KR20140056247A - 광역 위치결정 시스템(waps)에서의 코딩 - Google Patents

Abstract

실시예는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택함으로써 위치를 결정하는 것을 기재한다. 선택된 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는 상기 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기가, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역에서, 지정 값과 동일하거나 그 미만이도록 세트로부터 선택된다. 각각의 송신기는 위치결정 신호를 송신하고, 상기 위치결정 신호의 적어도 일부분은 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 의해 변조된다. 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 각각의 위치결정 신호를 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 변조한다.

Description

광역 위치결정 시스템(WAPS)에서의 코딩{CODING IN A WIDE AREA POSITIONING SYSTEM (WAPS)}

발명자:

노르만 크레스너

아룬 라구파시

관련 출원

본 출원은 2011년 06월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/502,276호의 이익을 주장한다.

이 출원은 2012년 06월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/535,626호의 가출원이다.

이 출원은 2009년 09월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/557,479호(현재, 미국 특허 번호 제8,130,141호)의 계속 출원인 2012년 03월 05일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/412,487호의 일부 계속 출원이다.

이 출원은 2009년 09월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/557,479호(현재, 특허 제8,130,141호)의 일부 계속 출원인 2011년 11월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제13/296,067호의 일부 계속 출원이다.

이 출원은 2011년 06월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제61/502,272호와 관련된다.

본 발명은 일반적으로 위치결정 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 광역 위치결정 시스템(wide area positioning system)에 관한 것이다.

위치결정 시스템, 예컨대, 글로벌 위치결정 시스템(GPS: Global Positioning System)이 수년 동안 사용되어왔다. 그러나 열악한 신호 상태에서, 이들 종래의 위치결정 시스템은 열화된 성능을 가질 수 있다.

참조에 의한 포함

본원에서 언급되는 각각의 특허, 특허 출원, 및/또는 간행물은 각각의 개별 특허, 특허 출원, 및/또는 간행물이 특정하고 개별적으로 지시되는 것과 동일한 범위까지 그 전체가 참조로서 포함된다.

도 1은 하나의 실시예에 따르는 광역 위치결정 시스템의 블록도이다.
도 2A 및 2B(총체적으로 도 2)는 하나의 실시예에 따라, -1 실행 길이 수준의 길이 1023의 선호되는 골드 코드의 표를 포함한다.
도 3은 하나의 실시예에 따라 선호되는 골드 코드에 대한 자기 상관 대 코드 위상의 도표를 도시한다.
도 4는 하나의 실시예에 따라, 진폭 -1을 갖는 긴 자기 상관 실행을 갖는 골드 코드 쌍의 세트의 표를 포함한다.
도 5는 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드 쌍에 대한 자기 상관 크기 대 코드 위상의 도표를 도시한다.
도 6은 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드 쌍에 대한 송신된 심볼 위상 대 칩 수의 도표를 도시한다.
도 7은 저 상호 상관 값을 갖는 선호되는 최대 길이 코드의 세트의 표이다.
도 8은 하나의 실시예에 따르는 동기화된 비콘의 블록도이다.
도 9는 하나의 실시예에 따르는 리피터 구성을 이용하는 위치결정 시스템의 블록도이다.
도 10은 하나의 대안 실시예에 따르는 리피터 구서을 이용한 위치결정 시스템의 블록도이다.
도 11은 하나의 실시예에 따르는 타워 동기화를 도시한다.
도 12는 하나의 실시예에 따르는 GPS 훈련된 PPS 생성기의 블록도이다.
도 13은 하나의 실시예에 따르는 GPS 훈련된 오실레이터이다.
도 14는 하나의 실시예에 따르는 PPS와 송신기의 아날로그 섹션이 데이터를 송신할 수 있게 해주는 신호 간의 시각 차분을 카운팅하기 위한 신호 다이어그램이다.
도 15는 하나의 실시예에 따르는 차등 WAPS 시스템의 블록도이다.
도 16은 하나의 실시예에 따르는 공통 뷰 시각 전송을 도시한다.
도 17은 하나의 실시예에 따르는 양방향 시각 전송을 도시한다.
도 18은 하나의 실시예에 따르는 수신기 유닛의 블록도이다.
도 19는 하나의 실시예에 따르는 RF 모듈의 블록도이다.
도 20은 하나의 실시예에 따르는 신호의 상향 변환 및/또는 하향 변환을 도시한다.
도 21은 하나의 실시예에 따르는 수신 체인 중 하나가 WAPS 신호를 일시적으로 신하고 프로세싱하기 위해 사용될 수 있는 복수 수신 체인을 갖는 수신기 시스템의 블록도이다.
도 22는 하나의 실시예에 따르는 위치결정 시스템에서 클록 공유를 도시하는 블록도이다.
도 23은 하나의 실시예에 따르는 WAPS에서 GNSS로의 보조 전송의 블록도이다.
도 24는 하나의 실시예에 따르는 GNSS 수신기에서 WAPS 수신기로의 보조 정보의 전송을 도시하는 블록도이다.
도 25는 하나의 실시예에 따르는 WAPS 보조 정보가 WAPS 서버로부터 제공되는 예시적 구성이다.
도 26은 하나의 실시예에 따르는 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위한 흐름도이다.
도 27은 하나의 실시예에 따르는 기준 상관 함수를 추정하기 위한 흐름도이다.
도 28은 하나의 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 29는 대안적 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 30은 또 다른 대안적 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 31은 또 다른 대안 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 32는 대안적 실시예에 따르는 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.
도 33은 하나의 실시예에 따르는 기준 상승 압력 시스템의 블록도이다.
도 34는 하나의 실시예에 따르는 기준 상승 압력 시스템을 통합한 WAPS의 블록도이다.
도 35는 하나의 실시예에 따르는 다양한 시스템으로부터의 레인지 측정을 이용한 하이브리드 위치 추정의 블록도이다.
도 36은 하나의 실시예에 따르는 다양한 시스템으로부터의 위치 추정을 이용한 하이브리드 위치 추정의 블록도이다.
도 37은 하나의 실시예에 따르는, 다양한 시스템으로부터의 레인지 및 위치 추정의 조합을 이용한 하이브리드 위치 추정의 블록도이다.
도 38은 하나의 실시예에 따르는 WAPS/GNSS 시스템으로부터의 위치/속력 추정이 GNSS/WAPS 위치 및/또는 속력 추정치의 품질이 우수한 시점에서 센서의 드리프트 바이어스를 교정하는 데 도움이 되도록 피드백되는 하이브리드 위치결정 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 39는 하나의 실시예에 따르는 명시적인 피드백 없이, GNSS 및/또는 WAPS 유닛에서 위치/속력 계산의 일부로서 센서 파라미터(가령, 바이어스, 스케일 및 드리프트)가 추정되는 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 40은 하나의 실시예에 따르는 센서 교정이 개별 위치 계산 유닛과 분리되는 하이브리드 위치결정 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 41은 하나의 실시예에 따르는 개별 위치 계산 유닛의 상태의 일부로서 센서 파라미터 추정이 이뤄지는 하이브리드 위치결정 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이다.
도 42는 하나의 실시예에 따르는 WAPS와 그 밖의 다른 시스템 간의 정보의 교환을 도시한다.
도 43은 하나의 실시예에 따르는 FM 수신기와 WAPS 수신기 간의 위치, 주파수, 및 시각 추정치의 교환을 도시하는 블록도이다.
도 44는 하나의 실시예에 따르는 WLAN/BT 트랜시버와 WAPS 수신기 간의 위치, 시각, 및 주파수 추정치의 교환을 도시하는 블록도이다.
도 45는 하나의 실시예에 따르는 셀룰러 트랜시버와 WAPS 수신기 간의 위치, 시각, 및 주파수 추정치의 교환을 도시하는 블록도이다.
도 46은 하나의 실시예에 따르는, 병렬 복합 상관기 아키텍처를 도시한다.
도 47은 하나의 실시예에 따르는 병렬 랜덤 액세스 읽기 능력을 갖는 2개의 16-비트 시프트 레지스터 프리머티브로부터 얻은 32-비트 시프트 레지스터 구현예를 도시한다.
도 48은 하나의 실시예에 따르는 시프트 연산 및 리드아웃 연산율을 도시한다.
도 49는 하나의 실시예에 따르는 1023×n-비트 가산기를 구현하는 가산기 트리에 대한 구조를 도시한다.
도 50은 하나의 실시예에 따르는 세션 키 설정의 블록도이다.
도 51은 하나의 실시예에 따르는 암호화에 대한 흐름도이다.
도 52는 대안적 실시예에 따르는 암호화에 대한 보안 아키텍처의 블록도이다.

수신기의 위치를 결정하기 위해 시스템 및 방법이 기재된다. 하나의 실시예의 위치결정 시스템은 위치결정 신호를 브로드캐스트하는 송신기들을 포함하는 송신기 네트워크를 포함한다. 상기 위치결정 시스템은 위치결정 신호(positioning signal) 및/또는 위성 신호(satellite signal)를 획득 및 추적하는 원격 수신기를 포함한다. 상기 위성 신호는 위성 기반 위치결정 시스템(satellite-based positioning system)의 신호이다. 원격 수신기의 제 1 모드는 단말기 기반 위치결정(terminal-based positioning)을 이용하며, 여기서, 원격 수신기가 위치결정 신호 및/또는 위성 신호를 이용해 위치를 계산한다. 상기 위치결정 시스템은 원격 수신기에 연결된 서버를 포함한다. 원격 수신기의 제 2 동작 모드는 네트워크 기반 위치결정(network-based positioning)을 포함하며, 여기서, 서버는 위치결정 신호 및/또는 위성 신호로부터, 원격 수신기가 위치결정 신호 및/또는 위성 신호를 수신하고 상기 서버로 송신하는 원격 수신기의 위치를 계산한다.

하나의 실시예의 위치 결정 방법은 원격 수신기에서 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 포함한다. 위치결정 신호는 복수의 송신기를 포함하는 송신기 네트워크로부터 수신된다. 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템으로부터 수신된다. 상기 방법은 단말기-기반 위치결정(terminal-based positioning) 및 네트워크-기반 위치결정(network-based positioning) 중 하나를 이용하여 원격 수신기의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 단말기-기반 위치결정은 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 이용해 원격 수신기에서 원격 수신기의 위치를 계산하는 것을 포함한다. 상기 네트워크-기반 위치결정은 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나를 이용해 원격 서버에서 원격 수신기의 위치를 계산하는 것을 포함한다.

위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 추가로, 광역 위치결정 시스템에 대한 다중경로(multipath) 완화를 가능하게 하는 개선된 구조를 제공하는 광역 위치결정을 위한 확산 코드(spreading code) 및 장치가 개시된다. 구체적으로, 2진 코드(binary code)에 추가로, 제한된 코드 위상 범위에 걸쳐 매우 우수한 자기 상관 속성 및 상호 상관 속성을 갖는 4치(quaternary) 및 그 밖의 다른 비-2진 확산 코드가 기재된다. 비-2진 코드는 2진 코드보다 더 높은 데이터율(data rate), 가령, 글로벌 위치결정 시스템(GPS)에서 사용되는 데이터율을 가능하게 한다. 이들 코드는 CDMA 멀티플렉싱, TDMA 멀티플렉싱, 주파수 오프셋 멀티플렉싱 또는 이들의 임의의 조합을 이용하는 시스템에서 사용될 수 있다.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트(set)를 선택함으로써, 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법이 기재된다. 선택된 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간의 상호 상관 함수의 크기가 특정 임계치 이하이다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는, 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기(magnitude)가 자기 상관 함수의 피크(peak)에 인접한 특정 범위 내에서 지정된 값 이하이도록, 세트 중에서 선택된다. 송신기의 네트워크의 각각의 송신기가 위치결정 신호를 송신하고, 상기 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 상기 위치결정 신호의 적어도 일부분이 변조된다. 송신기들의 네트워크 중 적어도 2개의 송신기가 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라, 각자의 위치결정 신호를 변조한다.

덧붙여, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택함으로써 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법이 기재된다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 선택된 세트의 임의의 2개의 시퀀스의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 영역 내에서, 특정 임계치 이하이다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트 내 임의의 시퀀스 쌍의 자기 상관 함수의 크기가 지정된 값 이하이도록, 세트 중에서 선택된다. 송신기들의 네트워크의 각각의 송신기는 위치결정 신호를 송신하고, 상기 위치결정 신호의 적어도 일부분이 상기 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조된다. 상기 송신기들의 네트워크 중 적어도 2개의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 각자의 위치결정 신호를 변조한다.

다음의 기재에서, 자기 상관(또는 상호 상관) 함수를 시간 샘플(time sample)의 세트으로서 여길 수 있다. 이러한 이해를 통해, 용어 "영역(region)"은 이 영역에 의해 특정된 시간격 내의 함수의 연접한 시간 샘플들의 세트를 의미한다. 용어 "인접한(adjacent)"은 인근을 의미한다. 하나의 영역 내에서 자기 상관 함수(또는 상호 상관 함수) 크기가 임계치 이하라고 언급될 때, 이는 이 영역 내 상기 자기 상관 함수(또는 상호 상관 함수)의 시간 샘플 각각의 크기는 하나의 영역 내에서 임계치 이하임을 의미한다. 영역이 특정되지 않은 경우, 이는 모든 타임 샘플을 의미한다. 사용되는 시퀀스에 따라, 상호 상관 함수가 실함수 또는 복소함수일 수 있다. 자기 상관 함수는 실함수이지만 양함수 또는 음함수일 수 있다. 대부분의 경우, 이러한 함수의 크기에 관심이 있고, 이들의 극성 및/또는 위상에는 관심이 덜하다. 자기 상관 함수는 피크 값(양의 값임)을 중심으로 대칭이기 때문에, 이러한 함수가 피크 위치에 대응하는 위치보다 높은 영역 내에서 일부 임계치보다 낮은 크기를 가진다면, 자기 상관 크기가 역시 이 임계치보다 낮은 영역이 피크 위치의 아래 영역에 반드시 대칭으로 배치된다. 상호 상관 함수의 경우, 일반적으로 그렇지 않다.

이하의 기재는 신호가 의사랜덤 또는 그 밖의 다른 시퀀스에 따라 변조되는 용어를 사용한다. 이는, 연속하는(일반적으로 짧은) 시간 간격 동안 송신되는 파형의 선택 또는 변경이 시퀀스의 연속하는 요소들에 따라 선택됨을 의미한다. 일반적으로(그러나 필수적으로), 시퀀스의 값에서 파형 선택 또는 변경으로의 고정 맵핑(fixed mapping)이 이뤄진다. 실시예의 예시는 규칙적인 간격으로 0 또는 180도만큼 반송파를 위상 편이(phase shift)시키기 위해 사용되는 값을 갖는 의사랜덤 2진 시퀀스를 포함한다. 대안적 실시예의 예시는 0도, 90도, 180도, 또는 270도만큼 반송파를 위상 편이시키기 위해 사용되는 (4개 중 하나의) 값을 갖는 의사랜덤 4치 시퀀스(pseudorandom quaternary sequence)이다. 그러나 본원의 실시예는 규칙적 또는 불규칙적 위상 편이, 또는 규칙적 또는 불규칙적 간격으로 한정되지 않고, 다양한 변조 방법, 가령, 주파수 편이, 온-오프 키잉(on-off keying), 차동 위상 편이 키잉(differential phase shift keying), 펄스 폭 변조(pulse width modulation) 등에 적용될 수 있다. 일부 경우, 간결성을 위해, 의사랜덤 시퀀스가 신호를 "변조"하도록 사용된다는 기재가 사용된다. 이러한 명명법은 신호가 이러한 시퀀스에 "따라서" 변조된다는 기재와 동일한 의미이다. 문맥상, 변조 유형이 2진 위상 역전(binary phase reversal), 또는 4치 위상 편이, 또는 더 일반적인 변조 유형인 것이 자명할 것이다. 다음의 기재에서, 의사랜덤 변조 또는 확산을 위해 사용되는 시퀀스를 일컬을 때, 시퀀스와 코드라는 용어는 상호 교환 가능하게 사용된다. 이는 정보 스트림을 지칭하는 데이터 시퀀스와 구별된다.

다음의 기재에서, 기재되는 시스템 및 방법에 대한 묘사 및 완전한 이해를 제공하도록 많은 특정 세부사항이 도입된다. 그러나 해당 분야의 통상의 기술자라면, 특정 세부사항 중 하나 이상 없이도, 또는 그 밖의 다른 구성요소, 시스템 등을 포함하여도, 이들 실시예가 실시될 수 있음을 인지할 것이다. 또 다른 경우, 개시된 실시예의 양태를 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 구조 또는 동작이 도시되지 않거나 상세히 기재되지 않는다.

도 1은 하나의 실시예에 따르는 위치결정 시스템의 블록도이다. 본원에서 광역 위치결정 시스템(WAPS: wide area positioning system) 또는 "시스템"이라고도 지칭되는 상기 위치결정 시스템은 동기화된 비콘(beacon)의 네트워크, 상기 비콘 및 글로벌 위치결정 시스템(GPS) 위성을 획득 및 추적하는 수신기 유닛(선택사항으로서 위치 계산 엔진을 가짐), 및 타워(tower)의 인덱스, 과금 인터페이스(billing interface), 사설 암호화 알고리즘(proprietary encryption algorithm)을 포함하는 서버(선택사항으로서 위치 계산 엔진을 가짐)를 포함한다. 시스템은 인가/비인가(licensed/unlicensed) 동작 대역에서 동작하고 비콘은 위치찾기 및 항법 목적으로 사설 파형(proprietary waveform)을 전송한다. 더 우수한 위치찾기 해결책을 위해 WAPS 시스템이 그 밖의 다른 위치결정 시스템과 함께 사용되거나 그 밖의 다른 위치 결정 시스템을 보조하도록 사용될 수 있다.

본원의 맥락에서, 위치결정 시스템은 위도(latitude), 경도(longitude) 및 고도(altitude) 좌표 중 하나 이상의 위치를 찾는 것이다. 'GPS'가 지칭될 때마다, 광의의 글로벌 항법 위성 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)으로서 지칭되는 것이며, 그 밖의 다른 기존 위성 위치결정 시스템, 가령, 글로나스(Glonass)뿐 아니라 미래의 위치결정 시스템, 가령, 갈릴레오(Galileo) 및 컴파스/바이두(Compass/Beidou)까지 포함할 수 있다.

본원에서 상세히 설명될 바와 같이, 하나의 실시예의 WAPS는 동기화된 위치결정 신호를 모바일 수신기에게 브로드캐스트하는 복수의 타워를 포함한다. 하나의 실시예의 타워는 지상형(terrestrial)이지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 지상형 시스템, 특히, 도심 환경에서 동작하는 지상형 시스템에서 특히 발생하는 상당한 문제가 다중경로(multipath)의 존재이다. 이 상황에서, 모바일 수신기는 복수의 직접 및 반사된 경로에 대응하여 송신기로부터 복수의 신호를 수신할 수 있다. 때때로 딜레이 확산(delay spread)이라고 지칭되는 딜레이의 범위가 기하학적 상황에 의해 제한되는 것이 일반적이다. 예를 들어, 1마이크로초의 딜레이 확산이 300미터의 최대 차등 경로 길이에 대응하고 6마이크로초의 확산은 1499미터에 대응한다.

통상의 WAPS는 코딩된 변조, 이른바 확산 스펙트럼 변조(spread spectrum modulation) 또는 의사노이즈(PN)(pseudonoise) 변조를 이용해 광 대역폭을 얻을 수 있다. 이러한 시스템에서, 광대역 변조된 신호(일반적으로 디지털 변조)에 의해 반송파 신호가 변조되고 이러한 광 대역폭은 도착시각(time-of-arrival) 측정 방법을 이용함에 따른 정확한 위치결정을 가능하게 한다. 모바일 수신기는 역-확산 장치(de-spreading device), 일반적으로 정합 필터(matched filter) 또는 상관기(correlator) 시리즈를 이용해 이러한 신호를 프로세싱한다. 이러한 수신기는, 이상적으로 낮은 레벨 에너지로 둘러 싸이는 좁고 강한 피크를 갖는 상호 상관 함수(cross-correlation function)라고 명명되는 파형을 생성한다. 피크의 도착시각은 송신된 신호의 모바일에서의 도착시각을 나타낸다. 정확히 알려진 위치를 갖는 복수의 타워로부터의 복수의 신호에 대해 이 동작을 수행함으로써, 삼변측량 알고리즘(trilateration algorithm)을 통한 모바일의 위치 결정이 가능해진다.

수신된 확산 스펙트럼 신호를 프로세싱하기 위해 정합 필터의 사용을 가정하면, 다중경로가 존재할 때, 상기 정합 필터 출력은 가변 진폭, 딜레이, 및 위상의 겹치는 날카로운 펄스(sharp pulse)의 시리즈를 제공한다. 모바일 수신기는 가장 이른 이러한 펄스의 도착시각을 추정하려 시도한다. 다양한 알고리즘이 이러한 목적으로 사용될 수 있으며, 예를 들면, 리딩 에지 위치찾기 알고리즘(leading edge location algorithm), MUSIC 알고리즘, 최소 평균 제곱 추정 알고리즘(minimum mean square estimation algorithm) 등이 있다.

그러나 발생하는 문제는 일반적으로 피크를 둘러 싸는 에너지가 부수적 피크들의 시리즈, 즉 "사이드로브(sidelobe)"를 포함한다는 것이다. 이상적인 상황(즉, 어떠한 노이즈이나 다중경로도 없는 상황)에서 이러한 사이드로브의 구조의 명세(specification)는 "자기 상관 함수(autocorrelation function)"라고 불리는 함수에 의해 제공된다. 다중경로 환경에서, 이들 부수적 피크는 약한 이른 신호 도착과 혼동될 수 있다. 예를 들어, GPS 시스템에서, C/A 민간 코드(C/A civilian code)의 경우, 특정 2진 확산 코드, 이른바, 1023 심볼의 프레임 길이, 즉 "칩(chip)"를 갖는 "골드 코드(Gold Code)"가 사용된다. 이러한 골드 코드(Gold code)를 수신하는 이상적인 정합 필터(matched filter)는 -65/1023 곱하기 피크 진폭, 63/1023 곱하기 피크 진폭, 및 -1/1023 곱하기 피크 진폭의 진폭의 사이드로브들의 세트를 생성한다. 따라서 가장 큰 사이드로브의 크기는 피크 진폭의 약 0.06배이거나 -24dB이다. 일반적으로 이들 큰 진폭의 사이드로브는 자기 상관 함수의 피크 진폭에 인접하거나 가까울 수 있다. (길이 1023인 경우) 사이드로브 값이 -1/1023 곱하기 피크인 자기 상관의 피크 중심에 넓은 영역을 갖는 코드를 선택함으로써, 개선된 다중경로 추정이 이뤄질 수 있다. 이는 -1 실행 길이(-1 run length)라고 지칭된다. 특히, 이 경우, 상기 -1 실행 길이는 자기 상관 피크의, 진폭 -1/1023 곱하기 피크인 하나의 측부 상의 연접하는 칩들의 개수로 정의된다. 본원에 기재된 실시예는 가장 큰 -1 실행 길이를 갖는 골드 코드(Gold Code)의 세트의 선택이다. 본원에서 상세히 기재되는 바와 같이, 다양한 대안적 실시예에서, 코드 세트의 그 밖의 다른 클래스가 사용될 수 있다.

기재의 간결성을 위해, 본원에서, 엄격히 말하자면, 송신된 코드 시퀀스, 가령, 상기의 골드 코드가 2회 이상 반복되는 경우에 적용되는, 순환하는, 즉, "주기성(periodic)" 자기 상관 함수에 주로 초점이 맞춰진다. 따라서 언급되는 자기 상관 및 상호 상관은, 엄격히 말하자면, 순환 상호 상관 및 순환 자기 상관과 동일한 의미이다. 그러나 이 기재의 아이디어의 적용 및 이점은, 특히, 정합 필터(또는 상관기의 세트)의 출력의 피크 근방의 성능(performance)에 관심이 집중될 때, 비순환, 즉, "비주기성(aperiodic)" 상관에도 적용된다. 정합 필터의 피크 출력 근방에서 비주기적 자기 상관 함수가 순환 자기 상관 함수와 거의 동일하기 때문에, 여기에 해당한다. 마찬가지로, 비주기성 상호 상관 함수는, 상호 상관되는 2개의 시퀀스가 자신의 시작 에포크(epoch)를 거의 정렬되게 할 때 순환 비주기성 상호 상관 함수와 유사할 수 있다.

확산 스펙트럼 변조된 신호가 위치결정에서 사용되기 적합한 신호를 기재했다. 그러나, 일반적으로 다양한 송신기로부터 송신된 신호가 위치결정 위치 계산에 필요한 데이터를 포함하는 경우이다. 예를 들어, 이러한 데이터는 송신기의 지리적 위치, 송신 시점, 환경 데이터(environmental data) 등을 포함할 수 있다. 이러한 저속 데이터의 또 다른 세트가 전체 신호 동기화를 위한 시퀀스를 포함할 수 있다. 어느 경우라도, 이 데이터는 확산 신호의 대역폭보다 훨씬 낮은 속도로 송신되는 것이 일반적이다. 종종 이 데이터는 위치결정을 위해 사용되는 확산 스펙트럼 변조된 신호에 더해 추가로 변조되고, 종종 데이터 에포크는 확산 스펙트럼 변조의 에포크, 예를 들어, 의사랜덤 프레임의 시작부분에 따라 정렬된다. 종종, 확산 스펙트럼 변조와 데이터 변조 모두가 신호 반송파를 위상 편이시키는 데 사용되는 경우라도, 반드시 이 경우는 아니며, 본원의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 덧붙여, 송신되는 신호의 일부분이 임의의 추가 데이터 없이 확산 스펙트럼 변조된 반송파만 포함할 수 있고, 송신되는 신호의 또 다른 부분이 확산 스펙트럼 신호와 데이터 모두에 의해 변조되는 반송파를 포함할 수 있는 경우일 수 있다. 또한, 두 변조 모두 송신되는 신호의 서로 다른 부분으로 제공될 수 있지만, 송신의 서로 다른 부분에서 서로 다른 의사랜덤 시퀀스가 사용될 수 있는 경우일 수 있다. 다음의 기재에서, 용어, 가령, 데이터, 데이터율, 데이터 변조, 데이터 비트, 및 정보 비트가 사용될 때, 이러한 용어는 확산 변조와 대조하여 이 문단에서 언급된 바와 같은 데이터 유형을 일컫는 경우가 일반적이다.

이하에서 상세하게 설명될 바와 같이, 하나의 실시예는 송신되는 변조를 위해, 4치 또는 그 이상의 진수의 코딩되는 변조를 포함한다. BPSK 데이터 모듈 및 BPSK 확산을 이용하는 시스템의 경우, 다중경로 완화를 위해 우수한 -1 실행 길이를 선택하는 것이 충분하다. 4치 확산이 사용될 때, 다양한 지류를 위해 우수한 -1 실행 길이를 갖는 것뿐 아니라, -1 실행 길이에 일치하는 코드 오프셋에 대한 지류의 코드들 간에 매우 우수한 상호 상관 속성을 갖는 것도 필요하다. 본원에 기재된 방법의 대안적 실시예는 코드의 쌍 또는 더 큰 세트를 선택하는 단계를 포함한다.

많은 WAPS가 2진 코딩된 변조를 확산 방법으로서 이용한다. 하나의 실시예는 앞서 기재된 바와 같이, 다중경로의 효과를 최소화하기 위한 방식으로 구성되는 4치 코딩된 변조를 생성한다. 또 다른 더 높은 진수의 코딩 변조도 개시되며, 다중경로 완화와 관련해 유사한 이점을 가진다.

2진 코딩된 변조에서, 송신 소스(transmitting source)가 임의의 경우에서 2개의 파형 중, 2개의 심볼 중 하나에 대응하는 파형(일반적으로, -1 및 +1, 또는 0 및 1로 나타남)을 생성한다. 일반적으로 상기 파형은 2위상 코딩(biphase code)되는데, 이는 신호가 송신되거나, 반송파를 위상 반전시킴으로써, 상기 신호의 역(inverse)이 송신됨을 의미한다. 2진 코딩된 신호를 성신하기 위해, 주파수 편이 키잉(frequency shift keying), 진폭 편이 키잉(amplitude shift keying) 등을 이용하는 것이 가능하다.

4치 코딩된 변조에서, 송신기 소스는 어느 때라도, A, B, C 및 D로 명명될 수 있는 4개의 가능한 심볼 중 하나를 송신한다. 하나의 실시예는 이들 4개의 심볼을 4개의 가능한 위상 중 하나로 맵핑하여 직교위상 변조된 신호(quadraphase modulated signal)를 생성하는 송신기를 포함한다. 이러한 직교위상 변조된 확산 신호를 생성하는 한 가지 방법은 송신된 반송파의 동위상 및 직교위상 성분을 변조하는 2개의 골드 코드(Gold Code)를 이용하는 것이다. 임의의 인스턴스에 송신된 신호는 다시, 4개의 반송파 위상에 대응하는 4개의 심볼 중 하나이다. 어느 때라도 송신되는 가능한 심볼의 개수는 때때로 알파벳 크기라고 일컬어진다. 따라서 4치의 경우에서, 알파벳 크기는 4이다. 임의의 알파벳 크기가 가능한데, 작은 알파벳 크기를 이용함으로써, 시스템 복잡도가 감소될 수 있다. 우수한 자기 상관 및 상호 상관 속성을 갖는 잘 알려진 의사랜덤 시퀀스가 존재하며, 이 시퀀스에서 각각의 시퀀스의 요소는 M개의 가능한 값 중 하나이다. 다시 말하면, 이 값 M은 시퀀스의 알파벳 크기로 일컬어진다. 이러한 시퀀스에 따라 신호를 송신할 때, 각각의 시퀀스 요소 값을 하나의 적절한 파형으로 맵핑하는 것이 존재한다. 예를 들어, 시퀀스는 16의 알파벳 크기를 가질 수 있고, 한 가지 가능한 맵핑은 16개의 가능한 값 각각을 16개의 가능한 위상 편이된 지수(phase shifted exponential)에 맵핑하는 것일 것이다. 낮은 진수의 시퀀스, 가령, 골드 코드(Gold code)(이들은 직접 구성될 수 있다)로부터 더 높은 진수의 시퀀스를 구성하는 것이 필수인 것은 아니다. 그러나 현재 제공되는 예시적 설명은 이러한 구성을 도시한다.

데이터의 2진 코딩이 아닌 데이터의 4치 코딩(quaternary coding)의 사용에 의해, 송신기에 의해 송신되는 데이터율이, 신호 구조에 영향을 미치지 않고, 2배가 될 수 있다. 예를 들어, 코드 길이가 N 심볼인 경우, N개의 송신된 (4치) 심볼의 전체 확산 시퀀스가 0, 90, 180 또는 270도 만큼 추가로 위상 편이될 수 있어서, 2위상 코딩(biphase coding)의 경우에서처럼 1비트가 아니라, 코드 주기당 데이터의 2비트를 송신할 수 있다.

확산 신호의 4치 코딩의 추가 이점은 상기 방법이 동일한 코드를 갖고 시간상 겹치는 또 다른 송신기로부터의 신호를 구별하기 위한 수단을 제공하는 것이다. 하나의 송신기로부터 송신된 심볼의 시퀀스가 A+jB로 나타날 수 있고, 여기서 A는 (예를 들어) 특정 골드 코드이며 B는 또 다른 골드 코드이고, j는 90°위상 편이를 나타낸다. 제 2 송신기가 A-jB를 송신할 수 있다. 두 송신기 모두 4치 심볼(quaternary symbol)을 유사한 방식으로 송신하는 중이지만, 동위상 성분과 직교위상 성분의 관계는 변경되어 수신기에 의해 용이하게 판단된다.

