KR20200131869A - 위치결정 네트워크를 동기화하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
슬레이브 장비가 기준 장비로부터의 신호에 대한 전파 지연의 지식이 없는 상황에서, 예를 들면, 상기 장비들 중 하나 이상의 위치가 알려지지 않거나 분류된 경우, 또는 장비 간 신호 전파 거리가 선험적으로 알려지지 않은 경우, 기준 장비에 대해 슬레이브 장비를 동기화하는 장비 및 방법이 제공된다. 기준 신호 전파 지연은 장비들 사이의 신호 교환을 사용하여 결정되며, 각 장비는 수신기 라인 바이어스 및 기타 하드웨어 지연의 영향을 제거하기 위한 차이 계산 절차를 사용한다. 다른 측면에서 장비들 사이의 신호 교환은 부정확한 전파 지연 추정으로부터 발생하는 시간 잔차를 검출하기 위해 사용된다. 상기 동기화 방법은 동기화된 위치결정 네트워크를 제공하기 위해 복수의 슬레이브 장비들에 적용될 수 있다. 특정 실싱 예에서 신호는 무선으로 전송되지만, 다른 실시 예에서는 유선을 통해 전송된다.
Description
본 발명은 특히 네트워크 장비의 위치가 알려려지 않았거나 분류된 경우, 또는 장비 간 신호 전파 거리가 선험적으로 알려지지 않은 상황에서 위치결정 네트워크(location network)를 동기화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 사용 분야로 제한되지 않음을 이해할 것이다.
관련 출원
본 출원은 2018년 3월 14일에 출원된 호주 임시 특허 출원 제2018900841호로부터 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.
이 명세서 전반에 걸친 선행 기술에 대한 어떠한 논의도 그러한 선행 기술이 널리 알려져 있거나 해당 분야의 일반적인 상식의 일부를 형성한다는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
미국 특허 제7,616,682호는 알려진 고정된 위치의, 포지셔닝-유닛 장비로 알려진 지상-기반(ground-based) 송신기들의 동기화된 네트워크로부터 전송된 포지셔닝 신호를 사용하여 모바일 장치에 대한 정확한 위치 결정을 생성하는 방법 및 시스템을 개시한다. 이러한 방법과 시스템의 핵심은 자체가 포지셔닝-유닛(positioning-unit) 장비일 수 있는 지정된 기준 장비(reference device)에 대한 각 포지셔닝-유닛 장비의 타이밍 오류를 측정하고 교정하고, 그에 의해 기준 장비의 시간축에 동기화된 포지셔닝 신호를 전송하는 포지셔닝-유닛 장비들의 네튿워크를 구축하고 유지하는 것이다. 일단 주어진 포지셔닝-유닛 장비가 기준 장비의 시간축에 동기화되면, 이 포지셔닝-유닛 장비는 그 시간축을 기준 장비가 잘 보이지 않는 추가의 포지셔닝-유닛 장비들에 중계하여, 포지셔닝-유닛 장비들의 확장된 네트워크를 통해서 그 시간축을 전파하는 것이다. 그러면 모바일 장치는 다수의 포지셔닝-유닛 장비로부터 그리고 또한 가능하게는 기준 장비로부터 수신된 신호에 공지된 확산 스펙트럼 기술을 적용하여 그 위치를 결정할 수 있다.
US 7,616,682에 개시된 동기화 방법은 각 포지셔닝-유닛 장비가 기준 장비로부터 전송된 기준 신호에 대한 전파 지연을 해명하도록 요구하며, 이는 일반적으로 기하학적 거리, 즉 각 안테나들 사이의 직선 거리를 빛의 속도로 나누어 계산한다. 자신의 안테나 위치를 자신의 신호의 데이터 성분의 일부로서 방송할 수 있는 기준 장비에 의해, 포지셔닝-유닛 장비들은 선험적으로, 예를 들어 그들 자신의 위치의 사전 조사와 기준 장비 안테나 위치의 사전 조사로부터, 기하학적 거리를 알고 있다고 예상된다.
그러나 포지셔닝-유닛 장비가 기준 장비까지의 기하학적 거리에 대한 선험적 지식을 갖는 것이 비실용적이거나 불가능할 수 있는 상황이 있다. 예를 들어, 기준 장비 또는 포지셔닝-유닛 장비의 위치를 알 수 없거나, 기준 장비가 자신의 위치를 방송하는 것이 허용되지 않거나 바람직하지 않을 수 있다. 기하학적 거리가 기준 장비로부터의 신호에 대한 실제 전파 경로를 나타내지 않는 경우(예를 들면, 다중 경로 때문에), 또는 신호가 유선을 통해 전파되는 경우 종래 기술의 동기화 방법의 정확도 역시 상쇄될 것이다.
포지셔닝-유닛 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하기 위한 개선된 방법 및 장치가 필요하다. 특히, 기하학적 거리나 전파 지연을 알 수 없는 경우, 기준 장비로부터 포지셔닝-유닛 장비로 전송되는 기준 신호에 대한 전파 지연을 측정할 수 있어야 한다.
정의
본원의 설명에서 그리고 청구 범위에서, 용어 '이루어지다', '이루어지는' 등과 동의어로서 포괄적 의미로 해석되어야 한다. 예를 들어, 'A와 B로 이루어지는 장치'라는 표현은 요소 A와 B로만 구성된 장치로 제한되지 않아야 한다. 마찬가지로 '또는'이라는 용어는 배타적인 의미가 아닌 포괄적인 의미로 해석되어야 한다. 예를 들어 문맥상 달리 명시적으로 요구하지 않는 한 'A 또는 B'라는 표현은 A, 또는 B, 또는 A 및 B 모두를 의미하는 것으로 해석된다 .
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들 중 하나 이상을 극복 또는 개선하거나 유용한 대안을 제공하는 것이다. 기준 장비와 포지셔닝-유닛 장비 중 하나 또는 모두가 알려져 있지 않거나 분류된 상황에서 또는 기준 신호 전파 지연이 선험적으로 알려지지 않은 상황에서, 포지셔닝-유닛 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직한 형태에서의 본 발명의 목적이다.
본 발명의 제1 측면에 의하면, 제2 장비에 의해 생성 및 전송된 제2 신호를 제1 장비의 시간축에 동기화하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
(i) 상기 제1 장비가 상기 제1 장비의 시간축에 따라 제1 신호의 전송 시간을 나타내는 제1 시간 정보를 포함하는 상기 제1 신호를 생성 및 전송하는 단계;
(ii) 상기 제2 장비가:
(a) 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고,
(b) 상기 제2 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 상기 제2 신호를 생성 및 전송하고,
(c) 상기 제2 신호를 수신 및 해석하고,
(d) 상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고, 및
(e) 상기 제1 시간 차이에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여 상기 제2 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하는 단계;
(ⅲ) 상기 제1 장비가:
(a) 상기 제1 신호 및 상기 조정된 제2 신호를 수신 및 해석하고,
(b) 상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고, 및
(c) 상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송하는 단계; 및
(iv) 상기 제2 장비가:
(a) 상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련 양을 수신하고 그로부터 상기 제1 신호의 전파 지연 측정치를 얻고, 및
(b) 상기 전파 지연 측정치에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하는 단계를 포함하며,
이에 의해 상기 제2 신호를 상기 시간축에 동기화한다.
바람직하게는, 단계 (ⅱ) (e)는 제1 시간 정보와 제2 시간 정보 사이의 차이를 최소화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 제2 신호가 상기 시간축에 동기화된 후 상기 제1 장비가:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 및 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 하는 단계를 더 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 제2 장비는 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정한다.
특정 실시 예에서 상기 제1 및 제2 신호는 유선을 통해 상기 제1 장비와 제2 장비 사이에서 전송된다. 상기 유선은 동축 케이블 또는 광섬유를 포함한다.
특정 실시 예에서 상기 방법은 상기 시간축과 동기화된 제3 신호를 상기 제2 장비와 작동 가능하게 연관된 송신기로부터 방송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 제2 신호를 생성 및 전송하는 제2 장비가 제1 신호를 생성 및 전송하는 제1 장비의 시간축에 상기 제2 신호를, 제1 장비로부터 상기 제2 장비까지 상기 제1 신호의 전파 지연에 대한 명목 값을 사용하여, 명목상 동기화한 장치에서, 상기 제2 신호와 상기 시간축 사이의 시간 잔차를 식별하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 상기 제1 장비가:
(a) 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신 및 해석하는 단계;
(b) 상기 수신된 제1 신호와 상기 수신된 제2 신호 사이의 시간 차이를 측정하고, 이로부터 상기 시간 잔차가 계산되는 단계; 및
(c) 상기 시간 잔차가 교정되거나 보상될 수 있도록, 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시 예에서 상기 제2 장비는 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하여 상기 제2 신호의 생성을 조정함으로써, 상기 제2 신호의 상기 시간축에 대한 동기화의 정확도를 향상시킨다.
다른 실시 예에서 제3 장비는 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하여 상기 제2 장비로부터 수신된 신호에 교정을 적용한다.
특정 실시 예에서 상기 방법은, 상기 제2 장비가 상기 제2 신호의 생성을 조정한 후, 상기 제1 장비가:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 환경 관련 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제3 측면에 의하면, 제1 시간축을 가진 제1 장비와 제2 장비를 포함하고, 상기 제2 장비에 의해 생성 및 전송된 제2 신호를 상기 제1 장비의 시간축에 동기화하기 위한 장치가 제공되며,
상기 제1 장비는 상기 제1 시간축에 따라 상기 제1 신호의 전송 시간을 나타내는 제1 시간 정보를 포함하는 제1 신호를 생성 및 전송하도록 구성되고,
상기 제2 장비는:
상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제2 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 제2 신호를 생성 및 전송하고;
상기 제2 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제1 시간 차이에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여, 상기 제2 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하며;
여기서 상기 제1 장비는 추가로:
상기 제1 신호 및 상기 조정된 제2 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하며;
여기서 상기 제2 장비는 추가로:
상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 그로부터 상기 제1 신호의 전파 지연 측정치를 획득하고; 및
상기 전파 지연 측정치에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하며,
이에 의해 상기 제2 신호를 상기 시간축에 동기화한다.
