(57)【要約】  位置標定システムにおける時間管理のための方法及び装置が記載されている。一実施例では、サーバにおいて時間関係が受けられる。時間関係は、第１の衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器からの、基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の関係を含む。その後、時間関係はサーバ内に記憶される。他の実施例において、衛星時間は、衛星群における第１の時間に、ＳＰＳ受信器において決定される。衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間で時間オフセットが決定される。時間オフセットはＳＰＳ受信器内に記憶される。ＳＰＳ受信器の位置は、第２の時間に、衛星測定値及び記憶された時間オフセットを使用して計算される。【選択図】  図１
2007510926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の時間関係を第１の衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器からサーバにおいて受信するステップと、
前記時間関係を前記サーバ内に記憶するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記時間関係から、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを前記サーバにおいて計算するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間関係が前記衛星時間とフレーム数との間の関連性を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記時間関係が、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記時間関係が、前記第１のＳＰＳ受信器と前記基地局との間の伝搬遅延の補償を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第２のＳＰＳ受信器から衛星測定値を前記サーバにおいて受信するステップであって、前記衛星測定値が前記エアインタフェース時間を使用してタイムスタンプされるステップと、
前記衛星測定値及び前記時間関係を使用して前記第２のＳＰＳ受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第２のＳＰＳ受信器から前記時間関係の要求を受信するステップと、
前記要求に応じて、前記時間関係を示すデータを前記第２のＳＰＳ受信器に対して送るステップと、
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記データが、前記衛星時間及びフレーム数に関連する値を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの更なる基地局のエアインタフェース時間と前記衛星時間との間の少なくとも１つの更なる時間関係を前記サーバにおいて受信するステップと、
前記時間関係と共に前記少なくとも１つの更なる時間関係を記憶して、時間関係の組を生成するステップと、
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第２のＳＰＳ受信器から衛星測定値を前記サーバにおいて受信するステップであって、前記衛星測定値が第２の基地局のエアインタフェース時間を使用してタイムスタンプされるステップと、
時間関係の前記組の中で前記第２の基地局における対応する時間関係を特定するステップと、
前記衛星測定値及び前記対応する時間関係を使用して前記第２のＳＰＳ受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器を使用して衛星群における衛星時間を決定するステップと、
前記衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間の時間関係を生成するステップと、
前記時間関係を前記第１のＳＰＳ受信器からサーバへと送るステップと、
を備える方法。
【請求項１２】
前記時間関係から、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを前記サーバにおいて計算するステップを更に備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記時間関係が前記衛星時間とフレーム数との間の関連性を備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記時間関係が、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間オフセットを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記基地局と前記第１のＳＰＳ受信器との間の伝搬遅延に関して前記時間関係を補償するステップを更に備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
補償する前記ステップが、
タイミングアドバンスを示す値を前記第１のＳＰＳ受信器から前記サーバへと送る工程を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
補償する前記ステップが、
前記基地局において、タイミングアドバンスを示す値を前記時間関係に対して付け加える工程を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
第２のＳＰＳ受信器において衛星測定値を取得するステップと、
前記エアインタフェース時間を使用して前記衛星測定値をタイムスタンプするステップと、
前記タイムスタンプされた衛星測定値を前記サーバへ送るステップと、
前記タイムスタンプされた衛星測定値及び前記時間関係を使用して前記第２のＳＰＳ受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
第２のＳＰＳ受信器において衛星測定値を取得するステップと、
前記エアインタフェース時間を使用して前記衛星測定値をタイムスタンプするステップと、
前記時間関係を示すデータを前記サーバから前記第２のＳＰＳ受信器において取得するステップと、
