KR100360525B1 - 두개의 저궤도 위성을 사용한 명확한 위치 결정 방법 및 그 방법을 사용한 시스템 - Google Patents

두개의 저궤도 위성을 사용한 명확한 위치 결정 방법 및 그 방법을 사용한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 위성을 이용한 물체 위치 결정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 통신 링크의 양 단에서 수행되는 측정을 사용하여 위성 통신 시스템에 있어서의 사용자 터미널의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
사용자 터미널, 기지의 위치와 기지의 속도를 갖는 적어도 2 개의 위성, 상기 위성을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하는 게이트웨이, 레인지 파라미터 결정용 수단을 결정하는 레인지 파라미터, 레인지 차이 파라미터 결정용 수단을 결정하는 레인지 차이 파라미터와 레인지-레이터 파라미터 결정용 수단을 결정하는 레인지-레이터 파라미터, 레인지-레이터 차이 파라미터 결정용 수단을 결정하는 레인지-레이터 차이 파라미터의 두가지 중 적어도 하나 및 상기 기지의 위성 속도, 기지의 위성 위치, 상기 레인지 파라미터, 상기 레인지 차이 파라미터 및 상기 레인지-레이터 파라미터와 상기 레인지-레이터 차이의 두개의 파라미터 중 적어도 어느 하나를 기준으로 지구표면에 있는 상기 사용자 터미널의 위치 결정용 상기 게이트웨이내 위치 결정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템용 위치 결정 시스템, 상기와 관련된 프로그램을 담고 있는 기록매체 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

두개의 저궤도 위성을 사용한 명확한 위치 결정 방법 및 그 방법을 사용한 시스템{UNAMBIGUOUS POSITION DETERMINATION METHOD USING TWO LOW-EARTH ORBIT SATELLITES AND SYSTEM USING THIS METHOD}
일반적인 위성에 기초한 통신 시스템은 적어도 하나의 지상 기지국 (이하에서 "게이트웨이" 라고 칭함), 적어도 하나의 사용자 터미널 (예를 들어, 이동 전화기), 및 게이트웨이와 사용자 터미널 사이에서 통신 신호를 중계하기 위한 적어도 하나의 위성을 구비한다. 게이트웨이는 하나의 사용자 터미널에서 다른 사용자 터미널 또는 지상 전화 시스템과 같은 통신 시스템으로의 링크를 제공한다.
여러가지 다중 액세스 통신 시스템들이 다수의 시스템 사용자들 사이에 정보를 전송하기 위해 사용되어왔다. 이들 기술들은 시분할 다중 액세스 (Time Division Multiple Access:TDMA), 주파수분할 다중 액세스 (Frequency Division Multiple Access:FDMA), 및 코드분할 다중 액세스 (Cord Division Multiple Access:CDMA) 확산스펙트럼 (Spread-spectrum) 기술들을 포함하는데, 이들의 기본 원리는 주지되어 있다. 다중 액세스 통신 시스템에서 CDMA 기술의 사용은, "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite or Terrestrial Repeaters" 라는 명칭으로 1990년 2월 13일 특허된 미국 특허 제 4,901,307 호 및 "Method and Apparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In a Spread Spectrum Communication System For Tracking Individual Recipient Phase Time and Energy" 라는 명칭으로 1995년 1월 4일 출원된 미국 특허출원 제 08/368,570 호에 개시되어 있으며, 이들은 모두 본 발명의 양수인에 양도되어 있으며, 여기에 참조에 의해 삽입된다.
상기 특허 문헌들은, 다수의 일반적인 이동 또는 원격 (Remote) 시스템 사용자들이 다른 시스템 사용자들 또는 공중전화 교환망 (public telephone switching network) 와 같은 다른 연결된 시스템의 사용자들과 통신하기 위해 사용자 터미널을 사용하는 다중 액세스 통신 시스템을 개시한다. 사용자 터미널들은 CDMA 확산스펙트럼형 통신 신호를 사용하여 게이트웨이 및 위성을 통해 통신한다.
통신 위성들은 지표상에 위성 통신 신호를 투사함으로써 형성된 "스폿 (Spot)" 또는 에어리어(area)를 조사하는 빔들을 형성한다. 스폿을 위한 일반적인 위성 빔 패턴은 소정의 유효범위 패턴으로 배열된 다수의 빔들을 구비한다. 일반적으로, 각 빔은 공통의 지리적 범위를 커버하는 다수의 소위 서브-빔 (또한 CDMA 채널이라고 칭함) 을 구비하는데, 각 빔은 각각이 다른 주파수 대역을 차지한다.
일반적인 확산스펙트럼 통신 시스템에서는, 미리 선택된 PN (Pseudorandom Noise) 코드 시퀀스들의 세트가, 통신 신호로서의 전송을 위해 반송파 신호상에 변조하기 전에 소정의 스펙트럼 대역 상에 정보 신호들을 변조 (즉, 확산) 하기 위해 사용된다. 주지된 확산스펙트럼 전송 방법인 PN 확산은 데이타 신호의 대역폭보다 더 큰 대역폭을 가진 전송 신호를 발생시킨다. 순방향 (Forward) 통신 링크 (즉, 게이트웨이에서 발생하여 사용자 터미널에서 종단되는 통신 링크) 에 있어서는, PN 스프레딩 코드 또는 이진 시퀀스들이 다른 빔들상에서 게이트웨이에 의해 전송된 신호들을 서로 구별하기 위해, 그리고 다중경로 신호들을 서로 구별하기 위해 사용된다. 이들 PN 코드들은 일반적으로 주어진 서브-빔내의 모든 통신 신호들에 의해 공유된다.
일반적인 CDMA 확산스펙트럼 시스템에서는, 채널화 코드들이 순방향 링크상에서의 위성 빔들내에서 전송된, 특정한 사용자 터미널을 위한 신호들을 서로 구별하기 위해 사용된다. 즉, 특정한 직교 채널 (Orthogonal Channel) 이, 특정한 채널화 직교 코드를 사용함으로써, 포워드 링크상의 각 사용자 터미널에 제공된다. 월쉬 (Walsh) 함수들이 채널화 코드들을 형성하는데 사용되는데, 일반적인 길이는 지상 시스템인 경우에는 64 코드 칩 (Chip) 정도이고 위성 시스템의 경우에는 128 코드 칩 정도이다.
미국 특허 제 4,901,307 호에 개시된 것과 같은, 일반적인 CDMA 확산스펙트럼 통신 시스템은 순방향 링크 사용자 터미널 통신을 위한 코히어런트 (Coherent ) 변조 및 복조의 사용을 기대한다. 이러한 접근 방식을 사용하는 통신 시스템에서는, '파일럿' (Pilot) 반송파 신호 (이하에서 "파일럿 신호" 라고 칭함) 를 순방향 링크를 위한 코히어런트 위상 기준으로 사용한다. 즉, 일반적으로 아무런 데이타 변조를 함유하지 않은 파일럿 신호는 유효범위 전체에 걸쳐 게이트웨이에 의해 전송된다. 단일 파일럿 신호는 일반적으로 사용되는 각 주파수를 위한 각 빔들을 위해 각 게이트웨이에 의해 전송된다. 이들 파일럿 신호들은 게이트웨이로부터 신호를 수신하는 모든 사용자 터미널에 의해 공유된다.
파일럿 신호는 초기 시스템 동기화 및 게이트웨이에 의해 전송되는 다른 신호들의 시간, 주파수, 및 위상 트랙킹 (Phase Tracking) 을 얻기위해 사용자 터미널에 의해 사용된다. 파일럿 신호 반송파를 트랙킹하여 얻어진 위상 정보는 다른 시스템 신호들 또는 트래픽 (Traffic) 신호들의 코히어런트 복조를 위한 반송파 위상 기준으로 사용된다. 이 기술은 많은 트래픽 신호들이 공통의 파일럿 신호를 위상 기준으로서 공유하는 것을 가능하게 하여, 보다 저가의 그리고 효율적인 트랙킹 메카니즘을 제공한다.
사용자 터미널이 통신 세션에 있지 않은 경우 (즉, 사용자 터미널이 트래픽 신호를 수신 또는 송신하고 있지 않을 경우), 게이트웨이는 페이징 (Paging) 신호라고 알려진 신호를 사용하여 그 특정된 사용자 터미널에 정보를 전달한다. 예를 들어, 통화가 특정 이동 전화기에 이루어진 경우, 게이트웨이는 페이징 신호의 수단을 통해 이동 전화기에 경고한다. 페이징 신호는 트래픽 채널 할당, 액세스 채널 할당, 및 시스템 오버헤드 (Overhead) 정보를 배포하는 데에도 사용된다.
사용자 터미널은 역방향 (Reverse) 링크 (즉, 사용자 터미널에서 발생하여 게이트웨이에서 종단되는 통신 링크) 상에 액세스 신호 또는 액세스 프로브 (Probe) 를 보냄으로서 페이징 신호에 응답할 수 있다. 액세스 신호는 사용자 터미널이 통화를 개시할 때에도 사용된다.
통신이 사용자 터미널을 필요로 할 경우, 상기 통신 시스템은 상기 사용자 터미널의 위치를 결정할 필요가 있을 수 있다. 사용자 터미널 위치에 대한 정보에 대한 필요는 수개의 고려사항에서 비롯된다. 하나의 고려사항은, 상기 시스템은 상기 통신 링크를 제공하는 적합한 게이트 웨이를 선택하여야 한다는 점이다. 이러한 고려사항의 일 특징은 상기 적합한 서비스 제공자 (예를 들어, 전화 회사)로의 통신 링크의 할당이다. 서비스 제공자는 전형적으로 특정한 지리적 영역에 지정되며, 그리고 그 영역에의 모든 통화를 처리한다. 통신이 특정한 사용자 터미널을 필요로 할 경우, 상기 사용자 터미널이 위치된 영역에 기초하여 상기 통신 시스템은 상기 통화를 서비스 제공자에 할당할 수 있다. 상기 적합한 영역을 결정하기 위하여, 상기 통신 시스템은 상기 사용자 터미널의 위치를 필요로 한다. 통화가 행정 구역 또는 축소된 서비스에 기초한 서비스 제공자에 할당되어야 할 경우, 유사한 고려사항이 생긴다.
위성 통신 시스템에서 위치 결정에 대한 중요한 필요 사항은 속도이다. 통신이 특정한 사용자 터미널을 필요로 하는 경우, 상기 사용자 터미널이 사용하는 게이트 웨이는 신속하게 선택되어야 한다. 예를 들어, 이동 전화 사용자는 통화를 걸 경우 수 초 이상의 서비스 지연을 참지 않는다. 이 경우의 위치 정확성에 대한 필요성은 속도에 대한 필요성 보다 중요하지 않다. 10 킬로미터 (km) 이하의 오차는 적절한 것으로 간주된다. 반대로, 위성기반 위치결정에서 가장 전형적인 접근방법은 속도보다는 정확성을 강조한다. 하나의 전형적인 접근 방법은 미국 해군의 TRANSIT 시스템에 의하여 채용된 것이다. 그 시스템에서, 상기 사용자 터미널은 저궤도 위성 (LEO)에 의하여 신호 브로드캐스트 (broadcast) 의 지속적인 도플러 (Doppler) 측정을 실시한다. 상기 측정은 수 분 동안 지속된다. 상기 시스템은 일반적으로 상기 위성의 2개 패스 (pass)를 필요로 하여, 100 분 이상의 대기를 필요로 한다. 추가적으로, 상기 위치 계산은 상기 사용자 터미널에 의하여 실시되기 때문에, 상기 위성은 그 위치 (또한 "천체력 (ephemeris)"으로도 알려진) 정보를 브로드캐스트 해야 한다. 상기 TRANSIT 시스템은 (1 미터의 차수로서) 높은 정확성이 가능하더라도, 관련된 지연은 상업 위성 통신 시스템에서의 사용은 용인되지 않는다.
또 다른 종래의 접근 방법은 ARGOS 및 SARSAT (Search and Rescue Satellite) 시스템에 의하여 채용된 것이다. 그 시스템에서, 상기 사용자 터미널은 상기 위성 상에서 수신기로 간헐적인 비컨 신호 (beacon signal)를 송신하여, 상기 신호의 주파수 측정을 실시한다. 상기 위성이 상기 사용자 터미널로부터 4개 보다 많은 수의 비컨 신호를 수신하면, 일반적으로 상기 사용자 터미널의 위치를 확인할 수 있다. 상기 비컨 신호가 간헐적이기 때문에, 상기 TRANSIT 시스템에 의하여 실시되는 것과 같은, 확장된 도플러 측정은 가능하지 않다. 또한, 그 해결책은, 위성 서브-트랙 (즉, 위성 경로의 바로 아래의 지표상의 라인) 의 각 측면상의 가능한 위치를 제공하므로, 애매하다
또 다른 종래의 접근 방법은 글로벌 위치 확인 시스템 (Global Positioning System : GPS)에 의하여 채용된다. 그 시스템에서, 각 위성은 위성의 천체력을 포함하는 시간이 인지된 (time-stamped) 신호를 브로드캐스트한다. 상기 사용자 터미널이 GPS 신호를 수신하는 경우, 상기 사용자 터미널은 그 자체의 클럭에 대하여 상대적인 송신 지연을 측정하고, 송신하는 위성의 위치에 대한 의사 범위 (pseudo-range)를 결정한다. GPS 시스템은 2 차원 위치 확인을 위해서는 3개의 위성이 필요하여, 3차원 위치 확인을 위해서는 4번째 위성이 필요하다.
상기 GPS 접근 방법의 일 단점은 적어도 3개의 위성이 위치 결정을 위하여 필요하다는 것이다. 상기 GPS 접근 방법의 또 다른 단점은 계산이 사용자 터미널에 의하여 실시되기 때문에, GPS 위성은 그 천체력 정보를 브로드캐스트하여야 하며 사용자 터미널은 상기 계산에 대한 자원을 보유하여 필요한 계산을 실시하여야 한다는 것이다.
상기 언급한 모든 접근 방법의 일 단점은 사용자 터미널이 상기 접근 방법을 사용하기 위하여, 통신 신호를 처리하기 위하여 필요한 것 이외에, 별도의 송신기 또는 수신기를 가져야 한다는 것이다.
또 다른 종래의 접근 방법은 여기에 참조로서 삽입된 발명의 명칭이 "이중 위성 운행 시스템 및 방법 (Dual Satellite Navigation System and Method)"이며 1992년 6월 30일자로 특허된 공유되는 미국 특허 제 5,126,748 호에 공개된 것이다. 이 접근 방법은 2개의 위성을 사용하여 삼각법을 통해 사용자 터미널의 위치를 원활히 결정한다. 이 방법의 일 단점은, 두개의 가능한 위치를 제공하므로, 그 해가 애매하다는 점이다. 또한, 추가의 정보가 그 애매성을 해결하기 위해 필요하다는 것이다.
따라서, 필요한 것은, 신속하고 명확한 위치 결정이 가능한 위성-기반 위치결정 시스템이다.
발명의 개요
본 발명은 저궤도 위성 통신 시스템과 같은 위성 통신 시스템에서 사용자 터미널 (예를 들어, 이동 전화) 의 위치를 신속하고 명확하게 결정하는 시스템 및 방법이다. 상기 시스템은 사용자 터미널, 기지의 위치 및 기지의 속도를 가지는 적어도 2개의 위성 및 상기 위성을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하기 위한 게이트 웨이 (즉, 지상 기지국)를 포함한다. 본 방법은 상기 사용자 터미널 및 상기 위성사이의 시간적 및 공간적 관계를 기술하는 파라미터들의 세트를 결정하는 단계와, 상기 위성의 기지의 위치 및 기지의 속도와 상기 파라미터들의 일부 도는 전부를 사용하여 사용자 터미널의 위치를 결정하는 단계들을 포함한다.