바람직하게는, 상기 제2 장비는 상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 차이를 최소화하기 위해 상기 제1 시간 차이에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 제1 장비는, 상기 제2 신호가 상기 시간축에 동기화된 후에:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 한다.
더 바람직하게는, 상기 제2 장비는 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하도록 구성된다.
특정 실시 예에서 상기 제1 및 제2 장비는 상기 제1 및 제2 장비를 연결하는 유선을 통해 상기 제1 및 제2 신호를 송신 및 수신하도록 구성된다. 상기 유선은 동축 케이블 또는 광섬유를 포함한다.
특정 실시 예에서 상기 장치는 상기 시간축와 동기화된 제3 신호를 방송하기 위해, 상기 제2 장비와 작동 가능하게 연관된 송신기를 더 포함한다.
본 발명의 제4 측면에 의하면, 제2 장비에 의해 생성 및 전송된 제2 신호와 제1 신호를 생성 및 전송하는 제1 장비의 시간축 사이의 시간 잔차를 식별하기 위한 장치가 제공되며, 상기 제2 장비는, 상기 제1 장비로부터 상기 제2 장비까지의 상기 제1 신호의 전파 지연에 대한 명목 값을 사용하여, 상기 제2 신호를 상기 시간축에 명목상 동기화하였으며, 상기 제1 장비는:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신된 제1 신호와 상기 수신된 제2 신호 사이의 시간 차이를 측정하고, 이로부터 상기 시간 잔차가 계산될 수 있으며; 및
상기 시간 잔차가 교정되거나 보상될 수 있도록, 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 전송한다.
바람직한 실시 예에서 상기 제2 장비는 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하여 상기 제2 신호의 생성을 조정함으로써, 상기 제2 신호의 상기 시간축에 대한 동기화의 정확도를 향상시킨다.
다른 실시 예에서 상기 장치는 상기 제2 장비로부터 수신된 신호에 교정을 적용하기 위해 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하도록 구성된 제3 장비를 포함한다.
특정 실시 예에서 상기 제1 장비는, 상기 제2 장비가 상기 제2 신호의 생성을 조정한 후에:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 한다.
본 발명의 제5 측면에 의하면, 제2 신호를 생성 및 전송하는 제2 장비가 상기 제1 장비에 의해 생성 및 전송된 제1 신호를 사용하여 상기 제2 신호를 제1 장비의 시간축에 동기화시킨 장치에서, 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 동기화에 대한 영향을 완화하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
(i) 상기 제1 장비가 상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하는 단계;
(ⅱ) 상기 제1 장비가 상기 수신 및 해석된 제1 신호 및 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하는 단계;
(ⅲ) 상기 제1 장비가 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하는 단계; 및
(iv) 상기 제2 장비가 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여, 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화가 유지되도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제6 측면에 의하면, 제1 신호를 생성 및 전송하는 제1 장비의 시간축에 대한 제2 장비에 의해 생성 및 전송된 제2 신호의 동기화에 대한, 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 영향을 완화하기 위한 장치가 제공되며, 상기 제1 장비는:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하도록 구성되며;
상기 제2 장비는:
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여, 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화가 유지되도록 구성된다.
본 발명의 제7 측면에 의하면, 시간축을 갖는 기준 장비, 및 상기 기준 장비의 시간축에 동기화된 포지셔닝 신호를 생성 및 전송하는 복수의 포지셔닝-유닛 장비를 포함하는 위치결정 네트워크에서 이동 위치 수신기(roving position receiver)의 위치를 결정하기 위한 방법이 제공되며, 상기 포지셔닝-유닛 장비들 중 하나 이상은 자신의 포지셔닝 신호를 상기 시간축에 동기화하기 위해:
(i) 상기 기준 장비가 상기 시간축에 따라 기준 신호의 전송 시간을 나타내는 제1 시간 정보를 포함하는 상기 기준 신호를 생성 및 전송하며;
(ⅱ) 상기 포지셔닝-유닛 장비가:
(a) 상기 기준 신호를 수신 및 해석하고;
(b) 상기 포지셔닝 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 상기 포지셔닝 신호를 생성 및 전송하고;
(c) 상기 포지셔닝 신호를 수신 및 해석하고;
(d) 상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고; 및
(e) 상기 제1 시간차에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하며;
(ⅲ) 상기 기준 장비가:
(a) 상기 기준 신호와 상기 조정된 포지셔닝 신호를 수신 및 해석하고;
(b) 상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고; 및
(c) 상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송하며; 및
(iv) 상기 포지셔닝-유닛 장비가:
(a) 상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 그로부터 상기 기준 신호의 전파 지연 측정치를 획득하고; 및
(b) 상기 전파 지연의 측정치에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호를 상기 제1 장비의 시간축에 동기화하며;
여기서 상기 이동 위치 수신기는, 상기 하나 이상의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호를 포함하여, 상기 복수의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호들의 선택을 사용하여 위치 솔루션을 계산한다.
본 발명의 제8 측면에 의하면, 시간축을 갖는 기준 장비와 복수의 포지셔닝-유닛 장비를 포함하고, 이동 위치 수신기가 위치 솔루션을 계산할 수 있도록 하기 위한 위치결정 네트워크가 제공되며:
상기 기준 장비는 상기 시간축에 따라 기준 신호의 전송 시간을 나타내는 시간 정보를 포함하는 상기 기준 신호를 생성 및 전송하도록 구성되고;
상기 복수의 포지셔닝-유닛 장비는 상기 기준 장비의 시간축에 동기화된 포지셔닝 신호들을 생성 및 전송하며,
상기 포지셔닝-유닛 장비들 중 하나 이상은:
상기 기준 신호를 수신 및 해석하고;
상기 포지셔닝 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 포지셔닝 신호를 생성 및 전송하고;
상기 포지셔닝 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제1 시간 차이에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하며;
상기 기준 장비는:
상기 기준 신호 및 상기 조정된 위치 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송하며;
상기 하나 이상의 포지셔닝-유닛 장비는:
상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 그로부터 상기 기준 신호의 전파 지연 측정치를 획득하고; 및
상기 전파 지연 측정치에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호를 상기 제1 장비의 시간축에 동기화하여,
이동 위치 수신기가, 상기 하나 이상의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호를 포함하여, 상기 복수의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호들의 선택을 사용하여 위치 솔루션을 계산할 수 있도록 한다.
본 발명의 제9 측면에 의하면, 제1, 제2, 제5 또는 제7 측면에 따른 방법을 수행하거나, 또는 제3, 제4 또는 제6 측면에 따른 장치를 작동하거나, 또는 제8 측면에 따른 위치결정 네트워크를 운영하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드를 갖는 비 일시적 컴퓨터 사용 가능 매체를 포함하는 제조 물품이 제공된다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예가 예로서만 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 포지셔닝-유닛 장비 또는 슬레이브 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하기 위한 장치를 개략적인 형태로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 포지셔닝-유닛 장비 또는 슬레이브 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하는 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 포지셔닝-유닛 장비 또는 슬레이브 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하기 위한 장치를 개략적인 형태로 도시한다.
도 4는 슬레이브 장비가 기준 장비로부터 수신된 시간축을 유선을 사용하여 추가의 슬레이브 장비로 전달하는 장치의 선택된 구성 요소를 개략적인 형태로 도시한다.
도 5는 유선 통해 기준 장비로부터 슬레이브 장비로 전달된 시간축이 기준 장비에서 멀리 떨어진 하나 이상의 다른 장비에 무선으로 전파될 수 있는 장치를 개략적인 형태로 도시한다.
도 6은 슬레이브 장비가 기준 신호 전파 지연에 대한 명목 값을 사용하여 자신의 신호를 기준 장비 시간축에 명목상 동기화한 후, 슬레이브 장비의 신호와 기준 장비의 시간축 사이의 시간 잔차(time residual)를 식별하는 방법을 나타내는 순서도를 보여준다.
도 7은 한 이동 위치 수신기가 네트워크의 장비들로부터 수신된 신호를 사용하여 자신의 위치를 결정할 수 있는 위치결정 네트워크를 개략적인 형태로 보여준다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 포지셔닝-유닛 장비 또는 슬레이브 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하기 위한 장치를 개략적인 형태로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 포지셔닝-유닛 장비 또는 슬레이브 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하는 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 포지셔닝-유닛 장비 또는 슬레이브 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하기 위한 장치를 개략적인 형태로 도시한다.
도 4는 슬레이브 장비가 기준 장비로부터 수신된 시간축을 유선을 사용하여 추가의 슬레이브 장비로 전달하는 장치의 선택된 구성 요소를 개략적인 형태로 도시한다.
도 5는 유선 통해 기준 장비로부터 슬레이브 장비로 전달된 시간축이 기준 장비에서 멀리 떨어진 하나 이상의 다른 장비에 무선으로 전파될 수 있는 장치를 개략적인 형태로 도시한다.
도 6은 슬레이브 장비가 기준 신호 전파 지연에 대한 명목 값을 사용하여 자신의 신호를 기준 장비 시간축에 명목상 동기화한 후, 슬레이브 장비의 신호와 기준 장비의 시간축 사이의 시간 잔차(time residual)를 식별하는 방법을 나타내는 순서도를 보여준다.
도 7은 한 이동 위치 수신기가 네트워크의 장비들로부터 수신된 신호를 사용하여 자신의 위치를 결정할 수 있는 위치결정 네트워크를 개략적인 형태로 보여준다.
