KR100924877B1 - 위상 정합 적분 길이를 증가시키는 동시에 위치 결정신호를 수신하는 방법 및 장치 - Google Patents

위상 정합 적분 길이를 증가시키는 동시에 위치 결정신호를 수신하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

위상 정합 적분 길이를 증가시키는 동시에 GPS 위성과 같은 송신기로부터 위치 결정 신호를 수신하는 수신 방법 및 장치가 개시된다. 위치 결정 신호에 발생할 수 있는 주파수 드리프트를 보상하기 위해, 주파수 드리프트에 관한 하나 이상의 가정이 이루어지고, 이들은 수신 알고리즘에 삽입된다. 유리하게, 위상 정합 적분 길이는 위상 비정합 적분의 길이를 줄이는 대신 위상 정합 적분의 길이가 증가할 수 있는 동시에 전체 적분 길이를 동일하게 유지할 수 있으며, 이들의 알짜 효과는 신호 검출 감도의 증가이다. 주파수 드리프트 가정은 임의의 적절한 파형, 예를 들어 거의 선형 또는 지수 형태를 갖는다. 가정된 주파수 드리프트는 수신기 알고리즘의 임의의 적당한 위치에 삽입될 수 있는데, 예를 들어 가정된 주파수 드리프트에 대해 데이터 블록이 조정될 수도 있고, 대안으로 기준 신호가 조정될 수도 있고, 또는 데이터 블록이나 기준 신호의 주파수 샘플이 조정될 수도 있다.

Description

위상 정합 적분 길이를 증가시키는 동시에 위치 결정 신호를 수신하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INCREASING COHERENT INTEGRATION LENGTH WHILE RECEIVING A POSITIONING SIGNAL}
본 발명은 GPS 시스템과 같이 무선 위치 결정 신호의 사용으로 이동 장치의 위치를 계산하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
바다의 배나 오지의 모험가에게뿐만 아니라 일상 생활에서 셀폰을 사용하는 누구에게라도 위치 확인 장치가 점점 대중화되고 있다. 개인 위치 확인 장치의 대중화와 결부하여 점점 증가하는 셀폰의 수는 위치 결정에 사용되는 신호를 포착하기 위한 신속한 고감도 방법의 개발을 조장해 왔다.
통상적으로 위치 확인 기술은 알려진 위치들로부터 동시에 전송된 무선 위치 결정 신호를 이용한다. GPS 시스템에서, 이들 위치 결정 신호는 공지된 시간에 미리 규정된 주파수로 다수의 위성으로부터 동시에 전송된다. 지상에서 GPS 수신기는 하늘의 시야 내에 있는 각 위성으로부터의 위치 결정 신호를 포착한다. 시야 내 위성의 정확한 위치 및 각 위성으로부터 신호가 전송된 정확한 시간과 함께 위치 결정 신호의 도달 시각이 GPS 수신기의 위치를 삼각 측량하는데 사용된다.
위치 결정 신호 및 특히 GPS 신호는 의사 난수(PN) 시퀀스라고 하는 고속 반 복 신호 또는 "코드"를 포함한다. 일반 응용에 이용 가능한 코드는 C/A 코드라 하고, 1.023㎒의 이진 위상 역전 레이트 또는 "칩핑(chipping)" 레이트 및 1㎳의 코드 주기 동안 1023 칩의 반복 주기를 갖는다. GPS 시스템의 의사 난수 시퀀스는 "골드 코드(Gold codes)"로 알려진 군에 속한다. 각 GPS 위성은 고유 골드 코드를 갖는 반송파 주파수로 신호를 동시에 방송한다.
수신기에서, 반송파 주파수의 전자기 에너지가 관찰되고, 이 관찰 에너지는 시야에 있을 수 있는 임의의 GPS 위성으로부터의 가능한 신호 존재를 찾도록 처리된다. 수신기에 의한 관측시, 특정 GPS 코드 및 위상 지연은 알려지지 않는다. 수신기의 목표는 반송파 주파수에 관한 관측 에너지에서 GPS 코드(들)를 식별하고, 식별된 각 GPS 코드의 위상 지연을 결정하는 것이다. 그러나 GPS 코드 및 위상 지연은 처음에 공지되지 않기 때문에, 통상적으로 제 1 GPS 코드가 가정되고 GPS 신호가 존재하지 않는 것으로 식별 또는 결정될 때까지 다수의 위상 가정이 순차적으로 검사된다. 그 다음, 시야에 있을 수 있는 다른 각 GPS 위성에 대해 프로세스가 반복된다.
GPS 위성으로부터의 위치 결정 신호의 수신은 다수의 요인으로 인해 어려울 수 있다. 예를 들어, GPS 신호는 비교적 낮은 전력으로 상당히 멀리서부터 전송된다. 초기의 낮은 전력은 GPS 신호가 지구 궤도로부터 수신기로 이동하는 시간만큼 크게 감소하여, 수신기에서 신호를 극도로 약하게 한다.
다음 문제점은 위치 결정 신호들 중 하나 이상에 영향을 줄 수 있는 주파수 에러와 관련된다. 예를 들어, 반송파 주파수는 도플러 효과로 인해 시간에 따라 약간 시프트할 수 있다. 수신기에서는, 신호를 수신하여 처리하는 오실레이터 및 다른 전기 장치가 주파수에서 약간의 시프트와 같은 에러를 이끌 수 있고, 이는 수신을 복잡하게 할 수 있다. 주파수 시프트가 일정하다면, 푸리에 변환(예를 들어, FFT) 접근이 이용될 수 있지만, 이러한 주파수 시프트가 시간에 따라 변화할 때, 즉 주파수 시프트가 관측 시간(데이터 블록)에 걸쳐 일정하지 않을 때 추가 곤란한 사정이 발생한다. 시변 주파수 에러의 문제점을 해결하기 위해, 위상 정합 처리에 대한 데이터 블록의 길이(위상 정합 길이)는 보통 수분의 1초(예를 들어, 20msec)로 제한되고, 그렇지 않으면 주파수 오차가 시스템 감도를 크게 열화시킬 수 있다. 주파수 시프트에 직면하여 시스템 감도를 높이기 위해, 다수의 시간 주기(예를 들어, 5~12) 동안 다수의 연속한 위상 정합 처리 동작이 이루어질 수 있으며, 1초 이상의 주기에 걸쳐 신호의 표시를 제공하기 위해 결과들이 위상 정합하지 않고 함께 더해진다. 단일 위상 정합 처리 동작을 수행할 수 있는 이용 가능한 시스템이 있다면, 즉 위상 정합 적분 길이가 상당히 증가할 수 있다면, 더 긴 시간 주기에 걸쳐 단일 위상 정합 처리 동작을 수행할 수 있는 시스템이 있다는 것이 상당한 이점이다.
미리 결정된 주파수로 다수의 송신기로부터 전송되는 하나 이상의 위치 결정 신호를 수신하여 처리하기 위한 위상 정합 적분 길이를 증가시키는 방법 및 장치가 개시되며, 이는 수신기의 위치 결정에 사용된다. 각각의 위치 결정 신호는 해당 위치 결정 신호를 전송한 송신기를 고유하게 식별하는 주기적인 반복 시퀀스를 포함한다.
수신기에서의 관측 및 처리 후 위치 결정 신호에 발생할 수 있는 주파수 드리프트를 보상하기 위해, 주파수 드리프트에 관한 하나 이상의 가정이 이루어지고, 일 실시예에서 이들은 관측 데이터와 결합하여 처리된다. 이는 더 긴 위상 정합 적분 길이를 허용하며, 이는 처리 시간을 상당히 줄일 수 있고 그리고/또는 더 정확한 결과를 제공할 수 있다. 특히, 신호 처리에 주파수 드리프트 가정을 적용함으로써, 위상 비정합 적분의 길이를 줄이는 대신 위상 정합 적분의 길이가 증가할 수 있는 동시에 전체 적분 길이를 동일하게 유지할 수 있으며, 이들의 알짜 효과는 신호 검출 감도의 증가이다.
특히, 긴 위상 정합 적분 주기를 이용하여, 미리 결정된 반송파 주파수로 다수의 송신기 중 하나로부터 전송된 위치 결정 신호를 수신하는 방법 및 장치가 개시된다. 위치 결정 신호는 해당 위치 결정 신호를 전송한 송신기를 고유하게 식별하는 기준 신호를 포함한다. 상기 방법은 수신기에서 반송파 주파수 부근의 전자기 에너지를 관측하는 단계, 및 상기 관측된 전자기 에너지를 나타내는 데이터를 저장하는 단계를 포함한다. 미리 규정된 시간 주기 동안 데이터가 관측되어 미지의 주파수 드리프트가 가해질 수 있는 데이터 블록을 규정한다. 송신기들 중 하나가 가정됨으로써, 상기 다수의 고유 기준 신호 중 하나를 가정한다. 주파수 드리프트가 가정되고, 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 수신기가 다수의 위상 시프트에 대해 데이터 블록과 가정된 기준 신호 간의 매치(match)를 찾는다. 매치하는 신호가 발견되면, 수신기는 위상 지연 및 타이밍 정보를 결정하고, 그렇지 않으면 수신기는 매치하는 신호가 발견될 때까지 또는 미리 결정된 종료 기준이 충족될 때까지 이전 단계들을 반복해서 순환한다.
가정된 주파수 드리프트는 임의의 신호 형태를 갖는데, 예를 들어 가정된 주파수 드리프트는 대략 선형일 수도 있고, 대략 지수적(exponential)일 수도 있으며, 더 복잡할 수도 있다. 가정된 주파수 드리프트는 수신기 알고리즘에 임의의 적당한 위치로 구현될 수 있는데, 예를 들어 상기 방법은 드리프트-조정된 데이터 신호를 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터 블록을 처리하는 단계, 및 상기 드리프트-조정된 데이터 블록과 상기 가정된 기준 신호 간의 매치를 찾는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로, 상기 방법은 드리프트-조정된 기준 신호를 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 가정된 기준 신호를 처리하는 단계, 및 상기 데이터 블록과 상기 가정된 기준 신호 간의 매치를 찾는 단계를 포함할 수도 있다.
