KR100803633B1

KR100803633B1 - Ｇｐｓ 장치

Info

Publication number: KR100803633B1
Application number: KR1020067014426A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 안쏘니 라파엘; 타이 도싸지
Original assignee: 노키아 코포레이션
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2008-02-19
Also published as: US7486231B2; EP1695106A1; WO2005062065A1; GB2409362B; KR20060107848A; CN1914516A; CN1914516B; US20070273502A1; GB0329497D0; GB2409362A

Abstract

GPS 장치는, 적어도 하나의 제1신호를 수신하도록 구성되고 제1신호에 의존하여 제1타이밍정보를 출력하도록 구성된 제1회로; 적어도 하나의 제2신호를 수신하도록 구성되고 제2신호에 의존하여 제2타이밍정보를 출력하도록 구성된 제2회로; 및 장치의 타이밍정보를 결정하도록 구성된 제3회로를 포함한다. 제3회로는 제1 및 제2 타이밍정보 중의 적어도 하나를 수신하도록 구성되며 수신된 제1 및 제2 신호들 중의 적어도 하나에 의존하여 제3타이밍정보를 생성하도록 추가로 구성된다. 제3회로는 제1 및 제3 타이밍정보에 의존하여 위치추정값을 생성하도록 추가로 구성된다. 제3타이밍정보는 초기에는 제1타이밍정보에 동기화되고 제2타이밍정보를 이용하여 적어도 하나의 제1신호에 실질적으로 동기화된 채로 유지된다.

Description

ＧＰＳ 장치{A GPS device}

본 발명은 타이밍 동기화 방법에 관한 것으로, 셀룰러 무선 시스템에서 위치신호들을 동기화하기 위해 통신 시스템에서 전적으로 사용되는 것은 아닌 타이밍 동기화 방법에 관한 것이다.

무선 셀룰러 통신 네트워크들과 그것들의 동작은 일반적으로 잘 알려져 있다. 그러한 시스템에서 네트워크에 의하여 덮인 영역은 셀들로 나누어진다. 각각의 셀에는 기지국이 제공되고, 이 기지국은 기지국에 관련된 셀 내의 복수의 이동국들 또는 다른 사용자 장비와 통신하도록 구성된다.

이 알려진 시스템들에서, 기지국에 관련하여 이동국의 위치를 알아내는 것이 가능하고, 그러므로 기지국의 동작상 전송범위 내에서 이동국의 위치를 알아내는 것이 가능하다.

알려진 바와 같이 부가적인 위치 정보는 이동국과 알려진 기지국 또는 전송기 사이에서 신호의 송신 및 수신 사이의 시간을 측정함으로써 결정될 수 있다. 기지국들로부터 송신된 신호들을 이용하는 그러한 도착 시간(time of arrival; TOA) 방법들을 사용하여 수십 미터 이내의 이동국의 위치를 알아내는 것이 가능하다.

기지국을 사용하여 타이밍 신호들을 송신하는 것과 이 신호들을 이용하여 위 치 추정값을 결정하는 것은 몇몇 잠재적인 에러들 및 문제들을 담고 있는 추정값을 생성한다. 주된 문제들 중의 하나는 기지국에서 이동국으로의 전송들이 취할 수 있는 많은 다른 경로들이 있다는 것이다. 그 경로는 직접적일 수 있고, 그것은 기지국과 이동국들 사이의 거리의 정확한 추정을 제공하거나 또는 그 경로는 빌딩, 큰 차량들 및 언덕들과 같은 인공 또는 자연현상에 의해 회절되거나 반사될 수 있다. 이 간접 경로들은 기지국과 이동국 사이의 진정한 거리를 반영하지 않고 그러므로 장소 추정오차들을 생성한다. 이 회절 및 반사된 신호경로들은 건물이 빽빽한 및 도시인 환경들에서 더 빈번하게 발생하고, 그래서 기지국들의 증가된 밀도들 때문에 더 정확한 기지국 위치 추정이 되지 못하게 한다.

위치 추정에서의 개별적인 발전은 지구 궤도를 선회하는 위성들로부터 수신된 신호들의 송신시간을 측정함으로써 GPS수신기가 자신의 위치를 수 미터의 범위 내에서 정확히 알아낼 수 있게 하는 전역 위치확인 위성(global positioning satellite; GPS) 시스템을 개발하였다. 기본적으로 GPS시스템은 송신기(궤도 위성들)와 수신기 둘 다에 의지하여 송신된 시퀀스의 사전 지식을 가지며, 그것들의 클록들이 실질적으로 동기되게 하고 수신기가 다수의 다른 위성송신들을 측정하게 한다. 수신기는 다른 위성송신들 사이의 시간차를 계산하고, 빛의 속도를 곱하는 것은 위성들의 위치에 관련하여 자신의 위치를 계산할 수 있게 한다. 부가적으로 수신기는 임의의 주어진 시간에 위성들의 궤도들 (및 그래서 위치)을 포함하여 추가의 정보를 가지고 있어야 한다(이것은 필요하다면 위성송신들을 위해 복호화될 수 있다). 이 정보, 시간차 측정치들 및 이 측정치들이 적용될 수 있는 절대시간의 공 급으로, 수신기의 위치는 계산될 수 있다.

이 기술분야에서 알려져 있는 바와 같이, GPS 궤도위성들은 'GPS 시스템 시간에' 정확히 동기되어 각각은 정확하고 매우 안정적인 원자시계를 가지게 된다. 더군다나 위성들의 별자리(constellation)는 지상국들을 제어하는 것으로부터 모니터되고 검출된 어떠한 타이밍 에러들도 효과적으로 정정된다.

공급 비용 때문에 원자시계와 같은 정확하고 안정한 클록 발진기를 가지는 각각의 GPS수신기는 엄청나게 비싸다. 다행히, 이 요건은 값이 싼 발진기들의 사용을 허락하면서 완화될 수 있다. 이것은 모든 위성들을 위한 전송시간 측정값들에 동등하게 영향을 주는 공통 시간 에러라는 대가를 치룬다. 공통 타이밍 에러는 수신기 클록 바이어스로서 알려져 있고 삼차원 위치좌표들과 더불어 제4의 미지수가 된다. 이 제4의 미지수는 수신기가 그러므로 위치와 정확한 GPS 시스템 시간 둘 다를 결정하게 하기 위해 최저 4개의 위성비행체(satellite vehicles; SV들)의 측정들을 하여야 함을 의미한다.

