KR100959267B1 - 이동 ｇｐｓ 수신기를 이용하는 셀룰러 네트워크에서기지국의 주파수를 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

셀룰러 통신 시스템내의 기지국을 주파수 동기화를 위한 방법 및 장치이다. 본 발명의 일 태양에서, 셀룰러 통신 시스템에서 기지국의 송신 타이밍을 예측하기 위한 방법은, 기지국으로부터 송신된 제 1 셀룰러 신호 내의 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그를 수신하는 단계, 기지국으로부터 송신된 제 2 셀룰러 신호내의 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 수신하는 단계, 및 제 1 및 제 2 타임 태그를 이용하여 기지국에 관련된 주파수를 계산하는 단계를 포함한다. 각각의 타임 태그는 대응하는 타임 마커를 수신하는 이동국에서 수신된 적어도 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 결정된다.
위성 위치확인 시스템, 캐리어의 주파수, 타임 태그, 프레임 동기 에포크, 셀룰러 통신 시스템

Description

이동 ＧＰＳ 수신기를 이용하는 셀룰러 네트워크에서 기지국의 주파수를 측정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING FREQUENCY OF A BASESTATION IN CELLULAR NETWORKS USING MOBILE GPS RECEIVERS}
관련 출원
본 출원은 2002년 4월 15일 출원된 미국 가출원 제60/372,944호에 대한 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 셀룰러 통신 시스템에 관련한 것으로, 특히, 이동 셀룰러 통신국 (mobile cellular communication station, MS) 의 로케이션이 정해진 시스템에 관한 것이다.
발명의 배경
셀룰러 네트워크 (예를 들면, 셀룰러 폰 네트워크) 에 위치 로케이션을 수행하기 위해, 여러 기지국과 셀룰러폰과 같은 이동 장치들 각각의 사이에 전송되는 타이밍정보의 이용에 근거한 여러가지 접근법들이 시도되었다. 도달 시간 차 측위 (Time Difference of arrival, TDOA) 라는 접근법에서는, 이동 장치로부터의 신호의 수신시간이 몇몇 기지국에서 측정되며, 이 시간들이 로케이션 서버라 불리는 로케이션 결정 엔터티 (location determination entity) 에 송신되고, 로케이션 서버는 이 수신시간들을 이용하여 이동 장치의 위치를 계산한다. 이런 접근법을 실시하기 위하여, 기지국의 정확한 위치가 알려져 있어야 하며, 로케이션의 정확한 측정을 제공하기 위해 이 기지국들에서의 TOD (time-of-day) 가 코디네이트 (coordinate) 되어야 할 필요가 있다. 타임 코디네이션은 시간의 특정 순간에 특정 에러 범위내의 여러 기지국에 관련된 TOD를 유지하는 동작이다.
도 1은 이동 셀룰러폰 (111) 으로부터의 동일 신호의 수신시간 (TR1,TR2 및 TR3) 이 셀룰러 기지국 (101,103 및 105) 에서 측정되고, 로케이션 서버 (115) 에 의해 프로세스되고 있는 TDOA 시스템의 실시예를 나타낸다. 로케이션 서버 (115) 가 기지국들로부터 이동 교환 센터 (113) 를 통해 데이터를 수신하기 위해서 연결된다. 이동 교환 센터 (113) 는 신호들이 이동 전화에 전달될 수 있도록, 그리고 이동 전화로부터 다른 전화 (예를 들면, 지상회선 공용 교환 전화 시스템 (PSTS) 상의 지상회선 전화 또는 다른 이동 전화기들) 로 전달될 수 있도록 지상회선 공용 교환 전화 시스템 (PSTS) 으로부터의 신호 및 지상회선 공용 교환 전화 시스템 (PSTS) 으로의 신호 (예를들어, 음성 통신) 를 제공한다. 일부의 경우, 로케이션 서버는 셀룰러 링크을 통하여 이동 교환 센터와 통신할 수도 있다. 로케이션 서버는 또한 여러 기지국으로부터의 송출을 이 송출들의 상대적인 타이밍을 결정하기 위한 노력으로 모니터할 수도 있다.
개량 관측 시간 차 측위 (Enhanced Observed Time Difference, EOTD) 또는 개량 순방향 링크 삼각측위 (Advanced Forward Link Trilateration, AFLT) 이라고 불리는 대안은 이동 장치에서 여러 기지국으로부터 송신된 신호의 도착시간을 측정한다. (TR1),(TR2) 및 (TR3) 의 화살표 방향이 반전되는 경우에는, 도 1이 이 경우에도 적용된다. 이 타이밍 데이터들이 이동 장치의 위치를 계산하는 데 사용된다. 이런 계산이 이동 장치 자체에서 수행되거나, 만일 이동 장치에서 얻은 타이밍 정보가 통신 링크을 통해 로케이션 서버로 송신된 경우에는, 로케이션 서버에서 수행될 수 있다. 다시, 기지국의 TOD 가 코디네이트 되어, 그들의 로케이션들이 정확히 평가되어야 한다. 다른 접근법에서는, 표준 조사법에 의하여 기지국의 로케이션들이 결정되며, 기지국내에서, 로케이션 서버에서, 또는 여러 타입의 컴퓨터 메모리의 네트워크에 저장된다.
그러나, 위치 로케이션을 수행할 제 3 방법은 글로벌 위성 위치확인 시스템 (GPS) 또는 다른 위성 위치확인 시스템 (SPS) 을 위한 수신기의 이동 장치에서의 이용을 포함한다. 이들 방법은 완전히 자체적이거나, 또는 보조 데이터를 제공하기 위해 또는 위치 계산을 공유하기 위해, 셀룰러 네트워크를 이용한다. 이런 방법의 실시예를 미국 특허 제5,841,396호, 제5,945,944호, 및 제5,812,087호에서 설명하고 있다. 간단히, 이런 다양한 방법들을 "SPS" 라 한다. 실용적인 저가 장치에서, 이동 셀룰러 통신 수신기 및 SPS 수신기는 하나의 인클로져 (enclosure) 로 통합될 수 있으며, 사실상, 공통의 전자 회로를 공유할 수 있다.
EOTD 또는 TDOA 중 하나와 SPS 시스템과의 결합은 "하이브리드" 시스템이라 한다.
상기 설명으로부터, 이동 장치의 정밀한 위치 계산에 셀룰러 기지국 사이에 EOTD, TDOA 또는 하이브리드 시스템을 위한 타임 코디네이션이 필수적임을 명백히 알 수 있다. 기지국에서 요구되는 TOD 의 정밀도는 이용되는 위치확인 방법의 세부사항에 의존한다.
상기 방법의 또 하나의 변형예에서는, 기지국에서 이동 장치까지 전송되었다가, 되돌아온 신호에서 왕복 딜레이 (RTD : round trip delay) 가 발견된다. 유사하나 대체적인 방법에서도, 이동 장치에서 기지국까지 전송되었다가 되돌아온 신호에서, 왕복 딜레이가 발견된다. 이 각각의 왕복딜레이를 2로 나누어서, 편도 딜레이에 대한 추정치를 결정한다. 편도 딜레이를 더한, 기지국의 로케이션에 대한 정보는 지구상의 영역에 대한 이동 장치의 로케이션을 포함한다. 두 개의 측정결과는 두 영역의 교차점을 발생시키며, 지구상의 두개의 지점의 로케이션을 차례로 포함한다. 제 3 의 측정결과 (심지어는 도달각이 또는 셀 섹터) 가 모호함을 해결한다. 왕복 딜레이 접근법에서는, RTD 측정이 최악의 경우라도, 수초내에 행할 수 있도록 코디네이트 되어, 만일 이동 장치가 빠르게 이동하더라도, 이동 장치에 대응하는 측정 결과가 동일한 로케이션 근처에 있도록 하는 것이 중요하다.
많은 경우, 2 또는 3개의 기지국 각각에 대하여, 왕복 측정을 수행하는 것은 불가능하지만, 이동 장치와 통신하는 데 가장 중요한 기지국인, 단지 하나의 기지국에 대하여 수행하는 것은 가능하다. 예를 들어, IS-95 북미 CDMA 셀룰러 표준이 이용될 때가 이 경우라고 하겠다. 그렇게 하지 않는다면, 장비 또는 신호 프로토콜의 제약 때문에, 정밀한 (예를들어, 마이크로초단위 아래에서) 왕복 타이밍 측정을 수행하는 것이 전혀 불가능하다. 이것은 GSM 셀룰러 통신 표준이 이용되는 때에도 해당된다. 이 경우, 단지 다른 이동국-기지국의 경로들 사이의 시간차만이 이용되기 때문에, 만일 삼각측량 동작이 수행된다면, 정확한 타이밍 (또는, 상대적 타이밍) 이 기지국 송신 상에서 유지되는 것이 더욱 더 중요해진다.
기지국에서 정확한 타이밍 정보를 유지시켜야 하는 다른 이유는 GPS에 근거한 위치 계산을 보조하기 위하여, 이동 장치에 시간을 제공해야 하기 때문이고, 이런 정보는 최초 고정에 대한 시간을 단축시키고, 그리고/또는 감도를 개선시킬 수 있다. 미국 특허 제6,150,980호 및 제6,052,081호는 이런 실시예들을 포함한다. 이런 상황들을 위해 요구되는 정밀도는 바람직한 수행 개선에 따라 수 마이크로초 내지 대략 10 밀리초의 범위를 가질 수 있다. 하이브리드 시스템에서는, 기지국 타이밍이 TDOA (또는, EOTD) 동작을 GPS 동작만큼 개선시킬 이중의 목적으로 이용될 수 있다.
기지국 타이밍 코디네이션에 대한 종래 기술 접근법은 로케이션 측정 유닛 (LMU) 또는 타이밍 측정 유닛 (TMU) 라는 특별한 고정 로케이션 타이밍 시스템을 채택한다. 이 유닛들은 일반적으로, 정밀한 TOD의 결정을 가능하게 하는 고정 로케이션 GPS 수신기들을 포함한다. 그 유닛들의 로케이션이 GPS 에 근거한 조사장비에 의해 조사되는 것과 같이 조사될 수 있다. 대체적인 장치에서는, LMU 또는 TMU가 GPS 수신기 또는 다른 소스에 의해 제공되는 절대 시간에 의존하지 않을 수 있지만, 다른 의미에서, 다른 기지국의 타이밍 에 대한 한 기지국의 타이밍에 단순히 연관될 수 있다. 그러나, 이런 대안적인 접근법 (GPS 수신기를 이용하는 방법을 제외하고) 은 단일 엔터티에 의한 다수의 기지국의 관측가능성에 따라 좌우된다. 또한, 그런 접근법들은 네트워크를 통하여 축적된 에러들을 발생시킬 수 있다.
일반적으로, LMU 또는 TMU가 기지국으로부터 송신된 셀룰러 통신 신호 안에 존재하는 프레임 마커들과 같은, 타이밍 신호들을 관측하고, GPS 세트 또는 다른 시간 결정 장치를 통하여 발견되는 로컬 시간에 타이밍 신호를 첨가하려 한다. 그 결과, 메세지들은 기지국 (또는, 다른 인프라스트럭쳐 컴포넌트) 으로 전송되며, 그 기지국들은 이런 엔터티들이 경과시간을 추적하도록 허용한다. 그리고, 명령 후에, 또는 주기적으로, 셀룰러 네트워크를 통하여 신호의 프레임 구조와 결합된 TOD를 표시하는 네트워크에 의해 이용될 수 있는 이동 장치로 특정 메시지가 전송된다. 이는 전체 프레임 구조가 3시간을 초과하는 기간동안 유지되는 GSM 과 같은 시스템에 특히 무난하다. 로케이션 측정 유닛은 로케이션 서버로 동작하는 등의 다른 목적으로 이용될 수 있다 - 즉, 이동 장치의 위치를 결정하기 위하여, 이동 장치로부터 LMU가 실제적으로 도달 시간 측정을 수행할 수 있다.
이 LMU 또는 TMU 접근법의 한가지 문제는 각 기지국마다 또는 여러 기지국의 통신범위내의 다른 사이트들에 새로운 특별 고정장비의 구성을 요한다는 것이다. 이는 설치 및 유지에 고비용을 유발할 수 있다.
발명의 개요
이하, 셀룰러 통신 시스템내에서 기지국들을 주파수 동기화시키는 방법 및 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 1 태양에서는, 셀룰러 통신 시스템에서 기지국의 송신 타이밍을 예측하는 방법은, 기지국으로부터 송신되는 제 1 셀룰러 신호 내의 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타이밍 태그를 수신하는 단계, 기지국으로부터 송신되는 제 2 셀룰러 신호 내의 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 수신하는 단계, 및 제 1 타임 태그 및 제 2 타임 태그를 이용하여 기지국에 관련된 주파수를 계산하는 단계를 포함한다. 각 타임 태그들은 이동국에서 수신된 최소 1개의 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 결정되며, 이동국은 기지국으로부터의 셀룰러 신호 내에 포함된 대응하는 타임 마커를 수신한다. 이 태양에 따른 1 실시예에서는, 타임 태그는 위성 위치확인 신호 내의 TOD 메세지로부터 결정된다. 이 태양에 따른 다른 실시예에서는, 위성 위치확인 신호의 프로세싱으로부터 결정된 주파수인 로컬 레퍼런스 신호들로부터 최소 2개 타임 태그 사이의 시간차가 결정된다.
발명의 다른 태양에서 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 방법은, 이동국에서 적어도 1개의 위성 위치확인 시스템 신호를 수신하는 단계, 적어도 1개의 위치확인 시스템 신호로부터 이동국의 로컬 발진기로부터의 레퍼런스의 주파수를 결정하는 단계, 이동국에서 기지국으로부터, 캐리어에 의해 변조되는 셀룰러 신호를 수신하는 단계, 로컬 발진기로부터 레퍼런스 시그널을 이용하여, 캐리어의 주파수를 측정하는 단계 및, 캐리어의 주파수를 이용하여, 기지국에 관련된 주파수를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 이들 방법을 수행하는 장치들을 포함하며, 이들 방법을 수행하고, 데이터 프로세싱 시스템이 실행될 경우에는, 시스템이 이들 방법을 수행하게 하는, 판독가능한 매체를 포함하는 데이터 프로세싱 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면 및 하기 상세한 설명에 의해 분명하게 될 것이다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 유사한 참조부호가 유사한 구성 요소를 나타내는 첨부된 도면의 형태로 제한되는 방식이 아닌, 예시의 방식으로 나타낸다.
