モバイルGPS局を使って基地局の同期を図る方法および装置

【課題】携帯ネットワークにおける携帯基地局を同期化する様々な方法および装置を提供する。
【解決手段】第1のモバイル携帯受信局(MS)の第1の日時と第1の地理学的場所とが、第1のMSと共に配置された第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器から決定される。そして、この第1の日時と第1の場所とは、第1のMSによって第1の基地局へと送信される。そして、第1の基地局では、前記第1の日時および第1の場所と、第1の基地局の既知の場所とから、第1の基地局の日時を決定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、携帯通信システムに係り、特に、モバイル携帯通信局(MS)の場所を決定するシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
携帯ネットワーク(例えば携帯電話ネットワーク)における位置決めを行うために、様々な基地局のおのおのと、携帯電話のようなモバイルデバイスとの間で送信されたタイミング情報を利用することに基づき三角測量を行う種々のアプローチがなされている。Time Difference of Arrival(TDOA)と呼ばれるアプローチでは、モバイルからの信号の受信時間がいくつかの基地局において測定される。そして、これらの時間は、位置決めサーバと呼ばれ、モバイルの位置を計算する場所決定エンティティへと送信される。このアプローチが動作するためには、様々な基地局における日時が、正確な場所を提供するように調整される必要がある。また、基地局の位置もまた、正確に知られている必要がある。図1は、TDOAシステムの一例を示す図である。ここでは、モバイル携帯電話22からの同一信号の受信時間(TR1,TR2,TR3)が、位置決めサーバ24によって携帯基地局12,14,16において測定される。位置決めサーバ24は、モバイル切換センタ18を介して、基地局からのデータを受信するように結合されている。モバイル切換センタ18は、信号をモバイル電話との間で搬送することができるように、陸線公衆切換電話システム(PSTS)との間の信号(例えば音声通信)を、他の電話(例えば、陸線公衆切換電話システム(PSTS)における陸線電話や、他のモバイル電話)に提供する。
【0003】
場合によっては、位置決めサーバはまた、携帯リンクを経由して、モバイル切換センタとの通信も行う。この位置決めサーバはまた、幾つかの基地局から送信された各発信の相対的なタイミングを決定するために、これらの発信を監視する。
【0004】
またEOTDと呼ばれる別の方法は、モバイルにおいて、幾つかの基地局から送信された信号の到着時間を測定する。仮に、TR1、TR2、TR3の矢印が逆である場合、図1はこのケースにあてはまる。このタイミングデータはその後、モバイルの位置を計算するために用いられる。仮に、モバイルによって取得されたタイミング情報が、リンクを経由してこのサーバに送信される場合、そのような計算は、モバイル自身において、または位置決めサーバにおいてなされる。そして再び、基地局の日時が調整され、それらの場所が正確に評価されねばならない。いずれのアプローチにおいても、基地局の場所は標準的なサーベイ方法によって決定され、基地局に、あるいはコンピュータメモリのある主のサーバに格納される。
【0005】
また、位置決めを行う第3の方法では、モバイルにおいて、GPSあるいは他の衛星位置決めシステム(SPS)のための受信器を利用している。この方法は、完全に自律的でありうる。あるいは、携帯ネットワークを利用してアシスタンスデータを提供したり、位置計算を分担することもできる。このような方法の例は、米国特許第5,841,396号、米国特許第5,945,944号、および米国特許第5,812,087号に記載されている。我々は上記した方法を略してSPSと呼んでいる。EOTD、TODA、およびSPSシステムからなるあらゆる組み合わせは「ハイブリット」システムと呼ばれる。EOTDまたはTDOAでは、モバイルの正確な位置計算のために、種々の携帯基地局間の時間調整が必要であることは、上記記述から明らかであろう。基地局における日時の要求精度は、用いられている位置決め方法の詳細に依存する。ある方法では、基地局からモバイルに送信され、その後戻ってきた信号に対して往復遅れ時間(RTD)が検出された。類似した別の方法では、モバイルから基地局に送信され、その後戻ってきた信号に対して往復遅れ時間が検出された。これら各往復時間を2で割ることによって、片道における時間遅れ推定値を決定することができる。基地局の場所に、片道における時間遅れを加えた情報は、地球上の円に対するモバイルの場所を拘束する。そのとき、第2の基地局を備えた別の測定の結果が、2つの円の交差となる。これは、地球上の2点に対する場所を拘束する。このような第3の測定が、曖昧さを解決する。往復タイミングでは、仮にモバイルが速く移動した場合であっても、この測定が、同一場所のものと一致するように、幾つかの基地局でなされる測定が、最悪でも数秒間に調整されることが重要である。
【0006】
