(112)가 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SMLC(112)는 BSS 기반 SMLC로서, SMLC(112)와 기지국 제어기(BSC; 110) 간에서의 Lb 인터페이스를 지원한다. SMLC와 MSC/VLR 간의 Ls 인터페이스를 지원하는 NSS 기반 SMLC가 본 발명의 다른 실시예에 관련하여 이하에서 기술된다.

BSS 기반 SMLC(112)는 Lb 인터페이스(138)에 의한 시그널링을 통해 타겟 MS(104)를 제공하는 BSC(110)에 대한 위치지정을 지원한다. 두 가지 유형의 SMLC (112)는 Lp 인터페이스(140)를 지원하여 다른 SMLC(112)가 소유한 정보와 자원들에 액세스할 수 있다. SMLC(112)는 무선 인터페이스 측정을 얻기 위한 복수의 위치 측정 유닛(LMU; 142, 143)을 이것이 제공하는 영역 내의 MS 가입자들의 위치를 확인하거나 위치지정을 도와 주도록 제어한다. SMLC(112)는 그 LMU(142, 143) 각각에 의해 생성된 측정 능력 및 유형에 따라 조정된다. BSS 기반 SMLC(112)와 LMU (142, 143) 간에서의 시그널링은 Lb 인터페이스(138)와, 유형 A인 LMU(142)용 Um인터페이스(144) 또는 유형 B인 LMU(143)용 Abis 인터페이스(145)를 사용하여 LMU를 제공하거나 제어한다. SMLC(112)와 GMLC(124)의 기능은 동일한 물리적 노드에서 조합되거나, 현존하는 물리적 노드에서 조합되거나, 상이한 노드에 상주할 수 있다.

위치 서비스의 경우, 셀 방송 센터(CBC; 150)는 BSC(110)에 연관되고, SMLC (112)는 CBC(150)에 인터페이스하여 기존의 셀 방송 능력을 이용하여 지원 데이터를 방송할 수 있다. SMLC(112)는 CBC(150)에 대해 사용자인 셀 방송 엔티티로서 동작할 것이다. CBC(150)의 통상적인 동작에 대해서는 GSM 표준 03.41에 기재되어 있다. 또한, 각종 위치지정 절차에 MS(104)가 포함될 수 있다.

LMU(142, 143)는 하나 이상의 위치지정 방식을 지원하기 위한 무선 측정들을 구성한다. 이들 측정은 두 카테고리 중 하나에 속하는 데, 즉 해당 MS(104)의 위치지정을 완료하는 데 사용되는 하나의 MS(104)에 고유한 위치 측정과, 정해진 지리적 영역에서의 모든 MS(104)에 고유한 지원 측정이다.

LMU(142, 143)에 의해 얻어진 모든 위치 및 지원 측정은 상기 LMU(142, 143)와 관련된 특정 SMLC(112)에 공급된다. 타이밍에 대한 명령과, 상기 측정의 성질 및 어떠한 주기성(periodicity)도 SMLC(112)에 의해 제공되거나 혹은 LMU(142, 143) 내에서 사전에 관리된다. LMU에는 2가지 유형이 있으며, 그 중 하나는 정규 GSM 에어 인터페이스 Um(144)을 통해 액세스되는 LMU인 A형 LMU(142)이고, 다른 하나는 Abis 인터페이스(145)를 통해 액세스되는 LMU인 B형 LMU(143)이다.

MSC(122)는 이동국 가입자 인증을 책임지는 기능과 GSM LCS의 호출 관련 및비호출 관련 위치지정 요청을 관리하는 기능을 갖고 있다. MSC는 Lg 인터페이스 (136)를 통해 GMLC(124)에 액세스하는 것이 가능하다.

HLR(132)은 LCS 가입 데이터와 라우팅 정보를 포함하고 있다. HLR(132)은 인터페이스(134)를 통해 GMLC(124)로부터의 액세스가 가능하다. MS(104)들을 로밍하기위해, 그 이동국에 대응하는 HLR(132)은 현재의 SMLC(112)보다는 다른 PLMN (126)에 있을 수도 있다.

gsmSCF(152)는 PLMN의 일부분이다. LC 인터페이스(154)는 LCS로의 CAMEL 액세스를 지원하며, 3상 CAMEL(Customized Applications for Mobile Network Enhanced Logic)의 경우에만 적용가능하다. 이것과 관련된 절차와 시그널링은 각각 GSM 표준 03.78과 09.02로 규정된다.

LCS 구조는 높은 유연성(flexibility)을 지원하기 위한 것이며, 어떠한 물리적 SMLC(112)라도 (예를 들어, BSS 기반 SMLC(112)가 다수의 BSC(110)를 지원하도록하는) 다수의 Lb 인터페이스(138)를 지원할 수 있도록 하고, 아울러 다른 SMLC(112)의 혼합형이 단일 네트워트 또는 단일 MSC 영역을 지원할 수 있도록 한다. 물론, 다른 SMLC의 혼합형은 단일망 또는 단일 MSC 영역을 지원할 수도 있다.

도 1과 도 2에 예시된 시스템 구조는 BSS 구조이다. 바람직한 실시예에서는 BSS 구조에 관하여 설명되고 있지만, 본 발명의 지원용 GPS 프로토콜은 여러 다른 시스템 구조상에서도 이용가능하다. 이하, 본 발명의 한 대안적인 실시예에서 하나의 구조인, NSS(Network System Subsystem) 구조를 설명한다.

SMLC 내에서 발생하는 계산과 이벤트의 시퀀스가 도 3의 순서도에 예시되어있다. 처리는 DGPS 기준 수신기로부터 차분 보정 데이터(300)의 수신과 함께 시작되며, 상기 수신기는 직렬 링크로서 명목상의 출력 속도(예를 들어, 0.1 - 1.0Hz)로 상기 보정 데이터를 전송하는데 사용된다. 본 발명에 따르면, DGPS 기준 수신기에 의해 생성되는 보정 데이터는 (IODE(Issue of Data Ephemeris)를 통해 판정되는 바와 같이) 각각의 고유 천체 위치 셋을 수반하고 있는 천체 위치 데이터의 모든 데이터 셋에 대해 유도되는 것이 바람직하다. 이와 달리, SMLC 그 자체는 단일 IODE에 대해서만 보정이 수행된다면 필요한 계산을 수행할 수 있다. 단계 302에서는 현재의 DGPS 메시지 모드상에서 테스트가 행해진다. 즉, 만일 모드가 방송 모드라면 DGPS 방송 메시지(304)가 형성되고, 메시지(306)를 방송하기 위한 시간인 것으로 SMLC에 의해 판정되면 그 메시지는 셀룰러 반송파 주파수(308)로 변조된 후, 네트워크에 의해 제공되는 영역 곳곳에 방송된다. 한편, 만일 DGPS 지점-대-지점 메시지 요청이 수신된다면(316), 이 메시지는 형성되어(318) 셀룰러 반송파 주파수로 변조된 후, 그 요청을 하는 핸드셋으로 전송된다. 마찬가지로, "지점-대-지점" 고유 천체 위치 메시지에 대한 요청이 수신되면(322) 그 메시지가 형성되고(324), 셀룰러 반송파 주파수로 변조된 후(326) 그 고유 천체 위치 데이터를 요청하는 핸드셋으로 전송된다. 최종적으로, 만약 천체 위치 통신 모드가 방송되면 (328) 상기 메시지는 형성되고(330), 이러한 메시지를 방송할 때인지의 여부가 테스트된다(332). 만약 방송할 때이면, 네트워크가 작용하는 영역 도처에 최종 전송을 위해 셀룰러 반송파 주파수로 메시지가 변조된다(334). 본 발명에 관련된 방송 및 지점-대-지점 메시지 모두에 대한 상세한 정의가 이하 제시된다.

도 4는 SMLC(112) 및 타겟 MS(이동국, 104) 간의 시그널링 프로토콜을 SMLC (112)에 기초한 BSS를 통해 지원하는데 사용되는 프로토콜층을 도시한다. SMLC (112), MSC(122) 및 BSC(110) 간의 상세한 시그널링은 본 설명에서 무시한다.

도 4에 도시된 다수의 프로토콜은 종래 GSM 셀룰러 시스템에서의 통상적인 프로토콜이며, GSM 표준 01.04에서 다루고 있다. 위치 서비스(LCS)에 대해 신규한 프로토콜은 다음과 같이 정의된다. RR은 무선 자원을 나타내고, RRLP는 타겟 MS에 대한 RR LCS 프로토콜을 나타내며, Um은 LMU로의 공중 인터페이스를 나타내며, BSSAP-LE는 기지국 시스템 어플리케이션 파트-LCS 확장을 나타내며, BSSLAP는 기지국 시스템 LCS 지원 프로토콜을 나타내며, Lb(138)는 SMLC 및 BSC 간의 인터페이스를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 1의 지원용 GPS 무선전화 시스템 상의 지점-대-지점 통신으로서 동작하는 이동 발원 위치 요청의 데이터 순서도가 설명된다. 도시된 데이터 흐름은 네트워크로부터 이동국(MS)이 그 자신의 위치, 위치 지원 데이터 또는 방송 지원 데이터 메시지 암호화 키중 하나를 요청하게 하는 것이다. 이동에 기초한 위치 방법을 이용하여 넓은 간격 전체 범위에 그 자신의 데이터를 계산하기 위해 MS에 의해 위치 지원 데이터가 다음에 사용될 수 있다. 암호화 키는 MS가 네트워크에 의해 다른 위치 지원 데이터 방송을 주기적으로 해독할 수 있게 한다. 위치 갱신 요청후 MO-LR(이동 발원 위치 요청)은 GSM 표준 04.08에 설명된 다음 절차를 이용하여 암호화 키 또는 GPS 지원 데이터를 요청하는데 이용될 수 있다. 상기 절차는 그 자신의 위치가 다른 LCS 클라이언트로 보내지는 것을 MS가 요청할 수 있게 하는데 또한 사용된다. 8단계 이외의 도 5에 도시된 16 단계가 GSM 표준 03.71에 상세히 논의되며, 기술 분야의 당업자에게 잘 공지되어 있다.

본 발명에 따르면, 주(main) 지원용 GPS 관련 데이터 흐름이 단계 8에 나타나 있다. 이러한 시그널링 흐름은 핸드셋-기반 GPS 및 핸드셋-지원 GPS와 같은 모든 MS 기반 위치 방법과 공통적이다. 메시지(428)에서 SMLC는 지원 데이터를 판정하여 RRLP ASSISTANCE DATA 메시지에서 지원 데이터를 BSC에 보낸다. 메시지에 응답하여(430), BSC는 지원 데이터를 RRLP ASSISTANCE DATA 메시지에서 MS에 전송한다. 만약 지원 데이터가 하나의 메시지로 적합하지 않으면, 메시지(428 및 430)는 반복될 수 있다. 메시지(432)에서 MS는 RRLP ASSISTANCE DATA 확인(ACK)을 통해 BSC로의 완전한 지원 데이터의 수신을 확인한다. BSC는 RRLP ASSISTANCE DATA ACK 메시지를 메시지(434)에서 SMLC에 전송한다.

