(57)【要約】【課題】本発明は衛星信号をより迅速に得るための符号偏移探索の低減方法及び装置を提供することである。【解決手段】　本発明の態様によれば、セルラーもしくはＰＣＳ網に特有のエアインターフェイスを介してそれと通信することができるトランシーバとＧＰＳ受信機が一体化されている。ネットワークにより提供される標準情報が一体化されたＧＰＳ受信機を支援してその感度およびレーテンシを改善するのに使用される。この改善結果は受信機が迅速に衛星を捕捉して従来のスタンドアロンＧＰＳ受信機では不可能な環境内でその位置を計算できることである。多様な状況においてユーザが個人的安全に対して高い期待を持つことができるため、この付加された性能は緊急ロケーション応用に対して非常に重要である。さらに、迅速な捕捉により消費電力が低減され、それはこのような結合されたＧＰＳおよびセルラー技術を利用するバッテリ給電装置に対して非常に重要である。【選択図】　　　　図１
2004109140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機において、衛星信号をより迅速に得るための符号偏移探索低減方法であって、前記ＧＰＳ受信機はワイヤレス網内で動作するトランシーバを含む移動局（ＭＳ）内に一体化されており、該方法は、
　ＧＰＳエポック時間に対応する選択時間においてＭＳにサービスする基地トランシーバシステム（ＢＴＳ）の送信エアインターフェイスの状態を決定するステップと、
　送信エアインターフェイスの状態をＭＳへ排他的に送信または同報するステップと、
　送信エアインターフェイスの送信状態を使用してＭＳにおけるＧＰＳエポックの時間を引出すステップと、
　を含む。
【請求項２】
　請求項１記載の方法であって、前記ＭＳは引出すステップの前に周波数を前記ＢＴＳに同期させる。
【請求項３】
　請求項１記載の方法であって、前記ＭＳは引出すステップの前に前記ＢＴＳエアインターフェイスと同期化する。
【請求項４】
　請求項１記載の方法であって、さらに、前記ＭＳとＢＴＳ間のラウンドトリップ伝播遅延を表わす期間を決定するステップを含む。
【請求項５】
　請求項４記載の方法であって、前記期間はＧＰＳエポックの時間を引出す前記引出しステップに使用される。
【請求項６】
　請求項１記載の方法であって、前記ワイヤレス網はＧＳＭシステムであり前記状態は選択時間におけるビット、タイムスロットおよびフレームを表わす。
【請求項７】
　衛星信号をより迅速に得るために移動局（ＭＳ）の時間ベースを揃えるシステムであって、前記ＭＳはワイヤレス網内で動作するトランシーバ、および全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含み、該システムは、
　ＧＰＳ受信機に対するエポックタイミングイベントを発生する数値制御発振器（ＮＣＯ）と、
　前記トランシーバ、受信機、およびＮＣＯに接続されたプロセッサと、を含み、前記プロセッサは、
ＧＰＳエポック時間に対応する選択時間において前記ＭＳにサービスする前記基地トランシーバシステム（ＢＴＳ）の送信エアインターフェイスの状態を含む排他的または同報送信を前記受信機から受信し、送信エアインターフェイスの送信状態を使用して前記ＭＳにおいてＧＰＳエポックの時間を引出しＧＰＳエポックの引出した時間に応答してＮＣＯの動作を制御するワイヤレス網処理手段、および前記ＮＣＯからのエポックタイミングイベントを使用して前記ＧＰＳ受信機から受信したＧＰＳ信号に符号偏移探索を実施するＧＰＳ処理手段を含む。
【請求項８】
　請求項７記載のシステムであって、前記ワイヤレス網処理手段はＧＰＳエポックの時間を引出す前に周波数を前記ＢＴＳに同期させる。
【請求項９】
　請求項７記載のシステムであって、前記ワイヤレス網処理手段はＧＰＳエポックの時間を引出す前に前記ＢＴＳエアインターフェイスと同期化する。
【請求項１０】
　請求項７記載のシステムであって、前記トランシーバは前記ＭＳとＢＴＳ間のラウンドトリップ伝播遅延を表わすデータを受信する。
【請求項１１】
　請求項１０記載のシステムであって、前記期間は前記ＧＰＳエポックの時間を引出すのに使用される。
【請求項１２】
　請求項７記載のシステムであって、前記ワイヤレス網は時分割多元接続システムであり、前記状態は選択時間におけるビット、タイムスロットおよびフレームを表わす。
【請求項１３】
　請求項７記載のシステムであって、さらに、前記ＮＣＯに対するクロック信号を発生する位相同期ループを含む。
【請求項１４】
　請求項７記載のシステムであって、前記ＧＰＳ処理手段は位置計算機能を実施し、前記ＧＰＳエポック時間内のオフセットを計算して前記ＮＣＯをさらに制御する手段を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は１９９８年８月1３日に出願された米国特許仮出願第６０／０９６，４３６号の利点を請求するものである。
【０００２】
　本発明は全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機に関し、特に、セルラー網からの情報を使用してＧＰＳ衛星により同報される信号を捕捉するのに費やされる時間を減少させることに関する。
【背景技術】
【０００３】
　セルラー網その他の公衆陸上移動網（ＰＬＭＮ）内の移動局の地理的位置を決定することが近年広範な応用に対して重要となってきている。例えば、測位サービスは運送およびタクシー会社が自社の車両の位置を確認して配車手順の効率を改善させるのに所望される。さらに、緊急呼出し、例えば、９１１番呼出しに対しては、移動端末の正確なロケーションを知ることが緊急事態において好ましい結果を保証するのに極めて重要となることがある。
【０００４】
　さらに、測位サービスは盗難車の場所を確かめたり、低料金で課金することができるホームゾーン呼を識別したり、マイクロセル内のホットスポットを検出したり、例えば、私はどこにいるのかサービス、等のプレミア加入者サービスを提供するのに使用することができる。
【０００５】
　移動局の地理的位置を決定する1つの技術は衛星ベース全地球測位システム（ＧＰＳ）を使用することである。ＧＰＳはＧＰＳ受信機内で処理して受信ユニットの位置、速度および時間を求めることができる特別に符号化された衛星信号を提供する衛星ナビゲーションシステムである。固定座標系に対する３次元位置および絶対時間基準に対する受信機クロックの時間オフセットを計算するには４つ以上のＧＰＳ衛星信号が必要である。
【０００６】
　ＧＰＳシステムはおよそ２４時間で地球の周りを回る２４の衛星（予備は数えず）から構成されている。ＧＰＳ衛星の軌道高度（２０，２００Ｋｍ）はほぼ２４時間毎に任意の点で衛星が同じ地上進路および構成を繰返すようにされる。6つの軌道面があって各々が公称少なくとも４つの衛星を有し、それらは等間隔とされ（すなわち、６０°隔たっている）地球の赤道面に対しておよそ５５°傾いている。この星座配置によりユーザにとって地球上の任意の点から４つから１２の間の衛星が見えることが保証される。
【０００７】
　ＧＰＳシステムの衛星によりＧＰＳ受信機において位置、速度および時間座標を決定する際の2つの精度レベルが提供される。ＧＰＳシステムの民需ユーザの大部分は水平１００ｍ、垂直±１５６ｍおよび±３４０ｎｓ時間の２−σ精度を有する標準測位システム（ＳＰＳ）を使用している。精密測位システム（ＰＰＳ）は暗号装置および鍵および特殊装備受信機を有する許可されたユーザしか利用できない。
【０００８】
