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KR20010072115A - 셀룰러 또는 ｐｃｓ 망을 통해 ｇｐｓ 수신기를 돕는 방법및 시스템 - Google Patents

셀룰러 또는 ｐｃｓ 망을 통해 ｇｐｓ 수신기를 돕는 방법및 시스템 Download PDF

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KR20010072115A
KR20010072115A KR1020017001283A KR20017001283A KR20010072115A KR 20010072115 A KR20010072115 A KR 20010072115A KR 1020017001283 A KR1020017001283 A KR 1020017001283A KR 20017001283 A KR20017001283 A KR 20017001283A KR 20010072115 A KR20010072115 A KR 20010072115A
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KR1020017001283A
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블로에봄레란드스콧
쿠라파티해비쉬
호밀러다니엘피.
자데바거알.
Original Assignee
도날드 디. 먼둘
에릭슨 인크.
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Publication date
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Abstract

본 발명에 있어서, 이동국의 위치를 측정하는 시스템이 개시되어 있다. 이동국은 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기와 GPS 수신기를 포함한다. 상기 시스템은 GPS 수신기를 구비하여 위치표 데이터를 얻는 무선 네트워크 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 위치표 데이터로부터 어시스턴스 정보를 얻어 상기 어시스턴스 정보를 무선 네트워크를 통해 이동국으로 전송한다. 어시스턴스 정보는 GPS 내의 복수의 선택된 위성에 대해, 선택 시간에 이동국에 근접해있는 무선 네트워크에서의 고정된 위치에서의 범위와 상기 범위의 도함수를 나타낸다. 이동국은 수신된 어시스턴스 정보를 이용하여, GPS 내의 복수의 선택된 위성으로부터 수신되는 복합적인 신호를 조사하여 상기 선택된 위성 중 복수의 위성에 대한 부호 위상을 측정하며, 상기 측정된 부호 위상을 무선 네트워크를 통해 무선 네트워크 제어 시스템으로 리턴한다. 무선 네트워크 제어 시스템은 고정된 위치와 상기 측정된 부호 위상을 이용하여 무선 네트워크에서의 이동국의 위치를 계산한다.

Description

셀룰러 또는 ＰＣＳ 망을 통해 ＧＰＳ 수신기를 돕는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR AIDING GPS RECEIVERS VIA A CELLULAR OR PCS NETWORK}
최근에는, 셀룰러 망 또는 그 밖의 공중 육상 이동 통신망(Public Land Mobile Network:PLMN) 내에서의 이동국의 지리적인 위치를 측정하는 것이 다수의 응용 범위에서 중요해지고 있다. 예컨대, 운송 및 택시 회사는 그들의 차량의 위치를 측정하여 급송 절차의 효율을 개선하기 위해 측위 서비스(positioning services)를 요구할 수 있다. 이 외에도, 911 호출과 같은 긴급 호출의 경우, 긴급 상황에서 긍정적인 결과를 보장함에 있어 이동 단말기의 정확한 위치를 아는 것이 매우 중요할 수 있다.
또한, 측위 서비스는 도난 차량(stolen car)의 위치 측정, 낮은 비용으로 요금이 부과될 수 있는 홈 존(home zone) 호출 확인, 마이크로 셀(micro cell) 내의과열 지점(hot spot) 발견, 또는 Where Am I 서비스와 같은 프리미엄(premium) 가입자 서비스를 제공하는데 이용될 수 있다. Where Am I 서비스는, 예컨대 이동국에 가장 가까운 주유소(gas ststion), 식당, 또는 병원의 위치를 측정하는 것을 용이하게 한다.
이동국의 지리적인 위치를 측정하는 한 가지 기술은 위성에 의한 전세계 측위 시스템(GPS)을 이용하는 것이다. GPS는 수신 유닛(unit)의 위치, 속도 및, 시간을 나타내도록 GPS 수신기에서 처리될 수 있는 특별히 부호화된 위성 신호를 제공하는 위성 항행 시스템(satellite navigation system)이다. 3차원 위치 좌표 및, 고정된 좌표계와 관련된 수신기 클록의 시간 오프셋(offset)을 계산하기 위해서는 네 개 이상의 GPS 위성이 필요하다.
GPS 시스템은 약 12 시간 내에 지구를 선회하는 24개(여분을 고려하지 않음)의 위성을 포함한다. GPS 위성 궤도의 높이(20,200Km)는, 위성이 24시간 마다 약 한 번씩 임의의 지점상에서 동일한 지상 항로(ground track)와 구성(configuration)이 반복되도록 하는 것이다. 각각 적어도 네 개의 위성을 가진 명목상의 궤도면이 6개가 있는데, 이것은 일정한 간격을 유지하며(즉, 60°떨어져있음) 지구의 적도면에 대해 약 55°기울어져 있다. 이와 같은 배치는, 지구 상의 어떤 지점에서도 사용자에게 4 와 12 개 사이의 위성이 보일 수 있게 한다.
GPS 시스템의 위성은 GPS 수신기에서 위치, 속도 및, 시간 좌표를 측정하는데 12 레벨의 정밀도를 제공한다. GPS 시스템의 일반 사용자(civilian user) 대부분은, 수평으로는 100 미터, 수직으로는 ±150 미터, 시간상으로는 ±340 ns 의 2-σ정확도를 가진 표준 측위 서비스(Stadard Positioning Service:SPS)를 사용한다. 정밀 측위 서비스(Precise Positioning Service:PPS)는 암호(cryptographic) 장치 및 키를 가지며 특히 수신기를 구비한 공인된 사용자에게만 이용될 수 있다.
GPS 위성 각각은 12 개의 마이크로웨이브 반송파 신호를 전송한다. L1 주파수(그 중심은 1575.42 MHZ임)는 SPS 와 PPS 부호 신호는 물론 항행 메시지를 전달한다. L2 주파수(그 중심은 1227.60 MHZ 임) 또한 PPS 부호를 전달하며, PPS 시스템과 호완성이 있는 수신기를 이용하여 전리층 지연(ionospheric delay)을 측정하는데 이용된다.
L1 및 L2 마이크로웨이브 반송파 신호는 세 가지의 이진 부호: 즉, 1.023 MHZ 대략 획득(Coarse Acquisition:C/A) 부호, 10.23 MHZ 정밀 부호(Precise Code:P-Code) 및, 50 Hz 항행 시스템 데이터 부호(Navigational System Data Code:NAV Code)를 이용하여 변조된다. C/A 부호는 GPS 위성 고유의 특징을 나타내는 의사 난수(pseudorandom number:PRN) 부호이다. 모든 GPS 위성은 동일한 L1 및 L2 반송파 상으로 자신의 이진 부호를 전송한다. 동시에 수신된 다수의 신호는 부호 분할 다원 접속(Code Division Multiple Access:CDMA) 상관기(correlator)에 의해 복원된다. 일반 GPS 수신기내의 상관기는 먼저, NAV 부호에 의해 변조된 C/A 부호를 복원한다. 다음으로, 위상 동기 루프(Phase Locked Loop:PLL) 회로가 NAV 부호에서 C/A 부호를 분리해낸다. GPS 위성 중 어느 것이 범위 내에 있는지를 결정하기 위해서는 먼저 GPS 수신기가 자신의 대략적인 위치를 측정할 필요가 있음을 강조한다. 이와 반대로, 자신의 대략적인 위치를 알고 있는 GPS 수신기는 적절한 GPS위성에 의해 전송된 신호에 더욱 신속히 동조할 수 있다.
보편적으로, GPS 수신기를 개시하는 것은 네 개 이상의 GPS 위성의 항행 데이터 신호로부터 일련의 항법 파라미터를 얻는 것을 필요로한다. 이와 같은 GPS 위성 초기화 과정은 종종 수 분(several minutes)이 소요될 수도 있다.
GPS 측위 과정 시간(duration)은 GPS 수신기가 얼마나 많은 정보를 가지는지에 직접적으로 의존한다. 대부분의 GPS 수신기는, 미리 일년 동안의 예상 위성 위치를 조잡하게 기술하는 달력(almanac) 데이터를 이용하여 프로그램된다. 그러나, GPS 수신기가 대략적인 자신의 위치에 대해 어느 정도 알고 있지 않다면, GPS 수신기는 가시적인 위성으로부터의 신호의 상호관계를 충분히 빠르게 나타낼 수 없으므로, 자신의 위치를 신속하게 계산할 수 없다. 또한, 개시할 때 C/A 부호와 NAV 부호를 얻기 위해서는, 이미-획득한 신호를 계속 감시하는데 필요한 것보다 더 높은 신호 세기가 필요하다는 것을 알아두어야 한다. 또한, GPS 신호를 감시하는 과정은 환경적인 요소에 의해 매우 영향을 받는다는 것을 유념하여야 한다. 따라서, 야외에서 쉽게 얻어질 수 있는 GPS 신호는, 수신기가 잎(foliage) 아래에 있거나, 차량 안, 또는 무엇보다도 건물 안에 있을 때 점점 더 얻기 어려워진다.
FCC 위상 II E-911 서비스의 응답 시간 조건과 같은 최근의 정부 명령에 의해, 반드시 이동 핸드셋(handset)의 위치가 신속한 방식으로 정확히 측정되어야 한다. 따라서, 빠르고 정확한 위치 측정이라는 요구조건을 또한 충족하면서 GPS 수신기를 이동 단말기 내에 효과적으로 구현하기 위해서는, 현지 시간(local time)과 위치 추정, 위성 위치표(ephemeris) 및, 클록 정보(이동국의 위치에 따라 변할 수있음)와 같은 정확한 어시스턴스(assistance) 데이터를 이동 단말기에 신속하게 제공할 필요가 있다. 상기 어시스턴스 데이터를 이용하면, 이동 단말기와 통합되거나 이동 단말기에 접속되는 GPS 수신기가 상기 수신기 개시 절차를 신속히 처리하게 할 수 있다. 따라서, 이동 단말기와 통합되거나 이동 단말기에 접속되는 GPS 수신기로 필요한 어시스턴스 GPS 정보를 기존의 무선 네트워크를 통해 전송할 수 있는 것이 바람직하다.
Taylor 등의 U.S. 특허 제 4,445,118 호에는 GPS 수신기를 돕는 개념이 논의되어 있다. 상기 기술된 방법은 정지 위성(geosynchronous satellite)과 같은 단일 송신기를 이용하여 지리적으로 넓은 영역에 단 하나의 어시스턴스 메시지를 제공한다. 어시스턴스 데이터는 계획된 GPS 위성 목록, 각각의 위성 위치 및, 위성 신호 상의 예측된 도플러 시프트(Doppler shifts)를 포함한다. 이와 같은 메시지 구조는 사용자 수신기 내에서 위치 계산 기능(position computation function:PCF)이 수행될 수 있도록 한다.
Krasner의 U.S. 특허 제 5,663,734 호에는 또 다른 GPS 수신기 접근법이 기재되어 있다. 상기 특허는 주로 수신기 구조와 관련되지만, 어시스턴스에 의해 수신기 성능이 얼마나 개선될 수 있는지가 논의되어 있다. 상기 특허는 "위치표의 데이터 표본"과 예상된 도플러 시프트를 가능한 어시스턴스 메시지 내용으로 언급한다.
Lau의 U.S. 특허 제 5,418,538 호에는, "기준국(reference station)" 에서 동일한 수신기로부터 "차별(differential)" 정보를 브로드캐스트(broadcast) 함으로써 원격 GPS/GLONASS 수신기를 돕는 시스템과 방법이 기재되어 있다. 일 실시예에서, 기준국은 가시적인 위성 목록 및 관련 위치표를 브로드캐스트한다. 원격 수신기에 대한 장점은 세 가지: 즉, 메모리 요구 감소, 주파수 참조 비용 저렴 및 더욱 신속한 획득이 중복되어 있다. 상기 특허에는, 제1 위성을 얻은 후 수신기 클록의 부정확성으로 인한 도플러를 추정하고 제거할 수 있다는 잇점이 기재되어 있다.
Eshenbach의 U.S. 특허 제 5,663,735 호에는, GPS 수신기가 무선 신호로부터 정확한 절대 시간 기준(absolute time reference)을 얻는 방법이 기재되어 있다. 임의로, 수신기는 또한 수신기내에 포함된 그다지 비싸지 않은 수정 발진기보다 더 정확한 주파수 기준을 무선 신호로부터 얻는다. GPS 수신기는 위치 계산을 수행하므로, GPS 수신기에 대한 위치표 및 클록 정정은 물론 절대 시간을 가져야 한다.