4개의 파라미터가 사용될 수 있다: 레인지, 레인지-레이트, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 차이. 레인지 파라미터는 위성과 사용자 터미널사이의 거리를 나타낸다. 레인지 차이 파라미터는, (1) 사용자 터미널과 제 1 위성 간의 거리와 (2) 사용자 터미널과 제 2 위성 간의 거리 사이의 차이를 나타낸다. 레인지-레이트 파라미터는 사용자 터미널과 위성 사이의 상대 방사상 속도를 나타낸다. 레인지-레이트 차이 파라미터는 (1) 사용자 터미널과 제 1 위성 간의 상대 방사상 속도와 (2) 사용자 터미널과 제 2 위성 간의 상대 방사상 속도 사이의 차이를 나타낸다.
본 발명의 제 1 실시예에서는, 레인지, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 차이 파라미터가 사용된다. 본 발명의 제 2 실시예에서는, 레인지, 레인지-레이트, 및 레인지 차이 파라미터가 사용된다. 본 발명의 제 3 실시예에서는, 4개의 파라미터가 모두 사용된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 반복 가중 가우스-뉴톤 최소 제곱법 (iterative weighted Gauss-Newton least-squares method) 이, 상기 위성의 기지의 위치 및 기지의 속도와 사용되는 파라미터에 기초하여 사용자 터미널의 위치를 결정하기 위하여 사용된다.
본 발명의 일 장점은, 신속하고 명확한 위치 결정을 허용한다는 점이다.
본 발명의 다른 장점은, 단지 2개의 위성만을 사용하여 신속한 위치 결정을 허용한다는 점이다.
본 발명의 또다른 장점은, 위성이 천체 정보를 위치결정 목적의 사용자 단말기로 브로드캐스트하는 것을 요하지 않으면서도, 통신 시스템에서 신속한 위치 결정을 허용한다는 점이다.
본 발명의 또다른 장점은, 사용자 터미널이 그의 위치를 결정하는 것을 요하지 않으면서도, 통신 시스템에서 신속한 위치 결정을 허용한다는 점이다.
동일하거나 기능적으로 유사한 구성요소는 동일한 참조번호로 표시한 첨부도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 특징 및 효과가 보다 분명해질 것이다. 또한, 참조번호의 가장 좌측의 숫자는 그 참조번호가 처음 나타나는 도면을 지시한다.
본 발명은 일반적으로 위성을 이용한 물체의 위치 결정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 통신 링크의 양 단에서 수행되는 측정을 사용하여 위성 통신 시스템에 있어서의 사용자 터미널의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1 은 전형적인 위성 통신 시스템을 도시하는 도.
도 2 는 사용자 터미널에 사용되는 바람직한 송수신기의 블록도.
도 3 은 게이트웨이에 사용되는 바람직한 송신 및 수신장치의 블록도.
도 4 는 사용자 터미널에 사용되는 바람직한 시간 트래킹 루프의 블록도.
도 5 는 사용자 터미널에 사용되는 바람직한 주파수 트래킹 루프의 블록도.
도 6 은 2 개의 위성의 서브-포인트 (sub-points) 및 위성과 관련된 레인지, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 차이 파라미터에 대한 등컨투어 (iso-contour) 의 지구 표면상으로의 투영을 도시하는 도.
도 7 은 레인지-레이트 차이 파라미터가 단지 레인지 및 레인지 차이 파라미터들 만을 사용하는 위치결정 방법에 의해 는 GDOP 특이성을 해결할 수 없는 경우를 묘사하고 있다.
도 8 은 두 개 위성의 서브 포인트 및 위성과 관련된 레인지, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 파라미터에 대한 등컨투어의 지구 표면상으로의 투영을 도시하는 도.
도 9a 는 사용자 터미널에서 측정되는 신호의 주파수 성분의 그래프.
도 9b 는 게이트웨이에서 측정되는 신호의 주파수 성분의 그래프.
도 10 내지 도 12 는 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 도시하는 흐름도.
도 13 은 본 발명이 동작하는 바람직한 환경을 도시하는 블록도.
Ⅰ. 도입
본 발명은 적어도 두개의 저 지구 궤도 (low-Earth orbit: LEO) 위성을 사용하는 위성 통신시스템에서 사용자 터미널의 명확한 위치 결정을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 관련 분야의 당업자에게는 분명하듯이, 본 발명의 개념은, 만약 위성과 사용자 터미널 사이의 상대적인 운동이 이하에서 설명되는 레인지-레이트 측정을 용이하게 하기에 충분하다면, 위성이 비 LEO 궤도를 이동하는 위성 시스템에도 적용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 이하에서 상세히 설명한다. 특정한 단계, 구성 및 배치에 대하여 설명하겠지만, 이러한 설명은 예시적인 목적에서 행해지는 것일 뿐이라는 것을 이해하여야 한다. 관련 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다른 단계, 구성 및 배치를 사용할 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명은 4부분으로 기술될 것이다. 먼저, 전형적인 위성통신시스템이 기술된다. 둘째, 시스템의 위치결정방법에 채용되는 파라미터들이 기술된다. 셋째, 위치결정방법 그 자체가 그들의 물리적인 표현으로 기술된다. 마지막으로, 이러한 위치결정방법의 실행이 기술된다.
Ⅱ. 전형적인 위성통신시스템
도 1 은 전형적인 위성통신시스템 (100) 을 도시한다. 위성통신시스템(100)은 게이트웨이(102), 위성(104A 및 104B) 및 사용자터미널(106)을 포함한다. 사용자 터미널 (106) 은 내구성 구조물에 장착되는 고정 사용자 터미널(106A), 전형적으로는 차량에 탑재되는 이동 사용자 터미널(106B), 및 전형적으로는 손에 들고 사용하는 휴대용 사용자 터미널(106C) 의 일반적인 3가지 형태가 있다. 게이트웨이(102)는 위성(104A 및 104B)을 통하여 사용자 터미널(106)과 통신한다.
사용자 터미널(106)에서의 사용을 위한 전형적인 송수신기(200)가 도 2 에 도시된다. 송수신기(200)는 아날로그 수신기(214)로 전송되는 통신신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나(210)를 사용하며, 이 통신신호들은 다운변환되고, 증폭되고 디지털화된다. 듀플렉서 소자(212)는 동일한 안테나가 송신과 수신기능을 모두 하도록하기 위하여 보통 사용된다. 그러나, 몇몇 시스템들은 상이한 주파수로 동작하기 위하여 별개의 안테나를 채용한다.
아날로그 수신기(214)로부터 출력된 디지털 통신신호는 적어도 하나의 디지털 데이터 수신기(216A)와 디지털 검색기 수신기(218)로 전송된다. 추가 디지털 데이터 수신기(216B-216N)가 관련기술에서 종사하는 자에게 분명한 것처럼, 장치 복잡성의 수용가능한 레벨에 따라서, 신호 다이버시티의 소망 레벨을 얻기 위하여 "레이크(rake)" 구조에 사용될 수 있다. 그와 같이 구성되는 수신기는 "레이크 수신기" 라 불리고, 각각의 디지털 데이터 수신기(216(A-N))는 "핑거(finger)"로 불린다.
레이크 수신기의 핑거들은 신호 다이버시티를 위하여 사용될 뿐만 아니라, 복수의 위성들로부터 신호들을 수신하기 위하여 사용된다. 따라서, 본 발명의 2 개의 위성 위치결정 기술을 구현하는 사용자 터미널을 위하여, 적어도 2개의 디지털 수신기(216A-216N)가 2 개의 위성으로부터 신호를 수신하기 위하여 일찍이 사용된다. 추가로, 하나의 제 2 검색기 수신기(218) 또는 그 이상이 고속 신호수집을 제공하기 위하여 사용될 수 있으며, 또한 하나이상이 이러한 임무를 위하여 시간적으로 공유될 수 있다.
적어도 하나의 사용자 터미널 제어 프로세서(220)가 디지털 데이터 수신기 (216A-216N) 와 검색기 수신기(218)에 전기적으로 접속된다. 제어프로세서(220)는 다른 기능중에서, 기본 신호처리, 타이밍, 전원 및 핸드오프 제어 또는 신호 반송파용으로 사용되는 주파수의 조합 및 선택 기능을 제공한다. 제어프로세서(220)에 의하여 종종 수행되는 또다른 기본 제어기능은 통신 신호파형을 처리하기 위하여 사용되는 PN 코드 시퀀스 또는 직교(orthogonal) 기능의 선택 또는 조정이다. 제어프로세서(220)의 신호처리는 본 발명에 의하여 채용되는 파라미터의 결정을 포함한다. 상대적인 타이밍 및 주파수와 같은 신호 파라미터들의 그와 같은 계산은 측정에서의 증가된 효율 또는 속도, 또는 제어프로세싱 리소스들의 향상된 할당을 제공하기 위하여 추가적인 또는 별도의 전용 회로의 사용을 포함한다.
디지털 데이터 수신기들(216A-216N)의 출력은 사용자 터미널내에서의 사용자 디지털 베이스밴드 회로(222)에 전기적으로 접속된다. 사용자 디지털 베이스밴드 회로(222)는 사용자 터미널 사용자로 그리고 사용자 터미널 사용자부터 정보를 전송하기 위하여 사용되는 처리 및 표시 소자를 포함한다. 즉, 과도 또는 장기간 디지털 메모리와 같은 신호 또는 데이터 저장소자; 디스플레이 스크린, 스피커, 키패드 터미널 및 핸드세트와 같은 입출력장치; A/D 소자, 보코더 및 다른 음성 및 아날로그 신호 처리소자; 등 모두가 본 기술분야에서 잘 알려진 소자를 사용하는 사용자 베이스밴드 회로의 일부를 구성한다. 만약 다이버시티 신호처리가 채용되면, 사용자 디지털 베이스밴드 회로(222)는 다이버시티 결합기 및 디코더를 포함할 수 있다. 이러한 소자들의 몇몇은 제어프로세서(220)의 제어하에 또는 이와의 통신으로 동작할 수도 있다.
음성 또는 다른 데이터가 사용자 터미널로부터의 출력메시지 또는 통신신호로써 준비될 때, 사용자 디지털 베이스밴드 회로(222)는 송신용의 소망의 데이터를 수신, 저장, 처리 및 그렇지 않으면 준비하기 위하여 사용된다. 사용자 디지털 베이스밴드 회로(222)는 이 데이터를 제어프로세서(220)의 제어하에 동작하는 송신 변조기(226)로 제공한다. 송신 변조기(226)의 출력은 안테나(210)로부터 게이트웨이로 출력신호의 최종 송신을 위하여 전력증폭기(230)로 출력전력제어를 제공하는 전력제어기(228)로 전송된다.
송수신기(200)는 하나 이상의 사전정정소자 또는 사전정정기(232 및 234)(precorrector)를 채용할 수도 있다. 이러한 사전정정기의 동작은 참조에 의하여 여기에 포함되는, (대리인 문서번호 PA338로서 할당됨) 출원번호를 가지는 "Time And Frequency Precorrection For Non-Geostationary Satellite Systems" 라는 명칭으로 계속중인 특허출원에 개시된다. 바람직하게, 사전 정정은 베이스밴드 주파수에서 디지털 전력제어기(228)의 출력에서 발생한다. 주파수 조정을 포함하는 베이스밴드 스펙트럼 정보는 송신 전력 증폭기(230)에서 수행되는 업-변환 동안에 적절한 중앙 주파수로 변환된다. 사전정정 또는 주파수 조정은 본 기술분야에서 알려진 기술을 사용하여 이루어진다. 예를 들면, 사전정정은 신호에 ejωt의 인자를 곱한 것과 같은 복소수 신호 회전에 의하여 영향을 받을 수 있으며, 여기에서 ω는 알려진 위성의 하루 위치 (iphemeride) 및 소망의 채널 주파수에 근거하여 계산된다. 이것은 통신신호가 동상(in-phase : I) 및 사각(quadrature)위상 (Q)채널로서 처리되는 경우에 매우 유용하다. 직접 디지털 합성장치는 약간의 회전생성물을 발생하기 위하여 사용될 수 있다. 대안으로, 좌표회전 디지털 계산소자가 일련의 이산 회전을 시행하기 위하여 이전 시프트, 가산 및 감산을 채용하도록 사용되어 소망의 전체 회전을 낳게된다. 그러한 기술과 관련 하드웨어가 이 기술분야에서 잘 알려져있다.
다른 예로서, 사전정정소자(234)가 출력신호의 주파수를 조정하기 위하여 송신 전력증폭기(230)의 출력값의 전송경로에 배치될 수 있다. 이것은 잘 알려진 기술인, 전송파형의 업-변환 또는 다운-변환과 같은 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 그러나, 아날로그 송신기의 출력상에서의 주파수를 변경하는 것은 파형을 정형하기 위하여 사용되는 일련의 필터가 있기 때문에 더 어려울 수 있으며, 이러한 때에 상기 변경은 필터링 처리와 간섭할 수도 있다. 다른 예로, 사전정정소자 (234) 는 적절히 조정된 주파수가 하나의 단계에서 디지털신호를 소망의 전송주파수로 변환시키기 위하여 사용되도록, 사용자 터미널의 아날로그 업-변환 및 변조 스테이지(230)를 위한 주파수 선택 또는 제어 메카니즘의 일부분을 형성할 수 있다.
수신된 통신신호를 위한 하나 이상의 측정 파라미터 또는 하나 이상의 공유된 리소스 신호에 해당하는 정보 또는 데이터는 본 기술분야에서 알려진 다양한 기술을 사용하여 게이트웨이로 보내질 수 있다. 예를 들면, 정보는 별도의 정보신호로서 전송되거나, 사용자 디지털 베이스밴드 회로(222)에 의하여 준비된 다른 메시지에 첨부될 수 있다. 다른 예로, 정보는 제어프로세서(220)의 제어하에 송신 변조기(226) 또는 송신 전력제어기(228)에 의하여 소정의 제어비트로서 삽입될 수 있다.
디지털 데이터 수신기(216A-N)와 검색기 수신기(218)는 특정 신호를 복조하고 추척하기 위하여 신호상관소자를 가지고 구성된다. 검색기 수신기(218)는 파일럿신호 또는 다른 상대적으로 고정 패턴이 강한 신호를 검색하기 위하여 사용되고, 반면에 데이터 수신기(216A-216N)는 파일럿신호를 추적하거나 검출된 파일럿신호와 관련된 신호를 복조하기 위하여 사용된다. 그래서, 이러한 장치들의 출력은 본 발명의 파라미터들을 계산하기 위하여 채용되는 정보를 제공하기 위하여 모니터된다. 수신된 통신신호 또는 공유된 리소스 신호들에 대하여 사용자 터미널(106)에 의하여 이루어진 측정에 대한 정보는 이 기술분야에서 알려진 다양한 기술을 사용하여 게이트웨이로 보내진다. 예를 들면, 정보는 별도의 데이터신호로서 전송되거나, 사용자 디지털 베이스밴드 회로(222)에 의하여 준비된 다른 메시지에 첨부될 수 있다. 디지털 데이터수신기(216(A-N))는 또한 신호가 복조되도록 프로세서(220)를 제어하기 위하여 현재의 주파수와 타이밍 정보를 제공하기 위하여 모니터될 수 있는 주파수 트랙킹소자를 채용한다.
제어프로세서(220)는 적절히 동일한 주파수대역으로 스케일될 때, 로컬 발진기 주파수에 근거하여, 수신된 신호가 예상 주파수로부터 어느 정도 오프셋되는 가를 결정하기 위하여 그와같은 정보를 사용한다. 주파수 오프셋, 오차 및 도플러 시프트에 관련된 이러한 그리고 다른 정보가 소망하는 것처럼 하나 이상의 오차/도플러 저장장치 또는 메모리소자(236)에 저장될 수 있다. 이러한 정보는 그의 동작 주파수를 조정하기 위하여 제어프로세서(220)에 의하여 사용되거나, 다양한 통신신호를 사용하는 게이트웨이로 전송될 수 있다.