무선 실시 예
도 1은 예를 들어 2.4GHz ISM 대역에서 무선 전송의 경우에, 제2 슬레이브 장비(6)로부터 전송된 신호(4)를 제1 기준 장비(10)의 시간축에 동기화하기에 적합한 장치(2)를 개략적인 형태로 도시한다. 중요하게는, 두 장비의 안테나(34, 36) 사이의 거리(12)에 대한 선험적 지식이 필요하지 않다.
도 1에 예시된 실시 예에서 기준 장비(10)는 송신기(14), 수신기(16), CPU(18), 및 송신기(14)에 주파수 표준을 제공하는 발진기(20)로 이루어진다. 예시된 실시 예에서 발진기(20)는 또한 수신기(16) 및 CPU(18)에 공급하지만, 다른 실시 예에서 이들 구성 요소는 자체 발진기를 사용한다. CPU(18)는 송신기(14), 수신기(16) 및 발진기(20)와의 통신을 위한 회로 및 비 일시적 기계 판독 가능 프로그램 코드로 이루어진다. 바람직한 실시 예에서 송신기(14)는 발진기(20)의 주파수에 관련된 반송파 주파수(예를 들면 그것의 몇 배수 또는 분수)를 생성하기 위한 RF 반송파 발생기와, 예를 들어 하나 이상의 슬레이브 장비(6)에 의해, 동일한 반송파 주파수에서 전송되는 다른 코드 시퀀스와 구별될 수 있는 고유 코드 시퀀스를 생성하기 위한 적어도 하나의 의사랜덤번호(PRN: pseudorandom number) 코드 발생기로 이루어진다. 결과적으로 기준 장비(10)에 의해 생성된 기준 신호(8)는 일반적으로 반송파 성분 및 PRN 코드 성분뿐만 아니라, 기준 장비(10)의 시간축과 동일해 질 수 있는 기준 신호의 전송 시간을 나타내는 시간 정보를 포함하여 CPU(18)로부터 데이터를 전달하기 위한 데이터 성분을 갖는다. 이 실시 예에서 기준 장비 시간축은, 발진기(20)의 위상 및 주파수, 송신기(14)에 의해 생성된 PRN 성분 및 CPU(18)에 의해 생성된 데이터 성분과, 기준 신호(8)가 기준 장비(10)로부터 방출되기 전에 임의의 하드웨어 지연에 의해 결정될 것이다.
특정 실시 예에서, 예를 들어 자체-포함된 동기화된 위치결정 네트워크에서 사용하기 위해, 기준 발진기(20)의 절대 정확도 및 안정성은 중요하지 않으며 예를 들어 온도-보상 수정 발진기(TCXO)가 사용될 수 있다. 다른 실시 예에서, 기준 발진기(20)는, GPS 신호 등을 통해 국제표준시(UTC: Universal Coordinated Time)로 조정될 수 있는 원자 시계와 같은 외부 주파수 기준(22)으로 대체된다. 이러한 외부 주파수 기준(22)은 예를 들어 10MHz 기준 신호 및 PPS(pulse-per-second)를 송신기(14)에 제공할 뿐만 아니라 시간 정보를 기준 CPU(18)에 제공하여 기준 장비(10)로 시간축을 전달할 수 있다.
슬레이브 장비(6)는 일반적으로 수신기(24), 조종 발진기(steered oscillator)(28)를 갖는 송신기(26), 및 CPU(30)로 이루어진다. 바람직하게는 슬레이브 장비(6)는 또한 다른 구성 요소에 공통 주파수를 제공하기 위한 발진기(32)를 포함한다. CPU(30)는 송신기(26), 수신기(24) 및 조종 발진기(28)와의 통신을 위한 회로 및 비 일시적 기계 판독 가능 프로그램 코드를 포함한다. 바람직한 실시 예에서 조종 발진기는 디지털 제어 발진기, 부분-N 위상 잠금 루프(PLL: Phase Locked Loop) 또는 직접 디지털 합성(DDS: Direct Digital Synthesis) 기술을 사용하여 디지털 도메인에서 생성된다. 이들 디지털 생성 발진기는 μHz 정확도로 주파수 제어될 수 있으므로 슬레이브 신호(4)가 아래 설명된 동기화 프로세스에서 기준 장비 시간축에 대해 정확하게 '종속'될 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 슬레이브 송신기(26)는 예를 들어, 조종 발진기(28)의 주파수와 관련된 반송파 주파수(예를 들어, 그것의 몇 배 또는 분수)를 생성하기 위한 RF 반송파 발생기와, 예를 들어, 위치결정 네트워크의 기준 장비 또는 다른 슬레이브 장비에 의해, 동일한 반송파 주파수에서 전송되는 다른 코드 시퀀스와 구별될 수 있는 고유 코드 시퀀스를 생성하기 위한 적어도 하나의 PRN 코드 발생기를 포함한다. 결과적으로, 슬레이브 장비(6)에 의해 생성된 신호(4)는 일반적으로 반송파 성분 및 PRN 코드 성분뿐만 아니라, CPU(30)로부터 데이터를 전달하기 위한 데이터 성분과 함께 신호의 전송 시간을 나타내는 시간 정보를 가진다. 일반적으로, 슬레이브 신호(4)의 전송 시간은 조종 발진기(28)의 위상 및 주파수, 송신기(26)에 의해 생성된 PRN 성분 및 CPU(30)에 의해 생성된 데이터 성분, 그리고 슬레이브 신호(4)가 슬레이브 장비(6)로부터 나오기 이전의 임의의 하드웨어 지연에 의해 결정될 것이다.
예시된 실시 예에서, 기준 장비(10) 및 슬레이브 장비(6)는 각각 신호(4, 8)를 송신 및 수신하기 위한 전방향성 안테나와 같은 단일 요소 안테나(34, 36) 및 송신 및 수신 모드 사이에서 각 장비의 토글링을 위한 Tx/Rx 스위치(38, 40)를 구비한다. 대안적인 실시 예에서 RF 서큘레이터 또는 유사한 구성 요소가 Tx/Rx 스위치 대신 사용된다. 공통 안테나(34)를 통해 신호를 송수신하는 기준 장비(10)의 능력과 마찬가지로 공통 안테나(36)를 통해 신호를 송수신하는 슬레이브 장비(6)의 능력은, 기준 및 슬레이브 신호(8)가 대칭 경로를 횡단하는 것을 보장하기 때문에 유리하다. 결과적으로, 기준 및 슬레이브 신호(8, 4)에 대한 비행 시간 또는 전파 지연은 신호가 다중 경로의 영향을 받는지 여부에 관계없이 왕복 전파 지연의 절반과 같도록 취할 수 있다. 대안적인 실시 예에서, 별도의 송신 및 수신 안테나(도시되지 않음)가 기준 장비(10) 또는 슬레이브 장비(6)에 사용되지만, 이 경우 다중 경로는 대칭이 아닐 수 있다.
기준 신호 전파 지연이 선험적으로 알려지지 않은 상황에서, 바람직한 실시 예에서 슬레이브 신호(4)를 기준 장비(10)의 시간축에 동기화하거나, 슬레이브 신호(4)의 전송 시간을 기준 장비로부터 전송된 기준 신호(8)의 전송 시간, 즉 기준 장비(10)의 시간축에 동기화하는 것은 다음 단계에서 달성된다.
1 단계: 기준 신호 획득 및 슬레이브 신호 전송
슬레이브 장비(6)는 기준 신호의 전송 시간, 즉 기준 장비 시간축을 나타내는 시간 정보를 포함하는 기준 신호(8)를 수신한다. 슬레이브 장비(6)는 슬레이브 송신기(26)의 시간 및 주파수를 상기 수신된 기준 신호(8)의 시간 및 주파수에 대략적으로 설정한 다음, 슬레이브 신호(4)를 생성 및 전송한다. 슬레이브 송신기(26)는 슬레이브 신호(4)에 전송 시간을 나타내는 시간 정보를 포함하며, 이것은 이 단계에서 상기 수신된 기준 신호(8)에 대해 대략적으로 정렬된다. 슬레이브 신호(4)는 기준 장비(10) 및 임의의 다른 수신 장비에 슬레이브 장비(6)가 초기 정렬 모드에 있음을 알리는 데이터를 또한 포함한다.
2 단계: 기준 신호에 대한 슬레이브 신호의 정밀한 주파수 정렬
슬레이브 수신기(24)는 피드백 루프(42)에 의해 표시된 슬레이브 신호(4)와 기준 신호(8)를 수신하고, 이들 신호를 각각의 반송파 위상, PRN 코드 및 데이터 성분에 따라 별도의 채널에서 해석하고, 이들 신호 사이의 주파수 차이를 측정한다. 그 다음, 슬레이브 CPU(30)는 측정된 주파수 차이로부터 유도된 양만큼 조종 발진기(28)의 주파수를 조정한다. 바람직한 실시 예에서 상기 측정된 주파수 차이는 통합 반송파 위상(ICP: integrated carrier phase) 차이의 형태이고, 슬레이브 CPU(30)는 수신기(24) 내의 두 신호의 ICP 측정치를 0으로 설정한 다음, 조종 발진기(28)에 지속적으로 교정을 적용하여 ICP 차이를 0으로 유지하는 폐쇄형 ICP 제어 루프와 연결되어, 슬레이브 신호(4)의 주파수를 기준 신호(8)의 주파수에 고정시킨다.