일반적으로, 상기 특허는 무선 인터페이스(air interface)를 통한 사용자 단말기와 네트워크 간의 동기화를 이용하지 않는다. 상기 참조한 종래 기술에 있어서 공통적인 또 다른 단점은, 어시스턴스가 그다지 압축되지 않으며 비교적 자주 갱신되어야 한다는 것인데, 이는 셀룰러 망이나 그 밖의 PLMN 에서 효과적인 브로드캐스트 전달을 불가능하게 할 수 있다.
GSM 네트워크에 대한 또 다른 어시스트(assisted)-GPS 계획은 T1 표준 기록(T1P1/98-132r2)이다. 상기 계획은, 기준 GPS 수신기를 네트워크 내의 다양한 노드에 배치하여, 상기 수신기로부터 위치 정보를 얻은 다음, 가시적인 위성 목록과 더불어 상기 정보를 GSM 다운링크 베어러(bearer) 상의 메시지를 통해 모든 핸드셋 GPS 수신기에 제공하는 원리에 바탕을 둔다. 상기 접근법의 잇점은, 핸드셋GPS 수신기를 완전히 기능적이게 할 수 있다는 것인데, 즉 PCF를 포함하며 연속 항법 모드에서 동작할 수 있다는 것이다. 그러나, 현재의 GSM 망 구조는 상기 방법에 필요한 데이터 전송 양을 지원할 수 없을 수도 있다. 어시스턴스를 GPS가 구비된 모든 핸드셋에 브로드캐스트 하는 것이 매우 바람직하지만, 브로드캐스트 기능이 적절한 방식으로 어시스턴스를 전달할 수 있을 것 같지는 않다. 앞으로 포인트-투-포인트(point-to-point) 전달이 실현될 수도 있지만, 현재의 베어러 USSD(Unstructured Supplementary Data)는 필요한 대역폭을 가지지 않는다. 긴급 발생지(E911)에 있어서는 특히 잠재시간(latency)이 중요한데, 이것은 U.S. 업계내의 규제 조건이다.
본 발명은 상기 기술된 하나 이상의 문제점을 새로운 간단한 방법으로 해결하고자 한다.
본 발명은 1998년 8월 13일자로 제출된 미합중국 긴급 출원 제 60/096,437 호의 잇점을 청구한다.
본 발명은 전세계 측위 시스템(Global Positioning System:GPS) 수신기에 관한 것으로서, 특히 셀룰러 또는 PCS 망을 통해 통신하는 셀룰러 전화기나 그 밖의 다른 장치와 함께 구성되는 GPS 수신기에 정보를 전달하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 통상적인 지상 무선 전기통신 시스템의 블록도.
도 1a 및 1b는 본 발명에 따라 GPS 수신기를 돕는 시스템의 블록도.
도 2는 기준 송수신국(base transceiver station)과 GPS-MS 와 관련하여 놓인 위성을 간략히 나타내는 도면.
도 3은 얻어진 시간축(time base)에서 GPS-MS 가 동작하는 방법을 나타내는 타이밍 도.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 GPS 수신기를 돕는 것을 나타내는 메시지 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 이동국의 일반적인 블록도.
도 6은 GSM TDMA 시간 프레임 구조를 나타내는 도면.
본 발명에 따르면, 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기와 전세계 측위 시스템(GPS) 수신기를 포함한 이동국의 위치를 측정하는 방법이 제공된다.
대체로, 여기서는 GPS 수신기가 위치 측정하는 것을 돕는 방법이 개시되어 있는데, 상기 GPS 수신기는 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기를 포함한 이동국내에 구성된다. 상기 방법은, 무선 네트워크로부터 이동국으로 어시스턴스 정보, 즉 선택된 시간에 이동국 부근의 무선 네트워크내의 고정된 위치와, GPS 에서의 복수의 선택된 위성과 관련하여 상기 범위의 도함수(derivatives)를 나타내는 어시스턴스 정보를 전달하는 단계 및, 상기 수신된 어시스턴스 정보를 이용하여, GPS 내의 복수의 선택된 복수의 위성으로부터 수신되는 복합적인 신호를 조사하여 상기 선택된 GPS 내의 위성 중 복수의 위성에 대한 부호 위상(code phase)을 측정하도록 이동국을 동작시키는 단계를 포함한다. 상기 측정된 부호 위상은 선택된 위성 중 복수의 위성에 대한 이동국의 범위를 나타낸다.
본 발명의 특징은, 선택된 시간이 어시스턴스 정보에 포함되며, 무선 네트워크 시간에 대한 표현으로 이동국에 표시되는 것이다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 무선 네트워크는 시분할 다원 접속 방법을 이용하며, 선택 시간은 이동국에 지리적으로 인접한 영역에 서비스를 제공하는 네트워크 전송의 프레임 수, 타임 슬롯 수 및, 비트 수로 표현된다. 타임 슬롯 수나 비트 수, 또는 이들 두 가지 모두는 무선 네트워크와 이동국 모두에 의해 암시적으로 공지되어 있으므로, 전송될 필요가 없다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 무선 네트워크는 부호 분할 다원 접속 방법을 이용하며, 선택 시간은 이동국에 지리적으로 인접한 영역에 서비스를 제공하는 전송의 다원 접속 부호에 대한 위상으로 표현된다.
본 발명의 다른 특징은, GPS 위성이 20 millisecond 비트 주기로 항행 메시지를 전송하며, 전달하는 단계는 선택된 시간에 고정된 위치에서 발견되는 비트 위상으로 범위를 표현하는 단계를 포함하는 것이다. 선택 시간은 GPS 시간의 20 millisecond 시간과 일치한다.
본 발명의 다른 특징은, 전달하는 단계가 어시스턴스 정보를 계산하여, 무선 네트워크를 통해 이동국으로 전달되는 어시스턴스 정보를 양자화하고 부호화하는단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 특징은, 이동국이, 어시스턴스 정보를 이용하여 선택 위성에 의해 전송된 신호의 부호 위상과 주파수 오프셋의 추정값(estimates)을 계산하도록 동작하며, 위성 각각에 대해 상기 추정값을 이용하여 신호를 얻고 소정의 위성에 대한 부호 위상을 측정하는 것이다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기와 GPS 수신기를 포함하는 이동국의 위치를 측정하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, 무선 네트워크로부터 이동국으로 어시스턴스 정보, 즉 선택된 시간에 이동국 부근의 무선 네트워크내의 고정된 위치 범위와, GPS 에서의 복수의 선택된 위성과 관련하여 상기 범위의 도함수를 나타내는 어시스턴스 정보를 전달하는 단계, 수신되는 어시스턴스 정보를 이용하여 GPS 내의 복수의 선택된 위성으로부터 수신되는 복합적인 신호를 조사하여 상기 선택된 GPS 내의 위성 중 복수의 위성에 대한 부호 위상을 측정하도록 이동국을 동작시키며, 상기 측정된 부호 위상을 무선 네트워크로 리턴(return)하는 단계 및, 고정된 위치와 상기 측정된 부호 위상을 이용하여 무선 네트워크에서의 이동국의 위치를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징은, 선택된 위성 중 한 위성에 대해 부호 위상이 측정되는 때를 나타내는 측정 시간을 이동국이 측정하며, 상기 측정 시간이 무선 네트워크로 리턴되는 것이다. 상기 측정 시간은 무선 네트워크의 시간과 관련하여 표현되며, 위치-계산 단계는 상기 측정 시간을 절대 GPS 시간으로 변환하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징은, 무선 네트워크가 MLC(mobile location center)를 포함하고, 상기 MLC가 일정한 위치에서 BTS(base transceiver system)를 통해 이동국과 통신하며, 상기 계산 단계가 MLC에서 수행되는 것이다. MLC는 GPS 수신기, 또는 동일한 장소에 놓여있지 않은 GPS 수신기로부터 필요한 정보를 수신하기 위한 수단을 포함하며, 전달하는 단계는 MLC가 위치표 정보를 얻어 상기 위치표 정보로부터 어시스턴스 정보를 계산하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, BTS는 또한, 정확한 시간 기준을 제공하여 무선 네트워크에서의 시간과 GPS 절대 시간을 관련시키기 위한 GPS 수신기를 포함한다.
본 발명의 다른 특징은, 무선 네트워크는 BTS를 감시하는 무선 송수신기와 GPS 수신기를 가지며 알려진 장소에 있는 TMU(time measuring unit)를 포함하며, 상기 전달하는 단계는 무선 네트워크에서의 시간을 GPS 절대 시간과 관련시키기 위해 TMU 에서 MLC로 시간 기준을 전달하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 이동국의 위치를 측정하는 시스템이 개시된다. 이동국은 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기 및 GPS 수신기를 포함한다. 상기 시스템은 GPS 수신기를 포함하여 위치표 데이터를 얻는 무선 네트워크 제어 시스템을 포함한다. 상기 제어 시스템은 위치표 데이터로부터 어시스턴스 정보를 개발하여, 상기 어시스턴스 정보를 무선 네트워크를 통해 이동국으로 전송한다. 어시스턴스 정보는 선택된 시간에 이동국 부근의 무선 네트워크에서의 고정된 위치 범위와, GPS 내의 복수의 선택된 위성과 관련하여 상기 범위의 도함수를 나타낸다. 이동국은, 수신되는 어시스턴스 정보를 이용하여, GPS 내의 복수의 선택된 위성으로부터 수신되는 복합적인 신호를 조사하여 GPS 내의 선택된 위성 중 복수의 위성에 대한 부호 위상을 측정하며, 상기 측정된 부호 위상을 무선 네트워크를 통해 무선 네트워크 제어 시스템으로 리턴하는 수단을 포함한다. 무선 네트워크 제어 시스템은 고정된 위치와 상기 측정된 부호 위상을 이용하여 무선 네트워크에서의 이동국의 위치를 계산하는 수단을 포함한다.
GPS 수신기의 가장 중요한 역할 중 하나는 다양한 위성 송신기에 대한 범위 측정을 하는 것이다. 일반-등급의 GPS인 경우, 수신기는 각 위성마다 고유한 C/A 부호의 위상을 관찰함으로써 범위를 측정한다. 보편적으로, 수신기는 발견될 때 까지 각 위성의 1023-칩 주기 전체를 조사해야 한다. 이와 같은 역할은, 수신기가 매우 정확한 주파수 기준을 가지지 않은 경우, 그리고 신호가 환경적 감쇠 및/또는 설계 선택에 의해 성능저하되는 경우 더욱 어려워진다. 이러한 경우는 더 많은 수신기 자원을 요구하거나, 상기 획득 및 측정 과정이 길어지는 것을 필요로한다. 전자의 경우는 추가 비용을 필요하며 후자의 경우는 E-911과 같은 소정의 위치 서비스에서 허용될 수 없는 위치 측정 잠재시간을 추가하기 때문에, 상기 두 가지 선택사항 모두 바람직하지 않다.
본 발명에 따르면, 수신기는 상기 두 선택적인 방법을 피하도록 "어시스턴스"를 제공받는다. 특히, 셀룰러 또는 PCS 망을 이용하여 통신할 수 있는 송수신기와 구성되는 GPS 수신기에 어시스턴스 정보를 제공하는 시스템 및 방법이 개시되어 있다.
본 발명에 있어서, 통합된 GPS 수신기의 감도가 개선됨으로써, 상기 수신기는 통상적인 자립형(stand-alone) GPS 수신기가 동작하지 않는 환경에서 동작할 수있다. 사용자 위치를 알아내는데 필요한 전체 시간이 감소한다. 이것은, 사용자에게 어시스턴스 정보를 전송하는데 있어서의 잠재시간 및 이동국에서의 사용자 수신기의 측정 시간 두 가지 모두를 감소시킴으로써 이루어진다.
매우 압축 표현된 어시스턴스 정보를 제공하면, 다양한 네트워크 노드로 정보를 분배하는데 필요한 대역폭을 줄여, 정보가 이동국으로 브로드캐스트될 수 있는 주파수를 증가시킨다. 어시스턴스 메시지에 대한 파라미터를 선택하면, 메시지가 갱신될 수 있는 주파수를 감소시킨다. 이동국내의 사용자 수신기는, 셀룰러 전송의 타이밍과 관련하여 모든 측정이 이루어지므로 절대 시간을 알 필요가 없다. 전체적인 측위 방법은 매우 융통성이 있으며, 네트워크 상의 극소의 요구조건이 및 자원을 갖는다.
본 발명에 대한 또 다른 특징 및 장점은 명세서와 도면으로부터 쉽게 알게 될 것이다.
