KR20130111603A

KR20130111603A - 무선 네트워크 액세스 포인트들을 시간 동기화하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20130111603A
Application number: KR1020137017682A
Authority: KR
Inventors: 사이 벤카트라만; 친팡 선
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-10-10

Abstract

본 개시물은 시간 동기화된 WLAN 시스템을 제공하는 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다. WLAN 시스템 내의 정지 AP 들은 서로 동기화하도록 GNSS 위성으로부터 정확한 타이밍 정보를 결정할 수 있다. 동기화된 AP 들은 그 후, 의사-레인징 기법들을 사용하여 네트워크 상의 디바이스들에 대한 포지션 정보를 결정하는데 사용될 수 있다.

Description

무선 네트워크 액세스 포인트들을 시간 동기화하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TIME SYNCHRONIZING WIRELESS NETWORK ACCESS POINTS}

본 개시물은 일반적으로, 네트워크 상의 디바이스들의 포지션을 추적하는데 사용된 WLAN 시스템들 및 보다 구체적으로는 포지션 결정들을 용이하게 하기 위한 WLAN 액세스 포인트들의 동기화에 관한 것이다.

무선 로컬 영역 네트워크 (wireless local area network; WLAN) 를 통해 통신할 수 있는 디바이스들의 수 및 종류가 증가함에 따라, 이에 따른 네트워크의 노드들과 연관된 포지션 정보의 결정과 연관된 혜택들이 증가한다. 예를 들어, 전용 WLAN 태그들은 조직 전체에서 이동 상품 및 제품을 식별 및 추적하는데 이용될 수 있다. 일반적으로 실시간 로케이션 서비스들 (real time location services; RTLS) 로서 알려진, 이들 기술들은 다양한 애플리케이션들에서 로지스틱스를 향상시키는, 애셋 및 리소스들의 추적하는 것을 용이하게 한다. WLAN 디바이스들을 정확하게 위치시키는 능력은 또한, 중요한 보안 및 비상 대응 혜택들을 제공한다.

신호 타이밍에 기초하는 전략들을 포함하는, WLAN 디바이스들에 대한 로케이션 정보를 제공하는 다수의 전략들이 가능하다. 통상적으로, 소정 환경 도처의 다수의 액세스 포인트들 (APs) 은 다수의 스테이션들 (STAs), 즉 배치된 WLAN 디바이스들과 통신할 책임이 있다. 그러나, 종래의 AP 들은 대개, 동기화를 달성하는데 있어서 기술적 어려움들 및 동기화를 유지하기 위해 충분히 정확한 클록들을 AP 들에 제공하는 비용으로 인해, 시간 동기화되지 않는다.

동기화된 AP 들 없이, 타이밍-기반 포지셔닝은 STA 와 다수의 AP 들 간의 측정된 라운드-트립 트랜짓 시간들을 사용하는 멀티-래터레이션 (multi-lateration) 방법들에 의해 달성될 수 있다. 인식되는 바와 같이, 이들 라운드-트립 측정들은 AP 에 요청을 전송하고, AP 로부터 응답을 수신하며, 출발 시간 (TOD) 및 도착 시간 (TOA) 을 기록하도록 STA 에 요구한다. 정확한 컨디션들 하에서, 라운드-트립 지연들의 쌍들 간의 차이를 취하고 도착 시간 차 (TDOA) 측정들을 형성함으로써, 송신기 및 수신기 체인들에 따른 공통 시간 지연들이 적어도 부분적으로 소거될 수 있다. 실제로, AP 에서의 요청의 수신과 AP 로부터의 대응하는 확인응답 간의 턴어라운드 (turn-around) 간격은 일관되지 않고, 상이한 제조자들에 의해 만들어진 디바이스들 또는 심지어 동일한 제조자로부터 상이한 모델들에 대해 변할 수도 있다. 따라서, 디바이스들이 동일한 제조자로부터 만들어지는 경우에도, 가끔 WLAN AP 및 STA 디바이스들의 매 쌍에 대한 응답 시간을 캘리브레이팅하는 것은 다루기 힘들다.

AP 들이 몇 나노초 내로 동기화되면 신호 타이밍의 차이 측정들과 연관된 많은 문제들이 방지될 수 있다. 라운드-트립 타이밍 측정들의 계산에 의존하는 대신에, 글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS) 및 다른 글로벌 네비게이션 위성 시스템들 (GNSS) 과 유사한 의사-레인징 (pseudo-ranging) 기법들이 사용되어 STA 들의 포지션을 매우 정확하게 결정할 수 있다.

필요한 정확도를 갖는 타이밍 정보를 위한 간편한 소스들은 GNSS 이다. 예를 들어, WLAN 에서의 네비게이션 위성으로부터의 타이밍 정보를 이용하는 종래의 방법은 AP 들에 GPS 수신기들을 장착하는 것이다. 인식되는 바와 같이, 이는 GPS 시간으로부터의 시간 오프셋을 추정하기 위해 적어도 4 개의 위성들을 포착 및 추적하도록 각각의 AP 에 요구한다. 일단 각각의 AP 가 계산된 시간 오프셋을 가졌으면, AP 의 클록이 따라서 보상될 수 있어, 이들은 동기화된다.

