KR20040003013A

KR20040003013A - 기지국들을 동기시키기 위하여 이동 ｇｐｓ국들을이용하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040003013A
Application number: KR10-2003-7015407A
Authority: KR
Inventors: 크래스너노르만에프; 졸리에드워드브이
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2001-05-26
Filing date: 2001-05-26
Publication date: 2004-01-07
Also published as: CN1294708C; HK1063889A1; AU2001261816B2; JP4860901B2; KR100881869B1; CA2447914C; WO2002098024A1; IL158850A0; JP2004533177A; CA2447914A1; CN1507710A

Abstract

본 발명은 셀룰러 네트워크에서 기지국들을 동기시키는 다양한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 예시적인 일 방법은 셀룰러 통신 시스템의 제 1 기지국 및 제 2 기지국 등의 2 개 이상의 기지국들 사이의 시간 동기를 수행한다. 이 예시적인 방법에서, 제 1 이동 셀룰러 수신기국 (MS) 의 제 1 시각 및 제 1 지리적인 위치는 그 제 1 이동국 (MS) 와 함께 위치하는 제 1 위성 측위 시스템 (SPS) 으로부터 결정되며, 제 1 시각 및 제 1 위치는 제 1 MS 에 의해, 그 제 1 시각 및 제 1 위치 및 제 1 기지국의 기지 (旣知) 의 위치로부터 제 1 기지국의 시각을 결정하는 제 1 기지국으로 송신된다. 또한, 이 예시적인 방법에서, 제 2 MS 의 제 2 시각 및 제 2 지리적인 위치는 그 제 2 MS 와 함께 위치하는 제 2 SPS 로부터 결정되며, 제 2 시각 및 제 2 위치는 그 제 2 시각 및 제 2 위치 및 제 2 기지국의 기지 (旣知) 의 위치로부터 제 2 기지국의 시각을 결정하는 제 2 기지국으로 송신된다. 또한, 셀룰러 네트워크에서 기지국들을 동기시키기 위하여 또 다른 방법들 및 장치들을 설명한다.

Description

기지국들을 동기시키기 위하여 이동 ＧＰＳ국들을 이용하는 방법 및 장치 {METHODS AND APPARATUSES FOR USING MOBILE GPS STATIONS TO SYNCHRONIZE BASESTATIONS}

발명의 배경

본 발명은 셀룰러 통신 시스템 분야에 관한 것으로, 좀더 자세하게는, 이동 셀룰러 통신국 (MS) 의 위치를 결정하는 셀룰러 통신 시스템 분야에 관한 것이다.

셀룰러 네트워크 (예를 들어, 셀룰러 전화 네트워크) 에서 위치 측정을 수행하기 위하여, 수개의 기지국들의 각 기지국과 셀룰러 전화와 같은 이동 장치간에 송신되는 타이밍 정보를 이용한 삼각측정법을 수행하는 수개의 방법들이 이용되어 왔다. 일 방법에서는, 일명 도달 시간 차이 (Time Difference of Arrival; TDOA) 라고 하는, 이동국으로부터의 신호를 수신하는 시간이 수개의 기지국들에서 측정되며, 이 시간들은 그 이동국의 위치를 계산하며 측위 서버 (location server) 라고 하는 위치 결정 엔터티 (entity) 에 송신된다. 이 방법을 수행할 경우, 정확한 위치를 제공하도록 조정하는데 수개의 기지국들에서의 시각 (times-of-day) 이 요구된다. 또한, 기지국들의 위치는 정확하게 공지되는 것이 요구된다. 도 1 은, 셀룰러 기지국 (12, 14, 및 16) 에서 측위 서버에 의해, 이동 셀룰러 전화기 (22) 로부터의 동일한 신호에 대한 수신 시간 (TR1, TR2, 및 TR3) 이 측정되는 TDOA 시스템의 일 예를 도시한 것이다. 측위 서버 (24) 는 이동전화 교환국(mobile switching center; 18) 을 통하여 기지국들로부터의 데이터를 수신하도록 커플링된다. 이동전화 교환국 (18) 은 지상-회선 (land-line) 공중 교환 전화 시스템 (PSTS) 으로의/으로부터의 신호 (예를 들어, 음성 통신) 를 제공하여, 이동 전화기로부터 다른 전화기 (예를 들어, PSTS 를 통한 지상-회선 전화기 또는 기타 이동 전화기) 로 신호를 전달할 수도 있다.

또한, 어떤 경우에, 측위 서버는 셀룰러 링크를 통하여 이동전화 교환국과 통신한다. 또한, 측위 서버는 수개의 기지국들로부터의 송신을 모니터링하여, 이들 송신의 상대적인 타이밍을 결정하려고 노력한다.

EOTD 라고 일컬어지는 또 다른 방법은 다수의 기지국들의 각 기지국으로부터 송신되는 신호의 도달 시간을 이동국에서 측정한다. 도 1 에서 TR1, TR2, 및 TR3 의 화살표를 거꾸로 하면, 이 경우에 해당한다. 그 후, 이 타이밍 데이터는 이동국의 위치를 계산하는데 이용될 수도 있다. 이동국에 의해 그렇게 획득된 타이밍 정보가 링크를 통하여 이 서버에 송신되는 경우, 이동국 자신 또는 측위 서버에서 그 계산을 수행할 수도 있다. 또한, 기지국 시각을 조정하여, 그들의 위치를 정확하게 결정하여야 한다. 2 가지 방법에서, 기지국의 위치는 표준 서베잉 방법 (standard surveying methods) 으로 결정하며, 기지국 또는 일종의 컴퓨터 메모리인 서버에 저장될 수도 있다.

그러나, 위치 측정을 수행하는 제 3 방법은 이동국에서 범지구 측위 위성 시스템 (Global Position Satellite System; GPS) 또는 기타 위성 측위 시스템 (SPS) 을 이용하는 것이다. 그 방법은 보조 데이터 (assistance data) 를 제공하거나위치 계산을 공유하기 위하여, 완전히 자율적이거나 셀룰러 네트워크를 이용할 수도 있다. 그러한 방법의 예들은 미국특허 제 5,841,396 호; 제 5,945,944 호; 및 제 5,812,087 호에 개시되어 있다. 간략히, 이런 다양한 방법들을 "SPS" 라고 칭한다.

EOTD 및 TDOA 중 어느 하나와 SPS 시스템의 조합을 "하이브리드 (hybrid)" 시스템이라고 칭한다.

상기 설명으로부터 명백한 것과 같이, EOTD 또는 TDOA 에 대하여, 이동국의 정확한 위치 계산을 위하여 다양한 셀룰러 기지국들간의 시간 좌표가 요구된다. 기지국에서 요구되는 시각 정확도는 이용되는 측위 방법의 세부사항에 의존한다. 일 방법에서는, 기지국으로부터 이동국으로 송신된 후 되돌아오는 신호들에 대하여 라운드 트립 지연 (round trip delay; RTD) 이 발견된다. 이와 유사하지만 다른 방법에서는, 이동국으로부터 기지국으로 송신된 후 되돌아오는 신호들에 대하여 라운드 트립 지연이 발견된다. 이들 라운드 트립 시간의 각각은 2 개로 분할되어, 단방향 시간 지연의 추정치를 결정한다. 기지국의 위치에 대한 인지 및 단방향 지연은 이동국의 위치를 지구상의 원으로 제한한다. 그 후, 제 2 기지국과의 또 다른 측정은 2 원의 교점을 생성하여, 그 위치를 지구상의 2 개의 점으로 차례로 제한한다. 제 3 측정은 불명확성을 해결한다. 라운드 트립 타이밍에 있어서, 수개의 기지국들과의 측정은 아무리 나빠도 수초만에 조정되므로, 이동국이 신속하게 이동하는 경우, 그 측정들은 동일한 위치에서 발생하는 것에 대응한다는 것이 중요하다.

다른 상황에서는, 각각의 2 개 또는 3 개의 기지국에 대하여 라운드 트립 측정을 수행할 수는 없지만, 이동국과 통신하는 제 1 기지국인 하나의 기지국에 대해서만은 가능하다. 이것은 IS-95 북미 CDMA 셀룰러 표준의 경우이다. 또한, 장치 또는 시그널링 프로토콜 제한 때문에, 정확한 라운드 트립 타이밍의 측정이 전혀 불가능할 수도 있다. 이 경우에는, 이동국 경로들간의 시간 차이만을 이용하므로, 삼각측정 동작을 수행할 경우, 기지국에서 정확한 타이밍을 유지하는 것이 훨씬 더 중요하다.

