KR102096677B1 - signal transmission Method, storage medium and network in a wide area positioning system(WAPS) - Google Patents

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Abstract

실시예는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택함으로써 위치를 결정하는 것을 기재한다. 선택된 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는 상기 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기가, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역에서, 지정 값과 동일하거나 그 미만이도록 세트로부터 선택된다. 각각의 송신기는 위치결정 신호를 송신하고, 상기 위치결정 신호의 적어도 일부분은 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 의해 변조된다. 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 각각의 위치결정 신호를 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 변조한다. The embodiment describes determining the location by selecting a set of digital pseudorandom sequences. The magnitude of the cross-correlation between any two sequences in the selected set is below a specified threshold. The subset of the digital pseudorandom sequence is selected from the set such that the magnitude of the autocorrelation function of each member of the subset is equal to or less than a specified value, in a specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function. Each transmitter transmits a positioning signal, and at least a portion of the positioning signal is modulated by at least one member of the subset. At least two of the plurality of transmitters modulate each positioning signal by different members of a subset of the digital pseudorandom sequence.

Description

광역 위치결정 시스템(WAPS)에서의 신호 송신 방법, 저장매체 및 네트워크{signal transmission Method, storage medium and network in a wide area positioning system(WAPS)}Signal transmission method, storage medium and network in a wide area positioning system (WAPS)}

발명자:inventor:

노르만 크레스너Norman Kressner

아룬 라구파시Arun Ragufasi

관련 출원Related applications

본 출원은 2011년 06월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/502,276호의 이익을 주장한다. This application claims the benefit of U.S. Patent Application No. 61 / 502,276 filed on June 28, 2011.

이 출원은 2012년 06월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/535,626호의 가출원이다. This application is a provisional application of U.S. Patent Application No. 13 / 535,626 filed on June 28, 2012.

이 출원은 2009년 09월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/557,479호(현재, 미국 특허 번호 제8,130,141호)의 계속 출원인 2012년 03월 05일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/412,487호의 일부 계속 출원이다. This application is filed on U.S. Patent Application No. 13 / 412,487 filed on March 05, 2012, which is a continuing application for U.S. Patent Application No. 12 / 557,479 (currently U.S. Patent No. 8,130,141) filed on September 10, 2009 Some are still pending.

이 출원은 2009년 09월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/557,479호(현재, 특허 제8,130,141호)의 일부 계속 출원인 2011년 11월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제13/296,067호의 일부 계속 출원이다. This application is filed on U.S. Patent Application No. 13 / 296,067 filed on November 14, 2011, which is a continuing part of U.S. Patent Application No. 12 / 557,479 (now patent 8,130,141) filed on September 10, 2009 Some are still pending.

이 출원은 2011년 06월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제61/502,272호와 관련된다. This application relates to U.S. Patent Application No. 61 / 502,272 filed on June 28, 2011.

본 발명은 일반적으로 위치결정 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 광역 위치결정 시스템(wide area positioning system)에 관한 것이다.
The present invention relates generally to positioning systems. Specifically, the present invention relates to a wide area positioning system.

위치결정 시스템, 예컨대, 글로벌 위치결정 시스템(GPS: Global Positioning System)이 수년 동안 사용되어왔다. 그러나 열악한 신호 상태에서, 이들 종래의 위치결정 시스템은 열화된 성능을 가질 수 있다. Positioning systems, such as Global Positioning System (GPS), have been used for many years. However, in poor signal conditions, these conventional positioning systems can have degraded performance.

참조에 의한 포함Inclusion by reference

본원에서 언급되는 각각의 특허, 특허 출원, 및/또는 간행물은 각각의 개별 특허, 특허 출원, 및/또는 간행물이 특정하고 개별적으로 지시되는 것과 동일한 범위까지 그 전체가 참조로서 포함된다.
Each patent, patent application, and / or publication referred to herein is incorporated by reference in its entirety to the same extent that each individual patent, patent application, and / or publication is specified and individually indicated.

도 1은 하나의 실시예에 따르는 광역 위치결정 시스템의 블록도이다.
도 2A 및 2B(총체적으로 도 2)는 하나의 실시예에 따라, -1 실행 길이 수준의 길이 1023의 선호되는 골드 코드의 표를 포함한다.
도 3은 하나의 실시예에 따라 선호되는 골드 코드에 대한 자기 상관 대 코드 위상의 도표를 도시한다.
도 4는 하나의 실시예에 따라, 진폭 -1을 갖는 긴 자기 상관 실행을 갖는 골드 코드 쌍의 세트의 표를 포함한다.
도 5는 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드 쌍에 대한 자기 상관 크기 대 코드 위상의 도표를 도시한다.
도 6은 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드 쌍에 대한 송신된 심볼 위상 대 칩 수의 도표를 도시한다.
도 7은 저 상호 상관 값을 갖는 선호되는 최대 길이 코드의 세트의 표이다.
도 8은 하나의 실시예에 따르는 동기화된 비콘의 블록도이다.
도 9는 하나의 실시예에 따르는 리피터 구성을 이용하는 위치결정 시스템의 블록도이다.
도 10은 하나의 대안 실시예에 따르는 리피터 구서을 이용한 위치결정 시스템의 블록도이다.
도 11은 하나의 실시예에 따르는 타워 동기화를 도시한다.
도 12는 하나의 실시예에 따르는 GPS 훈련된 PPS 생성기의 블록도이다.
도 13은 하나의 실시예에 따르는 GPS 훈련된 오실레이터이다.
도 14는 하나의 실시예에 따르는 PPS와 송신기의 아날로그 섹션이 데이터를 송신할 수 있게 해주는 신호 간의 시각 차분을 카운팅하기 위한 신호 다이어그램이다.
도 15는 하나의 실시예에 따르는 차등 WAPS 시스템의 블록도이다.
도 16은 하나의 실시예에 따르는 공통 뷰 시각 전송을 도시한다.
도 17은 하나의 실시예에 따르는 양방향 시각 전송을 도시한다.
도 18은 하나의 실시예에 따르는 수신기 유닛의 블록도이다.
도 19는 하나의 실시예에 따르는 RF 모듈의 블록도이다.
도 20은 하나의 실시예에 따르는 신호의 상향 변환 및/또는 하향 변환을 도시한다.
도 21은 하나의 실시예에 따르는 수신 체인 중 하나가 WAPS 신호를 일시적으로 신하고 프로세싱하기 위해 사용될 수 있는 복수 수신 체인을 갖는 수신기 시스템의 블록도이다.
도 22는 하나의 실시예에 따르는 위치결정 시스템에서 클록 공유를 도시하는 블록도이다.
도 23은 하나의 실시예에 따르는 WAPS에서 GNSS로의 보조 전송의 블록도이다.
도 24는 하나의 실시예에 따르는 GNSS 수신기에서 WAPS 수신기로의 보조 정보의 전송을 도시하는 블록도이다.
도 25는 하나의 실시예에 따르는 WAPS 보조 정보가 WAPS 서버로부터 제공되는 예시적 구성이다.
도 26은 하나의 실시예에 따르는 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위한 흐름도이다.
도 27은 하나의 실시예에 따르는 기준 상관 함수를 추정하기 위한 흐름도이다.
도 28은 하나의 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 29는 대안적 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 30은 또 다른 대안적 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 31은 또 다른 대안 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 32는 대안적 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 33은 하나의 실시예에 따르는 기준 상승 압력 시스템의 블록도이다.
도 34는 하나의 실시예에 따르는 기준 상승 압력 시스템을 통합한 WAPS의 블록도이다.
도 35는 하나의 실시예에 따르는 다양한 시스템으로부터의 레인지 측정을 이용한 하이브리드 위치 추정의 블록도이다.
도 36은 하나의 실시예에 따르는 다양한 시스템으로부터의 위치 추정을 이용한 하이브리드 위치 추정의 블록도이다.
도 37은 하나의 실시예에 따르는, 다양한 시스템으로부터의 레인지 및 위치 추정의 조합을 이용한 하이브리드 위치 추정의 블록도이다.
도 38은 하나의 실시예에 따르는 WAPS/GNSS 시스템으로부터의 위치/속력 추정이 GNSS/WAPS 위치 및/또는 속력 추정치의 품질이 우수한 시점에서 센서의 드리프트 바이어스를 교정하는 데 도움이 되도록 피드백되는 하이브리드 위치결정 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 39는 하나의 실시예에 따르는 명시적인 피드백 없이, GNSS 및/또는 WAPS 유닛에서 위치/속력 계산의 일부로서 센서 파라미터(가령, 바이어스, 스케일 및 드리프트)가 추정되는 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 40은 하나의 실시예에 따르는 센서 교정이 개별 위치 계산 유닛과 분리되는 하이브리드 위치결정 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 41은 하나의 실시예에 따르는 개별 위치 계산 유닛의 상태의 일부로서 센서 파라미터 추정이 이뤄지는 하이브리드 위치결정 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 42는 하나의 실시예에 따르는 WAPS와 그 밖의 다른 시스템 간의 정보의 교환을 도시한다.
도 43은 하나의 실시예에 따르는 FM 수신기와 WAPS 수신기 간의 위치, 주파수, 및 시각 추정치의 교환을 도시하는 블록도이다.
도 44는 하나의 실시예에 따르는 WLAN/BT 트랜시버와 WAPS 수신기 간의 위치, 시각, 및 주파수 추정치의 교환을 도시하는 블록도이다.
도 45는 하나의 실시예에 따르는 셀룰러 트랜시버와 WAPS 수신기 간의 위치, 시각, 및 주파수 추정치의 교환을 도시하는 블록도이다.
도 46은 하나의 실시예에 따르는, 병렬 복합 상관기 아키텍처를 도시한다.
도 47은 하나의 실시예에 따르는 병렬 랜덤 액세스 읽기 능력을 갖는 2개의 16-비트 시프트 레지스터 프리머티브로부터 얻은 32-비트 시프트 레지스터 구현예를 도시한다.
도 48은 하나의 실시예에 따르는 시프트 연산 및 리드아웃 연산율을 도시한다.
도 49는 하나의 실시예에 따르는 1023×n-비트 가산기를 구현하는 가산기 트리에 대한 구조를 도시한다.
도 50은 하나의 실시예에 따르는 세션 키 설정의 블록도이다.
도 51은 하나의 실시예에 따르는 암호화에 대한 흐름도이다.
도 52는 대안적 실시예에 따르는 암호화에 대한 보안 아키텍처의 블록도이다.
1 is a block diagram of a wide area positioning system according to one embodiment.
2A and 2B (collectively FIG. 2) include a table of preferred gold codes of length 1023 at a level of -1 execution, according to one embodiment.
3 shows a plot of autocorrelation versus code phase for a preferred gold code, according to one embodiment.
FIG. 4 includes a table of sets of gold code pairs with long autocorrelation execution with amplitude −1, according to one embodiment.
5 shows a plot of autocorrelation magnitude versus code phase for a preferred gold code pair, according to one embodiment.
6 shows a diagram of transmitted symbol phase versus chip number for a preferred gold code pair, according to one embodiment.
7 is a table of sets of preferred maximum length codes with low cross-correlation values.
8 is a block diagram of a synchronized beacon according to one embodiment.
9 is a block diagram of a positioning system using a repeater configuration according to one embodiment.
10 is a block diagram of a positioning system using a repeater syntax according to one alternative embodiment.
11 illustrates tower synchronization according to one embodiment.
12 is a block diagram of a GPS trained PPS generator according to one embodiment.
13 is a GPS trained oscillator according to one embodiment.
14 is a signal diagram for counting the visual difference between a signal that allows an analog section of a PPS and a transmitter to transmit data according to one embodiment.
15 is a block diagram of a differential WAPS system according to an embodiment.
16 shows a common view time transmission according to one embodiment.
17 illustrates two-way time transmission according to one embodiment.
18 is a block diagram of a receiver unit according to one embodiment.
19 is a block diagram of an RF module according to an embodiment.
20 illustrates up-conversion and / or down-conversion of a signal according to an embodiment.
21 is a block diagram of a receiver system with multiple receive chains where one of the receive chains according to one embodiment may be used to temporarily receive and process WAPS signals.
22 is a block diagram illustrating clock sharing in a positioning system according to one embodiment.
23 is a block diagram of auxiliary transmission from WAPS to GNSS according to an embodiment.
24 is a block diagram illustrating transmission of auxiliary information from a GNSS receiver to a WAPS receiver according to one embodiment.
25 is an exemplary configuration in which WAPS assistance information according to an embodiment is provided from a WAPS server.
26 is a flow chart for estimating the earliest arrival route according to one embodiment.
27 is a flowchart for estimating a reference correlation function according to an embodiment.
28 is a flowchart for estimating a noise subspace according to an embodiment.
29 is a flow chart for estimating a noise subspace according to an alternative embodiment.
30 is a flowchart for estimating a noise subspace according to another alternative embodiment.
31 is a flowchart for estimating a noise subspace according to another alternative embodiment.
32 is a flow chart for estimating a noise subspace according to an alternative embodiment.
33 is a block diagram of a reference elevated pressure system according to one embodiment.
34 is a block diagram of a WAPS incorporating a reference elevated pressure system according to one embodiment.
35 is a block diagram of hybrid position estimation using range measurements from various systems according to one embodiment.
36 is a block diagram of hybrid position estimation using position estimation from various systems according to one embodiment.
37 is a block diagram of hybrid position estimation using a combination of range and position estimation from various systems, according to one embodiment.
38 is a hybrid position where the position / speed estimation from the WAPS / GNSS system according to one embodiment is fed back to help correct the drift bias of the sensor at a time when the quality of the GNSS / WAPS position and / or speed estimate is good. It is a flowchart for deciding a decision solution.
39 is a flow chart for determining a hybrid position solution in which sensor parameters (eg, bias, scale and drift) are estimated as part of position / velocity calculation in a GNSS and / or WAPS unit without explicit feedback according to one embodiment. to be.
40 is a flow chart for determining a hybrid positioning solution where sensor calibration according to one embodiment is separate from individual position calculation units.
41 is a flow chart for determining a hybrid positioning solution in which sensor parameter estimation is made as part of the state of an individual position calculation unit according to one embodiment.
42 illustrates the exchange of information between WAPS and other systems according to one embodiment.
43 is a block diagram illustrating the exchange of position, frequency, and time estimates between an FM receiver and a WAPS receiver according to one embodiment.
44 is a block diagram illustrating the exchange of location, time, and frequency estimates between a WLAN / BT transceiver and a WAPS receiver according to one embodiment.
45 is a block diagram illustrating the exchange of position, time, and frequency estimates between a cellular transceiver and a WAPS receiver according to one embodiment.
46 shows a parallel composite correlator architecture, according to one embodiment.
47 shows a 32-bit shift register implementation obtained from two 16-bit shift register primitives with parallel random access read capability according to one embodiment.
48 shows a shift operation and a readout operation rate according to an embodiment.
49 shows a structure for an adder tree implementing a 1023 × n-bit adder according to one embodiment.
50 is a block diagram of setting a session key according to an embodiment.
51 is a flow chart for encryption according to an embodiment.
52 is a block diagram of a security architecture for encryption according to an alternative embodiment.

수신기의 위치를 결정하기 위해 시스템 및 방법이 기재된다. 하나의 실시예의 위치결정 시스템은 위치결정 신호를 브로드캐스트하는 송신기들을 포함하는 송신기 네트워크를 포함한다. 상기 위치결정 시스템은 위치결정 신호(positioning signal) 및/또는 위성 신호(satellite signal)를 획득 및 추적하는 원격 수신기를 포함한다. 상기 위성 신호는 위성 기반 위치결정 시스템(satellite-based positioning system)의 신호이다. 원격 수신기의 제 1 모드는 단말기 기반 위치결정(terminal-based positioning)을 이용하며, 여기서, 원격 수신기가 위치결정 신호 및/또는 위성 신호를 이용해 위치를 계산한다. 상기 위치결정 시스템은 원격 수신기에 연결된 서버를 포함한다. 원격 수신기의 제 2 동작 모드는 네트워크 기반 위치결정(network-based positioning)을 포함하며, 여기서, 서버는 위치결정 신호 및/또는 위성 신호로부터, 원격 수신기가 위치결정 신호 및/또는 위성 신호를 수신하고 상기 서버로 송신하는 원격 수신기의 위치를 계산한다. Systems and methods are described for determining the location of a receiver. The positioning system of one embodiment includes a transmitter network that includes transmitters that broadcast positioning signals. The positioning system includes a remote receiver that acquires and tracks a positioning signal and / or a satellite signal. The satellite signal is a signal of a satellite-based positioning system. The first mode of the remote receiver uses terminal-based positioning, where the remote receiver calculates the location using a positioning signal and / or a satellite signal. The positioning system includes a server connected to a remote receiver. The second mode of operation of the remote receiver includes network-based positioning, where the server receives the positioning signal and / or satellite signal from the positioning signal and / or satellite signal, and Calculate the location of the remote receiver transmitting to the server.

하나의 실시예의 위치 결정 방법은 원격 수신기에서 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 포함한다. 위치결정 신호는 복수의 송신기를 포함하는 송신기 네트워크로부터 수신된다. 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템으로부터 수신된다. 상기 방법은 단말기-기반 위치결정(terminal-based positioning) 및 네트워크-기반 위치결정(network-based positioning) 중 하나를 이용하여 원격 수신기의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 단말기-기반 위치결정은 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 이용해 원격 수신기에서 원격 수신기의 위치를 계산하는 것을 포함한다. 상기 네트워크-기반 위치결정은 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나를 이용해 원격 서버에서 원격 수신기의 위치를 계산하는 것을 포함한다. The method of positioning in one embodiment includes receiving at least one of a positioning signal and a satellite signal at a remote receiver. The positioning signal is received from a transmitter network comprising a plurality of transmitters. The satellite signal is received from a satellite-based positioning system. The method includes determining a position of a remote receiver using one of terminal-based positioning and network-based positioning. The terminal-based positioning includes calculating a position of a remote receiver at a remote receiver using at least one of a positioning signal and a satellite signal. The network-based positioning includes calculating a position of a remote receiver at a remote server using at least one of a positioning signal and a satellite signal.

위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 추가로, 광역 위치결정 시스템에 대한 다중경로(multipath) 완화를 가능하게 하는 개선된 구조를 제공하는 광역 위치결정을 위한 확산 코드(spreading code) 및 장치가 개시된다. 구체적으로, 2진 코드(binary code)에 추가로, 제한된 코드 위상 범위에 걸쳐 매우 우수한 자기 상관 속성 및 상호 상관 속성을 갖는 4치(quaternary) 및 그 밖의 다른 비-2진 확산 코드가 기재된다. 비-2진 코드는 2진 코드보다 더 높은 데이터율(data rate), 가령, 글로벌 위치결정 시스템(GPS)에서 사용되는 데이터율을 가능하게 한다. 이들 코드는 CDMA 멀티플렉싱, TDMA 멀티플렉싱, 주파수 오프셋 멀티플렉싱 또는 이들의 임의의 조합을 이용하는 시스템에서 사용될 수 있다. In addition to systems and methods for determining location, a spreading code and apparatus for wide area positioning is disclosed that provides an improved structure that enables multipath mitigation for wide area positioning systems. . Specifically, in addition to binary codes, quaternary and other non-binary spreading codes with very good autocorrelation and cross-correlation properties over a limited code phase range are described. Non-binary codes enable higher data rates than binary codes, such as data rates used in Global Positioning Systems (GPS). These codes can be used in systems using CDMA multiplexing, TDMA multiplexing, frequency offset multiplexing, or any combination thereof.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트(set)를 선택함으로써, 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법이 기재된다. 선택된 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간의 상호 상관 함수의 크기가 특정 임계치 이하이다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는, 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기(magnitude)가 자기 상관 함수의 피크(peak)에 인접한 특정 범위 내에서 지정된 값 이하이도록, 세트 중에서 선택된다. 송신기의 네트워크의 각각의 송신기가 위치결정 신호를 송신하고, 상기 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 상기 위치결정 신호의 적어도 일부분이 변조된다. 송신기들의 네트워크 중 적어도 2개의 송신기가 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라, 각자의 위치결정 신호를 변조한다. A system and method for determining a location by selecting a set of digital pseudorandom sequences is described. The size of the cross-correlation function between any two sequences in the selected set is below a certain threshold. The subset of the digital pseudorandom sequence is selected from the set such that the magnitude of the autocorrelation function of each member of the subset is less than or equal to a specified value within a specific range adjacent to the peak of the autocorrelation function. Each transmitter in the transmitter's network transmits a positioning signal, and at least a portion of the positioning signal is modulated according to at least one member of the subset. At least two of the network of transmitters modulate their respective positioning signals according to different members of a subset of the digital pseudorandom sequence.

덧붙여, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택함으로써 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법이 기재된다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 선택된 세트의 임의의 2개의 시퀀스의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 영역 내에서, 특정 임계치 이하이다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트 내 임의의 시퀀스 쌍의 자기 상관 함수의 크기가 지정된 값 이하이도록, 세트 중에서 선택된다. 송신기들의 네트워크의 각각의 송신기는 위치결정 신호를 송신하고, 상기 위치결정 신호의 적어도 일부분이 상기 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조된다. 상기 송신기들의 네트워크 중 적어도 2개의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 각자의 위치결정 신호를 변조한다. Additionally, a system and method for determining location by selecting a set of digital pseudorandom sequences is described. The magnitude of the autocorrelation function of any two sequences of the selected set of digital pseudorandom sequences is below a certain threshold, within the region adjacent to the peak of the autocorrelation function. The subset of digital pseudorandom sequences is selected from the set such that the magnitude of the autocorrelation function of any sequence pair in the subset of digital pseudorandom sequences is less than or equal to a specified value. Each transmitter in the network of transmitters transmits a positioning signal, and at least a portion of the positioning signal is modulated according to at least one member of the subset. At least two of the network of transmitters modulate their positioning signals by different members of a subset of the digital pseudorandom sequence.

다음의 기재에서, 자기 상관(또는 상호 상관) 함수를 시간 샘플(time sample)의 세트으로서 여길 수 있다. 이러한 이해를 통해, 용어 "영역(region)"은 이 영역에 의해 특정된 시간격 내의 함수의 연접한 시간 샘플들의 세트를 의미한다. 용어 "인접한(adjacent)"은 인근을 의미한다. 하나의 영역 내에서 자기 상관 함수(또는 상호 상관 함수) 크기가 임계치 이하라고 언급될 때, 이는 이 영역 내 상기 자기 상관 함수(또는 상호 상관 함수)의 시간 샘플 각각의 크기는 하나의 영역 내에서 임계치 이하임을 의미한다. 영역이 특정되지 않은 경우, 이는 모든 타임 샘플을 의미한다. 사용되는 시퀀스에 따라, 상호 상관 함수가 실함수 또는 복소함수일 수 있다. 자기 상관 함수는 실함수이지만 양함수 또는 음함수일 수 있다. 대부분의 경우, 이러한 함수의 크기에 관심이 있고, 이들의 극성 및/또는 위상에는 관심이 덜하다. 자기 상관 함수는 피크 값(양의 값임)을 중심으로 대칭이기 때문에, 이러한 함수가 피크 위치에 대응하는 위치보다 높은 영역 내에서 일부 임계치보다 낮은 크기를 가진다면, 자기 상관 크기가 역시 이 임계치보다 낮은 영역이 피크 위치의 아래 영역에 반드시 대칭으로 배치된다. 상호 상관 함수의 경우, 일반적으로 그렇지 않다.In the following description, the autocorrelation (or cross-correlation) function can be regarded as a set of time samples. Through this understanding, the term "region" means a set of contiguous time samples of a function within a time interval specified by this region. The term "adjacent" means nearby. When it is said that the autocorrelation function (or cross-correlation function) size within a region is below a threshold, this means that the size of each time sample of the autocorrelation function (or cross-correlation function) within this region is a threshold within one region. It means that If no region is specified, this means all time samples. Depending on the sequence used, the cross-correlation function can be a real or complex function. The autocorrelation function is a real function, but it can be a positive or negative function. In most cases, we are interested in the magnitude of these functions, and less of their polarity and / or phase. Since the autocorrelation function is symmetric about the peak value (which is a positive value), if these functions have a magnitude lower than some threshold within a region higher than the location corresponding to the peak location, the autocorrelation magnitude is also lower than this threshold. The region is necessarily symmetrically placed in the region below the peak location. In the case of cross-correlation functions, this is not usually the case.

이하의 기재는 신호가 의사랜덤 또는 그 밖의 다른 시퀀스에 따라 변조되는 용어를 사용한다. 이는, 연속하는(일반적으로 짧은) 시간 간격 동안 송신되는 파형의 선택 또는 변경이 시퀀스의 연속하는 요소들에 따라 선택됨을 의미한다. 일반적으로(그러나 필수적으로), 시퀀스의 값에서 파형 선택 또는 변경으로의 고정 맵핑(fixed mapping)이 이뤄진다. 실시예의 예시는 규칙적인 간격으로 0 또는 180도만큼 반송파를 위상 편이(phase shift)시키기 위해 사용되는 값을 갖는 의사랜덤 2진 시퀀스를 포함한다. 대안적 실시예의 예시는 0도, 90도, 180도, 또는 270도만큼 반송파를 위상 편이시키기 위해 사용되는 (4개 중 하나의) 값을 갖는 의사랜덤 4치 시퀀스(pseudorandom quaternary sequence)이다. 그러나 본원의 실시예는 규칙적 또는 불규칙적 위상 편이, 또는 규칙적 또는 불규칙적 간격으로 한정되지 않고, 다양한 변조 방법, 가령, 주파수 편이, 온-오프 키잉(on-off keying), 차동 위상 편이 키잉(differential phase shift keying), 펄스 폭 변조(pulse width modulation) 등에 적용될 수 있다. 일부 경우, 간결성을 위해, 의사랜덤 시퀀스가 신호를 "변조"하도록 사용된다는 기재가 사용된다. 이러한 명명법은 신호가 이러한 시퀀스에 "따라서" 변조된다는 기재와 동일한 의미이다. 문맥상, 변조 유형이 2진 위상 역전(binary phase reversal), 또는 4치 위상 편이, 또는 더 일반적인 변조 유형인 것이 자명할 것이다. 다음의 기재에서, 의사랜덤 변조 또는 확산을 위해 사용되는 시퀀스를 일컬을 때, 시퀀스와 코드라는 용어는 상호 교환 가능하게 사용된다. 이는 정보 스트림을 지칭하는 데이터 시퀀스와 구별된다. The following description uses terms in which the signal is modulated according to a pseudorandom or other sequence. This means that the selection or modification of the waveform transmitted over a continuous (usually short) time interval is selected according to the successive elements of the sequence. In general (but essentially), a fixed mapping from the values of the sequence to the selection or modification of the waveform is done. An example of an embodiment includes a pseudorandom binary sequence with values used to phase shift the carrier by 0 or 180 degrees at regular intervals. An example of an alternative embodiment is a pseudorandom quaternary sequence with a value (one of four) used to phase shift the carrier by 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, or 270 degrees. However, embodiments herein are not limited to regular or irregular phase shifts, or regular or irregular intervals, and various modulation methods such as frequency shift, on-off keying, differential phase shift keying keying), pulse width modulation, and the like. In some cases, for brevity, a description is used that a pseudorandom sequence is used to "modulate" the signal. This nomenclature is synonymous with the description that the signal is modulated "according to" this sequence. In context, it will be apparent that the modulation type is binary phase reversal, or quaternary phase shift, or a more general modulation type. In the following description, when referring to a sequence used for pseudorandom modulation or spreading, the terms sequence and code are used interchangeably. It is distinct from data sequences that refer to information streams.

다음의 기재에서, 기재되는 시스템 및 방법에 대한 묘사 및 완전한 이해를 제공하도록 많은 특정 세부사항이 도입된다. 그러나 해당 분야의 통상의 기술자라면, 특정 세부사항 중 하나 이상 없이도, 또는 그 밖의 다른 구성요소, 시스템 등을 포함하여도, 이들 실시예가 실시될 수 있음을 인지할 것이다. 또 다른 경우, 개시된 실시예의 양태를 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 구조 또는 동작이 도시되지 않거나 상세히 기재되지 않는다. In the following description, many specific details are introduced to provide a complete understanding and description of the systems and methods described. However, one of ordinary skill in the art will recognize that these embodiments may be practiced without one or more of the specific details, or including other components, systems, or the like. In other instances, well-known structures or operations are not shown or described in detail, in order to avoid obscuring aspects of the disclosed embodiments.

도 1은 하나의 실시예에 따르는 위치결정 시스템의 블록도이다. 본원에서 광역 위치결정 시스템(WAPS: wide area positioning system) 또는 "시스템"이라고도 지칭되는 상기 위치결정 시스템은 동기화된 비콘(beacon)의 네트워크, 상기 비콘 및 글로벌 위치결정 시스템(GPS) 위성을 획득 및 추적하는 수신기 유닛(선택사항으로서 위치 계산 엔진을 가짐), 및 타워(tower)의 인덱스, 과금 인터페이스(billing interface), 사설 암호화 알고리즘(proprietary encryption algorithm)을 포함하는 서버(선택사항으로서 위치 계산 엔진을 가짐)를 포함한다. 시스템은 인가/비인가(licensed/unlicensed) 동작 대역에서 동작하고 비콘은 위치찾기 및 항법 목적으로 사설 파형(proprietary waveform)을 전송한다. 더 우수한 위치찾기 해결책을 위해 WAPS 시스템이 그 밖의 다른 위치결정 시스템과 함께 사용되거나 그 밖의 다른 위치 결정 시스템을 보조하도록 사용될 수 있다. 1 is a block diagram of a positioning system according to one embodiment. The positioning system, also referred to herein as a wide area positioning system (WAPS) or "system", acquires and tracks a network of synchronized beacons, the beacon and global positioning system (GPS) satellites. The receiver unit (optionally has a location calculation engine), and a server including a tower index, a billing interface, a proprietary encryption algorithm (optionally has a location calculation engine) ). The system operates in the licensed / unlicensed operating band and the beacon transmits a proprietary waveform for location and navigation purposes. The WAPS system can be used in conjunction with other positioning systems or to assist with other positioning systems for better positioning solutions.

본원의 맥락에서, 위치결정 시스템은 위도(latitude), 경도(longitude) 및 고도(altitude) 좌표 중 하나 이상의 위치를 찾는 것이다. 'GPS'가 지칭될 때마다, 광의의 글로벌 항법 위성 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)으로서 지칭되는 것이며, 그 밖의 다른 기존 위성 위치결정 시스템, 가령, 글로나스(Glonass)뿐 아니라 미래의 위치결정 시스템, 가령, 갈릴레오(Galileo) 및 컴파스/바이두(Compass/Beidou)까지 포함할 수 있다. In the context of the present application, a positioning system is to locate one or more of latitude, longitude and altitude coordinates. Whenever 'GPS' is referred to, it is referred to as the Global Navigation Satellite System (GNSS), and other existing satellite positioning systems, such as Glonass, as well as future positioning. Systems, such as Galileo and Compass / Beidou.

본원에서 상세히 설명될 바와 같이, 하나의 실시예의 WAPS는 동기화된 위치결정 신호를 모바일 수신기에게 브로드캐스트하는 복수의 타워를 포함한다. 하나의 실시예의 타워는 지상형(terrestrial)이지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 지상형 시스템, 특히, 도심 환경에서 동작하는 지상형 시스템에서 특히 발생하는 상당한 문제가 다중경로(multipath)의 존재이다. 이 상황에서, 모바일 수신기는 복수의 직접 및 반사된 경로에 대응하여 송신기로부터 복수의 신호를 수신할 수 있다. 때때로 딜레이 확산(delay spread)이라고 지칭되는 딜레이의 범위가 기하학적 상황에 의해 제한되는 것이 일반적이다. 예를 들어, 1마이크로초의 딜레이 확산이 300미터의 최대 차등 경로 길이에 대응하고 6마이크로초의 확산은 1499미터에 대응한다. As will be described in detail herein, one embodiment WAPS includes a plurality of towers that broadcast a synchronized positioning signal to a mobile receiver. The tower of one embodiment is terrestrial, but the embodiment is not limited thereto. A significant problem that arises particularly in terrestrial systems, especially terrestrial systems operating in urban environments, is the presence of multipath. In this situation, the mobile receiver can receive a plurality of signals from the transmitter in response to a plurality of direct and reflected paths. It is common for a range of delays, sometimes referred to as delay spreads, to be limited by geometrical circumstances. For example, a delay spread of 1 microsecond corresponds to a maximum differential path length of 300 meters and a diffusion of 6 microseconds corresponds to 1499 meters.

통상의 WAPS는 코딩된 변조, 이른바 확산 스펙트럼 변조(spread spectrum modulation) 또는 의사노이즈(PN)(pseudonoise) 변조를 이용해 광 대역폭을 얻을 수 있다. 이러한 시스템에서, 광대역 변조된 신호(일반적으로 디지털 변조)에 의해 반송파 신호가 변조되고 이러한 광 대역폭은 도착시각(time-of-arrival) 측정 방법을 이용함에 따른 정확한 위치결정을 가능하게 한다. 모바일 수신기는 역-확산 장치(de-spreading device), 일반적으로 정합 필터(matched filter) 또는 상관기(correlator) 시리즈를 이용해 이러한 신호를 프로세싱한다. 이러한 수신기는, 이상적으로 낮은 레벨 에너지로 둘러 싸이는 좁고 강한 피크를 갖는 상호 상관 함수(cross-correlation function)라고 명명되는 파형을 생성한다. 피크의 도착시각은 송신된 신호의 모바일에서의 도착시각을 나타낸다. 정확히 알려진 위치를 갖는 복수의 타워로부터의 복수의 신호에 대해 이 동작을 수행함으로써, 삼변측량 알고리즘(trilateration algorithm)을 통한 모바일의 위치 결정이 가능해진다.Conventional WAPS can obtain optical bandwidth using coded modulation, so-called spread spectrum modulation, or pseudonoise (PN) modulation. In such a system, the carrier signal is modulated by a broadband modulated signal (generally digital modulation) and this optical bandwidth enables accurate positioning by using a time-of-arrival measurement method. Mobile receivers process these signals using a de-spreading device, typically a matched filter or a series of correlators. These receivers produce a waveform called a cross-correlation function with narrow, strong peaks, which are ideally surrounded by low level energy. The arrival time of the peak represents the arrival time of the transmitted signal on the mobile. By performing this operation on a plurality of signals from a plurality of towers having exactly known positions, it is possible to determine the position of the mobile through a trilateration algorithm.

수신된 확산 스펙트럼 신호를 프로세싱하기 위해 정합 필터의 사용을 가정하면, 다중경로가 존재할 때, 상기 정합 필터 출력은 가변 진폭, 딜레이, 및 위상의 겹치는 날카로운 펄스(sharp pulse)의 시리즈를 제공한다. 모바일 수신기는 가장 이른 이러한 펄스의 도착시각을 추정하려 시도한다. 다양한 알고리즘이 이러한 목적으로 사용될 수 있으며, 예를 들면, 리딩 에지 위치찾기 알고리즘(leading edge location algorithm), MUSIC 알고리즘, 최소 평균 제곱 추정 알고리즘(minimum mean square estimation algorithm) 등이 있다. Assuming the use of a matched filter to process the received spread spectrum signal, when multipath is present, the matched filter output provides a series of overlapping sharp pulses of variable amplitude, delay, and phase. The mobile receiver attempts to estimate the arrival time of this earliest pulse. Various algorithms can be used for this purpose, for example, leading edge location algorithm, MUSIC algorithm, minimum mean square estimation algorithm, and the like.

그러나 발생하는 문제는 일반적으로 피크를 둘러 싸는 에너지가 부수적 피크들의 시리즈, 즉 "사이드로브(sidelobe)"를 포함한다는 것이다. 이상적인 상황(즉, 어떠한 노이즈이나 다중경로도 없는 상황)에서 이러한 사이드로브의 구조의 명세(specification)는 "자기 상관 함수(autocorrelation function)"라고 불리는 함수에 의해 제공된다. 다중경로 환경에서, 이들 부수적 피크는 약한 이른 신호 도착과 혼동될 수 있다. 예를 들어, GPS 시스템에서, C/A 민간 코드(C/A civilian code)의 경우, 특정 2진 확산 코드, 이른바, 1023 심볼의 프레임 길이, 즉 "칩(chip)"를 갖는 "골드 코드(Gold Code)"가 사용된다. 이러한 골드 코드(Gold code)를 수신하는 이상적인 정합 필터(matched filter)는 -65/1023 곱하기 피크 진폭, 63/1023 곱하기 피크 진폭, 및 -1/1023 곱하기 피크 진폭의 진폭의 사이드로브들의 세트를 생성한다. 따라서 가장 큰 사이드로브의 크기는 피크 진폭의 약 0.06배이거나 -24dB이다. 일반적으로 이들 큰 진폭의 사이드로브는 자기 상관 함수의 피크 진폭에 인접하거나 가까울 수 있다. (길이 1023인 경우) 사이드로브 값이 -1/1023 곱하기 피크인 자기 상관의 피크 중심에 넓은 영역을 갖는 코드를 선택함으로써, 개선된 다중경로 추정이 이뤄질 수 있다. 이는 -1 실행 길이(-1 run length)라고 지칭된다. 특히, 이 경우, 상기 -1 실행 길이는 자기 상관 피크의, 진폭 -1/1023 곱하기 피크인 하나의 측부 상의 연접하는 칩들의 개수로 정의된다. 본원에 기재된 실시예는 가장 큰 -1 실행 길이를 갖는 골드 코드(Gold Code)의 세트의 선택이다. 본원에서 상세히 기재되는 바와 같이, 다양한 대안적 실시예에서, 코드 세트의 그 밖의 다른 클래스가 사용될 수 있다. However, the problem that arises is that the energy surrounding the peak generally includes a series of ancillary peaks, or “sidelobes”. In an ideal situation (ie no noise or multipath), the specification of the structure of this sidelobe is provided by a function called an “autocorrelation function”. In a multipath environment, these ancillary peaks can be confused with weak early signal arrival. For example, in a GPS system, in the case of C / A civilian code, a specific binary spreading code, a so-called "gold code" having a frame length of 1023 symbols, that is, a "chip" ( Gold Code) ". An ideal matched filter for receiving this gold code produces a set of sidelobes of -65/1023 times peak amplitude, 63/1023 times peak amplitude, and -1/1023 times peak amplitude amplitude. do. Therefore, the size of the largest sidelobe is about 0.06 times the peak amplitude or -24 dB. In general, these large amplitude sidelobes may be close to or close to the peak amplitude of the autocorrelation function. By selecting a code having a large area at the center of the peak of autocorrelation with a sidelobe value of -1/1023 times peak (for length 1023), improved multipath estimation can be achieved. This is referred to as -1 run length. In particular, in this case, the -1 execution length is defined as the number of contiguous chips on one side of the autocorrelation peak, the amplitude -1/1023 times the peak. The embodiment described herein is a selection of a set of Gold Codes with the largest -1 execution length. As described in detail herein, in various alternative embodiments, other classes of code sets may be used.

기재의 간결성을 위해, 본원에서, 엄격히 말하자면, 송신된 코드 시퀀스, 가령, 상기의 골드 코드가 2회 이상 반복되는 경우에 적용되는, 순환하는, 즉, "주기성(periodic)" 자기 상관 함수에 주로 초점이 맞춰진다. 따라서 언급되는 자기 상관 및 상호 상관은, 엄격히 말하자면, 순환 상호 상관 및 순환 자기 상관과 동일한 의미이다. 그러나 이 기재의 아이디어의 적용 및 이점은, 특히, 정합 필터(또는 상관기의 세트)의 출력의 피크 근방의 성능(performance)에 관심이 집중될 때, 비순환, 즉, "비주기성(aperiodic)" 상관에도 적용된다. 정합 필터의 피크 출력 근방에서 비주기적 자기 상관 함수가 순환 자기 상관 함수와 거의 동일하기 때문에, 여기에 해당한다. 마찬가지로, 비주기성 상호 상관 함수는, 상호 상관되는 2개의 시퀀스가 자신의 시작 에포크(epoch)를 거의 정렬되게 할 때 순환 비주기성 상호 상관 함수와 유사할 수 있다. For the sake of brevity, in this application, strictly speaking, mainly for cyclic, i.e., "periodic" autocorrelation functions, which are applied when the transmitted code sequence is repeated two or more times, such as Focus is achieved. Thus, the autocorrelation and cross-correlation mentioned are, strictly speaking, synonymous with cyclic cross-correlation and cyclic autocorrelation. However, the application and advantages of the idea of this description are acyclic, i.e., "aperiodic" correlation, especially when attention is paid to the performance near the peak of the output of a matched filter (or set of correlators). Also applies to This is true because the aperiodic autocorrelation function is almost the same as the cyclic autocorrelation function near the peak output of the matched filter. Likewise, an aperiodic cross-correlation function can be similar to a cyclic aperiodic cross-correlation function when two correlated sequences are nearly aligned with their starting epoch.

확산 스펙트럼 변조된 신호가 위치결정에서 사용되기 적합한 신호를 기재했다. 그러나, 일반적으로 다양한 송신기로부터 송신된 신호가 위치결정 위치 계산에 필요한 데이터를 포함하는 경우이다. 예를 들어, 이러한 데이터는 송신기의 지리적 위치, 송신 시점, 환경 데이터(environmental data) 등을 포함할 수 있다. 이러한 저속 데이터의 또 다른 세트가 전체 신호 동기화를 위한 시퀀스를 포함할 수 있다. 어느 경우라도, 이 데이터는 확산 신호의 대역폭보다 훨씬 낮은 속도로 송신되는 것이 일반적이다. 종종 이 데이터는 위치결정을 위해 사용되는 확산 스펙트럼 변조된 신호에 더해 추가로 변조되고, 종종 데이터 에포크는 확산 스펙트럼 변조의 에포크, 예를 들어, 의사랜덤 프레임의 시작부분에 따라 정렬된다. 종종, 확산 스펙트럼 변조와 데이터 변조 모두가 신호 반송파를 위상 편이시키는 데 사용되는 경우라도, 반드시 이 경우는 아니며, 본원의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 덧붙여, 송신되는 신호의 일부분이 임의의 추가 데이터 없이 확산 스펙트럼 변조된 반송파만 포함할 수 있고, 송신되는 신호의 또 다른 부분이 확산 스펙트럼 신호와 데이터 모두에 의해 변조되는 반송파를 포함할 수 있는 경우일 수 있다. 또한, 두 변조 모두 송신되는 신호의 서로 다른 부분으로 제공될 수 있지만, 송신의 서로 다른 부분에서 서로 다른 의사랜덤 시퀀스가 사용될 수 있는 경우일 수 있다. 다음의 기재에서, 용어, 가령, 데이터, 데이터율, 데이터 변조, 데이터 비트, 및 정보 비트가 사용될 때, 이러한 용어는 확산 변조와 대조하여 이 문단에서 언급된 바와 같은 데이터 유형을 일컫는 경우가 일반적이다. A signal whose spread spectrum modulated signal is suitable for use in positioning has been described. However, it is generally the case that signals transmitted from various transmitters include data necessary for calculating the positioning position. For example, such data may include the geographic location of the transmitter, the time of transmission, environmental data, and the like. Another set of such slow data may include sequences for full signal synchronization. In any case, this data is usually transmitted at a rate much lower than the bandwidth of the spread signal. Often this data is further modulated in addition to the spread spectrum modulated signal used for positioning, and often the data epoch is ordered according to the epoch of spread spectrum modulation, eg, the beginning of a pseudorandom frame. Often, even if both spread spectrum modulation and data modulation are used to phase shift the signal carrier, this is not necessarily the case, and the embodiments herein are not limited thereto. Additionally, when a portion of the transmitted signal can include only a spread spectrum modulated carrier without any additional data, and another portion of the transmitted signal can include a spread spectrum signal and a carrier modulated by both data. Can be. Also, although both modulations may be provided in different parts of the transmitted signal, it may be the case that different pseudorandom sequences can be used in different parts of the transmission. In the following description, when terms such as data, data rate, data modulation, data bits, and information bits are used, these terms are generally used to refer to data types as referred to in this paragraph in contrast to spread modulation. .

이하에서 상세하게 설명될 바와 같이, 하나의 실시예는 송신되는 변조를 위해, 4치 또는 그 이상의 진수의 코딩되는 변조를 포함한다. BPSK 데이터 모듈 및 BPSK 확산을 이용하는 시스템의 경우, 다중경로 완화를 위해 우수한 -1 실행 길이를 선택하는 것이 충분하다. 4치 확산이 사용될 때, 다양한 지류를 위해 우수한 -1 실행 길이를 갖는 것뿐 아니라, -1 실행 길이에 일치하는 코드 오프셋에 대한 지류의 코드들 간에 매우 우수한 상호 상관 속성을 갖는 것도 필요하다. 본원에 기재된 방법의 대안적 실시예는 코드의 쌍 또는 더 큰 세트를 선택하는 단계를 포함한다. As will be described in detail below, one embodiment includes coded modulation of four or more decimal digits for the modulation being transmitted. For systems using BPSK data modules and BPSK spreading, it is sufficient to select a good -1 run length for multipath mitigation. When quaternary spreading is used, it is necessary not only to have a good -1 run length for various tributaries, but also to have very good cross-correlation properties between tributary codes for code offsets matching -1 run length. Alternative embodiments of the methods described herein include selecting a pair or larger set of codes.

많은 WAPS가 2진 코딩된 변조를 확산 방법으로서 이용한다. 하나의 실시예는 앞서 기재된 바와 같이, 다중경로의 효과를 최소화하기 위한 방식으로 구성되는 4치 코딩된 변조를 생성한다. 또 다른 더 높은 진수의 코딩 변조도 개시되며, 다중경로 완화와 관련해 유사한 이점을 가진다. Many WAPS use binary coded modulation as a spreading method. One embodiment produces a quaternary coded modulation configured in a manner to minimize the effect of multipath, as described above. Another higher-order coding modulation is also disclosed and has similar advantages with respect to multipath mitigation.

2진 코딩된 변조에서, 송신 소스(transmitting source)가 임의의 경우에서 2개의 파형 중, 2개의 심볼 중 하나에 대응하는 파형(일반적으로, -1 및 +1, 또는 0 및 1로 나타남)을 생성한다. 일반적으로 상기 파형은 2위상 코딩(biphase code)되는데, 이는 신호가 송신되거나, 반송파를 위상 반전시킴으로써, 상기 신호의 역(inverse)이 송신됨을 의미한다. 2진 코딩된 신호를 성신하기 위해, 주파수 편이 키잉(frequency shift keying), 진폭 편이 키잉(amplitude shift keying) 등을 이용하는 것이 가능하다.In binary coded modulation, the transmitting source indicates a waveform corresponding to one of the two symbols, typically -1 and +1, or 0 and 1, in any case. To create. In general, the waveform is biphase coded, which means that the signal is transmitted, or by inverting the carrier, the inverse of the signal is transmitted. In order to achieve the binary coded signal, it is possible to use frequency shift keying, amplitude shift keying, and the like.

4치 코딩된 변조에서, 송신기 소스는 어느 때라도, A, B, C 및 D로 명명될 수 있는 4개의 가능한 심볼 중 하나를 송신한다. 하나의 실시예는 이들 4개의 심볼을 4개의 가능한 위상 중 하나로 맵핑하여 직교위상 변조된 신호(quadraphase modulated signal)를 생성하는 송신기를 포함한다. 이러한 직교위상 변조된 확산 신호를 생성하는 한 가지 방법은 송신된 반송파의 동위상 및 직교위상 성분을 변조하는 2개의 골드 코드(Gold Code)를 이용하는 것이다. 임의의 인스턴스에 송신된 신호는 다시, 4개의 반송파 위상에 대응하는 4개의 심볼 중 하나이다. 어느 때라도 송신되는 가능한 심볼의 개수는 때때로 알파벳 크기라고 일컬어진다. 따라서 4치의 경우에서, 알파벳 크기는 4이다. 임의의 알파벳 크기가 가능한데, 작은 알파벳 크기를 이용함으로써, 시스템 복잡도가 감소될 수 있다. 우수한 자기 상관 및 상호 상관 속성을 갖는 잘 알려진 의사랜덤 시퀀스가 존재하며, 이 시퀀스에서 각각의 시퀀스의 요소는 M개의 가능한 값 중 하나이다. 다시 말하면, 이 값 M은 시퀀스의 알파벳 크기로 일컬어진다. 이러한 시퀀스에 따라 신호를 송신할 때, 각각의 시퀀스 요소 값을 하나의 적절한 파형으로 맵핑하는 것이 존재한다. 예를 들어, 시퀀스는 16의 알파벳 크기를 가질 수 있고, 한 가지 가능한 맵핑은 16개의 가능한 값 각각을 16개의 가능한 위상 편이된 지수(phase shifted exponential)에 맵핑하는 것일 것이다. 낮은 진수의 시퀀스, 가령, 골드 코드(Gold code)(이들은 직접 구성될 수 있다)로부터 더 높은 진수의 시퀀스를 구성하는 것이 필수인 것은 아니다. 그러나 현재 제공되는 예시적 설명은 이러한 구성을 도시한다. In quaternary coded modulation, the transmitter source transmits one of four possible symbols, which can be named A, B, C and D at any time. One embodiment includes a transmitter that maps these four symbols to one of four possible phases to produce a quadrature modulated signal. One way to generate such a quadrature modulated spread signal is to use two gold codes that modulate the in-phase and quadrature components of the transmitted carrier. The signal transmitted to any instance is again one of four symbols corresponding to the four carrier phases. The number of possible symbols transmitted at any time is sometimes referred to as the alphabet size. Therefore, in the case of the 4-value, the alphabet size is 4. Any alphabet size is possible, but by using a small alphabet size, system complexity can be reduced. There are well-known pseudorandom sequences with good autocorrelation and cross-correlation properties, where each sequence element is one of the M possible values. In other words, this value M is called the alphabetic size of the sequence. When transmitting signals according to this sequence, there is a mapping of each sequence element value to one appropriate waveform. For example, a sequence can have an alphabetic size of 16, and one possible mapping would be to map each of the 16 possible values to 16 possible phase shifted exponentials. It is not necessary to construct a sequence of higher digits from a sequence of lower digits, such as a Gold code (they can be configured directly). However, the example description currently provided illustrates this configuration.

데이터의 2진 코딩이 아닌 데이터의 4치 코딩(quaternary coding)의 사용에 의해, 송신기에 의해 송신되는 데이터율이, 신호 구조에 영향을 미치지 않고, 2배가 될 수 있다. 예를 들어, 코드 길이가 N 심볼인 경우, N개의 송신된 (4치) 심볼의 전체 확산 시퀀스가 0, 90, 180 또는 270도 만큼 추가로 위상 편이될 수 있어서, 2위상 코딩(biphase coding)의 경우에서처럼 1비트가 아니라, 코드 주기당 데이터의 2비트를 송신할 수 있다. By using quaternary coding of data rather than binary coding of the data, the data rate transmitted by the transmitter can be doubled without affecting the signal structure. For example, if the code length is N symbols, the entire spreading sequence of N transmitted (4-valued) symbols can be further phase shifted by 0, 90, 180 or 270 degrees, thereby biphase coding. As in the case of, it is possible to transmit 2 bits of data per code period, rather than 1 bit.

확산 신호의 4치 코딩의 추가 이점은 상기 방법이 동일한 코드를 갖고 시간상 겹치는 또 다른 송신기로부터의 신호를 구별하기 위한 수단을 제공하는 것이다. 하나의 송신기로부터 송신된 심볼의 시퀀스가 A+jB로 나타날 수 있고, 여기서 A는 (예를 들어) 특정 골드 코드이며 B는 또 다른 골드 코드이고, j는 90°위상 편이를 나타낸다. 제 2 송신기가 A-jB를 송신할 수 있다. 두 송신기 모두 4치 심볼(quaternary symbol)을 유사한 방식으로 송신하는 중이지만, 동위상 성분과 직교위상 성분의 관계는 변경되어 수신기에 의해 용이하게 판단된다. An additional advantage of spreading signal quaternary coding is that the method provides a means for distinguishing signals from another transmitter that has the same code and overlaps in time. A sequence of symbols transmitted from one transmitter may appear as A + jB, where A is a specific gold code (for example), B is another gold code, and j represents a 90 ° phase shift. The second transmitter can transmit A-jB. Both transmitters are transmitting quaternary symbols in a similar manner, but the relationship between the in-phase component and the quadrature component is changed and is easily determined by the receiver.

더 높은 진수의 확산 변조가 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 알파벳 크기 8을 갖는 코드가 구성될 수 있다. 코드의 각각의 심볼이 크기 kxπ/4, k=0,1,...,7 만큼 반송파의 위상 편이치로 맵핑될 수 있다. 또는, 각각의 심볼이 진폭과 위상 편이치의 조합에 맵핑될 수 있다. 알파벳 크기 8의 이 예시에서, 송신기가 코드 시퀀스와 맵핑(송신된 심볼에 대해 3비트 워드씩)을 그때 그때(on the fly) 계산하거나, 전체 시퀀스 또는 심볼의 전체 프레임을 저장하고 이러한 데이터를 필요에 따라 메모리로부터 판독출력할 수 있다. Higher decimal spread modulation can be configured in a variety of ways. For example, a code having an alphabet size of 8 may be constructed. Each symbol of the code can be mapped to the phase shift value of the carrier by a size kxπ / 4, k = 0,1, ..., 7. Alternatively, each symbol can be mapped to a combination of amplitude and phase shift. In this example of alphabet size 8, the transmitter calculates the code sequence and mapping (3 bit words for the transmitted symbol on the fly), or stores the entire sequence or entire frame of the symbol and needs this data. According to this, it can be read out from the memory.

