(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体通信装置へ送信する位置支援情報を計算する方法において、
ａ）アルマナックデータを移動体通信装置へ送信し、
ｂ）前記アルマナックデータを使用して時間の点における衛星の第１の位置を計算し、
ｃ）前記アルマナックデータを使用して時間の点における衛星の第１のクロック補正を計算し、
ｄ）エフェメリスデータを使用して時間の点における衛星の第２の位置を計算し、
ｅ）エフェメリスデータを使用して時間の点における衛星に対する第２のクロック補正を計算し、
ｆ）第１の位置と第２の位置との間の差、および、第１のクロック補正と第２のクロック補正との間の差に対応する衛星位置情報を計算し、
ｇ）衛星位置情報を移動体通信装置に送信するステップを含んでいる、方法。
【請求項２】
衛星位置の探索を容易にする情報を計算するためのサーバにおいて、
出力ポートと、出力ポートに結合したプロセッサとを具備し、
前記プロセッサは、
ｉ）アルマナック情報に基づいて時間の点における衛星の第１の位置を計算し、
ii）アルマナック情報に基づいて第１のクロック補正を計算し、
iii ）エフェメリスデータに基づいて時間の点における衛星の第２の位置を計算し、
iv）エフェメリスデータに基づいて第２のクロック補正を計算し、
ｖ）第１の位置と第２の位置との間の差、および、第１のクロック補正と第２のクロック補正との間の差に対応する衛星位置情報を計算することが可能に構成されており、
前記出力ポ−トは、アルマナック情報と衛星位置情報を移動体通信装置へ送信することが可能に構成されている、サーバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置探索システムに関し、特にセルラ通信システム内の移動電話装置の物理的位置を決定するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全地球位置探索衛星（ＧＰＳ）システムと地上移動体通信における近年の発展により、種々の位置探索機能および特徴をサポートするためにＧＰＳ機能を移動体電話装置のような移動体通信装置へ一体化することが望まれている。無線リンクが地上移動体通信システム内の移動体通信装置と通信システム内の基地局との間に存在する。基地局は典型的に無線移動体通信装置から無線通信を受信し、無線移動体通信装置へ無線通信を送信する静止した通信装置である。基地局はまた移動体通信装置と、他の移動体通信装置、一般的な電話装置、コンピュータまたは任意の他のこのような端局装置との間に接続を完成するために通信ネットワークと通信する。この無線リンクは移動体通信装置内のＧＰＳ受信機の性能を改良するために移動体通信装置と基地局間の位置探索情報を通信するために使用されてもよい。特に、ＧＰＳシステムにしたがって移動体通信装置の位置を探索するために実行されなければならないある機能は通信装置ではなく基地局により実行されることができる。基地局への幾つかの機能を“移す”ことにより通信装置の複雑性は減少されることができる。さらに、基地局は静止しているので、基地局の位置は通信装置の位置の決定を容易にするために使用されることができる。
【０００３】
ＣＤＭＡ階層サービス（米国電気通信工業会により出版された産業標準ＴＲ45.5.5.2.3/98.10.xx.xx、ＣＤＭＡ階層サービス段２記述、バージョン1.1 に説明されている）のような多くのサービスは、無線電話がアイドル状態である期間中にその位置を決定することを必要とする。位置はユーザに表示されなければならない。アイドル状態では、無線電話は基地局により放送される制御チャンネルによる基地局からの送信を監視する。例えば、産業標準ＩＳ−95  ＣＤＭＡシステム（ＴＩＡ／ＥＩＡにより出版された産業標準ＩＳ−95により規定されているように）では、基地局はページングチャンネルを送信する。特定の基地局から信号を受信できる各電話装置は入来する呼または他のデータがその電話をしようとしているか否かを決定するために制御チャンネルで放送される情報を監視する。
【０００４】
ＧＰＳ受信機は典型的に少なくとも４つのＧＰＳ衛星までの範囲を測定する。衛星の位置と、電話装置から衛星までの範囲が測定が行われる時間において知られているならば、電話装置の位置は計算されることができる。ＧＰＳ衛星は地球の周囲を周回するので地球に関するＧＰＳ衛星の相対的位置は時間によって変化する。ＧＰＳ衛星の位置は衛星の位置が計算されたときの時間と共に衛星の軌道の説明を有することにより決定されることができる。ＧＰＳ衛星の軌道は典型的に種々の摂動を考慮するための補正項により修正された楕円形軌道としてモデル化される。