정확한 타이밍을 기지국들에 제공하는 또 다른 이유는 GPS 기반 위치 계산치들을 보조하도록 이동국들에게 시간을 제공하기 위한 것이며, 그 정보는 제 1 위치에 대한 감소된 시간, 및/또는 개선된 민감도를 야기할 수도 있다. 이러한 상황에 대해 요구되는 정확도는, 원하는 성능 향상에 의존하여, 수 마이크로초 (microseconds) 로부터 10 밀리초 (milliseconds) 의 범위일 수 있다. 하이브리드 시스템에서, 기지국 타이밍은 GPS 동작 뿐 아니라 TOA 또는 TDOA 동작을 개선하는 2 가지 목적을 제공한다.

네트워크 타이밍에 대한 종래의 방법은 위치 측정 유닛 (LMU) 또는 타이밍 측정 유닛 (TMU) 이라고 칭하는 특별한 고정 위치 타이밍 시스템을 이용하였다. 통상적으로, 그 유닛들은 정확한 시각을 결정할 수 있는 GPS 수신기를 구비한다. 유닛의 위치는 서베이 (survey) 될 수 있으며, 이는 GPS 기반 서베잉 장치로 수행될 수도 있다.

통상적으로, LMU 들 또는 TMU 들은 프레임 마커들 (frame markers) 과 같은타이밍 신호들을 관측, 기지국으로부터 송신되는 셀룰러 통신 신호들을 제공 및 이 신호들에게 GPS 세트 또는 기타의 시간 결정 장치를 통하여 측정되는 로컬 시간으로 시간-태깅 (time-tag) 하도록 시도한다. 그 후, 기지국들 (또는 기타의 하부 구성요소들) 으로 메세지를 송신하여, 이들 엔터티 (entity) 로 하여금 경과 시간을 계속적으로 추적하도록 할 수도 있다. 그 후, 명령적인, 또는 주기적이고 특별한 메세지들이 셀룰러 네트워크를 통하여, 신호의 프레이밍 구조와 관련된 시각을 표시하는 네트워크에 의해 제공되는 이동국에게 송신될 수도 있다. 이것은 전체 프레이밍 구조가 3 시간을 초과하는 주기 동안 유지되는 GSM 과 같은 시스템용으로 특히 용이하다. 위치 측정 유닛은 측위 서버로서의 동작하는 것, 즉, LMU 는 이동국들의 위치를 결정하기 위하여 그 이동국들로부터 도달 시간 측정을 실제로 수행할 수도 있음, 과 같이 다른 목적들을 제공할 수도 있다.

LMU 또는 TMU 방법의 일 문제는, 그들이 각각의 기지국 또는 다수의 기지국들의 통신 범위내의 다른 사이트들에 신규하고 특별한 고정 장치의 구축을 요구하는 것이다. 이것은 설치 및 유지에 매우 많은 비용을 요구할 수 있다.

발명의 요약

본 발명은 셀룰러 네트워크에서 셀룰러 기지국들을 동기시키는 다양한 방법들 및 장치들을 제공한다. 예시적인 일 방법은 셀룰러 시스템의 제 1 기지국 및 제 2 기지국 등의 2 개 이상의 기지국들 사이의 시간 동기를 수행한다. 이 예시적인 방법에서, 제 1 이동 셀룰러국 (MS) 의 제 1 시각 및 제 1 위치는 그 제 1 이동국 (MS) 와 함께 위치하는 제 1 위성 측위 시스템 (SPS) 으로부터 결정되며,제 1 시각 및 제 1 위치는 제 1 MS 에 의해 그 제 1 시각 및 제 1 위치 및 제 1 기지국의 기지 (旣知) 의 위치로부터 제 1 기지국의 시각을 결정하는 제 1 기지국으로 송신된다. 또한, 이 예시적인 방법에서, 제 2 MS 의 제 2 시각 및 제 2 위치는 그 제 2 MS 와 함께 위치하는 제 2 SPS 로부터 결정되며, 제 2 시각 및 제 2 위치는 그 제 2 시각 및 제 2 위치 및 제 2 기지국의 기지 (旣知) 의 위치로부터 제 2 기지국의 시각을 결정하는 제 2 기지국으로 송신된다. 이 이동국들은 정상적인 통신 동작용으로 이용될 수 있으며 빌딩이나 다른 구조물에 고정될 필요는 없으므로, 네트워크를 타이밍시키는 그들의 이용은 고정 타이밍 장치를 유지하기 위한 높은 부동산 비용을 방지한다. 또한, 셀룰러 네트워크에서 기지국들을 동기시키기 위하여 또 다른 방법들 및 장치들을 설명한다.

도면의 간단한 설명

본 발명은 예로써 설명되고 첨부 도면에 한하지 않으며, 동일한 도면부호는 동일한 대상을 나타낸다.

도 1 은 이동 셀룰러 장치의 위치를 결정하는 종래의 셀룰러 네트워크의 일 예를 도시한 것이다.

도 2 는 GPS 수신기 및 셀룰러 통신 송수신기를 구비하며, 본 발명과 함께 이용될 수 있는 이동 셀룰러 통신국의 일 예를 도시한 것이다.

도 3 은 본 발명의 다양한 실시형태들에서 이용될 수도 있는 셀룰러 기지국의 일 예를 도시한 것이다.

도 4 는 본 발명에 의한 방법의 일 실시형태를 도시한 흐름도이다.

도 5a 및 5b 는 본 발명에 의한 방법의 또 다른 실시형태를 도시한 흐름도이다.

도 6a 는 본 발명의 예시적인 일 방법에 따라 프로세싱되는 2 개의 신호를 도시한 것이다.

도 6b 는, 기지국이 다른 기지국들과 동기하기 위하여 자신의 클럭을 업데이트시키는 방법을 도시하는 기지국에서의 신호에 대한 표현을 도시한 것이다.

도 7 은 본 발명의 어떤한 실시형태들과 함께 이용될 수 있는 로컬 서버의 일 예를 도시한 것이다.

도 8 은 GSM 셀룰러 신호의 프레이밍 구조를 도시한 것이다.

상세한 설명

여기서는 셀룰러 기지국에서 시간을 결정하며 셀룰러 네트워크에서 셀룰러 기지국들을 동기시키는 다양한 방법들 및 장치들을 설명한다. 다음의 설명에서, 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위하여 수많은 특정 세부사항들을 개시한다. 예를 들어, 기지국 및 이동 통신국에 대한 다양한 구성은 본 발명의 제한으로서 설명하기 보다는 예시적인 목적으로 제공한다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정한 세부사항 없이도 실행될 수 있다. 또 다른 예에서는, 설명의 용이를 위하여 널리 알려진 구성들 및 장치들을 블록도의 형태로 도시한다.

여기에서 설명되는 일 방법에서는, 시각 및 위치를 모두 결정하는 GPS 수신기를 포함하는 (또는 GPS 수신기에 커플링되는) 이동 통신국들을 이용한다. 도 2 는 그러한 이동 통신국의 일 예를 도시한 것이다. 이러한 GPS 프로세싱은 수신 신호가 클 경우에는 자율 모드 (autonomous mode) 로 수행되거나, 수신된 신호대 잡음비가 낮을 경우에는 하부구조 (서버들) 에서의 장치의 도움으로 수행될 수도 있다. 또한, 서버 장치 (예를 들어, 도 7 에 도시되어 있는 있으며 이하 더 상세히 설명되는 측위 서버) 는, 개선된 성능이 요구되는 상황에서 시각 및 위치 결정에 기여할 수도 있다 (예를 들어, 미국특허 제 5,945,944 호; 제 5,841,396 호; 및 제 5,812,087 호 참조).

