KR101268291B1 - 동료 지원을 통한 초고속 ｇｎｓｓ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체 - Google Patents

동료 지원을 통한 초고속 ｇｎｓｓ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체 Download PDF

Info

Publication number
KR101268291B1
KR101268291B1 KR1020100086656A KR20100086656A KR101268291B1 KR 101268291 B1 KR101268291 B1 KR 101268291B1 KR 1020100086656 A KR1020100086656 A KR 1020100086656A KR 20100086656 A KR20100086656 A KR 20100086656A KR 101268291 B1 KR101268291 B1 KR 101268291B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terminal
slave terminal
signal
gps
help information
Prior art date
Application number
KR1020100086656A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120024054A (ko
Inventor
공승현
남우석
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020100086656A priority Critical patent/KR101268291B1/ko
Priority to US13/024,807 priority patent/US20120056781A1/en
Publication of KR20120024054A publication Critical patent/KR20120024054A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101268291B1 publication Critical patent/KR101268291B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/254—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS relating to Doppler shift of satellite signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/252—Employing an initial estimate of location in generating assistance data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/256—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS relating to timing, e.g. time of week, code phase, timing offset

Abstract

동료 지원을 통한 신속한 GPS 콜드 스타트 장치 및 방법이 소개되었다. 본 발명의 실시 예에 따른 동료 지원을 통한 신속한 GPS 콜드 스타트 장치는 마스터 단말기에서 슬레이브 단말기까지의 거리 및 상대방 단말기의 주파수 오차를 반영하여 생성된 도움정보를 수신하는 통신 모듈; 상기 도움정보 중 즉각적으로 필요한 정보를 즉각적인 수신이 가능하도록 전달하는 통신 신호체계; 상기 도움정보를 활용하여 GPS 위성신호를 신속하게 탐색하고 지속적으로 GPS 위성의 신호를 추적하며 의사거리를 추출하는 GPS 수신기; 상기 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 계산처리기를 포함한다. 본 발명의 실시 예들에 의하면, 기존 A-GPS 기술 보다 더 빠른 초기 위치 측정이 가능하고, 이동통신망의 유무와 관계없이 두 개의 GPS 수신기 간의 직접 통신만으로 구현할 수 있어 A-GPS 가 가지는 지역이나 영역 상의 여러 가지 제약을 극복할 수 있다.

Description

동료 지원을 통한 초고속 ＧＮＳＳ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체 {Apparatus and Method for ultra-fast GNSS initial positioning scheme with peer assistance, and Recording medium thereof}
본 발명은 GNSS 수신기의 빠르고 고감도(fast and high sensitivity)의 초기 위치 측정 기술에 관한 것으로, 특히, 동료 지원을 통한 신속한 GNSS 수신기의 초기 위치 획득(cold start) 장치, 방법 및 그 기록매체에 관한 것이다.
GNSS는 GPS 와 같은 위성망을 이용한 측위 시스템을 총칭하며, 위성의 안테나에서 전파가 발신되어 GPS 수신기까지 도착하는데 걸리는 시간(TOA: Time of Arrival)을 측정하는 동시에 수신된 전파가 위성에서 발신될 때의 위성의 위치를 알아내어 GPS 수신기의 상대 위치를 계산하는 방식이다. 즉, GPS 수신기는 3차원 위치 좌표(x, y, z)와 자신의 시각(t)을 정확히 알지 못하므로 4개의 위성 신호로부터 TOA를 측정하고 각 신호를 발신한 GPS 위성들의 시간에 따른 위치를 계산함으로써 자신의 위치를 상대적으로 측정하는 방식이다.
이와 같은 원리를 구현하는데 있어서 가장 먼저 선행되어야 할 조건은 위성 신호의 탐색과 위성 정보의 획득이다. GPS 뿐만 아니라 대부분의 GNSS (Global Navigation Satellite Systems - GPS 와 같은 항법위성 시스템을 통칭)는 대역확산(spread spectrum) 방식을 활용하고 있는데, GPS 의 L1 주파수 C/A 신호의 경우 1MHz의 대역폭에 1023칩(chip)의 코드 주기(code period)를 가지며 각 코드 칩은 약 1usec (micro second)의 시간 폭을 갖는다. 따라서 1023칩으로 이루어진 GPS C/A코드의 경우, 1msec (0.001초)의 시간 주기로 반복 발신된다. 또한, 각 GPS 위성은 1023칩 길이의 서로 다른 C/A 코드를 갖는다.
GPS 수신기의 위치 측정은 3가지 상황 (scenario)로 나눠질 수 있는데, 그 중 GPS 수신기가 장기간의 파워 오프(power off)된 상태를 유지한 이후 초기 위치 측정을 수행하는 경우를 콜드 스타트(Cold Start)라고 불리며 이때 소요되는 시간을 TTFF (Time to first fix)라고 한다.
GPS L1주파수 C/A 신호를 탐지하기 위한 GPS 수신기의 콜드 스타트는 다음의 여러 단계를 따라 이루어진다. 괄호 안의 시간은 각 단계를 수행하는데 소모되는 시간이다. 즉, GPS 수신기의 파워 온(power-on)(1초 미만), 각 위성 신호의 코드 위상 (code phase, GPS L1주파수 C/A 코드의 경우 1023개의 코드칩으로 이루어져있음) 가설 영역 및 도플러 주파수 (지상 보행자용 GPS 수신기의 경우 일반적으로 -5KHz에서 +5KHz까지 50Hz마다 도플러 주파수 가설을 설정) 영역 탐색 (최대 15초 미만 - GPS 수신기에 따라 다름), 탐색 결과로부터 각 위성 신호의 획득 확인 (수 초 미만), 획득된 각 위성의 데이터 프레임에서 위치 계산에 필요한 항법 데이터 수집 (30초~12분), 4개 이상의 위성에 대한 모든 항법 정보 수집 시 GPS 수신기의 위치 측정 계산 (수 초 미만)의 단계를 따라 구동된다.
일반적인 GPS 수신기는 L1 주파수로 수신되는 C/A (Coarse Acquisition) 신호를 이용하여 측위를 수행한다. C/A 신호는 GPS 의 항법메시지를 PRN(Pseudo Random Noise) 코드라고 불리는 각 GPS 위성마다 고유하게 할당되어 있는 골든코드(Gold Code)로 대역확산(Spread Spectrum)된 신호이다. 상기 GPS C/A 신호의 PRN코드는 1023칩(chip)의 코드길이(code length)를 1밀리초(mili-second)의 주기로 생성하므로 1개의 코드(=1 chip)는 약 1마이크로초(micro-second)의 시간적 길이를 갖는다 (참고로 1마이크로초 동안의 전파 진행은 300미터가 된다). 따라서, GPS 수신기가 C/A 신호를 탐색(Search)하고 획득(Acquisition)하기 위해서는 임의의 순간에 수신되는 GPS 위성 신호의 PRN코드와 정확히 코드동기(code synchronization)을 맞추는 동시에 해당 GPS 위성의 도플러 주파수에 일치하는 주파수 동기를 맞춰야 한다. 그러나, 콜드 스타트 단계의 GPS 수신기는 현재 수신되는 신호의 코드와 도플러 주파수에 대한 정보가 없기 때문에, 모든 코드 가설 (hypothesis) 범위와 모든 도플러 주파수 가설 범위에 대한 신호 탐색을 수행해야 한다.
도 1은 일반적인 GPS 수신기가 1개의 위성 신호를 탐색하기 위하여 모든 코드 위상 가설 (1023칩 구간을 1/2칩 단위로 탐색 --> 전체 2035 (=2036-1)개의 코드 위상 가설)과 모든 도플러 주파수 가설(-5KHz에서 +5KHz까지 50Hz 단위로, 전체 200개의 주파수 가설)을 탐색하기 위하여 전체 200x2035 = 407000개의 가설을 탐색한 결과이다. 도 1의 x-y 평면은 407000개의 가설 평면이며 가설 평면상의 각 점(각 가설)에 대하여 상관기(correlator 또는 integrator)의 출력 값을 Z축에 나타내고 있다. 상기 상관기의 출력은 각 가설(= 코드 및 도플러 주파수 가설)마다 10msec의 상관 길이를 갖는 상관기(Correlator)를 동작하여 얻은 값이며, 만일 미약한 신호를 탐지하기 위하여 더 긴 상관길이를 갖는 상관기를 사용한다면 도플러 주파수 가설은 더욱 작은 단위로 탐색 되어야 한다. 만일 병렬 상관기 (Parallel Correlators)를 갖지 않는 GPS 수신기의 경우, 1개의 10밀리초 길이를 갖는 상관기만으로 1개의 위성 신호를 찾는데 걸리는 시간은 최대 0.01(초)x407000(가설 수) = 4070초 가 된다. GPS 수신기가 1000개의 병렬 상관기를 가지고 있는 경우에는 최대 4.07초의 시간이 1개 위성 탐색에 소요된다. 또한, 1000개의 병렬 상관기를 가지고 있는 GPS 수신기가 20msec의 상관을 수행한다면 도플러 주파수 가설이 2배로 늘어나므로 최대 814000개의 가설들을 탐색해야 하므로 최대 0.02x814000/1000 = 16.28초의 시간이 1개 위성 탐색에 소요된다. 같은 방식으로, 10만개의 병렬 상관기를 가지고 있는 GPS 수신기가 1개의 위성을 20msec 길이로 탐색하는데 최대 0.1628초가 소요될 것이다. 최신 GPS 수신기는 미약한 신호를 탐지하기 위하여 상관길이가 수초(a few second) 가량인 10만개 이상의 상관기를 사용하므로 위성 신호의 획득(Acquisition)에 상당한 시간을 소요한다.
다음 단계로, 각 GPS 위성의 C/A 신호를 획득한 GPS 수신기는 수신되는 C/A 신호로부터 역확산(Despreading) 과정을 통하여 해당 GPS 위성의 항법 메시지를 수신한다. GPS 의 항법 메시지는 50bps의 저속 데이터 (low data rate) 이며 1개의 GPS 위성으로부터 받아야 하는 메시지는 총 1500비트(bit) 가량이므로 콜드 스타트(code start)를 완료하기 위해서는 위성 신호의 획득 이후 각 GPS 위성마다 약 30초 정도의 데이터 수신이 필요하다.
도 2는 퀄컴(Qualcomm Inc.)의 A-GPS (Assisted GPS , 또는 통칭하여 Assisted GNSS)와 기존 GPS 방식에서 GPS 수신기의 콜드 스타트에서의 초기 위치 탐지 (TTFF: Time To First Fix)에 대한 비교도이다.
도 2에서 도시하는 바와 같이 A-GPS 는 이동통신 기지국에 연결된 A-GPS 서버의 도움(Assistance)를 받아 TTFF를 수 초 만에 끝낼 수 있다. A-GPS 는 기존 GPS 기술 대비 뛰어난 성능 향상을 가지고 있지만 다음과 같은 몇 가지 제약과 문제점을 가지고 있다.
먼저, 이동통신망에 연결된 서버로부터 도움정보를 받아야 하므로 이동통신과 무선 연결이 가능한 경우에만 국한되어 구현될 수 있다는 점이다. 이와 같은 문제는 이동통신의 서비스 영역 외의 영역(바다, 공중, 교외, 산악지역, 사막 등)에서는 A-GPS 기술을 구현할 수 없게 한다.
다음으로, GPS 수신기가 탐색해야 하는 코드 위상 범위는 기지국과 핸드폰간의 시각 동기와 핸드폰의 위치 추정 정확도에 따라 달라지는데, 이동통신망에서 핸드폰의 위치를 기지국 영역으로만 파악할 수 있는 경우, 9Km의 반경(전파 신호로는 30 마이크로 초의 거리)을 갖는 기지국 영역에서 핸드폰에 내장된 GPS 수신기가 탐색해야 할 코드 위상 (code phase) 영역은 -30 ~ 30 마이크로초(usec) 이하의 범위로 줄일 수 없다. 일반적으로 1개의 GPS C/AQ 코드 칩이 1마이크로 초 정도 이고 1개의 코드 칩 당 2개의 코드 위상 가설을 탐지한다면 60x2 = 120개의 코드 위상 가설 영역을 탐지해야 한다. 기지국의 영역은 도심의 경우 반경 수km, 교외 지역의 경우 반경 20Km 내외이므로 교외 지역의 경우 더 넓은 코드 위상 가설을 탐색하여야 한다.
기지국이 측정한 각 위성의 도플러 주파수 정보는 기지국 영역 내의 핸드폰 GPS 수신기에서 측정되는 각 위성의 도플러 주파수와 매우 유사하여 핸드폰 GPS 수신기에서 도플러 주파수 탐색영역을 줄이는데 매우 유용하다. 그러나, 기지국이 핸드폰 내부에서 사용하는 오실레이터(Oscillator)의 자체 주파수 오차와 핸드폰의 움직임(차량 이동) 등 자체 이동에 따른 도플러 주파수를 알 수 없으므로 도플러 주파수 (Doppler frequency) 영역은 일정 수준 이상 줄일 수 없다.