도 1은 예시된 GSM 셀룰러 망(110)과 같은 공중 육상 통신망(PLMN)을 도시하는 것으로서, 상기 PLMN은 이동 교환국(Mobile Switching Center:MSC)(114)과 관련 방문자 위치 레지스터(Visitor Location Regiater:VLR)(116)를 각각 가진 복수의 MSC/VLR 서비스 영역(112)을 포함한다. 다음으로, 상기 MSC/VLR 서비스 영역(112)은 복수의 위치 영역(Location Areas:Las)(118)을 포함하는데, 상기 위치 영역은, LA(118)를 제어하는 MSC(114) 및/또는 VLR(116)에 대해 각자의 위치를 갱신할 필요없이 이동 단말기 또는 이동국(MS)(120)이 자유롭게 이동할 수 있는 소정의 MSC/VLR 서비스 영역(112) 부분을 말한다. 위치 영역(118) 각각은 다수의 셀(122)로 더 분리된다. 상기 예시된 이동국(120)은 카 폰(car phone) 이나 그 밖의 휴대용 전화기와 같은 물리적인 장치이며, 이는 이동 가입자에 의해, 유선이든 무선이든 셀룰러 망(110)을 이용하여 다른 이동 가입자 또는 가입자 망 외부의 다른 상대방과 통신하는데 사용된다.
MSC(114)는 적어도 하나의 기지국 제어기(Base Station Controller:BSC)와 통신하며, 상기 기지국 제어기는 적어도 하나의 기준 송수신국(BTS)(124)과 접촉하고 있다. BTS(124)는 도 1에서 간단히 무선 탑(radio tower)으로 도시되어 있는 물리적인 장치로서, 책임을 지는 셀(122)에 무선 유효범위(coverage)를 제공한다. 다양한 BSC(123)가 다수의 BTS(124)에 접속될 수도 있으며, 자립형 노드로 구현되거나 MSC(114)와 함께 구성될 수도 있다는 것을 알아두어야 한다. 어떤 경우이든지, 일반적으로 BSC(123) 와 BTS(124) 구성요소를 합하여 기지국 시스템(BSS)(125)이라 한다.
도 1을 또한 참조하면, 각각의 PLMN 서비스 영역 또는 셀룰러 망(110)이 홈 위치 레지스터(Home Location Register:HLR)(126)를 포함하는데, 상기 홈 위치 레지스터는 사용자 프로파일과 같은 가입자 정보, 현재의 위치 정보, 국제 이동전화 가입자 식별(International Mobile Subscriber Identity:IMSI) 번호 및, PLMN(110)내에 기록되는 가입자에 대한 그 밖의 관리 정보를 포함하는 데이터베이스이다. HLR(126)은 소정의 MSC(114)와 같은 장소에 놓여 있거나, MSC(114) 또는 (도 1에 도시된 바와 같이) 유용한 다수의 MSC(114)와 함께 구성되기도 한다.
VLR(116)은 MSC/VLR 서비스 영역(112)내에 놓이는 전체 MS(120)에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스이다. MS(120)가 새로운 MSC/VLR 서비스 영역(112)(도 1에 도시하지 않음)과 같은 새로운 물리적인 위치로 이동한다면, MSC(114)와 연결된 VLR(116)은 HLR(126)로부터 MS(120)에 대한 정보를 요청한다(이와 동시에 MS(120)의 새로운 위치에 대해 HLR(126)에 알려줌). 따라서, MS(120) 사용자가 호출하고자 하면, 로컬 VLR(116)은 HLR(126)에 신호를 보낼 필요없이 필요한 가입자 식별 정보를 가지게 된다.
기본적인 GSM 액세스(access) 방식은 반송파마다 8개의 기본적인 물리적 채널을 가진 시분할 다원 접속(TDMA)이다. 반송파 간격은 200 KHz이다. 따라서, 물리적 채널은 타임 슬롯 수와 주파수 도약 시퀀스(frequency hopping sequence)에 의해 추가로 규정되는 바와 같은 TDMA 프레임 시퀀스라 할 수 있다. 기본적인 무선 자원은 15/26 ms(즉, 576.9 ㎲) 지속되며 약 270.83 Kbits/s의 변조 속도로 정보를 전송하는 타임 슬롯이다. 이는, 각 타임 슬롯의 길이가 156.25 bits임을 의미한다. 8 개의 타임 슬롯이 한 개의 TDMA 프레임을 구성한다. 따라서, TDMA 프레임은 4.615 ms(60/30 ms)의 시간을 갖는다.
GSM TDMA 시간 프레임 구조에 대한 도식적인 표현이 도 6에 도시되어 있다. 상기 구조 중 가장 길게 되풀이되는 시간 주기를 하이퍼프레임(hyperframe)이라 하며, 이는 3h, 38m 53s 및 760 ms의 시간을 갖는다. GSM TDMA 프레임은 프레임 번호(Frame Number)(FN)에 의해 번호가 매겨진다. 프레임 번호(FN)는 0 에서 2,715,647(즉, FN_MAX로 공지되어 있는 2048 ×51 ×26 - 1) 까지의 범위를 가진 순환되는 연속 TDMA 프레임 수이다. 프레임 번호는 각 TDMA 프레임 끝에서 증가한다. 0 에서 2,715,647 에 달하는 TDMA 프레임 번호의 전체 사이클을 하이퍼프레임이라 한다. 이와 같이 긴 주기는 ETSI GSM 사양에 의해 규정된 소정의 암호 메카니즘을 지원하는데 필요하다.
GSM TDMA 하이퍼프레임은, 각각 6.12s의 시간을 갖는 2,048 개의 슈퍼프레임(superframe)으로 분리된다. 슈퍼프레임은 GSM TDMA 시간 프레임 구조의 최소 공배수이다. 슈퍼프레임 자체는 또한 세 종류의 멀티프레임(multiframe): 즉 26-멀티프레임, 51-멀티프레임 및, 52-멀티프레임으로 분리된다.
제 1유형의 GSM TDMA 멀티프레임은 총 120 ms 의 시간을 가진 26 개의 TDMA프레임을 포함하는 26-멀티프레임이다. 따라서, GSM TDMA 슈퍼프레임은 상기 26-멀티프레임을 51개 가질 수 있다. 이와 같은 26-멀티프레임은 트래픽 채널(Traffic Channel:TCH)과 관련 제어 채널(Slow Associated Control Channels:SACCH 및 Full-rate Associated Control Channels:FACCH)을 전달하는데 사용된다.
제 2유형의 GSM TDMA 멀티프레임은 51개의 TDMA 프레임을 포함하며 총 235.4 ms의 시간을 가진 51-멀티프레임이다. GSM TDMA 슈퍼프레임은 상기 51-멀티프레임을 26개 가질 수 있다. 상기 51-멀티프레임은, BCCH(Broadcast Control Channel), CCCH(Common Control Channel) & SDCCH(Stand-alone Dedicated Control Channels), 또는 PBCCH(Packet Broadcast Control Channel) & PCCCH(Packet Common Control Channel) 등을 포함하여 브로드캐스트, 공통 제어 및 자립형 전용 제어(그리고, 이들과 관련된 제어 채널)를 지원하는데 이용된다.
제 3유형의 GSM TDMA 멀티프레임은 52 개의 TDMA 프레임을 포함하며 총 240ms 의 시간을 가진 52-멀티프레임이다. GSM TDMA 슈퍼프레임은 상기 52-멀티프레임을 25.5개 가질 수 있다. 52-멀티프레임에서의 TDMA 프레임은 0 에서 51 까지의 번호로 되어 있다. 52-멀티프레임 형식은 PBCCH, PCCCH, PACCH & PDTCH 등의 패킷 데이터 트래픽 및 제어 채널을 지원하는데 이용된다.
앞서 언급된 바와 같이, TDMA 프레임은 8 개의 타임 슬롯으로 이루어지며 4.615 ms(60/13 ms)의 시간을 갖는다. 각 타임 슬롯은 약 576.9 ㎲(15/26 ms), 즉 156.25 비트 길이이며, 그것의 물리적인 내용을 버스트(burst)라 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, GSM TDMA 시스템에는 네 가지 상이한 버스트가 사용된다.
제 1유형의 버스트는 소위 정규 버스트(Normal Burst:NB)로서, 이는 116 개의 암호 비트(encrypted bit)와 8.25 비트(약 30.46 ㎲) 길이의 보호 시간(guard time)을 포함한다. 정규 버스트는 랜덤 액세스 채널(Random Access Channel:RACH)을 제외한 트래픽 및 제어 채널 상에 정보를 전달하는데 사용된다.
제 2유형의 버스트는 소위 주파수 정정 버스트(Frequency Correction Burst:FB)로서, 이는 142 개의 고정 비트와 8.25 비트(약 30.46 ㎲) 길이의 보호 시간을 포함한다. 주파수 정정 버스트는 이동 단말기의 주파수 동기화에 사용된다. FB는 주파수 내에서 시프트 되지만 정규 버스트와 동일한 보호 영역을 갖는 비 변조된 반송파에 상응한다. FB는 BCCH와 함께 브로드캐스트 된다. 또한, FB가 반복된 것을 주파수 정정 채널이라 한다.
제 3유형의 버스트는 소위 동기화 버스트(Synchronization Burst:SB)로서, 이는 78 개의 암호 비트와 8.25 비트의 보호 주기를 포함한다. 동기화 버스트는 64-비트 길이의 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 포함하며, TDMA 프레임 번호는 물론 기지국 식별 부호(BSIC)에 대한 정보를 전달한다. SB는 이동 단말기의 시간 동기화에 사용되며, 주파수 정정 버스트(FB)와 함께 브로드캐스트된다. 또한, SB가 반복된 것을 동기화 채널(SCH)이라 한다.
제 4유형의 버스트를 소위 액세스 버스트(Access Burst:AB)라 한다. 액세스 버스트는 랜덤 액세스에 사용되며 더 큰 보호주기(68.15 비트 길이 또는 252 ㎲)를 갖는 특징이 있어 제1 액세스시(또는 핸드 오버(handover) 이후) 타이밍 향상을 알 수 있는 이동 단말기로부터 버스트 전송을 제공한다. 이와 같이 보호 주기가 더 길어짐으로써, 이동국은 기지국 송수신기로부터 35 km 까지 놓일 수 있다. 예외적인 경우로서, 상기 설계는 셀 반경이 35 Km 보다 큰 경우와도 호완성이 있을 수 있다. AB는, 핸드 오버 이후 (패킷) 랜덤 액세스 채널(PRACH)에 사용되어 음성 그룹에 사용된 채널의 업링크 상에서 상기 업링크 사용을 요청함은 물론, 패킷 트래픽 제어 채널(Packet Traffic Control Channel:PTTCCH)의 업링크 상에서 사용되어 패킷 전달 모드의 이동국에 대한 타이밍 개선을 추정할 수 있다.
어시스트-GPS 위치 측정을 이용하는 셀룰러 망의 블록도가 도 1a에 도시되어 있다. 이러한 소정의 예는 상기와 같이 GSM 표준에 따르지만, 당업자들이라면 상기 접근법을 다른 표준에도 사용할 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 사용자 장치(10)는 표준 무선 인터페이스를 통해 GSM 네트워크(12)와 충분히 통신할 수 있는 이동국으로서, 이는 GPS 위성으로부터 신호를 얻어 상기 신호를 측정할 수 있는 GPS 수신기를 포함한다. 이러한 장치(10)를 GPS-MS라 한다.
도 5를 참조하면, GPS-MS(10)의 블록도가 도시되어 있다. 특히, GPS-MS(10)는 보편적인 이동국(또한, 무선 전화기, 셀룰러 전화기, 또는 셀 전화기라고 함)을 포함하며, 자신과 무선 네트워크 간에 무선 신호를 송/수신하는 제1 안테나(30)를 포함한다. 안테나(30)는 셀룰러 송수신기(32)에 접속되어, 신호를 브로드캐스트하여 수신한다. 일반적인 이동국을 이용하는 것과 마찬가지로, 송수신기(32)는 하나 이상의 채널로 무선 신호를 복조, 디멀티플렉싱(demultiplex) 및, 복호화(decode)한다. 상기 채널은 제어 채널과 음성 또는 데이터용의 트래픽 채널을 포함한다. 제어 채널로부터의 메시지는 프로세서(34)로 전달된다. GPS-MS(10)가 무선 네트워크내에서 동작할 수 있도록, 프로세서(34)는 메모리(36)에 저장된 프로그램과 데이터를 이용하여 제어 채널 상의 메시지에 따라 GPS-MS(10)의 기능을 제어하고 조정한다. 프로세서(34)는 또한, 사용자 인터페이스를 나타내는 I/O 블록(38)으로부터의 입력에 따라 GPS-MS(10)의 동작을 제어한다. I/O(30)는 키패드, 디스플레이, 라이트 및, 특정 용도의 버튼 등을 포함할 수 있다. 제2 안테나(40)는 GPS 수신기(42)에 제공되는 GPS 위성으로부터의 복합적인 신호를 수신하는데 사용된다. GPS 수신기(42)는 상기 신호에 대한 정보를 프로세서(34)로 전달한다. 프로세서(34)는 본 발명에 따라 프로그램되어, 무선 네트워크로부터 수신되는 정보를 이용하여 GPS 위치 측정을 한다(이하 더 상세히 기술됨).
