KR20040077951A - Ｇｐｓ가 신호하는 정확한 코드의 직접 획득 - Google Patents

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KR20040077951A
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Abstract

일반적으로, 본 발명은 C/A-코드들을 먼저 획득하지 않고 P-코드들을 직접 획득하는 기술에 관한 것이다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 시스템은 GPS (Global Positioning System) 위성으로부터의 P-코드 신호를 추적하고 그 신호로부터 획득 보조 정보를 생성하는 보조 서버를 구비한다. 시스템은 보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하고 그 획득 보조 데이터에 기초하여 위성으로부터 P-코드 신호를 획득하는 이동 유닛을 더 구비한다. 획득 보조 데이터는 위성의 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 초기 시간 오프셋을 나타내는 TOW (time-of-week) 데이터를 포함할 수도 있다. 이동 유닛은 TOW 데이터에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 국부적으로 발생시키는 기준 발생기를 구비할 수도 있다.

Description

ＧＰＳ가 신호하는 정확한 코드의 직접 획득 {DIRECTLY ACQUIRING PRECISION CODE GPS SIGNALS}
배경
관련 출원
본 출원은 2002 년 2 월 8 일자로 출원된 미국 가출원 제 60/355,212 호 및 2002 년 3 월 6 일자로 출원된 미국 가출원 제 60/362,476 호의 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 GPS (Global Positioning System) 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성들로부터 GPS 신호들을 획득하는 것에 관한 것이다.
GPS 는 세계의 거의 어느 곳에서의 위치, 속도, 및 시간 정보를 제공하도록 설계된 위성 항법 시스템이다. GPS 는 미국방부에 의해 개발되었으며, 일반적으로 24 개의 운용 위성의 집합체를 포함한다.
GPS 는 2 가지 레벨의 서비스 즉, 표준 위치측정 서비스 및 정밀 위치측정 서비스를 제공한다. 표준 위치측정 서비스 (SPS) 는 모든 GPS 사용자가 이용할 수 있는 위치측정 및 타이밍 서비스이다. SPS 는 C/A-코드 (coarse acquisition pseudorandom code) 및 항법 데이터 메시지를 이용한다. SPS 는 수평적으로 100 미터 (95%) 및 수직적으로 156 미터 (95%) 의 비교적 예측가능한위치측정 정밀도, 그리고 340 나노초 (95%) 이내의 시간 전송 정밀도를 제공한다.
정밀 위치측정 서비스 (PPS) 는 권한부여된 사용자들이 연속적이고 세계적인 베이스에 의해 이용할 수 있는 매우 정확한 군사적 위치측정, 속도, 및 타이밍 서비스이다. PPS 는 P-코드 (Precision Code) 를 이용하며, 주로 미군이 사용하도록 설계되어 있다. P-코드 이용가능한 군사적 사용자 장치는 적어도 수평적으로 22 미터 (95%) 및 수직적으로 27.7 미터의 예측가능한 위치측정 정밀도, 및 UTC 에 대한 200 나노초 (95%) 이내의 시간 전송 정밀도를 제공한다.
GPS 위성은 2 개의 L-밴드 주파수 : L1=1575.42㎒ 및 L2=1227.6㎒ 로 3 개의 PRN (pseudorandom noise) 레인징 코드들을 송신 및 이용한다. 위성들은 1.023 ㎒ 의 칩 레이트에서 GPS L1 캐리어 신호의 1023 의사무작위 2진 바이-페이즈 변조의 시퀀스로서 C/A-코드를 송신하여, 1 밀리초의 코드 반복 간격을 생성한다.
위성들은 시퀀스가 267 일 동안 반복하지 않도록 10.23 ㎒ 의 칩 레이트에서, 의사무작위 2진 바이-페이즈 변조, 대략 1014변조의 보다 더 긴 시퀀스로서 P-코드를 송신한다. 각 GPS 위성은 P-코드 시퀀스의 고유한 1 주 세그먼트를 송신하고, 각 주(week) 마다 그 시퀀스를 리셋시킨다. Y 코드라 지칭되는 제 3 코드는 보안 및 속임수 차단을 증가시키기 위하여 P-코드와 함께 사용되는 암호 시퀀스이다. P-코드 및 Y-코드는 L1 및 L2 주파수에 대하여 이용할 수 있다.
많은 수신기들이 위치, 속도 또는 시간을 결정하기 위하여 위성들로부터 송신된 신호들을 디코드하도록 설계되어 있다. 일반적으로, GPS 신호들을 해독하고 최종 위치를 계산하기 위하여, 수신기는 관측되는 하나 이상의 위성으로부터 GPS 신호들을 획득하고, 그 수신된 신호들을 측정 및 추정하고, 그 신호들로부터 항법 데이터를 복구해야 한다.
GPS 신호들을 탐색 및 획득하고 수신기의 위치를 계산하는 프로세스는 시간이 소요될 수 있다. C/A-코드들을 운반하는 GPS 신호를 획득하기 위하여, 예를 들어, 이동 유닛은 통상적으로 내부적으로 저장된 C/A-코드 시퀀스를 이용하여 GPS 신호간의 프리-러닝(free-running) 상관을 수행한다. 다른 방법으로, 이동 유닛은 전체 시퀀스를 포착하기 위한 시간 지속기간 이상 즉, 1 밀리초 보다 더 크게 GPS 신호의 스냅샷을 수집하고, 버퍼링된 신호와 저장된 C/A 코드 시퀀스를 상관시켜 위성에 대한 시간 오프셋 (의사거리) 을 계산한다.
코드 시퀀스 이외에, 각 위성은 그 궤도 엘리먼트들, 클럭 동작, 시스템 시간, 및 상태 메시지와 같은, 소위 "궤도력(ephemeris)" 데이터를 포함하는 항법 메시지를 송신한다. 위성의 의사거리의 계산시에, 이동 유닛은 궤도력 데이터를 추출하고, 위성들에 대하여 계산된 의사거리들 및 위성들로부터 수신된 궤도력 데이터에 기초하여 최종 위치를 계산한다.
위치 보조 획득은 C/A-코드들의 획득 프로세스를 가속하기 위하여 상업용의 이동 유닛들내에 사용되었던 하나의 기술이다. 이 접근방법에 따르면, C/A-코드들을 획득하는 프로세스는 이동 유닛과 네트워크 사이에 분배되어 있다. 위치 보조 서버는 기준 GPS 수신기로서 기능하고, 셀룰러 기지국과 같이 계속해서 고정된 위치에서 작동한다. 이동 유닛이 C/A-코드를 획득하고자 하는 경우, 이동유닛은 위치 서버와 통신하고, 궤도력 데이터를 포함하는 보조 정보를 요청한다. 이동 유닛은 궤도력 데이터를 이용하여 상관 프로세스를 가속하여 C/A-코드들을 획득한다. 특히, 이동 유닛은 보조 서버로부터 수신된 궤도력 데이터에 기초하여 시간 오프셋을 근사화함으로써, 수행될 상관 횟수를 감소시킬 수 있다.
P-코드들의 획득은 C/A 코드들을 획득하는 것 보다 훨씬 더 계산 집중적일 수 있다. 모든 실용적인 목적을 위하여, P-코드 시퀀스는 반복되지 않는다. 즉, 일 주일에 한 번 소정의 위성을 리셋시키는 전체 P-코드 시퀀스를 버퍼링하지 않는다. 이러한 이유로, 군사용 GPS 수신기들은 종종 P-코드들의 획득을 가속하기 위하여 C/A-코드들을 이용한다. 즉, 이동 유닛은 먼저 C/A-코드들을 획득하여 신호들로부터 궤도력 데이터를 추출한다. 추출된 궤도력 데이터를 이용하는 장치는 C/A-코드들을 이용하여 상관 프로세스를 가속하여 P-코드들을 획득한다.
그럼에도 불구하고, C/A-코드를 이용하여 신호들을 획득하는 경우에도, 프로세스는 종종 수 분이 소요될 수 있다. 많은 경우들에 있어서, 이 긴 프로세싱 시간은 수용할 수 없고, 또한 휴대용 애플리케이션들의 배터리 수명을 크게 제한한다. 획득 프로세스는 약한 신호 또는 재밍 (jamming) 환경에서 더욱 더 어렵게 될 수 있다.