적어도 하나의 시간기준소자(238)가 위성위치를 결정할 때 도움을 주기 위하여 그날의 날짜와 시간과 같은 연대적인 (chronological) 정보를 발생 및 저장하기 위하여 사용된다. 이러한 시간은 주기적으로 저장되며 갱신된다. 시간은 게이트웨이에 의하여 주기적으로 공급될 수도 있다. 추가로, 현재의 시간은 사용자 터미널이 "턴-오프" 될 때와 같은 비활성모드로 들어가는 각각의 시간을 저장한다. 이러한 시간값은 다양한 시간의존 신호 파라미터와 사용자 터미널 위치변화를 결정하기 위한 "턴-온"시간과 관련하여 사용된다.
추가로, 저장 및 메모리소자(240 및 242)가 이하 더욱 상세하게 기술된 파마리터들에 관한 특정 정보를 저장하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 메모리소자(240)는 2 개의 도달 신호들 사이의 상대적인 주파수 오프셋에서의 차이와 같은, 레인지-레이트 파라미터에 대하여 만들어지는 사용자 터미널 측정값들을 저장할 수 있다. 메모리소자(242)는 2 개의 신호에 대한 도달시간에서의 차이와 같은, 레인지 차이 파라미터에 관한 사용자 터미널 측정값들을 저장하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 메모리 소자들은 본 기술분야에서 잘 알려진 구조와 회로를 사용하여 개별 또는 분리된 소자로서 또는 이러한 정보들이 후에 복구를 위하여 제어된 방법으로 사용되는 더욱 큰 단일화된 구조로서 형성될 수 있다.
도 2 에 도시된 것처럼, 로컬 또는 기준 발진기(250)는 소망의 주파수에서 입력되는 신호를 베이스밴드로 다운 변환하기 위하여 아날로그 수신기(214)용 기준으로서 사용된다. 신호가 소망의 베이스밴드 주파수에 도달할 때까지 소망하는 것처럼, 복수의 중간 변환 단계에서 채용될 수도 있다. 도시된 것처럼, 발진기(250)는 또한 역방향 링크 송신을 위하여 베이스밴드로부터 소망의 반송파 주파수로의 업-변환을 위하여 아날로그 송신기(230)용 기준으로서 그리고 타이밍회로(252)용 주파수 표준 또는 기준으로서 사용된다. 타이밍회로(252)는 타이밍 트랙킹 회로, 디지털 수신기들 (216A-N) 및 검색기 수신기(218)의 상관기, 송신 변조기 (226), 시간기준소자(238) 및 제어 프로세서(220)와 같은 사용자 터미널(200)내의 다른 스테이지들 또는 처리소자용 타이밍신호를 발생한다. 타이밍회로(252)는 프로세서 제어하에서, 타이밍 또는 클록신호의 상대적인 타이밍에서의 지체 (retard) 또는 전진 (advance) 지연을 생성하도록 구성될 수도 있다. 즉, 시간 트랙킹이 소정의 양만큼 조절될 수 있다. 이것은 또한 코드의 적용이 전형적으로 하나 이상의 칩주기에 의하여 "정상" 타이밍으로부터 전진 또는 지체되도록 하용하여, PN 코드 또는 코드를 구성하는 칩이 소망하는 바와 같이 다른 타이밍을 가지고 적용될 수 있다.
게이트웨이(102)에서의 사용을 위한 바람직한 송수신 장치(300)가 도 3 에 도시된다. 도 3 에 도시되는 게이트웨이(102)의 부분은 본 기술분야에서 잘 알려진 다양한 구성을 사용하여 다운변환되고, 증폭되고 디지털화되는 통신신호를 수신하기 위한 안테나(310)에 접속되는 하나 이상의 아날로그 수신기(314)를 가진다. 복수의 안테나(310)가 몇몇 통신 시스템에서 사용된다. 아날로그 수신기(314)에 의하여 출력된 디지털화된 신호가 적어도 하나의 디지털 수신기 모듈로의 입력으로서 제공되며, 상기 디지털 수신기 모듈은 일반적으로 324 의 점선으로 표현된다.
각각의 디지털 수신기 모듈(324)은 비록 그러한 변형이 이미 본 기술분야에 알려있지만, 게이트웨이(102)와 하나의 사용자 터미널(106)사이의 통신을 관리하기 위하여 사용되는 신호처리소자에 해당한다. 하나의 아날로그 수신기(314)는 많은 디지털 수신기 모듈(324)에 대한 입력을 공급하고, 그와같은 많은 모듈은 소정의 시간에 처리될 모든 위성빔과 가능한 다이버시티 모드신호를 수용하기 위하여 게이트웨이(102)에서 전형적으로 사용된다. 각각의 디지털 수신기 모듈(324)은 하나 이상의 디지털 데이터 수신기(316)와 검색기 수신기(318)를 가진다. 검색기 수신기(318)는 일반적으로 파일럿신호 이외의 적절한 다이버시티 모드의 신호의 검색을 하며, 여러개의 검색기들이 검색속도를 증가시키기 위하여 병렬로 사용될 수 있다. 통신시스템에서 구현될때, 복수의 디지털 데이터 수신기(316A-316N)가 다이버시티 신호 수신을 위하여 사용된다.
디지털 데이터 수신기(316)의 출력은 본 기술분야에서 잘 알려져있으며 이후에 더 상세히 언급되지 않은 장치들을 포함하는 후속의 베이스밴드 처리소자(322)로 제공된다. 바람직힌 베이스밴드 장치는 각각의 사용자를 위하여 복수경로의 신호를 하나의 출력으로 결합하기 위한 다이버시티 결합기와 디코더를 포함한다. 또한 바람직한 베이스밴드장치는 출력데이터를 디지털 스위치 또는 네트워크로 제공하기 위한 인터페이스회로를 또한 포함한다. 보코더, 데이터 모뎀 및 디지털 데이터 스위칭 및 저장소자와 같은 또한 이러한 소자들에 제한되지 않는 다른 다양한 알려진 소자들이 베이스밴드 처리소자(322)의 일부를 형성할 수도 있다. 이러한 소자들은 하나 이상의 송신모듈(334)로 데이터신호의 전송을 제어 또는 지시하기 위하여 동작한다.
사용자 터미널(106)로 전송되는 신호들은 하나 이상의 적절한 송신모듈(334)에 각각 전기적으로 접속된다. 전형적인 게이트웨이는 서비스를 복수의 사용자 터미널들(106)로, 그리고 복수의 위성 및 빔들을 위하여 동시에 제공하기 위하여 그와 같은 복수의 송신모듈(334)을 사용한다. 게이트웨이(102)에 의하여 사용되는 송신모듈(334)의 수는 시스템 복잡성, 계획상의 위성의 수, 사용자 수용능력, 선택된 다이버시티의 정도등을 포함하는, 본 기술분야에서 잘 알려진 요인들에 의하여 결정된다.
각각의 송신모듈(334)은 송신용 데이터를 확산-스펙트럼 변조하며 디지털 송신 전력제어기(328)에 전기적으로 접속되는 출력을 가지는 송신 변조기(326)를 포함하며, 전력제어기 (328) 는 출력되는 디지털신호를 위하여 사용되는 송신 전력를 제어한다. 디지털 송신 전력제어기(328)는 간섭 감소 및 리소스 할당의 목적을 위하여 최소한의 레벨의 전력을 인가하지만, 전송경로 및 다른 경로 전송특성에서의 감쇄를 보상하기 위하여 요구될때는 적당한 레벨의 전력를 인가한다. PN 발생기(332)는 신호를 확산할 때, 송신 변조기(326)에 의하여 사용된다. 이러한 코드발생은 게이트웨이(102)에서 사용되는 하나 이상의 제어프로세서 또는 저장소자의 기능상의 일부를 또한 형성할 수도 있다.
송신 전력 제어기(328)의 출력은 다른 송신 전력 제어회로로 부터의 출력과 합산되는 가산기(336)로 전송된다. 이러한 출력들은 동일 주파수에서 및 다른 사용자 터미널(106)로 전송을 위한 동일한 빔내에서 송신 전력 제어기(328)의 출력으로서의 신호들 이다. 가산기(336)의 출력은 D/A 변환, 적절한 RF 반송파 주파수로의 변환, 또한 증폭, 필터링과 사용자 터미널(106)로의 방사를 위한 하나 이상의 안테나(340)로의 출력을 위하여 아날로그 송신기(338)로 제공된다. 안테나(310 및 340)는 통신시스템의 복잡도 및 구성에 따라 동일한 안테나일 수도 있다.
적어도 하나의 게이트웨이 제어 프로세서(320)는 수신기 모듈(324), 송신모듈(334) 및 베이스밴드 회로(322)에 전기적으로 접속된다. 이러한 장치들은 서로와 물리적으로는 분리된다. 제어프로세서(320)는 신호처리, 타이밍 신호발생, 전력제어, 핸드오프제어, 다이버시티 결합 및 시스템 인터페이싱과 같은 기능을 수행하기 위하여 명령 및 제어신호를 제공하지만, 이러한 기능으로 제한되는 것은 아니다. 추가로, 제어프로세서(320)는 PN 확산 코드, 직교코드 시퀀스 및 사용자 통신에서의 사용을 위하여 특정한 송신기 및 수신기 또는 모듈을 할당한다. 또한, 제어프로세서(320)는 본 발명의 파라미터들을 계산하고 위치결정방법을 실행하기 위하여 사용될 수 있다.
제어프로세서(320)는 또한 파일럿, 동기화 및 페이징 채널신호의 발생과 전력과 송신 전력제어기(328)로의 그들의 접속을 제어한다. 파일럿채널은 단순히 데이터에 의하여 변조되지 않는 신호이며 반복적인 변환하지 않는 패턴 또는 비변환 프레임 구조를 사용할 수 도 있다. 즉, 파일럿신호 채널을 형성하기위하여 사용되는 직교함수는 일반적으로 모두 1 또는 0 과 같은 상수값 또는 잘 알려진 산재된 1 과 0 들의 반복패턴을 가진다.
제어프로세서(320)가 송신모듈(334) 또는 수신모듈(324)와 같은 모듈의 소자들에 직접 전기적으로 접속되는 반면에, 각각의 모듈은 각 모듈의 소자를 제어하는 송신 프로세서(330) 또는 수신프로세서(321)와 같은 모듈-특정 프로세서를 포함한다. 그래서, 바람직한 실시예에서, 제어프로세서(320)는 도 3 에 도시된 바와같이 송신프로세서(330)과 수신프로세서(321)에 전기적으로 접속된다. 이러한 방식으로, 단일 제어프로세서(320)가 많은 수의 모듈과 리소스들의 동작을 보다 효율적으로 제어할 수 있다. 송신프로세서(330)는 파일럿, 동기화, 페이징 신호, 및 트래픽 채널신호용 및 신호전력의 발생과 전력제어기(328)에 대한 그들 각각의 접속을 제어한다. 수신프로세서(321)는 검색, 복조용 PN 확산 코드 및 수신된 전력 모니터링을 제어한다. 프로세서(321)는 또한 본 발명에서의 방법에서 채용되는 신호 파라미터들을 결정하는데 사용될 수도 있으며, 또는 그와같은 파라미터들에 관한 사용자 터미널로부터 수신되는 정보를 검출 및 전송할 수 있어서, 제어프로세서 (320) 상의 부담을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예를 구현하기 위하여, 하나 이상의 사전 정정기 또는 사전 정정 소자 (342 및 344 ) 가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 사전 정정 소자 (342) 는 디지털 전력 제어기 (328) 의 디지털 출력 주파수를 베이스밴드 주파수에서 조정하기 위하여 사용된다. 사용자 터미널에서, 주파수 조정을 포함하는 베이스밴드 스펙트럼 정보는, 아날로그 송신기 (338) 에서 수행되는 업-변환 중에 적절한 중심 주파수로 변환된다. 주파수 사전 정정은, 상술의 복소수 신호 회전과 같이 종래 기술에서 공지된 기술을 사용하여 수행되며, 회전 각도는 알려진 위성 이퍼머라이드(ephemerides) 와 소정의 채널 주파수에 기초하여 계산된다. 사용자 터미널에서, 다른 신호 회전 기술 및 관련 하드웨어가 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다.
주파수 사전 정정에 추가해서, 신호의 상대적인 타이밍, 또는 PN 코드를 변경시키기 위하여 시간 사전 정정을 갖는 것이 소망될 수 있다. 이는 일반적으로, 신호가 베이스밴드에서 발생되는 때 그리고 전력 제어기 (328) 에 의한 출력 이전에 코드 발생과 타이밍 또는 다른 신호 파라미터 타이밍의 둘중 하나를 조정함으로서 수행된다. 예컨대, 제어기 (320) 는 신호가 송신 변조기 (326) 에 의하여 동작되고 전력 제어기 (328) 에 의해서 여러 위성에 송신되는 때 뿐만아니라, 코드들이 발생되는 때 및 그것들의 상대적인 타이밍 및 신호에 대한 적용을 결정한다. 그러나, 사전 정정 소자 (342 및 344) 와 유사한 별도의 유닛 (도시 안됨) 으로서 또는 일부를 형성하는 공지된 시간 사전 정정 소자 또는 회로가, 원한다면 주파수 사전 정정 소자에 추가해서 또는 주파수 사전 정정 소자 없이 사용될 수 있다.
도 3 에는, 가산기 (336) 이전에 전송 경로에 배치된 사전 정정기 (342) 가 도시된다. 이는 원한다면 각 사용자 터미널 신호에 대한 개별적인 제어를 가능하게 한다. 그러나, 가산기 (336) 이후에 사전 정정이 수행되는 경우에, 단일의 주파수 사전 정정 소자가 사용될 수 있으며, 이는 게이트웨이로부터 위성까지의 동일한 전송 경로를 사용자 터미널들이 공유하기 때문이다.
다르게는, 공지된 기술을 사용하여, 출력 신호의 주파수를 조정하기 위하여, 사전 정정기 (344) 가 아날로그 송신기 (338) 의 출력상에서 송신 경로에 배치될 수 있다. 그러나, 아날로그 송신기의 출력상의 주파수의 변화는 더 어려우며, 신호 필터링 처리를 방해할 수도 있다. 다르게는, 통상의 중심 주파수로부터 오프셋 되어진 시프트된 출력 주파수를 제공하기 위하여, 아날로그 송신기 (338) 의 출력 주파수는 제어 프로세서 (320) 에 의해서 직접 조정될 수 있다.
출력 신호에 가해진 주파수 정정량은 통신이 성립될 게이트웨이와 각 위성 사이의 공지된 도플러 (Doppler) 에 기초한다. 위성 도플러를 설명하기 위하여 필요한 시프트량은 공지된 위성 궤도 위치 데이터를 사용하는 제어 프로세서 (320) 에 의해서 산출될 수 있다. 이러한 데이터는, 룩업 테이블 (lookup table) 또는 메모리 소자와 같은 하나 이상의 저장 소자 (346) 에 저장되고 그로부터 검색할 수 있다. 원한다면, 이러한 데이터는 다른 데이터 소오스로부터 또한 제공될 수 있다. RAM 과 ROM 회로, 또는 자기 저장 장치와 같은 다수의 공지된 장치들이 저장 소자 (346) 를 구성하는데 사용될 수 있다. 이 정보는 주어진 시간에 게이트웨이에 의해서 사용되어지는 각 위성용 도플러 조정을 확립하는데 사용된다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 시간 및 주파수 유닛 (TFU; 348) 은 아날로그 수신기 (314) 용 기준 주파수를 제공한다. GPS 수신기로부터의 세계시 (UT) 가 몇몇 응용예에서 이러한 프로세스의 일부로서 사용될 수 있다. 그것은 원한다면, 다중 중간 변환 (multiple intermediate conversion) 단계에서 사용될 수 있다. TFU (348) 는 또한 아날로그 송신기 (338) 의 기준 역할을 한다. TFU (348) 는 또한, 디지털 수신기들 (316A-N 및 318), 송신 변조기 (326), 및 제어 프로세서 (320) 에서의 상관기와 같은 수신 장치 (300) 및 게이트웨이 송신내에서의 처리 소자 또는 다른 단계에 타이밍 신호를 제공한다. TFU (348) 는, 또한 원한다면 프로세서 제어하에 (클록) 신호의 상대적 타이밍을 소정량만큼 전진/지체시키는 구성이 될 수 있다.
