KR101423126B1 - 마이크로 전력 모드에서 ｇｐｓ 디바이스를 작동시키는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전력 공급기를 이용하는 트랜스시버를 포함한 무선 디바이스가 설명된다. 무선 디바이스는 복수의 GPS 서브시스템들을 갖는 위성 위치확인 시스템("GPS") 섹션, 및 전력 공급기 및 GPS 섹션과 신호 통신하는 전력 제어기를 포함하며, 상기 전력 제어기는 복수의 GPS 서브시스템들로부터의 각각의 GPS 서브시스템에 선택적으로 전력공급하도록 구성된다.

Description

마이크로 전력 모드에서 ＧＰＳ 디바이스를 작동시키는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING A GPS DEVICE IN MICRO POWER MODE}
본 출원은 2008년 3월 30일 출원된 미국 정규 출원 제 12/414,612호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 2008년 12월 31일 출원된 "Always On GPS Device"라는 명칭의 미국 정규 특허 출원 일련번호 제 12/347,857호의 일부계속출원("CIP")이고, 이는 35 U.S.C.§119(e) 하에서 2008년 2월 25일 출원된 "Always On GPS Device"라는 명칭의 미국 가출원 일련번호 제 61/031,321호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 모두 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 일반적으로 위성 내비게이션 시스템(satellite navigation system)들에 관한 것으로, 특히 위성 위치확인 시스템(Global Positioning System: "GPS") 수신기를 이용하는 무선 통신 디바이스들에 관한 것이다.
현대 사회에서 통신 디바이스(telecommunication device)들의 사용은 거대한 비율로 성장하였다. 현재, 휴대 전화들, Wi-Fi® 및 블루투스(Bluetooth)® 사용을 가능하게 하는 휴대용 디바이스들, 개인 휴대 전화(Personal Communication Service: "PCS") 디바이스들, 위성 위치확인 시스템("GPS") 사용을 가능하게 하는 휴대용 디바이스들 등과 같은 휴대용 통신 디바이스들에 대한 요구는 날마다 인기가 늘어나고 있다. 통신 특성들을 달리하는 휴대용 통신 디바이스들에 대한 요구가 증가함에 따라, 제조자들은 이 디바이스들 중 다수를 조합하고 통합할 필요성을 깨닫고 있다. 일 예시로서, 개인적 및 긴급 사용을 위해 휴대폰으로 하여금 그 위치를 결정하게 하기 위하여, 휴대 전화들(즉, "휴대폰")과 GPS 수신기들을 통합할 필요가 있다.
도 1에서, 통신 네트워크(102) 및 GPS 위성(104)과 통신하는 휴대폰과 같은 무선 디바이스(100)의 알려진 구현의 일 예시의 블록 다이어그램이 도시된다. 무선 디바이스(100)는 예를 들어 휴대폰일 수 있으며, 이는 무선 트랜스시버(wireless transceiver: 106), GPS 섹션(108)[이때, GPS 섹션(108)은 GPS 수신기 또는 GPS 추적기(tracker)일 수 있음], 및 배터리(110)를 포함할 수 있다. 작동 시, 무선 트랜스시버(106)는 무선 신호 경로(112) 및 기지국(114)을 통해 통신 네트워크(102)와 신호 통신할 수 있으며, GPS 수신기(108)는 무선 신호 경로(116)를 통해 GPS 위성(104)들과 신호 통신할 수 있다.
GPS 수신기들과 휴대폰들의 통합 필요성은, FCC를 통해 이동전화 서비스 제공자들이 긴급 통화 센터인 911로 전화한 이동전화 단말기(cellular handset)의 위치를 보고할 것을 의무화한 미국 의회(U.S.Congress)의 결과이다. 필수 정확성은 네트워크-기반 솔루션들에 대하여 67 퍼센트의 긴급 통화들에 대해 100 미터이고, 95 퍼센트의 긴급 통화들에 대해 300 미터이며, 단말기-기반 솔루션들에 대하여 67 퍼센트의 통화들에 대해 50 미터이고, 95 퍼센트의 통화들에 대해 150 미터이다. 이 의무를 따르기 위해, 많은 서비스 제공자들은 그들의 시스템 상에서 사용되는 단말기들이 내장형(embedded) GPS 수신기들을 포함할 것을 요구한다. FCC는 "E911" 위치 보고에 대한 요건을 VoIP 서비스 제공자들 및 위성 전화 서비스 제공자들까지 확대하였다. 단말기 대기 시간은 소비자, 및 이에 따라 서비스 제공자들에게 매우 중요하다.
불행하게도, 위치 기반 서비스들은 거의 즉각적인 위치 결정(near instant position fix)들을 필요로 하며, 이는 상당한 전력(power)을 필요로 한다; 하지만, 이 결정들은 향상된 정확성을 위해 다음 수 초에 걸쳐 개선될 수 있다. 일반적으로, 내장형 GPS 수신기들은 이들이 최소 시간, 주파수 및 어느 정도의 사전설정된 위치 불확실성을 갖는다면 거의 즉각적인 위치 결정들을 제공할 수 있다. 불행하게도, 현재 GPS 수신기들은 (배터리와 같은) 전원을 계속적으로 소모시키지 않고 작동할 능력을 갖지 않는다.
이 문제에 대해 알려진 접근법들은 전력 사이클링 모드(power cycling mode)들을 이용하는 것을 포함하였으며, 이는 배터리의 동일하거나 더 큰 에너지 소비를 위한 더 강한 신호 요건들을 갖는다. 이 접근법들은 시간을 저장하도록 실시간 클록("RTC")을 이용하는 경우, RTC에 관한 고정된(즉, 분명하지 않은) 불확실성 가정들을 구성하는 것을 포함한다. 불행하게도, 이 사이클링 모드 접근법들은 사이클 내에서 수행된 측정들이 어떻게 사용되거나 해석되는지를 결정하기 위해 실내 가정(indoor assumption) 및/또는 정지 가정(stationary assumption)을 사용하지 않는다; 그 대신, 이 접근법들은 일반적으로 GPS 수신기를 전 전력(full power) 작동으로 되돌린다. 이 접근법들은 GPS 측정들이 없을 때에는 "TCXO(Temperature Controlled Crystal Oscillator)" 안정성을 이용하지 않는다. 추가적으로, 이 접근법들은 상대적인 RTC 및 TXCO 주파수로부터 온도 또는 온도율을 추론하지 않으며, 이들은 업데이트율에만 불리하게 작동하기 때문에 에너지 제약에는 불리하게 작동하지 않는다.
통신 네트워크들에 걸쳐 보조 정보(aiding information)가 제공될 수 있지만, 이는 통신 네트워크에 걸쳐 보조 정보를 수신할 능력을 필요로 한다. 따라서, 내장형 GPS 수신기가 시간, 주파수 및 위치의 정확한 추산들을 유지하는 것이 바람직하다. 이 정확한 추산들은 내장형 GPS 수신기로 하여금 더 낮은 레벨에서 신호들을 획득하게 할 수 있다.
그러므로, 무선 디바이스의 위치를 결정하는 경우, 내장형 GPS 수신기의 전원 소모를 최소화할 수 있는 시스템 및 방법이 필요하다.
전력 공급기를 이용하는 트랜스시버를 포함한 무선 디바이스가 설명된다. 무선 디바이스는 복수의 GPS 서브시스템들을 갖는 위성 위치확인 시스템("GPS") 섹션, 및 전력 공급기 및 GPS 섹션과 신호 통신하는 전력 제어기를 포함하며, 상기 전력 제어기는 복수의 GPS 서브시스템들로부터의 각각의 GPS 서브시스템에 선택적으로 전력공급하도록 구성된다.
본 발명의 다른 시스템들, 방법들, 특징들 및 장점들은 다음 도면들 및 상세한 설명의 검토 시 당업자에게 분명하거나 분명해질 것이다. 이러한 추가 시스템들, 방법들, 특징들 및 장점들은 모두 이 기재내용에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구항들에 의해 보호된다는 것을 의도한다.
다음 도면들을 참조하여 본 발명이 보다 잘 이해될 수 있다. 도면들에서의 구성요소들이 반드시 정확한 축척인 것은 아니며, 그 대신 본 발명의 원리들을 예시하는데 중점을 둔다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 상이한 도면들 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 나타낸다.
도 1은 무선 네트워크 및 복수의 위성 위치확인 시스템("GPS") 위성들과 통신하는 무선 디바이스의 알려진 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 2는 본 발명에 따른 무선 디바이스의 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 3은 본 발명에 따른 도 2에 나타낸 전력 제어기 및 GPS 섹션을 이용하는 무선 디바이스의 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 4는 본 발명에 따른 도 2 및 도 3에 나타낸 GPS 섹션의 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 5는 본 발명에 따른 작동 시, 도 3에 나타낸 전력 제어기에 의해 수행되는 방법의 구현의 일 예시의 흐름도;
도 6은 본 발명에 따른 GPS 섹션에 선택적으로 전력공급하기 위해 전력 제어기를 이용하는 무선 디바이스의 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 7은 3 개의 상이한 전력 상태들 및 3 개의 주 작동 모드들 간의 전환(transition)을 예시하는 적응 모드(adaptive mode)의 구현의 일 예시의 상태 다이어그램;
도 8은 본 발명에 따른 GPS 섹션에 선택적으로 전력공급하기 위해 전력 제어기 및 모션 센서(motion sensor)를 이용하는 무선 디바이스의 또 다른 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 9는 본 발명에 따른 GPS 섹션에 선택적으로 전력공급하기 위해 전력 제어기를 이용하는 무선 디바이스의 또 다른 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 10은 본 발명에 따른 GPS 섹션에 선택적으로 전력공급하기 위해 전력 제어기를 이용하는 무선 디바이스의 또 다른 구현의 일 예시의 블록 다이어그램;
도 11은 본 발명에 따른 시스템에 의해 수행되는 방법의 구현의 일 예시의 흐름도; 및
도 12a 및 도 12b는 교차 위성 탐색을 수행하는 프로세스의 구현의 예시들을 나타내는 복수의 GPS 위성들에 대하여 코드 위상(code phase)에 대한 상관 크기(correlation magnitude)의 플롯들을 나타내는 도면이다.
구현들의 예시들의 다음 설명에서, 본 명세서의 일부분을 형성하는 첨부된 도면들이 참조되며, 이는 예시에 의해 이용될 수 있는 본 발명의 특정한 구현들을 나타낸다. 다른 구현들이 이용될 수 있으며, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 구조적 변화들이 이루어질 수 있다.
본 명세서에서는, 마이크로-전력 모드("MPM")를 이용하는 위성 위치확인 시스템("GPS") 섹션을 갖는 무선 디바이스 내에서 전력 공급의 소모를 최소화하는 시스템 및 방법이 설명된다. 무선 디바이스는 복수의 GPS 서브시스템들을 갖는 GPS 섹션, 및 전력 공급기 및 GPS 섹션과 신호 통신하는 전력 제어기를 포함할 수 있다. 전력 제어기는 복수의 GPS 서브시스템들로부터의 각각의 GPS 서브시스템의 전력을 선택적으로 높이거나 낮추도록 구성된다.
본 발명은 위치결정에 대한 에너지(energy per fix)를 감소시키고, 초기 위치결정 시간(Time-To-First-Fix: "TIFF")을 향상시키며, 그리고 약한 신호 또는 실내 환경들의 저전력에서 높은 확률로 계속적인 위치확인을 제공하도록 돕는 데이터의 필요성을 감소시키거나 제거한다. 본 발명은 비트 및/또는 프레임 동기화(즉, "비트 싱크" 또는 "프레임 싱크")의 필요성을 최소화하기 위해 시간 및 주파수 불확실성들을 관리함으로써 이 목적들을 달성한다.
MPM 을 이용하는 GPS 섹션을 갖는 시스템의 구조
일 예시로서, 도 2에서 신호 경로들(206, 208 및 210)을 통해 각각 통신 네트워크(202) 및 GPS 위성들(204)과 신호 통신하는 무선 디바이스(200)의 구현의 일 예시의 블록 다이어그램이 도시되며, 이때 신호 경로들(206 및 208)은 기지국(212)을 통과한다. 무선 디바이스(200)는 GPS 섹션(214), 트랜스시버(216), 전력 공급기(218), 및 전력 제어기(220)를 포함할 수 있다. 전력 공급기(218)는 신호 경로들(222 및 224)을 통해 각각 트랜스시버(216) 및 전력 제어기(220)와 신호 통신할 수 있다. 또한, 전력 제어기(220)는 신호 경로(226)를 통해 GPS 섹션(214)과 신호 통신할 수 있다. 전력 공급기(218)는 배터리일 수 있다.
이 예시에서, 무선 디바이스(200)는 MPM을 이용한다. GPS 섹션(214)은 무선 디바이스(200)의 위치의 결정을 허용하기 위해 무선 디바이스(200)에 내장된다. 이 위치 정보는 무선 디바이스(200)의 이용자(도시되지 않음), 통신 네트워크(202)의 사업자(도시되지 않음), 또는 트랜스시버(216)를 통해 통신 네트워크(202)를 통하는 제 3 자(도시되지 않음)에게 제공될 수 있다. GPS 섹션(214)은 선택적으로 GPS 수신기 또는 GPS 추적기일 수 있다.
GPS 섹션(214)이 GPS 추적기인 경우, GPS 섹션(214)은 [신호 경로(210)를 통해] GPS 위성들(204)로부터 GPS 신호들을 수신하고, 복수의 GPS 신호들 내의 각자의 GPS 위성(204)에 대응할 수 있는 각각의 수신된 GPS 신호로부터 대응하는 의사 거리 정보(pseudo-range information)를 생성할 수 있을 것이다. 그 후, 의사 거리 정보는 GPS 섹션(214) 외부의 또 다른 섹션으로 전달될 것이며, 이는 의사 거리 정보를 수신한 후 무선 디바이스(200)의 위치를 계산할 것이다. 이 외부 섹션은, 예를 들어 디지털 신호 프로세서("DSP") 마이크로제어기 및/또는 마이크로프로세서와 같이 무선 디바이스(200) 내에, 그러나 GPS 섹션(200) 외부에 위치될 수 있다. 대안적으로, 이 외부 섹션은 예를 들어 통신 네트워크(202)와 신호 통신하는 GPS 서버(도시되지 않음)와 같이 무선 디바이스(200) 외부에 위치될 수 있다.
GPS 섹션(214)이 GPS 수신기인 경우, GPS 섹션(214)은 다시 [신호 경로(210)를 통해] GPS 위성들(204)로부터 GPS 신호들을 수신하고, 복수의 GPS 신호들 내의 각자의 GPS 위성(204)에 대응할 수 있는 각각의 수신된 GPS 신호로부터 대응하는 의사 거리 정보를 생성할 수 있을 것이다. 하지만, GPS 추적기의 경우와 달리, 이 경우 GPS 섹션(214)은 GPS 섹션(214) 내에서 의사 거리 정보로부터 무선 디바이스(200)의 위치를 계산할 수 있을 것이다.
이 예시에서, 전력 공급기는 신호 경로(222)를 통해 트랜스시버(216)로 트랜스시버 전력 신호(228)를 제공하고, 신호 경로(224)를 통해 전력 제어기(220)로 GPS 전력 신호(230)를 제공한다. 당업자라면, 트랜스시버 및 GPS 전력 신호들(228 및 230)은 전력 공급기(218)에 의해 생성된 공급 전류들일 수 있다는 것을 이해한다. 전력 제어기(220)는 GPS 전력 신호(230)를 수신하는 무선 디바이스(200)의 모듈, 회로, 및/또는 구성요소이며, 제어되는 전력 신호(232) -이는 공급 전류일 수 있음- 를 통해 전력 공급기(218)로부터 GPS 섹션(214)으로 제공되는 전력량을 제어할 수 있다. 명확하게는, GPS 섹션(214)은 신호 경로(226)를 통해 전력 제어기(220)와 각각 신호 통신하는 복수의 GPS 서브시스템들(도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 신호 경로(226) 내에는 개별적인 신호 경로들을 포함할 수 있다(도시되지 않음).
전력 제어기(220)는 전력 공급기(218)로부터 각각의 개별적인 GPS 서브시스템으로 제공되는 전력량을 [전력 신호(232)를 통해] 제어할 수 있다. 또한, 전력 제어기(220)는 무선 디바이스(200)로부터 전력 제어 입력(도시되지 않음)을 수신할 수 있으며, 이는 전력 제어기(220)가 전력 공급기(218)로부터 각각의 개별적인 GPS 서브시스템으로 제공되는 전력량을 제어하는 방식을 결정한다. 일 예시로서, 전력 제어기(220)는 개별적인 GPS 서브시스템들 각각과 신호 통신하는 복수의 출력부들(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 작동 시, 전력 제어기(220)는 GPS 전력 신호(230)를 수신하고, 입력 전력 제어 신호(도시되지 않음)를 수신할 수 있다. 응답하여, 전력 제어기(220)는 복수의 출력부들로부터의 출력부를 선택하고, 선택된 출력부로부터 복수의 GPS 서브시스템들로부터의 특정한 GPS 서브시스템으로 출력 전력 신호를 보낸다. 당업자라면, 이 예시에서 전력 제어기(220)가 GPS 섹션(214)의 일부분 또는 GPS 섹션(214)에 부분적으로 내장될 수도 있다는 것을 이해한다. 명확하게는, GPS 섹션(214)은 소프트웨어(예를 들어, 프로세서 GPS 서브시스템이 운영되고 있는 경우) 또는 하드웨어 상태 기계(프로세서 GPS 서브시스템이 운영되고 있지 않은 경우)의 실시간 제어를 받아 GPS 서브시스템들을 켜고 끄는 GPS 섹션(214) 내의 회로들(도시되지 않음)을 제어하는 수 개의 전력 도메인(power domain)(즉, 수 개의 디지털, 수 개의 RF, 수 개의 혼합 신호, 및 수 개의 비-휘발성 혼합 신호)을 포함할 수 있다. 어느 한 경우, 제어기(220)는 GPS 서브시스템들에 기초 전력 공급(base power supply)들이 적용될 때 이들을 제어할 책임이 있다. 전형적으로, 이 기초 전력 공급들은 비-휘발성 공급에서와 같이 모든 시간에 이루어지거나, 시스템이 완전히 꺼지지 않는 경우에는 대부분의 시간에 이루어진다.