개요
일반적으로, 본 발명은 GPS 위성으로부터 P-코드 신호를 직접 및 효과적으로 획득하는 기술들에 관한 것이다. 즉, P-코드 신호는 위성으로부터 C/A-코드 신호를 먼저 획득할 필요없이 획득될 수 있다.
예를 들어, 일 실시형태에서, 시스템은 GPS 로부터의 신호를 추적하고 그 신호로부터 획득 보조 데이터를 생성하는 보조 서버를 구비한다. 또한, 시스템은 보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하고 그 획득 보조 데이터에 기초하여 위성으로부터 P-코드 신호를 획득하는 이동 유닛을 구비한다. 획득 보조 데이터는 위성의 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스로의 초기 시간 오프셋을 나타내는 TOW (time-of-week) 데이터를 포함할 수도 있다. 이동 유닛은 TOW 데이터에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 국부적으로 발생시키는 기준 발생기를 구비할 수도 있다. 보조 서버는 C/A 신호 또는 P-코드 신호로부터 획득 보조 데이터를 추적 및 생성할 수도 있다. 이동 유닛과 보조 서버는 유선 또는 무선 통신 링크를 통하여 연결될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 방법은 보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하는 단계, 및 그 획득 보조 데이터에 기초하여 위성으로부터의 신호와 연관되는 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 장치는 GPS 위성으로부터 신호를 수신하는 안테나, 및 보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하는 무선 모뎀을 구비한다. 또한, 장치는 그 획득 보조 데이터에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 발생시키는 기준 발생기, 및 획득 보조 데이터에 기초하여 신호와 연관되는 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 결정하는 프로세서를 구비한다.
다른 실시형태에서, 컴퓨터-판독가능한 매체는 프로그램가능한 프로세서로 하여금 획득 보조 데이터를 보조 서버로부터 수신하게 하고, 그 획득 보조 데이터에 기초하여 위성으로부터의 신호와 연관되는 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 결정하게 하는 명령들을 포함한다.
이하, 본 발명의 하나 이상의 실시형태의 세부사항들을 첨부된 도면들 및 상세한 설명부에서 설명한다. 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 이점은 상세한 설명, 도면, 및 청구항들로부터 알 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 이동 유닛이 P-코드 GPS 신호들을 직접 획득하기 위하여 보조 정보를 이용하는 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2 는 이동 유닛의 실시형태의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 3 은 이동 유닛의 작동 모드의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4 는 기술들에 따라 소정의 위성의 의사거리를 계산하는 예시적인 프로세스를 추가적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5 는 P-코드 GPS 신호를 나타내는 디지털 데이터의 할당의 일례를 나타낸다.
도 6 은 시간 불확실성값에 기초하여 중첩-보류 (overlap-save) 법을 이용하는 이동 유닛에 의해 수행되는 상관 동작의 일례를 나타내는 타이밍도이다.
도 7 은 시간 불확실성값이 비교적 큰 경우의 획득 프로세스의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 8 은 복수의 위성을 획득하기 위한 적응형 획득 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
상세한 설명
도 1 은 이동 유닛 (4) 이 위성 (8) 들로부터 P-코드 신호 (6) 들을 직접 획득하기 위하여 획득 보조 데이터를 이용하는 시스템 (2) 의 일례를 나타내는 블록도이다. 보다 상세하게는, 보조 서버 (10) 는 위성 (8) 들로부터의 GPS 신호 (6) 들을 계속해서 모니터 및 추적하고, 그 신호들에 기초하여 획득 보조 데이터를 준비 및 유지한다. 보조 서버 (10) 는 예를 들어 P-코드 GPS 신호 또는 C/A-코드 신호를 추적 및 그 신호로부터 획득 보조 데이터를 추출할 수도 있다. 획득 보조 데이터는 각 위성 (8) 의 TOW 정보를 포함할 수도 있다. 또한, 획득 보조 데이터는 일반적으로 관측되는 위성 (8) 들의 운반체 (S.V.) 식별자, 클럭 동작, 시스템 시간, 각 위성에 대한 도플러 시프트, 상태 메시지 등과 같이, 신호 (6) 들로부터 추출된 궤도력 데이터를 더 포함할 수도 있다.
보조 서버 (10) 는 여기서 설명된 바와 같이, C/A-코드 신호들을 먼저 획득하지 않고 P-코드 신호들을 직접 및 효과적으로 획득하기 위하여 획득 보조 데이터를 이용하는 이동 유닛 (4) 에 획득 보조 데이터를 통신한다. 예를 들어, 이동 유닛 (4) 은 각 위성 (6) 에 대한 P-코드 시퀀스내의 초기 시간 오프셋들을 선택하도록 TOW 정보를 이용한다. 이동 유닛 (4) 은 상관 프로세스 동안에 시퀀스내의 개시 위치들로서 초기 시간 오프셋들을 이용한다. 이러한 방식으로, 이동 유닛 (4) 은 종종 획득 프로세스를 현저하게 감소시킬 수 있고, 위성들에 대한 C/A-코드들을 먼저 획득하지 않고 위성 (6) 들로부터 P-코드 신호들을 획득할 수 있다.
P-코드 신호들의 획득시에, 이동 유닛 (4) 은 그 위치, 속도, 또는 다른 GPS 데이터를 계산한다. 다른 방법으로, 이동 유닛 (4) 은 의사무작위 데이터를 보조 서버 (10) 에 통신할 수도 있다. 의사무작위 데이터 + 그 현재의 궤도력 데이터의 정보에 기초하여, 보조 서버 (10) 는 이동 유닛 (4) 대신에 위치, 속도, 및 다른 GPS 데이터를 계산하고, 그 계산된 GPS 데이터를 이동 유닛 (4) 에 통신한다.
이동 유닛 (4) 은 GPS 신호들을 수신하고 GPS 데이터를 계산할 수 있는 여러 이동 GPS 수신기들 중 어떤 하나의 형태를 가질 수도 있다. 예들은 핸드헬드 GPS 수신기, 비행기, 자동차, 탱크, 배 등과 같은 운반체내에 설치된 GPS 수신기를 포함한다.
보조 서버 (10) 와 이동 유닛 (4) 은, 무선 링크, 직렬 또는 병렬 포트와 같은 하드웨어 인터페이스, 이더넷 접속 등일 수도 있는 링크 (5) 를 통하여 많은 종래의 유선 또는 무선 프로토콜 중 어떤 하나를 이용하여 통신할 수도 있다. 하나의 공통 무선 통신 프로토콜은 다중 통신들이 무선 주파수 (RF) 스펙트럼을 통하여 동시에 수행되는 코드 분할 다중 접속 (CDMA) 프로토콜이다. 다른 예들은 데이터를 통신하기 위하여 협대역 시간분할 다중 접속을 이용하는 GSM (Global System for Mobile Communication) 및 GPRS (General Packet Radio Service) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 이동 유닛 (4) 은 GPS 수신기, 및 보이스 또는 데이터 통신용 무선 통신 장치 모두를 통합할 수도 있다.
보조 서버 (10) 는 고정된 위치를 갖는 고성능 GPS 수신기를 구비할 수도 있다. 예를 들어, 보조 서버 (10) 는 이동 유닛 (4) 과 용이하게 통신하기 위하여 무선 통신 기지국에 연결될 수도 있다.
도 2 는 이동 유닛 (4) 의 일례를 더 상세히 나타내는 블록도이다. 일반적으로, 이동 유닛 (4) 은 GPS 신호 (6) 들을 수신 및 획득하기 위하여 GPS 안테나 (20), 다운 컨버터 (22), 주파수 합성기 (24), 아날로그/디지털 변환기 (ADC;26), 메모리 (28), 디지털 신호 프로세서 (30), 및 기준 발생기 (31) 를 구비한다. 또한, 이동 유닛 (4) 은 보조 서버 (10) 와 통신하기 위하여 무선 모뎀 (32) 및 RF 안테나 (34) 를 구비한다.