GSM 과 같은 네트워크에서, GPS 수신기로부터의 시각 정보는 수신된 통신 (예를 들어, GSM) 신호의 프레이밍 구조에 시간-태깅하는데 이용될 수도 있다. 예를 들어, 4.6 ms 마다 발생하는 특정 GSM 프레임 경계의 시작을 이용할 수도 있다 (도 8 참조). 3.48 시간동안 지속하는 수퍼프레임 (superframe) 당 그러한 프레임들이 2048 개 존재한다. 따라서, 이 타이밍 정보가 정상적인 셀룰러 시그널링을 통하여 기지국 (BS; 예를 들어, 도 3 에 도시되어 있는 셀룰러 기지국) 에 전달되는 경우, 전송 시간 중 잔존하는 가장 큰 에러는 이동국 (MS; 예를 들어, 도 2 의 이동 셀룰러 통신국) 으로부터 BS 까지의 전파 시간 (propagation time) 이다. 물론, 다중경로 지연 및 MS 하드웨어를 통한 송신 지연과 같은 다른 나머지 에러들의 일부가 잔존할 수도 있는데, 이하, 그러한 나머지 에러들을 설명하는 방법들을 개시한다.

전술한 MS-BS간 전파 지연을 추정하는데 다양한 방법들을 이용할 수도 있다. 제 1 및 가장 정확한 방법은, MS 및/또는 서버가 GPS 유닛을 통하여 MS 위치를 정확히 결정하며, BS 위치를 정확히 인지 (예를 들어, 서베이를 통한 소정의 인지)하고 있을 경우에 이용될 수 있다. 이 경우, 전파 시간은 BS-MS 범위를 빛의 속도로 나눔으로써 (통상적으로, 일부의 네트워크 엔터티에서) 결정될 수 있다. 그 후, BS 는 MS 에 의해 제공되는 프레임 마커 타이밍에서 계산된 전파 시간을 단순히 감산함으로써, 자신의 송신 프레임 마커의 타이밍을 결정할 수도 있다. 이하, 이 방법은 도 5a, 5b, 6a 및 6b 를 참조하여 상세히 설명한다.

MS-BS간 전파 지연을 추정하는 제 2 및 덜 정확한 방법은 MS 및 BS 내에서 이용가능한 "타이밍 어드밴스 (timing advance)" 정보에 의해 달성될 수 있다. 그 정보의 원래 의도한 목적은 셀내 (intra-cell) 트래픽 조정에 관한 것이다. 그러나, 타이밍-어드밴스 메트릭은 이러한 MS-BS간 지연 추정치들을 산출하도록 직접적인 방식으로 처리될 수 있다. 시간 정렬 파라미터들에 의해 성취되는 정확도는 주로 관련 통신 비트 간격의 시간 분해능 (time resolution) 에 의해 결정된다. 따라서, 수십 마이크로초 (microseconds) 내에서 정확한 전파 지연 추정치들을 획득할 수 있다. 이 제 2 방법은, 비록 상기의 제 1 지연 추정 방법에 비해 덜 정확하지만, 사적인 일 (privacy concerns) 이 정확한 MS 위치의 네트워크 처리를 배제하는 상황에서 특히 유리할 수 있다.

전술한 바와 같이, 일부 애플리케이션에서, 기지국들은 마이크로초 타입의 정확도로 동기될 필요는 없으며, 밀리초 또는 심지어는 초 (second) 타입으로만 동기되면 된다. 이 시나리오의 경우, 수십 마이크로초와 같은 작은 지연은 요구되는 시간 정확도에 비해 덜 중요하기 때문에, MS-BS간 지연을 보상하는 것이 비생산적일 수도 있다. 따라서, MS 에 의해 획득되는 코어스 (coarse) 시각은 BS로부터의 신호에 "시간 태깅함으로써" 간단히 이용될 수도 있다. 이것은 정밀 BS-MS 범위 데이터에 대한 요구없이 BS 에 송신된다. 이 상황은, GPS 수신기들이 정밀 시간 태깅할 수 있는 것보다는 훨씬 낮은 신호 레벨로 코어스 시간 태깅을 수행 (예를 들어, 여기서 참조하는 미국특허 제 5,812,087 호, 및 여기서 참조하며 1998 년 4 월 16 일에 출원되어 공동-계류중인 미국특허 출원번호 제 09/062,232 호 참조) 하기 때문에, 유리하다. 또한, 일단 코어스 시간-태깅이 수행되면, 기지국 송신 데이터의 주파수가 매우 안정적이기 때문에, 그 정확도는 장시간 유지될 수도 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 방법을 도시한 것이다. 동작 151 에서, 이동 셀룰러 시스템은 이동 셀룰러 통신국에서 자신의 시각의 표현을 결정한다. GPS 수신기 (52) 와 같은 GPS 수신기가 도 2 에 (50) 으로 도시된 것과 같은 이동 셀룰러 통신국내에 이용되는 일 실시형태에서, GPS 시간은 GPS 신호에서 벗어난 GPS 신호를 GPS 위성으로부터 판독함으로써, MS 에서 획득될 수도 있다. 다른 방법으로는, 미국특허 제 5,812,087 호에 개시된 바와 같이, 시간을 결정하는 기술을 이용할 수도 있다. 이 방법에서는, 이동국에 수신된 GPS 신호들의 샘플은 측위 서버, 또는, 미국특허 제 5,812,087 호에 개시된 바와 같이, 수신 시간을 결정하도록 이 레코드 (record) 를 처리하는 다른 서버 에 송신될 수도 있다. 또한, 동작 151 에서의 시각은, 1998 년 4 월 16 일에 출원되어 공동-계류중인 출원번호 제 09/062,232 호에 개시되어 있는 다양한 방법들 중 일 방법을 이용하여, 선택적으로 계산될 수도 있다. 도 4 에 도시된 방법은, 이동셀룰러 통신국과, 도 3 에 도시되어 있는 셀룰러 기지국과 같은 셀룰러 기지국 사이의 전파 지연이 결정될 경우, 동작 153 으로 진행한다. 전술한 일부 실시형태에서, 동작 151 에서 결정된 시간이 전파 지연보다 그것과 관련된 더 많은 에러를 가질 경우에, 이 동작은 선택적 (optional) 이다. 또한, 상술한 바와 같이, 이 전파 지연은 (GPS 신호를 프로세싱하여) 이동국의 위치 결정하고 셀룰러 기지국의 위치를 결정함으로써 결정될 수도 있다. 동작 153 에서는, 이들 2 개의 위치간의 거리를 빛의 속도로 나눔으로써, 전파 지연을 결정한다.

동작 155 에서, 이 선택적인 동작을 이용할 경우, 셀룰러 기지국에서의 시간은 이동국에서의 시각 및 동작 153 에서 결정된 전파 지연으로부터 결정된다.

네트워크에서의 각각의 셀룰러 기지국은 GPS 시간과 같은 일 시간 표준에 대하여 모든 기지국들을 동기시키기 위하여 이 방법을 이용할 수도 있다. 이 방식에서는, 각각의 수개의 기지국들과 이동 시스템간에 송신되는 타이밍 정보의 이용에 기초하여, 개선된 삼각측정 또는 범위가 획득될 수도 있다. 타이밍 정보에 대한 다수의 다른 이용들이 가능할 수도 있다. 이들은 일 기지국으로부터 그 다음 기지국으로의 이동국의 통신에 대한 더 효율적인 "핸드오프" 를 허용하는 것과, 명확한 시간이 다양한 목적으로 네트워크 전체에 걸쳐서 송신되는 것을 허용하는 것을 포함한다.

다음으로는, 도 5a, 5b, 6a 및 6b 를 본 발명에 따른 일 실시형태의 또 다른 예로서 설명한다. 이 방법은 도 2 에 도시되어 있는 시스템 (50) 과 같은 이동 셀룰러 통신 시스템 및 도 3 에 도시되어 있는 셀룰러 기지국 (101) 과 함께 수행될 수 있다.