당업자라면, 이 예시들에서 GPS 위성들(204)이 GPS 위성군(constellation)으로부터의 복수의 GPS 위성들 중 적어도 하나를 나타낸다는 것을 이해한다. 일반적으로, GPS 섹션(214)은 무선 디바이스(200)의 2-차원 위치를 결정하기 위해, 적어도 3 이상의 GPS 위성으로부터 GPS 신호들을 수신한다. 무선 디바이스(200)의 3-차원 위치를 결정하기 위해서는, GPS 섹션(214)이 적어도 4 이상의 GPS 신호를 수신해야 할 것이다. 또한, 도 2는 GPS 위성들(204)로부터 GPS 섹션(214)까지 단 하나의 신호 경로(210)만을 나타내지만, 신호 경로(210)는 복수의 GPS 신호들 내의 각각의 개별적인 GPS 위성(204)으로부터 GPS 섹션(214)까지 복수의 신호 경로들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다는 것을 이해한다.
또한, 무선 디바이스(200)의 회로들, 구성요소들, 모듈들, 및/또는 디바이스들은 서로 신호 통신하는 것으로 설명되고, 이때 신호 통신은 회로들, 구성요소들, 모듈들 및/또는 디바이스들 간의 여하한 형태의 통신 및/또는 접속을 칭하며, 이는 회로, 구성요소, 모듈 및/또는 디바이스로 하여금 또 다른 회로, 구성요소, 모듈 및/또는 디바이스로부터의 신호들 및/또는 정보를 전달시키고, 및/또는 수신하게 한다는 것을 이해한다. 통신 및/또는 접속은 신호들 및/또는 정보로 하여금 한 회로, 구성요소, 모듈 및/또는 디바이스로부터 또 다른 회로, 구성요소, 모듈 및/또는 디바이스로 전달되게 하고, 무선 또는 유선 신호 경로들을 포함하는 회로들, 구성요소들, 모듈들 및/또는 디바이스들 간의 여하한의 신호 경로를 따라 이루어질 수 있다. 신호 경로들은, 예를 들어 도전성 와이어들, 전자기 도파관들, 부착되고 및/또는 전자기 또는 기계적으로 커플링된 터미널들, 반도체 또는 유전체 재료들 또는 디바이스들, 또는 다른 유사한 물리적 접속들 또는 커플링들과 같이 물리적일 수 있다. 추가적으로, 신호 경로들은 직접적인 전자기 접속부를 통과하지 않고도 여러 디지털 포맷들로 한 회로, 구성요소, 모듈 및/또는 디바이스로부터 또 다른 회로, 구성요소, 모듈 및/또는 디바이스까지 통신 정보가 전달되는 디지털 구성요소들을 통하는 자유공간(free-space)(전자기 전파의 경우) 또는 정보 경로들과 같이 물리적이지 않은 것일 수 있다.
일 예시로서, 도 3에서 무선 디바이스(300)의 또 다른 블록 다이어그램은 제 1 GPS 서브시스템(304), 제 2 GPS 서브시스템(306)부터 Nth GPS 서브시스템(308)까지 복수의 GPS 서브시스템들을 포함하는 것으로 도시된다. 이 예시에서, 전력 제어기(310)는 신호 경로들(318, 320 및 322)을 통해 각각 복수의 GPS 서브시스템들과 신호 통신하는 복수의 출력부들(312, 314 및 316)을 갖는 것으로 도시된다. 또한, 전력 제어기(310)는 [GPS 전력 신호(326)를 수신하는] 제 1 입력부(324) 및 [입력 전력 제어 신호(330)를 수신하는] 제 2 입력부(328)를 갖고, 신호 경로(332)를 통해 전력 공급기(216)와 신호 통신한다. 일 예시로서, 복수의 GPS 서브시스템들(304, 306 및 308)은 무선 주파수("RF") 및 중간 주파수("IF") 프론트-엔드 회로(front-end circuitry), 베이스밴드 회로(baseband circuitry), 및 제어기/프로세서 서브시스템을 포함할 수 있다.
작동 시, 전력 제어기(310)는 GPS 전력 신호(326) 및 입력 전력 제어 신호(330)를 수신할 수 있으며, 응답하여 복수의 출력부들(312, 314 및 316)로부터의 출력을 선택하고, 복수의 출력부들(312, 314 및 316)로부터의 선택된 출력부를 통해 전력 제어기(310)로부터 복수의 GPS 서브시스템들(304, 306 및 308)의 대응하는 GPS 서브시스템으로 적어도 1 이상의 전력 신호(도시되지 않음)를 보낼 수 있다. 이 예시에서, 전력 신호(도시되지 않음)는 입력 전력 제어 신호(330)와 관련될 수 있다.
도 4에서, GPS 섹션(400)의 구현의 일 예시의 블록 다이어그램이 도시된다. 이 예시에서, GPS 섹션(400)은 RF 및 IF GPS 서브시스템(402), 베이스밴드 GPS 서브시스템(404) 및 프로세서 GPS 서브시스템(406)을 포함할 수 있는 복수의 GPS 서브시스템들을 포함할 수 있다.
도 5는 앞서 설명된 작동 시, 전력 제어기(310)(도 3)에 의해 수행되는 방법의 구현의 일 예시의 흐름도(500)를 나타낸다. 프로세스는, 전력 제어기(310)가 전력 공급기(216)로부터 GPS 전력 신호(326)를 수신하는 단계(502)에서 시작한다. 그 후, 전력 제어기(310)는 단계(504)에서 입력 전력 제어 신호(330)를 수신하고, 단계(506)에서 전력 제어기(310)는 입력 전력 제어 신호(330)에 기초하여 적어도 1 이상의 전력 신호를 GPS 섹션(302)의 적어도 1 이상의 대응하는 GPS 서브시스템으로 보내기 위해 전력 제어기(310)의 적어도 1 이상의 출력부를 선택한다. 그 후, 단계(508)에서 전력 제어기(310)는 선택된 출력부로부터 대응하는 GPS 서브시스템으로 전력 신호를 보낸다.
도 6을 참조하면, GPS 섹션(604)에 선택적으로 전력공급하도록 전력 제어기(602)를 이용하는 무선 디바이스(600)의 구현의 일 예시의 블록 다이어그램이 도시된다. 무선 디바이스(600)는 전력 제어기(602), GPS 섹션(604), 트랜스시버(606), 및 전력 공급기(608)를 포함할 수 있다. 이 예시에서, 전력 제어기(602)는 신호 경로들(610, 612, 614, 616 및 618)을 통해 각각 GPS 섹션(604), 트랜스시버(606), 및 전력 공급기(608)와 신호 통신할 수 있다. 트랜스시버(606)는 신호 경로(620)를 통해 전력 공급기(608)와 신호 통신할 수 있다. GPS 섹션(604)은, 신호 경로들(610, 612 및 614)을 통해 각각 전력 제어기(602)와 신호 통신하는 조합된 RF/IF GPS 서브시스템(622), 베이스밴드 GPS 서브시스템(624), 및 프로세서 GPS 서브시스템(626)인 복수의 GPS 서브시스템들을 포함할 수 있다.
이 예시에서, 무선 디바이스(600)는 트랜스시버(606)가 이동전화 트랜스시버인 이동전화 무선 디바이스일 수 있다. 무선 디바이스(600)는 GPS 섹션(604) 서브시스템들[즉, RF/IF(622), 베이스밴드(624), 및 프로세서(626)] 각각이 전력 제어기(602)에 의해 독립적으로 전력공급될 수 있도록 구성된다.
작동 시, 전력 공급기(608)는 신호 경로들(620 및 618)을 통해 각각 트랜스시버(606)로 트랜스시버 전력 신호(628)를, 그리고 전력 제어기(602)로 GPS 전력 신호(630)를 공급한다. 전력 제어기(602)는 [신호 경로(616)를 통해] 트랜스시버(606)로부터 수신된 입력 전력 제어 신호(638)에 기초하여 GPS 샘플링 및 측정을 수행하기 위해 [출력 전력 신호들(632, 634 및 636)을 통해] GPS 서브시스템들 각각에 선택적으로 전력공급하고, 이때 수신된 입력 전력 제어 신호(638)는 트랜스시버(606)에 의해 수행된 이동전화 수신 신호 강도(Receive Signal Strength Indicator: "RSSI") 측정들의 이력 정보를 포함한다.
마이크로 전력 모드 (" MPM ")
다시 도 6을 참조하면, 무선 디바이스(600)는 다수의 전력 상태들에서 작동할 수 있으며, 이때 각각의 전력 상태는 다수의 주요 작동 모드들에 의해 사용될 수 있는 하드웨어 조건이다. 주요 작동 모드들은 외부 인터페이스(도시되지 않음)에 의해 명령될 수 있는 모드들이다. 주요 작동 모드들은: GPS 섹션(604)에서의 소프트웨어(도시되지 않음)가 모든 작동 모드들 및 경감 방법(mitigation method)들을 작동시키도록 허용되기 때문에, 항상 최고 품질의 최저 위치 불확실성을 제공하는 연속 모드; 솔루션 업데이트율에 따르는 평균 전력 소비의 최소화를 제공하는 트리클-전력 모드(trickle-power mode) -이때, GPS 섹션(604)에서의 소프트웨어는 연속 모드를 포함하여 더 높은 듀티 사이클(duty cycle)들에서 GPS 섹션(604)을 작동시킬 수 있음- ; 평균 전력 소비 제약에 따라 최선(best effort)으로 위치, 시간 및 주파수 불확실성을 최소화하도록 시도하는 MPM; 및 정의된 위치 불확실성 제약에 따라 평균 전력 소비를 최소화하도록 시도하는 적응 모드를 포함할 수 있다.
일반적으로, 전력 상태들은 개별적인 작동 모드들에 의해 부과되는 GPS 섹션(604)에서의 제어 레지스터 설정들(control register settings: 도시되지 않음)에 기초한 다수의 서브-상태들을 가질 수 있다. 일반적으로, 다수 전력 상태들은: GPS 섹션(604) 내의 모든 회로에 전력이 적용되는 전 전력 상태; GPS 섹션(604)의 [예를 들어, RF/IF GPS 서브시스템(622)과 같은] RF 섹션들이 대부분 바이어스되지 않는 한편, [예를 들어, 베이스밴드 GPS 서브시스템(624)과 같은] 베이스밴드 섹션들의 전력이 계속해서 높아지는 내부 변동에 따르는 전 전력 상태와 유사한 클록 전용 상태(clock only state); 프로세서 및 프로세서 메모리[모두 도시되지는 않지만, 프로세서 GPS 서브시스템(626) 내에 위치될 수 있음]만 보존 모드(retention mode)에 유지되고, GPS 섹션(604)의 주 디지털 코어[도시되지 않지만, 프로세서 GPS 서브시스템(626) 내에 위치될 수 있음]는 전압이 제거되며, RF 섹션들(622)은 모든 바이어스가 제거되고, "TCXO"(도시되지 않음)는 동작하지 않으며, 비-휘발성 도메인이 작동하고 있는 대기 상태; 비-휘발성 "KA"(Keep-alive) 도메인만이 작동하고 있는 최대절전 상태(hibernate state); 및 GPS 섹션(604)에 대한 모든 전력이 제거되는 오프-상태(off-state)를 포함할 수 있다.
KA 도메인은 모두 비-휘발성 회로들이다. 일반적으로 최소로서, 이는 [예를 들어, RTC 알람, 외부 웨이크 인터럽트(external wake interrupt), 온도 기록계의 온도 변화 알람, 관성 계측기 모션 알람(inertial instrument motion alarm) 등과 같이] 자극 신호(stimulus signal)들 중 하나가 발생하는 경우에 시스템 백업(system back up)을 초래할 전력 제어 상태 기계이다. 이 최소 회로는 일반적으로 RTC 클록 입력부 또는 오실레이터(제어 상태 기계가 작동할 수 있게 함), RTC 클록 카운터 및 알람, 및 몇몇 비-휘발성 메모리를 포함한다. 또한, 이는 자체 작동하는 온도 기록계, 모든 CMOS (디지털) IO 및 그 제어부, 및 예를 들어 전력 제어 상태 기계로부터의 조절장치(regulator)들 및 그 상태 제어부들과 같은 내부 전력 관리 블록들을 포함할 수 있다.
이 상태들 중에서, 대기 상태는 트리클 전력 모드, 적응 모드, 및 MPM을 포함하여 전력을 순환시키는 모든 주요 모드들에 의해 이용될 수 있다. 하지만, 트리클 전력의 듀티 사이클이 예를 들어 시스템이 1 %의 시간은 작동하고 99 %의 시간은 최대절전하는 바와 같이 충분히 낮은 경우, 트리클 전력 모드는 최대절전 상태를 이용할 수도 있다.
주요 작동 모드들의 기초가 되는 것은 3 개의 주 원시 작동 모드들(main primitive modes of operation)이며, 이는: 지역 기준 신호(local reference)를 탐색하고 그 신호를 특정 GPS 위성의 수신된 GPS 신호에 동기화함으로써 위성 신호가 획득되는 작동인 획득 모드 -이는 GPS 신호의 내비게이션 데이터 비트들의 반송 주파수, 위상, 코드 주파수, 및 위상 및 시간 정렬을 결정하는 것을 포함함- ; 수신된 GPS 신호들의 반송파 및 코드를 추적하여, GPS 위성들에 대한 범위 및 범위 비율(range rate) 측정들이 수행되고 다운링크 데이터(down-link data)가 복조(demodulate)되는 추적 모드; 및 지속파("CW") 및 상호-상관 간섭(cross-correlation interference)과 같은 간섭 신호들의 클러터(clutter)가 제거되는 장애 처리 모드(impairment processing mode)를 포함한다.
앞서 언급된 바와 같이, MPM에서 무선 디바이스(600)는 평균 전력 소비 제약에 따라, 최선으로 위치, 시간 및 주파수 불확실성을 최소화하려고 한다. MPM은 곤란한 실내 환경들에서 내부 지원(internal aiding)을 유지하려고 한다. 일반적으로, MPM은 연속, 적응 또는 트리클-전력 모드들로부터 진입될 수 있으며, 이때 MPM으로의 전환은 능동으로 명령되거나 디폴트에 의해(by default) 행해질 수 있다. 디폴트에 의해 행해지는 경우, 무선 디바이스(600)는 먼저 연속 모드를 이용하여 낮은 불확실성 파라미터들을 확립한다.
추가적으로, 연속 모드, 트리클-전력 모드, 및 MPM은 적응 모드의 서브 작동 모드일 수 있으며, 이때 적응 모드는 항상 연속 모드로부터 진입된다. 적응 모드가 디폴트 모드로서 선택되는 경우, 적응 모드는 연속 모드에서 시작하지만, 최소 평균 전력을 이용하면서 주어진 불확실성의 내비게이션 솔루션을 유지하기 위해, 무선 디바이스(600)가 연속 모드, 트리클-전력 모드, 또는 MPM에 기초한 서브-모드들을 이용하도록 허용된다. 무선 디바이스(600)는 조건들의 평가에 응답하여 이 서브-모드들 사이에서 전환될 것이다. 전형적으로, 전환들은 플랫폼 다이내믹(platform dynamics), 차단 조건(blockage condition)들, 및 신호 강도에 응답하여 이루어진다. 일반적으로, 플랫폼 다이내믹 및 차단은 더 빈번한 업데이트들을 필요로 하는 한편, 더 높은 신호 강도는 내비게이션 솔루션을 업데이트하도록 더 짧은 작동 주기들을 허용한다. 무선 디바이스(600)가 검출할 수 없는 신호들의 긴 주기에 들어가는 바와 같이 쓸모없는 소비 전력의 낭비를 고려하지 않아도 된다고 가정하면, 적응 모드는 환경 변화를 검출하도록 MPM에서 주기적으로 작동하는 전략을 이용할 것이다. 이 경우, 이동전화 RSSI, 온도, 모션 센서들로부터의 정보, 또는 다른 입력들과 같은 외부 정보가 이용가능할 때, 조건들의 변화들이 검출될 수 있으며, MPM은 GPS 신호 조건들의 대응하는 변화를 검출하도록 이용될 수 있다.
MPM은 스냅숏 버퍼 캡처(snapshot buffer capture)에 기초한 매우 낮은 듀티 사이클 모드이다. 트리클-전력 모드와 달리, MPM은 각 시간에 "맞춰"(at each "on" time) 내비게이션 업데이트를 필요로 하지 않는다. MPM이 정지 환경을 검출하는 경우, 최선으로 시간 및 주파수를 업데이트하여도 충분하다. 하지만, 적절한 수의 측정들이 이용가능한 경우, 내비게이션 솔루션은 현재 위치를 더 확실하게 하도록 업데이트될 것이다.
일반적으로, MPM에서의 데이터 수집은 드물게 발생한다. 서버-기반 확장 위성궤도정보(extended ephemeris: "EE")가 이용가능한 경우, MPM은 데이터 수집을 전혀 수행할 필요가 없다. 클라이언트-기반 EE가 구현되는 경우, MPM은 그 방법을 지원하는데 필요한 경우 및 (예를 들어, 신호 강도, 필요한 데이터를 제공하는 위성들의 수 등과 같은) 조건들이 유리한 경우에만 데이터 수집을 수행한다. 두 EE 방법이 모두 구현되지 않는 경우, 데이터 수집은 위성궤도정보 수집이 일반적으로 한시간에 한 번 또는 두 번 이상 일어나지 않도록 신중하게 제어된다.