その他の状況では、モバイルと通信している主要な1つである1つの基地局についてのみ往復を測定することが可能であるが、2つまたは3つの各基地局の往復測定を行うことは不可能である。これは、IS−95北米CDMA携帯規格の場合である。または、機器または信号プロトコル制限によって、正確な往復タイミングを測定することは可能ではない場合もある。この場合、仮に三角測定操作が実行される場合、モバイルと基地局との間の経路の時間差のみが用いられるので、基地局において正確なタイミングが維持されることはいっそう重要となる。
【0007】
基地局に存在する正確なタイミングを持つ別の理由は、GPSに基づいた位置決め計算の支援のためにモバイルに時間を与えるためである。このような情報は結果として、第1の固定された及び/又は改善された感度に対する換算時間を生じる。これらの状況に対する要求精度は、要求されている性能向上度によって、数ミリ秒から、約10ミリ秒にまで及びうる。ハイブリッドシステムでは、この基地局タイミングは、GPS作用と同様に、TOAまたはTDOA作用の改善といった2重の目的にかなう。
【0008】
先行技術は、位置決め測定ユニット(LMU)またはタイミング測定ユニット(TMU)と名付けられた特別な固定場所タイミングシステムを適用しているネットワークタイミングに近いものである。これらユニットは、一般に、正確な日時を決定することが可能なGPS受信器を含んでいる。これらユニットの場所は、たとえばGPSに基づいたサーベイ機器でなされるようにサーベイされる。
【0009】
一般に、LMUまたはTMUは、基地局から送信される携帯通信信号の中に存在するフレーミングマーカのようなタイミング信号を観察する。そして、GPSセットあるいは他の時間決定デバイスを経由して検出されたローカル時間を用いて、これらタイミング信号に時間タグを付することを試みる。その後、メッセージが基地局(あるいは他のインフラ機器)に対して送信される。これによって、これらのエンティティは、経過時間の追跡を続けることが可能となる。そして、コマンドに基づいて、あるいは周期的に、特別のメッセージが、携帯ネットワークを通じて、信号のフレーミング構成に対応した日時を表示しているネットワークによって提供されているモバイルに送信される。これは、特に、合計のフレーミング構成が3時間を超える周期で継続するGSM(登録商標)のようなシステムに対しては容易である。位置決め測定ユニットが、位置決めサーバとして動作するように、他の目的にかなうことに留意されたい。すなわち、LMUは実際に、モバイルの位置を決定するために、モバイルからの到着時間の測定を行う。
【0010】
LMUまたはTMUを用いたアプローチの1つの問題は、幾つかの基地局の通信範囲内における各基地局または他のサイトに、新たな特別な固定機器の建設を必要とすることである。これは、設置および維持のための多大なコストの発生につながりうる。
【発明の概要】
【0011】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、携帯ネットワークにおける携帯基地局を同期化する様々な方法および装置を提供することを目的とする。
【0012】
ある典型的な方法では、携帯通信システムの少なくとも2つの基地局、すなわち第1の基地局と第2の基地局間の時間同期を図る。この典型的な方法では、第1のモバイル携帯局(MS)の第1の日時と第1の場所とが、第1の携帯局(MS)とともに配置された第1の衛星位置決めシステム(SPS)受信器から決定される。そして、この第1の日時と第1の場所とは、第1のMSによって、第1の基地局へと送信される。そして、第1の基地局では、前記第1の日時および第1の場所と、第1の基地局の既知の場所とから、第1の基地局の日時を決定する。また、この典型的な方法では、第2のMSの第2の日時と第2の場所とが、第2のMSとともに配置された第2のSPS受信器から決定される。そして、この第2の日時と第2の場所とは、第2の基地局へと送信される。そして、第2の基地局では、第2の日時および第2の場所と、第2の基地局の既知の場所とから、第2の基地局の日時を決定する。これらのモバイル局は、通常の通信動作に対して使用され、建物や構造物に固定される必要はないので、ネットワークのタイミングを図るための使用は、固定型のタイミング機器を維持するための不動産による高コストを回避する。携帯ネットワークにおける基地局の同期化を図る他の方法および装置もまた記載されている。
【0013】
本発明によれば、携帯ネットワークにおける携帯基地局を同期化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】モバイル携帯デバイスの位置を決定する従来技術の携帯ネットワークの例を示す図。
【図2】本発明とともに使用され、GPS受信器と携帯通信トランシーバとを含んでいるモバイル携帯通信局の一例を示す図。
【図3】本発明の様々な実施例に使用される携帯基地局の一例を示す図。
【図4】本発明に従った方法の一例を示すフローチャート。
【図5A】本発明に従った別の方法の一例を示すフローチャート(前半)。
【図5B】本発明に従った別の方法の一例を示すフローチャート(後半)。
【図6A】本発明のある典型的な方法にしたがって処理される2つの信号を示す図。