도 1은 이동 셀룰러 장치의 위치를 결정하는 종래 기술의 셀룰러 네트워크의 실시예를 나타낸다.
도 2는 본 발명으로 이용될 수 있고, GPS 수신기 및 셀룰러 통신 송수신기를 포함하는 이동 셀룰러 통신국의 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명으로 이용될 수 있고, GPS 수신기와 셀룰러 통신 송수신기 사이에 공통적인 회로를 공유하는 결합된 이동국의 블록도 표현이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시형태에 이용될 수 있는 셀룰러 기지국의 실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 이용될 수 있는 서버의 실시예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국 신호의 주파수 측정을 위한 네트워크 토폴로지를 나타낸다.
도 7은 GSM 셀룰러 신호의 프레임 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국의 주파수를 결정하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국 신호의 프레임 에포크의 측정을 이용하여 기지국 신호의 주파수를 결정하는 상세한 방법을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국 신호의 프레임 기준 시점의 측정을 이용하여 기지국 신호의 주파수를 결정하는 다른 방법을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국 신호의 캐리어 주파수의 측정을 이용하여, 기지국 신호의 주파수를 결정하는 상세한 방법을 나타낸다.
상세한 설명
하기 설명 및 도면은 본 발명의 예시이며, 본 발명을 제한하는 것으로서 해석할 수 없다. 본 발명의 총체적 이해를 제공하기 위하여, 많은 특정 세부사항들을 설명한다. 그러나, 일부의 경우, 본 발명에 대한 설명을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 공지의 세부사항 또는 종래 기술의 세부사항들은 설명하지 않는다.
대부분의 디지털 셀룰러 시스템에서는, 번호가 매겨진 프레임 마커가 셀룰러 시스템 송신의 일부로서 송신된다. GSM 과 같은 네트워크에서는, GPS 수신기로부터의 TOD 정보가 수신된 통신 (예를들어, GSM) 신호의 프레임 구조 (예를들어, 프레임 마커) 의 타임 태그로 이용된다. 예를 들어, 4.6 밀리초 마다 발생하는 특정 GSM 프레임 바운더리의 시작이 이용된다 (도 7 참조). 하이퍼프레임당, 2,715,648의 이런 프레임들이 있으며, 하이퍼 프레임은 3.48 시간동안 지속되며, 따라서 그런 프레임 경계는 현실적 목적으로 명백하다. 2000년 5월 4일 출원되어 계류중인 미국 특허 출원 제09/565,212호는 타임 코디네이션에 대하여 설명하고 있으며, 이 타임 코디네이션에서는, GPS 수신기를 포함하는 이동국 (MS) 이 고정밀도로 TOD 및 위치를 측정하는 데 이용된다. 그 이동국에서 측정된 셀룰러 프레임 구조의 타임 태그 정보가 통상적 셀룰러 신호발생을 통하여 기지국 (BS)(예를들어, 도 4에 도시된 셀룰러 기지국) 또는 다른 네트워크 엔터티 (예를들어, 서버 또는 로케이션 서버) 로 전달되어, 기지국의 TOD가 결정된다. 이동국이 GPS 유닛을 통해 그 위치를 결정하고, 기지국이 (예를들어, 조사를 통해) 그 정확한 로케이션을 알고 있기 때문에, 이동국 (MS)(예를들어, 도 2에 도시된 이동 셀룰러 통신국) 으로부터 기지국 (BS) 까지의 전파시간에 기인한 딜레이는 BS-MS 거리를 광속으로 나눔으로써 (일반적으로, 기지국 또는 다른 네트워크 엔터티에서) 결정될 수 있다. 그 후, 이동국에 의해 제공된 프레임 마커의 타임 태그로부터 계산된 전파시간을 단순히 감산함으로써, 기지국이 그 송신된 프레임 마커의 타이밍을 결정할 수 있다.
기지국 사이의 주파수 코디네이션 (또는 동기화) 은 기지국 사이의 타임 코디네이션과 밀접한 관계가 있다. 한번 설정되면, 타임 코디네이션이 오랜 시간동안 유지되는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 타임 코디네이션이 자주 수행되어, 복잡해지고 고비용의 동작이 될 수 있다. 예를 들어, 기지국들은 존재하는 통신채널을 통해 그들 사이에 신호들을 주고 받으면서, 시간을 코디네이트 해야한다. 그런 신호발생이 지속적으로 요구된다면, 그렇지 않은 경우, 다른 음성 및 데이터 정보를 송신하는데 이용될 수 있을 귀중한 통신자원이 낭비된다.
잦은 타임 코디네이션을 피하기 위하여, 각 기지국에서 주 신호원의 주파수의 정밀한 측정결과를 가지거나, 또는 대안으로, 다른 기지국의 주파수에 대하여 기지국의 소스의 상대적인 주파수를 가지는 것이 바람직하다. 기지국의 주 신호원의 주파수가 고정밀도로 알려져 있다면, 한번 코디네이트된 경우, 기지국에서의 TOD 는 오랜시간동안 시간-간격 카운터들을 이용하여 유지될 수 있다.
본 발명 중 적어도 일 실시 형태는 기지국 사이의 주파수 코디네이션을 수행하려 한다. 본 발명에 따른 방법은, 고정식 네트워크 리소스 및 고비용 네트워크 리소스를 배치하지 않은 채, GPS 위치확인 능력을 포함하는 통상의 이동 셀룰러 통신 수신기들을 이용한다.
본 발명의 일 실시 형태는 주파수 동기화를 위해 셀룰러 송신 타이밍 마커 (예를들어, 프레임 마커) 를 이용한다. 기지국 프레임 마커 송신 주파수의 측정은 일련의 프레임 마커들 간에 최적 타이밍과 실제 타이밍 사이의 에러의 정확한 추정치를 제공하는 데 이용된다. 이 에러는 표준 곡선 피트 타입 알고리즘 (Standard Curve Fit Type Algorithm) 을 이용하여, 마커 번호의 함수로써 시간에 따라 순방향으로 전파된다. 따라서, 한번 초기 프레임 마커 타이밍이 확인되고, 프레임 마커 레이트의 좋은 추정치 (또는, 공칭 레이트로부터의 에러) 가 확인된 경우, 프레임 마커 발생 시간이 오랜 시간 동안 정확한 시계로서 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 주파수 동기화를 위해 셀룰러 송신의 캐리어 주파수를 이용한다. 대부분의 경우에서는, 기지국으로부터의 셀룰러 신호의 프레임 마커 및 캐리어 주파수 모두가, 기지국에서 동일한 레퍼런스 신호 발생기에 따라 동기화된다. 따라서, 단순한 수학적인 계산에 의해, 기지국 신호의 프레임 마커의 주파수가 셀룰러 신호의 캐리어 주파수로부터 확정될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에서는, 셀룰러 기지국 송신기로부터 송신된 프레임 마커의 주파수가 주파수 코디네이션을 위하여 결정된다. 그러나, 신호 캐리어 주파수 뿐만 아니라, 프레임 마커 및 (디지털 변조를 가정하는) 신호 심볼도 통상적으로 디지털 셀룰러 시스템에서 하나의 일반적 마스터 오실레이터 (예를들어, 도 4에 오실레이터 (413)) 로 모두 동기화된다. GSM 시스템, 일본 PDC 시스템 및 WCDMA 시스템을 포함한 여러 중요한 셀룰러 시스템에서는, 타이밍 신호 (예를들어, 프레임 마커) 의 주파수 및 캐리어 주파수가 동일한 기본 오실레이터로부터 얻어진다. 따라서, 타이밍 마커의 송신 레이트 (심볼 레이트) 또는 그 송신의 캐리어 주파수, 어느쪽 하나의 정확한 측정도 동일 목적을 달성하기 위하여 이용될 수 있다. 캐리어 주파수가 송신 주파수를 추정하는데 이용될 수 있으며, 그 역도 성립한다. 그들중 어느 하나를 측정하는데 대한 유리 및 불리는 구현형태의 세부사항 및 측정 정밀도에 관련된다.
일 실시형태에서는, 하나 이상의 이동국이 수신된 기지국 신호의 하나 이상의 타이밍 측정을 하며, 이 타임 태그 및 최적의 부가정보를 서버에 송신하고, 서버는 차례로, 주파수 계산을 수행한다.
다른 실시형태에서, 하나 이상의 이동국이 수신된 기지국 신호의 캐리어 주파수를 측정하며, 캐리어 주파수에 대한 정보 및 최적의 부가정보를 서버로 송신한다.
또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 이동국들 각각은 수신된 기지국 신호에 대한 최소 2개의 타이밍 측정을 하며, 이 측정에 근거한 주파수 (또는, 동등하게 시간 간격) 측정을 계산하고, 주파수 측정을 서버에 송신한다.
다양한 실시형태에서, 서버는 이동국으로부터 일련의 데이터를 수집하여, 주파수의 더 나은 추정치에 대하여 더 프로세싱을 수행하거나 또는, 시간 대 주파수 정보에 대한 곡선 피트 동작을 수행한다.
셀룰러 기지국 송신 주파수는 기지국 (BS) 에서, 또는 이동국 (MS) 에서, 또는 서버 (예를들어, 로케이션 서버 또는 다른 네트워크 엔터티) 에서 계산될 수 있다.
따라서, 기지국의 시간 동기화를 위해 (예를들어, 이 기지국으로부터의 송출의 표시 타이밍을 결정하기 위해), 본 발명에 따른 다양한 방법은 그 기지국으로부터의 송출 주파수를 결정하며, 이는 전술했던 바와 같이, 시간 동기화 문제의 중요한 부분이 될 수 있다. 이하에서, 그 방법들의 세부사항에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명으로 사용될 수 있는, GPS 수신기를 포함하는 이동국의 실시예를 나타낸다. 그 GPS 수신기는 외부 공급 신호의 주파수 뿐만 아니라 신호를 수신하는 순간의 TOD (예를들어, 송수신기 (213) 에 수신된 셀룰러 신호의 타이밍 마커) 및 수신기의 위치를 고정밀도로 결정할 수 있다. 수신된 신호레벨이 높을 경우에는 자동 모드로, 또는 수신된 신호의 신호 대 노이즈비가 낮을 경우에는, 인프라스트럭쳐 (서버) 의 보조로, 이 TOD, 위치 및 주파수의 측정이 수행될 수 있다 (예를들어, 미국 특허 제5,945,944호, 제5,841,396호 및 제5,812,087호 참조).
도 2에 도시된 이동 셀룰러 통신국 (210) 은 GPS 안테나 (203) 에 접속된 GPS 수신기 (211) 및 통신 안테나 (201) 에 접속된 셀룰러 통신 송수신기 (213) 을 포함한다. 대안적으로, GPS 수신기 (211) 은 다른 섀시 (chassis) 내에 포함되며, 이 경우, GPS 수신기가 이동 셀룰러 통신국 (210) 과 연결되고 공동 설치되는 한, 셀룰러 통신국 (210) 은 GPS 수신기를 포함하지 않고, 이를 필요로 하지 않는다.
GPS 수신기 (211) 는 GPS 수신기에 근거한 종래 하드웨어 상관기가 되거나 또는 GPS 수신기에 근거한 매칭된 필터가 되거나, 또는 빠른 콘볼루션으로 프로세스되는 디지털화된 신호를 저장하는 버퍼를 이용한 GPS 수신기가 되거나, 또는 미국 특허 제6,002,363호에 설명된 바와 같이, GPS 수신기의 컴포넌트들이 셀룰러 통신 송수신기의 컴포넌트와 공유된 (예를들어, 여기 참조로서 포함되는, 미국 특허 제6,002,363호의 도 7b 참조) GPS 수신기가 될 수 있다.
셀룰러 통신 송수신기 (213) 는 공지의 셀룰러 표준 중 하나로 동작되는 셀룰러폰이 될 수 있으며, GSM 셀룰러 표준, 또는 일본 PDS 셀룰러 통신 표준, 또는 일본 PHS 통신 표준, 또는 AMPS 아날로그 통신 표준, 북미 IS-136 통신 표준, 또는 비동기화 광대역 확산 스펙트럼 CDMA 표준을 포함한다.
(GPS 시간 및 위치 정보를 기지국에 송신하는) 셀룰러 통신 송수신기 (213) 의 일 실시형태에서는, GPS 시간 및 위치를 제공하기 위해 GPS 수신기 (211) 가 셀룰러 통신 송수신기 (213) 에 연결된다. 다른 실시형태에서는, GPS 수신기 (211) 가 송수신기 (213) 에 의해 수신된 셀룰러 신호의 캐리어 주파수의 정확한 측정을 보조하는 것이 제공된다.
일 실시형태에서는, GPS 위성으로부터의 GPS 신호의 GPS 시간을 판독하는 것에 의해, 이동국 (210) 에서 GPS 시간을 얻을 수 있다. 선택적으로, 미국 특허 제5,812,087호에 설명된 시간을 결정하는 기법이 이용된다. 이 접근법에서, 이동국에서 수신된 GPS 신호들의 샘플이 로컬 서버 또는 미국 특허 제 5,812,087호에 설명된 바와 같이, 신호 샘플이 수신 시간을 결정하기 위해 프로세스되는 그 밖의 서버들에 송신될 수 있다. 또, TOD 가 미국 특허 제6,215,442호에 설명된 다양한 방법 중 하나를 이용하여 대안적으로, 계산될 수 있다.