데이터 수집이 수행되는 경우, 이는 트리클-전력 모드에서와 같이 워드를 기초로 한다(on a word basis). 이는 데이터 수집 작동으로 하여금, 조건들이 갑자기 변하는 경우에 종료되게 한다. 유효한 워드들은 보존된다. 다음 업데이트는, 유리한 조건들이 검출되는 경우에 추적 및 수집 모드로의 전환이 신속하게 수행되어 검출된 유리한 조건들을 이용할 수 있도록 시간이 맞춰진다. 바이어스된 책력 측정(biased almanac measurement)들의 방법이 이용되어, 여전히 위성궤도정보가 없는 GPS 위성들로부터의 측정들을 이용하도록 시스템으로 하여금 타이밍 수신기로서 작동하게 할 수 있다.
이 예시에서, MPM은 호스트로의 주기적인 출력을 필요로 하지 않으며, 이때 호스트는 무선 디바이스(600)의 베이스밴드 프로세서(도시되지 않음)와 같은 무선 디바이스(600)의 전체 플랫폼을 운영하는 프로세서이고, 이는 휴대폰, PDA, 또는 다른 통신 플랫폼일 수 있다. 호스트가 현재 내비게이션 솔루션에 대해 문의하거나 새로운 작동 모드를 명령하고자 하는 경우에, 이는 (전형적으로 대기 상태에 있는) GPS 섹션(604)을 깨울 것이다.
GPS 섹션(604)이 GPS 추적기인 경우, 호스트는 GPS 섹션(604) 외부의 프로세서일 수 있으며, 이는 GPS 추적기로부터 의사 거리 측정들을 수용하고 위치 솔루션을 계산하는 GPS 소프트웨어의 내비게이션 솔루션 부분을 운영할 것이다. 전형적으로, 호스트 프로세서는 초속도 클록을 사용하고 매우 전력 소모적이어서, GPS 섹션(604)이 저전력 모드들에 있는 경우 가능한 한 이를 사용하지 않아야 한다. 또한, GPS 추적기의 경우 호스트는 시간의 함수로서 GPS 위성 위치들을 제공하기 위해, 예를 들어 GPS 위성 궤도들의 평가와 같이 GPS 추적기가 요구하는 정보를 제공할 수 있다. 일반적으로, GPS 추적기는 여하한의 모드에서 획득을 할 때마다 코드 위상 탐색 구역들을 조정하기 위해 이 정보를 사용한다. MPM에서, 호스트는 단기 모델을 제공하며, 이는 GPS 추적기로 하여금 30 분과 같은 일부 구간에 대하여 시간에 대한 GPS 위성 위치를 효율적으로 결정하게 한다. 이 예시에서, GPS 추적기는 새로운 "위치결정(fix)" 데이터를 필요로 할 때까지 30 분 동안 호스트를 깨우지 않아도 된다. 이 예시는 전체 시스템 전력을 감소시킨다. 이 예시에서, 호스트가 완전한 GPS 위치결정을 원하는 경우, 호스트는 이를 요청하는 때 언제든지 GPS 추적기 또는 완전한 GPS 엔진을 깨울 수 있다.
도 7을 참조하면, 적응 모드의 구현의 일 예시의 상태 다이어그램(700)이 도시되며, 이는 3 가지 상이한 전력 상태들 및 3 가지 주요 작동 모드들 간의 전환들을 예시한다. 3 가지 전력 상태는 오프-상태(702), 최대절전 상태(704) 및 대기 상태(706)이다. 3 가지 주요 작동 모드는 연속 모드(708), 트리클-전력 모드(710) 및 MPM(712)이다. 이 예시에서, 전력 상태들은 이 전력 상태들이 상이한 주요 모드들과 상호작용할 수 있다는 것을 나타내기 위하여 도시된다. 추가적으로, 이 예시에서 온-상태(on-state)는 여하한의 주요 모드들의 여하한의 작동 시 암묵적으로 유효하다.
오프-상태(702)에서는, 모든 내비게이션 정보가 손실되도록 GPS 섹션(604)으로부터 모든 전력이 제거된다. 전력이 복구되는 경우, 시스템은 켜지도록 하드웨어 자극을 기다리는 최대절전 상태(704)로 전환된다(714). 최대절전 상태(704)에서, 시스템은 임의 지속 조건에 있다. 시스템이 꺼지는 경우, 시스템은 다시 오프-상태(702)로 전환된다(716). 하지만, 시스템이 켜지는 경우에는 어플리케이션의 디폴트 모드로 진입할 것이며(718), 이는 이 예시에서 연속 작동 모드(708)이다.
대기 상태(706)를 참조하면, 시스템은 일반적으로 적응 모드, 트리클-전력 모드(710) 또는 MPM(712)이 그 오프 사이클에 있는 경우에 대기 상태(706)로 진입한다. 시스템은 720 및 722 이벤트들을 통하여 각각 트리클-전력 모드(710) 또는 MPM(712)에 진입할 수 있다. 추가적으로, 트리클-전력 모드(710) 및 MPM(712)은 시스템이 각각 724 및 726 이벤트들을 통하여 대기 상태(706)로 진입하게 할 수 있다. 통상적으로, 시스템은 "온" 사이클의 시작 신호를 보내는 실시간 클록("RTC") 알람에 응답하여 트리클-전력 모드(710) 또는 MPM(712) 중 어느 하나로 대기 상태(706)를 떠난다. 시스템이 꺼지는 경우, 시스템은 오프-상태(702)로 전환된다(721).
연속 모드(708)는 일단 시스템이 켜지면 연속적으로 작동한다. 일단 켜지면, 시스템은 제공되는 여하한의 호스트 포트 데이터와 함께, KA의 시간 기록(timekeeping) 및 내비게이션 데이터에 의존하는 초기 획득 형태를 이용한다.
이 예시에서, KA 회로들은 RTC 클록 및 내비게이션 "RAM(random access memory)", 위성궤도정보 데이터, 및 다른 시스템 상태 변수를 포함한다. 호스트 포트 데이터는 시간 및 주파수 지원, 위성궤도정보 데이터, 위치 추산 및 그 밖의 유사한 것들과 같이 호스트 프로세서로부터 여하한 종류의 지원을 포함할 수 있다. 호스트는 네트워크의 한 부분이 됨으로써, 그리고 예를 들어 기지국 또는 서버와 같은 네트워크 개체들과 통신함으로써 이 데이터를 가질 수 있다. 또한, 호스트 데이터는 사용자에 의해 제공될 수 있으며(예를 들어, 사용자가 초기 위치로서 풀다운 리스트로부터 도시를 선택함), 또는 이는 마지막으로 저전력 모드들에 진입하기 전에 GPS 섹션이 호스트로 보내고 호스트가 GPS 섹션에 대한 이 정보를 (예를 들어, 플래시 또는 하드 드라이브에) 저장하였던 내비게이션 데이터일 수 있다.
연속 모드(708)로부터 다른 모드들 또는 상태들로의 전환들은 다음을 따른다. 호스트 포트가 트리클-전력 모드(710)로 진입하라는 명령을 수신하고, 시스템 불확실성들이 이를 허용하기에 충분할 정도로 낮은 경우, 트리클-전력 작동 모드(710)로의 시스템 전환이 수행된다(728). 일반적으로 호스트 포트가 GPS 섹션과 플랫폼 주 프로세서 간의 주 메시지 IO이기 때문에, 호스트로부터의 명령은 호스트 레벨 소프트웨어에 의한 자동 전환 또는 인간 사용자 인터페이스에 의해 명령된 플랫폼 상태의 변화로 인할 수 있다. 또한, 호스트는 GPS 섹션 대신 호스트에 연결된 센서(즉, 모션 센서, 트랜스시버 RSSI 값 등)로 인해 모드 변화 또는 주어진 모드 동안의 웨이크업(wakeup)을 명령할 수 있다. 센서가 주로 GPS 섹션에 의해 이용되는 경우, 이는 통상적으로 GPS에 부착될 수 있으며, 센서와 연계된 여하한의 알람은 GPS 섹션을 직접 깨울 수 있다. 휴대폰 트랜스시버 및 그 RSSI 값과 같은 다른 센서들은, 전형적으로 호스트 프로세서를 통해 GPS 섹션을 깨우거나 그 모드를 변화시키도록 보내질 수 있다.
트리클-전력 모드에서, GPS 섹션은 GPS 신호들을 획득하고, 측정들을 수행하며, 위치 솔루션을 업데이트하기 위해 주기적으로 깨워진다. 행해지는 탐색의 형태는 모드에 의해 사용되는 획득 방법에 적절한 소정 제한 범위의 코드 위상 및 주파수 불확실성을 가정한다. GPS 섹션은 불확실성이 이 제한들보다 큰 경우 전환되지 않아도 되며, 이는 이 경우 트리클-전력 모드 획득이 실패하기 쉽기 때문이다. 또한, 트리클-전력 모드 작동에 대하여 과거 관찰된 신호 레벨들에 대한 제한들이 존재하며, 이는 수행된 획득 형태들이 전형적으로 소정 신호 레벨 아래로만 탐색하기 때문이다.
불확실성들은, 대기 상태(706)를 떠난 후 트리클-전력 모드(710)에서 이용되는 획득 형태들이 성공하기 쉽도록 이루어져야 한다. 트리클-전력 모드(710) 획득이 필요한 업데이트율을 제공하기 못하거나, 데이터 수집이 필요한 경우, 시스템은 연속 모드(708) 작동에서 작동하도록 다시 전환될 수 있다(730). 일단 데이터 수집이 완료되고, 및/또는 불확실성들이 감소되면, 시스템은 트리클-전력 작동 모드(710)로 되돌아갈 수 있다(728). 또한, 시스템은 트리클-전력 모드(710)가 저전력 사이클에 진입하는 경우 대기 상태(706)로 전환될 수 있으며(724), 이때 시스템은 내비게이션 스토리지를 업데이트하고 유한 상태 기계("FSM")를 트리거하여 대기 상태(706)에 진입한다.
호스트 포트가 MPM(712)에 진입하라는 명령을 수신하는 경우, 시스템은 MPM(712)으로 전환된다(732). MPM은 전력이 억제된 최선 모드이며, 이때 불확실성들은 매우 낮은 듀티 사이클 샘플 캡처에 기초하여 관리된다. MPM(712)은, 불확실성들이 낮을 때 시스템에 의한 성공적인 내비게이션 이후 전환이 명령되는 경우, 더 효과적일 것이다. 하지만, 시스템은 불리한 조건들 하에서 GPS 조건들을 모니터링하고 가능한 경우 시스템에서 불확실성들을 감소시키는 전력 억제된 수단으로서 MPM(712)으로 명령될 수도 있다. 이 예시에서는, 큰 불확실성으로 MPM(712)에 진입되는 경우, 이에 따라 시스템에 의해 이용되는 탐색 형태들이 조정될 수 있다. 호스트 포트가 MPM(712)으로부터 트리클-전력 모드(710)로 전환하라고(734) 시스템에 명령하고, 불확실성들이 듀티 사이클 작동을 지원하기에 충분할 정도로 낮은 경우, 시스템은 트리클-전력 모드(710)로 다시 전환된다(734).
호스트가 연속 모드(708)로 스위칭하라고 시스템에 명령하는 경우, 시스템은 MPM(712)으로부터 연속 모드(708)로 전환된다(736). 추가적으로, 시스템은 호스트가 트리클-전력 모드(710)로의 스위치를 명령했지만, 현재 불확실성들이 트리클-전력 모드(710) 획득 프로세스를 성공시키지 않은 경우에 전환될 것이다(736). 또한, 시스템이 데이터 수집을 필요로 하는 경우, 시스템은 연속 모드(708)로 일시적 전환될 것이며(736), 그 후 데이터 수집이 완료된 후 시스템은 MPM(712)으로 다시 전환된다(740).
호스트가 연속 모드(708)로 스위칭하거나, 필요에 따라 트리클-전력 모드(710)에 필요한 최소 업데이트율을 충족시키라고 시스템에 명령하는 경우, 시스템은 트리클-전력 모드(710)로부터 연속 모드(708)로 전환된다(730).
또한, 시스템이 최대절전하라는 호스트 명령을 수신하는 경우, 시스템은 연속 모드(708)로부터 최대절전 상태(704)로 전환될 수 있다(738). 그 후, 시스템은 여하한의 내비게이션 데이터를 저장하고, FSM을 트리거하여 종료된다.
MPM으로 되돌아가면, MPM은 솔루션 불확실성을 최소화하는 전력 억제된 최선 작동 모드이다. MPM은 스냅숏 모드 작동을 이용하여 매우 낮은 듀티 사이클에서 작동한다. 시간 및 주파수 불확실성을 제어하기 위해, RTC 및 TCXO에 대한 캘리브레이션 절차들이 MPM에 통합된다. 시스템 내에 온도 센서가 구현되는 경우에는, 온도 보상 프로세스가 캘리브레이션 프로세스의 일부분일 수 있다.
일반적으로, 스냅숏 작동 모드는 2 가지 형태의 작동을 포함한다. 첫째로, 각각의 GPS 위성을 탐색하기 위해 직접 획득(direct acquisition)이 이용된다. 결과적으로 획득된 GPS 신호들은 코드 위상 및 주파수의 보간 측정치들을 생성하는데 이용된다. 충분한 측정치들이 획득되는 경우, 시스템에 의해 완전한 솔루션 업데이트가 연산(compute)된다. 완전한 업데이트에는 충분하지 않지만 적어도 1 이상의 측정치가 획득되는 경우, 측정치들은 타이밍 수신기로서 시스템을 운영하는 솔루션을 업데이트하는데 사용된다. 직접 획득들이 성공적이지 않은 경우, 교차 위성 탐색(cross satellite search)을 수행하기 위해 모든 탐색들의 피크 버퍼(peak buffer)들이 이용된다. 이 절차는 타이밍 수신기로서 시스템을 운영하는 솔루션을 업데이트하는데 사용되는 최대한 하나의 측정치를 산출한다.
MPM은 약한 신호의 정적 실내 타이밍 수신기 조건들에 대하여 과거 획득 이력의 사용에 기초한 획득 전략들을 이용한다. 일 예시로서, 탐색들은 최근의 과거 성공들에 기초하여 수행될 수 있다. 100 ms 모드를 이용하여 최근에 획득되었던 그 GPS 위성들은, 주파수 또는 시간 불확실성이 증대하고 모든 유망한 가시 GPS 위성(all likely visible GPS satellite)들로 하여금 평균 전력 제약 내에서 탐색되게 하지 않는 경우, 우선 탐색될 수 있다. 또한, 상대적인 관찰 GPS 신호 강도가 이 오더링 프로세스(ordering process)에 적용될 수 있다.
방위각 및 고도(elevation)의 함수로서 성공적인 획득에 관하여 데이터가 유지될 수 있다. MPM은 확장 시간 동안 차지되는 실내 위치에 대한 여하한의 저손실 경로들을 이용한다. 주어진 방향으로 성공이 관찰되는 경우, 이 방향으로 새로 떠오른 GPS 위성이 더 높은 신호 전력을 제공할 더 높은 가능성을 갖는다. 통상적으로, 이 최소-손실 방향은 GPS 수신기가 위치되는 빌딩의 측면, 창문, 또는 주어진 방향으로의 신호들에 대해 보다 낮은 손실 경로를 허용하는 빌딩의 몇몇 다른 구조적 특징부에 대응할 것이다.
MPM은 최장 데이터 캡처 작동 모드를 이용할 수 있다. 입력 샘플 버퍼는 RF GPS 서브시스템의 단일 작동으로 최대 신호 길이를 제공하기 위해 2 비트, 2Fo 샘플링 비율(sample rate)로 채워질 수 있다. 후속하여, RF GPS 서브시스템은 최저 전력 모드에 놓인다. RF GPS 서브시스템에서의 RF 샘플 캡처는 ["TLM(telemetry data)" 또는 예측가능한 "HOW(hand-over-word)" 워드들과 같은] 알려진 데이터 비트들 동안 시작하도록 시간이 맞춰져, 데이터 비트 스트리핑(data bit stripping)을 위해 앞서 수집된 데이터가 필요하지 않게 된다. 가시적인 것으로 예상된 GPS 위성들로부터의 차등 전파 시간은, 처음 도달한 GPS 신호가 샘플링이 시작하기 전에 알려진 비트 구역들 내에 있을 것을 보장하기 위해 가상 위치(hypothesized position) 및 현재 시간 불확실성에 기초하여 이 타이밍에서 고려된다.
일반적으로, 새로운 세트의 데이터 샘플들이 60 초마다 캡처되고 처리될 수 있다. 예를 들어, 100k 바이트의 최대 샘플 버퍼 크기 및 앞서 언급된 샘플링 모드가 주어지면, RF GPS 서브시스템 작동 시간은 약 100 ms 최대치로 제한될 수 있다. 샘플링 전 TCXO에 대한 여하한의 추가 워밍업(warm-up) 시간이 KA FSM을 이용한 시동(power up) 시 구성될 수 있다. 워밍업 시간은 최대 약 2 초일 수 있다. 시스템의 작동 이력에 기초하여, 시스템 내의 제어 소프트웨어가 이 값을 가능하면 더 낮게 설정할 수 있다.