위치 추정에서의 추가의 발전은 지원형(assisted) GPS(A-GPS)를 개발하였다. 여기서의 아이디어는, 위성들의 위치와 같은 정보, 대략적인 수신기 위치, 및 꽤 정확한 GPS 시스템 시간이, 위치 확정을 하기 위해 취해지는 시간을 빠르게 하기 위해 그리고 더군다나 이 기술분야에서 알려진 바와 같이 가시적인 위성 송신들의 시간차를 측정할 그리고 적어도 위치 확정(fix)을 성공적으로 얻을 가능성을 증가시키기 위해, 수신기에 전해진다는 것이다. A-GPS의 예는 셀룰러 네트워크 측의 엔티티가 지원데이터를 이따금 이동국에 제공할 수 있는 어떤 셀룰러 시스템에서 발 견될 수 있다.

비록 지원 데이터 세트에서의 정확한 GPS 시스템 시간의 제공이 매우 바람직할지라도, A-GPS을 지원하는 많은 셀룰러 네트워크들에서, 이 특정 정보는 그것이 함축하는 부가적인 네트워크 기반구조(infrastructure) 때문에 이용가능하지 않게 되기 쉽다. 그러면 이 시나리오에서, 이동국의 GPS수신기에는 위성 데이터 송신으로부터 GPS 시스템 시간을 복호화하는 것이 필요할 것이다. 불행하게도 이 활동은 더 높은 신호강도(특히 약한 신호영역들에서 확정을 얻을 기회를 줄임)를 요구하고 완성을 위해 다수의 초(second)를 소요할지도 모른다. 이것은 위치확정값을 계산하는 전체 시간에 영향을 줄 뿐만 아니라 수신기가 더 오랫동안 활동적이고 그래서 더 많은 전력이 소비됨을 의미한다. 소비전력은 모바일 기기에서 중요한 고려사항이다.

GPS 시스템 시간에 대한 복호화 및 동기화를 위해 취해진 경과 시간이 상당수의 초시간이 될 수 있(고 약한 신호영역들에서 가능하지 않을 수도 있)으므로, 일단 동기화가 성취된다면, 수신기는, GPS시간이 확정되지 못하고 수신기의 RF회로가 비활동적일 때에서조차도, 그 GPS시간을 유지할 수 있는 것이 매우 바람직하다. 이것은 국소 클록 발진기 및 관련된 카운터회로에 의해 통상 행해진다. 발진기의 정밀도는 얼마나 오래 국소 클록이 유용하기 위하여 '실제 GPS 시스템 시간'에 충분히 동기화된 채로 남아있을지를 결정할 것이다.

위에서 언급된 바와 같이, 셀룰러 이동국들에는 이동국의 위치추정능력을 향상시키기 위하여 GPS수신모듈들이 갖추어질 수 있다.

이동국들의 비용에 민감한 성질은 값비싼 클록발진기들의 포함을 방해하는 경향이 있고, 사용되는 발진기들의 유형은 임의의 길이의 시간에 대해 GPS 시스템 시간에 대한 동기화를 유지하는 역할을 혼자서 수행하기에는 너무 부정확하다. 몇몇 피피엠 정도의 증분 에러들로, 충분히 정확한 동기화는 비교적 단시간에 잃어버릴 것이다.

이동국은 물론 GPS수신기를 켜는 것에 의해 GPS시간을 다시 얻을 수 있지만, 수 분마다 이런 행위를 수행하는 것은 배터리가 상당히 방출되게 할 것이고 정확한 GPS 시스템 시간을 국소적으로 유지하는 이익을 어느 정도 무효로 되게 할 것이다.

미국 특허 제5,945,944호는 결합된 GPS수신기 및 이동국 송수신기를 기재하는데, 거기서 GPS 타이밍 정보는 기지국으로부터 수신된 신호들에 의해 결정되고 그것은 그 후 별도의 기본단위에 의해 처리되도록 통신링크를 통하여 송신된다. 이동국의 위치추정은 이동국에서 즉시 이용가능하지 않다.

미국 특허 제6,346,911호는 GPS 데이터를 포획하고 미리 결정된 코드 시퀀스를 포획된 GPS데이터 내에서 찾는 것에 의한 GPS시간과 포획된 데이터 시작과 찾아낸 미리 결정된 코드의 시작 사이의 시간차를 결정하는 방법을 기재한다.

미국 특허 제6,150,980호는 GPS수신기를 위해 시간을 결정하는 방법을 기재한다. 통신시스템으로부터 유래된 타이밍 신호들은 GPS수신기에 의해 수신되고 정확한 시간 정보를 제공하기 위해 해독된다.

본 발명의 실시예들의 목적은 앞서 논의된 문제들의 많은 것들 중의 하나를 다루거나 부분적으로 완화하는 것이다.

본 발명의 제1양태에 따른 GPS장치가 제공되며, 이 장치는, 적어도 하나의 제1신호를 수신하도록 구성되고 상기 제1신호에 의존하여 제1타이밍정보를 출력하도록 구성된 제1회로; 적어도 하나의 제2신호를 수신하도록 구성되고 상기 제2신호에 의존하여 제2타이밍정보를 출력하도록 구성된 제2회로; 및 상기 장치의 타이밍정보를 결정하도록 구성된 제3회로로서 상기 제3회로는 상기 제1 및 제2 타이밍정보 중의 적어도 하나를 수신하도록 구성되며 상기 수신된 제1 및 제2 신호들 중의 적어도 하나에 의존하여 제3타이밍정보를 생성하도록 추가로 구성된 제3회로를 포함하며, 상기 제3회로는 상기 제1 및 제3 타이밍정보에 의존하여 위치추정값을 생성하도록 추가로 구성되며; 그리고 상기 제3타이밍정보는 초기에는 상기 제1타이밍정보에 동기화되고 상기 제2타이밍정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 제1신호에 실질적으로 동기화된 채로 유지된다.