　各ＧＰＳ衛星が２つのマイクロ搬送波信号を送信する。Ｌ１周波数（１５７５．４２ＭＨｚを中心とする）はＳＰＳおよびＰＰＳ符号信号だけでなくナビゲーションメッセージを運ぶ。Ｌ２周波数（１２２７．６０ＭＨｚを中心とする）もＰＰＳ符号を運び、ＰＰＳシステムとコンパチブルな受信機による電離層遅延を測定するのに使用される。
【０００９】
　Ｌ１およびＬ２マイクロ搬送波信号は３つの２進符号、１．０２３ＭＨｚ粗捕捉（Ｃ／Ａ）符号、１０．２３ＭＨｚ精密符号（Ｐ−符号）および５０Ｈｚナビゲーションシステムデータ符号（ＮＡＶ符号）、により変調される。Ｃ／Ａ符号はＧＰＳ衛星を一意的に特徴づける擬似乱数（ＰＲＮ）である。全てのＧＰＳ衛星がその２進符号を同じＬ１およびＬ２搬送波を介して伝送する。多数の同時受信信号が符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）相関器により回復される。民需ＧＰＳシステムにおける相関器は最初にＮＡＶ符号により変調されたＣ／Ａ符号を回復する。位相同期ループ（ＰＬＬ）回路が次にＣ／Ａ符号をＮＡＶ符号から分離する。ＧＰＳ受信機はどのＧＰＳ衛星が範囲内にあるかを確認するために、最初にその近似位置を決定する必要があることを強調したい。逆に、その近似位置を知っているＧＰＳ受信機は適切なＧＰＳ衛星から送信される信号により早く同調することができる。
【００１０】
　ＧＰＳ受信機の始動には典型的に４つ以上のＧＰＳ衛星のナビゲーションデータ信号から１組のナビゲーションパラメータを捕捉する必要がある。ＧＰＳ受信機を初期化するこのプロセスはしばしば数分を要する。
【００１１】
　ＧＰＳ測位プロセスの持続時間はＧＰＳ受信機がどれだけの情報を有するかに直接依存する。大概のＧＰＳ受信機は天文暦データでプログラムされており、それは１年先までの予期される衛星位置をおおまかに記述している。しかしながら、ＧＰＳ受信機がそれ自体の近似位置のある知識を持たない場合には、ＧＰＳ受信機は可視衛星からの信号を十分高速に相関することができず、したがって、その位置を迅速に計算することができない。さらに、始動時には既に捕捉した信号の継続監視に必要なものよりも高い信号強度がＣ／Ａ符号およびＮＡＶ符号を捕捉するのに必要である。また、ＧＰＳ信号の監視プロセスは環境要因により著しく影響される。したがって、野外で容易に捕捉することができるＧＰＳ信号は、受信機が茂みの下、車の中、最悪の場合、建物の中にある時は捕捉することが次第に困難となる。
【００１２】
　最近の政府の要求、例えば、ＦＣＣフェーズＩＩ　Ｅ−９１１サービスの応答時間要求条件、は移動電話機の位置を正確かつ迅速に決定することを避けられないものとしている。したがって、高速で正確な測位に対する要求を満たしながら移動端末内にＧＰＳ受信機を有効に実現するために、正確な支援データ、例えば、地方時間および位置推定値、衛星天体位置表およびクロック情報（移動局の位置と共に変動することがある）、を迅速に移動端末に提供できることが必要となってきている。このような支援データの使用により移動局と一体化されるあるいは接続されるＧＰＳ受信機はその始動手順の完了を早めることができる。したがって、移動端末と一体化されるあるいは接続されるＧＰＳ受信機に既存のワイヤレス網を介して必要な支援ＧＰＳ情報を送られることが望ましい。
【００１３】
　テーラー等の米国特許第４，４４５，１１８号にはＧＰＳ受信機を援助すなわち支援する概念が検討されている。この方法は地球同期衛星等の、1つの送信機を使用して広い地理的領域に対して1つの支援メッセージを提供することを記載している。支援データは可視ＧＰＳ衛星のリスト、各衛星位置、および衛星信号上で予期されるドップラー偏移を含んでいる。このメッセージのこの構造により位置計算機能（ＰＣＦ）をユーザ受信機内で行うことができる。
【００１４】
　クラスナーの米国特許第５，６６３，７３４号はもう１つのＧＰＳ受信機の取り組み方について記載している。この特許は主として受信機アクチュエータに関連しているが、支援により受信機性能をどのように改善できるかについて検討している。この特許は“天体位置表を表わすデータ”および予期ドップラー偏移を支援メッセージの考えられる内容として述べている。
【００１５】
　ロウの米国特許第５，４１８，５３８号は“基準局”内の同じ受信機から差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）情報を同報することにより遠隔ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ受信機を援助するシステムおよび方法について記載している。一実施例では、基準局は可視衛星リストおよび関連する天体位置表を同報する。遠隔受信機に対する利点は３倍となる、すなわち、メモリ要求条件が低減され、低コスト周波数基準および高速捕捉が達成される。そこには第１の衛星を捕捉した後の受信機クロック不正確さによるドップラーを推定して除去できることの利点が記載されている。
【００１６】
　エシェンバッファの米国特許第５，６６３，７３５号にはＧＰＳ受信機が無線信号から正確な絶対時間基準を引き出す方法が記載されている。随意、受信機は内蔵する低廉な水晶発振器よりも正確な周波数基準も無線信号から引き出す。ＧＰＳ受信機は位置計算を行い、したがって、ＧＰＳ衛星に対する天体位置表およびクロック修正だけでなく絶対時間も持たなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
　一般的に、前記した特許はエアインターフェイスを介したユーザ端末とセルラー網（もしくはＰＬＭＮ）間のワイヤレス接続内に存在する情報は利用しない。ＧＰＳ用ＧＳＭ−ベース網のいくつかの利点を利用する1つの提案はＴ１標準ドキュメントＴＩＰＩ．５／９８−１３２ｒ２である。この提案は基準ＧＰＳ受信機を網内のさまざまなノードに配置し、これらの受信機から天体位置表情報を取り込み、この情報を可視衛星リストと共に全てのハンドセットベースＧＰＳ受信機へＧＰＳ下りベアラのメッセージを介して提供することに基づいている。この方法の利点はそれによりハンドセットベースＧＰＳ受信機が完全に機能することができる、すなわち、それがＰＣＦを含み連続ナビゲーションモードでも動作できることである。全てのＧＰＳ装備ハンドセットへ支援を同報することが非常に望ましいが、現在のＧＳＭ網内の同報施設はタイムリーに支援を送出できそうにもない。緊急ロケーションに対してはレーテンシが特に重要であるため（Ｅ９１１）ポイントツーポイント送出がより実現可能であり、それは米国の市場では法規上の要求条件である。
【００１８】
　ＴＩＰＩ．５／９８−１３２ｒ２に提案されているシステムはセルラーＧＰＳ統合のある特徴を利用するが、新しい方法およびシステムがさらに性能の利得を提供することができる他の特徴がある。本発明は前記した１つ以上の問題点を新しい単純な方法で解決することによりそれに取り組むものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
　本発明によれば、基地局からのハンドセットの距離を示すセルラー基地局からの情報に基づいて捕捉探索範囲の境界を定める方法が記述される。さらに、この方法はこの同じ情報を高精度時間転送に使用し、それはＧＰＳ信号の探索範囲の減少を補助する。それによりユーザの位置計算における全体レーテンシが低減され、それは米国市場における緊急ロケーションに対する法規的要求条件（Ｅ９１１）を満たすのに特に重要である。
【００２０】