타이밍 측정을 위한 일 실시예를 도 4 에 도시하며, 이는 사용자 터미널을 위한 타임 트래킹 루프 (400) 를 나타낸다. 이러한 형태의 타임 트래킹 루프는 당분야에 공지된 바와 같이 타우 디터 (Tau Dither) 형이라 칭한다. 도 4 에서, 아날로그 수신기로부터 유입하는 통신 신호는 통상적으로 오버샘플링된 후 데시메이터 (402) 로 입력된다. 데시메이터 (402) 는, 미리선택된 레이트 (rate) 와 타이밍에서 동작하여 수신기에서 다음의 단계에 특정 샘플만을 송신한다.
데시메이팅된 샘플들은 PN 발생기 또는 소오스 (406) 에 의해서 제공된 적절한 시스템 PN 확산 코드와 조합시키기 위하여 조합 소자 (404), 통상적으로 승산기에 송신되어 신호를 디스프레딩 한다. 디스프레딩된 신호는 조합 소자 (408) 로 송신되고, 그곳에서, 데이터를 얻기 위하여 사용되는 코드 발생기 또는 소오스 (410) 에 의해서 제공된 적절한 직교 코드 함수 (Wi) 와 결합된다. 직교 코드 함수는 통신 신호 채널을 만들기 위하여 사용되는 것들이다. 일반적으로, 파일럿 및 페이징 신호가 이러한 프로세스에 사용되지만, 다른 강한 신호들도 사용될 수 있다. 따라서, 당분야에 공지된 바와 같이, 직교 코드는 파일럿 또는 페이징 신호를 발생시키는데 일반적으로 사용되는 것이다. 다르게는, 당분야에 공지된 바와 같이, PN 확산 및 직교 코드는 함께 조합된 후 단일 단계에서 상기 샘플들과 조합될 수 있다.
타임 트래킹 회로는 상술의 미국 특허 제 4,901,307 호에 개시된 "초기/후기(early/late)" 구성을 사용할 수 있다. 이러한 접근에서, 유입하는 신호 및 디지털 수신기 (216) 의 타이밍의 동일하거나 정렬된 정도는 공칭 칩 타임 (nomial chip time) 으로부터의 오프셋에서 유입하는 데이터 스트림을 샘플링하여 측정된다. 이러한 오프셋은 PN 코드 칩 주기의 플러스 또는 마이너스 절반이고, 각각 후기(late) 또는 초기(early) 라 칭한다.
만약 플러스 또는 마이너스 오프셋 데이터의 타이밍이 공칭 디스프레드 유입 신호 피크의 타이밍과 대칭적으로 다르다면, "후기" 및 "초기" 샘플링 값 사이에 만들어진 차이는 0 이 된다. 즉, 1/2 칩 오프셋이 수신된 신호의 "온-타임" 타이밍에 대하여 중심이 되는 경우에 "후기" 및 "초기" 신호 사이에 차이를 형성하여 만들어진 값은 0 이 된다. 만약 수신기 (216) 에 의해서 사용된 상대적 타이밍이 수신된 신호 타이밍을 정확히 트래킹 하지 않고, 유입 신호 데이터에 비하여 빠르다면, 후기-마이너스-초기 차이는 양의 값을 갖는 정정 신호를 만든다. 다른 한편, 만약 신호 타이밍이 너무 느리다면, 그 차이는 음의 값을 갖는 정정 신호를 만든다. 원한다면 그 반대나 다른 관계가 역시 사용될 수 있다.
이러한 기술을 구현하기 위하여, 데시메이터 출력은 신호를 복조하기 위하여 통상적으로 사용된 것보다 1/2 칩 빠르게 발생하도록 제어된다. 데시메이터 출력은 디스프레드되고 디코딩되며, 그로부터 나오는 데이터는 누산기 (414) 에서 미리 선택된 주기 (통상적으로 심볼 주기) 에 걸쳐서 누산된다. 누산된 심볼 데이터는 심볼 에너지를 제공하고, 이는 제곱 소자 (416) 에서 제곱되어 "초기" 신호에 양의 크기 값을 제공한다.
샘플들의 다른 세트는 누산기 (414) 를 사용하여 다음의 미리 선택된 주기에 걸쳐서 누산 및 합산 또는 적분된다. 그러나, 이러한 주기 동안에 1 세트의 지연 소자 (412) 가 PN 및 직교 코드의 적용을 1 칩 주기에 의해 지연시키기 위하여 사용된다. 이는 데시메이션이나 샘플의 타이밍을 변경하여, 디스프레드 및 디코딩된 데이터의 "후기" 버전을 만드는 것과 동일한 효과를 갖는다. 이러한 디스프레드 및 디코딩된 데이터는 미리 선택된 주기에 걸쳐서 누산기 (414) 에서 누산된다. 원한다면 추가의 소자 및 저장 장치가 사용될 수 있다. 누산된 후기 심볼 데이터는 제곱 소자 (416) 에서 제곱된다. 산출되는 초기 및 후기 제곱 값은 서로로부터 감산되거나 비교되어 소자 (418) 에서 소망의 초기/후기 타이밍 차이를 만든다. 이 차이는 타이밍 필터 (420) 를 사용하여 필터링되어 "전진/지체" 신호 (422) 를 제공한다. 타임 트래킹 루프는 지연되지 않은 코드의 사용과 지연된 코드 사용 사이에서 변경을 계속하여 초기 및 후기 심볼을 만들고, 이는 "전진/지체" 를 위한 값을 업데이트하거나 발생하는데 사용된다. 이는 당업자에게 명백한 바와 같이, 새로운 신호를 트래킹하기 위하여 수신기가 비활성화 되거나 시프트되는 경우와 같이, 수신기 타이밍이 리세트될 때까지 계속된다.
데시메이션 프로세스를 위한 초기 및 진행 타이밍 제어와, 코드의 지연이 타이밍 제어 회로 (424) 와 같은 회로에 의해서 제공된다. 즉, 타이밍 제어 회로 (424) 는 데시메이터 (402) 로부터의 샘플 선택의 타이밍을 결정한다. 동시에, PN 확산 및 직교 코드 발생 또한 타이밍 제어 회로 (424) 로부터의 신호에 의해서 제어된다. 후자의 타이밍은, 코드의 적용을 가능하게 하기 때문에 때때로 PN-인에이블 (enable) 이라 칭한다. 또한, 초기화 또는 에포크 (epoch) 타이밍 신호가 있을 수 있다. 타이밍 제어 회로 (424) 에 의해서 선택된 타이밍은 타이밍 루프 출력에 응하여 전진/지체 신호 (422) 에 의해서 조정된다. 일반적으로, 타이밍은 칩 주기의 일부인 시간의 길이만큼, 예컨대 8-회 오버샘플링이 사용되는 곳에서 칩의 1/8 만큼 전진되어, 데시메이션 이전에 입력 신호를 수집한다. 그러한 타이밍과 전진 및 지체 메커니즘의 사용은 당분야에 잘 알려져 있다.
각 핑거 또는 디지털 수신기가 입력 신호와 일치시키거나 조정하기 위하여 타이밍을 조정한 양이 신호 도착 시간에서의 상대적 지연을 결정하는데 사용된다. 이는 타이밍 루프 (400) 에 의해서 사용되는 시간 변화 (전진/지체) 의 전체량을 트래킹함으로써 용이하게 이루어진다. 미리 선택된 주기에 걸쳐서 각각의 전진/지체 신호 또는 명령을 간단히 누산하고 합산하는데 누산기 (426) 를 사용할 수 있다. 이는 유입 신호와 수신기 타이밍을 조정하는데 필요한 전체 또는 네트 (net) 변화량을 제공한다. 이는 로컬 사용자 터미널 또는 수신기 타이밍으로부터의 신호의 오프셋을 나타낸다. 사용자 터미널 타이밍이 게이트웨이와 비교적 근접하거나 일치하는 곳에서, 신호가 게이트웨이와 사용자 터미널 사이에서 송신될 때 신호에 의해서 경험되는 지연의 측정을 제공하며, 이는 거리를 계산할 수 있게 한다. 불행히도, 로컬 발진기의 부정확도나 드리프트 (drift) 와 같은 많은 인자가 일반적으로 그러한 직접적인 계산을 할 수 없게 한다.
그러나, 2 개의 디지털 수신기 (216) 로 부터의 타이밍 조정은 도착 차이값의 상대적인 시간을 제공하는데 사용된다. 각각의 디지털 수신기는 위성 (104A 또는 104B) 으로 부터 신호를 수신하고, 신호를 트래킹 하는데 필요한 타이밍 조정을 결정한다. 필요한 타이밍 조정은 제어 프로세서 또는 제공된 산출 소자에 직접 제공될 수 있고 그곳에서 둘 사이에 차이가 만들어진다. 이 차이는 사용자 터미널에서 두 신호의 도착에 대한 상대적인 시간 차이를 지시하며, 게이트웨이에 다시 보고될 수 있다.
상술한 바와 같이, 이러한 데이터는 다른 메시지의 일부로 또는 전용의 시간 정보 신호로서 게이트웨이로 송신될 수 있다. 데이터는 나중의 전송 및 사용을 위하여 임시 (transient) 메모리 소자에 저장될 수 있다. 정보는, 수집 시간을 반영하는 "타임 스탬프 (time stamp)" 의 어떤 형태로 제공되거나 저장될 수 있어서, 게이트웨이는 데이터에 대한 정확한 시간 관계를 갖고 사용자 터미널 위치를 더욱 정확히 결정할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 통신 시스템에서 소망되는 정확도는 매우 엄격한 요구조건은 아니다. 만일 정보가 수집으로부터 매우 짧은 시간 이내에 송신된다면, 타임 스탬핑은 매우 유용하지는 않을 것이다. 일반적으로, 데이터는 그의 측정의 몇몇 데이터 프레임 이내로 송신되고, 송신 문제가 있다면, 데이터는 송신 이전에 다시 발생되어서 기껏해야 몇몇 프레임만이 있게 된다. 그러나, 타임 스탬핑은 실제 시간에 관계없이 데이터 송신과, 반복된 신호 송신 또는 신호의 세트에 더 많은 융통성을 가능하게 한다. 다르게는, 타임 스탬핑이 정확도의 소망 수준을 유지하는데 사용되지 않는다면, 시스템은 고정된 타이밍 슬롯을 사용할 것이다.
파일럿 신호가 검출되지 않는다는 것과, 직교 코드가 일반적으로 엑세스 프로브 신호와 연계된다는 것을 제외하면 프로세스는 게이트웨이에 의해 수신된 신호에서와 유사하다. 게이트웨이에서의 하나의 이점은, 타이밍이 절대 시간 기준으로 생각될 수 있다는 것이다. 즉, 게이트웨이는 전기한 바와 같이 정확한 시스템 타이밍을 가지며, 자신의 시간에 대한 PN 또는 직교 코드의 적용에 시간 차이를 정확하게 결정한다는 것이다. 이는 각 수신기 또는 핑거에 사용되고 있는 PN 코드들의 상태로부터의 정확한 거리 또는 송신 시간을 결정할 수 있게 한다. 이러한 송신 시간 또는 거리는 본 발명의 레인지 및 레인지 차이 파라미터를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 몇몇 적용예에서 유용하며, 각 핑거의 정보가 별도로 처리될 수 있고 전과 같이 소자 (428) 를 사용하여 조합할 필요가 없다.
주파수 측정을 수행하는 일 실시예가 도 5 에 도시되며, 사용자 터미널을 위한 주파수 트래킹 루프 (500) 의 개략도를 나타낸다. 이러한 주파수 측정은, 본 발명의 레인지-레이트와 레인지-레이트 차이 파라미터를 결정하는데 사용될 수 있다. 도 5 에서, 아날로그 수신기로부터의 통신 신호는 회전자 (502) 에 입력된다. 회전자 (502) 는, 디지털 수신기나 핑거에서 아날로그 수신기로부터 도착한 디지털 샘플로부터의 오프셋 또는 잔존 주파수 오차를 제거하기 위하여 미리 선택되고 조정 가능한 위상에서 작동한다.
CDMA 타입 신호가 사용되는 경우에, 데이터를 얻기 위하여 하나 이상의 코드 발생기 또는 소오스 (506) 에 의해서 제공된 적절한 시스템 PN 확산 코드와의 조합을 위하여 샘플은 하나 이상의 조합 소자 (504), 통상적으로는 승산기에 송신될 수 있다. 그러한 PN 확산 및 직교 코드는 별도로 또는 단일 단계에서 함께 신호와 조합될 수 있다. 트래픽 채널이 주파수를 조정하기 위하여 사용되는 곳에서, FHT (Fast Hadamard Transform) 소자가 조합기 (504) 및 코드 발생기 (506) 대신에 사용될 수 있다. 이러한 기술은, 본 발명의 양수인에게 양도되고 참고 자료로 본 발명에 인용된 "Frequency Tracking For Orthogonal Walsh Modulation" 이란 제목의 미국 특허 출원 제 08/625, 481 호에 개시된다.
회전되고, 디스프레드되고 디코딩된 신호가 심볼 주기에 걸쳐서 누산기 (514) 에서 누산되어 데이터 심볼을 제공하고, 그 결과는 벡터 크로스 프로덕트 발생 소자 또는 발생기 (518) 에 제공된다. 동시에, 각 심볼은 1 개의 심볼 시간 지연 소자 (516) 에 제공되며, 크로스 프로덕트 발생기 (518) 에 심볼을 송신하기 이전에 하나의 심볼 주기 지연을 제공한다.
크로스 프로덕트 발생기 (518) 는 심볼들 사이의 위상의 변화를 결정하기 위하여 주어진 심볼과 이전의 심볼 사이의 벡터 크로스 프로덕트를 형성한다. 이는 입력 신호에 가해진 위상 회전에서의 오차 측정을 제공한다. 크로스 프로덕트 발생기 (518) 로부터의 출력은 주파수 오차 추정 또는 조정 인자로서 회전자 (502) 와 코드 발생기 (506) 로 제공된다. 디스프레딩과 디코딩 프로세스를 위한 타이밍 제어가 전기한 바와 같이, 타이밍 제어 회로 (524) 와 같은 회로에 의해서 제공된다. 이 타이밍도 상술의 타이밍 루프로부터의 출력으로서 제공될 수 있다.
각 핑거 또는 디지털 수신기를 입력 신호와 정렬시키기 위하여, 그 위상을 조정한 양이 도착 신호에서의 상대적인 주파수 오프셋을 결정하는데 사용된다. 즉, 신호 정렬에서 잔존 오차를 제거하기 위하여 조정되어야 하는 회전자 위상의 양은, 도착 신호 주파수가 사용자 터미널의 로컬 기준 주파수나 기대한 주파수로부터 오프셋된 양을 나타낸다.
통신 시스템이 고정된 통신 신호용 주파수 밴드 세트에서 작동하기 때문에, 수신기는 사용할 중심 또는 공칭 캐리어 주파수를 알게된다. 그러나, 도플러 시프트 및 다른 영향의 결과로서 극소해질 수 있고, 도착 신호는 기대된 중심 주파수에 있지 않을 수도 있다. 전기한 조정은 오프셋을 규정하며, 이는 도착 신호의 실제 주파수 및 도플러 시프트를 결정하는데 사용될 수 있다.
이는 주파수 트래킹 루프 (500) 에 의해서 수행된 총 변화량을 트래킹함으로써 용이하게 이루어진다. 미리 선택된 주기에 걸쳐서 오차 추정, 신호, 또는 명령으로부터의 위상 변화를 간단히 누산하기 위하여 누산기 (522) 를 사용할 수 있다. 이는 유입 신호와 수신기 주파수를 정렬하는데 필요한 전체 또는 네트 변화량을 제공하고, 적절한 주파수 밴드에서 스케일링된, 로컬 사용자 터미널 또는 수신기 주파수로부터의 신호의 주파수 오프셋을 나타낸다.