수신 방법은 상기 데이터 블록에 응답하여 주파수 샘플들을 계산하는 단계, 상기 기준 신호에 응답하여 주파수 샘플들을 계산하는 단계, 및 상기 데이터 블록과 상기 기준 신호의 주파수 샘플들 간의 매치를 찾는 단계를 포함할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 상기 방법은 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터 블록 주파수 샘플들 및 주기적인 반복 시퀀스 중 적어도 하나의 벡터 기준을 조정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
유리하게는, 상기 방법은 더 긴 위상 정합 적분 주기를 허용함으로써, 종래의 수신기 방법들보다 긴 데이터 블록을 사용한다. 예를 들어, 데이터 블록은 기준 신호의 100 내지 500의 반복 범위 또는 100㎳ 내지 1초 범위 내의 크기를 가질 수 있다. 그러나 개시된 방법을, 예를 들어 10 내지 100㎳의 더 짧은 위상 정합 적분 주기로 이용하는 것이 여전히 유리할 수도 있다.
일 실시예에서, 송신기들은 GPS 주파수로 GPS 신호들을 전송하는 다수의 GPS 위성을 포함하며, 각각의 GPS 위성은 고유한 주기적 반복 시퀀스를 전송한다. 수신기에서 신호의 코드 위상 오프셋이 발견되고, 다수의 송신기로부터 이 정보를 이용하면, GPS 알고리즘을 이용하여 수신기의 위치가 고정될 수도 있다.
상기 방법은 수신기의 적당한 하드웨어 및/또는 소프트웨어, 및/또는 무선 네트워크의 하나 이상의 서버상에 구현될 수 있다. 예를 들어, 수신기에 일부 기능이 구현되고, 위치 결정 엔티티(PDE)에 일부 기능이 구현될 수도 있다.
본 발명의 보다 완벽한 이해를 위해, 첨부 도면에 나타낸 바와 같은 실시예들에 관한 다음의 상세한 설명이 참조된다.
도 1은 다수의 기지국과 통신하는 이동국의 GPS 수신기에 의해 수신되는 GPS 신호를 보내는 위성들을 포함하는 통신 및 위치 확인 시스템의 사시도이다.
도 2는 GPS 수신기 및 셀룰러 통신 시스템을 포함하는 이동국의 일 실시예의 블록도이다.
도 3은 GPS 위치 결정 신호의 구조 및 파형 성분을 나타내는 도면이다.
도 4는 수신 신호를 처리하고 상관시켜 GPS 위치 결정 신호가 나타나는지 여부를 결정하는 GPS 수신기 부분의 기능 블록도이다.
도 5는 다수의 주파수 드리프트의 예를 설명하는 주파수 드리프트대 시간 그래프이다.
도 6은 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 데이터 블록을 조정하는 단계를 포함하는 위치 결정 신호 수신 방법의 흐름도이다.
도 7은 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 위치 결정 신호를 수신하는 방법의 흐름도이다.
본 발명은 도면을 참조로 설명되며, 도면에서 동일 부호는 동일하거나 비슷한 엘리먼트를 나타낸다.
여기서 논의되는 FFT 및 DFT 알고리즘은 주파수 샘플들을 생성하는 알고리즘의 예를 설명하는데 사용된다. 보다 일반적으로, 적절한 주파수 샘플을 생성하는 임의의 적당한 알고리즘이 FFT 및 DFT 알고리즘의 대안으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 주파수 영역 샘플 수 및 간격이 정확히 DFT와 같지는 않은, 즉 더 많거나 더 적은 주파수 샘플이 계산될 수 있으며, 주파수 영역 샘플들 간의 간격이 표준 DFT 연산의 간격보다 좁을 수도 있는 DFT형 알고리즘을 이용하여 주파수 샘플들이 생성될 수 있다. 디지털 또는 아날로그 데이터로부터, 관측 데이터로부터, 또는 미리 계산된 값들로부터 주파수 샘플들이 생성될 수도 있다. 계산된 주파수 샘플들은 이후의 연산에 사용될 수 있다. 용어 및 약어 풀이
다음 용어 및 약어는 상세한 설명 전반에 사용된다:
A-GPS: 보조 GPS. GPS 포착 프로세스에 대한 특별한 지원이 위치 서버에 의해 제공되며, 포착 시간을 줄이고 감도를 개선할 수 있는 위치 확인 기술.
기지국 또는 BTS: 기지국 트랜시버. 이동국과의 통신에 사용되는 고정국. 무선 통신 신호를 송신 및 수신하는 안테나를 포함한다.
CDMA: 코드 분할 다중 접속. QAULCOMMTM사에 의해 개척되어 상업용으로 개발된 고용량 디지털 무선 기술.
칩: 심벌, 또한 의사 난수(PN) 시퀀스 변조(예를 들어, 위상 반전)의 최소 부분.
칩 레이트: 심벌 전송률.
코드 위상: 수신된 GPS 신호 내에 포함된 수신 PN 시퀀스의 프레임 경계와 국부적으로 생성된 PN 기준 시퀀스의 프레임 경계 간의 상대적 타이밍. 코드 위상은 통상적으로 0과 한 PN 프레임의 듀레이션, 즉 일반 GPS 신호에서는 1㎳ 간의 수. 코드 위상은 위치 결정에 사용되는 수신기에 의해 추출된 타이밍 정보로 고려될 수 있다.
위상 정합 처리: 보통 비선형(예를 들어, 검출 또는 조합) 연산의 이용 없이 데이터 블록을 전체로서 처리하는 기술.
상관: 수신 신호와 기준 코드를 비교하는 프로세스. 상관 연산은 위상 정합 처리를 포함하며, 위상 비정합(incoherent) 처리를 포함할 수도 있다. 임의의 상관 프로세스의 출력(위상 정합 또는 비정합)은 "상관 출력"으로 지칭된다.
검출: 각 데이터 샘플에서 전력을 결정하기 위해 비선형 연산의 이용에 의해 샘플 집합에 작용하는 프로세스, 통상적으로 크기 또는 크기 제곱 연산. 예를 들어, 각 데이터 샘플이 동상 및 직교(I-Q) 성분 포맷으로, 또는 동상 성분이 데이터 워드의 실수 성분과 관련되고 직교 성분이 허수 성분과 관련되는 "복소" 포맷으로 제시된다면, 검출 프로세스는 크기 또는 크기 제곱을 계산할 수 있다. 어떤 경우에, 크기 제곱 연산은 복소수와 관련된 통상의 연산이다.
DFT: 이산 푸리에 변환.
FFT: 고속 푸리에 변환. 유한 듀레이션 시퀀스의 DFT를 계산하기 위한 효율적인 기술. DFT 또는 FFT 알고리즘으로부터 구성된 주파수 샘플들은 동일하며, "DFT 데이터" 및 "FFT 데이터"라는 전문 용어를 교환하여 사용할 수도 있다는 점에 유의한다.
GPS: 글로벌 위치 결정 시스템. (고도를 포함하는) 3차원 위치를 결정하기 위해 GPS 위성에 대한 거리 측정을 이용하는 기술. GPS라는 용어는 흔히 미국 글로벌 위치 결정 시스템을 언급하는데 사용되지만, 이 용어의 의미는 러시아 글로나스(Glonass) 시스템 및 계획된 유럽 갈릴레오 시스템과 같은 다른 글로벌 위치 결정 시스템을 포함한다. 어떤 시스템에서는, GPS 기술의 대용으로 위성 위치 결정 시스템(SPS)이라는 용어가 사용된다. 설명을 위해, 본 발명은 현재 미국 GPS 시스템의 용어로 기술된다. 그러나 본 발명이 비슷한 시그널링 포맷을 이용하는 다양한 SPS 시스템은 물론, 미국 GPS 시스템의 차후 변형에 적용될 수 있다는 점이 당업자에게 명백해야 한다.
GPS 고정: GPS 사용자의 위치가 결정되는 측정 및 이어지는 연산의 프로세스의 최종 결과.
GSM: 글로벌 이동 시스템, 널리 사용되는 다른 디지털 무선 기술.
비정합 처리: 신호대 잡음비를 개선하는 등의 이유로 비선형 검출 연산을 수행하고 조합 연산이 이어짐으로써 여러 개의 인접한 위상 응답 처리된 데이터 세트를 조합. 예를 들어, 위상 비정합 처리는 다수의 인접한 데이터 블록으로부터의 상관 출력을 검출하여 조합(예를 들어, 합산)하는 것을 포함할 수 있다.
MS: 하나 이상의 기지국과 통신하기 위한 기저 대역 모뎀, 및 위치 확인 용량을 갖는 셀폰과 같은 이동국. 이 개시에서 언급되는 MS들은 통상적으로 GPS 수신기를 포함한다.
PDE : 위치 결정 엔티티. 하나 이상의 GPS 기준 수신기와 관련하여 작동하고, MS와 GPS 관련 정보를 교환할 수 있는, 통상적으로 CDMA 네트워크 내의 시스템 자원(예를 들어, 서버). MS 보조 A-GPS 세션에서, PDE는 MS에 GPS 보조 데이터를 전송하여 신호 포착 프로세스를 향상시킬 수 있다. MS는 의사 거리 측정치와 같은 정보를 다시 PDE로 반환할 수 있으며, 그 다음에 MS의 위치를 계산할 수 있다. MS 기반 A-GPS 세션에서, MS는 계산된 위치 결과를 PDE에 전송할 수 있다.
의사 거리 측정치: GPS 수신기들에 의해 사용되며 수신기와 선택된 위성 간의 거리 추정치를 결정하기 위한 신호 처리 기술에 기반한 프로세스. SV로부터 수신기로의 신호 전송에 관하여 거리가 측정된다.
