KR20000029129A - 참조 위치를 사용하는 무선 보조 ｇｐｓ - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 단말기 또는 WAG 클라이언트가 위치한 셀 또는 섹터 내의 참조 위치에서 위성 신호의 PRN 동기화 및 도플러 변화를 평가하기 위한 방법에 관한 것이다. 그 평가는 보조 시스템 또는 WAG 서버를 통해 포착된 GPS 신호에 의해 전달되는 정보에 기초로 하고, 무선 단말기 또는 WAG 클라이언트와 상이한 위치가 될 수 있다. PRN 동기화 및 도플러 변화 평가는 상당한 참조 시간에 기초로 하는데, 이러한 참조 시간은, GPS 신호를 포착하기 위하여 WAG 클라이언트가 WAG 서버에 의해 전송된 보조 메시지로부터 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가를 복조 및 디코딩하고, 그와 같은 평가를 이용할 수 있도록 장래에 충분히 긴 시간이 되며, 여기서, 보조 메시지는 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가를 나타낸다.

Description

참조 위치를 사용하는 무선 보조 ＧＰＳ{Wireless assisted GPS using a reference location}
본 출원은 1998년 10월 16일에 출원된 미국 가출원 번호 60/104,661에 대해 우선권의 이익을 요구한다.
본 발명은 일반적으로 위성 위치 시스템에 관련된다. 그리고, 특별히 하나 이상의 항해하는 위성들에서 송신된 신호로부터 그것의 위치를 결정하는 데에 있어서, 무선 단말기를 돕는 원격 통신 지향 보조 시스템에 관련된다.
도 1은 위성 위치 시스템(100)의 종래 기술을 보여주는데, 이 시스템을 여기서는 WAG(Wireless Assisted Global Positioning System)라고 부른다. 이 위성 위치 시스템은 무선 단말기나 WAG 클라이언트(501), 위성 무리(503), 보조 시스템이나 WAG 서브(505), 그리고 타이밍 소스(507)로 구성된다. 위성 무리(503)는 위성 일지 정보와 범위 정보를 포함하는 정보에 관련된 다양한 위치를 전달하는 GPS 신호를 전송하기 위한 복수의 위성을 구성하고 있는 GPS(Global Positioning System)이다. GPS는 당해 분야에 잘 알려져 있다. 다른 위성 무리와 동작하는 본 발명의 실시예를 어떻게 사용하고 만드는지는 당업자라면 명확할 것이다. WAG 서버(505)와 WAG 클라이언트(501)는 GPS 신호를 획득하도록 동작하고, GPS신호에 의해 전달된 정보를 획득하기 위해 GPS 신호를 처리(복조와 추출) 한다.
WAG의 주요한 목표는 전통적인 무선 단말기의 신호 획득과 신호 처리 요구를 줄여서 예시된 실시예에 따른 무선 단말기가 종래 기술의 무선 단말기 보다 더 약한 신호로도 더 빠르게 그것의 위치를 결정 할 수 있게 하는 것이다. WAG에 있어서, 신호 획득과 무선 단말기(501)의 신호 처리 요구는 보조 시스템(505)의 희생으로 줄어들게 된다. 특히 그것의 위치를 결정하기 위한 전통적인 무선 단말기에 필요한 신호 획득과 신호 처리의 업무는 무선 단말기(501)와 보조 시스템(505)사이에서 나누어진다.
상기의 신호 처리 업무가 무선 단말기(501)와 보조 시스템(505)사이에서 어떻게 분배 될 수 있는지는 부분적으로 처리된 신호 정보가 신호 처리 업무의 바람직한 분배를 성취하기 위하여 필요해진 무선 원격통신 링크(504)를 통해 이 둘 사이를 앞과 뒤로 교환 될 수 있는 것에 의해 당업자에게 명확할 것이다.
신호 처리 업무를 무선 단말기(501)와 보조 시스템(505)으로 분배하는 것은 가능하다. 왜냐면 위성 무리(503)에 있는 각각의 위성에 의해 전송된 각각의 신호는 독립 획득과 독립 처리에 응신 하는 범위 및 위성 일지 정보를 전달하기 때문이다. 특별히, 어떤 특정한 위성으로부터 송신된 GPS신호는 어떤 수신기가 획득하고 신호를 처리하는지에 무관하게WAG 클라이언트(501)나 WAG 서버(505)와 같은 수신기에 같은 위성 일지 정보를 전달 할 것이다. 근본적으로 GPS 신호는 예를 들어 셀 방식 전화의 무선 신호가 음성 데이터와 어떻게 변조되는가와 같은 방식으로 디지털 정보와 변조된다. 그런 정보는 그렇게 하도록 채택된 어떤 수신기에 의해서 검파 될 수 있고 복조 될 수 있다. 상기의 수신기에 의해 재구성된 정보는 잡음, 왜곡 등에 기인하는 원하지 않는 오류를 제외하고 송신기에 의해 신호로 변조된 정보의 정확한 복사본이며, 그들의 위치와 관계없이 모든 수신기들에게도 동일하다.
대조적으로, 특정한 위성으로부터 전송된 GPS 신호는 GPS 신호를 획득하고 처리하는 다른 수신기들에게 다른 범위의 정보를 전달할 것이다. 송신기 즉, 위성은 조심스럽게 몇몇 정밀한 참조에 따라 송신된 신호의 타이밍을 조정한다. 수신기에 의해 수신된 그러한 신호의 타이밍은 송신기와 수신기와의 거리에 관한 정보를 전달한다. 그리고, 그러므로 수신기의 위치에 관하여 정보를 전달하는 것이다. 그러한 정보는 수신기에서 수신기까지 달라질 것이고, 단지 그 수신기 자신에서만 활용할 수 있다.