다시 도 1a를 참조하면, MLC(14)는 GPS 어시스턴스 정보를 얻어 이를 GPS-MS(10)가 원하는 형식으로 변환할 책임이 있다. MLC(14)는 아마도 위치표와 클록 정정 데이터 형태로 어시스턴스를 수신하게 된다. 상기 정보에 대한 두 가지 가능한 소스(source)가 도시되어 있다. 한 소스는 MLC(14)와 직접 통신하는 기준 GPS 수신기(16)이다. 상기 기준 GPS 수신기(16)는 가시적인 GPS 신호를 얻으며, 전송되는 항행 메시지를 복조하는데, 이는 각각의 위성에 대한 위치표와 클럭 정정을 포함한다. GPS 수신기(16)는 또한 정확한 시간 기준으로 사용됨은 물론, 차이(differential) GPS(DGPS) 정정을 위한 소스로 사용될 수도 있다. 또한, 위치표는 일례로 TCP/IP 네트워크를 통해 외부 데이터베이스(18)로부터 얻을 수 있다.
이러한 경우, MLC(14)는 다른 소스로부터 정확한 시간과 DGPS 정보를 얻어야 한다. 실제로, MLC(14)는 다수의 GPS 정보 소스를 가져 신뢰도(reliability)를 향상시키는 것이 유리하다. 도 1a를 보면, MLC(14)는 또한 셀 데이터 베이스(28)로 액세스하는데, 상기 셀 데이터 베이스는 MLC에 의해 서비스를 받는 지리적인 영역내에 있는 모든 셀 위치에 대한 좌표를 포함한다. 도 1에는 또한, MSC/VLR(15), BSC(22) 및, BTS(20)를 포함하고 이미 기술된 표준 GSM 네트워크 요소가 도시되어 있다.
도 1a에 도시된 네트워크 내의 또 다른 요소로는 각 BTS(20)에 부착된 GPS 수신기(24)가 있다. 본 발명에 있어서, GPS 수신기(24)의 주 용도는 BTS(20)에 정확한 시간 기준을 제공하여 BTS(20)가 무선 인터페이스 타이밍을 GPS 타임과 관련시킬 수 있게 하는 것이다. 이러한 점에서, 보편적으로 상기 구성을 "동기식(synchronized)" 네트워크라 한다. 동기식 네트워크는 본 발명과 직접 관련이 없는 또 다른 잇점(예컨대, 더욱 신속한 핸드오프(handoff))을 제공한다는 것을 알아두어야 한다.
어시스트-GPS 위치 측정을 이용하는 셀룰러 망에 대한 선택적인 실시예가 도 1b에 도시되어 있다. 상기 실시예 또한 GSM 표준에 따르며, BTS(20), BSC(2) 및, MSC/VLR(15)와 같은 상기 기재된 표준 네트워크 구성요소를 포함한다. 상기 구성요소는 MSC(1)와 GPS-MS(10) 간에 어시스턴스와 측정값을 전달하는 상기 기재된 것과 동일한 방식의 기능을 한다. 도 1a에 도시된 네트워크와의 주된 차이점은, 네트워크 내의 BTS(20)가 타이밍 정보를 제공하기 위한 GPS 수신기를 가지지 않는다는 것으로서, 즉 상기 네트워크가 비동기식(unsynchronized)이라는 점이다.
상기 네트워크가 비동기식이지만, 필요한 타이밍 정보는 타이밍 측정유닛(Timing Measurement Unit:TMU)(26)에 의해 제공된다. 상기 TMU(26)는 하나 이상의 셀룰러 수신기 및 GPS 수신기를 가지고 있다. 일단 TMU(26)가 공지된 좌표에 놓이면, TMU(26)는 지리적으로 근접해있는 하나 이상의 BTS로부터의 셀룰러 전송을 감시한다. 상기 감시되는 각 BTS 전송에서의 이벤트(event)는 TMU's GPS 수신기로부터의 상응하는 GPS 시간을 이용하여 타임-스탬프된다(time-stamped). 그 결과로 나타나는 관계는 TMU가 서비스를 제공하는 BTS를 통해 MLC(14)로 전송되는데, 도 1b에 도시된 예에서는 BTS1를 통해 전송된다.
도 2는 단일 GPS 위성(i) 및, 위치(x k )에 있는 소정의 BTS(20)와 위치(u)에 있는 GPS-MS(10)에 대한 상기 위성의 좌표 관계를 간략히 도시하는 것이다. 시간(t)에 GPS-MS에 의해 측정된 위성(i)으로부터의 범위는 다음과 같다:
여기서, c는 빛의 속도(m/s), Bi는i th 위성 클록의 바이어스(bias)(s), bu는 수신기 클록의 바이어스(s), Ii와 Ti는 위성(i)에서 수신기까지의 경로를 따르는 전리층 지연과 대류권(tropospheric) 지연, 그리고 Si는i th 위성에서의 선택적 유용성(selective availability:SA)으로 인한 클록 바이어스(s)이다. vi항은 측정잡음(m)을 나타낸다. 모든 햇(hat)("^") 항은 추정 또는 예측값을 나타내며, 델타(delta)("Δ") 항은 각 파라미터의 예측값과 실제값 사이의 오차를 나타낸다. 이와 같은 방식으로, 가시선(line-of-sight) 단위 벡터는 다음과 같이 주어진다:
전리층, 대류권 및, SA 지연이 GPS 오차 예산에 상당한 기여를 하지만, 이들은 어시스턴스 계산에서 다른 불확실한 것에 의해 조절된다. 마찬가지로, 위성 클록 바이어스의 모델링 오차(ΔBi)는 비교적 작다. 상기 항은 측정 잡음 항(vi)에 포함될 수 있다. 이 외에도, 수신기와 위성 거리의 불확실성(각각 Δx, Δs i임)이 위성으로부터의 범위에 비해 작다면, 다음과 같이 된다:
이와 같은 가정을 이용하여, 범위 측정 식을 아래와 같이 다시 쓸 수 있다:
상기 식에서, 제1 항(ri,k(t))은, 수신기 클록이 절대 GPS 시간에 완벽히 동기화를 이룬다고 가정하고,x k에서 GPS 수신기에 의해 이루어질 수 있는 예상 범위 측정을 나타낸다. 상기 측정은 절대 GPS 시간으로부터의i th 위성 클록의 바이어스를 포함하며, 보편적으로 "가상범위(pseudorange")라 한다. 식 (4)에서 제2 항은 사용자 위치에서의 앰비규어티(ambiguity)를 나타내는 반면, 제3 항은 위성 위치에서의 앰비규어티를 나타낸다.
ri,k(t) 항은 식 (4)의 다른 항 보다 훨씬 더 크며, 이는 획득 과정에 촛점을 맞추기 위해 GPS 수신기에 의해 이용될 수 있다. 이하 기술되어 있는 바와 같이, MLC(14)는 상기 항을 계산하여, 그 표현을 BTSk에 의해 서비스를 받는 모든 GPS-MS(10)에 어시스턴스 메시지 부분으로서 제공한다. 어시스턴스를 계산하기에 앞서, MLC(14)는 정당한 위치표와 클록 정정 정보를 가져야 하는데, 이는 상기 기술된 바와 같은 다양한 소스로부터 얻을 수 있다. MLC(14)는 또한, GPS 수신기나 WWV와 같은 다른 소스에 의해 제공될 수 있는 정확한 실시간 클록을 가져야 하며, 이는 U.S. 정부의 NIST 기관에 의해 전송되는 단파(short-wave) 무선 신호이다. 또한, MLC(14)는 자신이 서비스하는 모든 BTS(20), 즉 서비스를 받는 BSC(22)에 부착된 모든 BTS(20)의 지리적인 좌표를 가져야 한다. k th 서비스를 받는 BTS에 대한 ECEF(earth-centered-earth-fixed) 좌표를x k라 한다. 상기 정보는 도 1a 및 1b에 데이터베이스(28)로 도시되어 있다.
어떤 시간(t1)에 MLC(14)가 상기와 같은 상태에 있다면, MLC(14)는 정당한 위치표를 이용하여 t1에서의 모든 GPS 위성의 위치를 계산한다. 다음으로, MLC(14)는 si에서의i th 가시적인 위성과 xk에서의 BTSk사이의 범위(ri,k)와 BTSk에 어떤 것이 보이는지를 판정한다. BTSk는, 자신이 서비스를 제공하는 모든 GPS-MS(10)에 대한 어시스턴스 메시지 파라미터로서 상기 범위 항을 제공할 수 있다.
그러나, 범위(ri,k)는 시간(t1)에서 또는 상기 시간에 매우 가까운 시간에서만 BTS(20)에 의해 서비스를 받는 GPS-MS(10)를 돕는데 기여한다. 약 3.85km/s의 GPS 위성 궤도 속도로 인해, 범위(ri,k)가 매우 빠르게 변화한다. 실제 범위 속도는 여러가지 요소에 의존하지만, 보편적으로는 ±800 m/s 사이이다. 어시스턴스는 긴 시간 동안, 예컨대 t1이후 30 내지 60 분 동안 정당한 것이 바람직하여, 더욱 많은 정보가 필요하다. 상기 정보는 Taylor 급수 전개식(series expansion)을 시간(t1)에 대한 ri,k(t)에 적용함으로써, 즉 다음과 같이 함으로써 얻어질 수 있다,
상기 급수로부터 충분한 도함수 항을 유지함으로써, 위치(ri,k(t2))는 어떤 시간(t1+Δt)에 필요한 정확도로 표현될 수 있다. 잘 알려진 GPS 위성 운동 및 Δt < 45 분인 목표 시간에 따라, 상기 급수의 처음 5개 항(n=0...4)을 유지함으로써 충분한 정확도가 얻어질 수 있다. 원하는 Δt가 감소한다면 더 적은 도함수가 사용될 수 있다는 것을 알아두어야 한다.
범위 항(ri,k(t1))은 미터(m)의 단위를 가지며, 2x107m.t 정도이다. 범위 값을 직접 부호화하는 것 보다 더 효과적인 표현이 있다. 예컨대, 일반 GPS 수신기는 보편적으로 자신의 로컬 클록 소스의 1-ms 기간에 C/A 부호의 위상을 관찰함으로써 상기 범위를 측정한다. 상기 범위는 로컬 시간축이 GPS 시간인(예컨대, 클록 바이어스 또는 측정 잡음이 전혀 없음)x k에서 "이상적인" 기준 수신기를 이용하여 1-ms 기간에 부호 위상을 관찰함으로써 정해질 수 있다. 이는, GPS-MS 위치가 거의 셀 반경 내인 것으로 알려져 있으므로 MLC를 제외하고 GPS-MS 에 대해서는 정수-millisecond의 앰비규어티를 야기한다. 그 외의 앰비규어티는 식 (4)에서의 범위와 클록 항을 포함한다.
이하, 바람직한 다른 선택적인 방법이 설명된다. GPS 위성은 20-ms 비트 주기(50-Hz 데이터 전송 속도(data rate))로 항행 메시지를 전송한다. 범위(ri,k(t))에 따라,x k에서의 이상적인 수신기는 전송되는 시간과 관련하여, 0 내지 20 ms 범위내에서 일어나는 위성(i)으로부터의 항행 메시지 내의 비트 가장자리(edge)를 조사한다. 따라서, 범위는 다음과 같이 t1의 20-ms GPS 기간에 이상적인 수신기에 의해 관찰된 비트 위상으로 표현될 수 있다:
여기서, 1023은 위성(i)에 의해 전송된 골드(Gold) 부호의 1-ms 내에 있는 칩 수이다. GPS-MS(10)의 시각(perspective)에서, 상기 식은 위치와 클록 바이어스로 인한 앰비규어티가 더해진 정수 비트의 앰비규어티를 갖는다. 그 결과(φi,k(t1))는 칩에 대한 식으로 주어지며, 최대 20460의 값을 값는다. 상기 식 (6)의 관계식은 엄격히, GPS 위성 전송의 실제 비트와 부호 위상이 0인 때 t1이 20-ms GPS 기간인 경우에만 정당하다는 것을 알아두어야 한다. t1이 20-ms 기간이 아니라면, 0이 아닌 위상이 φi,k(t1) 계산에 포함되어야 한다.
일단 어시스턴스 항이 계산되었다면, 상기 항은 서비스를 받는 BSC(22)에 제공되기 전에 양자화되어 부호화된다. 다양한 양자화 및 비트-할당 방식이 이용될 수 있으며, 아래의 표 1은 네 개의 도함수 어시스턴스에 대한 상기 한 가지 예를 제시한다.