【０００５】
ＧＰＳシステムでは、衛星の軌道は“アルマナック”または“エフェメリス”のいずれかを使用して表されることができる。エフェメリスは衛星の軌道の非常に正確な表示を表すデータを与える。アルマナックはエフェメリスにより与えられるパラメータの省略された正確性を減少したセットを表したデータを与える。アルマナックデータは詳細なエフェメリスデータよりもはるかに正確性が低い。アルマナックの正確性は送信してから経過した時間量の関数である。表１は情報の経過期間（即ち情報の送信以後に経過した時間量）と情報の正確性との関係を示している。
表  １
（送信からの）データ経過期間              アルマナックの正確性（ｍ）
１日                                    ９００
１週間                                １２００
２週間                                ３６００
さらに、アルマナックは省略されたクロック補正パラメータを与える。アルマナックの時間補正はＧＰＳ時間の２μ秒内までの時間を与える。しかしながら、アルマナックデータを使用して計算された衛星位置とクロック補正は前述の表１で示されているように正確性が低いため電話装置の位置を計算するのに有効ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
装置の位置を計算するいくつかの方法では、衛星までの距離を無線電話で測定し、これらの距離を基地局に接続されたサーバへ送信することを必要とする。基地局は距離測定が行われた時の衛星の位置と共にこれらの距離を使用し、電話装置の位置を計算する。この計算された位置はユーザに対して表示されるか、位置を必要とする任意の他のエンティティへ送信されてもよい。この方法は専用のトラフィックチャンネルを有する電話装置に適している。しかしながら、電話装置にはアイドル状態中に基地局へ情報を送信するための専用のトラフィックチャンネルがないので、この方法はアイドル状態の電話装置には適していない。
【０００７】
基地局と通信するための専用の通信チャンネルがない場合、電話装置は情報を基地局へ送信するために共有されたアクセスチャンネルを使用してもよい。しかしながら（呼を電話装置との間に設定するために共通して使用される）共有されたアクセスチャンネルによって基地局までの測定された距離を送信することは共有されたアクセスチャンネルの容量と、電話装置を付勢する電池の寿命に大きく影響する。したがって、基地局へ測定された距離を送信することは実用的ではない。これは電話装置がその自分の位置を計算できることを必要とする。それを行うため、（正確なＧＰＳ衛星クロックは距離測定を正確に決定することを必要とされるので）電話装置はＧＰＳ衛星の位置とＧＰＳ衛星クロックのエラーを知らなければならない。この情報は制御チャンネルにわたって電話装置へ送信されなければならない。しかしながら、この情報を電話装置に送信することさえも制御チャンネルには大きな負担を与える。
【０００８】
通常の状態では制御チャンネルは非常に大量の情報を伝送しなければならない。制御チャンネルはメッセージの伝送に限定された容量を有する。したがって、制御チャンネルによって大量のＧＰＳ情報を伝送することはできない。さらに情報はそれが受信された後、比較的長い時間使用されることを可能にする形態で送信されなければならない。
【０００９】
これらの問題と非効率が認識され、以下説明する方法で本発明により解決される。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ここに記載された方法および装置は、制御チャンネルの容量に対する影響を最小にして制御チャンネルによって移動体通信装置へ位置支援情報を効率よく送信する。位置探索サーバはアルマナックデータとエフェメリスデータを使用して計算された衛星位置の差を提供する。２つの異なるデータタイプを使用して計算された位置およびクロック補正の差だけを送信すると、移動体通信装置へ送信される情報の総量は著しく減少される。さらに、変化率情報を与えることにより、本発明の方法および装置は位置支援情報が移動体通信装置により受信された後、比較的長期間に有効であることを可能にする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴、目的、利点は添付図面と関連した以下説明する詳細な説明からさらに明白になるであろう。同一の参照符号は全体を通じて対応して示されている。