상술된 지원 데이터 흐름 외에, 위치지정 절차 순서가 또한 단계 8에 나타난다. 위치지정 절차 순서는 SLMC가 가능한 지원 데이터를 판정하고 RRLP MEASURE POSITION 요청을 BSC에 보내는 단계(428), 및 BSC가 RRLP MEASURE POSITION 요청시 QoS 및 임의의 지원 데이터를 포함하는 위치지정 요청을 MS에 보낸다(430). 만약 위치 프라이버시(privacy)가 MS에서 가능하지 않거나, 가능하지만 응급 호출을 위한 위치 획득을 거절하면 MS는 요청된 GPS 측정을 행한다. MS가 그 자신의 위치를 계산할 수 있고 이것이 요청되면 MS는 GPS 위치 추정을 계산한다. 이 계산을 행하는데 필요한 데이터는 RRLP MEASURE POSITION 요청에서 제공되거나 방송 소스로부터 이용할 수 있을 것이다. 이 결과의 GPS 측정이나 GPS 위치 추정은 RRLP MEASURE POSITION 응답의 BSC로 복귀된다(432). 만약 MS가 필요한 측정을 할 수 없거나 위치를 계산할 수 없으면 실패 지시가 대신 되돌아 온다. BSC는 LCS 정보 보고 메시지 내의 MEASURE POSITION 응답의 측정 결과를 SMLC(434)로 전송한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 지원용 GPS 시스템(Assited GPS System)에서의 지점 대 지점 통신으로서 동작하는 이동 착신 위치 요청의 데이터 순서도가 도 6에 도시되어 있다. 이 메시징은 응급 서비스(앰뷸런스 또는 소방서) 등의, 외부 LCS 고객이 대상 이동국의 현 위치를 요청하도록 한다. 이것은 이동 착신 위치 요청(MTLR ; Mobile Terminating Location Request)이라 하고 단계 11 이외의 단계 16에 대한 상세한 설명은 GSM 표준 03.71에서 찾을 수 있다. 외부 LCS 고객이 북미 응급 서비스(North American Emergency Service)일 때, NAES MT-LR은 본 발명의 바람직한 실시예인 단계 11에 따라, 단계 1, 4, 8, 12, 15, 16만을 포함하도록 정의된다.

본 발명에 따른 지원용 GPS 위치지정 및 데이터 흐름이 단계 11에 지시되어 있다. 이 시그널링 흐름은 핸드셋-기반 및 핸드셋-지원용 GPS를 포함하는 모든 MS-기반 위치 방법에 적용가능하다. 단계 11(436, 438, 440, 442)에 도시된 BSS 기반 SMLC에 있어서의 지원 데이터 전달 흐름은 도 5의 단계 8의 4개의 단계(즉, 단계 428, 430, 432, 434)와 동일하다. 마찬가지로, 이 순서는 2가지 양상, 즉 지원 데이터 흐름와 위치지정 과정 절차를 가지며, 도 6의 단계 11에서의 위치지정 절차 순서는 도 5의 단계 8과 동일하다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 지원용 GPS 시스템에서의 GPS 방송 통신의 바람직한 데이터 흐름이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같은 방송 통신은 또한 지점 대 복수 지점 지원 데이터 방송으로서 알려져 있고, 도 5 및 6의 방법으로서, 도 7의 시그널링 흐름은 핸드셋-기반 및 핸드셋-지원 GPS를 포함하는 모든 MS-기반 위치 방법에 적용가능하다.

GPS 지원 데이터 방송 메시지는 SMLC에서 생성되고 전송을 제어하기 위한 암호화부와 파라미터를 포함하는 전체 메시지는 SMLC로부터 MS로 전송된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 짧은 메시지 서비스 셀 방송(SMSCB ; Short Message Service Cell Broadcast) 불연속 수신(DRX ; Discontinuous Receive) 서비스는 LCS 지원 데이터 방송에 사용된다. 제1 스케줄 메시지를 수신하기 전에, MS는 LCS 방송 데이터 또는 스케줄 메시지를 수신할 수 있기 위해서 각 메시지 지점(lot)의 제1 블록을 판독하여야 한다. 스케줄 메시지를 수신한 후에, MS는 스케줄 정보에 따른 LCS 방송 데이터 메시지들을 수신하여야 한다.

그리고 나서 SMLC는 완전한 방송 메시지(450)를 LCS 방송 데이터 메시지를 갖는 CBC에 보낸다. 이 LCS 방송 데이터 메시지는 방송될 데이터 뿐만 아니라 방송 메시지가 어느 BTS를 목표로 하는지와 방송이 발생하여야 하는 시간을 지시하는 파라미터를 포함한다. LCS 방송 데이터 메시지는 또한 MS가 GSM 표준 04.12의 명세서에서 지시된 SMSCB DRX 특성을 이용할 수 있도록 MS에 방송되는 SMSCB 스케줄링 정보 역시 포함할 수 있다. SMSCB DRX 동작은 MS 수행이 최적화될 수 있도록 요청된다.

다음으로, CBC는 메시지(454)에 도시된 바와 같이, GSM 03.41에 따라 BSC 및 BTS로 메시지 전송을 개시한다. 다음으로, CBC로부터 SMLC까지의 LCS 동시전송 데이터 응답 메시지(454)는 LCS 동시전송 데이터가 전달되고 요청이 수행되었다는 것을 나타내는데 이용된다. 이 메시지는 강제적이지 않다. 그러면, BTS는 GSM 표준 03.41에 따라 MS로 메시지 전송(456)을 개시한다. SMLC 및/또는 CBC를 BSC로 통합시킨 다른 구현들은 다른 메시지 시그널링을 이용할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명을 통합하는 지원용 GPS 가능 셀룰러 무선전화와 같은 무선 통신 장치의 블록도가 도시된다. 바람직한 실시예에서, 프레임 생성기 블록(501)과 마이크로프로세서(503)는 셀룰러 시스템에서 지원용 GPS 위치지정를 운영하는데 필요한 통신 프로토콜을 생성하도록 결합한다. 마이크로프로세서(503)는 하나의 패키지(511)로 통합되는 것이 바람직한 RAM(505), EEPROM(507), 및 ROM(509)을 포함하는 메모리(504)를 사용하여, 전송 프로토콜을 생성하고 수신 프로토콜을 처리하는데 필요한 절차를 수행한다. 그 외에도, 마이크로프로세서(503)는 디스플레이(513)에 기록하고, 키패드(515)로부터의 정보 수용하고, 커넥터(516)를 이용하여 입/출력 정보를 수용하고, 주파수 합성기(525)를 제어하고, 마이크로폰으로부터 신호를 증폭하고 오디오 출력을 수신하고 스피커에 오디오 출력을 제공하는데 필요한 절차를 수행하는 것과 같은 무선 통신 장치를 위한 다른 기능들을 수행한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로프로세서는 무선 통신 장치의 위치를 계산할 뿐만 아니라 GPS 회로(550)의 기능들을 제어한다.

송신기(523)는 주파수 합성기(525)에 의해 생성된 반송파 주파수를 이용하여안테나(529)를 통해 전송한다. 통신 장치의 안테나(529)에 의해 수신된 정보는 수신기(527)로 들어가고, 주파수 합성기(525)로부터의 반송파 주파수를 이용하여 부호를 복조한다. 마이크로프로세서(503)는 CDMA 또는 TDMA 파형과 같은 디지털 무선 파형의 처리를 목적으로 디지털 신호 프로세서를 선택적으로 포함할 수 있다.

무선 통신 장치로 통합된 광역 위치 시스템 수신기(550)는 종래의 자율 수신기 설계 종류일 수 있고 또는 지원 GPS 수신기 설계 종류일 수 있다. 그러한 자율 GPS 수신기 설계 종류의 예는 Kennedy와 King의 미국 특허 번호 제5,148,452호에 개시되어 있다. 지원 종류의 GPS 수신기의 예는 Krasner의 미국 특허 번호 제5,663,734호에 개시되어 있다. 종래의 GPS 설계는 위성 기반 위치 계산을 수행하는데 필요한 위치지정 데이터의 모두가 안테나(532)를 이용하여 직접적으로 GPS 위성으로부터 전달되는 좀 더 자율적인 모드에서 작동한다. 지원 GPS 수신기는 도 1내지 7의 본 발명에 따라 설명된 바와 같이, 통신 안테나(529)를 통해 필요한 위성 위치 파라미터의 일부 또는 전부를 획득할 수 있다.

본 발명에 따르면, 지원 정보는 셀룰러 기반 네트워크 엔티티에 의해 개발되고, 전술된 바와 같이 빠른 위치 판정을 위해 필요한 데이터 파라미터의 일부 또는 전부를 전달하는 특유의 메시지 프로토콜을 이용하여 무선 통신 장치로 전달된다. 위치 데이터의 획득을 빠르게 하는 것 이외에도, 무선 통신 장치로 전달되는 지원 정보는 미국 특허 번호 제5,663,734호에서 설명된 바와 같이, 도시의 협곡과 빌딩에서와 같은 신호 방해 환경에서 GPS 신호의 검출을 크게 향상시킬 수 있다.

무선 통신 장치에 통합된 지원 GPS 수신기의 소자는 GPS 위성에 의해 전송된신호를 수신하기 위한 GPS 안테나(532)로 구성된다. GPS 다운 변환기(534)는 1575.42 MHz의 GPS 센터 주파수를 약간 낮은 중간 또는 제로-IF 주파수(546)로 변환한다. 중간 또는 제로-IF 주파수는 클럭 발생기(538)의 명령에 의해 중간 또는 제로-IF 주파수 신호를 생성하는 아날로그/디지털 변환기(536)에 의해 디지털화된다. 아날로그/디지털 변환기(536)의 출력은 기저대역 프로세서 상관기(540)로 전송된다. 기저대역 프로세서 상관기(540)는 안테나(532)에 동시에 도달하는 다수의 GPS 위성 신호의 도달 시각을 측정하기 위하여 신호(548)에 대해 디지털 신호 처리 함수를 실행한다. GPS 신호의 도달 시각의 측정은 위성 확산 코드에 적용되는 초당 50 비트의 데이터 변조는 물론 수신된 특정 GPS 위성 확산 코드 각각의 코드 위상에 인코딩된다.

바람직한 실시예에서, 무선 통신 장치 무선 주파수 발생기/합성기(525)는 GPS 다운 변환기(534)용의 기준 주파수에 대한 기준으로서 신호(542)를 통해 사용된다. 많은 무선 통신 장치에서, 무선 기준 주파수 발생기/합성기(525)는 안테나 (529)에 도달하는 하부조직 기지국 반송파 주파수로 주파수 동기되도록 제어되며, 크리스탈 제어 발진기와 같은 통상의 저가 핸드셋 기준 주파수 발생기보다 주파수 면에서 훨씬 더 안정적이다. GPS 다운 변환기의 기준으로서 하부조직 제어 주파수를 사용함으로써 하부조직 기지국 반송파의 고주파수 안정성은 GPS 위성 신호를 위한 도플러 주파수 검사 공간을 제한하는데 사용될 수 있다.

합성기 기준 클럭 신호(542)는 또한, 아날로그/디지털 변환기(536)의 샘플 클럭 신호, 및 선택적으로 GPS 기저대역 프로세서 상관기(540)를 구동하기 위한 클럭 신호를 생성하도록 클럭 발생기(538)에 의해 스케일링된다.