데이터 샘플들이 캡처되고, RF GPS 서브시스템이 꺼진 후(또는 최저 전력 상태에 배치된 후), 캡처된 데이터 샘플들은 시야 내에 있는 GPS 위성들에 대해 처리된다. 탐색은 앞서 언급된 전략들에 기초하여 명령된다. 일반적으로, 각각의 GPS 위성은 현재 위치, 시간 및 주파수 불확실성 추산들에 기초한 코드 위상 및 주파수 범위에 걸쳐 탐색된다. 데이터 비트 스트리핑은 100 ms 코히런트 적분(coherent integration)과 사용될 수 있다. GPS 위성들은 직접 획득 모드를 이용하여 탐색될 수 있다. 몇몇 경우, 1 이상의 GPS 위성들에서 임계치 접근(threshold accession)이 일어날 수 있다. 이러한 "용이한 경우", 완전한 내비게이션 솔루션 업데이트를 수행하는 것이 가능할 수 있다. 더 어려운 환경들에서는, 타이밍 수신기로서 시스템을 운영하는 것이 목표이며, 이때 시스템은 단 하나의 측정만을 필요로 한다. 또한, 이 측정은 다수 GPS 위성 에너지의 복합물일 수 있다. 이 예시에서 측정의 결과는 코드 위상 및 주파수이다. 이 코드 위상은, 위치 가설이 유효하다는 것을 확증하고, 수신기 시간을 업데이트하기 위해 사용될 수 있다.
직접 획득 모드에서, 시스템은 예를 들어 데이터 비트 스트리핑과 함께 100 ms 코히런트 적분을 이용할 수 있다. 이 예시에서는, 다음의 전형적인 최고 상태 추산이 수행될 수 있다:
1) 워밍업과 함께 TCXO는 60 초 업데이트들로 마지막 업데이트에 대해 반복가능한 ±20 PPB 불확실성을 제공한다;
2) RTC는 각각의 업데이트에서 GPS 또는 TCXO 정확성으로 캘리브레이션된다;
3) RTC 경과 시간 스케일링은 ±14 개의 칩 불확실성을 제공한다;
4) 실내 위치 불확실성 가정은 ±500 m이다;
5) 상관관계(correlation)들은 1 dB 평균 손실에 대하여 ½ 칩 탭 간격(tap spacing) 및 5 Hz 빈 간격(bin spacing)에 있다;
6) GPS 위성마다의 가설들은 65 Hz을 5 Hz/빈으로 나눈 값에, 2 탭/칩에 28 개의 칩을 곱한 값을 곱한 것과 같으며, 이는 728이다;
7) 모드는 5 개의 탐색 채널을 이용한다;
8) 60 초 시도 간격(trial interval) 및 22.8 dB-Hz에서, 전-상관관계(pre-correlation)는 5 분 내에 95 % Pd/SV를 유도한다; 및
9) 22.8 dB-Hz에서의 적어도 5 이상의 GPS 위성들과 함께, 평균적으로 60 초당 적어도 1 이상의 검출이 예상된다.
교차 위성 검출 모드에서, 단일 GPS 위성 검출 임계치가 초과되지 않는 경우, 다수 위성 처리가 사용된다. 이 예시에서는, 각각의 GPS 위성에 대해 다수 위성 처리가 다음을 제공한다:
1) 5 개의 탐색 채널;
2) 탐색 채널당 3 개의 주파수 오프셋;
3) 주파수 오프셋당 18 개의 피크;
4) 각각의 피크가 비-간섭성 합(non-coherent sum: "NCS") 진폭에 의해 정의되는 경우의 코드 위상 빈 및 주파수 빈;
5) GPS 위성마다, 5 곱하기 3 곱하기 18로 총 270 피크가 존재함; 및
6) 8 개의 가시 GPS 위성들을 가정하여, 총 피크는 8 곱하기 270으로 총 2,160 피크임.
교차 위성 검출 모드에서, 각각의 GPS 위성은 탐색되는 코드 및 주파수 공간을 드문드문 커버(sparsely cover)하는 한 세트의 피크들을 갖는다. 불확실성의 최고 상태(best case)에서의 가설 수는 비교적 적으므로, 피크 수가 탐색되는 가설들의 총 수의 큰 부분(fraction)이다. 하지만, 이러한 더 큰 부분은 각각의 GPS 위성에 대해 탐색되는 코드 위상 및 주파수 공간들이 동일한 불확실성 공간에 정렬되지 않는다는 사실에 의해 오프셋된다. 각각의 GPS 위성은, 다른 GPS 위성들과 상이한 중심 주파수 및 중심 코드 위상을 갖는다. 그러므로, 교차 위성 조합을 수행하기 전에, 이 불확실성 공간들은 그 공칭 중심(nominal center)들이 동일한 값에 있도록 정렬된다. 하나의 GPS 위성이 기본 GPS 위성으로서 선택된다. 그 후, 각각의 GPS 위성의 중심 빈(중심 코드 위상, 중심 주파수)이 선택된 기본 GPS 위성의 값들을 갖는 코드 위상 및 주파수에 정렬되도록, 다른 GPS 위성들의 피크들의 세트들이 조정된다. 이 예시에서, 상기 프로세스는 다음과 같이 정의된 값들을 가질 수 있다:
1) GPS 위성 "n"의 kth 피크 빈의 코드 위상 및 주파수는 Bn k=(Cn k,Fn k)으로서 정의되고, 이때 B는 빈의 탐색 좌표를 형성하는 코드 위상(C) 및 주파수(F)로서 정의된 탐색 빈이다;
2) GPS 위성(n)에 대해, Cn 및 Fn는 그 탐색 범위의 중심 값들로서 정의된다;
3) 기본 GPS 위성으로서 중심 빈(C0,F0)을 갖는 GPS 위성(0)을 선택한다;
4) 중심 빈 코드 위상은 가장 가까운 ½ 칩까지의 칩들을 1023으로 모듈로한 추산된 GPS 위성 범위(the estimated GPS satellite range in chips modulo 1023 to nearest ½ chip)이다;
5) 중심 빈 주파수는 가장 가까운 5 Hz까지의 추산된 드리프트를 더한 추산된 GPS 위성 가시선("LOS") 도플러[the estimated GPS satellite line-of-sight("LOS") Doppler plus estimated drift to nearest 5 Hz]이다;
6) GPS 위성(n)에 대한 빈 좌표 조정은 (C0-Cn,F0-Fn)이다;
7) GPS 위성(n)의 빈(k)에 대한 빈 좌표 조정은 (C0-Cn,F0-Fn)를 더한 (Cn k,Fn k)와 같은 Badj n k이며, 이때 (C0-Cn,F0-Fn)를 더한 Bn k와 같은 Badj n k는 GPS 위성(n)의 kth 빈의 조정된 값이다;
8) 이때, 가능한 좌표의 일부분만이 (가설들/GPS 위성)에 의해 나눠진 (피크들/GPS 위성)에 기초하여 존재한다; 및
9) 같은 좌표를 갖는 피크들이 조합된다.
일반적으로, 위치, 주파수 및 시간의 현재 추산들이 완벽하다면, 모든 GPS 신호들의 상관 피크들이 각각의 GPS 위성의 중심 빈에 나타날 것이다. 설명된 바와 같이 MPM 동안 좌표를 조정함으로써, 상관 피크들이 밀접하게 라인업(line up)되어야 한다. 이 경우, 시간은 GPS 위성 위치들이 정확할 정도로 충분히 정확하며, 위치 오차의 LOS 효과는 단지 최저 고도에서의 GPS 위성들에 대해서만 현저하다. 시간 오차는 각각의 GPS 위성의 코드 위상들을 동일한 방향으로 바이어스시킬 것이므로(즉, 범위 바이어스들이 모두 더 길거나 더 짧으므로), GPS 신호를 갖는 빈들이 여전히 밀접하게 정렬된다.
이 접근법에서, 잡음으로 인한 피크들은 매칭하는 빈 좌표를 갖는 몇몇 다른 GPS 위성으로부터 또 다른 피크를 발견하기가 그다지 쉽지 않다. GPS 신호 에너지를 포함한 빈들은 동일한 좌표를 갖는 또 다른 GPS 위성으로부터 피크들을 발견하기가 훨씬 더 쉽다. 아래의 표 1은 C/N0의 함수로서 피크들 중 하나를 제공하는 GPS 신호의 가능성을 나타낸다.
Figure 112011084507099-pct00001
C/No에 대한 신호 피크의 확률
이 접근법에서는, 동일한 빈 좌표를 갖는 2 이상의 피크들을 발견하는 다수의 빈들이 존재할 수 있다. 특정 빈 좌표 지점에 대한 합에 적용되어야 하는 임계치는 비-간섭성 합에서 항들(즉, GPS 위성들)의 수의 함수이다. 합에서의 항들의 수는 GPS 신호들에 대단히 가까이 센터링되는 빈에 대해 더 유망하기 때문에, 가장 많은 수의 항들을 갖는 빈이 그 임계치를 초과하는 합을 갖기도 가장 쉽다. 그러므로, 공칭 절차(nominal procedure)는 가장 많은 수의 항들을 갖는 빈(들)을 시험하는 것이다. 인접한 빈들이 더 높은 수들의 항들을 갖는 경우, 재-센터링(re-centering)으로의 보간 및 처리가 조합된 GPS 신호들에 대한 코드 위상 및 주파수의 더 정확한 추산을 제공할 수 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 도 12a 및 도 12b에서, 프로세스의 구현의 예시들을 나타내는 복수의 GPS 위성들에 대한 코드 위상에 대한 상관 크기의 플롯(1200, 1212, 1222, 1232, 1238, 1244 및 1250)은 교차 위성 탐색을 수행하는 것에 대하여 설명된다. 예를 들어, 플롯(1200)에서 GPS 섹션 내 메모리에 저장되는 수신된 GPS 신호들의 가장 큰 상관 피크들(1202)의 크기들은, 각각 제 1 GPS 위성에 대하여 코드 위상(1206)에 대한 상관 크기(1204)를 갖는 신호들(1202)로서 도시된다. 플롯(1200)에서, 제 1 GPS 위성에 대해 탐색된 코드 위상들(1208)은 제 1 코드 위상 기준 값(1210)에서 시작하여 제 1 코드 위상 거리에 미치는 것으로서 도시된다. 플롯(1212)에서, GPS 섹션 내 메모리에 저장되는 수신된 GPS 신호들의 가장 큰 상관 피크들(1214)의 크기들은, 각각 제 2 GPS 위성에 대하여 코드 위상(1206)에 대한 상관 크기(1204)를 갖는 신호들(1214)로서 도시된다. 플롯(1212)에서, 제 2 GPS 위성에 대해 탐색된 코드 위상들(1216)은 제 2 코드 위상 기준 값(1218)에서 시작하여 제 2 코드 위상 거리에 미치는 것으로서 도시된다. 이 예시에서, 제 1 GPS 위성과 제 2 GPS 위성 간의 오프셋에 대응하는 제 1 코드 위상 기준으로부터 제 2 코드 위상 기준까지의 오프셋(1220)은 GPS 섹션과 제 1 GPS 및 제 2 GPS 위성들 간의 범위 차로 인한 것이다. 이와 유사하게, 플롯(1222)에서 GPS 섹션 내 메모리에 저장되는 수신된 GPS 신호들의 가장 큰 상관 피크들(1224)의 크기들은, 각각 제 3 GPS 위성에 대하여 코드 위상(1206)에 대한 상관 크기(1204)를 갖는 신호들(1224)로서 도시된다. 플롯(1222)에서, 제 3 GPS 위성에 대해 탐색된 코드 위상들(1226)은 제 3 코드 위상 기준 값(1228)에서 시작하여 제 3 코드 위상 거리에 미치는 것으로서 도시된다. 이 예시에서, 제 1 GPS 위성과 제 3 GPS 위성 간의 오프셋에 대응하는 제 1 코드 위상 기준으로부터 제 3 코드 위상 기준까지의 오프셋(1230)은 GPS 섹션과 제 1 GPS 및 제 3 GPS 위성들 간의 범위 차로 인한 것이다.
플롯들(1232, 1238 및 1244)에서는, 추산된 시간, 주파수, 및 위치에 기초한 범위 차들에 대한 코드 위상의 조정이 수행된 후의 플롯들(1200, 1212 및 1222)에 나타낸 3 개의 예시적인 GPS 위성들에 대한 코드 위상이 도시된다. 명확하게는, 플롯(1232)에서 GPS 섹션 내 메모리에 저장되는 수신된 GPS 신호들의 가장 큰 상관 피크들(1234)의 크기들은, 각각 제 1 GPS 위성에 대하여 코드 위상(1206)에 대한 상관 크기(1204)를 갖는 신호들(1234)로서 도시된다. 플롯(1232)에서, 제 1 GPS 위성에 대해 탐색된 코드 위상들(1236)은 제 1 코드 위상 기준 값(1210)에서 시작하여 제 4 코드 위상 거리에 미치는 것으로서 도시된다. 플롯(1238)에서, GPS 섹션 내 메모리에 저장되는 수신된 GPS 신호들의 가장 큰 상관 피크들(1240)의 크기들은, 각각 제 2 GPS 위성에 대하여 코드 위상(1206)에 대한 상관 크기(1204)를 갖는 신호들(1240)로서 도시된다. 플롯(1238)에서, 제 2 GPS 위성에 대해 탐색된 코드 위상들(1242)은 제 1 코드 위상 기준 값(1210)에서 시작하여 제 5 코드 위상 거리에 미치는 것으로서 도시된다. 이 예시에서는, 프로세스가 추산된 시간, 주파수 및 위치에 기초하여 범위 차들에 대한 코드 위상을 조정하였기 때문에 플롯들(1200, 1212 및 1222)에 나타낸 오프셋들과 같은 오프셋이 존재하지 않는다. 이와 유사하게, 플롯(1244)에서 제 3 GPS 위성에 대해 탐색된 코드 위상들(1246)은 제 1 코드 위상 기준 값(1210)에서 시작하여 제 6 코드 위상 거리에 미치는 것으로서 도시된다. 다시, 프로세스가 추산된 시간, 주파수 및 위치에 기초하여 범위 차들에 대한 코드 위상을 조정하였기 때문에 플롯들(1200, 1212 및 1222)에 나타낸 오프셋들과 같은 오프셋이 존재하지 않는다. 플롯(1250)에서, 코드 위상들의 범위 조정 후 GPS 위성들을 가로질러 같은 코드 위상들의 비-간섭성 합들(1252)이 도시된다. 플롯(1250)에서, 비-간섭성 합들(1252)의 코드 위상들은 제 1 코드 위상 기준 값(1210)에서 시작하여 제 7 코드 위상 거리(1254)에 미치는 것으로서 도시되며, 이때 비-간섭성 합들(1252)로 나타낸 GPS 위성들의 신호 성분들은 1234, 1240, 1246에 나타낸 신호 성분들과 동일한 조정 빈들에 라인업된다.
추산들은, 교차 위성 처리의 임계치가 22.8 dB-Hz의 단일 GPS 위성 임계치를 5.2 dB의 이득에 대한 99.5 % 검출 가능성에 대하여 17.6 dB-Hz 아래로 감소시킬 수 있다고 나타내었다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 이 접근법은 16 dB-Hz에서 분당 한번의 캡처로 5 분 내 성공 가능성이 98 %라고 나타낸다.
Figure 112011084507099-pct00002
교차 위성 조합 성능
MPM 을 이용하는 시스템의 작동
도 6을 다시 참조하면, 작동의 일 예시로서 무선 디바이스(600)는 무선 디바이스(600)의 위치를 결정하는 GPS 섹션(604)을 포함한다. 이 위치 정보는 무선 디바이스(600)의 사용자에게, 통신 네트워크의 사업자에게, 또는 통신 네트워크를 통하는 제 3 자에게 제공될 수 있다. 본 발명은 위치결정에 대한 에너지를 감소시키고, TTFF를 개선하며, 그리고 무선 디바이스(600)의 약한 신호 또는 실내 환경들의 저전력에서 높은 확률로 계속적인 위치확인을 제공하도록 돕는 데이터의 필요성을 감소시키거나 제거한다. 이는 비트 싱크 또는 프레임 싱크의 필요성을 최소화하기 위해 시간 및 주파수 불확실성들을 관리함으로써 이 목적들을 달성한다. 약한 신호 환경에서는, 데이터 수집이 흔히 가능하지 않고, 위치 업데이트에 대한 GPS 측정이 이용가능하지 않을 것이다. 그러므로, 동작 가정은 사용자 위치가 정적이고 GPS 섹션(604)이 시간 유지 모드(time maintenance mode)에 놓인다는 것이다. 시스템은 시간 불확실성을 "C/A(coarse/acquisition)" 코드 주기의 ±1/4 내에 유지하기에 필요한 정도로만 켜진다.
정적 위치를 가정하는 이유는, 통상적인 상황이 GPS 신호들이 약한 빌딩으로 무선 디바이스(600)가 들어가는 경우에 일어나기 때문이다. 약한 GPS 신호들의 문제는, GPS 섹션(604)이 단지 그것들 중 몇몇에 대한 코드 위상만을 획득하고 측정할 수 있다는 것이다. 이 예시에서, 사람의 움직임은 빌딩에 의해 제약되며, 이는 전형적으로 공간 내 C/A 칩 길이(즉, 약 300 m)보다 짧다. 이 상황에서는, GPS 섹션(604)이 적어도 하나의 GPS 신호를 측정할 수 있는 한, GPS 섹션(604)은 GPS 섹션(604)이 빌딩에 들어가기 전 마지막 GPS 솔루션으로부터의 위치를 이미 안다고 가정하여 타이밍 수신기로서 구현될 수 있는 시간 유지 모드에 배치된다. 타이밍 수신기는 단지 연산 시간이기 때문에, GPS 섹션(604)은 하나의 GPS 신호를 측정하기만 하면 된다. GPS 섹션(604)이 1 이상의 GPS 신호를 측정할 수 있을 때마다, GPS 섹션(604)은 이 GPS 신호들 사이에서 공통 시간 바이어스 및 드리프트를 관찰하고, 무선 디바이스(600)의 정적 위치 및 영 속도(zero velocity)를 검증할 수 있다. 추가적으로, 약간의 시간 주기 동안 GPS 섹션(604)은 RTC(이는 일반적으로 온도에 따라 200 PPM 이상 변함)를 캘리브레이션하고 GPS 섹션(604)이 정확한 시간을 유지할 수 있는 시간 길이를 연장하기 위해, 단지 TCXO(이는 약 0.5 PPM까지 정확함)를 이용함으로써 시간을 업데이트할 수 있다. 따라서, GPS 섹션(604)은 1/4 코드 주기 레벨로 RTC에서의 GPS 시간을 유지하고, 또한 무선 디바이스(600)의 위치를 검증할 것이다. RTC 클록의 시간 바이어스 보정은 정확한 RTC 클록 주파수 보정을 허용하며, 이는 TCXO가 현재 온도에서 아직 캘리브레이션되지 않은 경우에 TCXO 주파수를 추산하도록 TCXO로 다시 전환될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 현재 온도에서 TCXO 주파수를 더 캘리브레이션하기 위해, GPS 섹션 업데이트의 공통 드리프트 추산이 사용될 수 있다.