도 2 에 도시되어 있는 이동 셀룰러 통신국 (50) 은 GPS 안테나 (51) 을 갖는 GPS 수신기 (52), 및 안테나 (53) 을 구비하는 셀룰러 통신 송수신기 (54) 를 구비한다. 다른 방법으로는, GPS 수신기 (52) 는 다른 섀시 (chassis) 내에 포함될 수도 있지만 (및 셀룰러 통신 송수신기 (54) 와 같은 이동국 (50) 의 구성요소들을 지지하는 섀시내에 집적되지 않음), 셀룰러 통신 송수신기 (54) 에 커플링되며, 그 송수신기 (54) 근처에 존재한다; 이 상황에서, 통신국 (50) 은 GPS 수신기를 구비하지 않으며, GPS 수신기가 이동국 (50) 에 커플링되어 그 이동국 (50) 에 함께 위치할 경우에는 그것을 요구하지도 않는다. GPS 수신기 (52) 는 종래의 하드웨어 상관기 기반 GPS 수신기이거나, 정합 필터 기반 GPS 수신기이거나, 빠른 콘볼루션으로 프로세싱되는 디지털 GPS 신호들을 저장하도록 버퍼를 사용하는 GPS 수신기이거나, 미국특허 제 6,002,363 호에 개시되어 있는 바와 같이, GPS 수신기의 구성요소들을 셀룰러 통신 송수신기와 공유하는 GPS 수신기 (예를 들어, 여기서 참조하는 미국특허 제 6,002,363 호의 도 7b 참조) 일 수도 있다. 셀룰러 통신 송수신기 (54) 는 GSM 셀룰러 표준, 또는 PDC 통신 표준, 또는 PHS 통신 표준, 또는 AMPS 아날로그 통신 표준, 또는 북미 IS-136 통신 표준, 또는 비동기 광대역 확산 스펙트럼 CDMA 표준을 포함하여 널리 알려진 셀룰러 표준들 중 어느 하나로 동작하는 현대의 셀룰러 전화기일 수도 있다. GPS 수신기 (52) 는 셀룰러 통신 송수신기 (54) 에 커플링되어, 일 실시형태에서의 GPS 시간 및 위치를 셀룰러 통신 송수신기 (54) 에 제공 (그 후, 이 정보를 기지국으로 송신함) 한다. 또한, 셀룰러 통신 송수신기 (54) 는 도플러 정보 또는 시간 정보와 같은 보조 데이터를 미국특허 제 5,841,396 호 또는 제 5,945,944 호에 개시되어 있는 GPS 수신기에 제공할 수도 있다. 또한, GPS 수신기 (52) 와 셀룰러 통신 송수신기 (54) 간의 커플링은 레코드 (record) 를 셀룰러 기지국으로부터 또는 기지국으로 송신하여, 미국특허 제 5,812,087 호에 개시되어 있는 GPS 수신기에서 시간을 결정하도록 그 레코드와 다른 레코드를 정합할 목적으로 이용될 수도 있다. 로컬 서버가 시스템 (50) 에서 위치 또는 시간을 결정하기 위하여 보조 데이터를 이동 셀룰러 통신국에 제공하거나, 로컬 서버가 정보의 프로세싱을 공유 (예를 들어, 로컬 서버는 시간 또는 이동 시스템 (50) 의 최종 위치의 계산을 결정함) 하는 상황 또는 실시형태들에서, 도 7 에 도시되어 있으며 다음에 더 설명되는 로컬 서버는 데이터의 프로세싱을 돕기 위하여 통신 링크를 통하여 셀룰러 기지국에 접속된다. 이동국의 위치는 통상 고정되지 않으며, 통상 미리 결정되지도 않는다.

도 3 은 본 발명의 다양한 실시형태들과 함께 이용될 수도 있는 셀룰러 기지국의 일 예를 도시한 것이다. 기지국 (101) 은 그 셀룰러 기지국 (101) 에 의해 서빙되는 영역에 존재하는 이동 셀룰러 통신국에서의 및 이동셀룰러 통신국으로부터의 신호들과 통신하기 위하여, 하나 이상의 안테나 (102a) 를 갖는 셀룰러 송수신기 (102) 를 구비한다. 예를 들어, 이동 셀룰러 통신국 (50) 은, 통상 이동 시스템 (50) 에 의해 송신되는 신호의 범위에 의존하여, 셀룰러 기지국 (101) 에 의해 서빙되는 이동국들 중 일 이동국일 수도 있다. 셀룰러 송수신기 (102) 는 GSM 셀룰러 신호 또는 CDMA 셀룰러 신호와 같은 셀룰러 신호들을 송신 및 수신하는데 이용되는 종래의 송수신기일 수도 있다. 클럭 (103) 은 셀룰러 기지국에서의 시각을 유지하는 종래의 시스템 클럭일 수도 있다. 이 클럭의 정확도는 본 발명의 방법들에 따라서 개선되어, 이 클럭을 여기서 개시되는 방법들에 따르는 또 다른 셀룰러 기지국들에서의 다른 클럭들과 동기시킬 수도 있다. 많은 경우에, 이 클럭은 매우 안정적일 수도 있지만, 시간 주기에 걸쳐서 그 클럭은 초기의 시간 세팅에 대하여 상당히 드리프트 (drift) 된다. 또한, 일반적으로, 당업계에 널리 알려진 바와 같이, 셀룰러 기지국 (101) 은 셀룰러 송수신기를 이동전화 교환국에 커플링시키기 위하여, 데이터를 셀룰러 송수신기 (102) 로 및 셀룰러 송수신기 (102) 로부터 전달하는 네트워크 인터페이스를 구비한다. 또한, 셀룰러 기지국 (101) 은 그 셀룰러 기지국에 대하여 떨어져서 위치하거나 그 셀룰러 기지국 자신과 동일한 사이트에 위치할 수도 있는 디지털 프로세싱 시스템 (105) 를 구비할 수도 있다. 디지털 프로세싱 시스템 (105) 는 클럭의 시간을 조정 또는 재측정하도록 클럭 (103) 에 커플링되어, 그 클럭을 본 발명의 방법들에 따르는 또 다른 셀룰러 기지국들에서의 다른 클럭들에 동기시킨다. 많은 경우에, 클럭은 매우 안정적이지만 자유로이 구동하며, 그 클럭의 시간 스트로크 (strokes) 를 실제로 변경하도록 네트워크 동작에 영향을 준다. 그러나, 클럭 구간 (epochs) 과 관련된 시간은 조정될 수 있다. 이것이 소위 "재측정 (recalibrating)" 이다. 또한, 디지털 프로세싱 시스템 (105) 는 네트워크 인터페이스 (104) 에 커플링되어, 이동전화 교환국으로부터 데이터 또는 통신을 수신, 및 클럭 (103) 을 다른 셀룰러 기지국들에서의 다른 클럭들에 동기시키기 위하여 이동국으로부터 송신되는 시간-태깅된 프레임 마커와 같은 데이터를 셀룰러 송수신기 (102) 로부터 수신한다.

도 5a 및 5b 에 도시되어 있는 방법은, 셀룰러 기지국이 셀룰러 신호를 이동 셀룰러 통신국에 송신할 경우에 동작 201 에서 시작한다. 선택적으로, 이 신호는 셀룰러 기지국으로 하여금 자신을 다른 셀룰러 기지국들에게 동기하도록 하기 위하여 이동 시스템으로부터의 동기 정보에 대한 요구를 포함할 수도 있다. 셀룰러 기지국은 이동 시스템에 송신되는 자신의 신호에 시간 태그들 또는 마커들을 제공한다. 이 마커는 신호의 프레이밍 구조의 고유 부분인 마커일 수도 있다. 또한, 이것은, 기지국 1 이 도 6a 의 신호 (301) 에 도시되어 있는 것과 같은 마커들 (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8 및 M9) 을 포함하는 프레이밍 구조를 갖는 신호를 송신하는 도 6a 에 도시되어 있다. 도 5a 의 동작 203 에서의 이동 시스템은 마커들을 갖는 셀룰러 신호를 수신한다. 또한, 당업계에 널리 알려진 바와 같이, 이 셀룰러 신호의 수신과 동시에, 이동국은 GPS 시간을 포함하는 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신한다. 그 후, 이동국은, 마커가 이동 시스템에 수신될 때의 시간을 GPS 시간으로 표현하는 GPS 시간을 갖는 기지국으로부터 수신된 셀룰러 신호에서의 마커를 시간-태깅할 수도 있다. 또한, 이것은 전파 지연 (307) 만큼 지연된 것으로서, 기지국 1 으로부터 이동국 1 에 의해 수신되는 신호를 표현하는 신호 (303) 에 의해 도 6a 에 도시되어 있다. 도 6a 에 도시된 바와 같이, 시간 태그 (305) 는 마커 (M1) 에 적용할 수 있으며, 이것은 이동 시스템에서 이 마커의 수신 시간과 관련되는 GPS 시간을 나타낸다. 동작 205 에서의이동국은 셀룰러 신호에서의 마커의 시간 태깅과 동시에 자신의 위치를 결정한다. 이동국에서의 GPS 수신기는 자신의 위치를 자율적으로 결정 (예를 들어, 종래의 하드웨어 상관기 기반 GPS 수신기는 GPS 위성으로부터 천체위치 (ephemeris) 데이터를 판독하여 자신의 위치를 스스로 결정할 수도 있음) 하거나, 셀룰러 네트워크에 커플링되며 도 7 에 도시되어 있는 측위 서버와 같은 서버의 도움으로 결정할 수도 있다. 동작 207 에서, 이동국은 자신의 위치 (또는 측위 서버로 하여금 자신의 위치를 결정하도록 하는 슈도레인지들 (pseudoranges)) 및 이동국에 의해 시간 태깅된 마커와 관련되는 GPS 시간을 셀룰러 기지국에게 송신한다.