3 단계: 거울 모드
일단 슬레이브 신호(4)가 기준 신호(8)와 정밀하게 주파수 정렬되면, 반송파 위상, PRN 코드 및 각 신호들의 데이터 성분에서 도출된 시간 정보가 필터링 및 측정될 수 있다. 슬레이브 CPU(30)는 슬레이브와 기준 신호(4, 8)의 의 각 시간 정보 사이의 시간 차이인 제1 시간 차이를 계산하고, 이어서 상기 계산된 제1 시간 차이에 따라 신호(4)의 생성을 조정한다. 바람직하게는, 슬레이브 CPU(30)는 슬레이브와 기준 신호(4, 8)의 각 시간 정보 간의 차이를 최소화하기 위해 신호(4)의 생성을 조정한다. 즉, 슬레이브 신호(4)의 생성은, 상기 전송된 슬레이브 신호(4)를 상기 수신된 기준 신호(8)와 반송파 위상, PRN 코드 및 데이터 정렬시키기 위해, 상기 계산된 제1 시간 차이와 동일한 양으로 조정되는 것이 바람직하다. 이 조정 후에 슬레이브 신호(4)는 아직 알려지지 않은 기준 신호 전파 지연에 의해서만 기준 장비 시간축으로부터 시간-오프셋 된다. 그러므로 상기 조정된 슬레이브 신호(4)에 포함된 시간 정보는 슬레이브 장비(6)에 의해 수신된 기준 신호(8)의 시간 정보와 실질적으로 동일할 것이다. 이 단계에서 슬레이브 신호(4)는 기본적으로 기준 신호(8)의 능동적 반사이며, 상기 수신된 기준 신호와 동일한 반송파 위상, 코드 위상 및 방송 시간 정보를 데이터 성분에 갖지만 고유한 PRN 코드 및 데이터 성분을 갖는다. 이후 슬레이브 장비(6)는 소위 '거울 모드'에서 기준 신호를 은유적으로 반영하고 있음을 방송하고, 기준 장비(10)로부터 추가 정보를 기다린다.
4 단계: 기준 신호 전파 지연의 계산 및 방송
기준 수신기(16)는 피드백 루프(44)에 의해 표현된 것과 같이 기준 신호(8)와 함께 상기 조정된 슬레이브 신호(4)를 수신한 다음, 그들 각각의 반송파 위상, PRN 코드 및 데이터 성분에 따라 별도의 채널에서 슬레이브 및 기준 신호를 해석한다. 기준 CPU(18)는 슬레이브 장비(6)가 거울 모드에 있는지 확인한 다음 슬레이브 및 기준 신호(4, 8)의 각 시간 정보 사이의 시간 차이인 제2 시간 차이를 계산한다. 상기 조정된 슬레이브 신호(4)의 시간 정보는, 슬레이브 장비(6)에 의해 수신되고 기준 장비로 다시 '반사'된 원래 기준 신호(8)의 전송 시간에 해당하며, 기준 CPU(18)는 제2 시간 차이를 기준 장비와 슬레이브 장비(10, 6) 사이의 신호에 대한 왕복 전파 지연으로 해석할 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 기준 CPU(18)는 상기 계산된 제2 시간 차이에 적절한 계수(scaling factor)를 적용하여 기준 신호 전파 지연의 측정치를 얻고, 그 정보를, 바람직하게는 기준 신호(8)의 데이터 성분의 일부로서, 슬레이브 장비(6)로 전송한다. 대칭인 신호 경로의 경우, 상기 계산된 제2 시간 차이에 적용된 크기조정은 일반적으로 약 2의 계수로 나누거나 약 1/2의 계수를 곱하는 것을 포함한다. 대안적인 실시 예에서, 기준 장비(10)는 계산된 제2 시간 차이를 슬레이브 장비(6)로 전송하고, 슬레이브 장비는 그 다음 적절한 계수를 적용하여 기준 신호 전파 지연의 측정치를 획득한다. 일반적으로, 기준 장비(10)는 제2 시간 차이, 즉 왕복 전파 지연 또는 이와 관련된 양을 측정하여 슬레이브 장비(6)에 전송하여, 슬레이브 장비(6)가 기준 신호 전파 지연의 측정 값을 얻을 수 있도록 한다.
5 단계: 기준 신호 전파 지연의 교정
일단 슬레이브 장비(6)가 기준 장비(10)로부터 전송된 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 기준 신호 전파 지연의 측정치를 획득했다면, 정렬 모드로 다시 들어가서 상기 기준 신호 전파 지연의 측정치를 그 조종 발진기(28)에 추가 조정으로서 적용하며, 그에 의해 슬레이브 신호(4)를 기준 장비 시간축에 동기화한다. 다시 말해, 슬레이브 신호(4)의 생성은 기준 장비 시간축와 정렬하기 위해 상기 측정된 기준 신호 전파 지연에 의해 개선되며, 기준 장비 시간축을 슬레이브 장비(6)에 효과적으로 전달한다.
그 다음, 슬레이브 장비(6)는 기준 장비 시간축에 대한 동기화가 달성되었음을 나타내기 위해 슬레이브 신호(4)의 데이터 성분을 갱신한다. 보이는 것에 있는 다른 슬레이브 장비들은 슬레이브 신호(4)를 사용하여 자신의 신호를 기준 장비 시간축에 동기화할 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 기준 장비 시간축의 이러한 중계는 위에서 설명된 동기화 절차를 반복함으로써 '데이지 체인(daisy chain)' 방식으로 연결될 수 있으므로, 이제는 기준 장비로서 작동하는 슬레이브 장비(6)가 자신의 위치를 후속 슬레이브 장비들에 방송할 필요가 없다. 특정 실시 예에서, 교차 검사 목적으로, 동기화된 슬레이브 장비(6)는 자체 신호(4)의 데이터 성분에 결정된 기준 신호 전파 지연을 포함한다.
특정 실시 예에서, 슬레이브 신호의 생성은 지정된 시간 주기에 걸쳐 조종 발진기(28)에 주파수 오프셋을 적용함으로써 조정되며, 이것은 시간상 슬레이브 신호(4)에 영향을 주었다. 다른 실시 예에서, 슬레이브 신호의 생성은 지정된 시간 주기에 걸쳐 슬레이브 송신기(26)의 PRN 코드 발생기에 클록 오프셋을 적용함으로써 조정되며, 이는 시간상 슬레이브 신호(4)에 영향을 주었다. 만일 슬레이브 신호(4)의 주파수를 기준 신호(8)의 주파수에 고정하기 위해 폐쇄된 ICP 제어 루프가 사용되는 경우, 상기 루프는 바람직하게는 주파수 오프셋이 조종 발진기(28)에 적용될 수 있도록 일시적으로 개방된다. 조종 발진기(28)의 주파수가 오프셋 된 후, 슬레이브 CPU(30)는 바람직하게는 슬레이브 신호(4)의 조정을 유지하기 위해 상기 폐쇄된 ICP 제어 루프와 재결합한다.
슬레이브 장비의 신호를 기준 장비의 시간축에 동기화하는 방법은 도 2의 흐름도에 요약되어 있다. 단계 46에서 기준 장비는 기준 장비 시간축에 따라 기준 신호의 전송 시간을 나타내는 제1 시간 정보를 포함하는 기준 신호를 생성하고 전송한다. 단계 48에서 슬레이브 장비는 기준 신호를 수신하고 해석한 다음, 단계 50에서 슬레이브 장비는 슬레이브 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 슬레이브 신호를 생성하고 전송한다. 단계 52에서 슬레이브 장비는 슬레이브 신호를 수신하고 해석한다. 슬레이브 장비는 54 단계에서 제1 시간 정보와 제2 시간 정보 간의 제1 시간 차이를 계산한 다음, 56 단계에서 슬레이브 장비가 제1 시간 차이에 따라 슬레이브 신호의 생성을 조정하여, 슬레이브 신호와 제2 시간 정보를 조정한다. 단계 58에서 기준 장비는 기준 신호와 조정된 슬레이브 신호를 별도의 채널에서 수신하고 해석한 다음, 단계 60에서 기준 장비는 제1 시간 정보와 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산한다. 단계 62에서 기준 장비는 계산된 제2 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송한다. 단계 64에서 슬레이브 장비는 계산된 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 그로부터 기준 신호의 전파 지연 측정치를 획득한다. 마지막으로 단계 66에서 슬레이브 장비는 전파 지연 측정에 따라 슬레이브 신호의 생성을 조정하여, 슬레이브 신호를 기준 장비 시간축에 동기화한다. 바람직한 실시 예에서 단계 62에서 기준 장비는 계산된 제2 시간 차이를 전송하고, 단계 64에서 슬레이브 장비는 제2 시간 차이를 대략 2의 계수로 나눔으로써 기준 신호 전파 지연의 측정치를 획득한다.
단계 56에서 슬레이브 장비(6)가 슬레이브 신호의 생성에 적용한 조정은, 전송된 슬레이브 신호(4)를 수신된 기준 신호(8)와 반송파 위상, PRN 코드 및 데이터 정렬시킴으로써 제1 시간 정보와 제2 시간 정보 간의 차이를 최소화하도록 선택되는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 슬레이브 장비(6)는 기본적으로 기준 신호 전파 지연의 효과를 무시하고 있다. 그러나 조정이 기준 장비(10)에 전달된다면, 슬레이브 장비(6)가 신호의 생성에 다른 조정을 적용하는 것도 가능할 것이다. 예를 들어, 슬레이브 장비(6)는, 예를 들어 초기 대략적인 동기화를 달성하기 위해, 기준 신호 전파 지연에 대한 추정을 적용하는 것을 선택할 수 있으며, 이 경우 기준 장비(10)에 의해 계산된 제2 시간 차이는 이 전파 지연 추정의 부정확성으로 인해 발생하는 시간 잔차 또는 동기화 오류의 척도이다. 기준 신호와 슬레이브 신호(8, 4)에 대한 신호 경로가 대칭이라고 가정하면, 기준 신호 전파 지연의 오류는 이 값의 절반이 될 수 있다.
목적이 단순히 기준 장비(10)로부터 슬레이브 장비(4)로의 신호(8)에 대한 전파 지연을 결정하는 것인 대안적인 실시 예에서, 도 2의 흐름도에 묘사된 방법은 단계 60 이후에 종료될 수 있다.