ここに開示した方法および装置は移動体通信装置と基地局との間で送信される必要のある情報量を減少する優れた方法を提供する。特に、開示された方法および装置は位置を探索して決定するのに有効な２つのタイプの情報を使用することによって送信される必要のある情報の量を減少する。（全地球測位衛星（ＧＰＳ）により与えられるアルマナックデータ等の）第１のタイプの情報は正確性は少ないが効率的な情報である。（ＧＰＳ衛星により与えられるエフェメリスのような）第２のタイプの情報は正確であるが、効率のよくない情報である。開示された方法および装置は（制御チャンネル等の）通信チャンネルの容量における影響を最小にし、１実施形態にしたがって送信された情報が有効である時間量を最大にする。
【００１２】
図１は、移動体通信装置を探索するための（ＧＰＳシステムのような）衛星位置探索システムを使用する通信システムのコンポーネントの高レベルのブロック図である。通信システムは移動体通信装置100 と基地局102 を含んでいる。移動体通信装置100 は（無線電話、無線モデムを有するコンピュータ、または無線モデムを有するファクシミリ機械等の）無線接続によって基地局と通信できる任意の装置であってもよい。基地局102 は移動体通信装置100 から無線送信を受信できる任意の装置である。典型的に、このような基地局102 は移動体通信装置100 を公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）またはインターネットのような地上ベースの通信ネットワークとインターフェイスする。
【００１３】
説明した方法および装置の１実施形態にしたがって、基地局102 は（ＧＰＳサーバのような）位置探索サーバ106 を含んでいる。その代わりに、位置探索サーバ106 は基地局102 から離れて位置され、通信リンクによって基地局102 と通信する。基地局102 とサーバ106 との間の通信リンクは情報が基地局102 を通って移動体通信装置100 からサーバ106 へ通信されることを可能にする任意の形態を取ってもよい。開示した方法および装置の１つの別の実施形態では、位置探索サーバ106 により行われるとしてここで説明した機能は基地局102 により直接行われる。したがって、このような実施形態では、別個の位置探索サーバは必要とされない。
【００１４】
図２は移動体通信装置100 の高レベルのブロック図である。移動体通信装置100 は位置探索アンテナ200 、位置探索受信機202 、位置探索プロセッサ204 、通信アンテナ206 、通信受信機208 、通信プロセッサ210 、メモリ212 を含んでいる。
【００１５】
図３乃至５は説明された方法にしたがって行われるステップを示している。最初に、位置探索サーバ106 は移動体通信装置100 へ、移動体通信装置100 が位置探索信号を受信する可能性のある各衛星104 の軌道に関する情報を送信する（ステップ300 ）。１実施形態にしたがって、この情報は位置探索サーバ106 により基地局102 へ通信される。情報はその後、基地局102 から無線で送信され、移動体通信装置100 内の通信アンテナ206 により受信される。通信アンテナ206 により受信される信号は通信受信機208 へ結合される。通信受信機208 は（フィルタリング、下方変換、増幅等のような）任意の必要な無線周波数処理を実行する。このような無線周波数処理は当業者によく知られている。通信受信機208 からの出力は通信プロセッサ210 へ結合される。
【００１６】
通信プロセッサ210 は受信された信号から、位置探索衛星の軌道に関する情報を抽出する。この情報の抽出は当業者によく知られている。この情報はよく知られた“アルマナック”フォーマットで与えられる。アルマナックと共に、移動体通信装置100 は“アルマナック識別子”を受信する。アルマナック識別子はその識別子が送信されたアルマナックを特別に識別する。移動体通信装置100 はアルマナックとアルマナック識別子をそのメモリ212 に記憶する（ステップ302 ）。説明した方法および装置の１実施形態によれば、アルマナック識別子はアルマナックが有効である（１週間等の）期間を表す数字である。
【００１７】
アルマナックおよびアルマナック識別子を移動体通信装置100 へ送信することに関する任意の時間（このような送信の前、中、または後）に、位置探索サーバ106 はアルマナックが関連する衛星の位置を計算するために送信されたアルマナックを使用する（ステップ304 ）。さらに、クロック補正がアルマナックを使用して計算される。クロック補正は時間ｔ0 において計算される。このようなクロック補正は衛星クロックのエラーから生じるクロックエラーを考慮する。このようなクロック補正の計算方法は当業者によく知られている。