동작 209 에서, 셀룰러 기지국은 이동국의 위치 및 자신의 기지 (旣知) 의 소정 위치를 이용하여 자신의 시각을 계산하여, 이동국과 기지국간의 전파 지연을 결정한다. 이 전파 지연은 자신의 송신 마커에서의 GPS 시간을 결정하도록 그 마커와 관련된 GPS 시간으로부터 감산된다. 이것은, 기지국 1 이 이동 시스템으로부터 시간 태그 (TR1) 를 수신하는 도 6b 에 도시되어 있다. 이 시간 태그 (TR1) 은 마커 (M1) 과 관련되는 GPS 시간을 나타낸다. 전파 지연 (307) 은 마커 (M1) 과 관련되는 시간 (T1) 을 유도하기 위하여 GPS 시간 (TR1) 으로부터 감산된다. 즉, 시간 (T1) 은 기지국에서 마커 (M1) 과 관련된 시간 태그 (309) 이다. 그 후, 기지국에서의 현재 시간은 태그 (309) 에서의 GPS 시간을 현재 프레임 (M9) 와 결합시킴으로써 업데이트하여, 도 6b 에 도시된 바와 같이, 현재 시간 (311) 을 생성한다. 즉, 신호 (301) 에서 마커 (M9) 와 마커 (M1) 사이에는 신호 (301) 의 프레이밍 구조에 주어진 공지의 시간 관계가 존재한다. 공지의프레이밍 구조에 주어진 이들 2 개의 마커 사이의 시간상의 차이는 시간 (T1) 과 합산되어 현재 시간 (311) 을 생성한다. 따라서, 셀룰러 기지국에서의 현재 시간은 이동국에 의해 시간 태깅된 송신 마커와 관련되는 GPS 시간으로부터 업데이트된다. 이것은 도 5b 에서의 동작 211 로 도시되어 있다. 그 후, 동작 213 에서, 셀룰러 기지국에서의 클럭이 동기되는 최종 시간은 그 클럭이 업데이트되는 적당한 때를 결정하도록 선택적으로 저장되어, 그 클럭을 또 다른 셀룰러 기지국들에서의 다른 클럭들과 동기시킨다. 동작 215 에서, 셀룰러 기지국 또는 그 셀룰러 기지국을 보조하는 원격 엔터티 (remote entity) 는 재동기화되는 때를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 수분의 설정 시간은 또 다른 동기화 프로세스를 자동적으로 트리거링할 수도 있다. 또 다른 방법으로는, 기지국에서의 클럭을 또 다른 셀룰러 기지국들의 다른 클럭들에 재동기시키는 때를 결정하기 위하여 또 다른 기술들을 이용할 수도 있다.

도 7 은 본 발명의 다양한 실시형태들로 이용될 수도 있는 측위 서버 (350) 의 일 예를 도시한 것이다. 예를 들어, 미국특허 제 5,841,396 호에 개시되어 있는 바와 같이, 서버는 도플러 또는 기타의 위성 보조 데이터와 같은 보조 데이터를 이동국 (50) 의 GPS 수신기에 제공하거나, 그 측위 서버는 이동국 (50) 보다는 (슈도레인지 또는 이동국으로부터 슈도레인지를 결정할 수 있는 것과 다른 데이터를 수신한 후) 최종 위치 계산을 수행한 후, 기지국이 전파 지연을 계산할 수 있도록 이 위치 결정을 그 기지국에 전달할 수도 있다. 통상적으로, 측위 서버는 컴퓨터 시스템과 같은 데이터 프로세싱 유닛, 모뎀 또는 기타 인터페이스 (352),모뎀 또는 기타 인터페이스 (353), 모뎀 또는 기타 인터페이스 (354), 대용량 저장 장치 (355; 예를 들어, 소프트웨어 및 데이터 저장용), 및 선택적으로는 GPS 수신기 (356) 을 구비한다. 이 측위 서버 (350) 은 네트워크들 (360, 362, 및 364) 로 도시되어 있는 3 개의 상이한 네트워크에 커플링될 수도 있다. 네트워크 (360) 은 셀룰러 교환국 또는 다중 셀룰러 교환국들 및/또는 지상 기반 전화기 시스템 스위치들을 구비한다; 다른 방법으로는, 모뎀 (353) 은 셀룰러 기지국 (101) 과 같은 셀 사이트에 직접 커플링될 수도 있다. 일반적으로, 다중 셀룰러 기지국들은 지리적인 영역을 무선 커버리지로 커버 (cover) 하도록 배열되며, 당업계에 널리 알려진 바와 같이, 이 상이한 기지국들은 하나 이상의 이동전화 교환국에 커플링된다 (도 1 참조). 따라서, 기지국 (101) 의 다중 인스턴스들 (instances) 은 지리적으로 분산되지만 이동전화 교환국에 의해 함께 커플링된다. 네트워크 (362) 는 차동 (differential) GPS 정보를 제공하는 기준 GPS 수신기들의 네트워크일 수도 있으며, 이동 시스템의 위치를 계산할 시에 이용하기 위하여 GPS 천체위치 데이터를 제공할 수도 있다. 이 네트워크는 모뎀 또는 기타의 통신 인터페이스 (354) 를 통하여 데이터 프로세싱 유닛 (351) 에 커플링된다. 네트워크 (364) 는 기타의 컴퓨터들, 또는 (도 3 에 도시되지 않은 선택적인 배선을 통하여) 도 3 에 도시되어 있는 데이터 프로세싱 시스템 (105) 와 같은 네트워크 구성요소들을 구비한다. 또한, 네트워크 (364) 는 911 전화기 호에 응답하는 PSAP (Public Safety Answering Points) 와 같은 긴급 운영자들에 의해 운영되는 컴퓨터 시스템들을 구비할 수도 있다. 측위 서버 (350) 을 이용하는 방법들의 다양한 예들은여기에서 참조하는 미국특허 제 5,841,396 호; 제 5,874,914 호; 제 5,812,087 호; 및 여기에서 참조하며 1998 년 4 월 16 일에 출원된 미국특허 출원번호 제 09/062,232 호를 포함하여, 수많은 미국특허들 및 특허출원에 개시되어 있다.

상술한 방법들은 효율적인 송신 시간을 BS 안테나의 표면에서 결정한다. 다수의 MS들의 이용은 평균화 절차를 통하여 에러들을 감소시키기에 용이하다. 이것은, 시스템 바이어스가 제거될 수 있음을 가정한 것이다.

타이밍 (예를 들어, 이른 아침 시간) 을 지원하기 위한 충분한 MS 활동성에 대한 우려는 다양한 위치에 MS들을 위치지정 및 주기적으로 호출함으로써 개선시킬 수 있다.

하나의 MS 에서의 GPS 프로세싱으로 인한 일반적인 타이밍 에러는 10 내지 30 나노초 (nanoseconds) 정도일 수도 있다. 따라서, 다중경로와 같은 에러의 다른 소스들은 억제시킬 수도 있다.

BS 오실레이터의 안정성은, 타이밍 측정이 요구되고 분포되는 빈도에 영향을 미친다. BS 오실레이터의 드리프트 대 시간 (drift vs. time) 을 모델링할 수 있으며, 그 업데이트를 감소시킬 수 있다.