앞서 기재된 모든 시나리오에서, 동일한 송신 및 수신된 에너지, 동일한 확산 심볼 형태, 및 동일한 확산 심볼률을 가정할 때, 레인지(range)의 측정 관점에서, 시스템의 성능은 동일하다. 그러나 PN 프레임 길이 당 둘 이상의 정보 비트가 송신되는 경우 정보 비트 당 에너지가 더 적게 존재한다. 많은 지상형 광역 위치결정 시스템에서, 우수한 수신 신호 에너지가 존재하며, 따라서 이러한 제약은 사소할 수 있다. In all the scenarios described above, assuming the same transmitted and received energy, the same spreading symbol shape, and the same spreading symbol rate, the performance of the system is the same in terms of range measurement. However, when more than two information bits are transmitted per PN frame length, there is less energy per information bit. In many terrestrial wide area positioning systems, there is good received signal energy, so this limitation can be trivial.

도 2A 및 2B(다함께, 도 2라고 지칭됨)는 하나의 실시예에 따라 -1 실행 길이 수준의 길이 1023의 선호되는 골드 코드의 표(200)를 포함한다. 본원에 기재된 것보다 더 일반적인 경우에서, "-1 실행 길이"는 +/-1 곱하기 피크 값 나누기 코드 길이를 갖는 상관 피크를 따르는 연접한 코드 위상의 개수를 의미한다. 골드 코드 각각은 최대 길이 코드의 동일한 쌍으로부터 구성되며, 서로 다른 골드 코드가 딜레이, 또는 코드 위상, 쌍(pair) 간의 차이에 의해 구별된다. 일반적으로 초기 채움(initial fill)이 시퀀스가 생성될 방식에 더 밀접하게 관련되어 있기 때문에, 딜레이의 대안예로서 또한 표(200)가 제 2 PN 코드의 시프트 레지스터(shift register)의 초기 채움을 포함한다. 표에서의 제 1 PN 코드의 채움은 항상 모두 1과 동일하다. 제 2 PN 코드의 채움이 표에서 특정되는 것과 같다. 왼쪽에서 오른쪽으로의 채움 판독값은 제 2 PN 생성기의 첫 10개의 출력을 나타낸다. 시프트 레지스터에서 채움이 시프트 레지스터의 끝 부분에서 시작 부분으로 다시 위치한다. PN 코드 1은 피드백 탭[3, 10]을 갖고, 코드 2는 탭[2,3,6,8,9,10]을 가진다. 표(200)에 디스플레이되는 최상의 코드는 25의 실행을 가진다(자기 상관 피크의 각각의 측부). 표 200에 도시된 코드에 추가로, 개별 최대 길이 코드 각각, 즉, 코드 1 및 코드 2는 (골드 코드 세트 상호 상관 속성을 다른 구성원와 공유하기 때문에) 골드 코드 세트의 일부라고 간주될 수 있기 때문에, 이들 홀로, 표(200)의 코드를 증강(augment)시키도록 사용될 수 있다. 덧붙여, 이들 최대 길이 코드는 상관 피크를 제외하고 -1인 (순환) 자기 상관 함수를 가진다. 이들 코드가 표(200)의 코드에 포함된 경우, 이들의 -1 실행 길이가 1022일 것이며, 따라서 이들은 리스트의 헤드(head)에 위치할 것이다. 2A and 2B (all together referred to as FIG. 2) include a table 200 of preferred gold codes of length 1023 at a level of -1 execution length, according to one embodiment. In a more general case than described herein, “-1 execution length” refers to the number of concatenated code phases following a correlation peak with +/- 1 times the peak value divided by the code length. Each of the gold codes is constructed from the same pair of maximum length codes, and different gold codes are distinguished by delay, or code phase, difference between pairs. Table 200 also includes the initial filling of the shift register of the second PN code as an alternative to the delay, since the initial fill is generally more closely related to the way the sequence will be generated. do. The filling of the first PN code in the table is always all equal to one. The filling of the second PN code is as specified in the table. The fill reading from left to right represents the first 10 outputs of the second PN generator. Filling in the shift register is positioned back to the beginning of the shift register. PN code 1 has a feedback tap [3, 10], and code 2 has a tap [2,3,6,8,9,10]. The best code displayed in table 200 has 25 runs (each side of the autocorrelation peak). In addition to the codes shown in Table 200, each of the individual maximum length codes, i.e., code 1 and code 2, can be considered part of the gold code set (because they share the gold code set cross-correlation attribute with other members), With these alone, it can be used to augment the code of the table 200. In addition, these maximum length codes have a (cyclic) autocorrelation function of -1 except for the correlation peak. If these codes are included in the code in Table 200, their -1 execution length will be 1022, so they will be located at the head of the list.

그 밖의 다른 최대 길이 PN 코드 쌍이 우수한 -1 실행 길이를 갖는 골드 코드의 세트를 구성하도록 사용될 수 있음을 알아야 한다. 본원에서 선택된 코드 쌍은 설명을 위한 것이다. 덧붙여, 표는 골드 코드가 존재하는 그 밖의 다른 코드 길이의 경우와 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 덧붙여, 골드 코드 세트가 아닌 다른 코드 세트가 선택될 수 있고, 우수한 -1 실행 길이에 대해 이러한 세트의 서브세트가 선택될 수 있다. 이러한 변형예는 본원에서 상세히 기재된다. It should be noted that other maximum length PN code pairs can be used to construct a set of gold codes with good -1 execution length. The code pairs selected herein are for illustrative purposes. In addition, the table can be constructed in a similar manner to the case of other code lengths where gold codes are present. In addition, a code set other than the gold code set can be selected, and a subset of these sets for a good -1 execution length. Such modifications are described in detail herein.

도 3은 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드(Gold code)에 대해 자기 상관 대(versus) 코드 위상의 도표(300)를 도시한다. 더 구체적으로, 도표(300)는 표(200)의 25의 -1 실행 길이를 갖는 첫 번째 항목의 자기 상관의 중심 부분(선호 차수는 1, 코드 간 딜레이는 853, 등가 채움(equivalent fill)은 1000100001, -1 사이드로브 실행 길이는 25)을 보여준다. 3 shows a plot 300 of autocorrelation versus code phase for a preferred Gold code, according to one embodiment. More specifically, the chart 300 shows the central portion of the autocorrelation of the first item having a -1 execution length of 25 in table 200 (preferred order is 1, delay between codes is 853, equivalent fill) is 1000100001, -1 sidelobe execution length is 25).

앞서 상세히 기재된 바와 같이 직교 위상 관계인 2개의 골드 코드를 이용함으로써, 4치 코딩된 신호(quaternary coded signal)가 구성될 수 있다. 이 경우, 자기 상관 함수는 2개의 골드 코드의 개별 자기 상관 및 골드 코드들 간 상호 상관에 대응하는 4개의 항을 가질 것이다. 즉, 구성 골드 코드가 g 및 h라고 지칭된다면, 전체 코드는 g+jh로 표현될 수 있다. 그 후 자기 상관은 gⓧg+hⓧh-jgⓧh+jhⓧg가 되며, 여기서, ⓧ는 상관을 의미하고, 2개의 복소량(complex quantity)을 상관시킬 때, 이러한 두 번째 양이 복소 켤레이다. 이러한 전체 자기 상관에서 마지막 두 개의 항은 상호 상관이다. 큰 -1 실행 길이를 갖는 우수한 4치 코드를 구성하기 위해, 우수한 개별 -1 실행 길이를 갖는 골드 코드를 이용하는 것뿐 아니라, 이들의 상호 상관이, 개별 골드 코드의 자기 상관 함수가 값 -1을 갖는 동일한 코드 위상 간격의 근방에서 무시할만한 수준으로 기여하도록 하는 것도 필수이다. 여기서, 낮은 상호 상관 값의 간격이 상호 상관 실행(cross-correlation run)이라고 일컬어진다. 관심 코드 위상 간격에 걸쳐 우수한 상호 상관 성능을 얻기 위해, 골드 코드 간 상대 코드 위상(relative code phase)을 선택할 수 있다는 점을 이용함으로써, 이러한 코드들의 쌍의 선택이 이뤄질 수 있다. 하나의 실시예는 표(200)의 모든 골드 코드 쌍 및 이러한 쌍들 간 모든 상대적 코드 위상을 검사함으로써, 이러한 방식으로 결정되는 골드 코드 쌍의 세트를 포함한다. 4치 코드(또는 2진(binary)보다 더 높은 임의의 코드)에 대한 상관 동작이 이상적인 수신 신호의 복소 켤레에 의해 곱해지는 동작을 포함한다. As described in detail above, by using two gold codes in orthogonal phase relationship, a quaternary coded signal can be constructed. In this case, the autocorrelation function will have four terms corresponding to the individual autocorrelation of the two gold codes and the cross correlation between the gold codes. That is, if the constituent gold codes are referred to as g and h, the entire code can be expressed as g + jh. The autocorrelation then becomes gⓧg + hⓧh-jgⓧh + jhⓧg, where ⓧ means correlation, and when correlating two complex quantities, this second amount It is a complex pair. The last two terms in this total autocorrelation are cross-correlated. In order to construct a good quaternary code with a large -1 execution length, as well as using a gold code with a good individual -1 execution length, their cross-correlation, the autocorrelation function of the individual gold code set the value -1 It is also essential to have negligible contributions in the vicinity of the same code phase spacing. Here, the interval of a low cross-correlation value is called a cross-correlation run. Selection of these pairs of codes can be achieved by utilizing the fact that relative code phases between gold codes can be selected to obtain good cross-correlation performance over the interval of code phases of interest. One embodiment includes a set of gold code pairs determined in this way, by examining all gold code pairs in table 200 and all relative code phases between these pairs. Correlation operations for quaternary codes (or any code higher than binary) include operations that are multiplied by a complex pair of ideal received signals.

도 4는 하나의 실시예에 따라 긴 -1 실행 길이를 갖는 4치 코드를 구성하기 위해 사용될 수 있는 골드 코드 쌍의 세트의 표(400)를 포함한다. 세 번째 열의 딜레이(delay)은, 네 번째 열에서 나타나는 것과 같은 긴 -1 실행 길이를 갖는 직교 변조되는 신호의 전체 자기 상관을 얻기 위해, 골드 코드 2에 적용되는 것이다. 이 경우, 구성 골드 코드 시퀀스가 진폭 +/-1을 갖는 경우, 실행(run) 동안의 전체 자기 상관은 진폭 -2를 갖고 자기 상관의 피크는 2046이다. -1 곱하기 피크 값 나누기 코드 길이는 -1 곱하기 2046/1023= -2와 동일하기 때문에, 실행 길이 정의는 이전 정의와 일치한다. 도 5는 하나의 실시예에 따라 선호되는 골드 코드 쌍에 대한 자기 상관 크기 대(versus) 코드 위상의 도표(500)를 도시한다. 더 구체적으로, 도표(500)는 표(500)의 두 번째 항목(골드 코드 1 (PN 딜레이)은 714, 골드 코드 2(PN2 딜레이)은 456, 중앙 상호 상관 실행(run)까지 (코드 2에) 삽입된 딜레이는 343, 총 상호 상관 실행은 47임)의 자기 상관의 크기의 중앙 부분을 보여주며, 이는 18의 -1 실행 길이를 자기 상관 피크의 어느 한 측부에 부가한다. 이를 도표(300)(도 3)과 비교하기 위해, 크기가 2로 나누어진다. 구성 골드 코드들 간 적절한 딜레이의 삽입이 우수한 자기 상관 속성을 갖는 4치 코드를 구성하는 데 중요하다. 피크에 대한 자기 상관 함수가 크고 근접한 사이드로브들을 가질 수 있다.4 includes a table 400 of a set of gold code pairs that can be used to construct a quaternary code with a long -1 execution length, according to one embodiment. The delay in the third column is applied to Gold Code 2 to obtain the full autocorrelation of the orthogonally modulated signal with a long -1 execution length as shown in the fourth column. In this case, if the constituent gold code sequence has amplitude +/- 1, the total autocorrelation during the run has amplitude -2 and the peak of autocorrelation is 2046. Since the -1 times peak value division code length is equal to -1 times 2046/1023 = -2, the execution length definition matches the previous definition. 5 shows a plot 500 of autocorrelation magnitude versus code phase for a preferred gold code pair according to one embodiment. More specifically, the chart 500 shows the second item of the table 500 (gold code 1 (PN delay) 714, gold code 2 (PN2 delay) 456, and central cross correlation run (to code 2). ) The inserted delay shows the central portion of the magnitude of the autocorrelation of 343, the total cross-correlation execution is 47), which adds the length of the -1 execution of 18 to either side of the autocorrelation peak. To compare this with the diagram 300 (FIG. 3), the size is divided by two. The insertion of a proper delay between the constituent gold codes is important for constructing a quaternary code with excellent autocorrelation properties. The autocorrelation function for the peak can have large and close side lobes.

도 6은 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드 쌍에 대해 송신되는 심볼 위상 대(vs.) 칩 수(chip number)의 도표(600)를 도시한다. 더 구체적으로, 도표(600)는 표(400)의 두 번째 항목(골드 코드 1(PN 딜레이)은 714, 골드 코드 2(PN2 딜레이)은 456, 중심 상호 상관 실행까지 삽입된 딜레이는 343, 총 상호 상관 실행은 37임)에 대한 송신된 심볼 위상각(도) 대 칩 수의 샘플 부분을 보여준다. 도표(600)는 4치 코드를 나타내는 4개의 위상, +/- 45도 및 +/-180도의 시퀀스를 보여준다. 송신기 자체가 시프트 레지스터를 이용해 코드를 구현하는 것 또는 이와 유사한 방식보다 위상각의 시퀀스, 또는 심볼 지정어(symbol designatio)(가령, A, B, C, 및 D)를 저장할 필요만 있다. FIG. 6 shows a diagram 600 of symbol phase versus (vs.) chip numbers transmitted for a preferred gold code pair, according to one embodiment. More specifically, the diagram 600 is the second item in the table 400 (gold code 1 (PN delay) 714, gold code 2 (PN2 delay) 456, the delay inserted up to the central cross correlation execution is 343, total The cross-correlation run shows the sample portion of the transmitted symbol phase angle (in degrees) versus the number of chips for 37). Table 600 shows a sequence of four phases representing a four-value code, +/- 45 degrees and +/- 180 degrees. The transmitter itself only needs to store a sequence of phase angles, or symbol designations (eg, A, B, C, and D) rather than implementing code using shift registers or similar methods.

본원의 기재가 골드 코드에 초점을 맞추지만, 아이디어는 그 밖의 다른 코드 클래스로 확장된다. 처음에 확산 스펙트럼 멀티플렉싱에서 사용되기에 적합한 많은 코드 클래스가 선택될 수 있다. 예를 들어, 이러한 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent Code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code)를 포함할 수 있지만, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 일반적으로 이들 세트는 구성원들의 쌍 간에 우수한(비주기성) 상호 상관 속성을 가진다. 그래서, 하나의 실시예에 따라, 긴 -1 실행 길이를 갖는 순환 자기 상관을 갖도록 이러한 코드의 서브세트가 선택될 수 있다. 마찬가지로, 2보다 큰 알파벳 크기, 가령, 4치, 8치(octonary), 등을 갖는 우수한 상호 상관 속성을 갖는 코드 세트가 선택될 수 있다. 그 후, 우수한 순환 자기 상관 속성을 갖는 이들의 서브세트가 선택될 수 있다. Although the description herein focuses on gold code, the idea extends to other code classes. Many code classes suitable for use in spread spectrum multiplexing at first can be selected. For example, such a set may include Kasami code, Bent code, and Gold-like code, but embodiments are not limited thereto. In general, these sets have good (aperiodic) cross-correlation properties between pairs of members. So, according to one embodiment, a subset of such code can be selected to have cyclic autocorrelation with a long -1 execution length. Likewise, a code set having good cross-correlation attributes with an alphabet size greater than 2, such as 4, 8, or more, can be selected. Subsequently, a subset of them with good cyclic autocorrelation properties can be selected.

본원의 기재에서, 성능(performance)의 주요한 측정치는 자기 상관 함수의 -1 실행 길이이다. 이는 -1 곱하기 피크 값/코드 길이의 값을 갖는 함수의 피크의 어느 한 측부 상에서의 자기 상관 함수의 길이에 대응한다. 그러나 본원의 추가적인 실시예가 피크 자기 상관 값 주변의 특정된 영역 내에서 임계값 A보다 크지 않은 자기 상관 크기 레벨을 갖는 코드의 서브세트를 선택한다. 이는 A 실행 길이라고 정의된다. 앞서와 같이, 임의의 코드 쌍 간의 상호 상관 함수의 최대 크기가 특정 값보다 작도록 시퀀스의 세트가 선택된다. 그 후, 이러한 서브세트의 구성원 각각에 대해 자기 상관 함수 크기가, 피크 근처의 특정 위치 영역 내에서, 값 A보다 작거나 갖도록 이러한 코드 세트의 서브세트가 선택된다. 앞서 언급된 2진 및 4치 골드 코드의 경우, 골드 코드 시퀀스가 +1 및 -1을 가진다고 가정할 때 A는 값 1을 가진다. In the description herein, the primary measure of performance is the -1 run length of the autocorrelation function. This corresponds to the length of the autocorrelation function on either side of the peak of the function with the value of -1 times the peak value / code length. However, additional embodiments herein select a subset of codes having an autocorrelation magnitude level not greater than threshold A within a specified region around the peak autocorrelation value. It is defined as the A run length. As before, a set of sequences is selected such that the maximum size of the cross-correlation function between any pair of codes is less than a certain value. Subsequently, a subset of this code set is selected such that for each member of this subset, the autocorrelation function size is less than or equal to the value A, within a particular location region near the peak. For the binary and quaternary gold codes mentioned above, A has a value of 1, assuming that the gold code sequence has +1 and -1.

또 하나의 실시예에서, 함수의 피크 위치를 중심으로 하는 범위에 걸쳐 우수한 자기 상관 속성을 갖도록 코드의 세트가 선택된다. 그 후 구성원들 간의 쌍별(pairwise) 상호 상관 크기가 (선택사항으로서 코드 위상의 범위에 걸쳐) 특정 임계치 C보다 작은 이러한 코드의 서브세트가 선택된다. 이는 2진 코드 또는 더 큰 알파벳(가령, 4치)을 갖는 코드에 적용될 수 있다. 예를 들어, 주어진 크기, 가령, 2047의 최대 길이 시퀀스의 세트를 고려할 수 있다. 이 경우, 이러한 코드 176개가 존재한다. 물론, 각각은 -1 실행 길이 1022와 함께 매우 우수한 자기 상관 속성을 가진다. 구성원들 간 상호 상관이 상당히 가변적일 것이다. 도 7은 하나의 실시예에 따라, 구성원들 간 유한(bounded) 상호 상관 크기를 갖도록 선택된 코드 서브세트의 표(700)이다. 서브세트의 크기를 제한함으로써 우수한 성능이 얻어진다. 예르 f들어, 코드 길이 2047의 경우, 세트 크기가 3으로 제한된 경우 65의 최대 상호 상관 크기가 얻어질 수 있고, 세트 크기가 10으로 제한된 경우 129의 최대 상호 상관 크기가 얻어질 수 있다. In another embodiment, a set of codes is selected to have good autocorrelation properties over a range centered on the peak location of the function. Subsequently, a subset of these codes is selected where the pairwise cross-correlation magnitude between members is less than a certain threshold C (optionally over a range of code phases). This can be applied to binary codes or codes with larger alphabets (eg 4 values). For example, a set of maximum length sequences of a given size, such as 2047, can be considered. In this case, 176 such codes exist. Of course, each has a very good autocorrelation property with -1 run length 1022. Cross-correlation between members will be quite variable. FIG. 7 is a table 700 of a subset of codes selected to have a bounded cross-correlation size between members, according to one embodiment. Excellent performance is obtained by limiting the size of the subset. For example, for code length 2047, a maximum cross-correlation size of 65 can be obtained when the set size is limited to 3, and a maximum cross-correlation size of 129 can be obtained when the set size is limited to 10.

하나의 실시예에서, 본원에 기재된 코드가 반송파를 변조하고, 따라서 위치결정 신호를 생성하도록 사용된다. 상기 코드는 1회 이상 반복될 수 있다. 이러한 신호는 이러한 위치결정 신호에 추가로, 또는 대신하여, 그 밖의 다른 시그널링 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같이, 이러한 신호의 일부분은 위치결정 신호를 스스로 포함할 수 있고, 또 다른 부분이 더 낮은 속도의 데이터 시퀀스에 의해 추가로 변조되는 위치결정 신호를 포함할 수 있으며, 신호의 그 밖의 다른 부분이 확산 코드를 전혀 포함하지 않는 그 밖의 다른 신호 요소를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 송신된 신호가 연속이 아니라 시분할 멀티플렉싱된 방식으로 버스트(burst)의 세트로서 송신될 수 있다. 개별 송신기는 각각의 버스트에서 동일한 코드를 사용하거나 이들 코드가 하나의 버스트와 다음 버스트에서 이들 코드가 달라질 수 있다. 본원의 실시예는 이러한 송신의 적어도 하나의 부분이 본원에 기재된 방식으로 선택된 의사랜덤 또는 확산 코드를 포함할 때 이러한 모든 상황에 적용된다.In one embodiment, the code described herein is used to modulate the carrier wave and thus generate a positioning signal. The code can be repeated one or more times. Such signals may include other signaling elements in addition to or instead of these positioning signals. For example, as described herein, a portion of such a signal may include a positioning signal itself, and another portion may include a positioning signal that is further modulated by a lower rate data sequence, Other parts of the signal may include other signal elements that do not contain a spreading code at all. In another embodiment, the transmitted signal can be transmitted as a set of bursts in a time-division multiplexed manner rather than continuously. Individual transmitters may use the same code in each burst, or these codes may be different in one burst and the next. The embodiments herein apply to all of these situations when at least one portion of such transmission includes a pseudorandom or spreading code selected in the manner described herein.

하나의 실시예에서, 선택된 코드 세트는 표준 시퀀스 길이보다 짧게 절단(truncate)되거나 더 긴 길이로 확장되는 시퀀스 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 길이 2047의 표준 골드 코드를 이용하는 것 대신, 하나의 코드 구성원을 삭제하여 2046의 코드 길이가 대신 사용될 수 있다. 이는 복수의 길이가 채용되는 상황에서 더 단순한 구현을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 하나의 속도(rate), 즉, 제 1 속도로 동작할 수 있고, 또 다른 상황에서 상기 제 1 속도의 2배인 제 2 속도로 동작한다. 제 1 경우에서 1023의 코드 길이가 사용되는 경우, 두 번째 경우에서 시스템은 2046의 코드 길이로 동작되어, 동일한 프레임(즉, 시퀀스) 지속시간을 유지할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본원에 기재된 실시예에 따라 선택된 코드를 이용하는 서로 다른 송신기가 약간 다른 반송파 주파수를 이용해 신호를 송신한다. In one embodiment, the selected code set may have a sequence length that is truncated shorter than the standard sequence length or extended to a longer length. For example, instead of using a standard gold code of length 2047, a code length of 2046 can be used instead by deleting one code member. This may enable simpler implementation in situations where multiple lengths are employed. For example, the system may operate at one rate, ie, the first rate, and in another situation, at a second rate that is twice the first rate. In the first case, if a code length of 1023 is used, in the second case, the system is operated with a code length of 2046 to maintain the same frame (ie, sequence) duration. In another embodiment, different transmitters using codes selected according to embodiments described herein transmit signals using slightly different carrier frequencies.

WAPS 시스템 및 방법WAPS system and method

도 8은 하나의 실시예 하에서 동기화된 비콘의 블록도이다. 도 8과 도 1을 참조하여, 하나의 실시예의 동기화된 비콘(본원에서 비콘이라고도 일컬어짐)이 CDMA 네트워크를 형성하고, 우수한 상호 상관 속성을 갖는 의사 랜덤 번호(PRN) 시퀀스, 가령, 내장된 보조 데이터(assistance data)의 데이터 스트림을 갖는 골드 코드 시퀀스에 따라 각각의 비콘이 신호를 송신한다. 대안적으로, 각각의 비콘 송신기로부터의 시퀀스가 TDMA 포맷의 개별 슬롯들로 시간 상 어긋나 질 수 있다. 8 is a block diagram of a beacon synchronized under one embodiment. Referring to Figures 8 and 1, one embodiment of a synchronized beacon (also referred to herein as a beacon) forms a CDMA network and has a pseudo-random number (PRN) sequence with good cross-correlation properties, such as built-in assistance. Each beacon transmits a signal according to a gold code sequence having a data stream of data. Alternatively, the sequence from each beacon transmitter may be out of time with individual slots in TDMA format.

지상형 위치결정 시스템에서, 극복해야 할 주 문제점들 중 하나는 수신기에서, 멀리 떨어진 송신기가 근방의 송신기에 의해 재밍(jam)될 것이라는 근-원 문제(near-far problem)이다. 이 문제를 해결하기 위해, 하나의 실시예의 비콘은 CDMA, TDMA 기법, 및 주파수 오프셋 기법의 조합을 이용한다. 이러한 시스템은 이들 방법 중 단 하나의 방법만이 아니고 조합이기 때문에 하이브리드 멀티플렉싱 시스템이라고 명명된다. 예를 들어, 근-원 문제를 완화하기 위해, 로컬 송신기가 별도의 시간 슬롯(및 선택사항으로서 서로 다른 코드(CDMA))을 이용할 수 있다. 다소 멀리 떨어져 있는 송신기는 서로 다른 CDMA 코드 및/또는 주파수 오프셋을 이용하면서 동일한 시간 슬롯을 이용하도록 허용될 것이다. 이는 시스템의 광역 확장성(wide-area scalability)을 가능하게 한다. 시간 슬롯은 보장되는 근-원 성능에 대해 결정적이거나, 우수한 평균 근-원 성능을 제공하도록 랜덤화될 수 있다. 본원에 지시된 바와 같이, 또한 반송파 신호가 작은 주파수 차이(예를 들어, 골드 코드 반복 주파수 정도)만큼 오프셋되어, 코드의 상호 상관 성능을 개선하고, 따라서 '근-원(near-far)' 문제를 해결할 수 있다. 2개의 타워가 동일한 시간 슬롯과 상이한 코드 및/또는 오프셋 주파수를 이용할 때, 수신기에서의 상호 상관은 약한 신호를 검출하기 전에 강한 신호의 간섭 상쇄(interference cancellation)를 이용함으로써 추가로 제거될 수 있다. 본원에 기재된 하이브리드 위치결정 시스템은 정교한 플래닝 방법이 사용되어, 각각의 송신기에게 전체 시스템 성능을 최대화하기 위한 시간 슬롯, CDMA 코드, 및 주파수 오프셋의 조합이 할당될 수 있다. 이들 파라미터의 조합의 개수는 수신기에 의한 신호 획득이 실용적인 값이도록 제한된다. In terrestrial positioning systems, one of the main problems to overcome is the near-far problem that, at the receiver, a remote transmitter will be jammed by a nearby transmitter. To solve this problem, the beacon of one embodiment uses a combination of CDMA, TDMA techniques, and frequency offset techniques. Such a system is called a hybrid multiplexing system because it is a combination, not just one of these methods. For example, to mitigate the near-source problem, the local transmitter can use separate time slots (and optionally different codes (CDMA)). Rather distant transmitters will be allowed to use the same time slot while using different CDMA codes and / or frequency offsets. This enables wide-area scalability of the system. Time slots can be deterministic for guaranteed near-circle performance, or randomized to provide good average near-circle performance. As indicated herein, the carrier signal is also offset by a small frequency difference (e.g., about a gold code repetition frequency) to improve the cross-correlation performance of the code, and thus the 'near-far' problem. Can solve it. When two towers use the same time slot and different code and / or offset frequency, cross-correlation at the receiver can be further eliminated by using interference cancellation of the strong signal before detecting the weak signal. The hybrid positioning system described herein employs sophisticated planning methods, so that each transmitter can be assigned a combination of time slot, CDMA code, and frequency offset to maximize overall system performance. The number of combinations of these parameters is limited such that signal acquisition by the receiver is a practical value.

덧붙여, 하나의 실시예의 비콘은 보조 데이터를 포함하는 프리앰블을 사용할 수 있고, 정보는 데이터를 강건(robust)하게 만드는 데 도움이 되는 채널 추정 및 순방향 에러 검출 및/또는 정정(Forward Error Detection 및/또는 Correction)을 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예의 보조 데이터는, 다음 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다: 파형의 펄스 또는 특정된 신호 에폭(epoch)의 상승 및 하강 에지에서의 정밀 시스템 시각(precise system time), 타워의 지오코드 데이터(Geocode data)(위도, 경도 및 고도), 인접 타워에 대한 지오코드 정보 및 영역에서의 다양한 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 송신기(선택사항) 및 이웃 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 지역 대기 정정(local atmospheric correction)(선택사항), GNSS 시에 대한 WAPS 타이밍의 관계(선택사항), 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)으로 수신기를 보조하기 위한 도시(urban), 반-도시, 전원 환경의 표시(선택사항), 및 PN 시퀀스의 기본 인덱스로부터의 오프셋 또는 골드 코드 시퀀스의 인덱스. 브로드캐스트되는 송신 데이터 프레임에서, 안전 및/또는 인가 관리를 이유로 단일 수신기 또는 수신기 세트를 비활성화하기 위한 정보를 포함하는 필드가 포함될 수 있다.In addition, the beacon of one embodiment may use a preamble containing auxiliary data, and the information may be channel estimation and forward error detection and / or correction to help make the data robust. Correction). Ancillary data in one embodiment includes, but is not limited to, one or more of the following: precision system time at the rising and falling edges of a pulse or specified signal epoch of a waveform, tower Geocode data of (latitude, longitude and altitude), geocode information for adjacent towers and indexes of sequences used by various transmitters in the area, clock timing correction for transmitters (optional) and neighbor transmitters (clock timing correction), local atmospheric correction (optional), relationship of WAPS timing to GNSS (optional), city to assist the receiver with pseudorange resolution, Semi-urban, indication of the rural environment (optional), and offset from the base index of the PN sequence or index of the gold code sequence. In the transmitted data frame being broadcast, a field containing information for deactivating a single receiver or set of receivers may be included for safety and / or authorization management reasons.

하나의 실시예의 서로 다른 비콘 및 타워로부터의 송신의 송신 파형 타이밍이 공통 타이밍 기준으로 동기화된다. 대안적으로, 서로 다른 타워들로부터의 송신들 간 타이밍 차이가 알려져 있고 송신되어야 한다. 규칙적인 간격을 두고 증분될 타이밍 메시지는 제외로 하고, 보조 데이터(assistance data)는 데이터 블록의 수 및 크기에 의해 결정된 간격을 두고 반복된다. 상기 보조 데이터는 암호화 알고리즘을 이용해 암호화될 수 있다. 상기 확산 코드는 또한 추가 보안을 위해 암호화될 수 있다. 신호는 상향 변환(up-convert)되고 지정된 주파수로 브로드캐스트된다. 비콘들 간 차동 딜레이가 대략 3나노초 미만임을 보장하도록 송신기에서의 종단간 딜레이(end-to-end delay)가 정확히 교정된다. 송신기 세트에 청취하는 조사된 위치에서의 차동 WAPS 수신기를 이용해, 상기 세트의 송신기에 대한 상대적 클록 정정이 발견될 수 있다. The transmit waveform timings of transmissions from different beacons and towers in one embodiment are synchronized to a common timing reference. Alternatively, the timing difference between transmissions from different towers is known and must be transmitted. With the exception of timing messages to be incremented at regular intervals, the assist data is repeated at intervals determined by the number and size of data blocks. The auxiliary data may be encrypted using an encryption algorithm. The spreading code can also be encrypted for additional security. The signal is up-converted and broadcast at a specified frequency. The end-to-end delay at the transmitter is accurately corrected to ensure that the differential delay between beacons is less than approximately 3 nanoseconds. Using a differential WAPS receiver at the irradiated position listening to the transmitter set, relative clock correction for the transmitter of the set can be found.

하나의 실시예의 타워 장치가 커버리지 및 위치찾기 정확성을 위해 최적화된다. 타워 배치는 네트워크 내부 및 네트워크의 가장자리의 대부분의 위치에서, 3개 이상의 타워로부터 신호를 수신하기 위한 방식으로 배열되어, 이들 위치 각각에서의 기하학적 정밀도 저하율(GDOP: geometric dilution of precision)이 정밀도 요건을 기초로 하는 지정 임계치보다 낮아질 수 있다. RF 플래닝 연구를 하는 소프트웨어 프로그램이 네트워크 내 그리고 네트워크 주변에서의 GDOP에 대한 분석을 포함하도록 보강될 것이다. GDOP는 수신기 위치 및 송신기 위치의 함수이다. 네트워크 플래닝에 GDOP를 포함하기 위한 한 가지 방법은 다음과 같이 최적화를 설정하는 것이다. 최소화될 함수는 커버리지 공간(coverage voulme)에 걸쳐 GDOP의 거듭제곱의 체적 적분이다. 상기 체적 적분은 수신기 위치의 (x, y, z) 좌표에 관한 것이다. 최소화는 커버리지 공간에 있는 제약요소(constraint)에 따른 주어진 커버리지 영역에서의 n개의 송신기 위치 좌표

Figure 112014009050182-pct00001
에 관한 것이다: i=1,...,n에 대해, xmin<x<xmax, ymin<y<ymax, zmin<z<zmax 이때, xmin, ymin 및 zmin는 커버리지 공간의 하한이고, xmax, ymax 및 zmax는 커버리지 공간의 상한임. 최소화될 함수는, The tower device of one embodiment is optimized for coverage and locating accuracy. Tower arrangements are arranged in a manner to receive signals from three or more towers, inside the network and at most locations on the edge of the network, so geometric dilution of precision (GDOP) at each of these locations meets the precision requirements. It may be lower than the designated threshold based on. Software programs for RF planning research will be augmented to include analysis of GDOP in and around the network. GDOP is a function of receiver position and transmitter position. One way to include GDOP in network planning is to set the optimization as follows: The function to be minimized is the volume integral of the power of the GDOP over the coverage voulme. The volume integral relates to the (x, y, z) coordinates of the receiver position. Minimization is the coordinates of n transmitter positions in a given coverage area according to constraints in the coverage space.
Figure 112014009050182-pct00001
For i = 1, ..., n, x min <x <x max , y min <y <y max , z min <z <z max where x min , y min and z min are The lower limit of the coverage space, and x max , y max and z max are the upper limits of the coverage space. The function to be minimized is

Figure 112014009050182-pct00002
Figure 112014009050182-pct00002

로 써질 수 있다. Can be written as

덧붙여, 최소화될 함수는 커버리지 영역 Rj의 중요도(즉, 요구되는 성능 품질)에 따라 가중될 수 있다. In addition, the function to be minimized can be weighted according to the importance of the coverage area R j (ie, the required quality of performance).

Figure 112014009050182-pct00003
Figure 112014009050182-pct00003

타워 상의 추가 제약요소 좌표 위치는 특정된 영역 내 이미 가용한 타워의 위치를 기반으로 할 수 있다. 모든 좌표의 조화(coordinatization)는 일반적으로 양의 x로서 평균 동쪽, 양의 y로서 평균 북쪽, 및 양의 z로서 평균 수직 상향인 로컬 수준 좌표 시스템에서 이뤄질 수 있다. 상기의 제약 있는 최소화 문제를 해결하는 소프트웨어가 함수 f를 최소화할 최적화된 송신기 위치

Figure 112014009050182-pct00004
를 출력할 것이다. The location of additional constraint elements on the tower may be based on the location of the already available tower in the specified area. Coordinatization of all coordinates can generally be achieved in a local level coordinate system that is average east as positive x, average north as positive y, and average vertical upward as positive z. Optimized transmitter position to minimize function f by software that solves the above constraint minimization problem
Figure 112014009050182-pct00004
Will output

Figure 112014009050182-pct00005
Figure 112014009050182-pct00005

이 기법은 (도시에서와 같은) 광역 네트워크 또는 (몰(mall)에서와 같은) 국지적 배치 모두에 적용될 수 있다. 하나의 예시적 구성에서, 각각의 대도시 영역 주변의 삼각형/육각형 배열에서 송신기의 네트워크가 대략 30km의 거리만큼 이격된다. 각각의 타워는 대응하는 안테나를 통해 대략 20W 내지 1kW EIRP의 범위에서 최대 전력까지 방사할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 타워의 위치가 파악되고 1W만큼 낮은 전력 레벨로 송신할 수 있다. 동작의 주파수 대역은 무선 스펙트럼 내 임의의 인가된 또는 비인가된 대역을 포함한다. 하나의 실시예의 송신 안테나는 다이버시티(diversity), 섹터링(sectoring) 등을 보조할 수 있는 전방향 안테나 또는 복수 안테나/어레이를 포함한다.This technique can be applied to both wide area networks (such as in cities) or local deployments (such as in malls). In one exemplary configuration, the network of transmitters in a triangular / hexagonal arrangement around each metropolitan area is spaced by a distance of approximately 30 km. Each tower can radiate up to maximum power in the range of approximately 20W to 1kW EIRP through a corresponding antenna. In another embodiment, the location of the tower can be identified and transmitted at a power level as low as 1W. The frequency band of operation includes any licensed or unlicensed band in the radio spectrum. The transmit antenna of one embodiment includes an omni-directional antenna or multiple antennas / arrays capable of assisting in diversity, sectoring, and the like.

우수한 상호 상관 속성을 갖는 서로 다른 시퀀스를 이용해 송신함으로써, 또는 대안적으로 서로 다른 시점에서 동일한 시퀀스를 이용해 송신함으로써, 인접한 타워들이 구별된다. 이들 구별 기법은 조합되고 특정 지리적 영역에만 적용될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 지리적 영역에서 동일한 시퀀스가 네트워크를 통해 재사용될 수 있다.By transmitting using different sequences with good cross-correlation properties, or alternatively, using the same sequence at different times, adjacent towers are distinguished. These differentiation techniques can be combined and applied only to specific geographic areas. For example, the same sequence in different geographic areas can be reused over the network.

하나의 실시예의 광역 네트워크 타워를 증강시키기 위해 로컬 타워가 특정 지리적 영역에 배치될 수 있다. 로컬 타워는, 사용될 때, 위치결정의 정확도를 개선할 수 있다. 상기 로컬 타워들은 캠퍼스 같은 환경에서 배치되거나, 공공 안전 목적으로, 수 십 미터에서 최대 수 킬로미터까지의 거리만큼 이격될 수 있다. Local towers may be deployed in specific geographic areas to augment a wide area network tower in one embodiment. The local tower, when used, can improve the accuracy of positioning. The local towers may be deployed in a campus-like environment, or for public safety purposes, spaced from a few tens of meters up to several kilometers.

타워는 위치 결정 솔루션에서의 우수한 품질 고도 추정을 촉진시키기 위해 다양한 높이(유사한 높이가 아닌)로 배치되는 것이 바람직할 것이다. 서로 다른 높이를 갖는 서로 다른 위도/경도의 송신기에 추가로, 타워에 높이 다양성을 추가하기 위한 또 다른 방법은 서로 다른 높이에서 (동일한 위도 및 경도를 갖는) 동일한 물리적 타워 상에 (서로 다른 코드 시퀀스를 이용하는) 복수의 WAPS 송신기를 갖는 것이다. 동일한 타워 상의 송신기가 근-원 문제를 유발하지 않기 때문에 동일한 물리적 타워 상의 서로 다른 코드 시퀀스가 동일한 슬롯을 이용할 수 있다. Towers would preferably be placed at various heights (not similar heights) to facilitate good quality altitude estimation in positioning solutions. In addition to transmitters of different latitudes / longitudes with different heights, another way to add height diversity to towers is to have different code sequences (with different code sequences) at different heights (with the same latitude and longitude). Is to have multiple WAPS transmitters. Different code sequences on the same physical tower can use the same slot because transmitters on the same tower do not cause near-circle problems.

WAPS 송신기는 하나 이상의 타 시스템(가령, 셀룰러 타워)을 위해 사용되는 기존의 또는 새로운 타워 상에 배치될 수 있다. WAPS 송신기 배치 비용은 동일한 물리적 타워 또는 위치를 공유함으로써 최소화될 수 있다.WAPS transmitters can be deployed on existing or new towers used for one or more other systems (eg, cellular towers). The cost of deploying a WAPS transmitter can be minimized by sharing the same physical tower or location.

국지적 영역(가령, 창고 또는 몰) 내에서의 성능을 개선하기 위해, 상기 영역에 추가 타워가 배치되어, 광역 커버리지를 위해 사용되는 송신기를 증강시킬 수 있다. 대안적으로, 전체 송신기를 설치하는 비용을 낮추기 위해, 리피터(repeater)가 관심 영역에 배치될 수 있다. To improve performance within a local area (eg, warehouse or mall), additional towers can be placed in the area to enhance transmitters used for wide area coverage. Alternatively, a repeater may be placed in the region of interest to lower the cost of installing the entire transmitter.

앞서 언급된 위치결정을 위해 사용되는 송신 비콘 신호는 WAPS에 독점적으로 구축된 송신기일 필요는 없고, 본래 시각 동기화(time synchrozation)된 그 밖의 다른 임의의 시스템 또는 추가 타이밍 모듈을 통해 동기화가 증강된 시스템으로부터의 신호일 수 있다. 대안적으로, 신호는 기준 수신기를 통해 결정될 수 있는 상대적 동기화를 갖는 시스템으로부터 온 신호일 수 있다. 예를 들어, 이들 시스템은 추가 동기화 능력을 갖고 이미 배치되거나 새로 배치될 수 있다. 이러한 시스템의 예시는 브로드캐스트 시스템, 가령, 디지털 및 아날로그 TV 또는 미디어플로(MediaFlo)일 수 있다. The transmit beacon signal used for the above-mentioned positioning need not be a transmitter built exclusively in WAPS, and any other system originally synchronized with time synchrozation or a system with enhanced synchronization through an additional timing module It may be a signal from. Alternatively, the signal can be a signal from a system with relative synchronization that can be determined through a reference receiver. For example, these systems have additional synchronization capabilities and can be already deployed or newly deployed. Examples of such systems may be broadcast systems, such as digital and analog TV or MediaFlo.

WAPS 네트워크가 구성될 때, 일부 송신 위치는 설계안에 의해 결정되거나 현장 계측에 의해 결정된 네트워크 내 그 밖의 다른 것보다 우수할 수 있다(클러터(clutter)보다 높은 비콘의 높이, 전력 레벨). 이러한 비콘은 직접적으로, 또는 그 후 수신기가 이러한 비콘으로부터 수신된 신호를 가중하도록 사용될 수 있는 비콘의 "품질(quality)"을 나타내는 데이터 비트를 인코딩함으로써 수신기에서 식별될 수 있다. When a WAPS network is constructed, some transmission locations may be superior to others within the network determined by design or by field measurements (beacon height higher than clutter, power level). Such a beacon can be identified at the receiver either directly or thereafter by encoding data bits representing the “quality” of the beacon that the receiver can use to weight the signal received from this beacon.

도 9는 하나의 실시예에 따라 리피터 구성을 이용하는 위치결정 시스템의 블록도이다. 상기 리피터 구성은 다음의 구성요소를 포함한다:9 is a block diagram of a positioning system using a repeater configuration according to one embodiment. The repeater configuration includes the following components:

1) 공통 WAPS 수신 안테나(안테나 1)1) Common WAPS receiving antenna (antenna 1)

2) 다양한 WAPS 송신기 안테나(로컬 안테나 1-4)로 연결된 RF 전력 증폭기 및 스플리터/스위치 2) RF power amplifier and splitter / switch connected by various WAPS transmitter antennas (local antennas 1-4)

3) WAPS 사용자 수신기3) WAPS user receiver

안테나 1은 복합 신호를 수신하고, 증폭하며, 로컬 안테나 1-4로 분산(스위칭)시킨다. 스위칭은 사용자 수신기에서 서로 다른 리피터들로부터의 송신들 간 어떠한 겹침(충돌)이 없도록 이뤄져야 한다(이뤄져야 하는 것이 바람직하다). 보호 간격(guard interval)의 사용을 통해 송신들의 충돌이 피해질 수 있다. 모든 로컬 리피터에 대한 전체 딜레이를 등화(equalize)시키기 위해 리피터-증폭기-송신기에서의 딜레이를 추가함으로써, 또는 사용자-수신기에서의 케이블 딜레이에 의해 특정 리피터로부터의 추정된 도착시각을 조절함으로써, 스위치로부터 송신 안테나로의 알려진 케이블 딜레이가 보상되어야 한다. 광역 WAPS 네트워크에서 TDMA가 사용될 때, 각각의 광역 슬롯(각각의 슬롯이 하나씩의 광역 WAPS 타워를 포함할 것)이 모든 리피터 슬롯에서 발생되도록, 리피터 슬롯 스위칭 율(switching rate)이 선택된다. 한 가지 예시적 구성은 복수의 광역 TDMA 프레임 지속시간의 복수배와 동일한 리피터 슬롯 지속시간을 사용할 것이다. 특히, 광역 TDMA 프레임이 1초인 경우, 리피터 슬롯이 정수 초(integer second)일 수 있다. 이 구성은 가장 간단하지만, 케이블 상의 RF 신호 분포의 요건 때문에 작고 제한된 영역에서의 배치를 위해서만 적합하다. 사용자 WAPS 수신기는 리피터 타워에 청취할 때 도착 시각차(time-difference of arrival)를 사용하여, 리피터 슬롯 주기 동안 정적(또는 준정적(quasi static)) 가정 하에서 위치 및 작업을 계산할 수 있다. 각각의 WAPS 타워 신호가 하나의 리피터 슬롯과 다음 번 리피터 슬롯 간에 동일한 타이밍 차이(점프)를 보인다는 사실에 의해, 송신이 리피터로부터 온다는 사실이 자동으로 검출될 수 있다. Antenna 1 receives, amplifies, and distributes (switches) the local antennas 1-4. Switching should be done so that there is no overlap (collision) between transmissions from different repeaters at the user receiver (which should preferably be done). Collisions of transmissions can be avoided through the use of guard intervals. From the switch, by adding a delay at the repeater-amplifier-transmitter to equalize the total delay for all local repeaters, or by adjusting the estimated arrival time from a specific repeater by a cable delay at the user-receiver. The cable delay known as the transmit antenna must be compensated. When TDMA is used in a wide area WAPS network, a repeater slot switching rate is selected such that each wide area slot (each slot will contain one wide area WAPS tower) occurs in all repeater slots. One exemplary configuration will use a repeater slot duration equal to multiple times the duration of multiple wide area TDMA frames. In particular, when the wide area TDMA frame is 1 second, the repeater slot may be an integer second. This configuration is the simplest, but only suitable for deployment in small and limited areas due to the requirement of RF signal distribution on the cable. The user WAPS receiver can use the time-difference of arrival when listening to the repeater tower to calculate position and work under static (or quasi static) assumptions during the repeater slot period. By the fact that each WAPS tower signal shows the same timing difference (jump) between one repeater slot and the next repeater slot, the fact that the transmission comes from the repeater can be automatically detected.

도 10은 대안적 실시예에 따라 리피터 구성을 이용해 위치결정 시스템의 블록도이다. 이 구성에서, 각각의 리피터는 WAPS 리피터-수신기 및 이와 연관된 커버리지-증강(coverage-augmentation) WAPS 송신기(가령, 실내용일 수 있는 로컬 안테나 포함)를 포함한다. WAPS 리피터 수신기는 WAPS 시스템 타이밍 정보뿐 아니라 하나의 광역 WAPS 송신기에 대응하는 WAPS 데이터 스트림을 추출할 수 있어야 한다. WAPS 시스템 타이밍 및 하나의 광역 WAPS 송신기에 대응하는 데이터가 대응하는 로컬 영역 WAPS 송신기로 전달되며, 그 후 상기 로컬 영역 WAPS 송신기가 (예를 들어, 서로 다른 코드 및 동일한 슬롯을 이용해) WAPS 신호를 재-송신할 수 있다. 상기 송신기는 자신의 송신에 추가 데이터, 가령, 로컬 안테나의 위도, 경도 및 고도를 포함할 것이다. 이 구성에서, WAPS 사용자 수신기 동작(레인지 측정 및 위치 측정)은 신호가 리피터로부터 온다는 사실에 투명할 수 있다. 리피터에서 사용되는 송신기는 GNSS 타이밍을 추출하기 위해 GNSS 타이밍 유닛을 가질 필요가 없기 때문에 전체 WAPS 비콘보다 저렴하다. 10 is a block diagram of a positioning system using a repeater configuration in accordance with an alternative embodiment. In this configuration, each repeater includes a WAPS repeater-receiver and associated coverage-augmentation WAPS transmitter (eg, including a local antenna that may be indoors). The WAPS repeater receiver should be able to extract the WAPS data stream corresponding to one wide area WAPS transmitter as well as WAPS system timing information. The WAPS system timing and data corresponding to one wide area WAPS transmitter is passed to the corresponding local area WAPS transmitter, after which the local area WAPS transmitter replays the WAPS signal (eg, using different codes and the same slot). -You can send. The transmitter will include additional data in its transmission, such as latitude, longitude and altitude of the local antenna. In this configuration, WAPS user receiver operation (range measurement and position measurement) can be transparent to the fact that the signal comes from the repeater. The transmitter used in the repeater is cheaper than the entire WAPS beacon because it does not need to have a GNSS timing unit to extract GNSS timing.

수신기 유닛의 동작 모드에 따라서, 단말기-기반 위치결정 또는 네트워크-기반 위치결정이 시스템에 의해 제공된다. 단말기 기반 위치결정에서, 수신기 유닛은 수신기 자체 상에서의 사용자의 위치를 계산한다. 이는 턴-바이-턴 디렉션(turn-by-turn directions), 지오-펜싱(geo-fencing) 등의 애플리케이션에서 유용하다. 네트워크 기반 위치결정에서, 수신기 유닛은 타워로부터 신호를 수신하고 수신된 신호를 서버로 통신 똔느 전송하여, 사용자의 위치를 계산할 수 있다. 이는 중앙집중된 서버에 의한 E911,자산 추적 및 관리 등의 애플리케이션에서 유용하다. 서버에서의 위치 계산이 준 실시간(near real time)으로 이뤄지거나, 많은 소스(가령, GNSS, 차등 WAPS 등)로부터의 데이터에 의해 사후-프로세싱되어, 서버에서의 정확성을 개선할 수 있다. 상기 WAPS 수신기는 또한 서버로부터의 정보를 획득하여 (마찬가지로, 예를 들어, SUPL (Secure User PLane server)로) 제공하여, 네트워크 기반 위치결정을 촉진시킬 수 있다. Depending on the mode of operation of the receiver unit, terminal-based or network-based positioning is provided by the system. In terminal-based positioning, the receiver unit calculates the user's location on the receiver itself. This is useful in applications such as turn-by-turn directions and geo-fencing. In network-based positioning, the receiver unit can receive a signal from the tower and transmit the received signal to the server to calculate the user's location. This is useful in applications such as E911 by a centralized server, asset tracking and management. Location calculations at the server can be done in near real time, or post-processed by data from many sources (eg, GNSS, differential WAPS, etc.) to improve accuracy on the server. The WAPS receiver can also obtain information from the server (as well, for example, as a Secure User PLane server (SUPL)) to facilitate network-based positioning.

하나의 실시예의 타워들은 자율적으로 또는 네트워크-기반 동기화를 이용해 서로 간에 동기화를 유지한다. 도 11은 하나의 실시예에 따르는 타워 동기화를 도시한다. 다음의 파라미터가 동기화의 양태를 기술할 때 사용된다:Towers of one embodiment maintain synchronization with each other autonomously or using network-based synchronization. 11 illustrates tower synchronization according to one embodiment. The following parameters are used when describing aspects of synchronization:

시스템 송신기 시간 = tWAPS-tx System transmitter time = t WAPS-tx

절대 시각 기준 = tWAPS_abs Absolute time base = t WAPS_abs

시각 조정 = Δsystem = tWAPS-tx - tWAPS_abs Vision adjustment = Δ system = t WAPS-tx -t WAPS_abs

WAPS 시스템 시각을 절대 시각 기준으로 동기화하는 것이 필수는 아니다. 그러나 모든 WAPS 송신기가 하나의 공통 WAPS 시스템 시각(WAPS system time)에 동기화된다(즉, 모든 WAPS 송신기의 상대적 타이밍 동기화). WAPS 시스템 시각에 대한 각각의 송신기의 타이밍 정정이 (있다면) 계산되어야 한다. 공중 WAPS 보조 송신을 통해 직접적으로 또는 그 밖의 다른 일부 통신 수단을 통해 간접적으로, 타이밍 정정이 수신기에게 이용 가능해져야 한다. 예를 들어, 셀룰러(또는 그 밖의 다른) 모뎀을 통해 또는 브로드캐스트 데이터를 통해 시스템(가령, 이리듐(Iridium) 또는 디지털 TV 또는 미디어플로(MediaFlo) 또는 셀룰러 시스템의 브로드캐스트 채널)으로부터 WAPS 수신기로 보조 데이터가 전달될 수 있다. 대안적으로, 타이밍 정정이 서버로 전송되고 서버에서의 위치를 계산할 때 사용될 수 있다. 하나의 실시예에 따르는 타워 동기화에 대한 설명이 이어진다. It is not necessary to synchronize the WAPS system time on an absolute time basis. However, all WAPS transmitters are synchronized to one common WAPS system time (ie, relative timing synchronization of all WAPS transmitters). The timing correction of each transmitter relative to the WAPS system time should be calculated (if any). Timing correction should be made available to the receiver, either directly over the air WAPS auxiliary transmission or indirectly through some other communication means. Assistance from a system (e.g., Iridium or digital TV or MediaFlo or a broadcast channel of a cellular system) to a WAPS receiver via a cellular (or other) modem or via broadcast data Data can be transferred. Alternatively, timing corrections can be sent to the server and used to calculate a location at the server. Following is a description of tower synchronization according to one embodiment.