전기한 바와 같이, 이러한 데이터는 다른 메시지의 일부로서 또는 전용의 주파수 정보 신호로서 게이트웨이에 송신될 수 있다. 이 데이터는 나중의 송신을 위하여 임시 메모리에 저장될 수 있고 또한 "타임 스탬프" 의 몇몇 형태로 제공될 수 있다. 그러나, 이는 데이터가 그의 측정의 소수의 데이터 프레임 이내에서 송신되기 때문에 일반적으로 필요하지 않으며, 문제가 생긴다면 재발생시킬 수 있다. 다르게는, 이 시스템은 소망의 정확도 수준을 유지하는데 타임 스탬핑이 사용되지 않는다면, 고정된 타이밍 슬롯과 보고요건 (reporting requirement) 을 사용할 것이다.
Ⅲ. 사용가능한 파라미터
바람직한 실시예에서, 본 발명은 레인지, 레인지-레이트, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 차이의 4 개의 파리미터들의 조합을 사용한다. 이러한 파라미터들은 사용자 터미널 (106) 과 위성들 (104A 및 104B) 사이의 공간 및 시간적 관계를 기술한다. 이러한 파라미터들과, 그것들의 측정 및 적용이 아래에 기재된다.
도 6, 7 및 8 은 이러한 파라미터들을 표현하는 등-컨투어의 지표면상의 투영을 도시한다. 파라미터의 등-컨투어는 파라미터의 동일값을 갖는 모든 지점을 연결하는 곡선이다.
도 6 및 도 7 은 두 개의 위성 (104A 및 104B) 의 서브 포인트 (614A 및 614B)(즉, 위성 바로 아래의 지구의 표면상의 포인트) 와 위성들 (104A 및 104B) 과 관련된 레인지, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 차이 파라미터에 대한 등-컨투어의 지구의 표면으로의 투영을 도시한다. 수천킬로미터로 눈금이 매겨진 두 개의 축, 즉 x 축 (602A) 과 y 축 (602B) 이 바람직힌 크기를 설명하기 위하여 제공된다. 도 8 은 두 개의 위성(104A 및 104B) 의 서브 포인트 (614A 및 614B) 와 위성(104A 및 104B) 과 관련된 레인지, 레인지 차이 및 레인지-레이트 파라미터에 대한 등-컨투어의 지구의 표면으로의 투영을 도시한다.
레인지 (Range).레인지 파라미터는 위성과 사용자 터미널 사이의 거리를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 레인지 파라미터는 위성 (104) 과 사용자 터미널 (106) 사이의 거리 R 이다. 지구의 표면으로의 등-R 컨투어의 투영은, 도 6 에서 일반적으로 604 로 도시된 대쉬-점선 (dash-dot line) 에 의해서 설명된것과 같이, 관련위성 아래가 중심인 원을 표현한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, R 은 위성 (104) 으로부터 사용자 터미널 (106) 로 전송되고 동일한 위성 (104) 으로 돌아오는 신호의 라운드-트립 지연(round-trip delay : RTD) 을 측정함으로서 얻어진다. R 은 RTD 를 2 로 나누고, 단방향 지연을 산출하며, 그 결과를 신호의 속도인 광속을 곱함으로서 결정된다. 또다른 실시예에서, RTD 는 레인지 파라미터로서 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, RTD 는 다음의 방법에 의해서 측정된다. 먼저, 공지된 PN 시퀀스 혹은 확산 코드를 포함하는 신호가 게이트웨이 (102) 에 의해서 중계된다. 상기 신호는 위성 (104) 에 의해서 사용자 터미널 (106) 로 지연된다. 사용자 터미널 (106) 은 공지된 지연의 즉시 혹은 그 후로 신호를 재전송한다. 재전송된 신호는 동일 위성 (104) 에 의해서 게이트웨이 (102) 로 다시 중계된다. 게이트웨이 (102) 는 로컬 PN 시퀀스의 상태를 수신된 신호에서의 PN 시퀀스의 상태와 비교한다. 그 상태들의 차이는 총 라운드 트립 지연을 결정하도록 사용되며, 이것은 게이트웨이 (102) 와 위성 (104) 사이의 알려진 지연을 포함한다. 이 지연은 위성 (104) 과 게이트 웨이 (102) 사이의 거리가 관련분야에서 공지되어 있는 것처럼, 게이트웨이 (102) 에 의해서 유지되기 때문에, 알려지게 된다. 총 라운드-트립 지연으로부터의 이 알려진 지연은 RTD 를 산출한다. 알려진 위성 이퍼머라이드 (ephemeride) 를 사용하여, 게이트웨이 (102) 와 위성 (104) 사이의 알려진 지연은 당분야의 공지된 다양한 방법으로 계산한다.
또다른 실시예에서, R 은 한 위성 (104A) 으로부터 사용자 터미널 (106) 로 전송되고 그리고 제 2 위성 (104B) 으로 되돌아오는 신호의 "하이브리드(Hybrid)" 라운드-트립 지연을 측정함으로서 얻어진다. 그러나, 이 실시예에서, 단일방향 지연은 하이브리드 라운드 트립 지연을 2 로 나누는 간단한 방법으로는 결정할 수 없다. 왜냐하면 두 개의 위성이 측정에 포함되어 있기 때문에, 그들의 상대 위치에 대한 정보가 요구된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 정보는, 다음에 설명된 레인지 차이 파라미터에 의해서 제공된다. 당업자에게는 명백하듯이, 다른 파라미터와 측정값이 이러한 정보를 제공할 수 있다. 단방향 지연이 위성 (104) 에서 구해질때, R 은 광속에 상기 단방향지연을 곱함으로서 결정된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 하리브리드 라운드-트립 지연은 다음의 방법에 의해서 측정된다. 먼저, 가동 PN 시퀀스를 포함하는 신호는 게이트웨이 (102) 에 의해서 전송된다. 상기 신호는 제 1 위성 (104A) 에 의해서 사용자 터미널 (106) 로 중계된다. 사용자 터미널 (106) 은 알려진 지연의 즉시 혹은 그 후에 신호를 재전송한다. 상기 재전송된 신호는 제 2 위성 (104B) 에 의해서 게이트웨이 (102) 로 다시 중계된다. 게이트웨이 (102) 는 수신된 신호에서의 PN 시퀀스의 상태와 로컬 PN 시퀀스의 상태를 비교한다. 상기 상태의 차이는 알려진 칩 레이트 (chip rate) 를 기초로한 총 하이브리드 라운드 트립 지연을 결정하기 위해 사용된다. 게이트웨이 (102) 와 제 1 위성 (104A) 사이의 알려진 지연과 게이트웨이 (102) 와 제 2 위성 (104B) 사이의 지연을 총 하이브리드 라운드 트립 지연으로부터 감산하여 하이브리드 라운드-트립 지연을 산출한다.
관련분야에서의 당업자에게는 명백한 것처럼, 다른 방법이 본 발명의 정신과 을 벗어나지 않는 범위에서 R 을 구할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, RTD 는 호 (call) 혹은 호 설립중에 측정될 수 있다. 만일 상기 측정이 호 설립중에 발생된다면, 상기 측정된 신호는 페이징 신호의 부분으로서 일반적으로 게이트웨이(102) 로부터 사용자 터미널 (106) 로 전송되며, 액세스 신호의 부분으로서 사용자 터미널 (106) 로부터 게이트웨이 (102) 로 재전송된다. 만약 측정이 호 중에 발생된다면, 상기 측정된 신호는 트래픽 신호의 부분으로서 게이트웨이 (102) 로부터 사용자 터미널 (106) 로 그리고 다시 반대로 전송된다. 관련분야의 당업자에게 명백한 것처럼, 상기 측정된 신호는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서, 신호의 또다른 형태일 수 있으며 혹은 소정의 다른 신호와 결합될 수 있다.
레인지 차이 (Range Difference).레인지 차이 파라미터는 사용자 터미널 (106) 과 두 개의 위성들 (104A 및 104B) 사이의 거리를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 레인지 차이 파라미터는 (1) 특정한 사용자 터미널 (106) 과 제 1 위성 (104A) 사이의 거리와 (2) 그 사용자 터미널 (106) 과 제 2 위성 (104B) 사이의 거리 사이의 차이 dR 이다. 지구의 표면에 대한 등-dR 컨투어의 투영은, 직선을 나타내는 dR=0 인 컨투어를 갖는, 일반적으로 606 으로 나타나는 대쉬선 (dash line) 에 의해서 설명되는 것처럼, 쌍곡선의 세트를 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, dR 은 다음의 방법에 의해서 결정된다. 먼저, 게이트웨이 (102) 는 두 개의 신호를 전송한다. 제 1 신호는 제 1 위성 (104A) 을 통하여 사용자 터미널 (106) 로 전송되고, 제 2 신호는 제 2 위성 (104B) 을 통하여 사용자 터미널 (106) 로 전송된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 신호는, 도 3 에 관하여 위에서 설명된 것처럼 게이트웨이 (102) 에서 시간에서 사전 정정되어서, 이들은 제 1 및 제 2 위성 (104A 및 104B) 에 의해서 각각, 실질적으로는 동시에 재전송된다.
다음, 사용자 터미널 (106) 은,(1) 사용자 터미널 (106) 이 제 1 위성으로부터 신호를 수신하는 시간과 (2) 사용자 터미널 (106) 이 제 2 위성으로부터 신호를 수신하는 시간 사이의 시간의 지연차를 결정한다. 상기 지연 차는 이후에로서 칭해진다. 다음, 사용자 터미널 (106) 은 게이트웨이 (102) 로를 리포트한다. 마지막으로, 게이트웨이 (102) 는로부터 dR 을 결정한다. 관련분야의 당업자에 의해서 명백한 것처럼, 다른 방법이 본 발명의 범위와 정신으로부터 벗어나지 않는 범위에서 dR 을 얻을 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서는,가 레인지 차이 파라미터로서 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 신호는 파일럿 신호이다. 관련분야의 당업자에게 명백한 것처럼, 임의의 적절한 신호가 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않는 범위에서 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 신호는 도 3 을 참조로하여 언급된 바와 같이, 전송전에 게이트웨이 (102) 에 의해서 사전 정정되어서, 그들이 위성 (104A 및 104B) 에 의해서 재전송될 때, 신호의 PN 코드가 합성되는 것(서브빔에 대한 관련 PN 코드 오프셋을 포함)을 보증하며, 사용자 터미널 (106) 은 두 개의 수신 신호에서 PN 코드의 상태를 비교함으로서를 결정한다. 또다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 신호는 시간에서 사전 정정 되지 않으나, 제 1 및 제 2 신호 사이의 재전송 시간안에서의 차이의 효과가 신호의 수신후에 게이트웨이 (102) 에서 제거된다. 관련분야에서의 당업자에게는 명백한 것처럼, 다른 사전 정정 방법이 게이트 (102) 와 위성들 (104A 와 104B) 사이의 경로길이의 차에 대하여 보상하기 위하여 사용된다.
레인지-레이트 (Range-Rate).레인지-레이트 파라미터는 사용자 터미널과 위성 사이의 상대 방사상 속도 (relative radial velocity) 를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 레인지-레이트 파라미터는 사용자 터미널 (106) 과 위성 (104) 사이의 상대 방사상 속도이다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 레인지-레이트 파라미터는 사용자 터미널 (106) 과 위성 (104) 사이에서 전송되는 신호들에서의 도플러 시프트 RTDOP이다.는 RTDOP에 광속을 곱하고, 중심 반송 주파수에 의해 나눔으로써 계산된다. 지표면사의 등-RTDOP컨투어의 투영은 쌍곡선형의 세트를 도시하고, 이는 관련 위성의 속도 벡터에 대칭이고, 도 8 에서 실선으로 나타나지고 일반적으로 804 로 표시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서,는 사용자 터미널 (106) 에서 하나와 게이트웨이 (102) 에서 하나 즉, 두 개의 주파수 측정값에 다음의 방법을 취함으로써 결정된다. 사용자 터미널 (106) 은 위성 (104) 을 통하여 게이트웨이 (102)로부터 수신된 신호의 주파수를 측정하고 게이트웨이 (102) 로 상기 주파수를 보고한다. 게이트웨이 (102) 는 동일한 위성 (104) 을 통하여 사용자 터미널 (106) 로부터 수신된 신호의 주파수를 측정한다. 그러므로, 두 개의 주파수 측정값은 게이트웨이 (102) 에서 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 주파수들은 로컬 발진기 주파수에 관련하여 측정된다. 실제적인 주파수는 이하의 기술에 의해서 얻어진다. 이 기술은 또한 계류중인, 대리인 문서 번호(Attorney Docket Number) PA300 를 갖는 "Determination Of Frequency Offsets In Communication System" 에 개시되어 있으며, 이것은 참조로서 사용될 수 있다.
상기 측정값은 두 개의 미지수, 즉 상대 방사상 속도 () 와 사용자 터미널 (106) 의 로컬 발진기의 표준화된 오프셋(foff/f0) 을 포함하는 두 식에 의해서 표현된다. 상기 쌍의 식은 두 개의 미지수, 즉는 물론 foff/f0를 산출하며, 관련분야의 당업자에게는 명백한 것으로, 이것은 위성 통신 시스템 동작의 다른 측면에서 사용될 수 있는 값이다.
상기 두 개의 방정식의 유도는 도 9a 및 도 9b 에서 도면으로 설명된다. 도 9a 는 사용자 터미널 (106) 에서 측정된 주파수의 성분의 도식적 설명이다. 도 9b 는 게이트웨이 (102) 에서 측정된 주파수의 성분의 도식적인 설명이다.
= 위성 (104) 과 사용자 터미널 (106) 사이의 상대 방사상 속도
c = 전파 속도 (광속도)
fF= 순방향 링크 공칭 주파수
fR= 역방향 링크 공칭 주파수
f0= 사용자 터미널 (106) 의 로컬 발진기의 공칭 주파수
foff= 사용자 터미널 (106) 의 로컬 발진기의 주파수 오프셋
= 사용자 터미널 (106) 의 로컬 발진기의 표준화된 주파수 오프셋
도 9a 를 참조하면, 사용자 터미널 (106) 에서 측정된 주파수는 다음에 의해서 측정된다.
도 9b 를 참조하면, 게이트웨이 (102) 에서 측정된 주파수는 다음에 의해서 측정된다.
수학식 1 과 수학식 2 의 가산 및 감산은, 다음의 관계에 따라서, 주파수 오프셋과 상대 방사상 속도 양자를 산출한다.
관련된 분야에서의 당업자에게는 명백한 것처럼, 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않는 범위에서 다른방법이를 구하기 위하여 사용될 수 있다.
또다른 실시예에서,는 "하이브리드" 방법에 의해서 얻어진다. 상기 실시예에서, 사용자 터미널 (106) 은 제 1 위성 (104A) 를 통하여 게이트웨이 (102) 로부터 수신된 신호의 주파수를 측정하고 게이트웨이 (102) 로 상기 주파수를 리포트한다. 게이트웨이 (102) 는 제 2 위성 (104B) 을 통하여 사용자 터미널 (106) 로부터 수신된 신호의 주파수를 측정한다. 그러므로, 두 개의 주파수 측정값은 게이트웨이 (102) 에서 사용할 수 있으며, 두 개의 방정식이 해를 구하기 위하여 사용될수 있다. 그러나, 이 실시예에서는 3 개의 미지수, 즉 제 1 위성 (104A) 의 상대 방사상 속도, 제 2 위성 (104B) 의 상대 방사상 속도 및 로컬 발진기의 표준화된 오프셋 (foff/f0) 이 있다. 그러므로, 더 많은 정보가를 구하기 위하여 요구된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 정보는 다음에서 설명될, 레인지-레이트 차이 파라미터에 의해서 제공될 수 있다. 관련분야의 당업자에게는 명백한 것처럼, 다른 파라미터와 측정은 상기 정보를 제공할 수 있다. 그러므로, 상기 실시예는 동일한 위성 (104) 이 순방향 및 역방향 링크 신호 양자를 위하여 사용될 수 없는 경우에도 본 발명의 동작을 수행한다. 상기 상황은 예를 들어, 갑작스러운 블록케이지 (blockage), 신호 열화등에 의해서 발생될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 주파수 측정은 호 혹은 호 설립중에 발생될 수 있다. 만약 상기 측정값이 호 설립중에 발생된다면, 사용자 터미널 (106) 에서 측정된 신호는 페이징 신호가 되며, 게이트웨이 (102) 에서 측정된 신호는 액세스 신호가 된다. 만일 측정값이 호 중에 발생된다면, 사용자 터미널 (106) 과 게이트웨이 (102) 에서 측정된 신호는 트래픽 신호이다. 관련분야의 당업자에게는 명백한 것처럼, 본 발명의 정신 및 레인지으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다른 신호가 사용될 수 있다.