다음으로, 이동국 수신기의 에러 및 영향을 측정하는 수개의 방법들을 설명한다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 이동국 (예를 들어, 도 2 의 이동 셀룰러 통신국 (50)) 은 자신의 위치P _mobile=[x_m, y_m, z_m] 및 이 위치와 관련된 시간T _mobile을 결정한다. 위치 결정 시간 (예를 들어, GPS 시간) 으로부터 프레이밍 마커의 시간까지의 시간 지연을 간단히 측정함으로써, 이 시간을 수신된 셀룰러 통신 신호의 프레이밍 마커와 관련시킬 수도 있다. 다른 방법으로는, 위치 결정은 이 프레이밍 마커의 시간과 동일한 시간에 수행될 수도 있다. 따라서, 일반성을 상실하지 않으면서,T _mobile은 이동국에 의해 관측되는 프레이밍 마커의 시간과 동일한 것으로 가정한다.

또한, 이동국은 기지국의 위치P _base=[x_b, y_b, z_b] 를 인지한 것으로 가정한다. 그 후, 만약 다중경로 지연이 경미하면, 시간T _mobile에서 기지국으로부터 이동국까지의 범위는

이다.

다음으로, 수신 회로들내에 지연이 없으면, 기지국과 이동국 사이의 전파 지연의 범위는 R_Tm/c 이며, 여기서, c 는 빛의 속도이다.

좀더 명확하게 하기 위하여, 기지국에서의 프레이밍 마커의 송신 시간을 기지국의 송신 안테나의 표면에서 이 마커의 발생 시간으로 한다. 따라서, 다중경로 지연, 또는 수신기의 지연이 없는 경우, 기지국의 안테나 표면에서의 프레임 마커의 송신 시간은 T_base=T_mobile-R_Tm/c 이다.

다음으로, GPS 수신기는 자신의 RF 및 디지털 신호 프로세싱과 관련되는 지연 (b_GPS라고 칭함) 을 가질 수도 있다. 이와 유사하게, 통신 수신기의 RF 및디지털 신호 프로세싱과 관련되는 지연 (b_comm라고 칭함) 이 존재할 수도 있다. 따라서, 도 2 를 참조하면, b_GPS는 GPS 수신기 (52) 내의 지연에 의해 야기되며, b_comm은 셀룰러 통신 송수신기 (54) 내의 지연에 의해 야기된다. 또한, 다중경로로 인해 기지국으로부터 통신 수신기까지의 전파시에 추가적인 지연 (b_mult) 이 존재할 수도 있다. 이것은 GPS 측정과 관련되는 어떠한 다중경로 지연을 억제하는 것으로 가정한다. 따라서, 기지국에서 송신 시간의 바이어스되지 않은 측정을 제공하는 대신에, b_mult+b_comm-b_GPS의 바이어스 (측정 시간 - 실제 시간) 를 갖는 측정을 제공한다. 통상적으로, b_mult는 특히 수신기 측정 기능을 수행하는 경우 (이하, 설명됨) 에 에러의 또 다른 소스들을 억제시킬 수도 있다. 따라서, 일반적으로, 프레이밍 마커의 송신에 대한 추정 시간은 더 늦다.

셀룰러 신호를 프레이밍 구조로 송신하며 이동국의 안테나 포트에 직접 접속되는 기지국 시뮬레이터를 간단히 이용하고 프레임 마커의 수신 시간을 이동국에서 측정함으로써, b_comm-b_GPS를 측정할 수도 있다. 이 절차에서, 프레임 마커에 (이동국의 GPS 수신기에 의해 수신되는 시간으로) 시간-태깅하기 위하여 이동국의 GPS 수신기를 이용한다. 이때, 기지국 시뮬레이터는 GPS 수신기를 이용하여 자신의 송신을 이 GPS 수신기에 의해 제공되는 GPS 시간에 동기되는 것으로 가정한다. 기지국으로부터 수신기까지의 송신 지연이 영 (zero) 이기 때문에, 이 방법은 에러없이 (작은 양의 측정 노이즈는 제외) b_comm-b_GPS를 결정한다. 이 측정 절차는완전히 자동적일 수 있으며, 제조 동안 수신기 테스팅 절차에 용이하게 포함된다. 송신되는 시뮬레이션된 신호들을 이동국에 매우 근접한 시뮬레이터로부터의 이동국에 송신하는 것과 같이, 이 절차의 몇몇 간단한 변경이 가능하다.

과도한 다중경로 지연, b_mult, 는 기지국을 동기화시키는데 있어서 에러의 지배적인 소스를 잔존시킨다. 가시선 (line-of-sight) 경로들의 경우, 이 지연은 영 (zero) 평균인 바이어스를 가진다. 직진 경로와 반사 경로를 결합시킨 반사된 경로들 또는 경로의 경우, 그 평균 (측정된 직진 경로 지연대 실제의 직진 경로 지연) 은 영보다 더 크다. 일반적으로, 짧은 시간주기 내에서, 기지국은 수개의 이동 유닛들 및 각각의 이동 유닛으로부터 각각의 프레임 마커와 관련되는 시간에 대한 다수의 추정치들을 수신한다. 이러한 시각 추정치들을 D₁, D₂, …D_K라고 칭한다. 일반적으로 이 추정치들 중 최소의 추정치는 개별적인 측정치, 또는 그 측정치들의 평균보다 훨씬 더 낮은 평균 바이어스를 가진다. 측정치의 수, K, 가 클 경우, 그 측정치들을 낮은 것으로부터 높은 것으로 정렬시키며, 측정치들 중 최소의 10% 에 대한 평균, 또는 몇몇 유사한 통계치를 취할 수도 있다. 이것은 평균 바이어스를 상당히 감소시키며, 평균화의 이점을 이용하는 것이다.

만약 기지국이 매우 안정적인 클럭을 가지면, 원격 이동 유닛들로부터의 업데이트들 사이의 시간을 유지하기 위하여 이 클럭을 사용할 수도 있다. 클럭은 다중경로로 인한 이동국으로부터의 불량한 측정치를 제거하기 위하여 평활화 프로세스 (smoothing process) 에 사용할 수도 있다. 또한, 이동국으로부터의 측정치들은, 예를 들어, 에이징 (aging) 으로 인하여, 기지국 클럭의 장기간 (long term) 안정성을 측정하는데 이용될 수도 있다. 일 예로, GSM 하이퍼프레임 (hyperframe) 은 약 3.48 시간이며, 수퍼프레임은 6.12 초이다. 따라서, 하이퍼프레임은 약 12528 초이다. 차동 정정 (differential corrections) 이 없는 전형적인 GPS 시간 측정은 약 100 나노초에서 정확해야 한다. 이 정확도는 기지국 오실레이터의 장기간 주파수에 대한 측정치를 대략 100 나노초/12528초 = 8x10^-12이 되도록 한다. 또한, 6.12 초의 주기에 대한 측정은 약 1.6x10^-8의 장기간 주파수의 정확도를 허용한다. 장기간 안정성의 이러한 측정은 동일한 이동 수신기로 수개의 시각을 측정함으로써 가장 잘 수행된다. 따라서, 정지된 또는 천천히 움직이는 이동국은 이러한 목적에 가장 적합하다. 이동국 위치에 대한 연속적인 측정은 이동 수신기의 역학에 관하여 요구되는 정보를 제공한다.

상당한 사용자 모션 (motion) 이 있는 경우, 어떠한 도플러 관련 영향도 상술한 타이밍 측정에 영향을 미치지 않는 것이 중요하다. 특히, 만약 이동국이 한 순간에 시간을 측정하고, 다른 순간에 발생하는 셀룰러 신호 프레임 경계와 관련된 시각을 예측하면, 이동국의 모션에 의해 에러가 발생할 수 있다. 특히, 이것은, 이동국이 신속하게 움직이거나 시간 인스턴스들에서의 차이가 클 경우이다. 이런 형태의 문제를 처리하는데 다수의 방법이 존재한다. 예를 들어, 만약 이동국이 자신의 속도를 결정할 수 있으면, 이동국과 기지국 사이의 범위 레이트 (range rate) 와 관련되는 도플러로 인한 에러를 보상할 수 있는 기지국에 이데이터를 제공할 수도 있다.