【図6B】基地局が、他の携帯基地局と同期化するためにどのように時計を更新するのかを示す、基地局における信号の表現を示す。
【図7】本発明のある実施例において使用されうる位置決めサーバの一例を示す図。
【図8】GSM携帯信号のフレーミング構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
携帯ネットワーク内において、携帯基地局における時間を決定したり、あるいは携帯基地局の同期化を図る様々な方法および装置がここに記載されている。以下の記載では、多くの具体的な詳細が、本発明を十分に理解するためになされている。例えば、基地局やモバイル通信局に対する様々なアーキテクチャが、本発明の限定として解釈されることなく説明的な目的のために提供されている。しかしながら、本発明はこれらの具体的な詳細説明がなくとも実施されうることは当業者にとっては明らかであろう。他の例では、良く知られた構成とデバイスとが、説明を容易にするためにブロック図形式で示されている。
【0016】
ここに記載された1つのアプローチでは、日時と位置との両方を決定するGPS受信器を含んでいる(あるいはそれに結合されている)モバイル通信局が利用されている。図2は、そのようなモバイル通信局の一例を示している。仮に受信信号が大きい場合、このGPS処理は自動モードで行われる。または、受信した信号ノイズ比が低い場合には、インフラストラクチャ(サーバ)における機器の助けによって行われる。サーバ機器(例えば後述するような図7に示す位置決めサーバ)は、性能改善が必要な場合(たとえば米国特許第5,841,396号、米国特許第5,945,944号、および米国特許第5,812,087号参照)には日時および位置決めにも寄与する。
【0017】
GSMなどのネットワークでは、GPS受信器からの日時情報が受信通信信号のフレーミング構成(例えばGSM)に時間タグを付するために用いられる。例えば、4.6ミリ秒毎に発生する特定のGSMフレーム境界の開始が使用される(図8参照)。3.48時間継続するスーパーフレームあたり、このようなフレームが2048ある。したがって、仮にこのタイミング情報が通常の携帯信号を経由して基地局(BS)(例えば図3に示す携帯基地局)へと送られた場合、転送時間内の唯一の主要な誤差は、モバイル局(MS)(例えば図2におけるモバイル携帯通信局)からBSへの伝搬時間である。もちろん、複数経路遅れやMSハードウェアを介した通過遅れなど他の残りの誤差もある。これら残りの誤差に対する評価方法は後述されている。
【0018】
前述したMSとBSとの間の伝搬遅れを評価するために様々な方法が用いられている。第1のそして高精度のアプローチは、MS及び/又はサーバがGPSユニットを経由してMS位置を正確に決定し、BS場所が正確に知られている(例えば、サーベイを経由して予め定められて)場合に適用することができる。この場合、伝播時間は、MSとMSとの範囲を光速によって除して決定される(一般には、あるネットワークエンティティにおいて)。そして、BSは、MSによって与えられたフレームマーカタイミングから、計算された伝搬時間を単に減算することによって、送信されたフレームマーカのタイミングを決定する。この方法は更に、図5A、図5B、図6Aおよび図6Bと連携して後述される。
【0019】
MSとBSとの間の伝搬遅れを評価するための第2のそしてさほど正確ではないアプローチは、MSとBSとの内部で既に有効である「タイミングアドバンス」情報によって可能となる。これはそもそもセル内のトラフィック調整に関する情報の目的を意図したものである。しかしながら、タイミングアドバンスメトリックは、MSとBSとの間の遅れ推定値を得るための直接的な方法で処理される。そのような時間調節パラメータによりもたらされた精度さは、関係する通信ビット間隔の時間分解能によって大部分決定される。従って、数ミリ秒あるいは数10ミリ秒以内の精度で伝搬遅れ推定値を得ることが可能である。この第2のアプローチは、上述した第1の遅れ推定値アプローチほどは正確ではないが、プライバシー問題が、正確なMS位置のネットワーク操作を妨げている状況では、特に有利である。
【0020】
前述したように、ある応用においては、基地局は、マイクロ秒タイプの精度で同期が図られる必要はなく、ミリ秒あるいは秒タイプの精度で同期が図られればよい。これらのシナリオのために、MSとBSとの間の遅れを補うことは生産的ではないかもしれない。というのも、マイクロ秒あるいは数10マイクロ秒オーダの小さな遅れは、必要なタイミング精度に対して重要ではないからである。従って、MSで得られた粗い日時は、BSからの信号に時間タグを付するために単にそのまま使用される。これは厳密なBS−MS範囲データを必要とすることなくBSに送られる。この状況は有利である。というのも、GPS受信器は、正確な時間タグを付すことが可能というよりは、むしろ遙かに低い信号レベルにおいて粗い時間タグを付することができるからである(例えば、参考文献として組み込まれた米国特許第5,812,087号、および参考文献として組み込まれco-pendingな米国特許出願番号09/062,232を参照方)。さらに、一旦粗い時間タグが付されると、その精度は、基地局によって送信されたデータの周波数の高い安定性によって、長期間にわたって維持される。