예를 들어, 위성 무리(503)에 있는 각각의 위성이 무선 단말기(501)와 보조 시스템(505)양자를 위한 두 가지 종류의 정보를 담은 신호(502)를 송신한 이래로, 위성의 일지에 관한 정보의 일부나 모두는 안테나(553)를 통해 보조 시스템(505)에 의해 획득된다. 비록 보조 시스템(505)에 의해 획득된 범위 정보는 보조 시스템 안테나(553)의 위치에 관련되지만 무선 단말기(501)의 위치에 관련된 것은 아니다. 그러나 보조 시스템(505)은 무선 단말기(501)의 위치의 근사치 지식을 가지고 있다. 예를 들어, 무선 단말기가 위치해 있는 셀과 섹터의 지식을 통해서 그러한 지식을 가지고 있다. 그러면 보조 시스템(505)은 무선 단말기(501)의 위치에서 범위 정보의 평가를 계산하기 위해 이 지식을 획득된 범위와 위성 일지 정보와 결합한다. 이 평가는 위성의 일지 정보와 함께 무선 단말기(501)가 범위 정보를 획득하고 처리하도록 돕기 위해 무선 원격통신 안테나(551)를 경유하여 무선 단말기(501)에 전송된다.
일단 범위 정보가 무선 단말기(501)에 의해 획득되면, 무선 단말기(501)는 그것의 위치를 결정하기 위해 위성 일지 정보와 범위 정보를 사용 할 수 있거나, 혹은 무선 단말기(501)는 보조 시스템(505)이 무선 단말기(501)의 위치를 결정 할 수 있도록, 보조 시스템(505)에 범위 정보를 되돌려 보낼 수도 있다.
무선 단말기(501)가 위성 일지표에 관한 정보의 전부나 일부를 획득하는 업무로부터 자유롭고, 또 범위 정보의 평가를 유리하게 제공받기 때문에, 단지 그 정보의 평가된 형식의 종래 지식과 함께 범위 정보를 획득하고 처리하는 쉬운 업무를 수행하는 것만이 필요한 것은 비싸지 않은 기술로부터 만들어 질 수 있다. 더욱이 위성 일지 정보가 범위 정보와 같은 운반체로 변조되어 지기 때문에, 무선 단말기(501)에로의 위성 일지 정보의 공급은 무선 단말기(501)가 안테나(512)를 통해 수신 받은 위성 신호로부터 위성 일지 정보를 제거하는 것을 가능하게 한다. 그리고, 그 때문에 종래 기술에서의 무선 단말기의 작동을 위해서는 불충분한 낮은 신호 대 잡음 비율의 쇠퇴한 상태 아래서도 범위 정보를 얻는다.
도 2는 보조 시스템(505)의 두드러진 구성 요소의 불록도를 나타낸다. 그것은 타이밍 신호 수신기(603), 타이밍 신호 안테나(552), 거친(coarse) 위치 평가기(601), 원격 통신 시스템 매니저(617), GPS 수신기(605), GPS 수신기 안테나(553), 타이밍 신호 교정 장치(607), PRN 동조 평가기(609), 복조기(611), 위성 시야 평가기(613), 위성 도플러 평가기(615),원격 통신 전송기(619), 그리고 원격 통신 안테나(551)로 구성된다.
C/A(Coarse Acquisition) 코드를 사용하는 잘 알려진 방법에서, 일반적으로 보조 시스템(505)은 범위 정보뿐만 아니라 위성의 일지에 관한 정보를 지평선 위의 각각의 위성으로부터 얻기 위하여 그것의 GPS 수신기를 사용한다. 당업자에게는 P(Y)나 P 코드를 사용하는 본 발명의 실시예를 어떻게 만들고 사용하는지 명확할 것이다. 범위와 위성 일지 정보를 획득하는 과정에서, 보조 시스템(505)은 다른 것들 사이에서 (1)각각의 위성으로부터의 PRN 동기. 즉, 각각의 위성에서 송신된 PRN 코드의 정확한 타이밍, (2)각각의 위성과 연합된 도플러 변화, (3)어떤 위성이 수평선 위에 있는지, 그리고 (4)각각의 위성으로부터의 50bps 변조된 비트 스트림을 습득하게 된다. 그러면 보조 시스템(505)은 지평선 위의 각각의 위성을 위해 무선 원격 통신 채널을 경유하여 무선 단말기(501)에 (1)PRN 동기의 평가, (2)도플러 변화의 평가, 그리고 (3)50bps 변조된 비트 스트림을 송신한다. 총괄하여 이 정보는 "항해 메시지 데이터(Navigation Message Data)"라고 불려 질 것이다.
보조 시스템(505)이 지리적인 지역을 "셀"이라고 하는 수많은 바둑판처럼 된 지역으로 분할하는 무선 원격 통신 시스템의 부분일 때, 보조 시스템(505)은 무선 단말기(501)가 어떤 셀에 있는지를 안다. 그러므로 그것의 대략의 위치가 몇 마일 내이라는 것을 안다. 보조 시스템(505)이 무선 단말기(501)의 위치의 대략적인 아이디어, 예를 들어 몇 마일 내라는 아이디어를 가지고 있을 때, 보조 시스템(505)은 무선 단말기(501)에 의해 보여진 대로 PRN 동기와 도플러 변화를 정확하게 평가 할 수 있다.