결과로서, GPS 섹션(604)이 칩에 대한 위치, 250 μsec의 시간 및 50 PPB의 주파수를 갖는 경우, GPS 섹션(604)은 매우 낮은 전력으로 타이밍 수신기로서 작동할 수 있다. 시스템은 샘플들을 캡처하고 저장하기 위해, 단지 100 ms 동안 RF/IF GPS 서브시스템(622)을 켤 수 있다. 그 후, GPS 섹션(604)은 가능한 한 많은 GPS 신호들을 검출하도록 그 샘플들을 처리할 수 있다. GPS 섹션(604)은 이 예시에서 시간을 정확하게 알기 때문에, 알려진(또는 예측가능한) 데이터를 갖는 각각의 6 초 서브-프레임 내의 30 비트 워드들 중 하나에 대응하도록 캡처의 시간을 맞출 수 있다.
명확하게는, 이러한 GPS 섹션(604)이 이 알려진 비트 패턴들 내에서 샘플들의 단지 5 비트(즉, 100 ms)를 수집할 때, HOW 및 TLM 워드가 이러한 데이터를 갖는다. GPS 섹션(604)이 데이터를 알기 때문에, GPS 섹션(604)은 50 비트/sec 데이터 변조의 180 위상 역전(phase reversal)들을 제거하기 위해 데이터를 사용할 수 있다. 이는 GPS 섹션(604)으로 하여금 전부 100 ms 동안 샘플들을 코히런트 적분하게 하며, 이는 다른 방식으로 달성될 수 있는 경우보다 더 우수한 신호 처리 이득을 제공한다.
GPS 섹션(604)이 시간을 너무 잘 알기 때문에, 이는 이 비트들이 어디 있었는지(즉, 비트 싱크) 또는 이들이 어떤 프레임에 있었는지 알아내기 위해 우선 GPS 신호들을 사용할 필요없이 -이 예시에서는, GPS 섹션(604)이 이미 이를 알았기 때문임- 앞서 설명된 프로세스를 수행한다. 그러므로, GPS 섹션(604)이 정확한 시간을 유지할 수 있는 한, GPS 섹션은 매 5 분 정도마다 적어도 1 이상의 GPS 신호 측정을 발견할 수 있는 동안에는 이 시간 유지를 계속할 수 있다. 이 성공적인 측정들 사이에서, GPS 섹션(604)은 RTC 기반 시간을 정확하게 유지하기 위해 온도 센서 및 TCXO를 사용할 수 있다. 대부분의 시간에, GPS 섹션(604)은 RTC 및 온도 센서/기록계를 제외하고는 꺼지므로, 전형적으로 약 10 ㎂의 매우 낮은 전류를 갖는다.
추가적으로, 이 시간 유지 모드에서 GPS 섹션(604)은 낮은 전력 모드에서 작동하고, 비교적 짧은 시퀀스의 RF 샘플 데이터를 캡처하도록 가끔 깬다. GPS 섹션(604)에서 웨이크업들 사이에 시간을 유지하기 위해 [예를 들어, 32,768 Hz에서 운영되는 저가의 와치 크리스탈(watch crystal)과 같은] RTC가 사용된다. 웨이크업 상태에 있는 동안 GPS 섹션(604)에 의해 캡처된 여하한의 데이터는 예측가능한 데이터 세그먼트들에 동기화된다. 다시, GPS 섹션(604)은 GPS 섹션의 정적 위치를 가정하고 측정들이 수행될 수 있을 때마다 이 가설을 검증함으로써 약한 신호 환경에서 타이밍 수신기로서 작동할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 이 프로세스는 데이터 지원을 위해 TLM 또는 예측가능한 HOW 워드들을 이용하는데, 이는 일반적으로 주기적으로 일어나고 예측가능한 GPS 데이터 메시지 내에 포함된 2 개의 짧은 데이터 시퀀스가 존재하기 때문이며, 이는 30-비트 TLM 워드 및 30-비트 HOW 워드를 포함하고, 이때 두 30-비트 워드들은 알려진 비트 패턴들을 갖는 8-비트 싱크 프리앰블(sync preamble) 및 22-비트의 데이터를 갖는다. GPS 섹션(604)이 시간 유지 모드에 있는 경우, GPS 섹션(604)의 시간 정확성은 수신된 GPS 신호에서 이 데이터 워드들의 위치를 예측하기에 적합하게 유지되지만, 수신된 약한 GPS 신호가 너무 약하여 GPS 섹션이 메시지 비트들을 복조할 수 없더라도, GPS 섹션은 데이터 비트들로 인해 수신된 약한 GPS 신호의 위상 반전(phase inversion)을 제거하기 위해 수신된 약한 GPS 신호에서 알려진 데이터 비트들 및 이들의 충분히 추산된 시간 위치들을 사용할 수 있을 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, TLM 및 HOW 비트 시퀀스들이 예측될 수 있기 때문에, GPS 섹션(604)은 TLM 및 HOW 시퀀스들 동안 데이터 변조에 의해 생성되었던 신호의 위상 전이(phase transition)들을 제거할 수 있다. 이 프로세스는 "데이터 스트리핑"이라고 불린다. 위상 전이들이 제거된 후, GPS 섹션(604)은 20-ms 데이터 비트보다 훨씬 더 긴 기간 동안 GPS 신호를 코히런트 적분할 수 있다. 더 긴 코히런트 적분은 GPS 섹션(604)이 비례하여 더 약한 GPS 신호들로 수신된 시간 및 주파수에 대해 동기화될 수 있게 한다. 따라서, 데이터 스트리핑을 이용하는 더 긴 코히런트 적분은 더 낮은 신호 레벨들에서 GPS 측정들을 가능하게 하는데 이용된다.
GPS 데이터 샘플들이 캡처된 후, 전력을 절약하도록 GPS 섹션(604)의 RF 프론트-엔드 서브섹션[즉, RF/IF GPS 서브시스템(622)]이 꺼진다. 그 후, 캡처된 GPS 샘플들은 GPS 신호 측정들을 회복하도록 GPS 섹션(604)의 베이스밴드 서브섹션[즉, 베이스밴드 GPS 서브시스템(624)]에 의해 처리된다. 앞서 언급된 바와 같이, GPS 섹션(604) 작동들 간의 시간을 유지하는 목적은, 전력 소비가 최소화되고 데이터 지원과 함께 더 긴 코히런트 적분을 수행함으로써 검출 감도가 증가될 수 있도록 비트 동기화를 회피하는 것이다.
웨이크업들 사이에서 GPS 섹션(604)에서의 시간을 유지하는 것의 문제점은, RTC의 주파수 오차가 온도의 함수로서 변한다는 것이며, 이때 주파수 오차는 주위 온도가 약 25 ℃인 경우 온도 변동들에 가장 덜 민감한 한편, 온도 극단(temperature extreme)들에서 온도 변동들에 가장 민감하다. 이러한 것으로서, 주어진 비율의 온도 변화에 대해 정확한 시간을 유지하기 위하여, GPS 섹션(604)에 의해 이용되는 GPS 샘플링 사이의 간격이 적응할 수 있으며, 이때 25 ℃ 부근의 온도 값들에서보다 극단에 있는 온도 값들에서 GPS 섹션(604)에 의해 더 빈번한 GPS 샘플링이 수행된다. 대안적으로, 온도 값들을 이용하는 대신에 GPS 샘플링의 주파수는 이전 샘플링과 비교하여, 관찰된 RTC 클록 주파수 또는 RTC 클록 주파수의 변화율에 기초하여 적응할 수 있다. 또 다른 대안예로서, 무선 디바이스(600)가 휴대 전화 네트워크에서 작동하는 경우, GPS 섹션(604)에 의한 GPS 샘플링의 주파수는 이동전화 수신 신호 강도("RSSI") 측정들에 기초하여 적응할 수도 있다. 일반적으로, 전력 소비를 최소화하기 위하여, 이 샘플링 비율이 가능한 한 낮게 유지되는 한편, 시간 불확실성은 C/A 코드 주기의 ±¼ 내에 유지되어야 한다.
캡처된 샘플들이 처리된 후 수행되어야 하는 동작은 획득되는 GPS 측정들의 수에 의존한다. 몇몇 업데이트 동안, GPS 신호 레벨이 너무 낮은 경우에는 어떠한 측정도 획득되지 않을 수 있다. 이 상황에서, RTC 시간은 TCXO에 기초하여 업데이트된다. 이는 RTC 주파수에 대한 TCXO 주파수의 비율을 계산함으로써 행해진다. 이는 샘플 캡처 시간의 처음과 끝에 RTC 및 TCXO 카운터 값들의 세트를 캡처함으로써 달성될 수 있다. 두 캡처 시간들 간의 카운터 값들의 차들은 RTC에 대한 TCXO의 비율을 제공한다.
TCXO 주파수가 GPS 신호로부터 캘리브레이션된 마지막 값 또는 현재 온도에서 평가된 온도에 대한 주파수의 캘리브레이션 모델로부터 취해진 TCXO 주파수의 값이라고 가정하면, 이전 업데이트부터의 RTC 주파수의 변화는 RTC/TCXO 비율 및 추산된 TCXO 주파수를 이용하여 계산된다. 가장 간단한 경우들 중 하나에서, 현재 RTC 주파수와 이전 RTC 주파수 간의 평균이 업데이트들 사이에서 경과된 RTC 시간을 스케일링하는데 사용된다. 선형 또는 대수 특성과 같이, 시간에 따른 온도 변화의 형상 정보에 기초하여 더 정밀한 보정들이 사용될 수 있다. 이 스케일링된 시간 증분(delta)이 RTC 시간을 업데이트하도록 GPS 시간에 대한 현재 RTC 시간 바이어스에 추가된다. 이 접근법은 RTC 시간의 우수한 추산을 제공하지만, 온도에 걸친 변화들에 대해 TCXO를 캘리브레이션하지는 않는다.
온도에 걸친 변화들에 대해 TCXO를 캘리브레이션하기 위해, TCXO에 대한 RTC의 비율이 이용되어 RTC/TCXO의 비율에 대한 TCXO 주파수들의 캘리브레이션 테이블을 구성할 수 있다. 대안적으로, TCXO 드리프트의 GPS 내비게이션 솔루션 추산과 조합하여 그 온도에서의 TCXO 주파수 오차를 캘리브레이션하는데 이용될 수 있는 온도 정보를 얻기 위해 온도 센서가 이용될 수 있다. 이 캘리브레이션 업데이트들은 무선 디바이스(600)가 이동하고 있는 경우에 수행될 수 있다. 또한, 이들은 몇몇 조건들 하에 MPM에서 수행될 수 있다. GPS 섹션(604)은 기존 캘리브레이션 지점의 캘리브레이션 테이블을 업데이트하거나, 캘리브레이션되지 않은 지점을 캘리브레이션할 수 있다. 또한, GPS 섹션(604)은 주파수의 보간 추산이 계산될 수 있도록 다른 캘리브레이션 지점들에 충분히 가까운 현재 온도에서의 캘리브레이션되지 않은 지점을 사용할 수 있으며, 이는 GPS 섹션(604)이 GPS 측정을 얻도록 주파수 지원하기에 충분히 우수하다.
TCXO를 캘리브레이션하는 또 다른 접근법은, RTC 발진기들이 온도에 따라 큰 주파수 변화를 갖기 때문에 온도 센서로서 RTC를 이용하는 것이다. 이러한 것으로서, TCXO 주파수에 대한 RTC 주파수의 비율은 GPS 섹션(604)에 온도 측정을 제공한다. 이는 TCXO 주파수 오차에 대한 RTC/TCXO 비율의 테이블을 메우도록 TCXO 주파수 오차의 내비게이션 솔루션 값으로 사용될 수 있다. 그 후, MPM에서 GPS 섹션(604)은 RTC/TCXO 비율을 사용하여 테이블에 진입하고 추산된 TCXO 주파수 오차를 추출할 수 있다. RTC 주파수가 25 ℃ 부근에서 최대 주파수를 갖는 포물선(parabolic)이기 때문에, RTC/TCXO 주파수에 대한 TCXO 주파수의 캘리브레이션은 25 ℃에서 포물선 주파수 피크에 폴딩(fold)되는 TCXO 캘리브레이션 모델을 유도한다. 이는 동일한 비율(온도)로 표현되는 25 ℃보다 동일하게 덥거나 추운 온도 오프셋들에 대한 TCXO 주파수 캘리브레이션들을 유도하지만, TCXO 및 RTC 온도 특성이 모두 가장 빈번한 작동이 일어나는 25 ℃ 부근에서 최소 변동으로 가장 평탄하기 때문에 모델은 유용하게 유지된다. 덥고 추운 온도 극단들에서, 변동들은 더 크며, 이 극단들에서 모델링된 불확실성은 이 폴딩 특성(folding characteristic)으로 인해 더 클 것이다. 몇몇 경우, 시스템은 배터리 시스템에서와 같은 개략적(coarse)인 온도 센서를 가질 수 있으며, 이는 온도 캘리브레이션에 충분히 우수하지는 않지만, 비율이 25 ℃ 이하에 대한 25 ℃ 이상의 온도들을 나타내는 경우의 조건들을 해결함으로써 25 ℃ 폴딩 지점에 대한 모호한 온도 캘리브레이션을 "언폴딩(unfold)"하도록 사용될 수 있다. 이 구현들은 모두 감지된 온도에 대한 직접 캘리브레이션에 대하여 충분히 작은 온도 양자화를 갖는 온도 센서가 없을 때에 성능 개선을 제공한다.
이 예시에서, GPS 시간 불확실성은 비트 싱크 모호성(ambiguity)을 회피하기 위해 C/A 코드 주기의 ±¼ 아래에 유지되어야 한다. GPS 측정이 C/A 코드의 ±¼의 GPS 불확실성 내에서 얻어질 수 없는 경우, GPS 측정이 전력 소비를 희생하여 이용가능하게 될 때에 비트 동기화가 수행된다. 이와 유사하게, 프레임 동기화를 회피하기 위하여, GPS 시간 불확실성은 하나의 데이터 비트 또는 ±5 ms 내에 유지되어야 한다. 그렇지 않은 경우, 데이터 지원은 전력 소비를 제한하도록 다수 업데이트들 사이에 분포될 수 있는 다수 가설 검증을 필요로 할 것이다. 다시 말하면, MPM에서 GPS 섹션(604)이 수신된 GPS 신호 샘플들과 5 개의 알려진 데이터 비트들을 라인업하기에 매우 충분한 시간을 갖지 않는 경우, GPS 섹션(604)은 여하한의 이 가설들이 GPS 위성 검출을 유도하는지를 판단하도록 상이한 정렬 가설을 시도할 수 있다.
단일 GPS 측정이 획득되는 경우, RTC 시간 및 주파수 및 TCXO 주파수가 업데이트될 수 있다. 측정으로부터의 코드 위상의 예상되지 않은 변화는 마지막 GPS 업데이트로부터 RTC 변화의 정확한 측정을 제공한다. 이 변화는 GPS에 대한 RTC 시간 바이어스를 보정하는데 사용되고, RTC 주파수를 업데이트하는데도 사용된다. 보정들은, 비트 싱크 모호성이 존재하지 않도록 코드 위상의 변화가 C/A 코드의 ±¼보다 작다고 가정하여 수행된다. 앞서와 같이, 샘플 캡처 시간의 시작과 끝에서의 RTC 및 TCXO 카운터 값들은 RTC에 대한 TCXO 주파수의 비율을 제공한다. 표준 비율 카운터(standard ratio counter)가 이 예시에서 이용될 수 있거나, 바람직하게는 동일한 시간 간격에 걸쳐 더 큰 정확성을 위해 에지 정렬 비율 카운터(edge aligned ratio counter: "EARC")가 이용될 수 있다. 에지 비율 카운터의 일 예시는 2004년 9월 7일 등록된 P.Underbrink의 "Personal Communications Device with Ratio Counter"라는 명칭의 미국 특허 6,788,655에서 설명되고, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 그 후, 업데이트된 RTC 주파수는 TCXO 주파수 추산을 업데이트하도록 TCXO/RTC 주파수 비율과 함께 사용된다. GPS 시간에서의 불확실성 또는 관찰된 RTC 코드 위상 측정이 비트 싱크 모호성이 없는 기초 가정과 일치하지 않는 경우, 모호성을 해결하도록 시프트된 데이터 비트 지원 오프셋들로 추가 처리가 실행된다.
다수 측정들이 획득되는 경우, 추가 처리가 수행될 수 있다. 명확하게는, 각각의 위성에 대한 코드 위상 보정이 공통 시간 바이어스와 일치한다고 가정함으로써 정적 위치 가설이 검증될 수 있다. 그 후, GPS에 대한 RTC 시간 바이어스는 모든 측정된 코드 위상 변화들의 평균을 이용하여 보정될 수 있다. 이와 유사하게, RTC 주파수는 마지막 GPS 업데이트로부터 모든 위성들에 대한 주파수 보정의 평균으로 업데이트될 수 있다. 추가적으로, 우수한 지오메트리를 갖는 충분한 측정들이 이용가능한 경우, 특히 비트 싱크 모호성이 존재한다면 완전한 위치 업데이트가 시도될 수 있다.