더 높은 진수의 확산 변조가 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 알파벳 크기 8을 갖는 코드가 구성될 수 있다. 코드의 각각의 심볼이 크기 kxπ/4, k=0,1,...,7 만큼 반송파의 위상 편이치로 맵핑될 수 있다. 또는, 각각의 심볼이 진폭과 위상 편이치의 조합에 맵핑될 수 있다. 알파벳 크기 8의 이 예시에서, 송신기가 코드 시퀀스와 맵핑(송신된 심볼에 대해 3비트 워드씩)을 그때 그때(on the fly) 계산하거나, 전체 시퀀스 또는 심볼의 전체 프레임을 저장하고 이러한 데이터를 필요에 따라 메모리로부터 판독출력할 수 있다.

앞서 기재된 모든 시나리오에서, 동일한 송신 및 수신된 에너지, 동일한 확산 심볼 형태, 및 동일한 확산 심볼률을 가정할 때, 레인지(range)의 측정 관점에서, 시스템의 성능은 동일하다. 그러나 PN 프레임 길이 당 둘 이상의 정보 비트가 송신되는 경우 정보 비트 당 에너지가 더 적게 존재한다. 많은 지상형 광역 위치결정 시스템에서, 우수한 수신 신호 에너지가 존재하며, 따라서 이러한 제약은 사소할 수 있다.

도 2A 및 2B(다함께, 도 2라고 지칭됨)는 하나의 실시예에 따라 -1 실행 길이 수준의 길이 1023의 선호되는 골드 코드의 표(200)를 포함한다. 본원에 기재된 것보다 더 일반적인 경우에서, "-1 실행 길이"는 +/-1 곱하기 피크 값 나누기 코드 길이를 갖는 상관 피크를 따르는 연접한 코드 위상의 개수를 의미한다. 골드 코드 각각은 최대 길이 코드의 동일한 쌍으로부터 구성되며, 서로 다른 골드 코드가 딜레이, 또는 코드 위상, 쌍(pair) 간의 차이에 의해 구별된다. 일반적으로 초기 채움(initial fill)이 시퀀스가 생성될 방식에 더 밀접하게 관련되어 있기 때문에, 딜레이의 대안예로서 또한 표(200)가 제 2 PN 코드의 시프트 레지스터(shift register)의 초기 채움을 포함한다. 표에서의 제 1 PN 코드의 채움은 항상 모두 1과 동일하다. 제 2 PN 코드의 채움이 표에서 특정되는 것과 같다. 왼쪽에서 오른쪽으로의 채움 판독값은 제 2 PN 생성기의 첫 10개의 출력을 나타낸다. 시프트 레지스터에서 채움이 시프트 레지스터의 끝 부분에서 시작 부분으로 다시 위치한다. PN 코드 1은 피드백 탭[3, 10]을 갖고, 코드 2는 탭[2,3,6,8,9,10]을 가진다. 표(200)에 디스플레이되는 최상의 코드는 25의 실행을 가진다(자기 상관 피크의 각각의 측부). 표 200에 도시된 코드에 추가로, 개별 최대 길이 코드 각각, 즉, 코드 1 및 코드 2는 (골드 코드 세트 상호 상관 속성을 다른 구성원와 공유하기 때문에) 골드 코드 세트의 일부라고 간주될 수 있기 때문에, 이들 홀로, 표(200)의 코드를 증강(augment)시키도록 사용될 수 있다. 덧붙여, 이들 최대 길이 코드는 상관 피크를 제외하고 -1인 (순환) 자기 상관 함수를 가진다. 이들 코드가 표(200)의 코드에 포함된 경우, 이들의 -1 실행 길이가 1022일 것이며, 따라서 이들은 리스트의 헤드(head)에 위치할 것이다.

그 밖의 다른 최대 길이 PN 코드 쌍이 우수한 -1 실행 길이를 갖는 골드 코드의 세트를 구성하도록 사용될 수 있음을 알아야 한다. 본원에서 선택된 코드 쌍은 설명을 위한 것이다. 덧붙여, 표는 골드 코드가 존재하는 그 밖의 다른 코드 길이의 경우와 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 덧붙여, 골드 코드 세트가 아닌 다른 코드 세트가 선택될 수 있고, 우수한 -1 실행 길이에 대해 이러한 세트의 서브세트가 선택될 수 있다. 이러한 변형예는 본원에서 상세히 기재된다.

도 3은 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드(Gold code)에 대해 자기 상관 대(versus) 코드 위상의 도표(300)를 도시한다. 더 구체적으로, 도표(300)는 표(200)의 25의 -1 실행 길이를 갖는 첫 번째 항목의 자기 상관의 중심 부분(선호 차수는 1, 코드 간 딜레이는 853, 등가 채움(equivalent fill)은 1000100001, -1 사이드로브 실행 길이는 25)을 보여준다.

앞서 상세히 기재된 바와 같이 직교 위상 관계인 2개의 골드 코드를 이용함으로써, 4치 코딩된 신호(quaternary coded signal)가 구성될 수 있다. 이 경우, 자기 상관 함수는 2개의 골드 코드의 개별 자기 상관 및 골드 코드들 간 상호 상관에 대응하는 4개의 항을 가질 것이다. 즉, 구성 골드 코드가 g 및 h라고 지칭된다면, 전체 코드는 g+jh로 표현될 수 있다. 그 후 자기 상관은 gⓧg+hⓧh-jgⓧh+jhⓧg가 되며, 여기서, ⓧ는 상관을 의미하고, 2개의 복소량(complex quantity)을 상관시킬 때, 이러한 두 번째 양이 복소 켤레이다. 이러한 전체 자기 상관에서 마지막 두 개의 항은 상호 상관이다. 큰 -1 실행 길이를 갖는 우수한 4치 코드를 구성하기 위해, 우수한 개별 -1 실행 길이를 갖는 골드 코드를 이용하는 것뿐 아니라, 이들의 상호 상관이, 개별 골드 코드의 자기 상관 함수가 값 -1을 갖는 동일한 코드 위상 간격의 근방에서 무시할만한 수준으로 기여하도록 하는 것도 필수이다. 여기서, 낮은 상호 상관 값의 간격이 상호 상관 실행(cross-correlation run)이라고 일컬어진다. 관심 코드 위상 간격에 걸쳐 우수한 상호 상관 성능을 얻기 위해, 골드 코드 간 상대 코드 위상(relative code phase)을 선택할 수 있다는 점을 이용함으로써, 이러한 코드들의 쌍의 선택이 이뤄질 수 있다. 하나의 실시예는 표(200)의 모든 골드 코드 쌍 및 이러한 쌍들 간 모든 상대적 코드 위상을 검사함으로써, 이러한 방식으로 결정되는 골드 코드 쌍의 세트를 포함한다. 4치 코드(또는 2진(binary)보다 더 높은 임의의 코드)에 대한 상관 동작이 이상적인 수신 신호의 복소 켤레에 의해 곱해지는 동작을 포함한다.

도 4는 하나의 실시예에 따라 긴 -1 실행 길이를 갖는 4치 코드를 구성하기 위해 사용될 수 있는 골드 코드 쌍의 세트의 표(400)를 포함한다. 세 번째 열의 딜레이(delay)은, 네 번째 열에서 나타나는 것과 같은 긴 -1 실행 길이를 갖는 직교 변조되는 신호의 전체 자기 상관을 얻기 위해, 골드 코드 2에 적용되는 것이다. 이 경우, 구성 골드 코드 시퀀스가 진폭 +/-1을 갖는 경우, 실행(run) 동안의 전체 자기 상관은 진폭 -2를 갖고 자기 상관의 피크는 2046이다. -1 곱하기 피크 값 나누기 코드 길이는 -1 곱하기 2046/1023= -2와 동일하기 때문에, 실행 길이 정의는 이전 정의와 일치한다. 도 5는 하나의 실시예에 따라 선호되는 골드 코드 쌍에 대한 자기 상관 크기 대(versus) 코드 위상의 도표(500)를 도시한다. 더 구체적으로, 도표(500)는 표(500)의 두 번째 항목(골드 코드 1 (PN 딜레이)은 714, 골드 코드 2(PN2 딜레이)은 456, 중앙 상호 상관 실행(run)까지 (코드 2에) 삽입된 딜레이는 343, 총 상호 상관 실행은 47임)의 자기 상관의 크기의 중앙 부분을 보여주며, 이는 18의 -1 실행 길이를 자기 상관 피크의 어느 한 측부에 부가한다. 이를 도표(300)(도 3)과 비교하기 위해, 크기가 2로 나누어진다. 구성 골드 코드들 간 적절한 딜레이의 삽입이 우수한 자기 상관 속성을 갖는 4치 코드를 구성하는 데 중요하다. 피크에 대한 자기 상관 함수가 크고 근접한 사이드로브들을 가질 수 있다.

도 6은 하나의 실시예에 따라, 선호되는 골드 코드 쌍에 대해 송신되는 심볼 위상 대(vs.) 칩 수(chip number)의 도표(600)를 도시한다. 더 구체적으로, 도표(600)는 표(400)의 두 번째 항목(골드 코드 1(PN 딜레이)은 714, 골드 코드 2(PN2 딜레이)은 456, 중심 상호 상관 실행까지 삽입된 딜레이는 343, 총 상호 상관 실행은 37임)에 대한 송신된 심볼 위상각(도) 대 칩 수의 샘플 부분을 보여준다. 도표(600)는 4치 코드를 나타내는 4개의 위상, +/- 45도 및 +/-180도의 시퀀스를 보여준다. 송신기 자체가 시프트 레지스터를 이용해 코드를 구현하는 것 또는 이와 유사한 방식보다 위상각의 시퀀스, 또는 심볼 지정어(symbol designatio)(가령, A, B, C, 및 D)를 저장할 필요만 있다.

본원의 기재가 골드 코드에 초점을 맞추지만, 아이디어는 그 밖의 다른 코드 클래스로 확장된다. 처음에 확산 스펙트럼 멀티플렉싱에서 사용되기에 적합한 많은 코드 클래스가 선택될 수 있다. 예를 들어, 이러한 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent Code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code)를 포함할 수 있지만, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 일반적으로 이들 세트는 구성원들의 쌍 간에 우수한(비주기성) 상호 상관 속성을 가진다. 그래서, 하나의 실시예에 따라, 긴 -1 실행 길이를 갖는 순환 자기 상관을 갖도록 이러한 코드의 서브세트가 선택될 수 있다. 마찬가지로, 2보다 큰 알파벳 크기, 가령, 4치, 8치(octonary), 등을 갖는 우수한 상호 상관 속성을 갖는 코드 세트가 선택될 수 있다. 그 후, 우수한 순환 자기 상관 속성을 갖는 이들의 서브세트가 선택될 수 있다.

본원의 기재에서, 성능(performance)의 주요한 측정치는 자기 상관 함수의 -1 실행 길이이다. 이는 -1 곱하기 피크 값/코드 길이의 값을 갖는 함수의 피크의 어느 한 측부 상에서의 자기 상관 함수의 길이에 대응한다. 그러나 본원의 추가적인 실시예가 피크 자기 상관 값 주변의 특정된 영역 내에서 임계값 A보다 크지 않은 자기 상관 크기 레벨을 갖는 코드의 서브세트를 선택한다. 이는 A 실행 길이라고 정의된다. 앞서와 같이, 임의의 코드 쌍 간의 상호 상관 함수의 최대 크기가 특정 값보다 작도록 시퀀스의 세트가 선택된다. 그 후, 이러한 서브세트의 구성원 각각에 대해 자기 상관 함수 크기가, 피크 근처의 특정 위치 영역 내에서, 값 A보다 작거나 갖도록 이러한 코드 세트의 서브세트가 선택된다. 앞서 언급된 2진 및 4치 골드 코드의 경우, 골드 코드 시퀀스가 +1 및 -1을 가진다고 가정할 때 A는 값 1을 가진다.

또 하나의 실시예에서, 함수의 피크 위치를 중심으로 하는 범위에 걸쳐 우수한 자기 상관 속성을 갖도록 코드의 세트가 선택된다. 그 후 구성원들 간의 쌍별(pairwise) 상호 상관 크기가 (선택사항으로서 코드 위상의 범위에 걸쳐) 특정 임계치 C보다 작은 이러한 코드의 서브세트가 선택된다. 이는 2진 코드 또는 더 큰 알파벳(가령, 4치)을 갖는 코드에 적용될 수 있다. 예를 들어, 주어진 크기, 가령, 2047의 최대 길이 시퀀스의 세트를 고려할 수 있다. 이 경우, 이러한 코드 176개가 존재한다. 물론, 각각은 -1 실행 길이 1022와 함께 매우 우수한 자기 상관 속성을 가진다. 구성원들 간 상호 상관이 상당히 가변적일 것이다. 도 7은 하나의 실시예에 따라, 구성원들 간 유한(bounded) 상호 상관 크기를 갖도록 선택된 코드 서브세트의 표(700)이다. 서브세트의 크기를 제한함으로써 우수한 성능이 얻어진다. 예르 f들어, 코드 길이 2047의 경우, 세트 크기가 3으로 제한된 경우 65의 최대 상호 상관 크기가 얻어질 수 있고, 세트 크기가 10으로 제한된 경우 129의 최대 상호 상관 크기가 얻어질 수 있다.

하나의 실시예에서, 본원에 기재된 코드가 반송파를 변조하고, 따라서 위치결정 신호를 생성하도록 사용된다. 상기 코드는 1회 이상 반복될 수 있다. 이러한 신호는 이러한 위치결정 신호에 추가로, 또는 대신하여, 그 밖의 다른 시그널링 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같이, 이러한 신호의 일부분은 위치결정 신호를 스스로 포함할 수 있고, 또 다른 부분이 더 낮은 속도의 데이터 시퀀스에 의해 추가로 변조되는 위치결정 신호를 포함할 수 있으며, 신호의 그 밖의 다른 부분이 확산 코드를 전혀 포함하지 않는 그 밖의 다른 신호 요소를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 송신된 신호가 연속이 아니라 시분할 멀티플렉싱된 방식으로 버스트(burst)의 세트로서 송신될 수 있다. 개별 송신기는 각각의 버스트에서 동일한 코드를 사용하거나 이들 코드가 하나의 버스트와 다음 버스트에서 이들 코드가 달라질 수 있다. 본원의 실시예는 이러한 송신의 적어도 하나의 부분이 본원에 기재된 방식으로 선택된 의사랜덤 또는 확산 코드를 포함할 때 이러한 모든 상황에 적용된다.

하나의 실시예에서, 선택된 코드 세트는 표준 시퀀스 길이보다 짧게 절단(truncate)되거나 더 긴 길이로 확장되는 시퀀스 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 길이 2047의 표준 골드 코드를 이용하는 것 대신, 하나의 코드 구성원을 삭제하여 2046의 코드 길이가 대신 사용될 수 있다. 이는 복수의 길이가 채용되는 상황에서 더 단순한 구현을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 하나의 속도(rate), 즉, 제 1 속도로 동작할 수 있고, 또 다른 상황에서 상기 제 1 속도의 2배인 제 2 속도로 동작한다. 제 1 경우에서 1023의 코드 길이가 사용되는 경우, 두 번째 경우에서 시스템은 2046의 코드 길이로 동작되어, 동일한 프레임(즉, 시퀀스) 지속시간을 유지할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본원에 기재된 실시예에 따라 선택된 코드를 이용하는 서로 다른 송신기가 약간 다른 반송파 주파수를 이용해 신호를 송신한다.

WAPS 시스템 및 방법

도 8은 하나의 실시예 하에서 동기화된 비콘의 블록도이다. 도 8과 도 1을 참조하여, 하나의 실시예의 동기화된 비콘(본원에서 비콘이라고도 일컬어짐)이 CDMA 네트워크를 형성하고, 우수한 상호 상관 속성을 갖는 의사 랜덤 번호(PRN) 시퀀스, 가령, 내장된 보조 데이터(assistance data)의 데이터 스트림을 갖는 골드 코드 시퀀스에 따라 각각의 비콘이 신호를 송신한다. 대안적으로, 각각의 비콘 송신기로부터의 시퀀스가 TDMA 포맷의 개별 슬롯들로 시간 상 어긋나 질 수 있다.

지상형 위치결정 시스템에서, 극복해야 할 주 문제점들 중 하나는 수신기에서, 멀리 떨어진 송신기가 근방의 송신기에 의해 재밍(jam)될 것이라는 근-원 문제(near-far problem)이다. 이 문제를 해결하기 위해, 하나의 실시예의 비콘은 CDMA, TDMA 기법, 및 주파수 오프셋 기법의 조합을 이용한다. 이러한 시스템은 이들 방법 중 단 하나의 방법만이 아니고 조합이기 때문에 하이브리드 멀티플렉싱 시스템이라고 명명된다. 예를 들어, 근-원 문제를 완화하기 위해, 로컬 송신기가 별도의 시간 슬롯(및 선택사항으로서 서로 다른 코드(CDMA))을 이용할 수 있다. 다소 멀리 떨어져 있는 송신기는 서로 다른 CDMA 코드 및/또는 주파수 오프셋을 이용하면서 동일한 시간 슬롯을 이용하도록 허용될 것이다. 이는 시스템의 광역 확장성(wide-area scalability)을 가능하게 한다. 시간 슬롯은 보장되는 근-원 성능에 대해 결정적이거나, 우수한 평균 근-원 성능을 제공하도록 랜덤화될 수 있다. 본원에 지시된 바와 같이, 또한 반송파 신호가 작은 주파수 차이(예를 들어, 골드 코드 반복 주파수 정도)만큼 오프셋되어, 코드의 상호 상관 성능을 개선하고, 따라서 '근-원(near-far)' 문제를 해결할 수 있다. 2개의 타워가 동일한 시간 슬롯과 상이한 코드 및/또는 오프셋 주파수를 이용할 때, 수신기에서의 상호 상관은 약한 신호를 검출하기 전에 강한 신호의 간섭 상쇄(interference cancellation)를 이용함으로써 추가로 제거될 수 있다. 본원에 기재된 하이브리드 위치결정 시스템은 정교한 플래닝 방법이 사용되어, 각각의 송신기에게 전체 시스템 성능을 최대화하기 위한 시간 슬롯, CDMA 코드, 및 주파수 오프셋의 조합이 할당될 수 있다. 이들 파라미터의 조합의 개수는 수신기에 의한 신호 획득이 실용적인 값이도록 제한된다.

덧붙여, 하나의 실시예의 비콘은 보조 데이터를 포함하는 프리앰블을 사용할 수 있고, 정보는 데이터를 강건(robust)하게 만드는 데 도움이 되는 채널 추정 및 순방향 에러 검출 및/또는 정정(Forward Error Detection 및/또는 Correction)을 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예의 보조 데이터는, 다음 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다: 파형의 펄스 또는 특정된 신호 에폭(epoch)의 상승 및 하강 에지에서의 정밀 시스템 시각(precise system time), 타워의 지오코드 데이터(Geocode data)(위도, 경도 및 고도), 인접 타워에 대한 지오코드 정보 및 영역에서의 다양한 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 송신기(선택사항) 및 이웃 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 지역 대기 정정(local atmospheric correction)(선택사항), GNSS 시에 대한 WAPS 타이밍의 관계(선택사항), 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)으로 수신기를 보조하기 위한 도시(urban), 반-도시, 전원 환경의 표시(선택사항), 및 PN 시퀀스의 기본 인덱스로부터의 오프셋 또는 골드 코드 시퀀스의 인덱스. 브로드캐스트되는 송신 데이터 프레임에서, 안전 및/또는 인가 관리를 이유로 단일 수신기 또는 수신기 세트를 비활성화하기 위한 정보를 포함하는 필드가 포함될 수 있다.

하나의 실시예의 서로 다른 비콘 및 타워로부터의 송신의 송신 파형 타이밍이 공통 타이밍 기준으로 동기화된다. 대안적으로, 서로 다른 타워들로부터의 송신들 간 타이밍 차이가 알려져 있고 송신되어야 한다. 규칙적인 간격을 두고 증분될 타이밍 메시지는 제외로 하고, 보조 데이터(assistance data)는 데이터 블록의 수 및 크기에 의해 결정된 간격을 두고 반복된다. 상기 보조 데이터는 암호화 알고리즘을 이용해 암호화될 수 있다. 상기 확산 코드는 또한 추가 보안을 위해 암호화될 수 있다. 신호는 상향 변환(up-convert)되고 지정된 주파수로 브로드캐스트된다. 비콘들 간 차동 딜레이가 대략 3나노초 미만임을 보장하도록 송신기에서의 종단간 딜레이(end-to-end delay)가 정확히 교정된다. 송신기 세트에 청취하는 조사된 위치에서의 차동 WAPS 수신기를 이용해, 상기 세트의 송신기에 대한 상대적 클록 정정이 발견될 수 있다.

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

에 관한 것이다: i=1,...,n에 대해, x_min<x<x_max, y_min<y<y_max, z_min<z<z_max 이때, x_min, y_min 및 z_min는 커버리지 공간의 하한이고, x_max, y_max 및 z_max는 커버리지 공간의 상한임. 최소화될 함수는,

로 써질 수 있다.

덧붙여, 최소화될 함수는 커버리지 영역 R_j의 중요도(즉, 요구되는 성능 품질)에 따라 가중될 수 있다.

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

를 출력할 것이다.

이 기법은 (도시에서와 같은) 광역 네트워크 또는 (몰(mall)에서와 같은) 국지적 배치 모두에 적용될 수 있다. 하나의 예시적 구성에서, 각각의 대도시 영역 주변의 삼각형/육각형 배열에서 송신기의 네트워크가 대략 30km의 거리만큼 이격된다. 각각의 타워는 대응하는 안테나를 통해 대략 20W 내지 1kW EIRP의 범위에서 최대 전력까지 방사할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 타워의 위치가 파악되고 1W만큼 낮은 전력 레벨로 송신할 수 있다. 동작의 주파수 대역은 무선 스펙트럼 내 임의의 인가된 또는 비인가된 대역을 포함한다. 하나의 실시예의 송신 안테나는 다이버시티(diversity), 섹터링(sectoring) 등을 보조할 수 있는 전방향 안테나 또는 복수 안테나/어레이를 포함한다.

우수한 상호 상관 속성을 갖는 서로 다른 시퀀스를 이용해 송신함으로써, 또는 대안적으로 서로 다른 시점에서 동일한 시퀀스를 이용해 송신함으로써, 인접한 타워들이 구별된다. 이들 구별 기법은 조합되고 특정 지리적 영역에만 적용될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 지리적 영역에서 동일한 시퀀스가 네트워크를 통해 재사용될 수 있다.

하나의 실시예의 광역 네트워크 타워를 증강시키기 위해 로컬 타워가 특정 지리적 영역에 배치될 수 있다. 로컬 타워는, 사용될 때, 위치결정의 정확도를 개선할 수 있다. 상기 로컬 타워들은 캠퍼스 같은 환경에서 배치되거나, 공공 안전 목적으로, 수 십 미터에서 최대 수 킬로미터까지의 거리만큼 이격될 수 있다.

타워는 위치 결정 솔루션에서의 우수한 품질 고도 추정을 촉진시키기 위해 다양한 높이(유사한 높이가 아닌)로 배치되는 것이 바람직할 것이다. 서로 다른 높이를 갖는 서로 다른 위도/경도의 송신기에 추가로, 타워에 높이 다양성을 추가하기 위한 또 다른 방법은 서로 다른 높이에서 (동일한 위도 및 경도를 갖는) 동일한 물리적 타워 상에 (서로 다른 코드 시퀀스를 이용하는) 복수의 WAPS 송신기를 갖는 것이다. 동일한 타워 상의 송신기가 근-원 문제를 유발하지 않기 때문에 동일한 물리적 타워 상의 서로 다른 코드 시퀀스가 동일한 슬롯을 이용할 수 있다.

WAPS 송신기는 하나 이상의 타 시스템(가령, 셀룰러 타워)을 위해 사용되는 기존의 또는 새로운 타워 상에 배치될 수 있다. WAPS 송신기 배치 비용은 동일한 물리적 타워 또는 위치를 공유함으로써 최소화될 수 있다.

국지적 영역(가령, 창고 또는 몰) 내에서의 성능을 개선하기 위해, 상기 영역에 추가 타워가 배치되어, 광역 커버리지를 위해 사용되는 송신기를 증강시킬 수 있다. 대안적으로, 전체 송신기를 설치하는 비용을 낮추기 위해, 리피터(repeater)가 관심 영역에 배치될 수 있다.

앞서 언급된 위치결정을 위해 사용되는 송신 비콘 신호는 WAPS에 독점적으로 구축된 송신기일 필요는 없고, 본래 시각 동기화(time synchrozation)된 그 밖의 다른 임의의 시스템 또는 추가 타이밍 모듈을 통해 동기화가 증강된 시스템으로부터의 신호일 수 있다. 대안적으로, 신호는 기준 수신기를 통해 결정될 수 있는 상대적 동기화를 갖는 시스템으로부터 온 신호일 수 있다. 예를 들어, 이들 시스템은 추가 동기화 능력을 갖고 이미 배치되거나 새로 배치될 수 있다. 이러한 시스템의 예시는 브로드캐스트 시스템, 가령, 디지털 및 아날로그 TV 또는 미디어플로(MediaFlo)일 수 있다.

WAPS 네트워크가 구성될 때, 일부 송신 위치는 설계안에 의해 결정되거나 현장 계측에 의해 결정된 네트워크 내 그 밖의 다른 것보다 우수할 수 있다(클러터(clutter)보다 높은 비콘의 높이, 전력 레벨). 이러한 비콘은 직접적으로, 또는 그 후 수신기가 이러한 비콘으로부터 수신된 신호를 가중하도록 사용될 수 있는 비콘의 "품질(quality)"을 나타내는 데이터 비트를 인코딩함으로써 수신기에서 식별될 수 있다.

도 9는 하나의 실시예에 따라 리피터 구성을 이용하는 위치결정 시스템의 블록도이다. 상기 리피터 구성은 다음의 구성요소를 포함한다:

1) 공통 WAPS 수신 안테나(안테나 1)

2) 다양한 WAPS 송신기 안테나(로컬 안테나 1-4)로 연결된 RF 전력 증폭기 및 스플리터/스위치

3) WAPS 사용자 수신기

안테나 1은 복합 신호를 수신하고, 증폭하며, 로컬 안테나 1-4로 분산(스위칭)시킨다. 스위칭은 사용자 수신기에서 서로 다른 리피터들로부터의 송신들 간 어떠한 겹침(충돌)이 없도록 이뤄져야 한다(이뤄져야 하는 것이 바람직하다). 보호 간격(guard interval)의 사용을 통해 송신들의 충돌이 피해질 수 있다. 모든 로컬 리피터에 대한 전체 딜레이를 등화(equalize)시키기 위해 리피터-증폭기-송신기에서의 딜레이를 추가함으로써, 또는 사용자-수신기에서의 케이블 딜레이에 의해 특정 리피터로부터의 추정된 도착시각을 조절함으로써, 스위치로부터 송신 안테나로의 알려진 케이블 딜레이가 보상되어야 한다. 광역 WAPS 네트워크에서 TDMA가 사용될 때, 각각의 광역 슬롯(각각의 슬롯이 하나씩의 광역 WAPS 타워를 포함할 것)이 모든 리피터 슬롯에서 발생되도록, 리피터 슬롯 스위칭 율(switching rate)이 선택된다. 한 가지 예시적 구성은 복수의 광역 TDMA 프레임 지속시간의 복수배와 동일한 리피터 슬롯 지속시간을 사용할 것이다. 특히, 광역 TDMA 프레임이 1초인 경우, 리피터 슬롯이 정수 초(integer second)일 수 있다. 이 구성은 가장 간단하지만, 케이블 상의 RF 신호 분포의 요건 때문에 작고 제한된 영역에서의 배치를 위해서만 적합하다. 사용자 WAPS 수신기는 리피터 타워에 청취할 때 도착 시각차(time-difference of arrival)를 사용하여, 리피터 슬롯 주기 동안 정적(또는 준정적(quasi static)) 가정 하에서 위치 및 작업을 계산할 수 있다. 각각의 WAPS 타워 신호가 하나의 리피터 슬롯과 다음 번 리피터 슬롯 간에 동일한 타이밍 차이(점프)를 보인다는 사실에 의해, 송신이 리피터로부터 온다는 사실이 자동으로 검출될 수 있다.

도 10은 대안적 실시예에 따라 리피터 구성을 이용해 위치결정 시스템의 블록도이다. 이 구성에서, 각각의 리피터는 WAPS 리피터-수신기 및 이와 연관된 커버리지-증강(coverage-augmentation) WAPS 송신기(가령, 실내용일 수 있는 로컬 안테나 포함)를 포함한다. WAPS 리피터 수신기는 WAPS 시스템 타이밍 정보뿐 아니라 하나의 광역 WAPS 송신기에 대응하는 WAPS 데이터 스트림을 추출할 수 있어야 한다. WAPS 시스템 타이밍 및 하나의 광역 WAPS 송신기에 대응하는 데이터가 대응하는 로컬 영역 WAPS 송신기로 전달되며, 그 후 상기 로컬 영역 WAPS 송신기가 (예를 들어, 서로 다른 코드 및 동일한 슬롯을 이용해) WAPS 신호를 재-송신할 수 있다. 상기 송신기는 자신의 송신에 추가 데이터, 가령, 로컬 안테나의 위도, 경도 및 고도를 포함할 것이다. 이 구성에서, WAPS 사용자 수신기 동작(레인지 측정 및 위치 측정)은 신호가 리피터로부터 온다는 사실에 투명할 수 있다. 리피터에서 사용되는 송신기는 GNSS 타이밍을 추출하기 위해 GNSS 타이밍 유닛을 가질 필요가 없기 때문에 전체 WAPS 비콘보다 저렴하다.

수신기 유닛의 동작 모드에 따라서, 단말기-기반 위치결정 또는 네트워크-기반 위치결정이 시스템에 의해 제공된다. 단말기 기반 위치결정에서, 수신기 유닛은 수신기 자체 상에서의 사용자의 위치를 계산한다. 이는 턴-바이-턴 디렉션(turn-by-turn directions), 지오-펜싱(geo-fencing) 등의 애플리케이션에서 유용하다. 네트워크 기반 위치결정에서, 수신기 유닛은 타워로부터 신호를 수신하고 수신된 신호를 서버로 통신 똔느 전송하여, 사용자의 위치를 계산할 수 있다. 이는 중앙집중된 서버에 의한 E911,자산 추적 및 관리 등의 애플리케이션에서 유용하다. 서버에서의 위치 계산이 준 실시간(near real time)으로 이뤄지거나, 많은 소스(가령, GNSS, 차등 WAPS 등)로부터의 데이터에 의해 사후-프로세싱되어, 서버에서의 정확성을 개선할 수 있다. 상기 WAPS 수신기는 또한 서버로부터의 정보를 획득하여 (마찬가지로, 예를 들어, SUPL (Secure User PLane server)로) 제공하여, 네트워크 기반 위치결정을 촉진시킬 수 있다.