도 9, 10, 11 및 12는 본 발명의 가능한 프로토콜(possible protocol)에 따른 핸드셋에서 발생하는 동작 및 계산의 시퀀스에 대응한다. 도 9에는 지점 대 지점 천체 위치 프로토콜 및 지점 대 지점 차분 프로토콜의 조합이 도시되어 있으며, 도 10에는 "방송" 차분 프로토콜과 결합된 지점 대 지점 천체 위치 프로토콜이 도시되어 있다. 도 11에는 지점 대 지점 차분 프로토콜과 결합된 방송 천체 위치 프로토콜이 도시되어 있고, 도 12에는 방송 차분 프로토콜과 방송 천체 위치 프로토콜의 조합이 도시되어 있다.

본 발명의 제1 프로토콜 조합을 나타내는 도 9에서, 핸드셋 내의 이벤트들의 시퀀스는 GPS 위성 신호의 획득으로부터 시작된다. GPS 신호 획득 과정은 단계 600에서 셀룰러 하부조직으로부터 전송되는 지원 데이터에 의해 지원되는데, 이 데이터는 GPS 수신기 획득 과정에서 도플러 및 코드 위상 검사 윈도우의 협소화를 가능하게 하여, 유효 GPS 신호의 획득을 크게 고속화한다. 이 단계는 모든 프로토콜 조합에 대해 공통적이라는 점에 주목해야 한다. 획득 지원 데이터가 수신되면, 단계 602에서 적당한 신호 강도의 GPS 신호에 대한 의사 범위 측정이 판정될 수 있다. 후속하여, 위치 고정을 지원하는데 충분한 PR을 이용할 수 있는지를 판정하기 위한 테스트가 이루어지는데 (604), 통상, 고정을 계산하는데는 4개의 위성이 요청되나, 이동 핸드셋의 하부조직으로부터 위도가 추측되거나 공급된다면, 3개의 위성도 적당할 수 있다. 위성을 충분하게 이용할 수 있으면, 유효 천체 위치 데이터를 수집하여 검사하고(단계 606), 결과 고정 정밀도를 단계 608에서 계산한다. 예측한 정밀도가 적당하면, 적당한 차분 보정 데이터를 단계 616에서와 같이 요청할 수 있다. 그러나, 정밀도가 적당하지 않으면, 위성의 천체 위치 데이터를 업그레이드해야 한다는 판정을 하고 (단계 612), 이들 위성들에 대해서만 갱신된 천체 위치를 요청한다 (단계 614). 요청한 DGPS 보정 데이터는 각 천체 위치의 IODE에 특정한 것이다. 보정 데이터를 수신하면, 우선 현재 시간으로 전달된 다음 (618), 측정된 PR에 제공된다 (단계 620). 각각의 위성에 대해 측정된 PR과 예측한 범위와의 오차 (천체 위치 데이터와 사전 위치 추정치를 이용하여 도출함)가 생기는데 (622), 이는 위치 추정을 정확하게 하거나 위치 고정를 계산하는데 사용된다 (단계 624). 이러한 프로토콜 조합을 이용하는 방법에서는, 각각의 핸드셋 위치 계산을 위한 데이터의 전송 제어가 핸드셋 자체 내에 있다. 따라서, 프로토콜은 각 전달이 이동 핸드셋의 요청에 의해 행해짐에 따라, 셀룰러 네트워크 내의 데이터 트랜잭션을 최소화할 것이다.

본 발명의 제2 프로토콜 조합을 나타내는 도 10에서는, 핸드셋 내의 이벤트 시퀀스가 GPS 위성 신호의 획득과 함께 시작된다. GPS 신호 획득 처리는 셀룰러 하부조직으로부터 전송된 지원 데이터에 의해 도움을 받는데 (628), 이 데이터는 수신기 획득 처리시에 도플러 및 코드 위상 탐색 윈도우의 협소화를 허용하고, 따라서 유효 GPS 신호의 획득을 상당히 가속화한다. 획득 지원 데이터를 일단 수신하면, 의사 범위(PR) 측정들은 적당한 신호 강도의 GPS 신호로 유도될 수 있다 (630). 후속하여, 위치 고정를 지원하는데 충분한 PR을 이용할 수 있는지를 판정하기 위한 테스트가 이루어지는데, 통상적으로 고정를 계산하는데에는 4개의 위성이 요청되나, 이동 핸드셋의 지역 데이터 베이스로부터 위도를 상정하거나 공급받을 수 있다면 3개의 위성도 적당할 수 있다. 충분한 위성을 사용할 수 있으면, 유효 천체 위치 데이터를 수집하여 검사하고(632), 결과의 고정 정밀도를 계산한다 (634). 예측한 정밀도가 적당하면, 적당한 차분 보정 데이터를 수집할 수 있다 (642). 그러나, 정밀도가 적당하지 않으면, 위성의 천체 위치 데이터를 업그레이드 해야할 필요가 있다는 판정을 하고 (638), 이들 위성들에 대해서만 갱신된 천체 위치를 요청한다 (640). 단계 642에서, DGPS 방송 데이터를 수집한 다음, 단계 644에서 현재 시간으로 전달한다. 단계 646에서, 천체 위치 에이지에 기초하여 보정값을 조정해야만 하며, 방송 메시지는 데이터 천체 위치(IODE) 값의 모든 가능한 이슈에 대한 보정값을 포함한다는 것에 유의한다. 그 다음, 전달되어 조정된 보정값은 측정된 PR에 제공된다 (648). 각 위성에 대해 측정된 PR과 예측한 범위 사이에 오차(천체 위치 데이터와 사전 위치 보정값을 이용하여 도출함)가 생기는데, 이는 위치 추정을 정확히 하여 위치 고정를 계산하는데 사용된다 (652). 이 프로토콜 조합을 이용하면, 각각의 핸드셋 위치 계산을 위한 천체 위치 데이터의 전달 제어가 핸드셋 자체 내에 남아있는다. 각각의 이송이 이동 핸드셋의 필요에 의해 구동됨에 따라, 이러한 프로토콜은 셀룰러 네트워크 내에서 천체 위치 분포와 관련된 데이터 트랜잭션을 최소화시킬 것이다. 그러나, DGPS "방송" 모드를 사용하면 도 9에 설명된 제1 프로토콜 조합과 관련한 DGPS 데이터 분배를 위한 트래픽 순서가 증가된다. 이 증가는 DGPS 보정값들을 언제 분배해야 할지를 판정하기 위한 하부조직 내의 논리를 간단히 하게 하는데, 그 이유는 이들 보정값들은 고정된 속도(예를 들어, 통상적으로 30초마다)로 간단히 방송되기 때문이다.

본 발명의 제3 프로토콜 조합을 도시한 도 11에서, 핸드셋 내에서 이벤트의 시퀀스는 GPS 위성 신호의 획득과 함께 시작된다. GPS 신호 획득 과정은 단계 654에서 셀룰러 하부조직으로부터 송신된 지원 데이터에 의해 지원되고, 이 데이터는 수신기 획득 과정 내에서의 도플러 및 코드 위상 탐색 윈도우의 협소화를 허용하여, 유효 GPS 신호의 획득을 상당히 가속시킨다. 획득 지원 데이터가 수신될 때, 의사거리 측정은 단계 656에서 적합한 신호 강도의 GPS 신호로 유도될 수 있다. 이 다음에, 테스트 658은 충분한 PR이 위치 고정을 지원하는데 유효한지를 판정하기 위해 행해지고, 일반적으로, 4개의 위성이 고정을 계산하는데 요청되지만, 위도가 이동 핸드셋용 지역 데이터 베이스로부터 추정 혹은 공급될 수 있는 경우 3개의 위성이 적당할 수 있다. 충분한 위성이 이용될 수 있는 경우, 단계 660에서 유효 천체 위치 데이터가 수집되고 조사된다. 가장 최근 방송의 천체 위치 데이터가 수집되면, 그 때 단계 662에서 삽입법(interpolation)을 이용하여 위성 위치를 계산하는데 사용된다. 요청된 DGPS 보정 데이터는 단계 664에서 각각의 천체 위치에 대해 IODE로 특정된다. 보정 데이터가 수신될 때, 단계 666에서 보정은 먼저 현재 시간으로 전달되고, 다음에 단계 668에서 측정된 PRs에 적용된다. 단계 670에서 잔여가 (천체 위치 데이터 및 이전 위치 추정값을 사용하여 유도된) 각각의 위성에서 측정된 PR과 예측된 범위 사이에 형성되고, 단계 672에서 위치 추정값을 정련(refine)하거나 위치 고정값을 계산하는데 사용된다. 이 프로토콜 조합을 사용하는데 있어서, 각각의 핸드셋 위치 계산을 위한 DGPS 데이터의 이송 제어는 핸드셋 자체 내에 존재한다. 각각의 이송이 이동 핸드셋의 필요에 의해 구동됨에 따라, 이러한 프로토콜은 셀룰러 네트워크 내의 데이터 트랜잭션을 최소화시킬 것이다. 그러나, 천체 위치 "방송" 모드를 사용하면 도 9에 설명된 제1 조합과 관련한 천체 위치 데이터 분포에 대한 트래픽 순서가 증가된다. 이 증가는 천체 위치 데이터를 언제 분배해야 할지를 판정하기 위한 하부조직 내의 로직을 간단히 하게 하는데, 그 이유는 도표는 고정된 속도(예를 들어, 통상적으로 30분마다)로 간단히 방송되기 때문이다.

본 발명의 제4 프로토콜 조합을 도시한 도 12에서, 핸드셋 내 이벤트의 시퀀스는 GPS 위성 신호의 획득과 함께 시작된다. GPS 신호 획득 과정은 단계 674에서 셀룰러 하부조직으로부터 송신된 지원 데이터에 의해 지원되고, 이 데이터는 수신기 획득 과정 내에서의 도플러 및 코드 위상 탐색 윈도우의 협소화를 허용하여, 유효 GPS 신호의 획득을 상당히 가속시킨다. 획득 지원 데이터가 수신될 때, 의사거리(PR) 측정은 단계 676에서 적합한 신호 강도의 GPS 신호로 유도될 수 있다. 이 다음에, 테스트 678는 충분한 PR이 위치 고정을 지원하는데 유효한지를 판정하기 위해 행해지고, 일반적으로 4개의 위성이 고정을 계산하는데 요청되나, 위도가 이동 핸드셋용 지역 데이터 베이스로부터 추정될 수 있거나 또는 공급될 수 있는 경우 3개의 위성이 적당할 수 있다. 충분한 위성이 이용될 수 있는 경우, 단계 680에서 유효 천체 위치 데이터가 수집되고 조사된다. 가장 최근 방송의 천체 위치 데이터가 수집되면, 그 때 단계 682에서 삽입법을 이용하여 위성 위치를 계산하는데 사용된다. 단계 684에서 DGPS 방송 데이터가 수집되면, 그 때 단계 686에서 현재 시간으로 전달된다. 단계 688에서 보정값이 천체 위치 에이지에 기초하여 조정되고, 방송 메시지는 모든 가능한 IODE 값에 대한 보정을 포함한다는 것에 대해 유의해야 한다. 전달되고 조정된 보정값은 단계 690에서 측정된 PRs에 적용된다. 단계 692에서 잔여가 (천체 위치 데이터 및 이전 위치 추정값을 사용하여 유도된) 각각의 위성에 측정된 PR과 예측된 범위 사이에 형성되고, 단계 694에서 위치 추정값을 정련하거나 위치 고정값을 계산하는데 사용된다. 이 프로토콜 조합을 사용하는데 있어서, 각각의 핸드셋 위치 계산에 대한 천체 위치 및 DGPS 보정 데이터의 이송의 제어는 핸드셋 자체 내에 존재한다. 이러한 프로토콜은 "지점 대 지점" 방법과 비교하여 부가적인 네트워크 트래픽의 댓가로, 네트워크로부터 데이터 분배와 관련된 논리를 최소화시킨다.