대안적으로, RTC는 RTC 크리스탈의 주파수 오차가 온도의 함수이므로 온도 감지를 이용하여 캘리브레이션될 수 있다. 또한, 크리스탈은 통상적으로 약 25 ℃에서 온도 변화에 가장 덜 민감하도록 최적화되는 한편, 이는 극심한 온도들에서 온도 변화에 따라 매우 빠르게 변화한다. 그러므로, 업데이트 시간의 간격은 추산된 온도 및 마지막 업데이트로부터의 온도 변화에 기초하여 적응될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 비율의 온도 변화를 겪는 경우, 업데이트들 간의 간격은 감소될 것이다. 거꾸로, 더 작은 온도 변화들은 더 긴 업데이트 간격들을 허용한다. RTC와 TCXO 간의 주파수 비율은 온도 변화를 검출하는데 이용될 수 있는 온도를 내포한다. 또한, 온도 변화는 전체 시스템에서의 전력 소비 변화 또는 환경적 변화의 표시이며, 이 둘은 RF 환경을 변화시키기 쉽고, 가능하게는 더 우수한 GPS 신호 환경을 초래한다. 예를 들어, 실내 환경은 약 25 ℃인 경향이 있으며, 약한 GPS 신호의 영향과 함께 더 작은 온도 변화를 제공한다. 거꾸로, 가장 극심한 온도들은 야외에서 겪게 되는 경향이 있지만, 또한 이 환경들은 강한 신호에 대해 더 높은 확률을 나타낸다.
또한, GPS 신호 강도가 충분히 강하고 데이터가 위성궤도정보가 부족한 GPS 위성에 대한 경우, 데이터 수집이 초기화될 수 있다. 전력 고려로 인해, 수집된 위성궤도정보 또는 확장 위성궤도정보가 GPS 위성에 대해 유효하게 유지되는 한, 또는 새로 떠오른 위성이 바이어스된 책력 의사 거리로 사용될 수 있는 경우, 데이터 수집은 회피되어야 한다. 확장 위성궤도정보는 GPS 위성에 의한 위성궤도정보 데이터 방송의 4 시간 수명에 비해, 약 한 주의 타겟 수명을 갖는 궤도 파라미터 세트이다. GPS 섹션(604)은 네트워크(도시되지 않음)로부터 다운로드함으로써, 또는 앞서 위성으로부터 수집된 위성궤도정보에 기초하여 그 자체를 연산함으로써 확장 위성궤도정보를 얻을 수 있다. 대안적으로, 책력 궤도 정보에 대한 바이어스를 계산함으로써 떠오른 GPS 위성이 캘리브레이션될 수 있다. 책력 궤도 정보는 위성궤도정보의 궤도 정보보다 덜 정확하다. 하지만, 책력이 알려진 위치에 대한 범위 및 범위 비율에서 바이어스되는 경우, 이 바이어스는 이용가능한 정확성에서 몇 시간의 후속한 작동에 대해 유효하다. 후속하여, 이 바이어스된 책력 GPS 위성들은 위성궤도정보 수집의 기회가 생길 때까지 측정 소스들로서 사용될 수 있다.
이 방법은 캡처된 버퍼 내에서의 탐색 불확실성을 조정하는 능력의 형태로 견고성(robustness)을 제공한다. 예를 들어, 신호 캡처된 버퍼 내에서 시간, 주파수 및 GPS 위성 수의 탐색 윈도우의 동적 조정이 수행될 수 있고, 전력 제약들을 충족시키도록 서로에 대해 트레이드 오프(traded off)될 수 있다. 탐색 시간은 불확실성이 저하되는 경우에 더 폭넓은 탐색들을 허용하거나, 더 낮은 감도에서 탐색하도록 연장될 수 있다. 일 예시로서, GPS 신호 강도가 낮은 경우, RF/IF GPS 서브시스템(622)이 켜지는 간격이 공칭 100 msec 시간 이상으로 증가된다. RF/IF GPS 서브시스템(622)이 켜지고 디지털 샘플들이 저장되는 간격들은, 부분-간격들이 데이터 스트리핑을 용이하게 하도록 알려진 GPS 데이터 비트들과 정렬될 수 있는 한 연속적이지 않아도 된다. 또한, 탐색들은 GPS 위성 탐색 리스트를 정리(order)함으로써, 또한 다수 업데이트 시간들에 걸쳐 탐색을 분포시킴으로써 에너지 제약 내에서 유지되도록 제어될 수 있다.
초기 탐색으로부터 GPS 측정이 획득되지 않더라도, 측정을 시도하도록 교차 GPS 위성 탐색에서 다수 GPS 위성들로부터의 에너지가 조합될 수 있다. RTC 시간, 주파수 및 TCXO 주파수가 앞서 설명된 바와 같이 업데이트될 수 있도록 단일 측정을 얻는 것이 목적이다. 각각의 GPS 위성은 코드 위상 및 주파수에 중점을 둔 코드 및 주파수 불확실성 공간의 범위에 걸쳐 탐색된다. 위성에 대한 중심 코드 위상은 가장 가까운 ½ 칩까지 칩들을 모듈로-1023한 추산된 위성 범위이고, 각각의 GPS 위성에 대해 상이하다. 마찬가지로, GPS 위성에 대한 중심 빈 주파수는 가장 가까운 주파수 빈까지 추산된 클록 드리프트를 더한 추산된 가시선 도플러이고, 각각의 GPS 위성에 대해 상이하다. 교차 GPS 위성 조합을 수행하기 전에, 이 불확실성 공간들은 이들의 공칭 중심들이 동일한 값에 있도록 정렬된다. 각각의 GPS 위성은 탐색되는 코드 및 주파수 공간을 커버하는 한 세트의 피크들을 갖는다. 하나의 GPS 위성이 기본 GPS 위성으로서 선택된다. 그 후, 다른 GPS 위성들의 피크들의 세트들은 각각의 GPS 위성의 중심 코드 위상 및 중심 주파수가 선택된 기본 GPS 위성의 중심 코드 위상 및 중심 주파수와 정렬되도록 조정된다. 다시 말하면, 각각의 GPS 위성의 각 피크에 대한 빈 좌표는 GPS 위성에 대한 중심 빈이 기본 GPS 위성의 중심 빈과 정렬되도록 차등적으로 보정된다(differentially corrected). 피크 좌표의 차등적인 보정 이후, 모든 GPS 위성들로부터 동일한 좌표들을 갖는 피크들의 크기들은 조합된다. 위치, 시간 및 주파수의 현재 추산들이 완벽한 경우, 모든 GPS 위성들의 상관 피크들은 각각의 GPS 위성의 중심 빈에 나타날 것이다. GPS 위성 위치들이 정확하도록 시간이 충분히 정확한 경우, 여하한의 시간 오차는 각각의 GPS 위성의 코드 위상을 동일한 방향으로 바이어스시킬 것이며, 코드 위상에서의 상관 피크들은 여전히 밀접하게 정렬될 것이다. 이와 유사하게, 가시선 도플러가 충분히 정확한 경우, 여하한의 클록 드리프트는 각각의 GPS 위성의 주파수 빈을 동일한 방향으로 바이어스시킬 것이며, 주파수에서의 상관 피크들도 밀접하게 정렬될 것이다. 특정 빈 좌표에 대한 비-간섭성 합에 적용된 검출 임계치는 비-간섭성 합에서 항들(GPS 위성들)의 수의 함수이다. 공칭 절차는 가장 많은 수의 항들을 갖는 좌표 빈들을 시험하는 것이다. 인접한 빈들이 더 높은 총 수들의 항들을 갖는다면, 보간 및 재-센터링이 조합된 신호들에 대한 피크 좌표 빈의 더 정확한 추산을 제공할 수도 있다. 따라서, 차등 보정으로의 교차 GPS 위성 비-간섭성 조합은 단일 GPS 측정에 대한 검출 임계치를 낮추는데 사용될 수 있다.
이 예시에서, 이동전화 RSSI 측정들의 값들의 감소(drop)는 빌딩에 들어갔는지를 검출하는데 사용될 수 있다. 이 이벤트에서, GPS 서브시스템(622, 624 및 626)은 즉시 켜져서 GPS 위치결정이 수행될 수 있게 된다. 위치결정이 얻어진 후, GPS 듀티 사이클이 감소된다. 그 후, RSSI 측정들의 값들의 증가가 빌딩에서 나왔는지를 검출하는데 사용될 수 있다. 그 시점에, GPS 듀티 사이클이 증가될 수 있다. 또한, RSSI의 감소는 RSSI 감소 이전의 마지막 내비게이션 솔루션에 기초하여 유효한 위성궤도정보가 없는 모든 가시 위성들의 책력 바이어스를 트리거하는데 사용될 수 있다. 이는 시스템이 빌딩 내에 있는 동안, 이용가능한 위성 측정들의 최대 수를 보장한다.
당업자라면, 본 발명이 이동전화 무선 디바이스들에만 제한되지 않는다는 것을 이해한다. GPS 섹션은 낮은 에너지 소비를 필요로 하는 다양한 소형 및 휴대용 디바이스들에 내장될 수 있다. 이 디바이스들은 "VoIP(voice-over Internet protocol)" 단말기, 위성폰 단말기, 무선 전화 단말기, PDA, 및 노트북 컴퓨터를 포함한다. 또한, 본 발명은 이동전화 네트워크에 걸쳐 작동하는 통신 디바이스들에 제한되지 않는다. 또한, Wi-Fi®, WiMAX, 모바일 TV, 또는 위성과 같은 다른 네트워크들이 사용될 수 있다.
추가적으로, 본 발명은 선택적인 전력 제어를 위해 RSSI 측정들을 이용하는 것에 제한되지 않는다. 다른 형태의 측정들이 전력 제어기로 입력되는 전력 제어 신호를 위해 사용될 수 있다.
도 8에서, GPS 섹션(806)에 선택적으로 전력공급하기 위해 전력 제어기(802) 및 모션 센서(804)를 이용하는 무선 디바이스(800)의 또 다른 구현의 일 예시의 블록 다이어그램이 도시된다.
무선 디바이스(800)는 전력 제어기(802), 모션 센서(804), GPS 섹션(806), 트랜스시버(808), 및 전력 공급기(810)를 포함할 수 있다. 이 예시에서, 전력 제어기(802)는 신호 경로들(812, 814, 816, 818 및 820)을 통해 각각 GPS 섹션(806), 모션 센서(804) 및 전력 공급기(810)와 신호 통신할 수 있다. 트랜스시버(808)는 신호 경로(822)를 통해 전력 공급기(810)와 신호 통신할 수 있다. GPS 섹션(806)은 복수의 GPS 서브시스템들을 포함할 수 있으며, 이는 각각 신호 경로들(812, 814 및 816)을 통해 전력 제어기(802)와 신호 통신하는 조합된 RF/IF GPS 서브시스템(824), 베이스밴드 GPS 서브시스템(826), 및 프로세서 GPS 서브시스템(828)이다.
작동의 일 예시에서, 모션 센서(804)는 선택적인 전력 제어를 위해 사용되며, 신호 경로(818)를 통해 전력 제어기(802)로 보내지는 전력 제어 신호(830)를 생성한다. 모션 센서(804)가 무선 디바이스(800)가 정지상태임을 나타내는 전력 제어 신호(830)를 보내는 경우[예를 들어, 무선 디바이스(800)가 책상 위에 놓여있는 경우], 전력 제어기(802)는 전력 공급기(810)에 전력을 절약하도록 GPS 섹션(806) 듀티 사이클[즉, GPS 섹션(806)에 의해 GPS 샘플들이 취해지는 비율]을 감소시킨다. 모션 센서(804)에 의해 보내진 전력 제어 신호(830)가 무선 디바이스(800)가 움직이고 있음을 나타내는 경우, 전력 제어기(802)는 GPS 섹션(806) 듀티 사이클을 증가시킨다.
도 9에서, GPS 섹션(904)에 선택적으로 전력공급하기 위해 전력 제어기(902)를 이용하는 무선 디바이스(900)의 또 다른 구현의 일 예시의 블록 다이어그램이 도시된다. 무선 디바이스(900)는 전력 제어기(902), GPS 섹션(904), 트랜스시버(906), 및 전력 공급기(908)를 포함할 수 있다. 이 예시에서, 전력 제어기(902)는 신호 경로들(910, 912, 914, 916 및 918)을 통해 각각 GPS 섹션(904) 및 전력 공급기(908)와 신호 통신할 수 있다. 트랜스시버(906)는 신호 경로(920)를 통해 전력 공급기(908)와 신호 통신할 수 있다. GPS 섹션(904)은 조합된 RF/IF GPS 서브시스템(922), 베이스밴드 GPS 서브시스템(924), 및 프로세서 GPS 서브시스템(926)인 복수의 GPS 서브시스템들을 포함할 수 있으며, 이는 각각 신호 경로들(910, 912 및 914)을 통해 전력 제어기(902)와 신호 통신한다.
작동의 일 예시에서, 신호 경로(916)를 통해 GPS 섹션(904)으로부터 전력 제어기(902)로 보내지는 전력 제어 신호(930)를 생성하기 위해, GPS 섹션(904)으로부터의 속도 측정들이 사용된다. 전력 제어 신호(930)는 전력 제어기(902)에 의하여 GPS 섹션(904)의 선택적인 전력 제어를 위해 이용된다. GPS 섹션(904)이 위치결정을 취하도록 켜질 때마다, 마지막 위치결정으로부터의 위치 변화가 연산되고, 평균 속도를 결정하도록 마지막 위치결정으로부터의 시간으로 나누어진다.
도 10을 참조하면, GPS 섹션(1004)에 선택적으로 전력공급하기 위해 전력 제어기(1002)를 이용하는 무선 디바이스(1000)의 또 다른 구현의 일 예시의 블록 다이어그램이 도시된다. 무선 디바이스(1000)는 전력 제어기(1002), GPS 섹션(1004), 트랜스시버(1006), 및 전력 공급기(1008)를 포함할 수 있다. 이 예시에서, 전력 제어기(1002)는 신호 경로들(1010, 1012, 1014, 1016 및 1018)을 통해 각각 GPS 섹션(1004), 트랜스시버(1006) 및 전력 공급기(1008)와 신호 통신할 수 있다. 트랜스시버(1006)는 신호 경로(1020)를 통해 전력 공급기(1008)와 신호 통신할 수 있다. GPS 섹션(1004)은 조합된 RF/IF GPS 서브시스템(1022), 베이스밴드 GPS 서브시스템(1024), 및 프로세서 GPS 서브시스템(1026)인 복수의 GPS 서브시스템들을 포함할 수 있으며, 이는 각각 신호 경로들(1010, 1012 및 1014)을 통해 전력 제어기(1002)와 신호 통신한다.
도 6의 예시와 유사하게, 이 예시에서 무선 디바이스(1000)는 트랜스시버(1006)가 이동전화 트랜스시버인 이동전화 무선 디바이스이다. 무선 디바이스(1000)는 GPS 섹션(1004) 서브시스템들[RF/IF(1022), 베이스밴드(1024), 및 프로세서(1026)] 각각이 전력 제어기(1002)에 의해 독립적으로 전력공급될 수 있도록 구성된다.
작동 시, 전력 공급기(1008)는 신호 경로들(1020 및 1018)을 통해 각각 트랜스시버(1006)에 제 1 전력 신호(1028)를, 그리고 전력 제어기(1002)에 제 2 전력 신호(1030)를 공급한다. 전력 제어기(1002)는 [신호 경로(1016)를 통해] 트랜스시버(1006)로부터 수신된 전력 제어 신호(1038)에 기초하여 GPS 샘플링 및 측정을 수행하도록 [출력 신호들(1032, 1034 및 1036)을 통해] GPS 서브시스템들 각각에 선택적으로 전력공급하며, 이때 수신된 전력 제어 신호(1038)는 트랜스시버(1006)에 의해 수행된 도플러 측정들의 정보를 포함한다. 기지국 도플러 시프트들이 작은 경우, GPS 섹션(1004) 듀티 사이클은 감소된다. 이들이 증가하는 경우, 듀티 사이클도 증가된다.
일반적으로, 본 발명의 다양한 구현 예시들은 다음 검출 프로세스들 중 1 이상을 이용한다:
1) RSSI 샘플들은 시간 간격에 걸쳐 각각의 신호에 대해 평균되고, 이전 간격에 걸쳐 연산된 그 값들과의 차이를 구한다. 차이들이 임계치보다 적은 경우, 디바이스는 정지상태인 것으로 간주되고, GPS 듀티 사이클은 최소 값에 유지된다.
2) RSSI 샘플들은 시간 간격에 걸쳐 각각의 신호에 대해 평균되고, 이전 간격에 걸쳐 연산된 그 값들과의 차이를 구한다. 차이들이 임계치보다 적은 경우, GPS 섹션은 꺼진다(power off).
3) RSSI 샘플들은 시간 간격에 걸쳐 각각의 신호에 대해 평균되고, 여러 시간 간격들에 걸쳐 변동이 연산된다. 변동들이 임계치보다 큰 경우, 다이버시티(diversity)가 켜진다.
4) 각각의 신호에 대해 이동전화 신호 도플러가 측정된다. 최대 도플러가 임계치를 초과하는 경우, GPS 섹션은 강한 신호 레벨들로 작동하도록 구성된다.
5) RSSI 샘플들은 시간 간격에 걸쳐 각각의 신호에 대해 평균된다. 신호들의 주어진 비율(예를 들어, 약 75 %)에 대해 평균된 RSSI 샘플들이 특정 시간(specified number of minutes) 내에 임계치량 이상 감소하는 경우, 무선 디바이스가 빌딩에 들어왔다고 가정되고, 가능하다면 즉시 위치 결정(immediate position fix)이 수행되거나, 빌딩에 들어가기 전 마지막 위치 결정이 빌딩 위치로서 사용된다.