이 접근법과 연관된 단점은 충분한 GPS 수신을 갖도록 각각의 AP 에 요구한다는 것이다. 유감스럽게도, 대부분의 AP 들, 및 특히 RTLS 시스템에서의 사용을 위해 구성된 AP 들은 상대적으로 열악한 신호 수신으로 인해 GPS 포지셔닝에 도움이 되지 않는 실내 환경들 도처에 배치된다. 또한, 포지션 및 시간 오프셋 추정은 또한, 가시적인 GPS 위성들 및 AP 의 상대적 지오메트리에 의해 영향을 받는다. AP 가 단지 하늘의 부분적 뷰 만을 갖는 경우, 결과의 기하학적 정밀도 저하율 (geometric dilution of precision; GDOP) 은 수십 또는 심지어 수백 나노초 정도의 타이밍 에러들을 초래하여, 이 타이밍 정보들을 포지셔닝 애플리케이션들에 덜 적합하게 만들 수 있다.

부가적으로, GPS 수신이 간헐적인 포지셔닝을 허용하기에 충분하여, 드문 타이밍 오프셋 추정을 가능하게 하더라도, AP 들에서의 기준 클록들의 정확도는 통상적으로 시간이 경과함에 따라 필요한 동기화를 유지하기에 불충분하다. 따라서, 실제 상황상, 필수적으로 GPS 시간 오프셋을 연속적으로 추적하여 동기화의 손실을 방지하고 주파수 드리프트 (drift) 를 최소화하는 것이 바람직하다.

따라서, WLAN 시스템 상에서 디바이스들을 동기화하기 위해 타이밍 정보를 획득하는 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 완전한 (full) GPS 수신을 필요로 하지 않고 타이밍 정보를 획득하는 것이 바람직하다. 또한, WLAN 에서 디바이스들의 의사-거리 포지셔닝을 허용하는 것이 바람직하다. 본 개시물의 기법들은 이들 및 다른 필요성들을 처리한다.

상기 필요성들 및 이하에서 언급되고 더욱 명백해질 것들에 따르면, 본 개시물은 수신기부, 타이밍 신호부 및 클록을 포함하는 무선 액세스 포인트에 관한 것이고, 수신기부는 네비게이션 위성에 의해 송신된 신호를 획득하도록 구성되고, 타이밍 신호부는 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신기부에 의해 획득된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하도록 구성되며, 클록은 타이밍 정보로 보상되도록 구성된다. 바람직하게, 수신기부는 정지 위성으로부터 신호를 획득하도록 구성된다. 또한 바람직하게, 타이밍 신호부는 네비게이션 위성으로부터 수신된 신호에서의 대기 에러 (atmospheric error) 들을 보정하도록 구성된다. 인식되는 바와 같이, 액세스 포인트는 보상된 클록을 사용하여 계산된 의사-거리에 기초하여 액세스 포인트와 통신하는 이동국에 대한 포지션 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.

본 개시물의 다른 양태에서, 액세스 포인트는 제 2 액세스 포인트로 타이밍 정보를 중계하도록 구성된 통신 링크를 갖고, 수신기부는 제 2 액세스 포인트에 공통인 위성을 추적하도록 구성된다. 바람직하게, 이러한 실시형태들에서 액세스 포인트의 타이밍 신호부는 위성으로부터의 신호에 대한 트루 트랜짓 (true transit) 시간 및 의사-트랜짓 (pseudo-transit) 시간에 기초하여 액세스 포인트와 제 2 액세스 포인트 간의 시간차를 연산하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 통신 링크는 타이밍 서버를 포함한다.

본 개시물은 또한, 복수의 액세스 포인트들 및 이동국을 갖는 시간-동기화된 무선 네트워크에 관한 것이고, 각각의 액세스 포인트는 네비게이션 위성에 의해 송신된 신호를 획득하고, 액세스 포인트의 기지의 (known) 포지션에 기초하여 수신기부에 의해 획득된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하며, 타이밍 정보에 기초하여 액세스 포인트들의 클록들을 보상하여, 액세스 포인트들과 이동국 간에 송신된 신호들에 대한 의사-거리 계산들을 수행함으로써 이동국의 포지션이 결정되도록 구성된다. 액세스 포인트들 중 적어도 2 개는, 타이밍 서버를 포함하도록 구성될 수 있는, 통신 링크를 통해 서로에게 타이밍 정보를 송신하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 액세스 포인트들 중 적어도 2 개는, 공통 위성을 추적하고 타이밍 서버를 포함하도록 구성될 수 있는 통신 링크를 통해 서로에게 타이밍 정보를 송신하도록 구성된다. 또한, 바람직하게 공통 위성은 정지 위성을 포함한다.