다운 컨버터 (22) 는 프로세싱을 위하여 GPS 안테나 (20) 를 통하여 위성 (8) 들로부터 신호 (6) 들을 수신하고, 그 신호들을 주파수 합성기 (24) 에 의해 생성된 신호와 혼합하고, 그 신호들을 L-밴드 주파수들로부터 베이스밴드 주파수로 변환한다. 다운 컨버터 (22) 는 먼저 그 신호들을 중간 주파수로 변환하여 컨디셔닝한 후, 그 컨디셔닝된 신호를 베이스밴드 주파수로 변환한다. 다른 방법으로, 다운 컨버터 (22) 는 L-밴드 주파수들을 베이스밴드 주파수로 직접 변환하기 위하여 ZIF (zero intermediate frequency) 구조를 구현할 수도 있다.
ADC (26) 는 베이스밴드 신호를 샘플링하여 신호의 디지털화된 표현을 생성하고, 그 디지털화된 데이터의 스냅샷을 메모리 (28) 에 저장한다. 예를 들어, 메모리 (28) 는 획득 프로세스 동안에 DSP (30) 에 의해 사용하기 위하여, 통상적으로 베이스밴드 신호의 100 ms 내지 1 초 또는 그 보다 긴 지속기간에 대응하여, 디지털화된 데이터의 연속적인 세트를 저장할 수도 있다.
DSP (30) 는 무선 모뎀 (32) 및 RF 안테나 (34) 를 통하여 보조 서버 (10)와 통신한다. 도 2 에 나타내지는 않았지만, 무선 모뎀 (32) 은 통상적으로 RF 안테나 (34) 로부터 수신된 RF 신호들을 프로세싱하기 위하여 다운 컨버터 및 아날로그/디지털 컨버터를 구비한다. 공통 안테나가 GPS 및 셀룰러 통신에 사용될 수도 있더라도, 셀룰러 통신 신호와 GPS 신호가 통상적으로 다른 RF 대역들을 이용하기 때문에, 별도의 안테나가 선호될 수도 있다.
DSP (30) 는 TOW 정보를 포함하는 획득 보조 데이터를 RF 안테나 (34) 를 통하여 보조 서버 (10) 로부터 수신하고, 획득 프로세스 동안에 사용하기 위한 정보를 저장한다. DSP (30) 는 그 정보를 메모리 (28), 내부의 온-칩 메모리, 또는 다른 적절한 컴퓨터-판독가능한 매체에 저장할 수도 있다. 또한, DSP (30) 는 통상적으로 컴퓨터-판독가능한 매체로부터 인출된 실행가능한 명령들에 따라 동작한다. 이러한 매체의 예들은 RAM (random access memory), ROM (read-only memory), NVRAM (non-volatile random access memory), EERPOM (electrically erasable programmable read-only memory), 플래시 메모리 등을 구비한다. 디지털 신호 프로세서를 참조하여 설명하였지만, 삽입된 프로세서 또는 제어기 중 다른 형태들을 이동 유닛 (4) 내에 사용할 수 있다.
DSP (30) 는 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 정보를 기준 발생기 (31) 에 통신하고, 이 기준 발생기는 이 TOW 정보를 이용하여 메모리 (28) 에 저장된 GPS 신호 데이터를 상관시키기 위한 기준 신호 (33) 를 발생한다. 기준 발생기 (31) 는 디지털 회로에 의해 실현될 수도 있거나 또는 DSP (30) 에 대하여 프로그램된 형태를 가질 수도 있다.
도 3 은 이동 유닛 (4) 의 동작을 추가적으로 나타내는 흐름도이다. 획득 프로세스를 가속하기 위하여, 이동 유닛 (4) 는 무선 모뎀 (32) 및 RF 안테나 (34) 를 통하여 보조 서버 (10) 로부터 획득 보조 데이터를 수신한다(단계 42). 획득 보조 데이터는 각 위성 (8) 에 대한 TOW 정보를 포함하고, 일반적으로 관측되는 위성 (8) 들의 운반체 (S.V.) 식별자, 클럭 동작, 시스템 시간, 각 위성에 대한 도플러 시프트, 상태 메시지 등과 같은 부가적인 괘도력 데이터를 포함할 수도 있다.
P-코드 GPS 신호들을 획득하기 위하여, 이동 유닛 (4) 은 위성 (8) 으로부터 GPS 신호들을 수신하고, 그 신호들의 스냅샷을 메모리 (28) 에 저장한다(단계 44). 다음으로, 이동 유닛 (4) 은 각 송신 위성 (8) 에 대한 TOW 정보를 이용하여 각 P-코드 신호를 획득한다. 특히, 기준 발생기 (31) 는 현재의 위성 (8) 에 대하여 획득되는 TOW 정보에 기초하여 기준 P-코드 시퀀스를 운반하기 위한 신호 (33) 를 국부적으로 발생시킨다(단계 46). 즉, 신호 (33) 는 위성 (8) 에 대하여 획득되는 TOW 정보에 기초하여 P-코드 시퀀스의 서브세트를 운반할 수도 있다. 예를 들어, 기준 발생기 (31) 는 TOW 정보에 기초하여 P-코드 시퀀스내의 초기 시간 오프셋을 선택하고, 그 초기 시간 오프셋으로부터 진행하거나 그 초기 시간 오프셋을 둘러싸는 P-코드 시퀀스의 세브세트를 발생시킬 수도 있다. 보조 서버 (10) 는 HOURS:MINUTER:SECONDS 와 같은 시간기반 포맷의 TOW 정보를 통신하거나 또는 P-코드 시퀀스내의 칩 오프셋으로서 TOW 정보를 통신할 수도 있다.
시퀀스 코드들의 1 프레임 즉, C/A 코드의 1023 칩에 대응하는 길이의 기준시퀀스를 이용하는 C/A-코드들을 획득하는 종래의 시스템들과는 달리, 기준 신호 (33) 에 의해 운반된 P-코드 시퀀스의 길이는 스냅샷 메모리 (28) 내에 저장된 데이터량을 적절하게 초과할 수도 있다. 또한, DSP (30) 는 감도 조건 및 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 초기 시간 불확실성값에 기초하여 메모리 (28) 내에 저장된 스냅샷의 크기를 조정할 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 예를 들어, 데이터의 100ms 분을 버터링하고, 길이가 1 초 또는 그 이상인 기준 신호 (33) 를 이용하는 것이 적절할 수도 있으며, 여기서 1 초는 TOW 정보에서의 불확실성값을 나타낸다.
다음으로, DSP (30) 는 기준 신호 (33) 를 메모리 (28) 내에 저장된 GPS 신호들의 디지털화된 스냅샷과 상관시켜 위성에 대한 시간 오프셋 (의사거리) 를 계산한다(단계 47). 아래에 상세히 설명한 바와 같이, DSP (30) 는 국부적으로 발생된 기준 신호 (33) 와 메모리 (28) 에 저장된 데이터 사이에 다수의 상관 동작들을 수행하여 의사거리의 매우 빠른 계산을 허용하는 FFT (Fast Fourier Transform) 알고리즘을 이용한다. 특히, FFT 알고리즘은 모든 이러한 위치들의 동시 및 병렬 탐색을 허용하므로, 요구되는 상관들의 횟수가 큰 경우 종래의 접근방법들에 비하여 요구된 계산 프로세스를 크기의 정도 만큼 빠르게 한다.
상술한 바와 같이, 메모리 (28) 는 비교적 긴 시간 간격에 대응하여 디지털화된 데이터 스트림을 포착한다. 고속 컨볼루션 방법들을 이용한 큰 블록의 데이터의 효과적인 프로세싱은 예를 들어 수신이 빌딩, 나무, 또는 다른 장애물들로부터의 부분적인 방해로 인하여 불량한 경우, 낮은 수신 레벨들에서 신호 (6) 들을프로세스하는 능력에 기여한다. DSP (30) 는 메모리 (28) 내에 동일하게 버퍼링된 데이터를 이용하여, 가시적인 GPS 위성 (8) 들, 통상적으로 지구를 선회하는 24 개 위성 중 8 개 위성에 대한 의사거리를 계산한다. 이는 도시의 방해 상태와 같은 상황에서 종래의 연속 추적 GPS 수신기들에 비하여 개선된 성능을 제공할 수 있고, 여기서 신호 진폭은 빠르게 변화한다.