제1신호는 전역 위치확인위성 시스템(Global Positioning Satellite system) 신호를 포함하여도 좋다.

제2신호는 셀룰러 네트워크 제어 또는 통신 신호를 포함하여도 좋다.

제1타이밍정보는 복조된(demodulated) 전역 위치확인위성 시스템 시간; 적어도 하나의 전역 위치확인위성 시스템 의사범위; 복조된 전역 위치확인위성 시스템 타이밍 데이터워드 중의 적어도 하나를 포함하여도 좋다.

제2타이밍정보는 셀룰러 네트워크 기지국 심벌 타이밍; 셀룰러 네트워크 기지국 프레임 타이밍 중의 적어도 하나를 포함하여도 좋다.

제1회로는 전역 위치확인위성 수신기를 포함하여도 좋다.

제2회로는 셀룰러 네트워크 수신기를 포함하여도 좋다.

제3회로는 GPS복조기; 타이밍추정기; 위치추정기; 및 클록 레지스터를 포함하여도 좋다.

제1회로는 GPS복조기; 및 타이밍추정기를 더 포함하여도 좋다.

제3회로는 위치추정기 및 클록 레지스터를 더 포함하여도 좋다.

제3회로는 셀룰러 기준클록을 포함할 수도 있고 상기 제3타이밍정보는 상기 셀룰러 기준클록을 이용하여 상기 적어도 하나의 제1신호에 실질적으로 동기화된 채로 추가로 유지될 수 있다.

제2 및 제3 회로들은 단일 회로에 구현될 수 있다.

이 장치는 상기 제3타이밍정보를 문턱 이벤트(threshold event)에 의존하여 상기 적어도 하나의 제1신호에 실질적으로 동기화하도록 구성된 문턱회로를 더 포함하여도 좋다.

문턱회로는 상기 제1타이밍정보를 이용하여 상기 제3타이밍정보를 실질적으로 동기화하도록 구성될 수 있다.

문턱 이벤트는, 기간; 상기 기기의 건물 밖으로의 이동; 상기 기기의 비교적 정적 성질의 기간을 따르는 움직임, 결정된 수의 기지국 핸드오버들, 수신된 제1신호강도문턱; 다수의 수신된 제1신호들 중의 적어도 하나를 포함하여도 좋다.

집적회로는 GPS장치를 포함하여도 좋다.

클록 레지스터는 임의접근메모리를 포함하여도 좋다.

본 발명의 제2실시예에 의하면 GPS를 이용하여 장치의 위치를 결정하기 위한 방법으로서, 적어도 하나의 제1신호를 수신하는 단계; 상기 적어도 하나의 제1신호에 의존하여 제1타이밍정보를 생성하는 단계; 적어도 하나의 제2신호를 수신하는 단계; 상기 적어도 하나의 제2신호에 의존하여 제2타이밍정보를 생성하는 단계; 상기 제1 및 제2 타이밍정보 중의 상기 적어도 하나에 의존하여 제3타이밍정보를 생성하는 단계; 초기에는 상기 제3타이밍정보를 상기 제1신호에 동기화하고 상기 제2타이밍정보를 이용하여 상기 제1신호에 대한 동기화를 유지하는 단계; 및 상기 제1타이밍정보 및 상기 제3타이밍정보에 의존하여 상기 장치의 위치를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 결정단계는 상기 제3타이밍정보 및 상기 제1타이밍정보 사이의 차이를 계산하여 위치추정값을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

적어도 하나의 제1신호를 수신하는 단계는 적어도 4개의 GPS신호들을 수신하는 단계를 포함하여도 좋다.

적어도 하나의 제1타이밍정보를 생성하는 단계는, 상기 적어도 4개의 수신된 GPS신호들을 처리하여 적어도 4개의 GPS 타이밍 신호들을 결정하는 단계; 상기 적어도 4개의 GPS 타이밍 신호들을 처리하여 진정한 GPS 타이밍 신호를 생성하는 단계를 더 포함하여도 좋다.

적어도 하나의 제2신호를 수신하는 단계는, 적어도 하나의 통신 또는 제어 신호를 무선 셀룰러 통신 시스템 기지국으로부터 수신하는 단계를 포함하여도 좋다.

상기 제3타이밍정보를 생성하는 단계는, 상기 제3타이밍정보를 상기 적어도 하나의 제1신호에 실질적으로 동기화하도록 구성된 문턱회로를 문턱 이벤트에 의존하여 격발(trigger)하는 추가의 단계를 포함하여도 좋다.

상기 문턱회로를 격발하는 추가의 단계는, 상기 제1타이밍정보를 이용하여 상기 제3타이밍정보를 실질적으로 동기화하도록 구성될 수 있다.

상기 문턱회로를 격발하는 단계는, 문턱 이벤트의 검출을 더 포함할 수 있고, 어쩌면 기간; 상기 기기의 건물 밖으로의 이동; 상기 기기의 비교적 정적 성질의 기간을 따르는 움직임, 결정된 수의 기지국 핸드오버들, 수신된 제1신호강도 문턱; 다수의 수신된 제1신호들 중의 적어도 하나를 포함하여도 좋다.

본 발명의 더 나은 이해와 그것이 어떻게 실행에 옮겨질 수 있는지를 위해, 다음의 첨부 도면들에 대해서만 예로써 참조가 이루어질 것이다:

도 1은 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 셀룰러 네트워크의 전형적인 셀 레이아웃의 개략도를 보이며;

도 2는 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 전역 위치확인 위성(GPS) 시스템의 개략도를 보이며;

도 3은 GPS 송신 비트 타이밍들 및 관련된 골드코드(gold code) 시퀀스 타이밍들의 개략도를 보이며;

도 4는 도 2에 보인 것과 같은 GPS 시스템을 도시하는 일련의 GPS 위치추정아크들 및 에러아크들을 보이며;

도 5는 도 1에 보인 것과 같은 셀룰러 네트워크 내에서 동작하는 이동국 무 선통신 송수신기에 통합된 본 발명의 제1실시예의 개략도를 보이며;

도 6은 도 1에 보인 것과 같은 셀룰러 네트워크 내에서 동작하는 이동국 무선통신 송수신기에 통합된 본 발명의 제2실시예의 개략도를 보이며; 그리고

도 7은 도 5 및 6에 보인 것과 같은 여진 본 발명의 실시예들에서 사용된 방법의 흐름도를 보인다.