비록 본 발명의 방법들 및 장치들을 GPS 위성을 참조하여 설명하였지만, 그 기술들은 슈도라이트 (pseudolites) 또는 위성과 슈도라이트의 조합을 이용하는 측위 시스템에 동등하게 적용할 수 있다. 일반적으로, 슈도라이트는 GPS 시간과 동기되는 L-대역 캐리어 신호상으로 변조될 수도 있는 PN 코드 (GPS 신호와 유사) 를 브로드캐스트하는 지면 기반 (ground based) 송신기이다. 각각의 송신기에는 원격 수신기에 의한 식별을 허용하도록 고유의 PN 코드가 할당될 수도 있다. 슈도라이트는, 터널, 광산, 빌딩 또는 기타의 폐쇄 지역과 같이, 궤도 위성으로부터의 GPS 신호들을 이용할 수 없는 상황에서 유용하다. 여기서 사용된 "위성" 이라는 용어는 슈도라이트 또는 슈도라이트의 등가물을 포함하도록 의도되며, 여기서 사용된 GPS 신호라는 용어는 슈도라이트 또는 슈도라이트의 등가물로부터의 GPS형 신호를 포함하도록 의도된다.

전술한 설명에서, 본 발명은 미국의 범지구 측위 위성 (GPS) 시스템의 적용에 대하여 설명하였다. 그러나, 이러한 방법들은 유사한 위성 측위 시스템, 및, 특히, 러시아의 Glonass 시스템에 동등하게 적용할 수 있다. 상이한 슈도랜덤 코드를 이용하기 보다는 약간 상이한 캐리어 주파수를 이용하여 상이한 위성들로부터의 방출이 식별된다는 점에서 Glonass 시스템은 GPS 시스템과 본질적으로 상이하다. 여기서 사용된 "GPS" 라는 용어는 러시아의 Glonass 시스템을 포함하여 또 다른 위성 측위 시스템을 포함한다.

전술한 설명에서, 본 발명은 특정한 예시적인 실시형태를 참조하여 설명하였다. 그러나, 청구의 범위에 개시되어 있는 본 발명의 더 넓은 취지 및 범위를 벗어나지 않는 범주내에서 다양한 변형들 및 변경들이 가능하다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적이라기 보다는 예시적인 것으로 간주된다.

Claims

셀룰러 통신 시스템의 제 1 기지국 및 제 2 기지국을 포함하는 2 개 이상의 기지국들간의 시간 동기를 수행하는 방법으로서,

제 1 이동 셀룰러국의 시각 및 위치를 결정하는 단계;

상기 제 1 이동 셀룰러국의 시각 및 위치를 제 1 셀룰러 통신 링크를 통하여 상기 제 1 기지국에 송신하는 단계;

상기 제 1 기지국의 기지 (旣知) 의 위치와 함께 상기 제 1 이동 셀룰러국의 상기 시각 및 상기 위치로부터 상기 제 1 기지국의 시각을 결정하는 단계;

제 2 이동 셀룰러국의 시각 및 위치를 결정하는 단계;

상기 제 2 이동 셀룰러국의 시각 및 위치를 제 2 셀룰러 통신 링크를 통하여 상기 제 2 기지국에 송신하는 단계;

상기 제 2 기지국의 기지 (旣知) 의 위치와 함께 상기 제 2 이동 셀룰러국의 상기 시각 및 상기 위치로부터 상기 제 2 기지국의 시각을 결정하는 단계를 포함하되,

상기 제 1 이동 셀룰러국 및 상기 제 2 이동 셀룰러국은 상기 제 1 및 제 2 이동 셀룰러국의 상기 시각 및 상기 위치를 결정하기 위하여, 함께 위치된 위성 측위 시스템 수신기를 각각 이용하는, 시간 동기의 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 이동 셀룰러국의 상기 시각은 상기 제 1 기지국으로부터 송신되고 상기 제 1 이동 셀룰러국에 의해 수신되는 셀룰러 통신 신호내에 존재하는 프레임 동기 구간에 관하여 측정되는, 시간 동기의 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 기지국의 상기 시각을 결정하는 상기 단계는 상기 제 1 기지국으로부터 송신되는 셀룰러 통신 신호내에 존재하는 프레임 동기 구간에 관한 것인, 시간 동기의 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 셀룰러 통신 링크는 GSM 통신 표준, PDC 통신 표준, PHS 통신 표준, AMPS 아날로그 통신 표준, 북미 IS-136 통신 표준, 또는 비동기 광대역 확산 스펙트럼 CDMA 표준 중 하나의 표준을 이용하는, 시간 동기의 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 이동 셀룰러국 및 상기 제 2 이동 셀룰러국은 동일한 이동 셀룰러국인, 시간 동기의 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 이동 셀룰러국 및 상기 제 2 이동 셀룰러국은 상이한 별도의 이동셀룰러국인, 시간 동기의 수행 방법.
셀룰러 통신 시스템의 제 1 기지국 및 제 2 기지국을 포함하는 2 개 이상의 기지국들간의 시간 동기를 수행하는 시스템으로서,

제 1 이동 셀룰러 수신기의 시각 및 위치를 상기 제 1 기지국에 전달할 수 있는 제 1 이동 셀룰러국의 시각 및 위치를 결정할 수 있는 제 1 위성 위치 시스템 (SPS) 수신기;

상기 제 1 기지국에 커플링되어, 상기 제 1 기지국의 기지 (旣知) 의 위치와 함께 상기 제 1 이동 셀룰러국의 상기 시각 및 상기 위치로부터 상기 제 1 기지국의 시각을 결정할 수 있는 제 1 측정 장치;

제 2 이동 셀룰러 수신기의 시각 및 위치를 상기 제 2 기지국에 전달할 수 있는 제 2 이동 셀룰러국의 시각 및 위치를 결정할 수 있는 제 2 위성 위치 시스템 (SPS) 수신기;

상기 제 2 기지국에 커플링되어, 상기 제 2 기지국의 기지 (旣知) 의 위치와 함께 상기 제 2 이동 셀룰러국의 상기 시각 및 상기 위치로부터 상기 제 2 기지국의 시각을 결정할 수 있는 제 2 측정 장치를 구비하되,

상기 제 1 이동 셀룰러국은 상기 제 1 SPS 수신기와 함께 위치되며, 상기 제 2 이동 셀룰러국은 상기 제 2 SPS 수신기와 함께 위치되는, 시간 동기 수행 시스템
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 SPS 수신기는 인클로져 (enclosure) 내에서 상기 제 1 이동 셀룰러국과 일체형인, 시간 동기 수행 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 SPS 수신기 및 상기 제 1 이동 셀룰러국은 적어도 하나의 공통 구성요소를 공유하는, 시간 동기 수행 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 이동 셀룰러국의 상기 시각은 상기 제 1 기지국으로부터 상기 제 1 이동 셀룰러국으로 송신되는 셀룰러 통신 신호내에 존재하는 프레임 동기 구간에 관하여 측정되는, 시간 동기 수행 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 기지국의 상기 시각을 결정하는 것은 상기 제 1 기지국으로부터 송신되는 셀룰러 통신 신호내에 존재하는 프레임 동기 구간에 관한 것인, 시간 동기 수행 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 셀룰러 통신 링크는 GSM 통신 표준, PDC 통신 표준, 북미 IS-136 통신 표준, PHS 통신 표준, AMPS 아날로그 통신 표준, 또는 비동기 광대역 확산 스펙트럼 CDMA 표준 중 하나의 표준을 이용하는, 시간 동기 수행 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 이동 셀룰러국 및 상기 제 2 이동 셀룰러국은 동일한 이동 셀룰러국이며, 상기 제 1 SPS 수신기 및 상기 제 2 SPS 수신기는 동일한 수신기인, 시간 동기 수행 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 이동 셀룰러국 및 상기 제 2 이동 셀룰러국은 상이한 별도의 이동 셀룰러국이며, 상기 제 1 SPS 수신기 및 상기 제 2 SPS 수신기는 상이한 별도의 수신기인, 시간 동기 수행 시스템.
제 1 항에 있어서,

함께 위치된 SPS 수신기를 포함하는 이동 셀룰러국에서 이동 셀룰러국 시간 바이어스를 결정하는 추가적인 방법을 더 포함하되,

상기 추가적인 방법은,

상기 이동 셀룰러국을 셀룰러 기지국 시뮬레이터 근처에 위치시키는 단계;