네트워크 기반 동기화에 따라, 하나의 로컬 영역 내 타워들이 서로와 동기화된다. 타워들 간 동기화는 일반적으로 (반송파를 통한 임의의 형태의 변조 및/또는 반송파를 변조하는 더 우수한 시간 분해능을 위한 확산 코드를 이용한 확산을 이용해 변조될 수 있는) 펄스의 송신 및 수신기에서의 펄스 에지로의 동기화를 포함하며, 이는 본원에서 상세히 설명된다. According to network-based synchronization, towers in one local area are synchronized with each other. Synchronization between towers is generally the transmission of pulses (which can be modulated using any form of modulation over the carrier and / or spreading with spreading codes for better time resolution to modulate the carrier) and pulse edges at the receiver. Synchronization to furnace, which is described in detail herein.

하나의 실시예의 자율적 동기화 모드에서, 로컬 타이밍 기준을 이용해 타워가 동기화된다. 상기 타이밍 기준은 다음 중 하나일 수 있다: GPS 수신기, 높은 정확도의 클록 소스(가령, 원자시), 지역 시각소스(가령, GPS 훈련된 클록(GPS disciplined clock)), 및 신뢰할 만한 클록 소스의 임의의 그 밖의 다른 네트워크. 정밀하게 시각 동기화되는 XM 위성 라디오로부터의 신호, LORAN, eLORAN, TV 신호가 타워에 대한 대략적인 타이밍 기준으로서 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서 예를 들면, 도 12는 하나의 실시예에 따르는 정확하고/안정적인 타이밍 소스, 가령, 루비듐(Rubidium), 세슘(Caesium), 또는 히드로젠 마스터(hydrogen master)를 훈련시키기 위해 사용되는 GPS 수신기로부터의 PPS 펄스 소스의 블록도이다. 대안적으로, 도 13에서 도시되는 것처럼 GPS 훈련된 루비듐 클록 오실레이터가 사용될 수 있다.In an autonomous synchronization mode of one embodiment, the towers are synchronized using local timing criteria. The timing criteria can be one of the following: a GPS receiver, a high-accuracy clock source (e.g., atomic time), a local time source (e.g., a GPS disciplined clock), and any of a reliable clock source. Other networks. Signals from precisely time-synchronized XM satellite radio, LORAN, eLORAN, TV signals can be used as a rough timing reference for the tower. In one embodiment, for example, FIG. 12 is used to train an accurate / stable timing source according to one embodiment, such as rubidium, cesium, or hydrogen master. Is a block diagram of a PPS pulse source from a GPS receiver. Alternatively, a GPS trained rubidium clock oscillator can be used as shown in FIG. 13.

도 12를 참조하면, 정확한 클록 소스에서의 PLL의 시간 상수(time constant)가 더 우수한 단기 안정도(또는 동등하게, 단기 GPS PPS 변동의 필터링)를 제공하는 충분히 큰 수(가령, 0.5 내지 2시간)로 설정되며 GPS-PPS가 장기 안정도 및 더 넓은 영역의 '거시적(coarse)' 동기화를 제공한다. 송신기 시스템은 (GPS 유닛 및 정확한 클록 소스로부터의) 이들 2개의 PSS 펄스를 지속적으로 모니터링하고, 임의의 이상(anomaly)을 보고한다. 이상은 2개의 PPS 소스가 수 시간 동안 잠금 상태 후 PPS 소스 중 하나가 타워 네트워크 관리자에 의해 결정된 특정 시간-임계치만큼 나머지 소스로부터 이탈되는 것이다. 이상을 검출하기 위해 제 3의 로컬 클록 소스가 사용될 수 있다. 이상 거동의 경우, 올바른 거동을 보여주는 PPS 신호가 송신기 시스템에 의해 선택되고 모니터링 스테이션으로 다시 보고된다. 덧붙여, (시간 소스에 의해 보고되는 바의) 정확한 시간 소스의 PPS 입력과 PPS 출력 간의 순간적인 시간차가 송신기에 의해 브로드캐스트되거나, 사후 프로세싱(post processing)될 때 사용되도록 서버로 전송될 수 있다. Referring to FIG. 12, a sufficiently large number (e.g., 0.5 to 2 hours) in which the PLL's time constant at the correct clock source provides better short-term stability (or equivalently, filtering of short-term GPS PPS variations). And GPS-PPS provides long-term stability and wider 'coarse' synchronization. The transmitter system continuously monitors these two PSS pulses (from the GPS unit and the correct clock source) and reports any anomaly. The above is that after two PPS sources are locked for several hours, one of the PPS sources deviates from the remaining sources by a specific time-threshold determined by the tower network manager. A third local clock source can be used to detect anomalies. In case of anomalous behavior, a PPS signal showing correct behavior is selected by the transmitter system and reported back to the monitoring station. In addition, an instantaneous time difference between the PPS input and the PPS output of the correct time source (as reported by the time source) can be sent to the server for use when broadcast or post-processed by the transmitter.

송신기 시스템에서, PPS 펄스 입력의 상승 에지와 송신기의 아날로그 섹션이 데이터를 송신할 수 있게 하는 신호의 상승 에지 간의 시간차가 내부에서 생성된 고속 클록(high speed clock)을 이용해 측정된다. 도 14는 하나의 실시예에 따라, PPS와 송신기의 아날로그 섹션이 데이터를 송신할 수 있게 하는 신호 간의 시간차를 카운팅하기 위한 신호 다이어그램을 도시한다. 상기 시간차를 나타내는 카운트가 데이터 스트림의 일부로서 수신기 각각으로 전송된다. 고도로 안정한 클록 기준, 가령, 루비듐 클록(상기 클록은 수시간/수일 동안 안정함)을 사용함으로써, 장치가 특정 타워 데이터를 더 이상 변조할 수 없는 경우에만, 시스템은 장치 상에 타워 당 이러한 정정을 저장/송신할 수 있다. 또한 이 정정 데이터는, 가용한 것이 있다면, 통신 매체를 통해 장치로 전송될 수 있다. 타워로부터의 정정 데이터는 기준 수신기에 의해 또는 다른 타워의 브로드캐스트를 청취하는 타워 상에 장착된 수신기에 의해 모니터링될 수 있고, 중앙집중 서버(centralized server)로 운반될 수 있다. 또한 타워는 이 카운트 정보를 중앙집중 서버로 주기적으로 전송할 수 있고, 그 후 상기 중앙집중 서버가 장치로의 통신 링크를 통해 이 정보를 이들 타워의 인근에 있는 장치들에게로 퍼뜨린다. 대안적으로, 서버가 (가령, 현장(locale) 내에 있는) 타워로부터 정보를 이웃하는 타워로 전달하여, 이 정보가 이웃 타워들을 위한 보조 정보로서 브로드캐스트될 수 있다. 이웃 타워들을 위한 보조 정보는 인근 타워들에 대한 위치(타워가 정적이기 때문에), 및 타이밍 정정 정보를 포함할 수 있다. In the transmitter system, the time difference between the rising edge of the PPS pulse input and the rising edge of the signal that allows the analog section of the transmitter to transmit data is measured using an internally generated high speed clock. 14 shows a signal diagram for counting the time difference between a signal that allows an analog section of a PPS and a transmitter to transmit data, according to one embodiment. The count representing the time difference is transmitted to each of the receivers as part of the data stream. By using a highly stable clock reference, such as a rubidium clock (the clock is stable for hours / days), the system makes this correction per tower on the device only if the device can no longer modulate specific tower data. Can be saved / sent. Also, this correction data, if available, can be transmitted to the device via a communication medium. Correction data from the tower can be monitored by a reference receiver or by a receiver mounted on a tower listening to broadcasts from other towers, and can be conveyed to a centralized server. The tower can also periodically send this count information to a centralized server, which then spreads this information to devices in the vicinity of these towers via a communication link to the device. Alternatively, the server may pass information from the tower (eg, within the locale) to the neighboring tower, which can be broadcast as auxiliary information for neighboring towers. Auxiliary information for neighboring towers may include location for neighboring towers (because the tower is static), and timing correction information.

하나의 실시예의 송신기 타이밍 정정에 유사하게, 참 PPS가 이용 가능할 때 다중경로 바이어스(multipath bias) 및 정밀한 참 레인지를 추정하도록 사용될 수 있다. 수신기가 가령 ADC로부터의 신호의 샘플을 이용해 레인지를 추정한다. 하나의 실시예의 수신기는 PPS의 등장과 샘플 ADC 클록의 제 1 에지 간 차이를 결정하기 위해 고속 클록을 이용한다. 이는 ADC 샘플을 기초로 수신기에 의해 추정되는 레인지가 참 PPS가 발생할 때와 ADC가 데이터를 샘플링할 때 간의 차이에 대해 정정되게 하며, 따라서 ADC의 샘플 클록 분해능보다 우수한 정밀도로 수신기의 참 레인지를 추정하는 것이 가능해 진다. 상기의 문단에서의 기재 맥락에서, PPS는 표준 타이밍 베이스(가령, GPS 펄스/초(PPS: pulse-per-second) 타이밍)로 정렬되거나 이에 알려진 오프셋을 갖는 에지를 갖는 펄스를 지칭한다. Similar to transmitter timing correction in one embodiment, it can be used to estimate multipath bias and precise true range when true PPS is available. The receiver estimates the range using, for example, a sample of the signal from the ADC. The receiver of one embodiment uses a high speed clock to determine the difference between the appearance of the PPS and the first edge of the sample ADC clock. This allows the range estimated by the receiver based on the ADC sample to be corrected for the difference between when true PPS occurs and when the ADC samples the data, thus estimating the receiver's true range with greater precision than the ADC's sample clock resolution. It becomes possible to do. In the context of the description in the paragraph above, PPS refers to pulses with edges that are aligned with or known as a standard timing base (eg, GPS pulse-per-second (PPS) timing).

또 다른 실시예에서, 타워로부터의 타이밍 오차를 정정하기 위해 광역 차동 위치결정 시스템이 사용될 수 있다. 도 15는 하나의 실시예에 따르는 차동 WAPS 시스템의 블록도이다. (사전에 조사된 곳에 위치하는) 기준 수신기가 인근의 모든 타워로부터의 신호를 수신하도록 사용된다. 이 방법에서 차동 GPS의 원리가 적용되더라도, 지상형 케이스에서 비가시성(non-line-of-sight)의 효과를 처리하는 것이 이 방법을 특별하게 만든다. 각각의 타워에 대한 기준 수신기의 의사레인지(pseudorange)(코드 위상) 측정치에 시각-태깅(time-tag)되고 서버로 전송된다. 타워 j 및 i에대해 기준 수신기에서 측정되는 수신된 코드 위상-기반 레인지은 다음과 같이 써질 수 있다:In another embodiment, a wide area differential positioning system can be used to correct timing errors from the tower. 15 is a block diagram of a differential WAPS system according to one embodiment. A reference receiver (located where previously investigated) is used to receive signals from all nearby towers. Although the principle of differential GPS is applied in this method, handling the effect of non-line-of-sight in the ground case makes this method special. The reference receiver's pseudorange (code phase) measurements for each tower are time-tagged and transmitted to the server. The received code phase-based range measured at the reference receiver for towers j and i can be written as:

Figure 112014009050182-pct00006
Figure 112014009050182-pct00006

여기서,

Figure 112014009050182-pct00007
는 타워 j의 지오메트릭 레인지(geometric range)를 송신하기 위한 기준 수신기이며,
Figure 112014009050182-pct00008
Figure 112014009050182-pct00009
는 각각, 공통 기준 시(즉, GPS 시)에 대한 그들 각자의 안테나를 지칭하는 기준 수신기 및 송신기 클록 오프셋이고,
Figure 112014009050182-pct00010
는 빛의 속도이고,
Figure 112014009050182-pct00011
는 측정 노이즈이다. here,
Figure 112014009050182-pct00007
Is a reference receiver for transmitting the geometric range of tower j,
Figure 112014009050182-pct00008
And
Figure 112014009050182-pct00009
Is a reference receiver and transmitter clock offset, each referring to their respective antenna relative to a common reference time (ie GPS time),
Figure 112014009050182-pct00010
Is the speed of light,
Figure 112014009050182-pct00011
Is the measurement noise.

상기 2개의 수학식을 빼고 기준 수신기로부터 송신 타워로의 알려진 지오메트릭 레인지를 이용함으로써, 타워 i와 j 간의 클록 타이밍의 차이,

Figure 112014009050182-pct00012
가 서버에서 계산된다. 이는 로버/모바일 스테이션(rover/mobile station) 측정치에서 송신기들 간의 타이밍 차이를 제거하는 것을 가능하게 한다. 송신 타워에서 사용되는 클록이 비교적 안정할 때, 시간차
Figure 112014009050182-pct00013
의 더 우수한(가령, 노이즈이 적은) 추정치를 얻기 위해 시간의 흐름에 따른 평균내기가 사용될 수 있다. The difference in clock timing between towers i and j by subtracting the above two equations and using a known geometric range from the reference receiver to the transmission tower,
Figure 112014009050182-pct00012
Is calculated on the server. This makes it possible to eliminate timing differences between transmitters in the rover / mobile station measurements. Time difference when the clock used in the transmission tower is relatively stable
Figure 112014009050182-pct00013
Averaging over time can be used to obtain a better (eg, less noise) estimate of.

로버/모바일 스테이션의 의사레인지 측정치에 또한 시각-태깅되고 서버로 전송된다. 상기 로버/모바일 스테이션에서 측정된 수신된 코드 위상 기반 레인지가 다음과 같이 써질 수 있다:The rover / mobile station's pseudorange measurements are also time-tagged and sent to the server. The received code phase based range measured at the rover / mobile station can be written as:

Figure 112014009050182-pct00014
Figure 112014009050182-pct00014

상기 2개의 수학식을 빼고, 재배열함으로써, 결과는 By subtracting and rearranging the above two equations, the result is

Figure 112014009050182-pct00015
이다.
Figure 112014009050182-pct00015
to be.

Figure 112014009050182-pct00016
Figure 112014009050182-pct00017
가 측정량이고, 양
Figure 112014009050182-pct00018
은 기준 수신기 측정치로부터 계산된다.
Figure 112014009050182-pct00019
Figure 112014009050182-pct00020
각각은 수신기의 알려지지 않은 좌표와 송신 타워 i 및 j의 알려진 좌표에 대해 써질 수 있다. 3개의 레인지 측정치를 이용해, 앞서와 같이 2개의 레인지 차이 수학식이 형성되어 2차원 위치 해법을 얻거나, 4개의 레인지 측정치를 이용해, 3개의 레인지 차이 수학식이 형성되어 3-차원 위치를 얻을 수 있다. 추가 측정치를 이용할 때, 노이즈량의
Figure 112014009050182-pct00021
Figure 112014009050182-pct00022
의 효과를 최소화하기 위해, 최소 제곱 해법이 사용될 수 있다.
Figure 112014009050182-pct00016
And
Figure 112014009050182-pct00017
Is the measurand, quantity
Figure 112014009050182-pct00018
Is calculated from the reference receiver measurements.
Figure 112014009050182-pct00019
And
Figure 112014009050182-pct00020
Each can be written for the unknown coordinates of the receiver and the known coordinates of the transmission towers i and j. Using three range measurements, two range difference equations are formed as described above to obtain a two-dimensional position solution, or four range measurements are used to form three range difference equations to obtain a three-dimensional position. When using additional measurements,
Figure 112014009050182-pct00021
And
Figure 112014009050182-pct00022
In order to minimize the effect of the least squares solution can be used.

대안적으로, 제위치(in-situ)에서 오차를 정정하고 모바일 스테이션에서 위치 계산을 촉진하기 위해 타이밍 차이 정정이 모바일 스테이션으로 다시 전송될 수 있다. 기준과 모바일 스테이션 모두에 의해 볼 수 있는 만큼의 송신기에 대해 차동 정정이 적용될 수 있다. 개념상, 이 방법에 의해, 시스템은 타워 동기화 없이 동작하거나, 느슨하게 동기화된 시스템에서 임의의 잔여 클록 오차를 정정할 수 있다.Alternatively, a timing difference correction can be sent back to the mobile station to correct the error in-situ and facilitate position calculation at the mobile station. Differential correction can be applied to as many transmitters as seen by both the reference and mobile stations. Conceptually, with this method, the system can operate without tower synchronization, or correct any residual clock error in a loosely synchronized system.

또 다른 접근법은 상기에서 언급한 차동 접근법과 반대되는 자립형 타이밍 접근법이다. 타이밍 동기화를 확립하기 위한 한 가지 방식은 특정된 영역 내 각각의 송신 타워에서의 GPS 타이밍 수신기가 동일 영역 내 DGPS 기준 수신기로부터 DGPS 정정을 수신하게 하는 것이다. 알려진 위치에 설치된 DGPS 기준 수신기가 자신 고유의 클록을 기준 클록으로서 고려하고, 자신이 추적하는 GPS 위성까지의 의사레인지 측정치에 대한 정정을 찾는다. 일반적으로 특정 GPS 위성에 대한 DGPS 정정은 위성 위치로 인한 총 오차(total error)와 클록 오차 및 전리층 및 대류층 딜레이를 포함한다. 이 총 오차는 (일반적으로 DGPS 수신기가 중심에 있는 약 100Km 반경의 영역에서) DGPS 기준 수신기의 이웃인 그 밖의 다른 GPS 수신기에 의해 만들어지는 임의의 의사레인지 측정치에 대해 동일할 것인데, 왜냐하면 DGPS 기준 수신기와 GPS 위성 간 가시선(line of sight)의 방향이 이 이웃 내에서 크게 변경되지 않기 때문이다. 따라서 특정 GPS 위성에 대해 DGPS 기준 수신기에 의해 송신되는 DGPS 정정을 이용하는 GPS 수신기가 정정을 이용해 이러한 총 오차를 상기 위성에 대한 자신의 의사레인지 측정치로부터 제거할 수 있다. 그러나 프로세스에서, GPS 시에 대한 DGPS 기준 수신기의 클록 바이어스를 자신의 의사레인지 측정치에 추가할 것이다. 그러나 이 클록 바이어스는 모든 DGPS 의사레인지 정정에게 공통이기 때문에, 서로 다른 GPS 수신기의 타이밍 솔루션에 미치는 효과가 공통 바이어스일 것이다. 그러나 이 공통 바이어스는 서로 다른 GPS 수신기의 타이밍에 어떠한 상대적 타이밍 오차도 주지 않는다. 특히, 이들 GPS 수신기가 (알려진 위치에서의) 타이밍 GPS 수신기인 경우, 이들 모두 DGPS 기준 수신기의 클록으로 동기화된다. 이들 GPS 타이밍 수신기가 서로 다른 송신기를 구동시킬 때, 송신이 또한 동기화된다. Another approach is a standalone timing approach as opposed to the differential approach mentioned above. One way to establish timing synchronization is to have a GPS timing receiver at each transmit tower in a specified area receive DGPS corrections from a DGPS reference receiver in the same area. A DGPS reference receiver installed at a known location considers its own clock as the reference clock and finds corrections to pseudorange measurements up to the GPS satellites it tracks. In general, DGPS correction for specific GPS satellites includes total error and clock error due to satellite location and iono- and convective delay. This total error will be the same for any pseudorange measurements made by other GPS receivers that are neighbors of the DGPS reference receiver (usually in an area of about 100 km radius where the DGPS receiver is centered), because the DGPS reference receiver This is because the direction of the line of sight between and GPS satellites does not change significantly within this neighborhood. Accordingly, a GPS receiver using DGPS correction transmitted by a DGPS reference receiver for a specific GPS satellite can use correction to remove this total error from its pseudorange measurements for the satellite. In the process, however, the clock bias of the DGPS reference receiver for GPS time will be added to its pseudorange measurements. However, since this clock bias is common to all DGPS pseudorange corrections, the effect on timing solutions of different GPS receivers will be a common bias. However, this common bias does not give any relative timing error to the timing of different GPS receivers. In particular, if these GPS receivers are timing GPS receivers (at known locations), they are all synchronized to the clock of the DGPS reference receiver. When these GPS timing receivers drive different transmitters, the transmissions are also synchronized.

DGPS 기준 수신기로부터의 정정을 이용하는 대신, 광역 증강 시스템(WAAS: Wide Area Augmentation System)에 의해 송신되는 유사한 정정이 GPS 타이밍 수신기에 의해 사용되어 이들의 구동하는 송신기의 송신들을 동기화시킬 수 있다. WAAS의 이점은 기준 시가 DGPS 기준 시스템의 것이 아니고, 정확한 원자 클록의 설정에 의해 유지되는 GPS 시각 자체라는 점이다. Instead of using correction from a DGPS reference receiver, a similar correction transmitted by a Wide Area Augmentation System (WAAS) can be used by the GPS timing receiver to synchronize the transmissions of their driving transmitter. The advantage of WAAS is that the reference time is not that of the DGPS reference system, but the GPS time itself maintained by setting the correct atomic clock.

광역에 걸쳐 타워들 간의 정확한 시각 동기화(time synchronization)를 이루기 위한 또 다른 접근법은 타워 쌍 간의 타이밍을 구축하기 위하여 시각 전송 기법(time transfer technique)을 이용하는 것이다. 적용될 수 있는 한 가지 기법은 "공통 뷰 시각 전송(common view time transfer)"이라고 일컬어진다. 도 16은 하나의 실시예에 따르는 공통 뷰 시각 전송을 도시한다. 공통 위성의 뷰를 갖는 송신기 내 GPS 수신기가 이러한 목적으로 사용된다. 타워 각각으로부터의, 이들의 공통 뷰 내에 있는 위성에 대한 코드 위상 및/또는 반송파 위상 측정치가, GPS 수신기에 의해 주기적으로(가령, 최소 매 초에 한 번씩) 시각 태깅(time tagging)되고, 이들 측정치가 분석되는 서버로 전송된다. Another approach to achieving accurate time synchronization between towers across a wide area is to use a time transfer technique to establish timing between pairs of towers. One technique that can be applied is called "common view time transfer". 16 shows a common view time transmission according to one embodiment. A GPS receiver in the transmitter with a common satellite view is used for this purpose. Code phase and / or carrier phase measurements for satellites within their common view, from each of the towers, are time tagged by the GPS receiver periodically (eg, at least once every second), and these measurements Is sent to the server being analyzed.

GPS 코드 관측치(GPS code observable)

Figure 112014009050182-pct00023
(위성 "i"에 의해 발산되고 수신기 "p"에 의해 관측되는 신호)는 다음과 같이 써질 수 있다:GPS code observable
Figure 112014009050182-pct00023
(The signal emitted by satellite "i" and observed by receiver "p") can be written as:

Figure 112014009050182-pct00024
Figure 112014009050182-pct00024

여기서,

Figure 112014009050182-pct00025
Figure 112014009050182-pct00026
와 동일한 수신기-위성 지오메트릭 레인지(geometric range)이고,
Figure 112014009050182-pct00027
는 신호 수신 시점에서의 수신기 안테나 위치이며,
Figure 112014009050182-pct00028
는 신호 발산 시점에서의 위성 위치를 나타내고,
Figure 112014009050182-pct00029
Figure 112014009050182-pct00030
각각은 전리층 딜레이와 대류층 딜레이고,
Figure 112014009050182-pct00031
Figure 112014009050182-pct00032
는 수신기 및 위성 하드웨어 그룹 딜레이이다. 변수는 안테나, 안테나를 수신기로 연결하는 케이블, 및 수신기 장체 내에서의 딜레이가 미치는 영향을 포함한다. 덧붙여,
Figure 112014009050182-pct00033
Figure 112014009050182-pct00034
는 각각 GPS 시에 대한 수신기 및 위성 클록 오프셋이며, c는 빛의 속도이고,
Figure 112014009050182-pct00035
는 측정 노이즈이다. 공통 뷰 시각 전송 방법(common view time transfer method)은 단일 차분(single difference) 코드 관측치
Figure 112014009050182-pct00036
를 다음과 같이 계산하며, 이는 2개의 수신기(이른바 "p" 및 "q")에서 동시에 측정된 코드 관측치 간 차이이다:here,
Figure 112014009050182-pct00025
The
Figure 112014009050182-pct00026
Equal to the receiver-satellite geometric range,
Figure 112014009050182-pct00027
Is the position of the receiver antenna at the time of signal reception,
Figure 112014009050182-pct00028
Indicates the satellite position at the time of signal emission,
Figure 112014009050182-pct00029
And
Figure 112014009050182-pct00030
Each is an ionosphere delay and a convective delay,
Figure 112014009050182-pct00031
And
Figure 112014009050182-pct00032
Is a receiver and satellite hardware group delay. The parameters include the antenna, the cable connecting the antenna to the receiver, and the effect of the delay in the receiver cabinet. Incidentally,
Figure 112014009050182-pct00033
And
Figure 112014009050182-pct00034
Is the receiver and satellite clock offset for GPS time, c is the speed of light,
Figure 112014009050182-pct00035
Is the measurement noise. The common view time transfer method is a single difference code observation.
Figure 112014009050182-pct00036
Is calculated as follows, which is the difference between the code observations measured simultaneously on two receivers (so-called "p" and "q"):

Figure 112014009050182-pct00037
단일 차분 관측치를 계산할 때, 위성에서의 그룹 딜레이뿐 아니라 위성의 클록 오류까지 상쇄된다. 또한 상기의 수학식에서, 대류층 및 전리층 교란요인(perturbation)이 상쇄된다(또는, 예를 들어, 수신기 이격거리가 큰 경우 모델링될 수 있다). 수신기들 간 그룹 딜레이 차이가 교정되면, 수신기 클록들 간 바람직한 시각 차분(time difference)
Figure 112014009050182-pct00038
가 상기 수학식으로부터 발견될 수 있다. 추정된 시각 차분의 품질을 추가로 개선하기 위해 복수의 시각 간 신호 차이 및 위성 측정치가 조합될 수 있다.
Figure 112014009050182-pct00037
When calculating a single difference observation, not only the group delay at the satellite, but also the clock error of the satellite is canceled out. Also in the above equation, the convective and ionosphere perturbation is canceled (or can be modeled, for example, if the receiver separation distance is large). Once the group delay difference between receivers is corrected, the desired time difference between the receiver clocks
Figure 112014009050182-pct00038
Can be found from the above equation. Signal differences and satellite measurements between a plurality of times may be combined to further improve the quality of the estimated time difference.

유사한 방식으로, 공통 뷰 시각 전송을 위한 단일 차분 반송파 위상 수학식은In a similar manner, the single differential carrier phase equation for common view time transmission is

Figure 112014009050182-pct00039
Figure 112014009050182-pct00039

와 같이 써질 수 있다. Can be written as

상기 수학식에서 초기 모호 위상(phase ambiguity) 및 모호 정수(integer ambiguity)가 존재하기 때문에, 시각 전송(time transfer)을 직접 결정하기 위해 위상 단일 차분이 사용될 수 없다. 코드 및 위상 관측치를 조합-사용함으로써, 코드들 간의 시각 차분에 대한 절대 정보 및 반송파 위상으로부터의 시각 차분의 진전에 대한 정밀 정보에 대한 이점이 취해질 수 있다. 반송파 위상 단일 차분의 오차 분산이 코드 위상 단일 차분보다 더 우수하여 우수한 시각 전송(time transfer) 추적을 야기한다. Since there is an initial phase ambiguity and an integer ambiguity in the above equation, a phase single difference cannot be used to directly determine time transfer. By combining-using code and phase observations, advantages can be taken for absolute information about the time difference between codes and precision information about the progress of the time difference from the carrier phase. The error variance of the carrier phase single difference is better than that of the code phase single difference, leading to good time transfer tracking.

특정 위성에 대한 타워당 최종 오차가 정정(correction)을 위해 타워로 다시 전송되어 타워에 제공되고 수신기에 의해 이뤄질 추가 정정을 위한 통신 링크를 통해 수신기로 전송되거나, 타워로부터의 그 밖의 다른 타이밍 정정을 포함하는 브로드캐스트 메시지로서 전송될 수 있다. 특정 경우, 타워 및 수신기로부터의 측정치는 서버에서 더 우수한 위치 정확도를 위해 사후-프로세싱될 수 있다. C/A 코드 측정치 및/또는 L1 및/또는 L2 또는 그 밖의 다른 위성 시스템, 가령, 갈릴레오/글로나스(Galileo/Glonass)로부터의 반송파 위성 측정치를 생성하는 단일 채널 GPS 타이밍 수신기 또는 복수의 채널 타이밍 수신기가 이러한 공통 뷰 시각 전송 목적으로 사용될 수 있다. 복수 채널 시스템에서, 공통 뷰 내 복수의 위성으로부터의 정보가 수신기에 의해 동시에 캡처된다. The final error per tower for a particular satellite is sent back to the tower for correction and sent to the receiver via a communication link for further correction to be made to the tower and made by the receiver, or any other timing correction from the tower. It can be transmitted as an included broadcast message. In certain cases, measurements from towers and receivers can be post-processed for better location accuracy at the server. Single channel GPS timing receiver or multiple channel timing receiver to generate C / A code measurements and / or L1 and / or L2 or other satellite systems, such as carrier satellite measurements from Galileo / Glonass Can be used for this common view time transmission purpose. In a multi-channel system, information from multiple satellites in a common view is captured simultaneously by the receiver.

"공통 뷰 시각 전송"에서 대안적 메커니즘은 로컬 영역 내 서로 다른 타이밍 GPS 수신기(각각 자신의 대응하는 수신기에게 공급함)가 그들의 타이밍 펄스 기원(가령, 초당 하나의 펄스)에서 공통 위성만 사용하지만 GPS(또는 UTC) 초로 정렬되도록 타이밍 펄스를 정정하기 위한 어떠한 시도도 이뤄지지 않음을 보장하는 것이다. 공통 뷰 위성의 사용은 타이밍 펄스에서의 공통 오차(가령, 공통 GPS 위성 위치 및 클록 오차 및 전리층 및 대류층 딜레이 보상 오차)가 동일한 크기만큼의 타이밍 펄스 오차를 야기하고 타이밍 펄스의 상대 오차가 감소됨을 보장한다. 위치결정에서, 상대적 타이밍 오차만 문제가 되기 때문에, 어떠한 서버-기반 타이ald 오차 정정도 필요하지 않다. 그러나 서버는 타이밍 펄스를 추출할 때 어느 GPS 위성이 사용될 것인지에 대해 서로 다른 GPS 수신기에게 명령어를 내릴 수 있다. An alternative mechanism in “common view visual transmission” is that different timing GPS receivers in the local area (each supplying their corresponding receivers) use only common satellites in their timing pulse origin (eg, one pulse per second), but GPS ( Or UTC) seconds to ensure that no attempt was made to correct the timing pulse. The use of common-view satellites indicates that common errors in timing pulses (e.g., common GPS satellite position and clock errors and iono- and convective-delay compensation errors) result in timing pulse errors of the same magnitude and relative errors in timing pulses are reduced. Is guaranteed. In positioning, no server-based tie error correction is required, since only relative timing errors are an issue. However, the server can issue commands to different GPS receivers as to which GPS satellite will be used when extracting the timing pulse.

시각 전송의 대안적 방법은 "양방향 시각 전송" 기법이다. 도 17은 하나의 실시예에 따르는 양방향 시각 전송을 도시한다. 서로에 대해 타이밍하도록 사용되는 2개의 타워를 고려할 수 있다. 2개의 송신기 각각으로부터의 송신기 PPS 펄스에서 시작되고 송신 타워의 수신 섹션(WAPS 수신기)에서 시 간격 카운터(time interval counter)가 시작된다. 수신된 신호가 어느 한 측부에서 시 간격 카운터를 중단하도록 사용된다. 시 간격 카운터로부터의 결과가 데이터 모뎀 링크를 통해 WAPS 서버로 전송되며, 여기서 이들 결과는 송신 시각과 함께 비교되며 2개의 타워들 간 타이밍 오차가 계산될 수 있다. 그 후 이는 임의의 개수의 타워까지로 확장될 수 있다. 이 방법에서, 타워 i에서의 카운터 측정치

Figure 112014009050182-pct00040
와 타워 j에서의
Figure 112014009050182-pct00041
간 관계, 및 i의 클록과 j의 클록 간 시각 차분
Figure 112014009050182-pct00042
는 An alternative method of time transmission is the "two way time transmission" technique. 17 illustrates two-way time transmission according to one embodiment. Two towers used to timing each other are contemplated. The transmitter PPS pulse from each of the two transmitters starts and a time interval counter is started in the receiving section of the transmission tower (WAPS receiver). The received signal is used to stop the time interval counter at either side. The results from the time interval counter are transmitted over the data modem link to the WAPS server, where these results are compared with the transmission time and timing errors between the two towers can be calculated. It can then be extended to any number of towers. In this way, counter measurements at tower i
Figure 112014009050182-pct00040
And at tower j
Figure 112014009050182-pct00041
Relationship, and time difference between clock of i and clock of j
Figure 112014009050182-pct00042
The

Figure 112014009050182-pct00043
Figure 112014009050182-pct00043

로서 나타날 수 있고, 여기서,

Figure 112014009050182-pct00044
Figure 112014009050182-pct00045
는 타워의 송신기 딜레이이고,
Figure 112014009050182-pct00046
Figure 112014009050182-pct00047
는 타워의 수신기 딜레이이다. 송신기 및 수신기 딜레이가 교정되면 시각 차분이 추정될 수 있다. Can appear as, where,
Figure 112014009050182-pct00044
And
Figure 112014009050182-pct00045
Is the transmitter delay of the tower,
Figure 112014009050182-pct00046
And
Figure 112014009050182-pct00047
Is the receiver delay of the tower. When the transmitter and receiver delays are corrected, the visual difference can be estimated.

타워들 간 시각 전송에 추가로, 공통 뷰 시각 전송에서 사용되는 GPS 타이밍 수신기에 의해 GPS 시각에 대한 타워의 타이밍이 발견될 수 있다. In addition to the time transmission between towers, the timing of the tower relative to the GPS time can be discovered by the GPS timing receiver used in the common view time transmission.

Figure 112014009050182-pct00048
Figure 112014009050182-pct00048

와 같은 레인지 측정치를 이용해, 수신기의 딜레이, 위성 클록 오차 및 전리층/대류층 오차를 고려한 후, GPS 시각

Figure 112014009050182-pct00049
에 대한 로컬 클록의 시각 정정이 계산된다. 그룹 딜레이의 측정치에 의해 수신기의 딜레이
Figure 112014009050182-pct00050
가 교정될 수 있다. (복조를 통해서 또는 서버로부터 얻어진) GPS 위성 항법 메시지가,
Figure 112014009050182-pct00051
Figure 112014009050182-pct00052
의 영향을 제거하는 위성 타이밍 정정을 계산하도록 사용될 수 있다. 마찬가지로, 외부 모델로부터의 정정을 이용해 대류층 및 전리층 딜레이 영향이 최소화된다. 예를 들어, 전리층 정정은 WAAS 메시지로부터 획득될 수 있다. 대안적으로, 클록 및 전리층/대류층 정정의 조합은, 이용가능할 때 의사레인지(pseudorange)에 대한 RTCM DGPS 정정으로부터 획득될 수 있다. GPS time after taking into account the delay of the receiver, satellite clock error and ionosphere / convection layer error using the same range measurement
Figure 112014009050182-pct00049
The time correction of the local clock for is calculated. Delay of the receiver by the measurement of the group delay
Figure 112014009050182-pct00050
Can be corrected. GPS satellite navigation messages (obtained via demodulation or from the server),
Figure 112014009050182-pct00051
And
Figure 112014009050182-pct00052
It can be used to calculate satellite timing correction to eliminate the effects of. Likewise, the effects of convective and ionosphere delays are minimized using corrections from external models. For example, ionosphere correction can be obtained from a WAAS message. Alternatively, a combination of clock and ionosphere / convection layer correction can be obtained from RTCM DGPS correction for pseudorange when available.

또한 GPS 시각에 대한 오프셋이 타워로부터의 데이터 스트림의 일부로서 전송될 수 있다. 이는 GNSS 수신기에서의 GNSS 검색 요건을 상당히 감소시키는 데 도움이 되는 정확한 GPS 시각 및 주파수를 제공하기 위해 WAPS 신호를 획득한 임의의 WAPS 수신기를 활성화한다. Also, an offset to GPS time can be transmitted as part of the data stream from the tower. This activates any WAPS receiver that has acquired a WAPS signal to provide accurate GPS time and frequency that helps to significantly reduce the GNSS search requirement at the GNSS receiver.

시스템의 하나의 실시예에서, 국지적 실내 위치 결정을 제공하기 위해 브로드캐스트 송신기가 애드 호크(ad hoc)로 사용될 수 있다. 예를 들어, 화재-안전 적용예에서, WAPS 송신기가 셋 이상의 브로드캐스트 스테이션(예를 들면 소방치) 상에 위치할 것이다. 상기 타워는 앞서 설명된 많은 수단들 중 하나와 브로드캐스트 신호에 의해 서로 동기화될 것이다. 대역폭 및 칩핑율(chipping rate)이 특정된 영역, 특정 적용예, 특정 시점에 따른 스펙트럼 가용성 및 정확도 요건을 기초로 스케일링될 것이다. 수신기는 장치로의 통신 링크를 통해 시스템 파라미터를 통지받을 거이다. In one embodiment of the system, a broadcast transmitter can be used as an ad hoc to provide local indoor location determination. For example, in fire-safety applications, a WAPS transmitter will be located on three or more broadcast stations (eg, firefighting stations). The towers will be synchronized with each other by a broadcast signal with one of the many means described above. Bandwidth and chipping rates will be scaled based on spectral availability and accuracy requirements over a specified area, specific application, and specific time point. The receiver will be informed of the system parameters via the communication link to the device.

도 18은 하나의 실시예에 따른 수신기 유닛의 블록도이다. 수신기 유닛 상의 안테나에서 비콘 신호가 수신되고, 복조되며, 해역되고, 위치결정 엔진으로 공급된다. 수신기는 신호를 정확하게 재구성하기 위한 모든 정보를 제공한다. 수신 안테나는 하나의 전방향 안테나이거나, 다이버시티를 제공하는 복수의 안테나/어레이, 등일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 디지털 영역에서 혼합(mixing) 및 하향 변환(down conversion)이 이뤄질 수 있다. 각각의 수신기 유닛은 고유의 하드웨어 식별 번호 및 컴퓨터에 의해 생성된 개인 키(private key)를 포함하거나 사용한다. 각각의 수신기 유닛은 일반적으로 마지막 몇 개의 위치를 비휘발성 메모리에 저장하고, 추후에 상기 마지막 몇 개의 저장된 위치에 대해 원격으로 질의할 수 있다. 특정된 영역 내 스펙트럼의 가용성을 기초로, 송신기 및 수신기는 더 우수한 정확도 및 다중경로 해결을 위해 가용 대역폭에 적응하고 칩핑율 및 필터 대역폭을 변경할 수 있다. 18 is a block diagram of a receiver unit according to an embodiment. The beacon signal is received, demodulated, unloaded and fed to the positioning engine at the antenna on the receiver unit. The receiver provides all the information to accurately reconstruct the signal. The receiving antenna may be one omni-directional antenna, or a plurality of antennas / arrays providing diversity. In another embodiment, mixing and down conversion may be performed in the digital domain. Each receiver unit contains or uses a unique hardware identification number and a computer-generated private key. Each receiver unit generally stores the last few locations in a non-volatile memory, and can query remotely for the last few stored locations later. Based on the availability of spectrum in a specified area, transmitters and receivers can adapt to available bandwidth and change chipping rate and filter bandwidth for better accuracy and multipath resolution.

하나의 실시예에서, WAPS RF 모듈에 의해 GPS RF 섹션으로부터의 신호를 멀티플렉싱/공급함으로써 상용화된 GPS 수신기를 이용하여 수신된 신호의 디지털 기저대역 프로세싱이 이뤄진다. 도 19는 하나의 실시예에 따르는 WAPS RF 모듈의 수신기의 블록도이다. 상기 RF 모듈은 하나 이상의 저 노이즈 증폭기(LNA), 필터, 하향-변환기, 및 아날로그-디지털 변환기 등을 포함한다. 이들 구성요소에 추가로, 칩 또는 커스텀 ASIC 또는 FPGA 또는 DSP 또는 마이크로프로세서 상의 추가 프로세싱을 이용해 GPS 수신기의 입력 요건에 맞도록 신호가 추가로 조절(condition)될 수 있다. 신호 조절은 대역내(in-band) 또는 대역외(out-of-band) 노이즈(가령, ACI - 인접 채널 간섭)에 대한 디지털 필터링, 입력을 WAPS 수신기의 주파수로부터 GPS IC로 입력을 변환(translation)하는 중간 또는 기저대역 주파수, GPS IC가 WAPS 신호를 프로세싱할 수 있도록 하는 디지털 신호 강도 조절, WAPS 프론트엔드를 제어하기 위한 자동 이득 제어(AGC: automatic gain control) 알고리즘 등을 포함한다. 특히, 주파수 변환(frequency translation)은 WAPS RF 모듈이 임의의 상용화된 GPS 수신기와 함께 동작할 수 있게 하는 매우 유용한 특징이다. 또 다른 실시예에서, WAPS 시스템에 대한 신호 조정 회로를 포함하는 전체 RF 프로트엔드 체인이 GPS RF 체인을 포함하는 기존 GPS 다이 상으로 일체화될 수 있다. In one embodiment, digital baseband processing of the received signal is accomplished using a commercialized GPS receiver by multiplexing / supplying signals from the GPS RF section by the WAPS RF module. 19 is a block diagram of a receiver of a WAPS RF module according to an embodiment. The RF module includes one or more low noise amplifiers (LNAs), filters, down-converters, and analog-to-digital converters. In addition to these components, the signal can be further conditioned to meet the input requirements of the GPS receiver using additional processing on a chip or custom ASIC or FPGA or DSP or microprocessor. Signal conditioning is digital filtering for in-band or out-of-band noise (eg ACI-adjacent channel interference), translating the input from the frequency of the WAPS receiver to the GPS IC ), Intermediate or baseband frequency, digital signal strength adjustment that allows the GPS IC to process WAPS signals, and automatic gain control (AGC) algorithm to control the WAPS front end. In particular, frequency translation is a very useful feature that allows the WAPS RF module to work with any commercially available GPS receiver. In another embodiment, the entire RF pro-end chain, including the signal conditioning circuitry for the WAPS system, can be integrated onto the existing GPS die including the GPS RF chain.

또 다른 실시예에서, 디지털 기저대역 입력으로의 액세스가 이용 가능하지 않은 경우, 신호는 임의의 개역에서 GPS 대역으로 상향-변환/하향-변환되고 GPS 수신기의 RF 섹션으로 공급될 수 있다. 도 20은 하나의 실시예에 따라 신호 상향-변환 및/또는 하향-변환을 도시한다. In another embodiment, if access to the digital baseband input is not available, the signal can be up-converted / down-converted to the GPS band in any open area and fed to the RF section of the GPS receiver. 20 illustrates signal up-conversion and / or down-conversion according to one embodiment.

또 다른 실시예에서, 복수의 RF 체인 또는 튜닝 가능한 RF 체인이 WAPS 시스템의 송신기와 수신기 모두에게 추가되어, 광역이든 로컬인든 특정된 영역에서의 동작의 더 효과적인 주파수를 사용하게 할 수 있다. 스펙트럼의 청정도(cleanliness), 전파 요건 등에 의해 주파수의 선택이 결정될 수 있다. In yet another embodiment, multiple RF chains or tunable RF chains can be added to both the transmitter and receiver of the WAPS system, allowing the use of a more effective frequency of operation in a specific area, whether wide or local. The choice of frequency can be determined by the cleanliness of the spectrum, propagation requirements, and the like.

마찬가지로, WAPS는 복수의 수신 체인을 포함하는 수신기 시스템에서 수신 체인을 일시적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 광대역 CDMA(W-CDMA) 수신기 시스템은 수신 다이버시트를 개선하기 위해 2개의 수신 체인을 포함한다. 따라서 WAPS가 W-CDMA 수신기 시스템에서 사용될 때 W-CDMA의 2개의 네이티브 수신 체인 중 하나가 WAPS 신호를 수신하고 처리하기 위해 일시적으로 사용될 수 있다. 도 21은 하나의 실시예에 따르는 수신 체인 중 하나가 WAPS 신호를 수신하고 처리하기 위해 일시적으로 사용될 수 있는 복수의 수신 체인을 갖는 수신기 시스템의 블록도이다. 이 예시에서, 다이버시티 수신 체인이 WAPS 신호를 일시적으로 수신하고 처리하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, GPS 수신 체인이 WAPS 신호를 일시적으로 수신하고 처리하기 위해 사용될 수 있다. Likewise, WAPS can temporarily use a receive chain in a receiver system that includes multiple receive chains. For example, a wideband CDMA (W-CDMA) receiver system includes two receive chains to improve receive diversity. Thus, when WAPS is used in a W-CDMA receiver system, one of the two native receive chains of W-CDMA can be temporarily used to receive and process WAPS signals. 21 is a block diagram of a receiver system with a plurality of receive chains where one of the receive chains according to one embodiment may be temporarily used to receive and process WAPS signals. In this example, a diversity receive chain can be used to temporarily receive and process WAPS signals. Alternatively, a GPS receive chain can be used to temporarily receive and process WAPS signals.

WAPS와 또 다른 애플리케이셔 간에 라디오 프론트-엔드가 공유될 수 있다. 프론트엔드의 일부 부분이 공유될 수 있고, 일부가 상호 배타적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 다이/시스템이 이미 안테나를 포함하는 TV(NTSC 또는 ATSC 또는 DVB-H, MediaFLO 등의 시스템) 튜너 프론트엔드를 갖는 경우, TV 튜너 라디오 및 안테나는 WAPS 시스템과 공유될 수 있다. 이들은 어느 한 시스템이 임의의 특정 시점에서 TV 신호를 수신하거나 WAPS 신호를 수신한다는 점에서 상호 배타적으로 동작할 수 있다. 또 다른 실시예에서, WAPS RF 섹션을 이러한 시스템에 추가하는 것이 쉬워진다면, 안테나가 TV 튜어와 WAP 시스템 간에 공유되어 두 시스템 도두 동시에 동작하도록 할 수 있다. 시스템/다이가 FM 라디오 등의 라디오를 갖는 경우 RF-프론트-엔드가 WAPS 시스템과 FM 라디오 모두를 수용하도록 수정될 수 있고, 이들 라디오는 상호 배타적으로 동작할 수 있다. WAPS RF 대역에 근접한 주파수에서 일부 RF 프론트엔드를 갖는 시스템에 유사한 수정이 이뤄질 수 있다. A radio front-end can be shared between WAPS and another applicator. Some parts of the frontend can be shared, and some can be used mutually exclusively. For example, if the die / system already has a TV (NTSC or ATSC or DVB-H, MediaFLO, etc.) tuner front end that includes an antenna, the TV tuner radio and antenna can be shared with the WAPS system. They can operate mutually exclusive in that either system receives a TV signal or a WAPS signal at any particular point in time. In another embodiment, if it is easy to add a WAPS RF section to such a system, the antenna can be shared between the TV tour and the WAP system, allowing both systems to operate simultaneously. If the system / die has a radio such as an FM radio, the RF-front-end can be modified to accommodate both WAPS systems and FM radios, and these radios can operate mutually exclusively. Similar modifications can be made to systems with some RF front end at frequencies close to the WAPS RF band.

수정, 수정 발진기(XO), 전압 제어 온도 보상 수정 발진기(VCTCXO), 디지털-제어 수정 발진기(DCXO), 온도 보상 수정 발진기(TCXO)와 같은 GNSS 부-시스템에 사용되는 클록 소스 기준은 WAPS 수신기와 공유되어 기준 클록을 WAPS 수신기에 제공할 수 있다. 이 공유는 다이 상에서, 또는 칩 외부에서(off-chip) 행해질 수 있다. 대안적으로, 셀룰러 폰 상의 어떤 다른 시스템에 의해 사용된 TCXO/VCTCXO는 WAPS 시스템과 공유될 수 있다. 도 22은 실시예에서, 위치결정 시스템에서의 클록 공유를 도시한 블럭도이다. 트랜시버 또는 프로세서 시스템 블럭은 다양한 시스템을 지칭할 수 있다. WAPS 시스템과 클록을 공유하는 트랜시버 시스템은 모뎀 트랜시버(가령, 셀룰러 또는 WLAN 또는 BT 모뎀) 또는 수신기(가령, GNSS, FM 또는 DTV수신기)일 수 있다. 이들 트랜시버 시스템은 주파수 제어를 위하여 VCTCXO 또는 DCXO를 선택적으로 제어할 수 있다. 트랜시버 시스템과 WAPS 시스템은 하나의 다이로 통합되거나 별도의 다이일 수 있고 클록 공유에 영향을 주지 않을 수 있다는 것을 주목하라. 프로세서는 클록 소스를 사용하는 임의의 CPU 시스템(가령, ARM 부-시스템, 디지털 신호 프로세서 시스템)일 수 있다. 일반적으로, VCTCXO/DCXO가 공유될 때, 다른 시스템에 의해 적용된 주파수 정정은 WAPS 작동을 용이하게 하기 위하여 가능한 많이 늦추어질 수 있다. 구체적으로, WAPS 수신기에 사용되는 최대 통합 시간 내의 주파수 업데이트는 WAPS 수신기를 위해 더 우수한 성능(즉, SNR 손실의 최소화)을 가능하게 하는 데 제한될 수 있다. WAPS 수신기의 상태에 관한 정보(구체적으로, 사용된 통합 레벨, WAPS 시스템의 포착 상태와 추적 상태)는 주파수 업데이트의 더 우수한 조절을 위해 다른 시스템과 교환될 수 있다. 예를 들어, 주파수 업데이트는 WAPS 포착 위상 동안에 정지될 수 있거나, 주파수 업데이트는 WAPS 수신기가 휴지 상태(sleep state)일 때로 스케줄링될 수 있다. 통신은 제어 신호의 형태이거나, 대안적으로, 트랜시버 시스템과 WAPS 시스템 사이에서 교환된 메세지의 형태일 수 있다.The clock source reference used in GNSS sub-systems such as crystal, crystal oscillator (XO), voltage controlled temperature compensated crystal oscillator (VCTCXO), digital-controlled crystal oscillator (DCXO), and temperature compensated crystal oscillator (TCXO) is based on the WAPS receiver and It can be shared to provide a reference clock to the WAPS receiver. This sharing can be done on the die or off-chip. Alternatively, the TCXO / VCTCXO used by any other system on the cellular phone can be shared with the WAPS system. 22 is a block diagram illustrating clock sharing in a positioning system, in an embodiment. The transceiver or processor system block may refer to various systems. The transceiver system that shares the clock with the WAPS system can be a modem transceiver (eg, cellular or WLAN or BT modem) or a receiver (eg, GNSS, FM or DTV receiver). These transceiver systems can selectively control VCTCXO or DCXO for frequency control. Note that the transceiver system and the WAPS system can be integrated into a single die or can be separate die and not affect clock sharing. The processor can be any CPU system using a clock source (eg, ARM sub-system, digital signal processor system). In general, when VCTCXO / DCXO is shared, the frequency correction applied by other systems can be delayed as much as possible to facilitate WAPS operation. Specifically, frequency updates within the maximum integration time used for WAPS receivers can be limited to enabling better performance (ie minimizing SNR loss) for WAPS receivers. Information about the state of the WAPS receiver (specifically, the level of integration used, the acquisition and tracking state of the WAPS system) can be exchanged with other systems for better control of frequency updates. For example, the frequency update can be stopped during the WAPS acquisition phase, or the frequency update can be scheduled when the WAPS receiver is in a sleep state. The communication may be in the form of a control signal, or alternatively, in the form of a message exchanged between the transceiver system and the WAPS system.

WAPS는 타워로부터 브로드캐스트 신호와 메세지를 브로드캐스트하여, 종래의 GPS 수신기의 기저대역 하드웨어가 WAPS와 종래의 GPS 시스템 모두를 지원하도록 수정될 필요가 없다. 이의 중요성은 WAPS 시스템이 GPS C/A 시스템의 (칩율에 영향을 주는) 단지 절반만 사용 가능한 대역폭을 가짐에도 불구하고, WAPS 브로드캐스트 신호는 상업적 등급 C/A 코드 GPS 수신기의 바운드(bound) 내에서 작동하도록 구성된다. 더구나, 알고리즘은 신호 가용성을 기초로 하여, GPS 신호가 사용되어야 하는지 또는 가장 정확한 위치를 얻기 위해 WAPS 신호 또는 이들의 조합이 사용되어야 하는지 여부를 결정할 것이다. WAPS broadcasts broadcast signals and messages from the tower, so the baseband hardware of a conventional GPS receiver need not be modified to support both WAPS and conventional GPS systems. The importance of this is that although the WAPS system has only half the available bandwidth (which affects the chip rate) of the GPS C / A system, the WAPS broadcast signal is within the bounds of a commercial grade C / A code GPS receiver. It is configured to work on. Moreover, the algorithm will determine whether a GPS signal should be used or a WAPS signal or a combination of them to obtain the most accurate location based on signal availability.

WAPS 시스템 상의 골드 코드의 탑(top)에서 송신된 데이터는, 하이브리드 GNSS-WAPS 사용성 시나리오의 경우, GNSS에 대한 보조 정보(assistance information)를 보내는 데 사용될 수 있다. 이 보조 데이터는 SV 궤도 파라미터(SV orbit parameter)(가령, 천문력(ephemeris)과 역법(almanac))의 형태일 수 있다. 또한, 보조는 로컬 영역에서 SV 비져블(visible)에 전문화될 수 있다.Data transmitted from the top of the gold code on the WAPS system can be used to send assistance information for the GNSS in the case of a hybrid GNSS-WAPS usability scenario. This ancillary data may be in the form of SV orbit parameters (eg, ephemeris and almanac). In addition, the assist can be specialized in the SV visible in the local area.