도 1을 참조하면, 이 도면은 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 셀룰러 전기통신 네트워크(51)의 부분을 보인다. 네트워크에 의해 커버되는 영역은 복수의 셀(1, 9)로 나누어진다. 도 1은 6개 부분 셀(9)에 의해 둘러싸인 중앙 셀(1)을 보인다. 이 셀들 가장자리의 추가 셀들은 명료함을 위해 보이지 않았다. 각 셀은 기지국이라고도 알려진 송수신기지국(3)과 관련되어 있다. 송수신기지국(3)은 송수신기지국(3)과 관련되는 모바일기기들 또는 다른 사용자 장비(5)와 통신하도록 구성된다. 모바일기기들의 예들로는 이동전화기들, 송수신 능력을 가지는 개인휴대정보단말(PDA), 및 송수신 능력을 가지는 랩톱(laptop)들이 있다. 이 모바일기기들(5)은 이동국으로도 알려져 있다.

셀들은 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 겹쳐질 수 있다. 일부 시스템들에서, 이 셀들은 도시된 것과는 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서 기지국(3)은 그것들의 관련된 셀 바깥의 모바일기기들(5)과 통신할 수 있다. 다른 실시예들에서 모바일기기들(5)은 모바일기기들(5)과 직접 그리고 기지국(3)에 의지하는 일 없이 통신할 수 있다. 발명의 다른 실시예들에서 기지국(3)은 다른 기지국(3)과 직접 통신할 수 있다.

셀 내에서의 이동국(5)과 기지국(3) 사이의 통신은 기지국(3)에 의해 송신된 심벌들 및 프레임들 양쪽 다에 동기된다. 이 기술분야에서 알려진 바와 같이 기지국(3)은 자신의 타이밍을 백만분의 1의 몇 분의 1 내로 정확하고 안정한 시계로부터 도출한다. 이동국(5)은 기지국 신호들을 수신하고 기지국 신호들을 이용하여 자신 소유의 내부 클록을 기지국의 내부클록과 동기화시킨다.

이 기술분야에서 알려진 바와 같이, 미국에서 사용되는 부호분할 다중접속(CDMA) 네트워크 표준들은 GPS 타이밍 시퀀스와 동기되며, 이동통신 세계화 시스템(GSM)과 광대역 부호분할 다중접속과 같은 다른 통신표준들은 GPS시간에 동기된 기지국 타이밍을 제공하지 않고, 그러므로 GPS시간에 대해 비동기인 것이라 여겨진다. 더군다나 기지국들과 그것들의 타이밍은 서로 비동기이라고 생각될 수 있다.

도 2는 전형적인 GPS시스템의 개략도를 보인다. GPS수신기 또는 이동국(5)은 궤도위성들(101)로부터 신호들(103)을 수신하기 위하여 안테나를 사용한다. 도 2에서 이동국(5)은 4개의 별자리(constellation)의 궤도위성들(101(a), 101(b), 101(c), 101(d))을 "볼(see)" 수 있다. 위성들의 각각은 신호들(103(a), 103(b), 103(c), 103(d))을 송신한다.

이 신호들은 서브프레임들로 구성된다. 각각의 서브프레임은 50비트/초의 데이터 시퀀스를 포함한다. 이 50비트/초 데이터 시퀀스는 알려진 프리앰블, 주시(Time of Week; ToW), 및 서브프레임ID를 포함한다. 프리앰블은 모든 서브프레임의 시작에서 미리 결정된 8비트 식별자, 그리고 모든 서브프레임의 끝의 2비트(00) 시퀀스이고, 그것은 위성들의 모두에 대해 동일하다. 주시(ToW) 신호는 현재 서브프레임의 시작시간을 정확히 정의하는 17비트 시퀀스이다.

이 신호가 매 저전력 레벨들에서 수신되고 여전히 배경노이즈로부터 추출될 수 있기 위하여 데이터 시퀀스는 알려진 의사랜덤(pseudorandom) 타이밍 시퀀스를 이용하여 변조된다. 골드코드라고도 알려진 이 의사랜덤 시퀀스는 1.023MHz로 송신된다. 달리 말하면 코드 시퀀스는 데이터비트당 20회 반복된다. 이 높은 주파수 신호가 데이터 비트 스트림과 가간섭성이므로, 비트 에지의 상태를 식별/검출할 수 있다면, 정확한 타이밍 추정값을 생성할 수 있고, 그래서 위치 추정이 가능하고, 부가하여 검출된 에지가 데이터 비트 시퀀스 내의 어떤 비트에 속하는지를 정확히 알 수 있다. 이것은 수신기가 +/- 1/2 비트기간, 즉 +/- 100㎳ 내에 바람직하게는 (최대성능 및 가장 빠른 확정 시간을 위해) +/- 1/2 골드코드 시퀀스 즉 +/- 500㎲ 내에 진정한 GPS시간을 "아는(know)" 것을 요구한다.

비트 에지의 검출은 송신된 데이터 스트림을 복호화하는데 요구된 신호레벨보다 낮은 수신신호레벨을 요구하고, 단지 골드코드 시퀀스에 대한 동기화가 발견되는 것을 요구한다. 이것은 수신된 신호와 골드코드 시퀀스와의 상관(correlation)의 결과를 검사하는 것에 의해 실행될 수 있다. 2개의 연속된 비트들이 다른 값들을 가지는 경우, 즉 제1비트가 '1'의 값을 가지고 제2비트가 '0'의 값을 가지거나 그 반대인 경우 상관의 결과는 비트 에지를 통과할 때 값을 갑자기 바꿀 것이다. 비트 에지와 골드 코드 시퀀스 에지가 이 지점에서 가간섭성이므로 비트 에지의 결정은 골드코드 시퀀스의 결정을 허용한다.