더욱이, 적합한 시간-동기화된 무선 네트워크는 복수의 액세스 포인트들, 이동국, 및 타이밍 서버를 포함할 수 있고, 각각의 액세스 포인트는 네비게이션 위성에 의해 송신된 신호를 획득하고, 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신기부에 의해 획득된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하도록 구성되고, 타이밍 서버는 타이밍 정보에 기초하여 액세스 포인트의 클록들을 보상하고 액세스 포인트들과 이동국 간에 송신된 신호들에 대해 의사-거리 계산들을 수행함으로써 이동국의 포지션을 결정하도록 구성된다.

다른 양태에서, 본 개시물은 무선 액세스 포인트를 제공하는 단계, 액세스 포인트로 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계, 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계, 및 타이밍 정보로 액세스 포인트의 클록을 보상하는 단계를 포함하는 무선 네트워크를 동기화하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시형태들에서, 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계는 정지 위성으로부터 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 본 개시물의 방법들은 또한, 단계가 대기 에러들을 보정하도록 수신된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 피처들은 보상된 클록에 기초하여 의사-거리 계산들을 수행함으로써 액세스 포인트와 통신하는 이동국에 대한 포지션 정보를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 양태들에서, 방법들은 또한, 제 2 액세스 포인트를 제공하는 단계, 제 2 액세스 포인트로 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계, 제 2 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계, 및 타이밍 정보로 제 2 액세스 포인트의 클록을 보상하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 이러한 실시형태들은 또한, 액세스 포인트와 제 2 액세스 포인트 간의 통신 링크를 제공하는 단계 및 통신 링크를 통해 타이밍 정보를 중계하여 액세스 포인트 및 제 2 액세스 포인트의 클록들을 동기화하는 단계를 포함한다. 인식되는 바와 같이, 타이밍 정보를 추출하는 단계는 위성으로부터의 신호에 대한 트루 트랜짓 시간 및 의사-트랜짓 시간에 기초하여 액세스 포인트와 제 2 액세스 포인트 간의 시간차를 연산하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게, 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계들은 정지 위성으로부터 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 추가의 실시형태들은 통신 링크에 대한 타이밍 서버를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 원한다면, 제 1 및 제 2 액세스 포인트들의 클록들을 보상하는 단계들은 타이밍 서버에 의해 수행될 수 있다.

추가의 특징들 및 이점들은, 첨부 도면에 예시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시형태의 다음의 더 특정한 설명으로부터 명백해질 것이고, 도면에 있어서, 동일하게 참조된 부호들은 일반적으로 도면들 전반에 걸쳐 동일한 부분들 또는 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1 은 본 발명에 따른 동기화된 WLAN 시스템의 일 방향 시간 트랜스퍼 구현의 개략적 예시이다.
도 2 는 본 발명에 따른 동기화된 WLAN 시스템의 공통 뷰 시간 트랜스퍼 구현의 개략적 예시이다.

처음에, 본 개시물은 예를 들어 물론 변할 수도 있는, 특별히 예시된 재료들, 아키텍처들, 루틴들, 방법들 또는 구조들에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본원에 설명된 바와 유사하거나 균등한 다수의 이러한 옵션이 본 개시물의 실시형태들의 실시에 있어서 사용될 수 있지만, 바람직한 재료들 및 방법들이 본원에서 설명된다.

본원에서 사용된 용어는 본 개시물의 특정 실시형태들을 설명할 목적일 뿐 한정하도록 의도되지 않음이 또한 이해되어야 한다.

달리 정의되지 않으면, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은, 본 개시물이 관련된 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

또한, 상기한 것이건 하기하는 것이건 본원에서 인용된 모든 공개건들, 특허건들 및 특허출원건들은 참조로 그 전부가 본원에 포함된다.

마지막으로, 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들 ("a, "an" 및 "the") 은, 그 내용이 명확하게 달리 언급되지 않는다면 복수의 지시물들을 포함한다.

당업자에게 알려진 바와 같이, 종래의 GPS 포지션 결정들은 적어도 4 개의 위성들로부터 신호의 수신을 요구하므로, 사용자의 로케이션과 연관된 4 개의 변수들이 결정될 수 있다. 변수들 중 3 개는 3 차원 좌표들, 예컨대 위도, 경고 및 고도에 대응한다. 제 4 변수는 시간과 연관되고, 통상적으로 GPS 위성의 클록을 참조하여 시간 오프셋으로서 계산된다. RTLS WLAN 시스템에서 AP 들이 정지되어 있으면, 3 차원 좌표 시스템에서 이들 포지션들은 고도의 정확도로 결정될 수 있다. 일단 3 차원 좌표들이 알려져 있으면, 단일의 GNSS 위성으로부터의 신호의 수신은 제 4 변수, 시간 오프셋을 결정하기에 충분할 수 있다. 따라서, GNSS 위성 시스템으로부터 타이밍 정보를 획득함으로써, AP 들은 필수적으로 네비게이션 시스템의 더욱 더 정확한 클록을 사용하여, 이들 AP 들이 서로 동기화되는 것을 초래한다. 후술되는 실시형태들에서, GNSS 의 공통의 전세계 기준 시간, UTC (Coordinated Universal Time) 에 대해 각각의 AP 의 클록을 보상하기 위해 동기화 기법들을 사용하는 것이 편리하다. 그러나, 대안의 시간 프레임들, 예컨대 로컬 시간 프레임을 사용하는 동기화가 또한 이용될 수 있다.