이에 더하여 3세대 또는 3.5, 4세대와 같은 비동기식 이동통신 시스템 (Asynchronous Cellular Network)의 경우에 기지국 시각이 부정확하여 코드위상 탐색영역의 크기는 기존 GPS 수신기의 탐색영역인 1023칩 전체가 되어 A-GPS 는 2세대 보다 새로운 이동통신 방식에서 오히려 성능이 열화되는 문제점을 가지고 있다.
아주 소규모의 지역, 또는 크기의 변화가 가능한 소규모의 지역, 또는 임의의 지점을 기준으로 근접 지역에 대해서만 A-GPS 를 가능하게 하고자 하는 경우에는 적용할 수 없다(No Scalability). 또한 기준이 되는 임의의 지점이 이동하여 새로운 임의의 기준 지점에서 근접지역에 대해서만 A-GPS 를 구현하고자 하는 경우에도 불가능하다(No Coverage Mobility). 기지국과 기준국 GPS 수신기가 고정되어 있기 때문이다.
A-GPS 서버로부터 단말기로 도움정보(Assistance)를 이동통신 규격에 따라서 전달하기 위하여 다양한 계층별 전달 프로토콜에 맞는 연결을 만들고 상기 도움정보를 이동통신 규격의 메시지로 포맷하는 과정에서 여러 가지 고성능 채널코딩(encoding, interleaving, scrambling 등) 기법을 적용하게 되는데, 그로 인하여 단말기가 상기 도움정보가 실려있는 신호를 수신하더라도 즉각적으로 도움정보를 사용할 수 있는 것이 아니라, 상기 수신한 신호로부터 도움정보가 실려있는 신호에 대하여 적절한 채널 디코딩 (de-scrambling, de-interleaving, decoding 등) 과정을 성공적으로 거친 이후에야 상기 메시지에 실려있는 도움정보(Assistance)를 알아낼 수 있다. 따라서, 도움정보의 사용이 즉각적이지 못하다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 GPS 수신기간 정보 전달로 GPS 수신기의 신속한 콜드 스타트를 가능하게 하는 상호 통신 방식과 시스템 운용 흐름 방식, 신속한 GPS 콜드 스타트가 가능하도록 도움정보를 전달하는 향상된 통신 신호 체계와 규격, 신속한 콜드 스타트를 가능하게 하는 GPS 수신기 간 동료 지원 방식을 구현하는 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기의 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 장치에 적용되는 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는 상기의 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.
상기의 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동료 지원을 통한 신속한 콜드 스타트가 가능한 GPS 수신기 장치는 슬레이브 단말기에 집적되고 이미 위치 획득에 성공하여 정상 동작하고 있는 GPS 수신기를 가지고 있는 마스터 단말기와 무선으로 연결되는 슬레이브 단말기에 있어서, 상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보를 슬레이브 단말기로 무선 전달하며 경우에 따라 상기 마스터 단말기와 슬레이브 단말기 간의 거리를 측정하고 상대 단말기의 발신 신호로부터 상대 단말기의 주파수 오차를 측정하는 통신 모듈; 상기 마스터 단말기로부터 슬레이브 단말기로 도움정보를 보내는 통신 방식이 메시지 형태를 따르지 않고 보다 신속한 정보 전달이 가능한 직접확산 방식을 최대로 활용하는 신호 체계; 마스터 단말기의 위치로부터 GPS 위성까지의 거리를 계산하고 슬레이브 단말기로 전달할 상기 도움정보를 생성하는 마스터 단말기의 계산처리기; 마스터 단말기로부터 수신한 상기 도움정보를 이용하여 상기 GPS 위성신호를 탐지하고 추적(tracking)하는 GPS 수신기를 포함한다.
상기의 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동료 지원을 통한 GPS 콜드 스타트 방법은 슬레이브 단말기 또는 마스터 단말기가 상호 무선 통신을 통하여 상대 거리를 측정하는 단계; 상기 마스터 단말기 또는 상기 슬레이브 단말기가 상호 무선 통신을 통하여 상대방 신호로부터 상대방의 주파수 오차 정보를 파악하는 단계; 상기 측정된 주파수 오차 또는 상호 거리 정보 등을 반영하여 상기 마스터 단말기에서 도움정보를 생성하고 무선 통신을 이용하여 상기 슬레이브 단말기가 상기 도움정보를 무선으로 수신하는 단계; 상기 슬레이브 단말기가 수신한 상기 도움정보를 이용하여 GPS 위성신호를 탐색하여 GPS 위성 신호를 획득하는 단계; 상기 수신한 도움정보와 탐지된 GPS 위성신호를 종합적으로 이용하여 정확한 의사거리를 계산하여 상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 기존 A-GPS 기술 보다 더 빠른 초기 위치 측정이 가능하고, 이동통신망의 유무와 관계없이 두 개의 GPS 수신기 간의 직접 무선 통신만으로 구현할 수 있어 A-GPS 가 가지는 지역이나 영역 상의 여러 가지 제약을 극복할 수 있다. 또한 두 개의 인접한 GPS 수신기간의 직접 통신으로 GPS 위성 신호를 탐지하기 위한 가설 탐지 영역이 크게 줄어들어 A-GPS 보다 더욱 빠르고 정확한 위치 측정이 가능하게 된다. 또한 수신기에서의 데이터 처리 방식이 간단한 직접확산 방식의 통신 방식을 사용하여 신속한 도움정보의 전달과 획득이 가능하게 된다.
도 1은 일반적인 GPS 수신기가 1개의 위성 신호를 탐색하기 위하여 모든 코드 위상 가설과 모든 도플러 주파수 가설로 이루어진 2차원 GPS 신호 가설 탐색 영역을 탐색한 결과를 도시한다.
도 2는 퀄컴의 A-GPS 와 기존 GPS 방식에서 GPS 수신기의 콜드 스타트에서의 초기 위치 탐지 소요 시간을 비교 분석한 것이다.
도 3는 본 발명의 마스터 단말기와 슬레이브 단말기의 대략적인 기능 구현 예다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 단말기의 세부적인 기능 구현 예다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 슬레이브 단말기의 세부적인 기능 구현 예다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동료 지원을 통한 신속한 GPS 콜드 스타트가 가능한 동료지원 GPS 시스템의 운용 및 기능 흐름도이다.
도 6 본 발명의 일 실시 예에 따른 동료 지원을 위한 필수 도움정보만을 나열한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 단말기가 슬레이브 단말기로 발신할 때 사용하는 신속한 주요 도움정보를 전달할 수 있는 신호 체계의 생성 방식을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 슬레이브 단말기에 있어서 마스터 단말기의 신속한 주요 도움정보를 수신하기 위한 수신기의 기능 구현 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 도움정보를 수신하는 슬레이브 단말기의 기능 순서도를 도시한 것이다.
도 10는 마스터 단말기(300) 내 무선 통신모뎀(242) 발신부(transmitter)의 구현 예를 도시한 것이다.
도 11은 도 10의 위성신호생성기(1002)에서 출력되는 위성신호의 예를 도시한 것이다.
도 12는 슬레이브 단말기(300)의 무선 통신모뎀(342)의 수신부(Receiver)에서의 주파수 동기 과정을 도시한 것이다.
도 13은 슬레이브 단말기(300)의 무선 통신모뎀(342)에서 또 다른 상호 상관 과정을 통해서 각 GNSS 위성 신호의 코드 위상을 획득하는 과정을 도시한 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. GNSS(Global Navigation Satellite Systems)는 미국의 GPS (Global Positioning System)을 포함하는 모든 종류의 위성 항법 시스템 (미국의 GPS , 러시아의 Glonass, 유럽의 Galileo, 중국의 Beidou, 일본의 QZSS)을 포괄적으로 지칭한다. 본 발명에서는 GNSS와 GPS 를 혼용하지만 근본적으로 모든 GNSS는 GPS 와 동일하게 대역확산(Spread Spectrum) 신호를 사용하므로 모든 GNSS 수신기의 구현 예는 GPS 수신기의 구현 예와 유사하므로 특별히 구분하지 않는 한 같은 의미로 사용한다.
최근 통신 기술의 발달로 단말기 간 (단말기 대 단말기: Peer-to-Peer) 통신을 가능하게 하는 기술이 개발되었다. 또한 다수개의 단말기가 통신하는 방식도 단말기 간에 동등한 권한을 나누어 협력하는 방식과 특정 단말기가 마스터가 되고 마스터 단말기 영역 내의 단말기들 또는 그 영역 내로 들어오는 새로운 단말기들이 슬레이브로 연결되는 방식 등 다양한 방식의 Peer-to-Peer(P2P) 또는 Ad-Hoc 방식의 무선 통신이 가능하게 되었다. 최근 IEEE802.15.4a (개인영역통신방식의 국제표준)의 경우 근거리 또는 개인 영역 (실내 수십m 내외, 실외 200~300m) 내에서 단말기들이 서로 간에 통신 및 거리 측정이 가능하게 하는 방식을 표준으로 채택하였다. 또한 IEEE802.11에서 규정한 WiFi의 경우에도 단말기 간에 Ad-Hoc 개념의 유기적인 통신 네트워크 구성이 가능하여 단말기 간의 통신 연결이 가능하다.
본 발명에서는 이와 같이 단말기 간 통신이 가능한 통신 방식을 활용하여 이미 성공적인 GPS 위치 측정을 수행하고 있는 GPS 수신기로부터 도움정보 생성하고 이를 주변의 콜드 스타트를 시작하는 GPS 수신기로 전달하여 신속한 초기 GPS 위치 측정이 가능하게 하는 기술을 제시하며 이를 PA-GPS (Peer Assisted GPS )로 정의한다.
도 3는 본 발명의 마스터 단말기와 슬레이브 단말기의 대략적인 기능 구현 예다.
먼저 마스터 단말기 (Master Node, 200)와 슬레이브 단말기 (Slave Node, 300) 모두 이동이 가능하며 각자 상대방과의 유선 또는 무선으로 실시간 데이터 통신이 가능하도록 통신 모듈(Communication Unit)(240, 340)을 구비하고 있다. 또한, 각 단말기(node)는 GPS 수신기 모듈 (210, 310)을 구비하고 있으며 GPS 수신기 모듈과 통신 모듈을 제어하는 제어기(220, 320)를 구비한다. 특히, 마스터가 되는 단말기는 중앙계산장치(CPU)(230)를 구비하는데, GPS 수신기(210)의 출력 및 마스터 단말기가 추출한 여러 가지 정보를 적절한 알고리즘에 따라 가공 처리하여 슬레이브 단말기의 콜드 스타트를 위한 도움정보를 생성하고 상기 도움정보를 원하는 슬레이브 단말기로 전달할 수 있게 한다. 또한, 각 단말기(node)는 각기 내부에 오실레이터(Oscillator, 250, 350)을 구비하여 오실레이터의 기준주파수신호 (reference frequency signal) 출력으로 마스터 단말기(200) 내부의 GPS 수신기 모듈(210)과 통신모듈(240) 그리고 슬레이브 단말기(200) 내부의 GPS 수신기 모듈 (310)과 통신모듈(340)에 클록 신호와 기준주파수신호 (reference frequency signal)를 공급한다.
본 발명에서는 상기 마스터 단말기(200)와 상기 슬레이브 단말기(300)가 상호 직접 무선 통신 연결이 가능한 근거리에 위치하고 있으며 상기 슬레이브 단말기(300)은 현재 시각에 GPS 수신기(210)의 콜드 스타트(Cold Start) 구동을 시작하였으며 마스터 단말기(200)은 과거 시각에 이미 GPS 수신기 (310)의 성공적인 구동을 시작하여 안정적인 위치 확인과 GPS 위성 신호의 추적을 수행하고 있는 상황을 가정한다.
도 3에 도시한 마스터 단말기와 슬레이브 단말기 간의 정보 전달을 수행하는 통신은 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 본 발명에서는 특히, WiFi 및 WLAN(IEEE802.11), Zigbee (IEEE802.15.4), WPAN (IEEE802.15.4a) 등의 근거리 또는 개인 영역에서의 통신 방식이 모두 가능하다고 가정한다. 뿐만 아니라, 기존 이동통신 방식 (IS-95, IS-2000, UMTS, GSM, Wibro, Wimax 등) 중 에서도 기지국의 영역이 매우 작은 Femto-cell (반경 수십미터) 이나 Pico-cell (반경 100~200 미터)등의 기지국과 핸드폰 간의 통신도 근거리 통신이므로 본 발명의 마스터 단말기와 슬레이브 단말기 간의 통신 방식 활용할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 마스터 단말기와 슬레이브 단말기 간의 근거리 통신 방식은 이들 통신 방식에서 일반적으로 따르고 있는 공통적이고 기본적인 접속 규격과 프로토콜을 가정하고 발명의 기술을 설명한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 단말기(200)의 세부적인 기능 구현 예다.