SV: 위성 차량. 글로벌 위치 결정 시스템의 하나의 주요 엘리먼트는 지구를 궤도에 진입시키고 고유하게 식별 가능한 신호들을 방송하는 SV들의 집합이다.
UMTS: 범용 이동 전화 서비스. GSM의 대용으로 설계된 CDMA 형태를 이용하는 3세대 생성 셀룰러 표준. GPS 시스템 및 이동국의 개요
도 1 및 도 2를 참조한다. 도 1은 GPS 위치 결정 신호(12)를 보내는 다수의 GPS 위성(SV)(11), 다수의 지상 기반 기지국(10) 및 이동국(MS)(14)을 포함하는 GPS 환경을 나타낸다. 기지국(10)은 다른 네트워크들 및 전화 시스템(16), 인터넷과 같은 컴퓨터 네트워크(17a)나 다른 통신 시스템들(17b)과 같은 통신 시스템들과 통신할 수 있게 하는 셀룰러 인프라스트럭처 네트워크(15)에 연결된다. 따라서 기지국(10)은 기지국들과 통신하는 다수의 추가 통신 시스템을 포함할 수 있는 통신 네트워크의 일부를 구성할 수 있다.
MS(14)는 여기서 다른 경우에, 예를 들어 도 2를 참조로 설명되지만, 일반적으로 GPS 수신기 및 양방향 통신 신호(20)를 이용하여 기지국과 통신하는 양방향 통신 시스템을 포함한다. GPS 수신기는 하나 이상의 기지국과 통신하는 (셀폰 외의) 매우 다양한 이동국으로 구현될 수 있음이 명백하다. 더욱이, 여기서 설명을 쉽게 하기 위해, 여기에 개시되는 위치 확인 시스템은 GPS 시스템일 수 있으며, 여기서 설명하는 시스템은 임의의 위성 기반 위치 결정 시스템으로 구현될 수 있다.
도 1에서, 사용자(13)는 걸으면서 MS(14)를 소지하고 있는 것으로 설명된다. 사용자는 예를 들어, 서 있을 수도 있고, 걷고 있을 수도 있으며, 자동차나 대중 교통으로 이동하고 있을 수도 있다. 이동국은 매우 다양한 환경에 위치할 수도 있 고, 정지하고 있을 수도 있고 이동하고 있을 수도 있다.
GPS 위성(SV)(11)은 GPS 수신기의 위치 결정에 이용되는 신호들을 방송하는 임의의 위성 그룹을 포함한다. 특히, 위성들은 GPS 시간에 위상이 맞춰진 무선 위치 결정 신호(12)를 전송하도록 동기화된다. 이들 위치 결정 신호는 미리 결정된 주파수 및 미리 결정된 포맷으로 생성된다. 현재 GPS 구현에서, 각 SV는 GPS 표준에 따르는 포맷으로 L1-주파수 대역(1575.42㎒) 상에서 일반적인 타입의 GPS 신호를 전송한다. MS에서 종래의 GPS 수신기에 의해 GPS 신호가 검출되면, GPS 시스템은 MS에서 수신할 때까지 GPS 신호의 전송에서부터 지난 시간량의 계산을 시도한다. 즉, GPS 시스템은 GPS 신호마다 이들 각각의 위성으로부터 GPS 수신기로 이동하는데 필요한 시간을 계산한다. 의사 거리가 c·(Tuser - Tsv) + cTbias로 정의되며, c는 광속, Tuser는 소정 SV로부터의 신호가 수신된 GPS 시간이고, Tsv는 위성이 신호를 전송한 GPS 시간이며, Tbias는 GPS 수신기에 정상적으로 제시되는 로컬 사용자 클록의 에러이다. 때때로 의사 거리는 상수 "c"가 생략된 형태로 정의된다. 일반적인 경우, 수신기는 4개의 미지수: X, Y, Z(수신기 안테나의 좌표) 및 Tbias를 풀어야 한다. 이러한 일반적인 경우, 4개의 미지수를 푸는 것은 보통 4개의 서로 다른 SV로부터의 측정을 필요로 하지만, 어떤 상황에서는 이러한 제약이 완화될 수 있다. 예를 들어, 정확한 고도 추정치가 이용 가능하다면, 필요한 SV 수는 4개에서 3개로 감소할 수 있다. 소위 보조 GPS 동작에서, Tsv는 반드시 수신기에 이용 가능한 것 은 아니며, 정확한 의사 거리 대신 수신기는 주로 코드 위상에 의존한다. 현재 GPS 구현에서는, PN 코드가 1㎳마다 반복되기 때문에 코드 위상은 1㎳의 시간 모호함을 갖는다. 때때로 데이터 비트 경계가 조사되어 단 20㎳ 모호함을 산출할 수도 있다.
기지국(10)은 무선 신호(20)를 이용하여 MS(14)와 통신하는 통신 네트워크의 일부로서 이용되는 임의의 기지국 집합을 포함한다. 기지국은 공중 전화 시스템(16), 인터넷과 같은 컴퓨터 네트워크(17a), (상기에 정의된) 위치 결정 엔티티(PDE)(18), 및 블록(17b)에 집합적으로 나타낸 다양한 다른 통신 시스템 등 다수의 다른 통신 네트워크에 통신 서비스를 제공하는 셀룰러 인프라스트럭처 네트워크(15)에 접속된다. 기지국(10)이나 그 근처에 또는 임의의 다른 적당한 위치에 있을 수 있는 GPS 기준 수신기(또는 수신기들)(19)는 PDE(18)와 통신하여 SV 위치(궤도) 정보와 같은 위치의 결정에 유용한 정보를 제공한다.
지상 기반 셀룰러 인프라스트럭처 네트워크(15)는 통상적으로 셀폰 사용자가 전화 시스템(16)을 통해 다른 전화에 접속할 수 있게 하는 통신 서비스를 제공하지만, 기지국들은 다른 장치들과 통신하기 위해 그리고/또는 핸드헬드 개인 휴대 단말(PDA)의 인터넷 접속과 같은 다른 통신 목적으로 이용될 수도 있다. 일 실시예에서, 기지국(10)은 GSM 통신 네트워크의 일부이지만, 다른 실시예에서는 다른 타입의 동기화(예를 들어, CDMA2000) 또는 비동기 통신 네트워크가 사용될 수도 있다.
도 2는 통신 및 위치 확인 시스템을 포함하는 이동 장치(14)의 일 실시예의 블록도이다. 셀룰러 통신 시스템(22)은 셀룰러 신호(20)를 이용하여 통신하는 안테나(21)에 접속된다. 셀룰러 통신 시스템(22)은 모뎀(23), 기지국과 통신하고/통신하거나 기지국으로부터의 신호(20)를 검출하고, 전송된 또는 수신된 정보를 처리하기 위한 소프트웨어 및 하드웨어와 같은 적당한 장치들을 포함한다.
MS의 GPS 위치 확인 시스템(27)은 GPS 안테나(28)에 접속되어 이상적인 GPS(반송파) 주파수로 또는 그 근처에서 전송되는 위치 결정 신호(12)를 수신한다. GPS 시스템(27)은 주파수 변환 회로 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 GPS 수신기(29), GPS 클록, GPS 수신기의 바람직한 기능을 제어하는 제어 로직, 및 GPS 신호를 수신하여 처리하고, 임의의 적당한 위치 확인 알고리즘을 이용하여 위치를 결정하는데 필요한 임의의 계산을 수행하는 임의의 적당한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 도시한 실시예에서, 아날로그-디지털 변환기는 위치 확인 시스템의 버퍼 메모리에 접속되고, 버퍼 메모리는 DFT 회로에 접속되어 DFT 연산중에 데이터를 제공하고 저장한다. 어떤 보조 GPS 구현에서는, 원격 서버에서 코드 위상 및 GPS 수신기로부터 원격 서버로 전송된 다른 정보를 기초로 최종 위치 확인 계산(예를 들어, 위도 및 경도)이 수행된다. GPS 시스템의 몇 가지 예가 Norman F. Krasner에 의한 미국 특허 5,841,396호, 6,002,363호 및 6,421,002호에 개시된다.
GPS 클록은 정확한 GPS 시간을 유지하려고 하지만, 위치 고정 전에 대개 흔히 정확한 시간이 입수될 수 없기 때문에, GPS 클록 소프트웨어의 시간을 그 추정되는 값 및 그 값과 관련된 불확실성으로 유지하는 것이 일반적인 실시이다. 정확한 GPS 위치 고정 후 GPS 시간은 흔히 (현재 GPS 구현에서 몇십 ㎱ 내의 불확실성 으로) 정확히 알려지게 된다는 점에 주목할 수 있다. 그러나 원격 서버에서 최종 위치 확인 계산이 이루어지면, 서버에서는 정확한 시간만이 입수될 수도 있다.
이동 장치 제어 시스템(25)은 양방향 통신 시스템(22) 및 위치 확인 시스템(27)에 모두 접속된다. 이동 장치 제어 시스템(25)은 접속된 시스템에 적절한 제어 기능을 제공하는 하나 이상의 마이크로프로세서, 메모리, 다른 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어와 같은 임의의 적절한 구조를 포함한다. 여기서 설명하는 처리 단계들은 마이크로프로세서에 의해 제어되어야 하는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 이용하여 임의의 적당한 방식으로 구현된다.