일단 DSP (30) 가 관측되는 각 위성 (8) 에 대한 의사거리의 계산을 완료하면(단계 48), DSP (30) 는 각 위성 (8) 에 대하여 계산된 의사거리 및 보조 서버 (10) 에 의해 이동 유닛 (4) 에 제공된 괘도력 정보에 기초하여 이동 유닛 (4) 의 위치를 계산한다(단계 49). 다른 방법으로, DSP (30) 는 모뎀 (32) 을 통하여 그 의사거리들을 보조 서버 (10) 로 송신하고, 이 보조 서버 (10) 가 최종 위치를 계산할 수도 있다.
도 4 는 소정의 위성에 대한 의사거리를 계산하기 위한 예시적인 프로세스를 추가적으로 나타내는 흐름도이다. GPS 신호들의 스냅샷 및 보조 서버 (10) 로부터의 획득 보조 정보의 획득시에, DSP 는 포착된 데이터와 신호 (33) 에 의해 운반되는 상기 발생된 기준 PN 코드 시퀀스를 동기화한다(단계 50). C/A-코드 획득 기술들과는 달리, P-코드 GPS 신호를 직접 획득하기 위하여, DSP (30) 는 데이터 비트의 길이를 초과하는 코드 위상의 범위를 프로세스하는데 요청될 수도 있다. 따라서, P-코드들을 획득하기 위하여 먼저 C/A-코드들을 획득하는 종래의 GSP 수신기들과는 달리, 이동 유닛 (4) 은 메모리 (28) 내에 저장된 P-코드 스냅샷으로부터 비트 동기화를 직접 확립한다. 즉, C/A-코드 시퀀스는 단일 데이터 비트내에서복수회 반복하기 때문에, 종래의 GPS 수신기들은 획득을 위하여 비트 에지 동기화와 관련될 필요가 없다. 그러나, P-코드를 직접 획득하는데 있어 하나의 문제점은, 모든 실용적인 목적을 위하여, P-코드 시퀀스가 반복되지 않는다는 것이다. 따라서, 메모리 (28) 내에 저장되는 송신된 GPS 신호들의 비트 간격은 코드 위상의 반복 없이 스냅샷에 걸쳐서 복수회 반복한다.
메모리 (28) 내에 저장되는 디지털화된 데이터와 기준 발생기 (31) 에 의해 생성된 코드 시퀀스를 동기화하기 위하여, DSP (30) 는 시간 불확실성값을 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 정보와 연관시킨다. 보다 상세하게는, 이동 유닛 (4) 는 DSP (30) 가 시간 간격으로 나타내는 일부 시간 불확실성값을 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 정보와 연관시킨다. 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 정보는 보조 서버 (10) 와 이동 유닛 (4) 사이의 통신 지연과 같은 복수의 요인들로 인하여 이동 유닛 (10) 의 실제 TOW 로부터 변화할 수도 있다. 또한, 이는 다른 통신 시스템들에 대하여 변화할 수도 있다. 예를 들어, CDMA 시스템은 시간 지연에 대한 고유 범위를 가질 수 있는 반면에 다른 통신 시스템들은 다른 시간 지연들을 가질 수도 있다.
일반적으로, DSP (30) 는 수신된 TOW 정보와 시간 불확실성에 기초하여 디지털화된 GPS 신호와 기준 신호 (33) 를 동기화한다. 특히, DSP (30) 는 먼저 메모리 (28) 내에 저장되는 디지털화된 데이터 내의 제 1 비트 에지의 위치를 추정한다. 비트 에지들은 초 당 50 비트의 데이터 전송율을 이용하여 계산될 수 있다. 따라서, 비트 에지는 주(week)의 시작에서 개시하여 매 20 ms 마다 발생한다. 10.23 ㎒ 의 칩 레이트가 주어지면, 비트 에지들은 매 204600 칩 마다 발생한다.
상기 추정 및 시간 불확실성에 기초하여, DSP (30) 는 제 1 비트 에지에서 또는 제 1 비트 에지 이전에 상관 프로세스를 개시하기 위하여, 메모리 (28) 내에 저장되는 디지털화된 데이터의 시작에서의 복수의 칩, 및 기준 발생기 (31) 에 의해 생성된 PN 코드 시퀀스의 시작에서의 복수의 칩을 무시한다. 이러한 방식으로, DSP (30) 는 보조 서버 (10) 로부터 전달된 TOW 정보 및 연관된 시간 불확실성을 이용하여 기준 P-코드 시퀀스를 국부적으로 발생시키고, 그 발생된 시퀀스를 메모리 (28) 에 저장된 데이터 비트들에 동기화시킨다. 이러한 방식으로, DSP (30) 는 상관 프로세스 동안에 전체 비트 간격에 걸쳐서 칩들에 대한 정확한 극성이 유지되도록 보증한다.
도 5 는 te의 공칭 전류 TOW 로부터의 TOW 가 0 과초 사이에 있고,가 비교적 작다 (데이터 비트 보다 작음) 라고 가정하여, 메모리 (28) 에 의해 저장된 데이터 스냅샷의 할당의 일례를 나타낸다. 즉,은 이동 유닛 (4) 에 의해 수신된 P-코드 GPS 신호에 대한 실제 TOW 에 대하여 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 에 대한 시간 불확실성을 나타낸다.
나타낸 바와 같이,는 스냅샷의 시작에서의 코드 위상을 나타내고, t0는 그 스냅샷내의 제 1 비트 에지를 나타낸다. 도 5 에 의해 나타낸 가설에서와 같이 시간에서 개시하는 PN 시퀀스가 생성되어 있다고 가정하면, DSP (30) 는 메모리 (28) 의 시작에서의 복수의 샘플 및로부터 t0까지의 시간에 대응하는 PN 시퀀스 (정의됨) 의 시작에서의 복수의 샘플을 무시한다. 동등한 방법은 시간 t0에서 PN 시퀀스 (m 의 초기 비트 경계와 일치하고 이에 의해 정의됨) 를 개시하고, 시간 간격-t0에 동등한 샘플들의 개수 만큼 오리지널 데이터 버퍼 시퀀스로 인덱싱하여 새로운 버퍼를 생성하는 것이다. 이 기술들은 PN 시퀀스가 항상 1 데이터 비트내의 샘플들을 갖는다고 보증한다.
지연내지에 대한 데이터를 프로세싱하기 위하여, 기술들은 스냅샷의 시작에서의 복수의 샘플 및로부터 t0까지의 시간에 동등한 PN 기준에서의 복수의 샘플을 제거한다. 동등하게, DSP (30) 는 시간 t0에서 PN 기준을 개시하고,에 동등한 복수의 샘플들을 메모리 (28) 로 인덱싱할 수도 있다.내지의 다음 지연 범위 및 크기의 다음의 범위들을 처리하기 위하여 유사한 프로세스가 후속될 수 있다.
도 4 를 다시 참조하면, 포착된 데이터 및 발생된 기준 PN 코드 시퀀스를 동기화 (단계 50) 한 이후에, DSP (30) 는 예를 들어 도플러 캐리어 정정 지수를 곱하여 캐리어 의해 도플러 정정을 수행한다(단계 52). 다음으로, DSP (30) 는FFT 동작들을 이용하는 정합 필터를 구현한다. 프로세스 동안에, DSP (30) 는 예를 들어 도플러 캐리어 정정 지수를 곱하여 베이스밴드 신호의 도플러 정정을 수행한다(단계 54).
일반적으로, 정정 프로세스에서, DSP (30) 는 피크를 식별하기 위하여 복수의 도플러 가설 ("주파수 빈") 을 통해 도플러 탐색을 수행한다. 보조 서버 (10) 는, 예를 들어 1000 ㎐ 와 같이 위성에 대한 도플러 표시를 제공할 수도 있다. 도플러 표시에 기초하여, DSP (30) 는 복수의 주파수 빈을 효과적으로 확립하는 예를 들어 50 ㎐의 주파수 증가분을 캐리어 주파수 부근에 할당한다. DSP (30) 는 피크가 검출될 때 까지 주파수 빈들에 대한 상관 동작들을 수행한다.