도 2에 요약된 동기화 절차에서 그리고 도 1을 참조하면 매우 유리한 것은 슬레이브 및 기준 장비(6, 10) 각각이 동일한 회로를 통해 슬레이브 및 기준 신호(4, 8)를 수신하고 해석할 수 있도록 하는 피드백 루프(42, 44)이다. 바람직하게는, 각 장비 내에서 슬레이브 및 기준 신호(4, 8)가 수신되고 실질적으로 동시에 해석된다. 슬레이브 및 기준 신호가 일반적으로 TDMA 방식의 각 장비로부터 전송된다는 점에 유의하면, 서로 다른 신호를 '실질적으로 동시에' 수신하고 해석하는 것은 TDMA 방식의 세부 사항에 따라 달라진다는 것을 알 수 있을 것이다. 발진기 드리프트(drift), 온도 또는 전압에 의한 지연 변동, 기준 또는 슬레이브 장비 전자소자와 관련된 수신기 라인 바이어스와 같은 공통 모드 오류는 차이를 계산하는 절차에서 제거되므로, 왕복 전파 지연을 결정하는 알려진 거리측정 방법에 비해 상당한 발전을 나타내며, 수 나노초 또는 마이크로초가 될 수 있는 하드웨어 오류 소스를 제거한다.
유리하게는, 동기화 프로세스는 슬레이브 장비(6)와 기준 장비(10) 사이의 단일 신호 교환만을 필요로하며, 각각의 신호의 데이터 성분에 최소 부하를 부과한다. 루프(42, 44)에 필요한 피드백은, 송신기(26, 16)가 신호(4, 8)를 송신할 때 일반적으로 충분한 신호 강도를 각각의 수신기(24, 14)에 제공하는 전형적인 RF Tx/Rx 스위치 또는 RF 서큘레이터와 같은 기타 신호 라우팅 구성 요소의 30 ~ 40dB 포트 격리를 가지는, Tx/Rx 스위치(40, 38)에서 불완전한 포트 격리를 통해 편리하게 제공될 수 있다.
각각의 Tx/Rx 스위치(38, 40)와 안테나(34, 36) 사이의 케이블 길이(72, 74)는 기준 장비와 슬레이브 장비(10, 6) 사이의 신호 교환에서 공통 모드이기도 한다. Tx/Rx 스위치(38, 40)의 위치는 중요하지 않다. 이들은 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 안테나(34, 36)에 근접하거나, 도 3에 도시된 바와 같이 기준 장비(10) 또는 슬레이브 장비(6)의 송신기, 수신기 및 기타 구성 요소에 근접할 수있다.
앞서 설명한 바와 같이 슬레이브 신호(4)의 주파수가 기준 신호(8)의 주파수에 고정된 경우, 슬레이브 장비 신호(4)의 기준 장비 시간축에 대한 동기화는 슬레이브 장비 전자소자들의 하드웨어 드리프트에 의해 영향을 받지 않고 긴 시간 주기에 걸쳐 매우 안정적일 수 있다. 그러나 일반적으로 온도, 압력 및 상대 습도의 변동과 관련된 대류권 지연의 변화는 슬레이브 장비(6)가 정확한 동기화에서 벗어나게 할 수 있다. 특히 대류권 지연의 변화는 슬레이브 장비(6)에서 수신된 기준 신호(8)의 위상과 그에 따른 시간에 점진적으로 영향을 미친다. 슬레이브 장비의 ICP 제어 루프는 이 위상 변화를 따르며, 기준 발진기(20)에 대해 조종 발진기(28)가 표류하는 바람직하지 않은 결과가 발생한다. 시간이 지나면서, 슬레이브 신호(4)의 타이밍이 기준 장비 시간축로부터 발산함에 따라 이것은 동기화의 저하를 야기할 것이다. 환경 변화는 또한, 예를 들어 지면의 수분 함량 변화를 통해, 다중경로에 영향을 미치고, 슬레이브 장비에서 수신된 기준 신호(8)의 위상에 다시 영향을 미친다.
기준 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 기준 장비 시간축에 대한 슬레이브 신호(4)의 동기화에 대한 영향을 완화하기 위해, 특정 실시 예에서 기준 장비(10)는 슬레이브 장비가 기준 장비 시간축에 대한 동기화를 선언한 후 계속해서 슬레이브 장비(6)를 모니터링한다. 이를 위해 기준 수신기(16)는 들어오는 슬레이브 신호(4)와 나가는 기준 신호(8) 모두를 계속 수신하고 해석한다. 바람직한 실시 예에서 기준 장비(10)는 기준 신호(8)와 슬레이브 신호(4) 사이의 위상 또는 시간 차이를 연속적으로 또는 주기적으로 측정하고, 기준 신호(8)의 데이터 구성 요소 또는 일부 다른 통신 링크(도시되지 않음)를 통해 슬레이브 장비(6)에 위상 또는 시간 교정을 주기적으로 전송한다. 기준 장비(10)에 의해 측정된 임의의 위상 또는 시간 차이는, 대칭 신호 경로를 가정할 때, 일반적으로 필요한 교정의 두 배에 해당하는 '왕복' 전파 지연 잔차일 것이다. 2로 나누는 것은 기준 장비(10) 또는 슬레이브 장비(6)에 의해 수행될 수 있다. 일반적으로 대류권 지연은 전형적으로 몇 분 또는 수십 분의 시간 척도로, 점진적으로만 변하기 때문에, 기준 장비(10)는 때때로, 예를 들어 1분마다 또는 10분마다, 위상 또는 시간 교정만 제공하면 된다. 물론 교정은 더 자주 예를 들어 매초마다 제공될 수 있지만, 데이터 링크의 제약에 따른다. 만일 기준 장비(10)가, 예를 들어 같은 위치에 있는 기상 관측소에서, 지역 기상 데이터에 액세스 할 수 있는 경우, 온도, 압력 또는 상대 습도가 미리 결정된 양만큼 변할 때 위상 또는 시간 교정을 측정하고 제공하도록 선택할 수 있다. 대안적인 실시 예에서, 기준 장비(10)가 주파수와 같은 기준 및 슬레이브 신호(8, 4)의 다른 속성들 사이의 차이를 측정하고 적절한 교정을 전송하는 것이 또한 가능하다.
일단 슬레이브 장비(6)가 기준 장비(10)로부터 위상 또는 시간 교정을 수신하면, 그 정정을 적용하여 기준 장비의 시간축에 대한 슬레이브 신호(4)의 동기화를 유지하거나 개선할 수 있다. 대류권 또는 기타 환경 변화는 일반적으로 점진적이므로, 임의의 교정이 작을 것으로 예상되며, 따라서 필요한 조정은 통합 반송파 위상(ICP) 제어 루프에 직접 적용하는 것이 바람직하다.
주어진 기준 장비(10)가 다수의 슬레이브 장비(6)와 통신하거나 그것들을 추적하는 네트워크에서, 기준 장비(10)는 일반적으로 위상 또는 시간 교정과 관련된 관련 슬레이브 장비(6)에 대한 장비 식별을 포함할 것이다.
도 7에 개략적으로 도시된 위치결정 네트워크(68)를 동기화하기 위한 목적으로, 전술한 동기화 프로세스는 지정된 기준 장비(10)와 복수의 '슬레이브' 포지셔닝-유닛 장비들(6-1, 6-2) 중 하나 이상 사이에서, 장비들 중 어느 것도 자신의 위치를 알거나 방송하지 않고, 수행될 수 있음을 알 수 있다. 그 다음 이동 위치 수신기(70)는 동기화된 '슬레이브' 포지셔닝-유닛 장비(6-1, 6-2)로부터 수신된 신호(4-1, 4-2) 및 가능하게는 또한 기준 장비(10)로부터의 신호(8)를 기초로, 알려진 확산 스펙트럼 기술을 사용하여, 위치 솔루션을 계산할 수 있다. 이러한 계산에는 이동 위치 수신기(70)가 신호(4-1, 4-2, 8)을 수신하는 장비(6-1, 6-2, 10)의 위치를 알 필요가 있디. 예를 들어, 기준 장비(10) 또는 '슬레이브' 포지셔닝-유닛 장비(6-1, 6-2)의 위치가 분류되는 상황에서, 이것은 관련 장비들의 위치로 승인된 이동 위치 수신기(70)를 미리 프로그래밍함으로써 달성될 수 있다.
유선 실시 예
도 1은 슬레이브 장비(6)가 기준 장비로부터의 신호(8)에 대한 전파 지연의 선험적 지식 없이 슬레이브 신호(4)를 기준 장비(10)의 시간축에 동기화할 수 있는 무선 장치를 도시한다. 하드웨어 지연 변동과 같은 공통 모드 오류를 제거하는 차이 계산 기능을 갖춘 이 동기화 프로세스는 길이를 알 수 없거나 부정확하게 알려진 길이를 가진 유선을 통한 신호 전송에도 적합하다. 유선은 예를 들어 동축 케이블 또는 광섬유 링크를 포함할 수 있다. 무선에 비해 유선의 한 가지 장점은 다중 경로가 제거된다는 것이다. 두 번째 장점은 어떤 이유로든 무선 신호를 안정적으로 수신할 수 없는 위치로 시간축를 전송할 수 있다는 것이다. 광섬유 링크의 특별한 장점은 예를 들면 넓게 분리된 위치결정 네트워크를 공통 시간축에 동기화하기 위해 초국가적 또는 대륙 횡단 거리에 걸친 시간축 동기화의 가능성이다.