하나의 실시예의 타워들은 자율적으로 또는 네트워크-기반 동기화를 이용해 서로 간에 동기화를 유지한다. 도 11은 하나의 실시예에 따르는 타워 동기화를 도시한다. 다음의 파라미터가 동기화의 양태를 기술할 때 사용된다:

시스템 송신기 시간 = t_WAPS-tx

절대 시각 기준 = t_{WAPS_abs}

시각 조정 = Δ_system = t_WAPS-tx - t_{WAPS_abs}

WAPS 시스템 시각을 절대 시각 기준으로 동기화하는 것이 필수는 아니다. 그러나 모든 WAPS 송신기가 하나의 공통 WAPS 시스템 시각(WAPS system time)에 동기화된다(즉, 모든 WAPS 송신기의 상대적 타이밍 동기화). WAPS 시스템 시각에 대한 각각의 송신기의 타이밍 정정이 (있다면) 계산되어야 한다. 공중 WAPS 보조 송신을 통해 직접적으로 또는 그 밖의 다른 일부 통신 수단을 통해 간접적으로, 타이밍 정정이 수신기에게 이용 가능해져야 한다. 예를 들어, 셀룰러(또는 그 밖의 다른) 모뎀을 통해 또는 브로드캐스트 데이터를 통해 시스템(가령, 이리듐(Iridium) 또는 디지털 TV 또는 미디어플로(MediaFlo) 또는 셀룰러 시스템의 브로드캐스트 채널)으로부터 WAPS 수신기로 보조 데이터가 전달될 수 있다. 대안적으로, 타이밍 정정이 서버로 전송되고 서버에서의 위치를 계산할 때 사용될 수 있다. 하나의 실시예에 따르는 타워 동기화에 대한 설명이 이어진다.

네트워크 기반 동기화에 따라, 하나의 로컬 영역 내 타워들이 서로와 동기화된다. 타워들 간 동기화는 일반적으로 (반송파를 통한 임의의 형태의 변조 및/또는 반송파를 변조하는 더 우수한 시간 분해능을 위한 확산 코드를 이용한 확산을 이용해 변조될 수 있는) 펄스의 송신 및 수신기에서의 펄스 에지로의 동기화를 포함하며, 이는 본원에서 상세히 설명된다.

하나의 실시예의 자율적 동기화 모드에서, 로컬 타이밍 기준을 이용해 타워가 동기화된다. 상기 타이밍 기준은 다음 중 하나일 수 있다: GPS 수신기, 높은 정확도의 클록 소스(가령, 원자시), 지역 시각소스(가령, GPS 훈련된 클록(GPS disciplined clock)), 및 신뢰할 만한 클록 소스의 임의의 그 밖의 다른 네트워크. 정밀하게 시각 동기화되는 XM 위성 라디오로부터의 신호, LORAN, eLORAN, TV 신호가 타워에 대한 대략적인 타이밍 기준으로서 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서 예를 들면, 도 12는 하나의 실시예에 따르는 정확하고/안정적인 타이밍 소스, 가령, 루비듐(Rubidium), 세슘(Caesium), 또는 히드로젠 마스터(hydrogen master)를 훈련시키기 위해 사용되는 GPS 수신기로부터의 PPS 펄스 소스의 블록도이다. 대안적으로, 도 13에서 도시되는 것처럼 GPS 훈련된 루비듐 클록 오실레이터가 사용될 수 있다.

도 12를 참조하면, 정확한 클록 소스에서의 PLL의 시간 상수(time constant)가 더 우수한 단기 안정도(또는 동등하게, 단기 GPS PPS 변동의 필터링)를 제공하는 충분히 큰 수(가령, 0.5 내지 2시간)로 설정되며 GPS-PPS가 장기 안정도 및 더 넓은 영역의 '거시적(coarse)' 동기화를 제공한다. 송신기 시스템은 (GPS 유닛 및 정확한 클록 소스로부터의) 이들 2개의 PSS 펄스를 지속적으로 모니터링하고, 임의의 이상(anomaly)을 보고한다. 이상은 2개의 PPS 소스가 수 시간 동안 잠금 상태 후 PPS 소스 중 하나가 타워 네트워크 관리자에 의해 결정된 특정 시간-임계치만큼 나머지 소스로부터 이탈되는 것이다. 이상을 검출하기 위해 제 3의 로컬 클록 소스가 사용될 수 있다. 이상 거동의 경우, 올바른 거동을 보여주는 PPS 신호가 송신기 시스템에 의해 선택되고 모니터링 스테이션으로 다시 보고된다. 덧붙여, (시간 소스에 의해 보고되는 바의) 정확한 시간 소스의 PPS 입력과 PPS 출력 간의 순간적인 시간차가 송신기에 의해 브로드캐스트되거나, 사후 프로세싱(post processing)될 때 사용되도록 서버로 전송될 수 있다.

송신기 시스템에서, PPS 펄스 입력의 상승 에지와 송신기의 아날로그 섹션이 데이터를 송신할 수 있게 하는 신호의 상승 에지 간의 시간차가 내부에서 생성된 고속 클록(high speed clock)을 이용해 측정된다. 도 14는 하나의 실시예에 따라, PPS와 송신기의 아날로그 섹션이 데이터를 송신할 수 있게 하는 신호 간의 시간차를 카운팅하기 위한 신호 다이어그램을 도시한다. 상기 시간차를 나타내는 카운트가 데이터 스트림의 일부로서 수신기 각각으로 전송된다. 고도로 안정한 클록 기준, 가령, 루비듐 클록(상기 클록은 수시간/수일 동안 안정함)을 사용함으로써, 장치가 특정 타워 데이터를 더 이상 변조할 수 없는 경우에만, 시스템은 장치 상에 타워 당 이러한 정정을 저장/송신할 수 있다. 또한 이 정정 데이터는, 가용한 것이 있다면, 통신 매체를 통해 장치로 전송될 수 있다. 타워로부터의 정정 데이터는 기준 수신기에 의해 또는 다른 타워의 브로드캐스트를 청취하는 타워 상에 장착된 수신기에 의해 모니터링될 수 있고, 중앙집중 서버(centralized server)로 운반될 수 있다. 또한 타워는 이 카운트 정보를 중앙집중 서버로 주기적으로 전송할 수 있고, 그 후 상기 중앙집중 서버가 장치로의 통신 링크를 통해 이 정보를 이들 타워의 인근에 있는 장치들에게로 퍼뜨린다. 대안적으로, 서버가 (가령, 현장(locale) 내에 있는) 타워로부터 정보를 이웃하는 타워로 전달하여, 이 정보가 이웃 타워들을 위한 보조 정보로서 브로드캐스트될 수 있다. 이웃 타워들을 위한 보조 정보는 인근 타워들에 대한 위치(타워가 정적이기 때문에), 및 타이밍 정정 정보를 포함할 수 있다.

하나의 실시예의 송신기 타이밍 정정에 유사하게, 참 PPS가 이용 가능할 때 다중경로 바이어스(multipath bias) 및 정밀한 참 레인지를 추정하도록 사용될 수 있다. 수신기가 가령 ADC로부터의 신호의 샘플을 이용해 레인지를 추정한다. 하나의 실시예의 수신기는 PPS의 등장과 샘플 ADC 클록의 제 1 에지 간 차이를 결정하기 위해 고속 클록을 이용한다. 이는 ADC 샘플을 기초로 수신기에 의해 추정되는 레인지가 참 PPS가 발생할 때와 ADC가 데이터를 샘플링할 때 간의 차이에 대해 정정되게 하며, 따라서 ADC의 샘플 클록 분해능보다 우수한 정밀도로 수신기의 참 레인지를 추정하는 것이 가능해 진다. 상기의 문단에서의 기재 맥락에서, PPS는 표준 타이밍 베이스(가령, GPS 펄스/초(PPS: pulse-per-second) 타이밍)로 정렬되거나 이에 알려진 오프셋을 갖는 에지를 갖는 펄스를 지칭한다.

또 다른 실시예에서, 타워로부터의 타이밍 오차를 정정하기 위해 광역 차동 위치결정 시스템이 사용될 수 있다. 도 15는 하나의 실시예에 따르는 차동 WAPS 시스템의 블록도이다. (사전에 조사된 곳에 위치하는) 기준 수신기가 인근의 모든 타워로부터의 신호를 수신하도록 사용된다. 이 방법에서 차동 GPS의 원리가 적용되더라도, 지상형 케이스에서 비가시성(non-line-of-sight)의 효과를 처리하는 것이 이 방법을 특별하게 만든다. 각각의 타워에 대한 기준 수신기의 의사레인지(pseudorange)(코드 위상) 측정치에 시각-태깅(time-tag)되고 서버로 전송된다. 타워 j 및 i에대해 기준 수신기에서 측정되는 수신된 코드 위상-기반 레인지은 다음과 같이 써질 수 있다:

여기서,

는 타워 j의 지오메트릭 레인지(geometric range)를 송신하기 위한 기준 수신기이며,

및

는 각각, 공통 기준 시(즉, GPS 시)에 대한 그들 각자의 안테나를 지칭하는 기준 수신기 및 송신기 클록 오프셋이고,

는 빛의 속도이고,

는 측정 노이즈이다.

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

가 서버에서 계산된다. 이는 로버/모바일 스테이션(rover/mobile station) 측정치에서 송신기들 간의 타이밍 차이를 제거하는 것을 가능하게 한다. 송신 타워에서 사용되는 클록이 비교적 안정할 때, 시간차

의 더 우수한(가령, 노이즈이 적은) 추정치를 얻기 위해 시간의 흐름에 따른 평균내기가 사용될 수 있다.

로버/모바일 스테이션의 의사레인지 측정치에 또한 시각-태깅되고 서버로 전송된다. 상기 로버/모바일 스테이션에서 측정된 수신된 코드 위상 기반 레인지가 다음과 같이 써질 수 있다:

상기 2개의 수학식을 빼고, 재배열함으로써, 결과는

이다.

및

가 측정량이고, 양

은 기준 수신기 측정치로부터 계산된다.

및

각각은 수신기의 알려지지 않은 좌표와 송신 타워 i 및 j의 알려진 좌표에 대해 써질 수 있다. 3개의 레인지 측정치를 이용해, 앞서와 같이 2개의 레인지 차이 수학식이 형성되어 2차원 위치 해법을 얻거나, 4개의 레인지 측정치를 이용해, 3개의 레인지 차이 수학식이 형성되어 3-차원 위치를 얻을 수 있다. 추가 측정치를 이용할 때, 노이즈량의

및

의 효과를 최소화하기 위해, 최소 제곱 해법이 사용될 수 있다.

대안적으로, 제위치(in-situ)에서 오차를 정정하고 모바일 스테이션에서 위치 계산을 촉진하기 위해 타이밍 차이 정정이 모바일 스테이션으로 다시 전송될 수 있다. 기준과 모바일 스테이션 모두에 의해 볼 수 있는 만큼의 송신기에 대해 차동 정정이 적용될 수 있다. 개념상, 이 방법에 의해, 시스템은 타워 동기화 없이 동작하거나, 느슨하게 동기화된 시스템에서 임의의 잔여 클록 오차를 정정할 수 있다.

또 다른 접근법은 상기에서 언급한 차동 접근법과 반대되는 자립형 타이밍 접근법이다. 타이밍 동기화를 확립하기 위한 한 가지 방식은 특정된 영역 내 각각의 송신 타워에서의 GPS 타이밍 수신기가 동일 영역 내 DGPS 기준 수신기로부터 DGPS 정정을 수신하게 하는 것이다. 알려진 위치에 설치된 DGPS 기준 수신기가 자신 고유의 클록을 기준 클록으로서 고려하고, 자신이 추적하는 GPS 위성까지의 의사레인지 측정치에 대한 정정을 찾는다. 일반적으로 특정 GPS 위성에 대한 DGPS 정정은 위성 위치로 인한 총 오차(total error)와 클록 오차 및 전리층 및 대류층 딜레이를 포함한다. 이 총 오차는 (일반적으로 DGPS 수신기가 중심에 있는 약 100Km 반경의 영역에서) DGPS 기준 수신기의 이웃인 그 밖의 다른 GPS 수신기에 의해 만들어지는 임의의 의사레인지 측정치에 대해 동일할 것인데, 왜냐하면 DGPS 기준 수신기와 GPS 위성 간 가시선(line of sight)의 방향이 이 이웃 내에서 크게 변경되지 않기 때문이다. 따라서 특정 GPS 위성에 대해 DGPS 기준 수신기에 의해 송신되는 DGPS 정정을 이용하는 GPS 수신기가 정정을 이용해 이러한 총 오차를 상기 위성에 대한 자신의 의사레인지 측정치로부터 제거할 수 있다. 그러나 프로세스에서, GPS 시에 대한 DGPS 기준 수신기의 클록 바이어스를 자신의 의사레인지 측정치에 추가할 것이다. 그러나 이 클록 바이어스는 모든 DGPS 의사레인지 정정에게 공통이기 때문에, 서로 다른 GPS 수신기의 타이밍 솔루션에 미치는 효과가 공통 바이어스일 것이다. 그러나 이 공통 바이어스는 서로 다른 GPS 수신기의 타이밍에 어떠한 상대적 타이밍 오차도 주지 않는다. 특히, 이들 GPS 수신기가 (알려진 위치에서의) 타이밍 GPS 수신기인 경우, 이들 모두 DGPS 기준 수신기의 클록으로 동기화된다. 이들 GPS 타이밍 수신기가 서로 다른 송신기를 구동시킬 때, 송신이 또한 동기화된다.

DGPS 기준 수신기로부터의 정정을 이용하는 대신, 광역 증강 시스템(WAAS: Wide Area Augmentation System)에 의해 송신되는 유사한 정정이 GPS 타이밍 수신기에 의해 사용되어 이들의 구동하는 송신기의 송신들을 동기화시킬 수 있다. WAAS의 이점은 기준 시가 DGPS 기준 시스템의 것이 아니고, 정확한 원자 클록의 설정에 의해 유지되는 GPS 시각 자체라는 점이다.

광역에 걸쳐 타워들 간의 정확한 시각 동기화(time synchronization)를 이루기 위한 또 다른 접근법은 타워 쌍 간의 타이밍을 구축하기 위하여 시각 전송 기법(time transfer technique)을 이용하는 것이다. 적용될 수 있는 한 가지 기법은 "공통 뷰 시각 전송(common view time transfer)"이라고 일컬어진다. 도 16은 하나의 실시예에 따르는 공통 뷰 시각 전송을 도시한다. 공통 위성의 뷰를 갖는 송신기 내 GPS 수신기가 이러한 목적으로 사용된다. 타워 각각으로부터의, 이들의 공통 뷰 내에 있는 위성에 대한 코드 위상 및/또는 반송파 위상 측정치가, GPS 수신기에 의해 주기적으로(가령, 최소 매 초에 한 번씩) 시각 태깅(time tagging)되고, 이들 측정치가 분석되는 서버로 전송된다.

GPS 코드 관측치(GPS code observable)

(위성 "i"에 의해 발산되고 수신기 "p"에 의해 관측되는 신호)는 다음과 같이 써질 수 있다:

여기서,

는

와 동일한 수신기-위성 지오메트릭 레인지(geometric range)이고,

는 신호 수신 시점에서의 수신기 안테나 위치이며,

는 신호 발산 시점에서의 위성 위치를 나타내고,

및

각각은 전리층 딜레이와 대류층 딜레이고,

및

는 수신기 및 위성 하드웨어 그룹 딜레이이다. 변수는 안테나, 안테나를 수신기로 연결하는 케이블, 및 수신기 장체 내에서의 딜레이가 미치는 영향을 포함한다. 덧붙여,

및

는 각각 GPS 시에 대한 수신기 및 위성 클록 오프셋이며, c는 빛의 속도이고,

는 측정 노이즈이다. 공통 뷰 시각 전송 방법(common view time transfer method)은 단일 차분(single difference) 코드 관측치

를 다음과 같이 계산하며, 이는 2개의 수신기(이른바 "p" 및 "q")에서 동시에 측정된 코드 관측치 간 차이이다:

단일 차분 관측치를 계산할 때, 위성에서의 그룹 딜레이뿐 아니라 위성의 클록 오류까지 상쇄된다. 또한 상기의 수학식에서, 대류층 및 전리층 교란요인(perturbation)이 상쇄된다(또는, 예를 들어, 수신기 이격거리가 큰 경우 모델링될 수 있다). 수신기들 간 그룹 딜레이 차이가 교정되면, 수신기 클록들 간 바람직한 시각 차분(time difference)

가 상기 수학식으로부터 발견될 수 있다. 추정된 시각 차분의 품질을 추가로 개선하기 위해 복수의 시각 간 신호 차이 및 위성 측정치가 조합될 수 있다.

유사한 방식으로, 공통 뷰 시각 전송을 위한 단일 차분 반송파 위상 수학식은

와 같이 써질 수 있다.

상기 수학식에서 초기 모호 위상(phase ambiguity) 및 모호 정수(integer ambiguity)가 존재하기 때문에, 시각 전송(time transfer)을 직접 결정하기 위해 위상 단일 차분이 사용될 수 없다. 코드 및 위상 관측치를 조합-사용함으로써, 코드들 간의 시각 차분에 대한 절대 정보 및 반송파 위상으로부터의 시각 차분의 진전에 대한 정밀 정보에 대한 이점이 취해질 수 있다. 반송파 위상 단일 차분의 오차 분산이 코드 위상 단일 차분보다 더 우수하여 우수한 시각 전송(time transfer) 추적을 야기한다.

특정 위성에 대한 타워당 최종 오차가 정정(correction)을 위해 타워로 다시 전송되어 타워에 제공되고 수신기에 의해 이뤄질 추가 정정을 위한 통신 링크를 통해 수신기로 전송되거나, 타워로부터의 그 밖의 다른 타이밍 정정을 포함하는 브로드캐스트 메시지로서 전송될 수 있다. 특정 경우, 타워 및 수신기로부터의 측정치는 서버에서 더 우수한 위치 정확도를 위해 사후-프로세싱될 수 있다. C/A 코드 측정치 및/또는 L1 및/또는 L2 또는 그 밖의 다른 위성 시스템, 가령, 갈릴레오/글로나스(Galileo/Glonass)로부터의 반송파 위성 측정치를 생성하는 단일 채널 GPS 타이밍 수신기 또는 복수의 채널 타이밍 수신기가 이러한 공통 뷰 시각 전송 목적으로 사용될 수 있다. 복수 채널 시스템에서, 공통 뷰 내 복수의 위성으로부터의 정보가 수신기에 의해 동시에 캡처된다.

"공통 뷰 시각 전송"에서 대안적 메커니즘은 로컬 영역 내 서로 다른 타이밍 GPS 수신기(각각 자신의 대응하는 수신기에게 공급함)가 그들의 타이밍 펄스 기원(가령, 초당 하나의 펄스)에서 공통 위성만 사용하지만 GPS(또는 UTC) 초로 정렬되도록 타이밍 펄스를 정정하기 위한 어떠한 시도도 이뤄지지 않음을 보장하는 것이다. 공통 뷰 위성의 사용은 타이밍 펄스에서의 공통 오차(가령, 공통 GPS 위성 위치 및 클록 오차 및 전리층 및 대류층 딜레이 보상 오차)가 동일한 크기만큼의 타이밍 펄스 오차를 야기하고 타이밍 펄스의 상대 오차가 감소됨을 보장한다. 위치결정에서, 상대적 타이밍 오차만 문제가 되기 때문에, 어떠한 서버-기반 타이ald 오차 정정도 필요하지 않다. 그러나 서버는 타이밍 펄스를 추출할 때 어느 GPS 위성이 사용될 것인지에 대해 서로 다른 GPS 수신기에게 명령어를 내릴 수 있다.

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

와 타워 j에서의

간 관계, 및 i의 클록과 j의 클록 간 시각 차분

는

로서 나타날 수 있고, 여기서,

및

는 타워의 송신기 딜레이이고,

및

는 타워의 수신기 딜레이이다. 송신기 및 수신기 딜레이가 교정되면 시각 차분이 추정될 수 있다.

타워들 간 시각 전송에 추가로, 공통 뷰 시각 전송에서 사용되는 GPS 타이밍 수신기에 의해 GPS 시각에 대한 타워의 타이밍이 발견될 수 있다.

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

에 대한 로컬 클록의 시각 정정이 계산된다. 그룹 딜레이의 측정치에 의해 수신기의 딜레이

가 교정될 수 있다. (복조를 통해서 또는 서버로부터 얻어진) GPS 위성 항법 메시지가,

및

의 영향을 제거하는 위성 타이밍 정정을 계산하도록 사용될 수 있다. 마찬가지로, 외부 모델로부터의 정정을 이용해 대류층 및 전리층 딜레이 영향이 최소화된다. 예를 들어, 전리층 정정은 WAAS 메시지로부터 획득될 수 있다. 대안적으로, 클록 및 전리층/대류층 정정의 조합은, 이용가능할 때 의사레인지(pseudorange)에 대한 RTCM DGPS 정정으로부터 획득될 수 있다.

또한 GPS 시각에 대한 오프셋이 타워로부터의 데이터 스트림의 일부로서 전송될 수 있다. 이는 GNSS 수신기에서의 GNSS 검색 요건을 상당히 감소시키는 데 도움이 되는 정확한 GPS 시각 및 주파수를 제공하기 위해 WAPS 신호를 획득한 임의의 WAPS 수신기를 활성화한다.

시스템의 하나의 실시예에서, 국지적 실내 위치 결정을 제공하기 위해 브로드캐스트 송신기가 애드 호크(ad hoc)로 사용될 수 있다. 예를 들어, 화재-안전 적용예에서, WAPS 송신기가 셋 이상의 브로드캐스트 스테이션(예를 들면 소방치) 상에 위치할 것이다. 상기 타워는 앞서 설명된 많은 수단들 중 하나와 브로드캐스트 신호에 의해 서로 동기화될 것이다. 대역폭 및 칩핑율(chipping rate)이 특정된 영역, 특정 적용예, 특정 시점에 따른 스펙트럼 가용성 및 정확도 요건을 기초로 스케일링될 것이다. 수신기는 장치로의 통신 링크를 통해 시스템 파라미터를 통지받을 거이다.

도 18은 하나의 실시예에 따른 수신기 유닛의 블록도이다. 수신기 유닛 상의 안테나에서 비콘 신호가 수신되고, 복조되며, 해역되고, 위치결정 엔진으로 공급된다. 수신기는 신호를 정확하게 재구성하기 위한 모든 정보를 제공한다. 수신 안테나는 하나의 전방향 안테나이거나, 다이버시티를 제공하는 복수의 안테나/어레이, 등일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 디지털 영역에서 혼합(mixing) 및 하향 변환(down conversion)이 이뤄질 수 있다. 각각의 수신기 유닛은 고유의 하드웨어 식별 번호 및 컴퓨터에 의해 생성된 개인 키(private key)를 포함하거나 사용한다. 각각의 수신기 유닛은 일반적으로 마지막 몇 개의 위치를 비휘발성 메모리에 저장하고, 추후에 상기 마지막 몇 개의 저장된 위치에 대해 원격으로 질의할 수 있다. 특정된 영역 내 스펙트럼의 가용성을 기초로, 송신기 및 수신기는 더 우수한 정확도 및 다중경로 해결을 위해 가용 대역폭에 적응하고 칩핑율 및 필터 대역폭을 변경할 수 있다.

하나의 실시예에서, WAPS RF 모듈에 의해 GPS RF 섹션으로부터의 신호를 멀티플렉싱/공급함으로써 상용화된 GPS 수신기를 이용하여 수신된 신호의 디지털 기저대역 프로세싱이 이뤄진다. 도 19는 하나의 실시예에 따르는 WAPS RF 모듈의 수신기의 블록도이다. 상기 RF 모듈은 하나 이상의 저 노이즈 증폭기(LNA), 필터, 하향-변환기, 및 아날로그-디지털 변환기 등을 포함한다. 이들 구성요소에 추가로, 칩 또는 커스텀 ASIC 또는 FPGA 또는 DSP 또는 마이크로프로세서 상의 추가 프로세싱을 이용해 GPS 수신기의 입력 요건에 맞도록 신호가 추가로 조절(condition)될 수 있다. 신호 조절은 대역내(in-band) 또는 대역외(out-of-band) 노이즈(가령, ACI - 인접 채널 간섭)에 대한 디지털 필터링, 입력을 WAPS 수신기의 주파수로부터 GPS IC로 입력을 변환(translation)하는 중간 또는 기저대역 주파수, GPS IC가 WAPS 신호를 프로세싱할 수 있도록 하는 디지털 신호 강도 조절, WAPS 프론트엔드를 제어하기 위한 자동 이득 제어(AGC: automatic gain control) 알고리즘 등을 포함한다. 특히, 주파수 변환(frequency translation)은 WAPS RF 모듈이 임의의 상용화된 GPS 수신기와 함께 동작할 수 있게 하는 매우 유용한 특징이다. 또 다른 실시예에서, WAPS 시스템에 대한 신호 조정 회로를 포함하는 전체 RF 프로트엔드 체인이 GPS RF 체인을 포함하는 기존 GPS 다이 상으로 일체화될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 디지털 기저대역 입력으로의 액세스가 이용 가능하지 않은 경우, 신호는 임의의 개역에서 GPS 대역으로 상향-변환/하향-변환되고 GPS 수신기의 RF 섹션으로 공급될 수 있다. 도 20은 하나의 실시예에 따라 신호 상향-변환 및/또는 하향-변환을 도시한다.

또 다른 실시예에서, 복수의 RF 체인 또는 튜닝 가능한 RF 체인이 WAPS 시스템의 송신기와 수신기 모두에게 추가되어, 광역이든 로컬인든 특정된 영역에서의 동작의 더 효과적인 주파수를 사용하게 할 수 있다. 스펙트럼의 청정도(cleanliness), 전파 요건 등에 의해 주파수의 선택이 결정될 수 있다.

마찬가지로, WAPS는 복수의 수신 체인을 포함하는 수신기 시스템에서 수신 체인을 일시적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 광대역 CDMA(W-CDMA) 수신기 시스템은 수신 다이버시트를 개선하기 위해 2개의 수신 체인을 포함한다. 따라서 WAPS가 W-CDMA 수신기 시스템에서 사용될 때 W-CDMA의 2개의 네이티브 수신 체인 중 하나가 WAPS 신호를 수신하고 처리하기 위해 일시적으로 사용될 수 있다. 도 21은 하나의 실시예에 따르는 수신 체인 중 하나가 WAPS 신호를 수신하고 처리하기 위해 일시적으로 사용될 수 있는 복수의 수신 체인을 갖는 수신기 시스템의 블록도이다. 이 예시에서, 다이버시티 수신 체인이 WAPS 신호를 일시적으로 수신하고 처리하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, GPS 수신 체인이 WAPS 신호를 일시적으로 수신하고 처리하기 위해 사용될 수 있다.

WAPS와 또 다른 애플리케이셔 간에 라디오 프론트-엔드가 공유될 수 있다. 프론트엔드의 일부 부분이 공유될 수 있고, 일부가 상호 배타적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 다이/시스템이 이미 안테나를 포함하는 TV(NTSC 또는 ATSC 또는 DVB-H, MediaFLO 등의 시스템) 튜너 프론트엔드를 갖는 경우, TV 튜너 라디오 및 안테나는 WAPS 시스템과 공유될 수 있다. 이들은 어느 한 시스템이 임의의 특정 시점에서 TV 신호를 수신하거나 WAPS 신호를 수신한다는 점에서 상호 배타적으로 동작할 수 있다. 또 다른 실시예에서, WAPS RF 섹션을 이러한 시스템에 추가하는 것이 쉬워진다면, 안테나가 TV 튜어와 WAP 시스템 간에 공유되어 두 시스템 도두 동시에 동작하도록 할 수 있다. 시스템/다이가 FM 라디오 등의 라디오를 갖는 경우 RF-프론트-엔드가 WAPS 시스템과 FM 라디오 모두를 수용하도록 수정될 수 있고, 이들 라디오는 상호 배타적으로 동작할 수 있다. WAPS RF 대역에 근접한 주파수에서 일부 RF 프론트엔드를 갖는 시스템에 유사한 수정이 이뤄질 수 있다.

수정, 수정 발진기(XO), 전압 제어 온도 보상 수정 발진기(VCTCXO), 디지털-제어 수정 발진기(DCXO), 온도 보상 수정 발진기(TCXO)와 같은 GNSS 부-시스템에 사용되는 클록 소스 기준은 WAPS 수신기와 공유되어 기준 클록을 WAPS 수신기에 제공할 수 있다. 이 공유는 다이 상에서, 또는 칩 외부에서(off-chip) 행해질 수 있다. 대안적으로, 셀룰러 폰 상의 어떤 다른 시스템에 의해 사용된 TCXO/VCTCXO는 WAPS 시스템과 공유될 수 있다. 도 22은 실시예에서, 위치결정 시스템에서의 클록 공유를 도시한 블럭도이다. 트랜시버 또는 프로세서 시스템 블럭은 다양한 시스템을 지칭할 수 있다. WAPS 시스템과 클록을 공유하는 트랜시버 시스템은 모뎀 트랜시버(가령, 셀룰러 또는 WLAN 또는 BT 모뎀) 또는 수신기(가령, GNSS, FM 또는 DTV수신기)일 수 있다. 이들 트랜시버 시스템은 주파수 제어를 위하여 VCTCXO 또는 DCXO를 선택적으로 제어할 수 있다. 트랜시버 시스템과 WAPS 시스템은 하나의 다이로 통합되거나 별도의 다이일 수 있고 클록 공유에 영향을 주지 않을 수 있다는 것을 주목하라. 프로세서는 클록 소스를 사용하는 임의의 CPU 시스템(가령, ARM 부-시스템, 디지털 신호 프로세서 시스템)일 수 있다. 일반적으로, VCTCXO/DCXO가 공유될 때, 다른 시스템에 의해 적용된 주파수 정정은 WAPS 작동을 용이하게 하기 위하여 가능한 많이 늦추어질 수 있다. 구체적으로, WAPS 수신기에 사용되는 최대 통합 시간 내의 주파수 업데이트는 WAPS 수신기를 위해 더 우수한 성능(즉, SNR 손실의 최소화)을 가능하게 하는 데 제한될 수 있다. WAPS 수신기의 상태에 관한 정보(구체적으로, 사용된 통합 레벨, WAPS 시스템의 포착 상태와 추적 상태)는 주파수 업데이트의 더 우수한 조절을 위해 다른 시스템과 교환될 수 있다. 예를 들어, 주파수 업데이트는 WAPS 포착 위상 동안에 정지될 수 있거나, 주파수 업데이트는 WAPS 수신기가 휴지 상태(sleep state)일 때로 스케줄링될 수 있다. 통신은 제어 신호의 형태이거나, 대안적으로, 트랜시버 시스템과 WAPS 시스템 사이에서 교환된 메세지의 형태일 수 있다.

WAPS는 타워로부터 브로드캐스트 신호와 메세지를 브로드캐스트하여, 종래의 GPS 수신기의 기저대역 하드웨어가 WAPS와 종래의 GPS 시스템 모두를 지원하도록 수정될 필요가 없다. 이의 중요성은 WAPS 시스템이 GPS C/A 시스템의 (칩율에 영향을 주는) 단지 절반만 사용 가능한 대역폭을 가짐에도 불구하고, WAPS 브로드캐스트 신호는 상업적 등급 C/A 코드 GPS 수신기의 바운드(bound) 내에서 작동하도록 구성된다. 더구나, 알고리즘은 신호 가용성을 기초로 하여, GPS 신호가 사용되어야 하는지 또는 가장 정확한 위치를 얻기 위해 WAPS 신호 또는 이들의 조합이 사용되어야 하는지 여부를 결정할 것이다.