前記タイムスタンプされた衛星測定値及び前記データを使用して前記第２のＳＰＳ受信器の位置を計算するステップと、
を更に備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記データが、前記衛星時間及びフレーム数に関連する値を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記衛星時間を決定する前記ステップが、
時間値をデコードするために前記第１のＳＰＳ受信器において衛星信号を処理する工程を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
前記衛星時間を決定する前記ステップが、
衛星測定値、位置推定値、時間推定値、衛星軌道データを前記第１のＳＰＳ受信器において取得する工程と、
数学的モデルを使用して、前記衛星測定値、前記位置推定値、前記時間推定値、前記衛星軌道データを関連付けることにより、時間値を生成する工程と、
を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
第１の時間に、衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器において衛星群における衛星時間を決定するステップと、
前記衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間の時間オフセットを決定するステップと、
前記時間オフセットを記憶するステップと、
第２の時間に、衛星測定値及び前記記憶された時間オフセットを使用して、前記ＳＰＳ受信器の位置を計算するステップと、
を備える方法。
【請求項２４】
計算する前記ステップが、
前記ＳＰＳ受信器内のクロック回路を前記エアインタフェース時間に同期させる工程と、
前記時間オフセットを使用して前記クロック回路を補償する工程と、
を備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記時間オフセットの記憶に応じて前記ＳＰＳ受信器の動作を停止するステップと、
前記位置を計算する前に前記ＳＰＳ受信器を作動させるステップと、
を更に備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記衛星時間を決定する前記ステップが、
時間値をデコードするために前記ＳＰＳ受信器において衛星信号を処理する工程を備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記衛星時間を決定する前記ステップが、
初期衛星測定値、位置推定値、時間推定値、衛星軌道データを前記ＳＰＳ受信器において取得する工程と、
数学的モデルを使用して、前記初期衛星測定値、前記位置推定値、前記時間推定値、前記衛星軌道データを関連付けることにより、時間値を計算する工程と、
を備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
第１の時間に、衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器において衛星群における衛星時間を決定するステップと、
前記衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間の時間オフセットを決定するステップと、
前記時間オフセットを記憶するステップと、
第２の時間に、前記基地局から他の基地局へのハンドオーバに応じて、前記時間オフセットを使用することにより前記ＳＰＳ受信器内のクロック回路を前記衛星時間に同期させるステップと、
前記同期されたクロック回路を使用して、前記衛星時間と前記他の基地局の他のエアインタフェース時間との間の他の時間オフセットを決定するステップと、
を備える方法。
【請求項２９】
基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の時間関係を第１の衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器から受信するためのインタフェースと
前記時間関係を記憶するための記憶装置と、
を備える位置標定サーバ。
【請求項３０】
対応するエアインタフェース時間を有する基地局と、
衛星群における衛星時間を決定するとともに、前記衛星時間と前記エアインタフェース時間との間の時間関係を生成するための第１の衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器と、
前記第１のＳＰＳ受信器から前記時間関係を受けるためのサーバと、
を備える位置標定システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本願は、参照として本明細書に組み込まれる２００３年１１月７日に提出された米国仮特許出願第６０／５１８，１８０号の利益を主張する。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明の実施形態は、一般に衛星位置標定システムに関し、特に、衛星位置決めシステムにおいて時間を管理するための方法及び装置に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
[0003]グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）受信器は、幾つかの衛星からの測定値を使用して位置を計算する。ＧＰＳ受信器は、通常、衛星から送信され且つ地球の表面上又はその近傍にある受信器により受信される信号の送信と受信との間の時間遅延を計算することにより、それらの位置を決定する。光の速度が乗じられる時間遅延は、受信器から受信器の視野内にある各衛星までの距離を与える。
【０００４】
[0004]具体的には、商業用途で利用可能な各ＧＰＳ信号は、１．０２３ＭＨｚの拡散率を有する固有の擬似ランダムノイズ（ＰＮ）コード（コアース取得（Ｃ／Ａ）コードと称する）によって規定される直接シーケンス拡散信号を利用する。各ＰＮコードは、１５７５．４２ＭＨｚの搬送波信号（Ｌ１搬送波と称する）を二相変調するとともに、特定の衛星を独自に特定する。ＰＮコードシーケンス長は１０２３チップであり、これは１ミリ秒の時間に対応する。１０２３チップから成る１サイクルはＰＮフレーム又はエポックと呼ばれている。
【０００５】