파라미터 범위 비트 필요한 수
φi,k(t1) 0-20460 chips 13 N
r'i,k(t1) ±800 m/s 10 N
r"i,k(t1) -0.08- +0.16 m/s2 7 N
r'"i,k(t1) ±2.5x10-5m/s3 7 N
r""i,k(t1) ±0.8x10-8m/s4 3 N
satID 0-31 5 N
t1 0-604800s 20 1
총 비트 20+45N
양자화는 각각의 파라미터에 대한 확률 밀도 함수(probability density function:PDF)에 의존할 수 있다. 예컨대, φi,k(t1)는 균일한 분포를 가질 것으로 예상된다. 총 비트 수는 위성 수(N)에 의존하며, 보편적으로는 380(N=8)의 값을 갖는 200(N=4) 내지 560(N=12)의 범위를 갖는다. t1에 대한 20 비트 값은, 어시스턴스 파라미터가 정수의 제2 GPS 시간에 대해 계산될 경우 충분한 정확성을 제공한다.
상기 경우, 각각 100개의 BTS(20)에 서비스를 제공하는 5 개의 BSC(22)에 MLC(14)가 서비스를 제공하며, 어시스턴스 메시지가 30분마다 갱신되면, MLC(14)와 BSC(22) 간의 링크는 평균적으로 시간 당 380,000 비트를 전달해야 한다. 10-초의 갱신 잠재시간이 허용된다면, 상기 링크는 각 갱신 주기동안 초당 19,000 비트를 전달해야 한다.
상기 어시스턴스-계산 절차에 예상되는 개선해야 할 점이 여러 가지 있다. 한 가지 예상되는 결점은, t1에서 보이는 어떤 위성이 t2또는 t2부근에서는 보이지 않기 때문에, 유효 목록 크기를 감소시킨다는 것이다. 이 문제를 처리하기 위한 한 가지 방법은, MLC(14)가 그것의 가시 목록을 계산할 때 "예견(look ahead)"하는 것이다. t1와 t2사이의x k에서 보일 수 있는 위성에 대한 어시스턴스가 포함될 수 있다. 대부분의 경우, 상기 특징은 불과 하나 또는 두 개의 위성만큼 목록을 증가시킨다. MLC(14)는 서비스를 받는 각 BTS(20)에 국부적인 지리 및/또는 전파 조건에 대해 어느 정도 알고 있다면, 각 BTS(20)에서 보일 가능성이 가장 높은 위성에 대한 어시스턴스를 구성하는데 상기 정보를 이용할 수 있다. 예컨대, BTS(20)가 규정된 지리적인 방위를 이용하여 거리에 서비스를 제공한다는 것을 MLC(14)가 알고 있는 경우, 매우 유용한 어시스턴스가 생성될 수 있다.
임의의 GPS 위치 측정 방법에 필요한 것은 이동국으로의 시간 전달이다. 통상적인 GPS 접근법에 있어서, GPS 수신기는 자신이 측정하는 하나 이상의 위성 신호로부터 GPS TOW(time-of-week)를 복조해야 한다. 본 발명의 핵심은, GPS-MS(10)가 절대 (GPS) 시간에 대한 정확한 시간을 가질 필요가 없다는 것이다. 대신, GPS-MS(10)는 네트워크 이벤트에 따른 시간과 관련하여 GPS-관련 계산과 측정을 수행한다. 반면, MLC(14)는 정확한 절대 시간 기준을 가져, GPS-MS 측정에 따른 정확한 위치 계산을 수행해야 한다. 따라서, 본 발명의 중요한 특징은 GPS 시간과 네트워크에 얻어지는 시간 간의 변환이다(이는 이하에 설명되어 있음).
시간 변환의 정확도는 GPS-MS(10)나 MLC(14)에 의해 수행되는 소정의 역할에 대한 조건에 의존한다. 정확한 시간 기준을 필요로하는 GPS-위치 측정에는 두 가지 중요한 역할이 있다:
1. GPS-MS에서의 획득: 상기 기술된 바와 같이, GPS-MS(10)에서의 타이밍 불확실성은 식 (4)의 제 4항으로 나타난다. 타이밍 불확실성이 증가함에 따라, GPS-MS(10)는 획득 과정 동안 더 많은 부호 공간을 조사해야 한다. 따라서, 오차 또는 불확실성을 가능한 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 10 ㎲의 타이밍 불확실성은, 어시스턴스가 제공되는 기준 위치와 관련된 위치 불확실성으로 인한 조사 외에도, GPS-MS(10)가 1023-칩 C/A 부호에 대해 10 개 이상의 추가 칩을 조사할 필요가 있다.
2. 타임-스탬프 측정: GPS-MS(10)는, 측정이 이루어질 때 MLC(14)가 위성 위치를 계산할 수 있도록 측정값을 MLC(14)에 리턴하기 전에 타임-스탬프해야 한다. 약 3.85 km/s 인 GPS 위성의 속도는 주로 상기 동작에 필요한 타이밍 정확도를 나타낸다. 예컨대, 1-ms 타이밍 오차는 MLC(14)에 의해 계산된 GPS 위성 위치 추정에서 불과 3.85-m의 오차를 나타낸다. 수신기에서 위성간의 가시선 벡터를 따른 상기 오차 부분만이 PCF의 정확도에 영향을 준다. 일반적으로, 추정된 범위내의 상기 오차는 1m 미만이다. 따라서, 타임-스탬프 측정에 대해서는 1-ms 정확도가 충분하다.
GPS-MS(10)에 제공되는 어시스턴스 정보의 타이밍 정확도가 대략 1ms 정도라면, GPS-MS(10)는 가시적인 것으로 표시된 하나 이상의 GPS 위성의 C/A 부호 전체 길이를 조사할 필요가 있다. 1-ms 타이밍 정확도에 의해 GPS-MS(10)가 하나 이상의 GPS 위성과 비트-동기화하지 않는 것이 허용되지만, 당업자들이라면, 10㎲의 타이밍 정확도 또는 이 보다 양호한 타이밍 정확도를 가진 GPS-MS(10)에 의해 장점이 제공된다는 것을 알고 있을 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, GPS-MS(10)에 제공되는 타이밍 어시스턴스는 10㎲의 정확도를 가지거나 이보다 더 양호한 정확도를 갖는다. 상기 정확도가 GPS-MS(10)에 유용하도록 하기 위해서는, 범위 예측에 있어서의 오차 또한 비교적 작게 유지되어야 한다. 이는, 어시스턴스 메시지에 충분한 수의 도함수를 제공하고, 파라미터의 양자화 및 부호화에 대해 충분한 수의 비트를 사용함으로써 이루어진다.
시간 변환에 있어서의 중요한 조건은, 변환 단위가 절대 시간축과 유도 시간축 모두에 대한 정보를 가져야 한다는 것이다. 여기서 예로 이용된 GMS-시스템의 경우, BTS(20)는 서비스를 받는 GPS-MS(10)에 무선 인터페이스 전송 타이밍을 설정하여, 상대적인 시간축을 알고 있다. BTS(20)에 절대 (GPS) 시간축에 대한 정보를 제공하기 위한 방법이 여러가지 있다. 예컨대, T1 라인(line)이 BSC(22)와 BTS(20) 사이의 데이터 전송에 사용된다면, T1 클록은 절대 시간 기준에 매우 조밀하게 연결될 수 있다. GPS-시간에 대해 충분한(예컨대, 1-ms) 정확도를 얻기 위해, 어떠한 눈금 측정(calibration) 절차가 필요할 수도 있다.
다른 선택적인 것은, 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이 GPS 수신기(24)를 각각의 BTS(20)와 동일한 장소에 두어야 한다는 것이다. 이러한 경우, BTS 무선 인터페이스는 수신기(24)에 의해 관찰되는 GPS 시간에 동기화될 수 있다. 상기 관찰 오차는 적어도 시간의 95%인 340 ns 미만으로 규정된다. 가장 상업적인 GPS 수신기는 주기적인 펄스와 함께, 상기 펄스에서 관찰되는 GPS 시간을 나타내는 메시지를 출력하도록 프로그램될 수 있다. BTS(20)는 상기 두 가지 정보를 이용하여, 절대 시간축을 이용하여 최고의 정확도를 가진 상대적인 무선-인터페이스 시간축을 설정할 수 있다.
또 다른 선택적인 것은 도 1b에 도시된 TMU(26)를 활용하는 것이다. BTS 무선 인터페이스는 TMU(26)에 의해 관찰되는 GPS 시간에 동기화한다.
도 1a에 도시된 네트워크 형태(topology)의 경우, 상대적인 시간축으로 변환하기 위한 한 가지 방법은 다음과 같다. 먼저, BTS(20)는 시간(t0)에 GPS수신기(24)로부터 주기적인 펄스를 수신한다. BTS(20)는 t0에서의 무선 인터페이스를 샘플링하여, 비트, 타임슬롯, 프레임을 각각 나타내는 상태 변수(BN0, TN0, FN0)를 저장한다. 그 후, BTS(20)는, 상기 기술된 바와 같이 타임-스탬프(t1)를 포함하는 상기 BTS에 서비스를 제공하는 BSC(22)로부터 어시스턴스 메시지를 수신한다. t0에서의 상태와 차(t1-t0)가 제시되면, BTS(20)가 t1에서의 무선-인터페이스를 계산하는데, 이는 FN1, TN1, BN1로 이루어진다. 따라서, 절대 시간(t1)은 파라미터(FN1, TN1, 추가로 BN1)를 이용하여 무선-인터페이스 시간축에 나타난다. FN1과 TN1을 이용하면 0.56 ms의 타이밍 정확도를 제공하고; 또한, BN1이 이용되면, 3.9㎲의 정확도가 얻어진다.
상기 논의된 것이 GSM 무선 네트워크에 집중되어 있지만, 당업자들이라면 TDMA 와 CDMA 의 두 가지 기술 모두를 이용하는 다른 네트워크 유형의 시간축으로 절대 시간이 나타날 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 예컨대, ANSI-136 TDMA 네트워크는 GSM과 약간 유사한 프레임/타임슬롯/비트 구조를 이용한다. CDMA 네트워크에 있어서, 하나 이상의 다원 접속 부호와 GPS 시간 사이에는 함축적인 관계가 존재할 수 있다; 만일 그렇지 않다면, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같은 감시 기술을 이용하여 함축적인 관계를 얻을할 수도 있다. 어떤 경우이든, 네트워크 내의 적절한 다원-접속 부호의 위상에 대한 어시스턴스 메시지내의 시간 파라미터를 표시할 수 있다.
일단, BTS(20)가 어시스턴스 메시지를 수신하여 t1을 유도 무선-인터페이스 시간축으로 변환하였다면, BTS(20)는 상기 갱신된 어시스턴스 메시지를 브로드캐스트 베어러 상에서 전송한다. 브로드캐스트 메시지에 필요한 총 대역폭은 가시적인 위성 수(N), 범위 도함수의 수(어시스턴스의 "차수") 및, 타이밍 정확도에 의존한다. 도함수의 수가 네 개이고 타이밍 정확도가 비트-레벨이라고 가정하면, 총 대역폭이 213 비트(N=4) 에서 573 비트(N=12)의 범위를 갖는 것으로 아래의 표 2에 도시되어 있다. 대부분의 셀룰러 시스템에서 브로드캐스트 대역폭은 비교적 드문 자원이므로, 필요한 브로드캐스트 메시지의 크기를 최소화하는 것이 매우 중요하다. 비교적 압축된 형태의 어시스턴스 메시지는 네트워크로 하여금 매우 자주 브로드캐스트하도록 한다. 어시스턴스 전달의 잠재시간을 줄임으로써, 사용자 위치를 발견하는데 필요한 전체적으로 시간이 감소된다. 선택적으로, 어시스턴스는 MLC(14)에 저장되어, 포인트-투-포인트 채널을 통해 요구 원리(demand basis)로 제공될 수도 있다.
파라미터 범위 비트 필요한 수
φi,k(t1) 0-20460 chips 13 N
r'i,k(t1) ±800 m/s 10 N
r"i,k(t1) -0.08- +0.16 m/s2 7 N
r'"i,k(t1) ±2.5x10-5m/s3 7 N
r""i,k(t1) ±0.8x10-8m/s4 3 N
satID 0-31 5 N
FN1, TN1, BN1 0-FN, MAX-1, 0-7, 0-156 33 1
총 비트 33+45N
이하, GPS-MS(10)가 BTS(20)에 의한 어시스턴스 정보 브로드캐스트를 이용하여, 수신된 복합적인 GPS 신호내의 개별적인 위성 신호를 얻어 측정하는 방법이 기술되어 있다. 본 발명의 중요한 국면은 GPS-MS(10)가 네트워크 시간축에서 단독으로 동작하는 방법이다. 도 3은 이것이 수행되는 방법을 도시하는 것이다. 도 3에서 번호가 붙여진 항목은 다음과 같이 설명된다:
1. 측정하기 전에, GPS-MS(10)는 어느 정도의 시간 주기 동안 GSM 공통 채널을 수신하는 IDLE 모드에 있어야 한다. 상기 과정 동안, GPS-MS(10)는 주파수 정정 채널(FCCH)을 수신함으로써 네트워크(12)와 주파수 동기를 이루고, 동기화 채널(SCH)을 관찰함으로써 로컬 시간축을 일정 시간(t0)(FN0, TN0, BN0)으로 초기화한다.