WAPS 시스템 상의 골드 코드의 탑(top)에서 송신된 데이터는, 하이브리드 GNSS-WAPS 사용성 시나리오의 경우, GNSS에 대한 보조 정보(assistance information)를 보내는 데 사용될 수 있다. 이 보조 데이터는 SV 궤도 파라미터(SV orbit parameter)(가령, 천문력(ephemeris)과 역법(almanac))의 형태일 수 있다. 또한, 보조는 로컬 영역에서 SV 비져블(visible)에 전문화될 수 있다.

또한, WAPS 시스템으로부터 얻은 타이밍 정보는 GNSS 시스템을 지원하는 정밀 시각(fine time)으로 사용될 수 있다. WAOS 시스템 타이밍이 GPS(또는 GNSS) 시간에 정렬되기 때문에, WAPS 신호의 코드와 비트를 정렬하는 것과 임의의 타워로부터의 데이터 스트림을 판독하는 것은 GNSS 시간의 거시적 지식(coarse knowledge)을 제공한다. 또한, 위치 솔루션(수신기의 클록 바이어스는 위치결정 솔루션의 부산물임)은 WAPS 시스템 시각을 정확히 결정한다. WAPS 시스템 시각이 알려지면, 지원하는 정밀 시각은 GNSS 수신기에 제공될 수 있다. 타이밍 정보는 에지가 WAPS의 내부 시각 기저에 묶여진 단일 하드웨어 신호 펄스를 사용하여 전송될 수 있다. WAPS 시스템 시각은 GPS 시각(좀 더 일반적으로, GNSS 시스템의 타임 베이스가 직접 GNSS 시각과 직점 관련 있음) 상에 직접 맵핑된다는 것을 주목하라. GNSS는 이 에지를 수신하면 그 내부 GNSS 타임 베이스 계수를 래치할 수 있다. 대안적으로, GNSS 시스템은 펄스를 생성할 수 있고, 이 펄스의 에지는 내부 타임 베이스에 정렬되고, WAPS 시스템은 그 내부 WAPS 타이 베이스를 래치할 수 있어야 한다. 그런 후에, WAPS 수신기는 GNSS 수신기로 이 정보를 가진 메세지를 보내고, 상기 GNss 수신기가 그 타임 베이스를 WAPS 타임 베이스로 맵핑하도록 할 수 있다.

마찬가지로, 로컬 클록에 대한 주파수 추정은 GNSS 수신기에 대한 주파수 지원을 제공하는데 사용될 수 있다. WAPS 수신기로부터의 주파수 추정은 공통 클록을 공유하는지와 관계없이 GNSS 수신기의 주파수 추정을 정제하는데 사용될 수 있다는 것을 주목하라. 두 수신기가 별도의 클록을 가질 때, 추가 교정 하드웨어 또는 소프트 웨어 블럭은 다른 시스템에 대한 한 시스템의 클록 주파수를 측정이 요구된다. 하드웨어 또는 소프트 웨어 블럭은 WAPS 수신기 섹션 또는 GNSS 수신기 섹션에 있을 수 있다. 그리고 나서, WAPS 수신기로부터의 주파수 추정은 GNSS 수신기의 주파수 추정을 정제하는데 사용될 수 있다.

또한, WAPS 시스템에서 GNSS 시스템으로 보내질 수 있는 정보는 위치의 추정을 포함할 수 있다. 위치의 추정은 근사화되거나(가령, WAPS 타워의 PN 코드에 의해 결정됨), WAPS 시스템 내의 실제 위치 추정에 기초하여 좀 더 정확히 근사화될 수 있다. WAPS 시스템으로부터 가능한 위치 추정은 다른 시스템(가령, 셀룰러 ID 기반의 위치결정으로부터의 거시적 위치 추정)으로부터 위치의 또 다른 추정과 결합하여, GNSS 시스템을 더 잘 지원하기 위해 사용될 수 있는 위치의 좀 더 정확한 추정을 제공할 수 있다. 도 23은 실시예에서, WAPS에서 GNSS 수신기까지로 보조 데이터의 송신에 대한 블럭도이다.

또한, GNSS 수신기는 위치, 주파수, 및 GNSS 시각 추정치를 WAPS 수신기에게 제공함으로써 초기 위치 결정 시각(Time-To-First-Fix, TTFF), 민감도 및 위치 품질의 측면에서 WAPS 수신기의 성능을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 도 24은 실시예에서, GNSS 수신기에서 WAPS 수신기로의 지원 정보의 전송을 도시하는 블럭도이다. GNSS 시스템은 LORN, e-LORN 또는 유사한 지상형 위치결정 시스템으로 대체될 수 있다. 위치 추정은 부분적인(가령, 고도 또는 2-D 위치), 또는 완전한(가령, 3-D 위치) 또는 원시 레인지/의사레인지 데이터(raw range/pesudo-range data)일 수 있다. 레인지/의사레인지 데이터는 하이브리드 솔루션에서 이 레인지 정보의 사용을 활성화시키기 위하여 SV의 위치(또는 SV 궤적 파라미터와 같은 SV의 위치를 계산하기 위한 수단)과 함께 제공된다. 위치결정 지원 정보는 그 품질을 표시하는 메트릭(metric)과 함께 제공된다. GNSS 시각 정보를 제공할 때(이는 하드웨어 신호를 사용하여 WAPS 시스템으로 전송될 수 있음), GPS 시각에 대한 GNSS 시각의 오프셋(만일 있다면)은 WAPS 수신기의 사용을 활성화시키기 위하여 제공된다. 주파수 추정은 신뢰 메트릭(confidence metric)을 따라 클록 주파수의 추정으로서 제공된다(가령, 추정의 최대 기대 오차를 추정하는 추정된 품질을 표시함). GNSS 시스템과 WAPS 시스템이 동일한 클록 소스를 공유할 때, 이는 충분하다. GNSS 시스템과 WAPS 시스템이 별도의 클록을 사용할 때, GNSS 클록은 WAPS 시스템에도 제공되어서, WAPS 시스템이 교정(즉, GNSS 클록에 대한 WAPS의 상대적인 클록 바이어스의 추정) 또는, 대안적으로, WAPS 시스템은 그 클록을 GNSS 시스템에 제공하고, GNSS 시스템은 교정 추정(즉, GNSS 클록에 대한 WAPS의 상대적인 클록 바이어스의 추정)을 제공한다.

WAPS 수신기의 민감도와 TTFF를 개선시키기 위하여, 보조 정보(타워에 의해 송신된 정보로부터 복호된 다른 것과 같은)는 다른 통신 미디어(셀룰러 폰, WiFi, SMS 등)에 의하여 WAPS 서버로부터 WAPS 수신기에 제공될 수 있다. "알마낙(almanac)" 정보가 이미 사용가능하면서, WAPS 수신기의 일은 수신기가 송신 파형에 정렬되는 시각만 필요하기 때문에(비트 정렬 또는 복호의 요구사항 없이) 간단해진다. 데이터 비트를 복호하기 위한 필요성을 제거하는 것은 TTFF를 감소시키고, 따라서, 수신기가 연속적으로 모든 비트를 복호하는 데 전압을 공급할 필요가 없기 때문에 전력을 줄인다. 도 25는 실시예에서, WAPS 보조 정보가 WAPS 서버로부터 제공되는 예시적 구성이다.

비콘이 수신기에 추가되어 국지적 위치결정을 더욱 개선시킬 수 있다. 비콘은 장치 ID에 근거한 서명(signature)과 함께 파형을 주기적으로 송신하는 저전력 RF 송신기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시그니처는 송신기를 유일하게 식별하는 코드일 수 있다. 관련된 수신기는, 모든 방향으로 스캔과 같은 신호 에너지 피크 탐지 또는 방향 탐지(복수의 안테나 요소로부터의 신호를 사용하여 신호 도착의 방향을 결정함)를 통하여 더 높은 정확도로 송신기의 위치를 찾을 수 있을 것이다.

다중경로 신호의 분해능

다중경로의 분해능은 위치결정 시스템에서 중요하다. 무선 채널이 임의의 위상과 진폭을 가지고, 일련의 랜덤하게 변하는 다중경로의 성분을 종종 특징으로 한다. 정확한 위치결정을 위하여, 수신기 알고리즘은, 가시선(LOS) 경로(이는 최초 도착 경로일 것임)가 존재하는 경우 이를 분해하거나, 최초 도착 경로(반드시 LOS 성분일 필요는 없음)를 분해하는 것이 필수이다. 종종 종래의 방법은 다음과 같이 시행된다. (1) 수신된 신호는 송신된 의사-랜덤 시퀀스(가령, 골드 코드 시퀀스, 이는 수신기에서 알려짐)와 상호 상관되고, (2) 수신기는 결과값인 상호 상관 함수의 첫 번째 피크를 찾아내고, 최초 도착 경로의 타이밍이 이 피크의 위치에 의해 나타내어지는 타이밍과 동일하다고 추정한다. 최저 다중경로 분리가 가용 대역폭의 역보다 훨씬 더 긴 경우에만 이들 방법이 효율적으로 작용하지만, 이는 자주 있는 경우가 아니다. 대역폭이 소중한 것이고, 최소의 대역폭을 가진 다중경로를 분해할 수 있는 방법은 시스템의 효율성을 개선시키는 데 매우 바람직하다.

채널 환경(다중경로 및 신호 강도 포함)에 따라, 가장 이른 도착 경로의 추정을 얻는 적절한 방법이 사용된다. 최고의 분해성을 위하여, 고분해능 방법이 사용되는 반면, 저 SNR에서 합리적인 성능을 위하여, 상관 피크 샘플과 피크 주위의 상관 함수의 어떤 특성을 직접 사용하는 좀 더 종래의 방법이 적용된다.

으로 주어진 속도 f_s에서 샘플링된 양자화된 수신 신호 y[n]를 상정하라. 여기서, y[n]은 전송된 의사-랜덤 시퀀스 x[n]과 유효 채널

의 콘볼루션인 수신된 신호이고, h _tx [n]은 송신 필터이며, h _rx [n]는 수신 필터이고, h[n]은 다중경로 채널이다.

피크 위치를 찾는 한 방법은 외관상의 피크 포지션 주위의 값을 사용하여 피크 보간법(interpolation)에 의한다. 보간법은 피크의 양 쪽 측면 상의 하나의 값을 사용하는 이차이거나, 피크 주위의 둘 이상의 샘플을 사용하는 고차원 다항식을 사용하거나, 실제 펄스 모양에 대한 최적합(best fit)을 사용할 수 있다. 이차 보간법의 경우에, 이차는 피크 값과 피크 바로 주위의 값들에 맞춰진다. 이차의 피크는 레인지를 정하는데 사용되는 피크 위치를 결정한다. 본 방법은 매우 강건하여 낮은 SNR에서 매우 잘 실시된다.

대안적인 실시예는 기준 위치로서 피크 위치 이외의 값을 사용할 수 있다. DLL이 피크 위치를 상관 함수에서 기준 위치으로 사용하는 반면, 본 방법은 피크와 다른 포인트를 기준으로 사용한다는 것을 주목하라. 본 방법은 상관 피크의 얼리 에지(early edge)가 트레일링 에지(trailing edge)보다 다중경로에 의해 덜 영향을 받는 다는 사실에서 동기 부여가 된다. 예를 들어, 외곡되지 않은(채널 효과가 없는) 상관 함수 상의 피크로부터의 칩(Tc)의 75% 포인트는 기준 포인트로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 이 75% 포인트와 매치되는 보간된 z[n] 함수의 포션이 선택되고, 피크는 이 포인트로부터 Tc의 25% 떨어진다. 또 다른 대안적인 피크 상관 함수에 기초한 방법은 피크 모양(피크의 외곡의 측정, 가령, 피크 폭과 같은)을 사용할 수 있다. 피크 위치에서 시작하고 피크의 모양에 기초하여, 피크 위치에 대한 보정은 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위해 결정된다.

고분해능 방법은 다중경로 구성을 찾기 위하여 고유-공간 분해(Eigen-space decomposition)를 사용하는 유효 다중경로-분해 방법의 종류이다. MUSIC, ESPIRIT와 같은 방법은 이 종류의 분해 스킴이다. 이들은 이격된 다중경로의 구성과 관련하여, 주어진 동일한 대역폭에서, 종래의 방법보다 훨씬 더 효과적으로 분해할 수 있기 때문에 매우 강력한 스킴이다. 도착 방법의 고 레절루션 가장 이른 시각은 피크값으로부터 피크 위치를 유추하는 대신에 가장 이른 경로의 도착시각을 직접 추정하도록 시도한다. 이하의 내용은 송신된 신호의 간략-획득(coarse-acquitsiton)이 이미 수신기에서 사용가능하고, 의사-랜덤 시퀀스의 시작이 수신기에서 대강 알려졌다고 가정한다.

도 26은 실시예에서, h[n]에서 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위한 흐름도이다. 가장 이른 경로를 결정하기 위한 방법은 후술하는 동작을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

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

로 기재된다. 이 수학식은

로 다시 기재될 수 있다. 여기서,

는 의사-랜덤 시퀀스의 자기상관 함수(autocorrelation function)이다.

2. z[n]의 첫 번째 피크를 찾고, n _peak 로 표시한다. z[n]의 피크의 왼쪽을 wL 샘플 및 z[n]의 피크의 오른쪽을 wR 샘플로 추출하고, 이 벡터를 pV로 표시한다.

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

의 피크의 왼쪽과 오른쪽 각각에 존재하도록 선택하는 것이다. wL과 wR의 선택에서 또 다른 생각은 충분히 상관되지 않은 노이즈 샘플을 선택하여 노이즈 서브공간(noise sub-space)과 관련하여 충분한 정보를 얻는 것이다. 또한, 정수 wL과 wR은 모든 가능한 다중경로 구성, 특히 파-아웃(far-out) 다중경로 구성을 분해하는데 도움을 주는 왼쪽 사이드(즉, wL을 선택하여)를 포함하기 위하여 선택되어야 한다. f_sT_c 이상의 너무 많은 샘플을 포함하는 것은 pV 벡터에 도입된 노이즈의 양을 증가시켜서 축소시켜야한다. 시뮬레이션과 실험을 통하여 wL과 wR에 대한 종래세트의 값은 각각 3f_sT_c 와 3f_sT_c 이다. z[n](및 그 다음에 pV)가 채널 효과 h[n], 송신 필터 h_tx[n], 수신 필터 h_rx[n] 및 의사-랜덤 시퀀스의 자기상관 함수

를 포함한다는 것을 주목하라. 채널에서 가장 이른 도착 경로를 추정하기 위하여, 다른 효과는 제거될 필요가 있다. 많은 경우에, 송신 및 수신 펄스-모양은 최고의 노이즈 성능을 위해 매치되나, 이 알고리즘이 작동하기에 제한이 요구되지는 않는다. 기준 상관 함수는

와 같이 정의되고, 이는 추정될 필요가 있고, pV가 가장 이른 도착 경로의 추정을 위해 사용되기 전에 제거된다.

3. 기준 상관 함수

가 이후에 추정된다.

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

의 유용한 샘플을 포함한다. 도 27은 실시예에서, 기준 상관 함수를 추정하기 위한 흐름도이다.

"케이블 링크" 방법은 송신기 프런트-엔드(전력-증폭기와 송신 안테나가 지나감)에서 '이상' 채널(가령, 케이블)을 통하여 수신기 프런트-엔드(수신 안테나를 지나감)로 변조된 신호를 보내는 단계를 포함한다. '이상' 채널이 어떤 지연이나 감쇠를 가질수 있으나, 다른 왜곡이 추가되어서는 안되고, 고 SNR을 가져야 한다는 것을 주목하라. 최고의 성능을 위하여, 서로 다른 상관함수를 가지므로 서로 다른 기준을 가지기 때문에, '케이블' 기준은 각각의 의사-랜덤 시퀀스에 대해 별도로 생성될 필요가 있다. 또한, 최고의 자기상관 함수(구체적으로, 자기상관 사이드-로브(side-lobe)에서의 그들의 근접도는 피크에 비하여 매우 억제되어야 함)를 위해 적절히 PRN을 선택하는 것이 중요하고, 이는 자기상관 사이드로브가 충분히 감쇠도지 않으면 다중경로에 대해 실수가 생기기 때문에, 타이밍-분해 방법의 최적의 전반적인 성능을 야기할 것이다.

송신 필터 응답이 제어된다고 가정하면, 케이블 링크에 대한 응답의 한 교정은 생산시 수신기마다 요구될 것이다. 수신기 필터 특징이 제어된다면(가령, 다량의 수신기), 응답의 케이블 링크 상의 교정은 수신기 세트에 대하여 하나의 교정 측정으로 더욱 감소될 수 있다.

기준 상관 함수

를 결정하기 위한 대안적인 방법은 각각의 구성

, htx[n] 및 hrx[n]을 분석적으로 계산하고, 이들을 콘볼루션하여 기준 상관 함수

에 도달한다. 이 방법은 송신 및 수신 필터 임펄스 응답이 실제 실행에서 제어될 수 있는 한도에 의존한다.

4. pV의 추정에서 복수의 골드 코드와 심지어 복수의 비트에 걸친 계속되는 애버리징(averaging)에 의하여 SNR을 개선시킨다. 복수의 비트에 걸친 애버리징은 개개의 비트가 송신되는 것에 대한 결정 후에 계속 행해질 수 있다. 다시 말해, 비트에 걸쳐 통합 전에 결정 피드백을 사용한다. 1 단계의 상호-상관 함수 추정치에 애버리징을 수행함에 의하여 등가적으로 개선된 SNR을 얻을 수 있다.

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

6.

를 계산하여 채널 h[n]의 주파수 도메인 추정(노이즈으로 손상된)을 얻는다. 수신된 시퀀스 y[n]가 Nos(즉,+/-1/Tc로 대역-제한된 송신 펄스 모양에 대한

)에 의하여 오버샘프되고, 송신 및 수신 펄스-모양 필터가 완전히 BW = 1/Tc로 대역-제한된다면, 이제, H_full[k]의 DC 주위의

양성 및 음성 샘플은 실제 채널, H_real[k]의 추정에 대하여 정확히 논-제로(즉, 사용가능)이다. 우리의 연구로부터, 우리는 DC의 양 사이드 상의

샘플(여기서, α>1는 송신기, 수신기 및 자기상관 함수

에서 사용되는 실제 펄스-모양 필터에 기초하여 선택됨)은 분해 알고리즘의 최고의 성능을 위해 선택되어야 한다고 결론 지었다.

의 주파수 천이 대역을 포함하는 것은 노이즈 증가를 유발하고, α는 선택된 샘플에서 이들 주파수를 제거하는데 충분히 크게 선택된다. 그러나, α를 너무 크게 선택하는 것은 신호 정보의 손실을 유발할 것이다. 작은 초과 대역폭을 가진 올림 코사인 필터(raised cosine filter) 모양에 기초한 실제 대역-제한된 함수에 대하여, α = 1.25의 바람직한 선택이 실행에서 사용되어 왔다.

7. H_full[k]의 DC 구성이 인덱스 0이면, 감소된 H 벡터, H[]는 다음과 같이 정의된다.

8. 감소된 채널 추정 벡터 H[k]로부터 행렬 P를 구성한다.

여기서, 1 < M < 2N이 파라미터이고, ()`은 복소수의 컨쥬게이트를 나타낸다.

감소된 채널 추정 벡터 H[k]의 추정된 공분산 행렬 R은

로 정의한다. M이 너무 작게 선택되면(1에 가깝게), R의 고유값이 합계로 매우 제한되고, 그 결과, 고분해능 알고리즘은 신호와 노이즈 사이를 기술할 수 없다. M이

너무 크게 선택되면(2N에 가깝게), 공분산을 얻는데 있어 애버리징의 양이 부정확함에 따라 공분산 행렬 추정 R은 신뢰할 수 없고, 또한 얻어진 공분산 행렬 R은 랭크-부족(rank-deficient)이다. 이에 따라, M의 값은, 허용된 레인지의 정확히 중간 즉, M = N이 좋은 선택이다. 또한, 이는 실험적으로 확증되었다.

9. R에 R = UDV`와 같은 특이값 분해(singular value decomposition, SVD)를 수행한다. 여기서, U는 좌측 특이 벡터의 행렬이고, V는 우측 특이 벡터의 행렬이며, D는 특이값의 대각선 행렬이다.

10. sV = 내림차수로 분류된 D의 대각선 요소와 같이, 분류된 특이값 sV의 벡터를 구성한다.

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

은 노이즈에 대응된다. 노이즈 특이값의 벡터를 sV_noise로 정의한다.

노이즈 부분 공간에 대응되는 특이값을 분리하고 노이즈 서브공간의 기저 벡터에 대한 표현을 찾을 수 있는 여러 가지 방법이 있다.

a)

보다 작은 모든 특이값(여기서, T₁은 신호 대 노이즈비(가령, 칩 상의 SNR)의 함수인 임계치, T₁ = f(SNR)).

도 28는 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.

b)

보다 작은 모든 특이값(여기서, L은 지연-확산(가령, N/2)보다 크게 선택될 수 있는 파라미터이고, T₂는 실험적으로 결정된 또 다른 임계치이다(일반적으로 값은 1000일 수 있음).

도 29은 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.

또 다른 방법은 노이즈 및 신호-플러스-노이즈 서브공간의 서로 다른 파티션에 대한 SNR을 반복적으로 추정함에 의하여 노이즈 부분 공간을 결정하는 단계와 SNR의 또 다른 추정을 포함하는 단계하는 것과 관계있다. 도 30는 또 다른 대안적인 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.

1) SNR의 추정 계산은 다음과 같다.

i. 노이즈은

에 의해 표현된다고 가정하고, 노이즈 분산은

로 계산한다.

ii. 신호 전력은

으로 계산한다.

iii. SNR의 추정:

2) SNR의 대안적인 추정은 다른 방법을 통하여 얻는다(가령, 칩상의 SNR). SNR을 직접 추정하는 한 방법은 다음과 같다.

i. 수신된 데이터 샘플(주파수 오차 제거와 Tc-이격된 샘플에 대한 재샘플링과 코드 비상관화 후)이 Xi(여기서, Xi는 보간된 피크 위치에서의 칩-스페이스 스타팅(chip-spaced starting)임)에 의해 주어진다.

ii. 신호는

로 추정된다.

iii. 노이즈은

로 추정된다.

iv. SNR은

로 추정된다.

3) 다음 조건을 만족시키는

와 같은 노이즈 특이값을 선택한다.

d) 또 다른 방법은 c)1)을 사용하여 노이즈 및 신호 서브공간의 서로 다른 파티션을 위한 SNR을 반복적으로 추정함에 의하여 노이즈 서브공간을 결정하는 단계와 파트션 n_start를 선택하는 단계와 관계된다.

도 31는 또 다른 대안적인 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.

e) 도 32은 또 다른 대안적인 실시예에서, 노이즈 서브공간을 추정하기 위한 흐름도이다.

1)

를 정의한다. 그리고 나서, 첫 번째 wLen 특이 값은 유효 신호-플러스-노이즈 서브공간 또는 노이즈 서브공간 특이값을 나타낸다(특이값의 나머지는 상관된 노이즈과 신호 및 양자화 효과를 나타낸다).

2) SNR의 추정은 다음과 같이 계산한다.

i. 노이즈은

에 의해 나타난다고 가정하고, 노이즈 분산은

로 계산한다.

ii. 신호 전력은

로 계산한다.

iii. SNR의 추정:

3)

를 정의한다. 그리고 나서, winLen까지 n_start는 노이즈 특이값을 나타낸다.

의 일반적인 값은 10이다.

12. VN를 만들기 위하여 해당하는 노이즈 우-특이 벡터(right-singular vector)를 선택, 즉, 노이즈 특이값에 해당하고 노이즈 서브공간 행렬 VN 만드는 V의 모든 벡터를 선택한다.

13. 첫 번째 경로의 도착 시각의 추정:

a) 정의

b)

의 값의 범위를 위한

를 계산한다. 탐색의 분해능

은 요구되는 만큼 작게 선택될 수 있다. 예로서,

와

여서, τ는 [-5, 5]의 범위에서 0.05단계로 탐색된다.

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

를 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 지연-확산이 크다면,

은 크게 선택될 수 있고(가령, 10), 지연-확산이 작다면,

은 작게 선택될 수 있다(가령, 4).

방법들의 조합:

상기 논의된 스탠드어론 방법들을 별개로 하고, 만흥ㄴ 다른 조합 방법이 가능하다. 칩상의 SNR에 기초한 스킴의 조합은 효과적인 방법이다. 이하는 실제로 실현될 수 있는 조합 스킴의 리스트를 설명한다.

1. 칩 SNRRef 보다 적은 칩SNR 대하여, 12(d)를 골라 노이즈 특이값을 선택한다. 아니면 12(a)를 선택한다.

2. 칩 SNRRefqhek 큰 칩SNR에 대하여, 12(d)를 골라서 노이즈 특이값을 선택하고, 피크 위치를 추정한다. 아니면, 상호-상관 함수 z[n]으로부터 시작하는 직접적인 피크 추정 기술(가령, 피크 보간법, 피크 모양)을 사용한다.

3. 칩 SNRRef 보다 적은 칩SNR 대하여, 12(e)를 골라서 노이즈 특이값을 선택한다. 아니면, 12(a)를 선택한다.

칩SNRRef의 일반적인 값은 10dB이다.

위치의 계산

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

로 주어진다.

송신기의 위치는 (x_i,y_i,z_i)로 주어지고, 모바일 유닛의 알려지지 않은 위치는 어떤 로컬 좌표 프레임에서 (X,Y,Z)로 주어진다. 3개 이상의 송신기는 3개 이상의 레인지 측정을 생산하고, 이는 픽스를 계산하는데 사용된다. 측정은 수신기 시각 바이어스 추가적인 기간(term)도 가지는데, 이는 수신기 시각이 WAPS 타이밍과 동기화되지 않기 때문이다.

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

과 같은 솔루션을 위해 필요한 정보를 제공한다.

이들 비선형 동시적인 수학식을 해결하는 한 방법은 임의적인 초기 포인트에서 문제를 선형화하고, 이 초기 위치에 대한 보정을 반복적으로 찾아서 최종 솔루션으로 이끄는 것이다.

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

로 사용된다.

최종 위치 솔루션은

를 형성하는 것으로 가정한다.

기하학적 레인지는

에 대한 테일러 시리즈로 확장될 수 있다.

여기서, 추정된 레인지는

로 계산되고, 편도함수는

으로 주어진다.

이 실시예에서, 4개의 알려지지 않고 4개의 선형 수학식이 도시된다. 추가 레인지 추정은 행렬에서 더 많은 행을 생산할 것이다. 결과는 아래 세트와 같다.

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

. 바로미터 측정없이 추가 측정이 상기 매트릭의 행 1에서 3과 마차가지로 추가 행이 하나 추가되는 것을 주목하라. 이 추가 측정은 수신기의 고도의 측정을 활성화 시킨다. 알려지지 않은 수 보다 더 많은 측정이 가능할 때, 솔루션은

로 주어진 A의 의사역행렬(pseudoinverse)에 기초하고, 최소 자승 솔루션(least squre solution)은

으로 주어진다는 것을 주목하라. 측정의 품질이 동일하지 않을 경우, 최소 자승 센스(least square sense)에서 수학식 Ax=b를 푸는 적합한 방법은 각각의 수학식으로부터 오차에 대한 SNR에 가중치 비례(weight proportional)를 사용하는 것이다. 이는

와 함께 솔루션

를 야기한다. 대각선 가중화 행렬 W는 측정의 노이즈 분산에 대한 가중치 비례에 의해 형성된다. 이들 수학식의 솔루션은 X, Y, Z에 대한 델타 정정과 델타 시각 추정을 생산한다.

이는 방법의 첫 번째 반복을 완성시킨다. 업데이트된 위치과 시각 바이어스 추정은 초기 추측을 바꾸고, 알고리즘은 델타 파라미터가 아래 어떤 임계치이 될 때까지 계속된다. 일반적인 정지 포인트는 기준을 위해 델타값이 아래 어떤 임계치(가령, 1미터)일 것이다.

GPS에서 선형화된 수학식의 시스템은 알고리즘이 최종 사용자 위치으로 수렴하기 위하여 최소 자승과 사용자의 위치에 대한 초기 추측을 사용하여 푼다. 선형화는 위성 위치와 사용자 위치 사이의 거리가 지구상의 사용자 위치과 추측된 위치 사이의 거리보다 크다는 기본적인 가정에 근거한다. 지상 환경(작은 기하를 가진)에서 동일한 세트의 수학식을 위하여, 초기 추측은 중심(상기한 바와 같이)에 근거할 수 있고, 포인트는 수신된 신호가 가장 강한 송신기로부터 근접하거나, 반복없이 공식의 시퀀스에 의한 폐쇄된 형태 솔루션을 주는 직접적인 방법에 의해 얻는다. 초기 추측이 중심 또는 수신된 신호가 가장 강한 송신기에 근접한 포인트일 경우, 초기 추측은 최소 자승법을 사용하여 개선된다. 초기 추측이 반복없이 공식의 시퀀스에 의해 폐쇄된 형태 솔루션을 주는 직접적인 방법에 의해 얻어질 경우, 초기 솔루션 그 자체는 최종 솔루션이고, 이러한 측정에서 기대 오차(expected error)를 사용함에 의해 가중화된 개개의 측정이 알려지지 않은 것보다 좀 더 많은 측정(그리고 따라서 수학식)이 있을 때만 최소 자승을 사용하여 개선된다(이는 신호 강도와 양각과 같은 파라미터로부터 얻음). 더구나, 측정의 시퀀스가 제 시각에 처리된다면, 상기와 같이 얻어진 솔루션은 칼만 필터(Kalman filter)로 전달되어 최정의 솔루션 "궤도(trajectory)"를 얻는다.

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

와 같이 정의된다.

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

으로 수정된다.

이 방법에 기초한 위치 솔루션은, 특히 작은 기하 지상파 시스템 구성하에서 좀더 안정적이고 강건하다.

이 구성에서, 수신기 좌표에서의 작은 변화가 관측 행렬을 현저하게 변화시키고 가끔은 선형화된 반복의 수렴의 부족으로 이어진다. 로컬 최소화(local minimum)으로의 수렴 또는 발산은 측정에서 잔여 바이어스(residual bias) 때문에 종종 더 발생하고, 이는 목적 함수의 모양에 영향을 주어 로컬 최소화가 존재할 수 있다. 잔여 바이어스는 실내/도시 캐년 환경에서 매우 흔하다. 상기 비-선형 공식화는 작은 기하 선형화 문제를 극복하는 것 말고도 측정 바이어스에 대하여 위치 알고리즘을 강건하게 만든다.

옵티멀 X, Y, Z를 얻기 위한 함수 f의 최소화를 수행하기 위한 한 접근법은 일반적인 알고리즘(가령 차동 진화(differential evolution))을 사용하여 함수의 글로벌 최소화를 찾는 것이다. 이러한 알고르즘의 사용은, 복수-경로 바이어스가 레인지 측정에 존재할 때, 솔루션은 작은 기하 지상형 위치결정에서 발생하는 로컬 최소화를 방지하도록 한다.

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

로 주어진다.

*애버리지 가중화된 rms 의사레인지 잔여는

로 주어진다.

HDOP, VDOP,PDOP는

의 대각선 원소로부터

로 정의된다.

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

로 정의된다. 여기서, f는 일반적으로 그 인수의 비-선형 단조 감수 함수이다. 함수 f는 신호BW와 수신기 BW의 함수로서 특정 수신기 구성에서 분석적으로 파생될 수 있고, 테이블 맵핑 SNR로서의 시뮬레이션에서 레인지 오차까지 찾을 수 있다.