이 에지들의 타이밍은 도 3을 참조하여 알 수 있다. 도 3은 GPS 비트들(201)의 시컨스를 보이며, 보여진 비트들은 3개의 연속된 비트들 x-1(203), x(205), x+1(207)과 추가의 비트 y(208)이다. 알려진 기술에 따른 각각의 비트는 20㎳의 길이이다. 최소 요구된 시간 정확성 윈도우(215)는 x-1번째(203)및 x번째(205) 비트들에 걸쳐져 있게 보이고, x-1번째 비트의 중앙부터 x번째 비트의 에지까지의 1/2 비트기간(211)과, x번째 비트의 시작부터 x번째 비트의 중앙까지의 1/2 비트기간으로부터 형성된다.

도 3은 GPS신호와 나란히 골드코드의 간이화된 도면을 추가로 보인다. 간이화를 위해 x-1번째 및 x번째 비트를 위한 골드코드 시퀀스들의 타이밍들만이 보이고 있다. 첫 번째, 끝에서 두 번째 및 마지막 골드코드 시퀀스들을 위한 x-1번째 비트 골드코드 타이밍들이 보이고 있고, 이것들은 G/C-1(217), G/C-19(219), 및 G/C-20(221)이다. 첫 번째, 두 번째 및 마지막 골드코드 시퀀스들을 위한 x번째 비트 골드코드 타이밍들이 보이고 있고, 이것들은 G/C-1(223), G/C-2(225), G/C-20(227)이다. x번째 비트의 첫 번째 골드코드 시퀀스는 x-1번째 비트의 마지막 골드코드 시퀀스를 바로 뒤따른다. 최적 시간 정확성 윈도우(233)는 x-1번째 비트 G/C-20 시퀀스의 중앙부터 x-1번째 비트 G/C-20 시퀀스까지의 1/2 골드코드 시퀀스 기간(229)과, x번째 비트 G/C-1 시퀀스의 시작부터 x번째 비트 G/C-1 시퀀스의 중앙까지의 1/2 골드코드 시퀀스 기간(231)으로부터 형성된다.

검출된 에지가 데이터 비트 시퀀스 내의 어떤 비트에 속하는 지에 대한 정확한 지식은 GPS시스템의 지식을 이용하여 결정될 수 있다. 이 기술분야에서 알려져 있는 바와 같이 GPS위성들이 현재 위치하는 곳의 어느 특정한 시간과 그러므로 +/- 10㎳ 한계 내의 수신된 비트의 근사 시간지연을 결정하기 위하여 GPS 역(almanac)을 사용하는 것이 가능하다. 그렇게 대강의 GPS 시간값과 GPS위성들의 위치의 지식을 이용하여 GPS위성들의 각각으로부터 수신된 비트들이 특정한 수신된 비트들임을 결정하는 것이 가능하다.

전형적인 GPS시스템을 사용한 이동국의 위치 추정은 삼각측량으로 알려진 과정을 이용하여 실행된다. 이 과정은 이동국(5)과 궤도위성(101)에 의해 저장된 시간신호가 충분히 정확하게 동기되어 있다고 가정한다. 의사랜덤 타이밍 시퀀스는 위성(101)에서부터 반복적으로 송신되고 이동국(5)에 의해 수신된다. 그러면 이동국(5)은 타이밍 지연을 결정하기 위해 예측된 시퀀스에 대해 수신된 시퀀스를 비교한다. 이 시간지연과 주어진 GPS시스템 시간에 위성의 정확히 알려진 위치를 이용하여, 이동국 추정값은 이동국이 있으리라 추정되는 아크(arc)를 규정한다. 이 아크들의 조합은 정확한 위치 추정값을 제공하는 것이다. 3개의 위성들이 "보여질" 수 있다면, 추정시스템이 동작한다는 것을 전제로, 3개의 아크는 두 점에서 교차한다. 4개 이상의 위성들이 "보여질" 수 있다면, 단일 위치 추정값이 3차원 공간에서 제공된다는 것을 전제로 하여 아크들은 단일 위치에서 교차한다.

도 4는 3개의 추정된 아크들인 201(a), 201(b) 및 201(c)이 이동국(5)의 단일의 정확한 위치를 나타내는 단일 지점(203)에서 교차한다는 이상적인 상황의 간이화된 2차원 개략도를 보인다.

이동국 내부 시간이 전형적으로 수 ppm 미만까지 정확하므로 이동국(5) 타이 밍과 위성(101) 타이밍 사이의 동기는 부유(drift)한다. 그러한 상황에서 추정된 아크들은 정확하게 교차하지 않는다. 타이밍 에러 효과의 2개의 예들이 도 3에서 보이고 있는데, 추정된 위치 아크들(211(a), 211(b), 211(c))은 이동국이 위치될 수 있는 추정값들의 중첩영역(205)의 형태로 오차를 만든다는 것이 그 첫 번째 예이다. 도 3에 보인 타이밍에러의 두 번째 예는 추정된 위치 아크들(221(a), 221(b), 221(c))이 비중첩 아크들을 기술함을 보이고 있다.

동기화 에러는 거의 전적으로 궤도위성(101) 클록들에 대한 이동국(5) 클록의 불안정성 때문이므로, 이 에러는 위치 추정값들의 각각에 대해 동일하다.

그러므로 본 발명이 적어도 4개의 GPS위성들로부터 신호들을 수신할 수 있다면 이 동기화 에러는 없애질 수 있다.

타이밍 동기화 시퀀스는 위에서 논의된 바와 같은 순간적인 과정이 아니고, 필요한 정보가 추출될 수 있도록 하기에 충분히 강한 GPS위성으로부터 수신된 신호 강도에 의존한다.

도 5에 관하여 본 발명의 제1실시예가 보이고 있다. 이동국(5)은 셀룰러 안테나(601), 셀룰러 송수신기(603), 셀룰러 시계(605), GPS수신기(619), GPS안테나(621) 및 처리엔진(607)을 포함한다.