도 3은 무선 단말기(501)의 주요 구성 요소의 불록도를 나타낸다. 이것은 단말기 제어기(710), 사용자 인터페이스(720), 원격 통신 송신기(741), 원격 통신 수신기(751), 필드 수신기(753), 타이밍 수신기(755), 듀플렉서(733)및 안테나(731)가 도면에 나타난 대로 내부적으로 연결되어있다.
무선 단말기(501)는 필수는 아니지만 유리하게 셀 방식의 전화기와 같은 전형적인 무선 단말기와 연합된 모든 기능을 수행 할 수 있다. 특별히 무선 단말기의 사용자가 원격 통신 전송기(741), 원격 통신 수신기(751),그리고 보조 시스템(505)을 통해서 쌍방 음성 대화를 유리하게 활용 할 수 있다.
항해 메시지 데이터가 보조 시스템(505)으로부터 무선 단말기(501)로 전송되어 지는 것 때문에, 항해 메시지 데이터는 원격 통신 수신기(751)를 경유하여 무선 단말기(501)에 의해 수신된다. 원격 통신 수신기(751)는 항해 메시지 데이터를 단말기 제어기(710)에 통과시키고, 단말기 제어기(710)는 항해 메시지 데이터를 필드 수신기(753)에 차례로 통과시킨다.
위에서 논의 된 대로, 역시 무선 단말기(501)는 동기 목적을 위하여 시스템 타이밍을 유리하게 수신한다. 타이밍 신호가 타이밍 소스(507)로부터 전송되었을 때, 타이밍 신호는 타이밍 수신기(755)를 경유하여 무선 단말기(501)에 의해 수신된다. 타이밍 수신기(755)는 타이밍 신호를 단말기 제어기(710)에 통과시키고, 단말기 제어기(710)는 타이밍 신호를 필드 수신기(753)에 차례로 통과시킨다. 양자 택일로 타이밍 신호가 보조 시스템(505)으로부터 전송되었을 때,(무선 단말기(501)와 보조 시스템(505)이 CDMA 원격 통신 시스템의 부분이 되었을 때 와 같은 경우이다.) 타이밍 신호는 원격 통신 수신기(741)에 의해 수신된다. 그러면 원격 통신 수신기(741)는 타이밍 신호를 단말기 제어기(710)에 통과시키고, 단말기 제어기(710)는 타이밍 신호를 필드 수신기(753)에 차례로 통과시킨다.
어느 한쪽의 경우에, 필드 수신기(753)는 위성 무리(503)로부터 타이밍 신호를 끌어낼 필요 없이 그것이 필요로 하는 타이밍 정보를 수신한다. 더욱이 필드 수신기(753)는 지평선 위의 각각의 위성을 위해서 직접 위성 무리(503)로부터 이 정보의 어떤 것을 수신하는 일없이 다시 (1)PRN 동기의 평가, (2)도플러 변화의 평가, 그리고 (3)50bps 변조된 비트 스트림을 역시 수신한다.
무선 단말기나 WAG 클라이언트(501)는 이러한 위성에 의해 전송된 GPS 신호를 획득하기 위해 각각의 위성(Navigation Message Data에 있는)에 관한 수신된 정보를 사용한다. 예를 들어 WAG 클라이언트는 도플러 변화 평가 및 PRN 동기 평가에서 GPS 신호를 찾거나, 혹은 PRN 동기 평가 값 근처의 동기 위치의 진보적인 검색에서 GPS 신호를 찾는다.
본 발명은 무선 단말기나 WAG 클라이언트가 위치한 섹터 및 셀 내의 참조 위치에서 PRN 동기 와 위성 신호의 도플러 변화(shift)를 평가하기 위한 방법 쪽으로 방향을 잡고 있다. 이런 평가들은 보조 시스템이나 WAG 서버에 의해 획득된 GPS 신호에 의해 전달된 정보에 근원을 둔다. 이것은 무선 단말기나 WAG 클라이언트와 다른 위치에 있을 수 있다. PRN 동기와 도플러 변화 평가들도 역시 몇몇 참조 시간에 근원을 둔다. 이것은 WAG 클라이언트가 WAG 서브로부터 전송된 보조 메시지로부터 PRN 동기와 도플러 변화 평가들을 복조하고 디코더하고, 또 GPS 신호를 획득하기 위한 그런 평가들을 사용하도록 허락하기 위해 충분히 먼 장래까지인 시간이다. 여기서 보조 메시지가 PRN 동기와 도플러 변화 평가들을 나타낸다.
제 1 실시예에서, 보조 메시지는 WAG 클라이언트에게 제공될 수 있다. 보조 메시지는 그들 자신을 위치시키기 위해 WAG 클라이언트에 의해 사용될 수 있다. 그러기 위해 WAG 서버에 의한 부가적인 도움이 요구되지 않고, 또한 리버스(reverse)-링크 통신도 필요 없다. 이것은 부가된 비밀의 이익을 가지고 있다. 왜냐면 이 시스템이 (만약 있다면) 어떤 WAG 클라이언트가 그들 자신을 위치시키고 있는지에 대해 인식이 없기 때문이다. 제 2 실시예에서, 보조 메시지는 요구에 의해 WAG 클라이언트에게 전송된다. 여기서 WAG 클라이언트는 통신 링크를 확정하고, 즉시 위치되도록 원하고, 위치 작동이 계속되는 것을 인식한다. 이 모드에서 단말기는 WAG 서버로부터 도움을 요청한다. 그리고, 몇몇 메시지를 교환 한 후, 그것의 위치는 WAG 서버로부터의 도움으로 결정된다.