도 3은, 유선(78)을 통한 전송의 경우, 제2 슬레이브 장비(6)의 신호(4)를 제1 기준 장비(10)의 시간축에 동기화하기에 적합한 장치(76)를 개략적인 형태로 도시한다. 특정 실시 예에서 유선(78)은 적절한 RF 대역에서 동작하도록 선택된 기준 및 슬레이브 장비(10, 6)의 송신기(14, 26) 및 수신기(16, 24)와 함께 동축 케이블을 포함한다. 일반적으로, 더 낮은 주파수는 동축 케이블에서 전파 손실이 적고 장거리에 걸친 신호 동기화에 적합할 것이다. 다른 실시 예에서, 유선(78)은 광섬유, 바람직하게는 단일 모드 광섬유를 포함하지만, 다중 모드 광섬유가 비교적 짧은 거리에 적합할 수 있다. 통신 등급 단일 모드 광섬유로 약 1550nm에서 작동하면 일반적으로 증폭없이 최대 80km 또는 100km의 전송 거리를 허용한다. 더 긴 거리를 위해 유선(78)은 하나 이상의 증폭기를 포함할 수 있으며, 바람직한 실시 예에서는 이것은 각 방향에서 대칭 신호 경로를 보장하기 위해 완전히 양방향이다. 각각의 송신기(14, 26)는 예를 들어 RF 송신기와 RF-광(E→O) 변환기의 조합을 포함할 수 있다. 대안으로 송신기는 직접 변조 또는 전기 광학 변조기와 같은 외부 변조기를 통해 변조된 반도체 레이저를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 2 개의 송신기(14, 26)는 대칭 전파를 보장하기 위해 거의 동일한 파장의 광을 방출하며, 광섬유를 따른 신호의 전파 속도는 일반적으로 파장에 따라 변한다는 점에 주목해야 한다. 파장이 상당히 다른 경우, 결과적인 전파 비대칭은 광섬유의 분산 특성에 대한 지식을 사용하여 어느 정도 보상될 수 있다. 특정 실시 예에서 수신기(16, 24)는 각각 광-RF(O→E) 변환기 및 RF 수신기의 조합을 포함하는 반면, 다른 실시 예에서 수신기는 적절한 신호 처리 전자 장비와 결합된 고속 포토다이오드를 포함한다.
유선(78)의 형태가 무엇이든, 그것의 길이는 적어도 나노초 수준에서 신호 또는 장비의 동기화에 필요한 정밀도로 종종 알려지지 않을 것이다. 예를 들어 굴절률이 ~ 1.5인 2m 길이의 광섬유는 10 ns에 해당한다. 이것은 도 1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같은 알 수 없는 거리(12)를 통한 무선 전송의 경우와 유사한다.이 문제를 해결하기 위해 위에서 설명한 동기화 프로세스가 적용될 수 있으며, 주파수 정렬, 능동 반사, 왕복 전파 지연 측정 및 시간 정렬의 동일한 일반적인 단계들을 가진다.
도 3에 도시된 기준 및 슬레이브 장비(10, 6)는 각각 장비를 유선(78)에 연결하는 RF 또는 광 스위치(80, 82)를 포함한다. 이들스위치는 도 1에 도시된 Tx/Rx 스위치(38, 40)와 유사한 방식으로 작동하며, 기준 또는 슬레이브 장비가 송신 또는 수신 모드에서 작동하는지 여부를 선택하고, 피드백 루프(44, 42)를 제공하는 불완전한 포트 분리를 가진다. 적합한 RF 스위치는 고체 상태 반도체 스위치를 포함한다. 광-기계적 스위치, 전기-광학 스위치, 음향-광학 스위치 및 내부 전반사에 기초한 스위치를 포함하여 다양한 스위칭 속도를 갖는 여러 유형의 광 스위치가 당 업계에 공지되어 있다. 다른 실시 예에서 능동 RF 또는 광 스위치(80, 82)는 RF 하이브리드 직교 결합기 또는 광 서큘레이터와 같은 수동 구성 요소로 대체된다. 어느 쪽이든, 기준 및 슬레이브 장비는 각각 앞서 설명한 바와 같이 기준 및 슬레이브 신호(8, 4)를 수신하고 해석할 수 있다.
도 1을 참조하여 위에서 설명한 무선 신호를 갖는 실시 예에서, 예를 들어 대류권 지연의 변화로 인해 발생할 수 있는 슬레이브 조종 발진기(28)의 드리프트를 수정하기 위해, 슬레이브가 동기화를 선언한 후 기준 장비(10)가 슬레이브 장비(6)를 계속 모니터링 할 수 있는 방법이 설명되었다. 유사하게, 유선에 대한 환경적 변화의 영향, 특히 온도 변화는 유선(78)을 통해 슬레이브 장비(6)에서 수신된 기준 신호(8)의 위상과 후속적으로 시간을 변경할 것이다. 온도 변화는 예를 들어 유선의 길이와 해당 유선을 통과하는 신호의 전파 속도 모두에 영향을 미칠 수 있다. 결과적인 드리프트는 기본적으로 동일한 모니터링 절차로 수정될 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 기준 장비(10)는 기준 신호 및 슬레이브 신호(8, 4) 사이의 위상 또는 시간 차이를 연속적으로 또는 주기적으로 측정하고, 슬레이브 장비(6)에 위상 또는 시간 교정을 주기적으로 전송한다. 이전에 설명된 바와 같이 슬레이브 장비(6)는 그 다음에 임의의 수신된 위상 또는 시간 교정을 적용하여 기준 장비의 시간축에 대한 신호(4)의 동기화를 유지하거나 개선할 수 있다.
이전에 설명된 무선 실시 예에서와 같이, 일단 한 슬레이브 장비가 기준 장비의 시간축에 동기화되면, 그 슬레이브 장비는 그 시간축을 하나 이상의 추가 또는 2차 슬레이브 장비들에 종속연결(cascade)하거나 중계할 수 있다. 도 4는 유선(78)을 따라 기준 장비(10)로부터 수신된 시간축이 다른 유선(78A)을 통해 2차 슬레이브 장비(6A)에 종속연결될 수 있게 하는 1x2 스플리터(84) 형태의 추가 구성 요소를 갖는 슬레이브 장비(6)를 개략적인 형태로 도시한다. 이 실시 예에서 1차 슬레이브 신호(4)는 새로운 기준 신호(8A)가 되고, 1차 슬레이브 장비(6)는 2차 슬레이브 장비(6A)로부터 신호(4A)를 수신한다. 1x2 스플리터(84)는 바람직하게는 능동 스위치라기보다는 수동 구성 요소이므로, 1차 슬레이브 장비(6)는 신호(4 및 8A)를 순차적이기보다는 동시에 기준 장비(10) 및 2차 슬레이브 장비(6A)로 전송할 수 있다.
일반적으로 말하면, 2차 슬레이브 장비(6A)는 일단 1차 슬레이브 장비(6)가 기준 장비(10)와의 동기화를 선언하면 신호(8A)를 사용해야만 한다. 대안으로 또는 추가으로, 1차 슬레이브 장비(6)는 1차 슬레이브 장비가 동기화를 선언하기 전에 유선(78A)을 통한 신호 전송을 방지하기 위해 CPU(30) 제어하의 격리 스위치(86)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 그러한 임의의 선택적 구성 요소는 공통 모드가 되도록 신호 경로에서 대칭이어야 한다.
대안적인 실시 예에서, 기준 장비에 대한 동기화를 통해 획득된 시간축은, 예를 들어 1x2 스플리터(84)를 1xN 스플리터로 교체함으로써 또는 종속연결된 1x2 스플리터를 사용함으로써, 다수의 2차 슬레이브 장비에 배포된다. RF 또는 광학 도메인에서 작동하는 다양한 N 값의 1xN 스플리터가 해당 업계에 공지되어 있다. 필연적으로, 1xN 분할과 관련된 전력 손실은, 신호가 증폭되지 않는 한, 주어진 1차 슬레이브 장비에서 시간축를 수신할 수 있는 2차 슬레이브 장비의 수를 제한하며,경로 대칭을 위해 양방향 증폭기를 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 3에 도시된 유선 장치의 변형을 개략적인 형태로 도시하며, 여기서는 단일 모드 광섬유와 같은 유선(78)을 통해 기준 장비(10)에서 슬레이브 장비(6)로 전송된 시간축이 기준 장비에서 멀리 떨어진 임의의 수의 다른 장비(88)에 무선으로 배포될 수 있다. 이 실시 예에서, 상기 장치는 제2 슬레이브 시간축과 동기화되는 제3 신호(94)를 방송하기 위해 슬레이브 장비(6)와 작동 가능하게 연관된 송신기(92)를 추가로 포함한다. 일반적으로 기준 장비 시간축은 이미 슬레이브 장비로 전송되었을 것이며, 이 경우 제3 신호(94)도 기준 시간축과 동기화될 것이다. 특정 실시 예에서 송신기(92)는, 예를 들어 동축 케이블 또는 데이터 케이블일 수 있는 링크(90)를 통해, 슬레이브 장비(6)와 작동적으로 연관되며, 이 링크를 통해 슬레이브 장비는 예를 들어 10 MHz 기준 신호와 같은 주파수 기준과, 초당 펄스(PPS: pulse-per-second) 및 시간 정보를 제공한다. 이와 같이, 슬레이브 장비(6)는 도 1과 관련하여 위에서 설명된 선택적 외부 주파수 기준(22)과 유사한 방식으로 동작한다.
명목 동기화의 정확도 향상
본 발명의 다른 측면에 따르면, 그리고 다시 도 1을 참조하면, US 7,616,682에 설명된 동기화 프로세스의 정확도를 개선하기 위해 슬레이브 장비(6)와 기준 장비(10) 간의 신호 교환이 사용된다. 특히, 이는 기준 장비(10)가 슬레이브 장비(6)에 의해 사용된 기준 신호(8)에 대한 전파 지연에 대해 부정확하게 가정된 선험적 값에서 발생하는 시간 잔차 또는 동기화 오류에 대한 교정을 검출하고 전송하는 것을 가능하게 한다. 종래 기술에서 슬레이브 장비는 장비 간 거리(12)를 광속으로 나눔으로써 기준 신호 전파 지연을 계산한다는 것을 상기할 것이다. 결과적으로, 예를 들어 다중 경로 또는 측량 오류, 또는 가정된 신호 속도의 부정확성(예를 들어 대류권 지연에 의함) 때문에, 가정된 거리의 부정확성으로 인해 오류가 발생할 수 있다.