2. GPS-MS(10)는, 상기 기술된 바와 같이 어시스턴스의 시간(t1)이 FN1, TN1및, 가능하다면 BN1으로 표현된다는 것을 포함하는 브로드캐스트 제어 채널(BCCH)을 통해 어시스턴스 메시지를 수신한다.
3. GPS-MS(10)가 네트워크(12)로부터 측정 요구 메시지를 수신한다. 선택적으로, GPS-MS(10)는 가능하다면 사용자 요청시 측정 과정을 초기화한다. GPS-MS(10)는 유도된 시간 파라미터(FN2, TN2및, BN2)에 대한 표현으로 현재 시간(t2)을 측정한다. 상기 정보를 이용하여, GPS-MS(10)는 다음과 같은 계산을 수행하여 절대 (GPS) 시간축에 대한 표현으로 그 차이(Δt=t2- t1)를 추정한다:
ΔFN = FN2- FN1;
ΔFN < 0 이라면,
ΔFN = ΔFN + (FN_MAX + 1);
ΔTN = TN2- TN1;
ΔTN < 0 이라면,
ΔFN = ΔFN - 1 ;
ΔTN = ΔTN + 8 ;
Δt = ΔTN ·τT+ ΔFN ·τF;
여기서, τT과 τF는 각각 GSM 타임슬롯과 프레임의 시간이다. GSM-MS(10)는 어시스턴스 정보를 가진 상기 계산된 Δt를 이용하여 상기 기술된 바와 같은 조사 파라미터를 예측한다. 비트 수(BN1)가 어시스턴스에 제공된다면, 이것 역시 계산에 포함된다.
4. 이 시점까지, GPS-MS(10)는 네트워크(12)와 주파수 동기화되어 있다. GPS와 네트워크의 동시 무선-인터페이스 수신이 불가능하도록 GPS-MS(10) 수신기가 설계된다면, 이 때 상기 수신기가 네트워크로부터의 동기화를 해제(unlock)하여, 그 내부 발진기가 자유롭게 동작한다(free-run). GPS-MS(10) 주파수 정확도는 동기화 해제 직전에 대략 0.05-ppm(또는 이보다 더 우수함) 정도가 되어, GPS-MS(10)는 GPS 측정에 그다지 영향을 주지 않고 적어도 수 분 동안은 자유롭게 동작할 수 있다.
5. 이 때, GPS-MS(10)는 가시적인 어시스턴스 목록에 나타난 개별적인 위성 신호를 획득하여 측정하는 것을 시작할 준비가 되어 있다. 상기 신호를 획득하기 위한 가능한 조사 방법이 많이 있으며, 이하의 것은 어시스턴스가 특히 유용한 방법이다.
a. 다음 식을 이용하여 제1 신호의 주파수 오프셋에 대한 추정값()을 계산한다.
여기서, f0는 하드웨어 구현으로 인한 어느 정도 예상되는 또는 공칭 오프셋이며, 제 2항은 위성 이동으로 인한 도플러 오프셋을 예측한다. 기호( * )는 사용된/전송된 도함수의 수를 나타낸다. 파라미터( λ)는 GPS 신호의 파장이며(1575.42 -MHZ 반송파에 대해 0.1903 m/cycle임), "~"는 양자화된 어시스턴스 파라미터로부터 형성된 값이다. 또한, 다음 식을 이용하여, 보이는 목록내의 제 1위성에 대한 신호의 비트 위상의 추정값()을 계산한다:
여기서, λCA는 GPS C/A 부호의 한 칩에 대한 파장이다(293 m).
b. 상기 추정된 오프셋()과 비트-위상()을 이용하여 제 1신호에 대한 부호의 일부를 조사한다. 필요한 조사는 GPS-MS(10)에 의해 감지된 시간 및 위치의 부정확성의 정도에 의존한다.의 예상되는 정확도에 따라,부근의 다른 주파수에서 조사할 필요할 있을 수도 있다. GPS-MS의 타이밍과 주파수 정확도에 영향을 미치는 요인은 BTS(20) 송신기의 주파수 정확도, 시간 차(Δt), GPS-MS 위치 부정확성(BTS 셀 크기 및/또는 사용자의 셀룰러 송신의 타이밍 향상) 및, 어시스턴스 메시지내의 타이밍 파라미터의 분해능(resolution)을 포함한다. 상기와 같은 방식으로 주파수 오프셋 추정값()은 더 양호한 추정값()으로 개선된다.
c. 필요하다면, 1023-칩 부호의 위상을 발견한 후, 비트 동기화를 수행하여 비트 타이밍에서의 정수-millisecond 앰비규어티를 분해한다. 이는 개선된 비트-위상 추정값()을 생성한다. 식 (4)의 위치-오차와 클록-바이어스 항이 전체적으로 0.5 ms 미만이라면 비트 동기화가 필요하지 않으며, 이 경우 식 (4)의 비트-위상 추정값이 부호 위상으로부터 직접 얻어질 수 있다.
d. 목록의 제 1위상에 대한 신호를 얻을 수 없다면, 하나가 얻어질 때까지 어시스턴스 목록 내의 다음 위성에 대해 단계 1-3 을 반복한다. 다른 방법으로, 수신기는 다음 관계식을 이용하여 제 2위성의 주파수 오프셋과 비트 위상을 예측한다:
여기서, "~"는 양자화된 어시스턴스 파라미터를 나타내며, λCA는 C/A 부호의 파장(fCA= 1.023 MHZ 에 대해 293 m/chip)이다.값은 하드웨어로 인한 더 양호한 오프셋 추정값을 포함하는데, 이는 제 1위성에서의 측정으로부터 얻어진다. 마찬가지로,값은 제 1위성으로부터 얻은 분수(fractional)-millisecond 시간 바이어스를 포함한다.
e. 상기 추정을 이용하여, 수신기는 가시적인 어시스턴스 목록내의 나머지 위성을 조사한다. 각 위성에 대해 시험될 주파수 오프셋 가설(hypotheses)의 수가 추정값()의 신뢰도에 의존하지만, 일반적으로 조사 공간이 비교적 작다.의 신뢰도에 영향을 주는 한 가지 요인이 GPS-MS(10)의 이동으로 인한 도플러 시프트인데, 이는 알려져있지 않으며 위성마다 각기 다르다. GPS-MS(10)가 정지해 있거나 도보 속도로 이동하고 있다면 도플러를 무시할 수 있어, 아마도 단 하나의 오프셋 가설이 필요할 것이다. 속도가 높을수록 도플러 앰비규어티가 더 많이 발생하므로, 더욱 많은 가설 또는 더욱 짧은 상관관계를 필요로한다. 도플러 추정값은 GPS-MS(10)내의 셀룰러 수신기로부터 이용될 수 있다. 또한, 나머지 위성 각각에대해 오로지 1023-칩 부호 공간의 서브셋만 조사해야 한다. 남아있는 주된 앰비규어티는 위성 범위에서의 GPS-MS 위치의 불확실성과 예측 오차 때문이다(식 (4)의 제 2 및 제 3항). BTSk에 의해 서비스를 받는 셀이 30 km 미만의 반경을 가진다면, 사용자 위치로 인한 범위 불확실성은 다음 식에 의해 제한된다:
.
보편적인 양상은 훨씬 더 적으므로, 앰비규어티는 1-ms 부호 주기보다 훨씬 더 적다. 범위 예측 오차로 인한 불확실성은, 어시스턴스 양자화 방식 및 어시스턴스가 계산된 이후의 시간(Δt)을 포함한 여러가지 요인에 의존한다.
f. 수신기가 적어도 세 개의 위성을 얻어 각각의 측정을 행한 후, GPS-MS(10)는 다음을 수행한다:
i) 가시적인 각 위성에 대해 측정되는 1-ms 부호 위상(0-1023 칩)을 양자화한다; 예컨대, 18-비트(218-레벨) 양자화는 상기 측정에 대해 ~1/256-칩 분해능을 제공하는데, 이는 ~1m의 거리 분해능이다;
ii) 각 측정에 대한 품질 표시를 계산한다; 예컨대, 측정 SNR의 4-비트 양자화를 계산한다; 그리고
iii) 측정 시간에 GPS-MS의 얻어진 시간축을 샘플링한다. 측정 시간(tm)은 25 비트를 필요로하는 FNm과 TNm에 의해 부호화된다. 상기 표현은 측정시간에 대해 0.56-ms의 분해능을 제공한다.
상기 측정된 위성 역시 표시되어야 한다. 상기 기술된 리턴 메시지에서의 예시적인 비트 할당이 아래의 표 3에 나타나있다. 비트 수는 106(N=3) 에서 349(N=12)의 범위를 갖는다.
파라미터 거리 비트 필요한 수
θi 0-1023 칩 18 N
qi 0-15 4 N
SatID 0-31 5 N
FNm, TNm 0-(FN_MAX-1), 0-7 25 1
총 비트 25+27N
6. GPS-MS(10)는 네트워크 전송과 다시 동기화하여(필요한 경우), 상기 표 3에 나타나있는 바와 같은 측정 메시지를 전송한다.
일단, 서비스를 제공하는 BTS(20)가 GPS-MS(10)로부터 측정값을 수신하면, 상기 BTS는 시간 파라미터(tm)를 절대 (GPS) 시간으로 변환하여 상기 절대 타임 스탬프를 가진 상기 측정을 MLC(14)로 전송한다. 상기 논의된 것은, 네트워크(12)가 GPS 측정을 개시하는 것으로 가정하지만, 본 발명은 또한 GPS-MS(10)가 측정을 개시하는 경우도 고려한다. 이러한 경우, 네트워크로부터의 응답은 GPS-MS(10)에 대한 어시스턴스 파라미터를 포함할 수 있다.
이하, MLC(14)가 GPS-MS(10)로부터 측정 결과를 수신한 후 위치 솔루션을 계산하는 방법이 기재되어 있다. 측정 결과 외에도, MLC(14)는 GPS-MS의 위치를 계산하는데 필요한 다음과 같은 정보를 갖는다. :
·절대 (GPS) 측정 시간(tm);
·GPS 위성에 대한 위치표;
·서비스를 받는 모든 BTS의 위치; 및
·서비스를 제공하는 시스템내의 셀의 최대 예상 크기(반경).
여기에 기재된 해결법은 기준점 주위의 비선형 방정식의 선형화를 수반하는 잘 알려져있는 기술이다. 당업자들에게는 상기 이외의 기술도 명백할 것이다. MLC(14)가 BTSk에 의해 서비스를 받는 GPS-MS(10)로부터 측정 응답 메시지를 수신하면, 상기 MLC는 GPS-MS 위치를 계산할 때 다음 단계를 수행한다:
1. MLC(14)는 위치표를 이용하여 tm에서 측정 메시지내에 포함된 모든 GPS 위성의 위치()를 추정한다. 이것은 잘 알려져있는 계산으로서, 예컨대 참고문헌[B.Parkinson 과 J.Spilker(eds.)의, Global Positioning System:Theory and Applications(Volumes I and II), AIAA Press, 1996]에서 발견될 수 있다.
2. MLC(14)는 시간(tm)에서 BTSk에서 위성 각각으로의 범위(ri,k(tm))를 계산한다.
3. MLC(14)는 측정된 각 위성으로의 추정된 가시선에 대해 방향 코사인 행렬(directional cosine matrix)(H)을 계산한다. 도 2에서의 추정된 가시선 벡터는이다. 상기 행렬은 다음과 같이 주어진다.
4. MLC(14)는 순환 정정 및 가능한 경우 차이 GPS(DGPS) 정정을 이용한 위성 클록 정정을 이용함으로써 부호 위상 측정값(θi)을 정정한다. 상기 정정된 측정값을 θ'i이라 한다. DGPS 정정은 BTS(20) 중 하나에서와 같은 네트워크 내의 공지된 위치에서 GPS 수신기에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 가능한 DGPS 소스는 FM 부-반송파를 통한 것인데, 이는 미합중국과 유럽의 많은 지역에서 무선국 상에 이용가능하다.