제어 시스템(25)은 또한 키패드, 음성 통신 서비스용 마이크/스피커, 디스플레이(예를 들어, backlit LCD 디스플레이) 등 사용자와 인터페이스하기 위한 임의의 적당한 컴포넌트들을 포함하는 사용자 인터페이스(26)에 접속된다. 위치 확인 시스템(27) 및 양방향 통신 시스템(22)에 접속된 사용자 인터페이스(26) 및 이동 장치 제어 시스템(25)은 사용자 입력 제어 및 결과 디스플레이와 같이 GPS 수신기 및 양방향 통신 시스템에 적당한 입력-출력 기능을 제공한다. GPS 신호 기술
도 3을 참조하며, 도 3은 식(A1)에 기술된 이상적인 GPS 신호의 구조를 나타내는 도면이다. 임의의 시간에 함수 형태의 GPS 신호가 다음과 같이 제시될 수 있다:
Figure 112007070645227-pct00001
(A1) A는 신호 진폭이고, d(t)는 반송파를 (예를 들어, 2위상 변조로) 변조하는 비교적 낮은 레이트(예를 들어, 50보드)의 데이터 시퀀스이며, P(t)는 반복하는 PN 시퀀스를 구성하는 파형이고, φ는 반송파 위상이며, wr(t)는 동시에 수신된 반송파 주파수:
Figure 112007070645227-pct00002
(A2) 이며, we(t)는 동시 주파수 에러(주파수 드리프트)이고, wc는 공칭 반송파 주파수이다.
식(A1)은 신호 처리에 직각 샘플링 방법이 이용되는 경우에 유용한 복소 표현이며, 물론 다른 표현이 적절히 사용될 수도 있다. 실세계 상황에서, 각종 파라미터는 완전히 안정적인 것으로 이해해야 한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, GPS 신호는 35로 나타낸 일련의 PN 프레임을 포함하며, 이 프레임들은 각각 특정 의사 잡음(또는 "PN") 시퀀스 및 반송파 주파수(37)에 따라 2위상 변조되는 파형 F(t)(36)를 포함한다. 각 PN 프레임은 미리 결정된 주기(Tr)를 갖는다. 38에서, 데이터 시퀀스 d(t)의 데이터 트랜지션은 도시한 PN 프레임들 중 하나의 시작에서 발생하는 것으로 나타내지만, 데이터 시퀀스 d(t)는 비교적 낮은 레이트를 갖기 때문에 데이터 트랜지션(38)은 20개의 PN 프레임당 1번만 발생하게 되고, 따라서 데이터 트랜지션은 임의로 선택된 PN 프레임의 시작에서 발생할 수도 있고 발생하지 않을 수도 있다.
각 GPS 위성(SV)은 26에 나타낸 고유 PN 파형 F(t)를 전송하며, 이 파형은 미리 결정된 레이트로 전송된 일련의 심벌(칩)이다. PN 파형은 반송파를 2위상 변조하는데 사용되는 특정 PN 시퀀스에 의해 서로 구별된다. 예를 들어, 이들 시퀀스는 골드 코드 집합으로부터 미국 GPS 시스템의 C/A 파형으로 선택된다. 다음 설명에서, "PN 시퀀스"라는 용어는 F(t)에 사용될 수 있지만, PN 시퀀스는 실제로 반송파의 변조 신호를 구성하여 파형 F(t)를 산출하는데 사용되는 수들의 시퀀스이기 때문에 엄밀히 정확한 것은 아니다. 그러나 이러한 방식으로 사용되는 "PN 시퀀스"는 PN 시퀀스에 의해 변조되는 파형을 의미하는 관계로 명백할 것이다.
일 실시예에서, 칩 레이트는 1.023㎒이므로 PN 프레임 레이트는 1㎑가 된다. 이 파형 F(t)는 연속해서 반복되는데, 예를 들어 제 1 위성(SV1)으로부터의 제 1 코드가 고유 시퀀스 F1(t)를 반복해서 전송하고, SV2가 고유 PN 시퀀스 F2(t)를 반복해서 전송하는 등이다. GPS 수신기는 시야에 있을 수 있는 모든 GPS 위성에 대한 고유 PN 시퀀스로 프로그래밍 된다.
이들 PN 시퀀스는 특정 위성을 식별하기 위한 알고리즘에 사용되는데, 특히 GPS 수신기에 위성 신호가 수신될 때 수신 신호를 전송한 위성을 식별하는데 PN 시퀀스가 이용된다. 그러나 처음에, GPS 수신기는 상술한 바와 같이 전체 PN 프레임 범위에 있을 수 있는(예를 들어 1㎳ 또는 1023 칩) 실제 수신 코드 위상 에폭을 알지 못한다. 그러므로 수신기는 수신 GPS 프레임의 에폭을 로컬 발생 기준 프레임의 에폭과 정렬하고자 하는 시도에서 에폭-불확실성 범위에 걸쳐 직렬로 또는 병렬로 검색해야 한다. GPS 위치 결정 신호에 대한 수신기
도 4를 참조하며, 이는 수신 신호를 처리하고 상관시켜 GPS 신호가 나타나는지 여부를 결정하는 GPS 수신기 부분의 기능도이다.
관측 데이터는 40으로 나타낸다. 우선, 실제 GPS 환경에서 GPS 수신기는 식(A1)으로 지정된 이론적 신호와 같은 다수의 신호를 동시에 수신하며, 이들 신호는 각각 고유 PN 시퀀스 F(t)를 갖는다는 점에 주목해야 한다. 예를 들어, 통상적인 상황에서, GPS 수신기는 통상적으로 임의의 시간에 시야 내의 각종 위성으로부터 8~12개의 신호를 수신하며, 각종 파라미터는 예를 들어 서로 다른 경로 길이, 도달 방향 및 도플러 주파수 시프트로 인해 서로 다르다. 따라서 "관측 데이터"는 시야 내 모든 위성으로부터의 정보를 포함할 수 있다. 설명을 위해, 다음의 개시는 선택된 위성으로부터의 신호를 검색하기 위한 관측 데이터의 처리를 개시하며, 시야 내에 있을 수 있는 다른 위성들에 대한 관측 데이터 처리는 비슷한 방식으로 진행하게 됨이 명백하다.
그 다음, 예를 들어 적절한 주파수 변환 시스템에 의해 41에서 관측 데이터가 처리되어 관측 데이터를 포착하고 이를 예를 들어 하향 변환에 의해 적절한 주파수로 변환한다. 적절하게, 주파수 변환된 출력을 이어지는 처리를 위해 디지털 형태로 변환하는데 아날로그/디지털 변환기(42)가 사용될 수 있다. 물론, 신호가 이미 디지털 포맷으로 변환되었다면, 이 A/D 변환기(42)는 불필요하게 된다. A/D 변환기(42)로부터의 신호는 처리 박스(43)에 인가되고, 여기서 신호는 예를 들어 곱셈에 의해 주파수 드리프트 가정의 파형과 결합한다.
GPS 신호가 수신기에 도달하여 수신기에서 처리된 후, 주파수는 그 원래의 값으로부터 드리프트되었을 수도 있다. 주파수 드리프트는 SV의 이동 및 MS의 이동으로부터의 도플러 효과로 인해 신호가 바로 수신기에 도달하기 전에 발생할 수 있다. 또한, 예를 들어 온도 변화로 인한 MS 로컬 오실레이터의 경미한 에러가 반송파 주파수를 그 이상적인 주파수와 달라지게 할 수도 있다. 이 주파수 드리프트는 시간에 따라 달라질 수 있는데, 즉 주파수 드리프트는 데이터가 관측되고 있는 시간 동안 변화할 수 있다. 통상적으로, 주파수 드리프트의 양은 수신기에 알려지지 않는다.
알려지지 않은 주파수 드리프트를 보상하기 위해, 44에서 주파수 드리프트 가정이 이루어진다. 송신기/위성의 원심 가속도로 인한 예상 주파수 드리프트(즉, 예상 위성 도플러 변화)가 주파수 드리프트 가정에 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있다. 가정된 주파수 드리프트는 일반적으로 다음 형태를 따른다: 가정된 주파수 드리프트 = w h (t) (A3)
이제, 도 5를 참조하며, 이는 다수의 주파수 드리프트의 예를 나타내는 주파수 드리프트대 시간 그래프이다. 설명하는 가정은 예시일 뿐이며, 가정된 주파수 드리프트는 매우 다양한 형태를 가질 수 있음이 명백하다. 일례는 51에 나타낸 일정 주파수 드리프트이다. 다른 예는 52에 나타낸 주파수 드리프트 변화의 음의 선형 레이트(예를 들어, -2㎐/sec)이다. 다른 예는 53에 나타낸 주파수 드리프트 변화의 지수적(exponential) 레이트이다. 또 다른 예는 54 및 55에 나타낸 주파수 드리프트 변화의 양의 선형 레이트이다(예를 들어, 1㎐/sec 및 2㎐/sec). 다른 예는 56 및 57에 나타낸 곡선이다. 무한대로 많은 수의 함수가 주파수 드리프트 가정에 사용될 수 있지만, (양 또는 음의) 선형 레이트 변화와 같이 간단한 가정이 구현하기에 더 간단할 수 있음이 명백하다. 또한, 통상적으로 실제 신호의 주파수 드리프트의 레이트는 (예를 들어, 3㎐/sec 미만으로) 단계적이며, 따라서 그 범위 내의주파수 드리프트 가정은 수신을 향상시키기 쉽다. 송신기/위성의 원심 가속도로 인한 예상 주파수 드리프트(즉, 예상 위성 도플러 변화)가 주파수 드리프트 가정에 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있다는 점에 주목한다. 위성 도플러 변화가 주파수 드리프트 가정에 포함되지 않는다면, 이는 개별적으로 보상될 수 있다.