이제 도 1 을 참조하면, WLAN 동기화 시스템 (100) 의 제 1 실시형태가 도시된다. 궤도 내의 GNSS 위성 (102) 은 AP (104 및 106) 를 포함하는 다수의 AP 들에 가시적이다. 바람직하게, AP 들은 센티미터 정도의 정확도로 알려진 좌표들을 갖는 포지션들에 배치된다. 유사하게, 위성 (102) 의 포지션은 그 이페메리스 (ephemeris) 로부터 정확하게 결정될 수 있다. GNSS 위성들은 위상 변조된 L-대역 캐리어 상에서 타이밍 신호를 브로드캐스트한다. 따라서, 위성 (102) 에 의한 이 신호 브로드캐스트는 AP 들 (104 및 106) 로의 일 방향 시간 트랜스퍼 결과를 가져오는데 사용된다. 위성 및 AP 의 포지션들이 알려져 있고 AP 들은 공통의 좌표 시스템을 이용하기 때문에, 그들 간의 트루 거리 (true range) 또는 전파 지연이 정확하게 연산될 수 있다. 수신기와 GPS 시간 간의 클록 오프셋에 추가하여, AP 들 (104 및 106) 에서의 의사거리 측정은 이페메리스 에러들, 대류권 및 이온권을 통한 신호 전파, 및 다중경로로 인한 타이밍 에러들을 포함한다. 후술되는 바와 같이, 이들 에러들은 나노초 정도로 위성 (102) 에 대하여 시간 오프셋의 추정을 가능하게 하는 정도로 고려될 수 있다. AP 들 (104 및 106) 양자 모두가 위성 (102) 의 기준 시간에 동기화되기 때문에, AP 들은 본질적으로 서로 동기화된다. 결국, 이는 AP 들과 통신하는 STA (108) 의 포지션이 의사-레인징 기법들을 사용하여 결정되는 것을 허용한다.

전술된 일 방향 시간 트랜스퍼 실시형태에서, 공통의 위성 (102) 은 AP 들 (104 및 106) 의 동기화를 향상시키기 위한 타이밍 정보의 소스로서 개시된다. 그러나, 각각의 GNSS 위성으로부터의 타이밍 정보는 일반적으로 시스템에 대한 글로벌 기준 시간을 결정하기에 충분한 디테일들을 포함하기 때문에, 이 개시물의 기법들은 또한 상이한 위성들로부터 AP 들이 타이밍 정보를 수신하는 상황들에 적용될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 위성 (102) 은 5 도 이상의 상향각에서 가시 가능한 WAAS (Wide Area Augmentation System) 정지 위성이다. 당업자에게 알려진 바와 같이, WAAS 는 항공기 네비게이션 및 랜딩 접근들에 대한 높은 정밀도 및 정확도를 가능하게 하도록 주로 구현되고 있다. WAAS 는 차동 GPS 보정들을 제공하여 정확도를 향상시키고 무결성 (integrity) 모니터링을 제공하여 이용 가능성 및 신뢰도를 향상시키기 위한 레인징 기능과 함께 안전도를 향상시킨다. WAAS 위성들은 동일한 L1 및 L5 캐리어들 상에서 송신하고 통상의 GSP 위성들과 유사한 의사랜덤 코드를 사용한다. 지구 상의 수신된 신호 레벨들은 또한, GPS 의 신호 레벨들과 유사하다. WAAS 클록은 지상국들에 의해 GPS 시간에서 유지된다. AP 의 고정 포지션에 대하여, WAAS 위성은 그 궤도에서 상대적으로 정지해 있다. WAAS 위성들의 포지션이 실제로 하루 새 동안 상당히 변할 수 있으나, 이들 변화들은 브로드캐스트 이페메리스로부터 정확하게 연산될 수 있다.

다른 실시형태들에서, 위성 (102) 은 GPS 시스템의 통상의 24-32 개의 위성들 중 하나를 포함하는, 임의의 다른 적합한 GNSS 위성을 포함할 수 있다. 이러한 위성들의 포지션은 더 많은 연산을 요구할 수도 있으나, 위성들은 정지해 있지 않기 때문에 위성들의 포지션은 여전히 위성들의 이페메리스로부터 정확하게 연산될 수도 있다. AP 들을 동기화하는데 필요한 시간 오프셋 추정을 위해 단지 하나의 위성이 필요하기 때문에, 가시성, 수평선으로부터의 거리, GDOP, 다중경로 취약성 등을 포함하는, 임의의 적합한 기준이 위성을 선택하는데 사용될 수 있다. 상황에 따라, 규칙적인 GPS 위성이 정지 WAAS 위성보다 포착 및 추적하기에 더 쉬울 수 있다. 예를 들어, WAAS 위성들은 적도 부근의 천정 위 또는 부근에 있으나, 상향각 (elevation angle) 은 위도가 증가함에 따라 감소한다. 위도가 매우 높아지는 경우, WAAS 위성들보다 더 좋은 가시성을 갖는 위성들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시형태들에서, GPS 콘스텔레이션의 전체 또는 부분적 가시성을 허용하는 방식으로 AP 들이 위치될 수도 있기 때문에 AP 들의 포지셔닝에 기초하여 이용할 GNSS 위성을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.