또한, 미국 특허 제5,841,396호 및 제5,945,944호에 설명된 바와 같이, 셀룰러 통신 송수신기 (213) 가 도플러 정보 또는 시간 정보와 같은 보조 데이터를 GPS 수신기에 제공할 수 있다. 또, 미국 특허 제5,812,087호에 설명된 바와 같이, GPS 수신기 (211) 와 셀룰러 통신 송수신기 (213) 사이의 연결은 GPS 수신기에서 시간을 결정하기 위하여, GPS 데이터의 기록을 다른 기록과 매치시킬 목적으로 그 기록을 셀룰러 기지국으로부터, 또는 셀룰러 기지국에 송신하는 데 이용될 수 있다. 로케이션 서버가 시스템 (210) 에서의 시간 또는 위치를 결정할 목적으로 이동 셀룰러 통신국에 보조 데이터를 제공하는데 이용되거나, 로케이션 서버가 정보의 프로세싱을 공유하는 (예를들어, 로케이션 서버가 이동국 시스템 (210) 시간 또는 최종 위치계산을 결정하는) 경우 또는 실시형태에서는, 데이터의 프로세싱을 보조하기 위해 통신 링크를 통해, 도 5에 도시되며 이하에서 설명되는 것과 같은 로케이션 서버가 셀룰러 기지국과 접속된다.
이동국 (210) 의 위치는 일반적으로 고정되지 않으며, 미리 결정되지 않는다.
도 3은 본 발명으로 이용될 수 있으며, GPS 수신기와 셀룰러 통신 송수신기 사이에 공통 회로를 공유하는 결합된 이동국의 블록도 표현이다. 결합된 이동국 (310) 은 셀룰러 통신 링크 (360) 를 통해, 기지국 (352) 에 또는 기지국 (352) 로부터 수신된 통신 신호를 프로세싱하는데 요구하는 기능들 뿐만 아니라, GPS 신호를 프로세싱하는데 요구되는 기능을 수행하기 위한 회로를 포함한다.
이동국 (310) 은 결합된 GPS 수신기 및 셀룰러 통신 송수신기이다. 포착 및 추적 회로 (321) 가 GPS 안테나 (301) 에 연결되며, 통신 송수신기 (305) 가 통신 안테나 (311) 에 연결된다. 오실레이터 (323) 가 회로 (321) 및 통신 수신기 (332) 모두에 레퍼런스 신호를 제공한다. GPS 신호가 GPS 안테나 (301) 를 통해 수신되며, 다양한 위성으로부터 수신된 GPS 신호를 얻는 회로 (321) 에 입력된다. 프로세서 (333) 가 송수신기 (305) 에 의한 송신 처리를 위해 회로 (321) 에 의해 프로세스된 데이터를 프로세스한다. 통신 송수신기 (305) 는 통신 신호 (일반적으로, RF) 를 통신 안테나 (311) 로부터 또는 통신안테나 (311) 에 송신하는 송수신 스위치 (331) 를 포함한다. 몇몇 시스템에서는 대역 분할 필터 또는 "듀플렉서"가 T/R 스위치 대신 이용된다. 수신된 통신 신호들이 통신 송수신기 (305) 에 입력되고, 프로세싱을 위해 프로세서 (333) 를 통과한다. 프로세서 (333) 로부터 송신된 통신 신호들이 변조기 (334), 주파수 변환기 (335), 및 전력 증폭기 (336) 로 전파된다. 여기서, 참조로서 포함되는 미국 특허 제5,874,914호는 GPS 수신기 및 셀룰러 송수신기를 포함하며 통신링크를 이용하는 결합된 이동국에 대한 세부사항을 설명하고 있다.
기지국으로부터의 셀룰러 신호의 캐리어 주파수는 GPS 수신기를 이용하여, 다양한 방법으로 측정될 수 있다. 하나의 방법에서는, 기지국으로부터 송신된 캐리어에 대하여, 셀룰러 수신기 (332) 가 주파수를 고정하거나, 위상을 고정시킨다. 이는 일반적으로, 위상 고정 또는 주파수 고정 루프 구성에서, 라인 (340) 상의 통신 수신기로부터의 신호에 의해 제어될 수 있는 전압 제어 오실레이터 (VCO) (예를들어, 오실레이터 (323)) 의 보조에 의해 수행된다. VCO 의 장기 주파수 (long-term frequency) 는 (이동국의 속도에 기인한 도플러 주파수 오프셋을 제거한 후) 기지국의 송신된 캐리어 주파주의 장기 주파수에 비례한다. VCO 출력은 GPS 수신기의 다운카운터 회로 (예를들어, 포착 및 추적 회로 (321) 에 의해 이용되는) 의 주파수 레퍼런스로써 이용될 수 있다. GPS 수신기에서 신호 프로세싱의 일부로써, 주파수 에러들이 여러 GPS 위성으로부터 수신된 다양한 수신 GPS 신호들을 위해 결정된다. 이렇게 수신된 각 데이터들이 이상치에 대한 VCO 에러에 기인하는 주파수 에러의 공통 요소를 포함한다. 기지국의 주파수를 결정하기 위해, 이동국의 움직임으로 인한 도플러 유발된 주파수 오프셋이 제거된 후에, VCO 에 기인한 이 주파수 에러 (소위, "바이어스" 주파수) 가 결정되고, 스케일된다.
"공통 모드" 주파수 바이어스가 GPS 프로세싱 중에 얻어질 수 있다는 사실은 공지되어 있다. 수신된 주파수 에러들은 수신기의 움직임의 조합 및 공통 모드 바이어스에 기인한다. 3 개 성분 속도 벡터에 의해 이용자의 움직임이 설명된다. 따라서, 기본적으로 공통 모드 바이어스를 포함하여, 구해야 할 4개의 주파수 관련 변수가 있다. 통상적으로, 4 개의 다른 GPS 위성으로부터 수신한 신호들이 이 4개식의 해 및 VCO 에러에 기인한 공통 모드 바이어스 에러를 구하게 할 수 있다. 일정기간동안 다양한 세트의 주파수 측정를 수행하는 것은 수신되어야 할 GPS 위성 신호의 수를 더 감소시킬 수 있다. 이와 유사하게, 수신기 속도를 억제하는 것 (예를들어, 다소간의 z 축상의 움직임이 있다고 가정) 은 요구되는 수신 위성 신호의 수를 더 감소시킬 수 있다.
상기 접근법에 대한 대안으로써, GPS 수신기는 셀룰러 송수신기에 의해 이용되는 VCO 로부터 독립적인 레퍼런스 신호를 가져야 한다. 이 경우에는, GPS 수신기가 다시 레퍼런스 신호의 주파수를 (일반적으로, 수정 오실레이터에서) 다시 결정한다. 셀룰러 송수신기 (VCO) 의 출력 및 GPS 수신기의 레퍼런스 신호가 모두 주파수 카운팅 회로에 송신되며, 당해 기술 분야의 공지 수단에 의해 두개의 레퍼런스 신호간의 주파수 비를 결정한다. GPS 수신기를 위한 레퍼런스 신호의 주파수가 결정된 이후, 셀룰러 송수신기 (VCO) 의 주파수가 주파수 비로부터 결정된다. VCO는 도착하는 기지국 신호의 캐리어로 고정된 위상 또는 주파수이기 때문에, 캐리어 주파수는 단순한 스케일 과정으로부터 결정된다. 기지국에 대한 이동국의 움직임에 기인한 도플러 주파수 오프셋을 제거하기 위해, 이동국의 속도이외에 기지국의 로케이션이 요구된다. 마지막 기지국 주파수 계산을 수행하는 서버는 기지국의 로케이션을 알고 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시형태로 이용될 수 있는 셀룰러 기지국의 실시예를 나타낸다. 기지국 (410) 은, 셀룰러 기지국 (410) 에 의해 이용되는 지역에 존재하는 이동 셀룰러 통신국에 또는 이동 셀룰러 통신국으로부터의, 통신 신호를 위해서 최소 1개 이상의 안테나 (401) 에 접속한 셀룰러 송수신기 (411) 를 포함한다. 예를들어, 이동 셀룰러 통신국 (210 및 310) 은 셀룰러 기지국 (410) 으로 역할을 하는 이동국이 될 수 있다. 셀룰러 송수신기 (411) 는 GSM 셀룰러 신호 또는 CDMA 셀룰러 신호와 같은 셀룰러 신호를 송수신하기 위해 이용되는 종래 송수신기일 수 있다. 오실레이터 (413) 는 기지국의 신호 주파수를 제어하는 종래 시스템 오실레이터일 수 있다. 이 오실레이터의 주파수는 주파수 동기화에 대한 본 발명의 방법에 따라 측정될 수 있다. 많은 경우, 오실레이터 (413) 는 매우 안정적일 수 있지만, 일정 기간을 넘어서는, 오실레이터의 주파수에 작은 에러가 기지국의 클록 위상을 이상치로부터 많이 벗어나게 할 것이다. 오실레이터의 주파수의 정확한 측정은 기지국의 클록에 에러 및 기지국에 의해 송신된 프레임 마커의 타이밍 에러를 예측하는데 이용될 수 있다. 또한, 일반적으로, 셀룰러 기지국 (410) 은, 당 기술분야에 공지된 바와 같이, 셀룰러 송수신기를 이동 교환 센터 (421) 에 연결하기 위해 셀룰러 송수신기 (411) 로부터 또는 송수신기 (411) 로 데이터를 전달하는 네트워크 인터페이스 (415) 를 포함한다. 또, 셀룰러 기지국 (410) 은 공동 설치되는 데이터 프로세싱 시스템 (423) 을 포함할 수 있다. 선택적으로, 데이터 프로세싱 시스템 (423) 이 기지국 (410) 과 멀리 있을 수 있다. 몇몇 실시형태에서는, 데이터 프로세싱 시스템 (423) 은, 2000년 5월 4일 출원되어 계류중인 미국 특허 출원 제09/565,212호에 설명된 방법에 따라, 클록 시간을 조정 또는 재교정하여, 이 클록과 다른 셀룰러 기지국의 클록을 동기화시키기 위하여 오실레이터 (413) 와 연결할 수 있다. 많은 경우, 클록 (413) 이 매우 안정적이지만, 프리러닝 (freerunning) 하며, 실제적으로 네트워크 동작에 영향을 주어 클록의 타임 에포크를 변경시킨다. 대신에, 클록 에포크에 관련된 시간은 조정될 수 있다. 이것이 '재교정'이 의미하는 것이다. 따라서, 주파수 동기화를 위하여, 데이터 프로세싱 시스템 (423) 과 오실레이터 (413) 사이에 접속이 없을 수도 있다. 데이터 프로세싱 시스템 (423) 은, 다른 셀룰러 기지국에 대한 동기화를 목적으로 또는 프레임 마커의 송신 주파수를 계산하기 위해 이동 시스템에 의해 측정된, 프레임 마커에 대한 타임 태그 정보와 같은, 셀룰러 송수신기 (411) 로부터의 데이터를 수신하기 위하여, 네트워크 인터페이스 (415) 에 연결된다. 실제로, 기지국은 물리적 타워 구조, 하나 이상의 안테나 및 1 세트의 전자장비등을 포함할 수 있다.
도 5 는 본 별명의 다양한 실시형태에서 서버로서 이용될 수 있는 데이터 프로세싱 시스템의 실시예를 나타낸다. 예를 들어, 미국 특허 제5,841,396호에 설명된 바와 같이, 서버가 도플러 효과 또는 다른 위성 보조 데이터와 같은 보조 데이터를 이동국 (210) 내의 GPS 수신기에 제공한다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 로케이션 서버가 (의사범위 (pseudorange) 또는 의사범위가 이동국으로부터 결정될 수 있게 하는 다른 데이터를 수신한 후에) 이동국보다는 최종 위치 계산을 수행하며, 이 위치 결정을 기지국에 송신하여 기지국은 주파수를 계산할 수 있다. 대안적으로, 주파수는 로케이션 서버에서, 또는 다른 서버에서, 또는 다른 기지국에서 계산될 수 있다. 일반적으로 로케이션 서버로서의 데이터 프로세싱 시스템은 모뎀 또는 네트워크 인터페이스와 같은, 통신 장치 (512) 를 포함하며, 공동 설치된 GPS 수신기 (511) 와 선택적으로 연결될 수 있다. 로케이션 서버는 많은 다른 네트워크들과 통신 장치 (512) (예를들어, 모뎀 또는 다른 네트워크 인터페이스) 를 통하여 연결될 수 있다. 이런 네트워크들은 셀룰러 교환센터 또는 다중 셀룰러 교환센터 (525), 지상 전화 시스템 교환기 (523), 셀룰러 기지국, 다른 GPS 신호원 (527), 또는, 다른 로케이션 서버들 (521) 의 다른 프로세서들을 포함할 수 있다.
일반적으로, 다중 셀룰러 기지국들은 무선 서비스 영역의 지리적 영역을 커버하도록 배치되며, 이러한 상이한 기지국들은 종래 기술에 공지된 바와 같이 (도 1 참조), 적어도 하나 이상의 이동 교환 센터에 연결된다. 따라서, 기지국 (410) 의 여러 실례들이 지리적으로 분배되지만, 서로 이동 교환 센터에 의해 연결되어 있다. 네트워크 (520) 가 차동 GPS 정보를 제공하는 레퍼런스 GPS 수신기들의 네트워크와 접속될 수 있으며, 또한, 이동 시스템의 위치를 계산하는 데 이용되는 GPS 천체 좌표 데이터를 제공할 수 있다. 네트워크는 모뎀 또는 다른 통신 인터페이스를 통하여 프로세서 (503) 에 연결된다. 네트워크 (520) 는 다른 컴퓨터 또는 도 4에 데이터 프로세싱 시스템과 같은 네트워크 컴포넌트에 (도 4에 도시되지 않은 선택적인 상호접속을 통하여) 접속될 수 있다. 또한, 네트워크 (520) 는 911 전화에 응답하는 공공 안전 응답국 (Public Safty Answering Point) 과 같은 긴급사태 교환원에 의해 동작되는 컴퓨터 시스템에 접속될 수도 있다. 로케이션 서버를 이용한 방법의 다양한 실시예들이 미국 특허 제5,841,396호, 제5,874,914호, 제5,812,087호, 및 제6,215,442호를 포함하는 많은 미국 특허에서 설명되고 있으며, 모두 여기서 참조로서 포함된다.