주파수 가정은 임의의 적절한 형태로 저장될 수 있다. 예를 들어, 주파수 가정은 디지털 형태로 메모리에 파형으로서 저장될 수 있다. 대안으로, 이는 아날로그 형태로 저장될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 44에서의 주파수 가정이 (적절하다면) A/D 변환기(45)에 인가되고, 적절한 방법에 의해 A/D 변환기(42)로부터의 데이터와 결합하여 드리프트-조정된 신호를 제공한다. 많은 사용에서, 곱셈 연산이 두 신호를 결합하기에 적절하다. 어떤 실시예에서는, 가정된 주파수 드리프트가 위치 확인 시스템의 다른 부분에 구현될 수 있는데, 예를 들어 수집된 데이터보다는 기준 코드를 조정하는데 가정된 주파수 드리프트가 사용될 수 있다. 기준 코드 및 데이터가 상관하여 함께 사용되므로, 기준 코드를 조정하는 알짜 효과는 여기에 나타낸 바와 같이 데이터를 조정하는 효과와 비슷하다. 또 다른 실시예에서, 가정된 주파수 드리프트는 이어지는 FFT 연산의 벡터 기준을 조정하거나, FFT 연산의 입력 또는 출력, 또는 둘 다를 조정하는데 사용될 수 있다. 송신기/위성의 이동으로 인한 예상 주파수 드리프트(즉, 예상 위성 도플러 변화)는 가정된 주파수 드리프트에 포함될 수도 있고, 개별적으로 적용될 수도 있다. 후자의 경우, 위성 도플러의 조정은 알고리즘에서 다른 주파수 드리프트의 조정과 같은 위치에 또는 다른 어떤 위치에 삽입될 수 있다.
드리프트-조정된 신호는 드리프트-조정된 신호에 응답하여, 선택된 위치 결정 신호 및 위상 지연과의 매치를 찾는 상관 시스템(46)에 인가된다. 도 4에 나타낸 특정 상관 시스템(46)은 예시의 목적으로 제공되며, 다른 실시들은 다른 상관 시스템들을 적절히 그리고/또는 유용하게 이용할 수 있다. 특히, 도 4에서 상관 시스템(46)은 더 빠른 처리 시간을 위해 병렬로 동작하는 다수의 브랜치를 포함한다. 그러나 실제로 가능한 모든 PR 시프트에 대한 브랜치들의 비용은 대개 시간 절약의 구실이 되지 않으며, 보통 루프에서와 같이 직렬로 동작이 수행된다. 상관 시스템
통상적으로, GPS 위성으로부터 위치 결정 신호를 수신하기 위해, 관측 신호가 특정 GPS 코드 및 위상에 대한 기준 코드와 상관된다. 예를 들어, 상관 수신기는 수신 신호에 그 로컬 메모리 내에 포함된 적절한 골드 코드의 저장된 사본을 포함하는 로컬 생성된 기준 코드와 곱한 다음, 그 곱을 적분(예를 들어, 저역 통과 필터링)하여 신호의 존재 표시를 구할 수 있다. 이 프로세스는 위상 정합 처리라 한다.
도 4에서, 상관 시스템(46)은 드리프트-조정된 신호와 제 1 파일럿 기준(PR) 신호를 모두 수신하는 제 1 상관기(47a)를 포함한다. 상관된 신호는 푸리에 변환 블록(48)에 인가된 다음, 검출 동작(49)이 수행되어 비교할 수 있는 크기를 제공한다. 제 2 상관기(47b) 또한 드리프트-조정된 신호를 수신하지만, 제 1 PR 신호로부터 위상 시프트된 제 2 PR 신호를 수신한다. 48b에서 FFT가 수행되고 49b에서 검출 동작이 수행되어 이제 크기가 입수된다. 마찬가지로, 가능한 모든 위상 시프트에 대한 제 3, 제 4, 제 5 PR 신호 등에 상관이 수행된다. 그 다음, 이들 결과로부터 최대값이 선택되고, 이 최대값이 (미리 결정된 기준에 의해 결정된 바와 같이) 다른 결과들보다 충분히 크다면, 매치하는 것으로 선택될 수 있으며, 위상 지연을 지시할 수 있다.
어떤 상관 시스템에서는, 다수의 연속한 위상 정합 처리 연산의 결과가 검출되고(예를 들어, 크기가 결정되고) 결합하여 더 높은 충실도를 갖는 상관 출력을 제공한다. 초기 상관 연산은 "위상 정합 처리"라 하고, 뒤의 결합 단계는 "위상 부정합(noncoherent)" 또는 "위상 비정합(incoherent)" 처리라 한다. 여기서 정의된 시스템에 의해 예상되는 더 긴 위상 정합 처리 시간에 의해, 어떤 상황에서는 유용할 수도 있고 바람직할 수도 있지만 위상 비정합 처리를 수행할 필요가 없을 수도 있다. 유리하게, 여기에 개시된 시스템에 의해 제공되는 더 긴 위상 정합 길이는 요구되는 감도를 달성하는데 필요한 위상 비정합 적분 수를 줄일 수 있다. 50에서, "쵸핑(chopping)"을 위해 선택적 시스템이 구현되는데, 즉 상관 결과가 쵸 핑되고, 쵸핑된 피스(시간 주기)는 FFT 시스템으로 진행한다. 이 경우, 49a에서의 검출 동작은 FFT 결과의 제곱 및 시간 주기에 걸친 위상 비정합 합산을 포함한다. 상관 시스템의 개요
이러한 수신 신호에 관하여 저장된 사본의 상대적 타이밍을 순차적으로 재조정하고 상관 출력을 관측함으로써, 수신기는 수신 신호와 로컬 클록 간의 시간 지연을 결정할 수 있다. 코드 주기(예를 들어, 1㎳)를 모듈로(modulo) 한 이 시간 지연은 "코드 위상"이라 한다. 이러한 출력의 존재의 초기 결정은 "포착(acquisition)"이라 한다. 어떤 GPS 수신기에서, 포착이 일어나면, 프로세스는 고 상관 출력을 유지하기 위해 로컬 기준의 타이밍이 소량 조정되는 "추적" 상태로 들어간다. 추적 상태에서의 상관 출력은 의사 난수 코드가 제거된 GPS 신호로 제시될 수도 있고, 일반적인 용어로는 "역확산"될 수도 있다. 이 신호는 GPS 파형 위에 겹쳐지는 50bps(bit per second) 2위상 시프트 키잉된 데이터 신호에 상응하는 대역폭을 갖는 협대역이다. 방법
도 6은 위치 결정 신호를 처리하여 이것이 주파수 드리프트를 선택하는 가정, 송신기를 식별하는 반복 코드, 및 반송파 주파수 오프셋과 매치하는지 여부를 식별하기 위해 이동국에서 수행되는 일련의 단계를 나타내는 흐름도이다. 설명하는 바와 같이, 알고리즘은 주파수 드리프트 가정을 하고, 송신기(예를 들어, GPS 위성 또는 기지국)를 선택하며, 가능한 모든 코드 위상 오프셋(예를 들어, GPS에 대한 1023 오프셋)을 검사하여 선택된 GPS 코드에 대한 코드 위상 오프셋 매치를 찾기 위한 시도를 할 수 있다. 위상 정합 처리 알고리즘은 다수의 주파수 드리프트 가정에 대해 반복된 다음, 이동국에 의해 제시될 수 있는 각 GPS 코드에 대해 또 반복된다. 데이터 관측(61)
도 6의 61에는, GPS 위치 결정 신호의 반송파 주파수 부근의 전자기(EM) 에너지를 관측하는 동작이 지시된다. (존재한다면) GPS 신호는 적어도 블록 주기 Tc 길이의 시간 주기에 걸쳐 연속적으로 관측된다. GPS 신호의 형태는 다른 곳에서, 예를 들어 도 6을 참조로 논의된다. 관측 데이터 처리(62)
다시 도 6을 참조하면, 62에서 관측 데이터가 적절하게 처리된다. 처리는 데이터가 수신될 때, 예를 들어 칩 단위로 이를 처리함으로써 "실시간"으로 이루어질 수도 있고, 또는 데이터가 버퍼링된 다음 집합으로서 함께 처리될 수도 있다. 처리는 적당한 주파수 변환 회로에 의해 GPS 신호로부터 반송파 주파수를 제거하여 나머지 주파수 fe를 남기는 것을 포함할 수도 있다. 반송파 주파수를 제거하기 위해, GPS 신호는 통상적으로 우선 믹서에 의해 중간 주파수(IF)로 변환된다. 그 다음, 변환된 GPS 신호는 임의의 적당한 아날로그 또는 디지털 기술에 의해 처리되어 나머지 IF 성분을 거의 0으로 줄이는데, 예를 들어 IF 주파수가 다른 믹서에 의해 거의 제거될 수 있고, 또는 아날로그-디지털 변환기에서 GPS를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 처리 믹싱 기술이 사용될 수되 있다. 이는 예를 들어 당업계에 공지 된 방식으로 종래의 로컬 오실레이터 및 믹서에 대해 수행될 수 있다. 또한, 반송파 주파수는 디지털화 전에 제거될 수 있지만, 반송파 주파수의 주요부만 제거될 수 있고, 신호는 디지털화 전에 낮은 IF 주파수로 변환된 주파수, 즉 fIF+fe로 변환된 주파수인 것이 가능하다. 디지털화 동작에 이어, IF 주파수(fIF)는 통상적으로 디지털 신호 처리 방법에 의해 제거된다. 신호 처리에 관한 다른 변형이 당업자들에게 명백하다.
보조 GPS 시스템에서, 모든 GPS 신호에 대한 예상 도플러 정정이 PDE로부터 (하나의 형태로 또는 다른 형태로) GPS 수신기로 전송되며, 시야에 있을 수 있는 GPS 위성의 리스트 또한 수신기에 전송되어 GPS 수신기가 위성 신호를 더 효율적으로 찾을 수 있다. 예상 데이터 스트림 또한 PDE에 의해 제공된다.