또한, WAPS 시스템으로부터 얻은 타이밍 정보는 GNSS 시스템을 지원하는 정밀 시각(fine time)으로 사용될 수 있다. WAOS 시스템 타이밍이 GPS(또는 GNSS) 시간에 정렬되기 때문에, WAPS 신호의 코드와 비트를 정렬하는 것과 임의의 타워로부터의 데이터 스트림을 판독하는 것은 GNSS 시간의 거시적 지식(coarse knowledge)을 제공한다. 또한, 위치 솔루션(수신기의 클록 바이어스는 위치결정 솔루션의 부산물임)은 WAPS 시스템 시각을 정확히 결정한다. WAPS 시스템 시각이 알려지면, 지원하는 정밀 시각은 GNSS 수신기에 제공될 수 있다. 타이밍 정보는 에지가 WAPS의 내부 시각 기저에 묶여진 단일 하드웨어 신호 펄스를 사용하여 전송될 수 있다. WAPS 시스템 시각은 GPS 시각(좀 더 일반적으로, GNSS 시스템의 타임 베이스가 직접 GNSS 시각과 직점 관련 있음) 상에 직접 맵핑된다는 것을 주목하라. GNSS는 이 에지를 수신하면 그 내부 GNSS 타임 베이스 계수를 래치할 수 있다. 대안적으로, GNSS 시스템은 펄스를 생성할 수 있고, 이 펄스의 에지는 내부 타임 베이스에 정렬되고, WAPS 시스템은 그 내부 WAPS 타이 베이스를 래치할 수 있어야 한다. 그런 후에, WAPS 수신기는 GNSS 수신기로 이 정보를 가진 메세지를 보내고, 상기 GNss 수신기가 그 타임 베이스를 WAPS 타임 베이스로 맵핑하도록 할 수 있다.In addition, timing information obtained from the WAPS system can be used as a fine time to support the GNSS system. Because the WAOS system timing is aligned in GPS (or GNSS) time, aligning the code and bits of the WAPS signal and reading the data stream from any tower provides coarse knowledge of GNSS time. In addition, the location solution (the clock bias of the receiver is a by-product of the location solution) accurately determines the WAPS system time. Once the WAPS system time is known, the supported precision time can be provided to the GNSS receiver. Timing information can be transmitted using a single hardware signal pulse with the edge bound to the internal visual base of the WAPS. Note that the WAPS system time is mapped directly on the GPS time (more generally, the time base of the GNSS system is directly related to the GNSS time). Upon receiving this edge, the GNSS can latch its internal GNSS time base coefficient. Alternatively, the GNSS system can generate pulses, the edges of which are aligned to the internal time base, and the WAPS system should be able to latch its internal WAPS tie base. The WAPS receiver can then send a message with this information to the GNSS receiver and have the GNss receiver map the time base to the WAPS time base.

마찬가지로, 로컬 클록에 대한 주파수 추정은 GNSS 수신기에 대한 주파수 지원을 제공하는데 사용될 수 있다. WAPS 수신기로부터의 주파수 추정은 공통 클록을 공유하는지와 관계없이 GNSS 수신기의 주파수 추정을 정제하는데 사용될 수 있다는 것을 주목하라. 두 수신기가 별도의 클록을 가질 때, 추가 교정 하드웨어 또는 소프트 웨어 블럭은 다른 시스템에 대한 한 시스템의 클록 주파수를 측정이 요구된다. 하드웨어 또는 소프트 웨어 블럭은 WAPS 수신기 섹션 또는 GNSS 수신기 섹션에 있을 수 있다. 그리고 나서, WAPS 수신기로부터의 주파수 추정은 GNSS 수신기의 주파수 추정을 정제하는데 사용될 수 있다.Likewise, frequency estimation for the local clock can be used to provide frequency support for the GNSS receiver. Note that the frequency estimation from the WAPS receiver can be used to refine the frequency estimation of the GNSS receiver regardless of whether they share a common clock. When the two receivers have separate clocks, additional calibration hardware or software blocks are required to measure the clock frequency of one system relative to another. The hardware or software block can be in the WAPS receiver section or the GNSS receiver section. Then, frequency estimation from the WAPS receiver can be used to refine the frequency estimation of the GNSS receiver.

또한, WAPS 시스템에서 GNSS 시스템으로 보내질 수 있는 정보는 위치의 추정을 포함할 수 있다. 위치의 추정은 근사화되거나(가령, WAPS 타워의 PN 코드에 의해 결정됨), WAPS 시스템 내의 실제 위치 추정에 기초하여 좀 더 정확히 근사화될 수 있다. WAPS 시스템으로부터 가능한 위치 추정은 다른 시스템(가령, 셀룰러 ID 기반의 위치결정으로부터의 거시적 위치 추정)으로부터 위치의 또 다른 추정과 결합하여, GNSS 시스템을 더 잘 지원하기 위해 사용될 수 있는 위치의 좀 더 정확한 추정을 제공할 수 있다. 도 23은 실시예에서, WAPS에서 GNSS 수신기까지로 보조 데이터의 송신에 대한 블럭도이다.In addition, information that can be sent from the WAPS system to the GNSS system may include estimation of the location. The estimation of the location can be approximated (eg, determined by the PN code of the WAPS tower) or more accurately approximated based on the actual location estimation in the WAPS system. The possible location estimation from the WAPS system, combined with another estimate of the location from other systems (eg, macroscopic location estimation from cellular ID based positioning), can be used to better support the GNSS system. You can provide an estimate. 23 is a block diagram of the transmission of ancillary data from a WAPS to a GNSS receiver in an embodiment.

또한, GNSS 수신기는 위치, 주파수, 및 GNSS 시각 추정치를 WAPS 수신기에게 제공함으로써 초기 위치 결정 시각(Time-To-First-Fix, TTFF), 민감도 및 위치 품질의 측면에서 WAPS 수신기의 성능을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 도 24은 실시예에서, GNSS 수신기에서 WAPS 수신기로의 지원 정보의 전송을 도시하는 블럭도이다. GNSS 시스템은 LORN, e-LORN 또는 유사한 지상형 위치결정 시스템으로 대체될 수 있다. 위치 추정은 부분적인(가령, 고도 또는 2-D 위치), 또는 완전한(가령, 3-D 위치) 또는 원시 레인지/의사레인지 데이터(raw range/pesudo-range data)일 수 있다. 레인지/의사레인지 데이터는 하이브리드 솔루션에서 이 레인지 정보의 사용을 활성화시키기 위하여 SV의 위치(또는 SV 궤적 파라미터와 같은 SV의 위치를 계산하기 위한 수단)과 함께 제공된다. 위치결정 지원 정보는 그 품질을 표시하는 메트릭(metric)과 함께 제공된다. GNSS 시각 정보를 제공할 때(이는 하드웨어 신호를 사용하여 WAPS 시스템으로 전송될 수 있음), GPS 시각에 대한 GNSS 시각의 오프셋(만일 있다면)은 WAPS 수신기의 사용을 활성화시키기 위하여 제공된다. 주파수 추정은 신뢰 메트릭(confidence metric)을 따라 클록 주파수의 추정으로서 제공된다(가령, 추정의 최대 기대 오차를 추정하는 추정된 품질을 표시함). GNSS 시스템과 WAPS 시스템이 동일한 클록 소스를 공유할 때, 이는 충분하다. GNSS 시스템과 WAPS 시스템이 별도의 클록을 사용할 때, GNSS 클록은 WAPS 시스템에도 제공되어서, WAPS 시스템이 교정(즉, GNSS 클록에 대한 WAPS의 상대적인 클록 바이어스의 추정) 또는, 대안적으로, WAPS 시스템은 그 클록을 GNSS 시스템에 제공하고, GNSS 시스템은 교정 추정(즉, GNSS 클록에 대한 WAPS의 상대적인 클록 바이어스의 추정)을 제공한다.In addition, the GNSS receiver is used to improve the performance of the WAPS receiver in terms of time-to-first-fix (TTFF), sensitivity, and location quality by providing location, frequency, and GNSS time estimates to the WAPS receiver. It can help. For example, FIG. 24 is a block diagram illustrating transmission of support information from a GNSS receiver to a WAPS receiver in an embodiment. The GNSS system can be replaced with a LORN, e-LORN or similar terrestrial positioning system. The position estimate can be partial (eg, altitude or 2-D position), or complete (eg, 3-D position) or raw range / pseudo-range data. Range / pseudo range data is provided along with the position of the SV (or a means for calculating the position of the SV, such as SV trajectory parameters) to enable the use of this range information in a hybrid solution. Positioning support information is provided along with a metric indicating its quality. When providing GNSS time information (which can be sent to the WAPS system using a hardware signal), the offset (if any) of the GNSS time to GPS time is provided to activate the use of the WAPS receiver. The frequency estimate is provided as an estimate of the clock frequency along a confidence metric (eg, indicating the estimated quality that estimates the maximum expected error of the estimate). When the GNSS system and WAPS system share the same clock source, this is enough. When the GNSS system and the WAPS system use separate clocks, the GNSS clock is also provided to the WAPS system so that the WAPS system is calibrated (i.e., an estimate of the relative clock bias of the WAPS relative to the GNSS clock) or, alternatively, the WAPS system The clock is provided to the GNSS system, and the GNSS system provides a calibration estimate (ie, an estimate of the clock bias relative to the WAPS relative to the GNSS clock).

WAPS 수신기의 민감도와 TTFF를 개선시키기 위하여, 보조 정보(타워에 의해 송신된 정보로부터 복호된 다른 것과 같은)는 다른 통신 미디어(셀룰러 폰, WiFi, SMS 등)에 의하여 WAPS 서버로부터 WAPS 수신기에 제공될 수 있다. "알마낙(almanac)" 정보가 이미 사용가능하면서, WAPS 수신기의 일은 수신기가 송신 파형에 정렬되는 시각만 필요하기 때문에(비트 정렬 또는 복호의 요구사항 없이) 간단해진다. 데이터 비트를 복호하기 위한 필요성을 제거하는 것은 TTFF를 감소시키고, 따라서, 수신기가 연속적으로 모든 비트를 복호하는 데 전압을 공급할 필요가 없기 때문에 전력을 줄인다. 도 25는 실시예에서, WAPS 보조 정보가 WAPS 서버로부터 제공되는 예시적 구성이다.To improve the sensitivity and TTFF of the WAPS receiver, auxiliary information (such as others decoded from the information transmitted by the tower) can be provided to the WAPS receiver from the WAPS server by different communication media (cellular phones, WiFi, SMS, etc.). Can be. While "almanac" information is already available, the work of the WAPS receiver is simplified because the receiver only needs time to align with the transmit waveform (without the requirement of bit alignment or decoding). Eliminating the need to decode data bits reduces TTFF, thus reducing power because the receiver does not need to supply voltage to decode all bits in succession. 25 is an example configuration in which, in an embodiment, WAPS assistance information is provided from a WAPS server.

비콘이 수신기에 추가되어 국지적 위치결정을 더욱 개선시킬 수 있다. 비콘은 장치 ID에 근거한 서명(signature)과 함께 파형을 주기적으로 송신하는 저전력 RF 송신기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시그니처는 송신기를 유일하게 식별하는 코드일 수 있다. 관련된 수신기는, 모든 방향으로 스캔과 같은 신호 에너지 피크 탐지 또는 방향 탐지(복수의 안테나 요소로부터의 신호를 사용하여 신호 도착의 방향을 결정함)를 통하여 더 높은 정확도로 송신기의 위치를 찾을 수 있을 것이다.Beacons can be added to the receiver to further improve local positioning. The beacon may include a low power RF transmitter that periodically transmits a waveform with a signature based on the device ID. For example, the signature can be a code that uniquely identifies the transmitter. The associated receiver will be able to locate the transmitter with higher accuracy through signal energy peak detection, such as scanning in all directions, or direction detection (using signals from multiple antenna elements to determine the direction of signal arrival). .

다중경로 신호의 분해능Resolution of multipath signals

다중경로의 분해능은 위치결정 시스템에서 중요하다. 무선 채널이 임의의 위상과 진폭을 가지고, 일련의 랜덤하게 변하는 다중경로의 성분을 종종 특징으로 한다. 정확한 위치결정을 위하여, 수신기 알고리즘은, 가시선(LOS) 경로(이는 최초 도착 경로일 것임)가 존재하는 경우 이를 분해하거나, 최초 도착 경로(반드시 LOS 성분일 필요는 없음)를 분해하는 것이 필수이다. 종종 종래의 방법은 다음과 같이 시행된다. (1) 수신된 신호는 송신된 의사-랜덤 시퀀스(가령, 골드 코드 시퀀스, 이는 수신기에서 알려짐)와 상호 상관되고, (2) 수신기는 결과값인 상호 상관 함수의 첫 번째 피크를 찾아내고, 최초 도착 경로의 타이밍이 이 피크의 위치에 의해 나타내어지는 타이밍과 동일하다고 추정한다. 최저 다중경로 분리가 가용 대역폭의 역보다 훨씬 더 긴 경우에만 이들 방법이 효율적으로 작용하지만, 이는 자주 있는 경우가 아니다. 대역폭이 소중한 것이고, 최소의 대역폭을 가진 다중경로를 분해할 수 있는 방법은 시스템의 효율성을 개선시키는 데 매우 바람직하다.Multipath resolution is important in positioning systems. The wireless channel is often characterized by a series of randomly varying multipath components with arbitrary phases and amplitudes. For accurate positioning, it is essential for the receiver algorithm to decompose the visible line (LOS) path (which will be the first arrival path), or to decompose the first arrival path (which is not necessarily an LOS component). Often, the conventional method is implemented as follows. (1) The received signal is correlated with the transmitted pseudo-random sequence (eg, gold code sequence, which is known at the receiver), and (2) the receiver finds the first peak of the resulting cross-correlation function, and the first It is assumed that the timing of the arrival route is the same as the timing indicated by the position of this peak. These methods work efficiently only when the lowest multipath separation is much longer than the inverse of the available bandwidth, but this is not often the case. Bandwidth is valuable, and a method that can resolve multipaths with minimal bandwidth is very desirable for improving the efficiency of the system.

채널 환경(다중경로 및 신호 강도 포함)에 따라, 가장 이른 도착 경로의 추정을 얻는 적절한 방법이 사용된다. 최고의 분해성을 위하여, 고분해능 방법이 사용되는 반면, 저 SNR에서 합리적인 성능을 위하여, 상관 피크 샘플과 피크 주위의 상관 함수의 어떤 특성을 직접 사용하는 좀 더 종래의 방법이 적용된다.Depending on the channel environment (including multipath and signal strength), an appropriate method of obtaining an estimate of the earliest arrival path is used. For the highest resolution, a higher resolution method is used, while for a reasonable performance at low SNR, a more conventional method is applied that directly uses a correlation peak sample and some characteristic of the correlation function around the peak.

Figure 112014009050182-pct00053
으로 주어진 속도 fs에서 샘플링된 양자화된 수신 신호 y[n]를 상정하라. 여기서, y[n]은 전송된 의사-랜덤 시퀀스 x[n]과 유효 채널
Figure 112014009050182-pct00054
Figure 112014009050182-pct00055
의 콘볼루션인 수신된 신호이고, h tx [n]은 송신 필터이며, h rx [n]는 수신 필터이고, h[n]은 다중경로 채널이다.
Figure 112014009050182-pct00053
Suppose a quantized received signal y [n] sampled at a given rate f s . Where y [n] is the transmitted pseudo-random sequence x [n] and the effective channel
Figure 112014009050182-pct00054
Figure 112014009050182-pct00055
Is a received signal that is a convolution of, h tx [n] is a transmit filter, h rx [n] is a receive filter, and h [n] is a multipath channel.

피크 위치를 찾는 한 방법은 외관상의 피크 포지션 주위의 값을 사용하여 피크 보간법(interpolation)에 의한다. 보간법은 피크의 양 쪽 측면 상의 하나의 값을 사용하는 이차이거나, 피크 주위의 둘 이상의 샘플을 사용하는 고차원 다항식을 사용하거나, 실제 펄스 모양에 대한 최적합(best fit)을 사용할 수 있다. 이차 보간법의 경우에, 이차는 피크 값과 피크 바로 주위의 값들에 맞춰진다. 이차의 피크는 레인지를 정하는데 사용되는 피크 위치를 결정한다. 본 방법은 매우 강건하여 낮은 SNR에서 매우 잘 실시된다.One way to find the peak position is by peak interpolation, using values around the apparent peak position. Interpolation can be quadratic using one value on either side of the peak, high-dimensional polynomial using two or more samples around the peak, or using a best fit for the actual pulse shape. In the case of quadratic interpolation, the quadratic is fitted to the peak value and the values immediately around the peak. The secondary peak determines the peak position used to determine the range. The method is very robust and performs very well at low SNR.

대안적인 실시예는 기준 위치로서 피크 위치 이외의 값을 사용할 수 있다. DLL이 피크 위치를 상관 함수에서 기준 위치으로 사용하는 반면, 본 방법은 피크와 다른 포인트를 기준으로 사용한다는 것을 주목하라. 본 방법은 상관 피크의 얼리 에지(early edge)가 트레일링 에지(trailing edge)보다 다중경로에 의해 덜 영향을 받는 다는 사실에서 동기 부여가 된다. 예를 들어, 외곡되지 않은(채널 효과가 없는) 상관 함수 상의 피크로부터의 칩(Tc)의 75% 포인트는 기준 포인트로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 이 75% 포인트와 매치되는 보간된 z[n] 함수의 포션이 선택되고, 피크는 이 포인트로부터 Tc의 25% 떨어진다. 또 다른 대안적인 피크 상관 함수에 기초한 방법은 피크 모양(피크의 외곡의 측정, 가령, 피크 폭과 같은)을 사용할 수 있다. 피크 위치에서 시작하고 피크의 모양에 기초하여, 피크 위치에 대한 보정은 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위해 결정된다.Alternate embodiments may use values other than the peak position as the reference position. Note that the DLL uses the peak position as a reference position in the correlation function, while the method uses a point different from the peak. The method is motivated by the fact that the early edge of the correlation peak is less affected by multipath than the trailing edge. For example, 75% point of the chip Tc from the peak on the uncorrugated (no channel effect) correlation function can be used as a reference point. In this case, the potion of the interpolated z [n] function matching this 75% point is selected, and the peak is dropped 25% of Tc from this point. A method based on another alternative peak correlation function can use the peak shape (such as measuring the peak's circumference, such as peak width). Starting at the peak location and based on the shape of the peak, corrections for the peak location are determined to estimate the earliest arrival path.

고분해능 방법은 다중경로 구성을 찾기 위하여 고유-공간 분해(Eigen-space decomposition)를 사용하는 유효 다중경로-분해 방법의 종류이다. MUSIC, ESPIRIT와 같은 방법은 이 종류의 분해 스킴이다. 이들은 이격된 다중경로의 구성과 관련하여, 주어진 동일한 대역폭에서, 종래의 방법보다 훨씬 더 효과적으로 분해할 수 있기 때문에 매우 강력한 스킴이다. 도착 방법의 고 레절루션 가장 이른 시각은 피크값으로부터 피크 위치를 유추하는 대신에 가장 이른 경로의 도착시각을 직접 추정하도록 시도한다. 이하의 내용은 송신된 신호의 간략-획득(coarse-acquitsiton)이 이미 수신기에서 사용가능하고, 의사-랜덤 시퀀스의 시작이 수신기에서 대강 알려졌다고 가정한다.The high resolution method is a kind of effective multipath-resolving method that uses Eigen-space decomposition to find a multipath configuration. Methods like MUSIC and ESPIRIT are decomposition schemes of this kind. These are very powerful schemes with respect to the configuration of spaced multipaths, because they can resolve much more effectively than conventional methods, given the same bandwidth. High resolution of arrival method The earliest time attempts to estimate the arrival time of the earliest route directly instead of inferring the peak position from the peak value. The following assumes that the coarse-acquitsiton of the transmitted signal is already available at the receiver, and the start of the pseudo-random sequence is roughly known at the receiver.

도 26은 실시예에서, h[n]에서 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위한 흐름도이다. 가장 이른 경로를 결정하기 위한 방법은 후술하는 동작을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.26 is a flowchart for estimating the earliest arrival route at h [n], in an embodiment. The method for determining the earliest route includes, but is not limited to, operations described below.

1. 결과 z[n]을 얻기 위하여 수신된 샘플 y[n]을 전송 시퀀스 x[n]과 상호-상관시킨다. 상호-상관이 콘볼루션으로 기재될 때,

Figure 112014009050182-pct00056
로 기재된다. 이 수학식은
Figure 112014009050182-pct00057
로 다시 기재될 수 있다. 여기서,
Figure 112014009050182-pct00058
는 의사-랜덤 시퀀스의 자기상관 함수(autocorrelation function)이다.1. To obtain the result z [n], the received sample y [n] is cross-correlated with the transmission sequence x [n]. When cross-correlation is described as convolution,
Figure 112014009050182-pct00056
It is described as. This equation
Figure 112014009050182-pct00057
It can be written again. here,
Figure 112014009050182-pct00058
Is the autocorrelation function of the pseudo-random sequence.

2. z[n]의 첫 번째 피크를 찾고, n peak 로 표시한다. z[n]의 피크의 왼쪽을 wL 샘플 및 z[n]의 피크의 오른쪽을 wR 샘플로 추출하고, 이 벡터를 pV로 표시한다.2. Find the first peak of z [n] and denote it as n peak . The left side of the peak of z [n] is extracted with the wL sample and the right side of the peak of z [n] with the wR sample, and this vector is expressed as pV.

Figure 112014009050182-pct00059
Figure 112014009050182-pct00059

벡터 pV는 상호-상관 결과 z[n]의 유용한 파트를 표시한다. 이상적인 경우에, 채널 왜곡이 없고, 채널 BW이 제한되지 않을 때, wL = wR = fsTc로 선택하는 것이 수신된 신호의 타이밍을 결정하는데 충분할 것이다. 제한된 BW의 존재하에서, 의사-랜덤 코드 x[n]이 +1/-1의 시퀀스일 때, wL과 wR을 선택하기 위한 최적의 방법은 그들을 0이 아닌 값(또는 일반적으로 피크값의 부분으로 설정된 어떤 임계치이 선택된 것 보다 큰 값)이

Figure 112014009050182-pct00060
의 피크의 왼쪽과 오른쪽 각각에 존재하도록 선택하는 것이다. wL과 wR의 선택에서 또 다른 생각은 충분히 상관되지 않은 노이즈 샘플을 선택하여 노이즈 서브공간(noise sub-space)과 관련하여 충분한 정보를 얻는 것이다. 또한, 정수 wL과 wR은 모든 가능한 다중경로 구성, 특히 파-아웃(far-out) 다중경로 구성을 분해하는데 도움을 주는 왼쪽 사이드(즉, wL을 선택하여)를 포함하기 위하여 선택되어야 한다. fsTc 이상의 너무 많은 샘플을 포함하는 것은 pV 벡터에 도입된 노이즈의 양을 증가시켜서 축소시켜야한다. 시뮬레이션과 실험을 통하여 wL과 wR에 대한 종래세트의 값은 각각 3fsTc 와 3fsTc 이다. z[n](및 그 다음에 pV)가 채널 효과 h[n], 송신 필터 htx[n], 수신 필터 hrx[n] 및 의사-랜덤 시퀀스의 자기상관 함수
Figure 112014009050182-pct00061
를 포함한다는 것을 주목하라. 채널에서 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위하여, 다른 효과는 제거될 필요가 있다. 많은 경우에, 송신 및 수신 펄스-모양은 최고의 노이즈 성능을 위해 매치되나, 이 알고리즘이 작동하기에 제한이 요구되지는 않는다. 기준 상관 함수는
Figure 112014009050182-pct00062
와 같이 정의되고, 이는 추정될 필요가 있고, pV가 가장 이른 도착 경로의 추정을 위해 사용되기 전에 제거된다.The vector pV represents a useful part of the cross-correlation result z [n]. In the ideal case, when there is no channel distortion and channel BW is not limited, selecting wL = wR = f s T c will be sufficient to determine the timing of the received signal. In the presence of limited BW, when the pseudo-random code x [n] is a sequence of + 1 / -1, the best way to select wL and wR is to set them to non-zero values (or generally as part of the peak value). Any set threshold is greater than the selected one)
Figure 112014009050182-pct00060
Is to choose to exist on each of the left and right sides of the peak. Another idea in the selection of wL and wR is to select enough noise samples to get enough information about the noise sub-space. In addition, the integers wL and wR should be selected to include all possible multipath configurations, especially the left side (ie, by choosing wL) to help decompose the far-out multipath configuration. Including too many samples above f s T c should be reduced by increasing the amount of noise introduced into the pV vector. Through simulation and experiment, the values of the conventional set for wL and wR are 3f s T c and 3f s T c, respectively. z [n] (and then pV) is the channel effect h [n], transmit filter h tx [n], receive filter h rx [n] and auto-correlation function of pseudo-random sequence
Figure 112014009050182-pct00061
Note that it includes. In order to estimate the earliest arrival route in the channel, other effects need to be removed. In many cases, the transmit and receive pulse-shapes are matched for best noise performance, but there are no restrictions required for this algorithm to work. The reference correlation function
Figure 112014009050182-pct00062
It is defined as, which needs to be estimated, and is removed before pV is used for estimation of the earliest arrival path.

3. 기준 상관 함수

Figure 112014009050182-pct00063
가 이후에 추정된다.3. Reference correlation function
Figure 112014009050182-pct00063
Is estimated after.

기준 상호-상관을 얻기 위한 한 방법은 다음과 같다. '이상' 채널(소위 "케이블 링크(cable link)"에서 1-2 단계를 수행하여 해당 피크 벡터 pVRef를 얻는다. 피크 벡터 pVRef는 기준 상관 함수

Figure 112014009050182-pct00064
의 유용한 샘플을 포함한다. 도 27은 실시예에서, 기준 상관 함수를 추정하기 위한 흐름도이다.One way to obtain a reference cross-correlation is as follows. Perform steps 1-2 on the 'abnormal' channel (so-called "cable link") to get the corresponding peak vector pV Ref . The peak vector pV Ref is the reference correlation function
Figure 112014009050182-pct00064
Contains useful samples. 27 is a flowchart for estimating a reference correlation function in an embodiment.

"케이블 링크" 방법은 송신기 프런트-엔드(전력-증폭기와 송신 안테나가 지나감)에서 '이상' 채널(가령, 케이블)을 통하여 수신기 프런트-엔드(수신 안테나를 지나감)로 변조된 신호를 보내는 단계를 포함한다. '이상' 채널이 어떤 지연이나 감쇠를 가질수 있으나, 다른 왜곡이 추가되어서는 안되고, 고 SNR을 가져야 한다는 것을 주목하라. 최고의 성능을 위하여, 서로 다른 상관함수를 가지므로 서로 다른 기준을 가지기 때문에, '케이블' 기준은 각각의 의사-랜덤 시퀀스에 대해 별도로 생성될 필요가 있다. 또한, 최고의 자기상관 함수(구체적으로, 자기상관 사이드-로브(side-lobe)에서의 그들의 근접도는 피크에 비하여 매우 억제되어야 함)를 위해 적절히 PRN을 선택하는 것이 중요하고, 이는 자기상관 사이드로브가 충분히 감쇠도지 않으면 다중경로에 대해 실수가 생기기 때문에, 타이밍-분해 방법의 최적의 전반적인 성능을 야기할 것이다.The "cable link" method sends a modulated signal from the transmitter front-end (power-amplifier and transmitting antenna passing) to the receiver front-end (passing the receiving antenna) through the 'abnormal' channel (eg cable). Steps. Note that the 'abnormal' channel may have some delay or attenuation, but other distortions should not be added and have a high SNR. For best performance, 'cable' criteria need to be generated separately for each pseudo-random sequence since they have different criteria because they have different correlation functions. It is also important to select the appropriate PRN for the best autocorrelation function (specifically, their proximity at the autocorrelation side-lobe should be very suppressed relative to the peak), which is an autocorrelation sidelobe. If is not sufficiently attenuated, mistakes will occur for multipaths, which will result in optimal overall performance of the timing-resolving method.

송신 필터 응답이 제어된다고 가정하면, 케이블 링크에 대한 응답의 한 교정은 생산시 수신기마다 요구될 것이다. 수신기 필터 특징이 제어된다면(가령, 다량의 수신기), 응답의 케이블 링크 상의 교정은 수신기 세트에 대하여 하나의 교정 측정으로 더욱 감소될 수 있다.Assuming that the transmit filter response is controlled, one calibration of the response to the cable link will be required per receiver in production. If the receiver filter feature is controlled (eg, a large number of receivers), the calibration on the response's cable link can be further reduced to one calibration measurement for the receiver set.

기준 상관 함수

Figure 112014009050182-pct00065
를 결정하기 위한 대안적인 방법은 각각의 구성
Figure 112014009050182-pct00066
, htx[n] 및 hrx[n]을 분석적으로 계산하고, 이들을 콘볼루션하여 기준 상관 함수
Figure 112014009050182-pct00067
에 도달한다. 이 방법은 송신 및 수신 필터 임펄스 응답이 실제 실행에서 제어될 수 있는 한도에 의존한다.Reference correlation function
Figure 112014009050182-pct00065
Alternative methods for determining
Figure 112014009050182-pct00066
, htx [n] and hrx [n] are analytically calculated, and convoluted them to a reference correlation function
Figure 112014009050182-pct00067
To reach This method relies on the limits that the transmit and receive filter impulse responses can be controlled in actual execution.

4. pV의 추정에서 복수의 골드 코드와 심지어 복수의 비트에 걸친 계속되는 애버리징(averaging)에 의하여 SNR을 개선시킨다. 복수의 비트에 걸친 애버리징은 개개의 비트가 송신되는 것에 대한 결정 후에 계속 행해질 수 있다. 다시 말해, 비트에 걸쳐 통합 전에 결정 피드백을 사용한다. 1 단계의 상호-상관 함수 추정치에 애버리징을 수행함에 의하여 등가적으로 개선된 SNR을 얻을 수 있다.4. Improves SNR by continuing averaging across multiple gold codes and even multiple bits in the estimation of pV. Averaging across a plurality of bits may continue to be done after determining that individual bits are to be transmitted. In other words, decision feedback is used before integration across bits. Equivalently improved SNR can be obtained by performing averaging on the cross-correlation function estimate of step 1.

5. Nfft - (wL+wR)의 제로 패딩(zero padding)과 함께 pV의 길이 Nfft와 pVRef의 패스트 퓨리에 변화(FFT)를 계산하여, 길이 Nfft 벡터 pVFreq 및 pVRef,Freq를 각각 얻는다. Nfft에 대한 최적값은 합성 및 실제 측정된 채널을 모두 사용하는 시물레이션을 통하여 다중경로의 분해성을 확인함에 의해 얻는다. Nfft의 종래 값은 4096이사에서 발견된다.

Figure 112014009050182-pct00068
5. N fft - calculating a padding (zero padding) and N fft length and fast Fourier change in pV Ref (FFT) with zero in the pV (wL + wR), the length N fft vector pV Freq and pV Ref, Freq Each gets. The optimum value for Nfft is obtained by confirming the resolution of multipath through simulation using both synthesized and actual measured channels. The conventional value of Nfft is found in 4096 directors.
Figure 112014009050182-pct00068

6.

Figure 112014009050182-pct00069
를 계산하여 채널 h[n]의 주파수 도메인 추정(노이즈으로 손상된)을 얻는다. 수신된 시퀀스 y[n]가 Nos(즉,+/-1/Tc로 대역-제한된 송신 펄스 모양에 대한
Figure 112014009050182-pct00070
)에 의하여 오버샘프되고, 송신 및 수신 펄스-모양 필터가 완전히 BW = 1/Tc로 대역-제한된다면, 이제, Hfull[k]의 DC 주위의
Figure 112014009050182-pct00071
양성 및 음성 샘플은 실제 채널, Hreal[k]의 추정에 대하여 정확히 논-제로(즉, 사용가능)이다. 우리의 연구로부터, 우리는 DC의 양 사이드 상의
Figure 112014009050182-pct00072
샘플(여기서, α>1는 송신기, 수신기 및 자기상관 함수
Figure 112014009050182-pct00073
에서 사용되는 실제 펄스-모양 필터에 기초하여 선택됨)은 분해 알고리즘의 최고의 성능을 위해 선택되어야 한다고 결론 지었다.
Figure 112014009050182-pct00074
의 주파수 천이 대역을 포함하는 것은 노이즈 증가를 유발하고, α는 선택된 샘플에서 이들 주파수를 제거하는데 충분히 크게 선택된다. 그러나, α를 너무 크게 선택하는 것은 신호 정보의 손실을 유발할 것이다. 작은 초과 대역폭을 가진 올림 코사인 필터(raised cosine filter) 모양에 기초한 실제 대역-제한된 함수에 대하여, α = 1.25의 바람직한 선택이 실행에서 사용되어 왔다.6.
Figure 112014009050182-pct00069
Calculate to obtain the frequency domain estimation (noise damaged) of channel h [n]. The received sequence y [n] is Nos (ie +/- 1 / Tc for band-limited transmit pulse shape)
Figure 112014009050182-pct00070
), And if the transmit and receive pulse-shaped filters are completely band-limited to BW = 1 / Tc, now around DC of H full [k]
Figure 112014009050182-pct00071
Positive and negative samples are exactly non-zero (ie, usable) for the estimation of the real channel, H real [k]. From our research, we have both sides of DC
Figure 112014009050182-pct00072
Sample (where α> 1 is the transmitter, receiver and autocorrelation function
Figure 112014009050182-pct00073
It was concluded that the selected based on the actual pulse-shape filter used in A) should be chosen for the best performance of the decomposition algorithm.
Figure 112014009050182-pct00074
Including the frequency shift band of causes noise increase, and α is chosen large enough to remove these frequencies from the selected sample. However, selecting α too large will cause loss of signal information. For real band-limited functions based on the shape of a raised cosine filter with a small excess bandwidth, a preferred choice of α = 1.25 has been used in practice.

7. Hfull[k]의 DC 구성이 인덱스 0이면, 감소된 H 벡터, H[]는 다음과 같이 정의된다.7. If the DC configuration of H full [k] is index 0, the reduced H vector, H [], is defined as follows.

Figure 112014009050182-pct00075
Figure 112014009050182-pct00075

8. 감소된 채널 추정 벡터 H[k]로부터 행렬 P를 구성한다.8. Construct the matrix P from the reduced channel estimation vector H [k].

Figure 112014009050182-pct00076
Figure 112014009050182-pct00076

여기서, 1 < M < 2N이 파라미터이고, ()`은 복소수의 컨쥬게이트를 나타낸다.Here, 1 <M <2N is a parameter, and () `represents a conjugate of complex numbers.

감소된 채널 추정 벡터 H[k]의 추정된 공분산 행렬 R은

Figure 112014009050182-pct00077
로 정의한다. M이 너무 작게 선택되면(1에 가깝게), R의 고유값이 합계로 매우 제한되고, 그 결과, 고분해능 알고리즘은 신호와 노이즈 사이를 기술할 수 없다. M이The estimated covariance matrix R of the reduced channel estimate vector H [k] is
Figure 112014009050182-pct00077
Is defined as If M is selected too small (close to 1), the eigenvalues of R are very limited to the sum, and as a result, a high resolution algorithm cannot describe between signal and noise. M this

너무 크게 선택되면(2N에 가깝게), 공분산을 얻는데 있어 애버리징의 양이 부정확함에 따라 공분산 행렬 추정 R은 신뢰할 수 없고, 또한 얻어진 공분산 행렬 R은 랭크-부족(rank-deficient)이다. 이에 따라, M의 값은, 허용된 레인지의 정확히 중간 즉, M = N이 좋은 선택이다. 또한, 이는 실험적으로 확증되었다.If too large is selected (close to 2N), the covariance matrix estimate R is unreliable as the amount of averaging in obtaining covariance is incorrect, and the resulting covariance matrix R is rank-deficient. Accordingly, the value of M is exactly the middle of the allowed range, that is, M = N is a good choice. In addition, it was confirmed experimentally.

9. R에 R = UDV`와 같은 특이값 분해(singular value decomposition, SVD)를 수행한다. 여기서, U는 좌측 특이 벡터의 행렬이고, V는 우측 특이 벡터의 행렬이며, D는 특이값의 대각선 행렬이다.9. Perform a singular value decomposition (SVD) such as R = UDV` on R. Here, U is the matrix of the left singular vector, V is the matrix of the right singular vector, and D is the diagonal matrix of singular values.

10. sV = 내림차수로 분류된 D의 대각선 요소와 같이, 분류된 특이값 sV의 벡터를 구성한다.10. sV = constructs a vector of classified singular values sV, such as the diagonal elements of D classified by descending order.

11. 다음으로 중요한 단계는 신호와 노이즈 서브공간을 분리하는 것이다. 다시 말해, 벡터 sV의 인덱스 ns를 선택하여 특이값

Figure 112014009050182-pct00078
은 노이즈에 대응된다. 노이즈 특이값의 벡터를 sVnoise로 정의한다.11. The next important step is to separate the signal and noise subspaces. In other words, select the index ns of the vector sV and singular value
Figure 112014009050182-pct00078
Corresponds to noise. The vector of noise singular values is defined as sV noise .

노이즈 부분 공간에 대응되는 특이값을 분리하고 노이즈 서브공간의 기저 벡터에 대한 표현을 찾을 수 있는 여러 가지 방법이 있다.There are several ways to separate singular values corresponding to the noise subspace and find the expression for the basis vector of the noise subspace.

a)

Figure 112014009050182-pct00079
보다 작은 모든 특이값(여기서, T1은 신호 대 노이즈비(가령, 칩 상의 SNR)의 함수인 임계치, T1 = f(SNR)).a)
Figure 112014009050182-pct00079
All smaller singular values, where T 1 is the threshold as a function of signal to noise ratio (eg, SNR on the chip), T 1 = f (SNR).

도 28는 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.28 is a flowchart for estimating a noise subspace in an embodiment.

b)

Figure 112014009050182-pct00080
보다 작은 모든 특이값(여기서, L은 지연-확산(가령, N/2)보다 크게 선택될 수 있는 파라미터이고, T2는 실험적으로 결정된 또 다른 임계치이다(일반적으로 값은 1000일 수 있음).b)
Figure 112014009050182-pct00080
All smaller singular values (where L is a parameter that can be chosen greater than the delay-diffusion (eg, N / 2), and T 2 is another experimentally determined threshold (generally the value can be 1000).

도 29은 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.29 is a flowchart for estimating a noise subspace in an embodiment.

또 다른 방법은 노이즈 및 신호-플러스-노이즈 서브공간의 서로 다른 파티션에 대한 SNR을 반복적으로 추정함에 의하여 노이즈 부분 공간을 결정하는 단계와 SNR의 또 다른 추정을 포함하는 단계하는 것과 관계있다. 도 30는 또 다른 대안적인 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.Another method involves determining a noise subspace by iteratively estimating SNRs for different partitions of the noise and signal-plus-noise subspace and including another estimate of the SNR. 30 is a flow diagram for estimating a noise subspace in another alternative embodiment.

1) SNR의 추정 계산은 다음과 같다.  1) The estimated calculation of SNR is as follows.

i. 노이즈은

Figure 112014009050182-pct00081
에 의해 표현된다고 가정하고, 노이즈 분산은
Figure 112014009050182-pct00082
로 계산한다.i. Noise is
Figure 112014009050182-pct00081
Is assumed to be, and the noise variance is
Figure 112014009050182-pct00082
Is calculated as

ii. 신호 전력은

Figure 112014009050182-pct00083
으로 계산한다.ii. Signal power
Figure 112014009050182-pct00083
Is calculated as

iii. SNR의 추정:

Figure 112014009050182-pct00084
iii. Estimation of SNR:
Figure 112014009050182-pct00084

2) SNR의 대안적인 추정은 다른 방법을 통하여 얻는다(가령, 칩상의 SNR). SNR을 직접 추정하는 한 방법은 다음과 같다.  2) Alternative estimates of the SNR are obtained through different methods (eg, on-chip SNR). One way to estimate the SNR directly is as follows.

i. 수신된 데이터 샘플(주파수 오차 제거와 Tc-이격된 샘플에 대한 재샘플링과 코드 비상관화 후)이 Xi(여기서, Xi는 보간된 피크 위치에서의 칩-스페이스 스타팅(chip-spaced starting)임)에 의해 주어진다.   i. The received data sample (after frequency error elimination and resampling for Tc-spaced samples and code de-correlation) is based on Xi (where Xi is the chip-spaced starting at the interpolated peak position). Is given by

Figure 112014009050182-pct00085
Figure 112014009050182-pct00085

ii. 신호는

Figure 112014009050182-pct00086
로 추정된다.ii. The signal is
Figure 112014009050182-pct00086
Is estimated as

iii. 노이즈은

Figure 112014009050182-pct00087
로 추정된다.iii. Noise is
Figure 112014009050182-pct00087
Is estimated as

iv. SNR은

Figure 112014009050182-pct00088
로 추정된다.iv. SNR is
Figure 112014009050182-pct00088
Is estimated as

3) 다음 조건을 만족시키는

Figure 112014009050182-pct00089
와 같은 노이즈 특이값을 선택한다.3) satisfying the following conditions
Figure 112014009050182-pct00089
Select a noise singular value such as.

Figure 112014009050182-pct00090
Figure 112014009050182-pct00090

d) 또 다른 방법은 c)1)을 사용하여 노이즈 및 신호 서브공간의 서로 다른 파티션을 위한 SNR을 반복적으로 추정함에 의하여 노이즈 서브공간을 결정하는 단계와 파트션 nstart를 선택하는 단계와 관계된다.d) Another method involves determining the noise subspace and selecting the partition n start by iteratively estimating the SNR for different partitions of the noise and signal subspaces using c) 1). .

Figure 112014009050182-pct00091
Figure 112014009050182-pct00091

도 31는 또 다른 대안적인 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.31 is a flow chart for estimating a noise subspace in another alternative embodiment.

e) 도 32은 또 다른 대안적인 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다. e) FIG. 32 is a flow chart for estimating noise subspace in another alternative embodiment.

1)

Figure 112014009050182-pct00092
를 정의한다. 그리고 나서, 첫 번째 wLen 특이 값은 유효 신호-플러스-노이즈 서브공간 또는 노이즈 서브공간 특이값을 나타낸다(특이값의 나머지는 상관된 노이즈과 신호 및 양자화 효과를 나타낸다).One)
Figure 112014009050182-pct00092
Define Then, the first wLen singular value represents the effective signal-plus-noise subspace or noise subspace singular value (the rest of the singular value represents the correlated noise and signal and quantization effects).

2) SNR의 추정은 다음과 같이 계산한다.  2) The estimation of SNR is calculated as follows.

i. 노이즈은

Figure 112014009050182-pct00093
Figure 112014009050182-pct00094
에 의해 나타난다고 가정하고, 노이즈 분산은
Figure 112014009050182-pct00095
로 계산한다.i. Noise is
Figure 112014009050182-pct00093
Figure 112014009050182-pct00094
Is assumed to be
Figure 112014009050182-pct00095
Is calculated as

ii. 신호 전력은

Figure 112014009050182-pct00096
로 계산한다.ii. Signal power
Figure 112014009050182-pct00096
Is calculated as

iii. SNR의 추정:

Figure 112014009050182-pct00097
iii. Estimation of SNR:
Figure 112014009050182-pct00097

3)

Figure 112014009050182-pct00098
Figure 112014009050182-pct00099
를 정의한다. 그리고 나서, winLen까지 nstart는 노이즈 특이값을 나타낸다.
Figure 112014009050182-pct00100
의 일반적인 값은 10이다.3)
Figure 112014009050182-pct00098
Figure 112014009050182-pct00099
Define Then, n start until winLen represents the noise singular value.
Figure 112014009050182-pct00100
The typical value of is 10.

12. VN를 만들기 위하여 해당하는 노이즈 우-특이 벡터(right-singular vector)를 선택, 즉, 노이즈 특이값에 해당하고 노이즈 서브공간 행렬 VN 만드는 V의 모든 벡터를 선택한다.12. To create VN, select the corresponding noise right-singular vector, that is, select all the vectors of V that correspond to the noise singular values and make the noise subspatial matrix VN.

13. 첫 번째 경로의 도착 시각의 추정:13. Estimation of arrival time of the first route:

a) 정의 a) Definition

Figure 112014009050182-pct00101
Figure 112014009050182-pct00101

b)

Figure 112014009050182-pct00102
의 값의 범위를 위한
Figure 112014009050182-pct00103
를 계산한다. 탐색의 분해능
Figure 112014009050182-pct00104
은 요구되는 만큼 작게 선택될 수 있다. 예로서,
Figure 112014009050182-pct00105
Figure 112014009050182-pct00106
여서, τ는 [-5, 5]의 범위에서 0.05단계로 탐색된다.b)
Figure 112014009050182-pct00102
For a range of values for
Figure 112014009050182-pct00103
To calculate. Search resolution
Figure 112014009050182-pct00104
Can be selected as small as required. As an example,
Figure 112014009050182-pct00105
Wow
Figure 112014009050182-pct00106
Therefore, τ is searched in 0.05 steps in the range of [-5, 5].

14. Ω(τ)의 피크는 간략 피크(npeak)에 대한 채널 임펄스의 위치를 제공한다. 이론적으로, 첫 번째 피크는 LOS 경로에 대응할 것이다. 기지국으로부터의 전송에서 암호화될 수 있는 전파 환경에 대한 정보를 기초로,

Figure 112014009050182-pct00107
를 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 지연-확산이 크다면,
Figure 112014009050182-pct00108
은 크게 선택될 수 있고(가령, 10), 지연-확산이 작다면,
Figure 112014009050182-pct00109
은 작게 선택될 수 있다(가령, 4).14. The peak of Ω (τ) provides the location of the channel impulse with respect to the brief peak (n peak ). Theoretically, the first peak will correspond to the LOS pathway. Based on information about the radio wave environment that can be encrypted in transmission from the base station,
Figure 112014009050182-pct00107
It is possible to control. For example, if the delay-diffusion is large,
Figure 112014009050182-pct00108
Can be largely selected (eg 10), and if the delay-diffusion is small,
Figure 112014009050182-pct00109
Can be chosen small (eg 4).

방법들의 조합:Combination of methods:

상기 논의된 스탠드어론 방법들을 별개로 하고, 만흥ㄴ 다른 조합 방법이 가능하다. 칩상의 SNR에 기초한 스킴의 조합은 효과적인 방법이다. 이하는 실제로 실현될 수 있는 조합 스킴의 리스트를 설명한다.Apart from the standalone methods discussed above, other combination methods are possible. Combining schemes based on SNR on the chip is an effective method. The following describes a list of combination schemes that can be realized in practice.

1. 칩 SNRRef 보다 적은 칩SNR 대하여, 12(d)를 골라 노이즈 특이값을 선택한다. 아니면 12(a)를 선택한다.1. For a chip SNR less than the chip SNRRef, pick 12 (d) and select the noise singular value. Otherwise, select 12 (a).

2. 칩 SNRRefqhek 큰 칩SNR에 대하여, 12(d)를 골라서 노이즈 특이값을 선택하고, 피크 위치를 추정한다. 아니면, 상호-상관 함수 z[n]으로부터 시작하는 직접적인 피크 추정 기술(가령, 피크 보간법, 피크 모양)을 사용한다.2. Chip SNRRefqhek For a large chip SNR, 12 (d) is selected to select a noise singular value, and a peak position is estimated. Alternatively, a direct peak estimation technique (eg, peak interpolation, peak shape) starting from the cross-correlation function z [n] is used.

3. 칩 SNRRef 보다 적은 칩SNR 대하여, 12(e)를 골라서 노이즈 특이값을 선택한다. 아니면, 12(a)를 선택한다.3. For the chip SNR less than the chip SNRRef, select the noise singularity value by selecting 12 (e). Otherwise, select 12 (a).

칩SNRRef의 일반적인 값은 10dB이다.
The typical value of chip SNRRef is 10dB.

위치의 계산Calculation of location

수신기 유닛의 위치는 단말기 유닛 또는 서버 상에 사용가능한 위치결정 엔진에 의해 결정된다. 수신기는 시스템으로부터 레인지 측정을 사용할 수 있거나 시스템 레인지 측정과 기회의 다른 신호로부터 어떤 측정을 결합할 수 있다. 충분한 세트의 레인지 측정은 제공된 위치 픽스(fix)을 야기고, 이는 알려진 위치으로부터 파생된 측정이다. 3D 공간에서 레인지 수학식은

Figure 112014009050182-pct00110
로 주어진다.The position of the receiver unit is determined by a positioning engine available on the terminal unit or server. The receiver can use range measurements from the system, or it can combine system range measurements with certain measurements from other signals of opportunity. A sufficient set of range measurements results in a given position fix, which is a measurement derived from a known position. In 3D space, the range equation
Figure 112014009050182-pct00110
Is given as

송신기의 위치는 (xi,yi,zi)로 주어지고, 모바일 유닛의 알려지지 않은 위치는 어떤 로컬 좌표 프레임에서 (X,Y,Z)로 주어진다. 3개 이상의 송신기는 3개 이상의 레인지 측정을 생산하고, 이는 픽스를 계산하는데 사용된다. 측정은 수신기 시각 바이어스 추가적인 기간(term)도 가지는데, 이는 수신기 시각이 WAPS 타이밍과 동기화되지 않기 때문이다.The location of the transmitter is given by (x i , y i , z i ), and the unknown location of the mobile unit is given by (X, Y, Z) in some local coordinate frame. Three or more transmitters produce three or more range measurements, which are used to calculate the fix. The measurement also has an additional term for receiver time bias because the receiver time is not synchronized with the WAPS timing.

Figure 112014009050182-pct00111
Figure 112014009050182-pct00111

이 수학식은 후에 "의사레인지 측정 수학식"으로 언급된다. 시각 바이어스는 송신기가 타이밍 동기화되기 때문에 일반적이라는 것을 주목하라. 의사레인지는 송신기 타이밍 보정으로 위해 수정되어야하는데, 이는 각각의 송신기로부터의 송신에서 내장형의 데이터 스트림으로부터 가능하다. 이 델타 시각 바이어스는 새로운 알려지지 않은 파라미터를 만들고, 그래서 최소 4개의 측정이 솔루션에 사용된다. 기압 고도계(barometric altimeter) 측정은

Figure 112014009050182-pct00112
과 같은 솔루션을 위해 필요한 정보를 제공한다.This equation is later referred to as "pseudo range measurement equation". Note that visual bias is common because the transmitter is timing synchronized. The pseudorange must be corrected for transmitter timing correction, which is possible from the embedded data stream in the transmission from each transmitter. This delta visual bias creates a new unknown parameter, so at least 4 measurements are used in the solution. Barometric altimeter measurements
Figure 112014009050182-pct00112
It provides the necessary information for such a solution.

이들 비선형 동시적인 수학식을 해결하는 한 방법은 임의적인 초기 포인트에서 문제를 선형화하고, 이 초기 위치에 대한 보정을 반복적으로 찾아서 최종 솔루션으로 이끄는 것이다.One way to solve these nonlinear simultaneous equations is to linearize the problem at an arbitrary initial point, repeatedly find a correction for this initial position and lead it to the final solution.

이 방법은 X, Y, Z 솔루션에 대한 초기 추측을 사용하여서, 송신기의 중심은

Figure 112014009050182-pct00113
로 사용된다.This method uses initial guesses for the X, Y, and Z solutions, so the center of the transmitter is
Figure 112014009050182-pct00113
Is used as

최종 위치 솔루션은

Figure 112014009050182-pct00114
를 형성하는 것으로 가정한다.The final location solution
Figure 112014009050182-pct00114
It is assumed to form.

기하학적 레인지는

Figure 112014009050182-pct00115
에 대한 테일러 시리즈로 확장될 수 있다.Geometric range
Figure 112014009050182-pct00115
For the Taylor series.

Figure 112014009050182-pct00116
Figure 112014009050182-pct00116

여기서, 추정된 레인지는

Figure 112014009050182-pct00117
로 계산되고, 편도함수는
Figure 112014009050182-pct00118
으로 주어진다.Here, the estimated range
Figure 112014009050182-pct00117
Is calculated as, and the one-way function is
Figure 112014009050182-pct00118
Is given as

이 실시예에서, 4개의 알려지지 않고 4개의 선형 수학식이 도시된다. 추가 레인지 추정은 행렬에서 더 많은 행을 생산할 것이다. 결과는 아래 세트와 같다.In this embodiment, four unknown and four linear equations are shown. The additional range estimate will produce more rows in the matrix. The results are shown in the set below.

Figure 112014009050182-pct00119
Figure 112014009050182-pct00119

관측 행렬(observation matrix)의 마지막 행은 기압 고도계 측정을 나타낸다. 세 번째 열의 1은 모든 세 개의 레인지에 대한 동일한 시각 바이어스를 나타낸다. 이들 수학식은 Ax = b의 형태이다. 솔루션

Figure 112014009050182-pct00120
. 바로미터 측정없이 추가 측정이 상기 매트릭의 행 1에서 3과 마차가지로 추가 행이 하나 추가되는 것을 주목하라. 이 추가 측정은 수신기의 고도의 측정을 활성화 시킨다. 알려지지 않은 수 보다 더 많은 측정이 가능할 때, 솔루션은
Figure 112014009050182-pct00121
로 주어진 A의 의사역행렬(pseudoinverse)에 기초하고, 최소 자승 솔루션(least squre solution)은
Figure 112014009050182-pct00122
으로 주어진다는 것을 주목하라. 측정의 품질이 동일하지 않을 경우, 최소 자승 센스(least square sense)에서 수학식 Ax=b를 푸는 적합한 방법은 각각의 수학식으로부터 오차에 대한 SNR에 가중치 비례(weight proportional)를 사용하는 것이다. 이는
Figure 112014009050182-pct00123
와 함께 솔루션
Figure 112014009050182-pct00124
를 야기한다. 대각선 가중화 행렬 W는 측정의 노이즈 분산에 대한 가중치 비례에 의해 형성된다. 이들 수학식의 솔루션은 X, Y, Z에 대한 델타 정정과 델타 시각 추정을 생산한다.The last row of the observation matrix represents the barometric altimeter measurement. 1 in the third column represents the same visual bias for all three ranges. These equations are in the form of Ax = b. solution
Figure 112014009050182-pct00120
. Note that an additional measurement is added without the barometer measurement, as in the rows 1 to 3 of the metric above. This additional measurement activates the receiver's high altitude measurement. When more measurements than unknown are possible, the solution
Figure 112014009050182-pct00121
Based on the pseudoinverse of A given by, the least squares solution is
Figure 112014009050182-pct00122
Note that is given by If the quality of the measurements is not the same, a suitable way to solve equation Ax = b in least square sense is to use weight proportional to the SNR for error from each equation. this is
Figure 112014009050182-pct00123
Solutions with
Figure 112014009050182-pct00124
Causes The diagonal weighting matrix W is formed by the weight proportional to the noise variance of the measurement. The solution of these equations produces delta correction and delta time estimation for X, Y, Z.