[0005]ＧＰＳ受信器は、受信されたＰＮコード信号シーケンスと内部で生成されたＰＮ信号シーケンスとの間の時間シフトを比較することにより、信号の送信と受信との間の時間遅延を決定する。これらの測定された時間遅延は、既知のモジュロすなわち１ミリ秒ＰＮフレーム境界であるため、「サブミリ秒擬似レンジ」と称される。各遅延に関連付けられるミリ秒の整数を各衛星に対して解くことにより、真のはっきりとした擬似レンジを有する。４つの擬似レンジから成る組は、ＧＰＳ信号の送信の絶対時間の知識及びこれらの絶対時間に関連する衛星位置と共に、ＧＰＳ受信器の位置を解くのに足る。送信（又は受信）の絶対時間は、送信の時間におけるＧＰＳ衛星の位置を決定するため、したがって、ＧＰＳ受信器の位置を計算するために必要とされる。
【０００６】
[0006]したがって、各ＧＰＳ衛星は、衛星ナビゲーションメッセージとして知られるクロックデータ及び衛星軌道に関する情報を送信する。衛星ナビゲーションメッセージは５０ビット／秒（ｂｐｓ）のデータストリームであり、これはビット境界がＰＮフレームの先頭に合わせられたＰＮコードに加えられるモジュロ-２である。データビット期間（２０ミリ秒）毎に正確に２０個のＰＮフレームが存在する。衛星ナビゲーションメッセージは、衛星及び衛星軌道並びに衛星信号に関連する絶対時間情報（本明細書では、「ＧＰＳ時間」、「衛星時間」又は「日時」とも称される）を特定する「天体暦」データとして知られる衛星位置決めデータを含む。絶対時間情報は、週の時刻（ＴＯＷ）と称される週の秒数の信号の形態を成している。この絶対時間信号により、受信器は、各受信信号が各衛星によって送信された時期に関するタイムタグを明確に決定することができる。
【０００７】
[0007]一部のＧＰＳ用途においては、衛星信号の信号強度が非常に低いため、受信信号を処理することができず、或いは、信号を処理するために必要な時間が長くなりすぎる。したがって、信号処理を向上させるため、ＧＰＳ受信器は、ネットワークから支援データを受信して、衛星信号取得及び／又は処理を支援してもよい。例えば、ＧＰＳ受信器が携帯電話に組み込まれてもよく、また、ＧＰＳ受信器が無線通信ネットワークを使用してサーバから支援データを受信してもよい。支援データを離れた移動受信器に対して供給するこの技術は、「支援型ＧＰＳ」すなわちＡ−ＧＰＳとして知られるようになった。
【０００８】
[0008]一部のＡ−ＧＰＳシステムでは、支援データを供給する無線通信ネットワークがＧＰＳ時間に同期されない。そのような非同期ネットワークとしては、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）ネットワーク、例えばＧＳＭネットワーク、ユニバーサルモバイル通信システム（ＵＭＴＳ）ネットワーク、北アメリカ時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）ネットワーク（例えばＩＳ−１３６）、パーソナルデジタルセルラー（ＰＤＣ）ネットワークを挙げることができる。現在、絶対時間情報は、そのような無線ネットワークの基地局において、位置測定ユニット（ＬＭＵ）を使用して取得される。ＬＭＵは、基地局から見て衛星からＴＯＷ情報を受信してデコードするために使用されるＧＰＳ受信器を含む。その後、ＬＭＵは、ＧＰＳ時間とＬＭＵの近傍にある基地局により知られる時間との間のオフセット値を計算する。このオフセットは、その後、基地局がその現地時間を修正するために使用できるように、基地局に対して供給される。ＬＭＵに伴う１つの欠点は、無線通信ネットワークが一般に多くの数千の基地局を含んでおり、したがって、多くのＬＭＵを必要とするという点である。多数のＬＭＵを供給すると、かなりの費用がかかり、したがって望ましくない。
【０００９】
[0009]したがって、ＬＭＵを使用することなく支援型衛星位置決めネットワーク内で時間を管理する方法及び装置の必要性が技術的に存在する。
【発明の概要】
【００１０】
[0010]位置標定システムにおける時間管理のための方法及び装置ついて説明する。一実施形態では、サーバにおいて時間関係が受けられる。時間関係は、第１の衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）受信器からの、基地局のエアインタフェース時間と衛星群における衛星時間との間の関係を含む。その後、時間関係はサーバ内に記憶される。一実施形態において、時間関係は、第１のＳＰＳ受信器と基地局との間の伝搬遅延に関して補償されてもよい。一実施形態において、衛星測定値はサーバにおいて第２のＳＰＳ受信器から受けられる。この場合、衛星測定値は、基地局のエアインタフェース時間を使用してタイムスタンプされる。その後、サーバは、衛星測定値及び基地局のために記憶された時間関係を使用して、第２のＳＰＳ受信器の位置を計算してもよい。他の実施形態では、サーバが第２のＳＰＳ受信器に対して時間関係を送ってもよく、また、第２のＳＰＳ受信器が衛星測定値を使用してそれ自身の位置を計算してもよい。
【００１１】
[0011]他の実施形態において、衛星時間は、衛星群における第１の時間に、ＳＰＳ受信器において決定される。衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間で時間オフセットが決定される。時間オフセットはＳＰＳ受信器内に記憶される。ＳＰＳ受信器の位置は、第２の時間に、衛星測定値及び記憶された時間オフセットを使用して計算される。
【００１２】
[0012]他の実施形態において、衛星時間は、衛星群における第１の時間に、ＳＰＳ受信器において決定される。衛星時間と基地局のエアインタフェース時間との間で時間オフセットが決定される。時間オフセットはＳＰＳ受信器内に記憶される。ＳＰＳ受信器のクロック回路は、第２の時間に、基地局から他の基地局へのハンドオーバに応じて、時間オフセットを使用することにより衛星時間に同期される。同期されたクロック回路を使用して、衛星時間と他の基地局の他のエアインタフェース時間との間で他の時間オフセットが決定される。
【００１３】
[0013]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、上記において簡単に要約した本発明の特定の説明を実施形態を参照して行なう。実施形態の一部が添付図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、この発明の単なる一般的な実施形態を示しており、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、本発明には他の同様の有効な実施形態も含まれ得ることに留意すべきである。