【0021】
図4は、本発明の実施例に従った典型的な方法の一例を示している。動作151では、モバイル携帯システムは、モバイル携帯通信システムにおける日時の表示を決定する。ある実施例、すなわち、GPS受信器52のようなGPS受信器が、図2の50に示すようなモバイル携帯通信システム内で使用される場合には、GPS時間は、MSにおいて、GPS衛星からのGPS信号がオフになったときのGPS時間を読み取ることによって取得される。別の方法として、米国特許第5,812,087号に記載された時間決定方法もまた使用されうる。このアプローチでは、モバイルにおいて受信されたGPS信号のサンプルは、位置決めサーバか、または他のサーバへと送信され、米国特許第5,812,087号に記載されたようにして、この記録が受信時間の決定のために処理される。さらに、別の方法では、動作151において、米国特許出願番号09/062,232に記載された様々な方法のうちの1つを用いて日時が計算される。図4に示された方法は、動作153に進む。動作153では、モバイル携帯通信局と、図3に示す携帯基地局のような携帯基地局との間の伝搬遅れが決定される。上述した実施例のある場合において、この動作は、動作151において決定された時間が、伝搬遅れよりも多くの誤差を伴う場合に決定されるオプションであると認められよう。また、上述したように、この伝搬遅れは、モバイルの位置を決定し(GPS信号を処理することによって)、携帯基地局の位置を決定することによって決定される。動作153では、これら2つの位置間の距離を光速で除することによって、伝搬遅れを決定する。
【0022】
動作155では、携帯基地局における時間が、モバイルにおける日時(モバイル携帯通信システムから送信される)から決定される。更に、動作153のオプション動作が利用された場合には、動作153で決定された伝搬遅れも考慮して決定される。
【0023】
ネットワークにおける各携帯基地局は、例えばGPS時間のような1つの時間規格に関連する全ての基地局の同期を図るためにこの処理を行う。このように、幾つかの基地局のおのおのとモバイルシステムとの間で送られたタイミング情報を利用して、改善された三角測量、すなわちレンジングが取得される。タイミング情報は、その他多くの用途にも用いられる。これらは、ある基地局から次に基地局へのモバイルの通信であるハンドオフをより効率的にさせる。そして、様々な目的のためのネットワークを通じて送信される時間を明らかにする。
【0024】
図5A、図5B、図6Aおよび図6Bは、本発明にしたがった実施例の更なる例として記載されている。この方法は、図2に示すシステム50のようなモバイル携帯通信システムおよび、図3に示す携帯基地局101で動作する。
【0025】
図2に示すモバイル携帯通信局50は、GPSアンテナ51をもつGPS受信器52と、
アンテナ53を含む携帯通信トランシーバ54とを備えている。あるいは、GPS受信器52は、もう一つのシャーシ内に含まれ(携帯通信トランシーバ54のようなモバイル局50の機器を保持するシャーシ内に統合されていない)ており、携帯通信トランシーバ54に結合され、このトランシーバ54と近接している。ただしこの場合、局50は、GPS受信器を含んでおらず、GPS受信器が結合され、局50とともに配置している限りはそれを必要としない。GPS受信器52は、従来型のものであり、ハードウェア相関ベースのGPS受信器でありうる。または、整合フィルタベースのGPS受信器でありうる。または、高速コンボルーションで処理されるデジタルGPS信号を格納するためのバッファを用いたGPS受信器でありうる。または、GPS受信器の部品を携帯通信トランシーバの部品と共有している(ここで参考文献として組み込まれている米国特許第6,002,363号のFigure7Bを参照方)ような米国特許第6,002,363号で記載されているGPS受信器でありうる。携帯通信トランシーバ54は、GSM携帯規格、またはPDC通信規格、またはPHS通信規格、またはAMPSアナログ通信規格、または北米IS−136通信規格、または非同期広帯域拡散スペクトルCDMA規格を含む良く知られた携帯規格の何れか1つで動作する現代式携帯電話でありうる。GPS受信器52は、携帯通信トランシーバ54に結合され、ある実施例では、GPS時間と位置とを携帯通信トランシーバ54(その後、この情報を基地局に送信する。)に与える。さらに、携帯通信トランシーバ54は、米国特許第5,841,396号および米国特許第5,945,944号に記載されているように、ドップラ情報のようなアシスタンスデータ、または時間情報をGPS受信器に与える。GPS受信器52と携帯通信トランシーバ54との間の結合は、米国特許第5,812,087号で記載されているようなGPS受信器において時間を決定するために、携帯基地局との間でのレコードの送受信のために使用される。これはこのレコードと別のレコードとのマッチングをとるためである。位置決めサーバが、システム50において位置及び時間を決定することを目的として、アシスタンスデータをモバイル携帯通信局へ与えるために使用されている状況または実施例、あるいは、位置決めサーバが、情報の処理を分担している状況または実施例においては、図に示されており後述されるような位置決めサーバが、通信リンクを通じて携帯基地局に接続され、データ処理を支援する。モバイル局の位置は、通常は固定されておらず、前もって決定されることはない。