　全体的に、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機における符号偏移探索低減方法が開示され、ＧＰＳ受信機はワイヤレス網内で動作するトランシーバを含む移動局（ＭＳ）内に一体化されている。本方法はＭＳおよびそれにサービスする基地トランシーバシステム（ＢＴＳ）間のラウンドトリップ伝播遅延を表わす期間を決定し、この期間を使用してＭＳ内の符号偏移不確定性の境界を計算するステップを含んでいる。
【００２１】
　本発明の１つの特徴において、ＭＳはＧＰＳ衛星の位置およびそれ自体の近似場所の知識を有する。
【００２２】
　本発明のもう１つの特徴において、ＭＳは衛星位置やそれ自体の近似場所の知識を持たないが、衛星の仰角の知識を有する。
【００２３】
　この期間がＢＴＳからＭＳへ通信されることが本発明の特徴である。
【００２４】
　この期間がＢＴＳおよびＭＳ間のシンボル伝送の一部を識別するタイミング進め値であることが本発明のもう１つの特徴である。
【００２５】
　本発明のもう１つの特徴に従って、ＢＴＳはそのロケーション情報をＭＳへ通信しＭＳは符号偏移不確定性の境界を計算するのに使用される見通し（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｔｅ）ベクトル情報を有する。
【００２６】
　本発明の別の特徴によれば、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機における符号偏移探索低減方法が開示され、ＧＰＳ受信機はワイヤレス網内で動作するトランシーバを含む移動局（ＭＳ）内に一体化されている。この方法はＧＰＳエポック時間に対応する選択時間においてＭＳにサービスする基地トランシーバシステム（ＢＴＳ）の送信エアインターフェイスの状態を決定し、送信エアインターフェイスの状態をＭＳへ送信し、送信された送信エアインターフェイスの状態を使用してＭＳにおけるＧＰＳエポックの時間を引き出すステップを含んでいる。
【００２７】
　引出すステップの前に、ＭＳが周波数をＢＴＳに同期させることが本発明の特徴である。
【００２８】
　引出すステップの前に、ＭＳがＢＴＳエアインターフェイスと同期化することが本発明のもう１つの特徴である。
【００２９】
　ＭＮおよびＢＴＳ間のラウンドトリップ伝播遅延を表わす期間を決定することが本発明のさらにもう１つの特徴である。この期間はＧＰＳエポックの時間を引き出す引出しステップに使用される。
【００３０】
　ワイヤレス網が時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムであり状態は選択時間におけるビット、タイムスロットおよびフレームを表わすことが本発明のさらにもう１つの特徴である。
【００３１】
　本発明の別の特徴によれば、移動局（ＭＳ）の時間ベースを揃えるシステムが開示され、ＭＳはワイヤレス網内で動作するトランシーバ、および全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含む。このシステムはＧＰＳ受信機に対するエポックタイミングイベントを発生する数値制御発振器（ＮＣＯ）を含んでいる。プロセッサがトランシーバ、受信機およびＮＣＯに接続されている。プロセッサはＧＰＳエポックに対応する選択時間にＭＳにサービスする基地トランシーバシステム（ＢＴＳ）の送信エアインターフェイスの状態を受信機から受信し、送信エアインターフェイスの送信された状態を使用してＭＳにおけるＧＰＳエポックの時間を引出し、ＧＰＳエポックの引出した時間に応答してＮＣＯの動作を制御するワイヤレス網処理手段、およびＮＣＯからのエポックタイミングイベントを使用してＧＰＳ受信機から受信したＧＰＳ信号の符号偏移探索を実施するＧＰＳ処理手段を含んでいる。
【００３２】
　本発明のもう１つの特徴において、システムはＮＣＯに対するクロック信号を発生する位相同期ループを含んでいる。
【００３３】
　本発明のさらにもう１つの特徴において、ＧＰＳ処理手段は位置計算機能を実施し、ＮＣＯをさらに制御するためにＧＰＳエポック時間内のオフセットを決定する手段を含んでいる。
【００３４】
　ＧＰＳ受信機の最も重要なタスクの1つはさまざまな衛星送信機に対する距離測定を行うことである。民需グレードＧＰＳの場合、受信機は各衛星について一意的であるＣ／Ａ符号の位相を観察することにより距離を測定する。典型的には、受信機は1つを捕捉するまでに各衛星の１０２３チップ期間全体を探索しなければならない。受信機が非常に正確な周波数基準を持たずかつ環境による減衰および／もしくは設計上の選択により信号が劣化されている場合に、このタスクは一層困難となる。これらのケースはより多くの受信機リソース必要とするか、あるいは捕捉および測定プロセスが延ばされることを必要とする。前者は余分なコストが付加され、後者は救急ロケーションシナリオに対して受け入れられないレーテンシを付加されるためいずれのオプションも好ましくない。
【発明の効果】
【００３５】
　この発明のポイントは捕捉探索に焦点を合わせる情報を受信機内に提供することにより両方の代替策を回避することである。特に、本発明はそのネットワークに特有のエアインターフェイスを介してセルラーすなわちＰＣＳ網と通信することができるトランシーバとＧＰＳ受信機が一体化されるケースに関連している。ネットワークにより提供される標準情報は一体化されたＧＰＳ受信機を支援してその感度およびレーテンシを改善するのに使用される。この改善の結果、受信機は迅速に衛星を捕捉して従来のスタンドアロンＧＰＳ受信機では不可能な環境内でその位置を計算することができる。さまざまな状況においてユーザは個人の安全に対して高い期待を持つことができるため、この付加性能は緊急ロケーション応用にとって非常に重要である。
【００３６】
　本発明のさらなる特徴および利点は明細書および図面から容易にお判りであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
　図１は典型的なＧＳＭセルラー網１１０等の公衆陸上移動網（ＰＬＭＮ）を示し、それは複数のＭＳＣ／ＶＬＲサービスエリア１１２を含み、各々が移動交換局（ＭＳＣ）１１４および関連するビジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）１１６を有している。ＭＳＣ／ＶＬＲサービスエリア１１２は複数のロケーションエリア（Ｌａｓ）１１８を含み、それらは移動端末すなわち移動局（ＭＳ）１２０がＭＳＣ１１４および／もしくはＬＡ１１８を制御するＶＬＲ１１６に対するそのロケーションを更新することなく自由に移動することができる所与のＭＳＣ／ＶＬＲサービスエリア１１２の一部として定義される。各ロケーションエリア１１８はさらにいくつかのセル１２２へ分割される。典型的な移動局１２０は移動加入者が、有線もしくは無線により、セルラー網１１０、他の移動加入者、あるいは加入者網外部の他のパーティと通信するのに使用される、自動車電話機や他のポータブル電話機等の、物理的装置である。
【００３８】
　ＭＳＣ１１４は少なくとも１つの基地局コントローラ（ＢＳＣ）１２３と通信しており、それは少なくとも１つのトランシーバ基地局（ＢＴＳ）１２４とコンタクトしている。ＢＴＳ１２４は責任のあるセル１２２に無線カバレッジを提供する、判り易くするために図１には無線タワーとして示す、物理的装置である。さまざまなＢＳＣ１２３をいくつかのＢＴＳ１２４に接続することができ、またスタンドアロンノードとしてあるいはＭＳＣ１１４と一体化して実現できることをお判り願いたい。いずれの場合も、ＢＳＣ１２３およびＢＴＳ１２４構成要素は、全体として、一般的に基地局システム（ＢＳＳ）１２５と呼ばれる。