상기 셀룰러 기지국 시뮬레이터를 정밀 시간 기준에 동기시키는 단계;

상기 함께 위치된 SPS 수신기를 이용하여, 상기 이동 셀룰러국의 시각을 결정하는 단계;

상기 시각을 이용하여, 상기 이동 셀룰러국 시간 바이어스를 결정하는 단계;

상기 이동 셀룰러국 시간 바이어스를 상기 이동 셀룰러국에 부가되는 메모리에 저장하는 단계를 포함하는, 시간 동기의 수행 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 이동 셀룰러국은 상기 제 1 이동 셀룰러국 및 자신의 SPS 수신기와 실질적으로 동일한 회로를 구비하며, 상기 제 2 이동 셀룰러국 및 자신의 SPS 수신기와 실질적으로 동일한 회로를 구비하는, 시간 동기의 수행 방법.
이동 셀룰러 통신국에서 수행되며, 셀룰러 통신 시스템에서 제 1 기지국에서의 시간을 확립하는 방법으로서,

상기 이동 셀룰러 통신국의 위치 정보를 결정하는 단계;

상기 이동 셀룰러 통신국에서의 시각을 나타내는 시간 표시자를, 상기 제 1 기지국에서 이용할 수 있는 신호에 대하여 결정하는 단계;

상기 위치 정보 및 상기 위치 중 적어도 하나를 송신하고 상기 이동 셀룰러 통신국으로부터 상기 시간 표시자를 송신하며, 상기 시간 표시자, 및 상기 위치 정보 및 상기 위치 중 적어도 하나를 이용하여, 셀룰러 통신 시스템에서 상기 제 1 기지국이 다른 기지국들에 동기되도록 상기 제 1 기지국에서의 시간을 확립하는 단계를 포함하되,

상기 이동 셀룰러 통신국의 위치는 상기 위치 정보로부터 결정하는, 시간확립 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 이동 셀룰러 통신국은 적어도 SPS 위성에 슈도레인지를 포함하는 상기 위치 정보를 결정하는 위성 측위 시스템 (SPS) 수신기를 구비하며, 상기 제 1 기지국에서 이용할 수 있는 상기 신호는 상기 제 1 기지국으로부터 상기 이동 셀룰러 통신국으로 송신되는 셀룰러 통신 신호이며, 상기 시간 표시자는 상기 신호에서의 마커와 관련되는, 시간 확립 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 시간 표시자는 상기 SPS 수신기에 의해 수신되는 SPS 신호의 샘플링과 상기 SPS 신호에서의 시각 메세지 중의 적어도 하나를 포함하는, 시간 확립 방법.
제 19 항에 있어서,

측위 서버는 상기 위치 정보를 수신하고 상기 위치를 결정하며 상기 위치를 상기 제 1 기지국에 제공하는, 시간 확립 방법.
이동 셀룰러 통신국에 대하여 원격적으로 수행되며, 셀룰러 통신 시스템에서 제 1 기지국에서의 시간을 확립하는 방법으로서,

상기 이동 셀룰러 통신국으로부터 상기 이동 셀룰러 통신국에서의 시각을 표현하며, 상기 제 1 기지국에서 이용할 수 있는 신호에 대하여 결정되는 시간 표시자를 수신하는 단계;

상기 제 1 기지국을 다른 기지국들에 동기시키도록 상기 시간 표시자로부터 상기 제 1 기지국에서의 시간을 결정하는 단계를 포함하는, 시간 확립 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 신호는 상기 제 1 기지국으로부터 상기 이동 셀룰러 통신국으로 송신되는 셀룰러 통신 신호인, 시간 확립 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 이동 셀룰러 통신국의 위치를 수신하는 단계를 더 포함하되,

상기 제 1 기지국에서의 상기 시간은 또한 상기 이동 셀룰러 통신국의 상기 위치 및 상기 제 1 기지국의 기지 (旣知) 의 소정 위치로부터 결정되는, 시간 확립 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 위치는 상기 이동 셀룰러 통신국이 고정되지 않은 것으로 미리 결정하지 않으며, 상기 위치 및 상기 기지 (旣知) 의 소정 위치는 상기 이동 셀룰러 통신국과 상기 제 1 기지국 사이의 전파 지연을 결정하는, 시간 확립 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 다른 기지국들은 상기 이동 셀룰러 통신국과 또 다른 이동 셀룰러 통신국들 중 적어도 하나로부터 또 다른 시간 표시자들을 수신함으로써 상기 제 1 기지국에 동기되며, 상기 또 다른 시간 표시자들 및 상기 시간 표시자는 동일한 시간 표준에 기초하는, 시간 확립 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 동일한 시간 표준은 범지구 측위 시스템 (GPS) 시간인, 시간 확립 방법.
셀룰러 통신 시스템에서 이용되는 기지국 장치로서,

무선 셀룰러 송수신기;

상기 무선 셀룰러 송수신기에 커플링되는 네트워크 인터페이스; 및

상기 무선 셀룰러 송수신기에 커플링되는 클럭을 구비하되,

상기 무선 셀룰러 송수신기는 상기 이동 셀룰러 통신국에서의 시각을 나타내는 원격 이동 셀룰러 통신국으로부터의 시간 표시자를 수신하며, 상기 시간 표시자는 상기 기지국 장치에서 이용할 수 있는 신호에 대하여 결정되며, 상기 클럭용 시간은 상기 기지국 장치가 다른 기지국들에 동기되도록 상기 시간 표시자로부터 결정되는, 기지국 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 신호는 상기 기지국 장치로부터 상기 이동 셀룰러 통신국으로 송신되는 셀룰러 통신 신호인, 기지국 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 네트워크 인터페이스는 지상 기반 통신을 상기 무선 셀룰러 송수신기를 통하여 상기 이동 셀룰러 통신국에 전달하며, 상기 무선 셀룰러 송수신기는 상기 이동 셀룰러 통신국의 위치를 수신하며, 상기 클럭용 상기 시간은 또한 상기 위치 및 상기 제 1 기지국의 기지 (旣知) 의 소정 위치로부터 결정되는, 기지국 장치.
제 29 항에 있어서,

상기 클럭에 커플링되며 상기 무선 셀룰러 송수신기와 상기 네트워크 인터페이스 중 적어도 하나에 커플링되어, 상기 위치 및 상기 기지 (旣知) 의 소정 위치로부터 전파 지연을 결정하며, 상기 전파 지연 및 상기 시간 표시자를 이용하여 상기 시간을 설정하거나 상기 클럭에게 정정을 제공하는 디지털 프로세싱 시스템을 더 구비하는, 기지국 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 다른 기지국들은 상기 이동 셀룰러 통신국과 또 다른 이동 셀룰러 통신국들 중 적어도 하나로부터 또 다른 시간 표시자들을 수신함으로써 상기 기지국 장치에 동기되며, 상기 또 다른 시간 표시자들 및 상기 시간 표시자는 동일한 시간 표준에 기초하는, 기지국 장치.
무선 셀룰러 송수신기;

상기 무선 셀룰러 송수신기에 커플링되어, 상기 이동 셀룰러 통신국에서의 시각을 나타내며 기지국에서 이용할 수 있는 신호에 대하여 결정되는 시간 표시자를 결정하는 위성 측위 시스템 (SPS) 수신기를 구비하되,

상기 무선 셀룰러 송수신기는 상기 시간 표시자를 상기 기지국에게 송신하며, 상기 시간 표시자는, 상기 기지국이 상기 이동 셀룰러 통신국과 무선 통신할 수 있는 또 다른 기지국에 동기되도록 상기 기지국에서의 시간을 확립하는데 이용되는, 이동 셀룰러 통신국.
제 32 항에 있어서,

상기 SPS 수신기는 위치를 결정하며, 상기 무선 셀룰러 송수신기는 상기 위치를 상기 기지국으로 송신하며, 상기 신호는 상기 기지국으로부터 상기 이동 셀룰러 통신국으로 송신되는 셀룰러 통신 신호이며, 상기 시간 표시자는 상기 신호에서의 마커와 관련되는, 이동 셀룰러 통신국.
제 33 항에 있어서,

상기 시간 표시자는 상기 SPS 수신기에 의해 수신되는 SPS 신호에서의 시각메세지인, 이동 셀룰러 통신국.