2-D 위치에 대한 품질 메트릭은

로 정의된다. 마찬가지로, 고도와 3-D 위치에 대한 품질 메트릭은

으로 정의된다.

품질 αsms 원하는 신뢰도의 레벨에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 3의 값은 95% 신뢰도를 얻는데 사용되나, 1의 값은 68% 신뢰도를 얻는데 사용된다.

WAPS 시스템을 사용하는 위치결정의 또 다른 방법은 다른 스킴에서 WAPS 기준 수신기의 사용과 관련있다. "차동 광역 위치결정 시스템"에서 도시되고, 타이밍 동기화의 맥락에서 논의된 바와 같이, WAPS 타워의 경도, 위도, 고도와 함께 시각 스탬프된(time-stamped) 기준 수신기 측정과 기준 수신기는 특정 시각-스탬프에서 WAPS 타워 송신들간의 타이밍 델타를 결정하는데 사용될 수 있다. 송신기들 간의 타이밍 델타가 알려지고나면, 레인지 수학식은 하나의 공통 시각 바이어스를 가지는 것으로 다시 감소될 수 있다. 그리고 나면, WAPS 수신기는 WAPS 데이터 스트림의 복조를 막을 수 있다(가령, 데이터 스트림으로부터 타이밍 보정을 추출하기). WAPS 수신기 측정은 서버로 보내질 수 있고, 그리고 나면, 위치는 서버에서 계산되거나, 대안적으로, 기준 수신기 측정은 WAPS 수신기로 다시 전달될 수 있으며, 위치는 거기서 계산될 수 있다. WAPS 타워의 위도, 경도 및 고도는 위치 계산에서 이미 알려지고/사용가능하다고 가정한다. WAPS 데이터 스트림이 안전한 경우에, 이 차동 시스템은 타이밍 보정을 위하여 안전한 데이터 스트림으로부터 데이터를 뽑아낼 필요성을 없도록 할 수 있다.

WAPS 시스템으로부터 위치결정을 얻기 위한 또 다른 대안적인 방법은 RSSI 핑거-프린팅 기술(finger-printing technique)을 사용한다. WAPS 타워 송신 전력/위치 및 RSSI 레벨의 데이터베이스는 위치결정이 필요한 지역 내의 훈련 측정(training measurement)에 기초한 주어진 타겟 지역을 위해 설정된다. RSSI 데이터베이스 또한, 도래각(Angle of Arrival, AOA)과 함께 증가되어서 솔루션을 개션시킬 수 있다는 것을 주목하라. WAPS 수신기 RSSI 측정(및 가능한 AOA 측정)은 위치 추정을 얻기 위하여 이 데이터베이스를 찾는 데 사용된다. WAPS RSSI 측정을 사용하는 대안적인 방법은 전파 모델(propagation model)(또는 단순한 보외법/보간법 기술)을 사용하여 측정을 레인지 추정으로 전환하고, 그 다음에 삼변 측량술(tri-lateration)을 사용하여 위치를 결정한다. 이들 핑거-프린팅 기술의 RSSI 측정은 레인지로 변환할 수 있는 다른 측정으로 대체될 수 있다.

WAPS 인프라스트럭쳐를 사용하여 위치를 계산하는 대안적인 방법은 WAPS 타워 위치의 종래의 지식을 사용하지 않고, WAPS 시스템으로부터 위치결정을 얻기위한 블라인드 방법(blind method)을 사용한다. 이 방법에서, WAPS 타워의 근사적 위치는 현장 측정(가령, GNSS 태그된 위치에서 WAPS 타워 주위의 많은 각으로부터 RSSI를 측정하고, 그리고 나서 이들 위치의 RSSI에 기초하여 가중화된 애버리지를 사용하여 WAPS 타워 위치를 추정함에 의하여)에 의해 결정된다. 그리고 나서, RSSI 핑거-프린팅 방법 중 하나는 위치를 결정하는데 사용된다(가령, 상기 단락에서 기술된 바와 같이).

WAPS 인프라스트럭쳐를 사용하여 위치를 계산하는 대안적인 방법은 위치 오프라인을 계산하는데 사용될 수 있다. 위치 계산은 선택적으로 근사 위치 및 WAPS 시각 태그와 함께, WAPS 수신기로부터의 WAPS 신호(가령, 저장된 데이터는 저 IF에서의 I 데이터 또는 기저대역에서의 IQ 데이터일 수 있음)의 샘플 세그먼트를 저장하는 것과 관계있다. 그것은 신호를 포착할 수 있는 충분한 샘플을 저장하는데 충분하다는 것을 주목하라. 샘플은 이후 시간에서, 탐색, 포착 및 WAPS 타워에 대한 레인지를 계산하기 위하여 처리된다. 방법은 오프라인 데이터를 사용하여 타워 위치 및 서버 상의 중앙 데이터베이스에 저장될 수 있는 타이밍 보정 정보를 찾을 수 있다. 오프라인 위치 계산의 방법은 장치상의 메모리만의 비용으로 WAPS 위치결정을 지탱할 수 있는 능력을 제공한다. 이 방법의 다른 이점은 WAPS IQ 데이터를 저장하기 위해 드는 시각이 매우 짧고, 위치를 태그하는데 필요한 어플리케이션이 빠르고 간편하나, 정확한 위치가 즉각적으로 요구되지는 않는다. 이 방법에 대한 가능한 하나의 어플리케이션은 사진의 지오-태깅(geo-tagging)일 수 있다.

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

로 기재될 수 있다.

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

로 기재될 수 있다.

Ni는 캐리어 위상 측정이 사이클 슬립(cycle slip)을 갖지 않는 한(즉, 신호는 연속적인 위상 고정으로 추적되지 않아야 함) 변하지 않고, 새로운 위치는 최소 자승을 사용하여 계산된다. 대안적으로, 이들 측정은 칼란 필터에서 사용되어 새로운 위치 상태를 업데이트할 수 있다. 위상 고정을 잃으면, 모호 정수의 새로운 값이 계산될 필요가 있다.

또 다른 접근법은 상기 기술된 바와 같이, 기준 수신기과 관련된 차동 위치결정을 사용한다. 차동 위치결정은 코드 측정 또는 캐리어 측정 또는 이 둘의 조합을 사용하여 행해질 수 있다. 하나의 차이 관측량(observable)은 기준 수신기(r)과 수신기( s)로부터 동일한 타워의 측정을 빼서 코드 위상과 캐리어 위상에 대해 계산된다.

송신기에서 임의의 타이밍 오차가 이들 관측량에서 나타나지 않고, 이에 따라 시스템이 비동기화되거나 불완전하게 동기화될 때에도 위치 솔루션이 가능하도록 하는 것을 주목하라. 또한, 대류층 딜레이이 짧은 기준치(즉, 기준 수신기(r)과 수신기(s) 사이의 거리)에 대한 로컬 지역에서 상관되기 쉬우므로, 측정에서의 대류층 딜레이 오차는 거의 삭제된다. 통신 채널은 위치 계산을 위하여 기준 수신기(r)에서 수신기(s)로 보내는데 사용된다. 또는, 대안적으로, 수신기(s)와 수신기(r)는 레인지와 캐리어를 위치 계산을 위하여 서버와 통신될 필요가 있다.

임의의 위치 솔루션 방법에서, 수신기의 높이는 지형 지도 또는 바로메트릭 센싱에 배치하여 결정될 수 있다. 지도에 배치하여, 삼변측량하는 동안 사용자의 위치는 지형 데이터베이스와 결정된 사용자의 높이에 기초한 지형에 제한될 수 있다. 또한, 사용자의 높이는 지형 위의 어떤 높이내로 제한될 수 있다. 예를 들어, 그 지역에서 가장 높은 빌딩에 기초하여, 지형 위의 최대 고도는 제한될 수 있다. 이러한 유형의 제한은 높이 솔루션의 품질을 개선시킬 수 있다(가령, 바이어스된 레인지 측정을 사용할 때, 가끔 생산되는 모호한 솔루션을 제거함에 의하여).

또한, 실내 빌딩 지도가 가능하다면, 정보(가능한 사용자 위치과 관련된 제한에 따라)는 위치 솔루션을 지원하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 물리적 제한은 사용자 모션 모델을 제한하는데 사용될 수 있고, 이에 의해 칼만 위치 필터를 추적하는 품질을 개선시킬 수 있다. 빌딩 지도의 또 다른 사용은 타워에서 실내 위치으로의 물리적 환경에 기초하여 특정 타워의 레인지 측정의 품질을 결정/추정하는 것이다. 레인지 품질의 더 우수한 추정은 더 우수한 위치 추정을 유발하는 위치 계산을 가중화하는데 사용될 수 있다.

바로메트릭 센서를 사용할 때, 교정된 바로메트릭 센서는 수신기 단말기가 고도상 위 아래로 움직임에 따른 기압차를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이는 다양한 고도에 대한 교정값 또는 수신기의 높이를 결정하기 위한 평균값과 비교된다.

위치 솔루션의 계산에서, 2-차원 위치를 위해 요구되는 최소 3 측정보다 큰 추가 측정이 가능하다.

측정의 일관성을 확인하는 것에 기초한 수신기 무결성 모니터링은 "아웃라이어(outlier)" 측정을 제거하는데 사용된다. "아웃라이어" 측정은 송신기에서 타이밍 동기화의 손실 또는 다중경로와 같은 채널 효과 때문일 수 있다.

고도를 결정하기 위한 고도계-기반 접근법

실시예의 WAPS 시스템은 사용자 고도의 결정을 지원하기 위한 고도계(압력 센서)를 포함한다. 압력 센서로부터 사용가능한 유일한 정보는 측정 시각 및 장소에서의 대기압이다. 이를 센서의 고도의 추정으로 변환하기 위하여, 정보의 많은 추가 부분이 요구된다. 다음과 같은, 공기 기둥의 무게에 기초한, 고도에 대한 압력과 관련된 표준 공식이 있다.

여기서, z₁과 z₂는 두 개의 고도이고, P₁과 P₂는 그 고도에서의 압력이며, T(K로의) 공기의 온도이다. R = 287.052m²/Ks²는 기체 상수이고, g = 9.80665 m/s²은 중력 가속도이다. 이 공식은 압력 차이에 대한 고도 차이를 결정하는 상대 정보를 제공한다는 것을 주목하라. 일반적으로 이 공식은 z₂ = 0으로 함께 사용되어서, P₂는 해면기압이다. 해면기압이 날씨와 위치에 따라 현저하게 변하기 때문에, 해면기압은 고도가 결정되는 지역에서의 온도와 기압을 추가할 필요가 있다. 표준 기압 상태(T = 15℃ 및 P = 101,325 Pa)를 적용할 때, 1 m 고도가 증가함에 따라 12.01 Pa 기압이 감소하는 것으로 밝혀졌다.

이에 따라, 1m의 분해능에 따라 고도를 결정하기 위하여, 해면기압은 36Pa보다 더욱 세세하고 매우 정확하게 알려져야 한다. 또한, T는 켈빈 온도로 측정되기 때문에, 온도로 3℃(또는 K) 오차가 고도로 대략 1% 오차에 대응된다는 것을 주목하는 것이 바람직하다. 이는 해면보다 훨씬 위의 고도를 결정할 때, 그리고, 높게 솟은 빌딩에서 윗 층을 분해하는 것을 시도할 때 중요하게 될 수 있다. 이에 따라, 1m의 분해능을 가진 고도를 결정하기 위하여, 고정밀 및 고분해능을 가진 압력센서가 필요하다. 모바일 장치에 맞추기 위하여, 이들 센서는 저비용, 저전력 및 작은 크기이어야 한다. 상업적 날씨 등급 센서는 이 레벨의 정확도 또는 분해능을 제공하지 못하고, 고도를 결정하기에 요구되는 속도에서 업데이트되지 못하다는 것을 주목하라.

1 m 정확도까지 고도를 결정하는 열쇠는 충분히 지역적이고 충분히 정확한 기준 압력 정보를 제공하기 위한 시스템을 갖는 것이다. 변화하는 기상 변화를 포착하기 위하여 온도, 거리 및 시각에 있어서, 알려지지 않은 위치에 근접한 측정을 제공할 수 있어야 하고, 최종적으로 충분히 정확해야 한다. 이에 따라, 실시예의 시스템을 결정하는 고도는 다음 요소를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 충분한 정확성을 가진 알려지지 않은 위치에서의 압력과 온도를 결정하는 모바일 센서, 충분한 정확성을 가진 알려진 위치에서의 압력과 온도를 결정하고, 비알려진 위치에 충분히 근접한 기준 센서의 어레이, 모든 기준 센서 데이터, 기준 센서 위치 및 다른 증가 정보를 입력하고 WAPS 네트워크 내의 관심 위치에서 정확한 기준 압력 추정을 생산하는 보간법-기반 추정 알고리즘, 충분히 시기 적절한 방식으로 기준 정보를 제공하기 위한 기준 센서와 모바일 센서 사이의 통신 링크이다. 이들 요소 각각은 이하 자세히 기술된다.

도 33은 실시예에서, 기준 고도 압력 시스템의 블럭도이다. 일반적으로, 기준 고도 압력 시스템 또는 기준 시스템은 적어도 기준 센서 유닛 세트를 포함하는 기준 센서 어레이를 포함한다. 각 세트의 기준 센서 유닛은 알려진 위치에 위치된 적어도 하나의 기준 센서 유닛을 포함한다. 또한, 시스템은 원격 수신기의 위치에서 대기 데이터를 수집하는 대기 센서를 포함하거나 연결된 원격 수신기를 포함한다. 프로세서 상에서 운영되는 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기와 연결되거나 원격 수신기의 부품이다. 위치결정 어플리케이션은 대기 데이터와 기준 센서 어레이의 기준 센서 유닛으로부터의 기준 데이터를 사용하는 원격 수신기의 위치에서 기준 압력 추정을 생산한다. 위치결정 어플리케이션은 기준 압력 추정을 사용하는 원격 수신기의 고도를 계산한다.

좀 더 구체적으로, 기준 고도 압력 시스템은 충분한 정확성을 가지고 비알려진 위치에서 압력과 온도를 결정하는 모바일 센서를 포함하고, 모바일 센서는 원격 수신기의 부품이거나 그와 연결된다. 시스템은 기준 센서 어레이를 포함하고, 상기 기준 센서 어레이는 알려진 위치에서 압력과 온도를 정확히 결정하는 적어도 하나의 기준 센서를 포함하며, 상기 기준 센서는 원격 수신기의 위치에 적절하다. 기준 센서 유닛은 원격 수신기 및/또는 중간 장치(가령, 리피터등, 미도시)와 통신하여 기준 정보를 제공한다. 시스템은 실시예에서, 위치결정 어플리케이션을 포함하고, 상기 위치결정 어플리케이션은 모든 기준 센서 데이터, 기준 센서 위치 및 다른 증가 정보를 입력하고, 관심 위치에서 비교적 정확한 기준 압력 추정치를 생산하는 보간법-기반 추정 알고리즘이다. 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기의 구성일 수 있고, 원격 서버 또는 다른 처리장치의 호스트일 수 있으며, 원격 수신기와 원격 처리 장치 사이에 분포될 수 있다.

도 34은 실시예에서, 기준 고도 압력 시스템을 포함하는 WAPS의 블럭도이다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이, WAPS는 동기화된 비콘의 네트워크, 비콘 및/또는 글로벌 위치결정 시스템(GPS) 위성을 포착하고 추적하는 수신기 유닛(그리고, 선택적으로 위치 계산 엔진을 가짐) 및 타워의 인덱스, 빌링 인터페이스, 전용 암호 알고리즘(그리고, 선택적으로 위치 계산 엔진)을 포함하는 서버를 포함한다. 시스템은 허가된/비허가된 작동 대역에서 작동하고 위치과 네비게이션을 위한 전용 파형을 전송한다. WAPS 시스템은 좀 더 정확한 위치 솔루션을 제공하기 위하여, 다른 위치결정 시스템 또는 센서 시스템과 연결되어 사용될 수 있다. 기준 압력 추정을 사용하여 계산되는 원격 수신기의 고도는 임의의 위치 위치 시스템에서, 고도 추정과 같은 명시적으로 또는 위치 계산을 지원하는 암시적으로 사용될 수 있다는 것을 주목하라.

한 예시적인 시스템은 기준 고도 압력 시스템을 WAPS에 통합시킨다. 일반적으로, 통합된 시스템은 지상파 송신기 네트워크를 포함하고, 상기 지상파 송신기 네트워크는 위치결정 신호를 브로드캐스트하는 송신기를 포함하며, 상기 위치결정 신호는 적어도 하나의 레인지 신호와 위치결정 시스템 정보를 포함한다. 레인지 신호는 상기 레인지 신호를 브로드캐스트하는 송신기에 대한 거리를 측정하는데 사용되는 정보를 포함한다. 시스템은 알려진 위치에 위치된 적어도 하나의 기준 센서 유닛을 포함하는 기준 센서 어레이를 포함한다. 원격 수신기는 상기 원격 수신기의 위치에서 대기 데이터를 수집하는 대기 센서를 포함하거나 연결된다. 프로세서 상에서 운영되는 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기와 연결되거나 그 구성이다. 위치결정 어플리케이션은 기준 센서 어레이의 기준 센서 유니트 세트로부터의 대기 데이터 및 기준 데이터를 사용하는 원격 수신기의 위치에서 기준 압력 추정을 생산한다. 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기의 위치를 계산하고, 이는 고도를 포함하고, 적어도 하나의 위치결정 신호와 위성 신호로부터 파생된 기준 압력 추정과 정보를 사용하며, 상기 위치결정 신호와 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이다.

좀 더 구체적으로, 이 통합된 시스템은 충분한 정확성을 가지고 비알려진 위치에서 압력과 온도를 결정하는 모바일 센서를 포함한다. 모바일 센서는 원격 수신기의 구성 또는 그와 연결되나, 이에 제한되지 않는다. 시스템은 기준 센서 어레이를 포함하고, 상기 기준 센서 어레이는 적어도 하나의 기준 센서 유닛을 포함하며, 상기 기준 센서 유닛은 알려진 위치에서 압력과 온도를 정확히 결정하고, 상기 알려진 위치는 원격 수신기의 위치가 적절하다. 기준 센서 유닛은 원격 수신기 및/또는 중간 장치(가령, 서버, 리피터 등, 미도시)와 통신하여 기준 정보를 제공한다. 기준 센서 유닛은 하나 이상의 WAPS 송신기와 병치될 수 있고, 및/또는 다른 알려진 위치에 별도로 위치될 수 있다. 시스템은, 실시예에서, 위치결정 어플리케이션을 포함하고, 상기 위치결정 어플리케이션은 모든 기준 센서 데이터, 기준 센서 위치 및 다른 증가 정보를 입력하고, 관심 위치에서 비교적 정확한 기준 압력 추정치를 생산하는 보간법-기반 추정 알고리즘이다. 위치결정 어플리케이션은 원격 수신기의 구성일 수 있고, 원격 서버 또는 다른 처리장치의 호스트일 수 있으며, 원격 수신기와 원격 처리 장치 사이에 분포될 수 있다.

상기한 바와 같이, 모바일 센서는 분해능과 정확성을 가지고 압력을 결정할 수 있고, 이는 36Pa보다 훨씬 세세해야 한다. 많은 압력 센서는 비-이상 센서 성능에 대한 보상을 제공하기 위하여 내장형 온도 센서를 가지나, 자체-발열 효과(self-heating effect) 때문에, 이들 센서는 외부 공기 온도에 대한 충분히 정확한 측정을 제공하지 못할 수 있다. 정확한 센서가 시판되지 않는 경우라도, 적절한 분해능을 가진 센서가 사용가능하다면, 이들 센서는 바닥에서 고도 추정을 위해 사용될 수 있다. 실시예의 모바일 센서는 대략 36 파스칼보다 낮은 분해능을 가진 기준 압력 데이터를 결정하고, 대략 섭씨 3도 이하의 분해능을 가진 온도 데이터를 결정한다.

이들 센서는 타고난 단기간 및 장기간 안정성 문제를 가지고, 이는 최신 필터링 기술에 의해 보정되어서 몇 몇 샘플로 평균화할 수 있다. 또한, 각각의 센서는 가령, 참조표에 의해 교정 또는 보상될 필요가 있는 온도 변화를 가져서 오프셋을 가진다.

충분한 교정으로, 이들 센서는 필요한 정확성을 제공해야 한다. 또한, 일부 센서는 고속의 모션에 민감할 수 있다. 고속 또는 가속이 발견될 때, 일부 경험적인 법칙이 압력 정보의 사용을 제한하는데 사용될 수 있다. 그러나, 고속은 실내 환경에서 거의 드물다. 고속으로 이동할때, GPS 위치결정과 맵 데이터는 일반적으로 충분한 수직 위치 정보를 제공한다.

또한, 센서는 외부 공기에 노출되나, 바람, 통풍 또는 다른 공기 이동에 노출되지 않는 방식으로 장착되어야 한다는 것을 주목해야 한다. 일반적인 소비자 제품에 장착 또는 내부 위치결정은 수용가능한 결과를 생산해야한다. 배터리 구획과 연결부는 센서에 도달하는 외부 공기를 위해 간접적인 경로를 제공하는 반면, 직접적인 공기 이동을 방지한다. 그러나, 방수 장치는 외부에 접근하는 센서를 제공하기 위하여 특별한 준비가 필요할 것이다.

기준 센서는 매우 작은 부피와 전용 위치에서 전개되어서, 기준 시스템에서 비교적 우수한 정확성을 얻을 수 있고, 모바일 센서에 전반적인 오차 할당의 부피를 배치하는 것이 가능하도록 한다. 날씨 고도계와 항공기 고도계와 같은 절대 압력 센서를 위한 기존 시장은 실시예의 어플리케이션과 동일한 높은 정확성의 요구사항을 가지지 않는다. 기준 어플리케이션에서, 실시예는 그들 측정을 평균화함에 의해 개선된 정확성을 위하여 그리고 중복성을 위하여, 복수의 센서를 사용한다. 또한, 센서는 온도 레인지를 제한하기 위하여 패키지될 수 있고, 센서는 노출되고, 바람직하게는 이 제한된 온도 범위를 위하여 센서가 교정된다.

기준 시스템은 대략 몇 초 내지 몇 분의 시각 척도로 정확성을 개선시키기 위하여, 다른 개개의 필터 측정을 평균화해야 한다. 기준 센서의 높이는 '센티미터' 레벨로 정확하게 측정되어야 한다. 외부 공기 온도는 연속적으로 측정되고 기록되어야 한다. 센서는 공기 압력을 측정하기 위하여 외부 공기에 노출되어야 하나 바람, 통풍 또는 다른 유효 공기 이동(칸막이 또는 다른 패키징이 센서로 간접적인 경로를 따라 공기를 안내하는데 사용됨)에 노출되지 않아야 한다. 센서는 외부 공기 압력의 측정을 막기 때문에, 방수 클로저에 밀봉되어서는 안된다. 실시예의 기준 센서는 대략 36 파스칼보다 낮은 분해능을 가진 기준 압력 데이터를 결정하고, 대략 섭씨 3도 이하인 분해능을 가진 온도를 결정한다.

실시예는 보간법-기반 기준 압력 추정을 활성화시킨다. 타워 위치과 다른 증가 정보뿐만 아니라, 각각의 WAPS 송신기 타워에서의 압력 측정과 온도 측정을 고려해 볼 때, 실시예는 사용자 높이 추정에 대한 기준값으로서, 모바일 사용자 위치에서 해면기압을 예측한다. 따라서, 대기압 표면 그래디언트 모델(gradient model)이 생성되고, 각각의 타워 위치에서의 압력 측정은 모델의 로컬 수정을 위한 샘플 데이터로서 제공한다. 따라서, 이 추정 알고리즘은 비콘 타워에서 포착된 직접 측정과 같이, 사용자 위치에서 비교되는 기준 압력 정확성을 교정한다.

이 보간법의 공식의 설명은 아래에 기술된다. WAPS 네트워크 중 하나네에서, n 개의 송신기 타워에서의 주어진 기준 바로메트릭 압력 센서를 고려하면, 등가적인 해면기압은 기준 센서 출력에 기초하여 추정된다. 이는 두 단계에서 행해지나, 이에 제한되지 않는다.

첫 번째 단계로서, 송신기 타워 i 에서의 해발 기준 센서 높이 h_i(미터 단위), 압력 p_i(파스칼 단위) 및 온도 T_i(켈빈 단위)가 기준 센서에서 기재된 것을 고려하면,등가적인 해면기압 P_i(파스칼 단위)는 위치에서 경도 x_i 위도 y_i(도 단위)로서 공식

을 사용하여 계산되고, 여기서, g는 중력 가속도 상수이고, R은 공기에 대한 특정 기체 상수이다. 두 번째 단계로서, WAPS 네트워크의 모든 n 개의 송신 위치에서의 등가적인 해면기압을 계산하고, WAPS로 사용자의 경도 정보 x₀와 경도 정보 y₀를 얻은 후에, 등가적인 해면 압력은 사용자 위치 P0에서 공식

으로 추정되고, 여기서, W_i = W_i(x₀,y₀,x_i,y_i)는 사용자 위치과 기준 위치 i 위치에 의존하는 가중치 함수이다.

실시예의 통신 링크는 모바일 센서에 의해 사용되는 정보를 제공한다. 실시예는 몇 초 내지 몇 분마다 한 번씩 업데이트되는 압력을 브로드캐스트하나, 이에 제한되지 않는다.

기준 시스템이 드물게 기준 정보를 브로드캐스트한다면, 모바일 유닛은 다음 중 적어도 하나를 수행한다. 마지막 정보를 수신하고 저장하기 위하여 브로드캐스트를 연속적으로 모니터링 하여, 상기 마지막 정보가 다음 브로드캐스트 전에 필요한 경우를 대비하거나, 새로운 고도를 계산하기 전에 다음 브로드캐스트를 기다리거나, 필요시 마지막 정보에 대한 기준 시스템을 "풀(pull)' 또는 질의(query)하는 것이다. 정보를 브로드캐스트하는 기준 시스템을 가지는 것 보다 실시예의 풀 접근법은 시스템 대역폭을 최소화시킨다. 그러나, 풀은 기준 시스템과 모바일 간의 투-웨이 통신을 사용하고, 복수의 기준 위치가 모바일 계산에 사용되기 때문에, 모방일은 어느 기준 위치가 질의되었는지를 결정하는 것이 요구된다. 대기 기간을 낮추면서도 모바일에 의하여 모니터링을 최소화시키기 위한 좋은 절충안은 측정을 업데이트하는데 걸리는 시각보다 더 자주 그 데이터를 브로드캐스트하는 기준 시스템을 가진다.

실시예는 정보 내용에 대한 두 개의 가능한 접근법을 포함한다. 첫 번째 접근법은 모든 계산을 수행하는 모바일을 가지고, 이 경우 기준에 의해 보내진 정보는 다음을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이는 0.1-0.2 m 정확성을 가진 기준 센서의 높이와 기준 위치의 측정된 온도(어떤 필터링 후에), 1 Pa 정확성을 가진 기준 위치에서 측정된 공기의 압력(필터링, 센서 온도 보상, 및 오프셋과 같은 다른 로컬 교정 후에) 및 신뢰도 측정이다.

대안적으로, 기준 위치는 그 온도와 압력 측정으로 사용하여 등가적인 해면기압을 계산할 수 있다. 이 접근법이 사용된다면, 브로드캐스트도리 정보의 리스트는 다음을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 이는 1 미터 정확성을 가진 기준 위치(경도와 위도), 0.1-0.2m 정확성을 가진 기준 센서의 높이, 기준 위치에서 계산된 등가적인 해면기압(1 Pa 정확성을 가진), 신뢰도의 측정이다.

또한, 실시예는 송신된 데이터의 비트를 감소시키나, 어떤 알려진 상수에 대한 데이터의 각 부분을 브로드캐스트한다. 예를 들어, 기준 위치는 모바일 위치에 비교적 근접하여, 역할을 다할 경도와 위도의 정수부분은 남기고, 분수도(fractional degree)만 송신될 수 있다. 마찬가지로, 일반적으로 대략 10⁵ 파스칼이지만, 기압은 표준 대기압으로부터 몇 천 Pa로 달라진다. 이에 따라, 실시예는 표준 대기압으로부터 오프셋을 브로드캐스트하여 절대 압력을 브로드캐스트하는 것에 비해 대역폭을 감소시킨다.

GPS 또는 유사한 시스템으로 부터 얻은 경도와 위도는 도시 어플리케이션에서 특히 유용하지 못하다. 그 대신에, 데이터베이스가 경도와 위도를 거리 주소로 맵핑하는 것이 요구된다. 고도는 수직 디멘젼에서 유사한 제한을 가진다. 유용한 파라미터는 어느 층에 사람이 있는지이다. 이는 지면 고도의 데이터베이스와 빌딩의 각 층의 높이에 접근한다면, 고도 정보로부터 정확히 결정될 수 있다. 대략 3층까지의 낮은 빌딩으로서는, 맵핑 또는 유사한 데이터베이스와 층 높이 추정으로부터 지면 고도를 충분히 알 수 있다. 더 큰 빌딩에 대해서는 층 높이에 대한 좀 더 종확한 정보가 요구된다

이는 스마트 러닝 알고리즘을 실행하기 위한 기회를 제시한다. 예를 들어, 한 사람은 셀 폰이 바닥에서 1 m 내지 2 m에서 운반될 것이라고 가정한다. 이에 따라, 실시예의 시스템은 빌딩 내의 많은 셀 폰의 고도를 축적할 수 있고, 여기서 데이터는 각 층으로부터 1.5m 무리로 예상된다. 충분한 데이터로, 빌딩 내의 각 층의 높이에 대한 신뢰도를 성장시킬 수 있다. 이에 따라, 데이터베이스는 시각에 걸쳐 학습되고 정제될 수 있다. 이러한 알고리즘은 층 사이에 경사 또는 중이층을 가진 빌딩내에서 더욱 복잡해지나, 대부분의 빌딩에 대해서 유용한 데이터를 여전히 생산할 수 있다.

센서 오프셋과 부분적으로 다른 파라미터는 제조시에 교정될 수 있다. 이는 기준 정보를 제공하는 알려진 우수한 센서로, 온도와 압력의 범위를 통하여 센서를 사이클링(cycling)함에 의하여 가능하다. 이들 교정 파라미터는 수명과 함께 천천히 전전한다. 따라서, 실시예는 알고리즘을 사용하여 점차적으로 시간에 걸쳐 교정을 업데이트한다(가령, 알고리즘은 언제 센서가 알려진 높이에서 정지되고, 이들 조건하에서 교정 테이블을 업데이트 하는지 인식함).

사람의 위치를 결정하는 일반적인 어플리케이션뿐만 아니라, 실싱예는 절대 고도 정보를 필요치 않은, 좀 더 정확한 상대적인 고도 정보를 사용하는 특별한 어플리케이션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 빌딩내에서 넘어진 소방관을 찾는 것은 절대 위치만큼 중요하지는 않지만, 알려진 구조 그룹에 관하여 넘어진 사람의 위치가 요구된다. 상대적인 위치결정에서 추가 정확도는 어플리케이션의 초기에 추가적인 수동 단계를 가짐에 의해 가능해질 수 있다. 예를 들어, 모든 소방관은 들어가기 전에 빌딩 입구와 같은 알려진 위치에서 트랙커(tracker)를 개시할 수 있다. 그 포인트에 대한, 이에 따라 서로에 대한 그들의 위치는 절대 고도는 정확하지 않고, 날씨와 관련된 압력이 완전히 보상하지 못한다 하더라도, 일정 기간 동안 꽤 정확히 결정될 수 있다. 마찬가지로, 절대 측정으로부터 시판되는 것 보다 좀 더 정확성을 요구하는 쇼핑 관련 어플리케이션은 사용자가 몰에서 알려진 포인트에서 버튼을 누름에 의해 실행될 수 있다. 그리고 나서, 그 포인트에 대한 그들의 위치는 일정 기간 꽤 정확히 결정된다.