【0026】
図3は、本発明の様々な実施形態で使用される携帯基地局の例を示している。基地局101は、携帯トランシーバ102を含んでいる。このトランシーバ102は、モバイル携帯通信局との信号の通信を行う少なくとも1つのアンテナ102aを持っている。この信号は、携帯基地局101によってサービスを受ける地域に存在する。例えば、モバイル携帯通信局50は、一般的にはモバイルシステム50によって送信された信号の範囲に基づいて、携帯基地局101によってサービスを受けるモバイル局のうちの1つでありうる。携帯トランシーバ102は、GSM携帯信号またはCDMA携帯信号のような携帯信号の送受信に使用される従来タイプのトランシーバである。時計103は、携帯基地局において日時を維持する従来タイプのシステム時計でありうる。この時計の精度は、ここで記載された方法にしたがって他の携帯基地局にある他の時計に同期させることができるように、本発明の方法にしたがって改善することができる。多くの場合において、この時計は、非常に安定しているが、ある周期にわたっては、初期の時間設定に関連して大きくドリフトする。携帯基地局101は、当該技術分野では良く知られているモバイル切換センタに携帯トランシーバを結合させるために携帯トランシーバ102との間でデータを送受信するネットワークインタフェースをも一般に含んでいる。携帯基地局101はまた、携帯基地局から比較的離れて位置しているか、または、携帯基地局自身と同じサイトに位置しているかの何れかであるデジタル処理システム105を含みうる。このデジタル処理システム105は、本発明の方法にしたがって時計の時間を調整したり再設定し、時計を、他の携帯基地局の他の時計と同期化させるために、時計103に結合されている。多くの場合において、この時計は、非常に安定しているが自由に動作しており、ネットワーク動作に対して、時計の時間ストロークを実際に変更するように影響する。代わりに、時計エポックに対応した時間を調整することができる。これは、「再設定」によって意味付けられている。デジタル処理システム105はまたモバイル切換センタからのデータまたは通信を受信し、他の携帯基地局内の他の時計に時計103を同期化させることを目的に、モバイルシステムから送信された時間タグが付されたフレームマーカのような携帯トランシーバ102からのデータを受信するため、ネットワークインタフェース104に接続されている。
【0027】
図5Aおよび図5Bで示された方法は、携帯基地局が携帯信号をモバイル携帯通信局に送信した場合に動作201から開始される。オプションとして、この信号は、携帯基地局が自己を他の携帯基地局に同期化することができるように、モバイルシステムからの同期情報に対する要求を含んでいる。携帯基地局は、モバイルシステムに送信されている信号に時間タグまたはマーカを与える。このマーカは、信号のフレーミング構成の固有の部分であるマーカでありうる。これは更に、図6Aに示されている。図6Aでは、基地局1が、マーカM1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9を含むフレーミング構成とともに信号301を送信する。図5Aの動作203でモバイルシステムは、マーカが付された携帯信号を受信する。この携帯信号を受信すると同時に、モバイル局はまたGPS衛星からGPS信号を受信する。GPS信号はGPS時間を含んでいる。これは当該技術では良く知られている。その後、モバイル局は、GPS時間とともに基地局から受信された携帯信号のマーカに時間タグを付す。携帯信号はGPS時間の中に、マーカがモバイルシステムにおいて受信された時間を表している。これは図6Aにおいて信号303で示されている。信号303は、モバイル1によって受信された基地1からの信号が、伝搬遅れ307によって遅延されたことを表している。図6Aに示すように、マーカM1には時間タグ305が付されている。これは、このマーカがモバイルシステムにおいて受信された時間に対応したGPS時間を表す。動作205においてモバイル局は、その位置と、携帯信号におけるマーカの時間タグとを同時に決定する。モバイル局におけるGPS受信器は、自動的にその位置を決定する(例えば、既存のハードウェア相関ベースのGPS受信器は、GPS衛星からの位置推算データを読み取ることによってその位置を自身で決定する)か、あるいは、携帯ネットワークに接続された図7に示す位置決めサーバのようなサーバの支援を受けてその位置を決定する。動作207では、モバイル局は、その位置(あるいは、位置決めサーバがその位置を決定することができるような疑似範囲)と、モバイル局によって時間タグが付され、マーカに対応したGPS時間とを携帯基地局へと送信する。
【0028】