종래 기술의 무선 단말기 보다 더 약한 신호로도 더 빠르게 그것의 위치를 결정하기 위한 것이다.
도 1은 위성 위치 시스템의 불럭도.
도 2는 도 1의 보조 시스템의 불럭도.
도 3은 도 1의 무선 단말기의 불럭도.
도 4는 지상 기지와 결합된 쎌의 섹터 내에서 참조 지역의 예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예와 일치하여 비트 단위 크기의 보조 메세지에 포함된 모든 필드의 리스트를 나타내는 도면.
도 6 및 도7은 가능한 응신 메시지에 포함된 파라메터 크기와 동작들과 같은 모든 필드 리스트를 나타내는 도면.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
505 : 보조 시스템 507 : 타이밍 소스
552 : 타이밍 신호 수신기 553 : GPS 수신기
본 발명의 WAG 서버는 WAG 클라이언트가 일반적으로 위치하고 있는 셀과 섹터 내의 "참조 위치"에 WAG 클라이언트가 있다고 가정한다. WAG 서버에 의해 획득된 위성 일지와 범위 정보에 근거하여, WAG 서버는 몇몇 참조 시간에 참조 위치에 있는 WAG 클라이언트를 위해 PRN 동기와 도플러 변화를 평가한다. 획득과 GPS 신호의 처리를 쉽게 하기 위해서 WAG 클라이언트에 의해 사용되도록 하기 위해 PRN 동기와 도플러 변화 평가들은 여기서 "보조 메시지"라고 언급된 메시지의 일부로서 전송된다.
각각의 셀 및 섹터를 위해, WAG 서버는 참조 위치를 정의한다. 참조 위치는 WAG 클라이언트나 저러한 셀 및 섹터에 위치한 무선 단말기의 위치를 대략 추측하는 것을 의미한다. 예를 들어, 그것은 적용 범위 지역의 집단의 중심일 것이다. 그것은 고도를 포함한 3차원 위치라고 추측된다. 지상 기지(201)와 복수의 섹터(202), (203) 및 섹터(204)로 분할된 그것의 연합된 셀을 묘사하는 제 4도를 참조 한다. 포인트(205)가 적용 범위 지역이나 섹터(203)의 중심 집단에 위치한 포인트임을 유념한다. 그리고, 그것은 섹터(203) 내에 있는 가능한 참조 위치의 예라는 것도 유념한다.
WAG 서버는 역시 "참조 시간"을 정의한다. 참조 시간은 WAG 클라이언트가 보조 메시지를 복조하고 디코더 하도록 허락하기 위해 충분히 먼 장래가 되어야 한다. 그리고, 위치 기회 이익을 누리기 위해 그들의 (WAG 클라이언트의) GPS 수신기를 준비한다. 참조 시간은 무선 시스템 자신의 시간 참조 스케일의 견지에서 정의되어야 한다. 예를 들어 IS-95 시스템에서 그것은 특별한 20-ms 프레임(장래에 프레임 n.xxx)의 시작으로 정의 될 것이다. 공동으로 우리는 참조 지역과 참조 시간을 "참조 이벤트"로 언급 할 것이다. IS-95 타이밍이 몇 마이크로 초 내에서 GPS 시간으로 언급된 이래로, 이벤트는 GPS 시간 스케일에서 역시 정확하게 정의된다.
다음으로, WAG 서버는 각각의 GPS 위성으로부터 신호의 파라메터들을 계산한다. 그들은 참조 이벤트에서 그렇게 될 것이다. 그것은 그렇게 할 수 있을 것이다. 왜냐면 그것은 오랫동안 운용되는 고품질의 GPS 수신기(완전한 하늘의 가시도를 가진)를 가지고 있기 때문이다. 그러므로 그것은 모든 위성들의 일지를 안다. 참조 이벤트가 장래에 있기 때문에, 확실한 파라메터들( 가장 현저하게, 선택된 유용성)의 장래 상태에 대해 조금의 양이 불명확한 것이 있다. 그러나 계산이 이루어지는 만큼 오랫동안, 미리 단지 몇 초 동안(예를 들어 10-15초) 오류는 무시해도 좋다. 보조 메시지는 수많은 보이는 위성들을 위해 이것들의 파라메터의 값들을 WAG 클라이언트에게 전달한다. 이 파라메터는 (1하늘에서의 위성 위치(예를 들어 고도 및 방위)와 그것의 시간 파생물. (2위성 도플러 변화. (3위성 신호의 "도착 시간", 이것은 a)C/A 코드 발생기의 단편의 조각 단계, b)C/A 코드 발생기의 전체 조각 상태, c)어떤 코드의 반복이 수신되는지를 정의하는 1-ms 기간, d)어떤 변조 비트가 수신되는지를 정의하는 20-ms 기간으로 구성된다.