5. 측정 메시지 내의 GPS 위성 각각에 대해, MLC(14)는 계산된 범위(ri,k(tm))와 GPS-MS(10)에서 시간(tm)에 행해진 측정값 사이의 범위 차()를 계산한다. 상기로부터, GPS-MS(10) 측정값이 1-millisecond 계수를 갖는다는 것을 생각하자. MLC(14)는, GPS-MS(10)와 BTSk사이의 거리(도 1에서는)가 최대 셀 반경보다 작다는(이것은 GSM 시스템에서 30 km 임) 사실을 이용하여 나머지 앰비규어티를 해결한다. 최악의 경우에도, 불과 100-㎲의 불확실성만 유지된다. 상기 단계의 결과는, 개별적인 델타-범위가 미터 단위(m)인 열 벡터()이다.
6. 델타-범위의 벡터()와 행렬(H)이 제공되면, MLC(14)는 다음 방정식을 풀이한다:
여기서,는 기준점(x k)으로부터의 알려지지 않은 벡터 변위이고(도 2 참조),는 측정값내의 알려지지 않은 공통 시간 바이어스이다. 잘 알려진 Weihgted Least-Squrares 기술을 포함하여 상기 방정식을 풀이하기 위한 다양한 방법이 있다. 상기 방법에서, 행렬(Q)이 측정 품질 행렬(qi)로 구성되며, 미지수(unknown)는 다음을 이용하여 계산된다:
동일한 측정 세트(set) 상에 상기 풀이법이 여러번 반복 이용될 수 있으며, 이는 수렴값(convergence)을 얻는데 필요할 수 있다.
상기 논의된 것은 GPS-MS(10)를 돕는 셀룰러 또는 PCS 시스템(12)의 각 부분에 대한 위치 측정과 관련된 기능에 관한 것이다. 이하, 상기 부분이 메시징 프로토콜(messaging protocol) 형태로 어떻게 상호 작용하는지를 설명한다. 도 1a에 도시된 동기화 네트워크에 적합한 프로토콜의 예가 도 4a에 도시되어 있다. 상기 도면에서, 수직선은 그 아래 라벨(label)을 붙여 분류된 유닛을 나타내며, 시간은 상기 도면의 위에서 아래쪽으로 증가한다. 수평선은, 각각 발생 노드와 목적 노드를 나타내는 점과 화살표를 가진 프로토콜내의 개별적인 메시지를 나타낸다. 도 4a의프로토콜은, M 개의 BSC(22)에 서비스를 제공하는 MSC/VLR과 하나의 MLC(14)가 연결되는 네트워크에 대한 것으로서, 상기 BSC는 각각 N 개의 BTS(20)에 서비스를 제공한다. 여기서는 단 하나의 GPS-MS(10)가 대상이 되지만, MLC(14)에 의해 서비스를 받는 지리적인 영역 내에서 동시에 발생하는 동작에 다수의 GPS-MS가 있을 수도 있다. 도 4a에서, GPS-MS(10)는 BTS1(20)에 의해 서비스를 받으며, 상기 두 가지 모두 다음 프로토콜에 관여한다:
1) MLC(14)는 정당한 GPS 위치표와 클록 정정, BTS 위치의 데이터베이스 및, 정확한 시간 기준을 이용하여 MLC의 서비스 제공 영역내의 BTS(20) 각각에 대한 고유의 어시스턴스를 계산한다.
2) MSC/VLR(15)은 MLC(14)로부터 어시스턴스를 수신하고, 상기 MSC/VLR이 서비스를 제공하는 각 BSC(22)와 관련된 부분으로 상기 어시스턴스를 분류하여, 각 부분을 BSC 각각에 전송한다.
3) BSC(22) 각각은 어시스턴스 메시지를 수신하고, 이를 자신이 서비스를 제공하는 BTS(20) 각각에 대한 개별적인 메시지로 분류하여, 상기 각 부분을 각각의 BTS에 전송한다.
4) BTS1(20)가 새로운 어시스턴스 메시지를 수신하면, 상기 BTS1은 어시스턴스에 대한 기준선 시간(t1)을 양쪽의 정보를 이용하여 GPS 시간에서 새로운 시간축으로 변형한다. BTS1은 이전의 어시스턴스 정보를 교체하여, BCCH 또는 BTS1에 의해 전송되는 다른 브로드캐스트 채널 상에 새로운 어시스턴스를 전송하기 시작한다.어시스턴스 메시지는, 보편적으로 슈퍼프레임인 주기로(GSM 시스템의 경우 240 ms 임) 주기적으로 반복된다. 이제, 상기 어시스턴스는 45분 동안은 정당하며, 어시스턴스 정보를 수신하여 저장하는 GPS-MS(10)를 포함하여 그 셀의 BCCH를 수신하는 모든 GPS-MS에 이용될 수 있다. 정당한 시간은 어시스턴스내의 도함수의 수에 따르며, 반복율은 GPS-MS(10)를 위치 측정하는데 필요한 잠재시간을 이용하여 BCCH 상의 트래픽 로드를 가늠한 것에 의존한다.
5) MLC(14)는, GPS 측정을 이용하여 GPS-MS(10)가 놓이도록 요구하는 MSC/VLR(15)에 메시지를 전송한다.
6) MSC/VLR(15)은 네트워크 내의 GPS-MS(10)의 위치를 확인하여, GPS-MS(10)로 하여금 GPS 측정을 시작하도록 명령하는 적절한 BSC(22)와 BTS1(20)을 통해 메시지를 전송한다. GPS-MS는 상기 요청을 수신하고, 정당한 어시스턴스와 현재의 시간 추정(t2)을 이용하여 그 획득 과정에 촛점을 맞추는 도플러 및 부호-위상 파라미터를 계산한다.
7) 시간(tm)에 GPS-MS(10)가 측정한 후, 상기 GPS-MS는 응답을 형성하여 이것을 무선 인터페이스를 통해 BTS1(20)으로 전송한다.
8) BTS1(20)은 측정 시간(tm)을 GPS-MS에서 사용되는 네트워크 시간축에서 GPS 시간축으로 변형한다. 이들 파라미터는 측정 결과 메시지에 삽입되어, 서비스를 제공하는 MSC/VLR(15)로 전송된다.
9) MSC/VLR(15)은 요청한 MLC(14)에 상기 결과 메시지를 전송한다. 상기 정보는 BTS1의 위치와 더불어 MLC(14)에 의해 GPS-MS(10)의 위치를 계산하는데 이용된다. 임의로, MLC(14)는 위치 정보를 이용하여 MSC/VLR을 통해 GPS-MS에 응답한다.
한 가지 예상되는 변화는, BSC(22)가 GPS-MS(10)로부터의 어시스턴스 메시지와 측정 응답의 시간축 변형을 수행하는 것이다. 이러한 경우, BSC(22)는 자신이 서비스를 제공하는 모든 BTS(20)의 무선 인터페이스 타이밍은 물론 GPS 수신기로부터의 타이밍 정보를 알아야 한다. 이와 같은 방식은, 네트워크내에 더 적은 수의 기준 GPS 수신기가 필요하므로 일정 조건에서 바람직할 수 있다.
예상되는 또 다른 변화는, BTS1(20)이, 그 영역 내의 이동국에 대한 고유의 어시스턴스 데이터를 계산하고, 양쪽의 정보를 이용하여 어시스턴스에 대한 기준선 시간(t1)을 GPS 시간으로부터 네트워크 시간축으로 변형하며, 메시지를 주기적으로 브로드캐스트하거나 포인트-투-포인트 메시징 프로토콜을 이용하여 어시스턴스 데이터를 전송하는 것이다. 이와 같은 방식에 있어서, GPS-MS(10)가 측정을 수행하여 이를 BTS1(20)으로 전송한 후, 상기 BTS1(20)은 자체적으로 GPS-MS(10)의 위치를 계산할 수도 있고, 또는 GPS-MS(10)에 이용되는 네트워크 시간축에서 GPS 시간축으로 측정 시간을 변형한 후 MSC/VLR을 통해 상기 GPS-MS(10)의 위치를 MLC로 전송할 수도 있다. 상기 방식에서, BTS1(20) 자체가 GPS 수신기로 액세스하므로, BTS1(20)은 지금까지 MLC에 의해 수행된 역할 중 일부 또는 상기 모든 역할을 수행한다. 이것이 바람직한 실시예는 아니지만, 상기 변형은 당업자들에게는 명백한 것으로서 본 발명 범위에 포함된다는 것을 알아두어야 한다.
또 다른 예상되는 변화는, 변형 엔티티(translating entity)가 어시스턴스 시간 파라미터(t1)를 변형하여 네트워크 시간에서의 특정 이벤트와 일치하게 하는 것이다. 예컨대, BTS(20)는 TN1=BN1=0이 되게 하기 위해 t1을 FN1의 처음과 정렬하도록 선택할 수 있다. 이것이 네트워크내에서 표준 실시로 이용된다면, BTS(20)와 GPS-MS(10) 사이에 정렬 정보가 암시될 수 있으므로, TN1과 TN1이 어시스턴스 메시지 내에 포함될 필요가 없다. 그러나, 변형 엔티티는 비트 위상()을 변경하여 원래의 것과 새로운 t1간의 위성 전송에 대한 위상 변화를 설명해야 한다.
도 4b는 본 발명의 가능한 또 다른 메시징 흐름을 나타낸다. 상기 메시징 프로토콜은 도 1b에 도시된 것과 같이 비동기 네트워크의 경우를 나타낸다. 이러한 경우, 네트워크는, GPS 와 셀룰러 두 가지 시스템 모두의 전송을 관찰함으로써 상기 시스템의 타이밍을 잡는 알려진 위치에 TMU(26)를 포함한다. 각 TMU(26)는 관련 서비스를 제공하는 BTS(20)를 가지며, 이것을 통해 GPS와 네트워크 전송 간의 타이밍 형태의 상기 관찰한 것을 보고한다. 도 4b에 도시된 메시징 프로토콜은 다음과 같이 설명된다:
1. MLC(14)에 의해 서비스를 받는 네트워크 일부에 있는 P 개의 TMU(26) 각각은, 각각의 TMU에 의해 관찰된 셀 내의 전송과 GPS 사이의 타이밍 관계를 서비스제공 MSC/VLR(15)에 알린다. 상기 메시지는 요청받지 않고 각 TMU(26)에 의해 주기적인 원리로 전송될 수도 있고, 또는 MLC에 의한 상기 정보 요청에 대한 응답으로서 전송될 수도 있다.
2. MSC/VLR(15)은 상기 타이밍 정보 메시지를 MLC(14)로 전송한다. 상기 메시지를 성공적으로 수신한 후, MLC(14)는 GPS와 네트워크 시간축 간을 변환할 수 있다.
3. MLC(14)는 정당한 GPS 위치표와 클록 정정, BTS 위치 데이터베이스 및, 정확한 시간 기준을 이용하여 MLC의 서비스 영역내에 있는 각 BTS(20)에 대한 고유의 어시스턴스를 계산한다. MLC는 어시스턴스에 대한 기준 시간을 네트워크 시간축으로 변형한다. MLC(15)는 MSC/VLR에 의해 서비스를 받는 모든 셀에 대한 어시스턴스 정보를 MSC/VLR(15)에 전송한다.
4. MSC/VLR(15)은 MLC(14)로부터 어시스턴스를 수신하고, 이것을 서비스를 제공하는 BSC(22) 각각에 대한 부분으로 분류하여, 상기 개별적인 부분을 각각의 BSC에 전송한다.
5. BSC(22) 각각은 어시스턴스 메시지를 수신하고, 이것을 서비스를 제공하는 BTS(2) 각각에 대한 개별적인 메시지로 분류하여, 상기 개별적인 부분을 각각의 BTS로 전송한다.
6. BTS(20)가 새로운 어시스턴스 메시지를 수신하면, 상기 BTS(20)는 이전 어시스턴스 정보를 교체하고 BCCH 상에서 새로운 어시스턴스를 전송하기 시작한다. 이제, 어시스턴스는, 어시스턴스 정보를 수신하고 저장하는 GPS-MS(10)를 포함하여, 상기 셀의 BCCH를 수신하는 모든 GPS-MS에 이용될 수 있다.