動作209では、携帯基地局が、モバイルの位置とその予め定められた位置とを使うことによって、日時を計算し、モバイルと基地局との間の伝搬遅れを決定する。この伝播遅れが、マーカに対応したGPS時間から減じられることによって、送信されたマーカにおけるGPS時間が決定される。これは、基地局1がモバイルシステムから時間TR1を受信する図6Bに示されている。この時間タグTR1は、マーカM1に対応したGPS時間を表している。この伝搬遅れ307が、GPS時間TR1から減じられ、マーカM1に対応した時間T1を得る。すなわち、時間T1は、基地局においてマーカM1に対応している時間タグ309である。その後、基地局における現在時間が、タグ309におけるGPS時間に現在のフレームM9を対応付けることによって更新され、図6Bに示すように現在時間311が生成される。すなわち、信号301には、信号301のフレーミング構成を与えている既知の時間関係が、マーカM9とマーカM1との間にある。既知のフレーミング構成を与えているこれら2つのマーカの間の時間差が時間T1に加えられ、現在時間311を生成する。従って、携帯基地局における現在時間は、モバイルによって時間タグが付され送信されたマーカに対応付けられたGPS時間から更新される。これは、図5Bにおける動作211に示されている。そして、動作213ではオプションとして、携帯基地局において時計が同期化された前回の時間が保存される。これは、時計を、他の携帯基地局における他の時計と同期化するために、いつ時計を更新するのが適当かを決定するために行われる。動作215では、携帯基地局、あるいは携帯基地局を支援する遠隔エンティティをいつ再び同期化するかを決定する。例えば、数分間の設定時間は、自動的に別の同期化処理を引き起こす。別の方法では、基地局における時計を、いつ再び他の携帯基地局の他の時計に同期させるかを決定するために他の技術が適用されている。
【0029】
図7は、本発明の様々な実施例とともに使用される位置決めサーバ350の一例を示している。例えば、米国特許第5,841,396号に記載されているように、このサーバは、ドップラなどのアシスタンスデータまたは他の衛星アシスタンスデータをモバイル局50内のGPS受信器に提供する。あるいは、モバイル局50ではなく、この位置決めサーバが最終位置計算を行い(疑似範囲または、モバイルから疑似範囲を判定することができる他のデータを受信した後)、基地局が伝搬遅れを計算することができるように、この位置決定を基地局に転送する。一般に位置決めサーバは、コンピュータシステム351、モデルまたは他のインタフェース352,353,354、大容量記憶装置355(例えばソフトウェアとデータとを記憶する)、およびオプションのGPS受信器356のようなデータ処理ユニットを含んでいる。この位置決めサーバ350は、ネットワーク360,362,364に示される3つの異なるネットワークに接続されている。ネットワーク360は、単数または複数の携帯切換センタ、及び/又は陸上をベースとした電話システムスイッチを含んでいる。あるいは、モデム353が、携帯基地局101のようなセルサイトに直接的に接続されている。複数の携帯基地局は一般的に無線範囲によって地理的領域をカバーするように調節され、異なる基地局は、従来技術で知られているような少なくとも1つのモバイル切換センタ(図1参照)に接続されていることが認められよう。よって、基地局101の複数の例は、地理的に配置されるが、モバイル切換センタに接続されている。ネットワーク362は、異なるGPS情報を提供するリファレンスGPS受信器のネットワークであり、また、モバイルシステムの位置の計算に使用されるGPS位置推算データを提供する。このネットワークは、モデムまたは他の通信インタフェース354を通じてデータ処理ユニット351に結合される。ネットワーク364は、図3に示されたデータ処理システム105などの他のコンピュータまたはネットワーク機器を含む(図3に図示されていないオプションの相互接続を通じて)。また、ネットワーク364は、911電話呼出に対して応答する公衆安全応答ポイントのような緊急操作によって操作されるコンピュータシステムを含みうる。位置決めサーバ350を使用する様々な方法の例が、ここでは参考文献として組み込まれている米国特許第5,841,396号、米国特許第5,812,087号、米国特許出願番号09/062,232、米国特許第5,874,914号のような多くの米国特許および特許出願に記載されている。
【0030】
前述の各方法は、BSアンテナの面における実効的な送信時間を決定する。多数のMSの使用は、平均化処理を経ることによって誤差を低減する傾向にある。これは、システムバイアスが取り除かれうることを想定している。
【0031】
(例えば早朝時間などの)タイミングをサポートするのにMSの能力が十分であるかの懸念は、様々な位置にMSを配置することと、呼出を周期的に行うことによって改善される。
【0032】
単一のMSにおけるGPS処理による典型的な時間誤差は、10〜30ナノ秒のオーダにある。従って、複数経路のような他の誤差源が支配的である。
【0033】
BS発振器の安定性は、どれくらいの頻度でタイミング測定がなされ普及される必要があるかに影響する。BS発振器のドリフト対時間をモデル化し、更新頻度を減少することは可能である。
【0034】