6) RSSI 샘플들은 시간 간격에 걸쳐 각각의 신호에 대해 평균된다. 신호들의 주어진 비율(예를 들어, 75 %)에 대해 평균된 RSSI 샘플들이 특정 시간 내에 임계치량 이상 증가하는 경우, 디바이스가 빌딩을 나왔다고 가정되고, 즉시 위치 결정이 수행된다.
7) RSSI 샘플들은 시간 간격에 걸쳐 각각의 신호에 대해 평균되며, 각각의 신호에 대해 이동전화 신호 도플러가 측정된다. RSSI 샘플들이 빠르게 변화하고 있고 도플러가 낮은 경우, 디바이스는 보행자에 의해 운반되는 것으로 가정되며, GPS 듀티 사이클은 이에 따라 낮게 설정된다.
도 11은 본 발명에 따른 시스템에 의해 수행되는 방법의 구현의 일 예시의 흐름도(1100)이다. 흐름도(1100)는 웨이크업 이벤트로 시작한 후, MPM에서 일어날 수 있는 4 가지 주요한 종류의 웨이크업 처리를 설명한다. 4 종류의 웨이크업 처리는 A(1102), B(1103), C(1104) 및 D(1105)로 분류된 4 가지 처리 경로들에 의해 설명된다. 이 예시에서, 각각의 처리 경로는 이 웨이크업 이벤트들 동안의 전력 레벨들에 의존하는 상이한 레벨의 전력 소비, 및 웨이크업 이벤트들에서 이 상이한 경로들이 실행되는 주파수들과 연계된 상이한 듀티 사이클들을 갖는다.
이 프로세스의 목적은, 웨이크업까지 가장 긴 가능한 유휴 시간(off time)을 갖는 최저 전력 경로를 사용하도록 다음 웨이크업 이벤트를 항상 셋업하는 것이다. 사용할 처리 경로의 선택은, 위치, 시간, 주파수 및 위성궤도정보 유효성 내에서 GPS 섹션의 현재 불확실성 추산에 의존하며, 이때 시간 불확실성이 일반적으로 우세한 변수이다.
처리 경로 A(1102)는 최대 전력을 이용한다. 이 처리 경로는, GPS 섹션이 1 이상의 GPS 위성으로부터 위성궤도정보 데이터를 수집하도록 강제되는 경우에 사용된다. 전형적으로, 이는 매번 18 초보다 약간 긴 웨이크업 시간으로 기껏해야 1 시간당 2 번 일어난다. 웨이크업 지속의 이유는, GPS 위성들로부터의 위성궤도정보 데이터가 총 18 초 동안 각각 6 초의 3 개의 서브-프레임들로 전송되기 때문이다. 몇몇 시스템들에서, 이 모드는 확장 위성궤도정보 방법이 사용되는 경우에 몇 시간마다와 같이 드물게 사용될 수 있다.
경로 A(1102)에서 작동하는 경우, GPS 섹션은 다른 불확실성 감소를 수행할 기회를 취할 수도 있다. 이는, GPS 위성들로부터 데이터를 수집하는 동안 GPS 섹션이 전력의 상당한 추가 손실 없이 GPS 내비게이션 알고리즘을 실행함으로써 GPS 측정들로부터 현재 위치 및 시간을 업데이트할 수 있기 때문에 가능하다. 또한, 그 후 GPS 솔루션에 기초하여 GPS 섹션은 최고 정확성으로 TCXO 주파수, RTC 주파수 및 RTC 시간을 업데이트할 수 있다.
GPS 섹션이 위성궤도정보를 수집하여야 하는 GPS 위성들에 대한 데이터를 복조할 능력을 잃는 경우, 이는 헛되이 전력을 낭비하기보다는 웨이크업 사이클을 중지시킬 것임을 이해한다. 데이터 수집을 중지시킬 경우, 유효한 패러티(parity)와 함께 성공적으로 수집되었던 첫번째 3 개의 서브프레임들의 30 비트 워드들이 보존되어, 완전한 재수집보다는 실패 지점으로부터 후속한 재-수집이 처리되게 한다. 이러한 것으로서, 일반적으로 GPS 섹션이 우선 처리 경로 B(1103)를 실행하고, 이것이 매우 긴급하게 위성궤도정보 데이터가 필요한 GPS 위성들로부터 데이터를 수집하기에 충분히 강한 신호들을 갖는다고 밝혀진 경우에만 처리 경로 A(1102)가 시도된다(즉, GPS 섹션은 현재 유효한 위성궤도정보를 갖지 않거나, 또는 현재 갖고 있는 데이터가 만료되려고 하고, GPS 위성은 GPS 섹션에 유용하도록 충분한 양의 시간 동안 수평선 위에 유지될 것이다).
명확하게는, 처리 경로 A(1102)에서 GPS 섹션은 다음 프로세스를 수행한다. GPS 섹션은 웨이크업 상태(1106)에 배치되고, GPS 섹션은 이것이 GPS 모드인지 RTC 모드인지를 결정한다(1107). 이것이 GPS 모드인 경우, GPS 섹션은 이것이 처리 경로 B(1103)를 통해 MPM 모드에서 작동할 것인지, 처리 경로 A(1102)를 통해 연속 모드에서 작동할 것인지를 결정한다(1108). 연속 모드가 선택되는 경우, 프로세스는 처리 경로 A(1102)로 이어지며, GPS 섹션은 RTC/TCXO 비율을 결정하도록 측정을 시작한다(1109). 동시에, 또는 이후 GPS 섹션은 GPS 신호들을 연속적으로 캡처하기 시작하고(1110), 온도 기록계(존재하는 경우)로부터 정보를 판독한다(1111). 그 후, GPS 섹션은 TCXO 주파수를 얻도록 현재 온도에서 TCXO 모델을 이용한다(1112). 그 후, GPS 섹션은 GPS 획득 및 추적 프로세스를 시작하고(1113), 데이터 수집 시간(1114)을 결정한다. 웨이크업 시간은 클록 전에 약간의 추적 시간을 허용하도록 프로그램되었으며, GPS 프레임의 위성궤도정보 서브-프레임들(1 내지 3)이 시작할 것으로 예상된다. 다양한 GPS 위성들로부터의 복조된 데이터 비트들의 데이터 수집은 첫번째 필수 서브-프레임 또는 30 비트 데이트 워드로 시작한다. 데이터 수집 시간에 앞서, 복조된 데이터 비트들은 저장되도록 요구되지 않는다. 그 후, GPS 섹션은 추적 상태를 결정하고(1115), 추적 상태는 낮은 오차 비율 복조에 대한 임계치 이상의 잡음에 대한 신호로 고정되어 유지되며, 데이터 복조 및 데이터 비트 수집이 계속된다. 데이터 수집이 진행함에 따라, GPS 섹션은 전형적으로 초당 한번 추적된 위성들의 의사 거리 및 의사 거리 비율의 주기적인 측정에 대해 시간이 도달하였는지를 결정한다(1116). 측정 시간이 도달한 경우, 측정들이 수집된 후 GPS 섹션이 내비게이션 솔루션을 업데이트하고(1117), 프로세스들은 계속해서 RTC/TCXO 비율이 준비되었는지를 결정한다(1118). 측정 시간이 도달하지 않은 경우, 프로세스는 바로 RTC/TCXO 비율이 준비되었는지를 결정하도록 계속된다. RTC/TCXO 비율이 준비된 경우, GPS 섹션은 RTC/TCXO 비율을 업데이트하고, 다시 온도 기록계(존재하는 경우)를 판독한다(1120). GPS 섹션이 RTC/TCXO 비율이 준비되지 않았다고 결정한 경우, 프로세스는 바로 온도 기록계를 판독하는 단계(1120)로 진행한다. 그 후, GPS 섹션은 여하한의 캘리브레이션이 수행될 필요가 있는지를 결정한다(1122). 그러한 경우, GPS 섹션들은 GPS 시간으로부터 RTC 시간을 업데이트하고, GPS 주파수로부터 현재 온도에서 TCXO를 캘리브레이션하며, 주파수들을 결부시키도록 RTC/TCXO 비율을 이용하여 TCXO 주파수로부터 현재 온도에서 RTC 주파수를 캘리브레이션하고, 및/또는 무선 디바이스의 위치 정보를 업데이트할 수 있다(1121). 그 후, GPS 섹션은 여하한의 추가 데이터 수집, 내비게이션 업데이트들 또는 캘리브레이션 처리가 수행되어야 하는지를 결정한다(1123). 그러한 경우(완료되지 않음), 프로세스는 단계(1115)로 되돌아가고, 단계들(1115 내지 1123)을 반복한다. 완료된 경우, GPS 섹션은 수집된 위성궤도정보 및 데이터를 저장하고(1124), 처리 경로 D(1105)에서 RTC 시간의 불확실성을 업데이트(1125)하도록 진행한다. 추가적으로, GPS 섹션이 저전력으로 인해 추적 상태가 실패했거나 필요한 추적을 잃었다고 결정하는 경우(1115)에도, 프로세스는 처리 경로 D(1105)에서 RTC 시간의 불확실성을 업데이트하는 단계(1125)로 이어진다.
처리 경로 B(1103)를 참조하면, 시스템은 MPM을 수행한다. MPM은 처리 경로 A(1102)에서 설명된 연속 모드보다 (약 50 배 낮은) 저전력에서 작동한다. MPM에서, GPS 섹션은 처리 경로 A(1102)에서와 같이 18 초 동안 연속적이기보다는, 100 ms 정도의 짧은 시간 동안만 GPS RF 샘플들을 캡처한다. 그 후, GPS 섹션은 이 샘플들에서 GPS 신호들을 검출하려고 시도하고, GPS 위성들에 대한 범위 측정들이 검출되게 한다. 이 모드는 현재 GPS 섹션 위치에서 수평선 위의 다양한 GPS 위성들에 대해 0으로부터 수 개의 범위 측정들까지 제공할 수 있다. 우수한 조건들 하에서, GPS 내비게이션 방정식들이 위치 및 시간에 대해 풀릴 수 있는 우수한 지오메트리[예를 들어, 소위 PDOP < 10, 이때 PDOP는 위치 정밀도 저하율(position dilution of precision)]를 제공하는 충분한 GPS 위성들이 존재할 수 있다. 이는 현재 온도에서 TCXO 및 RTC 주파수들을 캘리브레이션하고, GPS 정확성에 대해 RTC 시간을 보정하며, GPS 섹션의 위치를 업데이트하도록 최고 품질의 기회를 제공한다. 하지만, 이 MPM 모드는 깊숙한 실내 위치들과 같은 매우 어려운 환경들도 대처하며, 이때 존재한다면 몇몇 GPS 측정들이 가능할 수 있다. 적어도 1 이상의 GPS 신호 측정이 수행될 수 있는 경우, GPS 섹션은 이것이 정지상태(실내인 경우에 우수한 접근)이고 GPS 시간만을 업데이트한다고 가정함으로써 GPS 내비게이션 방정식들을 풀 수 있다. 즉, 하나의 GPS 신호 측정으로 GPS 섹션은 하나의 미지수에 대해 풀릴 수 있으며, 이는 GPS 시간이다. 가능한 GPS 측정들이 존재하지 않는 경우, GPS 섹션은 낮은 RTC 시간 불확실성을 가능한 한 오래 보존하기 위하여, 여전히 RTC 시간을 보정하는데 기존 TCXO 캘리브레이션 테이블 또는 모델을 사용할 기회를 취할 수 있다. MPM은 저전력이지만, 이는 일반적으로 조금씩만(sparingly) 사용되며, 이는 전형적으로 웨이크업 간격이 일반적으로 약 200 내지 300 ms 지속되는 웨이크업 이벤트들 사이에서 적어도 60 초이기 때문이다.
명확하게는, 처리 경로 B(1103)에서 GPS 섹션은 다음 프로세스를 수행한다. GPS 섹션은 처리 경로 B(1103)를 통해 MPM 모드에서 작동할 것을 결정하고(1108), GPS 섹션은 RTC/TCXO 비율을 결정하도록 측정을 시작한다(1126). 동시에, 또는 이후 GPS 섹션은 GPS 신호들의 스냅숏 캡처를 시작하고(1127), 온도 기록계(존재하는 경우)로부터 정보를 판독한다(1128). 그 후, GPS 섹션은 TCXO 주파수를 얻도록 현재 온도에서 TCXO 모델을 이용하고(1129), 비율 측정이 완료될 때까지 기다린다(1130). 일단 비율 측정이 완료되면(1130), GPS 섹션은 RTC 주파수를 추산하도록 비율 및 TCXO 주파수를 이용한 후(1131), 경과된 RTC 시간을 보정하도록 현재 및 이전 RTC 주파수들을 이용한다(1132). 그 후, GPS 섹션은 GPS 탐색들을 셋업하도록 TCXO 주파수 및 RTC 시간을 이용하며(1133), TCXO 주파수를 이용한 후 GPS 신호 캡처를 수행한다. GPS 섹션은 GPS 신호 캡처를 완료하기를 기다리고(1135), GPS 위성 탐색 및 측정을 실행한다(1136). 그 후, GPS 섹션은 우수한 지오메트리(즉, PDOP)를 제공하는 충분한 GPS 위성 측정들이 존재하는지를 결정한다(1137). 존재하는 경우, GPS 섹션은 무선 디바이스의 GPS 시간 및 위치에 대해 해결한 후(1138), 위치 정보를 저장하고 업데이트한다(1139). 그 후, GPS 섹션은 RTC 시간을 보정하도록 GPS 시간을 이용하고(1140), TCXO 주파수를 보정하도록 GPS 주파수를 이용한다(1141). 또한, GPS 섹션은 RTC 주파수를 보정하도록 TCXO 주파수를 이용하고(1142), 현재 온도에서 TCXO 및 RTC 주파수 모델들을 업데이트한다(1143). 그 후, 프로세스는 GPS 섹션이 RTC 시간의 불확실성을 업데이트하는 처리 경로 D(1105)의 단계(1125)로 진행한다.
대신, GPS 섹션이 0보다 크지만 우수한 지오메트리를 제공하기에 여전히 충분하지 않은 GPS 위성 측정들이 존재한다고 결정하는 경우(1137), GPS 섹션은 GPS 시간에 대해 해결한 후(1144), RTC 시간을 보정하도록 GPS 시간을 이용하고(1140), 프로세스는 다시 단계들(1141 내지 1125)로 진행한다. 또한, GPS 섹션이 GPS 위성 측정들이 이용가능하지 않다고 결정하는 경우(1137), 프로세스는 GPS 섹션이 RTC 주파수 모델을 업데이트하도록 현재 RTC 주파수 및 현재 온도를 사용하는 처리 경로 C의 단계(1145)로 이어지며, 그 후 프로세스들은 GPS 섹션이 RTC 시간의 불확실성을 업데이트하는 처리 경로 D(1105)의 단계(1125)로 진행한다.
처리 경로 C(1104)를 참조하면, 시스템은 RTC의 TCXO 업데이트만이 요구된다고 결정한다. 이 모드에서, GPS 섹션은 처리 경로 B(1103)에서 설명된 MPM 모드에서보다 적은 전력을 이용한다. 이 경우, 종래의 비율 카운터 또는 EARC를 이용하여 RTC 및 TCXO 주파수 간의 비율을 측정하는 회로를 통해 RTC 주파수를 캘리브레이션하기 위해, 온도에 대한 TCXO 주파수 캘리브레이션 테이블이 사용된다. 이 RTC 주파수 추산 및 이전 웨이크업 이벤트로부터의 이전 RTC 주파수 추산이 주어지면, GPS 섹션은 GPS 시스템 시간에 대한 그 현재 값을 보정하도록 경과된 RTC 시간을 스케일링할 수 있다. 이 모드에서, GPS 섹션은 TCXO, RTC, 비율 측정 회로 및 시스템 마이크로 프로세서를 운영하기만 하면 된다. 또한, GPS 섹션 내의 프로세서는 단지 웨이크업 이벤트 동안 매우 낮은 듀티 사이클에서 작동한다. 전형적으로, 이 경우 웨이크업 이벤트는 온도 기록계에 의해 감지된 온도의 변화이다. 흔히, 이는 센서 A/D의 단 하나의 LSB의 변화를 갖는 단일 기록된 온도일 것이다. 온도가 안정적인 경우, 웨이크업 이벤트들은 시간에 있어서 꽤 멀리 떨어져 이격될 수 있는 한편, 온도가 빠르게 변화하고 있는 경우, 웨이크업 이벤트들은 초당 한 번만큼 자주 일어날 수 있다.
명확하게는, 처리 경로 C(1104)에서 GPS 섹션은 다음 프로세스를 수행한다. GPS 섹션은 처리 경로 C(1104)를 통해 RTC 업데이트의 TCXO 모드에서 작동할 것을 결정하고(1107), GPS 섹션은 RTC/TCXO 비율을 결정하도록 측정을 시작한다(1146). 그 후, GPS 섹션은 온도 기록계로부터 정보를 판독하고(1147), TCXO 주파수를 얻도록 현재 온도에서 TCXO 모델을 이용하며(1148), 비율 측정이 완료될 때까지 기다린다(1149). 일단 비율 측정이 완료되면(1149), GPS 섹션은 RTC 주파수를 추산하도록 비율 및 TCXO 주파수를 이용한 후(1150), 경과된 RTC 시간을 보정하도록 현재 및 이전 RTC 주파수들을 이용한다(1151). 그 후, GPS 섹션은 RTC 주파수 모델을 업데이트하도록 현재 RTC 주파수 및 현재 온도를 이용하고(1145), 프로세스는 GPS 섹션이 RTC 시간의 불확실성을 업데이트(1125)하는 처리 경로 D(1105)의 단계(1125)로 진행한다.