Figure 112014009050182-pct00125
Figure 112014009050182-pct00125

이는 방법의 첫 번째 반복을 완성시킨다. 업데이트된 위치과 시각 바이어스 추정은 초기 추측을 바꾸고, 알고리즘은 델타 파라미터가 아래 어떤 임계치이 될 때까지 계속된다. 일반적인 정지 포인트는 기준을 위해 델타값이 아래 어떤 임계치(가령, 1미터)일 것이다.This completes the first iteration of the method. The updated position and visual bias estimates change the initial guess, and the algorithm continues until the delta parameter becomes some threshold below. A typical stop point will be some threshold (eg 1 meter) below the delta value for reference.

GPS에서 선형화된 수학식의 시스템은 알고리즘이 최종 사용자 위치으로 수렴하기 위하여 최소 자승과 사용자의 위치에 대한 초기 추측을 사용하여 푼다. 선형화는 위성 위치와 사용자 위치 사이의 거리가 지구상의 사용자 위치과 추측된 위치 사이의 거리보다 크다는 기본적인 가정에 근거한다. 지상 환경(작은 기하를 가진)에서 동일한 세트의 수학식을 위하여, 초기 추측은 중심(상기한 바와 같이)에 근거할 수 있고, 포인트는 수신된 신호가 가장 강한 송신기로부터 근접하거나, 반복없이 공식의 시퀀스에 의한 폐쇄된 형태 솔루션을 주는 직접적인 방법에 의해 얻는다. 초기 추측이 중심 또는 수신된 신호가 가장 강한 송신기에 근접한 포인트일 경우, 초기 추측은 최소 자승법을 사용하여 개선된다. 초기 추측이 반복없이 공식의 시퀀스에 의해 폐쇄된 형태 솔루션을 주는 직접적인 방법에 의해 얻어질 경우, 초기 솔루션 그 자체는 최종 솔루션이고, 이러한 측정에서 기대 오차(expected error)를 사용함에 의해 가중화된 개개의 측정이 알려지지 않은 것보다 좀 더 많은 측정(그리고 따라서 수학식)이 있을 때만 최소 자승을 사용하여 개선된다(이는 신호 강도와 양각과 같은 파라미터로부터 얻음). 더구나, 측정의 시퀀스가 제 시각에 처리된다면, 상기와 같이 얻어진 솔루션은 칼만 필터(Kalman filter)로 전달되어 최정의 솔루션 "궤도(trajectory)"를 얻는다.In GPS, the system of linearized equations is solved using the least squares and the initial guess of the user's location in order for the algorithm to converge to the end user's location. Linearization is based on the basic assumption that the distance between the satellite position and the user position is greater than the distance between the user position and the estimated position on Earth. For the same set of equations in a terrestrial environment (with a small geometry), the initial guess can be based on the center (as described above), and the point is that the received signal is close to the strongest transmitter, or without repetition. Obtained by a direct method of giving a closed form solution by sequence. If the initial guess is the center or the point where the received signal is closest to the strongest transmitter, the initial guess is improved using the least squares method. If the initial guess is obtained by a direct method that gives a closed form solution by a sequence of formulas without repetition, the initial solution itself is the final solution, and individualized weighted by using the expected error in these measurements. The measurement of is improved using least squares only when there are more measurements (and thus equations) than are unknown (which are obtained from parameters such as signal strength and embossment). Moreover, if the sequence of measurements is processed in time, the solution obtained as above is passed to a Kalman filter to obtain the best solution "trajectory".

지상파 경우에서 선형화 문제를 극복하는 또 다른 접근법은 비-선형 최소화 문제점(구체적으로, 가중화된 비-선형 최소 자승 문제)과 같은 수학식 세트를 공식화하는 것과 관계된다. 구체적으로, 최소화될 비-선형화 목적 함수는

Figure 112014009050182-pct00126
와 같이 정의된다.Another approach to overcoming the linearization problem in the terrestrial case involves formulating a set of equations such as the non-linear minimization problem (specifically, the weighted non-linear least squares problem). Specifically, the non-linearization objective function to be minimized is
Figure 112014009050182-pct00126
Is defined as

가중치 Wt는 측정된 레인지 Ri의 SNR에 반비례한다. 수신기 위치의 최고의 추정은 목적함수를 최소화하는 (X,Y,Z,Δt)의 세트로 얻어진다. 바로미터 또는 다른 고도 지원하는 것은 목적 함수가

Figure 112014009050182-pct00127
으로 수정된다.The weight W t is inversely proportional to the SNR of the measured range R i . The best estimate of the receiver position is obtained with a set of (X, Y, Z, Δt) minimizing the objective function. Supporting barometers or other altitudes means the objective function
Figure 112014009050182-pct00127
Is corrected to

이 방법에 기초한 위치 솔루션은, 특히 작은 기하 지상파 시스템 구성하에서 좀더 안정적이고 강건하다.Location solutions based on this method are more stable and robust, especially under small geometric terrestrial system configurations.

이 구성에서, 수신기 좌표에서의 작은 변화가 관측 행렬을 현저하게 변화시키고 가끔은 선형화된 반복의 수렴의 부족으로 이어진다. 로컬 최소화(local minimum)으로의 수렴 또는 발산은 측정에서 잔여 바이어스(residual bias) 때문에 종종 더 발생하고, 이는 목적 함수의 모양에 영향을 주어 로컬 최소화가 존재할 수 있다. 잔여 바이어스는 실내/도시 캐년 환경에서 매우 흔하다. 상기 비-선형 공식화는 작은 기하 선형화 문제를 극복하는 것 말고도 측정 바이어스에 대하여 위치 알고리즘을 강건하게 만든다.In this configuration, small changes in receiver coordinates significantly change the observation matrix and sometimes lead to a lack of convergence of linearized iterations. Convergence or divergence to a local minimum often occurs more due to residual bias in the measurement, which may affect the shape of the objective function, so that local minimization may exist. Residual bias is very common in indoor / urban canyon environments. The non-linear formulation makes the position algorithm robust against measurement bias, rather than overcoming small geometric linearization problems.

옵티멀 X, Y, Z를 얻기 위한 함수 f의 최소화를 수행하기 위한 한 접근법은 일반적인 알고리즘(가령 차동 진화(differential evolution))을 사용하여 함수의 글로벌 최소화를 찾는 것이다. 이러한 알고르즘의 사용은, 복수-경로 바이어스가 레인지 측정에 존재할 때, 솔루션은 작은 기하 지상형 위치결정에서 발생하는 로컬 최소화를 방지하도록 한다.One approach to performing minimization of function f to obtain optical X, Y, Z is to find the global minimization of the function using a common algorithm (eg differential evolution). The use of this algorithm allows the solution to avoid local minimization that occurs in small geometric ground positioning when multi-path bias is present in the range measurement.

선형화된 최소 자승 또는 비-선형화된 최소 자승 방법이 의사레인지 측정 수학식을 푸는데 사용되는 것과 관계없이, 품질 메트릭이 위치 추정과 함께 제공되는 것이 중요하다. 위치 품질 메트릭은 의사레인지 측정 수학식 잔여, 추정된 위치에 대한 타워의 기하형상뿐만아니라 측정의 품질의 함수여야 한다. i번째 타워 측정에 대한 의사레인지 측정 잔여는

Figure 112014009050182-pct00128
로 주어진다.
Regardless of whether a linearized least squares or non-linearized least squares method is used to solve the pseudorange measurement equation, it is important that a quality metric is provided along with the location estimate. The location quality metric should be a function of the quality of the measurement as well as the residual geometry of the pseudorange measurement equation, the tower geometry for the estimated location. The residual of the pseudorange measurement for the i tower measurement is
Figure 112014009050182-pct00128
Is given as

*애버리지 가중화된 rms 의사레인지 잔여는

Figure 112014009050182-pct00129
로 주어진다.* Average weighted rms pseudorange remainder
Figure 112014009050182-pct00129
Is given as

HDOP, VDOP,PDOP는

Figure 112014009050182-pct00130
의 대각선 원소로부터
Figure 112014009050182-pct00131
로 정의된다.HDOP, VDOP, PDOP
Figure 112014009050182-pct00130
From the diagonal elements of
Figure 112014009050182-pct00131
Is defined as

특정 SNR에서의 의사레인지 RMS(root-mean-square) 오차는

Figure 112014009050182-pct00132
로 정의된다. 여기서, f는 일반적으로 그 인수의 비-선형 단조 감수 함수이다. 함수 f는 신호BW와 수신기 BW의 함수로서 특정 수신기 구성에서 분석적으로 파생될 수 있고, 테이블 맵핑 SNR로서의 시뮬레이션에서 레인지 오차까지 찾을 수 있다.The pseudorange RMS (root-mean-square) error at a specific SNR is
Figure 112014009050182-pct00132
Is defined as Where f is generally the non-linear monotonic subtraction function of its argument. The function f is a function of the signal BW and the receiver BW and can be analytically derived from a specific receiver configuration, and range error can be found in simulation as a table mapping SNR.

2-D 위치에 대한 품질 메트릭은

Figure 112014009050182-pct00133
로 정의된다. 마찬가지로, 고도와 3-D 위치에 대한 품질 메트릭은
Figure 112014009050182-pct00134
으로 정의된다.The quality metric for 2-D position
Figure 112014009050182-pct00133
Is defined as Similarly, the quality metrics for elevation and 3-D position
Figure 112014009050182-pct00134
Is defined as

품질 αsms 원하는 신뢰도의 레벨에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 3의 값은 95% 신뢰도를 얻는데 사용되나, 1의 값은 68% 신뢰도를 얻는데 사용된다.Quality αsms are selected based on the level of reliability desired. For example, a value of 3 is used to achieve 95% confidence, while a value of 1 is used to achieve 68% confidence.

WAPS 시스템을 사용하는 위치결정의 또 다른 방법은 다른 스킴에서 WAPS 기준 수신기의 사용과 관련있다. "차동 광역 위치결정 시스템"에서 도시되고, 타이밍 동기화의 맥락에서 논의된 바와 같이, WAPS 타워의 경도, 위도, 고도와 함께 시각 스탬프된(time-stamped) 기준 수신기 측정과 기준 수신기는 특정 시각-스탬프에서 WAPS 타워 송신들간의 타이밍 델타를 결정하는데 사용될 수 있다. 송신기들 간의 타이밍 델타가 알려지고나면, 레인지 수학식은 하나의 공통 시각 바이어스를 가지는 것으로 다시 감소될 수 있다. 그리고 나면, WAPS 수신기는 WAPS 데이터 스트림의 복조를 막을 수 있다(가령, 데이터 스트림으로부터 타이밍 보정을 추출하기). WAPS 수신기 측정은 서버로 보내질 수 있고, 그리고 나면, 위치는 서버에서 계산되거나, 대안적으로, 기준 수신기 측정은 WAPS 수신기로 다시 전달될 수 있으며, 위치는 거기서 계산될 수 있다. WAPS 타워의 위도, 경도 및 고도는 위치 계산에서 이미 알려지고/사용가능하다고 가정한다. WAPS 데이터 스트림이 안전한 경우에, 이 차동 시스템은 타이밍 보정을 위하여 안전한 데이터 스트림으로부터 데이터를 뽑아낼 필요성을 없도록 할 수 있다.Another method of positioning using a WAPS system involves the use of WAPS reference receivers in different schemes. Time-stamped reference receiver measurements and reference receivers with a specific time-stamp, as shown in the "differential wide-area positioning system" and discussed in the context of timing synchronization, with the WAPS tower's longitude, latitude, and altitude. Can be used to determine the timing delta between WAPS tower transmissions. Once the timing delta between transmitters is known, the range equation can be reduced back to one common visual bias. Then, the WAPS receiver can prevent demodulation of the WAPS data stream (eg, extract timing correction from the data stream). WAPS receiver measurements can be sent to the server, and then the location can be computed at the server, or alternatively, the reference receiver measurement can be passed back to the WAPS receiver, and the location can be computed there. It is assumed that the latitude, longitude and altitude of the WAPS tower are already known / available in the location calculation. If the WAPS data stream is secure, this differential system can eliminate the need to extract data from the secure data stream for timing correction.

WAPS 시스템으로부터 위치결정을 얻기 위한 또 다른 대안적인 방법은 RSSI 핑거-프린팅 기술(finger-printing technique)을 사용한다. WAPS 타워 송신 전력/위치 및 RSSI 레벨의 데이터베이스는 위치결정이 필요한 지역 내의 훈련 측정(training measurement)에 기초한 주어진 타겟 지역을 위해 설정된다. RSSI 데이터베이스 또한, 도래각(Angle of Arrival, AOA)과 함께 증가되어서 솔루션을 개션시킬 수 있다는 것을 주목하라. WAPS 수신기 RSSI 측정(및 가능한 AOA 측정)은 위치 추정을 얻기 위하여 이 데이터베이스를 찾는 데 사용된다. WAPS RSSI 측정을 사용하는 대안적인 방법은 전파 모델(propagation model)(또는 단순한 보외법/보간법 기술)을 사용하여 측정을 레인지 추정으로 전환하고, 그 다음에 삼변 측량술(tri-lateration)을 사용하여 위치를 결정한다. 이들 핑거-프린팅 기술의 RSSI 측정은 레인지로 변환할 수 있는 다른 측정으로 대체될 수 있다.Another alternative method for obtaining positioning from a WAPS system uses the RSSI finger-printing technique. A database of WAPS tower transmit power / location and RSSI level is established for a given target area based on training measurements in the area where positioning is required. Note that the RSSI database can also be increased with the Angle of Arrival (AOA) to retrofit the solution. WAPS receiver RSSI measurements (and possibly AOA measurements) are used to find this database to obtain a location estimate. An alternative method of using WAPS RSSI measurements is to convert the measurement to range estimation using a propagation model (or simple extrapolation / interpolation technique), and then position using tri-lateration. Decide. The RSSI measurement of these finger-printing techniques can be replaced by other measurements that can be converted into ranges.

WAPS 인프라스트럭쳐를 사용하여 위치를 계산하는 대안적인 방법은 WAPS 타워 위치의 종래의 지식을 사용하지 않고, WAPS 시스템으로부터 위치결정을 얻기위한 블라인드 방법(blind method)을 사용한다. 이 방법에서, WAPS 타워의 근사적 위치는 현장 측정(가령, GNSS 태그된 위치에서 WAPS 타워 주위의 많은 각으로부터 RSSI를 측정하고, 그리고 나서 이들 위치의 RSSI에 기초하여 가중화된 애버리지를 사용하여 WAPS 타워 위치를 추정함에 의하여)에 의해 결정된다. 그리고 나서, RSSI 핑거-프린팅 방법 중 하나는 위치를 결정하는데 사용된다(가령, 상기 단락에서 기술된 바와 같이).An alternative method of calculating the location using the WAPS infrastructure does not use the prior knowledge of WAPS tower location, but uses a blind method to obtain location from the WAPS system. In this method, the approximate location of the WAPS towers is measured in situ (eg, measuring RSSIs from many angles around the WAPS towers at GNSS tagged locations, and then using the weighted averages based on the RSSIs of these locations to WAPS) (By estimating tower position). Then, one of the RSSI finger-printing methods is used to determine the location (eg, as described in the paragraph above).

WAPS 인프라스트럭쳐를 사용하여 위치를 계산하는 대안적인 방법은 위치 오프라인을 계산하는데 사용될 수 있다. 위치 계산은 선택적으로 근사 위치 및 WAPS 시각 태그와 함께, WAPS 수신기로부터의 WAPS 신호(가령, 저장된 데이터는 저 IF에서의 I 데이터 또는 기저대역에서의 IQ 데이터일 수 있음)의 샘플 세그먼트를 저장하는 것과 관계있다. 그것은 신호를 포착할 수 있는 충분한 샘플을 저장하는데 충분하다는 것을 주목하라. 샘플은 이후 시간에서, 탐색, 포착 및 WAPS 타워에 대한 레인지를 계산하기 위하여 처리된다. 방법은 오프라인 데이터를 사용하여 타워 위치 및 서버 상의 중앙 데이터베이스에 저장될 수 있는 타이밍 보정 정보를 찾을 수 있다. 오프라인 위치 계산의 방법은 장치상의 메모리만의 비용으로 WAPS 위치결정을 지탱할 수 있는 능력을 제공한다. 이 방법의 다른 이점은 WAPS IQ 데이터를 저장하기 위해 드는 시각이 매우 짧고, 위치를 태그하는데 필요한 어플리케이션이 빠르고 간편하나, 정확한 위치가 즉각적으로 요구되지는 않는다. 이 방법에 대한 가능한 하나의 어플리케이션은 사진의 지오-태깅(geo-tagging)일 수 있다.An alternative method of calculating location using WAPS infrastructure can be used to calculate location offline. Position calculations include storing sample segments of a WAPS signal from a WAPS receiver (eg, the stored data can be I data at low IF or IQ data at baseband), optionally with approximate location and WAPS time tags. Related Note that it is enough to store enough samples to capture the signal. Samples are then processed to calculate the range for the search, capture and WAPS towers in time. The method can use offline data to find timing correction information that can be stored in a tower location and a central database on the server. The method of offline location calculation provides the ability to support WAPS positioning at the cost of only memory on the device. Another advantage of this method is that the time required to store WAPS IQ data is very short, and the application required to tag the location is quick and easy, but the exact location is not immediately required. One possible application for this method could be geo-tagging of photos.

위치결정에 대한 또 다른 접근법은 상기 기재된 코드 위상 측정뿐만 아니라 캐리어 위상 측정을 사용한다. 캐리어 위상 측정은

Figure 112014009050182-pct00135
로 기재될 수 있다.Another approach to positioning uses carrier phase measurements as well as code phase measurements described above. Carrier phase measurement
Figure 112014009050182-pct00135
It can be described as.

다양한 기술이 캐리어 위상 측정에서의 모호 정수 N을 분해하는데 사용될 수 있다. 캐리어 위상 측정, 다중 주파수 및/또는 다른 방법에서의 측정이 모호성을 분해하는데 사용될 수 있다. 그 후, 시각 tk에서 캐리어 위상 측정은 정확한 초기 위치으로부터 시작하는 위치의 정확한 추적을 제공할 수 있다. 미래 시각에서 캐리어 위상 측정은

Figure 112014009050182-pct00136
로 기재될 수 있다.Various techniques can be used to decompose the ambiguous constant N in carrier phase measurement. Carrier phase measurements, measurements in multiple frequencies and / or other methods can be used to resolve ambiguity. Then, the carrier phase measurement at time t k can provide an accurate tracking of the position starting from the correct initial position. From a future perspective, carrier phase measurement
Figure 112014009050182-pct00136
It can be described as.

Ni는 캐리어 위상 측정이 사이클 슬립(cycle slip)을 갖지 않는 한(즉, 신호는 연속적인 위상 고정으로 추적되지 않아야 함) 변하지 않고, 새로운 위치는 최소 자승을 사용하여 계산된다. 대안적으로, 이들 측정은 칼란 필터에서 사용되어 새로운 위치 상태를 업데이트할 수 있다. 위상 고정을 잃으면, 모호 정수의 새로운 값이 계산될 필요가 있다.Ni does not change unless the carrier phase measurement has a cycle slip (i.e., the signal should not be tracked with a continuous phase lock), and the new position is calculated using least squares. Alternatively, these measurements can be used in a Callan filter to update the new position status. If the phase lock is lost, a new value of the ambiguous integer needs to be calculated.

또 다른 접근법은 상기 기술된 바와 같이, 기준 수신기과 관련된 차동 위치결정을 사용한다. 차동 위치결정은 코드 측정 또는 캐리어 측정 또는 이 둘의 조합을 사용하여 행해질 수 있다. 하나의 차이 관측량(observable)은 기준 수신기(r)과 수신기( s)로부터 동일한 타워의 측정을 빼서 코드 위상과 캐리어 위상에 대해 계산된다.Another approach uses differential positioning relative to the reference receiver, as described above. Differential positioning can be done using code measurement or carrier measurement or a combination of both. One difference observable is calculated for the code phase and the carrier phase by subtracting the measurement of the same tower from the reference receiver r and receiver s.

Figure 112014009050182-pct00137
Figure 112014009050182-pct00137

송신기에서 임의의 타이밍 오차가 이들 관측량에서 나타나지 않고, 이에 따라 시스템이 비동기화되거나 불완전하게 동기화될 때에도 위치 솔루션이 가능하도록 하는 것을 주목하라. 또한, 대류층 딜레이이 짧은 기준치(즉, 기준 수신기(r)과 수신기(s) 사이의 거리)에 대한 로컬 지역에서 상관되기 쉬우므로, 측정에서의 대류층 딜레이 오차는 거의 삭제된다. 통신 채널은 위치 계산을 위하여 기준 수신기(r)에서 수신기(s)로 보내는데 사용된다. 또는, 대안적으로, 수신기(s)와 수신기(r)는 레인지와 캐리어를 위치 계산을 위하여 서버와 통신될 필요가 있다.Note that any timing error in the transmitter does not appear in these observations, thus enabling a location solution even when the system is asynchronous or incompletely synchronized. In addition, since the convective delay is likely to be correlated in the local area for a short reference value (ie, the distance between the reference receiver r and the receiver s), the convective delay error in measurement is almost eliminated. The communication channel is used to send from the reference receiver r to the receiver s for location calculation. Or, alternatively, the receiver s and the receiver r need to communicate with the server for location calculation of the range and carrier.

임의의 위치 솔루션 방법에서, 수신기의 높이는 지형 지도 또는 바로메트릭 센싱에 배치하여 결정될 수 있다. 지도에 배치하여, 삼변측량하는 동안 사용자의 위치는 지형 데이터베이스와 결정된 사용자의 높이에 기초한 지형에 제한될 수 있다. 또한, 사용자의 높이는 지형 위의 어떤 높이내로 제한될 수 있다. 예를 들어, 그 지역에서 가장 높은 빌딩에 기초하여, 지형 위의 최대 고도는 제한될 수 있다. 이러한 유형의 제한은 높이 솔루션의 품질을 개선시킬 수 있다(가령, 바이어스된 레인지 측정을 사용할 때, 가끔 생산되는 모호한 솔루션을 제거함에 의하여).In any location solution method, the height of the receiver can be determined by placing it on a topographic map or barometric sensing. By placing it on a map, the user's location during triangulation can be limited to the terrain database and the terrain based on the determined user's height. Also, the user's height can be limited to any height above the terrain. For example, based on the tallest building in the area, the maximum altitude above the terrain can be limited. This type of limitation can improve the quality of the height solution (e.g., when using a biased range measurement, by eliminating the obscure solution sometimes produced).

또한, 실내 빌딩 지도가 가능하다면, 정보(가능한 사용자 위치과 관련된 제한에 따라)는 위치 솔루션을 지원하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 물리적 제한은 사용자 모션 모델을 제한하는데 사용될 수 있고, 이에 의해 칼만 위치 필터를 추적하는 품질을 개선시킬 수 있다. 빌딩 지도의 또 다른 사용은 타워에서 실내 위치으로의 물리적 환경에 기초하여 특정 타워의 레인지 측정의 품질을 결정/추정하는 것이다. 레인지 품질의 더 우수한 추정은 더 우수한 위치 추정을 유발하는 위치 계산을 가중화하는데 사용될 수 있다.In addition, if indoor building maps are possible, information (subject to possible user location restrictions) can be used to support location solutions. For example, physical constraints can be used to limit the user motion model, thereby improving the quality of tracking Kalman position filters. Another use of building maps is to determine / estimate the quality of a range measurement for a particular tower based on the physical environment from the tower to the indoor location. A better estimate of the range quality can be used to weight position calculations leading to a better position estimate.

바로메트릭 센서를 사용할 때, 교정된 바로메트릭 센서는 수신기 단말기가 고도상 위 아래로 움직임에 따른 기압차를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이는 다양한 고도에 대한 교정값 또는 수신기의 높이를 결정하기 위한 평균값과 비교된다.When using a barometric sensor, the calibrated barometric sensor can be used to measure the air pressure difference as the receiver terminal moves up and down in altitude. This is compared to a calibration value for various altitudes or an average value to determine the height of the receiver.

위치 솔루션의 계산에서, 2-차원 위치를 위해 요구되는 최소 3 측정보다 큰 추가 측정이 가능하다.In the calculation of the position solution, additional measurements larger than the minimum 3 measurements required for the 2-dimensional position are possible.

측정의 일관성을 확인하는 것에 기초한 수신기 무결성 모니터링은 "아웃라이어(outlier)" 측정을 제거하는데 사용된다. "아웃라이어" 측정은 송신기에서 타이밍 동기화의 손실 또는 다중경로와 같은 채널 효과 때문일 수 있다.Receiver integrity monitoring based on confirming the consistency of the measurements is used to eliminate "outlier" measurements. “Outlier” measurements may be due to loss of timing synchronization at the transmitter or channel effects such as multipath.

고도를 결정하기 위한 고도계-기반 접근법Altimeter-based approach to determining altitude

실시예의 WAPS 시스템은 사용자 고도의 결정을 지원하기 위한 고도계(압력 센서)를 포함한다. 압력 센서로부터 사용가능한 유일한 정보는 측정 시각 및 장소에서의 대기압이다. 이를 센서의 고도의 추정으로 변환하기 위하여, 정보의 많은 추가 부분이 요구된다. 다음과 같은, 공기 기둥의 무게에 기초한, 고도에 대한 압력과 관련된 표준 공식이 있다.The WAPS system of the embodiment includes an altimeter (pressure sensor) to assist in determining user altitude. The only information available from the pressure sensor is atmospheric pressure at the time and place of measurement. In order to convert this into an estimate of the altitude of the sensor, a large amount of additional information is required. There are standard formulas related to pressure to altitude, based on the weight of the air column, as follows.

Figure 112014009050182-pct00138
Figure 112014009050182-pct00138

여기서, z1과 z2는 두 개의 고도이고, P1과 P2는 그 고도에서의 압력이며, T(K로의) 공기의 온도이다. R = 287.052m2/Ks2는 기체 상수이고, g = 9.80665 m/s2은 중력 가속도이다. 이 공식은 압력 차이에 대한 고도 차이를 결정하는 상대 정보를 제공한다는 것을 주목하라. 일반적으로 이 공식은 z2 = 0으로 함께 사용되어서, P2는 해면기압이다. 해면기압이 날씨와 위치에 따라 현저하게 변하기 때문에, 해면기압은 고도가 결정되는 지역에서의 온도와 기압을 추가할 필요가 있다. 표준 기압 상태(T = 15℃ 및 P = 101,325 Pa)를 적용할 때, 1 m 고도가 증가함에 따라 12.01 Pa 기압이 감소하는 것으로 밝혀졌다.Where z 1 and z 2 are the two altitudes, P 1 and P 2 are the pressures at that altitude, and the temperature of the air in T (K). R = 287.052m 2 / Ks 2 is the gas constant, g = 9.80665 m / s 2 is the gravitational acceleration. Note that this formula provides relative information that determines the altitude difference for the pressure difference. In general, this formula is used together with z 2 = 0, so P 2 is the sea level pressure. Because sea level pressure varies significantly with weather and location, sea level pressure needs to add temperature and air pressure in areas where altitude is determined. When the standard atmospheric pressure conditions (T = 15 ° C and P = 101,325 Pa) were applied, it was found that the 12.01 Pa air pressure decreased as the 1 m altitude increased.

이에 따라, 1m의 분해능에 따라 고도를 결정하기 위하여, 해면기압은 36Pa보다 더욱 세세하고 매우 정확하게 알려져야 한다. 또한, T는 켈빈 온도로 측정되기 때문에, 온도로 3℃(또는 K) 오차가 고도로 대략 1% 오차에 대응된다는 것을 주목하는 것이 바람직하다. 이는 해면보다 훨씬 위의 고도를 결정할 때, 그리고, 높게 솟은 빌딩에서 윗 층을 분해하는 것을 시도할 때 중요하게 될 수 있다. 이에 따라, 1m의 분해능을 가진 고도를 결정하기 위하여, 고정밀 및 고분해능을 가진 압력센서가 필요하다. 모바일 장치에 맞추기 위하여, 이들 센서는 저비용, 저전력 및 작은 크기이어야 한다. 상업적 날씨 등급 센서는 이 레벨의 정확도 또는 분해능을 제공하지 못하고, 고도를 결정하기에 요구되는 속도에서 업데이트되지 못하다는 것을 주목하라.Accordingly, in order to determine the altitude according to the resolution of 1 m, the sea level pressure must be known more precisely and more accurately than 36 Pa. Also, it is preferable to note that since T is measured in Kelvin temperature, a 3 ° C (or K) error in temperature corresponds to a highly approximately 1% error. This can be important when determining the altitude above sea level, and when attempting to disassemble the upper floors in a tall building. Accordingly, in order to determine the altitude with a resolution of 1 m, a pressure sensor with high precision and high resolution is required. To fit into a mobile device, these sensors must be low cost, low power and small size. Note that commercial weather grade sensors do not provide this level of accuracy or resolution and cannot update at the speed required to determine altitude.

1 m 정확도까지 고도를 결정하는 열쇠는 충분히 지역적이고 충분히 정확한 기준 압력 정보를 제공하기 위한 시스템을 갖는 것이다. 변화하는 기상 변화를 포착하기 위하여 온도, 거리 및 시각에 있어서, 알려지지 않은 위치에 근접한 측정을 제공할 수 있어야 하고, 최종적으로 충분히 정확해야 한다. 이에 따라, 실시예의 시스템을 결정하는 고도는 다음 요소를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 충분한 정확성을 가진 알려지지 않은 위치에서의 압력과 온도를 결정하는 모바일 센서, 충분한 정확성을 가진 알려진 위치에서의 압력과 온도를 결정하고, 비알려진 위치에 충분히 근접한 기준 센서의 어레이, 모든 기준 센서 데이터, 기준 센서 위치 및 다른 증가 정보를 입력하고 WAPS 네트워크 내의 관심 위치에서 정확한 기준 압력 추정을 생산하는 보간법-기반 추정 알고리즘, 충분히 시기 적절한 방식으로 기준 정보를 제공하기 위한 기준 센서와 모바일 센서 사이의 통신 링크이다. 이들 요소 각각은 이하 자세히 기술된다.The key to determining altitude to 1 m accuracy is to have a system that provides sufficiently local and sufficiently accurate reference pressure information. In order to capture changing weather conditions, it should be possible to provide measurements close to unknown locations in temperature, distance and time, and finally be sufficiently accurate. Accordingly, altitude for determining the system of an embodiment includes, but is not limited to, the following factors. Mobile sensor to determine pressure and temperature at an unknown location with sufficient accuracy, an array of reference sensors to determine pressure and temperature at a known location with sufficient accuracy, and close enough to a known location, all reference sensor data, reference An interpolation-based estimation algorithm that inputs sensor location and other incremental information and produces an accurate reference pressure estimate at a location of interest in the WAPS network, a communication link between the reference sensor and the mobile sensor to provide reference information in a sufficiently timely manner. Each of these elements is described in detail below.

도 33은 실시예에서, 기준 고도 압력 시스템의 블럭도이다. 일반적으로, 기준 고도 압력 시스템 또는 기준 시스템은 적어도 기준 센서 유닛 세트를 포함하는 기준 센서 어레이를 포함한다. 각 세트의 기준 센서 유닛은 알려진 위치에 위치된 적어도 하나의 기준 센서 유닛을 포함한다. 또한, 시스템은 원격 수신기의 위치에서 대기 데이터를 수집하는 대기 센서를 포함하거나 연결된 원격 수신기를 포함한다. 프로세서 상에서 운영되는 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기와 연결되거나 원격 수신기의 부품이다. 위치결정 어플리케이션은 대기 데이터와 기준 센서 어레이의 기준 센서 유닛으로부터의 기준 데이터를 사용하는 원격 수신기의 위치에서 기준 압력 추정을 생산한다. 위치결정 어플리케이션은 기준 압력 추정을 사용하는 원격 수신기의 고도를 계산한다.33 is a block diagram of a reference altitude pressure system in an embodiment. Generally, the reference altitude pressure system or reference system includes a reference sensor array that includes at least a set of reference sensor units. Each set of reference sensor units includes at least one reference sensor unit located at a known location. In addition, the system includes a standby sensor that collects standby data at the location of the remote receiver or includes a connected remote receiver. The positioning application running on the processor is connected to the remote receiver or is part of the remote receiver. The positioning application produces a reference pressure estimate at the location of a remote receiver that uses atmospheric data and reference data from the reference sensor unit of the reference sensor array. The positioning application calculates the altitude of the remote receiver using reference pressure estimation.

좀 더 구체적으로, 기준 고도 압력 시스템은 충분한 정확성을 가지고 비알려진 위치에서 압력과 온도를 결정하는 모바일 센서를 포함하고, 모바일 센서는 원격 수신기의 부품이거나 그와 연결된다. 시스템은 기준 센서 어레이를 포함하고, 상기 기준 센서 어레이는 알려진 위치에서 압력과 온도를 정확히 결정하는 적어도 하나의 기준 센서를 포함하며, 상기 기준 센서는 원격 수신기의 위치에 적절하다. 기준 센서 유닛은 원격 수신기 및/또는 중간 장치(가령, 리피터등, 미도시)와 통신하여 기준 정보를 제공한다. 시스템은 실시예에서, 위치결정 어플리케이션을 포함하고, 상기 위치결정 어플리케이션은 모든 기준 센서 데이터, 기준 센서 위치 및 다른 증가 정보를 입력하고, 관심 위치에서 비교적 정확한 기준 압력 추정치를 생산하는 보간법-기반 추정 알고리즘이다. 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기의 구성일 수 있고, 원격 서버 또는 다른 처리장치의 호스트일 수 있으며, 원격 수신기와 원격 처리 장치 사이에 분포될 수 있다.More specifically, the reference altitude pressure system includes a mobile sensor that determines pressure and temperature at a known location with sufficient accuracy, and the mobile sensor is part of or connected to the remote receiver. The system includes a reference sensor array, the reference sensor array comprising at least one reference sensor that accurately determines pressure and temperature at a known location, the reference sensor being suitable for the location of the remote receiver. The reference sensor unit communicates with a remote receiver and / or intermediate device (eg, repeaters, etc.) to provide reference information. The system includes, in an embodiment, a positioning application, wherein the positioning application inputs all reference sensor data, reference sensor location and other incremental information, and produces an interpolation-based estimation algorithm that produces a relatively accurate reference pressure estimate at the location of interest. to be. The positioning application can be a configuration of a remote receiver, a host of a remote server or other processing device, and can be distributed between the remote receiver and the remote processing device.

도 34은 실시예에서, 기준 고도 압력 시스템을 포함하는 WAPS의 블럭도이다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이, WAPS는 동기화된 비콘의 네트워크, 비콘 및/또는 글로벌 위치결정 시스템(GPS) 위성을 포착하고 추적하는 수신기 유닛(그리고, 선택적으로 위치 계산 엔진을 가짐) 및 타워의 인덱스, 빌링 인터페이스, 전용 암호 알고리즘(그리고, 선택적으로 위치 계산 엔진)을 포함하는 서버를 포함한다. 시스템은 허가된/비허가된 작동 대역에서 작동하고 위치과 네비게이션을 위한 전용 파형을 전송한다. WAPS 시스템은 좀 더 정확한 위치 솔루션을 제공하기 위하여, 다른 위치결정 시스템 또는 센서 시스템과 연결되어 사용될 수 있다. 기준 압력 추정을 사용하여 계산되는 원격 수신기의 고도는 임의의 위치 위치 시스템에서, 고도 추정과 같은 명시적으로 또는 위치 계산을 지원하는 암시적으로 사용될 수 있다는 것을 주목하라.34 is a block diagram of a WAPS including a reference altitude pressure system, in an embodiment. As described herein, WAPS is a network of synchronized beacons, a beacon and / or a receiver unit (and optionally having a location calculation engine) that captures and tracks global positioning system (GPS) satellites and the index of the tower. , A server that includes a billing interface, a dedicated cryptographic algorithm (and, optionally, a location calculation engine). The system operates in licensed / unlicensed operating bands and transmits dedicated waveforms for location and navigation. The WAPS system can be used in conjunction with other positioning systems or sensor systems to provide a more accurate location solution. Note that the altitude of the remote receiver calculated using reference pressure estimation can be used in any position location system, either explicitly, such as altitude estimation, or implicitly to support position calculation.

한 예시적인 시스템은 기준 고도 압력 시스템을 WAPS에 통합시킨다. 일반적으로, 통합된 시스템은 지상파 송신기 네트워크를 포함하고, 상기 지상파 송신기 네트워크는 위치결정 신호를 브로드캐스트하는 송신기를 포함하며, 상기 위치결정 신호는 적어도 하나의 레인지 신호와 위치결정 시스템 정보를 포함한다. 레인지 신호는 상기 레인지 신호를 브로드캐스트하는 송신기에 대한 거리를 측정하는데 사용되는 정보를 포함한다. 시스템은 알려진 위치에 위치된 적어도 하나의 기준 센서 유닛을 포함하는 기준 센서 어레이를 포함한다. 원격 수신기는 상기 원격 수신기의 위치에서 대기 데이터를 수집하는 대기 센서를 포함하거나 연결된다. 프로세서 상에서 운영되는 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기와 연결되거나 그 구성이다. 위치결정 어플리케이션은 기준 센서 어레이의 기준 센서 유니트 세트로부터의 대기 데이터 및 기준 데이터를 사용하는 원격 수신기의 위치에서 기준 압력 추정을 생산한다. 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기의 위치를 계산하고, 이는 고도를 포함하고, 적어도 하나의 위치결정 신호와 위성 신호로부터 파생된 기준 압력 추정과 정보를 사용하며, 상기 위치결정 신호와 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이다.One exemplary system incorporates a reference altitude pressure system into the WAPS. Generally, the integrated system includes a terrestrial transmitter network, the terrestrial transmitter network includes a transmitter that broadcasts a positioning signal, and the positioning signal includes at least one range signal and positioning system information. The range signal includes information used to measure the distance to the transmitter broadcasting the range signal. The system includes a reference sensor array that includes at least one reference sensor unit located at a known location. The remote receiver includes or is connected to a standby sensor that collects standby data at the location of the remote receiver. The positioning application running on the processor is connected to or configured with a remote receiver. The positioning application produces a reference pressure estimate at the location of the remote receiver using reference data and atmospheric data from a set of reference sensor units in the reference sensor array. The positioning application calculates the position of the remote receiver, which includes altitude, uses reference pressure estimates and information derived from at least one positioning signal and a satellite signal, the positioning signal and satellite signal being satellite-based This is a signal from the positioning system.

좀 더 구체적으로, 이 통합된 시스템은 충분한 정확성을 가지고 비알려진 위치에서 압력과 온도를 결정하는 모바일 센서를 포함한다. 모바일 센서는 원격 수신기의 구성 또는 그와 연결되나, 이에 제한되지 않는다. 시스템은 기준 센서 어레이를 포함하고, 상기 기준 센서 어레이는 적어도 하나의 기준 센서 유닛을 포함하며, 상기 기준 센서 유닛은 알려진 위치에서 압력과 온도를 정확히 결정하고, 상기 알려진 위치는 원격 수신기의 위치가 적절하다. 기준 센서 유닛은 원격 수신기 및/또는 중간 장치(가령, 서버, 리피터 등, 미도시)와 통신하여 기준 정보를 제공한다. 기준 센서 유닛은 하나 이상의 WAPS 송신기와 병치될 수 있고, 및/또는 다른 알려진 위치에 별도로 위치될 수 있다. 시스템은, 실시예에서, 위치결정 어플리케이션을 포함하고, 상기 위치결정 어플리케이션은 모든 기준 센서 데이터, 기준 센서 위치 및 다른 증가 정보를 입력하고, 관심 위치에서 비교적 정확한 기준 압력 추정치를 생산하는 보간법-기반 추정 알고리즘이다. 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기의 구성일 수 있고, 원격 서버 또는 다른 처리장치의 호스트일 수 있으며, 원격 수신기와 원격 처리 장치 사이에 분포될 수 있다.More specifically, this integrated system includes mobile sensors that determine pressure and temperature at a known location with sufficient accuracy. The mobile sensor is, but is not limited to, a remote receiver configuration or connection therewith. The system includes a reference sensor array, the reference sensor array includes at least one reference sensor unit, the reference sensor unit accurately determines pressure and temperature at a known location, and the known location is suitable for the position of the remote receiver. Do. The reference sensor unit communicates with a remote receiver and / or intermediate device (eg, server, repeater, etc., not shown) to provide reference information. The reference sensor unit can be juxtaposed with one or more WAPS transmitters, and / or can be located separately at other known locations. The system, in an embodiment, includes a positioning application, where the positioning application inputs all reference sensor data, reference sensor location and other incremental information, and interpolation-based estimation to produce a relatively accurate reference pressure estimate at the location of interest. Algorithm. The positioning application can be a configuration of a remote receiver, a host of a remote server or other processing device, and can be distributed between the remote receiver and the remote processing device.

상기한 바와 같이, 모바일 센서는 분해능과 정확성을 가지고 압력을 결정할 수 있고, 이는 36Pa보다 훨씬 세세해야 한다. 많은 압력 센서는 비-이상 센서 성능에 대한 보상을 제공하기 위하여 내장형 온도 센서를 가지나, 자체-발열 효과(self-heating effect) 때문에, 이들 센서는 외부 공기 온도에 대한 충분히 정확한 측정을 제공하지 못할 수 있다. 정확한 센서가 시판되지 않는 경우라도, 적절한 분해능을 가진 센서가 사용가능하다면, 이들 센서는 바닥에서 고도 추정을 위해 사용될 수 있다. 실시예의 모바일 센서는 대략 36 파스칼보다 낮은 분해능을 가진 기준 압력 데이터를 결정하고, 대략 섭씨 3도 이하의 분해능을 가진 온도 데이터를 결정한다.As mentioned above, mobile sensors can determine pressure with resolution and accuracy, which should be much finer than 36 Pa. Many pressure sensors have a built-in temperature sensor to provide compensation for non-ideal sensor performance, but due to the self-heating effect, these sensors may not be able to provide sufficiently accurate measurements of external air temperature. have. Even if accurate sensors are not commercially available, these sensors can be used for estimating altitude at the bottom, provided that sensors with appropriate resolution are available. The mobile sensor of the embodiment determines reference pressure data with a resolution lower than approximately 36 Pascals and temperature data with a resolution of approximately 3 degrees Celsius or less.

이들 센서는 타고난 단기간 및 장기간 안정성 문제를 가지고, 이는 최신 필터링 기술에 의해 보정되어서 몇 몇 샘플로 평균화할 수 있다. 또한, 각각의 센서는 가령, 참조표에 의해 교정 또는 보상될 필요가 있는 온도 변화를 가져서 오프셋을 가진다.These sensors have inherent short-term and long-term stability issues, which can be calibrated by modern filtering techniques and averaged over several samples. In addition, each sensor has an offset, for example, with temperature changes that need to be calibrated or compensated by reference tables.

충분한 교정으로, 이들 센서는 필요한 정확성을 제공해야 한다. 또한, 일부 센서는 고속의 모션에 민감할 수 있다. 고속 또는 가속이 발견될 때, 일부 경험적인 법칙이 압력 정보의 사용을 제한하는데 사용될 수 있다. 그러나, 고속은 실내 환경에서 거의 드물다. 고속으로 이동할때, GPS 위치결정과 맵 데이터는 일반적으로 충분한 수직 위치 정보를 제공한다.With sufficient calibration, these sensors must provide the required accuracy. In addition, some sensors may be sensitive to high-speed motion. When high speed or acceleration is found, some empirical law can be used to limit the use of pressure information. However, high speeds are rare in indoor environments. When moving at high speed, GPS positioning and map data generally provide sufficient vertical position information.

또한, 센서는 외부 공기에 노출되나, 바람, 통풍 또는 다른 공기 이동에 노출되지 않는 방식으로 장착되어야 한다는 것을 주목해야 한다. 일반적인 소비자 제품에 장착 또는 내부 위치결정은 수용가능한 결과를 생산해야한다. 배터리 구획과 연결부는 센서에 도달하는 외부 공기를 위해 간접적인 경로를 제공하는 반면, 직접적인 공기 이동을 방지한다. 그러나, 방수 장치는 외부에 접근하는 센서를 제공하기 위하여 특별한 준비가 필요할 것이다.It should also be noted that the sensor should be mounted in such a way that it is exposed to outside air, but not exposed to wind, ventilation or other air movement. Mounting or internal positioning on a typical consumer product should produce acceptable results. The battery compartment and connections provide an indirect path for external air reaching the sensor, while preventing direct air movement. However, the waterproof device will require special preparation to provide a sensor for access to the outside.

기준 센서는 매우 작은 부피와 전용 위치에서 전개되어서, 기준 시스템에서 비교적 우수한 정확성을 얻을 수 있고, 모바일 센서에 전반적인 오차 할당의 부피를 배치하는 것이 가능하도록 한다. 날씨 고도계와 항공기 고도계와 같은 절대 압력 센서를 위한 기존 시장은 실시예의 어플리케이션과 동일한 높은 정확성의 요구사항을 가지지 않는다. 기준 어플리케이션에서, 실시예는 그들 측정을 평균화함에 의해 개선된 정확성을 위하여 그리고 중복성을 위하여, 복수의 센서를 사용한다. 또한, 센서는 온도 레인지를 제한하기 위하여 패키지될 수 있고, 센서는 노출되고, 바람직하게는 이 제한된 온도 범위를 위하여 센서가 교정된다.The reference sensor is deployed in a very small volume and a dedicated position, so that relatively good accuracy can be obtained in the reference system and it is possible to place the volume of the overall error allocation in the mobile sensor. Existing markets for absolute pressure sensors, such as weather altimeters and aircraft altimeters, do not have the same high accuracy requirements as the application of the embodiment. In a reference application, embodiments use multiple sensors for improved accuracy and for redundancy by averaging their measurements. Further, the sensor can be packaged to limit the temperature range, the sensor is exposed, and preferably the sensor is calibrated for this limited temperature range.

기준 시스템은 대략 몇 초 내지 몇 분의 시각 척도로 정확성을 개선시키기 위하여, 다른 개개의 필터 측정을 평균화해야 한다. 기준 센서의 높이는 '센티미터' 레벨로 정확하게 측정되어야 한다. 외부 공기 온도는 연속적으로 측정되고 기록되어야 한다. 센서는 공기 압력을 측정하기 위하여 외부 공기에 노출되어야 하나 바람, 통풍 또는 다른 유효 공기 이동(칸막이 또는 다른 패키징이 센서로 간접적인 경로를 따라 공기를 안내하는데 사용됨)에 노출되지 않아야 한다. 센서는 외부 공기 압력의 측정을 막기 때문에, 방수 클로저에 밀봉되어서는 안된다. 실시예의 기준 센서는 대략 36 파스칼보다 낮은 분해능을 가진 기준 압력 데이터를 결정하고, 대략 섭씨 3도 이하인 분해능을 가진 온도를 결정한다.The reference system must average different individual filter measurements to improve accuracy on a visual scale of approximately a few seconds to a few minutes. The height of the reference sensor must be accurately measured at the 'centimeter' level. External air temperature should be measured and recorded continuously. The sensor should be exposed to outside air to measure air pressure, but not exposed to wind, ventilation or other effective air movement (a partition or other packaging is used to guide air along an indirect path to the sensor). The sensor should not be sealed in a waterproof closure, as it prevents the measurement of external air pressure. The reference sensor of the embodiment determines reference pressure data with a resolution lower than approximately 36 Pascals, and a temperature with a resolution of approximately 3 degrees Celsius or less.

실시예는 보간법-기반 기준 압력 추정을 활성화시킨다. 타워 위치과 다른 증가 정보뿐만 아니라, 각각의 WAPS 송신기 타워에서의 압력 측정과 온도 측정을 고려해 볼 때, 실시예는 사용자 높이 추정에 대한 기준값으로서, 모바일 사용자 위치에서 해면기압을 예측한다. 따라서, 대기압 표면 그래디언트 모델(gradient model)이 생성되고, 각각의 타워 위치에서의 압력 측정은 모델의 로컬 수정을 위한 샘플 데이터로서 제공한다. 따라서, 이 추정 알고리즘은 비콘 타워에서 포착된 직접 측정과 같이, 사용자 위치에서 비교되는 기준 압력 정확성을 교정한다.The example activates interpolation-based reference pressure estimation. Considering pressure measurement and temperature measurement at each WAPS transmitter tower, as well as tower location and other incremental information, the embodiment predicts sea level pressure at the mobile user location as a reference value for user height estimation. Thus, an atmospheric pressure surface gradient model is created, and the pressure measurement at each tower location serves as sample data for local modification of the model. Thus, this estimation algorithm corrects the reference pressure accuracy compared at the user's location, such as a direct measurement captured at a beacon tower.

이 보간법의 공식의 설명은 아래에 기술된다. WAPS 네트워크 중 하나네에서, n 개의 송신기 타워에서의 주어진 기준 바로메트릭 압력 센서를 고려하면, 등가적인 해면기압은 기준 센서 출력에 기초하여 추정된다. 이는 두 단계에서 행해지나, 이에 제한되지 않는다.The description of the formula of this interpolation method is described below. In one of the WAPS networks, considering a given reference barometric pressure sensor at n transmitter towers, equivalent sea level pressure is estimated based on the reference sensor output. This is done in two steps, but is not limited to this.

첫 번째 단계로서, 송신기 타워 i 에서의 해발 기준 센서 높이 hi(미터 단위), 압력 pi(파스칼 단위) 및 온도 Ti(켈빈 단위)가 기준 센서에서 기재된 것을 고려하면,등가적인 해면기압 Pi(파스칼 단위)는 위치에서 경도 xi 위도 yi(도 단위)로서 공식

Figure 112014009050182-pct00139
을 사용하여 계산되고, 여기서, g는 중력 가속도 상수이고, R은 공기에 대한 특정 기체 상수이다. 두 번째 단계로서, WAPS 네트워크의 모든 n 개의 송신 위치에서의 등가적인 해면기압을 계산하고, WAPS로 사용자의 경도 정보 x0와 경도 정보 y0를 얻은 후에, 등가적인 해면 압력은 사용자 위치 P0에서 공식
Figure 112014009050182-pct00140
으로 추정되고, 여기서, Wi = Wi(x0,y0,xi,yi)는 사용자 위치과 기준 위치 i 위치에 의존하는 가중치 함수이다.As a first step, considering the elevation sensor height h i (in meters), pressure p i (in Pascals) and temperature T i (in Kelvins) in transmitter tower i, the equivalent sea level pressure P i (in Pascals) is the formula for longitude x i latitude y i (in degrees) at position
Figure 112014009050182-pct00139
Calculated using, where g is the gravitational acceleration constant and R is the specific gas constant for air. As a second step, after calculating the equivalent sea level pressure at all n transmission locations in the WAPS network and obtaining the user's hardness information x 0 and the hardness information y 0 with WAPS, the equivalent sea level pressure is calculated at the user location P0.
Figure 112014009050182-pct00140
It is estimated that W i = W i (x 0 , y 0 , x i , y i ) is a weight function depending on the user position and the reference position i position.

실시예의 통신 링크는 모바일 센서에 의해 사용되는 정보를 제공한다. 실시예는 몇 초 내지 몇 분마다 한 번씩 업데이트되는 압력을 브로드캐스트하나, 이에 제한되지 않는다.The communication link of the embodiment provides information used by the mobile sensor. The embodiment broadcasts a pressure that is updated once every few seconds to several minutes, but is not limited thereto.

기준 시스템이 드물게 기준 정보를 브로드캐스트한다면, 모바일 유닛은 다음 중 적어도 하나를 수행한다. 마지막 정보를 수신하고 저장하기 위하여 브로드캐스트를 연속적으로 모니터링 하여, 상기 마지막 정보가 다음 브로드캐스트 전에 필요한 경우를 대비하거나, 새로운 고도를 계산하기 전에 다음 브로드캐스트를 기다리거나, 필요시 마지막 정보에 대한 기준 시스템을 "풀(pull)' 또는 질의(query)하는 것이다. 정보를 브로드캐스트하는 기준 시스템을 가지는 것 보다 실시예의 풀 접근법은 시스템 대역폭을 최소화시킨다. 그러나, 풀은 기준 시스템과 모바일 간의 투-웨이 통신을 사용하고, 복수의 기준 위치가 모바일 계산에 사용되기 때문에, 모방일은 어느 기준 위치가 질의되었는지를 결정하는 것이 요구된다. 대기 기간을 낮추면서도 모바일에 의하여 모니터링을 최소화시키기 위한 좋은 절충안은 측정을 업데이트하는데 걸리는 시각보다 더 자주 그 데이터를 브로드캐스트하는 기준 시스템을 가진다.If the reference system rarely broadcasts reference information, the mobile unit performs at least one of the following. By continuously monitoring the broadcast to receive and store the last information, prepare for the case where the last information is needed before the next broadcast, wait for the next broadcast before calculating a new altitude, or criterion for the last information if necessary "Pull" or query the system. The pool approach of the embodiment minimizes system bandwidth rather than having a reference system that broadcasts information. However, the pool is two-way between the reference system and mobile. Since communication is used and multiple reference locations are used for mobile calculations, imitation days are required to determine which reference location is queried A good compromise to minimize monitoring by mobiles while lowering latency is making measurements It has a reference system that broadcasts its data more often than it takes to update.