각 빈에 대하여, DSP (30) 는 기준 신호 (33) 및 메모리 (28) 내의 스냅샷 데이터를 L 블록들로 분할하며, 여기서 최대 블록 크기는 데이터 비트 간격 (204600 P-코드 칩) + P-코드 GPS 신호에 대한 실제 TOW 에 대하여 수신된 TOW 의 추정 시간 불확실성보다 작다. DSP (30) 는 메모리 (28) 내에 포함된 스냅샷 데이터와 기준 신호 (33) 에 의해 운반된 PN 코드 시퀀스 사이의 상대 타이밍을 결정하기 위하여 각 블록에 정합 필터링 동작을 적용한다. 동시에, DSP (30) 는 샘플링 시간에 의해 도플러 시프트의 효과를 보상할 수 있다. DSP (30) 는 후술하는 바와 같이 FFT 알고리즘들을 사용한 고속 컨볼루션 동작을 이용하여 이 동작들의 계산 시간을 크게 감소시킬 수 있다.
각 블록에 대하여, DSP (30) 는 스냅샷 데이터의 FFT 및 기준 신호 (33) 의 FFT 를 계산한다. DSP (30) 는 도플러 정정 이후에, 스냅샷에 기준의 복소 컨주게이트를 곱한다. 상관 피크가 2 개의 시퀀스에 대응하는 지연부분에서 발생한다고 가정하여, 결과로서 GPS 신호의 상대 지연에 동등한 시간 오프셋에서 상관 피크를 갖는다. DSP (30) 는 상관 지연의 세트에 대한 데이터의 크기를 계산하고, 복수의 통합 블록을 통하여 크기들을 합산 (후검출 합의 값으로도 지칭됨) 한다.
도 6 에 나타낸 바와 같이, DSP (30) 는 길이 N 의 데이터 블록들을 컨볼빙하여 FFT를 수행하며, 여기서 N 은 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값에 기초하여 DSP (30) 에 의해 설정되는 바와 같이 메모리 (28) 에 저장된 스냅샷 데이터의 길이이다. DSP (30) 는 N-M 제로를 이용하여 기준 신호의 블록들에 0 을 패딩한다. 이러한 방식으로, 기준 블록들의 0 패딩의 길이는 TOW 와 연관되는 시간 불확실성의 함수가 된다.
또한, DSP (30) 는 도 6 에 나타낸 바와 같이, 중첩-보류법에 의해 각 비트 경계를 벗어나는 데이터를 이전의 블록에 더하며, 여기서 M 은 난제로 (nonzero) 기준 P-코드 칩의 개수와 동등하며, N 은 FFT 크기 통상적으로, 218=262144 칩과 동등하며, B 는 데이터 비트 크기 즉, 204600 P-코드 칩과 동등하다. 아래에 설명한 바와 같이, 정상적으로 M ≤B 이다.
예를 들어, 상술한 바와 같이 제 1 비트 에지에 할당될 때, R(0) 가 t0에 대응하는 PN 코드의 값이고, D(0) 이 메모리 (28) 내의 제 1 데이터 워드이면, DSP(30) 는 이하의 절차 :
을 수행한다.
감도를 개선시키기 위하여, DSP (30) 는 데이터의 다음 L 블록 (중첩됨) 에 의해 컨볼루션을 수행하고, 크기를 계산하고, 선행 블록들 :
을 사용하여 그 크기들을 합산한다.
출력 데이터는 크기 N 을 갖지만, 중첩-보류 컨볼루션의 특징으로 인해, 제 1 N-M 샘플(또는 "래그")들만이 순환 컨볼루션으로부터 발생되는 에일리어스항을 포함하지 않는다. 정상적으로, DSP (30) 는 단지 이 항을 유지한다. 부가적인 래그들은 전체 절차를 반복하는 동시에 기준 시퀀스와 데이터 시퀀스의 상대적 타이밍을 오프셋함으로써 확인될 수도 있다.
일부 프로세싱은 2ms 중 단지 M/10.23×106초만이 프로세싱되기 때문에 손실될 수도 있다. 이는 각 데이터 비트 (총 데이터 비트 크기 204600) 의 제 1 M 샘플들에 대응하는 기준의 M 난제로 샘플들로 인한 것이다. 그 결과는 전체 데이터 비트가 한번에 프로세싱되는 상태에 대한 약 10log(M/204600)dB 의 감도 손실일 수도 있다.
이 손실은 2 개의 방식으로 극복할 수 있다. 만일 2 개의 컨볼루션이 수행된 후, 크기 제곱 동작을 수행하지 이전에 결과들이 더해지면, 여분의 에너지를 획득할 수 있다. 제 2 컨볼루션은 변경된 기준 블록 및 데이터 블록을 이용할 수 있다. 기준 블록과 데이터 블록의 제 1 세트들의 프로세싱은 도 6 에 나타낸 바와 같이 좌측의 M 기준 샘플 및 N 데이터 샘플의 결정으로 개시할 수 있으며, 여기서 컨볼루션 OA 로 지칭된다. 컨볼루션 OB 는 상기 손실을 제거하고, 비트 간격 0 의 음영 간격의 말단에서 개시하는 기준 데이터를 이용하고, 비트 간격 0 의 말단에서 종료한다.
즉, 총 B-M 샘플 (B=204600) 에 대하여, 데이터 샘플 M 내지 204600 에 N+M-B 제로값 샘플들을 패딩하여 총 N 개의 기준 샘플들을 산출한다. 데이터 블록은 시간 M 에서 개시하는 버퍼링된 데이터를 이용하며, 총 N 개의 샘플들로 이루어져 있다. 그 후, 컨볼루션 OB 의 결과를 컨볼루션 OA 의 결과에 더한다. 그 결과는 204600 샘플들의 전체 데이터 비트 지속기간을 이용하여 풀 컨볼루션을제공한다. 다시, 통상적으로 이 컨볼루션의 제 1 N-M 샘플들만이 시간-에일리어싱 왜곡을 피하기 위하여 유지된다.
아마도 더 효율적인 접근방법은 204600 샘플의 FFT 크기를 이용하는 것이다. 이 기술에서, 음영 간격 M 은 비트 간격 B 에 대하여 식별될 수 있다. 이 접근방법은 비트 간격내의 모든 데이터를 프로세싱하기 위하여 2 개의 컨볼루션을 수행할 필요성을 제거한다. 그러나, 이 비표준 크기의 구현은 radix-2 FFT 를 수행하는 것 보다 더 복잡하게 될 수도 있다.
또 다른 접근방법은 M 개의 데이터 샘플들이 1 비트 간격에 동등하게 되도록 데이터를 더 낮은 레이트에서 샘플링하는 것이다. 그러나, 이는 감소된 대역폭으로 인하여 감도가 일부 손실될 수도 있다. 다른 방법으로, 1 데이터 비트와 동등한 크기들에 대하여, 데이터를 이 레이트의 2 배로 샘플링한 후, FFT를 수행한다. 그러나, 이 접근방법은 증가된 계산 시간 및 메모리 용량을 필요로 한다.
도 4 를 다시 참조하면, 정합 필터링 동작을 적용한 이후에, DSP (30) 는 피크 검출을 수행 (단계 56) 하여 위성에 대하여 획득되는 시간 오프셋을 결정한다(단계 58). 특히, DSP (30) 는 FFT 기술들로부터 추출되는 M 개 샘플들의 크기를 계산하고, 그 크기들을 동작중인 버퍼에 더한다. DSP (30) 는 후 검출 합의 값과 동등한 횟수로 이 프로세스를 계속한다. FFT 는 N 개의 출력 샘플을 생성하지만, 프로세싱 이득은 기준 블록 제로 패딩으로 인하여 실제로 M 의 함수이다. 그 후, DSP (30) 는 동작중인 버퍼의 평균을 계산하고, 버퍼 자체로부터 감산한다. 다음으로, DSP (30) 는 RMS 노이즈, 및 k 번째의 RMS와 동등한 동작중인 버퍼내의임계값 세트를 계산한다. DSP (30) 는 노이즈 스파이크들이 종종 "허위 경보(false alarm)" 로 지칭되는 임계값 교차를 발생시킬 수 있는 상태를 피하기 위한 임계값을 선택할 수도 있다.