본 발명의 이 측면에서, 슬레이브 장비(6)는, 기준 신호 전파 지연에 대한 가정된 또는 명목 값을 사용하여, US 7,616,682에 명시된 절차를 통해, 그 신호(4)를 기준 장비(10)의 시간축에 명목상 동기화했다고 가정한다. 이 명목 값은, 예를 들어 조사된 장비 안테나 위치 또는 근사 지도 좌표로부터 획득된 장비 간 거리(12)에 대한 값으로부터 도출되는 높거나 낮은 정확도를 가질 수 있다. 그러나 부정확한 경우 슬레이브 신호(4)와 기준 장비 시간축 사이에 시간 잔차 또는 동기화 오류를 초래할 것이며, 이는 슬레이브 장비가 '명목' 동기화 절차를 따른 후에도 남아 있다. 일단 이 시간 잔차 또는 동기화 오류가 식별되거나 결정되면, 이를 교정하거나 보상될 수 있으므로, 동기화의 정확도를 개선할 수 있다.
이를 위해, 기준 장비(10)의 CPU(18)는 슬레이브 신호(4)를 모니터링 하기 위한 비 일시적 기계 판독 가능 프로그램 코드로 구성된다. 앞서 설명한 실시 예의 단계 4와 유사하게, 기준 장비(10)는 명목상 동기화된 슬레이브 신호와 함께, Tx/Rx 스위치(38) 또는 일부 다른 형태의 선택적 신호 라우팅 구성 요소에서 불완전한 격리에 의해 가능해진 피드백 루프(44)로 표현되는 기준 신호(8)를 수신하고, 기준 CPU(18)에서 해석을 위해 수신기(16)에서 신호(8, 4)를 샘플링한다. 기준 CPU는 기준 및 슬레이브 신호(8, 4)의 반송파 위상, PRN 및 데이터 성분 중 하나 이상 간의 시간 차이를 측정한다. 슬레이브 신호(4)와 기준 장비 시간축 사이의 시간 잔차는 이 측정된 시간 차이에서 계산될 수 있다. 슬레이브 장비(6)가 자신의 위치를 방송했거나, 또는 신호(4)에 기준 신호 전파 지연에 대한 명목 값을 포함하거나, 아니면 이 명목 값을 전달한 경우, 기준 장비(10)는 측정된 시간 차이로부터 명목 전파 지연을 뺀 결과를 적절한 계수(일반적으로 슬레이브 및 기준 신호(4, 8)가 대칭 경로를 통과할 때 대략 2가 됨)로 나누어서 시간 잔차를 결정할 수 있다. 그런 다음, 기준 장비(10)는, 일반적으로 그것을 신호(8)의 데이터 성분에 포함시킴으로써, 잔차 시간을 방송할 수 있다. 다른 실시 예에서 기준 장비(10)는 측정된 시간 차이를 방송하여, 슬레이브 장비(6) 또는 다른 수신 장비가 시간 잔차를 계산할 수 있도록 한다. 또 다른 실시 예에서 상기 계산은 두 장비 사이에서 분할된다. 예를 들어, 기준 장비(10)는 시간 차이에서 전파 지연을 뺀 결과를 방송하고 슬레이브 장비(6)가 적절한 계수를 적용하도록 할 수 있다. 일단 슬레이브 장비(6)가 시간 잔차를 수신하거나 계산하면, 이전에 설명된 실시 예의 단계 5와 유사하게, 신호(4)의 생성을 적절히 조정할 수 있으며, 이에 의해 기준 장비 시간축에 대한 동기화의 정확도를 개선할 수 있다. 특정 실시 예에서, 신호 교환은, 예를 들어, 시간 잔차가 미리 결정된 임계 값 미만이 될 때까지, 1회 이상 반복된다.
일단 슬레이브 장비가 기준 신호 전파 지연에 대한 명목 값을 사용하여 그 신호를 기준 장비 시간축에 명목상 동기화한 경우, 슬레이브 장비 신호와 기준 장비의 시간축 사이의 시간 잔차를 식별하는 방법이 도 6의 순서도에 요약되어 있다. 추가의 선택적 단계는 점선 상자로 표시되어 있다. 단계 100에서 기준 장비는 기준 신호와 명목상 동기화된 슬레이브 신호를 별도의 채널에서 수신 및 해석하고, 단계 102에서 기준 장비는 수신된 기준 신호와 수신된 명목상 동기화된 슬레이브 신호 간의 시간 차이를 측정한다. 측정된 시간 차이로부터 시간 잔차가 계산될 수 있음에 유의하면, 단계 104에서 기준 장비는 측정된 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송한다. 이를 통해 수신 장비가 시간 잔차를 교정하거나 보상할 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 슬레이브 장비는 단계 106에서 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 수신한 다음, 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하여 단계 108에서 그 신호 생성을 조정함으로써, 그 신호의 기준 장비 시간축에 대한 동기화를 개선한다. 다른 실시 예에서, 기준 장비(10)에 의해 전송된 측정된 시간 차이 또는 관련된 양은 다른 슬레이브 장비에 의해 자신의 동기화 절차를 수행할 때 시간 잔차를 보상하기 위해 이용된다. 또 다른 실시 예에서, 그리고 도 7을 참조하면, 측정된 시간 차이 또는 관련된 양은 위치 솔루션에서 불완전하게 동기화된 '슬레이브' 포지셔닝-유닛 장비(6-1)로부터의 신호(4-1)를 사용할 때 시간 잔차를 보상하기 위해 이동 위치 수신기(70)에 의해 사용될 수 있다.
도 6에 요약된 시간 잔차를 식별하는 방법은 도 1에 도시된 무선 기반 구성으로 설명되었지만, 기준 및 슬레이브 장비(10, 6)가, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 유선을 통해 통신하는 구성에도 적용 가능다. 이 경우, 신호 교환은 예를 들어 유선(78)의 길이 또는 유선을 통한 신호의 전파 속도에 대한 슬레이브 장비의 불완전한 지식으로 인해 발생하는 시간 잔차를 식별할 수 있다.
특정 실시 예에서 슬레이브 장비(6)는, 예를 들어 신호(4)의 데이터 성분에서, 기준 장비(10)로부터 추가 정보를 기다리는 동안 '명목상 동기화된' 상태에 있음을 방송한다. 슬레이브 장비(6)는 기준 장비로부터 수신된 정보를 사용하여 신호(4)의 생성을 조정한 후 동기화를 선언할 수 있다. 슬레이브 신호(4)는 그 다음에 네트워크에 가입하고자 하는 다른 장비들에 의해 또는 위치 솔루션을 계산하기 위한 이동 위치 수신기에 의해 사용될 수 있다.
주어진 기준 장비(10)가 다수의 '슬레이브' 포지셔닝-유닛 장비(6)와 통신하거나 추적하는 위치결정 네트워크에서, 기준 장비(10)는 측정된 시간 차이 또는 관련된 양으로 관련 '슬레이브' 포지셔닝-유닛 장비(6)에 대한 장비 식별을 포함할 것이다.
이전에 설명된 실시 예에서와 같이, 기준 장비(10)는, 예를 들어 무선 전송에서의 대류권 지연의 변동 또는 유선 전송에서의 온도에 기인한 링크 길이 또는 신호 전파 속도의 변화와 같은 환경 변화에 의해 야기될 수 있는 기준 장비 시간축에 대한 슬레이브 신호(4)의 드리프트를 교정하기 위해, 슬레이브가 동기화를 선언 한 후에 슬레이브 장비(6)를 계속 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 기준 장비(10)는 기준 신호와 슬레이브 신호(8, 4) 사이의 위상 또는 시간 차이를 지속적으로 또는 주기적으로 측정할 수 있으며, 위상 또는 시간 교정을 슬레이브 장비(6)에 주기적으로 전송할 수 있다. 그런 다음 슬레이브 장비는 전술한 기술들 중 임의의 것을 사용하여 슬레이브 신호(4)의 생성을 조정하기 위해 이들 위상 또는 시간 교정을 적용할 수 있다.