【００３９】
　さらに、図１において、各ＰＬＭＮサービスエリアすなわちセルラー網１１０はホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）１２６を含み、それは加入者情報、例えば、ユーザプロファイル、現在ロケーション情報、国際移動加入者識別（ＩＭＳＩ）番号、およびＰＬＭＮ１１０内に登録されている加入者に対する他の管理情報を含むデータベースである。ＨＬＲ１２６は特定のＭＳＣ１１４と同じ場所に配置することができ、ＭＳＣ１１４と一体化したり、（図１に示すように）多数のＭＳＣ１１４にサービスすることができる。
【００４０】
　ＶＬＲ１１６はＭＳＣ／ＶＬＲサービスエリア１１２内に配置されるＭＳ１２０の全セットに関する情報を含むデータベースである。ＭＳ１２０が新しいＭＳＣ／ＶＬＲサービスエリア１１２（図１には図示せず）等の新しい物理的ロケーション内へ移動する場合、ＭＳＣ１１４に関連するＶＬＲ１１６はＨＬＲ１２６からＭＳ１２０に関する情報を要求する（同時に、ＭＳ１２０の新しいロケーションをＨＬＲ１２６に知らせる）。したがって、ＭＳ１２０のユーザが呼出しをしたい場合に、ローカルＶＬＲ１１６はＨＬＲ１２６に再度問い合わせすることなく必要な加入者識別情報を有することができる。
【００４１】
　基本的なＧＳＭアクセス方式はキャリア当たり８つの基本的な物理的チャネルを有する時分割多元接続（ＴＤＭＡ）である。キャリア分離は２００ＫＨｚである。したがって、物理的チャネルはタイムスロット数および周波数ホッピングシーケンスにより補足的に指定される一連のＴＤＭＡフレームとして定義される。基本的な無線リソースは１５／２６ｍｓ（すなわち、５７６．９μｓ）続くタイムスロットであり、それはおよそ２７０．８３Ｋｂｉｔ／ｓの変調レートで情報を伝送する。それは各タイムスロットの持続時間（ガードタイムを含む）が１５６．２５ｂｉｔであることを意味する。8つのタイムスロットがＴＤＭＡフレームを構成する。したがって、ＴＤＭＡフレームは４．６１５ｍｓ（６０／１３ｍｓ）の持続時間を有する。
【００４２】
　ＧＳＭ ＴＤＭＡ時間フレーム構造の線図表現を図６に示す。この構造の最長循環期間はハイパーフレームと呼ばれ３ｈ，３８ｍ，５３ｓおよび７６０ｍｓの持続時間を有する。ＧＳＭ ＴＤＭＡフレームはフレーム番号（ＦＮ）により番号付けられる。フレーム番号（ＦＮ）は０から２，７１５，６４７（すなわち、２０４８×５１×２６−１、ＦＮ＿ＭＡＸとしても知られる）までの範囲の連続するＴＤＭＡフレームの巡回カウントである。フレーム番号は各ＴＤＭＡフレームの終りに増分される。０から２，７１５，６４７までのＴＤＭＡフレーム番号の完全なサイクルはハイパーフレームと呼ばれる。この長い期間はＥＴＳＩ ＧＳＭ仕様により定義されるある暗号機構を支援するのに必要である。
【００４３】
　ＧＳＭ ＴＤＭＡハイパーフレームは、各々が６．１２ｓの持続時間を有する２，０４８スーパーフレームへ分割される。スーパーフレームはＧＳＭ ＴＤＭＡ時間フレーム構造の最小公倍数である。スーパーフレーム自体はさらに３種のマルチフレーム、２６−マルチフレーム、５１−マルチフレームおよび５２−マルチフレームへ分割される。
【００４４】
　第１のタイプのＧＳＭ ＴＤＭＡマルチフレームは１２０ｍｓの総持続時間を有する２６のＴＤＭＡフレームを含む２６−マルチフレームである。したがって、ＧＳＭ ＴＤＭＡスーパーフレームは５１のこのような２６−マルチフレームを有することができる。これらの２６−マルチフレームはトラフィックチャネル（ＴＣＨ）および関連するコントロールチャネル（スロー関連コントロールチャネル（ＳＡＣＣＨ）およびフルレート関連コントロールチャネル（ＦＡＣＣＨ）を含む）を運ぶのに使用される。
【００４５】
　第２のタイプのＧＳＭ ＴＤＭＡマルチフレームは、５１ ＴＤＭＡフレームを含み２３５．４ｍｓの総持続時間を有する５１−マルチフレームである。ＧＳＭ ＴＤＭＡスーパーフレームは２６のこのような５１−マルチフレームを有することができる。これらの５１−マルチフレームは、例えば、同報コントロールチャネル（ＢＣＣＨ）、共通コントロールチャネル（ＣＣＣＨ）およびスタンドアロン専用コントロールチャネル（ＳＤＣＣＨ）あるいはパケット同報コントロールチャネル（ＰＢＣＣＨ）および共通コントロールチャネル（ＰＣＣＣＨ）、を含む共通コントロールおよびスタンドアロン専用コントロール（およびそれらの関連するコントロールチャネル）の同報を支援するのに使用される。
【００４６】
　第３のタイプのＧＳＭ ＴＤＭＡマルチフレームは、５２ ＴＤＭＡフレームを含み２４０ｍｓの総持続時間を有する５２−マルチフレームである。ＧＳＭ ＴＤＭＡスーパーフレームは２５．５のこのような５２−マルチフレームを有することができる。５２−マルチフレーム内のＴＤＭＡフレームは０から５１まで番号付けされる。５２−マルチフレームフォーマットは、例えば、パケット同報コントロールチャネル（ＰＢＣＣＨ）、パケット共通コントロールチャネル（ＰＣＣＣＨ）、パケット関連コントロールチャネル（ＰＡＣＣＨ）およびパケットデータトラフィックチャネル（ＰＤＴＣＨ）、等のパケットデータトラフィックおよびコントロールチャネルを支援するのに使用される。
【００４７】
　前記したように、ＴＤＭＡフレームは8つのタイムスロットにより構成され４．６１５ｍｓ（６０／１３ｍｓ）の持続時間を有する。各タイムスロットはおよそ５７６．９μｓ（１５／２６ｍｓ）、すなわち、１５６．２５ｂｉｔ持続時間の時間間隔であり、その物理的内容はバーストと呼ばれる。図６に示すように、4つの異なるタイプのバーストがＧＳＭ ＴＤＭＡシステムにおいて使用される。
【００４８】
　第１のタイプのバーストはいわゆる正規バースト（ＮＢ）であり、暗号化された１１６ｂｉｔおよび８．２５ｂｉｔ持続時間（およそ３０．４６μｓ）のガードタイムを含んでいる。正規バーストは、ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）を除く、トラフィックおよびコントロールチャネル上で情報を運ぶのに使用される。
【００４９】
　第２のタイプのバーストはいわゆる周波数修正バースト（ＦＢ）であり、固定された１４２ｂｉｔおよび８．２５ｂｉｔ持続時間（およそ３０．４６μｓ）のガードタイムを含んでいる。周波数修正バーストは移動端末の周波数同期化に使用される。ＦＢは非変調キャリアと同等である、すなわち、周波数は偏移されるが正規バーストと同じガードタイムを有する。ＦＢはＢＣＣＨと共に同報される。ＦＢの繰返しは周波数修正チャネル（ＦＣＣＨ）とも呼ばれる。
【００５０】
　第３のタイプのバーストはいわゆる同期化バースト（ＳＢ）であり、暗号化された７８ｂｉｔおよび８．２５ｂｉｔ持続時間のガード期間を含んでいる。同期化バーストは６４−ｂｉｔ長トレーニングシーケンスを含み、基地局アイデンティティ符号（ＢＳＩＣ）だけでなくＴＤＭＡフレーム番号（ＦＮ）に関する情報を運ぶ。ＳＢは移動端末の時間同期化に使用され周波数修正バースト（ＦＢ）と共に同報される。ＳＢの繰返しは同期化チャネル（ＳＣＨ）とも呼ばれる。
【００５１】