셀룰러 안테나(601)는 셀룰러 송수신기에 연결된다. 셀룰러 송수신기는 처리엔진(607)에 더 연결된다. 셀룰러 시계(605)는 셀룰러 송수신기와 처리엔진(607)에 연결된다. 처리엔진(607)은 GPS수신기(619)에 더 연결된다. GPS수신기는 GPS안테나(621)에 연결된다.

처리엔진(607)은 셀룰러 처리기(609), 셀룰러 타이밍 제어기(617), 타이머(615), GPS/셀룰러 시간상관기(611) 및 GPS처리기(613)를 더 구비한다.

셀룰러 처리기(609)는 셀룰러 타이밍 제어기(617)에 연결된다. 셀룰러 처리기는 프레임/심벌 타이머(615)에 더 연결된다. 셀룰러 처리기(609)는 셀룰러 송수신기(603)에 더 연결된다. 더군다나 셀룰러 처리기(609)는 GPS/셀룰러 시간 상관기(611)에 연결된다. 셀룰러 타이밍 제어기(617)는 셀룰러 제어 상호접속(653)을 통하여 셀룰러 시계(605)에 연결된다. 프레임/심벌 타이머(615)는 GPS/셀룰러 시간상관기(611)에 연결된다. GPS/셀룰러 시간상관기(611)는 GPS처리기(613)에 더 연결된다. GPS처리기(613)는 GPS수신기(619)에 연결된다.

도 6에 관련하여, 본 발명의 제2실시예가 보이고 있다. 발명의 제2실시예는 제2실시예의 GPS처리기(613)가 처리엔진(607)으로부터 분리되어있다는 점이 제1실시예와는 다르다. 그러나 GPS처리기(613)는 여전히 GPS/셀룰러 시간상관기(611)에 그리고 GPS수신기(619)에도 연결된다.

위에서 설명된 3개의 회로들 중의 둘 혹은 셋의 어떠한 조합이라도 단일 회로에 구현될 수 있다는 것이 이 기술분야의 숙련된 자에 의해 이해될 것이지만 어떠한 도면에도 도시되지 않았다.

본 발명의 실시예들에 대한 추가의 세부내용을 제공하기 위하여 도 7에 관련하여 실시예들의 동작의 방법이 설명될 것이다.

제1단계(801)에서 이동국(5)이 시작되거나 재부팅된다.

다음 단계 803에서 이동국은 GPS시간을 획득한다. 본 발명의 제1실시예에서 GPS수신기(619)는 GPS신호들을 수신한다. 이 GPS신호들은 GPS처리기(613)에 전해진다. GPS처리기(613)는 앞서 설명된 바와 같은 방법들을 이용하여 GPS시간을 정확히 획득하기 위해 수신된 비트 데이터 및 골드코드 데이터를 이용한다. 그 후 이 GPS시간은 GPS/셀룰러 시간상관기(611)에 전해진다.

다음 단계에서 GPS/셀룰러 시간상관기(611)는 GPS처리기로부터 획득된 시간을 615에 들어 있는 것과 같은 셀룰러 시간과 비교한다. 그래서 GPS시간 t1은 HF:SF:F:Sym:SS로서 정의된다. 유럽 GSM표준을 참조하면 HF는 하이퍼 프레임의 수이며, SF는 슈퍼 프레임들의 수, F는 프레임 수, Sym은 심벌 수 그리고 SS는 서브슬롯 수이다.

이동국이 GSM시스템과는 다른 전기통신 시스템 내에서 동작하는 실시예들의 경우 GPS/셀룰러 시간상관기는 GPS처리기로부터 획득된 시간을 그 전기통신 시스템을 위한 전기통신 '셀룰러 시간'과 비교한다는 것이 바르게 인식될 것이다.

다음 단계 807에서, GPS/셀룰러 시간상관기(611)는 셀룰러 시간에 대해 참조되는 GPS시간을 저장한다. 본 발명의 일부 실시예들에서 그 값들은 임의접근메모리(RAM) 또는 레지스터(미도시)와 같은 메모리에 저장된다.

그 후 이동국은 다음 단계 809로 진행한다. 다음 단계는 위치 확정이 요구되는지를 감시한다. 위치 확정이 요구된다면 방법은 단계 811로 진행한다. 위치 확정이 요구되지 않는다면 방법은 단계 823으로 진행한다.

GPS시간이 얻어졌고 단계 811 또는 단계 823이었던 시간 동안에, 셀룰러 송수신기(603)는 셀룰러 이벤트데이터를 수신하여 셀룰러 처리기에 전해준다. 셀룰러 이벤트 데이터는 잘 알려져 있는 높은 정확도의 시간 간격이다. 그러한 셀룰러 이벤트의 예는 프레임의 시작이다. 이 셀룰러 이벤트 데이터는 셀룰러 타이밍 제어기(617)와 프레임/심벌 타이머(615)에 전해진다. 셀룰러 타이밍 제어기(617)는 셀룰러 타이머(시계)(605)를 미세하게 조절하고 이동국을 기지국에 정확히 동기화되게 유지하기 위해 이 셀룰러 이벤트 데이터와 어떠한 타이밍 에러들의 관측이라도 이용한다. 프레임/심벌 타이머(615)는 얼마나 많은 셀룰러 이벤트가 발생하였는지의 카운트를 유지한다.

만약 위치 확정이 요구되면 단계 811은 언제 셀룰러 처리기가 프레임/심벌 타이머(615)로부터 현재의 셀룰러 시간을 읽는다.

단계 811 후에, 단계 813은 GPS/셀룰러 시간 상관 처리기(611)가 현재의 셀룰러 시간과 획득된 GPS시간이 저장되었던 셀룰러 시간 사이의 경과된 셀룰러 시간(T델타)을 계산하는 때를 설명한다.

단계 813 후에, GPS/셀룰러 시간 상관기(611)가 경과된 셀룰러 시간(T델타)을 저장되어 있는 획득된 GPS시간에 부가하여 현재의 GPS시간을 얻도록 단계 815가 일어난다. 이 정보는 GPS처리기(613)에 전해진다.