본 발명이 특정 예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 많은 다른 형태로 구체화 될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
Claims (27)
- 제2 장비에 의해 생성되어 전송된 제2 신호를 제1 장비의 시간축에 동기화하는 방법으로서,
(i) 상기 제1 장비가 상기 제1 장비의 시간축에 따라 제1 신호의 전송 시간을 나타내는 제1 시간 정보를 포함하는 상기 제1 신호를 생성 및 전송하는 단계;
(ⅱ) 상기 제2 장비가:
(a) 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고,
(b) 상기 제2 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 상기 제2 신호를 생성 및 전송하고,
(c) 상기 제2 신호를 수신 및 해석하고,
(d) 상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고, 및
(e) 상기 제1 시간 차이에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여, 상기 제2 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하는 단계;
(ⅲ) 상기 제1 장비가:
(a) 상기 제1 신호 및 상기 조정된 제2 신호를 수신 및 해석하고,
(b) 상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고, 및
(c) 상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송하는 단계; 및
(iv) 상기 제2 장비가:
(a) 상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련 양을 수신하고 그로부터 상기 제1 신호의 전파 지연 측정치를 얻고, 및
(b) 상기 전파 지연 측정치에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하는 단계를 포함하며,
이에 의해 상기 제2 신호를 상기 시간축에 동기화하는, 방법. - 제1 항에 있어서,
단계 (ⅱ) (e)는 제1 시간 정보와 제2 시간 정보 사이의 차이를 최소화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제2 신호가 상기 시간축에 동기화된 후 상기 제1 장비가:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 및 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 제2 장비는 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 신호는 유선을 통해 상기 제1 장비와 제2 장비 사이에서 전송되는, 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 유선은 동축 케이블 또는 광섬유를 포함하는, 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 시간축과 동기화된 제3 신호를 상기 제2 장비와 작동 가능하게 연관된 송신기로부터 방송하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제2 신호를 생성 및 전송하는 제2 장비가 제1 신호를 생성 및 전송하는 제1 장비의 시간축에 상기 제2 신호를, 제1 장비로부터 상기 제2 장비까지 상기 제1 신호의 전파 지연에 대한 명목 값을 사용하여, 명목상 동기화한 장치에서, 상기 제2 신호와 상기 시간축 사이의 시간 잔차를 식별하는 방법으로서, 상기 제1 장비는:
(a) 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신 및 해석하는 단계;
(b) 상기 수신된 제1 신호와 상기 수신된 제2 신호 사이의 시간 차이를 측정하고, 이로부터 상기 시간 잔차가 계산되는 단계; 및
(c) 상기 시간 잔차가 교정되거나 보상될 수 있도록, 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제2 장비는 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하여 상기 제2 신호의 생성을 조정함으로써, 상기 제2 신호의 상기 시간축에 대한 동기화의 정확도를 향상시키는, 방법. - 제 8 항에 있어서,
제3 장비는 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하여 상기 제2 장비로부터 수신된 신호에 교정을 적용하는, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제2 장비가 상기 제2 신호의 생성을 조정한 후 상기 제1 장비가:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하는 단계;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1 시간축을 가진 제1 장비 및 제2 장비를 포함하고, 상기 제2 장비에 의해 생성 및 전송된 제2 신호를 상기 제1 장비의 시간축에 동기화하기 위한 장치에 있어서,
상기 제1 장비는 상기 제1 시간축에 따라 상기 제1 신호의 전송 시간을 나타내는 제1 시간 정보를 포함하는 제1 신호를 생성 및 전송하도록 구성되고,
상기 제2 장비는:
상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제2 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 제2 신호를 생성 및 전송하고;
상기 제2 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제1 시간 차이에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여, 상기 제2 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하며;
여기서 상기 제1 장비는 추가로:
상기 제1 신호 및 상기 조정된 제2 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하며;
여기서 상기 제2 장비는 추가로:
상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 그로부터 상기 제1 신호의 전파 지연 측정치를 획득하고; 및
상기 전파 지연 측정치에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하며,
이에 의해 상기 제2 신호를 상기 시간축에 동기화하는, 장비. - 제 12 항에 있어서,
상기 제2 장비는 상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 차이를 최소화하기 위해 상기 제1 시간 차이에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하도록 구성되는, 장치. - 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 제1 장비는, 상기 제2 신호가 상기 시간축에 동기화된 후에:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 하는, 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 제2 장비는 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하도록 구성되는, 장치. - 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 장비는 상기 제1 및 제2 장비를 연결하는 유선을 통해 상기 제1 및 제2 신호를 송신 및 수신하도록 구성되는, 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 유선은 동축 케이블 또는 광섬유를 포함하는, 장치. - 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
상기 시간축와 동기화된 제3 신호를 방송하기 위해, 상기 제2 장비와 작동 가능하게 연관된 송신기를 더 포함하는, 장치. - 제2 장비에 의해 생성 및 전송된 제2 신호와 제1 신호를 생성 및 전송하는 제1 장비의 시간축 사이의 시간 잔차를 식별하기 위한 장치에 있어서,
상기 제2 장비는, 상기 제1 장비로부터 상기 제2 장비까지의 상기 제1 신호의 전파 지연에 대한 명목 값을 사용하여, 상기 제2 신호를 상기 시간축에 명목상 동기화하였으며, 상기 제1 장비는:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신된 제1 신호와 상기 수신된 제2 신호 사이의 시간 차이를 측정하고, 이로부터 상기 시간 잔차가 계산될 수 있으며; 및
상기 시간 잔차가 교정되거나 보상될 수 있도록, 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하는, 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 제2 장비는 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하여 상기 제2 신호의 생성을 조정함으로써, 상기 제2 신호의 상기 시간축에 대한 동기화의 정확도를 향상시키는, 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 장치는 상기 제2 장비로부터 수신된 신호에 교정을 적용하기 위해 상기 측정된 시간 차이 또는 관련된 양을 이용하도록 구성된 제3 장비를 포함하는, 장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 제1 장비는, 상기 제2 장비가 상기 제2 신호의 생성을 조정한 후에:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하여,
상기 제2 장비가 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화에 있어서의 영향을 완화하기 위해 상기 제2 신호의 생성을 조정할 수 있도록 하는, 장치. - 제2 신호를 생성 및 전송하는 제2 장비가 상기 제1 장비에 의해 생성 및 전송된 제1 신호를 사용하여 상기 제2 신호를 제1 장비의 시간축에 동기화시킨 장치에서, 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 상기 동기화에 대한 영향을 완화하는 방법에 있어서:
(i) 상기 제1 장비가 상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하는 단계;
(ⅱ) 상기 제1 장비가 상기 수신 및 해석된 제1 신호 및 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하는 단계;
(ⅲ) 상기 제1 장비가 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하는 단계; 및
(iv) 상기 제2 장비가 상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여, 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화가 유지되도록 하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1 신호를 생성 및 전송하는 제1 장비의 시간축에 대한 제2 장비에 의해 생성 및 전송된 제2 신호의 동기화에 대한, 상기 제1 신호의 전파에서 환경-관련된 변화의 영향을 완화하기 위한 장치에 있어서, 상기 제1 장비는:
상기 제2 신호 및 상기 제1 신호를 수신 및 해석하고;
상기 수신 및 해석된 제1 신호와 제2 신호 간의 위상 또는 시간 차이를 측정하고; 및
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양을 전송하도록 구성되며;
상기 제2 장비는:
상기 측정된 위상 또는 시간 차이 또는 관련된 양에 따라 상기 제2 신호의 생성을 조정하여, 상기 시간축에 대한 상기 제2 신호의 동기화가 유지되도록 구성되는, 장비. - 시간축을 갖는 기준 장비, 및 상기 기준 장비의 시간축에 동기화된 포지셔닝 신호를 생성 및 전송하는 복수의 포지셔닝-유닛 장비를 포함하는 위치결정 네트워크에서 이동 위치 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
상기 포지셔닝-유닛 장비들 중 하나 이상은 자신의 포지셔닝 신호를 상기 시간축에 동기화하기 위해:
(i) 상기 기준 장비가 상기 시간축에 따라 기준 신호의 전송 시간을 나타내는 제1 시간 정보를 포함하는 상기 기준 신호를 생성 및 전송하며;
(ⅱ) 상기 포지셔닝-유닛 장비가:
(a) 상기 기준 신호를 수신 및 해석하고;
(b) 상기 포지셔닝 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 상기 포지셔닝 신호를 생성 및 전송하고;
(c) 상기 포지셔닝 신호를 수신 및 해석하고;
(d) 상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고; 및
(e) 상기 제1 시간차에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하며;
(ⅲ) 상기 기준 장비가:
(a) 상기 기준 신호와 상기 조정된 포지셔닝 신호를 수신 및 해석하고;
(b) 상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고; 및
(c) 상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송하며; 및
(iv) 상기 포지셔닝-유닛 장비가:
(a) 상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 그로부터 상기 기준 신호의 전파 지연 측정치를 획득하고; 및
(b) 상기 전파 지연의 측정치에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호를 상기 제1 장비의 시간축에 동기화하며;
상기 이동 위치 수신기가, 상기 하나 이상의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호를 포함하여, 상기 복수의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호들의 선택을 사용하여 위치 솔루션을 계산하는, 방법: - 시간축을 갖는 기준 장비와 복수의 포지셔닝-유닛 장비를 포함하고, 이동 위치 수신기가 위치 솔루션을 계산할 수 있도록 하기 위한 위치결정 네트워크로서:
상기 기준 장비는 상기 시간축에 따라 기준 신호의 전송 시간을 나타내는 시간 정보를 포함하는 상기 기준 신호를 생성 및 전송하도록 구성되고;
상기 복수의 포지셔닝-유닛 장비는 상기 기준 장비의 시간축에 동기화된 포지셔닝 신호들을 생성 및 전송하며,
상기 포지셔닝-유닛 장비들 중 하나 이상은:
상기 기준 신호를 수신 및 해석하고;
상기 포지셔닝 신호의 전송 시간을 나타내는 제2 시간 정보를 포함하는 포지셔닝 신호를 생성 및 전송하고;
상기 포지셔닝 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 제2 시간 정보 사이의 제1 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제1 시간 차이에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호 및 상기 제2 시간 정보를 조정하며;
상기 기준 장비는:
상기 기준 신호 및 상기 조정된 위치 신호를 수신 및 해석하고;
상기 제1 시간 정보와 상기 조정된 제2 시간 정보 사이의 제2 시간 차이를 계산하고; 및
상기 제2 시간 차이 또는 이와 관련된 양을 전송하며;
상기 하나 이상의 포지셔닝-유닛 장비는:
상기 제2 시간 차이 또는 관련된 양을 수신하고 그로부터 상기 기준 신호의 전파 지연 측정치를 획득하고; 및
상기 전파 지연 측정치에 따라 상기 포지셔닝 신호의 생성을 조정하여, 상기 포지셔닝 신호를 상기 제1 장비의 시간축에 동기화하여,
이동 위치 수신기가, 상기 하나 이상의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호를 포함하여, 상기 복수의 포지셔닝-유닛 장비로부터 수신된 포지셔닝 신호들의 선택을 사용하여 위치 솔루션을 계산할 수 있도록 하는, 위치결정 네트워크. - 제 1 항 내지 제 11 항, 제 23 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하거나, 또는 제 12 항 내지 제 22 항 및 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 작동하거나, 또는 제 26 항에 따른 위치결정 네트워크를 운영하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드를 갖는 비 일시적 컴퓨터 사용 가능 매체를 포함하는, 제조 물품.
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