실시예는 정보 내용에 대한 두 개의 가능한 접근법을 포함한다. 첫 번째 접근법은 모든 계산을 수행하는 모바일을 가지고, 이 경우 기준에 의해 보내진 정보는 다음을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이는 0.1-0.2 m 정확성을 가진 기준 센서의 높이와 기준 위치의 측정된 온도(어떤 필터링 후에), 1 Pa 정확성을 가진 기준 위치에서 측정된 공기의 압력(필터링, 센서 온도 보상, 및 오프셋과 같은 다른 로컬 교정 후에) 및 신뢰도 측정이다.Embodiments include two possible approaches to information content. The first approach has a mobile that does all the calculations, in which case the information sent by the criteria includes, but is not limited to: This is the height of the reference sensor with 0.1-0.2 m accuracy and the measured temperature at the reference position (after any filtering), the pressure of the air measured at the reference position with 1 Pa accuracy (filtering, sensor temperature compensation, and other And after local calibration).

대안적으로, 기준 위치는 그 온도와 압력 측정으로 사용하여 등가적인 해면기압을 계산할 수 있다. 이 접근법이 사용된다면, 브로드캐스트도리 정보의 리스트는 다음을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 이는 1 미터 정확성을 가진 기준 위치(경도와 위도), 0.1-0.2m 정확성을 가진 기준 센서의 높이, 기준 위치에서 계산된 등가적인 해면기압(1 Pa 정확성을 가진), 신뢰도의 측정이다.Alternatively, the reference location can be used to measure its temperature and pressure to calculate equivalent sea level pressure. If this approach is used, the list of broadcast purlin information includes, but is not limited to: This is a measure of the reference position (with longitude and latitude) with 1 meter accuracy, the height of the reference sensor with an accuracy of 0.1-0.2m, the equivalent sea level pressure calculated with reference (with 1 Pa accuracy), and reliability.

또한, 실시예는 송신된 데이터의 비트를 감소시키나, 어떤 알려진 상수에 대한 데이터의 각 부분을 브로드캐스트한다. 예를 들어, 기준 위치는 모바일 위치에 비교적 근접하여, 역할을 다할 경도와 위도의 정수부분은 남기고, 분수도(fractional degree)만 송신될 수 있다. 마찬가지로, 일반적으로 대략 105 파스칼이지만, 기압은 표준 대기압으로부터 몇 천 Pa로 달라진다. 이에 따라, 실시예는 표준 대기압으로부터 오프셋을 브로드캐스트하여 절대 압력을 브로드캐스트하는 것에 비해 대역폭을 감소시킨다.In addition, embodiments reduce bits of transmitted data, but broadcast each piece of data for some known constant. For example, the reference location is relatively close to the mobile location, leaving an integer portion of longitude and latitude to play a role, and only a fractional degree can be transmitted. Likewise, it is generally approximately 10 5 Pascals, but the air pressure varies from standard atmospheric pressure to several thousand Pa. Accordingly, the embodiment broadcasts an offset from standard atmospheric pressure to reduce bandwidth compared to broadcasting absolute pressure.

GPS 또는 유사한 시스템으로 부터 얻은 경도와 위도는 도시 어플리케이션에서 특히 유용하지 못하다. 그 대신에, 데이터베이스가 경도와 위도를 거리 주소로 맵핑하는 것이 요구된다. 고도는 수직 디멘젼에서 유사한 제한을 가진다. 유용한 파라미터는 어느 층에 사람이 있는지이다. 이는 지면 고도의 데이터베이스와 빌딩의 각 층의 높이에 접근한다면, 고도 정보로부터 정확히 결정될 수 있다. 대략 3층까지의 낮은 빌딩으로서는, 맵핑 또는 유사한 데이터베이스와 층 높이 추정으로부터 지면 고도를 충분히 알 수 있다. 더 큰 빌딩에 대해서는 층 높이에 대한 좀 더 종확한 정보가 요구된다Longitude and latitude obtained from GPS or similar systems are not particularly useful in urban applications. Instead, the database is required to map longitude and latitude to street addresses. Altitude has a similar limitation in vertical dimensions. A useful parameter is who is on which floor. This can be accurately determined from the altitude information if you access the ground elevation database and the height of each floor of the building. For buildings as low as approximately 3 stories, the ground elevation can be fully known from mapping or similar databases and floor height estimation. For larger buildings, more detailed information about the floor height is required.

이는 스마트 러닝 알고리즘을 실행하기 위한 기회를 제시한다. 예를 들어, 한 사람은 셀 폰이 바닥에서 1 m 내지 2 m에서 운반될 것이라고 가정한다. 이에 따라, 실시예의 시스템은 빌딩 내의 많은 셀 폰의 고도를 축적할 수 있고, 여기서 데이터는 각 층으로부터 1.5m 무리로 예상된다. 충분한 데이터로, 빌딩 내의 각 층의 높이에 대한 신뢰도를 성장시킬 수 있다. 이에 따라, 데이터베이스는 시각에 걸쳐 학습되고 정제될 수 있다. 이러한 알고리즘은 층 사이에 경사 또는 중이층을 가진 빌딩내에서 더욱 복잡해지나, 대부분의 빌딩에 대해서 유용한 데이터를 여전히 생산할 수 있다.This presents an opportunity to implement a smart learning algorithm. For example, one person assumes that the cell phone will be carried from 1 m to 2 m from the floor. Accordingly, the system of the embodiment can accumulate the altitude of many cell phones in the building, where the data is expected to be 1.5 m from each floor. With enough data, you can grow confidence in the height of each floor in the building. Accordingly, the database can be learned and refined over time. These algorithms become more complex in buildings with sloped or mezzanine levels between floors, but can still produce useful data for most buildings.

센서 오프셋과 부분적으로 다른 파라미터는 제조시에 교정될 수 있다. 이는 기준 정보를 제공하는 알려진 우수한 센서로, 온도와 압력의 범위를 통하여 센서를 사이클링(cycling)함에 의하여 가능하다. 이들 교정 파라미터는 수명과 함께 천천히 전전한다. 따라서, 실시예는 알고리즘을 사용하여 점차적으로 시간에 걸쳐 교정을 업데이트한다(가령, 알고리즘은 언제 센서가 알려진 높이에서 정지되고, 이들 조건하에서 교정 테이블을 업데이트 하는지 인식함).Parameters that are partially different from the sensor offset can be corrected at the time of manufacture. This is a known good sensor that provides reference information, which is possible by cycling the sensor through a range of temperatures and pressures. These calibration parameters slowly propagate with life. Thus, embodiments use algorithms to progressively update the calibration over time (eg, the algorithm recognizes when the sensor is stopped at a known height and updates the calibration table under these conditions).

사람의 위치를 결정하는 일반적인 어플리케이션뿐만 아니라, 실싱예는 절대 고도 정보를 필요치 않은, 좀 더 정확한 상대적인 고도 정보를 사용하는 특별한 어플리케이션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 빌딩내에서 넘어진 소방관을 찾는 것은 절대 위치만큼 중요하지는 않지만, 알려진 구조 그룹에 관하여 넘어진 사람의 위치가 요구된다. 상대적인 위치결정에서 추가 정확도는 어플리케이션의 초기에 추가적인 수동 단계를 가짐에 의해 가능해질 수 있다. 예를 들어, 모든 소방관은 들어가기 전에 빌딩 입구와 같은 알려진 위치에서 트랙커(tracker)를 개시할 수 있다. 그 포인트에 대한, 이에 따라 서로에 대한 그들의 위치는 절대 고도는 정확하지 않고, 날씨와 관련된 압력이 완전히 보상하지 못한다 하더라도, 일정 기간 동안 꽤 정확히 결정될 수 있다. 마찬가지로, 절대 측정으로부터 시판되는 것 보다 좀 더 정확성을 요구하는 쇼핑 관련 어플리케이션은 사용자가 몰에서 알려진 포인트에서 버튼을 누름에 의해 실행될 수 있다. 그리고 나서, 그 포인트에 대한 그들의 위치는 일정 기간 꽤 정확히 결정된다.In addition to the general application for determining a person's location, the Shilling example may include a special application that uses more accurate relative altitude information that does not require absolute altitude information. For example, finding a firefighter who falls over in a building is not as important as its absolute location, but the location of the felled man relative to a known rescue group is required. Additional accuracy in relative positioning can be made possible by having additional manual steps early in the application. For example, all firefighters can launch a tracker at a known location, such as a building entrance, before entering. Their position relative to the point, and thus relative to each other, can be determined quite accurately over a period of time, even if the absolute altitude is not accurate and the pressure associated with the weather is not fully compensated. Likewise, shopping-related applications that require more accuracy than commercially available from absolute measurements can be launched by the user pressing a button at a known point in the mall. Then, their location relative to that point is determined quite accurately over a period of time.

대아적으로, 모바일 비콘은 로컬 기준으로 사용되어 특정 위치에서 좀 더 정확성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 쇼핑몰은 자체 기준 센서를 가져서, 몰 내에 좀 더 정확성을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 소방차는 기준 센서를 갖추어서 화재 상황에서 로컬 기준 정보를 제공할 수 있다.Alternatively, mobile beacons can be used as a local reference to provide more accuracy at certain locations. For example, shopping malls can have their own reference sensors, providing more accuracy within the mall. Likewise, fire trucks can be equipped with a reference sensor to provide local reference information in a fire situation.

저비용 압력 센서는 보정 기록으로부터 오프셋을 가진다는 점에서 문제점을 가진다. 실험은 이 오프셋이 주 내지 달의 시간 척도에서 꽤 안정적이다는 것을 도시한다. 그러나, 이 오프셋은 많은 달 내지 년의 기간에 걸쳐 천천히 전전할 것 같다. 이 오프셋을 측정하고 제조시에서 보상하기에는 간단하지만, 그 보상이 제품의 수명 동안 정확할 것 같지 않다. 따라서, 이 영역에서 재 교정의 수단이 필요하다.Low cost pressure sensors have a problem in that they have an offset from the calibration record. Experiments show that this offset is quite stable on a time scale of weeks to months. However, this offset is likely to slowly propagate over a period of many months to years. It is simple to measure this offset and compensate in manufacturing, but the compensation is unlikely to be accurate over the life of the product. Therefore, a means of re-calibration is needed in this area.

실시예의 센서는 그것이 알려진 고도에 있고, 대기압이 알려진다면, 재 교정될 수 있다. 실시예는 센서가 알려진 고도에 있을 실제 상황을 식별한다. 예를 들어, 센서가 GPS 능력을 가진 장치에 있다면, GPS 위성은 높은 신호 강도로 수신되고, GPS 유래된 고도는 매우 정확해야 한다. 우수한 신호 상황에서, 시간에 걸쳐 GPS 고도로부터 파생된 축적물은 센서 교정에 필요한 보정의 추정을 제공한다.The sensor of the embodiment can be recalibrated if it is at a known altitude and atmospheric pressure is known. The embodiment identifies the actual situation where the sensor will be at a known altitude. For example, if the sensor is on a device with GPS capability, the GPS satellites are received with high signal strength, and the GPS derived altitude must be very accurate. In good signal situations, deposits derived from GPS altitude over time provide an estimate of the calibration required for sensor calibration.

마찬가지로, 센서 시스템은 사용자의 습관을 학습하고 이 정보를 나중의 교정을 수정하는데 사용할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 밤에 계속 그녀의 폰을 한 곳에 두면, 센서는 이 위치에서 늦은 밤과 같은 구체적인 시간에 고도 추적을 시작할 수 있다. 처음에는, 이들 값은 그 위치에서 진정한 고도로서 축적되고 저장될 것이다. 수개월 후에, 센서가 그것이 밤의 동일한 시간에서 동일한 위치가라는 것을 결정할 경우, 이전에 결정된 진정한 고도로부터의 편차 추적을 시작할 수 있다. 그리고 나서, 이들 편차는 교정에 대한 보정을 생성하기 위해 천천히 축적될 수 있다. 이들 접근법 또한 현 대기압의 정보를 사용하기 때문에, WAPS 네트워크에 의해 제공되는 기준 압력 측정을 사용한다.Likewise, the sensor system can learn the user's habits and use this information to correct future calibrations. For example, if the user keeps her phone in one place at night, the sensor can start tracking altitude at this location at a specific time, such as late at night. Initially, these values will be accumulated and stored as true altitude at that location. Months later, if the sensor determines that it is at the same location at the same time of the night, it can start tracking the deviation from the true altitude previously determined. Then, these deviations can be slowly accumulated to create a correction for calibration. Since these approaches also use current atmospheric pressure information, they use the reference pressure measurement provided by the WAPS network.

압력 기록으로부터 고도를 결정하기 위한 표준 절차는 등가적인 해면기압에 대하여 기준 위치에서 측정을 전환하고, 그리고 나서 알려지지 않은 압력 센서의 고도를 결정하는 것을 사용하는 것과 관련있다. 표준 공식은

Figure 112014009050182-pct00141
이다. 높이는 종래적으로, 지구 표면으로부터 떨어진 플러스 방향의 움직으로 측정되기 때문에, 마이너스 사인이 부가된 것을 주목하라. 또한, 알고리즘은 이것이 자연로그이기 때문에, 'ln'에 대해 보정되었다. 이 공식(해면상 높이 z)은 그 포인트에서의 대기 온도(T)와 압력(P)와 그 포인트 아래의 해면기압(P0)에 관한 것이다.The standard procedure for determining altitude from a pressure record involves using a measurement to switch measurements at a reference position for equivalent sea level pressure, and then determine the altitude of an unknown pressure sensor. The standard formula
Figure 112014009050182-pct00141
to be. Note that a negative sign was added, since the height is conventionally measured in a positive direction away from the Earth's surface. Also, the algorithm was corrected for 'ln', since this is a natural logarithm. This formula (at sea level z) relates to the atmospheric temperature (T) and pressure (P) at that point and the sea level pressure (P 0 ) below that point.

이 공식을 적용하는데 추가적인 한 문제점은 높이가 온도(정확하게 알려지지 않은 측정된 품질)에 직접 비례한다는 것이다. 이는 온도에서의 1% 오차가 높이에서의 1% 오차를 야기할 수 있다는 것을 의미한다. 해면 근처에서 사용될 경우, 이는 큰 문제가 아닐 것이다. 그러나, 이 공식은 높은 빌딩과 특히 덴버(Denver)와 같은 높은 고도 지역에서 적용될 경우, 높이에서의 1% 오차는 바닥면 고도를 분해하려고 할 때 클 수 있다. 예를 들어, 덴버의 고도가 약 1608 m 이다. 따라서, 온도에서의 1% 오차는 해발 16 m의 오차를 야기할 수 있다. 이는 거의 5층 높이다.One additional problem with applying this formula is that the height is directly proportional to the temperature (measured quality, not exactly known). This means that a 1% error in temperature can cause a 1% error in height. If used near sea level, this should not be a big deal. However, when this formula is applied in high buildings and especially in high altitude areas such as Denver, the 1% error in height can be large when trying to decompose the floor elevation. For example, Denver's altitude is about 1608 m. Thus, a 1% error in temperature can cause an error of 16 m above sea level. It is almost 5 stories high.

온도 정확성에 대한 이 민감성을 피하기 위한 하나의 방법은 상기 공식이 실제로 상대적인 공식이라는 것을 인식하는 것이다. 이 공식은

Figure 112014009050182-pct00142
로 일반화될 수 있다. 여기서, z1과 z2는 임의의 두 고도이고, P1과 P2는 그들 고도에서의 압력이다. z2가 0으로 설정되는 종래의 상황에서, P2는 해면기압으로 된다.One way to avoid this sensitivity to temperature accuracy is to recognize that the formula is actually a relative formula. This formula
Figure 112014009050182-pct00142
Can be generalized to Where z 1 and z 2 are any two altitudes, and P 1 and P 2 are pressures at their altitudes. In the conventional situation where z 2 is set to 0, P 2 becomes the sea level pressure.

기준 포인트로서 해면을 사용하는 대신, 임의의 편한 고도가 사용된다. 예를 들어, 도시의 평균 고도가 적합하고, 또는 압력 데이터를 수집하는데 사용되는 기준 센서의 평균 고도가 활용될 수 있다. 기준 고도가 높이차를 작게 유지하도록 사용되는 한, 온도 오차의 효과는 미미할 것이다. 유일한 요구사항은 시스템 내에 관련된 모든 장치는 기준 고도가 사용된다는 것을 알아야 한다는 것이다.Instead of using the sea level as a reference point, any comfortable altitude is used. For example, the average altitude of a city is suitable, or the average altitude of a reference sensor used to collect pressure data can be utilized. As long as the reference altitude is used to keep the height difference small, the effect of temperature error will be negligible. The only requirement is that all devices involved in the system must know that the reference altitude is used.

지구상의 포인트의 고도(z), 그 포인트에서의 대기 온도(T) 및 압력(P)과 그 포인트 아래의 해면기압(P0)와 관련된 표준 공식이

Figure 112014009050182-pct00143
이다. 이 공식은 해면과 관심 포인트 간의 일정한 온도에서, 공기 기둥이 있다고 가정한다. 따라서, 사용된 해면기압은 가상 구조물이고, 관심 포인트가 실제 해면과 가까이 있지 아니할 수 있기 때문에, 해면에서의 실제 압력일 필요는 없다.Standard formulas related to the altitude (z) of a point on Earth, the atmospheric temperature (T) and pressure (P) at that point, and the sea level pressure (P 0 ) below that point
Figure 112014009050182-pct00143
to be. This formula assumes that there is an air column at a constant temperature between the sea level and the point of interest. Therefore, the used sea level pressure is a virtual structure, and since the point of interest may not be close to the actual sea level, it does not need to be the actual pressure at sea level.

대상물의 고도를 결정하기 위한 표준 절차는 두 단계의 절차이다. 우서, 해면기압이 알려진 고도의 포인트에서 온도와 압력을 측정함에 의하여 결정되고 나서 P0에 대하여 풀기 위하여 이 공식을 역변환한다. 다음으로, 알려지지 않은 고도의 포인트에서의 온도와 압력이 측정되고, 이 공식이 알려지지 않은 고도를 결정하는데 적용된다.The standard procedure for determining object altitude is a two-step procedure. Uther, the sea level pressure is determined by measuring the temperature and pressure at a known altitude point, then inversely transforms this formula to solve for P 0 . Next, the temperature and pressure at the point of unknown altitude are measured, and this formula is applied to determine the unknown altitude.

이 단계에 내포되어 있는 것은 관심있는 파라미터만이 항공 분야에 접근하는 일반적인 항공기와 같이 기준을 위해 항공 분야에서 측정을 사용하여, 동일한 수평 위치 위의 다른 대상물의 높이라는 것을 가정한다. 일반적으로, 다른 목적을 위해 높이 결정에 관심있는 사람들은 기준 위치의 일반 주위에서의 높이를 결정하기 위한 이 개념을 확장해왔으나 직접 그 위의 것은 아니었다. 이 확장은 해면기압은 주위의 관심 위치과 기준 위치 사이에서 변하지 않는다는 것을 가정한다.What is implied at this stage is to assume that only the parameters of interest are the height of other objects above the same horizontal position, using measurements in the aerospace sector for reference, such as a typical aircraft approaching the aerospace sector. In general, those interested in determining the height for other purposes have extended this concept to determine the height around the general of the reference location, but not directly above it. This extension assumes that the sea level pressure does not change between the surrounding position of interest and the reference position.

이에 따라, 이 절차에서 3개의 가정이 있다. 첫 번째 가정은 기준 위치에서 그 아래의 가상 해면 포인트까지 온도는 일정하다는 것이다. 두 번째 가정은 관심 포인트에서 그 밑의 가상 해면 포인트까지 온도는 일정하다는 것이다. 세 번째 가정은 해면기압은 기준 위치과 관심 포인트에서 동일하다는 것이다. 그러나, 해면기압은 온도에 의존하기 때문에, 해면기압이 두 위치에서 동일하다고 가정하는 것은 이들 위치에서 온도가 동일하다는 것을 의미한다. 이에 따라, 서로 다른 온도가 기준 위치과 관심 포인트에서 측정되면, 이들 가정들 중 하나는 위반된다. 측정은, 수 킬로미터가 넘는 거리일 지라도, 온도와 압력에서의 차이가 있으면 고도 결정하는데 중요할 수 있다는 것을 보여준다.Accordingly, there are three assumptions in this procedure. The first assumption is that the temperature is constant from the reference location to the virtual sea level point below it. The second assumption is that the temperature is constant from the point of interest to the virtual sea level point below it. The third assumption is that the sea level pressure is the same at the reference point and point of interest. However, since the sea level pressure is temperature dependent, assuming that the sea level pressure is the same in both positions means that the temperature is the same in these positions. Accordingly, if different temperatures are measured at the reference location and point of interest, one of these assumptions is violated. Measurements show that even at distances greater than a few kilometers, differences in temperature and pressure can be important in determining altitude.

주어진 위치에서의 고도 변화에 걸치 일정한 온도의 가정은 대기에 대한 균형 모델(equilibrium model)의 일부이고, 아마도 필요하다. 유일한 대안은 바람의 효과, 표면 가열, 대류 및 난류의 효과를 포함하는 대기의 전체 다이내믹 모델일 것이다. 대기 데이터는 적어도 큰 거리 척도, 즉, 일정한 온도 모델이 1 km 이하의 고도에서 매우 우수한 근사라는 것을 암시한다. 더 높은 고도에서, 선형 랩스율(linear lapse rate)이 가끔 적용된다.The assumption of constant temperature over altitude changes at a given location is part of the equilibrium model for the atmosphere and is probably necessary. The only alternative would be the full dynamic model of the atmosphere, including the effects of wind, surface heating, convection and turbulence. Atmospheric data suggests that at least a large distance scale, i.e., a constant temperature model is a very good approximation at altitudes below 1 km. At higher altitudes, a linear lapse rate is sometimes applied.

실시예는 기준 위치과 관심 포인트 사이의 일정한 해면기압을 가정하는 것을 완화한다. 실시예의 첫 번째 접근법은 해면기압을 상기한 바와 같이 결정된 기준 위치으로 간주하나, 이를 표준 온도에서 해면기압으로 전환하기 위한 이상 기체 법칙을 추가로 적용한다. 그리고 나서, 이 표준 온도에서의 해면기압은 관심 포인트에서 동일할 것으로 가정한다. 새로운 위치에서의 온도는 이것을 위치에 대한 해면기압으로 전환하는데 사용될 것이고, 그리고 나서 상기 공식을 고도를 결정하는데 적용한다.The embodiment relaxes assuming a constant sea level pressure between the reference position and the point of interest. The first approach of the example considers sea level air pressure as the reference position determined as described above, but further applies the ideal gas law for converting it from standard temperature to sea level air pressure. Then, assume that the sea level pressure at this standard temperature will be the same at the point of interest. The temperature at the new location will be used to convert it to sea level pressure for the location, and then the formula is applied to determine altitude.

실시예의 두 번째 접근법은 기준 위치의 네트워크를 사용하여 실시간으로 수평 위치를 가진 등가적인 해면기압의 변화를 결정한다. 그리고 나서, 이들 복수의 측정은 관심 포인트에서 해면기압의 최적의 추정을 결정하는데 결합된다. 최적의 추정을 결정하는 적어도 두 개의 방법이 있다. 이는 가중화된 평균 접근법이고, 여기서, 가중화는 특정 기준 포인트에서 관심 포인트까지의 수평 거리의 함수이다. 또 하나는 2차 표면을 생성하기 위한 최소 제곱법(least square fit)이고, 이는 기준 위치에서 해면기압을 계산하는데 최적합이고, 관심 포인트에서 해면기압의 추정을 보간법하는데 사용될 수 있다.The second approach of the embodiment uses a network of reference positions to determine the equivalent change in sea level pressure with a horizontal position in real time. Then, these multiple measurements are combined to determine the best estimate of sea level pressure at the point of interest. There are at least two ways to determine the best estimate. This is a weighted average approach, where weighting is a function of the horizontal distance from a particular reference point to the point of interest. The other is the least square fit to create a secondary surface, which is the best fit for calculating sea level pressure at a reference location, and can be used to interpolate the estimation of sea level air pressure at points of interest.

상기 기술된 두 개의 접근법은 또한 결합될 수 있다. 즉, 각각의 기준 위치에서, 표준 온도에서의 해면기압이 결정되고, 이들 데이터는 관심 포인트에서, 표준 온도에서의 해면 기압의 최적의 추정을 생성하기 위해 상기 기술 중 하나를 사용하여 결합하는 것이다.The two approaches described above can also be combined. That is, at each reference position, sea level air pressure at a standard temperature is determined, and these data are combined using one of the techniques above to generate an optimal estimate of the sea level air pressure at a standard temperature at the point of interest.

추가적으로, 고도계를 사용하는 경우, 실시예는 어플리케이션 레벨 데이터에 의하여 에어컨의 변화 상태(가령, 턴온 등) 또는 차 안에서 창문 여는 것과 같은 압력에서의 갑작스런 이동을 필터의 하드웨어 또는 소프트웨어 내로 인식시키고, 연속적으로 위치 데이터 및 고도계 데이터를 작동시킨다.Additionally, when using an altimeter, the embodiment recognizes a change in the condition of the air conditioner (e.g., turn-on, etc.) or sudden movement in pressure, such as opening a window in the car, into the filter's hardware or software by application level data, and continuously Position data and altimeter data are activated.

또한, 바람의 흐름의 방향을 결정하기 위하여 풍속계가 비콘에서 사용될 수 있고, 이는 대기 압력 그래디언트의 표시로 여겨진다. 나침반과 함께 풍속계는 바람의 흐름의 방향과 레벨을 정확히 결정하는데 사용될 수 있고, 이는 사용자의 센서에서 우리의 변형을 보정 및/또는 필터링하는데 사용될 수 있다.In addition, an anemometer can be used in the beacon to determine the direction of wind flow, which is considered an indication of the atmospheric pressure gradient. Anemometers with a compass can be used to accurately determine the direction and level of wind flow, which can be used to correct and / or filter our deformations at the user's sensor.

주어진 빌딩의 층 당 높이는 다양한 방법에 의해 결정될 수 있는데, 상기 방법은 사용자가 계단을 통하여 빌딩을 걷는 것과 각 층에 대한 정보(경사 등)를 수집하는 것을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 전자도는 각 층의 상대적인 높이를 결정하는데 사용될 수 있다.The height per floor of a given building can be determined by a variety of methods, including, but not limited to, a user walking through a staircase and collecting information about each floor (such as a slope). Also, electron conductivity can be used to determine the relative height of each layer.

높이가 WAPS 또는 고도계에 기초하여 추정될 경우, 지형 ,빌딩의 높이, 주변 빌딩의 높이 등과 같은 정보는 높이 솔루션을 제한하는데 사용된다.If the height is estimated based on WAPS or altimeter, information such as terrain, height of the building, height of surrounding buildings, etc. is used to limit the height solution.

장기간의 시간(일, 월, 년)에 걸쳐 기준 센서로부터 수집된 과거(historical) 기준 압력 데이터와 함께 평균 압력이 주어진 위치에서 알려지면, 그 위치에서의 압력에 기초하여 (교정이나 사용자 입력없이) 예상대로 높이를 결정하는데 사용될 수 있다.If the average pressure is known at a given location along with historical reference pressure data collected from the reference sensor over a long period of time (day, month, year), based on the pressure at that location (without calibration or user input) It can be used to determine the height as expected.

일 실시예에서, 사용자의 높이는 사용자의 센서로부터의 데이터를 사용하고, 그 데이터를 기준 센서로부터의 데이터와 결합함에 의하여 원격 서버 상에서 계산될 수 있다. 이 방법에서, 빌딩 정보, 크라우드 소스된(crowd sourced) 정보등과 같은 다른 정보도 사용자의 정확한 고도를 결정하는데 사용될 수 있다.In one embodiment, the user's height can be calculated on a remote server by using data from the user's sensor and combining that data with data from the reference sensor. In this way, other information such as building information, crowd sourced information, etc. can also be used to determine the user's exact altitude.

사용자가 높이가 알려진 다른 사용자와 근접하는 경우, 정보는 알려지지 않은 사용자의 높이를 결정하는데 사용될 수 있다.If a user approaches another user whose height is known, information can be used to determine the height of the unknown user.

네트워크의 일 실시예에서, 기준 센서는 WAPS 비콘과 함께 위치될 필요는 없다. 서버와 연결된 데이터를 가진 독립된 센서의 정밀한(fine) 또는 간략한(coarse) 그리드는 기준 압력 측정에 사용될 수 있다. 중앙 서버는 기준 압력 정보를 모바일로 보내거나 WAPS 데이터 스트림의 일부로서 모바일로 보내져야할 필요가 있는 데이터를 가진 송신기를 지시할 수 있다.In one embodiment of the network, the reference sensor need not be located with the WAPS beacon. A fine or coarse grid of independent sensors with data connected to the server can be used for reference pressure measurements. The central server can send reference pressure information to the mobile or direct the transmitter with data that needs to be sent to the mobile as part of the WAPS data stream.

또 다른 실시예에서, WAPS 시스템은 빌딩과 같은 더 작은 지역에서 압력, 온도와 같은 추가 센서 정보를 제공하는 간단한 비콘(보충적인 비콘)을 사용한다. 이 송신은 메인 WAPS 타이밍 비콘에 동기 또는 비동기화될 수 있다. 추가적으로, 보충적 비콘은 센서 데이터를 중앙 서버로 업로드하되, 상기 중앙 서버에서 모바일 유닛으로 퍼뜨려지거나, 기설정된 세트의 PR 코드(WAPS 모바일 수신기에 의해 복조될 수 있음)를 거쳐 데이터를 송신할 수 있다.In another embodiment, the WAPS system uses simple beacons (supplementary beacons) that provide additional sensor information such as pressure and temperature in smaller areas such as buildings. This transmission can be synchronous or asynchronous to the main WAPS timing beacon. Additionally, the supplemental beacon may upload sensor data to a central server, which may be spread from the central server to a mobile unit, or transmit data via a predetermined set of PR codes (which can be demodulated by a WAPS mobile receiver).

기준 압력 네트워크는 정확도 요구사항 및 주어진 로컬 지역에 대한 과거 압력 변화 데이터에 기초하여 최적화될 수 있다. 예를 들어, 매우 정확한 측정일 경우, 기준 센서는 빌딩 또는 몰에서 전개될 수 있다.The reference pressure network can be optimized based on accuracy requirements and historical pressure change data for a given local area. For example, for highly accurate measurements, the reference sensor can be deployed in a building or mall.

기준 압력 데이터와 함께 WAPS 비콘 네트워크는 단기간 인터벌로 정확한 압력 및 온도 측정의 폐쇄 네트워크를 형성하고, 축지학과 같은 다른 어플리케이션에 의해 사용될 수 있다.Along with the reference pressure data, the WAPS beacon network forms a closed network of accurate pressure and temperature measurements at short-term intervals, and can be used by other applications, such as axonology.

다른 센서로부터의 데이터와 결합된 압력의 변화율은 수직 속도를 결정하는데 사용될 수 있고, 이는 사용자가 엘리베이터를 통해 갔는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이는 긴급 상황 및/또는 어플리케이션 추적에서 매우 유용하다.The rate of change of pressure combined with data from other sensors can be used to determine the vertical velocity, which can be used to determine if the user has gone through the elevator. This is very useful in emergency situations and / or application tracking.

바닥 높이를 추정하기에 필요한 것보다 더 낮은 분해능을 가진 센서의 경우, 정지 상황하에서, 시간에 걸쳐 압력 측정을 평균화하는 것은 기준 데이터에 기초한 사용자 높이를 얻는 데 사용될 수 있다.
For sensors with a lower resolution than necessary to estimate the floor height, under static conditions, averaging pressure measurements over time can be used to obtain user height based on reference data.

하이브리드 위치결정 및 다른 시스템과의 정보 교환Hybrid positioning and information exchange with other systems

실시예의 시스템은 위치결정을 제공하기 위하여, 임의의 '기회의 신호(signal of opportunity)'와 결합될 수 있다. 기회의 신호의 예는 하나 이상의 다음을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이는 GPS 수신기, 갈릴레오, 글로나스, 아날로그 또는 디지털 TV 신호, 미디어플로, Wi-Fi와 같은 시스템으로부터의 신호, FM 신호, WiMax, 셀룰러(UMTS, LTE, CDMA, GSM 등), 블루투스 및 LORAN와 e-LORAN 수신기이다.The system of the embodiments can be combined with any 'signal of opportunity' to provide positioning. Examples of signs of opportunity include, but are not limited to, one or more of the following. These include GPS receivers, Galileo, Glonass, analog or digital TV signals, media flows, signals from systems such as Wi-Fi, FM signals, WiMax, cellular (UMTS, LTE, CDMA, GSM, etc.), Bluetooth and LORAN and e -LORAN receiver.

신호 형태와 관계없이, 기회의 신호는 레인지 측정 또는 신호 강도와 같은 레인지 측정을 위한 프록시(proxy)를 제공한다. 레인지를 위한 이 프록시는 위치를 위한 추정을 얻기 위해 적절히 가중화 및 결합된다. 가중화는 수신된 신호의 신호 대 노이즈비(SNR)를 사용하거나, 대안적으로, 수신기의 환경(보조 데이터로부터의 도시, 준도시, 시골 환경의 지식, 수신기가 어플리케이션으로부터의 입력에 기초한 실내 또는 실외인지 여부)을 정의하는 5 메트릭(5 metric)을 사용한다. 이는 일반적으로 실시예의 시스템이 사용 가능하지 않거나 신호 수렴이 제한되는 그러한 환경에서 행해진다. 특정한 측정용 가중화를 위하여 SNR을 사용할 경우, 가중화는 간단히 SNR의 역함수(또는 낮은 SNR을 가진 신호에 낮은 가중화를 제공하는 다른 함수)여서, 다른 시스템 측정은 물론 WAPS 측정의 최적의 조합이 위치를 얻는 것을 가능하게 할 수 있다. 최종 위치결정 솔루션은 추가 신호원으로부터의 레인지 측정를 하여 WAPS 레인지 측정과 결합하고, 경도, 위도 및 고도를 위한 위치 솔루션을 파생하는 것에 의하거나 또는, 추가 소스/장치로부터의 위치 측정과 WAPS 시스템으로부터 위치 측정을 하고, 서로 다른 시스템으로부터의 위치 품질 메트릭에 기초하여 이들 위치 측정의 조합을 사용하는 최적화된 위치 솔루션을 제공함에 의하여 계산될 수 있다. WAPS 측정/WAPS 위치 추정을 사용하는 하이브리드 솔루션을 얻는 다양한 구성이 도 35, 도 36 및 도 37에 도시된다. 아래 기술된 아키텍쳐 모두는 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 분할에 의존하는 사용을 위해 선택될 수 있다.Regardless of the signal type, the signal of opportunity provides a proxy for range measurement, such as range measurement or signal strength. This proxy for the range is weighted and combined appropriately to get an estimate for the location. Weighting uses the signal-to-noise ratio (SNR) of the received signal, or alternatively, the receiver's environment (knowledge of the urban, semi-urban, rural environment from the supplementary data, the receiver is based on input from the application, or indoors or Use 5 metric (5 metric) to define whether it is outdoor. This is generally done in such an environment where the system of the embodiment is not available or signal convergence is limited. When using SNR for weighting for a specific measurement, weighting is simply an inverse function of the SNR (or other function that provides low weighting for signals with low SNR), so that the optimal combination of WAPS measurements as well as other system measurements It may be possible to obtain a location. The final positioning solution is to combine range measurements with WAPS range measurements by taking range measurements from additional signal sources, and deriving position solutions for longitude, latitude and altitude, or position measurements from additional sources / devices and positions from the WAPS system. It can be calculated by taking measurements and providing an optimized location solution that uses a combination of these location measurements based on location quality metrics from different systems. Various configurations for obtaining a hybrid solution using WAPS measurement / WAPS location estimation are shown in FIGS. 35, 36 and 37. All of the architectures described below can be selected for use depending on the hardware and software partitioning of the system.

도 35는 실시예에서, 다양한 시스템으로부터의 레인지 측정을 사용하는 하이브리드 위치 추정의 블럭도이다. 레인지 측정(관련된 레인지 품질 메트릭(range quality metric)과 함께)은 GNSS와 다른 위치 시스템으로부터 사용되고, 하이브리드 위치 엔진에 의한 단일 최적 위치 솔루션에 결합된다. 이 아키텍쳐는 사용가능한 데이터를 사용하는 측면에서 최적합이어서, 데이터의 최고의 위치 추정을 얻는다.35 is a block diagram of hybrid position estimation using range measurements from various systems, in an embodiment. Range measurements (with associated range quality metrics) are used from GNSS and other location systems and combined into a single optimal location solution by a hybrid location engine. This architecture is optimal in terms of using available data, thus obtaining the best position estimate of the data.

도 36은 실시예에서, 다양한 시스템으로부터의 위치 추정을 사용하는 하이브리드 위치 추정의 블럭도이다. 위치 품질과 함께 다양한 시스템으로부터의 독립적인 위치 추정은 최고의 품질을 가진 하나를 선택하는데 사용된다. 다른 위치결정 시스템이 매우 서로 떨어져 있기 때문에, 이 아키텍쳐는 실행하기 가장 쉽고 통합적이다.36 is a block diagram of hybrid position estimation using position estimation from various systems, in an embodiment. In addition to position quality, independent position estimation from various systems is used to select the one with the highest quality. Since the different positioning systems are very far apart, this architecture is the easiest and most integrated to implement.

도 37은 실시예에서, 다양한 시스템으로부터의 레인지 추정과 위치 추정의 조합을 사용하는 하이브리드 위치 추정의 블럭도이다. 예를 들어, WLAN 위치결정 시스템으로부터의 위치 추정은 최고의 솔루션에 이르기 위한 GNSS 시스템과 WAPS 시스템으로부터의 레인지 측정에서의 위치 추정과 비교될 수 있다.37 is a block diagram of hybrid position estimation using a combination of range estimation and position estimation from various systems in an embodiment. For example, location estimation from a WLAN positioning system can be compared with location estimation in range measurements from a GNSS system and WAPS system to reach the best solution.

가속도계와 자이로(gyros)와 같은 관성 네비게이션 센서(Inertial Navigation Sensor, INS), 전자 나침반과 같은 자기 센서, 고도계와 같은 압력 센서는 추적 모드 사용을 위한 WAPS 시스템에 대한 정보(소결합(loose coupling)이라 함) 또는 로 센서 측정(raw sensor measurement)을 지원하는 위치를 제공하는데 사용될 수 있다.Accelerometers and inertial navigation sensors (gyros) such as inertial navigation sensors (INS), magnetic sensors such as electronic compasses, and pressure sensors such as altimeters are information about the WAPS system for tracking mode use (loose coupling). Or raw sensor measurement.

가속도계는 실시예의 수신기에서 사용되어 서버로 보고하는 위치를 업데이트하기 위한 주파수를 결정할 수 있다. 위치결정 솔루션과 가속도계 측정의 시퀀스의 조합은 정지 위치, 등속도 및/또는 다른 이동을 검출하는 데 사용된다. 이 이동 데이터 또는 정보는 업데이트의 주파수를 결정하여, 가령, 일정하지 않은 모션이 있을 경우 업데이트의 추파수는 비교적 높은 주파수로, 수신기가 기설정된 시간의 기간 동안에 등속도 또는 정치될 경우 업데이트의 주파수는 전력을 아끼기 위하여 감소될 수 있다.The accelerometer can be used in the receiver of the embodiment to determine the frequency for updating the location reporting to the server. A combination of a positioning solution and a sequence of accelerometer measurements is used to detect a stationary position, constant velocity and / or other movement. This movement data or information determines the frequency of the update, for example, if there is a non-uniform motion, the frequency of update is a relatively high frequency, and if the receiver is constant or fixed for a predetermined period of time, the frequency of the update is It can be reduced to save power.

센서 또는 위치 측정은 위치 필터(칼만 필터와 같은) 내의 위치 솔루션으로 결합될 수 있다. 센서 측정이 WAPS 하이브리드 위치 엔진에서 GNSS와 WAPS 측정과 결합된, 두 유형의 밀결합이 도 38 및 도 39에 도시된다. 도 38는 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이고, WAPS/GNSS 시스템으로부터의 위치/속도 추정은 GNSS/WAPS 위치의 품질 및/또는 속도 추정이 우수할 경우 센서의 드리프팅 바이어스를 교정하는 것을 돕기 위하여 피드백된다. 이 아키텍쳐는 알고리즘의 센서 교정 파트와 위치 교정 파트로 분할함에 의하여 알고리즘 포뮬레이션을 간소화한다. 그러나, 이 방법의 결점은 언제가 WAPS/GNSS 추정을 사용하는 센서를 재교정할 좋은 시간인지를 결정하는데 복잡하다는 것이다.Sensors or position measurements can be combined into position solutions in position filters (such as Kalman filters). Two types of tight coupling are shown in FIGS. 38 and 39, where sensor measurements are combined with GNSS and WAPS measurements in a WAPS hybrid position engine. 38 is a flow chart for determining a hybrid position solution, in an embodiment, position / velocity estimation from a WAPS / GNSS system corrects the drifting bias of the sensor when the quality and / or speed estimation of the GNSS / WAPS position is good. It is fed back to help. This architecture simplifies algorithm formulation by dividing it into the sensor calibration part and the position calibration part of the algorithm. However, the drawback of this method is that it is complex to determine when it is a good time to recalibrate the sensor using WAPS / GNSS estimation.

도 39은 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이고, 센서 파라미터(바이어스, 척도 및 드리프트와 같은)는 명시적인 피드백이 없는 GNSS 및/또는 WAPS 유닛에서 위치/속도 계산의 파트로서 추정된다. 예를 들어, 센서 파라미터는 수신기의 위치/속도를 추적하는데 사용되는 칼만 필터의 상태 벡터의 파트로서 포함될 수 있다. 이 아키텍쳐는 정보가 위치 파라미터와 센서 파라미터를 업데이트하기 위한 하나의 결합된 필터에서 사용된다는 점에서 최적의 솔루션을 제공한다.39 is a flow chart for determining a hybrid position solution, in an embodiment, sensor parameters (such as bias, scale, and drift) are estimated as part of position / velocity calculation in a GNSS and / or WAPS unit without explicit feedback. . For example, sensor parameters can be included as part of the state vector of the Kalman filter used to track the position / velocity of the receiver. This architecture provides an optimal solution in that the information is used in one combined filter for updating the positional and sensor parameters.

소결합은 도 40와 도 41에 도시되고, 여기서, 선택 유닛은 GNSS 엔진으로부터의 또는 WAPS 엔진으로부터의 위치 추정을 선택한다. 선택 유닛은 WAPS 또는 GNSS 위치 유닛의 파트일 수 있다는 것을 주목하라. 도 40는 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이고, 센서 교정은 개개의 위치 계산 유닛과 떨어져 있다. 도 41는 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 위한 흐름도이고, 센서 파라미터 추정치는 개개의 위치 계산 유닛의 상태의 파트로서 행해진다.The subcombination is shown in Figures 40 and 41, where the selection unit selects a position estimate from the GNSS engine or from the WAPS engine. Note that the selection unit can be part of a WAPS or GNSS location unit. 40 is, in an embodiment, a flow chart for determining a hybrid position solution, and sensor calibration is separate from the individual position calculation unit. 41 is a flow chart for a hybrid position solution, in an embodiment, and sensor parameter estimates are made as part of the state of the individual position calculation unit.

일반적으로, 선택은 하나의 시스템으로부터의 정보를 사용하기 때문에, 소결합 방법은 밀결합 방법보다 더 나쁘다. 소결합 방법과 밀결합 방법 중에서, 센서 파라미터와 위치가 별도로 계산되는 경우보다 하나의 최적 필터에서 위치 파라미터와 센서 파라미터를 결정하기 위한 로 센서 측정과 함께 레인지를 사용하는 방법이 더 우수한다. 결과적으로, 성능 관점에서 선호되는 방법은 내포된 센서 파라미터 추정을 가진 밀결합 시스템이다. 그러나, 하드웨어/소프트웨어 플랫폼 구분에 의존하여, 하나 이상의 이들 방법은 용이하게 실행되고, 그 이유로 선택될 수 있다.In general, the selection method uses information from one system, so the subcombination method is worse than the consolidation method. Among the small-combination method and the tight-combination method, it is better to use the range with the low sensor measurement to determine the position parameter and the sensor parameter in one optimal filter than when the sensor parameter and the position are calculated separately. Consequently, the preferred method from a performance standpoint is a tightly coupled system with nested sensor parameter estimation. However, depending on the hardware / software platform distinction, one or more of these methods can be easily implemented and selected for that reason.

또한, 정보는 동일한 플랫폼(셀-폰, 랩탑, PND와 같은) 상의 WAPS 시스템과 다른 트랜시버 시스템상이에서 교환될 수 있다. 예를 들어, 트랜시버 시스템은 블루투스 트랜시버, WLAN 트랜시버, FM 수신기/송신기, 디지털 또는 아날로그 TV 시스템, 미디어플로, XM 라디오 이리듐과 같은 위성 통신 시스템, GSM/ UMTS/ cdma2000 lx/EVDO 또는 WiMax와 같은 셀룰러 모뎀 트랜시버일 수 있다. 도 42은 실시예에서, WAPS와 다른 시스템 사이의 정보 교환을 나타낸다. 시스템들간의 정보 교환은 시스템의 성능을 개선시킬 수 있다. WAPS 시스템 시각은 GPS 시간에 정렬되기 때문에, WAPS 시스템은 다른 시스템에게 우수한 품질 시간 추정과 주파수 추정을 제공할 수 있다. WAPS에의 시간 추정과 주파수 추정은 코드 및 주파수에서 WAPS 포착 탐색 공간을 감소시킬 수 있다. 또한, WAPS 시스템은 위치 정보를 다른 트랜시버 시스템으로 제공할 수 있다. 마찬가지로, 다른 시스템이 가능한 위치 정보(부분적인 위치, 가령, 고도 또는 2-D 위치, 또는 전체 위치, 가령 3-D 위치 또는 로 레인지/의사레인지/의사-차이)를 가진다면, 위치 정보에는 WAPS 시스템에 대한 위치 품질 메트릭이 제공되거나 제공되지 않을 수 있다. 레인지/의사--레인지 데이터는 송신기(또는 송신기 위치에서 임의의 수신기 위치까지의 레인지를 계산하기 위한 다른 수단)의 위치과 함께 제공되어서 하이브리드 솔루션에서 레인지 정보의 사용을 활성화시킨다. 두 송신기에 해당하는 레인지 차이에는 두 송신기의 위치가 함게 제공된다. WAPS 시스템은 정보를 사용하여 그 위치 솔루션을 지원할 것이다. 대안적으로, 위치 정보는 알려진 송신기 위치에서 수신기 장치까지의 레인지(또는 의사레인지)의 형태로 제공될 수 있다. 이들 레인지(또는 의사레인지)는 하이브리드 위치를 계산하기 위한 위치결정 알고리즘에 의하여 WAPS 레인지와 결합할 것이다.In addition, information can be exchanged between WAPS systems on different platforms (such as cell-phones, laptops, PNDs) and other transceiver systems. For example, transceiver systems include Bluetooth transceivers, WLAN transceivers, FM receivers / transmitters, digital or analog TV systems, MediaFlow, satellite communication systems such as XM Radio Iridium, cellular modems such as GSM / UMTS / cdma2000 lx / EVDO or WiMax It can be a transceiver. 42 shows, in an embodiment, the exchange of information between WAPS and other systems. Exchange of information between systems can improve the performance of the system. Since the WAPS system time is aligned with GPS time, the WAPS system can provide good quality time estimation and frequency estimation to other systems. Time estimation and frequency estimation on WAPS can reduce WAPS capture search space in code and frequency. In addition, the WAPS system can provide location information to other transceiver systems. Likewise, if another system has possible location information (partial location, eg altitude or 2-D location, or full location, such as 3-D location or low range / pseudorange / pseudo-difference), WAPS is given for location information. Location quality metrics for the system may or may not be provided. Range / pseudo-range data is provided along with the location of the transmitter (or other means for calculating the range from the transmitter location to any receiver location) to enable the use of range information in a hybrid solution. The range difference between the two transmitters is provided with the location of the two transmitters. The WAPS system will use the information to support its location solution. Alternatively, the location information can be provided in the form of a range (or pseudorange) from a known transmitter location to a receiver device. These ranges (or pseudoranges) will be combined with WAPS ranges by a positioning algorithm to calculate the hybrid position.

구체적인 시스템과 그들간에 교환될 수 있는 정보의 예시는 도 43, 도 44 및 도 45에 도시된다.Examples of specific systems and information that can be exchanged between them are shown in FIGS. 43, 44 and 45.

도 43은 실시예에서, FM 수신기와 WAPS 수신기 사이의 위치, 주파수 추정과 시간 추정의 교환을 도시하는 블럭도이다. WAPS 시스템으로부터 위치 추정은 FM 수신기로 제공될 수 있다. 이 위치 추정이 가령, 로컬 지역에서 활성화 FM 라디오 스테이션을 자동으로 결정하는 데 사용될 수 있다. FM 신호는 RDS(Radio Data Service) 송신도 포함할 수 있다. FM 스테이션의 위치가 RDS/RBDS 데이터-스트림(예를 들어, 송신 위치에 대한 데이터를 제공하는 위치과 네비게이션(LN) 특징, 도시와 주 이름을 주고, DGPS 네비게이션 데이터를 제공함)에 포함된다면, 이 정보는 WAPS 수신기에 위치 지원을 제공하는 데 사용될 수 있다. WAPS 시스템으로부터의 주파수 추정은 특정 스테이션에 대한 시간을 튜닝하는 FM 수신기를 감소시키는 데 용이하게 사용될 수 있다. 다른 방햐에서, FM 수신기에서의 추정의 주파수 품질은 FM 라디오 스테이션 송신 품질에 기초한다. WAPS 시스템에서의 시간 추정은 GPS 시간에 기초하고, 시간은 타이밍 정렬을 지원하기 위하여 FM 수신기로 전송될 수 있다. RDS/RBDS 송신상의 클록 타임(CT) 특징은 RDS 데이터 스트림에 대한 타이밍을 결정하는데 사용될 수 있고, WAPS 수신기로 전송될 수 있다.43 is a block diagram illustrating the exchange of position, frequency estimation and time estimation between an FM receiver and a WAPS receiver in an embodiment. Position estimation from the WAPS system can be provided to the FM receiver. This location estimation can be used, for example, to automatically determine the active FM radio station in the local area. The FM signal may also include RDS (Radio Data Service) transmission. If the location of the FM station is included in the RDS / RBDS data-stream (e.g., location and navigation (LN) features that provide data for the transmission location, city and state names, and DGPS navigation data) Can be used to provide location assistance to the WAPS receiver. Frequency estimation from the WAPS system can easily be used to reduce the FM receiver tuning time for a particular station. In another way, the frequency quality of the estimation at the FM receiver is based on the FM radio station transmission quality. The time estimate in the WAPS system is based on GPS time, and time can be sent to the FM receiver to support timing alignment. The clock time (CT) feature on the RDS / RBDS transmission can be used to determine the timing for the RDS data stream and can be transmitted to the WAPS receiver.

도 44은 실시예에서, WLAN/BT 트랜시버와 WAPS 수신기 사이의 위치, 시가 추정과 주파수 추정을 교환하는 것을 도시하는 블럭도이다. 일반적으로, 이들 WLAN/BT 트랜시버는 정확한 주파수 추정을 가지지 못하고, 그런 결과로서, 주파수 추정은 매우 간략(coarse)하여, WLAN/BT 트랜시버에서 WAPS 수신기로의 이러한 추정의 전송은 제한된 값을 가질 수 있다. 반대 방향으로, WAPS 주파수 추정은 WLAN 시스템 상의 주파수 획득을 위한 시간을 감소시킬 수 있다. 가령, 무선 LAN AP(접근점) 비콘 상의 타임스탬프로부터 추출된 타이밍 정보는 WAPS 포착을 지원하기 위하여 WAPS 시스템으로 전송될 수 있다. GPS 시간에 대한 WLAN 타이밍의 일부 기준이 WAPS 시스템에 유용하도록 만드는데 필요한 것을 주목하라. 마찬가지로, WLAN/BT 시스템이 가능한 위치 추정(부분적인 위치, 가령, 고도 또는 2-D 위치, 또는 전체 위치, 가령 3-D 위치 또는 로 레인지/의사레인지/의사-차이)을 가진다면, 위치 정보에는 WAPS 시스템에 대한 위치 품질 메트릭이 제공되거나 제공되지 않을 수 있다. WLAN 위치 추정은 주변의 서빙 AP 또는 다른 "청각" AP의 지오-위치으로 간소화될 수 있다. 또한, WLAN 위치 추정은 부분적, 가령, 당해 AP의 바닥에 기초한 고도 추정일 수 있다. 또한, WLAN 위치 정보는 알려진 송신기 AP 위치에 대한 레인지 추정(가령, WLAN 시스템은 레인지 추정을 결정하기 위하여 왕복시간 측정을 사용할 수 있음) 또는 두 송신 AP 사이의 레인지 차이 추정일 수 있다.FIG. 44 is a block diagram illustrating exchanging a location, market price estimate and frequency estimate between a WLAN / BT transceiver and a WAPS receiver, in an embodiment. In general, these WLAN / BT transceivers do not have accurate frequency estimation, and as a result, the frequency estimation is very coarse, so the transmission of this estimation from the WLAN / BT transceiver to the WAPS receiver may have limited values. . In the opposite direction, WAPS frequency estimation can reduce the time for frequency acquisition on the WLAN system. For example, timing information extracted from a timestamp on a wireless LAN AP (access point) beacon can be transmitted to a WAPS system to support WAPS capture. Note that some criteria for WLAN timing over GPS time are needed to make it useful for WAPS systems. Similarly, if the WLAN / BT system has a possible position estimate (partial position, eg altitude or 2-D position, or full position, eg 3-D position or low range / pseudorange / pseudo-difference), then location information The location quality metric for the WAPS system may or may not be provided. WLAN location estimation can be simplified to the geo-location of nearby serving APs or other “hearing” APs. Also, the WLAN location estimate may be a partial, for example, elevation estimate based on the bottom of the AP. Also, the WLAN location information may be a range estimate for a known transmitter AP location (eg, a WLAN system may use round-trip time measurements to determine the range estimate) or an estimate of the range difference between two transmitting APs.