처리 경로 D(1105)를 참조하면, 시스템은 이것이 단지 RTC를 업데이트하는 트리클-전력 모드에 있다고 결정한다. 이 모드에서, GPS는 연장된 시간 전형적으로 몇 분에 걸쳐 RTC 카운터의 시간 태그된 온도(time tagged temperature)들을 기록하는 GPS 섹션의 능력을 충분히 이용한다. 이 모드를 이용하기 위해, GPS 섹션은 온도에 대한 RTC 발진기 주파수를 캘리브레이션한다. 그 후, 웨이크업 이벤트가 일어나는 경우, 통상적으로 프로그램된 충전 지점(fill point)에 도달한 온도 기록계("TR")에서 선입선출(first-in-first-out: "FIFO") 상태 기계로 인해, 측정들의 수는 연속 웨이크업 이벤트들 사이에서 몇 개의 시간 세그먼트들에 걸친다. 인접한 시간 태그된 온도들에 의해 정의된 각각의 RTC 시간 세그먼트에 대해, GPS 섹션은 온도에 대한 RTC 주파수 캘리브레이션 테이블을 이용함으로써 온도 변화로 인한 RTC 시간에서의 누적 오차를 추산할 수 있다. 따라서, 한 세그먼트씩 GPS 섹션들이 현재 RTC 시간을 보정한다. 이 프로세스는, 보정들의 집단(batch)으로서 경과된 RTC 시간을 보정하게 하는 매우 드문 웨이크업 간격들을 허용한다. 이 경우, GPS 섹션은 TCXO 또는 비율 카운터를 켜지 않아도 된다. 단지 GPS 섹션 내의 GPS 프로세서가 운영되어야 하고, 보정들은 매우 낮은 확장 평균 전력에서 수백 마이크로 초 내에 계산될 수 있다.
명확하게는, 처리 경로 D(1105)에서 GPS 섹션은 다음 프로세스를 수행한다. GPS 섹션은 TR로부터 정보를 판독하고(1152), TR 시간 태그로부터 다음 RTC 시간 간격을 얻으며(1153), 간격의 시작 및 끝 온도들을 이용하여 RTC 시간을 보정한다(1154). 그 후, GPS 섹션은 TR FIFO에서 더 많은 TR 데이터가 이용가능한지를 결정한다(1155). 더 많이 이용가능한 경우, 프로세스는 단계들(1152 내지 1155)을 반복한다. 추가 데이터가 이용가능하지 않은 경우, GPS 섹션은 RTC 시간의 불확실성을 업데이트하고(1125), 불확실성에 기초하여 다음 작동 모드를 결정하며(1156), 온도 및 시간에 대한 웨이크업 기준을 설정한다(1157). 그 후, GPS 섹션은 TR 온도 기반 웨이크업 이벤트에 대해 TR FIFO 충전 알람 레벨을 설정하고(1158), RTC 시간이 맞춰진 웨이크업 이벤트에 대해 RTC 알람 시간을 설정한다(1159). 두 이벤트들은, 온도가 일정한 경우에도 RTC 알람이 주기적으로 시스템을 깨워 현재 시스템 조건들을 평가할 것을 보장하기 위해 사용된다. 그 후, GPS 섹션은 웨이크업 결정 단계(1106)로 되돌아가 다음 웨이크업 이벤트를 기다리고, 프로세스가 반복된다.
본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 더 많은 실시예들 및 구현들이 가능하다는 것을 분명히 알 것이다. 또한, 많은 구현들의 앞선 설명은 예시 및 설명을 위해 제시되었다는 것을 이해할 것이다. 이는 완전하지 않으며, 주장되는 발명들을 개시된 명확한 형태들에 제한하지 않는다. 수정예들 및 변형예들이 앞선 설명에 비추어 가능하거나, 본 발명을 시행하여 얻어질 수 있다. 청구항들 및 그 균등물들은 본 발명의 범위를 정의한다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들 및 그 균등물들을 고려한 것 외에는 제한되어서는 안 된다.

Claims (57)

  1. 전력 공급기(power supply)를 이용하는 트랜스시버(transceiver)를 포함한 무선 디바이스에 있어서:
    복수의 GPS 서브시스템들을 갖는 위성 위치확인 시스템(Global Positioning System: "GPS") 섹션; 및
    상기 전력 공급기 및 상기 GPS 섹션과 신호 통신하는 전력 제어기를 포함하고,
    상기 전력 제어기는 입력 전력 제어 신호의 수신에 응답하여, 상기 복수의 GPS 서브시스템들로부터의 각각의 GPS 서브시스템에 선택적으로 전력공급하도록 구성되고,
    상기 GPS 섹션은 상기 무선 디바이스가 약한 신호 환경에 있는 경우에 타이밍 수신기(timing receiver)로서 작동하도록 구성되며, 상기 GPS 섹션은 상기 무선 디바이스가 정적 위치에 있다고 가정하고, 상기 GPS 섹션이 상기 약한 신호 환경에서 측정들을 수행할 수 있을 때마다 상기 무선 디바이스가 정적 위치에 있다는 가정을 검증하도록 구성되는 무선 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 GPS 서브시스템들은
    적어도 1 이상의 RF GPS 서브시스템,
    베이스밴드(baseband) GPS 서브시스템, 및
    프로세서 GPS 서브시스템을 포함하고,
    상기 전력 제어기는 상기 입력 전력 제어 신호의 수신에 응답하여, 상기 적어도 1 이상의 RF GPS 서브시스템을 끄도록 구성되는 무선 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 GPS 섹션, 트랜스시버, 온도 센서, 및 모션 센서(motion sensor)로 구성된 그룹으로부터 선택된 구성요소에 의해 생성되는 무선 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 트랜스시버에 의해 생성되고, 상기 입력 전력 제어 신호는 RSSI 측정 신호 또는 도플러(Doppler) 측정 신호인 무선 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 GPS 섹션에 의해 생성되고, 상기 GPS 섹션으로부터의 속도 측정들을 포함하는 무선 디바이스.
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 비트 동기화, 프레임 동기화, 또는 둘 모두의 필요성을 최소화하기 위해 시간 및 주파수 불확실성(uncertainty)들을 관리하도록 구성되는 무선 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 상기 시간 불확실성을 "C/A(coarse/acquisition)" 코드 주기의 ±¼ 내에 유지하기에 필요한 정도로만 웨이크업(wake up)하는 저전력 모드에서 작동하도록 구성되는 무선 디바이스.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 RF 샘플 데이터 시퀀스를 캡처하도록 주기적으로 웨이크업하는 저전력 모드에서 작동할 수 있는 무선 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    GPS 샘플링은 이동전화(cellular) RSSI 측정들에 기초하여 적응될 수 있는 무선 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션에서 웨이크업들 사이에 시간을 유지하기 위해 사용되는 실시간 클록("RTC")을 더 포함하는 무선 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 RTC는 32,768 Hz에서 운영되도록 구성되는 무선 디바이스.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 예측가능한 데이터 세그먼트들에 동기화되는 데이터를 캡처하도록 구성되는 무선 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 예측가능한 데이터 세그먼트들은 데이터의 "HOW(hand-over-word)" 워드들의 예측가능한 "TOW(time of the week)" 비트 세그먼트들 또는 "TLM(telemetry data)"의 동기화된 비트 세그먼트들로부터의 데이터 비트들인 무선 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 더 낮은 신호 레벨들에서 GPS 신호 데이터의 측정들을 가능하게 하도록 데이터 스트리핑(data stripping)을 이용하는 더 긴 코히런트 적분(coherent integration)을 이용하도록 구성되는 무선 디바이스.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 제어기는 상기 베이스밴드 GPS 서브시스템에 의해 처리되는 GPS 샘플들을 수신하는 상기 GPS 섹션에 응답하여 상기 적어도 1 이상의 RF GPS 서브시스템을 끌 수 있는 무선 디바이스.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션에서 웨이크업들 사이에 시간을 유지하기 위해 사용되는 실시간 클록("RTC")을 더 포함하고, 상기 RTC는 온도의 함수로서 주파수 오차를 갖는 무선 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 적응적인 GPS 샘플링 간격 주파수를 갖는 GPS 샘플들을 수신하도록 구성되는 무선 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 GPS 샘플링 간격 주파수는 상기 RTC의 관찰된 클록 주파수에 기초하여 적응하는 무선 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 GPS 샘플링 간격 주파수는 이전 관찰된 RTC 클록 주파수 샘플에 기초하는 관찰된 RTC 클록 주파수의 변화율에 기초하여 적응되는 무선 디바이스.
  21. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력 제어기는 상기 모션 센서로부터 입력 전력 제어 신호를 수신하도록 더 구성되고, GPS 샘플링은 상기 무선 디바이스가 정지되어 있을 때마다 감소되는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 무선 디바이스.
  22. 제 3 항에 있어서,
    상기 무선 디바이스가 정지되어 있음을 결정하기 위해 RSSI 측정들이 이용되는 무선 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 무선 디바이스가 정지되어 있음을 결정하기 위해 도플러 시프트 측정들이 이용되는 무선 디바이스.
  24. 제 22 항에 있어서,
    듀티 사이클은 상기 무선 디바이스가 사전설정된 임계치보다 느리게 이동하고 있는 경우에 감소되는 무선 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 사전설정된 임계치는 시간당 10 마일인 무선 디바이스.
  26. 제 3 항에 있어서,
    상기 무선 디바이스는 이동전화 트랜스시버, Wi-Fi 트랜스시버, Wi-MAX 트랜스시버, 및 위성 트랜스시버로 구성된 그룹으로부터 선택된 트랜스시버 형태를 포함하는 무선 디바이스.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 디바이스는 노트북 컴퓨터, 무선 전화 단말기(handset), 위성 전화 단말기, "VoIP(voice-over Internet protocol)" 단말기 및 이동전화 단말기로 구성된 그룹으로부터 선택된 무선 디바이스의 한 형태인 무선 디바이스.
  28. 제 11 항에 있어서,
    상기 RTC는 시간 값 및 주파수 값을 갖고, 상기 GPS 섹션은 GPS 신호 측정이 가능하지 않은 경우 TCXO 주파수를 갖는 "TCXO(Temperature Controlled Crystal Oscillator)"로부터의 신호에 기초하여 상기 시간 및 주파수 값들을 업데이트하도록 구성되는 무선 디바이스.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 RTC 주파수는 상기 TCXO에 대한 RTC의 비율에 기초하여 업데이트되고, 상기 TCXO 주파수는 GPS 측정으로부터 캘리브레이션된 마지막 값인 무선 디바이스.
  30. 제 29 항에 있어서,
    GPS 시간에 대한 현재 RTC 시간 바이어스(bias)는 현재 RTC 주파수와 이전 RTC 주파수 업데이트 간의 평균에 기초하여 업데이트되는 무선 디바이스.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 TCXO 주파수 오차에 대한 상기 TCXO에 대한 RTC의 비율의 폴딩 캘리브레이션(folded calibration)을 이용하여 상기 TCXO를 캘리브레이션하도록 구성되는 무선 디바이스.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 폴딩 캘리브레이션은 종래의 비율 카운터 또는 에지 정렬 비율 카운터(edge aligned ratio counter)를 이용하는 무선 디바이스.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 RTC는 온도의 함수로서 주파수 오차를 갖고, 상기 GPS 섹션은 상기 온도 센서에 의해 생성된 온도 측정들에 기초하여 상기 RTC 주파수 오차를 캘리브레이션하도록 구성되는 무선 디바이스.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 추산된 온도 및 온도의 변화에 기초하여 업데이트 시간의 간격을 적응적으로 변화시키도록 구성되는 무선 디바이스.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 온도에 대한 TCXO 주파수 오차는 상기 온도 센서에 의해 생성된 온도 데이터에 기초하여 캘리브레이션되는 무선 디바이스.
  36. 제 9 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 상기 GPS 섹션 내에 위치된 캡처 버퍼(capture buffer)를 처리함으로써 탐색 불확실성을 조정하도록 구성되는 무선 디바이스.
  37. 제 36 항에 있어서,
    타이밍 수신기 모드에서의 검출 임계치를 감소시키기 위해 상이한 범위 보정과의 교차 위성 비-간섭성 조합(cross satellite non-coherent combining)이 이용되는 무선 디바이스.
  38. 제 9 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 수신된 GPS 위성의 확장 위성궤도정보(extended ephemeris: "EE")가 이용가능한 한, 데이터 수집을 수행하는 것을 회피하도록 구성되는 무선 디바이스.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 상기 무선 디바이스와 신호 통신하는 네트워크로부터 상기 EE를 다운로드하도록 구성되는 무선 디바이스.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 상기 EE를 계산하도록 구성되는 무선 디바이스.
  41. 제 9 항에 있어서,
    상기 GPS 섹션은 상기 GPS 섹션이 책력(almanac) 및 현재 시간 및 위치 가설에 기초하는 새로운 GPS 위성에 대한 범위 및 드리프트(drift)를 이용하여 상기 새로운 GPS 위성을 캘리브레이션할 수 있는 경우, 상기 GPS 섹션이 데이터 수집을 수행하는 것을 회피하도록 구성되는 무선 디바이스.
  42. 복수의 GPS 서브시스템들을 갖는 위성 위치확인 시스템("GPS") 섹션을 갖는 무선 디바이스에서 이용되는 전력 제어기에 있어서:
    상기 무선 디바이스 내의 전력원으로부터 입력 전력 신호를 수신할 수 있는 제 1 입력부;
    입력 전력 제어 신호를 수신할 수 있는 제 2 입력부;
    복수의 출력부들 -상기 복수의 출력부들로부터의 각각의 출력부는 상기 복수의 GPS 서브시스템들로부터의 대응하는 GPS 서브시스템과 신호 통신할 수 있음- ; 및
    상기 복수의 출력부들로부터 각각의 출력부를 선택하고, 상기 선택된 출력부로부터 상기 대응하는 GPS 서브시스템으로 전력 신호를 보낼 수 있는 제어기를 포함하고,
    상기 GPS 섹션은 상기 무선 디바이스가 약한 신호 환경에 있는 경우에 타이밍 수신기(timing receiver)로서 작동하도록 구성되며, 상기 GPS 섹션은 상기 무선 디바이스가 정적 위치에 있다고 가정하고, 상기 GPS 섹션이 상기 약한 신호 환경에서 측정들을 수행할 수 있을 때마다 상기 무선 디바이스가 정적 위치에 있다는 가정을 검증하도록 구성되는 전력 제어기.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 복수의 GPS 서브시스템들은
    적어도 1 이상의 RF GPS 서브시스템,
    베이스밴드 GPS 서브시스템, 및
    프로세서 GPS 서브시스템을 포함하고,
    상기 전력 제어기는 상기 입력 전력 제어 신호의 수신에 응답하여, 상기 적어도 1 이상의 RF GPS 서브시스템을 끄도록 구성되는 전력 제어기.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 GPS 섹션, 트랜스시버, 온도 센서, 및 모션 센서로 구성된 그룹으로부터 선택된 구성요소에 의해 생성되는 전력 제어기.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 트랜스시버에 의해 생성되고, 상기 입력 전력 제어 신호는 RSSI 측정 신호 또는 도플러 측정 신호인 전력 제어기.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 GPS 섹션에 의해 생성되고, 상기 GPS 섹션으로부터의 속도 측정들을 포함하는 전력 제어기.
  47. 무선 디바이스 내에서 마이크로-전력 모드(micro-power mode: "MPM")로 위성 위치확인 시스템("GPS") 섹션을 작동시키는 방법에 있어서:
    상기 GPS 섹션은 복수의 GPS 서브시스템들을 갖고, 상기 방법은:
    입력 전력 제어 신호를 수신하는 단계;
    규칙들의 세트에 기초한 측정 신호의 수신에 응답하여, 상기 복수의 GPS 서브시스템들 내의 각각의 GPS 서브시스템에 선택적으로 전력공급하는 단계; 및
    상기 무선 디바이스가 약한 신호 환경에 있는 경우, 상기 GPS 섹션을 타이밍 수신기로서 작동시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 타이밍 수신기로서 작동시키는 단계는
    상기 무선 디바이스가 정적 위치에 있다고 가정하는 단계, 및
    상기 GPS 섹션이 상기 약한 신호 환경에서 측정들을 수행할 수 있을 때마다, 상기 무선 디바이스가 정적 위치에 있다는 가정을 검증하는 단계를 포함하는 작동 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 GPS 섹션, 트랜스시버, 온도 센서, 및 모션 센서로 구성된 그룹으로부터 선택된 구성요소에 의해 생성되는 작동 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 트랜스시버에 의해 생성되고, 상기 입력 전력 제어 신호는 RSSI 측정 신호 또는 도플러 측정 신호인 작동 방법.
  50. 제 48 항에 있어서,
    상기 입력 전력 제어 신호는 상기 GPS 섹션에 의해 생성되고, 상기 GPS 섹션으로부터의 속도 측정들을 포함하는 작동 방법.
  51. 삭제
  52. 제 49 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전력공급하는 단계는,
    비트 동기화, 프레임 동기화, 또는 둘 모두의 필요성을 최소화하기 위해, 시간 및 주파수 불확실성들을 관리하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전력공급하는 단계는,
    상기 시간 불확실성을 "C/A(coarse/acquisition)" 코드 주기의 ±¼ 내에 유지하기에 필요한 정도로만 웨이크업하는 저전력 모드에서 작동시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전력공급하는 단계는,
    RF 샘플 데이터 시퀀스를 캡처하도록 주기적으로 웨이크업하는 저전력 모드에서 작동시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전력공급하는 단계는,
    이동전화 RSSI 측정들에 기초하여 적응적으로 GPS 샘플링하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
  56. 제 49 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전력공급하는 단계는,
    예측가능한 데이터 세그먼트들에 동기화되는 데이터를 캡처하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전력공급하는 단계는,
    더 낮은 신호 레벨들에서 GPS 신호 데이터의 측정들을 가능하게 하도록 데이터 스트리핑을 이용하는 더 긴 코히런트 적분을 이용하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
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