본 발명의 상당한 장점은 지점 대 지점 천체 위치 전송과 관련된 감소된 비트율이다(상기 표 1 및 하기 표 6 참조). 이 네트워크-중심의 방법에 대해 표 1의 마지막 열에 나타나는 평균 갱신 속도의 예측은 아래의 표 6에 자세히 설명된 본 발명의 핸드셋-중심 방법에 대한 대응하는 예측과 대조될 수 있다. 이 비교는 제안된 본 발명을 사용하여 달성된 네트워크 트래픽의 감소를 강조한다. 이러한 감소는 (아래의 표 3 및 4에 각각 정의된) 지점 대 지점 및 방송 차분 메시지 (broadcast differential message)가 오래된 천체 위치 데이터와 관련된 에러를 흡수할 수 있기 때문에 가능하다. 이는 다음 단락에서 분석적으로 유도되는 천체 위치 에러의 아주 작은 "공간적 비상관성(spatial decorrelation)"으로부터 유도된다.

차분 GPS 기준 스테이션(도면에서 DGPS RS로 표기됨)과 이동 핸드셋(MS로 표기됨)에 대한 상대적 배치는 도 13에 도시되었고, 이는 천체 위치 에러와 관련된 공간적 비상관성을 제한(bound)하는데 사용될 수 있다. GPS 위성까지는 매우 멀기 때문에, 도면의 각도 φ는 다음의 식으로 잘 근사된다.

여기서: φ는 시선 벡터의 라인들 사이의 각이고;

d 는 이동 및 차분 기준 스테이션 사이의 거리이고;

R 은 GPS 위성의 범위이다.

명백히, φ의 큰 값은 이동과 기준 스테이션 사이의 더 큰 거리를 의미하고 이는 더 큰 공간적 비상관성를 야기한다. d 에 대한 최대값을 100 km 로 택하고 R 에 대한 최소값을 지구 반지름의 3 배로 취했을 때(바로 머리 위에 있는 위성에 대하여) φ의 최대값인 0.005 라디안을 얻게 된다. 도면의 평면에서 천체 위치 에러의 성분들은 (반지름 성분에 대해) dpr로 표식되고 (도면 평면에 있어서 방사 횡단 성분에 대해) dpc 로 표기된다. 천체 위치 에러에서 잔여 위치 성분(도면 평면에 대해 수직)은 공간적 비상관성에 영향을 미치지 않는다.

공간적 비상관성은 기준 스테이션 및 이동에서 위성으로의 시선(Line Of Sight; LOS)에 있어서의 차이로부터 생기는데, 반지름 방향 에러 성분에 대한 공간적 비상관성 스케일 팩터는 (1-cosφ)이고, 방사 횡단 성분에 대해서는 스케일 팩터가 sinφ가 된다. φ가 아주 작기 때문에, 방사 횡단 성분이 지배적이고 그 값은 φ 자체에 비례한다. 따라서 최악의 경우의 스케일 팩터는 천체 위치 에러의 미터당 0.005 미터의 포스트-차분(post-differential) 보정 레인징 에러가 된다. 따라서, 최악의 경우에 응용 가능한 차분 보정을 적용한 후에 레인징 에러가 1 미터가 되기 위해서는 200 미터 이상의 횡단 방향 천체 위치 에러가 필수적이다.

도 14는 천체 위치 및 속도 정확도 대 천체 위치의 스테일니스(staleness)(즉, t-toe)사이의 관계와 (여기서 I 는 1 시그마 인-트랙(one-sigma In-track)이고, R은 방사(radial)임) 크로스-트랙(C) 위치(meters 단위) 및 속도 에러 성분 (meters/sec 단위) 대 천체 위치 유효 시간(toe )으로부터의 경과 시간 사이의 관계를 정량화한 것이다. 본 도면은 358 방송 천체 위치 기준 셋으로부터 얻은 예측값들의 차이로부터 샘플용 표준 이탈량을 계산하여 도출된 것이다. 여기서, 상기 358 방송 천체 위치 셋은 제트 추진 연구소가 관장하는 세계 GPS 서비스(IGS)로부터 획득한 정밀한 천체 위치 데이터로서 1998년에 정해진 것이다.

통상적으로는 천체 위치의 GPS 위성 시간(toe)은 그것이 위성으로부터 초기에 이용할 수 있도록 구성될 때 현재 시간 t보다 2시간 앞서게 되고, 실질적으로 허용된 이동 스테이션이 GPS에서 이용할 수 있도록 구성될 수 있다. 결과적으로 2 시간의 t-toe 값은 각각의 천체 위치 셋에 대해 4 시간의 피트 간격(fit interval)을 지시하는 동일한 천체 위치 셋(-2 시간<t-toe< +2 시간)에 있어서 4 시간의 가능한 사용 주기에 상응한다. 따라서, 위성 위치 및 속도 에러(아래에 설명한 대로 사용자 자율 위치 에러로 옮겨짐)에 거의 영향을 끼치지 않고 임의의 특정 천체 위치 셋의 응용 주기를 5 시간 이상으로 올릴 수 있다. 또한, 이 에러는 전체 위성가시 경로에 대해서 맞추어진 DGPS 보정에 의해 완전히 제거된다.

지구 표면 근처에서의 작동에 대해서 위성 트랙 간격은 6 시간을 넘지 않는 것이 바람직하다. 방사 횡단 방향 성분이 잔여 에러(residual error)에 가장 큰 영향을 미치기 때문에, 이 방향은 일반적으로 크로스-트랙 성분 및 인-트랙 성분과 정렬되기 때문에 최악의 경우의 천체 위치 에러는 도 14의 인-트랙 성분을 사용하여 판정되는데 이는 가장 큰 성분값이다. 이 성분값을 사용하는 것은 최악의 경우인 약 100 미터의 1 시그마 방사 횡단 위치 에러 성분을 낳는다. 이를 3에 의해 스케일링하는 것은 최악의 경우인 3 시그마 조건에 상응하고 상기 도출된 최악의 경우의 공간적 비상관성 스케일 팩터에 의해 승산하는 것은 최악의 경우로서 0.4 미터의 잔여 레인징 에러를 제공하는데, 이는 긴급 위치 및 다른 위치에 기초한 서비스에 대한 요청을 놓고 보았을 때 확실히 수용할만한 것이다.

본 발명은 네 개의 지점 대 지점 메시지 및 두 개의 방송 메시지를 규정한다. 지점 대 지점 메시지는 요청 천체 위치/클럭 보정 갱신(네트워크로의 핸드셋), 천체 위치/클럭 보정 갱신(핸드셋으로의 네트워크), 요청 지점 대 지점 DGPS 보정(네트워크로의 핸드셋), 및 지점 대 지점 DGPS 보정(핸드셋으로의 네트워크) 이며, 방송 메시지는 DGPS 방송 메시지(많은 이동로의 네트워크) 및 천체 위치 방송 메시지(많은 이동로의 네트워크)이다. 각 메시지 교환은 파라미터의 자세한 설명과 함께 더 설명된다.

<천체 위치/클럭 보정 갱신 요구>

(네트워크로의 이동)

지점 대 지점 천체 위치 제어 메시지는 처리전의(raw) 천체 위치 및 클럭 보정 데이터의 최소한의 제어와 송신을 이동체에 허용한다. 이 프로토콜에서, 상기 MS는 위성 천체 위치가 설정하는 네트워크에 SVID의 리스트 및 위성의 대응하는 IODE(데이터 천체 위치의 이슈)를 제시하여 MS 가 메모리에 포함하고 있음을 통지한다. 게다가, 상기 핸드셋은 네트워크에게 처리전의 천체 위치를 현재 관측가능한 모든 위성에 송신하도록 알리는 천체 위치 에이지 제한(age limit)(t-toe)을 송신하고 상기 위성에 대한 천체 위치는 지정된 천체 위치 에이지 제한 보다 오래되었다. 마지막으로, 천체 위치 수명 오버라이드(override) 비트는 네트워크에게 천체 위치 에이지 제한을 무시하고, 그 수명을 무시하고 처리전의 천체 위치를 전달하도록 통지한다.

핸드셋 메모리에 저장된 처리전의 천체 위치에 대응하는 MS로부터 IODE 셋, 차분 보정의 천체 위치 에러 구성과 관련된 최소 공간 비상관의 인식이 정해지면, 단지 하나의 처리전의 천체 위치가 일반적으로 각 위성의 패스에서 요구된다.

그러나, 서로 다른 사용자들의 정확도의 요구는 다양함을 알 수 있다. 따라서, 각 핸드셋이 결과적인 솔루션 정확도상에서 천체 위치 수명의 효과를 예측하도록 기계화되는 알고리즘이 정의된다. 이 알고리즘은 데이터 송신 요구를 더 감소시키는데, 그 이유는 상기 알고리즘이 이동의 정확도 요구를 지시 받으면 새로운 천체 위치를 요구하기 때문이다.

본 발명이 각 IODE 로부터 도출된 차분 보정을 요구하기 때문에, 새로운 방송 메시지가 정의 된다. 이 방송 메시지는 단일의 메시지만이 모든 이용가능한IODE에 대해 전형적으로 요구되도록 차분 보정 데이터의 지적 압축을 이용한다. 천체 위치 방송 메시지에 대한 설명이 다음에 나타난다.

<천체 위치/클럭 보정 갱신>

(이동체로의 네트워크)

상기와 같이, 천체 위치 데이터는 MS 가 요구할때 또는 하부조직이, 핸드셋 천체 위치가 MS 에 의해 허용된 천체 위치 수명에 대한 지정된 임계값보다 오래되었음을 알릴때에만 송신된다. 이 메시지의 내용이 아래의 테이블 2에 주어진다:

: 천체 위치 / 클럭 보정 갱신 메시지 내용

파라미터	내용	단위
SV_ID	위성 ID
SV_헬스	헬스 시놉시스
URA	사용자 범위 정확도
T_GD	그룹 딜레이에 대한 보정	secs
t_oc	클럭 보정의 유효 시간	secs
a_fo	0 순위 클럭 보정	secs
a_f1	1 순위 클럭 보정 계수	secs/sec
a_f2	2 순위 클럭 보정 계수	secs/sec²
C_rs	반지름 보정 계수	meters
Δn	평균 동작에 대한 보정	semi-circles/sec
M₀	평균 근점 거리	semi-circles
C_UC	위도 보정 계수의 편각	radians
e	이심률
C_US	위도 보정 계수의 편각	radians
(A)^1/2	세미-메이저 축의 평방근	meters^1/2
t_oe	천체 위치의 유효 시간	secs
C_IC	경사 보정 계수	radians
Ω₀	상승 노드의 공칭 경도	semi-circles
C_IS	경사 보정 계수	radians
i₀	공칭 경사	semi-circles
C_RC	반지름 보정 계수	meters
ω	근점의 편각	semi-circles
Ωdot	수직 상승 변화율	semi-circles/sec
idot	경사 변화율	semi-circles/sec

테이블 2에 나타난 파라미터들은 URA 및 TGD 파라미터들을 부가한 종래의 천체 위치셋과 클럭 보정 데이터에 대응한다. URA 파라미터의 포함은 MS가 선택 유효성(SA)의 레벨의 함수로서 그것의 정확도 예측을 조절할 수 있게 한다. 게다가, 천체 위치 요구는 각 모빌에 의해 수행되는 정확도 예측에 근거하여 달성된다. TGD 의 포함은 각 모빌이 그룹에 대한 지연 영향을 보정하도록 하고, 가장 정확한 해결책을 제시한다.