상기에서 참조한 바와 같이, 위성 (102) 으로부터 신호의 수신에 기초하여 시간 오프셋을 추정하는 경우 다수의 에러들을 고려하는 것이 바람직하다. 이들 에러들은 이페메리스 계산들, 대류권 및 이온권으로 인한 지연들, 다중경로 간섭에 기초한 것들을 포함한다.

이페메리스 에러들에 관하여, 트루 로케이션 및 클록에 비해 네비게이션 메시지 내에 임베딩된 이페메리스에 의해 주어진 위성 로케이션 및 클록에서의 에러가 있을 수 있다. WAAS 는 이페메리스 형태의 롱 텀 보정들 및 이페메리스 레이트 보정들 및 클록과 클록 레이트 보정들을 제공한다. 빠른 보정들이 또한, GPS 클록 에러들을 빠르게 변경하기 위해 제공된다. 다른 이페메리스 보정들은 위성 (102) 의 선택에 따라 이용될 수 있다. 또한, 많은 셀룰러 또는 WiFi 실시형태들에서, AP 들 (104 및 106) 은 서로 비교적 가깝게 위치된다. 인식되는 바와 같이, 근접도는 이페메리스 에러들을 소거 또는 최소화하는 경향이 있다. 유사하게, 가깝게 위치된 AP 들을 가져, 위성 클록 에러들을 또한 소거 또는 최소화한다.

대류권으로 인한 전파 효과는 통상적으로, 수신기에 대한 위성의 고도에 따라 변하는 GPS 신호의 굴절로 인한 과도한 그룹 지연으로서 보여진다. 이 지연은 천정 (zenith) 에서의 위성에 대해 통상 2.6m 정도이지만, 수평선에 더 가까운 위성들에 대해서는 20m 만큼 클 수 있다. WAAS 위성들에 대해, 대류권 지연 소거는, 위성들이 적도 위에 머물고 이에 따라 낮은 상향각들로 북아메리카에서 가시적이기 때문에 필수적이다. GNSS 위성들은 그것이 로컬 현상이기 때문에 대류권 지연들에 대한 명확한 보정 메시지들을 송신하지 않는다. 당업자는, 여러 알려진 대류권 지연의 추정들이 수신기 위도, 상향각 (elevation angle), 표면 굴절 및 다른 팩터들에 기초하여 지연들을 모델링하는데 이용 가능하고, 이들 모델들 중 하나가 사용되어 에러를 보상할 수 있음을 인식할 것이다. 대류권 컨디션들에 기인하는 지연은 수십 나노초의 범위 내에 있고, 일반적으로 수 나노초 내로 보정될 수 있다.

GNSS 신호 상의 이온층의 주 효과들은 소정 위도들에서 신속한 신호 변동을 초래할 수 있는 그룹 지연 및 전리층 순간변동 (ionospheric scintillation) 이다. 낮은 상향각들, 예컨대 10°미만에서, 과도한 전파 지연은 L-대역에서 45m 만큼 높을 수 있다. GNSS 위성 브로드캐스트들은 명확한 보정들을 포함하고, WAAS 위성들에 의해 송신된 이온층 보정들은 표준 GPS 에서 사용된 모델보다 더 정확하다. 지연 보정들은 L1 대역 상의 신호들에 대한 지정된 IGP (Ionospheric Grid Points) 들에서 수직 지연 추정들로서 브로드캐스트된다. 그리드 포인트들의 밀도는 높은 태양 활동의 주기들 동안 지연에서의 공간 변화들을 고려하기에 매우 충분하다. 고정된 AP 의 로케이션이 알려져 있기 때문에, 그것은 모든 IGP 로케이션들을 메모리에 저장할 필요가 없고, 그 로케이션에 가장 가까운 그리드 포인트를 사용할 수 있다. 정확한 보정을 획득하기 위해, AP 와 관측된 위성 간의 벡터의 IPP (Ionospheric Pierce Point) 가 연산되어 비스듬한 지연 보정을 결정한다. 2-주파수 방법을 사용하는 직접적인 측정들 또는 코드 및 캐리어 위상 측정들과 함께 원한다면 추가의 이온층 보정이 수행될 수 있다.