도 7 은 보조 서버 (10) 로부터 수신된 TOW 와 연관되는 시간 불확실성값이 비교적 큰 경우 즉, 시간 불확실성이 데이터 비트 간격 M 을 초과한 경우의 획득 프로세서의 일례를 나타내는 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 기준 발생기 (31) 는 획득 보조 데이터를 이용하여 기준 의사무작위 코드를 포함하는 신호 (33) 를 국부적으로 발생 (단계 60) 시키고, 기준 신호 (33) 를 GPS 신호들의 디지털화된 스냅샷과 상관시켜 피크 검출을 수행한다(단계 62). 상술한 바와 같이, 각 위성에 대하여, DSP (30) 는 복수의 도플러 "빈"을 통하여 도플러 탐색을 수행하여 피크를 식별한다. 보조 서버 (10) 는 예를 들어 1000㎐ 와 같이 위성에 대한 도플러 표시를 제공할 수도 있다. 도플러 표시에 기초하여, DSP (30) 는 복수의 주파수 빈을 효과적으로 확립하는, 예를 들어 50 ㎐ 의 주파수 증가분을 캐리어 주파수 부근에 할당한다.
만일 피크가 모든 도플러 가설을 통하여 검출되지 않으면(단계 64), DSP (30) 는 저장된 스냅샷 데이터에 대하여 기준 P-코드를 N-M 칩 만큼 "슬라이딩"하여 부가적인 탐색을 수행하며, 여기서 N 은 블록 크기를 나타내며, M 은 비트 간격을 나타낸다(단계 70). 기준 P-코드를 슬라이딩한 이후에, DSP (30) 는 피크가 어떤 빈들내에서 발견될 수 있는지를 판정하는 컨볼루션 동작들의 세트를 반복한다(단계 62). 만일 피크가 모든 도플러 가설을 통하여 검출되지 않으면, 기준 P-코드는 시간 불확실성 범위가 완료될 때 까지 시프프된다(단계 66). 기준 P-코드의 각 슬라이딩에 대하여, DSP (30) 는 상술한 바와 같이 스냅샷을 다음 데이터 비트 경계에 재합성한다. DSP (30) 는 모든 위성들이 탐색될 때 까지 프로세스를 지속하고(단계 74), 최종 위치를 계산한다(단계 76).
도 8 은 다수의 위성들을 획득하기 위한 적응형 획득 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 기준 발생기 (31) 는 신호 (33) 를 국부적으로 발생시키고(단계 80), 기준 신호 (33) 를 GPS 신호들의 디지털화된 스냅샷과 상관시켜 피크 검출을 수행한다(단계 82).
상술한 바와 같이, 각 위성에 대하여, DSP (30) 은 복수의 도플러 "빈"을 통하여 도플러 탐색을 수행하여 피크를 식별한다. 탐색되는 빈들의 개수를 감소시키기 위하여, DSP (30) 는 비교적 짧은 통합 시간을 이용하여, 상대적으로 오버헤드되는 바와 같이 보조 서버 (10) 에 의해 표시되는 위성과 같은 위성들 중 하나를 먼저 탐색한다. 이 위성과 통합 시간에 대하여, DSP (30) 는 상술한 바와 같이 도플러 빈들의 각 세트를 탐색한다. 예를 들어, DSP (30) 는 중앙 빈에서 탐색을 개시하고, 모든 빈들이 소모될 때 까지 바깥쪽으로 진행한다(예를 들어, 빈 주파수 오프셋 0, 오프셋 -50㎐, 오프셋 +50㎐, 오프셋 -100㎐, 오프셋 +100㎐ 등). 각 탐색은 FFT 기반 정합 필터 동작으로부터 출력들의 세트를 생성한다. 만일 어떤 출력이 검출 임계값을 초과하면(단계 84), DSP (30) 는 예비 검출을 선언하고, 현재의 도플러 오프셋, 시간 오프셋 등과 같은 검출 결과를 저장한다(단계 88). 검출이 결정되면, DSP (30) 는, 검출물이 이 오프셋들에 대하여 발견되는지 그리고 현재의 도플러의 신호 세기가 그 이웃에 비하여 최대인지를 판정하기 위하여 이웃하는 도플러 오프셋들에 대한 측정값을 조사하여 검출이 유효한지를 판정한다(단계 90). 만일 최대값이 발견되고, 출력의 SNR (signal-to-noise) 비의 측정값이 의사거리의 양호한 측정값을 산출하기에 충분히 높은 예를 들어 SNR 이 임계값보다 큰 경우, DSP (30) 는 소정의 위성의 프로세싱을 종료한다.
만일 검출물이 발견되지 않으면 (단계 90 의 분기 없음), DSP (30) 는 소정의 위성에 대하여 더 긴 통합 시간을 이용하고, 피크가 검출될 때 까지 또는 최대 통합 시간에 도달할 때 까지 프로세스를 반복한다(단계 92).
일단 위성이 획득되면, DSP (30) 는 후속 위성들에 대한 탐색 공간을 좁게 하기 위하여 위성에 대한 실제 도플러 정보를 이용한다. 특히, 위성 획득시에, DSP (30) 는 획득되는 위성의 도플러 오프셋을 초기 주파수 오프셋으로서 이용한다. 이는 로컬 발진기 드리프트와 같은 어떤 에러 소스들이 다양한 위성 신호들의 프로세싱에 공통적일 수 있다는 점을 이용한다. 그 후, 제 2 위성의 신호는 제 1 위성 신호와 유사한 방식으로 탐색되고, 만일 검출이 적절한 출력 SNR 로 행해지면, 이 위성에 대한 프로세싱이 종료한다. 검출이 다수의 위성에 대하여 행해지면, 그 도플러 오프셋들의 평균 또는 가중 평균 (SNR 에 의해 가중됨) 은 다른 위성들에 대응하는 도플러 탐색을 초기화하는데 사용될 수도 있다. DSP (30) 는 모든 위성이 탐색될때 까지 프로세스를 지속하고(단계 94), 최종 위치를 계산한다(단계 96).
예를 들어, 만일 초기 탐색 시간이 50ms 이고, 위성에 대하여 식별된 도플러오프셋이 0 이면, DSP 는 단지 3 개의 도플러 가설 (빈) 들 즉, 현재의 빈 및 2 개의 이웃하는 빈을 탐색하기만 하면 이 결과를 달성할 수도 있다. 이 결과를 1 초의 통합 시간과 9 개의 도플러 가설을 이용한 탐색과 비교한 후, 탐색 시간 감소 결과는 1초/50 ms × 9빈/3빈과 동등하게 되고, 이는 계산의 회수에 있어서 60 대 1 의 감소와 동등하다. 또한, 더 약한 위성 신호들에 대해서도, 도플러 오프셋의 정확한 초기화는 실질적으로 프로세싱 시간을 절약할 수 있다.
변형예로서, DSP (30) 는 통합 시간을 증가시키기 이전에, 모든 도플러들 및 모든 위성들에 걸쳐서 소정의 통합 시간을 탐색할 수도 있다. 이는 위성 신호들이 바람직하다는 즉, 위성들에 대응하는 신호들이 공중에서 더 크다는 종래의 정보가 없는 경우에 유리하게 된다. 다른 방법으로, 일단 위성, 도플러, 및 통합 시간의 소정의 결합물에 대하여 검출을 행하면, 이 통합 시간은, SNR 이 적절한 의사거리 정밀도를 나타내는 임계값을 초과할 때 까지, 소정의 위성 및 도플러에 대하여 증가될 수 있다. 그 후, DSP (30) 는 이 통합 시간을 변경시킴으로서 위성에 대하여 이웃하는 도플러들을 유사하게 분석할 수도 있다. 이 접근 방법은 통합 시간을 증가시키는 것이 부가적인 저장소를 요구하지 않고 그리고 이전에 프로세싱된 데이터의 손실 없이 행해질 수 있다는 점에서 유리하게 된다.
본 발명의 여러 실시형태들을 설명하였다. 이 및 다른 실시형태들은 이하의 청구항들의 범위에 포함된다.