モバイル局受信器の誤差と効果とを較正する幾つかの方法を記載する。本発明のある実施例では、モバイル(例えば図2に示すモバイル通信局50)は、自己の場所Pmobile=[x,y,z]と、この場所に対応する時間Tmobileを決定する。これは、場所決定の時間(例えばGPS時間)から、フレーミングマーカの時間に対する時間遅れを単に測定することによって、時間と、受信した携帯通信信号のフレーミングマーカとを対応付ける。代わりに、この場所決定は、フレーミングマーカの時間に等しい時間においてなされうる。従って、一般性を失うことなく、Tmobileは、モバイルによって観察されたフレーミングマーカの時間に等しいものと仮定する。
【0035】
モバイルもまた、基地局の場所Pbase=[x,y,z]を知っているものと仮定する。そのとき、仮に複数経路による遅れが重要でないのであれば、時間Tmobileにおける基地局からモバイルまでの範囲は、
Tm=[(x−x+(y−y+(z−z1/2
となる。
【0036】
仮に受信回路内の遅れがない場合、基地局とモバイル間の伝搬時間遅れの範囲は、RTm/cとなる。ただし、cは光速である。
より明確化を図るために、基地局におけるフレーミングマーカの送信時間を、基地局の送信アンテナの面におけるこのマーカの発生時間として参照する。従って、複数経路遅れがない場合、あるいは受信器遅れがない場合には、基地局のアンテナ面におけるフレームマーカの送信時間は、Tbase=Tmobile−RTm/cである。
【0037】
さて、GPS受信器は、bGPSと呼ばれるRFとデジタル信号処理に対応する遅れを持つ。同様に、Bcommと呼ばれる通信受信器のRFとデジタル信号処理に対応した遅れが存在する。従って、図2に示すように、bGPSは、GPS受信器52内の遅れによって生じ、bcommは、携帯通信トランシーバ54内の遅れによって生じる。更に複数経路によって、基地局から通信受信器への伝搬において追加の遅れが生じる。この遅れはbmultと呼ばれている。我々は、これが、GPS測定に関連したある複数経路遅れを支配しているものと考える。従って、基地局における送信時間のバイアスされていない測定を提供する代わりに、我々はbmult+bcomm−bGPSのバイアス(測定された時間から真の時間を引いたもの)を持つ測定を提供する。一般に、特に、受信器較正機能が実行される場合(後述する)には、bmultは、他の誤差源を支配する。従って、通常は、フレーミングマーカの推定される送信時間は遅い。
【0038】
comm−bGPSは、単に基地局シミュレータを使用することによって測定することができる。基地局シミュレータは、フレーミング構成とともに携帯信号を送信するものであって、モバイルのアンテナポートに直接接続されている。そして、モバイルにおけるフレームマーカの受信時間を測定する。この処理において、モバイルのGPS受信器を使い、フレームマーカに時間タグ(モバイルのGPS受信器によって受信されたGPS時間)を付す。ここで、基地局シミュレータは、GPS受信器を使って、このGPS受信器によって提供されたGPS時間に送信を同期化する。基地局から受信器への送信遅れはゼロであるので、このアプローチによって、誤差(ごく僅かな測定ノイズを除く)を生じることなくbcomm−bGPSを決定する。この較正処理は、完全自動的になされ、製造中の試験処理内において受信器に簡単に組み込むことができる。モバイルに極めて近接したシミュレータからモバイルへとシミュレーション信号を送信するような、簡単な変形は可能である。
【0039】
余分な複数経路遅れbmultは、基地局の同期化を図る場合の主要な誤差源となる。視線経路によって、この遅れは、平均してゼロのバイアスを持つ。反射した経路、または直接および反射の組み合わせからなる経路のある場合、平均するとゼロより大くなる(測定値対真値の直接経路遅れ)。この基地局は、通常、短い時間内に、各モバイルユニットから同様に、幾つかのモバイルユニットからも、各フレームマーカに対応付けられた多くの時間推定値を受信する。これらの日時推定値をD,D,・・・Dと呼ぶことにする。これら推定値の最低値は、通常は、いかなる個別の測定値または測定値の平均値よりも有意に低い平均バイアスを持つ。仮に測定値の数Kが大きい場合、測定値を低い方から高い方へと並べかえ、測定値の低い値の10%の平均を取ったり、同様な統計量を取ることができる。これは、平均バイアスを大幅に減少し、いくつかの平均処理の利点を活用することができる。
【0040】
仮に基地局が非常に安定した時計を持っている場合には、遠隔モバイルユニットからの更新間の時間を維持するためにこの時計を用いる。この時計は、複数経路によるモバイルからの悪い測定値を除去するための平滑化処理に使用されうる。更に、モバイルからの測定値は、例えば老朽化に伴う基地局時計の長期間の安定性を測定するために使用される。例として、GSMハイパーフレームは、約3.48時間であり、スーパーフレームは6.12秒である。従って、ハイパーフレームは、約12528秒である。典型的なGPS時間測定は、差分補正なしで、約100ナノ秒の精度とされるべきである。この精度によって、基地局発振器の長期間にわたる測定頻度は、約100ナノ秒/12528秒から、8×10-12となる。6.12秒の期間にわたる測定でさえも、長期間にわたる精度は約1.6×10-8となる。この長期に亘る測定安定性は、同じモバイル受信器を用いて、幾つかの日時測定を行うことによって最も良くなされる。それゆえ、固定またはゆっくり動くモバイルは、この目的に最もよく適している。モバイル位置の連続測定によって、モバイル受信器の活動に関連した必要情報を得ることができる。