마스터 단말기(200)는 GPS 하향주파수변환기(211)를 통하여 각 GPS 위성신호를 수신하여 기저대역(Baseband) 또는 중간주파수대역(Intermediate Frequency)으로 주파수 변환하여 GPS 신호처리기(212)로 출력한다. GPS 신호처리기(212)는 상관기(Correlator)를 이용하여 GPS 위성신호의 탐색과 획득 및 신호 추적을 수행하며 실시간으로 각 GPS 위성신호의 코드위상과 도플러 주파수를 계산처리기(231)에 전달한다. 일반적인 GPS 수신기에 있어서 상기 상관기는 두 가지 입력을 갖는데, 한 가지는 실시간으로 수신되는 기저대역 또는 중간주파수대역 GPS 신호의 연속 신호 샘플 데이터이며 다른 한 가지는 GPS 수신기에서 자체적으로 발생시키는 GPS 위성의 고유 확산 코드 (GPS L1 주파수의 경우 C/A코드)에 도플러 주파수 성분이 결합된 형태의 신호이다. 수학식 1은 그 예를 나타낸 것이다.
Figure 112010057512410-pat00001
일반적으로, 상기 두 가지의 상관기 입력들의 코드위상과 도플러 주파수가 서로 일치하는 경우 상기 상관기의 출력은 최대값을 갖게 된다. 따라서, 상관기의 출력을 최대로 유지하는 상황에서 (성공적인 GPS 신호의 탐지) 상관기로 입력되는 자체 발생 GPS 위성 신호의 코드위상과 도플러 주파수 값은 현재 수신되고 있는 GPS 위성 신호의 코드위상과 도플러 주파수 정보이며 상기 정보는 GPS 신호처리기(212)에서 계산처리기(231)로 전달된다.
계산처리기(231)는 마스터 단말기(200)의 위치를 계산하고 각 GPS 위성신호로부터 항법 메시지(navigation message)를 추출하며 항법 메시지로부터 슬레이브 단말기(300)에게 전달해줄 도움정보(Assistance)에 필요한 측정 값을 만들어 제어기(220)에 전달한다.
제어기(220)는 GPS 신호처리기(212)와 계산처리기(231)의 출력 정보를 입력 받고 입력된 정보로부터 슬레이브 단말기(300)에 전달할 도움정보(Assistance)를 만들고 주기적으로 또는 무선 통신모뎀(242)에서 요청이 들어오는 경우 도움정보를 무선 통신모뎀(242)으로 전달한다. 상기 도움정보(Assistance)는 도 9에 나열한 필수 요소 정보를 포함하는 정보이다. 제어기(220)의 두 번째 기능은 (선택적 기능) 전압제어(Voltage Control) 기법 또는 수치제어(Numerical Control) 기법을 통한 오실레이터(221)에 대한 제어이다. 이와 같은 제어기(220)의 오실레이터(221) 제어는 마스터 단말기(200) 및 슬레이브 단말기(300)에서 동일하게 가능하다.
계산처리기(231)는 상기 GPS 신호처리기(212)의 출력 결과를 측정하여 주파수분배기(222)가 상기 GPS 하향주파수변환기(211) 및 GPS 신호처리기(212)로 공급되는 오실레이터(221) 출력 주파수 신호의 오차를 측정할 수 있다. 상기 측정된 상기 오실레이터(221)의 출력 주파수 오차 정보는 제어기(220)로 입력되고 제어기(220)는 오실레이터(221)의 주파수 조절을 위하여 적절한 제어 신호를 발신하여 오실레이터(221)의 출력 주파수를 조절한다. (상기 제어기(220)에 의한 주파수 되먹임(feedback) 제어는 본 발명에 있어서 선택적 구현 기능으로써 필수 기능은 아니다.)
제어기(220)의 도움정보(Assistance) 출력은 무선 통신모뎀(242)으로 전달되고 다시 주파수변환기(241)로 입력되며 주파수변환기(241)의 출력은 다시 안테나를 통하여 무선 출력되어 슬레이브 단말기(300)로 전달된다.
도 4a에 도시된 마스터 단말기(200)의 구현 설계와는 기본적으로 동일하지만 각 구성 모듈들의 기능이 위에서 제시한 설명과는 다른 방식으로도 마스터 단말기(200)가 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 나열한 필수 도움정보가 상기 설명한 도움정보 메시지에 포함되지 않는 경우에는 통신모뎀(242)를 통하여 만들어지는 통신 신호 자체로 도 6에 나열한 정보를 전달함으로써 상기 도움정보를 전달하는 방식이 가능하다. 이와 같이 통신 신호 자체를 이용한 도움정보의 전달은 특별한 통신 신호 구조가 설계되어야 하며 본 발명에서는 직교확산과 직접확산 방식을 응용한 신호 설계의 일례를 도 7, 도 8 및 도 9와 함께 설명한다.
또 다른 구현 예에서는 마스터 단말기(200)로부터 도움정보를 받은 슬레이브 단말기(300)가 콜드 스타트 시도하는 동안에는 상기 제어기(220)가 상기 오실레이터(221)를 제어하지 않고 오히려 상기 오실레이터(221)의 주파수가 변동되지 않도록 주파수를 제어를 정지시키는 방식의 구현도 가능하다. 이는 상대방의 주파수 오차 정보를 측정하고 이를 감안하여 도움정보를 활용하는 방식을 구현하기 위한 것으로 슬레이브 단말기의 콜드 스타트 수행 중간에 어느 한쪽의 주파수가 변하면 오히려 측정된 주파수 오차를 보정하는 과정에서 또 다른 주파수 오차를 만들 수 있기 때문이다. 즉, 마스터 단말기(200) 또는 슬레이브 단말기(300)가 상대편 (슬레이브 또는 마스터) 단말기의 발신 신호의 주파수 오차를 관측함으로써 상대방의 주파수 오차를 알아내고 알아낸 주파수 오차값을 마스터 단말기(200)에서 보내오는 GPS 위성의 도플러 주파수 값에서 보정하여 보정된 GPS 위성의 주파수 값을 사용하는 것이다. 따라서, 위와 같은 과정에서 마스터 및 슬레이브 단말기의 주파수 발생장치가 변동된 주파수를 발생하지 않도록 제어기의 제어를 정지하는 것이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 슬레이브 단말기(300)의 기능 구현 도이다.
제어기(320)는 슬레이브 단말기(300)의 전원이 켜지게 되면 통신모듈(342)을 작동시켜 마스터 단말기(200)의 발신 신호를 탐색하게 하고, 통신모듈(342)을 통해 마스터 단말기(200)와 정보를 교신하며, 도 4b에 도시한 각 모듈에 대한 제어신호를 발생하고 전달한다.
오실레이터(Oscillator)(321)는 전압제어(Voltage Control) 또는 수치제어 (Numerical Control) 방식으로 제어되며 슬레이브 단말기(300) 내부의 각 기능 모듈들이 사용하는 기준주파수신호 (reference frequency signal)를 발생시키며 발생된 기준클록신호는 클록분배기(322)를 거쳐 각 모듈이 필요로 하는 클록 주파수(clock frequency)를 갖는 여러 가지 주파수를 갖는 여러 가지 클록신호(clock signal)로 세분화되어 각 모듈에 배분된다 (여기서 상기 클록분배기(322)는 복수개의 클록분배기를 편의상 하나의 블록으로 도시한 것이다). 예를 들어, 클록분배기(322)에서 GPS 하향주파수변환기(311)로 전달되는 클록주파수(clock frequency)는 L1 GPS 위성신호(중심주파수 1.575GHz)의 경우 1.575GHz에 가까운 값을 갖는다. 즉, GPS 하향주파수변환기(311)의 출력이 기저대역인 신호이며 IF주파수를 갖지 않는 직접하향주파수변환 (direct down frequency conversion)인 경우에는 GPS 하향주파수변환기(311)로 전달되는 클록주파수가 1.575GHz이 된다. 또 다른 예로, L1 GPS 위성신호에 대한 GPS 하향주파수변환기(311)의 IF 출력의 중심 주파수가 50MHz인 경우, GPS 하향주파수변환기(311)로 전달되는 클록주파수는 정확히 1.525GHz가 된다.
GPS 하향주파수변환기(311)에서 하향 주파수 변환된 GPS 위성신호는 GPS 신호처리기(312)로 전달되며, GPS 신호처리기(312)는 제어기(320)로부터 받은 제어 신호에 따라서 하향 주파수 변환된 GPS 위성신호를 처리(processing)한다. GPS 신호처리기(312)의 역할은 먼저 다수의 상관기를 이용하여 제어기(320)의 제어 신호에 따라서 현재 수신되는 GPS 위성신호를 탐색하고 획득 및 추적하는 역할이다. 즉, 일반적인 GPS 상관기(Correlator)의 동작 기능과 같이, 상관기는 두 가지 입력 ((입력1) 현재 수신되는 각 GPS 위성신호의 샘플 신호와 (입력2) 상기 제어기(320)의 제어로 각 GPS 위성 신호의 코드위상(code phase)과 도플러 주파수(Doppler frequency)를 갖도록 발생된 각 GPS 위성 신호 - 수학식 1 참조)을 상관 수행한다. 만일 내부적으로 발생된 GPS 위성 신호가 수신되는 GPS 위성 신호의 샘플 입력과 동일한 코드위상과 도플러 주파수를 갖는다면 해당 GPS 위성을 탐색하는 상관기의 출력은 최대 값을 갖는다. 이후, 상기 신호처리기(312)는 탐색된 각 GPS 위성신호를 지속적으로 추적하며 매 시간 정확한 GPS 코드위상을 추출하는 역할을 수행한다. 추출된 각 GPS 위성신호의 코드 위상 값은 제어기(320)로 전달된다.
계산처리기(331)는 상기 신호처리기(312)에서 추출한 각 GPS 위성신호의 코드 위상 값과 상기 제어기(320)가 마스터 단말기(200)로부터 전달받은 여러 가지 도움정보(Assistance)를 상기 제어기(320)을 통하여 수신하여 슬레이브 단말기(300)의 위치를 계산한다. 일반적으로 GPS 의 위치 측정에 주로 사용되는 L1 주파수 채널에 실리는 C/A코드 신호의 경우, 1023칩의 PRN(Pseudo-Random Noise) 코드는 정확히 1밀리초를 주기로 전송되므로 1개의 코드위상의 시간적 길이는 1 칩(chip)으로 표현하며 1/1023밀리초 (=약 1마이크로초)의 길이를 갖는다. 이때, 수신되는 GPS 위성신호의 코드 위상이란 현재 수신되는 PRN 코드가 1023칩 중에 몇 번째 코드 인가(즉, 최근 코드주기로부터 얼마만큼의 시간이 흘렀는가)를 나타내는 값인데, 상관기의 정밀도에 따라서 1개의 칩을 1/10~1/100칩으로 더 세분화하여 값을 표현할 수 있다. 예를 들어 PRN코드의 시작으로부터 11.51칩이라면 11칩과 0.51칩이 지난 시점을 가리킨다. 일반적으로 GPS 위성의 고도는 지상으로부터 20200Km 이상이므로 시간적으로는 67.3밀리초 (67번의 PRN코드 주기와 약 300칩의 코드위상)이상의 값을 갖는다. 따라서, GPS 위성과 GPS 수신기(슬레이브 단말기(300)) 간의 의사거리(Pseudorange)는 각 GPS 위성과 슬레이브 단말기(300)간에 발생한 PRN코드의 반복 횟수(N)과 PRN코드의 위상으로 계산된다. 상기 각 위성에 대한 PRN코드의 반복 회수(N)은 마스터 단말기에서 도움정보의 일부로 전달할 수 있으나 마스터 단말기에서 슬레이브 단말기로 전달해야 하는 필수 도움정보는 아니다. 본 발명에서 계산처리기(331)가 임의의 GPS 위성(s)과 슬레이브 단말기(300) 간의 거리를 측정하기 위하여 필요로 하는 측정 값들은 기존 퀄컴의 A-GPS 에서 개발한 알고리즘과 동일하다. 즉, ①슬레이브 단말기(300)에서 추출한 현재시각(T_rx) 정보, ②현재시각(T_rx)에 슬레이브 단말기(300)로 수신되는 s번 GPS 위성의 PRN 코드위상(Ps1), ③현재시각(T_rx)에 수신되는 s번 GPS 위성의 신호가 s번 위성의 안테나에서 발신될 때의 과거시각(T_tx), ④현재시각(T_rx)에 s번 GPS 위성으로부터 발신되는 s번 GPS 위성의 PRN 코드위상(Ps0), ⑤과거시각(T_tx)에서 s번 GPS 위성의 위치를 기준으로 현재시각(T_rx)에서 s번 GPS 위성의 상대적 위치변이(positional shift)의 슬레이브 단말기 방향 위치변이성분(Del_PR), ⑥ s번 GPS 위성과 슬레이브 단말기(300)간에 발생한 PRN코드의 반복 횟수(Ns) 및 ⑦ 여러 가지 오차 성분(Misc_PR_error - 위성 및 수신기의 시각 오차, 이온층 및 대기층 전파에서 발생한 시간 지연 오차, 기타 항법 모델 및 측정 오차 등으로 인하여 발생하는 거리 측정 오차)를 종합 표현하여 다음과 같은 기본적인 수학식으로부터 얻는다.