　第４のタイプのバーストはいわゆるアクセスバースト（ＡＢ）である。アクセスバーストはランダムアクセスに使用され、第１のアクセス時に（もしくは、ハンドオーバに続いて）タイミング進みを知ることができる移動端末からのバースト伝送を提供するより長いガード期間（６８．２５ｂｉｔ持続時間すなわち２５２μｓ）により特徴づけられる。この長いガード期間により基地局トランシーバから３５ｋｍまでの移動局を考慮することができる。例外的なケースでは、セル半径が３５Ｋｍよりも大きいケースとコンパチブルなデザインとすることができる。ＡＢは、ハンドオーバ後に、パケット転送モードの移動局に対するタイミング進みを推定できるようにするためにパケットトラフィックコントロールチャネル（ＰＴＣＣＨ）の上りだけでなく、音声グループ呼のために使用されるチャネルの上りでその上りの使用を要求するために、（パケット）ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）で使用される。
【００５２】
　支援されたＧＰＳ測位を利用するセルラー網のブロック図を図１ａに示す。この特定の例は、前記したのと同様に、ＧＳＭ標準に基づいているが、当業者ならばこのアーキテクチュアは包括的であり他の標準を記述するのに使用できることがお判りであろう。ユーザ装置１０は標準エアインターフェイスを介してＧＳＭ網１２と完全に通信することができる移動局であり、ＧＰＳ衛星からの信号を捕捉して測定することができるＧＰＳ受信機を含んでいる。この装置１０はＧＰＳ−ＭＳと呼ばれる。ＧＰＳ−ＭＳについては図５に関して詳細に説明する。
【００５３】
　移動ロケーションセンター（ＭＬＣ）１４はあるＧＰＳ支援情報を得てそれをＧＰＳ−ＭＳ１０により必要とされるフォーマットへ変換する責任がある。同様に、ＭＬＣ１４は天体位置表およびクロック修正データの形の支援を受けることができる。この情報の考えられる2つのソースが示されている。１つのソースはＭＬＣ１４と直接通信する基準ＧＰＳ受信機１６である。この基準ＧＰＳ受信機１６は可視ＧＰＳ信号を捕捉して、各衛星に対する天体位置表およびクロック修正を含む、送信ナビゲーションメッセージを復調する。基準ＧＰＳ受信機１６は、差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）修正に対するソースとしてだけでなく、正確な時間基準としても使用することができる。天体位置表は、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ網を介して外部データベース１８から得ることもできる。
【００５４】
　この場合、ＭＬＣ１４はもう１つのソースから正確な時間およびＤＧＰＳ情報を得なければならない。実際上、ＭＬＣ１４は信頼度を向上させるためにＧＰＳ情報の多数のソースを有することが有利である。図１ａに示すように、ＭＬＣはセルデータベース２８へのアクセスも有し、それはＭＬＣによりサービスされる地理的エリア内にある全セルサイトの座標を含んでいる。図１ａには、前記したように、ＭＳＣ／ＶＬＲ１５、基地局コントローラ（ＢＳＣ）２２、および基地トランシーバシステム（ＢＴＳ）２０を含む標準ＧＳＭ網要素も示されている。
【００５５】
　図１ａに示すもう１つの要素は各ＢＴＳ２０に取り付けられたＧＰＳ受信機２４である。本発明に関して、ＧＰＳ受信機２４の主要な目的はＢＴＳ２０がエアインターフェイスタイミングをＧＰＳ時間に関連付けられるように、ＢＴＳ２０に正確な時間基準を与えることである。このようにして、この構成は一般的に“同期化された”網と呼ばれる。同期化された網は本発明には直接関係の無い他の利点（例えば、より高速なハンドオフ）も提供することをお判り願いたい。
【００５６】
　支援−ＧＰＳ測位を利用するセルラー網の別の実施例を図１ｂに示す。この実施例もＧＳＭ標準に基づいており、ＢＴＳ２０，ＢＳＣ２２，およびＭＳＣ／ＶＬＲ１５等の前記した標準網構成要素を含んでいる。これらの構成要素は前記したのと同様に機能し、ＭＬＣ１およびＧＰＳ−ＭＳ１０間で支援および測定値を運ぶ。図１ａに示す網との主要な違いは網内のＢＴＳ２０がタイミング情報を提供するＧＰＳ受信機を持たない、すなわち、ネットワークは非同期化されていることである。
【００５７】
　ネットワークが非同期化されてはいるが、１つ以上のセルラー受信機およびＧＰＳ受信機２４を備えたタイミング測定ユニット（ＴＭＵ）２６により必要なタイミング関係が提供される。それが既知の座標に配置されると、ＴＭＵ２６は地理的に近接する１つ以上のＢＴＳからのセルラー伝送を監視する。監視されたＢＴＳ伝送内のイベントにＧＰＳ受信機２４からの対応するＧＰＳ時間がタイムスタンプされる。得られる関係が、図１ｂに示すネットワークではＢＴＳ1である、ＢＴＳにサービスするＴＭＵを介してＭＬＣ１４へ伝送される。
【００５８】
　図２ａおよび図２ｂは1つのＧＰＳ衛星ｉと位置ｘkの特定のＢＴＳ２０および位置ｕのＧＰＳ−ＭＳ１０に対するその座標関係の単純化した図を示す。ＧＰＳ信号捕捉はＧＰＳ−ＭＳ１０における距離測定プロセスの一部である。これらの距離測定値は次にＧＰＳ−ＭＳ１０の位置の推定値を計算するのに使用される。図２に従って、時間ｔにおいてＧＰＳ−ＭＳ１０により測定される衛星ｉからの距離は次式で与えられ、
2004109140.tif 000003
ここに、ｃは光速（ｍ／ｓ）、Ｂiは第ｉ番衛星のクロック、ｂuは受信機のクロック内のバイアス、ＩiおよびＴiは衛星ｉから受信機への経路に沿った電離層および対流圏遅延、Ｓiは第ｉ番衛星の選択可用性（ＳＡ）によるクロックバイアスである。νi項は測定値ノイズ（ｍ）を表わす。全てのハット（“^”）項は推定値もしくは予測値を示しデルタ（“Δ”）項は各パラメータの予測値と実際値間の誤差である。同様に、見通し（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｔｅ）単位ベクトルは次式で与えられる。
2004109140.tif 000004
【００５９】
　電離層、対流圏、およびＳＡ遅延はＧＰＳ誤差割当てに著しく寄与するが、それらは支援計算における他の不確定性により支配される。同様に、衛星クロックバイアスのモデル化誤差ΔＢiは比較的小さい。これらの項は測定値ノイズ項νi内に含めることができる。さらに、受信機および衛星位置不確定性、それぞれΔｘおよびΔＳiは衛星からの距離に対して小さく、次式が得られる。
2004109140.tif 000005
これらの仮定を使用すると、距離に対する方程式は次のように書き換えることができる。
2004109140.tif 000006
上式において、第１の項ｒi,k（ｔ）は、受信機クロックが絶対ＧＰＳ時間と完全に同期されている場合にｘkのＧＰＳ受信機によりなされる期待距離測定値を表わす。この測定値は絶対ＧＰＳ時間からの第ｉ番衛星のクロックのバイアスを含み、一般的に“擬似距離”と呼ばれる。残りの項は既知の位置ｘkにおける距離測定値に関連するため、ＧＰＳ−１０における距離測定値の不確定性を表わす。たとえＧＰＳ−１０がある手段によるｒi,k（ｔ）の知識を有していても、これらの距離不確定性により、衛星ｉからの信号を捕捉するために探索しなければならない符号空間は広がる。本発明の目的はこれらの不確定性を低減するよう管理することである。特に、ＧＰＳ−１０はＢＴＳ２０からの情報を使用して符号偏移探索を低減し、より迅速に衛星信号を捕捉する。
【００６０】
　式（４）の第２の項はユーザ位置の不確定性を表わす。符号位相に関して、シュワルツ不等式は衛星ｉに対するその不確定性は次式により境界が定められると述べており、
2004109140.tif 000007