<지점 대 지점 DGPS 보정 요청>

(핸드셋에서 네트워크로)

지점 대 지점 DGPS 보정 메시지는 핸드셋 기반 어플리케이션 (예를 들어, 긴급 위치)의 위치 수행 요청들을 충족시키기 위해 서로 다른 정확도가 요청되는 경우 이동에 의해 요청된다. 이 모드에서는, 이동이 위성을 통과할 때마다 1회 천체 위치 데이터를 요청하면 된다. 지점 대 지점 모드에서 핸드셋으로 전달되는 차분 보정들이 네트워크에 의해 주문되면 핸드셋의 천체 위치 에이지로 인해 부가되는 오류 영향이 차분 보정에 의해 흡수되어 보상된다. 이러한 방식에서는, 표 3에 도시된 바와 같은 간단한 차분 보정 응답 메시지가 사용된다. 지점 대 지점 차분 보정들은, (모든 GSM 네트워크들이 방송 서비스를 수행하는 것은 아니지만) GSM 네트워크 도처에 방송 차분 채널들이 편재될 때까지, 적절히 그리고 주로 사용되는 구조가 될 것으로 기대된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 위성 통과시마다 1회 새로운 천체 위치가 전송되어 이동에 의해 기억된 특정 천체 위치에 차분 보정이 맞추어지기 때문에, 가장 가능성있는 모드에 대하여 전체 메시지 트래픽을 최소화함으로써 프로토콜을 최적화한다. 이러한 메시지 추가의 장점은 엔드-어플리케이션이 위치 정확도를 제어할 수 있고 셀룰러 오퍼레이터는 어플리케이션 또는 이러한 특정 메시지의 서비스를 사용자가 선택할 수 있도록 한다는 것이다.

<지점 대 지점 DGPS 보정 메시지>

(네트워크에서 핸드셋으로)

이 메시지의 내용은 표 3에 기술한다. 차분 보정들은 이들을 요청하는 특정 IODE에 대해서만 전송된다는 점을 주목해야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에따르면, 차분 보정 레이턴시와 관련된 에러들은 매 30초 또는 이동에서 요청한 속도로 DGPS 보정들을 유익하게 전송함으로써 수용가능한 레벨들로 유지된다.

: (위성당) 지점 대 지점 DPEG 보정 메시지 내용

파라미터	설명	파라미터들 전송
N_sats	보정들이 나타나는 위성들의 개수	메시지당 1회
Time	보정 데이터가 유효일 때의 GPS 시간, 초	메시지당 1회
UDRE SF	정확도 예측자에 대한 스케일 인수	메시지당 1회
UDRE	사용자 차분 범위 오류 (정확도 예측자, 미터)	메시지당 1회
SVID	보정들이 사용하는 GPS 위성	각 위성마다
Corr SF	보정 데이터에 대한 스케일 인수	각 위성마다
IODE	보정들이 사용하는 천체 위치 유출	각 위성마다
PRC	의사 범위 보정, 미터	각 위성마다
RRC	범위 속도 보정, 미터/초	각 위성마다

(네트워크에서 다수의 이동으로)

본 발명은 차분 보정을 허용하여 천체 위치 데이터의 에이징으로 인해 야기되는 에러들을 보상함으로써 네트워크 트래픽을 감소시키는데, 대응하는 방송 DGPS 메시지는 모든 유효한 IODE값들에 대하여 보정 셋을 포함해야 한다. 이는 GSM 쇼트 메시지 서비스 셀 방송(Short Message Service Cell Broadcast; SMSC) 메시지들에 대하여 82 옥텟(octet) 최대 메시지를 초과하는 메시지 길이를 유도할 수 있다. 그러나, 하기 표 4에 도시된 바와 같이, 데이터는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 지적으로 압축된다.

: DGPS 방송 메시지 내용

파라미터	설명	파라미터들 전송
N_sats	보정들이 나타나는 위성들의 개수	메시지당 1회
Time	보정 데이터가 유효일 때의 GPS 시간, 초	메시지당 1회
UDRE SF	정확도 예측자에 대한 스케일 인자	메시지당 1회
SVID	보정들이 사용하는 GPS 위성	메시지당 1회
Corr SF	보정 데이터에 대한 스케일 인자	메시지당 1회
Corrent IODE	보정들이 사용하는 현재의 천체 위치 유출	SVID당 1회
PRC-PRC_avg	압축된 의사 범위 보정, 미터	SVID당 1회
RRC-RRC_avg	압축된 범위 속도 보정, 미터/초	SVID당 1회
N_prev	이전의 IODE 보정 값들의 개수	SVID당 1회
ΔRRC	PRC 보정 값들의 차, 미터	N_prev당 1회

방송 메시지에 사용되는 지적 압축의 몇가지 측면은 표 4로부터 명백하지만, 나머지 측면들은 보다 미묘하다. DGPS 시간 태그는 신뢰성있는 타이밍 정보를 가진 각 이동에 속하는 DGPS 보정 데이터를 위한 RTCM 표준의 전 20 비트에 대해 압축된다. 차분 보정 데이터 자체는 각 PRC 및 RRC값에서 모든 위성에 걸친 평균 보정값을 공제함으로써 압축된다. 이 평균값은 발진기 오프셋 및 드리프트에 의해 야기된 보정 데이터 내의 공통 시간 및 주파수 바이어스(frequency bias)를 반영하고 있다. 이들 바이어스는 차분 보정된 이동의 항해 솔루션에 어떤 영향도 미치지 않으며 따라서 제거될 수 있다. 게다가, 이전의 IODE에 대한 RRC값을 포함할 필요도 없는데, 그것은 천체 위치 에이지에 의해 야기된 속도 에러가 통상의 레이턴시 에러(latency error)에 비해 작기 때문이다. 마지막으로, PRC 차분값들이 천체 위치 에이지 에러에 의해 구동되고 통상의 DGPS 레이턴시 효과(예를 들면, SA 가속도)에 의해서는 구동되지 않기 때문에, 그들을 매 30초마다 보낼 필요가 없어 데이터 압축에 도움이 된다. 최악의 경우, 매분마다 하나씩의 PRC 차분값으로 충분하다. 최악의 경우는 천체 위치이 가장 오래된 것일 때 발생하며, 이는 역으로 에이지에 근거하여 데이터의 추가 압축이 있어야 함을 의미한다. 즉, 보다 최근의 PRC 차분값은 덜 빈번히 보내진다. 이 2가지 압축 기술을 이용하여 DGPS 방송 메시지를 모든 가시 위성으로 전송하는데 필요한 바이트 수는 82 바이트 이하이다.

<천체 위치 방송 메시지>

방송 천체 위치 메시지의 내용은 표 5에 주어져 있다. 메시지는 각 GPS 위성에 대해 2 셋의 계산된 위치 및 속도로 이루어져 있으며, 이것이 천체 위치 데이터 셋 모두를 전송하는 것에 비해 방송되는데 필요한 비트 수를 저감시킨다. 이들 2 셋의 데이터는 시간상 분리되어 있어, 모빌 핸드셋이 계산된 데이터의 유효 시간들간에 삽입되어 현재 시간에서의 위치 및 속도 데이터를 도출할 수 있게 된다. 외삽이 아닌 삽입을 사용하여 천체 위치 데이터의 전 셋에 근거한 핸드셋 계산에 대해 어떤 상당한 에러도 제거하게 된다.

: 방송 천체 위치 메시지

파라메타	설명
t₀	위치 및 속도의 제1 세트의 유효 시간, 초
Δt	세트들 간의 시간 간격, 분
N_sats	위치 및 속도 데이터를 따르는 GPS 위성의 수
SVID	이 위치 및 속도 세트에 대한 ID
X₀	시간 t에서의 ECEF X 위치 성분, 미터
Y₀	시간 t에서의 ECEF Y 위치 성분, 미터
Z₀	시간 t에서의 ECEF Z 위치 성분, 미터
X_dot₀	시간 t에서의 ECEF X 속도 성분, 미터/초
Y_dot₀	시간 t에서의 ECEF Y 속도 성분, 미터/초
Z_dot₀	시간 t에서의 ECEF Z 속도 성분, 미터/초
X₁	시간 t+Δt에서의 ECEF X 위치 성분, 미터
Y₁	시간 t+Δt에서의 ECEF Y 위치 성분, 미터
Z₁	시간 t+Δt에서의 ECEF Z 위치 성분, 미터
X_dot₁	시간 t+Δt에서의 ECEF X 속도 성분, 미터/초
Y_dot₁	시간 t+Δt에서의 ECEF Y 속도 성분, 미터/초
Z_dot₁	시간 t+Δt에서의 ECEF Z 속도 성분, 미터/초

방송 천체 위치 메시지의 수 및 길이를 더 줄이기 위해, 본 발명은 메시지 당 단지 하나의 위성 위치 및 속도 벡터를 전송하는 천체 위치 방송 메시지를 포함한다. 이것은 이동국에 대해 시간 t1과 t2 사이의 어떤 다른 시간에 이동국의 위치를 계산할 수 있기 이전에 시간 t1과 t2에서 2개의 연속한 천체 위치 방송 메시지를 얻을 것을 요구한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 핸드셋은 알고리즘을 사용하여 임의의 시간 t0<t<t1(여기서, t1=t0+Δt)에서의 위성 위치 및 속도를 계산하게 된다. 상기 알고리즘은 사실상 반복되며, 먼저 속도 데이터로부터 초기 가속도를 계산하고, 이를 이용하여 위치 데이터와 함께 저크(jerk; 가속 차분값)를 계산하면, 위치 추정을 정련(refine)할 수 있다. 이 알고리즘은 위치 및 속도의 각 성분에 대해 동일하며, 단지 하나의 성분만이 다음의 식에서 상세히 설명된다. 가속 추정은 수학식 2를 사용하여 이루어진다:

수학식(2)로부터의 가속 추정은 다음의 수학식 3을 사용하여 X1을 예측하기 위해 사용된다.

예측치 X1과 계산한 값 사이의 차는 예측치를 계산된 값에 따라서 가져오는 저크 레벨을 찾는 데 사용된다.