Figure 112010057512410-pat00002
Figure 112010057512410-pat00003
위의 수학식 2에서 c는 전파의 진행속도 (= 빛의 속도), 0.001은 1 밀리초(mili-second)의 값이다. 상기 수학식 3은 본 발명에 의한 슬레이브 단말기(300)의 동료 도움 방식에 의한 위치 측정에 사용될 수 있으며, Ps1은 슬레이브 단말기(300) 내부의 신호처리기(312)에서 추출하고 Ps0는 마스터 단말기(200)에서 받은 도움정보에 포함된 위성 궤도와 시각 정보로부터 얻을 수 있으며 Ns와 Del_PR_rate (Del_PR/second)는 마스터 단말기(200)가 측정하여 슬레이브 단말기(300)으로 전달하는 도움정보에 포함될 수 있다. 계산처리기(331)에서는 마스터 단말기(200)으로부터 수신된 Ps1, Ns과 상기 계산처리기(331)에서 측정한 Ps0 그리고 상기 현재시간(T_rx)과 과거시간(T_tx) 간의 시간간격(T_delta=T_rx-T_tx)에 따른 s번 GPS 위성의 움직임을 모두 고려하여 Ns값을 가감한다. 예를 들어, 시간간격(T_delta)가 0인 경우 또는 마스터 단말기(200)이 전달하는 도움정보가 시간간격(T_delta) 이후의 특정 시간에 유효하게 되는 미리 예측된 값이라면, 상기 시간간격(T_delta) 동안에 발생하는 s번 GPS 위성의 움직임에 의한 Ns의 변화를 고려하지 않아도 되므로 간단하게 마스터 단말기(200)로부터 받은 코드위상 값은 크지만 슬레이브 단말기(300)에서 측정된 코드 위상 값이 작은 경우엔 Ns에 +1을 하고 그 반대의 경우엔 Ns에 -1을 한다. 만일 T_delta가 충분히 짧은 시간이 아닌 경우 (예를 들어 0.1밀리초 이상인 경우), T_delta의 시간 동안 GPS 위성의 움직임 때문에 발생할 수 있는 코드위상의 증감 폭은 예제로 설명한 경우보다 훨씬 크다. 따라서, T_delta의 시간 동안 변화할 수 있는 코드 위상의 증감을 고려하여 Ns값을 보상해야 한다.
상기 계산처리기(331)에서 슬레이브 단말기(300)로 수신되는 GPS 위성신호의 코드위상 값 이외에 슬레이브 단말기(300)의 위치 계산에 필요한 기타 도움정보는 제어기(320)가 무선 통신모뎀(Baseband Communication Modem, 342)과 주파수변환기(341)를 이용하여 마스터 단말기(200)로부터 전달받는다. GPS 신호처리기(312), GPS 하향주파수변환기(311), 주파수변환기(341) 및 무선 통신모뎀(342)은 모두 주파수분배기(322)로부터 각각 필요한 주파수를 갖는 주파수신호(frequency signal)를 입력 받으며 주파수분배기(322)는 전압제어(Voltage Controlled) 또는 수치제어(Numerical Controlled) 방식의 오실레이터(321)로부터 생성된 기준주파수신호(reference frequency signal)를 분배하여 더 높은 주파수 신호를 생성한다. 따라서, 오실레이터(321)의 출력신호 (기준주파수신호)에 오차가 있는 경우, 이 오차는 모든 모듈 즉, GPS 신호처리기(312), GPS 하향주파수변환기(311), 무선 통신모뎀(342), 주파수변환기(341)에 전달된다.
무선 통신모뎀(342)은 주파수변환기(341)을 통하여 마스터 단말기(200)와 통신을 수행하며 마스터 단말기(200)로부터 얻은 정보를 제어기(320)로 전달한다. 이때 본 발명의 한 구현 예로, 마스터 단말기(200)는 슬레이브 단말기(300)의 통신 모듈 (무선 통신모뎀(342), 주파수변환기(341))로부터 발신된 신호를 수신하고 분석하여 슬레이브 단말기(300)의 발신 신호의 주파수 오차를 측정하고 그 오차 값을 다시 슬레이브 단말기(300)로 전달한다. 본 발명의 또 다른 구현 예로, 상기 마스터 단말기(200)가 슬레이브 단말기(300)의 발신 신호를 측정하여 주파수 오차 정보를 얻지 않고 슬레이브 단말기(300)가 마스터 단말기의 발신 신호를 기준으로 하여 자신(슬레이브 단말기)의 주파수와 수신된 마스터 단말기 신호의 주파수 간의 차이를 스스로 계산하는 방식도 가능하다. 이와 같은 경우, 슬레이브 단말기(300)는 마스터 단말기(300)의 신호를 측정하여 자신과의 주파수 비교를 수행하는 시점에서부터 내부의 GPS 수신기 모듈(311, 312)에서 GPS 신호를 탐색하고 신호 획득을 수행하기까지 내부의 오실레이터(351)에 대한 주파수 정정 제어를 수행하지 않고 내부의 오실레이터(351)이 일정한 주파수를 유지하도록 한다.
상기 도 4의 기본 설계를 바탕으로 본 발명에서는 다양한 방식의 구현 방식이 가능한데, 먼저, 상기 도움정보(Assistance)를 메시지 형태에 담아 상기 마스터 단말기(200)에서 슬레이브 단말기(300)으로 전달하는 구현 방식을 제 1 구현 예로 한다.
제 2 구현 예는, 슬레이브 단말기(300)에서 제 1 구현 예보다 더 빠른 도움정보의 획득이 가능하도록 도움정보(Assistance)를 메시지로 나타내지 않고 상기 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300)에 구비된 통신 모듈(240, 340) 간의 통신 신호(modulated signal) 자체로 도움정보를 표현하는 방식의 구현 예이다. 제 2 구현 예는 도 7, 도 8 및 도 9에서 상세 설명한다.
본 발명의 제 3 구현 예는 상기 마스터 단말기(200)가 슬레이브 단말기(300)의 발신 신호를 수신하고 자신의 오실레이터(251) 출력과 상대 비교하여 상기 슬레이브 단말기(300)의 오실레이터(351) 출력 주파수 오차를 관측하고 이를 본 발명의 제 1 또는 제 2 구현 예에 따라 만들어진 도움정보(Assistance)에 포함되는 각 GPS 위성의 도플러 주파수 값에 미리 보상해서 전달하는 구현 예다.
본 발명의 제 4 구현 예는 상기 제 3 구현 예와는 반대로 상기 슬레이브 단말기(300)가 마스터 단말기(300)의 발신 신호를 수신하고 자신의 오실레이터(351) 출력과 상대 비교하여 상기 마스터 단말기(200)의 오실레이터(251) 출력 주파수 오차를 관측하고 이를 본 발명의 제 1 또는 제 2 구현 예에 따라 만들어진 도움정보(Assistance)에 포함된 각 GPS 위성의 도플러 주파수 값을 사용할 때 상기 주파수 오차만큼을 보상해서 사용하는 구현 예다.
본 발명의 제 5 구현 예는 본 발명의 제 3 및 제 4 구현 예와는 달리, 상대방의 주파수 오차를 관측하지 않고 그대로 사용하는 방식이다. 이 경우 도움정보로부터 얻은 도플러 주파수 성분을 사용하는데 오차가 존재할 수 있으므로, 슬레이브 단말기(300)은 제 3 및 제 4 구현 예보다 조금 더 넓은 도플러 주파수 가설 영역 (Doppler frequency hypothesis window)를 갖는다.
본 발명의 제 6 구현 예는 상기 마스터 단말기(200)와 상기 슬레이브 단말기(300)이 상호 거리 측정을 수행하고 측정된 거리를 상기 도움정보(Assistance)의 생성에 활용하거나 상호 근거리에 위치하는지 여부를 판단하는 근거로 활용하는 구현 예이다.
본 발명의 제 7 구현 예는 상기 마스터 단말기(200)에서 도움정보(Assistance)의 발생을 상기 슬레이브 단말기(300)의 요청이 있는 경우에 수행하는 구현 예이며, 제 8 구현 예는 마스터 단말기(200)가 도움정보(Assistance)를 주기적으로 발생하고 이를 발송(Broadcasting)하는 방식의 구현이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동료 지원을 통한 GPS 콜드 스타트 방법의 일반화된 운용 흐름도(generalized operation flow)이다.
먼저 마스터 단말기(200)는 이미 전원을 켜고 GPS 를 초기화하고 충분한 시간 동안 GPS 위성신호를 추적하여 정확한 자기 위치를 파악하고 있는 상태이다. 이후 슬레이브 단말기(300)가 전원을 켜게 되면(510), 제일 먼저 상호 무선 연결을 수행하는 연결단계 (511, Connection Stage)에 진입한다. 상기 연결단계(511) 과정에서 본 발명의 제 7 구현 예를 가정하면 상기 슬레이브 단말기(300)은 상기 마스터 단말기(200)으로 도움정보를 요청하는 신호 (또는 메시지)를 보내게 되며, 본 발명의 제 8 구현 예를 가정하면 상기 슬레이브 단말기(300)은 상기 마스터 단말기(200)으로 도움정보를 요청하지 않고 상기 마스터 단말기(300)가 주기적으로 방송하는 신호 (또는 메시지)를 수신하여 수신된 신호 (또는 메시지)로부터 도움정보(Assistance)를 획득한다. 본 발명은 기존 Peer-to-Peer 통신이나 Ad-Hoc 방식의 연결을 지원하는 모든 통신 규격에서 구현 가능하므로 연결단계(511)에서의 도움정보 요청이나 방송은 사용되는 통신 규격에서 지정한 방식을 따른다.
다음 단계는 거리측정단계(512, Ranging Stage)로써, 마스터 단말기(200)과 슬레이브 단말기(300)간의 거리 측정을 수행한다. 거리 측정 방식은 IEEE802.15.4a 에서 정의한 TWR(Two Way Ranging)이나 IS-95 계열에서 정의한 RTD (Round Trip Delay) 및 UMTS에서 정의한 RTT(Round Trip Time) 같은 표준화된 방식을 따르거나, 수신되는 신호의 세기(RSS)와 발신 단말기의 발신 신호 세기(TSS) 간의 상대적 차이를 통해서 대략적으로 유추할 수 있다. 일반적으로 마스터 단말기(200)과 슬레이브 단말기가(300) 적당히 작은 신호 세기로 발신하며 상기 연결단계(511)을 성공적으로 마치는 경우, 두 단말기는 상호 근접한 거리에 있다고 가정할 수 있으므로 본 발명의 제 6 구현 방식에 따라 상호 거리를 측정하거나 상호 근거리임을 확인하는 것이 가능하다.