데이터 프로세싱 시스템의 한 형태인 로케이션 서버 (501) 는 마이크로프로세서 (503), ROM (307), 휘발성 RAM (505) 및 비휘발성 메모리 (506) 에 연결되는 버스 (502) 를 포함한다. 도 5의 실시예에 도시된 바와 같이, 마이크로 프로세서 (503) 가 캐쉬 메모리 (504) 에 연결된다. 버스 (502) 가 이 다양한 컴포넌트들과 함께 상호 접속된다. 도 5는 비 휘발성 메모리가 데이터 프로세싱 시스템에서의 나머지 컴포넌트에 직접 연결된 로컬 장치인 것으로 나타내지만, 본 발명은, 모뎀 또는 이더넷 인터페이스와 같은 네트워크 인터페이스를 통하여 데이터 프로세싱 시스템에 연결되는 네트워크 저장 장치처럼, 시스템과 분리된 비휘발성 메모리를 이용할 수도 있는 것으로 이해된다. 버스 (502) 는 종래 기술에 공지되어 있는 다양한 브리지를 통해 서로 연결되는 하나 이상의 버스들, 제어기, 및/또는 어뎁터를 포함할 수 있다. 많은 경우, 로케이션 서버는 사람의 보조없이 자동으로 동작을 수행할 수 있다. 사람의 상호작용을 요구하는 몇몇 설계에서는, I/O 제어기 (509) 가 디스플레이 장치, 키보드, 다른 I/O 장치들과 통신할 수도 있다.
도 5는 데이터 프로세싱 시스템의 다양한 컴포넌트들을 나타내고 있지만, 그런 세부사항이 본 발명에 적절하지 않을 때에는, 특정 구조 및 컴포넌트 접속 방식을 나타내는 것으로 의도된 것은 아니다. 또한, 더 적은 컴포넌트를 가지거나 더 많은 컴포넌트들을 가진 네트워크 컴퓨터 및 다른 데이터 프로세싱 시스템이 본 발명으로 이용될 수 있는 것으로 이해된다.
이 설명으로부터 적어도 부분적이라도, 본 발명의 여러 태양들이 소프트웨어에 실현될 수 있다는 것은 명백해진다. 즉, 상기 기법들은, 프로세서들이 ROM (507), 휘발성 RAM (505), 비 휘발성 메모리 (506), 캐쉬 (504), 또는 원격 저장 장치와 같은 메모리에 포함된, 명령어들의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여 컴퓨터 시스템 또는 다른 데이터 프로세싱 시스템에서 수행될 수 있다. 다양한 실시형태에서는, 배선된 회로가 본 발명을 이행하기 위해 소프트웨어 명령과 조합하여 이용될 수 있다. 따라서, 상기 기법들은, 하드웨어 회로 및 소프트웨어의 특정 조합이나, 데이터 프로세싱 시스템에 의하여 실행되는 명령어들의 특정 소스로 제한되지 않는다. 또한, 본 설명 전체에 걸쳐서, 설명을 단순화하기 위해, 다양한 기능과 동작은 소프트웨어 코드에 의해서 수행 또는 유발하는 것으로 해석한다. 그러나, 당해 기술분야의 당업자는, 상기 표현에 의해 의미하는 바가 상기 기능들이 프로세서 (503) 와 같은 프로세서에 의한 코드의 실행에 기인된 것이라는 사실을 알 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 본 발명의 방법들이 셀룰러 교환, 메세지 서비스등과 같은 다른 기능들을 위하여 동시에 이용될 수 있는 컴퓨터 시스템 상에서 수행될 수 있다. 이런 경우, 도 5의 일부 또는 모든 하드웨어는 여러 기능을 공유한다.
도 6은 본 발명으로 이용되는 일반적인 시스템 토폴로지를 나타낸다. 도면이 예시적인 목적을 위해 매우 간략화되었지만, 실제적으로 이용될 수 있는 많은 다양한 상황들을 나타내고 있다.
도 6에서는 3개의 이동국 (615, 616 및 617), 2개의 셀룰러 기지국 (613 및 614), 3개의 위성 GPS 컨스텔레이션 (constellation) (610, 611 및 612), 및 1개의 로케이션 서버 (618) 를 나타내고 있다.
로케이션 서버 (618) 는 (통상적으로) 유선 링크 (wireline link) (622), 셀룰러 인프라스트럭쳐 링크 (619 및 620) (통상적으로 유선 라인), 및 통신 인프라스트럭쳐 (621) (통상적으로 유선 라인) 와 통신한다. GPS 위성으로부터 송출 (623 내지 625) 은 색칠하지 않은 채 도시하였다. 기지국 (613) 으로부터의 송출은 음영 (예를들어, (626)) 을 가지도록 도시하며, 기지국 (614) 으로부터 송출 (예를들어, (627)) 은 색칠하여 도시한다. (SPS 수신기를 가지는) 이동국에 의한 신호의 수신은 동일한 코딩 방식을 따른다. 따라서, 도 6에서는, MS (615) 가 신호를 GPS 위성들 및 BS (613) 로부터 수신하는 것; MS (616) 가 신호를 GPS 위성들 및, BS (613) 및 BS (614) 양측으로부터 수신하는 것; 및 MS (617) 가 신호를 GPS 위성들 및 BS (614) 로부터 수신하는 것을 나타낸다.
꼭 실제적으로 필요한 것은 아니지만, 간략함을 위해, 모든 이동국은 모든 GPS 위성으로부터 신호를 수신한다. 실제로, 여러 개의 로케이션 서버, 더 많은 기지국들 및, 이동국이 있을 수 있으며, 각각의 개별적인 이동국이 2개 이상의 기지국으로부터의 송출을 관측한다. 또한, 로케이션 서버는 기지국과 공동 설치되거나 또는 (도 6에서처럼) 기지국으로부터 분리될 수 있다.
도 6의 실시예에서는, 이동국 (616) 이 신호를 수신하는 오직 하나의 기지국과 쌍방향 통신을 이동국 (616) 은 통상적으로 수행한다. 예를 들어, MS (616) 은 기지국 (613) 과 쌍방향 통신을 수행할 수 있지만, 양 기지국 (613 및 614) 으로부터 송출을 수신한다. 따라서, 본 실시예에서는, MS (616) 가 기지국 (613) 에만 동기화 정보를 통신하지만, 이 경우 MS (616) 은 양 기지국 (613 및 614) 에 대해서 동기화 동작을 수행해야 한다. 셀룰러폰이 장래의 통신 또는 다른 기지국으로의 "핸드오프" 를 준비하기 위해, 주 사이트 또는 "서빙 (serving)" 사이트이외에도, 다른 기지국 송출을 모니터 한다는 것은 당해 기술분야에서 공지되었다.
또한, 도 6은 통신 인프라스트럭쳐 및 셀룰러 인프라스트럭쳐를 통하여 이동국으로, 또는 이동국으로부터 데이터를 통신할 수 있는 로케이션 서버를 나타낸다. 로케이션 서버는 기지국에 위치할 수도 있지만, 일반적으로 기지국에서 분리되어 있으며, 사실, 많은 기지국와 통신할 수 있다. 이동국에 의해 제공된 동기화 정보는 일반적으로, 하나 이상의 로케이션 서버로 전송되며, 로케이션 서버는 그런 정보들을 프로세스하고, 기지국의 상대적인 또는 절대적인 송신 타이밍을 결정한다.
도 7은 GSM 셀룰러 신호의 트래픽 채널의 프레임 구조를 나타낸다. GSM 트래픽 신호에서는, 슈퍼프레임이 매 6.12초 마다 발생하며, 하이퍼 프레임이 매 2048 슈퍼프레임 또는 매 3.4816 시간마다 발생한다. 따라서 슈퍼 프레임은 시간 간격 측정에 대한 입도 (granularity) 의 유용한 에포크이다. 대안적으로, 프레임, 다중 프레임등의 정수는, 그들의 발생 시간이 비트 듀레이션 ( bit duration) 의 배수로서 고유하게 정의되기 때문에, 이용될수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 송신 듀레이션이 셀룰러 기지국에 의해 송신된 셀룰러 통신신호 내에 포함된 두개의 프레임 마커 사이에서 측정된다. 듀레이션, 즉, 앞의 프레임 마커를 고려한 뒤의 프레임 마커의 타이밍을 결정하기 위해서 1 세트의 측정이 하나 이상의 이동국에 의해 수행된다. 측정된 듀레이션은 기대되는 (일반적으로 서버에 의해) 타이밍에 비교된다. 결과는 기대치와 대비하여, 기지국 오실레이터의 주파수에 에러를 결정하는 데 이용된다.
측정 에러는 참값의 일부로써 특정하며, 백만분율 (PPM) 단위로 표현된다. 예를 들어, 특정 프레임 마커들 사이에 시간이 1 초로 설계되었지만, 1초에 1 마이크로초가 더해진 값으로 측정된 경우, 에러는 1 마이크로초 / 1 초 = 1 PPM 과 같이 표현된다. 송신된 캐리어 주파수가 프레임 마커와 동기화 되었다는 가정하에 (일반적인 경우이다), 기지국의 캐리어 주파수 에러뿐만 아니라, 다른 동기화된 에포크 (예를들어, 비트 레이트)에도 적용될 수 있기 때문에, 이는 에러를 특정하는 편리한 방법이다.
하나 이상의 이동국이 대략 시간으로 10 분 정도의, 98 개의 송신 슈퍼프레임에 대응하는 기지국 신호의 듀레이션을 측정한다고 가정한다. 특정 측정 시간이 번호가 매겨진 다중프레임의 시작에 대응되는 시간일 수 있다. 이동국이 베이스 밴드 송신 내로 운반된 시그널링 정보에 따른 다중 프레임 수의 정보를 명확히 추적한다. 따라서, 이상적인 측정 기간은 정밀하게 송신된 비트 듀레이션 (1 비트 듀레이션은 48/13 마이크로초와 같다) 의 단위로 표현되는 것으로 알려져 있다. 이상적인 측정 기간은 각 슈퍼프레임의 이상적 기간의 98 배, 즉, 599.76초이다. 하지만, 실제적인 시간 측정은 송신기의 클록에서의 에러 및 다양한 측정 관련 에러에 영향을 받는다.
대략 600초동안 지속되는 2개의 소정의 프레임 마커 사이의 듀레이션이 1 마이크로초 미만의 에러로 측정되었을 경우, 프레임 마커의 측정된 송신 주파수에 에러는 0.00167 PPM 미만이다. 이 정밀도는 오븐화된 수정 오실레이터의 장단기 주파수 안정도와 매우 일치되며, 비록 수정 오실레이터의 절대적 정밀도는 때때로 매우 조악하지만, 수정 오실레이터는 셀룰러 기지국에 일반적으로 이용된다. 실제로, 많은 경우, 프레임 마커 주파수는 매우 고정밀도로 측정될 수 있다. GSM 기지국 레퍼런스 오실레이터의 주파수의 최대 절대 에러는 0.05 PPM 의 특정값을 가지나, 이 오실레이션의 안정도는 일반적으로 이 특정값보다 매우 우수하다.
기지국 오실레이터의 단기 안정도가 그 정밀도를 뒷받침 해주며, 장기 드리프트 특성 (예를들어, 노후에 기인한 것) 이 부드러운 곡선을 따른다고 가정할 때, 측정에서 더 양호한 정밀도를 달성하기 위해 측정되는 듀레이션은 심지어 수시간의 기간동안 연장될 수 있다. 일예로, 1 마이크로초의 정밀도를 가지면서 1시간으로 연장된 측정기간은 주파수 정밀도가 0.000278 PPM이라는 것을 의미하며, 이는 양질의 오븐화된 수정 오실레이터의 단기 안정도와 다시 일치하는 것이다. 실제로는, 양질의 수정 오실레이터의 정밀도가 이것보다 10배나 더 양호한 것이 일반적이다.
따라서, 이동국을 이용하는 2개의 프레임 마커 사이의 송신 기간의 듀레이션을 측정하는 것이 기지국의 오실레이터의 주파수와 관련된 프레임 마커 송신 주파수의 정밀한 측정을 제공한다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국의 송신 주파수를 결정하기 위한 흐름도를 나타낸다. 동작 (801) 에서, 기지국에 의해 송신된 셀룰러 신호의 도착 시간이 다른 순간에 측정된다. 프레임 마커 (예를들어, 어떤 프레임의 경계부) 의 도착시간이 GPS 수신기를 가진 하나 이상의 이동국 (예를들어, MS (210, 310 또는 615∼617)) 을 이용하여 측정된다. 그 후, 기지국의 송신 주파수는 이 셀룰러 신호들의 도착 시간들을 사용해서 계산될 수 있다. 프레임 마커 주파수는 듀레이션에 존재하는 프레임 마커들의 알려진 수를 듀레이션으로 나눔으로써 계산될 수 있다. 기지국 신호의 캐리어 주파수 및 프레임 마커의 송신주파수가 기지국의 주 오실레이터의 주파수에 따라 동기화되며, 기지국 신호의 캐리어 주파수가 결정될 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 기지국으로부터 송신 기간을 계산하는데에 계산적으로 더욱 편리할 수 있다.