단계 815를 뒤따르는 단계에서, 단계 817은 GPS처리기(613)가 현재의 GPS시간과 GPS수신기로부터 전해진 현재 수신된 신호들을 이용하여 위치확정값을 계산한다.

단계 817 후에, GPS수신기가 위치확정이 성공적이었는지를 알기 위해 GPS처리기가 점검하는 때에 단계 819가 일어난다. 확정이 성공적이지 못하였다면, 방법은, 시각적 위성들로부터 GPS시스템시간의 완전한 획득이 수행되는 단계 818로 진 행한다. 이 단계 후에 방법은 위치확정이 이루어지는 단계 820으로 진행한 후 복귀된다. 그 후 이동국은 새로이 획득된 GPS시간이 국소 셀룰러 시간 카운터들에 참조되는 단계 805로 진행할 수 있다.

확정이 성공적이라면 방법은 GPS처리기가 위치확정값을 요구했던 이동국(5) 내의 프로세스 또는 기기(미도시)에 위치확정값을 반환한다. 그 후 이 방법은 현재의 GPS시간이 현재의 셀룰러 시간에 참조되는 단계로 되돌아간다.

위치확정이 요구되는 않는 경우 단계 823이 실행된다. 셀룰러 처리기가 프레임/심벌 타이머(615)로부터 현재 셀룰러 시간을 읽을 때 단계 823이 일어난다.

단계 823 후에, 단계 825는 셀룰러 처리기(609)가 현재 셀룰러 시간과 획득된 GPS시간이 저장되었던 셀룰러 시간 사이의 경과된 셀룰러 시간(T델타)을 계산하는 때를 설명한다.

단계 825 후에, 단계 831에서 GPS/셀룰러 시간상관기(611)는 경과된 시간이 허용가능한 문턱값보다 큰지를 결정한다. 이렇게 하여 시간은 새로운 상태로 유지된다.

만약 경과된 시간이 허용가능한 문턱값보다 크다면, 방법은 단계 801로 되돌아가게 리셋되어 GPS시간의 재획득/리프레싱(refreshing)이 있게 된다.

경과된 시간이 허용가능한 문턱값 보다 작다면 방법은 단계 809로 되돌아가서, 거기서 위치확정 요구가 수신되었는지를 알기 위해 점검된다.

다른 실시예의 리프레시 단계는 이동국(5)이 건물 안쪽부터 바깥쪽으로 이동하였음이 검출될 때 격발(trigger)된다.

이 외부 트리거는 일 실시예에서 비교적 정적인 성질의 기간 후에 이동국이 이동되었을 때를 검출하는 것에 의해 구현될 수 있다. 이 외부 트리거는 다른 실시예에서는 수신된 신호들의 전력을 감시하고 건물의 차폐 효과의 감소에 의해 야기되는 수신된 신호의 갑작스런 증가 후에 외부 트리거를 격발하는 것에 의해 구현될 수도 있다.

본 발명의 추가 실시예들은 횟수가 1 이상일 때 미리 결정된 횟수보다 많이 이동국이 기지국들 사이를 통과한 후에 타이밍 리프레시 단계를 격발할 수 있다. 그러한 실시예에서 이동국의 움직임은 이동국이 개방되어 있음의, 달리 말하면 건물 내에서 이용되지 않고, 그러므로 신속하고 정확한 타이밍 동기화를 제공하기에 충분한 강도 및 수의 GPS신호들을 수신하기가 더 용이하게 됨의 표시를 제공한다.

본 발명의 추가 실시예들은 GPS수신기에 의해 검출된 GPS신호들의 수신된 강도 또는 수신된 수가 소망된 문턱값보다 크게 된 후에 타이밍 리프레시 단계를 격발할 수 있다. 그러한 상황에서 타이밍값을 신속하고 높은 정확도로 획득할 기회는 가외의 처리가 가치있게 한다.

본 발명의 추가 실시예들은 위의 트리거 이벤트들 중의 적어도 하나의 조합 후에 타이밍 리프레시 단계를 격발할 수 있다.

송신된 기지국 타이밍신호가 ppm의 몇 분지 1까지 정확하므로 기지국 타이밍 정보에 의해 유지되는 이동국에 저장된 GPS타이밍 시퀀스의 사본은 정확한 위치 추정값들을 생성하기에 정확성상 충분하고 추가의 조절 없이 수 시간 동안 정확하게 GPS신호를 획득한다.

발명의 추가 실시예들에서 클록 레지스터는 국소 셀룰러 기준클록(미도시)의 보조적인 사용에 의하여 갱신된 상태로 유지된다. 국소 셀룰러 기준클록은 비교적 안정된 발진을 생성하는 수단을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에서 국부 발진기는 정확하게 동조된 수정클록 펄스발생기를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에서 기지국(3) 타이밍신호가 셀룰러 송수신기에 의해 수신되지 않는 때 예를 들어 이동국(5)이 기지국들 사이를 통과하거나 기지국 범위 밖에 있을 경우 셀룰러 기준클록은 클록 레지스터 값을 증가시키는데 이용될 수 있다.

비록 셀룰러 기준클록의 정확성과 안정도가 기지국 클록신호만큼 정확하지 않을지라도, 셀룰러 기준클록은 동기화를 완전히 잃어버리는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 이동국은 통신채널 상에서 능동적으로 통신하는 것이 요구되지 않는다. 이동국은 정확한 타이밍 정보를 획득하기 위해 기지국으로부터 송신되는 페이징(paging) 또는 제어채널 타이밍 신호들을 관측할 수 있다.

더군다나 본 발명의 다른 실시예들에서 다른 기지국 클록들 사이의 어떠한 타이밍 차이들이라도 셀룰러 처리기에 의해 결정된다. 이동국(5)은 그것이 하나의 셀에서 다른 셀로 이동하므로 핸드오버로서 알려진 처리를 필요로 한다. 각 셀이 별개의 기지국에 의해 제어되므로, 이동국이 하나의 셀에서부터 다른 셀로 가로지를 때 셀룰러 처리기는 기지국들 사이의 타이밍 차이들을 보상하기 위해 이동국 클록 레지스터들에 타이밍 조절값들을 계산하여 적용할 수 있다. 이 타이밍 조절값들 은 기지국 클록들이 부분적으로 또는 실질적으로 동기되는 네트워크들에서 작을 수 있다.