수학식 4는 저크 값(X_addot)를 풀기위해 사용되며, 이것은 GPS 위성 위치를 삽입하기 위해 수학식 5에서 사용된다.

위성 클럭 보정 데이터는 이러한 방송 메시지에서는 제외된다는 것을 주목할 필요가 있다. 이것은 도 15에서 나타낸 바와 같은 클럭 에러 효과를 흡수하기 위해 보내진 위치 및 속도 데이터를 적절하게 변형함으로써 가능해진다. 도 15는 추정 및 실제 위성 위치를 나타내고, 여기서 위성 위치 커브 피트 데이터와 위성 클럭 보정 파라미터를 결합하기 위한 준비가 이루어진다. 이로써 클럭 보정 파라미터를 배제함으로써 전송될 비트수를 위성당 254 비트에서 217 비트 또는 그 이상으로 절감시킬 수 있게 한다. 이를 달성하기 위해서는, 클럭 에러 효과가 상응하는 위성 위치 에러로 변형되어야 한다.

도 15에서, GPS 궤도와 같은 광역 항해 위치 시스템의 위성(696)은 무선 통신 시스템보다 위쪽에 있다. 무선 통신 시스템은 이동국(700) 등의 이동국들과 양방향 무선 통신을 하는 다수의 기지국(698)을 포함한다. 클럭 에러 효과를 상응하는 위성 위치 에러로 변형함에 따라 위성 궤도 커브 피트 X(t)가 위성 클럭 보정에 대응하는 양만큼 수정될 필요가 있다. 유효 범위 확장 C0, C1 및 C2는 시간 t0, t1 및 t2에서의 천체 위치 데이터와 광속(SOL)을 곱함으로써 유도된 바와 같이 위성 클럭 보정으로부터 계산된다. 이 크기는 (이동국에서 떨어진경우) +일수 도 있고, (이동국에 근접한 경우) -일수도 있지만, 통상적으로는 1 ㎳ 미만 정도이다(그러나 5 ㎳보다는 클수 있다).

유효 위치 XE'(t)는 다음과 같이 계산된다.

유효 위성 궤도를 변형시키기 위해서는, 기준점 "RL"이 실제 위치 X(t)와 RL사이에서 확장하는 선을 따라 위성 궤도점을 돌출시킬 필요가 있다. RL은 통상 기지국(698)이다. 간단한 벡터 수학식으로 위성 궤도 경로 X(t)를 변형된 궤도 경로 X'(t)로 변형시킨다.

기준 위치와 같은 시스템의 각 개개의 기지국을 선택하여 범위 측정에서 유도된 에러를 제어할 수 있게 한다. 기지국(698)은 이동국(700)의 10 ㎞ 범위 (셀룰러 시스템의 가장 유효한 시간)내에 있는 것으로 가정된다. 또한, 위성 클럭 보정 시간이 5 ㎳보다 클 수 없기 때문에, 이것이 파라미터의 최대 크기이다. 위성 예측 범위에서의 최대 에러는 클럭 에러 및 기지국 대 이동국 사이 거리와의 함수이다. 변형된 또는 발사된 위성 궤도에 기초한 측정 범위에서의 즉, 기준점 거리에 대해 10 ㎞ 이동하고, 대략 1 m에 대해 5 ㎳의 클럭 보정이라는 최대 에러라도, 이것은 다중 경로, 수신기 노이즈, 전리층의 지연 및 다른 양자화 효과 등의 다른 시스템 에러에 비해 미소한 것이다.

<프로토콜 수행 예측-자율 GPS 모드>

본 발명의 수행은 (천체 위치 에이지 분포를 나타내는) 위성 트랙 간격의 분포를 검사하고, 위성 당 요청되는 평균적인 천체 위치 셋의 수를 계산함으로써 예측할 수 있다. 이러한 분석은 이하의 표 6으로 요약된다. 마지막 열에서의 평균과 표 1의 마지막 열에서의 평균 (종래 기술의 대응하는 수행 데이터를 나타냄)과 비교하면 본 발명의 장점을 분명하게 설명할 수 있다. 모든 위도에 대하여, 천체 위치 갱신은 보다 높은 위도에서의 40%로부터 적도에서의 45%까지에 걸쳐 감소된다.

: 본 발명에 대하여 가시 위성 마다의 MS로 전달된 총 비트

위도	처리전의 EPH 갱신에 대한 SV의 %	후속 처리전의 EPH 갱신에 대한 SV의 %	SV에 대한 총 처리전의 등가 갱신
60°	100%	없음	1.0 × 처리전의 EPH 비트
30°	100%	없음	1.0 × 처리전의 EPH 비트
15°	100%	17%	1.17 × 처리전의 EPH 비트
적도	100%	33%	1.33 × 처리전의 EPH 비트

<갱신 요청을 제어하기 위한 천체 위치의 에이지 사용>

만약 요청이 천체 위치 데이터에 관한 것인 경우, 이에 따라 BS 또는 SMLC는 핸드셋의 메모리에 이미 저장된 또는 특정 이동에 의해 지정된 것과 같은 "천체 위치 에이지 제한" 파라미터(자율 사용자 엔드-어플리케이션은 이것을 어플레케이션 위치 정확도 요청에 따라 설정하여야 함)를 초과한 현재의 가시 위성에 대한 천체 위치 데이터 만을 송출할 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 최종 요청 이후에 떠오른 새로운 위성에 대하여 프로토콜은 이동에 대해 천체 위치 데이터만을 전달한다.

엔드 어플레케이션이 DGPS 보정을 사용하는 경우, 이에 따라, "천체 위치 에이지 제한"은 높게 설정될 수 있어서 그 위성의 전체 가시 통과에 대하여 핸드셋 내의 처리전의 천체 위치가 갱신될 필요가 없다는 것을 표시한다.

핸드셋은 그 메모리로부터 여러 가지 방법으로 오래된 천체 위치 데이터 셋을 제거한다. 예를 들어, 핸드셋이 시간-간격 카운터를 갖는 한, 천체 위치가 핸드셋 내로 받아들여졌기 때문에 시간의 트랙을 유지할 수 있다. 4시간 내지 6시간 같은 소정의 시간 기간 후에는 천체 위치가 더 이상 유효하지 않다는 것이 알려졌기 때문에, 핸드셋은 이러한 시간 기간이 만기된 후에는 저장된 천체 위치를 무효화할 수 있다. 부가적으로, 이동은 현재 시간에서 천체 위치를 판정함으로서 위성이 지역 지평선 이하로 넘어갔는지 주시하도록 항상 체크할 수 있다. 넘어가는 위성에 대해서는 어떤 것에 대해서도 그 천체 위치가 제거되어야 한다. 부가적으로, 새로운 천체 위치 셋을 얻은 경우, 이동국은 천체 위치 데이터에 GPS 주 번호(week number)(응답 헤더에 포함됨)을 덧붙이고 따라서 이동국 자체로서 특정 데이터가 이제 너무 오래되었다고 설정할 시기를 판정할 수 있고 메모리로부터 제거될 수 있는 것이다.

<핸드셋 천체 위치를 갱신하기 위한 최적의 절차를 판정하기 위해 셀룰러 핸드셋 내에 내장하기 위한 알고리즘 설명>

본 발명의 다른 양상은 셀룰러 핸드셋에서 구현될 수 있는, 셀룰러 하부조직으로부터 천체 위치 갱신을 언제 요청할 것인가를 판정하는 방법이다. 천체 위치 에이지에 의해 유도된 오류는 적합하게 발생된 차분 보정을 사용하여 보정될 수 있기 때문에, 이 방법은 핸드셋이 자율적으로 동작하는 경우에만 사용하려 하고 있다. 본 발명의 목적은 천체 위치 갱신 요청의 수를 최소화하는 것이다. 요청의 수는 GPS 의사거리(PR) 잔여 상의 천체 위치 에이지의 효과를 명확하게 모델링하고; (가중 최소 스퀘어(Weighted least square; WLS) 알고리즘이 사용되는 경우) 솔루션 방법에 이 모델을 사용하고; 천체 위치 데이터의 현재 셋에 의한 솔루션 정확도를 예측하고; 최종적으로 예측된 솔루션 정확도가 과도한 경우, 예측된 솔루션 정확도 상의 천체 위치 갱신의 효과 상에 핸드셋 천체 위치 갱신 요청을 베이싱함(basing)으로써 최소화된다.

솔루션 정확도를 예측하는데 있어서, 이전(즉, 공분산 정보) 및 다음(즉, 솔루션이 과도판정된 경우의 유닛 변화 정보) 통계가 사용되어야 한다. 위치를 도출하는데 있어서 많은 요청된 계산들이 핸드셋에 의해 이미 이행되었기 때문에, 상기 방법은 핸드셋에 심각한 부가적 계산 부담을 지우지 않는다.

<항해 에러의 예측>

도 14 및 도 16은 천체 위치 도출 위성 위치의 1 시그마(one-sigma) 인-트랙, 크로스-트랙, 반지름 방향 에러 성분의 추정을 그 에이지의 함수로서 제공한다. 물론, GPS 수신기에 의해 도출된 의사거리 특정의 정확도는 천체 위치 에이지의 의해 바로 영향받는 것은 아니다. 그러나, 유효한 의사거리 측정의 셋으로부터의 항해 정보의 도출에 있어서 GPS 위성의 위치를 예측하는 것이 필요하고, 따라서 각 위성으로의 시선(Line Of Sight; LOS)을 따르는 천체 위치 에러 성분은 항해 정확도에 직접적으로 영향을 끼친다. 일반적으로, LOS 천체 위치 에러 성분은 인-트랙, 크로스-트랙, 및 반지름 방향 성분의 조합이지만, 반지름 방향 성분에 의해 지배될 것이며, 최악 경우의 상대적 배치에서, 인-트랙 또는 크로스-트랙 에러의 24%(14°의 사인값)는 0 엘리베이션 각(elevation angle)에서의 위성에 상응하여, LOS를 따라 존재할 것이다.

항해 에러에 있어서 상당히 조잡하고 보수적인 예측은 종래의 예측 계산에 따른 오래된 천체 위치 데이터 사용의 결과이다. 각 위성에 대한 천체 위치가 균일하게 오래되었다는 것이 함축적으로 가정되었으므로, 천체 위치는 상당히 보수적이었다.

보다 일반적으로 그리고 사실적으로, 단지 보이는 곳에 있는 위성의 서브셋만 6시간 이상동안 트랙되어 왔으며, 그러한 오래된 천체 위치 데이터는 본 발명에 따른 임의의 예측 계산에 사용될 수 있다. 항해 에러에 대한 천체 위치 에러의 영향은 위성 배치 및 사용된 알고리즘으로부터 판정될 수 있다.

여기서: e는 4차원 항해(및 클럭) 에러 벡터를 나타내고;

H는 측정 기울기 매트릭스이고;

R은 추정된 측정 에러 변동 매트릭스이며;

δPR은 의사거리 에러의 m-차원 벡터이다.

일반적으로, WLS 알고리즘의 사용이 바람직한데, 이러한 알고리즘은 더 오래된 천체 위치 데이터가 사용되는 동안(솔루션이 초과 판정될 때, 즉, m이 4를 초과할 때) 위성으로부터 의사거리의 디웨이팅(deweighting)을 가능하게 할 것이다. 측정 디웨이팅은 추정된 측정 에러 공분산 매트릭스 R에 있어서 천체 위치 에이지와 관련된 1 시그마 에러를 포함함으로써 영향을 받는다.