ここに、λCAはＣ／Ａ符号の波長である（ｆCA＝１．０２３ＭＨｚに対して２９３ｍ／チップ）。例えば、|Δｘ|＝１５ｋｍであれば、−１０２＜ΔΦu,i＜＋１０２チップとなる。しかしながら、|Δｘ|は未知でありそのため符号位相も未知であるため、各衛星について全体符号空間（１０２３チップ）を探索しなければならない。
【００６１】
　ＧＰＳ受信機が図２に示すようなセルラーベース測位システムの一部である場合には、探索の境界を定めるためのいくつかの方法がある。１つの方法はＧＰＳ−ＭＳ１０に対して|Δｘ|が最大セル半径よりも小さいと仮定することである。このパラメータは通常セルラーシステムに対して指定される、例えば、ＧＳＭ標準はセル半径が＜３５ｋｍでなければならないと指定している。この場合、符号位相不確定性は|ΔΦu,i|＜２３９チップのように境界を定められる。しかしながら、この不確定性はまだ１０２３チップ符号空間のほぼ半分である。
【００６２】
　セルラーシステムにより提供される他の情報を使用してユーザ位置によるこの不確定性を低減することができる。全てのモダンなセルラーシステムにおいて、ユーザ端末１０はＢＴＳ２０からの下り伝送のタイミングに基づいてその上り伝送のタイミングをＢＴＳ２０に合わせる。しかしながら、ＢＴＳ２０から見た上り伝送のタイミングはＢＴＳ２０と端末１０間のラウンドトリップ伝播遅延により影響される。修正作用がなければ、上り伝送は距離|Δｘ|が増加するにつれて時間的に遅れて生じるように見える。多数のユーザが遅延依存相互相関特性（ＣＤＭＡ）を有するタイムスロット（ＴＤＭＡ）もしくは擬似ランダム符号により同じチャネルを共用するモダンなデジタルシステムではこれは受け入れられない。この遅延と戦うために、ＢＴＳ２０はユーザからの上り伝送のタイミングを観察し、タイミングが遅れている場合には時間的により早く送信するようユーザに命令する。この方法はＧＳＭ標準におけるタイミング進め（ＴＡ）として知られているが、ＡＮＳＩ−１３６（ＴＤＭＡ）およびＩＳ−９５（ｃｄｍａＯｎｅ）でも使用される。ＴＡ値は典型的にシンボル伝達速度の端数として与えられ、例えば、ＧＳＭ ＴＡは１ｂｉｔ増分で指定される。
【００６３】
　このＴＡ情報はＧＰＳ捕捉探索プロセスにおいてユーザ位置不確定性を低減するのにも使用することができる。ＴＡを有する全方向単一セルシステムを図３に示す。ＴＡ値はユーザがＢＴＳ２０周りの有限幅リング３０内で捜し出されることを明示し、リング３０の幅はＴＡパラメータの分解能によって決まる。ＧＳＭシステムでは、ＴＡはラウンドトリップ遅延により報告され、したがってラウンドトリップパス内には±０．５ｂｉｔ（±５８０ｍ）の不確定性がある。したがって、半径方向距離不確定性は±０．２５ｂｉｔ（±２９０ｍ）すなわちＧＰＳ Ｃ／Ａ−符号の±１チップとなる。
【００６４】
　変位不確定性を低減するためにＴＡ情報を利用することができる、本発明により期待することができる3つのシナリオがある。第１のシナリオでは、ＧＰＳ−ＭＳ１０は衛星位置ｓi，それ自体の近似位置ｘk，および近似仰角θλ，kの知識を持たない。このシナリオでは、ＧＰＳ−ＭＳ１０はそれ自体の位置を計算することができない。符号位相不確定性は次式に従って境界を定めることができ、
　
2004109140.tif 000008
ここに、ＴＡは特定網ユニット内に与えられτTAはＴＡユニットの期間である。ＧＳＭシステムでは、ＴＡはｂｉｔｓで表わされ
2004109140.tif 000009
である。この方法は本質的に衛星が水平線上にありＢＴＳ２０およびＧＰＳ−ＭＳ１０と同一直線上である最悪ケースからの境界を形成する。第２のシナリオでは、ＧＰＳ−ＭＳ１０はＢＴＳkのロケーションにおける衛星仰角θi,kの知識を有する。ＧＰＳ−ＭＳ１０は衛星ｉの天体位置表を有する必要がないことをお判り願いたい。替わりに、例えば、測定支援としてＢＴＳ２０から仰角を提供することができる。その場合、不確定性は次式により境界が定められる。
2004109140.tif 000010
第３のシナリオでは、ＧＰＳ−ＭＳ１０は衛星位置ｓiおよびそれ自体の位置ｘkの知識を有する。これらのパラメータは、例えば、ＭＬＣからの支援メッセージにより提供することができる。あるいは、ＧＰＳ−ＭＳ１０は衛星信号から予め復調されメモリに格納されている衛星天体位置表を使用してこれらの位置を計算することができる。ＧＰＳ−ＭＳ１０はこのロケーション情報を使用して見通しベクトルｌiを推定することができる。このシナリオにおいて境界を定める方法は全ての変位Δｘがｌiに沿って射影するわけではないことを考慮する。この場合、未知のユーザ位置による衛星ｉに対する符号位相不確定性の境界は次式で表わされる。
2004109140.tif 000011
【００６５】
　全てのベクトル積が従来使用されたスカラードット積ではなく標準行列乗算を利用する。平方二乗項はｌiの局所接平面上への射影の大きさである。衛星ｉが真上にある時は、この射影はゼロであり変位Δｘはゼロ符号−位相不確定性に寄与する。したがって、平均すれば、この方法はｌiおよびｘkの付加知識を使用しかつユーザがＢＴＳ２０の局所接平面上にあると仮定することにより探索空間をさらに低減する。局所対流圏変動によりこの仮定は厳密には当てはまらないが、この誤差のインパクトは非常に小さい。この射影方法はＴＡ情報無しで、例えば、最大セルサイズだけで使用することができる。しかしながら、それはＴＡが使用される場合ほどの利点は提供しない。
【００６６】
　前記したように、これらの境界を定める方法は式（４）の第２項をアドレスする。式（４）の第３項は衛星位置の不確定性を表わし、網支援もしくは各衛星伝送からの天体位置表を復調することによりアドレスされなければならない。例えば、支援方式が天体位置表を提供することができ、それは正確な時間基準で使用して衛星位置をサブメートル精度で予測することができる。
【００６７】
　式（４）の第４項はＧＰＳ−ＭＳクロック内のバイアスによる不確定性である。このバイアスの効果を図４のタイミング図に示す。最上位ライン８０はＧＰＳ主制御局（ＭＣＳ）（図示せず）に維持される“真の”ＧＰＳ時間を表わす。垂直ハッシュマーク８２は各Ｃ／Ａ符号がゼロ位相へロールオーバする１−ｍｓエポックを表わす。第２のライン８４はＧＰＳ時間の衛星ｉの視野（ｖｉｅｗ）を表わしバイアスＢi８６を含んでいる。ＭＣＳは衛星の伝送を観察しナビゲーションメッセージ内にパラメータを与えてユーザＧＰＳ受信機が高精度でＢi（ｔ）をモデル化できるようにする。第３のライン８８は図１ａに示すようにｘkにおけるＢＴＳ２０と同じ場所に配置された基準ＧＰＳ受信機２４からのＧＰＳ時間の視野（ｖｉｅｗ）を表わす。以下の説明はこのケースに関するものであるが、当業者ならばタイミング転送原理は図１ｂに示すように基準ＧＰＳ受信機２４がＴＭＵと同じ場所に配置されるケースにも同等によく適用されることがお判りであろう。このＧＰＳ受信機２４はタイムベースも有するが、十分な衛星を捕捉している場合にはそのバイアスｂkは、NAVSTAR GPS Standard Positioning Service Signal Specification, Annex A: Standard Positioning Service Performance Specification (June 1995) に明記されているように１００ｎｓ（０．１チップ）程度のＧＰＳ受信機に典型的な値となる。
【００６８】
　本発明はＧＰＳ−ＭＳクロックバイアスによる不確定性の境界を定める方法も提供する。一般的に、それはＧＰＳ−ＭＳクロックがどこでＧＰＳ時間のエポックが生じるかについて非常に正確な知識を有するように、ＢＴＳ２０からＧＰＳ−ＭＳ１０への非常に正確な時間転送により遂行される。それは全てを図４に示す下記のステップにより遂行される。