다음 단계는 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300)은 상호 또는 어느 한쪽의 단말기가 상대방 단말기에 대한 주파수 오차를 측정하는 주파수측정단계(513, Frequency Measurement Stage)이다. 본 발명에서는 상기 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300)가 동일한 무선 규격(Air Interface)에 따라서 지정된 주파수에서 발신 또는 수신 또는 발신과 수신 모두를 수행한다고 가정한다. 따라서, 단말기는 상대 단말기의 송신 주파수를 알고 있으며, 상대 단말기의 수신 신호로부터 주파수를 측정하여 상대 단말기의 주파수가 자신이 예측한 주파수와 비교하여 얼마만큼의 차이(상대 주파수 오차)가 있는지 알 수 있다. (마스터 단말기(200)이 GPS 신호를 이용하여 주파수를 교정한 경우, 마스터 단말기(200)의 주파수 오차는 무시할 정도로 작아지며, 이렇게 정밀한 주파수 교정을 수행한 마스터 단말기(200)가 슬레이브 단말기(300)의 발신 신호를 수신하여 이로부터 슬레이브 단말기(300)의 주파수 오차를 측정하면, 상기 측정된 슬레이브 단말기(300)의 주파수 오차는 상대적 주파수 오차이면서 절대 주파수 오차로 간주할 수 있다.) 상기 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300)가 동일한 기준주파수신호(reference frequency signal)를 생성하는 오실레이터(221, 321)을 사용하고 동일한 주파수분배기(222,322)를 사용한다면, 상기 측정된 상대 단말기의 상대 (또는 절대) 주파수 오차는 상대방 단말기 오실레이터(221 또는 321)의 상대 (또는 절대) 주파수 오차로부터 비롯되므로 한쪽의 단말기는 다른 상대방 단말기 오실레이터(221 또는 321)의 상대 (또는 절대) 주파수 오차를 측정할 수 있다. 만일 상대방 주파수 오차의 측정자(Observer)가 마스터 단말기(200)라면 슬레이브 단말기(300)으로 발송하는 도움정보에 포함된 각 GPS 위성의 도플러 주파수 값에 슬레이브 단말기(300)의 주파수 오차를 보상한 정보를 전달한다. 만일 마스터 단말기(200)가 생성하는 도움정보(Assistance)에 슬레이브 단말기(300)의 주파수 오차를 보상한 GPS 도플러 주파수를 넣지 않는 경우, 마스터 단말기(300)은 측정된 슬레이브 단말기(200)에게 별도의 파라미터 또는 신호를 통하여 슬레이브 단말기(200)의 상대 (또는 절대) 주파수 오차를 알려주는 방안도 가능하다. 만일 주파수 오차의 측정자(Observer)가 슬레이브 단말기(300)라면 마스터 단말기(200)로부터 수신한 도움정보에 실려있는 GPS 위성의 도플러 주파수 값에서 상기 오실레이터(321) 주파수 오차 성분에 의한 보상 값을 자체 계산하여 GPS 위성의 도플러 주파수를 역 계산 할 수 있다. 상기 주파수 측정단계(513)은 상기 거리측정단계(512) 보다 선행 또는 동신 진행할 수 있다.
상기 연결단계(511)에서 상기 마스터 단말기(200)가 방송(Broadcasting) 방식의 도움정보(Assistance) 전달 방식을 사용하지 않고 상기 슬레이브 단말기(300)의 요구(Request)에 의하여 도움정보(Assistance)를 전달하게 되는 경우, 다음 단계는 도 5에 도시된 바와 같이 도움정보전달단계(514, Assistance Delivery Stage)이다. 본 발명의 바람직한 구현 예에서는 상기 도움정보(Assistance)가 담고 있는 현재 수신되는 각 GPS 수신기의 코드위상과 도플러 주파수 정보는 상기 도움정보가 마스터 단말기(200)에서 생성될 때나 그 이전의 시간을 기준으로 만들어지는 것이 아닌 약간의 미래 시간을 기준으로 한다. 예를 들어, 마스터 단말기(200)은 임의의 정보가 통신모듈(241, 242)을 통해서 발송되기까지의 시간과 발송된 정보가 슬레이브 단말기(300)에서 수신되고 그 정보가 제어기(320)에 의하여 적절히 처리(Processing)되기까지의 시간을 합친 전체 시간 직후의 시간에 유효한 도움정보(Assistance)를 생성하고 이를 슬레이브 단말기(300)에 전달한다. 상기 도움정보(Assistance)는 도 9에 나열한 주요 정보를 포함하며 도 8에 도시한 바와 같이 통신 신호 자체를 통하여 전달할 수 있으며 기존 A-GPS 에서 사용하는 바와 같이 메시지 형태로 전달할 수 있다.
단계 514에서 도움정보(Assistance)를 획득한 슬레이브 단말기(300)는 그 다음 단계인 신호탐색및획득단계(531, Signal Search and Acquisition)에서 각 GPS 위성 신호를 탐색하고 탐색된 GPS 위성 신호를 지속적으로 추적(Tracking)한다. 앞서 기술한 바와 같이 상기 531단계에서의 GPS 위성 신호 탐색은 상기 도움정보에 의거하여 매우 작은 도풀러 주파수 탐색 범위와 매우 작은 코드위상 탐색 범위를 가지므로 신속히 진행되며 탐색된 GPS 신호의 도풀러 주파수와 코드위상 정보는 이후 지속적으로 추적(Tracking)되면서 상기 슬레이브 단말기(300)가 의사거리를 추정할 수 있는 수신 신호 코드위상 정보를 제공한다.
상기 신호탐색 및 획득단계(531)에서 다수개의 GPS 위성 신호를 탐색 및 획득한 슬레이브 단말기(300)은 도 10의 도움정보 중 세 번째로 포함되어 있는 각 GPS 위성의 항법 메시지 정보(즉, 각 GPS 위성의 궤도 정보, 위성의 시각 오차 정보, 위성의 이온층 오차 보정 정보 등 GPS 위성의 메시지로부터 추출한 정보 중에서 슬레이브 단말기(300)가 GPS 측위에 필요한 필수 정보)를 활용하여 GPS 측위를 수행한다 (532단계 - Position Fix).
상기 단계 531 및 532는 기존 GPS 에서 구현되어 있는 단계로써 본 발명에서 기술된 내용과 기존 GPS 수신기와 다른 점은 상기 531 단계가 기존 GPS 의 탐색영역 보다 매우 작으며 퀄컴의 A-GPS 보다 더 작은 영역만을 탐색하는 것이 가능하도록 설계될 수 있다는 점이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 과정512(Ranging Stage)를 복수 번 반복적으로 수행하여 일정한 시간 동안 여러 번의 거리측정을 시도하고 그 평균값을 취하여 거리 측정의 정확도를 높일 수 있으며, 여러 번의 거리 측정을 통하여 슬레이브 단말기(300)와 마스터 단말기(200)의 상대적인 이동을 파악할 수 있다. 즉, 슬레이브 단말기(300)와 마스터 단말기(200)의 상대적 거리가 일정한 경우라면 슬레이브 단말기(300)가 마스터 단말기(200)와 같이 움직이거나 슬레이브 단말기(300)와 마스터 단말기(200)가 고정위치에 있는 경우로 판단할 수 있으며, 따라서, 마스터 단말기(200)에서 관측되는 GPS 위성신호의 도플러 주파수 값은 슬레이브 단말기(300)에 수신되는 GPS 위성신호의 도플러 주파수 값과 동일할 것임을 알 수 있다. 이 경우보다 정밀한 도플러 주파수 오차 정보를 도움정보(Assistance)에 담아 슬레이브 단말기(300)로 전달할 수 있고 슬레이브 단말기(300)는 매우 정확한 도플러 주파수 정보를 이용하여 정확한 GPS 위성신호 탐지를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 과정513(Frequency Measurement Stage)를 복수 번 반복적으로 수행하여 일정한 시간 동안 여러 번의 거리측정을 시도하고 그 평균값을 취하여 상대 (또는 절대) 주파수 오차 측정의 정확도를 높일 수 있다.
과정514 (Assistance Delivery Stage)의 도움정보(Assistance)를 IS-801에서 정의하는 메시지들로 표현한다면 획득도움(Acquisition Assistance)을 필수 기본 정보로 포함하며 그 이외에 감도도움(Sensitivity Assistance), GPS Almanac, GPS Ephemeris, GPS Almanac Correction, GPS Navigation Message Bits, GPS Location Assistance 및 마스터 단말기의 위치 정보를 포함할 수 있다.
상기 도 5와 함께 기술한 다양한 본 발명의 운용 흐름 구현 예를 정리하면, 과정510->과정511(Broadcasting방식)->과정531->과정532, 과정510->과정511(Non-Broadcasting방식)->과정512->과정513->과정514->과정531->과정532, 과정510->과정511(Non-Broadcasting방식)->과정513->과정512->과정514->과정531->과정532,
과정510->과정511(Non-Broadcasting방식)->과정512->과정514->과정531->과정532,
과정510->과정511(Non-Broadcasting방식)->과정513->과정514->과정531->과정532,
과정510->과정511(Non-Broadcasting방식)->과정514->과정531->과정532 등의 경우가 가능하다.
한편, 과정514에서 마스터 단말기(200)가 전송하는 도움정보는 IS-801과 모두 동일하지는 않으며 다음의 네 가지 주요한 다른 점이 있다.
첫째, IS-801의 경우 기지국을 기준점으로 이용하고 본 발명의 경우 마스터 단말기(200)를 기준점으로 이용하므로 과정517에서 마스터 단말기(200)가 전송하는 도움정보는 IS-801과 시각의 표현 부분에서 다르다 (다른 경우는 모두 동일한 포맷의 데이터를 사용할 수 있음). 즉, 획득도움(Acquisition Assistance)에서 사용하는 시각 정보는 기존 A-GPS 와 다른 기준으로 만들어질 수 있다. 본 발명에 의한 시각 정보는 ⓐ마스터 단말기(200)에서 발신한 특정 메시지의 첫 번째 비트의 시작 시각을 기준으로 이용하거나 ⓑ마스터 단말기(200)에서 발신한 특정 신호의 발신 시각을 이용할 수 있으며 ⓒ대역확산(Spread Spectrum) 방식의 무선통신을 사용하는 경우 반복되는 대역확산 코드의(주로 Pseudo-Noise 코드)의 시작 시점을 기준 시점으로 이용할 수 있다. 상기 세가지(ⓐ,ⓑ 및 ⓒ) 방법은 모두 마스터 단말기(200)에서 송신한 신호를 수신한 슬레이브 단말기(300)에서 마스터 단말기(200)의 신호를 탐지하는 과정에서 슬레이브 단말기(300)이 자체적으로 파악하는 시각정보가 된다. 따라서, 상기 슬레이브 단말기(300)의 신호 탐지 및 처리 과정에서 발생할 수 있는 처리지연(Processing Delay)가 발생하고 상기 처리지연은 시각 동기 오차 요소가 될 수 있다. 만일 상기 처리지연 값이 일정한 평균을 갖는다면 (또는 측정된 평균 값을 안다면) 상기 처리지연 값은 슬레이브 단말기(300) 내에서 자체 보상하여 보다 정확한 시각 동기를 만들 수 있다.
두 번째 다른 점은 마스터 단말기(200)가 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300) 간의 거리를 측정한 값을 갖고 있는 경우, 마스터 단말기(200)가 자신의 위치 정보와 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300) 간의 거리 측정 정보를 도움정보(Assistance)에 추가하여 보낼 수 있다는 점이다 (만일 슬레이브 단말기(300)가 측정 값을 갖는 경우에는 거리측정 정보는 생략된다).
세 번째 다른 점은, 각 GPS 위성에 대한 보다 정확한 코드 변화율(rate of code rate) 및 주파수 변화율(Frequency change rate)의 전달이다. 만일 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300)가 가까이 있고 상호 간의 거리가 변화가 없는 경우, 일반적으로 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300)는 같은 동선을 따라 움직이거나 정지해 있다고 가정할 수 있다. 따라서, 마스터 단말기(200)에서 관찰되는 각 GPS 위성신호의 코드 레이트(code rate)의 시간에 대한 변화율 (코드 도플러 포함), 도플러 주파수와 도플러 주파수의 시간에 대한 변화율 등이 모두 슬레이브 단말기(300)에도 동일하게 관찰될 것이다. 이와 같은 정보는 슬레이브 단말기(300)가 상관기를 이용하여 해당 GPS 위성신호를 탐지하고 신호를 획득(Acquisition)하는데 중요한 정보로써 효율적이고 감도가 높은 신호탐지/획득이 가능해진다.
네 번째 다른 점은, 슬레이브 단말기(300)가 갖는 주파수 오차의 전달 또는 슬레이브 단말기(300)의 주파수 오차를 감안한 정확한 GPS 위성신호의 주파수 값의 전달이다.
다섯 번째 다른 점은, 상기 도움정보의 형식이 IS-801에서와 같이 이동통신의 메시지 규격을 따르지 않는다는 점이다. 상기 도움정보 중 일부 정보는 슬레이브 단말기(300)에서 즉각적인 신호 탐색에 즉각 필요한 즉각 도움정보(immediate assistance)가 있고 나머지 정보는 슬레이브 단말기(300)이 GPS 신호를 성공적으로 탐색 및 획득한 이후, 최종적으로 위치를 계산할 때 필요한 후속 도움정보(later assistance)이다. 따라서, 본 발명에서는 상기 즉각 도움정보(immediate assistance)는 메시지 포맷을 따르지 않고 직교 및 직접 확산 시킨 후 전달함으로써 수신하는 슬레이브 단말기(300)가 쉽고 즉각 정보를 획득할 수 있도록 한다. 상기 즉각 도움정보(immediate assistance)에는 마스터 단말기(200)가 도움정보를 생성할 때를 기준으로 가까운 미래의 특정 시점에 유효한 각 GPS 위성의 코드위상 및 도플러 주파수 정보 등이 있다.