【詳細説明】
【００１４】
[0022]衛星位置決めシステムにおいて時間を管理するための方法及び装置について説明する。当業者であれば分かるように、本発明は、携帯電話、ポケベル、ラップトップコンピュータ、携帯端末（ＰＤＡ）、技術的に知られる同様のタイプのワイヤレス機器などの「場所を見つけることができる（ｌｏｃａｔｉｏｎ−ｅｎａｂｌｅｄ）」様々なタイプのモバイル機器又はワイヤレス機器と共に使用されてもよい。一般に、場所を見つけることができるモバイル機器は、衛星位置決めシステム（ＳＰＳ）の衛星信号を処理する機能を機器内に含めることにより簡略化される。
【００１５】
[0023]図１は、位置標定システム１００の典型的な実施形態を示すブロック図である。システム１００は、例示的に、無線通信ネットワーク１０６（例えば携帯電話ネットワーク）を介してサーバ１０４と通信する遠隔受信器１０２Ａ，１０２Ｂ（総称して遠隔受信器１０２という）を備える。サーバ１０４は、無線通信ネットワーク１０６のサービングモバイルロケーションセンタ（ＳＭＬＣ）内に配置されていてもよい。遠隔受信器１０２は、複数の衛星１１０に関する衛星測定データ（例えば、擬似レンジ、ドップラー測定値）を取得する。サーバ１０４は、衛星１１０のための衛星ナビゲーションデータ（例えば、天体暦などの軌道軌跡情報）を取得する。遠隔受信器１０２のための位置情報は、衛星測定データ及び衛星ナビゲーションデータを使用して計算される。
【００１６】
[0024]無線通信ネットワーク１０６は、非同期通信ネットワークを構成している（すなわち、ネットワークが衛星時間と同期されない）。無線通信ネットワーク１０６は、サービスエリア１１２−１を有する基地局１０８−１と、サービスエリア１１２−２を有する基地局１０８−２とを含むように例示的に示されている。また、無線通信ネットワーク１０６の基地局は「セルサイト」と称されてもよい。一般に無線ネットワーク１０６が更に多くの基地局を含んでいてもよいことは言うまでもない。遠隔受信器１０２はサービスエリア１１２−１内に位置するように例示的に示されている。遠隔受信器１０２と基地局１０８−１との間には無線リンク１１６が形成されている。特に、基地局１０８−１と遠隔受信器１０２との間の通信は、特定のタイミング構造（本明細書では、「エアインタフェースタイミング（エアインタフェース時間）」と称する）を有する無線信号によって容易になる。明確のため一例として、１つのサービスエリア内に２つの遠隔受信器だけが示されている。無線通信ネットワークは、任意の数の遠隔受信器をサービスする任意の数のサービスエリアを含んでいてもよいことは言うまでもない。
【００１７】
[0025]例えば、一実施形態において、無線通信ネットワーク１０６は、モバイル通信ネットワークのためのグローバルシステム（ＧＳＭ）を備える。ＧＳＭネットワークにおける基地局において、無線信号のエアインタフェースタイミングは、フレーム数、タイムスロット数、ビット数によって規定される。１つのフレームは４．６１５ミリ秒の持続時間を有し、１つのタイムスロットは５７７ミリ秒の持続時間を有しており、また、１ビットは３．６９ミリ秒の持続時間を有している。ＧＳＭ基地局は、そのエアインタフェースタイミングを同期して管理するためのクロックを含む。ＧＳＭ基地局によって使用されるクロックは、高度に制御されるとともに、低い長期ドリフトレートを示す。周波数オフセットエラーは、通常、０．０５の百万分の一（ｐｐｍ）よりも小さく、また、長期ドリフトレートは更に小さい。ＧＳＭ基地局及びそれらの通信のエアインタフェースタイミングは技術的によく知られている。様々な他のタイプの非同期無線通信ネットワークはＧＳＭに類似したエアインタフェースタイミング構造を示し、そのようなネットワークとしては、ユニバーサルモバイル通信システム（ＵＭＴＳ）ネットワーク、北アメリカ時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）ネットワーク（例えばＩＳ−１３６）、パーソナルデジタルセルラー（ＰＤＣ）ネットワークを挙げることができるが、これらに限定されない。明確のため一例として、本発明の様々な態様をＧＳＭに関して説明する。しかしながら、本発明がＵＭＴＳ、ＴＤＭＡ、ＰＤＣネットワーク等の他のタイプの無線ネットワークと共に使用されてもよいことは言うまでもない。
【００１８】
[0026]少なくとも衛星１１０のための天体暦などの衛星ナビゲーションデータは、トラッキング局のネットワーク（「基準ネットワーク１１４」）によって収集されてもよい。基準ネットワーク１１４は、一群の中の全ての衛星から衛星ナビゲーションデータを収集する幾つかのトラッキング局、又は、少数のトラッキング局、或いは、世界の特定の領域における衛星ナビゲーションデータだけを収集する１つのトラッキング局を含んでいてもよい。天体暦を収集して分配するための典型的なシステムは、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる２００２年６月２５日に発行された同一出願人による米国特許第６，４１１，８９２号に記載されている。基準ネットワーク１１４は、収集された衛星ナビゲーションデータをサーバ１０４に対して供給してもよい。
【００１９】
[0027]遠隔受信器１０２は、サーバ１０４から無線ネットワーク１０６を介して支援データを受信するように構成されていてもよい。例えば、遠隔受信器１０２は、取得支援データ、衛星軌動データ、又は、これらの両方をサーバ１０４から受信してもよい。取得支援データ（すなわち、衛星１１０からの衛星信号を検出して処理する際に遠隔受信器１０２を支援するように構成されたデータ）は、衛星軌道データ（例えば、天体暦又は他の衛星軌道モデル）を使用してサーバ１０４により計算されてもよい。例えば、取得支援データは、衛星１１０から仮定日時におけるそれぞれの遠隔受信器１０２の仮定位置（概算位置）までの予期される擬似レンジ（又はコード位相）、又は、予期される擬似レンジのモデル（擬似レンジモデル）を含んでいてもよい。取得支援データとして擬似レンジモデルを形成するための典型的なプロセスは、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる２００２年９月１７日に発行された同一出願人による米国特許第６，４５３，２３７号に記載されている。衛星軌道支援データは、天体暦、暦、又は、幾つかの他の軌道モデルを含んでいてもよい。特に、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる２００３年５月６日に発行された同一出願人による米国特許第６，５６０，５３４号に記載されるように、衛星軌道データは長期衛星軌道モデルを含んでいてもよい。