전술한 바와 같이, 비록 소위 위치 결정 엔터티 (Position Determination Entity, PDE) 가 셀룰러 기지국과 공동 설치될 수 있지만, 셀룰러 송신 주파수의 결정은 일반적으로 기지국에서 보다는 서버 또는 PDE에서 수행된다. 이 서버 또는 PDE는, 통신 네트워킹, 셀룰러 네트워킹 및 무선 링크를 통해 이동국에 또는 이동국으로부터 메시지를 전달할 수 있는 셀룰러 또는 통신 네트워크 인프라스트럭쳐에 상주하는 장비의 세트이다. 즉, 한번 이동국이 기지국 송신의 타이밍 관련 측정을 하면, 그 측정값이 셀룰러 링크를 통해 이용중인 기지국으로 송신되고, 인프라스트럭쳐 지상 회선을 통해 PDE 로 송신된다. PDE 가 장래의 프레임 마커에 관련된 시간 및 주파수를 계산하기 위하여, 이 측정값을 이용한다. 이 정보는 그런 정보들이 시스템 성능을 향상시키기 위해 이용되기를 바라면서, 이동 또는 다른 네트워크 엔터티로 전달될 수 있다. 실제로, 일 실시형태에서는, 그런 시간 정보는 이동국이 장래의 GPS 수신 및 측정 동작을 보다 원할하게 수행하도록 하는 보조 데이터로서 활용된다. 이 실시형태는 몇몇 이동국에서 수행되었던 앞선 측정이 나중의 GPS 측정의 수행을 크게 보조하는 "부트스트랩" 접근법을 제공한다. 미국 특허 제5,841,396호 및 제5,945,944호에 의해 설명된 바와 같이, 이 방법에서 성능 향상은 크게 증가된 감도, 제 1 고정까지의 감소된 시간, 및 증가된 유용성을 포함한다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따라 기지국 신호의 프레임 에포크의 측정결과를 이용하여 기지국 신호의 주파수를 결정하는 상세한 방법을 나타낸다. 동작 (901 내지 909) 에서는, 제 1 이동국 (MS) 이 기지국 (BS) 으로부터 셀룰러 신호를 수신하며, 그 셀룰러 신호 속에 포함된 프레임 마커를 찾고, 그 GPS 수신기를 이용해서 TOD 및 자신의 로케이션을 찾으며, 동작 (905) 에서 찾은 TOD를 이용하여 프레임 마커에 타임 태그를 붙이고, 그 로케이션 (또는, 로케이션 결정에 대한 정보) 및 타임 태그 (또는, 타임 태그를 결정하기 위한 정보) 를 로케이션 서버과 같은 서버에 전송한다.
동작 (905) 은 동작 (901 내지 903) 에 선행하거나, 동작 (901 내지 903) 과 동시에 수행하는 것으로 이해할 수 있다. 로케이션 및 타임 태그 정보를 전송하기 위한 송신 경로는 일반적으로, 부가적인 지상 링크 (예를들어, 전화선, 로컬 영역 네트워크 등) 가 뒤따르는 셀룰러 링크를 포함한다.
동작 (901) 에서 수신된 셀룰러 신호가 동작 (909) 에 데이터를 송신하기 위해 이용된 것과 다른 통신 링크를 통할 수 있다. 즉, 동작 (901) 에서 관측된 기지국이 이동국의 "역할을 하는" 기지국이 아닐 수 있다. 이 기지국은 이동국이 간략하게 관측하여, 핸드오프 동작 동안 이후 시간에서 사용될 수도 있는, 기지국들의 "이웃" 리스트를 결정하는 것일 수도 있다. 당해 기술분야에 공지된 바와 같이, 이동국이 10개 이상의 기지국을 관측하는 경우가 때때로 있다.
제 2 이동국 (또는 동일 기지국이라 할지라도) 은 동작 (901 내지 909) 과 유사한 방식으로 동작 (911 내지 919) 을 수행한다. 일반적으로, 동작 (911 내지 919) 은 동작 (901 내지 909) 이 수행될 때와 다른 순간에 수행된다. 동작 (911 내지 919) 은 동작 (901 내지 909) 을 수행했던 동일한 이동국에 의해 수행될 수 있지만, 다른 순간에 수행되는 것으로 이해될 수 있다.
동작 (921) 에서는, 서버 (예를들어, 로케이션 서버) 가 이동국으로부터 수신한 타임 태그, 이동국의 로케이션, 및 기지국 로케이션에 대한 정보를 프로세스하고, 프레임 마커 레이트와 관련된 주파수 또는 상기 레이트로 동기화된 다른 기지국의 다른 주파수와 같은, 기지국 로케이션과 관련된 주파수를 계산한다. 주파수는 명목상 (이상적 또는 이론상) 주파수 또는 에러로서 표현될 수 있고, 에러는 크기없는 PPM 단위로 표현될 수 있다. 타임 태그는 프레임 마커가 측정중인 이동국에 도달한 순간에 대응하기 때문에, 정밀한 송신 듀레이션을 계산하기 위해, 이동국 및 기지국의 로케이션은 타임 태그에서 시간 측정치로 변환될 필요가 있다. 이는 송신중인 기지국으로부터 측정중인 이동국까지 이동한 셀룰러 신호에 대한 딜레이들을 타임 태그로부터 감산하는 것으로 수행된다.
동작 (923) 에서는, 측정된 송신의 주파수를 이용하여, 장래 기지국 프레임 마커의 발생 시간 (time-of-occurrence) 이 예측될 수 있다. 그러한 예측은 동작 (925) 에서의 요구에 대하여 기지국 또는 이동국과 같은 다양한 네트워크 엔터티로 송신될 수 있다.
또한, 동작 (909 및 919) 에서 서버로 제공된 정보는 프레임 마커에 연관된 TOD의 결정을 허락하기 때문에, 타임 코디네이션은 2000년 5월 4일 출원되어, 동시 계류중인, 미국 특허 출원 09/565,212호에 기술된 방법에 따라서 수행될 수 있다.
동작 (927) 에서, 예측된 에포크 타이밍은 SPS 측정, 또는 TDOA 동작 또는 EOTD 동작을 보조하기 위하여 이동국이나 기지국에 의해 이용될 수 있다.
도 9는 2개의 이동국과 1개의 기지국을 이용하여 기지국의 송신의 주파수를 결정하는 방법을 나타내고 있으나, 실제상으로는 더 많은 이동국이 통상적으로 포함될 수 있다. 또한, 각각의 이동국은 동시에 또는 연속적으로 여러 기지국의 타이밍 에포크를 관찰한다. 따라서, 동작 (901-909) (또는 911-919) 와 같은 다수의 동작이 다수의 기지국에 대응하여 평행적으로 일어날 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같은 프로세싱은 계속적으로 진행된다. 전술한 바와 같이, 도 9의 동작은 하나 이상의 기지국을 관찰하는 단일 이동국에 의해 수행될 수 있다.
에포크 예측에 있어서의 에러는 기지국의 타임 (드리프트) 특성 대 장기간의 주파수를 모델링함으로써 감소될 수 있다. 많은 경우에 있어서, 장기간의 드리프트는 양호한 품질의 기지국 오실레이터에 대하여 완만하고 상당히 예측가능하다. 따라서, 드리프트 특성은 매우 긴 기간에 걸쳐 다수의 기지국 송신의 측정결과로부터 결정될 수 있다. 곡선 피팅 과정은 드리프트 특성으로부터 장래 드리프트를 예측하기 위하여 이용될 수 있다. 통상적인 곡선 피팅 알고리즘은 다항식을 이용할 수도 있다.
도 9에 도시된 방법에서, 동일한 이동국이 계속적인 타이밍 측정을 할 필요는 없다. 실제로, 주어진 기지국에 대응하는 각각의 타이밍 측정은 상이한 이동국에 의해 이루어질 수 있다. 다수의 측정이 어떤 기간에 걸쳐 이루어진 경우에 최소-평균 제곱 평균화 방식 (least-mean square averaging) (LMS 평균) 등 다양한 평균 동작이 수행될 수 있다. 다수의 측정 프로세싱은 측정 에러를 상당히 감소시킬 뿐만 아니라, 기지국 송신의 다중경로 (multipath) 수신과 같은 의사 효과 (spurious effect) 에 기인한 비정상적으로 높은 에러를 포함할 수 있는 측정결과의 폐기를 허용한다. 이러한 “이탈값 (outliers)”의 폐기는 먼저, 모든 측정결과를 이용하여 주파수의 초기 추정치를 만들고, 그후에 이 초기 측정 중에서 양호한 것으로 나타나는 측정을 폐기하고, 마지막으로 폐기되지 않은 측정결과를 이용하여 그 추정치를 계산함에 의해 수행될 수 있다. 또한, 오더 통계치를 이용하는 등의 다른 접근법이 이탈값을 폐기하기 위해 이용될 수 있다.
이동국에 도착하는 셀룰러 신호는 주요 신호의 반사의 결과 또는 통상 "다중경로" 라고 불리는 다수의 직접 수신된 신호 및 반사되어 수신된 신호의 존재의 결과일 수 있다. 대부분의 경우, 다중경로는 포지티브 초과 딜레이, 즉 직접적인 가시 거리 (line-of-sight) 송신에서의 딜레이보다 긴, 신호 송신에서의 딜레이를 초래한다. 가시 거리 송신에서의 딜레이는 광속으로 기지국과 이동국간의 거리를 나눔으로써 결정될 수 있다. 다중경로가 네거티브 초과 딜레이를 생성한다는 것은 드물기 때문에, 단순한 평균이 다중경로에 기인하는 에러의 감소를 위한 최적의 접근법이 아닐 수 있다.
다중경로에 기인하는 초과 딜레이는 가중 평균을 이용함으로써 보상될 수 있다. 하나의 방법은 고품질의 신호 예를들어, 고 강도의 신호 (높은 신호 대 노이즈 비) 및 폭이 좁고 분명한 (well-defined) 신호형을 가진 신호로부터 유래된 측정결과를 선택, 또는 크게 가중하는 것이다. 수신된 신호형을 분석하기 위한 몇몇 타입의 자동상관 분석 (autocorrelation analysis) 이 수신된 신호의 품질을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 고품질의 신호는 보다 종종 가시 거리 송신으로부터, 또는 최소의 반사를 갖는 상황으로부터 기인하는 경향이 있으며, 따라서 저품질의 신호보다 적은 초과 딜레이를 나타낸다. 어떤 경우에, 충분히 높은 수신된 신호 레벨로써, 주어진 기지국으로부터 수신된 신호의 숫자, 강도, 및 상대적인 딜레이를 추정하기 위한 신호 프로세싱 알고리즘을 이용하는 것이 가능하다. 이런 경우에 가장 적은 딜레이가 초과 딜레이의 효과를 최소화하기 위하여 선택될 수 있다.
도 9는 서버에서 송신 듀레이션이 계산되는 방법을 설명한 반면에, 도 10은 이동국에서 송신 듀레이션이 결정되는 다른 방법을 도시한다. 동작 (1001 내지 1007) 에서, 이동국은 기지국 (BS) 으로부터의 셀룰러 신호 및 BS 로케이션을 수신하고, 그러한 셀룰러 신호 내에 포함된 프레임 마커를 발견하고, 이동국의 GPS 수신기를 이용하여 이동국의 위치 및 TOD를 발견하고, 동작 (1005) 에서 발견된 TOD를 이용하여 프레임 마커에 타임 태그를 할당한다. 유사하게, 제 2 프레임 마커에 대한 타임 태그가 동작 (1011-1017) 에서 결정된다. 동작 (1019) 에서, 이동국은 타임 태그를 이용하여 송신시간의 듀레이션을 계산한다. 이 경우, 이동국이 측정결과들 사이에서 이동할 수 있고, 그에 따라 기지국-이동국 거리의 변화가 보상되어야 하기 때문에, 이동국과 기지국의 위치에 대한 정보가 통상적으로 필요하다. 이동국이 정지된 것으로 알려지면, 이 정보는 필요하지 않다. 기지국에 대한 프레임 마커의 송신 주파수가 결정될 수 있고, 기지국의 장래 프레임 마커의 타이밍을 예측하는 데 이용될 수 있다. 그 듀레이션 및 측정된 주파수는 서버로 송신되고, 타이밍의 예측이 서버에 대해 수행될 것이다. 동작 (1022및 1023) 에서, 예측은 SPS 측정, 또는 EOTD 동작 또는 TDOA 동작을 보조하기 위하여, 이동국이나 기지국으로 제공될 수 있다. 도 10의 제 1 및 제 2 셀룰러 신호는 통상적으로 동일한 전화 "콜" 동안 상이한 시간에서 수신된 셀룰러 신호의 두 부분에 대응한다. 그러나, 이들은 별개의 콜들 동안 수신된 기지국으로부터의 신호들에 대응될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국 신호의 캐리어 주파수의 측정결과를 이용함으로써, 기지국 신호들의 주파수를 결정하기 위한 상세한 방법을 나타낸다. 동작 (1101) 에서, 이동국은 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호를 수신한다. 이것은 동작 (1103) 에서 수신된 셀룰러 신호의 캐리어 주파수에 동기화된다. 이것은 보통, 전압 제어 오실레이터 (예를들어, VCO (323)) 를 포함하는 위상-고정 루프 (PLL) 또는 자동 주파수 제어 (AFC) 회로 중의 하나를 이용하여 수행된다. 동기화 과정은 VCO가 수신된 캐리어의 위상이나 주파수 중 하나와 비례관계를 갖도록 한다.
동작 (1105) 에서, 이동국은 그것의 로케이션, 속도, TOD, 및 그것의 로컬 발진기로부터 레퍼런스 신호의 주파수를 결정하기 위하여 GPS (또는 SPS) 수신기를 이용한다. 기지국의 주파수의 결정을 위하여, 로컬 발진기 레퍼런스의 주파수의 측정은 주요한 관심 정보이지만; 로케이션, 속도, 및 TOD 정보는 GPS 프로세싱의 통상적인 부산물이다. 로케이션 및 속도는 주파수 측정에 대한 MS 모션의 효과를 결정하기 위하여 필요하다. 전술한 바와 같이, GPS 수신기에 의해 의해 이용되는 로컬 레퍼런스 신호는 셀룰러 송수신기의 VCO에 의해 제공받을 수 있거나 또는 개별 수정 오실레이터에 의해서 제공받을 수 있다.