본 발명의 제 1 구현 예는 IS-801에서 구현하고 있는 방식과 유사하게 상기 도움정보(Assistance)를 메시지 형태로 만들어서 신호에 실어 보내는 전달 방식이다. 이러한 방식은 마스터 단말기(200)의 신호를 슬레이브 단말기(300)이 수신하고 수신된 신호로부터 메시지를 찾아내고 다시 메시지 정보를 복원하는 과정(decoding)을 거치므로 시간적으로 신속한 정보 전달이 필요한 상황에서는 적절하지 않다. 퀄컴의 A-GPS 의 경우, IS-801 규격에 맞추어 메시지 형태의 도움정보를 생성하고 기지국과 단말기간의 데이터 채널 프레임에 메시지를 맞춰서 실어 보내는 과정 때문에, 불필요한 시간 지연이 발생하고 데이터 프레임으로부터 메시지를 복원하는 후처리 과정으로 인하여 즉각적인 정보의 획득이 불가능하고 수십msec의 시간 지연이 발생한다.
본 발명의 제 2 구현 예에서는 상기 제 1 구현 예의 비효율적인 시간지연을 생략시켜 즉각 도움정보(immediate assistance)를 보다 빨리 슬레이브 단말기(300)에 전달하기 위한 한 가지 방법으로 도움정보를 단순히 대역확산(spreading) 방식으로 전달함으로써 상기 슬레이브 단말기(300)가 수신 신호로부터 직접 도움정보를 획득할 수 있는 방안을 사용한다. 이렇게 신호 자체를 이용한 정보 추출 방식은 시분할(TDM), 위상 분할(PDM), 주파수 분할(FDM), 코드 분할(CDM) 변조 방식에 의한 정보 전달 방식을 구현 할 수 있는데 그 바람직한 구현 예로 도 7은 코드 분할 변조 방식에 의한 도움정보의 전달 방식을 도시하고 있다.
도 7에는 본 발명의 제 2 구현 예로 각 위성의 정보를 직교화된 코드채널(code channel)을 통하여 전달하는 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 대역확산 신호를 만드는 것을 구현 예로 도시하고 있다. 참고로, 도 7에 따른 도움정보를 담은 신호의 발생은 마스터 단말기(200)의 무선 통신모뎀(242)에서 담당한다. 상기 QPSK 방식에서 In-phase 채널(이하 I채널)은 각 GPS (GNSS) 위성의 코드위상 정보와 GPS (GNSS) 위성의 항법 메시지에 실려있는 정보를 전달하는데 사용한다. 701블록은 상기 서술한 i번 GPS 위성(예를 들어 GPS 위성 i, i=1,2,3,…,k)의 특정한 가까운 미래시각 (t=T_effective)에서의 코드위상 예측 정보를 나타내는 Rb bps (bit per second)의 데이터 Di I(t)를 생성하고 이를 i번 위성(i=1,2,3,…,k, k는 전체 위성의 수로써 k<L-1)에 할당된 길이 L을 갖는 i번 월쉬코드(Walsh code) Wi ,L (i=1,2,3,…,k, k는 전체 위성의 수로써 k<L-1)로 확산한다. 여기서, i번 위성을 설명의 편의상 i번 월쉬코드(Walsh code) Wi ,L로 직교확산된 채널에 할당하는 방식을 바람직한 예시로 도시하고 있으나, 실제 구현에서 반드시 i번 위성이 i번 월쉬코드에 대등할 필요는 없다. 위성 번호와 직교채널 번호의 대응 정보는 다른 잉여 직교채널을 통해서 전달할 수 있다. 따라서, 확산된 신호는 Rc (== Rb*L ) cps (chip per second)를 갖게 된다 (즉, 월쉬코드의 code rate도 Rc cps). (본 발명에서 상기 Rb = 50bps, L = 8을 최소값으로 가정한다). 상기 월쉬코드의 길이 L(=2s, S는 자연수)은 전달하고자 하는 GNSS 위성 시스템에 속한 모든 위성의 수에 따라 결정되어야 하는데, 예를 들어 전체 GPS 위성을 고려하는 경우 2010년 현재 지구상의 전체 위성이 31개(k=31) 이므로 L>31 (즉, S=5)이 된다. 만일 GPS (31개), Glonass (24개), Galileo (27개), Compass (35개)가 모두 가동되는 2020년을 예측할 때, L>117 (즉, k=117 이므로 S=7)이 된다. 만일 전체 위성의 수가 너무 많거나, 현재의 하늘에서 관측 가능한 위성들의 코드위상 정보만을 전달하고자 하는 경우, 마스터 단말기(200)은 도 7의 방식을 통하여 전달하는 도움정보(Assistance)가 담고 있는 위성들의 리스트(List)를 슬레이브 단말기(300)로 전달해야 하며, 이러한 경우 k는 더 작은 값이 될 수 있으며 또는 L도 더 작은 값을 사용할 수 있다. L값은 그대로 유지하면서 더 작은 k값을 사용하는 경우 (즉, 위성의 수가 더 작아지는 경우), 도움정보를 보내지 않는 GPS 위성에 대한 코드위상 및 도플러 주파수 예측 data는 0 (physical value)로 만들어 해당 코드 채널의 출력이 물리적으로 0이 되도록 만든다.
상기 I채널 및 Q채널 도움정보(Assistance)의 매 데이터 비트의 시작점은 월쉬코드의 첫 번째 칩과 동기를 이루며 매 데이터 비트의 끝점은 월쉬코드의 마지막 칩과 동기를 이룬다. 즉, 1개의 데이터 비트가 1개의 월쉬코드로 직교확산된다. 또한, I/Q채널의 PN 코드의 시작 칩은 월쉬코드의 시작 칩과 동기를 이루며 I/Q채널의 PN 코드의 마지막 칩은 월쉬코드의 마지막 칩과 동기를 이룬다.
상기 길이 L을 갖는 L개의 월쉬코드 중에서 0번 월쉬코드 (L개의 논리값이 모두 0인 월쉬코드)는 어떤 위성의 데이터도 싣지 않는 파일럿 채널(Pilot channel, IS-95와 동일한 개념)로 사용하며 L개 중 0번을 제외한 월쉬코드중 k개는 각 위성의 코드위상정보를 직교확산(702, orthogonal spreading)하는데 사용하며 L-k-1개의 월쉬코드는 위성의 항법 메시지 정보를 직교확산(702, orthogonal spreading)하는데 사용한다. 703과정에서 확산된 신호는 수치적 합산(arithmetic sum)이 되고(703) 다시 I채널 PN 코드(code rate Rc cps)로 직접확산(direct spreading) 된다(704). (상기 702, 703 및 704과정은 모두 선형 함수(Linear Function) 구현이므로 구현 예에 따라, 과정의 순서를 바꾸어 구현할 수 있다.) 이후, 705 블록에서 출력 주파수 wo에 맞추어 주파수 상항 변환(cos(wot)로 곱해짐)되어 721 블록으로 입력된다.
Quadrature-Phase 채널 (이하 Q채널)의 구현 방식은 I채널과 매우 흡사하다. Q채널의 구현에서 I채널과 다른 점을 위주로 설명하면, 먼저 712블록에서 i번 월쉬코드(i=1,2,3,…,k)로 직접확산될 정보는 711블록에 도시된 바와 같이, 특정한 가까운 미래 시각 t=T_effective에서의 i번 위성의 도플러 주파수 예측 정보를 나타내는 Rb bps (bit per second)의 데이터 Di Q(t)이다. 또한, 712블록에서 직교확산되고 713블록에서 수치적 합산이 된 신호가 714블록에서 Q채널 PN 코드 (I채널 PN코드와 다른 코드, Rc cps)로 직접확산된다. 715블록은 OQPSK (Offset QPSK)를 구현하기 위한 것으로 I채널에서는 없는 블록인데, 경우에 따라서 선택적으로 사용할 수 있는 것으로 715블록이 있는 경우와 없는 경우 모두 본 발명의 구현 예가 될 수 있다. 715블록의 출력은 716블록에서 출력 주파수 wo에 맞추어 주파수 상항 변환(sin(wot)로 곱해짐)되어 721 블록으로 입력된다. 블록 721에서는 I채널 및 Q채널 입력을 수치적 합산하여 안테나(Antenna)로 전송한다.
704와 714블록에서 사용하는 I채널 및 Q채널 PN코드 (PNI, PNQ)의 길이는 나타내고자 하는 GNSS 위성의 코드위상 정보 및 도플러 주파수 정보의 정밀도에 따라 달라질 수 있다. GPS L1주파수 C/A 코드의 경우 1023칩의 길이를 가지며 1/2칩 단위로 가설 탐색을 하는 일반적인 경우에, 총 2045개의 코드위상 가설이 존재한다. 임의의 i번 GPS 위성에 대해서 2045개의 코드위상 정보를 표현하기 위해서는 최소 11비트의 정보가 필요하다. 만일 GPS C/A코드의 위성 정보를 1/2칩 단위가 아닌 1칩 단위로 표현한다면 10비트의 정보로 표현할 수 있다. 만일 임의의 GNSS 위성의 코드위상 정보를 표현하는데 Bc 비트의 정보가 필요하다면 상기 I채널 PN코드의 길이 LPN _I는 Bc*L 이상이어야 한다. 즉, LPN _I = Bc*L 을 만족해야 하며 칩속도 (chip rate) Rc는 충분히 높은 값(Rc>>1000)을 사용한다.
마찬가지로, Q채널 711블록에서 임의의 i번 GPS 위성의 도플러 주파수 정보를 표현하고자 하는 주파수 간격(frequency step size)과 도플러 주파수의 범위에 따라서 데이터 Di Q(t)의 길이가 결정된다. 만일 -100KHz에서 +100KHz의 도플러 주파수 범위를 생각하고 100Hz의 주파수 간격을 갖는 주파수 탐색 영역에 대해서 임의의 i번 GPS 위성의 도플러 주파수 정보는 모두 2001 (=100000/100*2+1)가지 중의 하나 이므로 Di Q(t)는 Bf (=11) 비트로 표현되어야 한다. 따라서, 상기 Q채널 PN코드의 길이 LPN _Q는 Bf*L 이상이어야 한다. 즉, LPN _Q = Bf*L 을 만족해야 하며, 실제 구현상의 편의를 위하여 LPN _I = LPN _Q = max{Bc*L, Bf*L}로 선택한다 (즉 Bc*L과 Bf*L 중 더 큰 값).
상기의 T_effective의 바람직한 값으로 상기 704와 714 블록에서 사용하는 I채널 및 Q채널 PN코드 (PNI, PNQ)의 현재 주기의 마지막 칩(코드)가 끝나는 시점으로 정하는 방식을 제시한다. 그러나 T_effective는 현재부터 1초 이하의 특정 시점을 가르키는 값으로 설정하는 것도 가능하다.
상기 I 채널 및 Q 채널에 할당된 2k개의 직교채널은 모두 즉각 도움정보(immediate assistance)를 보내는데 활용하며 나머지 2(L-k-1)개의 직교채널은 상기 2k개의 직교채널로 즉각 도움정보(immediate assistance)가 전달되는 k개 GNSS 위성들의 항법 메시지 데이터를 분산전달(distributed delivery)하는데 활용한다. 만일 L>2k로 하는 경우, (L-k-1)=k이 되므로 L-k-1개의 직교채널 중 k개를 상기 즉각 도움정보가 전달되는 각 k개 GNSS 위성들의 항법 메시지 데이터에 각각 할당하는 것도 가능하다 (이러한 방식은 I채널 및 Q채널에 동일하게 적용된다).
상기 도 7에서 소개된 본 발명의 제 2 구현 예는 다양한 신호 변조 (modulation) 기법 중에서 CDM 방식으로 구현한 일례를 소개한 것으로, 도 7에서는 다양한 정보를 코드로 분할하여 전송하는 변조 기법을 소개하였지만, 동일한 개념을 적용하면 상기 다양한 정보를 시분할, 주파수 분할, 위상 분할하여 전송하는 기법도 쉽게 구현 할 수 있다.
도 7에 도시된 방식의 주요 창안 점으로 본 발명의 실시 예들은 퀄컴의 A-GPS 방식이 따르는 IS-801같은 메시지 형식으로 정보를 표현하는 방식이 도움정보(Assistance)의 채널 코딩, 프레임 포맷팅, 디코딩 과정 등에 따른 부수적인 시간 소모를 없애서, 신호의 수신과 동시에 발송된 정보를 알아내는 신속한 도움정보(Assistance) 전달 방식으로써 보다 빠른 GPS 콜드 스타트가 가능하도록 하는 것이다.
상기 도 7에 도시된 마스터 단말기(200)의 신호 생성 방식은 IS-95 CDMA 이동통신에서 사용하고 있는 다운링크(down link)와 흡사하기 때문에, 도 7의 신호를 수신하는 슬레이브 단말기(200)의 무선통신(Wireless Communication) 수신부(Receiver) 구조는 거의 모든 CDMA 방식의 수신기 (IS-95의 단말기(Mobile Station))와 매우 흡사한 기능 구조를 갖는다. 먼저, 도 7의 QPSK 파일럿 신호(Walsh 0번 코드채널)를 탐색하고 획득하는 모듈은 현재 IS-95의 모듈과 동일한 방식의 설계로 구현되므로 이에 대한 본 발명의 구현 예는 생략한다.