【００２０】
[0028]位置標定システム１００は複数の動作モードで構成されてもよい。一実施形態において、遠隔受信器１０２は、衛星測定値（例えば擬似レンジ）を取得するとともに、その衛星測定値を無線ネットワーク１０６を介してサーバ１０４に送り、このサーバが遠隔受信器１０２の位置を計算する（移動局支援構成又は「ＭＳ支援」構成と称する）。他の実施形態において、遠隔受信器１０２は、サーバから衛星軌道データを取得するとともに、衛星１１０から衛星測定値（例えば擬似レンジ）を取得する。遠隔受信器１０２は、衛星測定値及び衛星軌道データを使用して、それ自身の位置を見つける（移動局ベース構成又は「ＭＳベース」構成と称する）。更に他の実施形態において、遠隔受信器１０２は、衛星１１０から直接に衛星軌道データを取得してそれ自身の位置を見つけてもよい（「自律的」構成と称する）。更に、遠隔受信器１０２Ａが遠隔受信基１０２Ｂと異なるモードで動作してもよい。使用される構成（すなわち、ＭＳ支援構成、ＭＳベース構成、自律的構成）にかかわらず、位置標定システム１００は、後述するように本発明にしたがって様々な実施形態の時間管理プロセスを使用して、衛星時間（絶対時間）の十分に正確な推定値を得てもよい。
【００２１】
[0029]図２は、本発明に係る遠隔受信器２００の典型的な実施形態を示すブロック図である。遠隔受信器２００は、図１の遠隔受信器１０２の一方又は両方として使用されてもよい。遠隔受信器２００は、衛星信号受信器２０４と、無線トランシーバ２０６と、プロセッサ２０２と、メモリ２０８と、クロック回路２１０とを例示的に備える。衛星信号受信器２０４は、アンテナ２１２を使用して衛星１１０から衛星信号を受信する。衛星信号受信器２０４は従来のＡ−ＧＰＳ受信器を備えていてもよい。典型的なＡ−ＧＰＳ受信器は前述した米国特許第６，４５３，２３７号に記載されている。無線トランシーバ２０６は、無線通信ネットワーク１０６の基地局からアンテナ２１４を介して無線信号を受信する。衛星信号受信器２０４及び無線トランシーバ２０６はプロセッサ２０２によって制御されてもよい。
【００２２】
[0030]プロセッサ２０２は、マイクロプロセッサ、命令セットプロセッサ（例えばマイクロコントローラ）、又は、技術的に知られた同様のタイプの処理要素を備えていてもよい。プロセッサ２０２はメモリ２０８及びクロック回路２１０に対して結合されている。メモリ２０８は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、除去可能な記憶装置、ハードディスク記憶装置、又は、そのようなメモリ装置の任意の組み合わせであってもよい。本明細書で説明した様々なプロセス及び方法は、プロセッサ２０２による実行のためにメモリ２０８内に記憶されたソフトウェアによって実施されてもよい。また、そのようなプロセス及び方法は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の専用のハードウェア又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを使用して実施されてもよい。クロック回路２１０は、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）、オシレータ、カウンタ等の１又は複数のよく知られたクロック装置を含んでいてもよい。
【００２３】
[0031]図３は、図１のサーバ１０４の典型的な実施形態を示すブロック図である。サーバ１０４は、Ｉ／Ｏインタフェース３０２と、中央処理ユニット（ＣＰＵ）３０４と、サポート回路３０６と、メモリ３０８とを例示的に備える。ＣＰＵ３０４はメモリ３０８及びサポート回路３０６に結合されている。メモリ３０８は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、除去可能な記憶装置、ハードディスク記憶装置、又は、そのようなメモリ装置の任意の組み合わせであってもよい。サポート回路３０６は、サーバ１０４の動作を容易にするため、従来のキャッシュ、電源、クロック回路、データレジスタ、Ｉ／Ｏインタフェース等を含む。Ｉ／Ｏインタフェース３０２は、基準ネットワーク１１４から衛星ナビゲーションデータを受けるように構成されている。また、Ｉ／Ｏインタフェース３０２は無線通信ネットワーク１０６と通信するように構成されている。本明細書で説明した様々なプロセス及び方法は、ＣＰＵ３０４による実行のためにメモリ３０８内に記憶されたソフトウェアを使用して実施されてもよい。また、サーバ１０４は、そのようなプロセス及び方法を、ハードウェアにおいて或いはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにおいて実施してもよく、上記ハードウェアとしては、様々なプログラムを独立に実行する任意の数のプロセッサ及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）等の専用のハードウェアを挙げることができる。
【００２４】
[0032]図４は、本発明にしたがって時間を管理するための方法４００の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法４００は、図１の位置標定システム１００を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器１０２Ａに関して方法４００を説明する。また、方法４００が遠隔受信器１０２Ｂによって実行されてもよい。方法４００はステップ４０２から始まる。このステップでは、基地局１０８−１のサービスエリア１１２−１内の遠隔受信器１０２Ａにおいて衛星時間が決定される。本発明の一実施形態において、遠隔受信器１０２Ａは、ＧＰＳ時間を決定するために使用されてもよい週の時刻（ＴＯＷ）値をデコードするために衛星１１０からの衛星信号を処理することにより衛星時間を決定してもよい。衛星信号をデコードしてＴＯＷ値を得るプロセスは技術的によく知られている。他の実施形態において、遠隔受信器１０２Ａは、「タイムフリー」ナビゲーションソリューションを使用して衛星時間（すなわち、絶対時間）を計算してもよい。特に、遠隔受信器１０２Ａは、数学的モデルの衛星測定値と共に位置推定値、時間推定値、衛星軌道データを使用して絶対時間を計算してもよい。典型的なタイムフリーナビゲーションソリューションは、参照としてその全体が本明細書に組み込まれる２００４年５月１１日に発行された同一出願人による米国特許第６，７３４，８２１号に記載されている。