대아적으로, 모바일 비콘은 로컬 기준으로 사용되어 특정 위치에서 좀 더 정확성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 쇼핑몰은 자체 기준 센서를 가져서, 몰 내에 좀 더 정확성을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 소방차는 기준 센서를 갖추어서 화재 상황에서 로컬 기준 정보를 제공할 수 있다.

저비용 압력 센서는 보정 기록으로부터 오프셋을 가진다는 점에서 문제점을 가진다. 실험은 이 오프셋이 주 내지 달의 시간 척도에서 꽤 안정적이다는 것을 도시한다. 그러나, 이 오프셋은 많은 달 내지 년의 기간에 걸쳐 천천히 전전할 것 같다. 이 오프셋을 측정하고 제조시에서 보상하기에는 간단하지만, 그 보상이 제품의 수명 동안 정확할 것 같지 않다. 따라서, 이 영역에서 재 교정의 수단이 필요하다.

실시예의 센서는 그것이 알려진 고도에 있고, 대기압이 알려진다면, 재 교정될 수 있다. 실시예는 센서가 알려진 고도에 있을 실제 상황을 식별한다. 예를 들어, 센서가 GPS 능력을 가진 장치에 있다면, GPS 위성은 높은 신호 강도로 수신되고, GPS 유래된 고도는 매우 정확해야 한다. 우수한 신호 상황에서, 시간에 걸쳐 GPS 고도로부터 파생된 축적물은 센서 교정에 필요한 보정의 추정을 제공한다.

마찬가지로, 센서 시스템은 사용자의 습관을 학습하고 이 정보를 나중의 교정을 수정하는데 사용할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 밤에 계속 그녀의 폰을 한 곳에 두면, 센서는 이 위치에서 늦은 밤과 같은 구체적인 시간에 고도 추적을 시작할 수 있다. 처음에는, 이들 값은 그 위치에서 진정한 고도로서 축적되고 저장될 것이다. 수개월 후에, 센서가 그것이 밤의 동일한 시간에서 동일한 위치가라는 것을 결정할 경우, 이전에 결정된 진정한 고도로부터의 편차 추적을 시작할 수 있다. 그리고 나서, 이들 편차는 교정에 대한 보정을 생성하기 위해 천천히 축적될 수 있다. 이들 접근법 또한 현 대기압의 정보를 사용하기 때문에, WAPS 네트워크에 의해 제공되는 기준 압력 측정을 사용한다.

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

이다. 높이는 종래적으로, 지구 표면으로부터 떨어진 플러스 방향의 움직으로 측정되기 때문에, 마이너스 사인이 부가된 것을 주목하라. 또한, 알고리즘은 이것이 자연로그이기 때문에, 'ln'에 대해 보정되었다. 이 공식(해면상 높이 z)은 그 포인트에서의 대기 온도(T)와 압력(P)와 그 포인트 아래의 해면기압(P₀)에 관한 것이다.

이 공식을 적용하는데 추가적인 한 문제점은 높이가 온도(정확하게 알려지지 않은 측정된 품질)에 직접 비례한다는 것이다. 이는 온도에서의 1% 오차가 높이에서의 1% 오차를 야기할 수 있다는 것을 의미한다. 해면 근처에서 사용될 경우, 이는 큰 문제가 아닐 것이다. 그러나, 이 공식은 높은 빌딩과 특히 덴버(Denver)와 같은 높은 고도 지역에서 적용될 경우, 높이에서의 1% 오차는 바닥면 고도를 분해하려고 할 때 클 수 있다. 예를 들어, 덴버의 고도가 약 1608 m 이다. 따라서, 온도에서의 1% 오차는 해발 16 m의 오차를 야기할 수 있다. 이는 거의 5층 높이다.

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

로 일반화될 수 있다. 여기서, z₁과 z₂는 임의의 두 고도이고, P₁과 P₂는 그들 고도에서의 압력이다. z₂가 0으로 설정되는 종래의 상황에서, P₂는 해면기압으로 된다.

기준 포인트로서 해면을 사용하는 대신, 임의의 편한 고도가 사용된다. 예를 들어, 도시의 평균 고도가 적합하고, 또는 압력 데이터를 수집하는데 사용되는 기준 센서의 평균 고도가 활용될 수 있다. 기준 고도가 높이차를 작게 유지하도록 사용되는 한, 온도 오차의 효과는 미미할 것이다. 유일한 요구사항은 시스템 내에 관련된 모든 장치는 기준 고도가 사용된다는 것을 알아야 한다는 것이다.

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

이다. 이 공식은 해면과 관심 포인트 간의 일정한 온도에서, 공기 기둥이 있다고 가정한다. 따라서, 사용된 해면기압은 가상 구조물이고, 관심 포인트가 실제 해면과 가까이 있지 아니할 수 있기 때문에, 해면에서의 실제 압력일 필요는 없다.

대상물의 고도를 결정하기 위한 표준 절차는 두 단계의 절차이다. 우서, 해면기압이 알려진 고도의 포인트에서 온도와 압력을 측정함에 의하여 결정되고 나서 P₀에 대하여 풀기 위하여 이 공식을 역변환한다. 다음으로, 알려지지 않은 고도의 포인트에서의 온도와 압력이 측정되고, 이 공식이 알려지지 않은 고도를 결정하는데 적용된다.

이 단계에 내포되어 있는 것은 관심있는 파라미터만이 항공 분야에 접근하는 일반적인 항공기와 같이 기준을 위해 항공 분야에서 측정을 사용하여, 동일한 수평 위치 위의 다른 대상물의 높이라는 것을 가정한다. 일반적으로, 다른 목적을 위해 높이 결정에 관심있는 사람들은 기준 위치의 일반 주위에서의 높이를 결정하기 위한 이 개념을 확장해왔으나 직접 그 위의 것은 아니었다. 이 확장은 해면기압은 주위의 관심 위치과 기준 위치 사이에서 변하지 않는다는 것을 가정한다.

이에 따라, 이 절차에서 3개의 가정이 있다. 첫 번째 가정은 기준 위치에서 그 아래의 가상 해면 포인트까지 온도는 일정하다는 것이다. 두 번째 가정은 관심 포인트에서 그 밑의 가상 해면 포인트까지 온도는 일정하다는 것이다. 세 번째 가정은 해면기압은 기준 위치과 관심 포인트에서 동일하다는 것이다. 그러나, 해면기압은 온도에 의존하기 때문에, 해면기압이 두 위치에서 동일하다고 가정하는 것은 이들 위치에서 온도가 동일하다는 것을 의미한다. 이에 따라, 서로 다른 온도가 기준 위치과 관심 포인트에서 측정되면, 이들 가정들 중 하나는 위반된다. 측정은, 수 킬로미터가 넘는 거리일 지라도, 온도와 압력에서의 차이가 있으면 고도 결정하는데 중요할 수 있다는 것을 보여준다.

주어진 위치에서의 고도 변화에 걸치 일정한 온도의 가정은 대기에 대한 균형 모델(equilibrium model)의 일부이고, 아마도 필요하다. 유일한 대안은 바람의 효과, 표면 가열, 대류 및 난류의 효과를 포함하는 대기의 전체 다이내믹 모델일 것이다. 대기 데이터는 적어도 큰 거리 척도, 즉, 일정한 온도 모델이 1 km 이하의 고도에서 매우 우수한 근사라는 것을 암시한다. 더 높은 고도에서, 선형 랩스율(linear lapse rate)이 가끔 적용된다.

실시예는 기준 위치과 관심 포인트 사이의 일정한 해면기압을 가정하는 것을 완화한다. 실시예의 첫 번째 접근법은 해면기압을 상기한 바와 같이 결정된 기준 위치으로 간주하나, 이를 표준 온도에서 해면기압으로 전환하기 위한 이상 기체 법칙을 추가로 적용한다. 그리고 나서, 이 표준 온도에서의 해면기압은 관심 포인트에서 동일할 것으로 가정한다. 새로운 위치에서의 온도는 이것을 위치에 대한 해면기압으로 전환하는데 사용될 것이고, 그리고 나서 상기 공식을 고도를 결정하는데 적용한다.

실시예의 두 번째 접근법은 기준 위치의 네트워크를 사용하여 실시간으로 수평 위치를 가진 등가적인 해면기압의 변화를 결정한다. 그리고 나서, 이들 복수의 측정은 관심 포인트에서 해면기압의 최적의 추정을 결정하는데 결합된다. 최적의 추정을 결정하는 적어도 두 개의 방법이 있다. 이는 가중화된 평균 접근법이고, 여기서, 가중화는 특정 기준 포인트에서 관심 포인트까지의 수평 거리의 함수이다. 또 하나는 2차 표면을 생성하기 위한 최소 제곱법(least square fit)이고, 이는 기준 위치에서 해면기압을 계산하는데 최적합이고, 관심 포인트에서 해면기압의 추정을 보간법하는데 사용될 수 있다.

상기 기술된 두 개의 접근법은 또한 결합될 수 있다. 즉, 각각의 기준 위치에서, 표준 온도에서의 해면기압이 결정되고, 이들 데이터는 관심 포인트에서, 표준 온도에서의 해면 기압의 최적의 추정을 생성하기 위해 상기 기술 중 하나를 사용하여 결합하는 것이다.

추가적으로, 고도계를 사용하는 경우, 실시예는 어플리케이션 레벨 데이터에 의하여 에어컨의 변화 상태(가령, 턴온 등) 또는 차 안에서 창문 여는 것과 같은 압력에서의 갑작스런 이동을 필터의 하드웨어 또는 소프트웨어 내로 인식시키고, 연속적으로 위치 데이터 및 고도계 데이터를 작동시킨다.

또한, 바람의 흐름의 방향을 결정하기 위하여 풍속계가 비콘에서 사용될 수 있고, 이는 대기 압력 그래디언트의 표시로 여겨진다. 나침반과 함께 풍속계는 바람의 흐름의 방향과 레벨을 정확히 결정하는데 사용될 수 있고, 이는 사용자의 센서에서 우리의 변형을 보정 및/또는 필터링하는데 사용될 수 있다.

주어진 빌딩의 층 당 높이는 다양한 방법에 의해 결정될 수 있는데, 상기 방법은 사용자가 계단을 통하여 빌딩을 걷는 것과 각 층에 대한 정보(경사 등)를 수집하는 것을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 전자도는 각 층의 상대적인 높이를 결정하는데 사용될 수 있다.

높이가 WAPS 또는 고도계에 기초하여 추정될 경우, 지형 ,빌딩의 높이, 주변 빌딩의 높이 등과 같은 정보는 높이 솔루션을 제한하는데 사용된다.

장기간의 시간(일, 월, 년)에 걸쳐 기준 센서로부터 수집된 과거(historical) 기준 압력 데이터와 함께 평균 압력이 주어진 위치에서 알려지면, 그 위치에서의 압력에 기초하여 (교정이나 사용자 입력없이) 예상대로 높이를 결정하는데 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 사용자의 높이는 사용자의 센서로부터의 데이터를 사용하고, 그 데이터를 기준 센서로부터의 데이터와 결합함에 의하여 원격 서버 상에서 계산될 수 있다. 이 방법에서, 빌딩 정보, 크라우드 소스된(crowd sourced) 정보등과 같은 다른 정보도 사용자의 정확한 고도를 결정하는데 사용될 수 있다.

사용자가 높이가 알려진 다른 사용자와 근접하는 경우, 정보는 알려지지 않은 사용자의 높이를 결정하는데 사용될 수 있다.

네트워크의 일 실시예에서, 기준 센서는 WAPS 비콘과 함께 위치될 필요는 없다. 서버와 연결된 데이터를 가진 독립된 센서의 정밀한(fine) 또는 간략한(coarse) 그리드는 기준 압력 측정에 사용될 수 있다. 중앙 서버는 기준 압력 정보를 모바일로 보내거나 WAPS 데이터 스트림의 일부로서 모바일로 보내져야할 필요가 있는 데이터를 가진 송신기를 지시할 수 있다.

또 다른 실시예에서, WAPS 시스템은 빌딩과 같은 더 작은 지역에서 압력, 온도와 같은 추가 센서 정보를 제공하는 간단한 비콘(보충적인 비콘)을 사용한다. 이 송신은 메인 WAPS 타이밍 비콘에 동기 또는 비동기화될 수 있다. 추가적으로, 보충적 비콘은 센서 데이터를 중앙 서버로 업로드하되, 상기 중앙 서버에서 모바일 유닛으로 퍼뜨려지거나, 기설정된 세트의 PR 코드(WAPS 모바일 수신기에 의해 복조될 수 있음)를 거쳐 데이터를 송신할 수 있다.

기준 압력 네트워크는 정확도 요구사항 및 주어진 로컬 지역에 대한 과거 압력 변화 데이터에 기초하여 최적화될 수 있다. 예를 들어, 매우 정확한 측정일 경우, 기준 센서는 빌딩 또는 몰에서 전개될 수 있다.

기준 압력 데이터와 함께 WAPS 비콘 네트워크는 단기간 인터벌로 정확한 압력 및 온도 측정의 폐쇄 네트워크를 형성하고, 축지학과 같은 다른 어플리케이션에 의해 사용될 수 있다.

다른 센서로부터의 데이터와 결합된 압력의 변화율은 수직 속도를 결정하는데 사용될 수 있고, 이는 사용자가 엘리베이터를 통해 갔는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이는 긴급 상황 및/또는 어플리케이션 추적에서 매우 유용하다.

바닥 높이를 추정하기에 필요한 것보다 더 낮은 분해능을 가진 센서의 경우, 정지 상황하에서, 시간에 걸쳐 압력 측정을 평균화하는 것은 기준 데이터에 기초한 사용자 높이를 얻는 데 사용될 수 있다.

하이브리드 위치결정 및 다른 시스템과의 정보 교환

실시예의 시스템은 위치결정을 제공하기 위하여, 임의의 '기회의 신호(signal of opportunity)'와 결합될 수 있다. 기회의 신호의 예는 하나 이상의 다음을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이는 GPS 수신기, 갈릴레오, 글로나스, 아날로그 또는 디지털 TV 신호, 미디어플로, Wi-Fi와 같은 시스템으로부터의 신호, FM 신호, WiMax, 셀룰러(UMTS, LTE, CDMA, GSM 등), 블루투스 및 LORAN와 e-LORAN 수신기이다.

신호 형태와 관계없이, 기회의 신호는 레인지 측정 또는 신호 강도와 같은 레인지 측정을 위한 프록시(proxy)를 제공한다. 레인지를 위한 이 프록시는 위치를 위한 추정을 얻기 위해 적절히 가중화 및 결합된다. 가중화는 수신된 신호의 신호 대 노이즈비(SNR)를 사용하거나, 대안적으로, 수신기의 환경(보조 데이터로부터의 도시, 준도시, 시골 환경의 지식, 수신기가 어플리케이션으로부터의 입력에 기초한 실내 또는 실외인지 여부)을 정의하는 5 메트릭(5 metric)을 사용한다. 이는 일반적으로 실시예의 시스템이 사용 가능하지 않거나 신호 수렴이 제한되는 그러한 환경에서 행해진다. 특정한 측정용 가중화를 위하여 SNR을 사용할 경우, 가중화는 간단히 SNR의 역함수(또는 낮은 SNR을 가진 신호에 낮은 가중화를 제공하는 다른 함수)여서, 다른 시스템 측정은 물론 WAPS 측정의 최적의 조합이 위치를 얻는 것을 가능하게 할 수 있다. 최종 위치결정 솔루션은 추가 신호원으로부터의 레인지 측정를 하여 WAPS 레인지 측정과 결합하고, 경도, 위도 및 고도를 위한 위치 솔루션을 파생하는 것에 의하거나 또는, 추가 소스/장치로부터의 위치 측정과 WAPS 시스템으로부터 위치 측정을 하고, 서로 다른 시스템으로부터의 위치 품질 메트릭에 기초하여 이들 위치 측정의 조합을 사용하는 최적화된 위치 솔루션을 제공함에 의하여 계산될 수 있다. WAPS 측정/WAPS 위치 추정을 사용하는 하이브리드 솔루션을 얻는 다양한 구성이 도 35, 도 36 및 도 37에 도시된다. 아래 기술된 아키텍쳐 모두는 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 분할에 의존하는 사용을 위해 선택될 수 있다.

도 35는 실시예에서, 다양한 시스템으로부터의 레인지 측정을 사용하는 하이브리드 위치 추정의 블럭도이다. 레인지 측정(관련된 레인지 품질 메트릭(range quality metric)과 함께)은 GNSS와 다른 위치 시스템으로부터 사용되고, 하이브리드 위치 엔진에 의한 단일 최적 위치 솔루션에 결합된다. 이 아키텍쳐는 사용가능한 데이터를 사용하는 측면에서 최적합이어서, 데이터의 최고의 위치 추정을 얻는다.

도 36은 실시예에서, 다양한 시스템으로부터의 위치 추정을 사용하는 하이브리드 위치 추정의 블럭도이다. 위치 품질과 함께 다양한 시스템으로부터의 독립적인 위치 추정은 최고의 품질을 가진 하나를 선택하는데 사용된다. 다른 위치결정 시스템이 매우 서로 떨어져 있기 때문에, 이 아키텍쳐는 실행하기 가장 쉽고 통합적이다.

도 37은 실시예에서, 다양한 시스템으로부터의 레인지 추정과 위치 추정의 조합을 사용하는 하이브리드 위치 추정의 블럭도이다. 예를 들어, WLAN 위치결정 시스템으로부터의 위치 추정은 최고의 솔루션에 이르기 위한 GNSS 시스템과 WAPS 시스템으로부터의 레인지 측정에서의 위치 추정과 비교될 수 있다.

가속도계와 자이로(gyros)와 같은 관성 네비게이션 센서(Inertial Navigation Sensor, INS), 전자 나침반과 같은 자기 센서, 고도계와 같은 압력 센서는 추적 모드 사용을 위한 WAPS 시스템에 대한 정보(소결합(loose coupling)이라 함) 또는 로 센서 측정(raw sensor measurement)을 지원하는 위치를 제공하는데 사용될 수 있다.

가속도계는 실시예의 수신기에서 사용되어 서버로 보고하는 위치를 업데이트하기 위한 주파수를 결정할 수 있다. 위치결정 솔루션과 가속도계 측정의 시퀀스의 조합은 정지 위치, 등속도 및/또는 다른 이동을 검출하는 데 사용된다. 이 이동 데이터 또는 정보는 업데이트의 주파수를 결정하여, 가령, 일정하지 않은 모션이 있을 경우 업데이트의 추파수는 비교적 높은 주파수로, 수신기가 기설정된 시간의 기간 동안에 등속도 또는 정치될 경우 업데이트의 주파수는 전력을 아끼기 위하여 감소될 수 있다.

센서 또는 위치 측정은 위치 필터(칼만 필터와 같은) 내의 위치 솔루션으로 결합될 수 있다. 센서 측정이 WAPS 하이브리드 위치 엔진에서 GNSS와 WAPS 측정과 결합된, 두 유형의 밀결합이 도 38 및 도 39에 도시된다. 도 38는 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이고, WAPS/GNSS 시스템으로부터의 위치/속도 추정은 GNSS/WAPS 위치의 품질 및/또는 속도 추정이 우수할 경우 센서의 드리프팅 바이어스를 교정하는 것을 돕기 위하여 피드백된다. 이 아키텍쳐는 알고리즘의 센서 교정 파트와 위치 교정 파트로 분할함에 의하여 알고리즘 포뮬레이션을 간소화한다. 그러나, 이 방법의 결점은 언제가 WAPS/GNSS 추정을 사용하는 센서를 재교정할 좋은 시간인지를 결정하는데 복잡하다는 것이다.

도 39은 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이고, 센서 파라미터(바이어스, 척도 및 드리프트와 같은)는 명시적인 피드백이 없는 GNSS 및/또는 WAPS 유닛에서 위치/속도 계산의 파트로서 추정된다. 예를 들어, 센서 파라미터는 수신기의 위치/속도를 추적하는데 사용되는 칼만 필터의 상태 벡터의 파트로서 포함될 수 있다. 이 아키텍쳐는 정보가 위치 파라미터와 센서 파라미터를 업데이트하기 위한 하나의 결합된 필터에서 사용된다는 점에서 최적의 솔루션을 제공한다.

소결합은 도 40와 도 41에 도시되고, 여기서, 선택 유닛은 GNSS 엔진으로부터의 또는 WAPS 엔진으로부터의 위치 추정을 선택한다. 선택 유닛은 WAPS 또는 GNSS 위치 유닛의 파트일 수 있다는 것을 주목하라. 도 40는 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 결정하기 위한 흐름도이고, 센서 교정은 개개의 위치 계산 유닛과 떨어져 있다. 도 41는 실시예에서, 하이브리드 위치 솔루션을 위한 흐름도이고, 센서 파라미터 추정치는 개개의 위치 계산 유닛의 상태의 파트로서 행해진다.

일반적으로, 선택은 하나의 시스템으로부터의 정보를 사용하기 때문에, 소결합 방법은 밀결합 방법보다 더 나쁘다. 소결합 방법과 밀결합 방법 중에서, 센서 파라미터와 위치가 별도로 계산되는 경우보다 하나의 최적 필터에서 위치 파라미터와 센서 파라미터를 결정하기 위한 로 센서 측정과 함께 레인지를 사용하는 방법이 더 우수한다. 결과적으로, 성능 관점에서 선호되는 방법은 내포된 센서 파라미터 추정을 가진 밀결합 시스템이다. 그러나, 하드웨어/소프트웨어 플랫폼 구분에 의존하여, 하나 이상의 이들 방법은 용이하게 실행되고, 그 이유로 선택될 수 있다.

또한, 정보는 동일한 플랫폼(셀-폰, 랩탑, PND와 같은) 상의 WAPS 시스템과 다른 트랜시버 시스템상이에서 교환될 수 있다. 예를 들어, 트랜시버 시스템은 블루투스 트랜시버, WLAN 트랜시버, FM 수신기/송신기, 디지털 또는 아날로그 TV 시스템, 미디어플로, XM 라디오 이리듐과 같은 위성 통신 시스템, GSM/ UMTS/ cdma2000 lx/EVDO 또는 WiMax와 같은 셀룰러 모뎀 트랜시버일 수 있다. 도 42은 실시예에서, WAPS와 다른 시스템 사이의 정보 교환을 나타낸다. 시스템들간의 정보 교환은 시스템의 성능을 개선시킬 수 있다. WAPS 시스템 시각은 GPS 시간에 정렬되기 때문에, WAPS 시스템은 다른 시스템에게 우수한 품질 시간 추정과 주파수 추정을 제공할 수 있다. WAPS에의 시간 추정과 주파수 추정은 코드 및 주파수에서 WAPS 포착 탐색 공간을 감소시킬 수 있다. 또한, WAPS 시스템은 위치 정보를 다른 트랜시버 시스템으로 제공할 수 있다. 마찬가지로, 다른 시스템이 가능한 위치 정보(부분적인 위치, 가령, 고도 또는 2-D 위치, 또는 전체 위치, 가령 3-D 위치 또는 로 레인지/의사레인지/의사-차이)를 가진다면, 위치 정보에는 WAPS 시스템에 대한 위치 품질 메트릭이 제공되거나 제공되지 않을 수 있다. 레인지/의사--레인지 데이터는 송신기(또는 송신기 위치에서 임의의 수신기 위치까지의 레인지를 계산하기 위한 다른 수단)의 위치과 함께 제공되어서 하이브리드 솔루션에서 레인지 정보의 사용을 활성화시킨다. 두 송신기에 해당하는 레인지 차이에는 두 송신기의 위치가 함게 제공된다. WAPS 시스템은 정보를 사용하여 그 위치 솔루션을 지원할 것이다. 대안적으로, 위치 정보는 알려진 송신기 위치에서 수신기 장치까지의 레인지(또는 의사레인지)의 형태로 제공될 수 있다. 이들 레인지(또는 의사레인지)는 하이브리드 위치를 계산하기 위한 위치결정 알고리즘에 의하여 WAPS 레인지와 결합할 것이다.

구체적인 시스템과 그들간에 교환될 수 있는 정보의 예시는 도 43, 도 44 및 도 45에 도시된다.

도 43은 실시예에서, FM 수신기와 WAPS 수신기 사이의 위치, 주파수 추정과 시간 추정의 교환을 도시하는 블럭도이다. WAPS 시스템으로부터 위치 추정은 FM 수신기로 제공될 수 있다. 이 위치 추정이 가령, 로컬 지역에서 활성화 FM 라디오 스테이션을 자동으로 결정하는 데 사용될 수 있다. FM 신호는 RDS(Radio Data Service) 송신도 포함할 수 있다. FM 스테이션의 위치가 RDS/RBDS 데이터-스트림(예를 들어, 송신 위치에 대한 데이터를 제공하는 위치과 네비게이션(LN) 특징, 도시와 주 이름을 주고, DGPS 네비게이션 데이터를 제공함)에 포함된다면, 이 정보는 WAPS 수신기에 위치 지원을 제공하는 데 사용될 수 있다. WAPS 시스템으로부터의 주파수 추정은 특정 스테이션에 대한 시간을 튜닝하는 FM 수신기를 감소시키는 데 용이하게 사용될 수 있다. 다른 방햐에서, FM 수신기에서의 추정의 주파수 품질은 FM 라디오 스테이션 송신 품질에 기초한다. WAPS 시스템에서의 시간 추정은 GPS 시간에 기초하고, 시간은 타이밍 정렬을 지원하기 위하여 FM 수신기로 전송될 수 있다. RDS/RBDS 송신상의 클록 타임(CT) 특징은 RDS 데이터 스트림에 대한 타이밍을 결정하는데 사용될 수 있고, WAPS 수신기로 전송될 수 있다.

도 44은 실시예에서, WLAN/BT 트랜시버와 WAPS 수신기 사이의 위치, 시가 추정과 주파수 추정을 교환하는 것을 도시하는 블럭도이다. 일반적으로, 이들 WLAN/BT 트랜시버는 정확한 주파수 추정을 가지지 못하고, 그런 결과로서, 주파수 추정은 매우 간략(coarse)하여, WLAN/BT 트랜시버에서 WAPS 수신기로의 이러한 추정의 전송은 제한된 값을 가질 수 있다. 반대 방향으로, WAPS 주파수 추정은 WLAN 시스템 상의 주파수 획득을 위한 시간을 감소시킬 수 있다. 가령, 무선 LAN AP(접근점) 비콘 상의 타임스탬프로부터 추출된 타이밍 정보는 WAPS 포착을 지원하기 위하여 WAPS 시스템으로 전송될 수 있다. GPS 시간에 대한 WLAN 타이밍의 일부 기준이 WAPS 시스템에 유용하도록 만드는데 필요한 것을 주목하라. 마찬가지로, WLAN/BT 시스템이 가능한 위치 추정(부분적인 위치, 가령, 고도 또는 2-D 위치, 또는 전체 위치, 가령 3-D 위치 또는 로 레인지/의사레인지/의사-차이)을 가진다면, 위치 정보에는 WAPS 시스템에 대한 위치 품질 메트릭이 제공되거나 제공되지 않을 수 있다. WLAN 위치 추정은 주변의 서빙 AP 또는 다른 "청각" AP의 지오-위치으로 간소화될 수 있다. 또한, WLAN 위치 추정은 부분적, 가령, 당해 AP의 바닥에 기초한 고도 추정일 수 있다. 또한, WLAN 위치 정보는 알려진 송신기 AP 위치에 대한 레인지 추정(가령, WLAN 시스템은 레인지 추정을 결정하기 위하여 왕복시간 측정을 사용할 수 있음) 또는 두 송신 AP 사이의 레인지 차이 추정일 수 있다.

도 45는 실시예에서, 셀룰러 트랜시버와 WAPS 수신기 사이에서 위치 추정, 시간 추정 및 주파수 추정을 교환하는 것을 도시한 블럭도이다. 셀룰러 시스템(TDOA, AFLT 또는 다른 작은 셀룰러 시그널 FL 또는 RL 기반 위치결정 방법)으로부터의 위치 추정(부분적이거나 완전하거나 로 레인지/레인지-차이)은 WAPS 시스템에 제공될 수 있고, 이는 더 우수한 위치 추정을 얻기 위한 이들 측정을 사용할 것이다. 셀룰러 모뎀의 주파수 추적 루프로부터의 주파수 추정은 WAPS 시스템에 제공되어 주파수 탐색 공간을 감소시킬 수 있어서, WAPS 포착 시간(즉, TTFF)을 개선시킬 수 있다. 또한, 셀룰러 시스템으로부터의 시간 추정은 WAPS 시스템에 제공되어 코드 탐색 공간을 감소시키거나 비트 정령과 프레임 정렬을 지원할 수 있다. 예를 들어, cdma2000/lx EVDO와 같은 GPS 시간에 동기화되는 시스템은 WAPS 시스템을 위한 정밀 시각 추정을 제공하는 반면, 비동기(GPS와 같은 시간 척도에 정밀하게 동기화되지 않은 송신) 셀룰러 시스템은 간략 시각 추정을 제공할 수 있다.

WAPS 시스템 시각이 GPS 시간에 정렬되기 때문에, WAPS 시스템은 동일한 플랫폼 상이 아니라도, 다른 시스템에 우수한 품질 타이밍 추정과 주파수 추정을 제공할 수 있다. 예를 들어, WAPS 시스템은 GPS 초-경계와 정렬된 pps(초 당 펄스)와 같은 주기적 하드웨어 신호 또는 관련 GPS 시간을 가진 단일 펄스 신호를 통하여, 피코/펨토-셀 BTS에 대한 타이밍 정보를 제공하는데 사용될 수 있다.

아래 기술된 바와 같이, 실시예의 WAPS 시스템에 의해 사용되는 스펙트럼은 허가된 또는 비허가된 대역 또는 주파수를 포함할 수 있다. 대안적으로, WAPS 시스템은 "화이트 스페이스(White Space)" 스펙트럼을 사용할 수 있다. 화이트 스페이스 스펙트럼은 WAPS 시스템이 로컬 영역(TV 화이트 스페이스에 제한되지 않음)에서 자유롭게 감지 또는 결정하고, 그 스펙트럼에서 위치 비콘을 송신하는 임의의 스펙트럼으로 정의된다. 실시예의 송신기는 스펙트럼-센싱 기술을 사용하여 사용되지 않은 스펙트럼을 감지하고 및/또는 지오-위치(GPS 타이밍 수신기로부터 용이하게 얻어질 수 있음)과 스펙트럼을 조정하는 중앙 데이터베이스와 통신할 수 있다. 수신기는 스펙트럼-센싱 기술을 포함하여 이들 비콘을 청취할 수 있고, 또는 다른 실시예에서, 주파수를 통신 매개체를 사용하여 튜닝하여 알려질 수 있다. WAPS 시스템은 다이내믹 화이트 스페이스 사용가능성 도는 할당량에 적합할 수 있다. WAPS 시스템은 이 스펙트럼에서 연속적으로 브로드캐스트할 수 있거나, 스펙트럼에 대한 중앙 조절 서버에 의해 제어되면서, 다른 시스템과 공유할 수 있다. WAPS 시스템 구성의 칩율과 데이터 속도는 다이내믹하게 수정되어 어떤 주어진 시간에, 정확도 요구사항 및/또는 신호 전력 및 대역폭 사용가능성에 맞춰질 수 있다. 시스템 파라미터는 수신기에 의해 감지될 수 있거나 통신 매개체를 통하여 수신기에 통신될 수 있다. 송신기는 로컬 네트워크를 형성하거나(더 넓은 지리적 영역에서 스펙트럼 사용가능성의 경우) 연속적인 네트워크를 형성할 수 있다.