62에서 데이터 시퀀스가 선택적으로 제거된다. 선택적이지만, 처리 전에 데이터 시퀀스 d(t)의 제거가 매우 유용할 수 있다. 데이터 시퀀스 제거를 돕기 위해, 어떤 보조 GPS 시스템에서는 예상 데이터 시퀀스 d(t)가 GPS 신호의 어떤 근사 도달 시간과 함께 (예를 들어, 서버로부터) GPS 수신기로 전송된다. 이러한 경우, GPS 수신기는 데이터 시퀀스 d(t)를 제거하여 데이터 시퀀스 d(t)로 인해 식(A1)의 신호에서 20㎳마다 발생할 수 있는 의사 난수 위상 반전을 제거할 수 있다. 의사 난수 위상 반전을 제거함으로써(즉, d(t)를 제거함으로써), 위상 정합 처리 시간이 더 긴 시간 간격으로, 예를 들어 100㎳보다 크게 증가할 수 있으며, 이는 GPS 포착 프로세스의 감도를 개선할 수 있다. 이전에 지시한 바와 같이, 미래의 어떤 GPS 모드들은 데이터를 포함하지 않는 시그널링 성분을 포함할 수 있다.
또한, 62에서 처리된 GPS 신호는 (미리 변환되지 않았다면) 아날로그-디지털 변환기에서 미리 결정된 시간 주기에 걸쳐 디지털화(즉, 샘플링)되며, GPS 수신기의 버퍼 메모리에 저장된다. 데이터 집합 크기가 2의 제곱인 것이 때로 이익이지만, 데이터 집합의 크기 또는 데이터의 샘플 레이트에 이론적 제약이 없다. 데이터 블록 제공(63)
63에서, 디지털 데이터(예를 들어, 원시(raw) 또는 처리된 데이터)의 일부에 대응하는 샘플 시간 주기 Tc를 규정함으로써 위상 정합 처리를 위한 데이터 블록이 정의된다. 위상 정합 처리를 위해 데이터가 결합하는 시간 주기는 통상적으로 상당한 정수 개의 PN 프레임(예를 들어, 100개의 PN 프레임)을 포함하도록 선택되며, 유리하게는 가정된 주파수 드리프트로 인해 시간 주기의 길이(위상 정합 길이)가 종래 시스템보다 길게 만들어질 수 있다. 또, 위상 정합 처리 블록은 너무 길게 선택되지 않아야 하는데, 특히 장시간 주기에 걸친 예측 불가능한 주파수 변화는 성능에 있어 어떠한 개선도 제한하거나 방해할 수 있기 때문에 매우 큰 블록(예를 들어, 2- 또는 3-2차 블록)을 위상 정합하게 처리하려는 시도는 불리할 수도 있다.
도 3을 간략하게 참조하면, 제 1 데이터 블록(39a) 또는 제 2 데이터 블록(39b)과 같은 데이터 블록을 정의하는 시간 Tc에 대해 위치 결정 신호가 관측되고, 시간 Tc는 데이터 블록이 정수개의 PN 프레임(35)을 갖도록 선택된다. 실제 데이터 블록은 PN 프레임이 언제 시작하는지에 대한 사전 지식 없이 수신되기 때문 에, 데이터 블록의 시작과 끝은 PN 프레임 경계 내 어디에도 있을 수 있으며, 예를 들어 데이터 블록은 39a(코드 위상 오프셋 = 0)에 나타낸 바와 같이 동시 발생에 의해 제 1 프레임의 시작에서부터 마지막 PN 프레임의 끝까지 연장할 수 있지만, 데이터 블록은 제 1 PN 프레임 중간 어딘가에서부터 (39b에 나타낸 바와 같이) 마지막 전체 PN 프레임이 이어지는 프레임의 중간 어딘가에까지 임의로 연장할 가능성이 더 크므로, 코드 위상 오프셋은 0과 같지 않은 것으로 인지될 수 있다. 주파수 드리프트 가정(64)
64에서, 임의의 적절한 방법에 의해 임의로 또는 사전 정보를 기초로 주파수 드리프트에 관한 가정(도 5를 참조로 설명한 예)이 이루어진다. 예를 들어, 알고리즘이 사용되어 2㎐/sec의 선형과 같은 가장 가능성 있는 주파수 드리프트 가정을 선택한다. 대안으로, 가장 가능성 있는 주파수 드리프트의 선택은 가장 최근에 성공한 주파수 드리프트에, 또는 가장 일반적인 주파수 드리프트에, 또는 임의의 다른 적당한 알고리즘에 기초할 수 있다. 가정된 주파수 드리프트에 응답하는 데이터 블록 처리(65)
65에서, 곱셈 연산 등에 의해 데이터 블록 및 가정된 주파수 드리프트가 처리되어, 가정된 주파수 드리프트에 대해 조정된 데이터 블록인 드리프트-조정된 데이터 신호를 제공한다. 다른 실시예에서, 가정된 주파수 드리프트는 다른 양을 조정하기 위해 알고리즘의 다른 위치에서 이용될 수 있으며, 예를 들어 가정된 주파수 드리프트가 데이터보다는 기준 코드를 조정하는데 사용될 수 있다. 기준 코드 및 데이터는 상관하여 함께 사용되기 때문에, 기준 코드를 조정하는 알짜 효과는 여기서 설명한 바와 같이 데이터를 조정하는 효과와 비슷하게 된다. 또 다른 실시예에서, 가정된 주파수 드리프트는 이어지는 FFT 연산의 벡터 기준을 조정하거나, FFT 연산의 입력 또는 출력, 또는 둘 다를 조정하는데 사용될 수 있다. 송신기/위성의 이동으로 인한 예상 주파수 드리프트(즉, 예상 위성 도플러 변화)가 가정된 주파수 드리프트에 포함될 수도 있고, 개별적으로 적용될 수도 있다. 후자의 경우, 위성 도플러의 조정은 알고리즘에서 다른 주파수 드리프트의 조정과 같은 위치에 또는 다른 어떤 위치에 삽입될 수 있다. 시야에 있을 수 있는 송신기의 선택 및 기준 코드 제공(66)
66에서, 임의의 적절한 방법에 의해 송신기(예를 들어, GPS 위성)가 선택 또는 결정된다. 임의의 특정 위성의 선택은 임의일 수도 있고, 바람직하게는 PDE에 의해 제공되는 리스트 또는 이력과 같은 임의의 적당한 정보에 기초할 수도 있다.
이 위성 선택을 기초로, 위성으로부터 전송된 신호를 나타내는 기준 코드가 공급된다. 기준 코드는 국부적으로 생성되거나 미리 계산되어 저장된다. 기준 코드는 임의의 적당한 형태일 수 있는데, 예를 들어 시간 영역 신호일 수도 있고, 대안으로 FFT에 따라 저장될 수도 있다. 이들 코드는 공지되어 있으며, GPS 수신기의 매 GPS 코드마다 값을 미리 계산하여 저장하는 것이 가능하며 실용적이다.
GPS 수신기는 다수의 신호를 예를 들어 통상적인 상황에서 수신하며, GPS 수신기는 통상적으로 각종 시야 내 위성으로부터 임의의 시간에 8~12개의 신호를 수신하지만, 이들 신호 중 많은 신호는 너무 약해 검출할 수 없을 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서 어느 위성이 수신 가능 신호를 제공하고 있는지에 대한 불 확실성이 있으며, 추가로 검출 가능하다고 해도 도달 시간을 결정하는 임의의 수신 가능 신호의 코드 위상 오프셋은 알려지지 않는다.
논의하는 바와 같이, 선택된 위성에 대한 PN 코드는 매치를 찾거나 모든 가정을 다 논할 때까지 모든 주파수 가정에 대해 검사된 다음, 모든 후보 위성이 선택될 때까지 또는 위치 고정을 완료할 충분한 위성을 찾을 때까지 다음 위성이 선택되고 모든 주파수 가정에 대해 검사되는 식이다. 초기 PR 시프트 가정(67)
67에서, PR 시프트에 관한 초기 가정이 이루어진다. GPS 수신기에 충분한 정보가 입수되면(예를 들어, 선험적 위치 고정이 이루어지거나 코드 위상 예측이 입수될 수 있다면), 이 초기 가정 및 이어지는 가정들은 이 정보를 기초로 이루어질 수 있다. 입수되는 정보가 없다면, 최선의 추측이 이루어지고 검색이 시작된다. 드리프트-조정된 신호와 기준 코드의 상관(68)
68에서, 임의의 적절한 방법으로 드리프트-조정된 신호를 기준 신호와 상관시키는 동작이 수행된다. 결과는 상관 데이터 집합이다.
설명을 위해, 상기 개시한 방법은 위상 정합 방식으로 하나의 데이터 블록을 처리하는 것에 대응하며, 이는 여기서는 "위상 정합 적분"이라는 용어의 상관 타입이다. 감도를 개선하기 위해, 다수의 인접 시간 간격(예를 들어, 2~2000개의 블록, 통상적으로는 5~200개의 블록)에 걸쳐 다수의 위상 정합 상관 프로세스로부터의 상관 출력의 크기가 검출되고 결합하여 상관 결과를 제공한다. 이 프로세스는 "위상 비정합 적분"이라 한다. 데이터 블록에 대한 푸리에 변환 수행(69)
69에서, 푸리에 변환 프로세스를 이용함으로써 상관 데이터 집합이 주파수 영역으로 변환되어, 예를 들어 주파수 샘플 집합을 생성한다. 이 단계는 "순방향 변환" 프로세스라 할 수 있으며, 고속 푸리에 변환(FFT)과 같이 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 잘 알려진 한 가지 접근은 "시간 데시메이션(Decimation-in-time)"이고, 다른 접근은 주파수 데시메이션이다. 첩(chirp) z-변환이나 정수론적 변환과 같은 다른 고속 알고리즘이 적절히 또는 유용하게 이용될 수 있다.