【００２５】
[0033]ステップ４０４では、得られた衛星時間が、基地局１０８−１によって送信された無線信号のエアインタフェースタイミングに関連付けられることにより、時間関係が形成される。一実施形態において、この関係は、基地局１０８−１によって送信される無線信号のフレーム数（例えばＧＳＭフレーム数）とＴＯＷ値との間で確立される。他の実施形態では、エアインタフェースタイミングと衛星時間との間の時間オフセットが計算される。いずれの場合にも、関係は、基地局時間と衛星時間との間で確立される。ステップ４０６では、遠隔受信器１０２Ａと基地局１０８−１との間の伝搬遅延に対して時間関係が補償される。一実施形態において、遠隔受信器１０２Ａは、タイミングアドバンス値を時間関係に付け加える。後述するように、遠隔受信器１０２Ａは時間関係をサーバ１０４に送る。したがって、他の実施形態において、基地局１０８−１は、時間関係をサーバ１０４に対して伝搬する前に、タイミングアドバンス値を時間関係に付け加えてもよい。
【００２６】
[0034]特に、ＴＤＭＡ通信システムは、様々に位置された移動受信器から基地局により使用されるスロットフレーム構造への送信の到達を同期させることにより伝搬遅延の影響を補償する。基地局サービスエリア内に位置された移動受信器からの送信を同期させるため、基地局は、一般に、各移動受信器に対してタイミングアドバンス（ＴＡ）値を送信する。所定の移動受信器は、基地局に対するその送信をＴＡ値にしたがって促進させ（時間的に早め）、移動受信器と基地局との間の伝搬遅延を補償する。一般に、ＴＡ値は、基地局により扱われる（サービスされる）移動受信器の全てからの送信が共通の受信フレーム構造と同期して基地局に到達するように移動受信器に対してそのアップリンク送信を促進させるように指示する。そのようなタイミングアドバンス技術は技術的によく知られている。
【００２７】
[0035]ステップ４０８では、補償された時間関係がサーバ１０４に送られる。一実施形態においては、参照としてその全体が本明細書に組み込まれるＥＴＳＩ  ＴＳ  １０１  ５２７，バージョン７．１５．０（３ＧＰＰ  ＴＳ  ０４．３１としても知られており、本明細書ではＴＳ  ４．３１と称する）に規定されたＧＰＳ測定情報要素を使用して時間関係がサーバ１０４に対して送られる。特に、ＴＳ  ４．３１は、ＭＳ支援構成で衛星測定値を遠隔受信器１０２Ａからサーバ１０４へと送信するためのＧＰＳ測定情報要素を規定している。（以下に再現された）ＴＳ  ４．３１の表Ａ．５に示されるように、ＧＰＳ測定情報要素は、基準フレーム、ＧＰＳ  ＴＯＷ、測定が行なわれた衛星の数、衛星測定情報からのフィールドを含む。存在の列は、フィールドが強制的（Ｍ）か或いは任意的（Ｏ）かどうかに関連しており、発生の列は、情報要素中に所定のフィールドが存在する回数に関連している。
【表１】
2007510926.tif 000003
【００２８】
[0036]時間関係は、ステップ４０２で得られたＴＯＷ値を与えるためのＧＰＳ  ＴＯＷフィールドとステップ４０４でＴＯＷに関連付けられたフレーム数を与えるための基準フレームフィールドとを使用して、サーバ１０４に送られてもよい。ステップ４１０では、補償された時間関係がサーバ１０４内に記憶される。方法４００は、サーバ１０４が特定の基地局に関連する時間関係の収集を蓄積するように、無線通信ネットワーク１０６内の様々な基地局に関して繰り返されてもよい。後述するように、所定の基地局における時間関係は、基地局のサービスエリア内の遠隔受信器の位置標定プロセスにおいて使用されてもよい。これにより、遠隔受信器が衛星信号から衛星時間を決定する必要がなくなる。このようにすると、１つの遠隔受信器（すなわち、遠隔受信器１０２Ａ）は、基地局と通信する全ての遠隔受信器（例えば遠隔受信器１０２Ｂ）のためのＬＭＵとしての機能を果たすことができる。これにより、実際のＬＭＵを基地局の近傍に位置させなくて済む。
【００２９】
[0037]図５は、本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法５００の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法５００は、図１の位置標定システム１００を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器１０２Ｂに関して方法５００を説明する。また、方法５００が遠隔受信器１０２Ａによって実行されてもよい。方法５００はステップ５０２から始まる。このステップでは、遠隔受信器１０２Ｂにおいて衛星測定値が取得される。例えば、遠隔受信器１０２Ｂは、複数の衛星の擬似レンジを測定してもよい。衛星位置決めシステム信号を使用して擬似レンジを測定するプロセスは技術的によく知られている。ステップ５０４では、基地局１０８−１と遠隔受信器１０２Ｂとの間の無線リンクのエアインタフェースタイミングを使用して、衛星測定値がタイムスタンプされる。
【００３０】
[0038]ステップ５０６では、タイムスタンプされた測定値がサーバ１０４に対して送られる。ステップ５０８では、基地局１０８−１に対応する時間関係がサーバ１０４において得られる。前述したように、サーバ１０４は、無線通信ネットワーク１０６の基地局における時間関係の収集を記憶するように構成されてもよい。この場合、各時間関係は、基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間の関連性を備える。ステップ５１０では、時間関係を使用して測定値に関連するタイムスタンプデータが補正される。例えば、サーバ１０４は、時間関係を使用して、基地局のエアインタフェースタイミングに関するタイムスタンプの値を衛星時間に変換してもよい。ステップ５１２では、測定値及び補正されたタイムスタンプを使用して遠隔受信器１０２Ｂの位置が計算される。位置計算プロセスは技術的によく知られている。
【００３１】