도 45는 실시예에서, 셀룰러 트랜시버와 WAPS 수신기 사이에서 위치 추정, 시간 추정 및 주파수 추정을 교환하는 것을 도시한 블럭도이다. 셀룰러 시스템(TDOA, AFLT 또는 다른 작은 셀룰러 시그널 FL 또는 RL 기반 위치결정 방법)으로부터의 위치 추정(부분적이거나 완전하거나 로 레인지/레인지-차이)은 WAPS 시스템에 제공될 수 있고, 이는 더 우수한 위치 추정을 얻기 위한 이들 측정을 사용할 것이다. 셀룰러 모뎀의 주파수 추적 루프로부터의 주파수 추정은 WAPS 시스템에 제공되어 주파수 탐색 공간을 감소시킬 수 있어서, WAPS 포착 시간(즉, TTFF)을 개선시킬 수 있다. 또한, 셀룰러 시스템으로부터의 시간 추정은 WAPS 시스템에 제공되어 코드 탐색 공간을 감소시키거나 비트 정령과 프레임 정렬을 지원할 수 있다. 예를 들어, cdma2000/lx EVDO와 같은 GPS 시간에 동기화되는 시스템은 WAPS 시스템을 위한 정밀 시각 추정을 제공하는 반면, 비동기(GPS와 같은 시간 척도에 정밀하게 동기화되지 않은 송신) 셀룰러 시스템은 간략 시각 추정을 제공할 수 있다.45 is a block diagram illustrating the exchange of position estimation, time estimation, and frequency estimation between a cellular transceiver and a WAPS receiver, in an embodiment. Position estimation (partial or complete or low range / range-difference) from a cellular system (TDOA, AFLT or other small cellular signal FL or RL based positioning method) can be provided to the WAPS system, which results in better position estimation. We will use these measurements to obtain. Frequency estimation from the cellular modem's frequency tracking loop can be provided to the WAPS system to reduce the frequency search space, thereby improving the WAPS acquisition time (ie, TTFF). Also, time estimation from the cellular system can be provided to the WAPS system to reduce code search space or support bit ordering and frame alignment. For example, a system synchronized to GPS time, such as cdma2000 / lx EVDO, provides precise time estimation for WAPS systems, while an asynchronous (transmission that is not precisely synchronized to a time scale such as GPS) cellular system simplifies time estimation. Can provide

WAPS 시스템 시각이 GPS 시간에 정렬되기 때문에, WAPS 시스템은 동일한 플랫폼 상이 아니라도, 다른 시스템에 우수한 품질 타이밍 추정과 주파수 추정을 제공할 수 있다. 예를 들어, WAPS 시스템은 GPS 초-경계와 정렬된 pps(초 당 펄스)와 같은 주기적 하드웨어 신호 또는 관련 GPS 시간을 가진 단일 펄스 신호를 통하여, 피코/펨토-셀 BTS에 대한 타이밍 정보를 제공하는데 사용될 수 있다.Because the WAPS system time is aligned with GPS time, the WAPS system can provide good quality timing estimation and frequency estimation to other systems, even if they are not on the same platform. For example, a WAPS system provides timing information for a pico / femto-cell BTS, either through a periodic hardware signal such as pps (pulses per second) aligned with the GPS super-boundary or a single pulse signal with the associated GPS time. Can be used.

아래 기술된 바와 같이, 실시예의 WAPS 시스템에 의해 사용되는 스펙트럼은 허가된 또는 비허가된 대역 또는 주파수를 포함할 수 있다. 대안적으로, WAPS 시스템은 "화이트 스페이스(White Space)" 스펙트럼을 사용할 수 있다. 화이트 스페이스 스펙트럼은 WAPS 시스템이 로컬 영역(TV 화이트 스페이스에 제한되지 않음)에서 자유롭게 감지 또는 결정하고, 그 스펙트럼에서 위치 비콘을 송신하는 임의의 스펙트럼으로 정의된다. 실시예의 송신기는 스펙트럼-센싱 기술을 사용하여 사용되지 않은 스펙트럼을 감지하고 및/또는 지오-위치(GPS 타이밍 수신기로부터 용이하게 얻어질 수 있음)과 스펙트럼을 조정하는 중앙 데이터베이스와 통신할 수 있다. 수신기는 스펙트럼-센싱 기술을 포함하여 이들 비콘을 청취할 수 있고, 또는 다른 실시예에서, 주파수를 통신 매개체를 사용하여 튜닝하여 알려질 수 있다. WAPS 시스템은 다이내믹 화이트 스페이스 사용가능성 도는 할당량에 적합할 수 있다. WAPS 시스템은 이 스펙트럼에서 연속적으로 브로드캐스트할 수 있거나, 스펙트럼에 대한 중앙 조절 서버에 의해 제어되면서, 다른 시스템과 공유할 수 있다. WAPS 시스템 구성의 칩율과 데이터 속도는 다이내믹하게 수정되어 어떤 주어진 시간에, 정확도 요구사항 및/또는 신호 전력 및 대역폭 사용가능성에 맞춰질 수 있다. 시스템 파라미터는 수신기에 의해 감지될 수 있거나 통신 매개체를 통하여 수신기에 통신될 수 있다. 송신기는 로컬 네트워크를 형성하거나(더 넓은 지리적 영역에서 스펙트럼 사용가능성의 경우) 연속적인 네트워크를 형성할 수 있다.As described below, the spectrum used by the WAPS system of an embodiment may include licensed or unlicensed bands or frequencies. Alternatively, the WAPS system can use the “White Space” spectrum. The white space spectrum is defined as any spectrum in which the WAPS system senses or determines freely in the local area (not limited to the TV white space) and transmits a location beacon in that spectrum. The transmitter of the embodiment may use spectrum-sensing technology to detect unused spectrum and / or communicate with a geo-location (which can be easily obtained from a GPS timing receiver) and a central database that adjusts the spectrum. The receiver can listen to these beacons, including spectrum-sensing technology, or in other embodiments, it may be known by tuning the frequency using a communication medium. The WAPS system can be adapted to dynamic white space availability or quotas. The WAPS system can broadcast continuously in this spectrum, or can be shared with other systems, controlled by a central throttling server for the spectrum. The chip rate and data rate of the WAPS system configuration can be dynamically modified to match the accuracy requirements and / or signal power and bandwidth availability at any given time. System parameters can be sensed by the receiver or communicated to the receiver via a communication medium. The transmitter can form a local network (for spectrum availability in a larger geographic area) or a continuous network.

또한, 실시예의 송신기는 시각-공유 방식으로 동일한 송신 시스템 상의 다른 네트워크와 공존할 수 있다. 예를 들어, 동일한 스펙트럼은 위치과 스마트 그리드 어플리케이션사이에서 시각-공유 방식이 사용될 수 있다. 송신기는 최대 사용가능한 전력 레벨을 사용하는 브로드캐스트 송신기이고, 스펙트럼 센싱 또는 중앙 조절 서버에 의해 요구되는 것에 기초하여 다이내미컬하게 전력 레벨을 조절할 수 있다. 수신기는 스펙트럼 센싱을 사용할 수 있거나, 시스템 파라미터의 통신 매개체(또한 화이트 스페이스 스펙트럼이 될 수 있음)와 그 시간에서의 웨이크업 타임에 의해 통신된다.Further, the transmitter of the embodiment can coexist with other networks on the same transmission system in a time-sharing manner. For example, the same spectrum can be used in a time-sharing manner between location and smart grid applications. The transmitter is a broadcast transmitter that uses the maximum available power level, and can dynamically adjust the power level based on what is required by a spectrum sensing or central conditioning server. The receiver can use spectral sensing, or it is communicated by a system parameter communication medium (which can also be a white space spectrum) and a wake-up time at that time.

스펙트럼 사용가능성에 기초하여, 실시예의 WAPS 시스템은 TV 화이트 스페이스(6MHz 대역폭)의 한 채널을 사용하거나 또는 복수의 채널이 가능하다면, 더 우수한 다중경로 분해능을 위하여 복수의 주파수 대역을 사용할 수 있다. 인접한 채널이 사용가능하다면, 채널 본딩(가령, 인접한 채널의 결합)이 사용될 수 있다. 증가된 대역폭은 더 우수한 다중경로 분해능, 더 높은 정확성을 위한 더 높은 칩율 등에 사용될 수 있다. 대안적으로, 사용가능한 대역폭은 FDMA하에서 사용되어 니어 파 문제 및/또는 다중경로 분해능을 해결하는것을 도울 수 있다.Based on spectrum availability, the WAPS system of the embodiment may use one channel of TV white space (6MHz bandwidth) or, if multiple channels are available, multiple frequency bands for better multipath resolution. If adjacent channels are available, channel bonding (eg, a combination of adjacent channels) can be used. The increased bandwidth can be used for better multipath resolution, higher chip rates for higher accuracy, and the like. Alternatively, the available bandwidth can be used under FDMA to help solve near-wave problems and / or multipath resolution.

둘 이상의 화이트 스페이스 대역에서, WAPS 파형의 화이트 스페이스 송신/수신은 WAPS 캐리어 위상 측정을 위하여 더 우수하고 더 빠른 모호 정수 분해능을 활성화시킬 수 있다. 이는 WAPS를 사용하는 단일 포인트 위치결정에 비교적 더 정확성(대략 1 파장보다 작음)을 높인다.In more than one white space band, white space transmission / reception of WAPS waveforms can activate better and faster ambiguity integer resolution for WAPS carrier phase measurement. This increases the relative accuracy (less than about 1 wavelength) for single point positioning using WAPS.

또한, 화이트 스페이스 대역폭은 조사된 위치에서의 기준 수신기와 발견된 위치에서의 수신기 사이의 WAPS(기준 수신기가 사용되는 경우)에서 통신 채널로서도 사용될 수 있다.In addition, the white space bandwidth can also be used as a communication channel in the WAPS (if a reference receiver is used) between the reference receiver at the investigated position and the receiver at the found position.

허가된 대역의 WAPS 시스템은 광역 네트워크에서 사용가능하고, 타워의 로컬 네트워크에 기초한 화이트 스페이스는 WAPS 수신기의 위치 정확성을 증가시키는데 사용될 수 있다. 수신기는 양 주파수를 동시에 청취하도록 설계되거나, 주파수 또는 허가된 대역와 화이트 스페이스 대역 사이로 스위치되어 적절한 주파수로 튜닝할 수 있도록 설계될 수 있다.A licensed band WAPS system is available in a wide area network, and a white space based on the tower's local network can be used to increase the positioning accuracy of the WAPS receiver. The receiver can be designed to listen to both frequencies simultaneously, or it can be designed to switch between frequencies or licensed bands and white space bands to tune to the appropriate frequency.

또한, 화이트 스페이스 대역은 위치 지원 및 클록 바이어스, 위성 위치 추산(ephemeris) 등과 같이 다른 보조 정보를 위하여 보조 정보를 WAPS, GPS 또는 AGPS 시스템에 보내는데 사용될 수 있다.In addition, the white space band can be used to send assistance information to a WAPS, GPS or AGPS system for other assistance information such as location assistance and clock bias, satellite location estimation (ephemeris), and the like.

넓게 분리된 복수의 주파수가 사용가능한 경우, WAPS 시스템은 주파수에서 다이버시티(diversity)의 이점을 취하도록 설계되어, 더 우수한 다중경로 성능을 제공할 수 있다.
When a plurality of widely separated frequencies are available, the WAPS system is designed to take advantage of diversity in frequency, thereby providing better multipath performance.

상관기 구현예Correlator implementation

임의의 CDMA 수신기(또는 송신 비트 스트림의 파트로서의 의사 랜덤 코드를 사용하는 수신기)에서, 수신된 신호와 그 PRN 코드의 상관은 중요하다. 행해지는 상관이 더욱 평행할 수록, 채널을 포착하는 시간이 빨라진다. 길이 1023의 최대 길이 시퀀스와 2x 로 오버샘플링된 입력 신호를 사용하는 신호를 위한 평행한 복소 상관기(complex correlator) 아키텍쳐의 부르트 포스(brute force) 실행이 도 46에 도시된다. 홀수와 짝수 샘플은 2x 오버샘플된 데이터에 대응된다. 시프트 레지스터는 'clk'의 속도에서 시프트된다. PRN 생성기는 기준 PRN을 생성하고, clk/2의 속도에서 시프트된다. 각 사이클에서의 상관 합계는 수학식

Figure 112014009050182-pct00144
을 사용하여 계산되고, 여기서 x[n]은 복소 입력(complex input), gcref[k]는 PRN 기준 파형이며, corrsum[n]은 상관기로부터의 복소 출력(complex output)이다. 도 37은 홀수와 짝수의 샘플이 동일한 승산기(multiplier)와 가산기 트리(adder tree)를 공유하는 한 최적화를 도시한다.In any CDMA receiver (or receiver using a pseudo-random code as part of a transmission bit stream), the correlation of the received signal with its PRN code is important. The more parallel the correlations are made, the faster the time to capture the channel. The brute force implementation of a parallel complex correlator architecture for a signal using a maximum length sequence of length 1023 and an input signal oversampled to 2x is shown in FIG. 46. Odd and even samples correspond to 2x oversampled data. The shift register is shifted at the speed of 'clk'. The PRN generator generates a reference PRN and shifts at a rate of clk / 2. The sum of correlations in each cycle is expressed by the equation
Figure 112014009050182-pct00144
Calculated using, where x [n] is the complex input, gcref [k] is the PRN reference waveform, and corrsum [n] is the complex output from the correlator. 37 shows the optimization as long as the odd and even samples share the same multiplier and adder tree.

상기 도시된바와 같이 실행은 시프트 레지스터에 대한 2046*2*n-입력 비트 플립 플롭, 1023의 1 x n-입력 승산기와 1023 결과물을 더하는 가산기를 요구한다. 예로서, 입력 비트 폭이 2-비트 샘플이라면, 1 x 2의 1023 승산기가 필요하고, 3개의 1023 곱셈이 한 클록 사이클에서 더해질 것이다. 이는 영역, 타이밍 그리고 하드웨어에서의 전력의 측면에서 부담스런 실행일 수 있다. 특히, FPGA 실행에서, 승산기와 가산기 구조의 부르트 포스 실행은 주어진 제한된 방편을 실행하는 것이 불가능할 수 있다.As shown above, the execution requires a 2046 * 2 * n-input bit flip-flop for the shift register, a 1xn-input multiplier of 1023 and an adder that adds 1023 output. As an example, if the input bit width is a 2-bit sample, a 1023 multiplier of 1 x 2 is needed, and three 1023 multiplications will be added in one clock cycle. This can be a burdensome performance in terms of area, timing and power in hardware. In particular, in FPGA implementation, the brute force implementation of multiplier and adder structures may not be possible to implement a given limited measure.

실시예는 이 실행에 대한 새로운 접근법을 포함하는데, 이는 FPGA 분야에서 가능한 구조의 이점을 가진다. 현대의 FPGA는 논리를 실행하고 요소를 저장하는 몇몇의 설정 가능한 논리 블럭(CLB)을 포함한다. 또한, CLB의 중요한 파트를 형성하는 룩업 테이블은 직렬 시프트가 내장되나 저장 요소에 병렬 랜덤 접근을 가지는 시프트 레지스터로 재프로그램될 수 있다. 또한, 이 실행은 ASIC 실행에서 상관을 계산하기 위한 효과적인 접근법으로서, 그리고 FPGA(시제품화에서 사용됨)에서 ASIC(대량 생산을 위함)로의 용이한 이동 경로로서 사용될 수 있다.Embodiments include a new approach to this implementation, which has the advantage of possible structures in the field of FPGAs. Modern FPGAs include several configurable logic blocks (CLBs) that execute logic and store elements. Also, the lookup table that forms an important part of the CLB has a built-in serial shift, but can be reprogrammed into a shift register with parallel random access to the storage element. In addition, this implementation can be used as an effective approach for calculating correlation in an ASIC implementation, and as an easy path of movement from an FPGA (used in prototyping) to an ASIC (for mass production).

시프트 레지스터 실행을 보면, 특정 FPGA는 CLB 상으로 맵핑되는 시프트 레지스터 프리미티브(primitive)를 가진다. 일부 FPGA는 16-비트 시프트 레지스터를 가지나, 일부는 32-비트 시프트 레지스터 맵핑을 가진다. 도 47은 병렬 랜덤 접근 기록 능력을 가진 16-비트 시프트 레지스터 프리미트브로부터 파생된 32-비트 시프트 레지스터 실행을 도시한다. 이 예시적 실행에서, 16-비트 시프트 레지스터 그룹 프리미티브는 32-비트 시프트 레지스터를 구성하는데 사용된다. 이러한 32-비트 시프트 레지스터의 32가 직렬로 연결되어 1024-비트 시프트 레지스터를 형성한다. 도 48에 도시된 바와 같이, 시프트 작동은 'clk' 속도에서 발생하고, 판독 작업은 클록 속도에 32번 발생한다.Looking at the shift register implementation, a particular FPGA has a shift register primitive that is mapped onto the CLB. Some FPGAs have 16-bit shift registers, but some have 32-bit shift register mappings. Figure 47 shows a 32-bit shift register implementation derived from a 16-bit shift register primitive with parallel random access write capability. In this example implementation, a 16-bit shift register group primitive is used to construct a 32-bit shift register. 32 of these 32-bit shift registers are connected in series to form a 1024-bit shift register. As shown in Fig. 48, the shift operation occurs at the 'clk' speed, and the read operation occurs 32 times at the clock speed.

또한, 가산기 트리는 1023 x n-비트 가산기를 실행하는데 복잡할 수 있다. 특정 FPGA의 경우에서, 48-비트 DSP 슬라이스가 사용가능한데, 이는 1023 x n-비트 연속 가산기로 사용될 수 있다. 이 실행을 위한 하드웨어 구조는 도 49에 도시된다. 시프트 레지스터의 32 그룹으로부터의 32 값은 8개 덧셈의 4개의 그룹으로 분리된다. 이 예에서, 2-비트 입력이 사용된다. 각 8-숫자 가산기는 10-비트 출력을 생산하고, 이는 48-비트 가산기의 12-비트 그룹에서 정렬된다. 룸(room)이 덧셈의 성장을 가능케 한다. 32 사이클 후에, 1024 비트 합계는 12-비트 가산기의 4 그룹을 하나의 14-비트 합과 더하여 얻어진다.
Also, the adder tree can be complex to run a 1023 x n-bit adder. In the case of certain FPGAs, a 48-bit DSP slice is available, which can be used as a 1023 x n-bit continuous adder. The hardware structure for this implementation is shown in FIG. 49. The 32 values from the 32 groups of shift registers are divided into 4 groups of 8 additions. In this example, a 2-bit input is used. Each 8-number adder produces a 10-bit output, which is aligned in a 12-bit group of 48-bit adders. The room allows growth of addition. After 32 cycles, a 1024-bit sum is obtained by adding 4 groups of 12-bit adders to one 14-bit sum.

암호화 및 보안Encryption and security

실시예의 시스템에서의 오버헤드 정보(overhead information)는 암호 알고리즘을 사용하여 암호화될 수 있다. 이는 사용자가 시스템을 사용하고 시스템의 사용에 대한 청구에 사용되며, 정보 보안을 제어하기 위한 수단을 제공하는데 사용하도록 한다. 키(key)는 신호를 복호화하는데 적용될 수 있다. 키는 PC, 무선 네트워크, 하드웨어 동글(dongle)을 사용하여 얻을 수 있거나, 의도치 않은 소스에 의해 접근할 수 없는 방식인 장치의 비휘발성 메모리 내에 번트(burnt) 될 수 있다.Overhead information in the system of the embodiment can be encrypted using a cryptographic algorithm. This allows the user to use the system and to charge for the use of the system, and to provide a means to control information security. The key can be applied to decrypt the signal. The key can be obtained using a PC, wireless network, hardware dongle, or burnt into the device's non-volatile memory in a way that is not accessible by unintended sources.

실시예의 암호화는 데이터 보안과 인증을 제공한다. 암호를 사용하여 보증된 키 구성은 송신기, 수신기, 및 서버 통신이다. 송신기 인증은 송신기를 분명하게 식별하여 악성(malicious) 송신기는 거부될 수 있다. 수신기 인증은 인증된 수신기만 송신된 정보를 사용할 수 있도록 하는 것이다. 수신기 허가는 허가된 수신기(인증된 수신기)만 작동이 허용되어야 한다는 것이다. 서버 통신은 암호화되어 수신기와 서버 및 송신기와 서버간의 통신이 안정화된다. 또한, 사용자 데이터 보호는 사용자 데이터베이스를 추적하는 위치는 비허가된 접근을 막아야 하기 때문에 암호화된다.The encryption of the embodiments provides data security and authentication. Key configurations guaranteed using cryptography are transmitter, receiver, and server communications. Transmitter authentication clearly identifies the transmitter, so a malicious transmitter can be rejected. Receiver authentication is such that only the authenticated receiver can use the transmitted information. Receiver permission is that only authorized receivers (certified receivers) should be allowed to operate. The server communication is encrypted so that communication between the receiver and the server and the transmitter and the server is stabilized. In addition, user data protection is encrypted because the location that tracks the user database must prevent unauthorized access.

실시예의 암호화 방법은 크게 두 유형, 즉, 대칭 키 암호법(symmetric key cryptography)과 비대칭 키 암호법(asymmetric key cryptography)으로 분류될 수 있다. 대칭 키 암호는 인증과 암호를 제공하는 반면, 비대칭 키 암호는 공개 키(public key)는 누구나 사용가능하기 때문에, 사용자 개인 키(private key)의 인증을 제공한다. 데이터의 대칭 키 암호는 주어진 유사 방편보다 10배수 빠르다. 3DES와 AES는 대칭 키 암보법의 예시이다. 두 방법의 조합은 실시예의 암호화 아키텍쳐의 일부분으로서 사용된다.The encryption method of the embodiment can be roughly classified into two types, namely, symmetric key cryptography and asymmetric key cryptography. Symmetric key cryptography provides authentication and cryptography, while asymmetric key cryptography provides authentication of the user's private key because the public key can be used by anyone. The symmetric key cryptography of the data is ten times faster than the given similar means. 3DES and AES are examples of symmetric key cryptography. The combination of the two methods is used as part of the cryptographic architecture of the embodiment.

OTA(Over-the-air) 브로드캐스트 메세지는 일반적인 브로드캐스트 메세지 또는 시스템 메세지를 포함할 수 있다. 일반적인 브로드캐스트 메세지는 위치 정보, 송신기 타이밍 계수 및 그 위치를 결정하는데 수신기를 도와주는 다른 관련 정보와 같이 각 송신기에 대한 구체적인 데이터를 포함한다. 시스템 메세지는 암호 키, 활성/불활성 수신기 또는 수신기의 구체적인 세트로 목적된 일-방향 정보 교환을 구성하는데 사용된다.The over-the-air (OTA) broadcast message may include a general broadcast message or a system message. A typical broadcast message includes specific data for each transmitter, such as location information, transmitter timing coefficients, and other relevant information to assist the receiver in determining its location. System messages are used to construct the intended one-way information exchange with cryptographic keys, active / inactive receivers or a specific set of receivers.

실시예의 메세지의 일반적인 포맷은 메세지 유형(패리티 ECC 보호된(parity ECC protected)), 암호화된 메세지, 및 암호화된 메세지 ECC를 포함한다. 암호화된 메세지에 대한 ECC는 메세지가 암호화된 후에 계산된다.The general format of the message of an embodiment includes message type (parity ECC protected), encrypted message, and encrypted message ECC. The ECC for the encrypted message is calculated after the message is encrypted.

OTA 브로드캐스트는 주기적으로(가능한 매초) 송신되는 프레임을 포함한다. 채널 데이터 속도에 의존하여, 메세지는 복수의 프레임으로 분리(부분화)될 수 있다. 각 프레임은 프레임 유형과 프레임 데이터를 포함한다. 프레임 유형(패리티 보호된)은 이것이 메세지의 첫 번째 프레임인지 연속 프레임인지 표시한다. 또한, 그것은 다른 목적으로 사용도리 수 있는 낮은 레벨의 포맷 프레임을 표시할 수 있다. 프레임 데이터는 필수적으로 부분화된 메세지 또는 낮은 레벨 데이터 프레임이다.OTA broadcasts include frames that are transmitted periodically (every second possible). Depending on the channel data rate, messages can be split (partially) into multiple frames. Each frame contains the frame type and frame data. The frame type (parity protected) indicates whether this is the first frame or a continuous frame of the message. In addition, it can display low-level format frames that can be used for other purposes. Frame data is essentially a segmented message or a low level data frame.

OTA 시스템 메세지는 시스템 메세지의 유형에 따라 세션 키(session key ) 또는 송신기의 개인키에 의해 암호화될 수 있다. OTA 일반 브로드캐스트 메세지는 송신기와 수신기가 아래 기술된 바와 같이 세션 키를 가진 대칭 키 알고리즘을 사용하여 암호화된다. 이는 상호 인증(송신기가 수신기에 의해 인증)을 제공하여 인증된 수신기가 OTA 브로드캐스트를 복호할 수 있다. 세션 키는 모든 송신기와 수신기에 알려지고, 주기적으로 변한다. 키 변화 메세지는 지난 수 개의 세션 키를 사용하여 암호되고, 어떤 시간 기간에서 활성화되지 않았던 수신기를 현 세션 키와 동기화할 수 있도록 한다.The OTA system message can be encrypted by the session key or the sender's private key, depending on the type of system message. The OTA general broadcast message is encrypted by the sender and receiver using a symmetric key algorithm with a session key as described below. This provides mutual authentication (the transmitter is authenticated by the receiver) so that the authenticated receiver can decode the OTA broadcast. The session key is known to all transmitters and receivers and changes periodically. The key change message is encrypted using the last several session keys, allowing a receiver that has not been activated at any time period to be synchronized with the current session key.

또한, OTA 브로드캐스트는 송신기의 개인 키에 의해 암호화된다. 수신기는 관련 공개 키를 사용하여 송신기의 인증성을 명백히 식별한다. 세션 키가 손상되면(compromised), 이 메카니즘이 비허가된 송신기가 실행될 수 없도록 보장한다.In addition, the OTA broadcast is encrypted by the sender's private key. The receiver clearly identifies the authenticity of the transmitter using the relevant public key. If the session key is compromised, this mechanism ensures that unauthorized transmitters cannot be executed.

도 50는 실시예에서, 세션 키 셋업의 블럭도이다. 각 수신기에는 고유 장치 ID와 장치 특정 키가 구비된다. 도 45는 실시예에서 암호화에 대한 흐름도이다. WAPS 시스템 데이터 서버는 장치 ID/장치 특정 키 쌍의 데이터베이스를 유지한다. 수신기와 WAPS 데이터 서버간의 수신기 초기치 설정은 수신기 유형에 특수한 데이터 연결(GPRS/USB/모뎀 등)을 사용하여 가능하게 된다. 이 연결은 장치가 장치 ID로 상기 장치를 식별한 후에, 장치 특정 키를 사용하여 암호화된다. 이 초기치 설정 동안, 현 세션 키, 송신기 공개 키 및 허가 기간(즉, 수신기가 허가된 기간)은 교환된다. 수신기 초기치 설정은 수신기가 현 세션 키를 잃거나(초기 파워 업) 그 세션 키가 동기화되지 않을 때(연장된 파워 오프) 수행될 수 있다. 세션 키는 주기적으로 업데이트되고, 업데이트에 사용되는 새로운 키는 이전의 N 키를 사용하여 암호화된다.50 is a block diagram of a session key setup in an embodiment. Each receiver is provided with a unique device ID and device specific key. 45 is a flow chart for encryption in an embodiment. The WAPS system data server maintains a database of device ID / device specific key pairs. The initial setting of the receiver between the receiver and the WAPS data server is possible using a special data connection (GPRS / USB / modem, etc.) for the receiver type. This connection is encrypted using the device specific key after the device identifies the device by device ID. During this initial setting, the current session key, the transmitter public key, and the authorization period (i.e., the period during which the receiver was authorized) are exchanged. The receiver initial setting may be performed when the receiver loses the current session key (initial power up) or when the session key is not synchronized (extended power off). The session key is updated periodically, and the new key used for the update is encrypted using the old N key.

OTA 데이터 속도는 수신기를 허가하기 위한 유일한 메카니즘에 대하여 부적절할 수 있다. 그러나, 실시예의 시스템 메세지 프로토콜은 장치 ID 특정과 장치 ID 레인지-기반 수신기 허가를 지지한다.The OTA data rate may be inadequate for the only mechanism to authorize the receiver. However, the system message protocol of the embodiment supports device ID specification and device ID range-based receiver authorization.

손상된 세션 키는 모든 수신기가 재-초기화되도록 요구한다. 따라서, 세션 키 저장은 장치 내에 부정 조작이 안 되어야 한다. 장치 비밀 경계의 외부에 저장된 세션 키(즉, 모든 종류의 부착된 저장된)는 장치의 안전 키를 사용하여 암호화될 것이다.The corrupted session key requires all receivers to be re-initialized. Therefore, the session key storage should not be tampered with in the device. Session keys stored outside the device secret boundary (i.e., all types of attached storage) will be encrypted using the device's security key.

손상된 세션 키는 송신기가 주기적으로 개인 키를 사용하는 인증 정보를 송신하기 때문에, 송신기를 가장하는데 사용될 수 없다. 따라서, 송신기의 개인 키는 절대 손상되어서는 안 된다.The corrupted session key cannot be used to impersonate the transmitter, since the transmitter periodically sends authentication information using the private key. Therefore, the transmitter's private key must never be compromised.

대안적인 실시예에서, 도 52에 도시된 키는 WAPS 서버로부터 통신 링크를 통하여 수신기로 직접 전달될 수 있거나 제3 어플리케이션 또는 서비스 공급자를 통하여 우회될 수 있다. 키는 어떤 유효 기간을 가질 수 있다. 키는 고객과의 계약상의 협정에 기초하여 어플리케이션 기저 마다 또는 장치 기저 마다 사용가능하게 할 수 있다. 위치 요청은 수신기상의 어플리케이션에 의해 또는 네트워크 상의 어플리케이션에 의해 이루어질 때마다, 키는 WAPS 엔진으로부터 위치를 계산하기 위하여 위치 또는 파라미터를 검색하기 전에 유효성에 대해 확인된다. WAPS 서버로의 키와 정보의 교환은 전용 프로토콜을 사용하거나 OMA SUPL과 같은 표준 프로토콜을 통하여 발생할 수 있다.In an alternative embodiment, the key shown in FIG. 52 can be delivered directly from the WAPS server to the receiver via a communication link or can be bypassed through a third application or service provider. The key can have any validity period. The key can be made available on a per application basis or per device basis based on a contractual agreement with the customer. Whenever a location request is made by an application on the receiver or by an application on the network, the key is checked for validity before retrieving the location or parameters to calculate the location from the WAPS engine. The exchange of keys and information to the WAPS server can occur using a dedicated protocol or through a standard protocol such as OMA SUPL.

시스템의 보안 아키텍쳐는 도 50 및 도 52에 도시된 아키텍쳐의 조합으로서 실행될 수 있다.The security architecture of the system can be implemented as a combination of the architectures shown in FIGS. 50 and 52.

파라미터 센서는 WAPS 시스템의 수신기로 통합되어 센서로부터의 측정에 타임 태그 및/또는 위치 태그할 수 있다. 파라미터 센서는 온도 센서, 습도 센서, 무게 센서 및 스케너 유형에 대한 센서 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, X-레이 감지기는 추적된 수신기 또는 추적된 수신기를 포함하는 장치가 X-레이 기계를 통과하는지를 결정하는데 사용될 수 있다. X-레이 이벤트의 시간과 X-레이 기계의 위치는 감지기에 의해 태그된다. 또한, 다른 파라미터 센서는 센서로부터의 시간 태그와 위치 태그 측정를 위해 WAPS 시스템에 통합될 수 있다.The parametric sensor can be integrated into the receiver of the WAPS system to time tag and / or position tags on measurements from the sensor. The parameter sensor may include, but is not limited to, a temperature sensor, a humidity sensor, a weight sensor, and a sensor for a scanner type. For example, an X-ray detector can be used to determine whether a tracked receiver or a device containing a tracked receiver passes through an X-ray machine. The time of the X-ray event and the location of the X-ray machine are tagged by the detector. In addition, other parametric sensors can be integrated into the WAPS system for time tag and location tag measurements from the sensor.

사용자는 개개인 또는 자산에 대하여 사용자 마다, 장치상의 어플리케이션 마다, 시간 마다, 일 마다, 주 마다, 월 마다 및 년 마다 시스템에 대하여 청구될 수 있다.The user may be billed for the system on a per-user, per-application, per-hour, per-day, weekly, monthly, or yearly basis for individual or asset.

수신기 유닛의 위치과 높이는 단말기상의 어떤 어플리케이션 또는 통신 프로토콜을 사용하는 네트워크 서버로 보내질 수 있다. 대안적으로, 로 레인지 측정은 통신 프로토콜을 통하여 네트워크로 보내질 수 있다. 통신 프로토콜은 표준 시리얼 또는 단말기 상의 어플리케이션에 대한 다른 디지털 인터페이스 또는 서버에 대한 표준 또는 전용 무선 프로토콜일 수 있다. 표준 프로토콜을 통하여 서버를 결합 또는 연결할 가능한 방법은 서버와 연결된 또 다른 폰에 SMS 메세지를 보내는 것 또는 대안적으로, 웹 서버에 무선 데이터 서비스를 통하는 것을 포함한다. 보낸 정보는 하나 이상의 위도/경도, 높이(가능하다면), 타임스탬프를 포함한다. 서버 상의 어플리케이션 또는 단말기 유닛은 위치 픽스를 개시할 수 있다. 사용자의 위치는 서버로부터 직접 또는 서버상의 어플리케이션에 의하여 통신될 수 있다.The position and height of the receiver unit can be sent to a network server using any application or communication protocol on the terminal. Alternatively, low range measurements can be sent to the network via a communication protocol. The communication protocol can be a standard serial or other digital interface to an application on a terminal or a standard or dedicated wireless protocol to a server. Possible ways to combine or connect a server via standard protocols include sending an SMS message to another phone connected to the server, or alternatively, through a wireless data service to a web server. The information sent includes one or more latitude / longitude, height (if available), and timestamp. An application or terminal unit on the server can initiate a location fix. The user's location can be communicated directly from the server or by an application on the server.

GPS 수신기와 독립적인 WAPS 스탠드어론 시스템은 장치의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. WAPS 시스템 혼자서 또는 통합된 WAPS와 GPS 및/또는 다른 위치결정 시스템은 미디어 카드 상의 미디어 저장 카드(SD 카드와 같은)와 함께-존재하도록 사용될 수 있다. WAPS 시스템 혼자서 또는 통합된 WAPS와 GPS 및/또는 다른 위치결정 시스템은 셀룰러 폰 가입자 식별 모듈(Subscriber Identity Module, SIM) 카드상에 함께-존재하여 SIM 카드는 추적될 수 있다.
A WAPS standalone system independent of the GPS receiver can be used to determine the location of the device. WAPS system A single or integrated WAPS and GPS and / or other positioning system can be used to co-exist with a media storage card (such as an SD card) on a media card. WAPS System A single or integrated WAPS and GPS and / or other positioning system can co-exist on a cellular phone Subscriber Identity Module (SIM) card so that the SIM card can be tracked.

캐리어 위상으로 정확한 위치결정Accurate positioning with carrier phase

정확성을 더욱 개선시킬(1m 까지) WAPS 시스템 성능을 증가시키는 한 방법은 이하 기술되는 바와 같이, 캐리어 위상 위치결정 시스템을 실행하는 것이다. 비콘은 일반적인 WAPS 송신기로서 준비된다. 이 방법에서, 용이한 연속 위상 추적을 가능하게 하기 위하여 TDMA 슬롯팅을 사용하지 않는 것이 바람직할 것이다(필수적은 아님). TDMA가 사용되지 않을 경우, 니어-파 문제는 간섭 제거 및 수신기에서 증가된 다이내믹 레인지를 통해 극복될 수 있다. 이러한 방법을 지지하기 위한 WAPS 수신기는 모든 가시적 위성에 대하여 연속적인 방식으로 측정하고 코드와 캐리어 위상을 타임-스탬핑할 수 있다. 또한, 알려진 조사된 위치 연속적인 방식으로 코드와 캐리어 위상의 유사한 측정을 할 수 있는 기준 수신기가 있다. WAPS 수신기와 기준 수신기로부터의 측정은 장치 또는 서버 상의 위치를 계산하기 위해 결합될 수 있다. 이러한 시스템의 구성은 차동 WAPS 시스템과 동일 할 것이다.One way to increase the WAPS system performance to further improve accuracy (up to 1 m) is to implement a carrier phase positioning system, as described below. Beacons are prepared as regular WAPS transmitters. In this method, it would be desirable (but not required) not to use TDMA slotting to enable easy continuous phase tracking. When TDMA is not used, the near-wave problem can be overcome through interference cancellation and increased dynamic range at the receiver. WAPS receivers to support this method can measure all visible satellites in a continuous manner and time-stamp code and carrier phase. There is also a reference receiver capable of making similar measurements of code and carrier phase in a known irradiated position sequential manner. Measurements from the WAPS receiver and the reference receiver can be combined to calculate a location on the device or server. The configuration of this system will be the same as the differential WAPS system.

캐리어 위상 측정은 코드 위상 측정보다 더욱 정확하나, 모호 정수이라 불리는 캐리어 위상 사이클의 알려지지 않은 정수를 포함한다. 그러나, 모호성 분해능이라 불리는 모호 정수를 발견하는 방법이 있다. 본 명세서에서, 사용자 수신기 위치에 대하여 반복적으로 해결하고, 개선된 정확성을 위하여 복수의 에포크(epoch)에서의 측정을 사용하기 위한 로컬 최소 탐색 알고리즘의 확장을 사용하는 한 방법이 고려될 것이다.Carrier phase measurement is more accurate than code phase measurement, but includes an unknown integer of the carrier phase cycle called the ambiguous integer. However, there is a method of finding an ambiguous integer called ambiguous resolution. In this specification, one method will be considered to use an extension of the local minimum search algorithm to iteratively solve for user receiver locations and use measurements in multiple epochs for improved accuracy.

다음과 같이, 단일 에포크의 첫 번째에서의 사용자 수신기에서의 캐리어 위상 측정을 생각한다.Consider carrier phase measurement at the user receiver at the first of a single epoch as follows.

Figure 112014009050182-pct00145
Figure 112014009050182-pct00145

여기서, φ, λ, f 및 N은 각각, 캐리어 위상, 파장, 주파수 및 정수 사이클이고, dt는 클록 바이어스, r은 레인지, ε은 측정 오차 및 하첨자 u는 사용자 수신기를 나타내고, k는 송신기 숫자를 나타낸다.Where φ, λ, f and N are carrier phase, wavelength, frequency and integer cycles, respectively, dt is clock bias, r is range, ε is measurement error and subscript u is user receiver, k is transmitter number Indicates.

레인지는 사용자 위치 pu와 송신기 위치 p(k)의 측면에서 다음과 같이 주어진다.The range is given in terms of user position p u and transmitter position p (k) as follows.

Figure 112014009050182-pct00146
Figure 112014009050182-pct00146

송신기 클록 바이어스의 정보에서 오차를 제거하기 위하여, 해당하는 캐리어 위상 수학식을 사용하여 알려진 위치에서의 또 다른 수신기(기준 수신기라 불림)를 생각한다.To eliminate errors in the information of the transmitter clock bias, consider another receiver (called a reference receiver) at a known location using the corresponding carrier phase equation.

Figure 112014009050182-pct00147
Figure 112014009050182-pct00147

여기서, 하첨자 r은 기준 수신기를 나타태고, (1)로부터 (2)를 빼면Here, the subscript r denotes a reference receiver, and subtracting (2) from (1)

Figure 112014009050182-pct00148
를 얻는다. 이는
Figure 112014009050182-pct00149
로 기재되고, 여기서,
Figure 112014009050182-pct00150
이다.
Figure 112014009050182-pct00148
Get this is
Figure 112014009050182-pct00149
It is described as, where
Figure 112014009050182-pct00150
to be.

dtur이 관심 부분이 아니므로, 인덱스(k)의 상이한 값에 대하여 미분함에 의하여(5) 제거되어서, 소위 2차 미분 관측량 수학식을 얻을 수 있다.Since dt u r is not a part of interest, it is eliminated by differentiating (5) for different values of the index k, so that a so-called second-order differential observation equation can be obtained.

Figure 112014009050182-pct00151
, 여기서,
Figure 112014009050182-pct00152
이다.
Figure 112014009050182-pct00151
, here,
Figure 112014009050182-pct00152
to be.

그리고 나서, 수학식 (6)은

Figure 112014009050182-pct00153
을 통하여 알려지지 않은 사용자 위치 pu에서의 수학식이고,
Figure 112014009050182-pct00154
여기서,
Figure 112014009050182-pct00155
이다.Then, Equation (6)
Figure 112014009050182-pct00153
Is an equation at the unknown user location p u ,
Figure 112014009050182-pct00154
here,
Figure 112014009050182-pct00155
to be.

일반적으로, 2차 미분에서 사용되는 송신기 l은 송신기 중 하나이고, 편의상 행렬의 수학식을 유발하는 것에 대하여 1로 명칭한다. 상기 행렬는 다음과 같다.In general, the transmitter l used in the second derivative is one of the transmitters, and for convenience, it is referred to as 1 for inducing a matrix equation. The matrix is as follows.

Figure 112014009050182-pct00156
Figure 112014009050182-pct00156

또는

Figure 112014009050182-pct00157
or
Figure 112014009050182-pct00157

수학식 (10)은 알려지지 않은 사용자 위치 pu에서의 비션형 수학식이다. 로컬 최소 탐색 알고리즘은 선형 수학식에 대하여 작동되고, (10)은 다음과 같이 선형화되고 반복적으로 해결된다. 반복 m에서, pu로 근사는

Figure 112014009050182-pct00158
으로 놓고, 여기서,Equation (10) is a non-obvious equation at the user location pu. The local minimum search algorithm operates on a linear equation, and (10) is linearized and solved iteratively as follows. Repeated m, approximated to p u
Figure 112014009050182-pct00158
And put it here,

Figure 112014009050182-pct00159
Figure 112014009050182-pct00159
Wow

Figure 112014009050182-pct00160
여기서,
Figure 112014009050182-pct00160
here,

Figure 112014009050182-pct00161
, 여기서 l(k)는 가시선 행 백터
Figure 112014009050182-pct00162
이다.
Figure 112014009050182-pct00161
Where l (k) is the line of sight vector
Figure 112014009050182-pct00162
to be.

그리고 나서 수학식(10)은

Figure 112014009050182-pct00163
와 같이 기재되고, 여기서,
Figure 112014009050182-pct00164
Figure 112014009050182-pct00165
이다.Then the equation (10)
Figure 112014009050182-pct00163
It is described as, where:
Figure 112014009050182-pct00164
And
Figure 112014009050182-pct00165
to be.

수학식 (13)은 x = Δpu에서 선형이고, 아래 주어진 로컬 최소 탐색 알고리즘을 사용하여 Δpu에 대하여 해결된다. Δpu의 얻어진 솔루션을 사용하여, 수학식 (11)은 반복 m에서 pu을 얻는데 사용되고, 그래서, 얻어진 pu는 다음 반복(m+1)에서

Figure 112014009050182-pct00166
로서 사용된다. 반복은 Δpu이 수렴을 결정하기에 충분히 작아질 때까지 연속적이다. 반복의 초기에는,
Figure 112014009050182-pct00167
이 솔루션에 기초한 코드 위상으로부터 취할 수 있다.Equation (13) is linear at x = Δp u and is solved for Δp u using the local minimum search algorithm given below. Using the obtained solution of Δp u , equation (11) is used to obtain p u at repetition m, so p u obtained at the next repetition (m + 1)
Figure 112014009050182-pct00166
Is used as The iteration is continuous until Δp u is small enough to determine convergence. At the beginning of the iteration,
Figure 112014009050182-pct00167
It can be taken from the code topology based on this solution.

이제, 수학식 (13)을 푸는 것을 생각한다.

Figure 112014009050182-pct00168
를 2차 미분 캐리어 위상 오차 벡터의 공분산으로 놓는다. 아래와 같이 얻어진다. 단일 미분 관측량에서 오차의 분산
Figure 112014009050182-pct00169
Figure 112014009050182-pct00170
이고, 여기서
Figure 112014009050182-pct00171
Figure 112014009050182-pct00172
는 각각 캐리어 위상 오차 분산이고, 이는 송신기 k에 독립적인 것으로 가정된다.
Figure 112014009050182-pct00173
의 분산은
Figure 112014009050182-pct00174
이고,
Figure 112014009050182-pct00175
Figure 112014009050182-pct00176
의 교차-분산은
Figure 112014009050182-pct00177
이며, 이는 공통 항
Figure 112014009050182-pct00178
의 분산이다. 따라서,Now, consider solving equation (13).
Figure 112014009050182-pct00168
Let be the covariance of the second-order differential carrier phase error vector. It is obtained as follows. Variance of error in a single differential observation
Figure 112014009050182-pct00169
silver
Figure 112014009050182-pct00170
And here
Figure 112014009050182-pct00171
and
Figure 112014009050182-pct00172
Is a carrier phase error variance, which is assumed to be independent of transmitter k.
Figure 112014009050182-pct00173
The dispersion of
Figure 112014009050182-pct00174
ego,
Figure 112014009050182-pct00175
Wow
Figure 112014009050182-pct00176
Is the cross-dispersion of
Figure 112014009050182-pct00177
And this is the common term
Figure 112014009050182-pct00178
It is the dispersion of. therefore,

Figure 112014009050182-pct00179
Figure 112014009050182-pct00179

(13)의 가중화된 최소 자승 솔루션은

Figure 112014009050182-pct00180
이고, 여기서 GL은 G의 좌역원이고,
Figure 112014009050182-pct00181
The weighted least squares solution of (13)
Figure 112014009050182-pct00180
, Where G L is the left inverse of G,
Figure 112014009050182-pct00181

그리고 나서, 나머지의 벡터는

Figure 112014009050182-pct00182
이며 이는 N의 함수이고, 로컬 최소 탐색은 N에 대하여 가중화된 정규 자스을 최소화하도록 시도한다. 여기서 N은
Figure 112014009050182-pct00183
이고, 여기서,
Figure 112014009050182-pct00184
Figure 112014009050182-pct00185
이다. Then, the rest of the vector
Figure 112014009050182-pct00182
And this is a function of N, and the local minimum search attempts to minimize the weighted regular jass for N. Where N is
Figure 112014009050182-pct00183
And here,
Figure 112014009050182-pct00184
And
Figure 112014009050182-pct00185
to be.

(17)을 풀기 위하여, N이 정수인 제한하에서,

Figure 112014009050182-pct00186
를 푸는 것을 생각한다. 그리고 나서,
Figure 112014009050182-pct00187
Figure 112014009050182-pct00188
인데, 이는 W가 멱등원(idempotent)
Figure 112014009050182-pct00189
이기 때문이다. 따라서, N에To solve (17), under the restriction that N is an integer,
Figure 112014009050182-pct00186
Think to solve. Then the,
Figure 112014009050182-pct00187
Wow
Figure 112014009050182-pct00188
Which is W is idempotent
Figure 112014009050182-pct00189
Because it is. Therefore, to N

대한 탐색이 이러한 N에 제한되고, 이는 (18)을 만족시킨다.The search for is limited to this N, which satisfies (18).

N이 풀리면, x = Δpu의 추정은 수학식 (15)로부터 얻는다. 각각 디멘젼 (n - 1)×3 과 3×(n-1)인 행렬 G 와 GL은 랭크 3을 가지는데, 이는 (n-1)>3이고, (n-1)×(n-1) 행렬 S와 W는 3만큼 (n-1)의 전체 래으로부터 부족할 것이다.
If N is solved, the estimation of x = Δp u is obtained from equation (15). The matrices G and G L with dimensions (n-1) x 3 and 3 x (n-1), respectively, have rank 3, which is (n-1)> 3, and (n-1) x (n-1). ) The matrices S and W will be lacking from the whole line of (n-1) by 3.

수학식 (18)에 대하여 W의 QR 분해(decomposition)을 사용하여(LU 분해도 사용될 수 있음),

Figure 112014009050182-pct00190
, 여기서,
Figure 112014009050182-pct00191
는 직교-법선 행렬(ortho-normal matrix)
Figure 112014009050182-pct00192
이고, R은 상삼각(upper triangular)이어서,
Figure 112014009050182-pct00193
이고,
Figure 112014009050182-pct00194
이다.Using the QR decomposition of W for equation (18) (LU decomposition can also be used),
Figure 112014009050182-pct00190
, here,
Figure 112014009050182-pct00191
Is ortho-normal matrix
Figure 112014009050182-pct00192
And R is the upper triangular,
Figure 112014009050182-pct00193
ego,
Figure 112014009050182-pct00194
to be.

따라서,

Figure 112014009050182-pct00195
의 솔루션은 정수값으로 3차원박스 내의 N2에 대하여 탐색함으로서, (21)로부터의 N1을 얻음으로서 및 (17)에서 c(N)을 최소화하는 N을 선택함에 의하여 얻어진다. N2에 대한 탐색은 이전 반복으로부터 N2의 값의 중심이 된다. N의 나중 파트인 0번째 반복에서의 N2는
Figure 112014009050182-pct00196
의 부분 파트로서 얻는다.
Figure 112014009050182-pct00197
는 솔루션에 기초한 코드 페이즈이다. 3차원 탐색 박스의 크기는 솔루션에 기초한 코드 페이즈의 불확실성에 의존한다. 이 박스는 더 작은 서브-박스로 나뉘어질 수 있고, 각각의 더 작은 크기의 서브-박스는 초기의
Figure 112014009050182-pct00198
로서 시도될 수 있다.therefore,
Figure 112014009050182-pct00195
The solution of is obtained by searching for N 2 in a three-dimensional box with an integer value, by obtaining N 1 from (21) and by selecting N that minimizes c (N) in (17). Searching for the N 2 is the center of the value of N 2 from the previous iteration. N2 in the 0th iteration, the later part of N,
Figure 112014009050182-pct00196
It gets as part part of.
Figure 112014009050182-pct00197
Is a code phase based solution. The size of the three-dimensional search box depends on the uncertainty of the code phase based on the solution. This box can be divided into smaller sub-boxes, and each smaller sized sub-box is initially
Figure 112014009050182-pct00198
Can be tried as

상기 방법은 위치를 결정하기 위하여 측정의 단일 에포크(즉각적인)를 사용했다. 아래 설명은 단일 에포크 방법까지의 확장을 설명한다. 다중 에포크 측정은 제 시간에 충분히 가까이 있고, 여기서 사용자 수신기 이동은 무시한다. 또한, 초기 에포크의 모호 정수는 계속되는 에포크에 대하여 동일하게 유지되어서, 새롭고 알려지지 않은 모호 정수가 계속되는 에포크에 소개되지 않는다. 송신기 위치가 고정되어서(GNSS 경우와 달리, 위성 송신기의 모션이 가시선 상 변하여 독립 수학식을 줌), 다중 에포크 측정은 독립 수학식을 주기 않는다. 따라서, 다중 에포크 측정은 부동 모호성(GNSS 경우와 달리, 독립 수학식의 수가 알려지지 않은 모호성의 수 더하기 3 위치 좌표보다 크게 됨)과 같은 모호 정수에 대하여 해결하는데 도움을 주지 않는다. 그러나, 다중 에포크 측정은 더 많은 캐리어 위상 측정 오차가 가능케 하여 여전히, 성공적인 모호성 분해를 가능케 한다. 다중 에포크 경우에, 수학식 (13)은

Figure 112014009050182-pct00199
이다.The method used a single epoch of measurement (immediate) to determine the location. The description below describes the extension to the single epoch method. Multiple epoch measurements are close enough in time, ignoring user receiver movement. In addition, the ambiguity constant of the initial epoch remains the same for subsequent epochs, so new and unknown ambiguity constants are not introduced to the epoch that continues. Since the transmitter position is fixed (unlike the GNSS case, the motion of the satellite transmitter changes on the line of sight to give an independent equation), so multiple epoch measurements do not give an independent equation. Thus, multiple epoch measurements do not help to solve for ambiguity constants such as floating ambiguity (unlike the GNSS case, the number of independent equations is greater than the number of unknown ambiguities plus 3 position coordinates). However, multiple epoch measurements allow for more carrier phase measurement errors, and still allow successful ambiguity resolution. In the case of multiple epochs, equation (13)
Figure 112014009050182-pct00199
to be.

상기 수학식과 같은 단일 에포크 경우에 대한 발전 후에, 문제는 N을 찾는 문제로 감소되어,After development for a single epoch case, such as the above equation, the problem is reduced to the problem of finding N,

Figure 112014009050182-pct00200
, 여기서,
Figure 112014009050182-pct00201
Figure 112014009050182-pct00202
이다.
Figure 112014009050182-pct00200
, here,
Figure 112014009050182-pct00201
Figure 112014009050182-pct00202
to be.

N에 대하여 (23)을 풀기 위하여,

Figure 112014009050182-pct00203
, 여기서,
Figure 112014009050182-pct00204
Figure 112014009050182-pct00205
(LU 분해도 사용될 수 있음)의 QR 분해와 상기와 같이 (19) 내지 (21)의 다음 수학식을 사용한다. 다시 말하면, N이 풀린 후에, x = Δpu 의 추정은 수학식 (15)로부터 얻는다. x = Δpu의 이 추정이 작다면, 수학식 (11)의 반복이 정지되어 사용자 위치 pu를 얻는다. 일반적으로, x의 각 구성은 크기 le-6보다 작다면, 그리고 나서, 수렴이 고표되고, 반복은 정지된다.To solve (23) against N,
Figure 112014009050182-pct00203
, here,
Figure 112014009050182-pct00204
of
Figure 112014009050182-pct00205
QR decomposition of (LU decomposition can also be used) and the following equations of (19) to (21) are used as above. In other words, after N is solved, the estimation of x = Δp u is obtained from equation (15). If this estimation of x = Δp u is small, the repetition of equation (11) is stopped to obtain the user position p u . In general, if each construct of x is smaller than size le-6, then convergence is declared and repetition is stopped.