상기 도 7에는 Si번 GNSS위성이 i번 직교채널로 전송되는 방식을 도시하고 있고 또한 즉각 도움정보(immediate assistance)를 보내는 직교채널을 1번 직교채널에서 k번 직교채널로 고정하고 있다. 그러나 실제 구현에서 이와 같은 순서를 반드시 따르는 것이 필수 구현 방식은 아니다. 즉, 일반적으로 전체 L개의 직교채널에서 k개는 상기 즉각 도움정보(immediate assistance)를 보내는 목적으로 사용하고, 0번 직교채널은 파일럿 채널로, 나머지 L-k-1개의 직교채널을 GNSS 위성의 항법 메시지 데이터를 전달하는데 사용하는 것이 일반적인 구현 예가 될 것이다.
도 8에는 도 7에 도시한 마스터 단말기(200)의 송신 신호로부터 도움정보(Assistance)를 신속히 획득하는 슬레이브 단말기(300)의 기능 구조 구현 예를 도시하고 있다. 먼저 무선 통신모뎀(342, 점선 영역)으로 입력되는 수신 신호는 In-Phase와 Quadrature-Phase로 나뉘어진 기저대역(Baseband) 수신 신호 (rI(t), rQ(t) - 각각 I, Q 기저대역 신호)이며 상기 무선 통신모뎀은 이미 파일럿 신호 획득(Pilot channel acquisition) 과정을 통하여 코드(칩) 레벨 동기(PN code의 chip level synchronization)와 I/Q 채널 위상동기(I/Q phase synchronization)를 이루고 있다.
상기 I 및 Q 기저대역 입력은 각각 수신되는 파일럿 채널과 동기를 이루고 있는 PNI 코드발생기(811) 및 PNQ 코드 발생기(812)로부터 생성되는 PNI 코드 및 PNQ 코드로 역확산(Despreading)된 후 각각 상기 도 7에서 도시한 I 및 Q 채널을 만들어내는 각각 L개의 월쉬코드로 역확산(Despreading)된다. 도 8의 I 및 Q 채널에 각각 L개씩 있는 병렬 월쉬코드 역확산기는 도 7의 I 및 Q 채널 생성기에 각각 L개씩 있는 병렬 월쉬코드 확산기에 대응하는 모듈이다. 도 8의 I 채널 수신부의 각 월쉬코드 역확산기의 출력은 821 ~ 822블록에 도시하는 바와 같이 L칩(월쉬코드의 길이) 동안 축적(integrated)되고 그 축적된 결과가 임계치(Threshold) TH 이상일 경우 성공적인 데이터 획득으로 판단하고 원래의 데이터 값이 +1임을 알아낸다. 반대로 상기 L칩 동안 축적된 결과가 -TH 보다 작은 경우 -1로 읽어 들인다. 이렇게 읽어들인 각 코드채널의 결과는 제어기(320)으로 전달된다. 상기 월쉬코드에 의한 역확산과 L칩 신호 축적 및 데이터 획득은 I 및 Q 채널에서 동일하게 수행된다. 상기 임계치 TH는 제어기(320)로부터 전달받으며 이와 같은 방식의 데이터 획득 기법은 대역확산(Spread Spectrum) 방식의 통신 시스템에서 널리 사용되고 있는 일반적인 기법이다.
상기 획득된 도움정보(Assistance) 데이터는 제어기(320)으로 입력되며 제어기(320)는 각각 I 채널의 k개 코드채널과 Q 채널의 k개 코드채널에서 얻은 GPS 위성의 코드위상 정보 및 도플러 주파수와 동일한 코드위상 및 도플러 주파수를 갖는 GNSS 신호를 T_effective에서 발생하여 GPS 신호처리기(312)에서 수신되는 각 GPS 위성의 신호를 탐지하게 한다. 상기 과정에서 제어기(320)는 여러 가지 정보의 발신 및 수신 오차 및 시각 오차 등을 감안하여 상기 수신된 코드위상 및 도플러 주파수를 기준으로 약간 더 넓은 범위의 코드위상 및 도플러 주파수를 순차적으로 탐색하도록 GPS 신호처리기(312)를 제어한다. 도 8에는 상기 제어기(320)의 코드위상 및 도플러 주파수 범위 지정 정보가 각 GPS 위성의 신호 탐색기(851~853)로 전달되고 있는 것이 도시되어 있다.
도 8에서 823 ~ 824블록 및 833 ~ 834블록은 GNSS 위성의 코드위상 및 도플러 주파수 정보를 획득하는 기능이 아닌 GNSS 항법 메시지 정보를 획득하는 기능을 수행한다. 상기 823 ~ 824블록 및 833 ~ 834블록은 도 7에 도시된 GNSS위성의 항법메시지가 전달되는 코드채널을 복조(Demodulation)하여 획득된 정보를 제어기(320)로 전달한다. 제어기(320)은 획득된 GNSS 위성의 항법 메시지 정보를 계산처리기(331)로 출력하여 슬레이브 단말기의 정확한 위치 측정 계산에 활용하도록 한다.
도 9에는 도 8에 도시한 슬레이브 단말기(300)의 무선 통신모뎀(342)의 기능 흐름도를 도시하고 있다.
먼저 901과정에서 슬레이브 단말기(300)는 마스터 단말기(200)으로부터 발신된 신호를 탐지하기 위하여 파일럿 채널(월쉬코드 0번으로 확산된 코드 채널)을 탐색하고 탐색된 파일럿 채널을 통하여 코드 동기(Code Synchronization) 및 위상 동기(Phase Lock)를 한다. 902과정에서 슬레이브 단말기(300)는 각 코드채널을 역확산하고, 903과정에서는 상기 역확산 결과 값을 월쉬코드 길이(L)만큼 축적하고 그 축적 결과 값을 임계치와 비교하여 전송된 원래의 도움정보(Assistance) 데이터를 획득한다(904과정). 이렇게 하여 얻어진 각 GNSS 위성 신호의 코드위상과 도플러 주파수 정보 및 항법 메시지 정보는 제어기(320)으로 전달된다(906과정).
도 10는 도 7에서 도시한 본 발명의 제 2 구현 예에 대한 또 다른 구현 예로서 각 GNSS 위성의 신호를 재구성하여 전송하는 중계기와 유사한 역할을 수행하는 마스터 단말기(300) 내 무선 통신모뎀(242) 발신부(transmitter)의 구현 예를 도시한 것이다. 먼저, 도 10에서 파일럿신호생성기(1001, pilot sequence generator)는 주기 TP의 PN 코드를 생성한다. 또한 위성신호생성기(1002)에서는 현재 수신되는 GNSS 위성의 코드위상(code phase)과 동일한 위상을 갖는 각 GNSS 위성의 코드 신호 (GPS 의 경우 Gold Code 신호)가 생성된다. 이때 상기 위성신호생성기(1002)에서 출력되는 위성신호는 도 11에 도시한 바와 같이 한 주기의 위성 신호(1101, 주기 T) 마다 동일한 길이의 N개의 코드 세그먼트(1102~1104)로 나누어진다. 상기 각 위성신호생성기(1002)에서 생성된 신호는 코드 세그먼트 위상 회전기(1003)에서 생성된 위상 값에 따라 코드 세그먼트 단위로 위상을 회전 시킨다. 이때 각 위성의 코드 세그먼트 별 위상 회전 값은 해당 위성의 도플러 주파수와 코드 세그먼트의 번호에 의해 결정된다. 예를 들어 현재 마스터 단말기(200)에서 수신되는 i번째 위성의 도플러 주파수가 Δfi일 때, 해당 위성의 n번 째 코드 세그먼트의 위상을 2πnΔfi 만큼 회전시키는 방안이 바람직한 구현 예가 될 수 있다.
다음으로 각 위성의 신호에 해당 위성의 항법정보(1004)가 곱해진다. GPS 의 경우 이러한 항법 정보는 50bps의 전송률을 가지지만, 보다 빠른 항법 정보의 전송을 위해 전송률을 높이는 것도 고려할 수 있다. 예를 들어 매 주기의 코드마다 다른 항법 정보 비트를 곱할 경우, GPS 의 코드 주기 T는 1ms이므로, 1kbps의 항법 정보 전송률이 얻어진다 (기존 GPS 보다 20배의 데이터 속도). 상기 과정을 통해 생성된 파일럿 신호와 각 위성의 코드는 1005블록에서 합산되어 1002블록에서 상향 변환된 후 안테나로 전송된다.
도 12는 도 10에 도시한 마스터 단말기(200)의 송신 신호를 수신하여 도움정보를 획득하는 슬레이브 단말기(300)의 무선 통신모뎀(342)의 수신부(Receiver)에서의 주파수 동기 과정을 도시한 것이다. 상기 슬레이브 단말기 무선 통신모뎀(342)의 수신 신호(1201)는 I와 Q 채널로 이루어진 복소(complex) 신호 (1201)이다. 도 12의 자기 상관기(1202)에서는 상기 복소수신신호(received signal) Rx(t)의 TP 길이의 자기상관 값을 구한다. 이때 TP가 코드의 주기 T와 같지 않게 적절한 값 (일례로 Tp=M*T, M>1인 실수)으로 선택하면 각 위성의 신호들은 PN 코드의 자기 상관 특성에 의해 모두 제거되며 파일럿 신호에 의한 자기 상관 값만 남게 된다. 도 12에서는 상기 TP 길이의 복소수신신호 Rx(t)의 자기상관 값은 도시하는 바와 같이, Rx(t)를 TP/V (V>>1)의 시간길이를 갖는 시분할된 신호성분들로 나누고 한 개의 시분할된 신호성분 r(t)의 복소켤레 (complex conjugate: r(t)*) 신호를 TP 길이의 시간 이후 얻어진 시분할된 신호성분 r(t+ TP)에 곱하여 신호곱 결과를 얻고, 이러한 신호곱 결과를 한 주기(TP) 동안의 모든 시분할된 신호성분에 수행하여 얻은 TP/V개의 신호곱 결과를 모두 수치합산(arithmetic sum)하여 출력한다. 또한 마스터 단말기(200)과 슬레이브 단말기(300)간의 주파수 오차 δfO가 존재하므로, 상기 자기 상관 과정을 통해 얻어진 상기 수치합산(arithmetic sum) 값은 시간 TP동안 상기 주파수 오차에 의해 발생하는 위상 회전 값과 연관된다. 이러한 연관성을 이용해 1203블록에서는 상기 주파수 오차의 추정값을 얻는다. 1203블록에서는 상기 V=TP인 경우를 가정하여 TP개의 신호곱 결과를 수시합산 한 결과 값(Y)에 대한 수치 평균(1/TP)과 위상(
Figure 112010057512410-pat00004
)을 계산하여 추정 주파수오차(
Figure 112010057512410-pat00005
)를 출력한다. 따라서 이러한 추정주파수오차 (
Figure 112010057512410-pat00006
)를 이용해 마스터 단말기(200)와 슬레이브 단말기(300)간의 주파수 오차를 수정할 수 있다. 슬레이브 단말기(300)의 무선 통신모뎀(342)은 상기 추정주파수오차(
Figure 112010057512410-pat00007
)를 얻은 후, 수신되는 마스터 단말기(200)의 통신신호에서 상기 추정주파수오차(
Figure 112010057512410-pat00008
)를 보상한다.
도 13은 슬레이브 단말기(300)의 무선 통신모뎀(342)에서 도 12의 주파수 동기 과정을 통해 주파수 오차가 보정된 수신 신호 ( Rx'(t), 1301)로부터 또 다른 상호 상관 과정을 통해서 각 GNSS 위성 신호의 코드 위상을 획득하는 과정을 도시한 것이다. 도 13에서는 임의의 i번 위성 신호에 대한 무선 통신모뎀(342)의 신호처리 과정을 도시하고 있다. 상기 i번 위성 신호에 대한 상호 상관 값은 상기 주파수 보정된 수신신호 Rx'(t)를 코드 세그먼트 단위로 noncoherent 상관기(1302~1304)를 수행하고 그 결과를 수치합산 (arithmetic sum)하여 상호상관값을 얻는다. 상기 상호상관값은 i번 위성의 모든 코드위상 가설 (code phase hypothesis)에 대해 계산되며, 모든 코드 위상 가설에 대해 얻어진 상호 상관 값 중에서 최대인 것을 찾고(1305), 상기 최대 값에 대응되는 코드위상을 현재 수신되는 i번 위성의 추정코드위상(current code phase estimate of GNSS i)으로 사용한다. 상기 추정된 i번 위성의 추정코드위상은 제어기(320)으로 전달되고 제어기는 GPS 신호처리기(312)로 상기 정보를 전달하여 상기 i번 위성의 추정코드위상에 맞추어 i번 위성의 탐색을 수행한다. 즉, GPS 신호처리기(312)가 신속히 i번 GNSS 위성 신호를 탐색 및 획득하도록 적절한 코드위상 가설 구간을 설정한다. 이러한 제어기와 GNSS 위성 탐색기의 기능적 연결은 상기 도 4b와 도 8의 설명에 서술되어 있다.