Claims (70)

  1. 보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 획득 보조 데이터에 기초하여, 위성으로부터의 신호와 연관되는 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 오프셋에 기초하여 이동 유닛의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 획득 보조 데이터는 상기 P-코드 시퀀스에 대한 초기 시간 오프셋을 나타내는 TOW (time-of-week) 데이터를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시간 오프셋을 결정하는 단계는,
    상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 국부적으로 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    기준 의사무작위 코드 시퀀스를 발생시키는 단계는, 상기 초기 시간 오프셋에서 개시하는 P-코드 시퀀스내에 연속 의사무작위 코드들을 포함하도록 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    디지털 데이터의 스트림을 생성하도록 상기 신호를 디지털화하는 단계;
    상기 디지털 데이터량을 버퍼링하는 단계; 및
    상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값에 기초하여 상기 버퍼링된 디지털 데이터량을 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 불확실성값은 사전정의된 불확실성값을 포함하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키는 단계는, 상기 디지털 데이터와 상기 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 동기화시키는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 디지털 데이터와 상기 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 동기화시키는 단계는,
    메모리내에 저장된 디지털 데이터내의 제 1 비트 에지를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 제 1 비트 에지와 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관된 시간 불확실성값에 기초하여, 상기 디지털 데이터내의 복수의 칩 및 기준 의사무작위 코드 시퀀스내의 복수의 칩을 무시 (disregard) 하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키는 단계는, 기준 코드 시퀀스와 디지털 데이터를 크기 N 의 블록들로 분할하는 단계를 포함하며,
    여기서, 블록 크기 N 은 그 신호와 연관된 데이터 비트 간격 M + 상기 수신된 TOW 정보와 연관된 시간 불확실성값 보다 작은 방법
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 기준 코드 시퀀스와 디지털 데이터를 블록들로 분할하는 단계는, M 칩및 N-M 패드된 0 을 가지도록 기준 코드 시퀀스로부터 블록들을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키는 단계는, 상기 기준 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 갖는 상관 피크를 생성하도록 각 블록에 정합 필터링 동작을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 신호의 디지털 데이터에 대하여 기준 코드를 N-M 칩 만큼 슬라이딩하는 단계; 및
    상기 정합 필터 동작들을 반복하는 단계를 더 포함하며,
    여기서, 상관 피크가 피크 임계값 아래에 있는 경우, N 은 블록 크기를 나타내며, M 은 비트 간격을 나타내는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 디지털 데이터에 대하여 기준 코드를 슬라이딩하는 단계는, 상기 기준 코드에 대하여 시프트된 칩들의 총 개수가 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관된 시간 불확실성값을 초과할 때까지, 반복적으로 상기 기준 코드를 슬라이딩하고 상관 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    그 신호에 대한 도플러 오프셋을 식별하기 위하여 복수의 도플러 가설을 통하여 도플러 탐색을 수행하는 단계; 및
    후속 위성들로부터 신호들을 획득하기 위해 도플러 오프셋을 초기 주파수 오프셋으로서 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    제 1 통합 시간을 이용하여, 출력들의 세트를 생성하도록 각 도플러 빈들의 세트에 대한 도플러 탐색을 수행하는 단계; 및
    상기 출력들의 세트에 기초하여 유효한 피크가 검출되지 않는 경우 상기 통합 시간을 증가시키고 상기 프로세스를 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 출력들 중 어떤 것이 검출 임계값을 초과하는 경우에 예비 검출을 선언하는 단계;
    상기 예비 검출과 연관된 현재의 도플러 오프셋을 저장하는 단계; 및
    현재의 도플러 빈의 이웃하는 도플러 빈들의 출력들을 검사함으로써 예비 검출을 확인 (validating) 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 예비 검출을 확인하는 단계는, 현재의 도플러 오프셋의 신호 세기가 이웃하는 도플러 오프셋들에 대하여 최대인지를 판정하도록 이웃하는 도플러 오프셋들의 출력들을 검사하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 획득 보조 데이터는 이동 유닛으로부터 관측되는 위성들에 대한 식별성, 위성들의 위성 도플러 정보에 대한 TOW 데이터, 주파수 동기화 정보, 및 위성들에 대한 위치 정보를 포함하는 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 오프셋을 상기 보조 서버에 통신하는 단계; 및
    상기 보조 서버로부터 위치 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 오프셋에 기초하여 위치를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 획득 보조 데이터는 위성들의 세트를 식별하며, 각 위성들에 대한 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 초기 시간 오프셋을 나타내는 TOW 데이터를 포함하는, 수신 단계;
    상기 위성들로부터 신호들을 수신하는 단계;
    디지털 데이터의 스트림을 생성하기 위하여 상기 신호들을 디지털화하는 단계;
    상기 디지털 데이터량을 버퍼링하는 단계;
    상기 위성들의 각 초기 시간 오프셋들에 기초하여 상기 위성들에 대한 기준 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스들을 국부적으로 발생시키는 단계;
    각 시간 오프셋들을 갖는 상관 피크들을 식별하기 위하여 상기 디지털 데이터를 상기 기준 코드 시퀀스들과 상관시키는 단계; 및
    상기 시간 오프셋들에 기초하여 이동 유닛의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스들과 상관시키는 단계는,
    메모리내에 저장된 디지털 데이터내의 제 1 비트-에지를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 제 1 비트 에지 및 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값에 기초하여, 상기 디지털 데이터내의 복수의 칩 및 각 기준 의사무작위 코드 시퀀스들내의 복수의 칩을 무시하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스들과 상관시키는 단계는, 상기 기준 코드 시퀀스들 및 디지털 데이터를 크기 N 의 블록들로 분할하는 단계를 포함하며,
    여기서, 블록 크기 N 은 신호와 연관된 데이터 비트 간격 M + 상기 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값보다 작으며,
    상기 기준 코드 시퀀스의 블록들은 M 칩 및 N-M 패드된 0 을 갖는 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스들과 상관시키는 단계는, 상기 기준 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 갖는 상관 피크를 생성하기 위하여 각 블록들에 정합 필터링 동작을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 신호의 디지털 데이터에 대하여 소정의 위성의 기준 코드를 N-M 칩 만큼 슬라이딩시키는 단계; 및
    소정의 위성에 대해 정합 필터링 동작들을 반복하는 단계를 더 포함하며,
    여기서, 소정의 위성에 대한 상관 피크가 피크 임계값 아래에 있는 경우, N 은 블록 크기를 나타내며 M 은 비트 간격을 나타내는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 디지털 데이터에 대하여 상기 기준 코드를 슬라이딩하는 단계는, 상기 기준 코드에 대하여 시프트된 칩들의 총 개수가 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값을 초과할 때 까지, 반복적으로 상기 기준 코드를 슬라이딩하고 상기 정합 필터링 동작들을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  29. 제 23 항에 있어서,
    제 1 통합 시간을 이용하여, 신호들 중 제 1 신호들에 대한 출력들의 세트를 생성하기 위하여 도플러 가설들의 각 세트에 대해 도플러 탐색을 수행하는 단계;
    상기 출력들 중 어떤 것이 검출 임계값을 초과하는 경우 예비 검출을 선언하는 단계;
    상기 예비 검출과 연관되는 현재의 도플러 오프셋을 저장하는 단계;
    상기 현재의 도플러 오프셋의 신호 세기가 이웃하는 도플러 오프셋들에 대하여 최대인지를 판정하도록 이웃하는 도플러 오프셋들에 대한 출력들을 검사함으로써 예비 검출을 확인하는 단계; 및
    후속 위성들로부터 신호들을 획득하기 위하여 상기 도플러 오프셋을 초기 주파수 오프셋으로서 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 오프셋을 상기 서버에 통신하는 단계; 및
    상기 서버로부터 위치 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 신호들 중 제 1 신호에 대한 도플러 오프셋을 식별하기 위하여 복수의 도플러 가설을 통하여 도플러 탐색을 수행하는 단계; 및
    상기 다른 위성들 중 하나 이상에 대한 도플러 탐색을 수행하기 위하여 상기 도플러 오프셋을 초기 주파수 오프셋으로서 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  32. 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하는 단계; 및
    위성로부터 C-코드 신호를 먼저 획득하지 않고 상기 획득 보조 데이터에 기초하여 위성으로 P-코드 신호를 직접 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 획득 보조 데이터는 상기 P-코드 신호로의 초기 시간 오프셋을 나타내는 TOW 데이터를 포함하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 데이터에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 국부적으로 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 P-코드 신호를 직접 획득하는 단계는 TOW 데이터에 따라 상기 P-코드 신호를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키는 단계를 포함하는 방법.