또한, 실시예의 송신기는 시각-공유 방식으로 동일한 송신 시스템 상의 다른 네트워크와 공존할 수 있다. 예를 들어, 동일한 스펙트럼은 위치과 스마트 그리드 어플리케이션사이에서 시각-공유 방식이 사용될 수 있다. 송신기는 최대 사용가능한 전력 레벨을 사용하는 브로드캐스트 송신기이고, 스펙트럼 센싱 또는 중앙 조절 서버에 의해 요구되는 것에 기초하여 다이내미컬하게 전력 레벨을 조절할 수 있다. 수신기는 스펙트럼 센싱을 사용할 수 있거나, 시스템 파라미터의 통신 매개체(또한 화이트 스페이스 스펙트럼이 될 수 있음)와 그 시간에서의 웨이크업 타임에 의해 통신된다.

스펙트럼 사용가능성에 기초하여, 실시예의 WAPS 시스템은 TV 화이트 스페이스(6MHz 대역폭)의 한 채널을 사용하거나 또는 복수의 채널이 가능하다면, 더 우수한 다중경로 분해능을 위하여 복수의 주파수 대역을 사용할 수 있다. 인접한 채널이 사용가능하다면, 채널 본딩(가령, 인접한 채널의 결합)이 사용될 수 있다. 증가된 대역폭은 더 우수한 다중경로 분해능, 더 높은 정확성을 위한 더 높은 칩율 등에 사용될 수 있다. 대안적으로, 사용가능한 대역폭은 FDMA하에서 사용되어 니어 파 문제 및/또는 다중경로 분해능을 해결하는것을 도울 수 있다.

둘 이상의 화이트 스페이스 대역에서, WAPS 파형의 화이트 스페이스 송신/수신은 WAPS 캐리어 위상 측정을 위하여 더 우수하고 더 빠른 모호 정수 분해능을 활성화시킬 수 있다. 이는 WAPS를 사용하는 단일 포인트 위치결정에 비교적 더 정확성(대략 1 파장보다 작음)을 높인다.

또한, 화이트 스페이스 대역폭은 조사된 위치에서의 기준 수신기와 발견된 위치에서의 수신기 사이의 WAPS(기준 수신기가 사용되는 경우)에서 통신 채널로서도 사용될 수 있다.

허가된 대역의 WAPS 시스템은 광역 네트워크에서 사용가능하고, 타워의 로컬 네트워크에 기초한 화이트 스페이스는 WAPS 수신기의 위치 정확성을 증가시키는데 사용될 수 있다. 수신기는 양 주파수를 동시에 청취하도록 설계되거나, 주파수 또는 허가된 대역와 화이트 스페이스 대역 사이로 스위치되어 적절한 주파수로 튜닝할 수 있도록 설계될 수 있다.

또한, 화이트 스페이스 대역은 위치 지원 및 클록 바이어스, 위성 위치 추산(ephemeris) 등과 같이 다른 보조 정보를 위하여 보조 정보를 WAPS, GPS 또는 AGPS 시스템에 보내는데 사용될 수 있다.

넓게 분리된 복수의 주파수가 사용가능한 경우, WAPS 시스템은 주파수에서 다이버시티(diversity)의 이점을 취하도록 설계되어, 더 우수한 다중경로 성능을 제공할 수 있다.

상관기 구현예

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

을 사용하여 계산되고, 여기서 x[n]은 복소 입력(complex input), gcref[k]는 PRN 기준 파형이며, corrsum[n]은 상관기로부터의 복소 출력(complex output)이다. 도 37은 홀수와 짝수의 샘플이 동일한 승산기(multiplier)와 가산기 트리(adder tree)를 공유하는 한 최적화를 도시한다.

상기 도시된바와 같이 실행은 시프트 레지스터에 대한 2046*2*n-입력 비트 플립 플롭, 1023의 1 x n-입력 승산기와 1023 결과물을 더하는 가산기를 요구한다. 예로서, 입력 비트 폭이 2-비트 샘플이라면, 1 x 2의 1023 승산기가 필요하고, 3개의 1023 곱셈이 한 클록 사이클에서 더해질 것이다. 이는 영역, 타이밍 그리고 하드웨어에서의 전력의 측면에서 부담스런 실행일 수 있다. 특히, FPGA 실행에서, 승산기와 가산기 구조의 부르트 포스 실행은 주어진 제한된 방편을 실행하는 것이 불가능할 수 있다.

실시예는 이 실행에 대한 새로운 접근법을 포함하는데, 이는 FPGA 분야에서 가능한 구조의 이점을 가진다. 현대의 FPGA는 논리를 실행하고 요소를 저장하는 몇몇의 설정 가능한 논리 블럭(CLB)을 포함한다. 또한, CLB의 중요한 파트를 형성하는 룩업 테이블은 직렬 시프트가 내장되나 저장 요소에 병렬 랜덤 접근을 가지는 시프트 레지스터로 재프로그램될 수 있다. 또한, 이 실행은 ASIC 실행에서 상관을 계산하기 위한 효과적인 접근법으로서, 그리고 FPGA(시제품화에서 사용됨)에서 ASIC(대량 생산을 위함)로의 용이한 이동 경로로서 사용될 수 있다.

시프트 레지스터 실행을 보면, 특정 FPGA는 CLB 상으로 맵핑되는 시프트 레지스터 프리미티브(primitive)를 가진다. 일부 FPGA는 16-비트 시프트 레지스터를 가지나, 일부는 32-비트 시프트 레지스터 맵핑을 가진다. 도 47은 병렬 랜덤 접근 기록 능력을 가진 16-비트 시프트 레지스터 프리미트브로부터 파생된 32-비트 시프트 레지스터 실행을 도시한다. 이 예시적 실행에서, 16-비트 시프트 레지스터 그룹 프리미티브는 32-비트 시프트 레지스터를 구성하는데 사용된다. 이러한 32-비트 시프트 레지스터의 32가 직렬로 연결되어 1024-비트 시프트 레지스터를 형성한다. 도 48에 도시된 바와 같이, 시프트 작동은 'clk' 속도에서 발생하고, 판독 작업은 클록 속도에 32번 발생한다.

또한, 가산기 트리는 1023 x n-비트 가산기를 실행하는데 복잡할 수 있다. 특정 FPGA의 경우에서, 48-비트 DSP 슬라이스가 사용가능한데, 이는 1023 x n-비트 연속 가산기로 사용될 수 있다. 이 실행을 위한 하드웨어 구조는 도 49에 도시된다. 시프트 레지스터의 32 그룹으로부터의 32 값은 8개 덧셈의 4개의 그룹으로 분리된다. 이 예에서, 2-비트 입력이 사용된다. 각 8-숫자 가산기는 10-비트 출력을 생산하고, 이는 48-비트 가산기의 12-비트 그룹에서 정렬된다. 룸(room)이 덧셈의 성장을 가능케 한다. 32 사이클 후에, 1024 비트 합계는 12-비트 가산기의 4 그룹을 하나의 14-비트 합과 더하여 얻어진다.

암호화 및 보안

실시예의 시스템에서의 오버헤드 정보(overhead information)는 암호 알고리즘을 사용하여 암호화될 수 있다. 이는 사용자가 시스템을 사용하고 시스템의 사용에 대한 청구에 사용되며, 정보 보안을 제어하기 위한 수단을 제공하는데 사용하도록 한다. 키(key)는 신호를 복호화하는데 적용될 수 있다. 키는 PC, 무선 네트워크, 하드웨어 동글(dongle)을 사용하여 얻을 수 있거나, 의도치 않은 소스에 의해 접근할 수 없는 방식인 장치의 비휘발성 메모리 내에 번트(burnt) 될 수 있다.

실시예의 암호화는 데이터 보안과 인증을 제공한다. 암호를 사용하여 보증된 키 구성은 송신기, 수신기, 및 서버 통신이다. 송신기 인증은 송신기를 분명하게 식별하여 악성(malicious) 송신기는 거부될 수 있다. 수신기 인증은 인증된 수신기만 송신된 정보를 사용할 수 있도록 하는 것이다. 수신기 허가는 허가된 수신기(인증된 수신기)만 작동이 허용되어야 한다는 것이다. 서버 통신은 암호화되어 수신기와 서버 및 송신기와 서버간의 통신이 안정화된다. 또한, 사용자 데이터 보호는 사용자 데이터베이스를 추적하는 위치는 비허가된 접근을 막아야 하기 때문에 암호화된다.

실시예의 암호화 방법은 크게 두 유형, 즉, 대칭 키 암호법(symmetric key cryptography)과 비대칭 키 암호법(asymmetric key cryptography)으로 분류될 수 있다. 대칭 키 암호는 인증과 암호를 제공하는 반면, 비대칭 키 암호는 공개 키(public key)는 누구나 사용가능하기 때문에, 사용자 개인 키(private key)의 인증을 제공한다. 데이터의 대칭 키 암호는 주어진 유사 방편보다 10배수 빠르다. 3DES와 AES는 대칭 키 암보법의 예시이다. 두 방법의 조합은 실시예의 암호화 아키텍쳐의 일부분으로서 사용된다.

OTA(Over-the-air) 브로드캐스트 메세지는 일반적인 브로드캐스트 메세지 또는 시스템 메세지를 포함할 수 있다. 일반적인 브로드캐스트 메세지는 위치 정보, 송신기 타이밍 계수 및 그 위치를 결정하는데 수신기를 도와주는 다른 관련 정보와 같이 각 송신기에 대한 구체적인 데이터를 포함한다. 시스템 메세지는 암호 키, 활성/불활성 수신기 또는 수신기의 구체적인 세트로 목적된 일-방향 정보 교환을 구성하는데 사용된다.

실시예의 메세지의 일반적인 포맷은 메세지 유형(패리티 ECC 보호된(parity ECC protected)), 암호화된 메세지, 및 암호화된 메세지 ECC를 포함한다. 암호화된 메세지에 대한 ECC는 메세지가 암호화된 후에 계산된다.

OTA 브로드캐스트는 주기적으로(가능한 매초) 송신되는 프레임을 포함한다. 채널 데이터 속도에 의존하여, 메세지는 복수의 프레임으로 분리(부분화)될 수 있다. 각 프레임은 프레임 유형과 프레임 데이터를 포함한다. 프레임 유형(패리티 보호된)은 이것이 메세지의 첫 번째 프레임인지 연속 프레임인지 표시한다. 또한, 그것은 다른 목적으로 사용도리 수 있는 낮은 레벨의 포맷 프레임을 표시할 수 있다. 프레임 데이터는 필수적으로 부분화된 메세지 또는 낮은 레벨 데이터 프레임이다.

OTA 시스템 메세지는 시스템 메세지의 유형에 따라 세션 키(session key ) 또는 송신기의 개인키에 의해 암호화될 수 있다. OTA 일반 브로드캐스트 메세지는 송신기와 수신기가 아래 기술된 바와 같이 세션 키를 가진 대칭 키 알고리즘을 사용하여 암호화된다. 이는 상호 인증(송신기가 수신기에 의해 인증)을 제공하여 인증된 수신기가 OTA 브로드캐스트를 복호할 수 있다. 세션 키는 모든 송신기와 수신기에 알려지고, 주기적으로 변한다. 키 변화 메세지는 지난 수 개의 세션 키를 사용하여 암호되고, 어떤 시간 기간에서 활성화되지 않았던 수신기를 현 세션 키와 동기화할 수 있도록 한다.

또한, OTA 브로드캐스트는 송신기의 개인 키에 의해 암호화된다. 수신기는 관련 공개 키를 사용하여 송신기의 인증성을 명백히 식별한다. 세션 키가 손상되면(compromised), 이 메카니즘이 비허가된 송신기가 실행될 수 없도록 보장한다.

도 50는 실시예에서, 세션 키 셋업의 블럭도이다. 각 수신기에는 고유 장치 ID와 장치 특정 키가 구비된다. 도 45는 실시예에서 암호화에 대한 흐름도이다. WAPS 시스템 데이터 서버는 장치 ID/장치 특정 키 쌍의 데이터베이스를 유지한다. 수신기와 WAPS 데이터 서버간의 수신기 초기치 설정은 수신기 유형에 특수한 데이터 연결(GPRS/USB/모뎀 등)을 사용하여 가능하게 된다. 이 연결은 장치가 장치 ID로 상기 장치를 식별한 후에, 장치 특정 키를 사용하여 암호화된다. 이 초기치 설정 동안, 현 세션 키, 송신기 공개 키 및 허가 기간(즉, 수신기가 허가된 기간)은 교환된다. 수신기 초기치 설정은 수신기가 현 세션 키를 잃거나(초기 파워 업) 그 세션 키가 동기화되지 않을 때(연장된 파워 오프) 수행될 수 있다. 세션 키는 주기적으로 업데이트되고, 업데이트에 사용되는 새로운 키는 이전의 N 키를 사용하여 암호화된다.

OTA 데이터 속도는 수신기를 허가하기 위한 유일한 메카니즘에 대하여 부적절할 수 있다. 그러나, 실시예의 시스템 메세지 프로토콜은 장치 ID 특정과 장치 ID 레인지-기반 수신기 허가를 지지한다.

손상된 세션 키는 모든 수신기가 재-초기화되도록 요구한다. 따라서, 세션 키 저장은 장치 내에 부정 조작이 안 되어야 한다. 장치 비밀 경계의 외부에 저장된 세션 키(즉, 모든 종류의 부착된 저장된)는 장치의 안전 키를 사용하여 암호화될 것이다.

손상된 세션 키는 송신기가 주기적으로 개인 키를 사용하는 인증 정보를 송신하기 때문에, 송신기를 가장하는데 사용될 수 없다. 따라서, 송신기의 개인 키는 절대 손상되어서는 안 된다.

대안적인 실시예에서, 도 52에 도시된 키는 WAPS 서버로부터 통신 링크를 통하여 수신기로 직접 전달될 수 있거나 제3 어플리케이션 또는 서비스 공급자를 통하여 우회될 수 있다. 키는 어떤 유효 기간을 가질 수 있다. 키는 고객과의 계약상의 협정에 기초하여 어플리케이션 기저 마다 또는 장치 기저 마다 사용가능하게 할 수 있다. 위치 요청은 수신기상의 어플리케이션에 의해 또는 네트워크 상의 어플리케이션에 의해 이루어질 때마다, 키는 WAPS 엔진으로부터 위치를 계산하기 위하여 위치 또는 파라미터를 검색하기 전에 유효성에 대해 확인된다. WAPS 서버로의 키와 정보의 교환은 전용 프로토콜을 사용하거나 OMA SUPL과 같은 표준 프로토콜을 통하여 발생할 수 있다.

시스템의 보안 아키텍쳐는 도 50 및 도 52에 도시된 아키텍쳐의 조합으로서 실행될 수 있다.

파라미터 센서는 WAPS 시스템의 수신기로 통합되어 센서로부터의 측정에 타임 태그 및/또는 위치 태그할 수 있다. 파라미터 센서는 온도 센서, 습도 센서, 무게 센서 및 스케너 유형에 대한 센서 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, X-레이 감지기는 추적된 수신기 또는 추적된 수신기를 포함하는 장치가 X-레이 기계를 통과하는지를 결정하는데 사용될 수 있다. X-레이 이벤트의 시간과 X-레이 기계의 위치는 감지기에 의해 태그된다. 또한, 다른 파라미터 센서는 센서로부터의 시간 태그와 위치 태그 측정를 위해 WAPS 시스템에 통합될 수 있다.

사용자는 개개인 또는 자산에 대하여 사용자 마다, 장치상의 어플리케이션 마다, 시간 마다, 일 마다, 주 마다, 월 마다 및 년 마다 시스템에 대하여 청구될 수 있다.

수신기 유닛의 위치과 높이는 단말기상의 어떤 어플리케이션 또는 통신 프로토콜을 사용하는 네트워크 서버로 보내질 수 있다. 대안적으로, 로 레인지 측정은 통신 프로토콜을 통하여 네트워크로 보내질 수 있다. 통신 프로토콜은 표준 시리얼 또는 단말기 상의 어플리케이션에 대한 다른 디지털 인터페이스 또는 서버에 대한 표준 또는 전용 무선 프로토콜일 수 있다. 표준 프로토콜을 통하여 서버를 결합 또는 연결할 가능한 방법은 서버와 연결된 또 다른 폰에 SMS 메세지를 보내는 것 또는 대안적으로, 웹 서버에 무선 데이터 서비스를 통하는 것을 포함한다. 보낸 정보는 하나 이상의 위도/경도, 높이(가능하다면), 타임스탬프를 포함한다. 서버 상의 어플리케이션 또는 단말기 유닛은 위치 픽스를 개시할 수 있다. 사용자의 위치는 서버로부터 직접 또는 서버상의 어플리케이션에 의하여 통신될 수 있다.

GPS 수신기와 독립적인 WAPS 스탠드어론 시스템은 장치의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. WAPS 시스템 혼자서 또는 통합된 WAPS와 GPS 및/또는 다른 위치결정 시스템은 미디어 카드 상의 미디어 저장 카드(SD 카드와 같은)와 함께-존재하도록 사용될 수 있다. WAPS 시스템 혼자서 또는 통합된 WAPS와 GPS 및/또는 다른 위치결정 시스템은 셀룰러 폰 가입자 식별 모듈(Subscriber Identity Module, SIM) 카드상에 함께-존재하여 SIM 카드는 추적될 수 있다.

캐리어 위상으로 정확한 위치결정

정확성을 더욱 개선시킬(1m 까지) WAPS 시스템 성능을 증가시키는 한 방법은 이하 기술되는 바와 같이, 캐리어 위상 위치결정 시스템을 실행하는 것이다. 비콘은 일반적인 WAPS 송신기로서 준비된다. 이 방법에서, 용이한 연속 위상 추적을 가능하게 하기 위하여 TDMA 슬롯팅을 사용하지 않는 것이 바람직할 것이다(필수적은 아님). TDMA가 사용되지 않을 경우, 니어-파 문제는 간섭 제거 및 수신기에서 증가된 다이내믹 레인지를 통해 극복될 수 있다. 이러한 방법을 지지하기 위한 WAPS 수신기는 모든 가시적 위성에 대하여 연속적인 방식으로 측정하고 코드와 캐리어 위상을 타임-스탬핑할 수 있다. 또한, 알려진 조사된 위치 연속적인 방식으로 코드와 캐리어 위상의 유사한 측정을 할 수 있는 기준 수신기가 있다. WAPS 수신기와 기준 수신기로부터의 측정은 장치 또는 서버 상의 위치를 계산하기 위해 결합될 수 있다. 이러한 시스템의 구성은 차동 WAPS 시스템과 동일 할 것이다.

캐리어 위상 측정은 코드 위상 측정보다 더욱 정확하나, 모호 정수이라 불리는 캐리어 위상 사이클의 알려지지 않은 정수를 포함한다. 그러나, 모호성 분해능이라 불리는 모호 정수를 발견하는 방법이 있다. 본 명세서에서, 사용자 수신기 위치에 대하여 반복적으로 해결하고, 개선된 정확성을 위하여 복수의 에포크(epoch)에서의 측정을 사용하기 위한 로컬 최소 탐색 알고리즘의 확장을 사용하는 한 방법이 고려될 것이다.

다음과 같이, 단일 에포크의 첫 번째에서의 사용자 수신기에서의 캐리어 위상 측정을 생각한다.

여기서, φ, λ, f 및 N은 각각, 캐리어 위상, 파장, 주파수 및 정수 사이클이고, dt는 클록 바이어스, r은 레인지, ε은 측정 오차 및 하첨자 u는 사용자 수신기를 나타내고, k는 송신기 숫자를 나타낸다.

레인지는 사용자 위치 p^u와 송신기 위치 p^(k)의 측면에서 다음과 같이 주어진다.

송신기 클록 바이어스의 정보에서 오차를 제거하기 위하여, 해당하는 캐리어 위상 수학식을 사용하여 알려진 위치에서의 또 다른 수신기(기준 수신기라 불림)를 생각한다.

여기서, 하첨자 r은 기준 수신기를 나타태고, (1)로부터 (2)를 빼면

를 얻는다. 이는

로 기재되고, 여기서,

이다.

dt_ur이 관심 부분이 아니므로, 인덱스(k)의 상이한 값에 대하여 미분함에 의하여(5) 제거되어서, 소위 2차 미분 관측량 수학식을 얻을 수 있다.

, 여기서,

이다.

그리고 나서, 수학식 (6)은

을 통하여 알려지지 않은 사용자 위치 p_u에서의 수학식이고,

여기서,

이다.

일반적으로, 2차 미분에서 사용되는 송신기 l은 송신기 중 하나이고, 편의상 행렬의 수학식을 유발하는 것에 대하여 1로 명칭한다. 상기 행렬는 다음과 같다.

또는

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

으로 놓고, 여기서,

와

여기서,

, 여기서 l(k)는 가시선 행 백터

이다.

그리고 나서 수학식(10)은

와 같이 기재되고, 여기서,

및

이다.

수학식 (13)은 x = Δp_u에서 선형이고, 아래 주어진 로컬 최소 탐색 알고리즘을 사용하여 Δp_u에 대하여 해결된다. Δp_u의 얻어진 솔루션을 사용하여, 수학식 (11)은 반복 m에서 p_u을 얻는데 사용되고, 그래서, 얻어진 p_u는 다음 반복(m+1)에서

로서 사용된다. 반복은 Δp_u이 수렴을 결정하기에 충분히 작아질 때까지 연속적이다. 반복의 초기에는,

이 솔루션에 기초한 코드 위상으로부터 취할 수 있다.

이제, 수학식 (13)을 푸는 것을 생각한다.

를 2차 미분 캐리어 위상 오차 벡터의 공분산으로 놓는다. 아래와 같이 얻어진다. 단일 미분 관측량에서 오차의 분산

은

이고, 여기서

과

는 각각 캐리어 위상 오차 분산이고, 이는 송신기 k에 독립적인 것으로 가정된다.

의 분산은

이고,

와

의 교차-분산은

이며, 이는 공통 항

의 분산이다. 따라서,

(13)의 가중화된 최소 자승 솔루션은

이고, 여기서 G^L은 G의 좌역원이고,

그리고 나서, 나머지의 벡터는

이며 이는 N의 함수이고, 로컬 최소 탐색은 N에 대하여 가중화된 정규 자스을 최소화하도록 시도한다. 여기서 N은

이고, 여기서,

및

이다.

(17)을 풀기 위하여, N이 정수인 제한하에서,

를 푸는 것을 생각한다. 그리고 나서,

와

인데, 이는 W가 멱등원(idempotent)

이기 때문이다. 따라서, N에

대한 탐색이 이러한 N에 제한되고, 이는 (18)을 만족시킨다.

N이 풀리면, x = Δp_u의 추정은 수학식 (15)로부터 얻는다. 각각 디멘젼 (n - 1)×3 과 3×(n-1)인 행렬 G 와 G^L은 랭크 3을 가지는데, 이는 (n-1)>3이고, (n-1)×(n-1) 행렬 S와 W는 3만큼 (n-1)의 전체 래으로부터 부족할 것이다.

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

, 여기서,

는 직교-법선 행렬(ortho-normal matrix)

이고, R은 상삼각(upper triangular)이어서,

이고,

이다.

따라서,

의 솔루션은 정수값으로 3차원박스 내의 N₂에 대하여 탐색함으로서, (21)로부터의 N₁을 얻음으로서 및 (17)에서 c(N)을 최소화하는 N을 선택함에 의하여 얻어진다. N₂에 대한 탐색은 이전 반복으로부터 N₂의 값의 중심이 된다. N의 나중 파트인 0번째 반복에서의 N2는

의 부분 파트로서 얻는다.

는 솔루션에 기초한 코드 페이즈이다. 3차원 탐색 박스의 크기는 솔루션에 기초한 코드 페이즈의 불확실성에 의존한다. 이 박스는 더 작은 서브-박스로 나뉘어질 수 있고, 각각의 더 작은 크기의 서브-박스는 초기의

로서 시도될 수 있다.

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

이다.

상기 수학식과 같은 단일 에포크 경우에 대한 발전 후에, 문제는 N을 찾는 문제로 감소되어,

, 여기서,

이다.

N에 대하여 (23)을 풀기 위하여,

, 여기서,

을

(LU 분해도 사용될 수 있음)의 QR 분해와 상기와 같이 (19) 내지 (21)의 다음 수학식을 사용한다. 다시 말하면, N이 풀린 후에, x = Δp_u 의 추정은 수학식 (15)로부터 얻는다. x = Δp_u의 이 추정이 작다면, 수학식 (11)의 반복이 정지되어 사용자 위치 p_u를 얻는다. 일반적으로, x의 각 구성은 크기 le-6보다 작다면, 그리고 나서, 수렴이 고표되고, 반복은 정지된다.

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

로서 (10)으로부터 얻어진 나머지에 기초하여 행해진다. 각 에포크에 대한 나머지의 절대값의 최대치가

보다 작고, 수렴된 솔루션은 솔루션으로 받아들여지고, 아니면 탐색은 새로운 서브-박스를 선택함에 의하여 계속된다. 일반적으로, 확인 테스트의 척도 요소 κ는 5로 선택될 수 있다. 솔루션이 확인되면, 상기 기술된 차동 WAPS 시스템은 1 m 보다 우수하거나 근접한 정확성을 달성할 수 있다.

이 차동 WAPS 캐리어 위상 시스템은 기준 수신기의 추가를 통하여 종래의 WAPS 시스템의 상단 위에 오버레이드(overlaid) 되거나 스탠드어론될 수 있다. 차동 WAPS 캐리어 위상 시스템은 어떤 국부적인 타겟 영역(가령, 몰, 창고 등)에서 높은 정확성 위치결정을 달성하는 데 사용될 수 있다.

W-CDMA 시스템에서, 두 개의 수신 체인은 수신 다이버시티를 개선시키는데 사용된다. WAPS가 W-DCMA와 함께 존재할 경우, 수신 체인 중 하나는 WAPS 신호를 수신하고 처리하기 위하여 일시적으로 사용될 수 있다. W-CDMA와 CDMA 아키텍쳐의 어떤 경우에서, W-CDMA/CDMA 신호의 처리가 일시적으로 정지되는 동안, 전체 수신 체인은 수신기를 WAPS 대역으로 돌리고, WAPS 신호를 처리함에 의하여 WAPS 신호를 수신하는데 재사용될 수 있다. GSM 수신 체인이 W-CDMA 수신 체인과 멀티플렉스되는 다른 어떤 실시예에서, 수신기는 더욱 시각-공유되어 WAPS 수신을 위해 사용될 수 있다.

어떤 신호가 WAPS 또는 다른 TDMA 시스템에서 위치 결정에 대한 어떤 타워로부터 사용되는지 결정된 후에, 전력을 아끼기 위해, 실시예의 수신기의 대부분은, 신호가 감지되지 않거나 및/또는 그 슬롯에서 방출하는 타워로부터의 신호가 위치 결정에 사용되지 않는 동안에 턴 오프된다. 모션 또는 위치에서의 변화 또는 신호 상태의 변화를 감지한 경우, 실시예의 수신기는 모든 슬롯에 대하여 턴온되어 어떤 슬롯이 위치 계산의 다음 세트를 위해 사용될 수 있는지 결정한다.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계르 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계를 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 지정 값보다 작거나, 상기 지정 값 이하이다. 상기 방법은 복수의 송신기의 각각의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 각각의 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조된다. 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각각의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조한다.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 위치 신호를 송신하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 2개의 시퀀스들 간 상호 상관 함수의 크기가 특정 임계치 미만임 - , 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는 상기 자기 상관 함수의 피크(peak)에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - 및 복수의 송신기의 각각의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 각각의 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기 중 적어도 2개의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조함 - 을 포함한다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다.

2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드 코드(Gold code)의 세트로부터 선택된다.

상기 지정 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이(non-repeating length)로 나눈 값이다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이(truncated sequence length)를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이(extended sequence length)를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다.

상기 방법은 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가짐 - 를 포함한다.

제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다.

상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라서 추가로 변조된다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기(alphabet size)를 가진다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다.

자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 상기 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한(consecutive) 심볼들을 포함하한다.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기를 포함하는 위치결정 시스템 내 송신기를 포함한다. 상기 송신기는 메모리로 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시킨다. 상기 적어도 하나의 애플리케이션은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 이하이다. 상기 적어도 하나의 애플리케이션은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택한다. 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. 상기 적어도 하나의 애플리케이션은 위치결정 신호를 송신한다. 상기 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 상기 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의, 상기 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기에 의해 사용된 것과 상이한 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호를 변조한다.

본원에 기재된 하나의 실시예는 복수의 송신기를 포함하는 위치결정 시스템 내 송신기를 포함하고, 상기 송신기는 메모리로 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시키고 적어도 하나의 애플리케이션은, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하며 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 이하임 - , 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하고 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - , 위치결정 신호를 송신한다 - 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 상기 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의, 상기 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기에 의해 사용된 것과 상이한 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호를 변조함 - .

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다.

상기 지정 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다.

송신기는 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 따라 변조되는 제 1 시간 주기 동안 상기 위치결정 신호를 송신하는 것 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및 상기 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 것 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가짐 - 을 포함한다.

상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가진다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 변조되고 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는 위치결정 신호를 포함한다.

복수의 송신기는 동기화된다.

상기 복수의 송신기는 보조 데이터(assistance data)를 송신한다.

상기 복수의 송신기는 CDMA 네트워크를 형성한다.

복수의 송신기는 TDMA 네트워크를 형성한다.

적어도 하나의 송신기의 반송파 신호는 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기의 반송파 신호로부터 주파수 오프셋되어 있다.

상기 보조 데이터는 파형의 펄스의 상승 에지(rising edge)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기 각각에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 및 로컬 환경에 대한 지시자 중 적어도 하나를 포함한다.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템 내 수신기를 포함한다. 상기 수신기는 메모리로 연결되는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 복수의 송신기로부터 위치결정 신호를 획득하고 상기 위치결정 신호를 이용해 수신기의 위치 정보를 계산하는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시킨다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 제 1 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 변조되며, 제 2 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스 서브세트의 상이한 구성원에 따라 변조된다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 선택은, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기가 특정된 임계치보다 낮도록 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 것을 포함한다. 상기 선택은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 것을 더 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템 내 수신기를 포함하며, 상기 수신기는 메모리로 연결되는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 복수의 송신기로부터 위치결정 신호를 획득하고 상기 위치결정 신호를 이용해 수신기의 위치 정보를 계산하는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시키고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 제 1 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 변조되며, 제 2 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스 서브세트의 상이한 구성원에 따라 변조되고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 선택은, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기가 특정된 임계치보다 낮도록 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 것과, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 것을 포함하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다.

상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다.

제 1 위치결정 신호의 제 2 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 변조된다.