레인지 레이트 차이 (Range-Rate Difference).레인지-레이트 차이 (또는 도플러 차로서 알려짐) 파라미터는 (1) 특정 사용자 터미널 (106) 과 제 1 위성 (104A) 사이의 레인지-레이트와 (2) 사용자 터미널 (106) 과 제 2 위성 (104A) 사이의 레인지-레이트 사이의 차이를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 레인지-레이트 차이 파라미터는 (1) 특정 사용자 터미널 (106) 과 제 1 위성 (104A) 사이의 상대 방사상 속도와 (2) 사용자 터미널 (106) 과 제 2 위성 (104B) 사이의 상대 방사상 속도 사이의 차이이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 레인지-레이트 차이 파라미터는, 제 1 위성 (104A) 을 통하여 게이트웨이 (102) 로부터 수신된 신호의 주파수와 제 2 위성 (104B) 을 통하여 게이트웨이 (102) 로부터 수신된 신호의 주파수 사이의 주파수 차로서, 사용자 터미널 (106) 에서 측정된다.는 다음과 같이와 관련된다. 즉,는에 광속을 곱하고 중심 반송 주파수에 의해 나눔으로써 산출될 수 있다. 지구의 표면 상에서의 등-컨투어의 투영은 도 6 에서의 실선으로 표시되고 608 로 나타내지는 곡선의 세트로서 도시된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서,는 다음의 방법에 의해서 결정된다. 첫째, 게이트웨이는 두 개의 신호를 전송한다. 제 1 신호는 제 1 위성 (104A) 을 통하여 사용자 터미널 (106) 로 전송되며, 제 2 신호는 제 2 위성 (104B) 을 통하여 사용자 터미널 (106) 로 전송된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 신호의 주파수는 게이트웨이 (102) 에서 사전 정정되어서 상기 제 1 및 제 2 위성 (104A 및 104B) 에 의해서 재전송된 신호는 동일한 주파수를 갖는다.
둘째, 사용자 터미널 (106) 은 (1) 제 1 위성으로부터 수신된 신호의 주파수와 (2)제 2 위성으로부터 수신된 신호의 주파수 사이의 차이를 결정한다. 상기 주파수 차이는이다. 마지막으로, 사용자 터미널 (106) 은에 광속을 곱하고, 그 결과를 제 1 및 제 2 신호의 중앙 반송 주파수로 나눔으로서를 구한다. 관련된 분야에서 당업자에게는 자명한 것처럼, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 방법으로을 구할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 신호가, 제 1 위성 (104A) 과 게이트웨이 (102) 사이의 공지된 상대 이동에 의해서 발생되는 도플러 시프트에 대한 보상을 위하여 신호 주파수를 조정함으로서, 전송전에 게이트웨이 (102) 에 의해서 사전 정정되며, 제 2 신호는, 동일한 방법으로 사전 정정된다. 또다른 실시예에서는, 어느 신호도 사전 정정되지 않은 주파수이다. 관련분야에서의 당업자에게는 명백한 것처럼, 다른 사전 정정 방법은 위성 (104A 및 104B) 의 이동을 보상하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 신호는 파일럿 신호이다. 관련분야에서의 당업자에게는 명백한 것처럼, 임의의 적절한 신호가, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 사용될 수 있다.
Ⅳ. 위치결정 방법전술된 파라미터들은 적어도 3 가지의 서로 다른 조합들에 사용되어 사용자 터미널(106)의 위치를 결정할 수 있다. 이러한 3 가지의 위치 결정 방법이 이하에서 설명된다. 본 발명의 이해를 돕기위해, 파라미터들의 물리적인 표현이, 지표상에 투영된 등-파라미터 컨투어(iso-parameter contour)로 제시된다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 레인지, 레인지 차이 및 레인지-레이트 차이 파라미터에 기초하여 위치가 결정된다. 도 6 은 이러한 파라미터에 대한 등 컨투어를 도시한다. 도 6 에서, 레인지 파라미터는 R, 레인지 차이 파라이터는 dR, 그리고 레인지-레이트 차이 파라미터는 △f 이다. 도 6 을 참조하면, 사용자 터미널(106)과 위성(104A) 사이의 2750 km 범위를 나타내는 원을 형성하는, 등-R 컨투어는 일반적으로 604 로 도시된 대쉬-점선으로 표시된다. 위성(104)의 서브-포인트(614)들은 베이스라인(612)에 의해 연결된다. 임의의 등-R 컨투어는 베이스라인(612)과 90 도의 각도로 교차한다. 또한 도 6 은, 일반적으로 606 으로 도시된 대쉬선으로 등-dR 컨투어 를 표시한다. 각 등-dR 컨투어는, 동일한 dR 값을 갖는 모든 점들을 연결한 쌍곡선이며, 베이스라인(612)과 90 도의 각도로 교차한다. 도 6 에서, 상기 dR 컨투어는 수천 km 단위로 증가한다. dR = 0 인 컨투어는 베이스라인(612)의 수직 이등분선이다. 상기 dR = 0 인 컨투어의 바로 오른쪽의 dR = +0.5 인 컨투어는, 위성(104B)으로의 범위를 500 km 초과하는 위성(104A)으로의 범위의 모든 점들을 연결한다.
레인지 및 레인지 차이 파라미터 만을 이용하는 위치결정 방법에는 두가지 문제점이 있다. 첫번째 문제점은, 위치의 불명확성이다. 예를 들어, R = 2750 km 이고 dR = +500 km 인 경우를 생각해 보자. 도 6 을 참조하면, R = 2750 km 인 컨투어는 dR = +500 km 인 컨투어와 두 위치(610A 및 610B)에서 교차한다. 추가의 정보가 없으면, 사용자 터미널(106)의 위치가 위치(610A)인지 위치(610B)인지 결정할 수 없다. 따라서 이 해는 불명확하다.두번째 문제점은 정확성의 지정학적 희석(Geometric Dilution of Precision, GDOP)으로 알려져 있다. GDOP "특이점(singularity)"은, 파라미터내의 약간의 오차가 위치해에서의 큰 오차를 일으키는 경우에 발생한다. R 및 dR 컨투어가 모두 베이스라인(612)과 90 도의 각도로 교차하기 때문에, 상기 R 및 dR 컨투어는 접선 (tangential) 또는 거의 접선이 될 수 있다. 따라서, 파라미터내의 약간의 오차가 위치에서는 큰 차이를 초래한다. 추가의 위치 정보가 없으면, 레인지 및 레인지 차이 파라미터만을 단지 이용하는 위치결정 방법은 GDOP 특이점의 문제점이 있다.
적절한 제 3 의 파라미터를 이용하면, 대부분의 경우 상기 두 문제점을 해결할 수 있다. 도 6 을 참조하면, 레인지-레이트 차이 파라미터(△f)는, 일반적으로 608 에서 실선으로 도시되고 kHz 로 눈금 매겨진 곡선군으로 도시된다. 상기 △f 곡선의 형상은, 위성(104A, 104B)들의 상대 속도의 함수이다. 위성들(104A, 104B)을 나타내는 속도 벡터는, 일반적으로, 이동선을 따라 연장되는 화살표로서 616A 및 616B 에서 도시된다. 최대 △f 의 영역은 위성(104A 및 104B)의 서브-트랙 (sub-track) 이 교차하는, 도 6 의 상부 부근에서 발견된다.
도 6 을 참조하면, △f 컨투어는 상기 R 및 dR 컨투어에 거의 수직이다. 이러한 이유로, 레인지-레이트 차이 파라미터(△f) 는 위치 불명확성 및 GDOP 문제 양자를 해결한다. 예를 들어, 위치(610A)는 △f = 20 kHz 인 컨투어상에 위치하고, 반면에 위치(610B)는 대략 △f = 84 kHz 인 컨투어상에 위치한다. 위치 (610A 및 610B) 가, 각각의 △f 에 의해 명확하게 구분되기 때문에, 상기 레인지-레이트 차이 파라미터(△f)는 위치 불명확성의 문제점을 해결할 수 있다. 상기와 동일한 이유로, 상기 레인지-레이트 차이 파라미터(△f)는 GDOP 문제점을 해결한다. 또한, 상기의 레인지-레이트 차이 파라미터는, 당업자에게는 명확할 이러한 문제점들도 해결한다.
도 7 은, 상기 레인지-레이트 차이 파라미터가, 상기 레인지 및 레인지 차이 파라미터만을 이용하는 위치결정 방법에 의해 제기되는 GDOP 특이점을 해결하지 못하는 경우를 도시한다. 이 경우에, 사용자 터미널(106)에서 보는, 두 위성(104A, 104B)의 속도 벡터 (따라서 경로 및 서브-트랙)는 거의 평행하다. 이러한 기하학적 배치 때문에, 사용자 터미널(106) 부근의 △f 컨투어는 닫히고, 베이스라인(612)상의 위치(712) 부근의 R 및 dR 컨투어에 거의 평행하게 진행한다. 사용자 터미널(106) 부근에서, 모든 3 개의 컨투어가 거의 평행하기 때문에, GDOP 특이점이 존재한다. 상기 GDOP 특이점은, 상기 레인지-레이트 차이 파라미터를 이하 설명될 레인지-레이트 파라미터로 교체함으로써 해결될 수 있다.
도 10 은, 본 발명의 제 1 실시예의 동작을 도시하는 흐름도이다. 전술되고, 단계 1002 에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 레인지 파라미터들이 결정된다. 전술되고 단계 1004 에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 레인지 차이 파라미터들이 결정된다. 전술되고 단계 1008 에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 레인지-레이트 차이 파라미터들이 결정된다. 그러면, 후술되고 단계 1010 에 도시된 바와 같이, 기지의 위성 위치와 기지의 위성 속도, 그리고 레인지, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 차이 파라미터를 기초로하여, 지표상의 사용자 터미널의 위치가 결정된다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 위치의 결정은 레인지, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 파라미터들에 기초하여 결정된다. 도 8 은, 등-△f 컨투어가 일반적으로 804 에서 나타낸 실선으로 표현되는 바와 같은 등-RTDop 컨투어로 대체된 경우, 위성(104A)에 대해 측정되는 도 7 의 경우를 도시한다. 상기 등-RTDop 컨투어는 쌍곡선 형상이며, 위성(104A)의 속도벡터에 대하여 대칭이다. 각 RTDop 컨투어는, 위성(104A)에 대하여 동일한 도플러 시프트를 겪는 지표상의 위치를 연결한다. 상기 등-RTDop 컨투어는 kHz 단위로 증가하며, RTDop = 0 인 컨투어는, 위성(104A)의 서브-포인트(614A)를 통과한다. 따라서, RTDop = 0 인 컨투어상의 관찰자 지점에서는, 위성(104A)은 관찰자를 향하지도 않고 멀어지지도 않는다.
도 11 은 본 발명의 제 2 실시예의 동작을 설명하는 흐름도이다. 단계 1102 에 도시되고 상술한 바와 같이, 하나이상의 레인지 파라미터가 결정된다. 단계 1104 에 도시되고 상술한 바와 같이, 하나이상의 레인지 차이 파라미터가 결정된다. 단계 1106 에 도시되고 상술한 바와 같이, 하나 이상의 레인지-레이트 파라미터가 결정된다. 그후, 단계 1110 에 도시되고 이하 서술하는 바와 같이, 지구 표면상의 사용자 터미널의 위치는 기지의 위성 위치 및 기지의 위성 속도, 레인지, 레인지 차이, 및 레인지-레이트 파라미터에 기초하여 결정된다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 단지 레인지 및 레인지 차이 파라미터 만을 사용하는 위치 결정 방법에 의해 존재하는 GDOP 특이점을 레인지-레이트 파라미터 RTDOP에 의해 완화시킬 수 있다. 그러나, 드문 경우, 레인지-레이트 파라미터만으로는 GDOP 특이점을 해결하는데 불충분한 경우가 있다. 이러한 경우, GDOP 특이점은 4 개의 모든 파라미터를 사용하여 해결될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서, 위치 결정은 레인지, 레인지 차이, 레인지-레이트, 및 레인지-레이트 차이 파라미터에 기초한다. 관련 기술에 숙련된 자에게는 명백한 바와 같이, 상술한 임의의 실시예의 각각의 파라미터중의 하나 이상을 사용함으로써 정확성의 증가를 얻을 수 있다.
도 12 는 본 발명의 제 3 실시예의 동작을 설명하는 흐름도이다. 단계 1202 에 도시되고 상술한 바와 같이, 하나이상의 레인지 파라미터가 결정된다. 단계 1204 에 도시되고 상술한 바와 같이, 하나이상의 레인지 차이 파라미터가 결정된다. 단계 1206 에 도시되고 상술한 바와 같이, 하나이상의 레인지-레이트 파라미터가 결정된다. 단계 1208 에 도시되고 상술한 바와 같이, 하나이상의 레인지-레이트 차이 파라미터가 결정된다. 그후, 단계 1210 에 도시되고 이하 서술하는 바와 같이, 지구 표면상의 사용자 터미널의 위치는 기지의 위성 위치 및 기지의 위성 속도, 레인지, 레인지 차이, 레인지-레이트 및 레인지-레이트 차이 파라미터를 기초하여 결정된다.
Ⅴ. 위치 결정 실행
위치 결정 실행을 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 위치 결정 방법이 동작할 수 있는 바람직한 환경을 먼저 설명하는 것이 유용하다. 도 13 은 일예의 환경을 나타내는 블록도이다. 환경은 제어 프로세서 (220) 및/또는 제어 프로세서 (320) 의 일부를 형성할 수 있는 컴퓨터 시스템 (1300) 이다. 컴퓨터 시스템 (1300) 은 프로세서 (1304) 와 같은 하나이상의 프로세서들을 포함한다. 프로세서 (1304) 는 통신 버스 (1306) 에 접속된다. 이 예의 컴퓨터 시스템에 대한 다양한 실시예가 서술된다. 후술의 기재를 읽고나면, 다른 컴퓨터 시스템, 컴퓨터 구조, 하드웨어 상태기, 룩업 테이블, 및 그 다양한 조합을 사용하여 본 발명의 위치 결정 방법을 수행하는 방법은 본 기술에 숙련된 자에게는 명백한 것이다.
컴퓨터 시스템 (1300) 은 또한 주메모리 (1308), 바람직하게는 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 를 포함하고, 또한 2차 메모리 (1310) 를 포함할 수 있다. 2차 메모리 (1310) 는 예를 들어, 하드 디스크 드라이브 (1312) 및/또는 플로피 디스크 드라이브, 자기 테이프 드라이브, 광 디스크 드라이브 등을 나타내는 제거가능한 기억 드라이브 (1314) 를 포함할 수 있다. 제거가능한 기억 드라이브 (1314) 는 공지의 방법으로 제거가능한 기억 유닛 (1318) 으로부터 판독 및/또는 기입한다. 제거가능한 기억 유닛 (1318) 은 플로피 디스크, 자기 테이프, 광 디스크 등을 나타낸다. 이상과 같이, 제거가능한 기억 유닛 (1318) 은 저장된 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 데이터를 갖는 컴퓨터 이용가능한 기록 매체를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 2차 메모리 (1310) 는 컴퓨터 시스템 (1300) 에 컴퓨터 프로그램 또는 다른 명령이 로드되도록 하는 다른 유사한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 수단은 예를 들어 제거가능한 기억 유닛 (1322) 및 인터페이스 (1320) 을 포함할 수 있다. 예는 (비디오 게임 장치 등에서 볼 수 있는) 프로그램 카트리지 및 카트리지 인터페이스, (EPROM, 또는 PROM 등의) 제거가능한 메모리 칩 및 관련된 소켓, 및 소프트웨어 및 데이터가 제거가능한 기억 유닛으로부터 컴퓨터 시스템 (1300) 으로 전송되도록 하는 다른 제거가능한 기억 유닛 (1322) 및 인터페이스 (1320) 를 포함한다.