도 13의 과정을 통해 상기 마스터 단말기(200)에서 도움정보를 통해서 전달한 GNSS 위성들의 코드위상을 찾고 수신되는 각 GNSS 위성 신호와 코드 동기가 이루어지게 되면, 도 13에서 도시한 각 코드 세그먼트 별 상호 상관기(1302~1304)의 출력으로부터 도 10의 1003블록에서 각 코드 세그먼트 별로 적용된 위상 회전 값을 얻을 수 있다. 상기 상호 상관기는 도시하는 바와 같이 Ts의 시간적 상관 길이(correlation length)를 가지며, Ts는 세그먼트의 시간 길이이다. 또한 이 값들은 해당 위성의 도플러 주파수 정보를 나타내므로, 상기 코드 세그먼트 별 상호 상관 출력으로부터 해당 위성의 도플러 주파수를 얻을 수 있다. 이 과정에서 얻어진 각 GNSS 위성의 도플러 주파수 정보도 상기 제어기(320)으로 전달되고 제어기(320)은 이를 GPS 신호처리기(312)에 전달하여 신속히 GNSS 위성 신호를 탐색 및 획득하도록 적절한 가설구간을 설정한다.
마지막으로 도 10의 1004블록에서 대역확산(spread spectrum)된 항법 정보를 획득하는 과정이 필요하다. 항법 정보는 각 위성의 확산 코드에 곱해져 있으므로, 상기 과정들을 통해 각 위성 별 코드 위상과 도플러 주파수가 얻어지면 대역확산 방식의 통신 시스템에서 일반적으로 사용되는 방법들을 이용하여 쉽게 얻어낼 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 슬레이브 단말기와 무선 통신으로 연결되어 있는 마스터 단말기가 상기 슬레이브 단말기의 GPS 위성신호 획득을 위한 도움정보를 생성하면, 상기 도움정보를 상기 슬레이브 단말기가 수신하는 단계;
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 상기 도움정보 중 직교 및 직접 확산되어 수신됨으로써 시간 지연 없이 상기 슬레이브 단말기의 즉각적인 신호 탐색이 가능한 즉각 도움정보에 의거하여 GPS 위성신호를 탐지하는 단계;
    상기 GPS 위성신호의 탐지 결과를 이용하여 의사거리를 계산하는 단계;
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 위치에 기반하여 GPS 위성신호를 탐지하고 추적하는 단계
    를 포함하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 단계는
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보 중 후속 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 즉각 도움정보는
    상기 마스터 단말기에서 부호화를 거치지 않고 신호의 변조 과정에서 신호 변조 파라미터로 사용되어 변조된 신호를 통해, 상기 슬레이브 단말기에 전달되는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  4. 마스터 단말기 또는 슬레이브 단말기 중 어느 한쪽에서 파악된 상대적 주파수 오차, 또는 상기 마스터 단말기에서 슬레이브 단말기까지의 거리 중 적어도 하나를 반영하여 생성된 도움정보를 상기 슬레이브 단말기가 수신하는 단계;
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 상기 도움정보 중 시간 지연 없이 기저대역 입력신호의 복조만으로 획득되는 즉각 도움정보에 의거하여 GPS 위성신호를 탐지하는 단계;
    상기 GPS 위성신호의 탐지 결과를 이용하여 의사거리를 계산하는 단계;
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 위치에 기반하여 GPS 위성신호를 탐지하고 추적하는 단계
    를 포함하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 단계는
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보 중 후속 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 즉각 도움정보는
    각 GPS 위성신호의 코드 위상과 도플러 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 즉각 도움정보는
    상기 마스터 단말기에서 부호화를 거치지 않고 신호의 변조 과정에서 신호 변조 파라미터로 사용되어 변조된 신호를 통해, 상기 슬레이브 단말기에 전달되는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  8. 제 3 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 변조 방식은
    시분할(TDM), 위상 분할(PDM), 주파수 분할(FDM), 또는 코드 분할(CDM) 중 어느 하나의 변조 방식인 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보는
    상기 마스터 단말기의 위치 정보 또는 상기 마스터 단말기와 슬레이브 단말기 간의 거리 측정 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보는
    상기 마스터 단말기에서 측정된 상기 슬레이브 단말기의 주파수 오차 또는 상기 주파수 오차가 반영된 GPS 위성신호의 도플러 주파수 값 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 즉각 도움정보에 의거하여 GPS 위성신호를 탐지하는 단계는
    상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보에 상기 마스터 단말기에서 측정된 상기 슬레이브 단말기의 주파수 오차나 상기 주파수 오차가 보상된 GPS 위성신호의 도플러 주파수 값 중 어느 것도 포함되지 않은 경우, 상기 슬레이브 단말기가 수신한 도움정보에 포함된 GPS 위성 신호의 도플러 주파수 값에서 상기 슬레이브 단말기가 측정한 상기 마스터 단말기의 주파수 오차를 보정하여 GPS 위성신호 획득을 수행하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  12. 제 3 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 변조 방식은
    상기 마스터 단말기와 상기 슬레이브 단말기 사이의 채널 및 주파수 오차를 상기 슬레이브 단말기에서 추정할 수 있도록 파일럿 신호를 포함하는 방식 또는 신호 자체의 변조를 사용하는 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 방법.
  13. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 프로그램이 기록된, 컴퓨터 시스템이 판독할 수 있는 기록매체.
  14. 마스터 단말기에서 생성된 도움정보를 수신하는 통신 모듈;
    GPS 수신기에 의한 GPS 위성신호의 탐지 결과를 이용하여 의사거리를 계산하고, 상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 계산처리기; 및
    상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보 중 시간 지연 없이 기저대역 입력신호의 복조만으로 획득되는 즉각 도움정보에 의거하여 상기 GPS 위성신호를 탐지하고, 상기 슬레이브 단말기의 위치에 기반하여 상기 GPS 위성신호를 탐지하고 추적하는 GPS 수신기를 포함하고,
    상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보는
    상기 마스터 단말기에서 파악된 주파수 오차 또는 상기 마스터 단말기에서 상기 슬레이브 단말기까지의 거리 중 적어도 하나를 반영하여 생성된 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 계산처리기는
    상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보 중 후속 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 상기 슬레이브 단말기의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 즉각 도움정보는
    상기 마스터 단말기에서 부호화를 거치지 않고 신호의 변조 과정에서 신호 변조 파라미터로 사용되어 변조된 신호를 통해, 상기 슬레이브 단말기에 전달되는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 즉각 도움정보는
    각 GPS 위성신호의 코드 위상과 도플러 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 장치.
  18. GPS 위치 측정에 성공한 마스터 단말기; 및
    GPS 수신기를 시작하는 시점에 통신 모듈이 상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보를 수신하는 슬레이브 단말기를 포함하고,
    상기 슬레이브 단말기는
    상기 GPS 수신기에 의한 GPS 위성신호의 탐지 결과를 이용하여 의사거리를 계산하고, 상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보 및 상기 의사거리를 이용하여 자신의 위치를 계산하는 계산처리기; 및
    상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보 중 시간 지연 없이 기저대역 입력신호의 복조만으로 획득되는 즉각 도움정보에 의거하여 상기 GPS 위성신호를 탐지하고, 상기 계산된 위치에 기반하여 상기 GPS 위성신호를 탐지하고 추적하는 GPS 수신기를 포함하고,
    상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보는
    상기 마스터 단말기 또는 상기 슬레이브 단말기 중 어느 한쪽에서 파악된 주파수 오차, 또는 상기 마스터 단말기에서 상기 슬레이브 단말기까지의 거리 중 적어도 하나를 반영하여 생성된 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 마스터 단말기에서 생성된 도움정보는
    상기 슬레이브 단말기의 수신 신호의 복조 과정에서 획득되어 GPS 위성신호의 탐지에 사용되는 즉각 도움정보, 및 나중에 전달되어 상기 슬레이브 단말기의 위치 계산에 사용되는 후속 도움정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 즉각 도움정보는
    각 GPS 위성신호의 코드 위상과 도플러 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동료 지원을 통한 초고속 GNSS 초기 위치 획득 시스템.
KR1020100086656A 2010-09-03 2010-09-03 동료 지원을 통한 초고속 ｇｎｓｓ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체 KR101268291B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086656A KR101268291B1 (ko) 2010-09-03 2010-09-03 동료 지원을 통한 초고속 ｇｎｓｓ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체
US13/024,807 US20120056781A1 (en) 2010-09-03 2011-02-10 Apparatus and method for ultra-fast gnss initial positioning scheme with peer assistance, and recording medium thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086656A KR101268291B1 (ko) 2010-09-03 2010-09-03 동료 지원을 통한 초고속 ｇｎｓｓ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120024054A KR20120024054A (ko) 2012-03-14
KR101268291B1 true KR101268291B1 (ko) 2013-05-28

Family

ID=45770314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100086656A KR101268291B1 (ko) 2010-09-03 2010-09-03 동료 지원을 통한 초고속 ｇｎｓｓ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20120056781A1 (ko)
KR (1) KR101268291B1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0320352D0 (en) * 2003-09-01 2003-10-01 Secr Defence Digital modulation waveforms for use in ranging systems
KR20130064545A (ko) * 2011-12-08 2013-06-18 현대자동차주식회사 위치 정보 처리 장치 및 위치 정보 처리 방법
KR102028087B1 (ko) * 2012-12-05 2019-10-02 삼성전자주식회사 위성 항법 시스템의 신호 획득 방법 및 장치
CN103248394B (zh) * 2013-04-18 2015-04-29 北京邮电大学 一种扩频码同步发送方法及装置
CN105842724B (zh) * 2015-01-15 2018-07-17 江苏南大五维电子科技有限公司 一种船舶辅助泊岸方法和系统
US9766338B2 (en) * 2015-03-02 2017-09-19 Iposi, Inc. GNSS cooperative receiver system
US9715017B2 (en) 2015-03-06 2017-07-25 Iposi, Inc. Using DME for terrestrial time transfer
US9515697B2 (en) * 2015-03-30 2016-12-06 Honeywell International Inc. Scanning correlator for global navigation satellite system signal tracking
US10405287B1 (en) * 2016-07-27 2019-09-03 Robotic Research, Llc Covert timing synchronization
US10838070B1 (en) * 2018-03-28 2020-11-17 Rockwell Collins, Inc. Systems and methods for managing global navigation satellite system (GNSS) receivers

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008170338A (ja) 2007-01-12 2008-07-24 Japan Radio Co Ltd 衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システム

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323805B1 (en) * 1998-09-09 2001-11-27 Qualcomm, Inc. Data boundary aware base station assisted position location
US7254402B2 (en) * 2000-10-12 2007-08-07 Qualcomm Incorporated GPS satellite signal acquisition assistance system and method in a wireless communications network
CN1798983B (zh) * 2003-04-25 2011-12-07 高通股份有限公司 获得信号捕获辅助数据的系统和方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008170338A (ja) 2007-01-12 2008-07-24 Japan Radio Co Ltd 衛星航法装置、外部基地局、及び衛星測位システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20120056781A1 (en) 2012-03-08
KR20120024054A (ko) 2012-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101268291B1 (ko) 동료 지원을 통한 초고속 ｇｎｓｓ 초기 위치 획득 장치, 방법 및 그 기록매체
EP1735634B1 (en) Position detection with frequency smoothing
US7579986B2 (en) Method and system for all-in-view coherent GPS signal PRN codes acquisition and navigation solution determination
JP5957025B2 (ja) ユーザ受信機の位置決定方法
US6300899B1 (en) Fixed site data-aided GPS signal acquisition method and system
JP5015788B2 (ja) 測位信号を受信しつつコヒーレント積分長を長くするための方法及び装置
EP1152255A2 (en) Fast GPS signal acquisition in GPS systems
US20100085250A1 (en) Method for processing combined navigation signals
US8284818B2 (en) Spread spectrum transmission systems
EP2069817B1 (en) A method and system for all-in-view coherent gps signal prn codes acquisition and navigation solution determination
KR100448574B1 (ko) 지피에스 단말기 및 무선통신 단말기에 대한 측위 방법
KR100880716B1 (ko) 총 수신 전력을 이용한 과도 지연 추정
US20030058928A1 (en) Mobile wireless communication devices for receiving spread spectrum signals and methods therefor
JP2007292698A (ja) 測位装置、測位装置の制御方法及びプログラム
Wigren et al. Optimized search window alignment for A-GPS
JP2008261870A (ja) 測位装置、測位装置の制御方法、その制御プログラム及び記録媒体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160427

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180425

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 7