물론, WAG 클라이언트는 정확한 참조 위치에 있지는 않을 것이다. 그러면, WAG 클라이언트에 의해 관찰된 위성 신호의 도착의 시간은 약간 다를 것이다. WAG 서버는 적용 범위 지역의 크기(예를 들어, 특정한 섹터의 크기) 및 모양의 동작으로서 이 불일치의 최고의 범위를 역시 계산해야 한다. 이 계산은 하늘에 있는 위성의 위치를 고려할 것이다. 그리고, 그 전파는 지상 기지로부터 무선 단말기나 WAG 클라이언트까지 지연된다. 후자는 위성, 지상 기지 및 섹터의 상대적인 위치에 의존하는 불확실한 타이밍 범위를 증가시키거나 감소시킬 것이다. 이 계산은 현존한다고 알려진(예를 들어, IS-95와 GPS 시간 사이에서 허락된 1-3 μs 타이밍 차이) 타이밍 불확실의 어떤 부가적인 소스들을 역시 포함 해야한다. 이 결과는 도착의 시간의 값의 범위를 위한 최고와 최저의 한계이다. 이 정보는 검색 간격 동안 GPS 신호를 찾기 위한 검색 간격을 정의하기 위해 WAG 클라이언트에 의해 사용될 것이다.
마지막으로, WAG 클라이언트는 참조 시간 근처에서 각각의 위성에 의해 어떤 정보 비트들이 송신되었는지 알기를 필요로 한다. 우리는 매우 긴 통합 시간들을 허락하기 위해 몇 초 가치의 데이터를 전달하려고 할 것이다. 각각의 위성은 50bps의 비율로 송신하기 때문에, 보조 메시지의 할당량이 가장 큰 것이 되는 것은 당연하다. 예를 들어, 10개의 위성들이 보인다면, 그리고, 우리가 12초 가치의 데이터를 전달하기를 원한다면, 우리는 6000 bits 만큼 많은 비트를 전달하는 것이 필요하다. 그러나, 우리는 다른 GPS 위성들이 자주 같은 데이터를 전송하는 것을 관찰하여 이 많은 양을 줄일 수 있다. 따라서, 보조 메시지는 위성들 사이에서 공유 가능한 전송된 항해 데이터 비트의 레코드들을 포함한다.
같은 비트들을 전송하는 다른 위성들의 예는 모든 서브 프레임의 시작(매 6초마다.)에서 발생하는 원격 측정 워드와 이양 워드를 포함한다. 더욱이 GPS 송신 프레임의 모든 네 번째와 다섯 번째 서브 프레임들은 명목상 모든 위성들을 위해 같다(두 개의 서브 프레임들은 12초 전부에 걸리고 매 30초 마다 한번씩 발생한다.). 그러므로, 만약 WAG 서버가 두 개의 프레임 사이의 중간 지점에서 발생하기 위해 참조 시간을 선택한다면, 상대적으로 작은 보조 메시지(2000bits 보다 작다.)와 함께 매우 긴 통합 시간(12초)을 감당하는 위치 기회를 매 30초마다 한번씩 제공하는 것이 가능하다. 참조 시간이 장래에 있기 때문에, 주의 깊은 독자는 WAG 서버가 보조 메시지의 일부로서 전달된 항해 데이터 비트들을 예견해야 할 것이라는 것을 알아야 할 것이다. 이것은 큰 문제가 아니다. 왜냐면 그들은 주기적으로 반복되고, 단지 드물게 변하기 때문이다. 때때로, 거기에는 예견이 틀렸을 때의 시간이 있을 것이다. 이러한 시간에, 저런 위치 기회의 이익을 가진 어떤 WAG 클라이언트는 예견에서 비트 오류에 기인하여 SNR의 분실을 경험하게 될 것이다. 이 피해는 서브 프레임들의 어떤 할당들(예를 들어 원격 측정 워드와 이양 워드)이 다른 것 보다 더 많은 신뢰로 예견 될 수 있는 것을 관찰하는 것에 의해 최소화시킬 수 있다. 선택적으로 위성 송신의 이런 할당을 사용하여, 예견 오류들의 충돌을 최소화 할 수 있을 것이다. 더욱이 이 위치 기술이 널리 퍼지면, 공개적으로 활용 가능하도록 작은 진보된 여유(5분)와 함께 장래 위성의 내용물을 업로드(예를 들어 웹 상에)하기 위해 GPS 시스템을 유지 보수하는 기관에 요구하는 것이 가능할 것이다. 이런 방법으로 WAG 서버는 수신된 GPS 신호로부터 장래에 송신된 비트를 예견할 필요가 없을 것이다.
보조 메시지는 다양한 위치 모드들과 결합하여 사용될 수 있다. 본 발명은 두 개의 근본적으로 다른 요구의 세트를 감당하는 두 개의 다른 위치 "모드"를 동일시하고, 결합에서 대부분의 WAG 응용들을 수용하기 위해 충분한 유동성을 제공한다. 그들은 "방송"과 "위치 요구(Location-on-demand)"들이다. 제 1 위치 모드 즉, 방송은 그들의 이익을 위해 선택하는 적용 범위 지역에 있는 모든 단말기들에게 위치 "기회"를 정규의 간격(1분에 한번)으로 제공한다. 그것의 주요한 목적은 아이들(idle)-모드 단말기들의 위치를 허용하기 위한 것이다. 이 모드에서 지상 기지는 방송 채널에 보조 메시지(WAG 서버로부터 받은)를 정규의 간격으로 전송한다. 이러한 메시지들은 적절히 장착된 무선 단말기들에 의해 그들 자신을 위치시키기 위해서 사용 될 수 있다. 그러기 위해 WAG 서버에 의한 부가적인 도움이 요구되지 않고, 리버스-링크 통신 필요 없다. 이것은 비밀의 부가된 이익을 가지고 있다. 왜냐면 이 시스템이 (만약 있다면) 어떤 단말기들이 그들 자신을 위치시키는 것에 대한 인식이 없기 때문이다. 제 2 위치 모드에서 즉, 위치 요구 비상 전화를 하기 위해 전화를 켜놓는 사용자(예를 들어)의 필요를 호소한다. 이 경우에, 사용자는 통신 링크를 설립해 왔고, 즉시 위치되는 것을 원하고, 위치 작동이 진행되는 것을 인식한다. 이 모드에서 단말기는 WAG 서버로부터의 도움을 요청하고, 몇몇 메시지의 교환 후 그것의 위치는 WAG 서버로부터의 도움으로 결정된다.