다음 단계는 수렴된 사용자 위치 pu가 맞는 것인지를 확인하는 것이다. 이는

Figure 112014009050182-pct00206
로서 (10)으로부터 얻어진 나머지에 기초하여 행해진다. 각 에포크에 대한 나머지의 절대값의 최대치가
Figure 112014009050182-pct00207
보다 작고, 수렴된 솔루션은 솔루션으로 받아들여지고, 아니면 탐색은 새로운 서브-박스를 선택함에 의하여 계속된다. 일반적으로, 확인 테스트의 척도 요소 κ는 5로 선택될 수 있다. 솔루션이 확인되면, 상기 기술된 차동 WAPS 시스템은 1 m 보다 우수하거나 근접한 정확성을 달성할 수 있다.The next step is to check if the converged user position p u is correct. this is
Figure 112014009050182-pct00206
This is done based on the remainder obtained from (10). The maximum value of the absolute value of the remainder for each epoch
Figure 112014009050182-pct00207
Smaller, converged solutions are accepted as solutions, or the search continues by selecting a new sub-box. Generally, the scale factor κ of the confirmation test can be selected as 5. Once the solution is identified, the differential WAPS system described above can achieve better or closer accuracy than 1 m.

이 차동 WAPS 캐리어 위상 시스템은 기준 수신기의 추가를 통하여 종래의 WAPS 시스템의 상단 위에 오버레이드(overlaid) 되거나 스탠드어론될 수 있다. 차동 WAPS 캐리어 위상 시스템은 어떤 국부적인 타겟 영역(가령, 몰, 창고 등)에서 높은 정확성 위치결정을 달성하는 데 사용될 수 있다.This differential WAPS carrier phase system can be overlaid or standalone on top of a conventional WAPS system through the addition of a reference receiver. Differential WAPS carrier topology systems can be used to achieve high accuracy positioning in any local target area (eg, mall, warehouse, etc.).

W-CDMA 시스템에서, 두 개의 수신 체인은 수신 다이버시티를 개선시키는데 사용된다. WAPS가 W-DCMA와 함께 존재할 경우, 수신 체인 중 하나는 WAPS 신호를 수신하고 처리하기 위하여 일시적으로 사용될 수 있다. W-CDMA와 CDMA 아키텍쳐의 어떤 경우에서, W-CDMA/CDMA 신호의 처리가 일시적으로 정지되는 동안, 전체 수신 체인은 수신기를 WAPS 대역으로 돌리고, WAPS 신호를 처리함에 의하여 WAPS 신호를 수신하는데 재사용될 수 있다. GSM 수신 체인이 W-CDMA 수신 체인과 멀티플렉스되는 다른 어떤 실시예에서, 수신기는 더욱 시각-공유되어 WAPS 수신을 위해 사용될 수 있다.In a W-CDMA system, two receive chains are used to improve receive diversity. When WAPS is present with W-DCMA, one of the receive chains can be used temporarily to receive and process WAPS signals. In some cases of W-CDMA and CDMA architectures, while the processing of the W-CDMA / CDMA signal is temporarily suspended, the entire receive chain is re-used to receive the WAPS signal by turning the receiver into the WAPS band and processing the WAPS signal. Can be. In some other embodiments where the GSM receive chain is multiplexed with the W-CDMA receive chain, the receiver can be more time-shared and used for WAPS reception.

어떤 신호가 WAPS 또는 다른 TDMA 시스템에서 위치 결정에 대한 어떤 타워로부터 사용되는지 결정된 후에, 전력을 아끼기 위해, 실시예의 수신기의 대부분은, 신호가 감지되지 않거나 및/또는 그 슬롯에서 방출하는 타워로부터의 신호가 위치 결정에 사용되지 않는 동안에 턴 오프된다. 모션 또는 위치에서의 변화 또는 신호 상태의 변화를 감지한 경우, 실시예의 수신기는 모든 슬롯에 대하여 턴온되어 어떤 슬롯이 위치 계산의 다음 세트를 위해 사용될 수 있는지 결정한다.After determining which signals are used from WAPS or other towers for location determination in other TDMA systems, in order to save power, most of the receivers of the embodiments do not detect signals and / or signals from towers emitting from that slot Is turned off while not being used for positioning. Upon detecting a change in motion or position or a change in signal state, the receiver of the embodiment is turned on for all slots to determine which slot can be used for the next set of position calculations.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계르 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계를 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 지정 값보다 작거나, 상기 지정 값 이하이다. 상기 방법은 복수의 송신기의 각각의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 각각의 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조된다. 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각각의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조한다.Embodiments described herein include a method for transmitting a positioning signal from a plurality of transmitters. The method includes selecting a set of digital pseudorandom sequences. The magnitude of the cross-correlation function between any two sequences in the set of digital pseudorandom sequences is below a specified threshold. The method includes selecting a subset of the digital pseudorandom sequence from the set of digital pseudorandom sequences. The size of the autocorrelation function of each member of the subset of the digital pseudorandom sequence is equal to, less than or equal to a specified value, within a specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function, or less than or equal to the specified value. . The method includes transmitting a positioning signal from each transmitter of a plurality of transmitters. At least a first portion of each positioning signal is modulated according to at least one member of a subset of the digital pseudorandom sequence. At least two of the plurality of transmitters modulate the first portion of each positioning signal according to different members of a subset of the digital pseudorandom sequence.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 위치 신호를 송신하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 2개의 시퀀스들 간 상호 상관 함수의 크기가 특정 임계치 미만임 - , 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는 상기 자기 상관 함수의 피크(peak)에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - 및 복수의 송신기의 각각의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 각각의 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기 중 적어도 2개의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조함 - 을 포함한다. Embodiments described herein include a method for transmitting a position signal from a plurality of transmitters, the method comprising: selecting a set of digital pseudorandom sequences, a cross-correlation function between two sequences of a set of digital pseudorandom sequences The size of is less than a certain threshold-selecting a subset of the digital pseudorandom sequence from the set of digital pseudorandom sequences-the magnitude of the autocorrelation function of each member of the subset of the digital pseudorandom sequence is the self Within the specified region adjacent to the peak of the correlation function, equal to or less than the specified value, or less than or equal to the specified value-and transmitting positioning signals from each transmitter of the plurality of transmitters- At least a first portion of each positioning signal is modulated according to at least one member of the subset of the digital pseudorandom sequence, and at least two of the plurality of transmitters are assigned to different members of the subset of the digital pseudorandom sequence. And modulating the first part of each positioning signal.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다. The set of digital pseudorandom sequences includes a set of binary pseudorandom sequences.

2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드 코드(Gold code)의 세트로부터 선택된다. The set of binary pseudorandom sequences is selected from the set of Gold codes.

상기 지정 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이(non-repeating length)로 나눈 값이다. The specified value is a value obtained by dividing the peak value of the autocorrelation function by the non-repeating length of the digital pseudorandom sequence.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다. The set of binary pseudorandom sequences is one of Kasami code, Bent code, and Gold-like code.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이(truncated sequence length)를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has a truncated sequence length, which is shorter than the standard sequence length.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이(extended sequence length)를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has an extended sequence length, and the extended sequence length is longer than a standard sequence length.

상기 방법은 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가짐 - 를 포함한다. The method includes transmitting a positioning signal from at least one of a plurality of transmitters during a first time period in which a first portion of the positioning signal is modulated by a first member of a subset of the digital pseudorandom sequence-the digital The first member of the subset of the pseudorandom sequence has a first length-, and the positioning signal during a second time period in which the second part of the positioning signal is modulated by the first member of the subset of the digital pseudorandom sequence And transmitting the second member of the subset of the digital pseudorandom sequence has a second length.

제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다. The first length and the second length are different.

상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라서 추가로 변조된다. The second portion of the positioning signal is further modulated according to the data sequence.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기(alphabet size)를 가진다. The set of digital pseudorandom sequences has an alphabet size greater than 2.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다. The set of digital pseudorandom sequences is a set of quaternary sequences.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다. The alphabet size is a power of two.

자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 상기 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한(consecutive) 심볼들을 포함하한다. The specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function includes at least 10 consecutive symbols immediately adjacent to the peak of the autocorrelation function.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기를 포함하는 위치결정 시스템 내 송신기를 포함한다. 상기 송신기는 메모리로 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시킨다. 상기 적어도 하나의 애플리케이션은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 이하이다. 상기 적어도 하나의 애플리케이션은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택한다. 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. 상기 적어도 하나의 애플리케이션은 위치결정 신호를 송신한다. 상기 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 상기 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의, 상기 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기에 의해 사용된 것과 상이한 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호를 변조한다. Embodiments described herein include a transmitter in a positioning system that includes a plurality of transmitters. The transmitter includes a processor coupled to memory, the processor running at least one application. The at least one application selects a set of digital pseudorandom sequences. The magnitude of the cross-correlation function between any two sequences in a set of digital pseudorandom sequences is below a specified threshold. The at least one application selects a subset of the digital pseudorandom sequence from the set of digital pseudorandom sequences. The size of the autocorrelation function of each member of the subset of the digital pseudorandom sequence is equal to, less than or equal to a specified value within a specified region adjacent to a peak of the autocorrelation function, or less than or equal to the specified value. . The at least one application transmits a positioning signal. At least a first portion of the positioning signal is modulated according to at least one member of the subset of the digital pseudorandom sequence, and the transmitter is at least one other transmitter of the plurality of transmitters of a subset of the digital pseudorandom sequence. It modulates each positioning signal according to a member different from that used by.

본원에 기재된 하나의 실시예는 복수의 송신기를 포함하는 위치결정 시스템 내 송신기를 포함하고, 상기 송신기는 메모리로 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시키고 적어도 하나의 애플리케이션은, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하며 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 이하임 - , 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하고 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - , 위치결정 신호를 송신한다 - 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 상기 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의, 상기 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기에 의해 사용된 것과 상이한 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호를 변조함 - .One embodiment described herein includes a transmitter in a positioning system comprising a plurality of transmitters, the transmitter comprising a processor coupled to memory, the processor running at least one application, and the at least one application, Select a set of digital pseudorandom sequences-the size of the cross-correlation function between any two sequences in the set of digital pseudorandom sequences is below a specified threshold-a subset of the digital pseudorandom sequences from the set of digital pseudorandom sequences And-the magnitude of the autocorrelation function of each member of the subset of the digital pseudorandom sequence is equal to or less than a specified value within a specified region adjacent to a peak of the autocorrelation function, or Below a specified value-, transmit a positioning signal-at least a first portion of the positioning signal is modulated according to at least one member of the subset of the digital pseudorandom sequence, and the transmitter is a subset of the digital pseudorandom sequence Of modulating respective positioning signals according to members different from those used by at least one other transmitter of the plurality of transmitters.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다. The set of digital pseudorandom sequences includes a set of binary pseudorandom sequences.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다. The set of binary pseudorandom sequences is selected from a set of gold codes.

상기 지정 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다. The specified value is the peak value of the autocorrelation function divided by the non-repeating length of the digital pseudorandom sequence.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다. The set of binary pseudorandom sequences is one of Kasami code, Bent code, and Gold-like code.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has a truncated sequence length, and the truncated sequence length is shorter than a standard sequence length.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has an extended sequence length, the extended sequence length being longer than a standard sequence length.

송신기는 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 따라 변조되는 제 1 시간 주기 동안 상기 위치결정 신호를 송신하는 것 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및 상기 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 것 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가짐 - 을 포함한다. The transmitter transmits the positioning signal during a first time period in which a first portion of the positioning signal is modulated according to a first member of a subset of the digital pseudorandom sequence-the first of the subset of the digital pseudorandom sequence The member has a first length, and transmitting a positioning signal during a second time period in which the second part of the positioning signal is modulated by a second member of a subset of the digital pseudorandom sequence-the digital pseudo And the second member of the subset of the random sequence has a second length.

상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다. The first length and the second length are different.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가진다. The set of digital pseudorandom sequences has an alphabet size greater than 2.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다. The set of digital pseudorandom sequences is a set of quaternary sequences.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다. The alphabet size is a power of two.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다. The specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function includes at least 10 contiguous symbols immediately adjacent to the peak of the autocorrelation function.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 변조되고 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는 위치결정 신호를 포함한다. The first portion of the positioning signal comprises a positioning signal modulated according to a member of the subset of the digital pseudorandom sequence and the second portion of the positioning signal is further modulated according to a data sequence.

복수의 송신기는 동기화된다. Multiple transmitters are synchronized.

상기 복수의 송신기는 보조 데이터(assistance data)를 송신한다. The plurality of transmitters transmit auxiliary data.

상기 복수의 송신기는 CDMA 네트워크를 형성한다. The plurality of transmitters form a CDMA network.

복수의 송신기는 TDMA 네트워크를 형성한다. Multiple transmitters form a TDMA network.

적어도 하나의 송신기의 반송파 신호는 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기의 반송파 신호로부터 주파수 오프셋되어 있다. The carrier signals of at least one transmitter are frequency offset from the carrier signals of at least one other transmitter of the plurality of transmitters.

상기 보조 데이터는 파형의 펄스의 상승 에지(rising edge)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기 각각에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 및 로컬 환경에 대한 지시자 중 적어도 하나를 포함한다. The auxiliary data includes a system time at a rising edge of a pulse of a waveform, a system time at a falling edge of a pulse of a waveform, geocode data of a plurality of transmitters, and a plurality of transmitters, respectively. Geocode data of adjacent transmitters, indexes of sequences used by at least one transmitter proximate to a plurality of transmitters, clock timing correction for at least one transmitter, local atmospheric correction, and local It contains at least one of the indicators for the environment.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템 내 수신기를 포함한다. 상기 수신기는 메모리로 연결되는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 복수의 송신기로부터 위치결정 신호를 획득하고 상기 위치결정 신호를 이용해 수신기의 위치 정보를 계산하는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시킨다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 제 1 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 변조되며, 제 2 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스 서브세트의 상이한 구성원에 따라 변조된다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 선택은, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기가 특정된 임계치보다 낮도록 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 것을 포함한다. 상기 선택은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 것을 더 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. Embodiments described herein include a receiver in a positioning system. The receiver includes a processor connected to memory. The processor executes at least one application that acquires positioning signals from a plurality of transmitters and calculates location information of the receiver using the positioning signals. At least a first portion of the first positioning signal is modulated according to a member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and at least a first portion of the second positioning signal is modulated according to different members of the digital pseudorandom sequence subset. Selecting a subset of the digital pseudorandom sequence includes selecting a set of digital pseudorandom sequences such that the size of the cross-correlation function between any two sequences in the set of digital pseudorandom sequences is lower than a specified threshold. The selection further comprises selecting a subset of the digital pseudorandom sequence from the set of digital pseudorandom sequences. The magnitude of the autocorrelation function of each member of a subset of the digital pseudorandom sequence is equal to, less than or equal to a specified value, within a specified region adjacent to a peak of the autocorrelation function.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템 내 수신기를 포함하며, 상기 수신기는 메모리로 연결되는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 복수의 송신기로부터 위치결정 신호를 획득하고 상기 위치결정 신호를 이용해 수신기의 위치 정보를 계산하는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시키고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 제 1 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 변조되며, 제 2 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스 서브세트의 상이한 구성원에 따라 변조되고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 선택은, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기가 특정된 임계치보다 낮도록 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 것과, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 것을 포함하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. Embodiments described herein include a receiver in a positioning system, the receiver comprising a processor coupled to a memory, the processor obtaining a positioning signal from a plurality of transmitters and using the positioning signal to position the receiver Running at least one application to compute, wherein at least a first portion of the first positioning signal is modulated according to a member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and at least a first portion of the second positioning signal is digital pseudorandom Modulated according to different members of the sequence subset, and the selection of a subset of the digital pseudorandom sequence is such that the digital pseudorandom is such that the magnitude of the cross-correlation function between any two sequences of the set of digital pseudorandom sequences is lower than a specified threshold. Selecting a set of sequences, and selecting a subset of the digital pseudorandom sequences from the set of digital pseudorandom sequences, and the magnitude of the autocorrelation function of each member of the subset of the digital pseudorandom sequences is: Within a specified area adjacent to the peak of the function, it is equal to, less than, or less than the specified value.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다. The set of digital pseudorandom sequences includes a set of binary pseudorandom sequences.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다. The set of binary pseudorandom sequences is selected from a set of gold codes.

상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다. The specified value is the peak value of the autocorrelation function divided by the non-repeating length of the digital pseudorandom sequence.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다. The set of binary pseudorandom sequences is one of Kasami code, Bent code, and Gold-like code.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has a truncated sequence length, and the truncated sequence length is shorter than a standard sequence length.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has an extended sequence length, the extended sequence length being longer than a standard sequence length.

제 1 위치결정 신호의 제 2 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 변조된다. The second portion of the first positioning signal is modulated according to a member of a subset of the digital pseudorandom sequence.

상기 제 1 부분을 변조하기 위해 사용되는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원은 제 1 시퀀스 길이를 가지며, 제 2 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는 제 2 시퀀스 길이를 갖고, 상기 제 1 시퀀스 길이는 제 2 시퀀스 길이와 상이하다. A member of the subset of the digital pseudorandom sequence used to modulate the first portion has a first sequence length, and a subset of the digital pseudorandom sequence used to modulate the second portion has a second sequence length. And the first sequence length is different from the second sequence length.

제 1 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원은 제 2 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원과 상이하다. The members of the subset of digital pseudorandom sequences used to modulate the first part are different from the members of the subset of digital pseudorandom sequences used to modulate the second part.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가지낟. The set of digital pseudorandom sequences has an alphabet size greater than 2.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다. The set of digital pseudorandom sequences is a set of quaternary sequences.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다. The alphabet size is a power of two.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다. The specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function includes at least 10 contiguous symbols immediately adjacent to the peak of the autocorrelation function.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 의해 변조되고 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는 위치결정 신호를 포함한다. The first portion of the positioning signal is modulated by a member of a subset of the digital pseudorandom sequence and the second portion of the positioning signal comprises a positioning signal that is further modulated according to the data sequence.

상기 위치결정 신호는 복수의 송신기의 서로 다른 송신기로부터의 송신 간 타이밍 차분(timing difference)을 기술하는 데이터를 포함한다.The positioning signal includes data describing timing differences between transmissions from different transmitters of a plurality of transmitters.

위치결정 신호 각각은 초기에 시각 기준에 동기화되고, 동기화에 대응하는 타이밍 정정이 수신기에게 제공된다. Each of the positioning signals is initially synchronized to a time reference, and timing correction corresponding to the synchronization is provided to the receiver.

수신기는 추정된 기준 상관 함수를 포함하는 고분해능 가장 이른 도착 시각(earliest time of arrival) 추정을 이용해 고분해능 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다. The receiver identifies the multipath component of the high resolution positioning signal using a high resolution earliest time of arrival estimation including an estimated reference correlation function.

수신기는 신호 및 노이즈 서브공간의 분할(partitioning)을 포함하는 고분해능 가장 이른 도착 시각 추정을 이용해 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다. The receiver identifies the multipath component of the positioning signal using high resolution earliest arrival time estimation, including partitioning of the signal and noise subspaces.

수신기는 수신된 샘플을 송신기로부터 송신된 시퀀스로 상호 상관하고 상기 상호 상관 함수로부터 상호 상관 함수의 피크의 제 1 개수의 왼쪽 샘플과 피크의 제 2 개수의 오른쪽 샘플을 포함하는 피크 벡터(peak vector)를 추출함으로써 상호 상관 함수를 생성함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다. The receiver correlates the received samples with the sequence transmitted from the transmitter, and a peak vector including a left sample of the first number of peaks of the peak of the cross correlation function and a right sample of the second number of peaks of the peak from the cross correlation function. By generating the cross-correlation function by extracting, multipath components of the positioning signal are identified.

수신기는, 저 노이즈와 쉽게 분리 가능한 다중경로 성분과 비-다중경로 성분 중 적어도 하나를 갖는 채널 환경에서 측정된 정정 함수로부터 기준 피크 벡터를 생성하고, 적어도 복수의 의사랜덤 코드 주기에 걸쳐 간섭 평균냄(coherently averaging)으로써 피크 벡터 내 신호-대-노이즈 비를 개선함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다. The receiver generates a reference peak vector from a correction function measured in a channel environment having at least one of low noise and easily separable multipath components and non-multipath components, and averages interference over at least a plurality of pseudorandom code periods By improving the signal-to-noise ratio in the peak vector by coherently averaging, the multipath component of the positioning signal is identified.

수신기는 피크 벡터의 푸리에 변환을 계산하고, 측정된 피크 벡터의 푸리에 변환과 기준 피크 벡터의 푸리에 변환을 이용해 송신된 시퀀스에 대응하는 채널의 주파수 도메인 추정치를 생성함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다. The receiver calculates the Fourier transform of the peak vector and generates the frequency domain estimate of the channel corresponding to the transmitted sequence using the Fourier transform of the measured peak vector and the Fourier transform of the reference peak vector, thereby generating the multipath component of the positioning signal. Discern.

수신기는 채널의 주파수 도메인 추정으로부터 감소된 채널 추정 벡터를 생성하고, 감소된 채널 추정 벡터의 추정된 공분산 행렬을 정의하고, 추정된 공분산 행렬에 대해 특이값 분해를 수행함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다. The receiver generates a reduced channel estimation vector from the frequency domain estimation of the channel, defines an estimated covariance matrix of the reduced channel estimation vector, and performs singular value decomposition on the estimated covariance matrix, thereby multipathing the positioning signal. Identify the ingredients.

상기 수신기는, 정렬된 특이값(sorted singular values)의 벡터를 생성하고, 상기 정렬된 특이값의 벡터를 이용해 신호와 노이즈 서브공간을 분리하며, 노이즈 서브공간 행렬을 생성하고, 상기 노이즈 서브공간 행렬을 이용해 제1경로의 도착 시각을 추정함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.The receiver generates a vector of sorted singular values, separates a signal and a noise subspace using the vector of sorted singular values, generates a noise subspace matrix, and generates the noise subspace matrix. Multipath components of the positioning signal are identified by estimating the arrival time of the first path using.

상기 수신기는 보조 데이터를 수신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 펄스의 상승 에지(rising edge)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), GNSS 시각에 대한 WAPS 타이밍의 관계, 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)에서 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 및 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기의 세트로부터의 의사랜덤 수 시퀀스의 리스트, 및 특정 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기들의 리스트 중 적어도 하나를 포함한다. The receiver receives the auxiliary data, the auxiliary data is the system time at the rising edge (rising edge) of the pulse of the waveform, the system time at the falling edge (falling edge) of the pulse of the waveform, the geocode of a plurality of transmitters ( geocode) data, geocode data of transmitters adjacent to multiple transmitters, indexes of sequences used by at least one transmitter proximate to multiple transmitters, clock timing correction for at least one transmitter, local standby correction (local atmospheric correction), relationship of WAPS timing to GNSS time, indicator for local environment to assist receiver at pseudorange resolution, and offset from base index of set of pseudorandom sequences, set of transmitters At least one of a list of pseudorandom number sequences from and a list of transmitters using a particular pseudorandom number sequence.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 송신되는 위치결정 신호를 이용해 위치 정보를 결정하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계를 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 상기 방법은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계를 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. 상기 방법은 복수의 송신기의 송신기 각각으로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 상기 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조한다. 상기 방법은 원격 수신기에서 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함한다. Embodiments described herein include methods for determining location information using positioning signals transmitted from a plurality of transmitters. The method includes selecting a set of digital pseudorandom sequences. The magnitude of the cross-correlation function between any two sequences in the set of digital pseudorandom sequences is below a specified threshold. The method includes selecting a subset of digital pseudorandom sequences from the set of digital pseudorandom sequences. The size of the autocorrelation function of each member of the subset of the digital pseudorandom sequence is equal to, less than or equal to the specified value, within a specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function. The method includes transmitting a positioning signal from each of the transmitters of the plurality of transmitters. At least a first portion of the positioning signal is modulated according to at least one member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and at least two transmitters of the plurality of transmitters are according to different members of the subset of the digital pseudorandom sequence. Modulate the first part of each positioning signal. The method includes receiving at least one of a positioning signal and a satellite signal at a remote receiver. The satellite signal is a signal from a satellite-based positioning system, and the first mode of operation of the remote receiver includes terminal-based positioning where the remote receiver calculates the position of the remote receiver from at least one of a positioning signal and a satellite signal. do.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 송신되는 위치결정 신호를 이용해 위치 정보를 결정하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만임 - , Embodiments described herein include a method for determining location information using a positioning signal transmitted from a plurality of transmitters, the method comprising selecting a set of digital pseudorandom sequences-any of a set of digital pseudorandom sequences The magnitude of the cross-correlation function between two sequences of-is less than a specified threshold.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - , 복수의 송신기의 송신기 각각으로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조함 - , 및 원격 수신기에서 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계 - 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함함 - 을 포함한다. Selecting a subset of the digital pseudorandom sequence from the set of digital pseudorandom sequences, the size of each autocorrelation function of a member of a subset of the digital pseudorandom sequence is within a specified region adjacent to a peak of the autocorrelation function. , Equal to or less than the specified value, or less than or equal to the specified value,-transmitting a positioning signal from each of the transmitters of a plurality of transmitters-at least a first portion of the positioning signal comprises a digital pseudorandom sequence Modulated according to at least one member of the subset, and at least two transmitters of the plurality of transmitters modulate the first part of their positioning signal according to different members of the subset of the digital pseudorandom sequence, and Receiving at least one of a positioning signal and a satellite signal at a remote receiver, wherein the satellite signal is a signal of a satellite-based positioning system, and a first operation mode of the remote receiver is that the remote receiver is one of a positioning signal and a satellite signal. And terminal-based positioning that calculates the location of the remote receiver from at least one.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다. The set of digital pseudorandom sequences includes a set of binary pseudorandom sequences.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다. The set of binary pseudorandom sequences is selected from a set of gold codes.

상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다. The specified value is the peak value of the autocorrelation function divided by the non-repeating length of the digital pseudorandom sequence.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다.The set of binary pseudorandom sequences is one of Kasami code, Bent code, and Gold-like code.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has a truncated sequence length, and the truncated sequence length is shorter than a standard sequence length.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has an extended sequence length, the extended sequence length being longer than a standard sequence length.

상기 방법은 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성은 제 2 길이를 가짐 - 를 포함한다. The method comprises transmitting a positioning signal from at least one of a plurality of transmitters during a first time period in which a first portion of the positioning signal is modulated by a first member of a subset of the digital pseudorandom sequence-digital pseudo The first member of the subset of the random sequence has a first length-, and the positioning signal during the second time period in which the second part of the positioning signal is modulated by the second member of the subset of the digital pseudorandom sequence. Transmitting; the second configuration of the subset of the digital pseudorandom sequence has a second length.

상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다. The first length and the second length are different.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가진다. The set of digital pseudorandom sequences has an alphabet size greater than 2.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다. The set of digital pseudorandom sequences is a set of quaternary sequences.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다. The alphabet size is a power of two.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다. The specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function includes at least 10 contiguous symbols immediately adjacent to the peak of the autocorrelation function.

상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조된다. The second portion of the positioning signal is further modulated according to the data sequence.

원격 수신기의 제 2 동작 모드는, 서버가 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 네트워크-기반 위치결정을 포함하며, 상기 원격 수신기는 상기 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보를 수신하고 서버로 전송한다. The second mode of operation of the remote receiver includes network-based positioning where the server calculates the position of the remote receiver from information obtained from at least one of a positioning signal and a satellite signal, wherein the remote receiver includes the positioning signal and satellite The information obtained from at least one of the signals is received and transmitted to the server.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 복수의 송신기를 포함하는 지상형(terrestrial) 송신기 네트워크를 포함한다. 상기 위치결정 데이터는 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 송신기까지의 거리를 계산하기 위해 사용되는 데이터 비트를 포함한다. 복수의 송신기가 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 복수의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하며, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. 각각의 송신기에 대해 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 의해 변조되며, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 위치결정 신호를 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 변조한다. Embodiments described herein include a positioning system. The system includes a terrestrial transmitter network including a plurality of transmitters that broadcast positioning signals and positioning data. The positioning data includes a positioning signal and data bits used to calculate a distance to a transmitter that broadcasts positioning data. Multiple transmitters select a set of digital pseudorandom sequences, and the magnitude of the cross-correlation function between any two sequences of the set of digital pseudorandom sequences is below a specified threshold. The plurality of transmitters selects a subset of the digital pseudorandom sequence from the set of digital pseudorandom sequences, and the size of the autocorrelation function of each member of the subset of the digital pseudorandom sequence is a specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function. Within, it is equal to or less than the specified value, or less than or equal to the specified value. For each transmitter, at least a first portion of the positioning signal is modulated by at least one member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and at least two transmitters of the plurality of transmitters transmit the positioning signal to a sub of the digital pseudorandom sequence. It is modulated by different members of the set.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 복수의 송신기를 포함하는 지상형(terrestrial) 송신기 네트워크를 포함하며, 상기 위치결정 데이터는 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 송신기까지의 거리를 계산하기 위해 사용되는 데이터 비트를 포함하고, 복수의 송신기가 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이며, 복수의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하며, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이고, 각각의 송신기에 대해 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 의해 변조되며, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 위치결정 신호를 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 변조한다. Embodiments described herein include a positioning system, the system comprising a terrestrial transmitter network comprising a plurality of transmitters that broadcast positioning signals and positioning data, the positioning data being located A data bit used to calculate a distance to a transmitter that broadcasts the decision signal and positioning data, wherein multiple transmitters select a set of digital pseudorandom sequences, and any 2 of the set of digital pseudorandom sequences The size of the cross-correlation function between the four sequences is less than a specified threshold, and multiple transmitters select a subset of the digital pseudorandom sequence from the set of digital pseudorandom sequences, and autocorrelate each member of the subset of the digital pseudorandom sequence. The magnitude of the function, within a specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function, is equal to, less than, or less than the specified value, and for each transmitter, at least a first portion of the positioning signal It is modulated by at least one member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and at least two transmitters of the plurality of transmitters modulate the positioning signal by different members of the subset of the digital pseudorandom sequence.

위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 획득하는 원격 수신기를 포함하고, 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함한다. A remote receiver for acquiring at least one of a positioning signal and a satellite signal, wherein the satellite signal is a signal of a satellite-based positioning system, and the first mode of operation of the remote receiver is that the remote receiver has a positioning signal and a satellite signal. And terminal-based positioning to calculate the position of the remote receiver from at least one of the following.

원격 수신기로 연결된 서버를 포함하며, 상기 원격 수신기의 제 2 동작 모드는 서버가 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 네트워크-기반 위치결정을 포함하며, 상기 원격 수신기는 상기 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보를 수신하고 서버로 전송한다. And a server connected to a remote receiver, wherein the second mode of operation of the remote receiver includes network-based positioning where the server calculates the position of the remote receiver from information obtained from at least one of a positioning signal and a satellite signal, wherein The remote receiver receives information obtained from at least one of the positioning signal and the satellite signal and transmits the information to the server.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다. The set of digital pseudorandom sequences includes a set of binary pseudorandom sequences.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다. The set of binary pseudorandom sequences is selected from a set of gold codes.

상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다. The specified value is the peak value of the autocorrelation function divided by the non-repeating length of the digital pseudorandom sequence.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다. The set of binary pseudorandom sequences is one of Kasami code, Bent code, and Gold-like code.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다.At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has a truncated sequence length, and the truncated sequence length is shorter than a standard sequence length.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다. At least one digital pseudorandom sequence in the set of digital pseudorandom sequences has an extended sequence length, the extended sequence length being longer than a standard sequence length.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나로부터 위치결정 신호를 송신하고, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 갖고, 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 주기 동안 상기 위치결정 신호를 송신하며, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가진다. Transmit a positioning signal from at least one of a plurality of transmitters during an hour period in which a first portion of the positioning signal is modulated by a first member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and the subset of the digital pseudorandom sequence The first member of has a first length and transmits the positioning signal during a second period in which a second portion of the positioning signal is modulated by a second member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and the digital pseudorandom The second member of the subset of the sequence has a second length.

상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다. The first length and the second length are different.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가진다. The set of digital pseudorandom sequences has an alphabet size greater than 2.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다. The set of digital pseudorandom sequences is a set of quaternary sequences.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다. The alphabet size is a power of two.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다. The specified region adjacent to the peak of the autocorrelation function includes at least 10 contiguous symbols immediately adjacent to the peak of the autocorrelation function.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 의해 변조되고, 위치결정 신호의 제 2 부분은 위치결정 데이터를 포함하는 데이터 시퀀스에 따라 더 변조된다. The first part of the positioning signal is modulated by a member of a subset of the digital pseudorandom sequence, and the second part of the positioning signal is further modulated according to a data sequence containing positioning data.

상기 시스템은 원격 수신기 및 복수의 송신기 중 적어도 하나에 연결된 통신 시스템을 포함하며 상기 통신 시스템은 셀룰러 통신 시스템이다. The system includes a communication system connected to at least one of a remote receiver and a plurality of transmitters, and the communication system is a cellular communication system.

복수의 송신기는 동기화된다. Multiple transmitters are synchronized.

복수의 송신기의 각각의 송신기는 보조 데이터를 포함하는 위치결정 데이터를 송신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 에포크(epoch)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 인접 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)에서 원격 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기 세트로부터의 디지털 의사랜덤 시퀀스의 리스트, 및 특정 디지털 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기의 리스트, 중 적어도 하나를 포함한다. Each transmitter of a plurality of transmitters transmits positioning data including auxiliary data, the auxiliary data being a system time at an epoch of a waveform, geocode data of a plurality of transmitters, and a plurality of transmitters Geocode data of adjacent adjacent transmitters, indexes of sequences used by at least one transmitter proximate to multiple transmitters, clock timing correction for at least one transmitter, local atmospheric correction ), An indicator for the local environment to assist the remote receiver at pseudorange resolution, an offset from the base index of the set of digital pseudorandom sequences, a list of digital pseudorandom sequences from the transmitter set, and a specific digital pseudo. And a list of transmitters using a random number sequence.

복수의 송신기에 의해 송신되는 신호는 주파수 획득 및 타이밍 정렬(timing alignment) 중 적어도 하나에 대한 프리앰블(preamble)을 포함한다. The signal transmitted by the plurality of transmitters includes a preamble for at least one of frequency acquisition and timing alignment.

상기 복수의 송신기는 CDMA 네트워크를 형성한다. The plurality of transmitters form a CDMA network.

상기 복수의 송신기는 TDMA 네트워크를 형성한다.The plurality of transmitters form a TDMA network.

각각의 송신기의 반송파 신호는 복수의 송신기 중 타 송신기의 적어도 하나의 타 반송파 신호로부터 오프셋된다. The carrier signal of each transmitter is offset from at least one other carrier signal of the other transmitter among the plurality of transmitters.

복수의 송신기는, 원격 수신기가 적어도 3개의 송신기로부터 신호를 수신하며 각각의 위치에서의 기하학적 정밀도 저하율(geometric dilution of precision)이 임계값보다 낮도록 위치하고, 복수의 송신기의 각각의 송신기의 위치는 커버리지 체적(coverage volume)에 걸쳐 기하학적 정밀도 저하율의 거듭 제곱의 체적 적분인 함수를 최소화함으로써 결정되고, 상기 체적 적분은 원격 수신기의 위치의 좌표에 대한 것이며, 함수의 최소화는 특정된 커버리지 면적 내 복수의 송신기의 송신기들의 송신기 위치 좌표에 대한 것이고, 함수는 커버리지 영역의 성능 품질에 따라 가중된다. The plurality of transmitters are positioned such that a remote receiver receives signals from at least three transmitters, and the geometric dilution of precision at each location is lower than a threshold, and the location of each transmitter of the plurality of transmitters is covered. It is determined by minimizing a function that is the volume integral of the power-of-squares of the rate of degradation of geometric precision over the volume of the volume, the volume integral being relative to the coordinates of the position of the remote receiver, the minimization of the function being multiple transmitters within a specified coverage area Of transmitters for the transmitter's location coordinates, the function is weighted according to the performance quality of the coverage area.

복수의 송신기의 각각의 송신기는 시각 기준에 동기화되고, 각각의 송신기의 시각 정정은 원격 수신기에게 제공된다. Each transmitter of the plurality of transmitters is synchronized to a time reference, and the time correction of each transmitter is provided to the remote receiver.

상기 원격 수신기는 보조 데이터를 수신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 에포크(epoch)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 의사레인지 분해능에서 원격 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기의 세트로부터의 디지털 의사랜덤 시퀀스의 리스트, 및 특정 디지털 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기의 리스트, 중 적어도 하나를 포함한다. The remote receiver receives ancillary data, the ancillary data being the system time at the epoch of the waveform, the system time at the falling edge of the pulse of the waveform, and the geocode data of the plurality of transmitters , Geocode data of transmitters adjacent to a plurality of transmitters, indexes of sequences used by at least one transmitter close to the plurality of transmitters, clock timing correction for at least one transmitter, local atmospheric correction correction), an indicator for the local environment to assist the remote receiver at pseudorange resolution, offset from the base index of the set of digital pseudorandom sequences, a list of digital pseudorandom sequences from the set of transmitters, and the number of specific digital pseudorandoms. And a list of transmitters using the sequence.

대기 데이터 센서(atmospheric data sensor)를 원격 수신기의 구성요소로서 포함하며, 상기 원격 수신기 및 서버 중 적어도 하나는 상기 대기 데이터 센서의 데이터를 이용해 원격 수신기의 위치를 계산하고, 상기 대기 데이터 센서의 데이터는 압력 데이터, 온도 데이터, 및 습도 데이터 중 적어도 하나를 포함한다. An atmospheric data sensor is included as a component of a remote receiver, and at least one of the remote receiver and the server calculates the position of the remote receiver using the data of the standby data sensor, and the data of the standby data sensor Pressure data, temperature data, and humidity data.

상기 원격 수신기 및 서버 중 적어도 하나는 적어도 하나의 추가 신호 소스로부터의 레인지 측정치와 위치결정 신호를 이용해 결정된 레인지 측정치의 조합을 이용해 원격 수신기의 최종 위치를 계산하고, 상기 최종 위치는 위도, 경도, 및 높이(height) 중 적어도 하나를 포함한다. At least one of the remote receiver and the server calculates the final position of the remote receiver using a combination of range measurements determined using a positioning signal and range measurements from at least one additional signal source, the final positions being latitude, longitude, and And at least one of height.

본원에 기재된 구성요소는 다 함께 위치하거나 개별 장소에 위치할 수 있다. 통신 경로가 구성요소들을 연결하고 구성요소들 간 파일을 통신 또는 전ㄴ송하기 위한 임의의 매체를 포함한다. 통신 경로는 무선 연결, 유선 연결, 및 하이브리드 유/무선 연결을 포함한다. 또한 통신 경로는 네트워크, 가령, 로컬 영역 네트워크(LAN), 도시 영역 네트워크(MAN), 광역 네트워크(WAN), 사설 네트워크, 인터오피스 또는 백엔드 네트워크, 및 인터넷으로의 결합 또는 연결을 포함한다. 덧붙이자면, 통신 경로는 이동식 고정 매체, 가령, 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, 및 CD-ROM 디스크뿐 아니라, 플래시 RAM, 전역 직렬 버스(USB) 연결, RS-232 연결, 전화선, 버스, 및 전자 메일 메시지를 포함한다. The components described herein may be located together or in separate locations. The communication path includes any medium for connecting components and communicating or transferring files between components. Communication paths include wireless connections, wired connections, and hybrid wired / wireless connections. Communication paths also include connections or connections to networks, such as local area networks (LANs), urban area networks (MANs), wide area networks (WANs), private networks, interoffice or backend networks, and the Internet. In addition, communication paths include removable fixed media, such as floppy disks, hard disk drives, and CD-ROM disks, as well as flash RAM, global serial bus (USB) connections, RS-232 connections, telephone lines, buses, and e-mail. Message.

본원에 기재된 시스템 및 방법의 양태는, 가령, 프로그램 가능한 로직 장치(PLD), 가령, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 프로그램 가능한 어레이 로직(PAL) 장치, 전기 프로그램 가능한 로직 및 메모리 장치 및 표준 셀-기반 장치, 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit) 같은 다양한 회로 중 임의의 회로에 프로그램되는 기능부로서 구현될 수 있다. 시스템 및 방법의 양태를 구현하기 위한 일부 다른 가능성은 다음을 포함한다: 메모리를 포함하는 마이크로제어기(가령, 전자 소거 가능한 프로그램 가능한 리드 온리 메모리(EEPROM)), 임베디드 마이크로프로세서, 펌웨어, 소프트웨어, 등. 덧붙여, 시스템 및 방법의 양태가 소프트웨어-기반 회로 에뮬레이션, 이산 로직(순차 및 조합), 커스텀 장치, 퍼지(신경) 로직, 양자 장치(quantum device), 및 상기 장치 유형 중 임의의 것들의 하이브리드를 갖는 마이크로프로세서에 임베드될 수 있다. 기저 장치 기술은 다양한 구성요소 유형, 가령, 금속-옥사이드 반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET) 기법, 가령 상보적 금속-옥사이드 반도체(CMOS), 바이폴라 기법, 가령 이미터-결합 로직(ECL), 폴리머 기술(가령, 실로콘-공액 고분자 및 금속-공액 폴리머-금속 구조물), 아날로그와 디지털 혼합형 등으로 제공될 수 있다.Aspects of the systems and methods described herein include, for example, programmable logic devices (PLDs), such as field programmable gate arrays (FPGA), programmable array logic (PAL) devices, electrical programmable logic and memory devices, and standard cells. -Can be implemented as a functional unit programmed in any of a variety of circuits, such as based devices, application specific integrated circuits (ASICs). Some other possibilities for implementing aspects of the systems and methods include: microcontrollers that include memory (eg, electronically erasable programmable read-only memory (EEPROM)), embedded microprocessors, firmware, software, etc. Additionally, aspects of the systems and methods have software-based circuit emulation, discrete logic (sequential and combination), custom devices, fuzzy (neural) logic, quantum devices, and hybrids of any of the above device types. It can be embedded in a microprocessor. The underlying device technology includes various component types, such as metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) techniques, such as complementary metal-oxide semiconductor (CMOS), bipolar techniques, such as emitter-coupled logic (ECL), polymer technologies. (Eg, silicon-conjugated polymer and metal-conjugated polymer-metal structure), analog and digital mixed type, and the like.

맥락상 명백하게 달리 요구되지 않는 한, 상세한 설명과 청구항 전체에 걸쳐, "포함하다", "포함하는", 및 이와 유사한 단어는, 배제적 또는 배타적이 아니라 포괄적으로 해석되는데, 즉, "비-제한적으로 포함하는"으로 해석된다. 단수형 또는 복수형을 사용하는 단어는 각각 복수형 또는 단수형을 포함한다. 덧붙여, 단어 "여기서", "아래에", "상기", "하기" 및 이와 유사한 의미의 단어들은, 본원에서 사용될 때, 본원의 특정 일부가 아니라 본원을 전체로서 지칭하는 것이다. 단어 "또는"은 둘 이상의 아이템의 목록을 참조하여 사용될 때, 상기 단어는, 목록의 임의의 아이템, 목록의 모든 아이템, 및 목록의 아이템들의 임의의 조합의 의미를 포함한다.Throughout the description and claims, unless expressly required otherwise by context, "include", "comprising", and similar words are to be interpreted inclusively, not exclusively or exclusively, ie, "non-limiting." It is interpreted as "including." Words using the singular or plural form include the plural or singular form, respectively. In addition, the words "here", "below", "above", "below" and similar meanings, when used herein, are used herein to refer to the application as a whole, not to any specific portion. When used with reference to a list of two or more items, the word “or” includes the meaning of any item in the list, all items in the list, and any combination of items in the list.

시스템 및 방법의 실시예에 대한 상기의 기재는 시스템 및 방법을 정확히 개시된 형태로 제한하려는 것이 아니다. 시스템 및 방법에 대한 특정 실시예, 및 예시가 설명 목적으로 기재되었어도, 해당 분야의 통상의 기술자라면 알만한 다양한 균등한 수정예가 시스템 및 방법의 범위 내에 가능하다. 본원에 제공된 시스템 및 방법에 대한 설명은 앞서 기재된 시스템 및 방법뿐 아니라 다른 시스템 및 방법에 적용될 수 있다. 앞서 기재된 다양한 실시예의 요소 및 단계는 추가 실시예를 제공하도록 조합될 수 있다. 상기의 상세한 설명과 관련해 이들 및 그 밖의 다른 변경이 시스템 및 방법에 이뤄질 수 있다.The above description of embodiments of systems and methods is not intended to limit the systems and methods to the precise disclosed forms. Although specific embodiments and examples of systems and methods have been described for illustrative purposes, various equivalent modifications are possible within the scope of the systems and methods that would be known to those skilled in the art. Descriptions of the systems and methods provided herein can be applied to the systems and methods described above, as well as other systems and methods. The elements and steps of the various embodiments described above can be combined to provide additional embodiments. These and other changes can be made to the system and method in connection with the detailed description above.

일반적으로, 이하의 특허청구범위에서, 사용되는 용어는 시스템 및 방법을 상세한 설명 및 청구항에 개시된 특정 실시예로 한정하는 것으로 해석되어서는 안되고, 특허청구범위 내에서 가능한 모든 시스템 및 방법을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서 시스템 및 방법은 지금까지의 개시내용에 의해 제한되지 않고 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다. 시스템 및 방법의 특정 양태가 이하에서 특정 청구항 형태로 제공되지만, 본 발명자는 임의의 개수의 청구항 형태로 된 시스템 및 방법의 다양한 양태를 고려한다. 따라서 본 발명자는 출원 후 시스템 및 방법의 그 밖의 다른 양태에 대해 이러한 추가 청구항 형태를 추가할 권리를 갖는 것이다. In general, in the following claims, the terms used should not be construed as limiting the systems and methods to the specific embodiments disclosed in the description and claims, but as including all systems and methods possible within the scope of the claims. Should be interpreted. Accordingly, the system and method should not be limited by the disclosure so far, but should be determined only by the claims. Although specific aspects of the systems and methods are provided in the specific claims form below, the inventors contemplate various aspects of the systems and methods in any number of claims. Accordingly, the inventors have the right to add these additional claims to other aspects of the system and method after filing.

Claims (102)

하나 이상의 송신기로부터 하나 이상의 위치결정 신호를 송신하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
의사랜덤 시퀀스의 세트를 식별하는 단계 - 의사랜덤 시퀀스의 세트의 각각의 의사랜덤 시퀀스는 상기 위치결정 신호를 위상 변조하는데 사용되는 위상 각도의 세트를 포함하고, 상기 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 임의의 2개의 의사랜덤 시퀀스 간 상호 상관 함수의 최대 크기가 지정 임계치 미만임 - , 및
의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 적어도 3개의 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 식별하는 단계
를 포함하고, 상기 서브세트의 의사랜덤 시퀀스에 대응하는 자기 상관 함수의 모든 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크(peak)에 인접한 지정 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나 작고,
자기 상관 함수의 둘 이상의 크기는, 지정 영역의 외부에서, 지정 값을 초과하고,
상기 상호 상관 함수 및 상기 자기 상관 함수는 순환 상호 상관 함수 및 순환 자기 상관 함수인, 신호를 송신하기 위한 방법.
A method for transmitting one or more positioning signals from one or more transmitters, the method comprising:
Identifying a set of pseudorandom sequences, each pseudorandom sequence of the set of pseudorandom sequences comprising a set of phase angles used to phase modulate the positioning signal, and any two of the sets of pseudorandom sequences The maximum size of the cross-correlation function between two pseudorandom sequences is below a specified threshold.
Identifying a subset of at least three pseudorandom sequences from the set of pseudorandom sequences
And all sizes of an autocorrelation function corresponding to the pseudorandom sequence of the subset are equal to or less than a specified value within a designated area adjacent to a peak of the autocorrelation function,
The size of two or more of the autocorrelation functions, outside the designated area, exceeds the specified value,
The cross-correlation function and the auto-correlation function are cyclic cross-correlation functions and cyclic auto-correlation functions.
제1항에 있어서, 상기 지정 값은 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 임의의 2개의 의사랜덤 시퀀스 간 상호 상관 함수의 최대 크기보다 작은, 신호를 송신하기 위한 방법.The method of claim 1, wherein the specified value is less than a maximum size of a cross-correlation function between any two pseudorandom sequences of a subset of pseudorandom sequences. 제2항에 있어서, 상기 지정 값은 +/-1 곱하기 자기 상관 함수의 피크 값을 의사랜덤 시퀀스의 비반복 길이(non-repeating length)로 나눈 값인, 신호를 송신하기 위한 방법.3. The method according to claim 2, wherein the specified value is a value of +/- 1 times the peak value of the autocorrelation function divided by the non-repeating length of the pseudorandom sequence. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 지정 영역은 적어도 10개의 의사랜덤 시퀀스 심볼을 포함하는, 신호를 송신하기 위한 방법. The method of claim 1, wherein a designated area adjacent to a peak of the autocorrelation function comprises at least 10 pseudorandom sequence symbols. 제2항에 있어서, 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 또는 골드 코드(Gold code) 중 하나로부터 선택된 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함하는, 신호를 송신하기 위한 방법. The signal of claim 2, wherein the set of pseudorandom sequences comprises a set of binary pseudorandom sequences selected from one of Kasami code, Bent code, or Gold code. Method for sending. 제1항에 있어서, 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이(truncated sequence length)를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧은, 신호를 송신하기 위한 방법. The method of claim 1, wherein at least one pseudorandom sequence in the set of pseudorandom sequences has a truncated sequence length, wherein the truncated sequence length is shorter than a standard sequence length. 제1항에 있어서, 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이(extended sequence length)를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 긴, 신호를 송신하기 위한 방법. The method of claim 1, wherein at least one pseudorandom sequence in the set of pseudorandom sequences has an extended sequence length, wherein the extended sequence length is longer than a standard sequence length. 제1항에 있어서, 상기 방법은
하나 이상의 송신기 중 제 1 송신기로부터 제 1 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 위치결정 신호의 제 1 부분이 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 의사랜덤 시퀀스에 의해 변조되고, 상기 제 1 의사랜덤 시퀀스는 제 1 길이를 가짐 - , 및
상기 제 1 송신기로부터 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 위치결정 신호의 제 2 부분이 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 의사랜덤 시퀀스에 의해 변조되고, 상기 제 2 의사랜덤 시퀀스는 제 2 길이를 가짐 -
를 더 포함하는, 신호를 송신하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein the method
Transmitting a positioning signal from a first one of the one or more transmitters for a first period of time, wherein a first portion of the positioning signal is modulated by a first pseudorandom sequence of a subset of the pseudorandom sequence, and the first The pseudorandom sequence has a first length-, and
Transmitting a positioning signal from the first transmitter for a second period of time-a second portion of the positioning signal is modulated by a second pseudorandom sequence of a subset of the pseudorandom sequence, and the second pseudorandom sequence Has a second length-
A method for transmitting a signal, further comprising.
제9항에 있어서, 상기 제 1 길이와 상기 제 2 길이는 서로 다른, 신호를 송신하기 위한 방법. 10. The method of claim 9, wherein the first length and the second length are different. 제1항에 있어서, 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기(alphabet size)를 갖는, 신호를 송신하기 위한 방법. The method of claim 1, wherein the set of pseudorandom sequences has an alphabet size greater than 2. 제11항에 있어서, 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트인, 신호를 송신하기 위한 방법. 12. The method of claim 11, wherein the set of pseudorandom sequences is a set of quaternary sequences. 제11항에 있어서, 상기 알파벳 크기는 적어도 2의 거듭 제곱인, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.12. The method of claim 11, wherein the alphabetic size is at least a power of two. 제1항에 있어서, 상기 방법은
의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 의사랜덤 시퀀스에 따라, 제 1 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분을 변조하는 단계와,
하나 이상의 송신기 중 제 1 송신기로부터의 제 1 위치결정 신호를 송신하는 단계와,
의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 의사랜덤 시퀀스에 따라, 제 2 위치결정 신호의 적어도 제 2 부분을 변조하는 단계와,
하나 이상의 송신기 중 제 2 송신기로부터의 제 2 위치결정 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는, 신호를 송신하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein the method
Modulating at least a first portion of the first positioning signal according to the first pseudorandom sequence of the subset of the pseudorandom sequence,
Transmitting a first positioning signal from a first one of the one or more transmitters,
Modulating at least a second portion of the second positioning signal according to the second pseudorandom sequence of the subset of the pseudorandom sequence,
And transmitting a second positioning signal from a second one of the one or more transmitters.
제1항에 있어서, 의사랜덤 시퀀스의 세트는 적어도 176개의 의사랜덤 시퀀스를 포함하고, 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는 10개 이하의 의사랜덤 시퀀스를 포함하는, 신호를 송신하기 위한 방법.The method of claim 1, wherein the set of pseudorandom sequences comprises at least 176 pseudorandom sequences, and the subset of pseudorandom sequences comprises 10 or fewer pseudorandom sequences. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금 청구항 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하게 하는 프로그램 명령을 저장하는 하나 이상의 컴퓨터 판독 저장 매체. One or more computer readable storage storing program instructions that, when executed by one or more processors, cause the one or more processors to perform a method according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 15. media. 하나 이상의 송신기로부터 하나 이상의 신호를 송신하기 위한 송신기들의 네트워크로서, 상기 하나 이상의 송신기는 청구항 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하도록 구성되는, 송신기들의 네트워크.A network of transmitters for transmitting one or more signals from one or more transmitters, wherein the one or more transmitters are configured to perform a method according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 15, Network of transmitters. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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