동작 (1107) 에서, 이동국은 VCO 신호 및 GPS 레퍼런스 주파수 측정으로부터 수신된 기지국 캐리어 주파수를 결정한다. 전술한 바와 같이, 만약 VCO가 그것의 주파수 레퍼런스로서 이용되면, 이것은 GPS 프로세싱의 직접적인 부산물이다. 대안적으로, 개별 주파수 카운팅 회로는 VCO 및 GPS 레퍼런스 신호들의 주파수 비율을 결정하기 위하여 이용될 수 있다. GPS 신호 프로세싱 동안 결정된, GPS 레퍼런스 주파수의 값과 주파수 비율은 VCO 주파수의 정확한 추정을 제공하며 그에 따라 수신된 기지국 신호의 캐리어 주파수의 정밀한 추정을 제공한다.
동작 (1109) 에서, 주파수 정보는 보조 데이터 (예를들어, TOD, 기지국 식별 정보 등) 와 함께 서버로 전송된다. 동작 (1111) 에서는, PPM 유닛 등으로 표시될 수 있는 캐리어 주파수 정보가 기지국 오실레이터 주파수, 및/또는 다른 주파수들 (예를들어, 프레임 마크 주파수) 을 계산하기 위해 이용될 수 있다. 이동국의 로케이션 및 속도는 기지국 로케이션과 함께 사용되어 이동국-기지국의 상대적인 이동에 기인한 주파수 에러를 결정한다. 이 에러는 기지국의 주파수의 정확한 측정을 얻기 위해 제거되어야 한다. 서버는 기지국 주파수의 추정을 더욱 개선하기 위해서 그러한 주파수 측정결과들의 숫자를 함께 결합할 것이다. 최종적으로, 동작 (1113-1117) 에서, 서버는 이 주파수 정보로부터 장래 기지국 마커 에포크의 타이밍을 예측하고, 측정 (예를들어, SPS 측정, 또는 TDOA 또는 EOTD 동작) 보조 요청에 대하여 그것을 다른 네트워크 컴포넌트 (예를들어, 이동국들, 기지국들, 로케이션 서버들) 로 전송한다.
도 11에서는 오직 1개의 이동국 및 1개의 기지국만이 포함된 개요를 나타내었지만, 실제상으로는, 더 많은 이동국들이 포함될 수 있다. 각각의 이동국은 동시적으로 또는 연속적으로 다수의 기지국의 송신을 관찰할 수도 있다. 따라서, (동작 (1101-1109) 과 같은) 다수의 동작 시퀀스는 다수의 기지국에 대응하여 평행적으로 일어날 수 있다. 도 11에 도시된 프로세싱은 계속적으로 진행될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 8 내지 도 11의 방법에 대한 다양한 변형이 가능함이 당업자에게 자명하다. 예를들어, 이동국이 기지국의 로케이션을 수신한다면, 이동국은 계산 (1111-1117) 을 수행할 수 있다. 도 10에서, 동작 (1005 및 1015) 에서 TOD 측정을 하는 대신에, 이동국은 도 11의 (1101-1107) 의 방법을 통하여 그 클록을 교정한 후에 경과된 시간을 계산할 수 있다.
기지국 오실레이터가 충분히 안정적인 경우, 기지국 주파수 교정은 기지국에 의해 송신된 장래 타이밍 마커의 에포크의 정확한 예측을 허락할 수 있다. 통상적으로, 일단, 시간 코디네이션이 수행되면, 기지국 오실레이터의 안정성은 오랜 기간동안에 걸쳐 정확한 타이밍 예측을 허락하기에 충분하다.
기지국은 통상적으로 고품질의 오븐화된 수정 오실레이터를 주파수 레퍼런스로서 이용한다. 기지국 송신의 장기간의 안정성이 세슘 (Cesium) 타입 안정성으로 고정되고, 정확한 타이밍 예측에 적합한 경우에, 어떤 기지국은 GPS 위성으로부터 송신된 신호에 대한 그들의 레퍼런스를 고정한다. 다음의 설명에서, 그러한 GPS 고정은 이용되지 않은 것으로 가정한다. 이경우, 2개의 기지국 오실레이터 불안정의 주요 원인은 i) 일반적으로 노이즈 스펙트럼 밀도 방법 (noise spectral density method) 또는 Allan Variance 등의 단기 주파수 안정성 측정으로 특징지워지는 단기 주파수 불안정성, 및 ii) 통상적으로 노후 효과와 연관되어 있는 장기 주파수 드리프트이다. 장기 주파수 드리프트는 1일당 0.001 PPM의 단위 또는 그 이상인 경향이 있고, 따라서, 상대적으로 단기간 (예를 들어, 15 내지 30 분) 에 걸친 에러의 중요 원인을 대표해서는 안된다.
대부분의 기지국 오실레이터는 오븐화된 수정 오실레이터를 이용한다. 오븐 온도의 작은 변화 및 그 오븐에 인가되는 전압의 작은 변화는 주파수 에러를 증가시키는데 기여할 수 있다. 또한, 랜덤-워크 주파수 효과 (Random-walk frequency effects) 와 같은 어떤 단기 주파수 안정성 특성은 관찰 시간의 함수로서 증가하는 주파수 에러를 생성한다 [IEEE, 1991년 6월 6일, 79권, 952-959 페이지, J.Rutman 및 F.L. Walls의 Characterization of Frequency Stability in Precision Frequency Sources 참조]. 따라서, 디바이스 및 시스템 관점으로부터 이들 효과 모두의 크기를 조사하는 것이 중요하다.
단기 주파수 안정성은 여기에서, 수초 내지 수시간의 시간 간격에 걸쳐 측정되는 것으로 고려된다. 이들 기간에 걸쳐 측정된 양호한 품질의 오븐화된 오실레이터는 통상적으로 0.00001 PPM의 단위의 단기 안정성 (통상 Allan variance라 불리는, 부분적인 주파수 편차 (deviation)) 을 갖는다. 이러한 안정성으로, 기지국으로부터의 타이밍 신호는 6 나노초의 정확성으로 장래의 10분간의 기간에 걸쳐 예측될 수 있으며, 36 나노초의 정확성으로 장래의 1 시간의 기간에 걸쳐 예측될 수 있다.
양호한 품질의 오븐화된 오실레이터의 장기간의 안정성은 시간당 약 0.00004 PPM에 대응하여, 1일당 0.001 PPM 단위 이상일 수 있다 [Hewlett Packard Application Note 200-2, Fundamentals of Quartz Oscillator, 참조]. 따라서, 1시간 이상의 단위의 기간에 걸친 예측에 대하여, 노후 특성으로부터의 효과가 우세할 수 있다.
측정 관점으로부터, Pickford는 왕복 측정의 이용에 기초하여 2개의 기지국간의 주파수 드리프트를 고려하였다 [Andrew Pickford의 BTS Synchronization Requirements and LMU Update Rates for E-OTD, Technical Submission to Technical Subcommittee T1P1, 1999년 10월 8일 참조]. 그는 일단 선형 위상 (또는 타임) 드리프트 (즉, 고정된 주파수 오프셋 에러) 가 제거되면, 총 RMS 타임 에러는 1시간을 초과하는 기간에 대하여 66 나노초의 단위였음을 발견하였다. 그는 또한, 1시간에 걸친 측정 이용 및 유사한 정확성을 갖는 다음 시간동안의 측정 계획을 증명하였다. 또한, 그의 곡선의 조사는 평균 드리프트를 제거한 이후의 잔류 에러가 랜덤 에러에 나타는 것보다 우세하였음을 나타낸다. 이것은 우세한 잔여 에러가 실제 오실레이터 지터 (jitter) 보다는, 측정에러, 또는 추가적인 노이즈에 기인한 것임을 나타내는 것일 수 있다. 1시간에 걸쳐 측정된, 66 나노초 RMS 에러는 양호한 품질의 수정 오실레이터에서 통상적인, 약 0.000018 PPM의 주파수 안정성과 동등함을 주의한다.
T. Rantallainen 등에 의한 다른 유사한 논문은 전술한 것과 유사한 결과를 제공한다 [T. Rantallainen 및 V.Ruutu의, RTD Measurements for E-OTD Method, Technical Submission to T1P1.5/99-428RO, 1999년 7월 8일 참조]. 그러나, 이 논문에서, 다수의 위상 대 시간에 대한 피트들은 잔류 에러를 작게 유지하기 위해서 2차식을 필요로 한다. 프로세싱이 완료되는 동안의 통상적인 시간 간격은 약 1500 내지 2200 초 범위이다. 타임 슬롯 대 위상의 비선형 특성에 대한 설명은 주어지지 않았다. 상기 지시된 바와 같이, 이것은 수정 오실레이터의 노후 특성에 상당히 기인할 것이다. 노후 특성은 예측가능하고 완만한 경향이 있으므로, 다항식의 피트 알고리즘은 잘 작동할 것이다. 예를들어, 측정 시간 대 프레임 기간에 대한 2차식 피트는 타임 드리프트 대 선형 주파수를 보상할 것이다.
시간 대 주파수의 작은 변화에 기여할 수 있는 추가적인 요소는 주파수 레퍼런스의 전압 및 온도 변화 (fluctuation) 를 포함한다. 이들 요소는 매우 작은 주파수 변화로서 그것들 자체를 나타낼 수 있다. 기지국은 고신뢰성을 보장하기 위하여 규제된 전압 및 온도를 갖는 경향이 있다.
사용자의 중요한 움직임이 있는 경우에, 어떤 도플러 관련 효과도 전술한 타이밍 및 주파수 측정에 과도하게 영향을 미치지 않는 것이 중요하다. 특히, 이동국이 일 시점에서 시간을 측정하고, 다른 시점에서 발생하는 셀룰러 신호 프레임 경계에 연관된 TOD를 예측한다면, 특히 이동국이 빠르게 이동하는 중이며/이거나 이들 시점간의 차이가 큰 경우, 이동국의 움직임으로부터 에러가 야기될 수 있다. 이러한 유형의 문제를 다루기 위한 많은 방법이 있다. 예를들어, 이동국이 그 속도를 결정할 수 있다면, 이동국과 기지국 사이의 거리 비율과 연관된 도플러 효과에 기인하는 에러를 보상하기 위하여, 이동국의 속도에 관한 데이터가 서버로 제공될 수 있다. 이러한 접근법이 도 11에 표시되어 있다. 전술한 바와 같이, GPS 신호는 수신중인 플랫폼의 속도를 추정하기 위해 프로세스될 수 있다. 이 정보는 이동국의 움직임에 기인한 어떤 에러를 보상하기 위해 이용될 수 있다.
이동국 하드웨어를 통한 다중경로 딜레이 및 전송 딜레이 (transmit delay) 와 같은 어떤 잔류 에러가 잔존할 수도 있다. 그러나, 이동국 및/또는 기지국은 종종 그러한 저하 (degradation) 의 정도를 결정할 수 있고, 에러를 덜 갖는 그러한 측정에 크게 가중할 수 있다.
유효 송신 시간 (즉, 도착 시간) 은 기지국 안테나 측에서 결정된다. 다수의 이동국의 이용은 평균화 과정을 통하여 에러를 감소시키는 경향이 있다. 이것은 적당한 측정 선택 또는 다른 바이어스 추정 절차에 의해서 시스템 바이어스들이 제거되거나 감소된 것으로 추측된다.
타이밍 (예를들어, 이른 아침 시간) 을 서포트하기 위한 충분한 이동국 활동에 대한 염려는, 이동국들을 다양한 로케이션에 위치시켜 주기적으로 호출함으로써, 개선될 수 있다. 그러나, 이들은 고정된 것일 필요가 없다.
단일 이동국에서의 GPS 프로세싱에 기인한 통상적인 타이밍 에러는 10-30 나노초의 단위일 수 있다. 따라서, 다중경로와 같은 다른 에러원이 우세할 수 있다.
기지국 오실레이터의 안정성은 얼마나 자주 타이밍 측정이 행해지고 발산 (disseminated) 될 필요가 있는지에 영향을 미친다. 이동국으로부터의 다수의 측정결과의 이용에 의해, 기지국 오실레이터의 순간 주파수뿐만 아니라 그러한 주파수의 변화율과 같은 높은 모멘트를 정확히 결정하는 것이 가능하다. 전술한 바와 같이, 그것은 보통, 시간 대 기지국 주파수에 대한 단순한 곡선 피트가 장기간에 걸쳐 매우 높은 정확성으로 유지될 수 있는 경우이다.
본 발명의 방법 및 장치가 GPS 위성을 참조로 하여 설명되었지만, 이러한 설명이 의사위성 (pseudolites) 또는 위성과 의사위성의 조합을 이용하는 위치확인 시스템에 동등하게 적용가능함을 이해하여야 한다. 의사위성은 (GPS 신호와 유사한) L-밴드 캐리어 신호에 의해 변조된 PN 코드, 일반적으로는 동기화된 GPS 시간을 방송하는, 지상 기반 송신기이다. 각각의 송신기는 원격의 수신기에 의한 식별을 허용하기 위하여, 고유 PN 코드가 할당될 수 있다. 의사위성은 터널, 굴, 빌딩 또는 다른 밀폐된 공간에서 처럼, 궤도를 선회하는 위성으로부터의 GPS 신호가 이용가능하지 않은 경우에 유용하다. “위성”이란 용어는 여기에서, 의사위성 또는 그 등가물을 포함하는 것으로 의도되고, 여기서 이용되는 GPS 신호라는 용어는 의사위성 또는 그 등가물들로부터의 GPS-형 신호들을 포함하는 것으로 의도된다.
전술한 설명에서, 본 발명은 미국 글로벌 위치확인 위성 (GPS) 시스템에의 응용을 참조로 하여 기술되었다. 그러나, 이들 방법은 유사한 위성 위치확인 시스템에도, 특히 러시아 글로나스 시스템 (Russian Glonass system) 및 제안된 유럽 갈릴레오 시스템 (proposed European Galileo System) 에도 동일하게 응용될 수 있음은 자명하다. 글로나스 시스템은, 상이한 의사랜덤 코드를 이용하기 보다는, 다소 상이한 캐리어 주파수를 이용함으로써 다른 위성들로부터의 송출이 서로 구별된다는 점에서 GPS 시스템과 근본적으로 다르다. 이런 경우에 실질적으로 전술한 모든 회로 및 알고리즘이 적용가능하다. 여기 사용된 “GPS"라는 용어는, 러시아 글로나스 시스템 및 제안된 유럽 갈릴레오 시스템을 포함하여, 그러한 양자택일적인 위성 위치확인 시스템을 포함한다.