방송 모드의 주요한 목적은 이런 단말기들이 WAG 서버와 정보를 교환하는 요구 없이 아이들(idle) 단말기들의 계속적인 위치를 허락하기 위해서이고 또, 위치 히스토리(history)의 효력을 허락해서, 예를 들어 빌딩 내에 있는 이런 깊은 위치와 같은 나쁘게 쇠퇴한 위치들도 수용 가능한 위치 결과를 여전히 가지고 있을 수 있도록 하기 위해서 이다. 그리고, 가능하고 권리가 부여된 모든 단말기들에 의해 일반적으로 사용될 수 있는 상대적으로 작은 수의 비트를 송신하는 것에 의해 도움 GPS 능력의 최대한 유능한 이용을 창출하기 위한 목적이다.
방송 모드는 WAG의 "편도(one-way)"실시예이다. 여기서 단말기는 그것의 자신의 위치를 완전히 결정하기 위해 "위치 요구"보다 조금 더 많은 일을 해야 할 것이다. 그러나 리버스-링크 통신이 필요 없는 이익은 있다. 이 모드에서 지상 기지는 방송 채널을 통해 위치-보조 메시지를 정규의 간격으로 보낸다. 이러한 메시지들은 그들을 사용하기를 원하는 적용 범위 지역에서 모드 단말기들을 위해 활용 가능하고 위치 작동을 완성하기 위해 필요한 모든 정보들을 담고 있다. 우리는 이들 메시지를 "위치 기회(location opportunities)"로 부른다. 그리고, 만약 그들이 충분히 자주(예를 들어 1분마다 한번이나 두 번 정도) 발생한다면, 그들은 적용 범위 지역에 있는 모든 단말기들을 위해 실질적으로 계속적인 위치 적용 범위를 제공 할 수 있다. 실제로 활성 단말기 조차 위치 요구 모드와 연합된 오버 헤드 없이 그들의 위치를 결정하기 위해 이 모드의 이익을 누릴 만약 수 있다. 만약 비밀이 요구되면, 이것은 특별히 이익이 된다. 이 모드에서, 이 시스템은 어떤 단말기가 그들 자신을 위치시키는지, 그리고 물론, 그들의 위치가 어딘지에 대한 지식도 없다. 우리가 보듯이, 매 30초마다 한번씩 2-3 kbit 메시지와 일치하여, 이 능력은 100bps 보다 작은 방송 채널에 실린 매우 적당한 평균 용량에 제공될 수 있다. Location On Demand 모드는 단말기의 즉시 위치를 요구하는 시나리오를 지지하고, 이러한 단말기들이 방송 모드를 경유하여 개발한 정보에 의존하지 않고 활성 단말기를 위치시키는 것도 지지한다. 다시 말해서, 즉각성을 요하는 응용들, 그리고 암시하는 가능한 상당한 정확성이다. 위치 요구는 WAG의"왕복(two-way)"실시예이다. 여기서 개별적인 단말기들은 GPS 신호를 측정하도록 지시되며, 그것의 결과에 즉시 응신 한다. 이 모드에서 지상 기지는 위치되어야 할 단말기에 보조 메시지를 그것이 있는 교통 채널을 사용하여(비록 방송 채널이나 패킷 모드의 가능한 사용은 우선 순위를 배제해서는 안되지만)전형적으로 보낸다. 네트웍에서부터 이동 장치까지 가는 메시지는 여기서 "위치 평가 상태 메시지(Location Estimation Status Message)"라고 언급하는 보조 메시지이다. 저런 단말기에 보내지는 메시지는 저런 특별한 단말기의 기대된 요구에 꼭 맞고, 대부분의 시간은 위치 동작을 완성하기 위해 필요한 모든 정보를 담을 것이다. 그 정보가 부족하다고 판명되어야 한다면, 다른 위치 평가 상태 메시지는 이동 장치로부터 부가적인 처리 및 데이터를 요구하기 위해 뒤를 이을 것이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 그들의 비트 크기로 보조 메시지에 포함된 모든 필드들의 리스트를 보여준다. 동일한 메시지 구조는 요구(On-Demand) 및 방송 모드를 위해서 사용된다. 요구(On-Demand) 모드가 모든 필요한 데이터를 즉시 공급하는 동안, 수신된 파라메터를 축적하기 위한, 그리고/혹은 회전하는 윈도우에서 그들을 사용하기 위한 방송 모드이다. 보조 메시지가 GPS 신호를 변조하는 비트의 순서를 포함하고 있음을 주목한다. 그래서, WAG 수신기가 그들을 제거 할 수 있다. 보조 메시지의 디자인 뒷면의 철학은 아래에 따라온다.