Claims

GPS 장치에 있어서,

제1신호를 수신하도록 구성되고 상기 제1신호에 의존하여 제1타이밍정보를 출력하도록 구성된 제1회로;

제2신호를 수신하도록 구성되고 상기 제2신호에 의존하여 제2타이밍정보를 출력하도록 구성된 제2회로; 및

상기 장치의 타이밍정보를 결정하도록 구성된 제3회로로서, 상기 제3회로는 상기 제1 및 제2 타이밍정보 중의 하나 이상을 수신하도록 구성되며 상기 수신된 제1 및 제2 신호들 중의 하나 이상에 의존하여 제3타이밍정보를 생성하도록 추가로 구성된 제3회로를 포함하며,

상기 제3회로는 상기 제1 및 제3 타이밍정보에 의존하여 위치추정값을 생성하도록 추가로 구성되며;

상기 제3타이밍정보는 초기에는 상기 제1타이밍정보에 동기화되고 상기 제2타이밍정보를 이용하여 상기 제1신호에 실질적으로 동기화된 채로 유지되며; 그리고

상기 제3회로는 셀룰러 기준클록을 더 포함하고 상기 제3타이밍정보는 상기 셀룰러 기준클록을 이용하여 상기 제1신호에 실질적으로 동기화된 채로 추가로 유지되는 GPS 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1신호는 전역 위치확인위성 시스템 신호를 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2신호는 셀룰러 네트워크 제어 또는 통신 신호를 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1타이밍정보는,

복조된 전역 위치확인위성 시스템 시간;

하나 또는 그 이상의 전역 위치확인위성 시스템 의사범위;

복조된 전역 위치확인위성 시스템 타이밍 데이터워드

중의 하나 또는 그 이상을 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2타이밍정보는,

셀룰러 네트워크 기지국 심벌 타이밍;

셀룰러 네트워크 기지국 프레임 타이밍

중의 하나 또는 그 이상을 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1회로는 전역 위치확인위성 수신기를 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2회로는 셀룰러 네트워크 수신기를 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3회로는,

GPS복조기;

타이밍추정기;

위치추정기; 및

클록 레지스터를 포함하는 GPS 장치.
제6항에 있어서, 상기 제1회로는

GPS복조기; 및

타이밍 추정기를 포함하는 GPS 장치.
제9항에 있어서, 상기 제3회로는 위치추정기 및 클록 레지스터를 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 및 제3 회로들은 단일 회로에 구현되는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 장치는 상기 제3타이밍정보를 문턱 이벤트에 의존하여 상기 제1신호에 동기화하도록 구성된 문턱회로를 더 포함하는 GPS 장치.
제12항에 있어서, 상기 문턱회로는 상기 제1타이밍정보를 이용하여 상기 제3타이밍정보를 동기화하도록 구성되는 GPS 장치.
제12항에 있어서, 상기 문턱 이벤트는,

기간;

상기 기기의 건물 밖으로의 이동;

상기 기기의 비교적 정적 성질의 기간을 따르는 움직임;

결정된 수의 기지국 핸드오버들;

수신된 제1신호강도문턱값;

다수의 수신된 제1신호들

중의 하나 또는 그 이상을 포함하는 GPS 장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 GPS 장치를 포함하는 집적회로.
제8항에 있어서, 상기 클록 레지스터는 임의접근메모리를 포함하는 GPS 장치.
GPS를 이용하여 셀룰러 기준클록을 포함하는 장치의 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서,

제1신호를 수신하는 단계;

상기 제1신호에 의존하여 제1타이밍정보를 생성하는 단계;

제2신호를 수신하는 단계;

상기 제2신호에 의존하여 제2타이밍정보를 생성하는 단계;

상기 제1 및 제2 타이밍정보 중의 하나 또는 그 이상에 의존하여 제3타이밍정보를 생성하는 단계;

초기에는 상기 제3타이밍정보를 상기 제1신호에 동기화하며, 상기 제2타이밍정보를 이용하여 상기 제1신호에 대한 동기화를 유지하고, 추가로 상기 셀룰러 기준클록을 이용하여 상기 제1신호에 대한 동기화를 유지하는 단계; 및

상기 제1타이밍정보 및 상기 제3타이밍정보에 의존하여 상기 장치의 위치를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 결정단계는 상기 제3타이밍정보 및 상기 제1타이밍정보 사이의 차이를 계산하여 위치추정값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 제1신호를 수신하는 상기 단계는 4개의 GPS신호들을 수신하는 단계를 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 제1타이밍정보를 생성하는 상기 단계는,

상기 4개의 수신된 GPS신호들을 처리하여 4개의 GPS 타이밍 신호들을 결정하는 단계;

상기 4개의 GPS 타이밍 신호들을 처리하여 진정한 GPS 타이밍 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 제2신호를 수신하는 상기 단계는,

통신 또는 제어 신호를 무선 셀룰러 통신 시스템 기지국으로부터 수신하는 단계를 포함하는 방법.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3타이밍정보를 생성하는 상기 단계는, 상기 제3타이밍정보를 상기 제1신호에 실질적으로 동기화하도록 구성된 문턱회로를 문턱 이벤트에 의존하여 격발하는 추가의 단계를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 문턱회로를 격발하는 상기 추가의 단계는, 상기 제1타이밍정보를 이용하여 상기 제3타이밍정보를 실질적으로 동기화하도록 구성되는 방법.
제21항에 있어서, 상기 문턱회로를 격발하는 상기 단계는, 문턱 이벤트의 검출을 더 포함할 수 있고, 상기 문턱 이벤트는,

기간;

상기 기기의 건물 밖으로의 이동;

상기 기기의 비교적 정적 성질의 기간을 따르는 움직임;

결정된 수의 기지국 핸드오버들;

수신된 제1신호강도 문턱;

다수의 수신된 제1신호들

중의 하나 또는 그 이상을 포함하는 방법.
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