컴퓨터 시스템 (1300) 은 또한 통신 인터페이스 (1324) 를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (1324) 는 소프트웨어 및 데이터가 통신 경로 (1326) 를 통해 컴퓨터 시스템 (1300) 과 외부 장치 사이를 전송하도록 한다. 통신 인터페이스 (1324) 의 예들은 모뎀, (이더넷 카드 등의)네트워크 인터페이스, 통신 포트 등을 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (1324) 를 통해 전송된 소프트웨어 및 데이터는 통신 경로 (1326) 을 통해 통신 인터페이스 (1324) 에 의해 수신될 수 있는 전자, 전자기, 광학, 또는 다른 신호일 수 있는 신호의 형태일 수 있다.
본 발명의 위치 결정 방법의 동작은 이 예의 환경에 대하여 설명된다. 이들 항목의 서술은 단지 편의를 위하여 제공된다. 본 발명의 위치 결정 방법의 동작은 이 예의 환경에 대한 적용에 한정되는 것은 아니다. 다음의 설명을 판독한 후, 다른 환경의 본 발명의 위치 결정 방법을 수행하는 방법은 본 기술에 숙련된 자에게는 명백한 것이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 사용자 터미널 (106) 의 위치는 컴퓨터 시스템 (1300) 으로 후술할 위치 결정 방법을 실행함으로써 결정된다. 본 기술에 숙련된 자에게 명백한 바와 같이, 하드웨어 상태기, 룩업 테이블, 또는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 것 등에 의해 위치 결정 방법이 실행될 수 있다.
위치 결정에 사용될 M 파라미터로 구성되는z로 표시되는 파라미터들의 M×1 벡터가 구성된다. 벡터z는 상술한 각각의 파라미터의 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 기술에 공지된 바와 같이, 파라미터들은 2 차원 사용자 터미널 위치 벡터x의 비선형 함수이다.
여기서, 다음에 따라 "T" 는 행렬 또는 벡터의 전치를 나타낸다.
여기서, M×1 벡터v는 측정 오차를 나타내고,h는 측정된 파라미터와 사용자 터미널 (106) 의 위치 사이의 관계를 설명하는 비선형 함수이다.h는 또한 위성 (104A 및 104B) 의 위치 및 속도의 함수이다.
또다른 실시예에서, 사용자 터미널 위치 벡터x는 수학식 7 에 나타낸 바와 같이, 위도와 경도보다는 3 개의 카테션 (cartesian) 좌표로 규정된다.
가우스 선형화 방법에 따르면, M×K 편미분 행렬H가 구성되어, 사용자 터미널 (106) 의 위치를 구하며, 여기서 K 는 미정 위치의 개수이고, 그의 (m,k) 원소는 주어진 위치x에서 , k 번째 위치 파라미터에 대한 m 번째 측정의 편미분이다. 예를 들면, 위치 벡터가 수학식 5 에서 나타낸 바와 같이 위도 및 경도를 나타내는 경우에, K 는 2 이고, 행렬H의 k=1 인 열의 원소는 사용자 터미널 (106) 의 위도에 대한 편미분을 나타내고, k=2 인 열의 원소는 사용자 터미널 (106) 의 경도에 대한 편미분을 나타낸다. 위치 벡터가 카테션 좌표 (K = 3) 인 경우에,H의 k = (1,2,3) 인 열은 각각 (x,y,z) 좌표를 나타낸다. 카테션 좌표가 사용되었을 때, 좌표의 제곱의 합이 지구 반경의 제곱임을 나타내는 방정식이 더 사용된다.x와H의 관계는 다음과 같이 주어진다.
미정의 위치 파라미터를 구하기 위해, 반복 가중 최소 제곱법 (iterative weighted least-squares method) 이 이용된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 에이치 더블유 소렌슨 (H.W. Sorenson) 의 Parameter Estimation - Principles and Problems, New York, Marce Dekker, 1980 에 개시된 가우스-뉴톤 방법이 사용된다. 반복 방정식이 다음의 식으로 주어진다.
여기서,및는 각각 현재 및 다음의 위치 추정치들이고,W는 M×M 가중 행렬이다. 아랫첨자 i 는 반복 회수를 나타내고, i = 0 은 첫번째 반복을 나타낸다. 위치 추정에 대한 행렬들 또는 벡터들은 윗첨자 "^" 로 표시된다. 최근에 알려진 사용자 터미널 (106) 의 위치 등과 같은 기준점을 초기 위치 추정치로 선택한다. 최근의 위치가 알려져 있지 않은 경우에는, 게이트웨이 (102) 의 위치 등과 같은 임의의 위치가 사용될 수 있다.
수학식 10 은 현재 위치 추정치에서 결정된 편미분 행렬이고, 수학식 11 은 현재 위치 추정치를 이용하여 결정된 오차없는 파라미터 예상치이다.및사이의 차이가 소정의 임계치 이하가 되었을 때, 반복을 종료한다. 임계치는 시스템 정확도에 기초하여, 시스템 설계자 및/또는 운용자에 의해 결정되며, 이는 당업자에게는 자명하다. 예를 들면, 임계치는 측정 칩 정확도 및 칩 레이트에 기초한다.
미지수보다 더 많은 파라미터들이 있을 때, M×M 가중 행렬W의 원소는 추정된 위치에 특정한 파라미터의 영향을 강조하는 수단을 제공한다. 바람직한 실시예에서, 가중 행렬W는 그 원소가 각 파라미터가 결정될 수 있는 상대 정확도를 나타내는 대각 행렬이다. 따라서, 원소들의 값은 시스템의 이미 알려진 측정 정확도에 기초하여 설정되며, 이는 당업자에게는 자명하다. 따라서, 매우 정확한 측정에 기초한 파라미터는 정확하게 측정될 수 없는 파라미터보다 더 중요성이 부여된다. 가중 행렬의 원소는 소정의 값으로 초기화되지만, 동적으로 조정될 수 있다. 최적의 정확도는, 가중 행렬이 측정 오차 공분산 행렬 (measurement error covariance matrix) 의 역행렬로 선택되었을 경우에, 얻을 수 있다.
만약, 측정 오차들이 영평균 및 분산과 서로 무관하다면,
W는 σ2 m을 대각 원소로 하는 대각 행렬이다.
W를 이와 같이 선택하면, 추정된 위치 벡터x의 k 번째 원소의 분산은 다음과 같이 주어진다.
최종적으로, 결합된 이론적 수평 위치 오차는, 거리 단위로, 다음과 같이 주어진다.
여기서, RE는 지구 반경이다.
통상적으로, 만약 오차 분산에 따른 정확한 가중 행렬이 선택된다면, 상기 반복은 베이스라인 (612) 의 반대측에 있는 실제 해의 거울상 (mirror image) 에 해당하는 로컬 최소치에 수렴할 수도 있다. 이러한 첫번째 해를 기선 (612) 에 대해 반사시켜, 다른 해의 근처를 발견할 수 있다. 정확한 2 번째 해를 발견하기 위해서는 새로운 반복 순환이 필요하다. 일단 2 개의 가능한 해가 구해지면, 어느 것이 실제 해인지를 찾아야 한다. 이는 측정된 주파수와 각 해에 해당하는 계산된 주파수를 비교함으로써 이루어진다.
보다 나은 방법이 하기에 설명되며, 이 방법은 더욱 직접적으로 정확한 해로 수렴시키도록 반복하는 것을 보장한다. 이러한 기법은 "가중 행렬 적응 (weight matrix adaptation)" 이라고 부른다. 예로써, 주파수 측정이 시간 측정보다 오차 분산이 더 큰 경우에, 정확하게 형성된 가중 행렬에서 주파수 측정에 더 작은 가중치가 주어진다. 그러나, 이전에 언급한 바와 같이, 이것은 거울 해 (mirror solution) 로 수렴되는 결과를 초래할 수도 있다. 따라서, 초기 가중 행렬 (조종 가중 행렬) (steering weight matrix) 은 오차 분산에 기초하여 정확하게 하는 것보다는, 주파수 측정에 보다 가중치를 주도록 의도적으로 선택된다. 이는 거울 해보다는 실제 해로 수렴하도록 반복이 조종되게 해준다. 정해진 소정의 반복 회수 (통상적으로 적은 회수) 후에, 또는 수렴 근처로 접근한 후에 (및사이의 차이를 측정함으로써 검출됨), 상기 정확한 (최적의) 가중 행렬W로의 전환이 수행된다. 이러한 후자의 단계는 본 해의 궁극적인 오차를 가능한 한도에서 최소화시킨다. 상기 기법은 가중 행렬을 한 번 이상 변경시키는 것으로 일반화될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 위치 결정 방법은 지표면의 평활 타원체 모델 (smooth ellipsoid model) 을 적용하였다. 다른 실시예에서, 위치 결정 방법은, 초기에 WGS-84 지구 모델 등과 같은 지표면의 평활 타원체 모델을 사용한다.x값이 수렴하여,및사이의 차이가 소정의 임계치보다 작게 되었을 때, 평활 모델 (smooth model) 이 상세한 디지털 지형 모델 (detailed digital terrain model) 로 대체되고,x값이 수렴하여및사이의 차이가 제 2 소정의 임계치보다 작게 될 때가지 상기 반복 (iteration) 을 계속한다. 따라서, 사용자 터미널 (106) 의 고도로 인해 발생하는 오차들을 완화시킨다. 또다른 실시예에서는, 상세한 디지털 지형 모델이 소정의 반복 회수 후에 대체된다. 상기 거리 임계치와 반복 회수는 다양한 인자들에 따라서 결정되며, 이는 당업자들에게는 자명하다.
또다른 실시예에서는, 지구 상의 높이 자체가 추정될 수 있다. 카테션 좌표계의 사용에 관한 부가적인 가상의 측정(지구 중심까지의 거리) 은 완전한 측정으로 처리될 필요는 없다. 오차 σh및 대응 가중치 1/σ2 h는 2차원 위치결정으로부터 3차원 위치결정으로 부드러운 전이를 수행할 것이고, 평활 지구 모델상의 높이가 또한 추정된다. 높이 미지수를 추가하는 것은 극좌표 (lat, long, h) 에서와 유사하게 실행될 수 있다. 이러한 경우에, 가상의 높이 측정이 추가된다.
가상의 높이 측정에 할당된 오차는, 추정 높이가 가정된 높이 주위에서 변동하는 것을 허용하는 자유도를 제어한다. 오차가 증가하면, 그 측정에 할당된 가중치가 감소하고, 위치 결정은 3 차원 위치 결정으로 변하게 된다. 높이 미지수를 추가하는 것의 단점은, 실제 측정 오차에 대한 수평 위치 미지수의 민감도가 증가된다는 것이다. 따라서, 높이가 수평 거리의 함수로서 급격하게 변하는 범위 및 지형도 (topographic map) 가 효과적으로 사용될 수 없는 범위에서만, 가상의 높이 측정에 큰 오차 (적은 가중치) 를 할당하는 것이 바람직하다.