매우 많은 수량을 나타내기 위해 요구된 수많은 비트들은 그들이 분석 결과와 함께 전달되는 것이 필요한 분석 결과에 의존한다. 차례로 저것은 각각의 양이 무엇을 위해 사용되는지에 달려있다. 도 5는 요구된 비트 크기를 보여준다. 여기서 우리는 이런 값들이 어떻게 획득되었는지를 토의한다. 그 알고리즘이 같기 때문에, WAG 수신기의 가능한 정확성은 저것의 DGPS(Differential GPS)수신기와 같다. 자주, DGPS수신기는 서브-메터(sub-meter)정확성을 성취 할 수 있고, 그러므로 우리는 파라메터들이 분석 결과와 함께 전달된 분석 결과가 서브-메터 위치 정확성과 일관되어야 한다는 것을 요구 할 것이다.
오류 제어를 위하여 페리티 비트가 없다는 것을 주목한다. 이것은 데이터 통신을 위한 10-6비트-오류 비율(BER)의 IMT-2000요구와 일관된다. 이것은 보조 메시지를 전달하기 위해 충분하다. 이 BER이 활용할 수 없는 경우에, 우리는 항해 데이터 비트를 담은 메시지의 할당이 단지 변조 되돌림을 위해 사용됨을 관찰하고, 그러면 SNR에의 단지 최소한의 충돌과 함께 10-2만큼 높게 BER을 용납 할 수 있다. 그러나 보조 메시지의 나머지는 비트 오류에 기인하는 위치 실패의 공헌이 무시될 것이라는 보장을 위해 10-4정도 보다 나은 BER을 요구한다. 다음의 것은 각각의 필드와 일치하는 비트 요구들을 기술한다. 이것은 가동 장치가 있는 일반적인 지역에 있다고 가정되는 임의 선택 포인트이다. 셀/섹터의 중심은 이 위치를 위해 자연적인 선택이다. 이것을 나타내기 위해서 훌륭한 분석 결과는 필요하지 않다. 따라서 우리는 40 m보다 나은 분석 결과에 일치하여, 20비트는 각각 위도와 경도를 위해, 10비트는 고도를 위한 것으로 가정한다. 이것은 필요 보다 많다. 그러나 이 파라메터는 모든 메시지 크기에 최소한의 충돌을 가진다. 그래서, 우리는 과잉 파괴를 한다.
참조 시간. 이전의 아이템과 같다. 훌륭한 분석 결과는 요구되지 않는다. 이전의 서브-섹션에 있는 예에서, 장래에 그것은 열거된 20-ms 프레임의 시작이 될 수 있다. 우리는 어떤 프레임을 열거하기 위해 16비트를 허용한다. 다시 우리는 과잉 파괴를 한다.
SVs(satellites visible) 수. 얼마나 많은 위성이 보이는가? 4비트는 16비트까지 허용 될 것이다.
SV 확인기. 우리는 특별한 위성이나 가짜 화석을 나열하기 위해 6 비트를 허용한다.
SV 고도 및 방위각. 이러한 각은 참조 위치로부터의 다른 값으로서 무선 단말기나 WAG 클라이언트의 현재의 위치를 계산하기 위해 사용될 것이다. 무선 단말기나 WAG 클라이언트가 참조 지역으로부터 수천 메타 떨어질 수 있기 때문에, 만약 서브-메터 정확성이 성취된다면, 우리는 0.1m라디안 보다 나은 분석 결과를 요구한다. 따라서 우리는 각각의 수량을 위해 18비트를 가정한다.
SV고도와 방위각의 시간 파생물. 위치 기회의 12초 지속에서, SV는 1m라디안 만큼(참조 시간의 양쪽 중 하나에 1/2m 라디안) 많이 움직일 수 있다. 의미 있어지기 위한 이전 아이템의 10비트 분석 결과를 위해, 우리는 각각의 파생물을 위해 4비트를 필요로 한다. 이것들은 위치 기회 내에서 모든 시간에 정확한 각을 갖기 위해 사용된다.
SV 도플러 변화. 이 파라메터를 위해 3가지 목적이 있다. 1수신된 케리어 주파수를 정정하고 그것을 수신기 대역폭 내에 가져오기 위해, 2적절한 통합을 위해 코드 발생기 클럭 주파수를 정정하기 위해, 그리고, 3위치 기회 내에서 모든 시간에 코드 단계 차이들을 예견하기 위해서 이다. 마지막 하나는 더 절박한 요구이다. 왜냐면 서브-메터 정확성을 획득하기 위해, 코드-단계 차이들은 서브-나노초(sub-ns) 정확성과 함께 예견되어야 한다. 저런 6초를 참조 시간으로부터 떨어지게 하기 위해, 클럭 주파수는 0.15Hz의 케리어 도플러 변화에 일치하여 0.1MHz보다 좋게 알려져야 한다. 케리어 도플러 변화를 위한 범위가 약 ??4 kHz이기 때문에, 우리는 이 파라메터를 위해 18비트를 허용한다.