임의의 신호의 FFT는 처리되고 있는 데이터 블록의 듀레이션의 역수에 의해 주파수에서 분리되는 일련의 데이터 주파수 샘플을 포함한다. 예를 들어, 블록 듀레이션(Tc)이 80㎳라면, 주파수 샘플은 12.5㎐의 간격을 갖는다. 각 데이터 주파수 샘플은 그 주파수에 의해 ㎐, 또는 더 편리하게는 주파수 인덱스로 식별될 수 있다. 특히 DFT의 각 데이터 주파수 샘플은 정수(주파수 인덱스)로 지정될 수 있으며, 이는 예를 들어 0 주파수에 대한 0 인덱스에서 시작할 수 있다. N-점 FFT에서, 주파수 인덱스 N/2는 1/2 샘플 레이트의 ㎐ 주파수, 즉 S/2에 대응한다. 인덱스 N/2+1, N/2+2 등을 갖는 주파수 샘플들은 -S/2+1/Tc, -S/2+2/Tc 등과 같은 ㎐ 주파수에 대응하는데, 즉 이들은 음의 주파수에 대응하는 데이터를 나타낸다. 매치를 위한 FFT 상관 결과 검색(70)
70에서 단계(69)로부터의 FFT 상관 결과가 분석되어 매치를 찾았는지 여부를 결정한다. 이 동작은 후술하는 바와 같이 다수의 적당한 알고리즘 중 임의의 알고리즘으로 수행될 수 있다. 특히, FFT 결과는 일정한 간격을 둔 별개의 주파수에서의 일련의 라인이다. 매치를 찾았는지 여부를 결정하기 위해, 임의의 적당한 검색 알고리즘이 이용될 수 있다. 통상적으로, 각 라인의 크기가 계산(검출)될 수 있다. FFT 주파수 인덱스 및 특정 가정된 코드 위상에 대한 라인의 크기가 모든 라인 중 가장 크고 그 진폭이 미리 결정된 임계치를 충족하거나 초과한다면, 매치를 찾을 것으로 추측할 수 있다.
71에서 검사가 수행된다. 매치가 확인되지 않으면, 동작은 결정(72)으로 이동한다. 72에서, 검색할 PR 시프트가 더 있다면, 단계(73)에서 다른 PR 시프트 가정이 이루어지고, 단계(68~71)를 포함하는 "위상 루프"에서 동작이 계속된다. 그러나 검색할 PR 시프트가 더 없다면, 동작은 위상 루프를 벗어나 72에서 결정(74)으로 이동하고, 여기서 더 많은 주파수 드리프트 가정이 검사되어야 하는지 여부를 결정한다.
결정(74)으로부터, 검사할 주파수 드리프트 가정이 더 있다면, 단계(64~72)를 포함하는 "주파수 드리프트 루프"에서 동작이 계속되어, 동일한 송신기에 대한 다른 주파수 드리프트를 가정한다. 검사할 주파수 드리프트 가정이 더 없다면, 동작은 후술하는 결정(76)으로 이동하여, 검사할 위성/송신기가 더 있는지 여부를 결정한다.
71의 결정으로 돌아가서, 매치를 찾으면, 동작은 코드 위상 오프셋이 결정되는 단계(75)로 이동한다. 코드 위상 오프셋 결정(75)
상술한 바와 같이, 데이터가 샘플링될 때 코드 위상은 알려지지 않았는데, 즉 PN 프레임 주기의 시작과 끝이 아직 확인되지 않았다. 특히, 데이터 블록이 정수 개의 PN 프레임을 갖지만, 데이터 블록의 시작 위치가 알려지지 않아 데이터 블록의 시작과 끝이 PN 프레임 내의 어디에든 있을 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 데이터 블록은 39a(코드 위상 오프셋 = 0)에 나타낸 바와 같이 동시 발생에 의해 제 1 프레임의 시작에서부터 마지막 PN 프레임의 끝까지 연장할 수 있지만, 데이터 블록은 69b에 나타낸 바와 같이 제 1 PN 프레임 내의 임의의 지점으로부터 마지막 전체 PN 프레임(코드 위상 오프셋 ≠ 0)이 이어지는 프레임 내의 동일 지점까지 임의로 연장할 가능성이 더 크다.
75에서, 긍정적인 검색 결과에 따라(즉, 단계(71)에서 매치를 찾은 후), 68에서 사용된 가정된 PR 시프트로부터 코드 위상 오프셋이 결정되는 한편, 단계(69)의 FFT 상관 결과로부터 평균 주파수 오프셋이 결정된다. 정확한 코드 위상 오프셋은 보통 검색에서 찾은 피크 근처의 몇몇의 PR 시프트에 대응하는 상관 결과로부터 보간된다. 연속적인 PR 시프트 가정이 단지 1/2 PR 칩 떨어져 있다면, 이러한 보간이 가능하다.
76에서, 추가 송신기/위성을 찾아야 하는지에 관한 결정이 이루어진다. 이 결정은 임의의 적당한 기준에 따라 이루어지는데, 위치 고정을 하기 위해 충분한 위성을 이미 찾았다면, 또는 가능한 시야 내 위성 리스트가 다 논의되었다면, 검색을 중단하는 결정이 이루어질 수 있고, 따라서 77에 지시된 바와 같이 포착 동작이 완료된다. 그러나 검색할 위성이 더 있다면, 동작은 단계(66)로 돌아가 다음 위성을 선택하고 다른 PR 시프트를 선택하기 위한 송신기 루프가 수행되고, 새로운 가정으로 단계(66~76)가 수행된다. 개요 및 추가 논의
도 6의 방법은 위상 정합 방식으로 하나의 데이터 블록을 처리하는 것에 대응하며, 이는 여기서는 "위상 정합 적분"이라는 용어의 상관 타입이다. 그러나 실제 실행에서, 위상 정합 적분은 위상 정합 적분 길이가 각종 주파수 에러에 의해 제한되기 때문에 약한 GPS 신호를 검출하고 그 코드 위상을 측정하기에 충분한 감도가 되지 않을 수도 있다. 감도를 개선하기 위해, 다수의 위상 정합 상관 프로세스로부터의 상관 출력의 크기가 검출되고 결합할 수 있으며, 이는 "위상 비정합 적분"이라 한다. 특히, 하나 이상의 추가 인접 시간 간격(예를 들어, 2~2000개의 블록, 통상적으로는 5~200개의 블록)에 대해 위상 정합 프로세스가 반복될 수 있고, 결과가 검출되어(예를 들어, 크기 또는 크기 제곱이 계산되어) 결합한다. 이들 검출된 상관 샘플 블록의 합은 위상 부정합 또는 위상 비정합 처리라 한다. 위상 비정합 처리는 동일한 전체 적분 길이에 대한 위상 정합 처리보다 낮은 감도를 제공한다. 신호 처리에 주파수 드리프트 가정을 적용함으로써, 위상 비정합 적분의 길이를 줄이는 비용으로 위상 정합 적분의 길이가 증가할 수 있는 동시에, 전체 적분 길이를 동일하게 유지하며, 이들의 알짜 효과는 신호 검출 감도의 증가이다.
이러한 교지를 고려하여, 발명의 진의 또는 범위를 벗어나지 않으면서 대안적인 실시예들이 구현될 수 있음이 당업자들에게 명백할 것이다.
도 7은 위치 결정 신호를 수신하기 위한 대안적인 실시예들을 포함하는 흐름도이다. 특히, 블록(61~64, 66, 67, 71~77)의 단계들은 도 6을 참조로 상술한 단계들에 대응한다.
78에서, 가정된 PR 시프트 및 가정된 주파수 드리프트에 응답하여, 데이터 블록과 가정된 기준 신호 간의 매치를 찾는 동작이 제시된다. 78에서의 동작은 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 데이터 블록이 처리되어 드리프트-조정된 데이터 블록을 제공하고, 상기 드리프트-조정된 데이터 블록과 상기 가정된 기준 신호 간의 매치를 찾는 동작이 이어지는 도 6을 참조로 상술한 시스템을 포함할 수 있다.
대안적으로, 78에서의 동작은 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 가정된 기준 신호를 처리하여 드리프트-조정된 기준 신호를 제공하고, 상기 데이터 블록과 상기 가정된 기준 신호 간의 매치를 찾는 동작을 포함할 수 있다.
일반적으로, 78에서의 동작은 주파수 드리프트, 주파수 및 위상 시프트를 가정하는 임의의 적당한 사퀀스를 이용하여 수행될 수 있다. 많은 대안이 적당한데, 예를 들어 다수의 주파수 드리프트 가정이 병렬로 검사될 수도 있고, 또는 단일 위상 시프트 가정이 다수의 주파수 드리프트 가정에 대해 검사될 수도 있으며, 또는 서로 다른 타입의 다수의 서로 다른 가정이 병렬로 검사될 수도 있다.
또 다른 대안으로, 78에서의 동작은 데이터 블록에 대응하여 주파수 샘플들을 계산하고, 상기 기준 신호에 응답하여 주파수 샘플들을 계산하며, 데이터 블록과 간섭 신호 주파수 샘플 간의 매치를 찾는 동작을 포함할 수도 있다. 푸리에 변환된 데이터 블록과 주기적인 반복 시퀀스의 적어도 하나의 벡터 기준이 상기 가정 된 주파수 드리프트에 응답하여 조정될 수도 있다.
본 발명은 다음 청구범위로만 한정되는 것이며, 청구범위는 상기 명세서 및 첨부 도면과 관련하여 제시될 때 이러한 모든 실시예 및 변형을 포함한다.