항해 에러 벡터의 외부 프로덕트를 취득하고 수학식 7 및 8을 스퀘어링하여기대값을 얻음으로써, 항해 에러 공분산 매트릭스를 나타내는 다음 수학식이 유도된다.

유도된 수학식 9 및 10에 있어서, 추정된 실제 측정 에러 공분산 매트릭스들 (R로 표기됨)은 동일한 것으로 가정된다. WLS 솔루션에 대한, 항해 에러 공분산 매트릭스 P는 WLS 알고리즘에 의해 이미 계산되었지만, 부가적인 계산은 수학식 9에 주어진 것과 같이 LS 알고리즘을 위해 요청된다.

초과 판정된 솔루션에 대해, 유닛 변화 통계치가 계산되어야 한다;

여기서: f는 m차원 오류 벡터이다.

완벽하게 정확하지는 않지만, 유닛 변화는 (그들의 가정된 에러 통계치에 대한) 측정의 일관성(consistency)을 측정한 것이며; 따라서 과도하게 큰 값은 잘못된 측정 데이터임을 지시하고, 그로써 항해 에러 변화를 스캐일링하여 그것을 보다 사실적으로 만들 수 있도록 사용될 수 있다.

수학식 9, 10, 11 및 핸드셋을 허용할 수 있는 항해 에러의 명세서에 의해제공된 항해 에러의 특성이 주어지면, 다음 테스트는 갱신된 천체 위치에 대한 요청을 제어하는데 사용된다.

파라미터 α는 보수주의(conservatism) 레벨을 제어한다. 예를 들어, 2의 α는 emax가 초과되지 않는 95% 컨피던스에 대응한다. 수학식 12에서 나타나는 변화 매트릭스의 3 요소들은 동쪽, 북쪽 및 수직 위치 에러에 각각 대응하는데, P(3, 3)이 제거되면 테스트는 기대되는 수평 위치 에러 변화에 단독으로 의거할 것이다.

수학식 12는 항해 에러가 초과하는 것을 지시하고, 부가적인 테스트는 하나 이상의 천체 위치 갱신은 수용가능한 항해 솔루션의 결과로 예측될 수 있는지 여부를 판정하도록 수행된다(즉, 수학식 12에 의해 표현되는 테스트가 실패됨). 또한, 테스트는 하나 이상의 천체 위치 갱신이 예측된 항해 에러를 상당히 감소시켜주는지를 판정하는데 사용될 수 있다. 이러한 테스트는 수학식 9 혹은 10에서 (R의 적절한 요소에 영향을 미치게 되는 것과 같은) 천체 위치 에러로부터의 기여를 제거하고, 아마 수학식 11에 의해 스케일링된다. 수학식 12에 의해 지시되는 테스트는, 테스트 하에 위성 혹은 위성들에 대한 천체 위치 갱신이 항해 솔루션을 수용할 수 있게 하는지를 판정하기 위해 반복된다. 테스트는 각각의 새로운 테스트 셋으로 미리 테스트된 위성을 포함하고, 가장 오래된 천체 위치로부터 진행하여 적어도 4시간 지난 천체 위치로 모든 위상에 대해 수행된다. 이런 식으로, 수용할 수 있는 항행 수행을 제공하기 위해 요청되는 천체 위치 갱신의 최소 횟수가 필요하게 될 것이고, 결국 천체 위치 갱신은 최소화된다.

<천체 위치 에러의 공간적 비상관성의 예측>

도 13을 다시 참조하면, 천체 위치 에러의 공간적 비상관성과 관련된 배치가 도시되어 있다. MS와 RS 간의 거리를 d라고 가정하고, 천체 위치 에러의 반지름 방향 성분과 트랙 방향 성분을 δpr과 δat라고 가정하면, MS와 RS에 의해 측정된 범위 에러의 차이는 sinθ 값에 비례하고 (트랙 방향 성분에 대해), 1 - cosθ에 비례한다 (반지름 방향 성분에 대해). GPS 위성까지의 범위가 매우 넓기 때문에 (적어도 세 개의 지구 반지름들) θ는 매우 작은 각도일 것으로 기대되고, 따라서 트랙-방향 에러 효과가 우세할 것이다. 수학식 13은 이 에러에 대한 공간적 비상관성의 감도를 제공한다.

20Km 거리에 대해, 수학식 13은 (트랙 방향에서 가정된) 천체 위치 에러의 1Km가 차분 보정이 적용된 후 단지 잔여 의사거리 에러의 1m만을 초래한다는 것을 나타낸다. 따라서, IODE 값들이 MS 와 RS 사이에서 정합하는 한, 차분 보정의 사용은 MS에 의해 세팅된 오래된 천체 위치의 사용을 허용할 수 있다. 이것은 차분 보정들을 생성하는 소프트웨어가 부가적인 천체 위치 셋들을 저장하고, 적당한 셋에 대한 보정들을 생성할 것을 필요로 한다. 4 시그마 경우로 특징되는, 최악의경우의 천체 위치 에러는 단지 1Km의 에러만을 발생시키므로, 10 시간만큼 오래된 천체 위치 데이터 (도 14를 참조한다)는 수학식 13에 의해 예측된 수용가능한 범위 내에 들어오는 대략 250m, 1 시그마의 열화를 발생시킬 것으로 예측될 수 있다.

도 14에 도시된 커브들은 천체 위치 에이지의 함수로서의 GPS 위성 위치 추정에 기초된 천체 위치와 관련된 1 시그마 에러를 예측한다. 이들은 진정한 소스인 제트 추진 실험(Jet Propulsion Laboratory)에 의해 인터넷상에 포스트된 정확성 천체 위치를 사용하여, GPS 천체 위치 데이터를 하루 종일 가치 분석함으로써 유도되었다.

<PRC와 PRC 차의 방송 천체 위치 압축의 조정>

차분 보정 데이터의 레이턴시로 인해 선택적인 유효성(Selective Availability; SA) 진동(dither)에 의해 유도된 에러 (1 시그마)는 수학식 14로 주어진다.

△t = 30초이고, σSAacc = 0.005 m/sec2에 대해 (SA의 경험은 이것은 사용하기에 합리적이고 보수적인 수임을 나타낸다), 1 시그마 레이턴시 에러는 2.25m이고 또는 최악의 경우의 에러 (3 시그마)는 7.75m이다. 이 수는 레이턴트 △PRC 값들의 효과의 크기의 비교를 위해 베이스라인으로서 기능할 것이다. 만일 △PRC 레이턴시에 의해 유도된 최악의 경우의 에러가 SA에 기인한 것보다 작다면 레이턴시는 수용 가능한 것으로 판단된다.

△PRC 레이턴시의 효과들은 △PRC 값들이 방송 메시지에 포함되지 않으므로 속도와 가속도 에러 효과들을 모두 포함한다는 것을 주목한다. 속도 에러의 효과들은 도 16에 도시된 1-시그마 속도 에러 커브들을 참조하여 액세스될 수 있다. 천체 위치 적용시간(toe)으로부터 10 시간 (최악의 경우로 가정됨)까지를 살펴보면, 1 시그마 방사 속도 에러는 대략 0.033m/sec이다. 그러므로, 60초 레이턴시는 1.98m, 1 시그마의 에러를 만들고, 최악의 경우에는 30초 동안 SA에 의해 유도된 에러보다 작다. 레이턴시는 toe로부터의 시간이 줄어들수록 대략 선형적으로 감소된다는 것을 주목한다. 예를 들어, 단지 6 시간된 천체 위치에 대응하는 △PRC 값들에 대해, 최악의 경우의 에러는 2.7m로 감소된다. 이것은 더 최근의 천체 위치 데이터에 대응하는 △PRC 값들이 부가적인 비트들을 세이브하기 위해 덜 빈번하게 보내질 수 있음을 암시한다. 에러 효과들은 전적으로 사인 주기가 궤도 주기와 같은 사인 함수이므로, 가속도 에러들은 비록 천체 위치 에러의 분석에서는 포함되지 않았지만 매우 작을 것으로 예측된다. 그러므로 최악의 경우의 가속도 에러는 (10 시간된 천체 위치에 대한) 피크 속도 에러를 고려하고, 이것을 궤도 주기로 나눔으로써 설정될 수 있다. 그 결과치는 1.4μg인데, 60초 이후 0.05m의 위치 에러를 만든다.

도 17 내지 도 20을 참조하면, 본 발명의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 이 본 발명의 대안적인 실시예는, 앞서 상술한 바람직한 실시예가 기지국 서브시스템(BSS)이고 BSS-기반의 SMLC(112)를 갖는 반면에, 도 17 내지 도 20에 도시된 대안적인 실시예는 네트워크 시스템 서브시스템(NSS)이라는 점에서 앞서 상술한 바람직한 실시예와 다르다.

도 17은 NSS에 기초한 SMLC(112)를 포함한 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 시스템도이다. 이 시스템은 SMLC(112)가 BSC(110) 대신 MSC/VLR(122)에 접속된 것을 제외하고는 도 1에 도시된 것과 유사하다.

도 18은 도 17에 도시된 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 위치 서비스 (LCS)를 지원할 수 있는 구조를 나타낸다. 이 구조에 대한 상세한 논의는, 이것이 SMLC(112)를 기반으로 하는 NSS에 대한 구조라는 점을 제외하고는, 도 2에 대한 설명과 매우 유사하다. 다시 말해서, 이 구조는 LS 인터페이스(702)에서 방문된 MSC(122)로의 시그널링을 통해 타겟 MS(104)의 위치 파악을 지원한다. 도 2에 대한 나머지 설명은 이 도면에 대해서도 적용될 수 있다. MSC(122)는 MS 가입 인가와 호출-관련된 그리고 호출과-무관한 GSM LCS의 위치 파악 요청들을 관리하는 책임을 지는 기능을 포함한다. MSC(122)는 Lg 인터페이스를 통해 GMLC(124)에 액세스할 수 있고, Ls 인터페이스(702)를 통해 SMLC(112)에 액세스할 수 있다. NSS 기반의 SMLC(112)와 LMU(142) 간의 시그널링은 Ls 인터페이스(702), 및 A형 LMU(142)에 대한 Um 인터페이스(Air Interface to an LMU)나 B형 LMU(143)에 대한 Abis 인터페이스 중 하나를 사용하여 LMU(142)를 제공하는 MSC(122)를 통해 전송된다.

도 19는 도 17에 도시된 본 발명의 대안적인 실시예에 따라 NSS 기반의 SMLC(112)와 함께 SMLC(112)와 타겟 MS(104) 사이의 시그널링 프로토콜들을 지원하는데 사용되는 프로토콜 층들을 도시한다. SMLC(112)와 MS(104) 사이의 시그널링의 상세한 사항들은, NSS 기반의 시스템에서 SMLC(112)와 BSC(110) 사이의 시그널링이 직접적이지 않고 SMLC(112)로부터 MSC(122)로 그리고 그로부터 BSC(110)로의 시그널링을 반드시 수반해야 하는 것은 아니라는 점을 제외하고는, 앞서 상술한 도 4에 대해 논의했던 시그널링과 유사하다. 시그널링 프로토콜들과 그들의 사용은 GSM 셀룰러 시스템과 거기에 사용된 프로토콜들을 잘 아는 당업자들에게 널리 공지되어 있다.