  36. GPS (Global Positioning System) 위성으로부터의 신호을 추적하고 상기 신호로부터 획득 보조 정보를 발생시키는 보조 서버; 및
    상기 보조 서버로부터 상기 획득 보조 데이터를 수신하고 상기 획득 보조 데이터에 기초하여 상기 위성으로부터 P-코드 신호를 획득하는 이동 유닛을 구비하는 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 획득 보조 데이터는 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 초기 시간 오프셋을 나타내는 위성에 대한 TOW 데이터를 포함하는 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 이동 유닛은 상기 TOW 데이터에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 국부적으로 발생시키는 기준 발생기를 구비하는 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 이동 유닛은 상기 코드 시퀀스에 대한 신호의 실제 시간 오프셋을 결정하기 위하여 상기 획득 보조 데이터에 기초하여 상기 신호와 상기 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 상관시키는 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 이동 유닛은 상기 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값을 저장하고, 상기 시간 불확실성값에 따라 상기 신호와 상기 기준 의사무작위 코드를 상관시키는 시스템.
  41. 제 36 항에 있어서,
    상기 보조 서버는 셀룰러 통신 시스템의 기지국에 연결되는 시스템.
  42. 제 36 항에 있어서,
    상기 보조 서버는 C/A-코드 신호를 추적하고 상기 C/A-코드 신호로부터 상기 획득 보조 정보를 발생시키는 시스템.
  43. 제 36 항에 있어서,
    상기 보조 서버는 P-코드 신호를 추적하고 상기 P-코드 신호로부터 상기 획득 보조 정보를 발생시키는 시스템.
  44. 위성으로부터 신호를 수신하는 안테나;
    보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하는 무선 모뎀;
    상기 획득 보조 데이터에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 발생시키는 기준 발생기; 및
    상기 획득 보조 데이터에 기초하여 상기 신호와 연관되는 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 결정하는 프로세서를 구비하는 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 시간 오프셋에 기초하여 이동 유닛의 위치를 결정하는 장치.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 획득 보조 데이터는 상기 P-코드 시퀀스에 대한 초기 시간 오프셋을 나타내는 TOW 데이터를 포함하는 장치.
  47. 제 44 항에 있어서,
    상기 GPS 신호로부터 디지털 데이터의 스트림을 생성하는 아날로그/디지털 변환기; 및
    상기 디지털 데이터량을 버퍼링하는 매체를 더 구비하는 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값에 기초하여 버퍼링된 디지털 데이터량을 설정하는 장치.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 신호의 상관 피크를 결정하기 위하여 상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키는 장치.
  50. 제 47 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 디지털 데이터와 상기 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 동기화하는 장치.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 메모리내에 저장된 디지털 데이터내의 제 1 비트 에지를 추정하고, 및 상기 추정된 제 1 비트 에지 및 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값에 기초하여 상기 디지털 데이터 내의 복수의 칩 및 상기 기준 의사무작위 코드 시퀀스내의 복수의 칩을 무시함으로써 상기 디지털 데이터와 상기 기준 의사무작위 코드를 동기화하는 장치.
  52. 제 47 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 기준 코드 시퀀스와 디지털 데이터를 크기 N 의 블록들로 분할하고, 상관 피크를 결정하기 위하여 상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키며,
    여기서, 블록 크기 N 은 신호와 연관된 데이터 비트 간격 M + 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값 보다 작은, 장치.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 프로세서는 M 칩 및 N-M 패드된 0 을 가지도록 기준 코드 시퀀스로부터 블록들을 형성하는 장치.
  54. 제 52 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 신호의 디지털 데이터에 대하여 기준 코드를 N-M 칩 만큼 슬라이딩하고;
    상기 정합 필터 동작들을 반복하며;
    여기서, 상기 상관 피크가 피크 임계값 아래에 있는 경우, N 은 블록 크기를 나타내며, M 는 비트 간격을 나타내는 장치.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 기준 코드에 대하여 시프트된 칩들의 총 개수가 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값을 초과할 때 까지, 반복적으로 상기 기준 코드를 슬라이딩하고 상기 상관 프로세스를 수행하는 장치.
  56. 제 44 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 신호의 도플러 오프셋을 식별하기 위하여 복수의 도플러 가설들을 통하여 도플러 탐색을 수행하고, 후속 위성들로부터 신호들을 획득하기 위해 상기 도플러 오프셋을 초기 주파수 오프셋으로서 이용하는 장치.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 프로세서는 출력들의 세트를 생성하기 위하여 제 1 통합 시간을 이용하여 도플러 빈들의 각 세트에 대한 도플러 탐색을 수행하고, 유효 피크가 상기 출력들의 세트에 기초하여 검출되지 않는 경우 상기 통합 시간을 증가시키고 상기 프로세스를 반복하는 장치.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 프로세서는 출력들 중 어떤 것이 검출 임계값을 초과하는 경우에 예비 검출을 선언하고, 상기 예비 검출과 연관되는 현재의 도플러 오프셋을 저장하고, 이웃하는 도플러 오프셋들에 대한 출력들을 검사하여 상기 예비 검출을 확인하는 장치.
  59. 제 44 항에 있어서,
    상기 획득 보조 데이터는 이동 유닛으로부터 관측되는 위성들에 대한 식별성, 상기 위성들의 위성 도플러 정보에 대한 TOW 데이터, 주파수 동기화 정보, 및 상기 위성들의 위치 정보를 구비하는 장치.
  60. 제 44 항에 있어서,
    상기 프로세서는 디지털 신호 프로세서 (DSP) 를 구비하는 장치.
  61. 프로그램가능한 프로세서로 하여금 보조 서버로부터 획득 보조 데이터를 수신하게 하고;
    상기 획득 보조 데이터에 기초하여 위성으로부터의 신호와 연관되는 P-코드 의사무작위 코드 시퀀스에 대한 시간 오프셋을 결정하게 하는 명령들을 구비하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서로 하여금 상기 시간 오프셋에 기초하여 이동 유닛의 위치를 결정하게 하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  63. 제 61 항에 있어서,
    상기 획득 보조 데이터는 상기 P-코드 시퀀스에 대한 초기 시간 오프셋을 나타내는 TOW 데이터를 포함하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서로 하여금 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 데이터에 기초하여 기준 의사무작위 코드 시퀀스를 국부적으로 발생시키게 하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  65. 제 63 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서로 하여금 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값에 기초하여 그 신호를 나타내는 버퍼링된 디지털 데이터의 량을 설정하게 하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  66. 제 64 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서로 하여금 메모리내에 저장된 디지털 데이터내의 제 1 비트 에지를 추정하고;
    상기 추정된 제 1 비트 에지 및 상기 보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값에 기초하여, 상기 디지털 데이터 내의 복수의 칩 및 상기 기준 의사무작위 코드 시퀀스내의 복수의 칩을 무시하게 하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  67. 제 64 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서로 하여금 상기 기준 코드 시퀀스 및 디지털 데이터를 크기 N 의 블록들로 분할하게 하고,
    상관 피크를 결정하도록 상기 버퍼링된 디지털 데이터를 상기 국부적으로 발생된 기준 코드 시퀀스와 상관시키게 하며,
    여기서, 블록 크기 N 은 신호와 연관되는 데이터 비트 간격 M + 상기 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값 보다 작은 컴퓨터-판독가능한 매체.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서로 하여금 M 칩 및 N-M 패드된 0 을 가지도록 상기 기준 코드 시퀀스로부터 블록들을 형성하게 하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  69. 제 67 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서로 하여금 상기 신호의 디지털 데이터에 대하여 상기 기준 코드를 N-M 칩 만큼 슬라이딩하게 하고;
    상기 정합 필터 동작들을 반복하게 하며,
    여기서, 상관 피크가 피크 임계값 아래에 있는 경우, N 은 블록 크기를 나타내며, M 은 비트 간격을 나타내는 컴퓨터-판독가능한 매체.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 기준 코드에 대하여 시프트된 칩들의 총 개수가 상기보조 서버로부터 수신된 TOW 정보와 연관되는 시간 불확실성값을 초과할 때 까지, 상기 프로세서로 하여금 반복적으로 상기 기준 코드를 슬라이딩하게 하고 상기 상관 프로세스를 수행하게 하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
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