전술한 설명에서, 본 발명은 본 발명의 특정한 예시적 실시형태를 참조로 기술되었다. 본 발명의 청구범위의 영역을 일탈함이 없이 다양한 변형이 가능함은 자명하다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적이라기 보다는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (91)

  1. 셀룰러 통신 시스템의 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 방법으로서,
    제 1 이동국에서, 상기 기지국으로부터, 제 1 타이밍 마커를 포함하는 제 1 셀룰러 신호를 수신하는 단계;
    상기 제 1 이동국에서 수신된 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터, 상기 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그를 결정하는 단계;
    상기 제 1 이동국에서 수신된 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터, 상기 제 1 이동국의 제 1 로케이션을 결정하는 단계;
    셀룰러 통신 링크를 통하여, 상기 제 1 타임 태그 및 상기 제 1 로케이션을 서버로 송신하는 단계;
    제 2 이동국에서, 상기 기지국으로부터, 제 2 타이밍 마커를 포함하는 제 2 셀룰러 신호를 수신하는 단계;
    상기 제 2 이동국에서 수신된 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터, 상기 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 결정하는 단계;
    상기 제 2 이동국에서 수신된 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터, 상기 제 2 이동국의 제 2 로케이션을 결정하는 단계;
    셀룰러 통신 링크를 통하여, 상기 제 2 타임 태그 및 상기 제 2 로케이션을 셀룰러 네트워크 엔터티로 송신하는 단계; 및
    상기 기지국에 관련된 제 1 주파수를 계산하기 위하여, 상기 기지국의 로케이션을 상기 제 1 과 제 2 타임 태그 및 상기 제 1 과 제 2 로케이션과 결합하는 단계를 포함하는, 주파수 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 단계는,
    상기 기지국으로부터 상기 이동국들로의 상기 셀룰러 신호의 송신 시간들을 계산하는 단계를 더 포함하는, 주파수 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 송신 시간들에서의 차이는 상기 제 1 주파수에 반비례하는, 주파수 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 기지국에 위치되어 있는, 주파수 측정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 기지국으로부터 떨어진 로케이션에 있는, 주파수 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀룰러 통신 시스템은,
    a) GSM 통신 표준;
    b) 일본 PDC 통신 표준;
    c) 일본 PHS 통신 표준;
    d) AMPS 아날로그 통신 표준;
    e) 북미 IS-136 통신 표준; 및
    f) 비동기 광대역 확산 스펙트럼 CDMA 표준 중 하나를 이용하는, 주파수 측정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이동국내의 공통 회로가 셀룰러 신호 및 위성 위치확인 시스템 신호를 프로세싱하는데 이용되는, 주파수 측정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 상기 기지국으로부터의 셀룰러 신호의 캐리어 주파수에 관련되어 있는, 주파수 측정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 상기 기지국으로부터의 셀룰러 신호의 심볼 레이트에 관련되어 있는, 주파수 측정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이동국 및 제 2 이동국은 동일 이동국인, 주파수 측정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이동국 및 제 2 이동국은 서로 상이한 별개의 이동국들인, 주파수 측정 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 셀룰러 신호 및 상기 제 2 셀룰러 신호는 서로 시간적으로 변위된 상이한 셀룰러 신호의 부분들에 대응하는, 주파수 측정 방법.
  13. 셀룰러 통신 시스템의 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 방법으로서,
    이동국에서, 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호를 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 상기 이동국의 로컬 발진기로부터의 레퍼런스 신호의 주파수를 결정하는 단계;
    상기 이동국에서, 상기 기지국으로부터, 제 1 타이밍 마커 및 제 2 타이밍 마커를 포함하는, 제 1 셀룰러 신호를 수신하는 단계;
    상기 로컬 발진기로부터의 상기 레퍼런스 신호를 이용하여, 상기 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그 및 상기 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 결정하는 단계; 및
    상기 기지국에 관련된 제 1 주파수를 계산하기 위하여, 상기 로컬 발진기로부터의 상기 레퍼런스 신호의 상기 주파수를 상기 제 1 타임 태그 및 제 2 타임 태그와 결합하는 단계를 포함하는, 주파수 측정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    통신 링크를 통하여, 상기 제 1 주파수를 서버로 송신하는 단계를 더 포함하는, 주파수 측정 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 결합 단계는, 상기 타임 태그들 간의 시간 차이를 계산하는 단계를 더 포함하는, 주파수 측정 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 상기 기지국으로부터의 신호의 캐리어 주파수에 관련되어 있는, 주파수 측정 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 상기 기지국으로부터의 신호의 심볼 레이트에 관련되어 있는, 주파수 측정 방법.
  18. 셀룰러 통신 시스템의 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 방법으로서,
    이동국에서, 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호를 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 상기 이동국의 로컬 발진기로부터의 레퍼런스 신호의 주파수를 결정하는 단계;
    상기 이동국에서, 상기 기지국으로부터, 캐리어에 대하여 변조된, 제 1 셀룰러 신호를 수신하는 단계;
    상기 로컬 발진기로부터의 상기 레퍼런스 신호를 이용하여 상기 캐리어의 주파수를 측정하는 단계; 및
    상기 캐리어의 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국에 관련된 제 1 주파수를 결정하는 단계를 포함하는, 주파수 측정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    통신 링크를 통하여, 상기 제 1 주파수를 서버로 송신하는 단계를 더 포함하는, 주파수 측정 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 상기 이동국의 로케이션 및 속도 데이터를 결정하는 단계; 및
    상기 통신 링크를 통하여, 상기 로케이션 및 속도 데이터를 상기 서버로 송신하는 단계를 더 포함하는, 주파수 측정 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 상기 기지국으로부터의 신호의 심볼 레이트에 관련되어 있는, 주파수 측정 방법.
  22. 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 시스템으로서,
    제 1 이동국, 제 2 이동국, 및 서버를 포함하며,
    상기 제 1 이동국은,
    적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호로부터 상기 제 1 이동국의 제 1 로케이션을 결정하도록 구성된 제 1 위성 위치확인 시스템 수신기;
    상기 제 1 위성 위치확인 시스템 수신기에 연결되어, 상기 기지국으로부터, 제 1 타이밍 마커를 포함하는 제 1 셀룰러 신호를 수신하는, 제 1 셀룰러 송수신기; 및
    상기 제 1 셀룰러 수신기 및 상기 제 1 위성 위치확인 시스템 수신기에 연결되어, 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 상기 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그를 결정하는, 제 1 회로를 포함하고,
    상기 제 2 이동국은,
    적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호로부터 상기 제 2 이동국의 제 2 로케이션을 결정하도록 구성된 제 2 위성 위치확인 시스템 수신기;
    상기 제 2 위성 위치확인 시스템 수신기에 연결되어, 상기 기지국으로부터 제 2 타이밍 마커를 포함하는 제 2 셀룰러 신호를 수신하는, 제 2 셀룰러 송수신기; 및
    상기 제 2 셀룰러 수신기 및 상기 제 2 위성 위치확인 시스템 수신기에 연결되어, 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 상기 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 결정하는, 제 2 회로를 포함하며,
    상기 서버는, 통신 링크를 통하여 상기 제 1 이동국 및 제 2 이동국에 연결되어 있고,
    상기 제 1 셀룰러 송수신기는 통신 링크를 통하여 상기 제 1 타임 태그 및 상기 제 1 로케이션을 상기 서버로 송신하고, 상기 제 2 셀룰러 송수신기는 통신 링크를 통하여 상기 제 2 타임 태그 및 상기 제 2 로케이션을 상기 서버로 송신하며, 상기 서버는 상기 기지국에 관련된 제 1 주파수를 계산하기 위하여, 상기 기지국의 로케이션과 상기 제 1 타임 태그 및 제 2 타임 태그 및 상기 제 1 로케이션 및 제 2 로케이션을 결합하는, 주파수 측정 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 위성 위치확인 시스템 수신기 및 상기 제 1 셀룰러 송수신기는 상기 제 1 이동국의 인클로져 (enclosure) 내에 통합되어 있는, 주파수 측정 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 위성 위치확인 시스템 수신기 및 상기 제 1 셀룰러 송수신기는 적어도 하나의 공통 컴포넌트를 공유하는, 주파수 측정 시스템.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 타이밍 마커는 상기 제 1 셀룰러 신호내의 프레임 동기 에포크 (epoch) 인, 주파수 측정 시스템.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 기지국은,
    a) GSM 통신 표준;
    b) 일본 PDC 통신 표준;
    c) 일본 PHS 통신 표준;
    d) AMPS 아날로그 통신 표준;
    e) 북미 IS-136 통신 표준; 및
    f) 비동기 광대역 확산 스펙트럼 CDMA 표준 중 하나를 이용하는, 주파수 측정 시스템.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 기지국에 위치되어 있는, 주파수 측정 시스템.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 기지국으로부터 떨어진 로케이션에 있는, 주파수 측정 시스템.
  29. 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 시스템으로서,
    이동국을 포함하며,
    상기 이동국은,
    상기 기지국으로부터 제 1 타이밍 마커 및 제 2 타이밍 마커를 포함하는 셀룰러 신호를 수신하도록 구성된 셀룰러 송수신기;
    레퍼런스 신호를 생성하는 로컬 발진기;
    상기 로컬 발진기에 연결되어, 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호를 수신하며 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 결정하도록 구성된, 위성 위치확인 시스템 수신기; 및
    상기 셀룰러 수신기 및 상기 위성 위치확인 시스템 수신기에 연결되어, 상기 레퍼런스 신호를 이용하여 상기 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그 및 상기 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 결정하고, 상기 기지국에 관련된 제 1 주파수를 계산하기 위하여, 상기 레퍼런스 신호의 상기 주파수를 상기 제 1 타임 태그 및 상기 제 2 타임 태그와 결합하도록 구성된, 프로세서를 포함하는, 주파수 측정 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 위성 위치확인 시스템 수신기는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 상기 이동국의 로케이션 및 속도 데이터를 결정하도록 구성된, 주파수 측정 시스템.
  31. 제 29 항에 있어서,
    통신 링크를 통하여, 상기 이동국에 연결된 서버를 더 포함하며,
    상기 이동국은 상기 셀룰러 송수신기를 이용하여 상기 통신 링크를 통하여 상기 제 1 주파수를 상기 서버로 송신하는, 주파수 측정 시스템.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 위성 위치확인 시스템 수신기 및 상기 셀룰러 송수신기는 적어도 하나의 공통 컴포넌트를 공유하는, 주파수 측정 시스템.
  33. 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 시스템으로서,
    이동국을 포함하며,
    상기 이동국은,
    캐리어에 대해서 변조된 셀룰러 신호를 상기 기지국으로부터 수신하도록 구성된 셀룰러 송수신기;
    레퍼런스 신호를 생성하는 로컬 발진기;
    상기 로컬 발진기에 연결되어, 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호를 수신하고 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 결정하도록 구성된, 위성 위치확인 시스템 수신기; 및
    상기 셀룰러 수신기 및 상기 위성 위치확인 시스템 수신기에 연결되어, 상기 레퍼런스 신호의 상기 주파수로부터 상기 캐리어의 주파수를 결정하도록 구성된, 회로를 포함하는, 주파수 측정 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 위성 위치확인 시스템 수신기는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 상기 이동국의 로케이션 및 속도 데이터를 결정하도록 구성된, 주파수 측정 시스템.
  35. 제 33 항에 있어서,
    통신 링크를 통하여, 상기 이동국에 연결된 서버를 더 포함하며,
    상기 이동국은 상기 셀룰러 송수신기를 이용하여 상기 통신 링크를 통하여 상기 캐리어의 주파수를 상기 서버로 송신하는, 주파수 측정 시스템.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 위성 위치확인 시스템 수신기 및 상기 셀룰러 송수신기는 상기 이동국의 인클로져 내에 통합되어 있는, 주파수 측정 시스템.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 위성 위치확인 시스템 수신기 및 상기 셀룰러 송수신기는 적어도 하나의 공통 컴포넌트를 공유하는, 주파수 측정 시스템.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 기지국으로부터 떨어진 로케이션에 있는, 주파수 측정 시스템.
  39. 제 35 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 기지국에 위치되어 있는, 주파수 측정 시스템.
  40. 셀룰러 통신 시스템내에서 기지국에 관련된 주파수를 측정하는 방법으로서,
    적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 제 1 셀룰러 신호 내의 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그를 결정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 상기 제 1 셀룰러 신호가 수신된 제 1 로케이션에 관련된 제 1 위치확인 데이터를 결정하는 단계;
    적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 제 2 셀룰러 신호 내의 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 결정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 상기 제 2 셀룰러 신호가 수신된 제 2 로케이션에 관련된 제 2 위치확인 데이터를 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 과 제 2 타임 태그 및 상기 제 1 과 제 2 위치확인 데이터를 이용하여 상기 기지국에 관련된 주파수를 계산하는 단계를 포함하는, 주파수 측정 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 제 1 타이밍 마커는 상기 제 1 셀룰러 신호내의 프레임 동기 에포크인, 주파수 측정 방법.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 각 타임 태그는,
    위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 레퍼런스 신호의 주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 레퍼런스 신호를 이용하여 타임 태그를 제작하는 단계를 포함하는 방법에 의해 결정되는, 주파수 측정 방법.
  43. 제 40 항에 있어서,
    상기 각 타임 태그는,
    위성 위치확인 시스템 신호의 샘플을 생성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 결정되는, 주파수 측정 방법.
  44. 제 40 항에 있어서,
    상기 각 타임 태그는,
    위성 위치확인 시스템 신호로부터 TOD (time-of-day) 정보를 판독하는 단계를 포함하는 방법에 의해 결정되는, 주파수 측정 방법.