다중경로 효과들은 반사된 경로들로부터 위성 수신된 신호들의 다수의 지연된 카피들 및 직접적인 신호의 파괴적인 조합 때문이다. 수신기에서, 다중경로는 코드 위상 추정 에러들을 초래하는 보정 기능의 왜곡을 야기한다. 다중경로 에러들은, 시간에 따라 변하고 수신기가 위치되어 있는 환경, 안테나 및 하드웨어 특징들 및 수신기 설계에 의존한다. 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, GPS 및 WAAS 수신기들에서의 다중경로 효과들을 완화하기 위한 다수의 기법들이 이용 가능하다. 현재 바람직한 실시형태들은 정지 위성 (102), 예컨대 WAAS 위성을 특징으로 삼아, 고정된 AP 와 위성 간의 비교적 정적인 링크로 인한 다중경로 에러들에 대한 캘리브레이션 및 보상을 단순화한다. 예를 들어, 많은 다중경로 효과들의 주기적인 성질은 많은 양의 다중경로 에러가 시각 (time of day) 의 함수로서 보정되는 것을 허용한다. 비-정지 위성들이 또한 사용될 수 있지만, AP 에 대한 그 움직임이 정지 위성에 비해 더 빠르기 때문에 다중경로 에러들을 캘리브레이팅 및 보상하는데 더 많은 노력이 요구된다.

인식되는 바와 같이, AP 들 (104 및 106) 은 본 개시물의 시간 동기화 기법들을 이용하도록 소정 레벨의 기능성을 요구한다. 바람직하게, AP 들은 GNSS 위성으로부터 신호를 수신할 수 있다. AP 들은 또한, GNSS 위성으로부터 수신된 타이밍 정보를 사용하여 적합한 대류권 및 이온권 보정들을 수행하고 그 내부 클록을 보상하도록 구성된다. 또한, AP 들 (104 및 106) 에 의해 사용된 이페메리스는 동일해야 한다. 예를 들어, 각각의 AP 는 유효한 브로드캐스트 이페메리스 또는 동일한 네트워크-기반 확장형 이페메리스 또는 ESP (ephemeris self-prediction) 를 사용한다. 일 양태에서, 서버는 공통 이페메리스의 사용을 조절하거나 검증을 수행하여, AP 들에 의해 사용되고 있는 이페메리스가 동일한 것을 보장하도록 이용될 수 있다.

전술된 실시형태들에서, 타이밍 정보는 일반적으로 일-방향 시간 트랜스퍼로서 알려진 프로세스에서 위성으로부터 각각의 AP 들로 직접적으로 송신된다. 본 개시물의 다른 양태는 공통 위성으로부터 타이밍 정보를 수신하고 그 타이밍 정보에 관하여 서로 통신하여 동기화를 향상시키기 위한 적어도 2 개의 AP 들의 사용에 관한 것이다. 이러한 기법들은 공통 뷰 시간 트랜스퍼로서 알려져 있고 적합한 어레인지먼트의 일 예는 도 2 에 도시된다. 도시된 바와 같이, WLAN 동기화 시스템 (200) 은 AP 들 (204 및 206) 을 포함하는 다수의 AP 들에 가시적인, 궤도 내의 GNSS 위성 (202) 을 포함한다. 또한, AP (204 및 206) 는 통신 링크 (208) 를 공유하여, 그 클록들의 직접적인 비교가 위성이 추적하는 것에 관한 시간 차들 및 코디네이션을 연산하는 것을 허용한다, 동기화 정보가 AP 들 사이에서 송신되는 시간이 중요하지 않기 때문에, 유선 및 무선을 포함하는, 임의의 적합한 통신 기법이 이용될 수 있고, 유사하게 임의의 적합한 프로토콜이 사용되어 정보를 중계할 수 있다.

전술된 바와 같이, 일 방향 시간 트랜스퍼 실시형태들은 정확하지 않을 수도 있는 모델들 및 보정들을 사용하여 대류권 및 이온권 지연의 추정을 요구한다. 그러나, 단일 빌딩과 같은 공통 로케이션 내의 AP 들의 네트워크에 대해, 이들 에러들은 거의 동일한 것으로 예측될 수 있다. 이러한 상황들에서, 시스템 (200) 의 공통 뷰 시간 트랜스퍼 기법을 사용하는 AP 들의 쌍을 동기화하는 것은 많은 이들 에러들을 소거하는 것을 허용한다.

여기에 나타낸 실시형태에서, 예를 들어 AP 들 (204 및 206) 은 GNSS 위성 (202) 의 공통 뷰를 갖고, GPS 시간 (T) 에서 송신된 위성으로부터 공통 신호를 수신하는데, 이 GPS 시간은 각각 T' 및 T" 로 표현된, 각각의 AP 에서 기준 시간을 확립하는데 사용된다. 유사하게, 로컬 도착 시간들은 T₂₀₄ 및 Τ₂₀₆ 으로 표현된다. GPS-수신기 클록 오프셋으로 인한 에러들을 고려하면, 대류권 및 이온권 지연들, 다중경로 및 위성 이페메리스가 전술된 바와 같이 존재하고, 의사-트랜짓 시간들이 (T₂₀₄- T') 및 (T₂₀₆-T") 로서 연산될 수 있다.