Claims (38)

  1. 긴 위상 정합 적분(coherent integration) 주기를 이용하여, 미리 결정된 반송파 주파수로 다수의 송신기들 중 하나로부터 전송된 위치 결정 신호 - 상기 위치 결정 신호는 상기 위치 결정 신호를 전송한 송신기를 고유하게 식별하는 기준 코드를 포함함 - 를 수신하는 방법으로서,
    a) 수신기에서, 상기 반송파 주파수 부근의 전자기 에너지를 관측하고, 상기 관측된 전자기 에너지에 응답하여 데이터를 제공하는 단계;
    b) 상기 송신기들 중 하나를 고유하게 식별하는 후보 기준 코드를 제공하는 단계;
    c) 상기 후보 기준 코드에 대하여 주파수 드리프트(drift)를 가정하는 단계;
    d) 드리프트-조정된 기준 코드를 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 후보 기준 코드를 처리하는 단계;
    e) 상기 데이터의 데이터 블록을 규정하는 단계;
    f) 상기 데이터 블록과 상기 드리프트-조정된 기준 코드 간의 매치(match)를 찾는 단계; 및
    g) 매치하는 신호가 발견되면, 위상 지연 및 타이밍 정보를 결정하고, 그렇지 않으면 매치하는 신호가 발견될 때까지 또는 미리 결정된 종료 기준이 충족될 때까지 상기 단계 b) 내지 f)를 순환(looping)하는 단계를 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 선형인, 위치 결정 신호 수신 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 지수적(exponential)인, 위치 결정 신호 수신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 f)는,
    드리프트-조정된 데이터 블록을 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터 블록을 처리하는 단계; 및
    다수의 위상 시프트들에 대하여 상기 드리프트-조정된 데이터 블록과 상기 후보 기준 코드 간의 매치를 찾는 단계를 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 f)는,
    다수의 위상 시프트들에 대하여 상기 데이터 블록과 상기 기준 코드 간의 매치를 찾는 단계를 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 f)는,
    상기 데이터 블록에 응답하여 주파수 샘플들을 계산하는 단계;
    상기 기준 코드에 응답하여 주파수 샘플들을 계산하는 단계; 및
    상기 데이터 블록 주파수 샘플들과 상기 기준 코드 주파수 샘플들 간의 매치를 찾는 단계를 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계 f)는 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터 블록 주파수 샘플들 및 상기 기준 코드의 벡터 기준을 조정하는 단계를 더 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기들은 GPS 주파수로 GPS 신호들을 전송하는 다수의 GPS 위성을 포함하며, 각각의 GPS 위성은 고유 기준 신호를 전송하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 상기 기준 코드들의 전체 반복 수에 대응하는 크기를 갖는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 상기 기준 코드들의 100 내지 500번의 반복들 범위 내의 크기를 갖는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  11. 긴 위상 정합 적분 주기를 이용하여, 미리 결정된 반송파 주파수로 다수의 송신기들 중 하나로부터 전송된 위치 결정 신호 - 상기 위치 결정 신호는 상기 위치 결정 신호를 전송한 송신기를 고유하게 식별하는 주기적인 반복 시퀀스를 포함함 - 를 수신하는 방법으로서,
    a) 수신기에서, 상기 반송파 주파수 부근의 전자기 에너지를 관측하고, 상기 관측된 전자기 에너지를 나타내는 데이터를 저장하는 단계;
    b) 미지의 주파수 드리프트가 가해지는 데이터 블록을 규정하는 단계;
    c) 상기 데이터 블록에 대한 주파수 드리프트를 가정하는 단계;
    d) 드리프트-조정된 신호를 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터를 처리하는 단계;
    e) 상기 드리프트-조정된 신호를 상관 시스템에 적용하고, 상기 드리프트-조정된 신호와 상기 다수의 송신기들 중 적어도 하나의 송신기 간의 매치를 찾는 단계; 및
    f) 매치하는 신호가 발견되면, 위상 지연 및 타이밍 정보를 결정하고, 그렇지 않으면 매치하는 신호가 발견될 때까지 또는 미리 결정된 종료 기준이 충족될 때까지 상기 단계 c) 내지 e)를 순환하는 단계를 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 선형인, 위치 결정 신호 수신 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 지수적인, 위치 결정 신호 수신 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 단계 e)는,
    상기 다수의 송신기들 중 하나를 가정하고 상기 가정된 송신기에 대응하는 기준 코드를 제공하는 단계;
    PR 시프트를 추정하는 단계;
    상기 PR 시프트에 응답하여 상기 드리프트-조정된 신호와 상기 기준 코드를 상관시킴으로써, 상관 데이터 집합을 제공하는 단계; 및
    신호 매치를 확인하기 위해 상기 상관 데이터 집합을 검색하는 단계를 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기준 코드는 시간 영역 신호를 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 송신기들은 GPS 주파수로 GPS 신호들을 전송하는 다수의 GPS 위성들을 포함하며, 각각의 GPS 위성은 주기적인 반복 시퀀스를 전송하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 상기 주기적인 반복 시퀀스의 전체 반복 수에 대응하는 크기를 갖는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 상기 주기적 반복 시퀀스들의 100 내지 500번의 반복들 범위 내의 크기를 갖는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    이동국의 위치를 결정하기 위해 상기 타이밍 정보를 이용하는 단계를 더 포함하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 10㎳ 내지 1초의 시간 주기에 대응하는, 위치 결정 신호 수신 방법.
  21. 긴 위상 정합 적분 주기를 이용하여, 미리 결정된 반송파 주파수로 다수의 송신기들 중 하나로부터 전송된 위치 결정 신호 - 상기 위치 결정 신호는 상기 위치 결정 신호를 전송한 송신기를 고유하게 식별하는 기준 코드를 포함함 - 를 수신하는 수신기로서,
    안테나를 포함하며, 상기 반송파 주파수 부근의 전자기 에너지를 관측하는 수단;
    미리 정의된 시간 주기에 걸쳐 상기 관측된 전자기 에너지를 나타내는 데이터를 저장하는 수단;
    상기 송신기들 중 하나를 고유하게 식별하는 후보 기준 코드를 제공하는 수단;
    상기 후보 기준 코드에 대하여 주파수 드리프트를 가정하는 수단;
    드리프트-조정된 기준 코드를 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 후보 기준 코드를 처리하는 수단;
    상기 데이터에 응답하여 데이터 블록을 규정하고, 상기 데이터 블록과 상기 드리프트-조정된 기준 코드 간의 매치를 찾는 수단;
    위상 지연 및 타이밍 정보를 결정하는 수단; 및
    매치하는 신호가 발견되었는지 여부를 결정하는 제어 수단을 포함하는, 수신기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 선형인, 수신기.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 지수적인, 수신기.
  24. 제 21 항에 있어서,
    드리프트-조정된 데이터 블록을 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터 블록을 처리하는 수단; 및
    상기 드리프트-조정된 데이터 블록과 상기 후보 기준 코드 간의 매치를 찾는 수단을 더 포함하는, 수신기.
  25. 제 21 항에 있어서,
    다수의 위상 시프트들에 대하여 상기 데이터 블록과 상기 기준 코드 간의 매치를 찾는 수단을 더 포함하는, 수신기.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 데이터 블록에 응답하여 주파수 샘플들을 계산하는 수단;
    상기 기준 코드에 응답하여 주파수 샘플들을 계산하는 수단; 및
    상기 데이터 블록 주파수 샘플들과 상기 기준 코드 주파수 샘플들 간의 매치를 찾는 수단을 더 포함하는, 수신기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터 블록 주파수 샘플들 및 상기 기준 코드의 벡터 기준을 조정하는 수단을 더 포함하는, 수신기.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 송신기들은 GPS 주파수로 GPS 신호들을 전송하는 다수의 GPS 위성들을 포함하며, 각각의 GPS 위성은 고유한 기준 코드를 전송하는, 수신기.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 상기 기준 코드들의 전체 반복 수에 대응하는 크기를 갖는, 수신기.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 10㎳ 내지 1초의 시간 주기에 대응하는, 수신기.
  31. 긴 위상 정합 적분 주기를 이용하여, 미리 결정된 반송파 주파수로 다수의 송신기들 중 하나로부터 전송된 위치 결정 신호 - 상기 위치 결정 신호는 상기 위치 결정 신호를 전송한 송신기를 고유하게 식별하는 주기적인 반복 시퀀스를 포함함 - 를 수신하는 수신기로서,
    안테나를 포함하며, 상기 반송파 주파수 부근의 전자기 에너지를 관측하는 수단;
    미리 정의된 시간 주기에 걸쳐 상기 관측된 전자기 에너지를 나타내는 데이터를 저장하는 수단;
    데이터 블록을 규정하는 수단;
    상기 데이터 블록에 대한 주파수 드리프트를 가정하는 수단;
    드리프트-조정된 신호를 제공하기 위해 상기 가정된 주파수 드리프트에 응답하여 상기 데이터를 처리하는 수단;
    상기 드리프트-조정된 신호를 상관 시스템에 적용하고, 상기 드리프트-조정된 신호와 상기 다수의 송신기들 중 적어도 하나의 송신기 간의 매치를 찾는 수단;
    위상 지연 및 타이밍 정보를 결정하는 수단; 및
    매치하는 신호가 발견되었는지 여부를 결정하는 제어 수단을 포함하는, 수신기.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 선형인, 수신기.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 가정된 주파수 드리프트는 지수적인, 수신기.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 다수의 송신기들 중 하나를 가정하고 상기 가정된 송신기에 대응하는 기준 코드를 제공하는 수단;
    PR 시프트를 추정하는 수단;
    상기 PR 시프트에 응답하여 상기 드리프트-조정된 신호와 상기 기준 코드를 상관시킴으로써, 상관 데이터 집합을 제공하는 수단; 및
    신호 매치를 확인하기 위해 상기 상관 데이터 집합을 검색하는 수단을 더 포함하는, 수신기.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 기준 코드는 시간 영역 신호를 포함하는, 수신기.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 송신기들은 GPS 주파수로 GPS 신호들을 전송하는 다수의 GPS 위성들을 포함하며, 각각의 GPS 위성은 주기적인 반복 시퀀스를 전송하는, 수신기.
  37. 제 31 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 상기 주기적인 반복 시퀀스의 전체 반복 수에 대응하는 크기를 갖는, 수신기.
  38. 제 31 항에 있어서,
    상기 데이터 블록은 10㎳ 내지 1초의 시간 주기에 대응하는, 수신기.
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