7. MLC(14)는, GPS 측정을 이용하여 GPS-MS(10)가 놓이도록 요청한 MSC/VLR(15)로 메시지를 전송한다.
8. MSC/VLR(15)은 네트워크 내의 GPS-MS(10) 위치를 확인하고, GPS-MS(10)로 하여금 GPS 측정을 시작하도록 명령한 적절한 BSC(22)와 BTS(20)를 통해 메시지를 전송한다.
9. GPS-MS(10)는, 시간(tm)에 측정을 한 후, 응답을 형성하여 이것을 BTS(20) 와 BSC(22)를 통해 MSC/VLR(15)로 전송한다.
10. MSC/VLR(15)은 요청한 MLC(14)로 상기 결과 메시지를 전송하는데, 이는, TMU(26)로부터 얻어진 정보를 이용하여 tm을 네트워크 시간축에서 GPS 시간으로 변환한다. 상기 정보는 BTS1에 대한 측정 및 위치와 더불어 MLC(14)에 의해 GPS-MS(10)의 위치를 계산하는데 이용된다. 임의로, MLC는 위치 정보를 이용하여 MSC/VLR을 통해 GPS-MS에 응답한다.
당업자들이라면, 어시스턴스 정보가 또한 상기 기술된 바와 같은 브로드캐스트 보다는 포인트-투-포인트 전송에 의해 제공될 수도 있다는 것을 즉시 알 수 있을 것이다. 도 4a 및 4b에 도시된 메시징 프로토콜은 브로드캐스트 정보를 분배하는데 이용된 메시지(도 4a에서는 (1)-(4), 도 4b에서는 (3)-(6))를 제거함으로써 포인트-투-포인트 전달이 허용되도록 변형되기 용이하다. 대신, 어시스턴스 정보는 적절한 네트워크 노드에서 변형되는 어시스턴스의 시간 범위를 가진 위치 요청(도4a의 (5), 도 4b의 (7))을 이용하여 전달될 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 무선 네트워크내의 고정 위치의 범위 형태의 어시스턴스 정보와 상기 범위의 도함수가 이동국에 제공되어 이동국내의 GPS 수신기가 위치 측정하는 것을 돕는 시스템과 방법이 개시된다. 상기 정보는 위성에 대한 부호 위상을 측정하고 상기 측정된 부호 위상을 무선 네트워크로 리턴하여 이동국의 위치를 계산하는데 이용될 수 있다.

Claims (39)

  1. 전세계 측위 시스템(GPS) 수신기의 위치 측정을 돕는 방법으로서, 상기 GPS 수신기가 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기를 포함하는 이동국에 통합되어 있는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법에 있어서,
    무선 네트워크로부터 이동국으로 어시스턴스 정보를 전달하는 단계로서, GPS 내의 복수의 선택된 위성에 대해, 선택된 시간에 상기 이동국에 근접한 무선 네트워크 내의 고정된 위치 범위와 그 범위의 도함수를 나타내는 어시스턴스 정보를 전달하는 단계, 및
    상기 수신된 어시스턴스 정보를 이용하여, GPS 내의 복수의 선택된 위성으로부터 수신된 복합적인 신호를 조사하여 GPS 내의 상기 선택된 위성 중 복수의 위성에 대한 부호 위상을 측정하도록 이동국을 동작시키는 단계를 포함하는데, 상기 측정된 부호 위상은 상기 선택된 위성 중 복수의 위성에 대한 이동국의 범위를 나타내는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 시간은 어시스턴스 정보에 포함되며, 무선 네트워크 시간에 대한 표현으로 이동국에 표시되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 시분할 다원 접속 방법을 이용하며, 상기 선택된 시간은, 이동국에 지리적으로 근접해있는 영역에 서시브를 제공하는 네트워크 전송의 프레임 수, 타임슬롯 수 및, 비트 수로 표현되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 타임슬롯 수나 비트 수, 또는 이들 두 가지 모두 무선 네트워크와 이동국 모두에 의해 암시적으로 알려져있으므로 전송될 필요가 없는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 부호 분할 다원 접속 방법을 이용하며, 상기 선택된 시간은, 이동국에 지리적으로 근접해있는 영역에 서비스를 제공하는 전송의 다원 접속 부호의 위상으로 표현되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 GPS 위성은 20-msec. 비트 주기로 항행 메시지를 전송하며, 상기 전달하는 단계는 선택된 시간에 고정된 위치에서 관찰된 비트 위상으로 범위를 표현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 선택된 시간은 GPS 시간의 20-msec.시간과 일치하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전달하는 단계는 어시스턴스 정보를 계산하는 단계와, 무선 네트워크를 통해 이동국으로 전달될 수 있도록 상기 어시스턴스 정보를 양자화하여 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 이동국은, 어시스턴스 정보를 이용하여 상기 선택된 위성에 의해 전송되는 신호의 부호 위상과 주파수 오프셋의 추정값을 계산하며, 각 위성에 대해 상기 추정값을 이용하여 신호를 얻어 소정의 위성에 대한 부호 위상을 측정하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 측정을 돕는 방법.
  10. 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기와 전세계 측위 시스템(GPS) 수신기를 포함하는 이동국의 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    무선 네트워크에서 이동국으로 어시스턴스 정보를 전달하는 단계로서, GPS내의 복수의 선택된 위성에 대해, 선택된 시간에 이동국에 근접해있는 무선 네트워크 내의 고정된 위치 범위와 상기 범위의 도함수를 나타내는 어시스턴스 정보를 전달하는 단계,
    수신된 어시스턴스 정보를 이용하여 GPS 내의 복수의 선택된 위성으로부터 수신되는 복합적인 신호를 조사하여 GPS 내의 상기 선택된 위성 중 복수의 위성에 대한 부호 위상을 측정하도록 이동국을 동작시키고, 상기 측정된 부호 위상을 무선 네트워크로 리턴하는 단계, 및
    상기 고정된 위치와 상기 측정된 부호 위상을 이용하여 무선 네트워크 내에서의 이동국의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 선택된 시간은 어시스턴스 정보에 포함되며, 무선 네트워크 시간에 대한 표현으로 이동국에 표시되는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 시분할 다원 접속 방법을 이용하며, 상기 선택 시간은 이동국에 지리적으로 근접한 영역에 서비스를 제공하는 네트워크 전송의 프레임 수, 타임슬롯 수 및, 비트 수로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 타임슬롯 수나 비트 수, 또는 이들 두 가지 모두는 무선 네트워크와 이동국 모두에 의해 암시적으로 알려져 있으므로 전송될 필요가 없는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 부호 분할 다원 접속 방법을 이용하며, 상기 선택 시간은 지리적으로 이동국에 근접한 영역에 서비스를 제공하는 전송의 다원 접속 부호의 위상으로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 GPS 위성은 20-msec. 비트 주기로 항행 메시지를 전송하며, 상기 전달하는 단계는 선택된 시간에 고정된 위치에서 관찰된 비트 위상으로 범위를 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 선택 시간은 GPS 시간의 20-msec. 시간과 일치하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 전달하는 단계는, 어시스턴스 정보를 계산하는 단계와, 무선 네트워크를 통해 이동국으로 전달될 수 있도록 상기 어시스턴스 정보를 양자화하여 부호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 이동국은, 어시스턴스 정보를 이용하여 상기 선택된 위성에 의해 전송되는 신호의 부호 위상과 주파수 오프셋의 추정값을 계산하도록 동작하며, 각 위성에 대해 상기 추정값을 이용하여 신호를 얻어 소정의 위성에 대한 부호 위상을 측정하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  19. 제 10항에 있어서,
    상기 이동국은 선택된 위성 중 한 위성에 대해 부호 위상이 측정되는 때를 나타내는 측정 시간을 측정하며, 상기 측정 시간이 무선 네트워크로 리턴되는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 측정 시간은 무선 네트워크의 시간과 관련하여 표현되며, 상기 계산하는 단계는 상기 측정한 것을 절대 GPS 시간으로 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  21. 제 10항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 MLC를 포함하고, 상기 MLC는 고정된 위치에서 BTS를 통해 이동국과 통신하며, 상기 계산하는 단계가 MLC에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 MLC가 GPS 수신기를 포함하고, 상기 전달하는 단계는, MLC가 위치표 정보를 얻어 상기 위치표 정보로부터 어시스턴스 정보를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 BTS는 GPS 수신기를 포함하여, 무선 네트워크에서의 시간과 GPS 절대 시간의 관계를 나타내기 위한 정확한 시간 기준을 제공하는 것을 특징으로 하는 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 GPS 수신기와 복수의 BTS 전송을 감시하는 무선 송수신기를 구비한 시간 측정 유닛(TMU)을 더 포함하고, 상기 전달하는 단계는, 무선네트워크에서의 시간과 GPS 시간의 관계를 나타내기 위해 TMU에서 MLC로 시간 기준을 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 이동국의 위치를 측정하는 방법.
  25. 이동국 위치 측정 시스템으로서, 무선 네트워크에서 동작하는 송수신기와 전세계 측위 시스템(GPS) 수신기를 포함하는 이동국의 위치를 측정하는 이동국 위치측정 시스템에 있어서,
    GPS 수신기를 포함하여 위치표 데이터를 얻는 무선 네트워크 제어 시스템으로서, GPS 내의 복수의 선택된 위성에 대해, 선택된 시간에 이동국에 근접한 무선 네트워크 내의 고정된 위치의 범위와 그 범위의 도함수를 나타내는 어시스턴스 정보를 상기 위치표 데이터로부터 발견하여 상기 어시스턴스 정보를 무선 네트워크를 통해 이동국으로 전송하는 무선 네트워크 제어 시스템,
    수신된 어시스턴스 정보를 이용하여, GPS 내의 복수의 선택된 위성으로부터 수신되는 복합적인 신호를 조사하여 상기 GPS 내의 선택된 위성 중 복수의 위성에 대한 부호를 측정하며, 상기 측정된 부호 위상을 무선 네트워크를 통해 무선 네트워크 제어 시스템으로 리턴하는 수단을 포함하는 이동국, 및
    상기 고정된 위치와 상기 측정된 부호 위상을 이용하여 무선 네트워크에서의 이동국의 위치를 계산하기 위한 수단을 구비한 무선 네트워크 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 선택 시간은 어시스턴스 정보에 포함되며, 무선 네트워크 시간에 대한 표현으로 이동국에 표시되는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 시분할 다원 접속 방법을 이용하며, 상기 선택 시간은, 지리적으로 이동국에 근접한 영역에 서비스를 제공하는 네트워크 전송의 프레임 수, 타임슬롯 수 및, 비트 수로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 타임슬롯 수나 비트 수, 또는 이들 두 가지 모두는 무선 네트워크와 이동국 두 가지 모두에 의해 암시적으로 알려져 있으므로 전송될 필요가 없는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  29. 제 26항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 부호 분할 다원 접속 방법을 이용하며, 상기 선택 시간은, 이동국에 지리적으로 근접해있는 영역에 서비스를 제공하는 전송에 대한 다원 접속 부호의 위상으로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  30. 제 26항에 있어서,
    상기 GPS 위성은 20-msec.비트 주기로 항행 메시지를 전송하며, 상기 전달하는 단계는 상기 선택된 시간에 고정된 위치에서 관찰된 비트 위상으로 범위를 표현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 선택 시간은 GPS 시간의 20-msec.시간과 일치하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  32. 제 25항에 있어서,
    상기 네트워크 제어 시스템은 어시스턴스 정보를 계산하여, 무선 네트워크를 통해 이동국으로 전달될 수 있도록 상기 어시스턴스 정보를 양자화 및 부호화하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  33. 제 26항에 있어서,
    상기 이동국은, 어시스턴스 정보를 이용하여 상기 선택 위성에 의해 전송된 신호의 부호 위상과 주파수 오프셋에 대한 추정값을 계산하도록 동작하며, 위성 각각에 대해 상기 추정값을 이용하여 신호를 얻어 소정의 위성에 대한 부호 위상을 측정하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  34. 제 25항에 있어서,
    상기 이동국은, 선택 위성 중 한 위성에 대해 부호 위상이 측정되는 때를 나타내는 측정 시간을 측정하는 수단을 포함하며, 상기 측정 수단은 무선 네트워크로 리턴되는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 측정 시간은 무선 네트워크의 시간에 대해 표현되며, 상기 계산하는 수단은 상기 측정한 것을 절대 GPS 시간으로 변형하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  36. 제 25항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 MLC를 포함하고, 상기 MLC는 고정된 위치에서 BTS를 통해 이동국과 통신하며, 상기 계산하는 수단은 MLC로 정해지는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 MLC는 GPS 수신기를 포함하며, 위치표 정보를 얻어 상기 위치표 정보로부터 어시스턴스 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기 BTS는 GPS 수신기를 포함하여, 무선 네트워크에서의 시간과 GPS 절대시간 간의 관계를 나타내기 위한 정확한 시간 기준을 제공하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
  39. 제 36항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는 GPS 수신기와 BTS를 감시하는 무선 송수신기를 가진 시간 측정 유닛(TMU)을 더 포함하여, 무선 네트워크에서의 시간과 GPS 절대 시간의 관계를 나타내기 위한 정확한 시간 기준을 제공하는 것을 특징으로 하는 이동국 위치 측정 시스템.
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