AP 들 (204 및 206) 이 고정되기 때문에, 그들의 포지션들은 정확하게 결정되고, 위성 (202') 의 포지션은 또한 위성 이페메리스로부터 정확하게 결정될 수 있다. 따라서, 위성 (202) 과 AP 들 (204 및 206) 간의 트루 거리들, 및 이에 따른 트루 트랜짓 시간들 (t₂₀₂ _-204 및 t₂₀₂ _-206) 이 결정될 수 있다. 이와 같이, 각 클록에서의 의사-트랜짓 시간과 트루 트랜짓 시간 간의 차이 만이 에러들을 구성한다. AP 들 (204 및 206) 은 그 후, 링크 (208) 를 통해 서로에게 이들 차이들을 통신한다. 결과적으로, AP 들 간의 시간 차이는 식 (1) 에 나타낸 바와 같이 표현될 수 있다:

이는, T' 및 T" 가 GPS 시간 T 에 대응하는 것을 고려하면, 식 (2) 로 단순화한다:

당업자는, AP 들 (204 와 206) 간의 거리가 단지 수십 또는 수백 미터들 정도인 경우, 이 차이 연산 (differencing operation) 은 이페메리스 에러들, 대류권 및 이온권 지연들로 인한 공통 항들을 소거한다는 것을 인식할 것이다. 각각의 AP 에서의 다중경로 에러들은 전술된 기법들을 사용하는 독립 검량법 (independent calibration) 을 여전히 요구할 수 있다. 현재 바람직한 실시형태들에서, 위성 (202) 은 상기 섹션들에서 설명된 원리들을 사용하는 다중경로 에러 보정을 단순화하는 것을 돕도록, 정지 위성, 예컨대 WAAS 위성이다. 그러나, 설명된 바와 같이, 다른 팩터들이 이용하기에 어느 위성이 바람직한지에 영향을 줄 수 있다.

이 절차는 위성 (202) 의 공통 뷰를 공유하는 시스템 (200) 내의 AP 들의 모든 쌍에 대해 구현될 수 있다. 이 절차를 사용하여 그 클록을 보상한 시스템 (200) 내의 모든 AP 는 대응하여 동기화되고, 의사-레인징 기법들을 사용하여 WLAN 디바이스, 예컨대 STA (210) 의 포지션이 결정되는 것을 허용한다.

전술된 바와 같이, AP 들 (204 및 206) 은 통신 링크 (208) 를 통해 통신한다. 일부 실시형태들에서, 타이밍 정보 서버 (212) 를 포함하도록 링크 (208) 를 구성하는 것이 바람직할 수 있다. AP 들 간의 동기화를 조절하는데 서버가 사용되는 경우, 서버는 또한 AP 들의 포지션 정보, GNSS 위성들에 대한 이페메리스, 다중경로 보정들 등을 제공할 수 있다. 서버는 또한, 공통 위성이 추적하는 것에 관하여 AP 들에 안내 (direct) 한다. 또한, 일 방향 시간 트랜스터를 이용하는 시스템들, 예컨대 시스템 (100) 도 원하는 바와 같은 타이밍 서버를 포함하도록 적응될 수 있다.

본 개시물의 대안의 양태에서, 동기화 및 포지셔닝 계산들은 타이밍 서버에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, AP 들은 GNSS 위성 측정들로부터 획득된 타이밍 정보를 타이밍 서버로 송신하여, 그것이 AP 들 간의 실시간 차이를 유지하는 것을 허용할 수 있다. 모바일 STA 는 유사하게, 신호 타이밍 정보, 예컨대 TDOA 측정들을 타이밍 서버로 송신할 수 있다. 인식되는 바와 같이, 타이밍 서버는 그 후, 적어도 3 개의 TDOA 측정들이 이용 가능한 경우 쌍곡선 포지셔닝 (hyperbolic positioning) 을 수행하기 위해 기하학적 시간차들을 획득하는 것을 포함하는, 임의의 적합한 방식으로 STA 에 대한 포지션 추정을 연산할 수 있다.

현재 바람직한 실시형태들이 본원에 설명된다. 그러나, 본 발명에 관련되는 당업자는 본 개시물의 원리들이 다른 애플리케이션들에 대한 적합한 변형들로 쉽게 확장될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