Ⅵ. 결론
본 발명은 전술한 실시예에만 국한되지 않으며, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (42)

  1. 위성 통신 시스템용 위치 결정 시스템에 있어서,
    사용자 터미널;
    기지(旣知)의 위치 및 기지의 속도를 갖는 2 개 이상의 위성들;
    상기 위성들을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하는 게이트웨이;
    레인지 파라미터를 결정하는 레인지 파라미터 결정수단;
    레인지 차이 파라미터를 결정하는 레인지 차이 파라미터 결정수단;
    레인지-레이트 파라미터를 결정하는 레인지-레이트 파라미터 결정수단과 레인지-레이트 차이 파라미터를 결정하는 레인지-레이트 차이 파라미터 결정수단 둘 중 적어도 하나; 및
    상기 기지의 위성 위치, 상기 기지의 위성 속도, 상기 레인지 파라미터, 상기 레인지 차이 파라미터, 및 상기 레인지-레이트 파라미터와 상기 레인지-레이트 차이 파라미터 둘 중 적어도 어느 하나에 기초하여, 지구표면상의 상기 사용자 터미널의 위치를 결정하는 상기 게이트웨이내의 위치 결정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지 파라미터는 상기 위성들 중의 하나와 상기 사용자 터미널 사이의 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지 파라미터는 라운드-트립 지연을 나타내고,
    상기 위성들 중의 하나를 통하여 상기 게이트웨이로부터 상기 사용자 터미널로 신호가 전송되고, 상기 위성들 중의 하나를 통하여 상기 사용자 터미널로부터 상기 게이트웨이로 상기 신호가 재전송되어, 상기 신호의 라운드-트립 지연을 측정하기 위한 상기 게이트웨이내의 라운드-트립 지연 측정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지 차이 파라미터는
    (1) 상기 위성들 중 제 1 위성과 상기 사용자 터미널 사이의 거리와 (2) 상기 위성들 중 제 2 위성과 상기 사용자 터미널 사이의 거리 사이의 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지 차이 파라미터는 지연차를 나타내고,
    상기 위성들 중 제 1 위성을 통하여 상기 게이트웨이로부터 수신된 제 1 신호와 상기 위성들 중 제 2 위성을 통하여 상기 게이트웨이로부터 수신된 제 2 신호사이의 지연차를 측정하기 위한 상기 사용자 터미널 내의 지연 차 측정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 신호들 중 적어도 하나가 시간에서 사전에 정정되어 (a) 상기 게이트웨이와 상기 위성들 중 제 1 위성과의 거리와 (b) 상기 게이트웨이와 상기 위성들 중 제 2 위성과의 거리 사이의 차이와 관련된 지연을 보상하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 상기 지연차를 조정하여 (a) 상기 게이트웨이와 상기 위성들 중 제 1 위성과의 거리와 (b) 상기 게이트웨이와 상기 위성들 중 제 2 위성과의 거리 사이의 차이와 관련된 지연을 보상하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 파라미터는 상기 위성들 중 하나와 상기 사용자 터미널 사이의 상대 방사상 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 파라미터는 제 1 신호 및 제 2 신호의 주파수 측정치를 나타내고,
    상기 위성들 중 하나를 통하여 상기 게이트웨이로부터 수신된 상기 제 1 신호의 주파수를 측정하기 위한 상기 사용자 터미널 내의 제 1 주파수 측정수단;
    상기 제 1 신호의 상기 주파수 측정치를 상기 게이트웨이로 송신하기 위한 상기 사용자 터미널 내의 송신수단; 및
    상기 위성들 중 하나를 통하여 상기 사용자 터미널로부터 수신된 상기 제 2 신호의 주파수를 측정하기 위한 상기 게이트웨이 내의 제 2 주파수 측정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 차이 파라미터는 (1) 상기 위성들 중 제 1 위성과 상기 사용자 터미널 사이의 상대 방사상 속도와 (2) 상기 위성들 중 하나와 상기 사용자 터미널 사이의 상대 방사상 속도 사이의 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 차이 파라미터는 주파수 차이를 나타내고,
    상기 위성들 중 제 1 위성을 통하여 상기 게이트웨이로부터 수신된 제 1 신호의 주파수와 상기 위성들 중 제 2 위성을 통하여 상기 게이트웨이로부터 수신된 제 2 신호의 주파수 사이의 주파수차를 측정하기 위한 상기 사용자 터미널 내의 주파수차 측정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 신호들 중 적어도 하나가 주파수에서 사전에 정정되어 (a) 상기 게이트웨이와 상기 위성들 중 제 1 위성과의 상대 방사상 속도와 (b) 상기 게이트웨이와 상기 위성들 중 제 2 위성과의 상대 방사상 속도 사이의 차이에 의해 도플러 시프트를 보상하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 상기 주파수 차이를 조정하여 (a) 상기 게이트웨이와 상기 위성들 중 제 1 위성과의 상대 방사상 속도 및 (b) 상기 게이트웨이와 상기 위성 들 중 제 2 위성과의 상대 방사상 속도에 기인한 도플러 시프트들을 보상하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 결정 수단은
    M 이 결정된 파라미터들의 수인 경우, 상기 파라미터들을 포함하는 M×1 파라미터 벡터z를 생성하는 수단;
    초기 기준점을 나타내는 위치 벡터x를 생성하는 수단;
    x와H사이의 관계가 하기와 같은 식으로 주어지고, 상기 기지의 위성 위치 및 상기 기지의 위성 속도와 관련된 정보 및 지구의 형태를 표현하는 지구 모델을 포함하는 편미분 행렬H를 생성하는 수단;
    특정한 파라미터들의 영향을 강조하기 위한 M×M 가중 행렬W를 생성하는 수단; 및
    와은 각각 현재 및 다음 위치의 추정치이고, i 는 반복수를 나타내며, 하기의 반복식을와사이의 차이가 제 1 소정 임계치 이하로 떨어질 때 까지 수행하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 위치 결정 수단은
    와사이의 차이가 제 2 소정 임계치 이하로 떨어질 때까지 지구의 평활 모델을 사용하고, 그 후에는 상세한 디지털 지형 모델을 사용하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 가중 행렬W는 측정 오차 공분산 행렬의 역행렬인 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 위치 결정 수단은
    n 이 소정의 수이고, 제 2 가중 행렬W 2 가 측정 오차 공분산 행렬의 역행렬이고, 상기 제 2 가중 행렬W 2 에서의 가중의 차이에도 불구하고, 제 1 가중 행렬W 1 이 상기 레인지 파라미터와 상기 레인지 차이 파라미터 보다 상기 레인지-레이트 파라미터와 상기 레인지-레이트 차이 파라미터에 더 큰 가중치를 인가하도록 하는 경우에, 제 1 의 n 번 반복에는 상기 제 1 가중 행렬W 1 을 사용하고 그 후에는 상기 제 2 가중 행렬W 2 을 사용하도록 하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 위치 결정 수단은
    n 이 소정의 수일 경우, 제 1 의 n 번 반복에는 지구의 평활 모델을 사용하고, 그 후에는 상세한 디지털 지형 모델을 사용하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 위치 결정 수단은
    제 2 가중 행렬W 2 가 측정 오차 공분산 행렬의 역행렬이고, 상기 제 2 가중 행렬W 2 에서의 가중의 차이에도 불구하고, 상기 제 1 가중 행렬W 1 이 상기 레인지 파라미터와 상기 레인지 차이 파라미터 보다 상기 레인지-레이트 파라미터와 상기 레인지-레이트 차이 파라미터에 더 큰 가중치를 인가하도록 하는 경우에,와의 차가 제 3 소정 임계 거리 이하로 떨어질 때까지 상기 제 1 가중 행렬W 1 을 사용하고와의 차가 제 3 소정 임계거리 이하로 떨어진 후에는 상기 제 2 가중 행렬W 2 을 사용하도록 하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 사용자 터미널, 기지의 위치와 기지의 속도를 갖는 적어도 두 개의 위성, 상기 위성을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하기 위한 게이트웨이 및 상기 위성과 관계된 사용자 터미널의 위치를 기술하는 파라미터들을 결정하는 수단을 구비하는 위치 결정 시스템에서의 사용을 위한
    컴퓨터 판독가능 기록 매체가
    상기 매체에서 구현되어 애플리케이션 프로그램이 컴퓨터 시스템 상에서 실행되도록하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단을 포함하고,
    상기 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단은
    M 이 결정된 파라미터들의 수인 경우에, 상기 컴퓨터 시스템이 M ×1 파라미터 벡터z를 생성하도록 하는 컴퓨터 판독가능 제 1 프로그램 코드 수단;
    상기 컴퓨터 시스템이 초기 기준 위치를 나타내는 위치 벡터x를 생성하도록 하는 컴퓨터 판독가능 제 2 프로그램 코드 수단;
    x와H의 관계가 하기의 관계로 주어지는 경우에, 상기 컴퓨터 시스템이 상기 위성의 위치와 지구의 형태를 표현하는 지구 모델과 관련된 정보를 포함하는 편미분 행렬H를 생성하도록 하는 컴퓨터 판독가능 제 3 프로그램 코드 수단;
    상기 컴퓨터 시스템이 특정 파라미터들의 영향을 강조하기 위하여 M×M 가중 행렬W를 생성하도록 하는 컴퓨터 판독가능 제 4 프로그램 코드 수단; 및
    와은 현재 및 다음 위치 추정치를 각각 나타내고, i 는 반복수를 나타내고,와사이의 차가 제 1 소정 임계치 이하로 떨어질 때 까지 하기의 반복을 수행하도록 하는 컴퓨터 판독가능 제 5 프로그램 코드 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단은
    상기 컴퓨터 시스템이와사이의 차가 제 2 소정 임계치 이하로 떨어질 때 까지는 지구의 평활 모델을 사용하도록 하고, 그 후에는 상세한 디지털 지형 모델을 사용하도록 하는 컴퓨터 판독가능 제 6 프로그램 코드 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 가중 행렬W는 측정 오차 공분산 행렬의 역행렬인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단은
    상기 컴퓨터 시스템이, 제 1 의 n 번 반복에서는 제 1 가중 행렬W 1을 사용하게 하고, 그 후에는 제 2 가중 행렬W 2를 사용하게 하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단을 더 구비하고,
    n 은 소정의 수이고, 상기 제 2 가중 행렬W 2는 측정 오차 공분산 행렬의 역행렬이며, 상기 제 2 웨이트 행렬W 2의 가중치의 차이에도 불구하고, 상기 제 1 가중 행렬W 1은 상기 레인지-레이트 파라미터 및 상기 레인지-레이트 차이 파라미터에, 상기 레인지 파라미터 및 상기 레인지 차이 파라미터보다 더 큰 가중치를 주는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단은
    n 이 소정의 수인 경우, 상기 컴퓨터 시스템이 제 1 의 n 번 반복에서는 지구의 평활 모델을 사용하게 하고, 그 후에는 지구의 상세한 디지털 지형 모델을 사용하게 하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독가능한 프로그램 코드 수단은
    상기 컴퓨터 시스템이,와사이의 차이가 제 3 의 소정의 임계치 이하로 떨어질 때까지는 제 1 웨이트 행렬W 1을 사용하게 하고,와사이의 차이가 상기 제 3 의 소정의 임계치 거리 이하로 떨어진 후에는 제 2 웨이트 행렬W 2 을 사용하게 하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단을 더 구비하고,
    상기 제 2 가중 행렬W 2 는 측정 오차 공분산 행렬의 역행렬이고, 상기 제 2 가중 행렬W 2에서의 가중치 차이에도 불구하고, 상기 제 1 가중 행렬W 1은 상기 레인지-레이트 파라미터 및 상기 레인지-레이트 차이 파라미터에, 상기 레인지 파라미터 및 상기 레인지 차이 파라미터보다 더 큰 가중치를 주는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  26. 사용자 터미널, 기지의 위치 및 기지의 속도를 갖는 2 개 이상의 위성, 상기 위성을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하는 게이트 웨이를 포함하는 통신시스템에서, 상기 사용자 터미널의 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
    (a) 레인지 파라미터를 결정하는 단계;
    (b) 레인지 차이 파라미터를 결정하는 단계;
    (c) 레인지-레이트 파라미터와 레인지-레이트 차이 파라미터 중 적어도 하나를 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 기지의 위성 위치, 상기 기지의 위성 속도, 상기 레인지 파라미터, 상기 레인지-레이트 파라미터 및 상기 레인지 차이 파라미터와 상기 레인지-레이트 차이 파라미터중 적어도 어느 하나에 기초하여, 지구의 표면상의 상기 사용자 터미널의 위치를 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 사용자 터미널의 위치 결정 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지 파라미터는 상기 위성들 중 하나와 상기 사용자 터미널 사이의 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지 파라미터는 라운드-트립 지연을 나타내고
    상기 단계 (a) 는
    (i) 상기 위성들 중 하나를 통하여 상기 게이트 웨이에서 상기 사용자 터미널로 전송되고, 상기 위성들 중 하나를 통하여 상기 사용자 터미널에서 상기 게이트 웨이로 재전송되는 신호의 라운드-트립 지연을, 상기 게이트 웨이에서 측정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지 차이 파라미터는 (1) 상기 위성들 중의 제 1 위성과 상기 사용자 터미널 사이의 거리와 (2) 상기 위성들 중의 제 2 위성과 상기 사용자 터미널 사이의 거리 사이의 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지 차이 파라미터는 지연차를 나타내고,
    상기 단계 (b) 는
    (i) 상기 위성들 중의 제 1 위성을 통하여 상기 게이트 웨이로부터 수신한 제 1 신호와 상기 위성들 중의 제 2 위성을 통하여 상기 게이트 웨이로부터 수신한 제 2 신호 사이의 지연차를, 상기 사용자 터미널에서 측정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 신호 중 적어도 하나는 시간에서 사전에 정정되어, (a)상기 게이트 웨이와 상기 제 1 위성 사이의 거리와 (b) 상기 게이트 웨이와 상기 제 2 위성 사이의 거리 사이의 차이와 관련된 지연을 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 게이트 웨이는 상기 지연차를 조정하여, (a) 상기 게이트 웨이와 상기 제 1 위성 사이의 거리와 (b) 상기 게이트 웨이와 상기 제 2 위성 사이의 거리 사이의 차이와 관련된 지연을 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 파라미터는 상기 위성들 중의 하나와 상기 사용자 터미널 사이의 상대 방사상 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 파라미터가 결정되고 나면,
    상기 단계 (c) 는
    (ⅰ) 상기 사용자 터미널에서, 상기 위성들 중 하나를 통하여 상기 게이트웨이로부터 수신된 제 1 신호의 주파수를 측정하는 단계;
    (ⅱ) 상기 제 1 신호의 상기 주파수 측정치를 상기 게이트 웨이로 전송하는 단계;
    (ⅲ) 상기 제 2 신호를 상기 위성들중 하나를 통하여 상기 사용자 터미널로부터 상기 게이트웨이로 전송하는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 게이트웨이에서, 상기 위성들 중 하나를 통하여 상기 사용자 터미널로부터 수신된 제 2 신호의 주파수를 측정하는 단계를 더 구비하고,
    상기 레인지-레이트 파라미터는 상기 제 1 및 제 2 신호의 주파수 측정치를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 차이 파라미터는 (1) 상기 위성들 중의 제 1 위성과 상기 사용자 터미널사이의 상대 방사상 속도와 (2) 상기 위성들 중의 제 2 위성과 상기 사용자 터미널사이의 상대 방사상 속도 사이의 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 26 항에 있어서,
    상기 레인지-레이트 차이 파라미터가 결정되고 나면,
    상기 단계 (c) 는
    (ⅰ) 상기 위성들 중 제 1 위성을 통하여 상기 게이트 웨이로부터 상기 사용자 터미널로 제 1 신호를 전송하고, 상기 위성들 중 제 2 위성을 통하여 상기 게이트웨이로부터 상기 사용자 터미널로 제 2 신호를 전송하는 단계; 및
    (ⅱ) 사용자 터미널에서, 상기 제 1 신호의 주파수와 상기 제 2 신호의 주파수 사이의 차이를 측정하는 단계를 더 구비하고,
    상기 레인지-레이트 차이 파라미터는 주파수 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 신호 중의 적어도 하나가 사전에 정정되어, (a) 상기 게이트웨이와 상기 제 1 위성 사이의 상대 방사상 속도와 (2) 상기 게이트웨이와 상기 제 2 위성 사이의 상대 방사상 속도 사이의 차이에 의해 발생한 도플러 시프트를 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 게이트 웨이가 상기 주파수 차이를 조정하여, (1) 상기 게이트웨이와 상기 제 1 위성 사이의 상대 방사상 속도와 (2) 상기 게이트웨이와 상기 제 위성 사이의 상대 방사상 속도 사이의 차이에 의해 발생된 도플러 시프트를 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 기지의 위치와 기지의 속도를 갖는 2개 이상의 위성들 및 상기 위성들을 통하여 사용자 터미널과 통신하기 위한 게이트 웨이를 포함하는 통신 시스템 내의 사용자 터미널에 있어서,
    상기 위성들중 하나를 통하여 상기 게이트 웨이로부터 수신된 제 1 신호를 재전송하는 수단;
    레인지 차이 파라미터 결정 수단; 및
    상기 위성들중 다른 하나를 통하여 상기 게이트 웨이에 의해 전송된 제 2 신호의 주파수를 측정하고, 상기 주파수 측정치를 상기 게이트 웨이로 전송하고, 상기 위성들중 상기 다른 하나를 통하여 상기 게이트웨이로 제 3 신호를 전송하기 위한 수단을 구비하고,
    지표상의 상기 사용자 터미널의 위치는 상기 재전송된 제 1 신호, 상기 레인지 차이 파라미터, 기지의 위성 위치 및 기지의 위성 속도, 및 상기 레인지-레이트 차이 파라미터, 상기 주파수 측정치 및 상기 제 3 신호중 적어도 어느 하나에 기초하여 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 사용자 터미널.
  40. 위성 통신 시스템용 위치 결정 시스템에 있어서,
    사용자 터미널;
    기지의 위치 및 기지의 속도를 갖는 적어도 2개의 위성;
    상기 위성을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하기 위한 게이트 웨이;
    레인지 파라미터를 결정하는 레인지 파라미터 결정 수단;
    레인지 차이 파라미터를 결정하는 레인지 차이 파라미터 결정 수단;
    레이지-레이트 파라미터를 결정하는 레이지-레이트 파라미터 결정 수단;
    레이지-레이트 차이 파라미터를 결정하는 레인지-레이트 차이 파라미터 결정 수단; 및
    상기 레인지 파라미터, 상기 레인지-레이트 파라미터, 상기 레인지 차이 파라미터, 상기 레인지-레이트 차이 파라미터, 및 상기 기지의 위성 위치와 기지의 위성 속도에 기초하여 지표상의 상기 사용자 터미널의 위치를 결정하는 상기 게이트 웨이내의 위치결정 수단을 구비하는 것을 특징으로 위치 결정 시스템.
  41. 위성 통신 시스템용 위치 결정 시스템에 있어서,
    사용자 터미널;
    기지의 위치 및 기지의 속도를 갖는 적어도 2개의 위성;
    상기 위성을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하는 게이트 웨이;
    레인지 파라미터를 결정하는 레인지 파라미터 결정 수단;
    레인지 차이 파라미터를 결정하는 레인지 차이 파라미터 결정 수단;
    레이지-레이트 차이 파라미터를 결정하는 레인지-레이트 차이 파라미터 결정 수단;
    상기 레인지 파라미터, 상기 레인지 차이 파라미터, 상기 레인지-레이트 차이 파라미터 및 상기 기지의 위성 위치와 기지의 위성 속도들에 기초하여 지표상의 상기 사용자 터미널의 위치를 결정하는 상기 게이트 웨이 내의 위치결정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  42. 위성 통신 시스템용 위치 결정 시스템에 있어서,
    사용자 터미널;
    기지의 위치 및 기지의 속도를 갖는 적어도 2개의 위성;
    상기 위성을 통하여 상기 사용자 터미널과 통신하기 위한 게이트 웨이;
    레인지 파라미터를 결정하는 레인지 파라미터 결정 수단;
    레인지 차이 파라미터를 결정하는 레인지 차이 파라미터 결정 수단;
    레이지-레이트 파라미터를 결정하는 레인지-레이트 파라미터 결정 수단;
    상기 레인지 파라미터, 상기 레인지-레이트 파라미터, 상기 레인지 차이 파라미터 및 상기 기지의 위성 위치와 기지의 위성 속도에 기초하여 지표상의 상기 사용자 터미널의 위치를 결정하는 상기 게이트 웨이내의 위치결정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
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