도 20을 참조하면, 이하 후술될 본 발명의 다른 실시예에 따르는 2개의 데이터 흐름이 있다: 위치 판정 절차 순서 및 지원 데이터 흐름. 도 17 및 18의 NSS 기반 SMLC(112)로 사용되는 모든 위치 방법용 지원 데이터 전달 흐름은 도 20에 도시된다. NSS 기반 SMLC용 위치 절차가 위치 판정 절차/지원 데이터 흐름를 제외하고는 도 5에 도시된 BSS 기반 SMLC와 매우 유사하므로, 도 20에 도시되지 않은 단계들은 도 5 및 6을 참조할 수 있다. NSS 기반 SMLC 위치 판정 절차 순서은 다음과 같이 구성된다: ⒜ SMLC는 가능한 지원 데이터를 판정하며, PRLP MEASURE POSITION 요청을 MSC에 전송하며, MSC는 PRLP MEASURE POSITION 요청을 BSC에 전송한다; ⒝ BSC는 QoS 및 임의의 지원 데이터를 포함하는 위치 판정 요청을 PRLP MEASURE POSITION 요청에서 MS로 전송한다; ⒞ 공급된 위치 프라이버시가 MS에서 이용할 수 없거나 혹은 긴급 호출을 위한 위치를 얻기 위해 이용될 수 있지만 무효화된다면, MS는 요청된 GPS 측정을 수행하고(MS가 그 자신의 위치를 계산할 수 있고 이것이 필요하다면, MS는 GPS 위치 추정을 계산한다. 이들 동작을 수행하는데 필요한 임의의 데이터는 PRLP MEASURE POSITION 요청에 제공되거나 또는 방송 소스로부터 이용가능하다), 결과적인 GPS 측정 또는 GPS 위치 추정은 PRLP MEASURE POSITION 요청에서 BSC로 복귀된다; ⒟ MS가 필요한 측정를 수행할 수 없거나 또는 위치를 계산할 수 없다면, 실패 표시가 대신 돌아온다; ⒠ BSC는 BSSMAP 위치 정보 리포트 메시지 내의 MEASURE POSITION 응답에서의 측정 결과를 MSC에 전송한다; ⒡ MSC는 LCS 정보 리포트 메시지 내의 MEASURE POSITION 요청에서의 측정 결과를 SMLC에 전송한다.

NSS 기반 SMLC 지원 데이터 흐름은 다음과 같이 구성된다; ⒜ SMLC는 지원 데이터를 판정하며, PRLP ASSISTANCE DATA 메시지를 MSC에 전송한다; ⒝ PRLP ASSISTANCE DATA 메시지를 BSC에 전송한다; ⒞ BSC는 지원 데이터를 PRLP ASSISTANCE DATA 메시지에서 MS로 전송한다(지원 데이터가 하나의 메시지에 적합하지 않다면, 단계 ⒜, ⒝ 및 ⒞는 반복될 수 있다); ⒟ MS는 완료 지원 데이터의 수신을 PRLP ASSISTANCE DATA ACK에서 BSC로 응답 한다; ⒠ BSC는 PRLP ASSISTANCE DATA ACK를 MSC로 전송한다; ⒡ MSC는 PRLP ASSISTANCE DATA ACK를 SMLC로 전송한다.

특히, 동작의 다른 면인 이동국(104)에서의 동작에서, NSS 기반 시스템은 본 발명의 바람직한 실시예에 관해 상술한 방식으로 동작한다.

셀룰러 핸드셋용 지원 GPS 기반 위치 판정을 지지하는 방송 및 지점-대-지점 메시징 둘다를 지지하는 셀룰러 네트워크 프로토콜은 특정된다. 본 발명은 현재의 해결책에 대한 많은 이점을 가짐에 유의해야 한다. 에컨데, 본 발명은 이동국과 네트워크 사이에서 요청되는 트래픽 순서(대역폭)를 감소시키며, 내부(intra-) 및상호(inter)-테이블에 대한 요건, 관련된 데이터 구조와 알고리즘, 및 천체 위치 데이터 생성 및 유지용 내부 및 상호-SMLC 통신을 제거함에 의해 하부조직의 복잡성을 감소시킨다. 사실, 상술한 분석은 트래픽 순서가 유사한 종래 기술에 비해 평균 40%이상 감소되는 것으로 나타난다.

본 발명의 제어에 따른 메시지 및 방법은 이들 메시지 및 방법이 네트워크에서 요청되는 트래픽을 편리하게 최소화한다는 점에서 종래의 위치 기술에 비해 진보된 것으로 나타난다. 예컨데, 특정 지점-대-지점 천체 위치 방송 방법은 요청되는 유효 비트율를 적어도 40%만큼 감소시킨다. 이런 지점-대-지점 메시지에서, 프로토콜은 종래의 "네트워크-중심" 방법과 구별하기 위해 "핸드셋-중심" 방법으로 언급될 수 있다. 본 발명의 3개의 특정 신규사항은 각각의 핸드셋에 전송되도록 요청되는 비트수를 최소화한다. 이들 신규 사항은, 각각의 이동에 있어서 GPS 천체 위치 갱신에 대한 요청사항을 감소 또는 제거하는 방법, 네트워크가 천체 위치 에이지 제한에 기초한 각각의 핸드셋의 천체 위치를 갱신하는 속도를 제어하는 방법, 및 최종적으로 각 이동은 각각의 이동국에서 유일한 정확성 예측 및 임계값에 기초하여 천체 위치 갱신이 필요할 때를 판정하는데 사용할 수 있는 방법이 있다.

본 발명에 따르는 천체 위치 방송 메시지에서, 3개의 특정한 신규 사항은 또한 다음과 같이 특정된다: 50%까지 유효 비트율를 감소시키는 천체 위치 소자 대신에 계산된 위치 데이터의 사용; 이들 분리 방송에 대한 필요를 제거하기 위해 위성 클럭 보정 데이터를 방송 위치 추정으로 흡수; GPS의 에러 특성을 기초로 하여 차분 보정 방송 메시지를 압축하는 방법이 있다.

본 발명이 비록 상술한 설명 및 도면에 의해 이루어졌다 할지라도, 이들 설명은 본 기술의 숙련자에게는 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 수많은 변형이 이루어질 수 있음에 유의해야 한다. 예컨데, 본 발명이 GSM 셀룰러 시스템의 한정에서 바람직한 실시예에 제시된다 할지라도, 본 발명은 다른 무선 통신 시스템에서 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구범위에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims

이동 무선 통신 장치에서 이동 무선 핸드셋의 위치를 판정하는 방법에 있어서,

복수의 GPS(Global Positioning System) 위성용 GPS 천체 위치 데이터 및 클럭 보정 데이터를 포함하는 천체 위치 메시지를 수신하는 단계;

차분 보정 데이터를 포함하는 차분 보정 메시지를 수신하는 단계;

상기 복수의 GPS 위성 중 하나 이상의 위성용 GPS 천체 위치 데이터를 갱신할 필요가 있는지 판정하는 단계;

갱신된 GPS 천체 위치 데이터를 포함하는 갱신 메시지를 요청하는 단계;

상기 갱신 메시지를 수신하는 단계; 및

상기 GPS 천체 위치 데이터, 상기 클럭 보정 데이터, 상기 차분 보정 데이터, 상기 갱신된 GPS 천체 위치 데이터에 응답하여 상기 이동 무선 핸드셋의 위치를 판정하는 단계

를 포함하는 위치 판정 방법.
제1항에 있어서, 천체 위치 메시지를 수신하는 상기 단계는 상기 이동 무선 핸드셋을 특별히 어드레싱하는 지점 대 지점(point-to-point) 천체 위치 메시지를 수신하는 단계를 포함하고,

차분 보정 메시지를 수신하는 상기 단계는 상기 이동 무선 핸드셋을 특별히어드레싱하는 지점 대 지점 차분 보정 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 위치 판정 방법.
제2항에 있어서, 상기 복수의 GPS 위성 중 하나 이상의 위성용 GPS 천체 위치 데이터를 갱신할 필요가 있는지 판정하는 상기 단계는,

상기 이동 무선 핸드셋의 계산된 위치를 계산하는 단계; 및

상기 계산된 위치, 상기 GPS 천체 위치 데이터, 타이밍 파라미터에 응답하여 상기 계산된 위치의 정확도 예상치를 판정하는 단계를 포함하는 위치 판정 방법.
제3항에 있어서, 계산된 위치의 정확도 예상치를 판정하는 상기 단계는 상기 GPS 천체 위치 데이터의 에이지 및 상기 에이지와 계산된 위치의 정확도와의 통계적 관계에 응답하여 상기 계산된 위치의 정확도 예상치를 판정하는 단계를 포함하는 위치 판정 방법.
제3항에 있어서, 상기 복수의 GPS 위성 중 하나 이상의 위성용 GPS 천체 위치 데이터를 갱신할 필요가 있는지 판정하는 상기 단계는 상기 계산된 위치의 정확도 예상치가 상기 이동 무선 핸드셋에 관한 선정된 정확도 임계치를 초과하는지 판정하는 단계를 포함하는 위치 판정 방법.
제2항에 있어서, 상기 복수의 GPS 위성 중 하나 이상의 위성용 GPS 천체 위치 데이터를 갱신할 필요가 있는지 판정하는 상기 단계는 상기 셀룰러 하부조직에 이미 전달된 천체 위치 에이지 한계치가 초과되었는지 판정하는 단계를 포함하는 위치 판정 방법.
제1항에 있어서, 차분 보정 메시지를 수신하는 상기 단계는, 하나 이상의 이동 무선 핸드셋 방송을 제1 전송 속도로 어드레싱하고 복수의 천체 위치 셋용 보정 데이터를 포함하는 방송 차분 보정 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 위치 판정 방법.
제1항에 있어서, 천체 위치 메시지를 수신하는 상기 단계는 하나 이상의 이동 무선 핸드셋을 어드레싱하는 방송 천체 위치 메시지를 수신하는 단계를 포함하고,

차분 보정 메시지를 수신하는 상기 단계는 상기 이동 무선 핸드셋을 특별히 어드레싱하는 지점 대 지점 차분 보정 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 위치 판정 방법.
제8항에 있어서, 상기 차분 보정 메시지의 차분 보정 데이터는 상기 방송 천체 위치 메시지의 천체 위치 데이터를 이용하여 상기 복수의 GPS 위성의 위치로부터 유도되는 위치 판정 방법.
제8항에 있어서, 상기 차분 보정 메시지의 차분 보정 데이터는 상기 클럭 보정 데이터에 응답하여 앞서 수신된 차분 보정 데이터를 조정하는 것에 의해 유도되는 위치 판정 방법.
제8항에 있어서, 상기 방송 천체 위치 메시지의 GPS 천체 위치 데이터는 상기 방송 천체 위치 메시지의 길이와 등가인 기간 동안의 상기 복수의 GPS 위성 중 하나의 위치 및 상기 복수의 GPS 위성 중 하나의 속도를 포함하는 위치 판정 방법.