【００１８】
アルマナックから計算されたときの時間ｔ0 における特定の衛星104 の位置は（ｘ0a，ｙ0a，ｚ0a）として示される。時間ｔ0 におけるアルマナックから計算された衛星に対するクロック補正はｃ0aとして示される。
【００１９】
次に、位置探索サーバ106 は時間ｔ0 におけるよく知られた“エフェメリス”データを使用して衛星の位置とクロック補正を計算する（ステップ306 ）。エフェメリスデータが任意の正確なＧＰＳ位置探索システムで必要であることが当業者により理解されよう。エフェメリスデータとアルマナックデータとの両者は実時間で衛星から受信される。時間ｔ0 におけるエフェメリスから計算された衛星104 の位置は（ｘ0e，ｙ0e，ｚ0e）として示される。値（ｘ0a，ｙ0a，ｚ0a）が計算された衛星（即ちアルマナックが受信された衛星）が値（ｘ0e，ｙ0e，ｚ0e）が計算された衛星（即ちエフェメリスが受信された衛星）と同一であることが理解されよう。時間ｔ0 におけるエフェメリスから計算された衛星に対するクロック補正はｃ0eとして示される。
【００２０】
位置探索サーバ106 はまた衛星104 から測定された距離に適用される差補正を計算する（ステップ308 ）。差補正は、開示された方法および装置に関連しない経歴的理由で衛星により意図的に導入されたクロックエラーを補正するために適用される。差補正はｄ0 として示される。
【００２１】
位置探索サーバ106 はアルマナックとエフェメリスから得られた衛星の位置ｘ、ｙ、ｚおよびクロック補正の差を計算する（ステップ310 ）。時間ｔ0 における位置の差は以下のように示される。
Δｘ0 ＝ｘ0e−ｘ0a
Δｙ0 ＝ｙ0e−ｙ0a
Δｚ0 ＝ｚ0e−ｚ0a
Δｃ0 ＝ｃ0e−ｃ0a
基地局位置探索サーバ106 はまた値Δｃ0d＝Δｃ0 ＋ｄ0 を計算し、これは差補正が加算された後のクロック補正Δｃ0 を表している。補正されたクロック値ΔＣodはその後、Δｘ0 、Δｙ0 、Δｚ0 の値の調節に使用される（ステップ314 ）。
【００２２】
基地局は補正の変化率Δｘ0 、Δｙ0 、Δｚ0 、Δｃ0dを計算する（ステップ316 ）。Δｘ0 の変化率を( ・Δｘ0 ）、Δｙ0 の変化率を( ・Δｙ0 ）、Δｚ0 の変化率を( ・Δｚ0 ）、Δｃ0dの変化率を( ・Δｃ0d）で示す。説明した方法および装置の１実施形態にしたがって、変化率値は時間の２つの点における２つの位置間の差を取り、各方向ｘ、ｙ、ｚでそれらの間のラインの勾配を識別することによって計算される。
【００２３】
位置探索サーバ106 は各衛星のｔ0 、Δｘ0 、Δｙ0 、Δｚ0 、Δｃ0d、( ・Δｘ0 ）、( ・Δｙ0 ）、( ・Δｚ0 ）、( ・Δｃ0d）を移動体通信装置へ送信する（ステップ318 ）。説明した方法および装置の１実施形態によれば、これらの値は、米国電気通信産業会／米国電子工業会（ＴＩＡ／ＥＩＡ）により出版された産業標準ＩＳ−９５Ｂにより規定されている共有されるアクセスチャンネル等の制御チャンネルにより送信される。この情報と共に、位置探索サーバ106 はサーバ106 がこれらの補正の計算で使用したアルマナックを識別するための識別子を送信する。
【００２４】
移動体通信装置は制御チャンネルによって情報を受信する。移動体通信装置はサーバ106 により使用されたアルマナックの識別子を、そのメモリ212 に記憶されたアルマナックの識別子と比較する（ステップ320 ）。
【００２５】
識別子が一致したならば（ステップ322 ）、移動体通信装置は時間ｔ1 におけるアルマナックを使用して各衛星104 の位置と各衛星のクロック補正とを計算する（ステップ324 ）。時間ｔ1 は時間ｔ0 と同じである必要はない。時間ｔ1 における電話装置により計算された衛星の位置とクロック補正はそれぞれ（ｘ1a，ｙ1a，ｚ1a）およびｃ1aとして示される。
【００２６】
移動体通信装置は制御チャンネルによって受信された補正をアルマナックを使用して計算された衛星位置と衛星クロックへ適用する（ステップ326 ）。このことにより補正された衛星の位置とクロック補正が得られる。これらは以下のように書かれる。
ｘ1 ＝ｘ1a＋Δｘ0 ＋（ｔ1 −ｔ0 ）( ・Δｘ0 ）
ｙ1 ＝ｙ1a＋Δｙ0 ＋（ｔ1 −ｔ0 ）( ・Δｙ0 ）
ｚ1 ＝ｚ1a＋Δｚ0 ＋（ｔ1 −ｔ0 ）( ・Δｚ0 ）