１．　ｘkにおけるＧＰＳ受信機（ＧＰＳ−Ｒ）２４がある時間ｔ0においてＢＴＳkにパルス９０を発する。このパルスはＧＰＳ時間のエポックにおいて生じるようにされているが、実際にはＧＰＳ受信機２４（ｂk）内の時間バイアスおよび回路内の伝播遅延および（τd）におけるＧＰＳ−Ｒ２４とＢＴＳ２０間の接続により真のＧＰＳ時間からオフセットされる。モダンなハードウェアの速度およびＧＰＳ−Ｒ２４とＢＴＳ２０が同じ場所に配置されているという仮定に基づいて、総遅延は３００ｎｓを超えてはならない。
２．　ＢＴＳ２０はＧＰＳ−Ｒ２４からパルスを受信すると、その送信（ＴＸ）エアインターフェイスの状態を９２等においてサンプリングする。典型的に、この状態には階層フレーム構造内のフレーム数だけでなく、フレーム内のｂｉｔ数も含んでいる。ＧＳＭ標準はこのようなフレーム構造を使用し、それはエム．モウリーおよびエム．パウテントの論文 The GSM System for Mobile Communications, 1992 に記載されている。ＧＳＭおよびＩＳ−１３６等のＴＤＭＡシステム内の状態もタイムスロット数を含んでいる。図４において、ｔ0におけるＴＸエアインターフェイスの状態は（ＢＮ0，ＴＮ0，ＦＮ0）であり、それぞれ、ビット、タイムスロット、およびフレームを表わす。
３．　ＢＴＳ２０は状態（ＢＮ0，ＴＮ0，ＦＮ0）をスタンドアロンメッセージあるいは利用するＧＰＳ支援方法に特有のもう１つのメッセージの一部としてＧＰＳ−ＭＳ１０へ送信する。この送信は個別のＧＰＳ−ＭＳ１０へ排他的に（ポイントツーポイント）送出するかあるいは現在ＢＴＳ２０によりサービスされるセル内にある全てのＧＰＳ−ＭＳへ同報することができる。
４．　メッセージを受信する前に、ＧＰＳ−ＭＳ１０は周波数をＢＴＳ２０に同期させかつＢＴＳ２０のエアインターフェイス状態と同期化するプロセスを経ていなければならない。（典型的に、このプロセスは特定のセルラーシステムに対する標準の一部として指定される。）ＧＰＳ−ＭＳ１０は９４等においてメッセージを受信すると、（ＢＮ0，ＴＮ0，ＦＮ0）およびＴＡを次の関係で使用することによりそのＧＰＳエポックの時間ｔ0’を引出す。
2004109140.tif 000012
　ここに、τBはビット期間でありフロア演算子“└┘”は引数の整数部を戻す。これらのステップが完了した後で、ＧＰＳ−ＭＳ１０はその受信機のエアインターフェイス状態（ＢＮ0’，ＴＮ0’，ＦＮ0’）においてＧＰＳエポックが発生したという非常に正確な知識を有する。
【００６９】
　前記したプロセスは時間転送方法の基本動作を説明しているが、いくつかの重要な問題点や意見がある。ＴＡパラメータはこの方法の非常に重要な部分であり、特に大きいセルに対してそうである。それが使用されなければ、ＧＰＳ−ＭＳ１０はゼロから最大１方向伝播遅延までの遅延不確定性を有することになる。例えば、ＧＳＭシステム内の３５ｋｍの最大セル半径は０−１２０μｓ（０−１１９Ｃ／Ａ符号チップ）の不確定性を作り出す。ＴＡ値が使用されると、残りの不確定性は１方向遅延の分解能であり、それはＧＳＭの例では０．５−ｂｉｔ（０−１．８Ｃ／Ａ符号チップ）である。ＧＰＳエポックに対する時間転送は本発明の重要な部分であるが、転送に使用されるエポックのタイプもＧＰＳ−ＭＳ１０に対して同じインパクトを有する。それは主としてＧＰＳ−Ｒ２４内のパルスの時間ｔ0が実際の1週間のＧＰＳ時間とどのように関連するかによって決まる。ｔ0がＣ／Ａ符号のミリ秒エポックに基づいている場合には、時間転送を介してＧＰＳ−ＭＳ１０はこのエポックの知識しか持たない。あるいは、ｔ0におけるパルスが２０−ｍｓＧＰＳエポックにおいて発せられる場合には、ＧＰＳ−ＭＳ１０は各送信機におけるＧＰＳ衛星伝送のビットおよび符号タイミングの知識を有する。この情報は衛星位置もしくは距離支援情報と結合してＧＰＳ−ＭＳ１０におけるビットタイミングの優れた推定値を与えることができる。場合によっては感度や捕捉時間性能を制限することがある、ビット同期化の必要性がそれにより排除される。ＧＰＳ−Ｒ２４に対する第３の代替策は1秒ＧＰＳエポックにおいてパルスを発することであり、そこからＧＰＳ−ＭＳ１０はビットおよび符号タイミングを引出すことができる。1秒パルスは時間転送に多くの利点を付加することはないが、大概の商用ＧＰＳ受信機は１Ｈｚ出力を供給するため実現を単純化することができる。
【００７０】
　ＧＰＳ−Ｒ２４からＧＰＳ−ＭＳ１０へのＧＰＳエポック時間の転送精度はいくつかの要因によって決まる。例えば、ＧＰＳ−ＭＳ１０内の総時間バイアスが次式で与えられるものとする。
2004109140.tif 000013
　ここに、
　ｂk＝
2004109140.tif 000014
における真のＧＰＳ時間からのＧＰＳ−Ｒバイアス；
　τd＝ＧＰＳ−Ｒ／ＢＴＳパスを通るパルスの伝播遅延；
　εTA＝ＴＡパラメータの分解能による誤差（±０．２５τTAにわたって均一分布）
　εB＝ＢＴＳエアインターフェイス内のビット期間分解能による誤差（０−τBにわたって均一）；
　τpd＝ＧＰＳ−ＭＳ受信機を通るＧＰＳ信号の伝播遅延。
【００７１】
　τdおよびτpdの両方に対して３００ｎｓの値を仮定し、ＧＰＳ−Ｒ内のバイアスの境界を定めるのに５００ｎｓの値が使用されると、次式が得られる。
2004109140.tif 000015
ＳＭ標準に対して、τB＝τTA＝３．７μｓは|ｂGPS-MS|＜３．８８μｓを意味する。したがって、ＧＰＳ−ＭＳ時間バイアスによる不確定性はＣ／Ａ符号の±４チップよりも小さい。
【００７２】
　前記した方法はＧＰＳ−ＭＳ１０が絶対ＧＰＳ時間の知識を有する必要がない。しかしながら、ＢＴＳ２０からＧＰＳ−ＭＳ１０への時間転送メッセージはエポックイベントに対する絶対ＧＰＳ時間を表示するフィールドを含むことができる。高く評価された天体位置表と組み合わせた時にＧＰＳ−ＭＳ１０に衛星位置したがってそれ自体の位置を計算させることができるため、位置計算機能（ＰＣＦ）がＧＰＳ−ＭＳ１０内に設けられる場合にそれは役に立つ。
【００７３】
　ユーザ位置およびＧＰＳ−ＭＳクロックバイアス不確定性の境界を定めるこれらの方法を使用することにより、全体不確定性は極めて妥当なものとなる。例えば、ＢＴＳ２０が１０−ｋｍ半径を有するセルにサービスし、ＧＰＳ−ＭＳ１０はＴＡ＝１となるようにＢＴＳ２０から５００ｍ変位されているＧＳＭケースについて考える。ＧＰＳ−ＭＳ１０がｌiおよびｘkの知識を提供しない支援方式を使用する場合、|ΔΦu,i|＜２．８５チップとなる。したがって、|ΔΦu,i|＋|ｂGPS-MS|は７チップよりも小さい。支援データによりＧＰＳ−ＭＳ１０が衛星距離を６ｋｍ（２０．５チップ）内まで予測できる場合には、ＧＰＳ−ＭＳ１０はＧＰＳエポックにおいて予期されるＣ／Ａ符号位相周りの±２７．５チップの範囲にわたって探索しなければならない。したがって、符号探索空間はほぼ９５％低減されている。一般的に、平均としてＧＰＳ−ＭＳ１０はＢＴＳ２０からさらに変位されるため、より大きいセルサイズの影響は探索空間を増大させることである。一方、ＧＰＳ−ＭＳ１０が衛星位置（例えば、天体位置表）の知識を有する場合には、探索空間を減少させることができる。
【００７４】