수신기부, 타이밍 신호부 및 클록을 포함하는 무선 액세스 포인트로서,
상기 수신기부는 네비게이션 위성에 의해 송신된 신호를 획득하도록 구성되고,
상기 타이밍 신호부는 상기 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 상기 수신기부에 의해 획득된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하도록 구성되며,
상기 클록은 상기 타이밍 정보로 보상되도록 구성되는, 무선 액세스 포인트.
제 1 항에 있어서,
상기 수신기부는 정지 위성으로부터 신호를 획득하도록 구성되는, 무선 액세스 포인트.
제 1 항에 있어서,
상기 타이밍 신호부는 상기 네비게이션 위성으로부터 수신된 신호에서의 대기 에러 (atmospheric error) 들을 보정하도록 구성되는, 무선 액세스 포인트.
제 1 항에 있어서,
상기 액세스 포인트는 보상된 상기 클록을 사용하여 계산된 의사-거리에 기초하여 상기 액세스 포인트와 통신하는 이동국에 대한 포지션 정보를 제공하도록 구성되는, 무선 액세스 포인트.
제 1 항에 있어서,
제 2 액세스 포인트로 타이밍 정보를 중계하도록 구성된 통신 링크를 더 포함하고,
상기 수신기부는 상기 제 2 액세스 포인트에 공통인 위성을 추적하도록 구성되는, 무선 액세스 포인트.
제 5 항에 있어서,
상기 타이밍 신호부는 상기 위성으로부터의 신호에 대한 트루 트랜짓 (true transit) 시간 및 의사-트랜짓 (pseudo-transit) 시간에 기초하여 상기 액세스 포인트와 상기 제 2 액세스 포인트 간의 시간차를 연산하도록 구성되는, 무선 액세스 포인트.
제 5 항에 있어서,
상기 통신 링크는 타이밍 서버를 포함하는, 무선 액세스 포인트.
복수의 액세스 포인트들 및 이동국을 포함하는 시간-동기화된 무선 네트워크로서,
각각의 액세스 포인트는 네비게이션 위성에 의해 송신된 신호를 획득하고, 상기 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신기부에 의해 획득된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하며, 상기 타이밍 정보에 기초하여 상기 액세스 포인트들의 클록들을 보상하여, 상기 액세스 포인트들과 상기 이동국 간에 송신된 신호들에 대한 의사-거리 계산들을 수행함으로써 상기 이동국의 포지션이 결정될 수 있도록 구성되는, 시간-동기화된 무선 네트워크.
제 8 항에 있어서,
상기 액세스 포인트들 중 적어도 2 개는 통신 링크를 통해 서로에게 타이밍 정보를 송신하도록 구성되는, 시간-동기화된 무선 네트워크.
제 9 항에 있어서,
상기 통신 링크는 타이밍 서버를 포함하는, 시간-동기화된 무선 네트워크.
제 8 항에 있어서,
상기 액세스 포인트들 중 적어도 2 개는 공통 위성을 추적하도록 구성되는, 시간-동기화된 무선 네트워크.
제 11 항에 있어서,
상기 공통 위성은 정지 위성을 포함하는, 시간-동기화된 무선 네트워크.
복수의 액세스 포인트들, 이동국, 및 타이밍 서버를 포함하는 시간-동기화된 무선 네트워크로서,
각각의 액세스 포인트는 네비게이션 위성에 의해 송신된 신호를 획득하고 상기 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신기부에 의해 획득된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하도록 구성되고,
상기 타이밍 서버는 상기 타이밍 정보에 기초하여 상기 액세스 포인트의 클록들을 보상하고 상기 액세스 포인트들과 상기 이동국 간에 송신된 신호들에 대해 의사-거리 계산들을 수행함으로써 상기 이동국의 포지션을 결정하도록 구성되는, 시간-동기화된 무선 네트워크.
무선 네트워크를 동기화하는 방법으로서,
a) 무선 액세스 포인트를 제공하는 단계;
b) 상기 액세스 포인트로, 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계;
c) 상기 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신된 상기 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계; 및
d) 상기 타이밍 정보로 상기 액세스 포인트의 상기 클록을 보상하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계는 정지 위성으로부터 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 수신된 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계는 대기 에러들을 보정하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 14 항에 있어서,
보상된 상기 클록에 기초하여 의사-거리 계산들을 수행함으로써 상기 액세스 포인트와 통신하는 이동국에 대한 포지션 정보를 결정하는 단계를 더 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 14 항에 있어서,
a) 제 2 액세스 포인트를 제공하는 단계;
b) 상기 제 2 액세스 포인트로, 상기 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계;
c) 상기 제 2 액세스 포인트의 기지의 포지션에 기초하여 수신된 상기 신호로부터 타이밍 정보를 추출하는 단계; 및
d) 상기 타이밍 정보로 상기 제 2 액세스 포인트의 클록을 보상하는 단계를 더 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 액세스 포인트와 상기 제 2 액세스 포인트 간에 통신 링크를 제공하는 단계, 및 상기 통신 링크를 통해 타이밍 정보를 중계하여 상기 액세스 포인트 및 상기 제 2 액세스 포인트의 클록들을 동기화하는 단계를 더 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 타이밍 정보를 추출하는 단계는 상기 위성으로부터의 신호에 대한 트루 트랜짓 시간 및 의사-트랜짓 시간에 기초하여 상기 액세스 포인트와 상기 제 2 액세스 포인트 간의 시간차를 연산하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 네비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 단계는 정지 위성으로부터 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 통신 링크를 제공하는 단계는 타이밍 서버를 제공하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 동기화 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 액세스 포인트들의 클록들을 보상하는 단계는 상기 타이밍 서버에 의해 수행되는, 무선 네트워크 동기화 방법.