[0039]方法５００はＭＳ支援構成で用いられてもよい。また、本発明はＭＳベース構成で使用されてもよい。特に、図６は、本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法６００の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法６００は、図１の位置標定システム１００を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器１０２Ａに関して方法６００を説明する。また、方法６００が遠隔受信器１０２Ｂによって実行されてもよい。方法６００はステップ６０２から始まる。このステップでは、基地局１０８−１のエアインタフェースタイミングに対して遠隔受信器１０２Ｂが同期化される。ステップ６０４では、基地局１０８−１における時間関係がサーバ１０４から得られる。前述したように、サーバ１０４は、無線通信ネットワーク１０６の基地局における時間関係の収集を記憶するように構成されてもよい。この場合、各時間関係は、基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間の関連性を備える。
【００３２】
[0040]一実施形態において、時間関係は、ＴＳ  ４．３１に規定されたＧＰＳ支援データ要素を使用してサーバ１０４から遠隔受信器１０２Ｂへと送られてもよい。特に、ＴＳ  ４．３１は、ＭＳ支援構成及びＭＳベース構成の両方で支援データを遠隔受信器１０２Ｂへ供給するためのＧＰＳ支援データ要素を規定する。ＴＳ  ４．３１の表Ａ．１４に示されるように、ＧＰＳ支援データ要素は、ＧＰＥ  ＴＯＷのためのフィールドとフレーム数のためのフィールドとを含む。時間関係は、ＴＯＷ値を与えるためのＧＰＳ  ＴＯＷフィールドとＴＯＷ値に関連付けられたフレーム数を与えるためのフレームフィールドとを使用して、遠隔受信器１０２Ｂに送られてもよい。この場合、ＴＯＷ値及びフレーム数が時間関係を規定する。
【００３３】
[0041]ステップ６０６では、衛星測定値が遠隔受信器１０２Ｂにおいて取得される。例えば、遠隔受信器１０２Ｂは複数の衛星の擬似レンジを測定してもよい。ステップ６０８では、測定値及び時間関係を使用して遠隔受信器１０２Ｂの位置が計算される。一実施形態では、エアインタフェースタイミングに同期されるクロック回路を使用して測定値がタイムスタンプされてもよい。時間関係は、タイムスタンプを補正して衛星時間を与えるために使用される。他の実施形態において、測定値は、時間オフセットを使用して衛星時間を適切に監視するように調整されたクロック回路によりタイムスタンプされてもよい。
【００３４】
[0042]本発明の他の実施形態において、時間は、無線通信ネットワーク１０６内の基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間の時間オフセットを遠隔受信器１０２Ａ及び／又は遠隔受信器１０２Ｂにおいて記憶することにより管理される。本実施形態は、位置標定システム１００の構成（例えば、ＭＡ支援、ＭＳベース）とは関係なく使用されてもよく、また正確な日時を決定するために使用されてもよい。例えば、本実施形態において、本発明は、１００ミリ秒内まで衛星時間を決定してもよい。
【００３５】
[0043]特に、図７は、本発明にしたがって時間を管理するための方法７００の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法７００は、図１の位置標定システム１００を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器１０２Ａに関して方法７００を説明する。また、方法７００が遠隔受信器１０２Ｂによって実行されてもよい。方法７００はステップ７０２から始まる。このステップでは、基地局１０８−１のサービスエリア１１２−１内の遠隔受信器１０２Ａにおいて衛星時間が取得される。これまで、遠隔受信器１０２Ａは正確な衛星時間に関する知識を何ら有していない。一実施形態において、遠隔受信器１０２Ａは、ＧＰＳ時間を決定するために使用されてもよい週の時刻（ＴＯＷ）値をデコードするために衛星１１０からの衛星信号を処理することにより衛星時間を決定してもよい。他の実施形態において、遠隔受信器１０２Ａは、「タイムフリー」ナビゲーションソリューションを使用して衛星時間を計算してもよい。
【００３６】
[0044]ステップ７０４では、得られた衛星時間が、基地局１０８−１によって送信された無線信号のエアインタフェースタイミングに関連付けられることにより、時間関係が形成される。例えば、時間オフセットは、基地局のフレームタイミングと衛星時間との間で形成されてもよい。基地局のクロックが非常に正確であり、また、フレームタイミングが同期しているため、計算された時間オフセットの精度は維持される。ステップ７０６では、時間オフセットが遠隔受信器１０２Ａ内に記憶される。時間オフセットがメモリ内に記憶されると、遠隔受信器１０２Ａが休止状態になり、ＯＦＦになり、或いは、作動を停止してもよい。遠隔受信器１０２Ａが再び作動して時間オフセットをマッチングする基地局を検出する場合には、先と同様に、正確な衛星時間が知られてもよい。遠隔受信器１０２Ａのクロック回路は、任意のネットワークロールオーバの曖昧さを解決するためにＲＴＣを含んでいてもよい。一実施形態では、遠隔受信器１０２Ａに記憶された時間オフセットが非常に小さい（例えば、８〜２０バイト）。また、本発明は、ネットワークにとって新しいもの（例えば基地局のＬＭＵ）に何ら頼っていない。一方、各受信機はそれ自身のＬＭＵとして機能する。
【００３７】
[0045]集積Ａ−ＧＰＳ受信器を有する殆どの携帯電話は、タイミング比較を行なうためのハードウェアを所定の位置に既に有している。したがって、本発明は、時間が外部から得られるのではなく遠隔受信器１０２Ａ内で時間が局所的に測定される点を除き、ＬＭＵをサポートするために使用される現在の方法に完全に適合する。その上、待機状態中は電力が消費されない。エアインタフェースタイミングは、遠隔受信器１０２Ａがネットワークに対して同期する度に得られる。遠隔受信器１０２Ａは、この時間関係を得るために信号を送信する必要がない。遠隔受信器１０２Ａは、消費電力を全体的に下げることができ、また、その後に小さなセルで始動でき、正確な時間を有する。したがって、本発明は、電力を節約する一方で、正確な衛星時間を維持する。また、ネットワークフレームカウンタが同期して動かない。移動の影響により引き起こされる任意のドップラーシフトが除去される。
【００３８】