　前記したように、探索範囲を狭めるにはＧＰＳ−ＭＳ１０がＢＴＳ２０から非常に正確な時間転送メッセージを受信するだけでなく、この情報を使用してそれ自体の時間ベースを揃えなければならない。すなわち、ＧＰＳ−ＭＳ１０はその時間ベース（“クロック”）をセットアップして局所ＧＰＳエポックにおいて生じるタイミングイベントを発生しなければならず、前記したように、それは真のＧＰＳエポックからオフセットされる。これらのタイミングイベントは典型的に、適切なＣ／Ａ符号の局所レプリカを発生して受信信号と相関させる等の、信号処理タスクを開始および終了させるためにＧＰＳ受信機により使用される。
【００７５】
　図５は時間転送メッセージを使用してその局所時間ベースを揃えるＧＰＳ−ＭＳ１０の受信機ユニット４０のブロック図である。受信機ユニット４０はＧＰＳおよびセルラー信号を受信することができるアンテナ４２、もしくは各タイプの信号に対する別々のアンテナを含んでいる。アンテナ４２に接続されたＧＰＳ受信機ブロック４４がＧＰＳ信号帯域を選択して、ある低周波数へ変換し、この帯域内の信号のデジタルサンプルをライン４６を介して出力する。アンテナ４２に接続されたセルラー受信機ブロック４８が適切なセルラーチャネルを選択して、ある低周波数へ変換し、この帯域内の信号のデジタルサンプルをライン５０を介して出力する。位相同期ループ（ＰＬＬ）５２は自励発振器５４に接続され、ＧＰＳ受信機４４（ＬＯG）およびセルラー受信機４８（ＬＯC）の両方に適切な周波数の局部発振器信号を発生する。さらに、ＰＬＬ５２はＧＰＳエポックタイミングを発生するための信号を発生する。
【００７６】
　デジタルプロセッサブロック５６はＧＰＳプロセッサ５８とセルラープロセッサ６０の両方を含んでいる。これらのプロセッサ５８，６０は各受信機ブロック４４，４８からライン４６，５０を介してデジタルサンプルを受信し、データを抽出して必要な測定を行うのに必要な処理を実施する。また、セルラープロセッサ６０はライン６２を介してＰＨＨ５２を調節してその出力がセルラー網からの伝送の周波数に同期されるようにする。２つのプロセッサ５８，６０間の通信は図５ではライン６４を介して図示されているが、それは必要条件ではない。
【００７７】
　数値制御発振器（ＮＣＯ）６６がＧＰＳプロセッサ５８に対するエポックタイミングイベントを発生する。ＰＬＬ５２はＮＣＯ６６に対するクロックソースを提供し、後述するように、ＧＰＳおよびセルラープロセッサ５８，６０の両方がＮＣＯ６６を制御する能力を有する。
【００７８】
　受信機４０は下記のステップによりＧＰＳエポックタイミングを調節する。
１．　ＢＴＳ２０から時間転送メッセージを受信する前に、受信機４０はＢＴＳ伝送と時間および周波数を同期化させる標準手順を経ていなければならない。この手順中に、セルラープロセッサ６０はＰＬＬ５２を調節してそのさまざまな出力が、ＧＰＳＮＣＯ６６に対するソースを含めて、ＢＴＳ伝送周波数に同期するようにする。
２．　セルラー受信機４８からのサンプルが与えられると、セルラープロセッサ６０はＢＴＳ２０からの時間転送メッセージを復調して前記した計算を実施する。この点において、セルラープロセッサ６０はＧＰＳ−ＭＳ’のセルラーエアインターフェイスの（ＦＮ0’，ＴＮ0’，ＢＮ0’）状態においてＧＰＳ時間エポックが生じたことを知る。
３．　セルラープロセッサ６０はＧＰＳＮＣＯ６６を更新するある将来の時間ｔ1＝（ＦＮ1，ＴＮ1，ＢＮ1）を決定する。この時間ｔ1は、フレームやタイムスロットの始まり等の、セルラータイミングにおけるエポックとすることができる。次に、セルラープロセッサ６０はｔ1におけるＧＰＳＮＣＯ６６の所望の位相θccを次のように計算する。
2004109140.tif 000016
ここに、ｆgeはＧＰＳプロセッサ５８において使用されるＧＰＳエポックの周波数（典型的には、Ｃ／Ａ−符号エポックに対応する１−ｋＨｚ）であり、“└┘”は引数の整数値を返す。定数τB，τT，およびτFは特定のセルラーエアインターフェイスの、それぞれ、ビット、タイムスロット、およびフレーム期間を表わす。
４．　θceを計算した後で、セルラープロセッサ６０はその値をＧＰＳＮＣＯ６６に特有の数値フォーマットへ変換し、ｔ1においてその位相がθceから開始するようにＧＰＳＮＣＯ６６をプログラムする。セルラープロセッサ６０はＢＴＳ２０から後に続く時間転送メッセージを受信することができ、それを使用してＧＰＳＮＣＯ６６の位相および／もしくは周波数を調節することができる。これらの調節はＢＴＳ伝送における任意の残りの周波数誤差の影響を排除するのに使用される。
５．　随意、ＧＰＳ−ＭＳ１０がＰＣＦを含む場合には、ＧＰＳエポックタイミング発生器内の残りのバイアスもしくはオフセットを決定する能力も有する。このオフセットを決定した後で、前記したのと同様に、ＧＰＳプロセッサ５８はそれを使用してＧＰＳＮＣＯ６６の位相もしくは周波数を調節する。
【００７９】
　要約すれば、本発明はセルラーシステムの副次的情報としてＢＴＳ２０からＧＰＳ−ＭＳ１０へ送られるタイミング進め（ＴＡ）情報を利用して、ＢＴＳ２０からのＧＰＳ−ＭＳ１０の変位のためにＧＰＳ−ＭＳ１０により測定されるＣ／Ａ符号位相内の不確定性の境界を定める方法からなっている。本発明は、ＧＰＳ−ＭＳ１０へのセルラーエアインターフェイスを介した、ＢＴＳ２０と同じ場所に配置されたＧＰＳ受信機２４からの正確な時間転送方法も提供する。この方法もＧＰＳ−ＭＳの内部ＧＰＳタイミング発生におけるバイアスの大部分を除去することによりＧＰＳ−ＭＳの符号位相内の不確定性の境界を定める。
【００８０】
　結合されたセルラー／ＧＰＳ受信機はセルラー網からの時間転送メッセージを利用して数値制御発振器（ＮＣＯ）を調節し、それは受信機内でＧＰＳエポックタイミングを発生する。
【００８１】
　前記した２つの方法で不確定性の境界を定めることにより、ＧＰＳ−ＭＳ１０はＧＰＳ衛星信号の捕捉プロセス中に小さな範囲のＣ／Ａ符号しか探索する必要がない。これらの方法は探索範囲の大きさを少なくとも1桁低減し、その結果信号を捕捉してユーザの位置を計算する際のレーテンシが低くなる。さらに、本発明は性能を制限する場合がある衛星により同報されるナビゲーションメッセージとのビット同期化の必要性を排除する。このような改善によりＧＰＳ受信機はスタンドアロン受信機が動作できない環境において位置を計算することができる。
【００８２】
　当業者ならば他の利点にもお気付きであろう。さらに、本発明の方法は任意他の大概の方式と結合して衛星−位置−関係支援をＧＰＳ−ＭＳ１０に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に従ってＧＰＳ受信機を支援するシステムのブロック図である。
【図１ａ】本発明に従ってＧＰＳ受信機を支援するシステムのブロック図である。
【図１ｂ】本発明に従ってＧＰＳ受信機を支援するシステムのブロック図である。
【図２ａ】セルラー網トランシーバ基地局およびユーザ端末すなわちＧＰＳ−ＭＳに対して位置決めされた衛星の単純化された図である。
【図２ｂ】セルラー網トランシーバ基地局およびユーザ端末すなわちＧＰＳ−ＭＳに対して位置決めされた衛星の単純化された球座標図である。
【図３】セル内のＧＰＳ−ＭＳのロケーションの単純化された図である。
【図４】ネットワーク支援ＧＰＳにおけるタイミング関係を示すタイミング図である。
【図５】本発明に従ったＧＰＳ−ＭＳの受信部のブロック図である。
【図６】ＧＳＭ ＴＤＭＡ時間フレーム構造の線図表現である。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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