ｃ1 ＝ｃ1a＋Δｃ0d＋（ｔ1 −ｔ0 ）( ・Δｃ0d）
移動体通信装置は、その固有の位置を計算するために、衛星までの距離測定と共にこれらの補正された衛星位置およびクロックを使用する。位置探索信号は位置探索アンテナ200 により受信される。位置探索アンテナ200 は位置探索受信機202 へ結合される。位置探索受信機202 は任意の必要なフロントエンド無線周波数処理を実行する。位置探索受信機202 は位置探索プロセッサ204 へ結合されている。位置探索プロセッサは通常の方法で各衛星104 までの距離を決定し、その後、各衛星104 の位置を使用してその固有の位置を決定する。
【００２７】
基地局により使用されるアルマナックの識別子が移動体通信装置のメモリ212 に記憶されているアルマナックの識別子と一致しないならば（ステップ322 ）、移動体通信装置はトラフィックチャンネルを設定し（ステップ328 ）、基地局102 によりサーバ106 から新しいアルマナックをダウンロードする（ステップ330 ）。
【００２８】
説明された方法および装置の好ましい実施形態では、制御チャンネルによって送信される情報は、位置およびクロック補正と、時間に関する１次差（変化率）( ・Δｘ0 ）、( ・Δｙ0 ）、( ・Δｚ0 ）、( ・Δｃ0d）を含んでいる。代わりの実施形態は時間に関する高次の差を含んでもよい。別の代わりの実施形態は変化率項を全て除外してもよい。
【００２９】
好ましい実施形態では、電話装置により測定される距離の差の補正は。Δｃ0dを獲得するためにクロック補正項Δｃ0 に補正を適用することにより実現される。他の実施形態では距離の差の補正は、クロック補正項Δｃ0 の代わりに、補正項を衛星位置補正Δｘ0 、Δｙ0 、Δｚ0 へ適用することにより達成されることができる。
【００３０】
本発明は特に全地球測位システムに関するが、これらの同じ原理はＧＬＯＮＡＳＳ等の他の衛星ベースの位置システムに適用されることができる。
【００３１】
さらに、特定の通信システムの１例としてのみＩＳ−９５  ＣＤＭＡシステムを参照する。しかしながら、開示された方法および装置は、移動体通信装置と位置探索サーバとの間で送信される情報量を減少することが望まれる他の無線通信システムにも応用可能である。
【００３２】
制御チャンネルによって送信される唯一の情報は、エフェメリスとアルマナックから計算された位置およびクロック補正との差であるので、少数のビットがこの情報を伝送するために使用されることができる。エフェメリスパラメータまたは実際の衛星の位置を送信する等の衛星位置情報を送信する他の方法は、情報を送信するためのさらに多くのビットを必要とする。このような方法は制御チャンネルの容量に関してさらに高価である。
【００３３】
開示された方法および装置による移動体通信装置へ送信された補正は、情報の変化率を含むので送信時間後の時間の長いウィンドウで有効である。移動体通信装置はこの情報が送信されたときとは異なる時間にこの情報を使用できる。このことは、移動体通信装置が任意の時間にその固有位置を計算でき、情報が送信される時間の周囲の時間の小さいウィンドウ内の位置計算に限定されないことを意味している。衛星情報を送信するその他の方法は情報が送信された後の時間の非常に短いウィンドウでのみ有効である。
【００３４】
説明した方法および装置は当業者が本発明を実行または使用することを可能にするために記載される。説明した方法および装置に対する種々の変更は当業者に容易に明白であり、ここで限定されている一般原理は本発明の技術的範囲を使用せずに他の実施形態にも応用されてもよい。したがって、本発明はここで示されている方法および装置に限定されず、特許請求の範囲と一貫した最も広い技術的範囲に従うことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  移動体通信装置の位置を探索するための（ＧＰＳシステムのような）衛星位置探索システムを使用する通信システムコンポーネントの高レベルのブロック図。
【図２】  開示されている方法および装置にしたがった移動体通信装置の高レベルのブロック図。
【図３】  開示されている方法により実行されるステップ図。
【図４】  開示されている方法により実行されるステップ図。
【図５】  開示されている方法により実行されるステップ図。
【図１】
0005039880.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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