[0046]遠隔受信器１０２Ａが一方の基地局から他方の基地局へハンドオフされる（引き渡される）場合には、時間関係が、基地局を同期させないネットワーク（例えばＧＳＭ）において失われる場合がある。したがって、ステップ７０８では、遠隔受信器１０２Ａがハンドオーバを監視する。随意的に、遠隔受信器１０２Ａは、基地局１０８−１におけるクロックのドリフトをモデリングしてもよい。特に、遠隔受信器１０２Ａは、遠隔受信器１０２Ａが基地局のサービスエリア内にとどまる限り、基地局クロックの長期ドリフトレートの正確な評価を行なってもよい。このようにすれば、遠隔受信器１０２Ａは、基地局１０８−１のために記憶された時間オフセットを改善することができる。
【００３９】
[0047]ステップ７０６では、遠隔受信器１０２Ａが他の基地局へハンドオーバするように指示されたかどうかの決定がなされる。指示されていない場合には、方法７００はステップ７０８に戻る。指示されている場合には、方法７００がステップ７１２へ進む。ステップ７１２では、基地局１０８−１における時間オフセットが抽出されて使用されることにより、遠隔受信器１０２Ａで衛星時間が監視される。例えば、遠隔受信器１０２Ａは、時間オフセットを使用して、ハンドオーバ中に衛星時間をカウンタ回路へ送ってもよい。ステップ７１４では、ハンドオーバ後に遠隔受信器１０２Ａが新しい基地局のエアインタフェースタイミングに同期する。これまで、遠隔受信器１０２Ａは衛星時間を監視し続ける。ステップ７１６では、衛星時間が新しいエアインタフェースタイミングに関連付けられ、新たな基地局における新たな時間オフセットが定められる。その後、方法７００がステップ７０６に戻ってもよい。このステップでは、新しい時間オフセットが記憶され、プロセスが繰り返される。
【００４０】
[0048]このようにして、遠隔受信器１０２Ａは、無線通信ネットワーク１０６内の様々な基地局における時間オフセットの収集を記憶してもよい。遠隔受信器１０２Ａは、位置計算中に時間オフセットを使用してもよい。特に、図８は、本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法８００の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。方法８００は、図１の位置標定システム１００を同時に参照して理解されてもよい。明確のため一例として、遠隔受信器１０２Ａに関して方法８００を説明する。また、方法８００が遠隔受信器１０２Ｂによって実行されてもよい。方法８００はステップ８０２から始まる。このステップにおいて、遠隔受信器１０２Ａは、基地局１０８−１のエアインタフェースタイミングに同期される。ステップ７０４では、遠隔受信器１０２Ａ内の記憶装置から、基地局１０８−１における時間関係が得られる。前述したように、遠隔受信器１０２Ａは時間オフセットの収集を記憶するように構成されてもよい。この場合、各時間オフセットは、基地局のエアインタフェースタイミングと衛星時間との間にオフセットを含む。
【００４１】
[0049]ステップ８０６では、遠隔受信器１０２Ａにおいて衛星測定値が取得される。例えば、遠隔受信器１０２Ａは複数の衛星の擬似レンジを測定してもよい。ステップ８０８では、測定値及び時間オフセットを使用して遠隔受信器１０２Ａの位置が計算される。一実施形態では、エアインタフェースタイミングに同期されるクロック回路を使用して測定値がタイムスタンプされてもよい。時間オフセットは、タイムスタンプを補正して衛星時間を与えるために使用される。他の実施形態において、測定値は、時間オフセットを使用して衛星時間を適切に監視するように調整されたクロック回路によりタイムスタンプされてもよい。
【００４２】
[0050]以上の説明では、米国グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）での適用に関して本発明を述べてきた。しかしながら、これらの方法が同様の衛星システム、特にロシアＧＬＯＮＡＳＳシステム、欧州ＧＡＬＩＬＥＯシステム、これらのシステムを互いに組み合わせたもの、これらのシステムと同様の信号を供給する他の衛星とを組み合わせたもの、例えばＧＰＳのような信号を供給する広域補強システム（ＷＡＡＳ）及びＳＢＡＳにも同様に適用できることは明らかである。本明細書で使用される用語「ＧＰＳ」としては、ロシアＧＬＯＮＡＳＳシステム、欧州ＧＡＬＩＬＥＯシステム、ＷＡＡＳシステム、ＳＢＡＳシステム及びこれらの組み合わせを含むそのような代わりの衛星位置決めシステムを挙げることができる。
【００４３】
[0051]以上は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の更なる実施形態が考え出されてもよく、また、本発明の範囲は以下の請求項によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】位置標定システムの典型的な実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示される位置標定システムの遠隔受信器の典型的な実施形態を示すブロック図である。
【図３】図１に示される位置標定システムのサーバの典型的な実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明にしたがって時間を管理するための方法の典型的な実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法の典型的な実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。
【図７】本発明にしたがって時間を管理するための方法の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。
【図８】本発明にしたがって遠隔受信器の位置を見つけるための方法の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。
【図１】
2007510926.tif 000004
【図２】
2007510926.tif 000005
【図３】
2007510926.tif 000006
【図４】
2007510926.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
2007510926.tif 000010
【図８】
2007510926.tif 000011
【国際調査報告】
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2007510926.tif 000013
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