SV 신호의 도착 시간. 이전 처럼, 이 파라메터는 위치를 계산하기 위해 사용된다. 서브-메터 정확성을 성취하기, 우리는 서브-나노초 분석 결과를 필요로 한다. 따라서 우리는 단편 조각 단계를 위해 12비트를 할당한다. 코드 기간은 1023조각이다. 그래서, 우리는 코드 발생기의 상태를 위해 10비트를 필요로 한다. 그기에는 한 비트당 201-ms 기간이 있다. 그래서, 우리는 그것을 위해 5비트를 필요로 한다. 마지막 아이템을 위해, 20-ms 기간, 우리는 우리가 분석하려고 하는 것이 어떤 종류의 불명확성인지를 물어 봐야 한다. 모든 파라메터 값들은 참조 이벤트에 상관된다. 명목상, 저것은 네 번째와 다섯 번째 서브-프레임 사이의 중간 지점에 있을 것이다. 그러나, 지표와 위성 사이의 변덕스러운 거리 때문에, 참조 시간 나열의 입도(granularity)와 오프셋의 다른 소스들의 위치는 몇 십 미리초(ms) 만큼 많은 시간에 의해 제거 될 것이다. 저것은 20-ms 기간 나열에 의해 커버(cover)되야 하는 범위이다. 풍부하게 한다는 취지로, 우리는 그것에 4비트를 할당한다. 그것은 ??160 ms의 범위를 커버 할 것이다. 이것은 충분히 많다.
Nav(navigation) 데이터 레코드의 포인터. 얼마나 많은 Nav 데이터 레코드들이 따를지를 지시한다.
SV 항해 데이터 메시지 비트들. 작동 장치에 더 긴 통합 시간을 가능하게 하기 위해, 주어진 SV로부터 받은 비트들을 준다. Nav 데이터 레코드 크기는 이 통합 싸이클에서 활용 가능하도록 만들어진 GPS 데이터 워드의 수이다. GPS 데이터 워드가 각각 30비트의 길이를 가진 것을 주목한다.
도6 및 도7은 응신 메시지에 포함된 모든 필드(파라미터 크기 및 기능)들의 리스트(600 및 700)를 설명한다. 도6은 네트워크 도움을 이용한-계산(network-aided computations)에 이용된 메시지를 설명한다. 이러한 형태의 메시지에 있어서, 무선 단말기 또는 WAG 클라이언트는 상태 리포트가 없는 모든 가시적인 위성들로부터 4-10 허위 범위를 보고하여 자신의 현재 위치에 관한 정보를 전달한다. 그와 같은 메시지의 사이즈는 340-800 비트이다. 이러한 메시지 형태가 서로 다른 시간에 측정된 여러 상이한 위치들을 전달하기 위해 이용되면, 그 사이즈는 보고된 위치들의 수만큼 승산 되어 300-700 비트가 된다. 상태 리포트가 포함된다면, 그들의 사이즈는 전체에 부가되어야 한다. 인덱스들(indices)의 사이즈만큼 부가된 절대 사이즈 제한은 605627 비트이고, 이는 명백하게, 실제의 관심의 모든 경우를 수용할 만큼 충분히 크게된다.
도7은 핸드셋-자율(handset-autonomous) 계산을 위해 이용되는 메시지를 설명한다. 메시지 또는 그 형태에 있어서, 무선 단말기 또는 WAG 클라이언트는 상태 리포트가 없는 자신의 좌표들(시간 및 공간)을 보고하여 자신의 현재 위치에 관한 정보를 전달한다. 그러한 좌표들은 관련된 보조 메시지의 참조 이벤트로부터의 오프셋으로 표현된다. 그러한 메시지의 사이즈는 108 비트이다. 그러한 메시지 형태가 상이한 시간에 측정된 여러 상이한 위치들을 전달하기 위해 이용된다면, 그 사이즈는 보고된 위치들의 수만큼 증가된 108 비트가 된다. 상태 리포트가 포함된다면, 그들 사이즈는 전체에 부가되어야 한다. 인덱스들의 사이즈만큼 부가된 절대 사이즈 제한은 545200 비트이고, 이는 명백하게, 실제의 관심의 모든 경우를 수용할 만큼 충분히 크게된다.
본 발명은 보다 약한 신호로도 보다 빠르게 무선 단말기의 위치를 결정 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 참조 위치에서 위성 신호에 대한 PRN 동기화 및 도플러 변화를 평가하기 위한 단계와;
    상기 참조 위치가 일부가 되는 영역에 위치한 무선 단말기에 상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가를 전송하는 단계를 포함하는 위치 보조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가는 참조 시간에 기초로 하는 위치 보조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가는 상기 참조 위치로부터 상이한 위치에서 수신된 위성 신호에 의해 전달되는 정보에 기초로 하는 위치 보조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가는 일정한 간격을 두고 전송되는 위치 보조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가는 무선 단말기를 위치시키기 위해 지정하는 지시를 수신함에 따라 전송되는 위치 보조 방법.
  6. 무선 단말기에서, 무선 단말기가 위치한 영역의 일부인 참조 위치에 대한 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가를 갖는 보조 메시지를 수신하는 단계와;
    상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가에 기초한 위성 신호를 검색하는 단계를 포함하는 위치 결정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 보조 메시지의 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가는 참조 시간에 기초로 하는 위치 결정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 검색은 참조 시간에서 실행되는 위치 결정 방법.
  9. 위성 신호에 의해 전달된 정보에 기초한 PRN 동기화 및 도플러 변화를 평가하는 단계와;
    상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가를 일정한 간격을 두고 전송하는 단계를 포함하는 위치 보조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 PRN 동기화 및 도플러 변화 평가는 방송 채널 상에 전송되는 위치 보조 방법.
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