상기 제 1 부분을 변조하기 위해 사용되는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원은 제 1 시퀀스 길이를 가지며, 제 2 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는 제 2 시퀀스 길이를 갖고, 상기 제 1 시퀀스 길이는 제 2 시퀀스 길이와 상이하다.

제 1 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원은 제 2 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원과 상이하다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가지낟.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 의해 변조되고 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는 위치결정 신호를 포함한다.

상기 위치결정 신호는 복수의 송신기의 서로 다른 송신기로부터의 송신 간 타이밍 차분(timing difference)을 기술하는 데이터를 포함한다.

위치결정 신호 각각은 초기에 시각 기준에 동기화되고, 동기화에 대응하는 타이밍 정정이 수신기에게 제공된다.

수신기는 추정된 기준 상관 함수를 포함하는 고분해능 가장 이른 도착 시각(earliest time of arrival) 추정을 이용해 고분해능 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.

수신기는 신호 및 노이즈 서브공간의 분할(partitioning)을 포함하는 고분해능 가장 이른 도착 시각 추정을 이용해 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.

수신기는 수신된 샘플을 송신기로부터 송신된 시퀀스로 상호 상관하고 상기 상호 상관 함수로부터 상호 상관 함수의 피크의 제 1 개수의 왼쪽 샘플과 피크의 제 2 개수의 오른쪽 샘플을 포함하는 피크 벡터(peak vector)를 추출함으로써 상호 상관 함수를 생성함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.

수신기는, 저 노이즈와 쉽게 분리 가능한 다중경로 성분과 비-다중경로 성분 중 적어도 하나를 갖는 채널 환경에서 측정된 정정 함수로부터 기준 피크 벡터를 생성하고, 적어도 복수의 의사랜덤 코드 주기에 걸쳐 간섭 평균냄(coherently averaging)으로써 피크 벡터 내 신호-대-노이즈 비를 개선함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.

수신기는 피크 벡터의 푸리에 변환을 계산하고, 측정된 피크 벡터의 푸리에 변환과 기준 피크 벡터의 푸리에 변환을 이용해 송신된 시퀀스에 대응하는 채널의 주파수 도메인 추정치를 생성함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.

수신기는 채널의 주파수 도메인 추정으로부터 감소된 채널 추정 벡터를 생성하고, 감소된 채널 추정 벡터의 추정된 공분산 행렬을 정의하고, 추정된 공분산 행렬에 대해 특이값 분해를 수행함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.

상기 수신기는, 정렬된 특이값(sorted singular values)의 벡터를 생성하고, 상기 정렬된 특이값의 벡터를 이용해 신호와 노이즈 서브공간을 분리하며, 노이즈 서브공간 행렬을 생성하고, 상기 노이즈 서브공간 행렬을 이용해 제1경로의 도착 시각을 추정함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별한다.

상기 수신기는 보조 데이터를 수신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 펄스의 상승 에지(rising edge)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), GNSS 시각에 대한 WAPS 타이밍의 관계, 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)에서 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 및 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기의 세트로부터의 의사랜덤 수 시퀀스의 리스트, 및 특정 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기들의 리스트 중 적어도 하나를 포함한다.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 송신되는 위치결정 신호를 이용해 위치 정보를 결정하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계를 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 상기 방법은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계를 포함한다. 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. 상기 방법은 복수의 송신기의 송신기 각각으로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 상기 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조한다. 상기 방법은 원격 수신기에서 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함한다.

본원에 기재된 실시예는 복수의 송신기로부터 송신되는 위치결정 신호를 이용해 위치 정보를 결정하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만임 - ,

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - , 복수의 송신기의 송신기 각각으로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조함 - , 및 원격 수신기에서 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계 - 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함함 - 을 포함한다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다.

상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다.

상기 방법은 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성은 제 2 길이를 가짐 - 를 포함한다.

상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가진다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다.

상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조된다.

원격 수신기의 제 2 동작 모드는, 서버가 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 네트워크-기반 위치결정을 포함하며, 상기 원격 수신기는 상기 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보를 수신하고 서버로 전송한다.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 복수의 송신기를 포함하는 지상형(terrestrial) 송신기 네트워크를 포함한다. 상기 위치결정 데이터는 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 송신기까지의 거리를 계산하기 위해 사용되는 데이터 비트를 포함한다. 복수의 송신기가 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이다. 복수의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하며, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이다. 각각의 송신기에 대해 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 의해 변조되며, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 위치결정 신호를 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 변조한다.

본원에 기재된 실시예는 위치결정 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 복수의 송신기를 포함하는 지상형(terrestrial) 송신기 네트워크를 포함하며, 상기 위치결정 데이터는 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 송신기까지의 거리를 계산하기 위해 사용되는 데이터 비트를 포함하고, 복수의 송신기가 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이며, 복수의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하며, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이고, 각각의 송신기에 대해 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 의해 변조되며, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 위치결정 신호를 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 변조한다.

위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 획득하는 원격 수신기를 포함하고, 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함한다.

원격 수신기로 연결된 서버를 포함하며, 상기 원격 수신기의 제 2 동작 모드는 서버가 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 네트워크-기반 위치결정을 포함하며, 상기 원격 수신기는 상기 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보를 수신하고 서버로 전송한다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함한다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택된다.

상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값이다.

상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나이다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧다.

디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 길다.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나로부터 위치결정 신호를 송신하고, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 갖고, 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 주기 동안 상기 위치결정 신호를 송신하며, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가진다.

상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이하다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 가진다.

상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트이다.

상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱이다.

상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함한다.

상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 의해 변조되고, 위치결정 신호의 제 2 부분은 위치결정 데이터를 포함하는 데이터 시퀀스에 따라 더 변조된다.

상기 시스템은 원격 수신기 및 복수의 송신기 중 적어도 하나에 연결된 통신 시스템을 포함하며 상기 통신 시스템은 셀룰러 통신 시스템이다.

복수의 송신기는 동기화된다.

복수의 송신기의 각각의 송신기는 보조 데이터를 포함하는 위치결정 데이터를 송신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 에포크(epoch)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 인접 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)에서 원격 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기 세트로부터의 디지털 의사랜덤 시퀀스의 리스트, 및 특정 디지털 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기의 리스트, 중 적어도 하나를 포함한다.

복수의 송신기에 의해 송신되는 신호는 주파수 획득 및 타이밍 정렬(timing alignment) 중 적어도 하나에 대한 프리앰블(preamble)을 포함한다.

상기 복수의 송신기는 CDMA 네트워크를 형성한다.

상기 복수의 송신기는 TDMA 네트워크를 형성한다.

각각의 송신기의 반송파 신호는 복수의 송신기 중 타 송신기의 적어도 하나의 타 반송파 신호로부터 오프셋된다.

복수의 송신기는, 원격 수신기가 적어도 3개의 송신기로부터 신호를 수신하며 각각의 위치에서의 기하학적 정밀도 저하율(geometric dilution of precision)이 임계값보다 낮도록 위치하고, 복수의 송신기의 각각의 송신기의 위치는 커버리지 체적(coverage volume)에 걸쳐 기하학적 정밀도 저하율의 거듭 제곱의 체적 적분인 함수를 최소화함으로써 결정되고, 상기 체적 적분은 원격 수신기의 위치의 좌표에 대한 것이며, 함수의 최소화는 특정된 커버리지 면적 내 복수의 송신기의 송신기들의 송신기 위치 좌표에 대한 것이고, 함수는 커버리지 영역의 성능 품질에 따라 가중된다.

복수의 송신기의 각각의 송신기는 시각 기준에 동기화되고, 각각의 송신기의 시각 정정은 원격 수신기에게 제공된다.

상기 원격 수신기는 보조 데이터를 수신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 에포크(epoch)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 의사레인지 분해능에서 원격 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기의 세트로부터의 디지털 의사랜덤 시퀀스의 리스트, 및 특정 디지털 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기의 리스트, 중 적어도 하나를 포함한다.

대기 데이터 센서(atmospheric data sensor)를 원격 수신기의 구성요소로서 포함하며, 상기 원격 수신기 및 서버 중 적어도 하나는 상기 대기 데이터 센서의 데이터를 이용해 원격 수신기의 위치를 계산하고, 상기 대기 데이터 센서의 데이터는 압력 데이터, 온도 데이터, 및 습도 데이터 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 원격 수신기 및 서버 중 적어도 하나는 적어도 하나의 추가 신호 소스로부터의 레인지 측정치와 위치결정 신호를 이용해 결정된 레인지 측정치의 조합을 이용해 원격 수신기의 최종 위치를 계산하고, 상기 최종 위치는 위도, 경도, 및 높이(height) 중 적어도 하나를 포함한다.

본원에 기재된 구성요소는 다 함께 위치하거나 개별 장소에 위치할 수 있다. 통신 경로가 구성요소들을 연결하고 구성요소들 간 파일을 통신 또는 전ㄴ송하기 위한 임의의 매체를 포함한다. 통신 경로는 무선 연결, 유선 연결, 및 하이브리드 유/무선 연결을 포함한다. 또한 통신 경로는 네트워크, 가령, 로컬 영역 네트워크(LAN), 도시 영역 네트워크(MAN), 광역 네트워크(WAN), 사설 네트워크, 인터오피스 또는 백엔드 네트워크, 및 인터넷으로의 결합 또는 연결을 포함한다. 덧붙이자면, 통신 경로는 이동식 고정 매체, 가령, 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, 및 CD-ROM 디스크뿐 아니라, 플래시 RAM, 전역 직렬 버스(USB) 연결, RS-232 연결, 전화선, 버스, 및 전자 메일 메시지를 포함한다.

본원에 기재된 시스템 및 방법의 양태는, 가령, 프로그램 가능한 로직 장치(PLD), 가령, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 프로그램 가능한 어레이 로직(PAL) 장치, 전기 프로그램 가능한 로직 및 메모리 장치 및 표준 셀-기반 장치, 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit) 같은 다양한 회로 중 임의의 회로에 프로그램되는 기능부로서 구현될 수 있다. 시스템 및 방법의 양태를 구현하기 위한 일부 다른 가능성은 다음을 포함한다: 메모리를 포함하는 마이크로제어기(가령, 전자 소거 가능한 프로그램 가능한 리드 온리 메모리(EEPROM)), 임베디드 마이크로프로세서, 펌웨어, 소프트웨어, 등. 덧붙여, 시스템 및 방법의 양태가 소프트웨어-기반 회로 에뮬레이션, 이산 로직(순차 및 조합), 커스텀 장치, 퍼지(신경) 로직, 양자 장치(quantum device), 및 상기 장치 유형 중 임의의 것들의 하이브리드를 갖는 마이크로프로세서에 임베드될 수 있다. 기저 장치 기술은 다양한 구성요소 유형, 가령, 금속-옥사이드 반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET) 기법, 가령 상보적 금속-옥사이드 반도체(CMOS), 바이폴라 기법, 가령 이미터-결합 로직(ECL), 폴리머 기술(가령, 실로콘-공액 고분자 및 금속-공액 폴리머-금속 구조물), 아날로그와 디지털 혼합형 등으로 제공될 수 있다.

맥락상 명백하게 달리 요구되지 않는 한, 상세한 설명과 청구항 전체에 걸쳐, "포함하다", "포함하는", 및 이와 유사한 단어는, 배제적 또는 배타적이 아니라 포괄적으로 해석되는데, 즉, "비-제한적으로 포함하는"으로 해석된다. 단수형 또는 복수형을 사용하는 단어는 각각 복수형 또는 단수형을 포함한다. 덧붙여, 단어 "여기서", "아래에", "상기", "하기" 및 이와 유사한 의미의 단어들은, 본원에서 사용될 때, 본원의 특정 일부가 아니라 본원을 전체로서 지칭하는 것이다. 단어 "또는"은 둘 이상의 아이템의 목록을 참조하여 사용될 때, 상기 단어는, 목록의 임의의 아이템, 목록의 모든 아이템, 및 목록의 아이템들의 임의의 조합의 의미를 포함한다.

시스템 및 방법의 실시예에 대한 상기의 기재는 시스템 및 방법을 정확히 개시된 형태로 제한하려는 것이 아니다. 시스템 및 방법에 대한 특정 실시예, 및 예시가 설명 목적으로 기재되었어도, 해당 분야의 통상의 기술자라면 알만한 다양한 균등한 수정예가 시스템 및 방법의 범위 내에 가능하다. 본원에 제공된 시스템 및 방법에 대한 설명은 앞서 기재된 시스템 및 방법뿐 아니라 다른 시스템 및 방법에 적용될 수 있다. 앞서 기재된 다양한 실시예의 요소 및 단계는 추가 실시예를 제공하도록 조합될 수 있다. 상기의 상세한 설명과 관련해 이들 및 그 밖의 다른 변경이 시스템 및 방법에 이뤄질 수 있다.

일반적으로, 이하의 특허청구범위에서, 사용되는 용어는 시스템 및 방법을 상세한 설명 및 청구항에 개시된 특정 실시예로 한정하는 것으로 해석되어서는 안되고, 특허청구범위 내에서 가능한 모든 시스템 및 방법을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서 시스템 및 방법은 지금까지의 개시내용에 의해 제한되지 않고 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다. 시스템 및 방법의 특정 양태가 이하에서 특정 청구항 형태로 제공되지만, 본 발명자는 임의의 개수의 청구항 형태로 된 시스템 및 방법의 다양한 양태를 고려한다. 따라서 본 발명자는 출원 후 시스템 및 방법의 그 밖의 다른 양태에 대해 이러한 추가 청구항 형태를 추가할 권리를 갖는 것이다.

Claims (102)

1. 복수의 송신기로부터 위치 신호를 송신하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
   디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 2개의 시퀀스들 간 상호 상관 함수의 크기가 특정 임계치 미만임 - ,
   상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는 상기 자기 상관 함수의 피크(peak)에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - 및
   복수의 송신기의 각각의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 각각의 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기 중 적어도 2개의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조함 -
   을 포함하는, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함하는, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드 코드(Gold code)의 세트로부터 선택되는, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 지정 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이(non-repeating length)로 나눈 값인, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나인, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
6. 제1항에 있어서, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이(truncated sequence length)를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧은, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
7. 제1항에 있어서, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트 중 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이(extended sequence length)를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 긴, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
8. 제1항에 있어서,
   위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및
   위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가짐 -
   를 포함하는, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
9. 제8항에 있어서, 제 1 길이와 제 2 길이는 상이한, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라서 추가로 변조되는, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기(alphabet size)를 갖는, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트인, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱인, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
14. 제1항에 있어서, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 상기 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한(consecutive) 심볼들을 포함하는, 위치 신호를 송신하기 위한 방법.
15. 복수의 송신기를 포함하는 위치결정 시스템 내 송신기로서, 상기 송신기는
    메모리로 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시키고 적어도 하나의 애플리케이션은
    디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 이하임 - ,
    디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 각각의 구성원의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - ,
    위치결정 신호를 송신 - 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 상기 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의, 상기 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기에 의해 사용된 것과 상이한 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호를 변조함 - 하는, 송신기.
16. 제15항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함하는, 송신기.
17. 제16항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택되는, 송신기.
18. 제17항에 있어서, 상기 지정 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값인, 송신기.
19. 제16항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나인, 송신기.
20. 제15항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧은, 송신기.
21. 제15항에 있어서, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 긴, 송신기.
22. 제15항에 있어서, 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 따라 변조되는 제 1 시간 주기 동안 상기 위치결정 신호를 송신하는 것 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및 상기 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 것 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 가짐 - 을 포함하는, 송신기.
23. 제22항에 있어서, 상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이한, 송신기.
24. 제15항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 갖는, 송신기.
25. 제24항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트인, 송신기.
26. 제24항에 있어서, 상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱인, 송신기.
27. 제15항에 있어서, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함하는, 송신기.
28. 제15항에 있어서, 상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 변조되고 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는 위치결정 신호를 포함하는, 송신기.
29. 제15항에 있어서, 복수의 송신기는 동기화되는, 송신기.
30. 제29항에 있어서, 상기 복수의 송신기는 보조 데이터(assistance data)를 송신하는, 송신기.
31. 제30항에 있어서, 상기 복수의 송신기는 CDMA 네트워크를 형성하는, 송신기.
32. 제30항에 있어서, 복수의 송신기는 TDMA 네트워크를 형성하는, 송신기.
33. 제30항에 있어서, 적어도 하나의 송신기의 반송파 신호는 복수의 송신기의 적어도 하나의 타 송신기의 반송파 신호로부터 주파수 오프셋되어 있는, 송신기.
34. 제30항에 있어서, 상기 보조 데이터는 파형의 펄스의 상승 에지(rising edge)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기 각각에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 및 로컬 환경에 대한 지시자 중 적어도 하나를 포함하는, 송신기.
35. 위치결정 시스템 내 수신기로서, 상기 수신기는
    메모리로 연결되는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 복수의 송신기로부터 위치결정 신호를 획득하고 상기 위치결정 신호를 이용해 수신기의 위치 정보를 계산하는 적어도 하나의 애플리케이션을 실행시키고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 제 1 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 변조되며, 제 2 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스 서브세트의 상이한 구성원에 따라 변조되고,
    디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 선택은,
    디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기가 특정된 임계치보다 낮도록 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 것과, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 것을 포함하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하인, 수신기.
36. 제35항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함하는, 수신기.
    
37. 제36항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택되는, 수신기.
38. 제37항에 있어서, 상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값인, 수신기.
39. 제36항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나인, 수신기.
    
40. 제35항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧은, 수신기.
41. 제35항에 있어서, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 긴, 수신기.
42. 제35항에 있어서, 제 1 위치결정 신호의 제 2 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 따라 변조되는, 수신기.
43. 제42항에 있어서, 상기 제 1 부분을 변조하기 위해 사용되는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원은 제 1 시퀀스 길이를 가지며, 제 2 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트는 제 2 시퀀스 길이를 갖고, 상기 제 1 시퀀스 길이는 제 2 시퀀스 길이와 상이한, 수신기.
44. 제42항에 있어서, 제 1 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원은 제 2 부분을 변조하기 위해 사용되는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원과 상이한, 수신기.
45. 제35항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 갖는, 수신기.
46. 제45항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트인, 수신기.
47. 제46항에 있어서, 상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱인, 수신기.
48. 제35항에 있어서, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함하는, 수신기.
49. 제35항에 있어서, 상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 의해 변조되고 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는 위치결정 신호를 포함하는, 수신기.
50. 제35항에 있어서, 상기 위치결정 신호는 복수의 송신기의 서로 다른 송신기로부터의 송신 간 타이밍 차분(timing difference)을 기술하는 데이터를 포함하는, 수신기.
51. 제35항에 있어서, 위치결정 신호 각각은 초기에 시각 기준에 동기화되고, 동기화에 대응하는 타이밍 정정이 수신기에게 제공되는, 수신기.
52. 제35항에 있어서, 수신기는 추정된 기준 상관 함수를 포함하는 고분해능 가장 이른 도착 시각(earliest time of arrival) 추정을 이용해 고분해능 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별하는, 수신기.
53. 제52항에 있어서, 수신기는 신호 및 노이즈 서브공간의 분할(partitioning)을 포함하는 고분해능 가장 이른 도착 시각 추정을 이용해 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별하는, 수신기.
54. 제35항에 있어서, 수신기는 수신된 샘플을 송신기로부터 송신된 시퀀스로 상호 상관하고 상기 상호 상관 함수로부터 상호 상관 함수의 피크의 제 1 개수의 왼쪽 샘플과 피크의 제 2 개수의 오른쪽 샘플을 포함하는 피크 벡터(peak vector)를 추출함으로써 상호 상관 함수를 생성함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별하는, 수신기.
55. 제54항에 있어서, 수신기는, 저 노이즈와 쉽게 분리 가능한 다중경로 성분과 비-다중경로 성분 중 적어도 하나를 갖는 채널 환경에서 측정된 정정 함수로부터 기준 피크 벡터를 생성하고, 적어도 복수의 의사랜덤 코드 주기에 걸쳐 간섭 평균냄(coherently averaging)으로써 피크 벡터 내 신호-대-노이즈 비를 개선함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별하는, 수신기.
56. 제55항에 있어서, 수신기는 피크 벡터의 푸리에 변환을 계산하고, 측정된 피크 벡터의 푸리에 변환과 기준 피크 벡터의 푸리에 변환을 이용해 송신된 시퀀스에 대응하는 채널의 주파수 도메인 추정치를 생성함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별하는, 수신기.
57. 제56항에 있어서, 수신기는 채널의 주파수 도메인 추정으로부터 감소된 채널 추정 벡터를 생성하고, 감소된 채널 추정 벡터의 추정된 공분산 행렬을 정의하고, 추정된 공분산 행렬에 대해 특이값 분해를 수행함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별하는, 수신기.
58. 제57항에 있어서, 상기 수신기는, 정렬된 특이값(sorted singular values)의 벡터를 생성하고, 상기 정렬된 특이값의 벡터를 이용해 신호와 노이즈 서브공간을 분리하며, 노이즈 서브공간 행렬을 생성하고, 상기 노이즈 서브공간 행렬을 이용해 제1경로의 도착 시각을 추정함으로써, 위치결정 신호의 다중경로 성분을 식별하는, 수신기.
59. 제35항에 있어서, 상기 수신기는 보조 데이터를 수신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 펄스의 상승 에지(rising edge)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), GNSS 시각에 대한 WAPS 타이밍의 관계, 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)에서 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 및 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기의 세트로부터의 의사랜덤 수 시퀀스의 리스트, 및 특정 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기들의 리스트 중 적어도 하나를 포함하는, 수신기.
60. 복수의 송신기로부터 송신되는 위치결정 신호를 이용해 위치 정보를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만임 - ,
    상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하임 - ,
    복수의 송신기의 송신기 각각으로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 따라 변조되고, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 따라 각자의 위치결정 신호의 제 1 부분을 변조함 - , 및
    원격 수신기에서 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 수신하는 단계 - 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함함 -
    을 포함하는, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
61. 제60항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함하는, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
62. 제61항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택되는, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
63. 제62항에 있어서, 상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값인, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
64. 제61항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나인, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
65. 제60항에 있어서,상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧은, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
66. 제60항에 있어서, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 긴, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
67. 제60항에 있어서, 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 제 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나의 송신기로부터 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 가짐 - , 및
    위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 시간 주기 동안 위치결정 신호를 송신하는 단계 - 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성은 제 2 길이를 가짐 -
    를 포함하는, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
68. 제60항에 있어서, 상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이한, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
69. 제60항에 있어서,
    상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 갖는
70. 제69항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트인, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
71. 제69항에 있어서, 상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱인, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
72. 제60항에 있어서, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함하는, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
73. 제60항에 있어서, 상기 위치결정 신호의 제 2 부분은 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
74. 제60항에 있어서, 원격 수신기의 제 2 동작 모드는, 서버가 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 네트워크-기반 위치결정을 포함하며, 상기 원격 수신기는 상기 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보를 수신하고 서버로 전송하는, 위치 정보를 결정하기 위한 방법.
75. 위치결정 시스템으로서, 상기 시스템은
    위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 복수의 송신기를 포함하는 지상형(terrestrial) 송신기 네트워크를 포함하며, 상기 위치결정 데이터는 위치결정 신호 및 위치결정 데이터를 브로드캐스트하는 송신기까지의 거리를 계산하기 위해 사용되는 데이터 비트를 포함하고,
    복수의 송신기가 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트를 선택하고, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 임의의 2개의 시퀀스 간 상호 상관 함수의 크기는 특정된 임계치 미만이며,
    복수의 송신기는 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트로부터 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트를 선택하며, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원 각각의 자기 상관 함수의 크기는, 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역 내에서, 지정 값과 동일하거나, 상기 지정 값 미만이거나, 상기 지정값 이하이고,
    각각의 송신기에 대해 위치결정 신호의 적어도 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 적어도 하나의 구성원에 의해 변조되며, 복수의 송신기의 적어도 2개의 송신기는 위치결정 신호를 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 서로 다른 구성원에 의해 변조하는, 위치결정 시스템.
76. 제75항에 있어서, 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나를 획득하는 원격 수신기를 포함하고, 상기 위성 신호는 위성-기반 위치결정 시스템의 신호이고, 원격 수신기의 제 1 동작 모드는, 원격 수신기가 위치결정 신호와 위성 신호 중 적어도 하나로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 단말기-기반 위치결정을 포함하는, 위치결정 시스템.
77. 제76항에 있어서, 원격 수신기로 연결된 서버를 포함하며, 상기 원격 수신기의 제 2 동작 모드는 서버가 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보로부터 원격 수신기의 위치를 계산하는 네트워크-기반 위치결정을 포함하며, 상기 원격 수신기는 상기 위치결정 신호 및 위성 신호 중 적어도 하나로부터 얻어진 정보를 수신하고 서버로 전송하는, 위치결정 시스템.
78. 제77항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트를 포함하는, 위치결정 시스템.
79. 제78항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 골드(Gold code)의 세트로부터 선택되는, 위치결정 시스템.
80. 제79항에 있어서, 상기 지정된 값은 자기 상관 함수의 피크 값을 디지털 의사랜덤 시퀀스의 비-반복 길이로 나눈 값인, 위치결정 시스템.
81. 제78항에 있어서, 상기 2진 의사랜덤 시퀀스의 세트는 카사미 코드(Kasami code), 벤트 코드(Bent code), 및 유사 골드 코드(Gold-like code) 중 하나인, 위치결정 시스템.
82. 제77항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 절단된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 절단된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 짧은, 위치결정 시스템.
83. 제77항에 있어서, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 적어도 하나의 디지털 의사랜덤 시퀀스는 확장된 시퀀스 길이를 가지며, 상기 확장된 시퀀스 길이는 표준 시퀀스 길이보다 긴, 위치결정 시스템.
84. 제77항에 있어서, 상기 위치결정 신호의 제 1 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원에 의해 변조되는 1 시간 주기 동안 복수의 송신기 중 적어도 하나로부터 위치결정 신호를 송신하고, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 1 구성원은 제 1 길이를 갖고, 위치결정 신호의 제 2 부분이 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원에 의해 변조되는 제 2 주기 동안 상기 위치결정 신호를 송신하며, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 제 2 구성원은 제 2 길이를 갖는, 위치결정 시스템.
85. 제84항에 있어서, 상기 제 1 길이와 제 2 길이는 상이한, 위치결정 시스템.
86. 제77항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 2보다 큰 알파벳 크기를 갖는, 위치결정 시스템.
87. 제86항에 있어서, 상기 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트는 4치 시퀀스(quaternary sequence)의 세트인, 위치결정 시스템.
88. 제87항에 있어서, 상기 알파벳 크기는 2의 거듭 제곱인, 위치결정 시스템.
89. 제77항에 있어서, 상기 자기 상관 함수의 피크에 인접한 특정된 영역은 자기 상관 함수의 피크에 바로 인접한 적어도 10개의 연접한 심볼들을 포함하는, 위치결정 시스템.
90. 제77항에 있어서, 상기 위치결정 신호의 제 1 부분은 디지털 의사랜덤 시퀀스의 서브세트의 구성원에 의해 변조되고, 위치결정 신호의 제 2 부분은 위치결정 데이터를 포함하는 데이터 시퀀스에 따라 더 변조되는, 위치결정 시스템.
91. 제77항에 있어서, 원격 수신기 및 복수의 송신기 중 적어도 하나에 연결된 통신 시스템 - 상기 통신 시스템은 셀룰러 통신 시스템임 - 을 포함하는, 위치결정 시스템.
92. 제77항에 있어서, 복수의 송신기는 동기화되는, 위치결정 시스템.
93. 제92항에 있어서, 복수의 송신기의 각각의 송신기는 보조 데이터를 포함하는 위치결정 데이터를 송신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 에포크(epoch)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 인접 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 의사레인지 분해능(pseudorange resolution)에서 원격 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기 세트로부터의 디지털 의사랜덤 시퀀스의 리스트, 및 특정 디지털 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기의 리스트, 중 적어도 하나를 포함하는, 위치결정 시스템.
94. 제93항에 있어서, 복수의 송신기에 의해 송신되는 신호는 주파수 획득 및 타이밍 정렬(timing alignment) 중 적어도 하나에 대한 프리앰블(preamble)을 포함하는, 위치결정 시스템.
95. 제77항에 있어서, 상기 복수의 송신기는 CDMA 네트워크를 형성하는, 위치결정 시스템.
96. 제77항에 있어서, 상기 복수의 송신기는 TDMA 네트워크를 형성하는, 위치결정 시스템.
97. 제77항에 있어서, 각각의 송신기의 반송파 신호는 복수의 송신기 중 타 송신기의 적어도 하나의 타 반송파 신호로부터 오프셋되는, 위치결정 시스템.
98. 제77항에 있어서, 복수의 송신기는, 원격 수신기가 적어도 3개의 송신기로부터 신호를 수신하며 각각의 위치에서의 기하학적 정밀도 저하율(geometric dilution of precision)이 임계값보다 낮도록 위치하고, 복수의 송신기의 각각의 송신기의 위치는 커버리지 체적(coverage volume)에 걸쳐 기하학적 정밀도 저하율의 거듭 제곱의 체적 적분인 함수를 최소화함으로써 결정되고, 상기 체적 적분은 원격 수신기의 위치의 좌표에 대한 것이며, 함수의 최소화는 특정된 커버리지 면적 내 복수의 송신기의 송신기들의 송신기 위치 좌표에 대한 것이고, 함수는 커버리지 영역의 성능 품질에 따라 가중되는, 위치결정 시스템.
99. 제77항에 있어서, 복수의 송신기의 각각의 송신기는 시각 기준에 동기화되고, 각각의 송신기의 시각 정정은 원격 수신기에게 제공되는, 위치결정 시스템.
100. 제77항에 있어서, 상기 원격 수신기는 보조 데이터를 수신하며, 상기 보조 데이터는 파형의 에포크(epoch)에서의 시스템 시각, 파형의 펄스의 하강 에지(falling edge)에서의 시스템 시각, 복수의 송신기의 지오코드(geocode) 데이터, 복수의 송신기에 인접한 송신기의 지오코드 데이터, 복수의 송신기에 근접한 적어도 하나의 송신기에 의해 사용되는 시퀀스의 인덱스, 적어도 하나의 송신기에 대한 클록 타이밍 정정(clock timing correction), 로컬 대기 정정(local atmospheric correction), 의사레인지 분해능에서 원격 수신기를 보조하기 위한 로컬 환경에 대한 지시자, 디지털 의사랜덤 시퀀스의 세트의 베이스 인덱스로부터의 오프셋, 송신기의 세트로부터의 디지털 의사랜덤 시퀀스의 리스트, 및 특정 디지털 의사랜덤 수 시퀀스를 이용하는 송신기의 리스트, 중 적어도 하나를 포함하는, 위치결정 시스템.
101. 제77항에 있어서, 대기 데이터 센서(atmospheric data sensor)를 원격 수신기의 구성요소로서 포함하며, 상기 원격 수신기 및 서버 중 적어도 하나는 상기 대기 데이터 센서의 데이터를 이용해 원격 수신기의 위치를 계산하고, 상기 대기 데이터 센서의 데이터는 압력 데이터, 온도 데이터, 및 습도 데이터 중 적어도 하나를 포함하는, 위치결정 시스템.
102. 제77항에 있어서, 상기 원격 수신기 및 서버 중 적어도 하나는 적어도 하나의 추가 신호 소스로부터의 레인지 측정치와 위치결정 신호를 이용해 결정된 레인지 측정치의 조합을 이용해 원격 수신기의 최종 위치를 계산하고, 상기 최종 위치는 위도, 경도, 및 높이(height) 중 적어도 하나를 포함하는, 위치결정 시스템.
     
     
     

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