  45. 제 40 항에 있어서,
    상기 제 1 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호의 제 1 수신 로케이션을 포함하고,
    상기 제 2 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호의 제 2 수신 로케이션을 포함하는, 주파수 측정 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 위치확인 데이터 중 하나는,
    a) 위성 위치확인 시스템 위성까지의 의사범위 (pseudorange);
    b) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 위치; 및
    c) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 속도 중 적어도 하나를 포함하는, 주파수 측정 방법.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 계산하는 단계 이전에, 상기 제 1 과 제 2 타임 태그 및 상기 제 1 과 제 2 위치확인 데이터를 서버로 통신하는 단계를 더 포함하는, 주파수 측정 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호의 타이밍을 예측하는 단계를 더 포함하는, 주파수 측정 방법.
  49. 셀룰러 통신 시스템내에서 기지국의 송신 타이밍을 예측하는 방법으로서,
    상기 기지국으로부터 송신된 제 1 셀룰러 신호 내의 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그를 수신하는 단계로서, 상기 제 1 타임 태그는 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 결정되는, 상기 제 1 타임 태그 수신 단계;
    상기 제 1 셀룰러 신호가 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 수신되는, 제 1 로케이션에 관련된 제 1 위치확인 데이터를 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 송신된 제 2 셀룰러 신호 내의 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 수신하는 단계로서, 상기 제 2 타임 태그는 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 결정되는, 상기 제 2 타임 태그 수신 단계;
    상기 제 2 셀룰러 신호가 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 수신되는, 제 2 로케이션에 관련된 제 2 위치확인 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 과 제 2 타임 태그 및 상기 제 1 과 제 2 위치확인 데이터를 이용하여 상기 기지국에 관련된 주파수를 계산하는 단계를 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 제 1 타이밍 마커는 상기 제 1 셀룰러 신호내의 프레임 동기 에포크인, 송신 타이밍의 예측 방법.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 타임 태그 중 하나는,
    a) 위성 위치확인 시스템 신호의 샘플; 및
    b) 위성 위치확인 시스템 신호로부터의 TOD (time-of-day) 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  52. 제 49 항에 있어서,
    제 1 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호의 제 1 수신 로케이션을 포함하고,
    제 2 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호의 제 2 수신 로케이션을 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 위치확인 데이터 중 하나는,
    a) 위성 위치확인 시스템 위성까지의 의사범위 (pseudorange);
    b) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 위치; 및
    c) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 속도 중 적어도 하나를 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  54. 제 52 항에 있어서,
    상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호의 타이밍을 예측하는 단계를 더 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  55. 셀룰러 통신 시스템내에서 기지국의 송신 타이밍을 예측하는 방법으로서,
    복수의 이동국으로부터 기지국의 송신 주파수와 관련된 복수의 입력을 수신하는 단계로서, 상기 복수의 입력은 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호들 및 상기 이동국에서 수신된 위성 위치확인 시스템 신호들을 이용하여 상기 이동국에 의해 결정되는, 상기 복수의 입력 수신 단계;
    상기 복수의 입력을 상기 기지국에 관련된 주파수로 결합하는 단계; 및
    상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호의 타이밍을 예측하는 단계를 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 복수의 입력 중 하나는,
    a) 이동국에 의해 수신된 제 1 셀룰러 신호 내의 타이밍 마커의 타임 태그;
    b) 상기 제 1 셀룰러 신호가 수신된 로케이션에 관련된 위치확인 데이터; 및
    c) 상기 기지국에 관련된 제 1 주파수 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 타임 태그는,
    a) 위성 위치확인 시스템 신호의 샘플; 및
    b) 위성 위치확인 시스템 신호로부터의 TOD (time-of-day) 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  58. 제 56 항에 있어서,
    상기 위치확인 데이터는,
    a) 위성 위치확인 시스템 위성까지의 의사범위 (pseudorange);
    b) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 위치; 및
    c) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 속도 중 적어도 하나를 포함하는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  59. 제 56 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 정보는 2개의 타이밍 마커 사이의 시간 간격으로부터 결정되는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  60. 제 56 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 정보는 상기 제 1 셀룰러 신호의 캐리어의 주파수로부터 결정되는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  61. 제 59 항에 있어서,
    상기 시간 간격은 레퍼런스 신호의 주파수로부터 결정되고, 상기 레퍼런스 신호의 상기 주파수는 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 결정되는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  62. 제 59 항에 있어서,
    상기 시간 간격은 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호 내의 TOD 정보로부터 결정되는, 송신 타이밍의 예측 방법.
  63. 디지털 프로세싱 시스템에 의해 실행될 때, 상기 시스템이 소정 방법을 수행하도록 하는, 실행가능한 컴퓨터 프로그램 명령을 포함하는 머신 판독가능 매체로서, 상기 방법은,
    기지국으로부터 송신된 제 1 셀룰러 신호 내의 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그를 수신하는 단계로서, 상기 제 1 타임 태그는 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 결정되는, 상기 제 1 타임 태그 수신 단계;
    상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 상기 제 1 셀룰러 신호가 수신되는 제 1 로케이션에 관련된 제 1 위치확인 데이터를 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 송신된 제 2 셀룰러 신호내의 제 2 타이밍 마커에 대한 제 2 타임 태그를 수신하는 단계로서, 상기 제 2 타임 태그는 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 결정되는, 상기 제 2 타임 태그 수신 단계;
    상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 상기 제 2 셀룰러 신호가 수신되는 제 2 로케이션에 관련된 제 2 위치확인 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 과 제 2 타임 태그 및 상기 제 1 과 제 2 위치확인 데이터를 이용하여 상기 기지국에 관련된 주파수를 계산하는 단계를 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 제 1 타이밍 마커는 상기 제 1 셀룰러 신호 내의 프레임 동기 에포크인, 머신 판독가능 매체.
  65. 제 63 항에 있어서,
    상기 타임 태그 중 하나는,
    a) 위성 위치확인 시스템 신호의 샘플; 및
    b) 위성 위치확인 시스템 신호로부터의 TOD (time-of-day) 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  66. 제 63 항에 있어서,
    상기 제 1 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호의 제 1 수신 로케이션을 포함하고,
    상기 제 2 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호의 제 2 수신 로케이션을 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 위치확인 데이터 중 하나는,
    a) 위성 위치확인 시스템 위성까지의 의사범위 (pseudorange);
    b) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 위치; 및
    c) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 속도 중 적어도 하나를 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  68. 제 66 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호의 타이밍을 예측하는 단계를 더 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  69. 디지털 프로세싱 시스템에 의해 실행될 때, 상기 시스템이 소정 방법을 수행하도록 하는, 실행가능한 컴퓨터 프로그램 명령을 포함하는 머신 판독가능 매체로서, 상기 방법은,
    복수의 이동국으로부터 기지국의 송신 주파수 관련된 복수의 입력을 수신하는 단계로서, 상기 복수의 입력은 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호들 및 상기 이동국에서 수신된 위성 위치확인 시스템 신호들을 이용하여 상기 이동국에 의해 결정되는, 상기 복수의 입력 수신 단계;
    상기 복수의 입력을 상기 기지국에 관련된 주파수로 결합하는 단계; 및
    상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호의 타이밍을 예측하는 단계를 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 복수의 입력 중 하나는,
    a) 이동국에 의해 수신된 제 1 셀룰러 신호 내의 타이밍 마커의 타임 태그;
    b) 상기 제 1 셀룰러 신호가 수신된 로케이션에 관련된 위치확인 데이터; 및
    c) 상기 기지국에 관련된 제 1 주파수 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  71. 제 70 항에 있어서,
    상기 타임 태그는,
    a) 위성 위치확인 시스템 신호의 샘플; 및
    b) 위성 위치확인 시스템 신호로부터의 TOD (time-of-day) 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  72. 제 70 항에 있어서,
    상기 위치확인 데이터는,
    a) 위성 위치확인 시스템 위성까지의 의사범위 (pseudorange);
    b) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 위치; 및
    c) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 속도 중 적어도 하나를 포함하는, 머신 판독가능 매체.
  73. 제 70 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 정보는 2개의 타이밍 마커 사이의 시간 간격으로부터 결정되는, 머신 판독가능 매체.
  74. 제 70 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 정보는 상기 제 1 셀룰러 신호의 캐리어의 주파수로부터 결정되는, 머신 판독가능 매체.
  75. 제 73 항에 있어서,
    상기 시간 간격은 레퍼런스 신호의 주파수로부터 결정되고, 상기 레퍼런스 신호의 상기 주파수는 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 결정되는, 머신 판독가능 매체.
  76. 제 73 항에 있어서,
    상기 시간 간격은 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호 내의 TOD 정보로부터 결정되는, 머신 판독가능 매체.
  77. 셀룰러 통신 시스템 내에서 기지국의 송신 타이밍을 예측하기 위한 서버 장치로서,
    프로세서;
    상기 프로세서에 연결된 메모리;
    상기 메모리 및 상기 프로세서에 연결된 적어도 하나의 통신 디바이스를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 통신 디바이스는 기지국으로부터 송신된 제 1 셀룰러 신호 내의 제 1 타이밍 마커에 대한 제 1 타임 태그를 수신하고, 상기 제 1 셀룰러 신호가 수신되는 제 1 로케이션에 관련된 제 1 위치확인 데이터를 수신하고,
    상기 메모리는 상기 제 1 타이밍 마커 및 상기 제 1 위치확인 데이터를 저장하며,
    상기 적어도 하나의 통신 디바이스는 상기 기지국으로부터 송신된 제 2 셀룰러 신호내의 제 2 타이밍 마커의 제 2 타임 태그를 수신하고, 상기 제 2 셀룰러 신호가 수신된 제 2 로케이션에 관련된 제 2 위치확인 데이터를 수신하고,
    상기 메모리는 상기 제 2 타이밍 마커 및 제 2 위치확인 데이터를 저장하고,
    상기 프로세서는 상기 제 1 과 제 2 타임 태그 및 상기 제 1 과 제 2 위치확인 데이터를 이용하여 상기 기지국에 관련된 주파수를 계산하며;
    상기 제 1 타임 태그 및 상기 제 1 위치확인 데이터는 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호를 이용하여 결정되고,
    상기 제 2 타임 태그 및 상기 제 2 위치확인 데이터는 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호를 이용하여 결정되는, 서버 장치.
  78. 제 77 항에 있어서,
    상기 제 1 타이밍 마커는 상기 제 1 셀룰러 신호 내의 프레임 동기 에포크인, 서버 장치.
  79. 제 77 항에 있어서,
    상기 타임 태그 중 하나는,
    a) 위성 위치확인 시스템 신호의 샘플; 및
    b) 위성 위치확인 시스템 신호로부터의 TOD (time-of-day) 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 서버 장치.
  80. 제 77 항에 있어서,
    상기 제 1 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 1 신호의 제 1 수신 로케이션을 포함하고,
    상기 제 2 위치확인 데이터는 상기 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템의 제 2 신호의 제 2 수신 로케이션을 포함하는, 서버 장치.
  81. 제 80 항에 있어서,
    상기 위치확인 데이터 중 하나는,
    a) 위성 위치확인 시스템 위성까지의 의사범위 (pseudorange);
    b) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 위치; 및
    c) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 속도 중 적어도 하나를 포함하는, 서버 장치.
  82. 제 80 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호의 타이밍을 예측하는, 서버 장치.
  83. 셀룰러 통신 시스템 내에서 기지국의 송신 타이밍을 예측하기 위한 서버 장치로서,
    프로세서;
    상기 프로세서에 연결된 메모리;
    상기 메모리 및 상기 프로세서에 연결된 적어도 하나의 통신 디바이스를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 통신 디바이스는 복수의 이동국으로부터 기지국의 송신 주파수와 관련된 복수의 입력을 수신하고,
    상기 메모리는 상기 복수의 입력을 저장하며,
    상기 프로세서는 상기 복수의 입력을 상기 기지국에 관련된 주파수로 결합하고, 상기 기지국에 관련된 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호의 타이밍을 예측하며,
    상기 복수의 입력은 상기 기지국으로부터 송신된 셀룰러 신호들 및 상기 이동국에서 수신된 위성 위치확인 시스템 신호들을 이용하여 상기 이동국에 의해 결정되는, 서버 장치.
  84. 제 83 항에 있어서,
    상기 복수의 입력 중 하나는,
    a) 이동국에 의해 수신된 제 1 셀룰러 신호 내의 타이밍 마커에 대한 타임 태그;
    b) 상기 제 1 셀룰러 신호가 수신된 로케이션에 관련된 위치확인 데이터; 및
    c) 상기 기지국에 관련된 제 1 주파수 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 서버 장치.
  85. 제 84 항에 있어서,
    상기 타임 태그는,
    a) 위성 위치확인 시스템 신호의 샘플; 및
    b) 위성 위치확인 시스템 신호로부터의 TOD (time-of-day) 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 서버 장치.
  86. 제 84 항에 있어서,
    상기 위치확인 데이터는,
    a) 위성 위치확인 시스템 위성까지의 의사범위 (pseudorange);
    b) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 위치; 및
    c) 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호로부터 결정된 속도 중 적어도 하나를 포함하는, 서버 장치.
  87. 제 84 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 정보는 2개의 타이밍 마커 사이의 시간 간격으로부터 결정 되는, 서버 장치.
  88. 제 84 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 정보는 상기 제 1 셀룰러 신호의 캐리어의 주파수로부터 결정되는, 서버 장치.
  89. 제 87 항에 있어서,
    상기 시간 간격은 레퍼런스 신호의 주파수로부터 결정되고,
    상기 레퍼런스 신호의 상기 주파수는 위성 위치확인 시스템 신호를 이용하여 결정되는, 서버 장치.
  90. 제 87 항에 있어서,
    상기 시간 간격은 적어도 하나의 위성 위치확인 시스템 신호 내의 TOD 정보로부터 결정되는, 서버 장치.
  91. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 이동국 및 제 2 이동국은 동일 이동국인, 주파수 측정 시스템.
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