【0041】
仮に、著しいユーザ動作がある場合、いかなるドップラ関連効果も、上述したタイミング測定に影響を与えないことは重要である。特に、仮にモバイルがある例において時間を測定し、別の例で発生した携帯信号フレーム境界に対応した日時を予測した場合、このモバイルの動作によって、誤差が発生しうる。仮にこのモバイルが速く動作しているか、及び/またはこれら時間インスタンスの差が大きい場合には、この場合に該当する。このタイプの問題を扱うための多くの方法がある。例えば、仮にこのモバイルがその速度を決定できる場合、このデータは、基地局に供給される。この基地局では、モバイルと基地局との間の範囲比に対応したドップラによる誤差を補償することができる。
【0042】
本発明の方法及び装置を、GPS衛星に関連させて記載したが、上記開示技術は、pseudolites または衛星とpseudolitesとの組み合わせを利用する位置決めシステムに等しく適用可能であることが認められる。pseudolitesは、Lバンド搬送信号で変調されるPNコード(GPS信号に類似している)を放送する陸上ベースの送信器であり、一般にGPS時間で同期化される。各トランスミッタは、遠隔受信器によって識別されるように、ユニークなPNコードが割り当てられる。pseudolitesは、トンネル、鉱山、建物、その他の閉じた場所のように、周回衛星からのGPS信号が利用できない状況で役に立つ。ここで使用されている「衛星」という用語は、pseudolitesまたはその均等物を含むことを意図している。また、同様にここで使用されているGPS信号という用語は、pseudolitesまたはpseudolitesの均等物からのGPS近似信号を含むことを意図している。
【0043】
前述した説明において、本発明は、米国GPSシステムに関する出願に関連して記述されたものである。しかしながら、これらの方法は、類似の衛星位置決めシステムや特にRussian Glonassシステムにもまた等しく適用できる。Glonassシステムは、異なる衛星からの信号が、異なる疑似ランダムコードではなく、僅かに異なった搬送周波数を用いて互いに区別されるという点で基本的にGPSシステムとは異なる。ここで使用されている「GPS]という用語は、そのような別の衛星位置決めシステムを含むものであり、Russian Glonass システムを含んでいる。
【0044】
ここに述べた明細書によって、本発明が、具体的、かつ典型的な実施例を参照して記載された。しかしながら、特許請求の範囲に記述されたような本発明の広い主旨と範囲から逸脱することなく様々な変形や変更がなされることは言うまでもない。したがって、明細書及び図面は、限定的ではなく、一例として考慮されるべきである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
携帯通信システムの第1の基地局と第2の基地局とを含む少なくとも2つの基地局間の時間同期を図る方法であって、
第1のモバイル携帯局の日時と場所とを決定し、
前記第1のモバイル携帯局の前記日時と場所とを第1の携帯通信リンクを通じて前記第1の基地局へ送信し、
前記第1の基地局の既知の場所とともに、前記第1のモバイル携帯局の日時と場所とから、前記第1の基地局の日時を決定し、
第2のモバイル携帯局の日時と場所とを決定し、
前記第2のモバイル携帯局の前記日時と場所とを第2の携帯通信リンクを通じて前記第2の基地局へと送信し、
前記第2の基地局の既知の場所とともに、前記第2のモバイル携帯局の日時と場所とから、前記第2の基地局の日時を決定し、
前記第1のモバイル携帯局と前記第2のモバイル携帯局はおのおの共に配置された衛星位置システム受信器を用いて、前記第1および第2のモバイル携帯局の日時と場所とを決定するようにした方法。
【請求項2】
請求項1に記載の方法において、
前記第1のモバイル携帯局の日時は、携帯通信信号とともに存在し、前記第1の基地局から送信され、前記第1のモバイル携帯局によって受信されたフレーム同期エポックに関連して測定される方法。
【請求項3】
請求項1に記載の方法において、
前記第1の基地局の日時の決定は、前記第1の基地局から送信される携帯通信信号とともに存在するフレーム同期エポックに関連している方法。
【請求項4】
請求項1に記載の方法において、
前記携帯通信リンクは、GSM通信規格、PDC通信規格、PHS通信規格、AMPSアナログ通信規格、北米IS−136通信規格、および非同期広帯域拡散スペクトルCDMA規格のうちの1つを使用する方法。
【請求項5】
請求項1に記載の方法において、
前記第1のモバイル携帯局と前記第2のモバイル携帯局は、同一局である方法。
【請求項6】
請求項1に記載の方法において、
前記第1のモバイル携帯局と前記第2のモバイル携帯局は、異なるものであり、別個のモバイル携帯局である方法。
【請求項7】
携帯通信システムの第1の基地局と第2の基地局とを含む少なくとも2つの基地局間の時間同期を図るシステムであって、
第1の衛星位置決めシステム受信器の日時と場所とを前記第1の基地局へ送信可能な第1のモバイル携帯局とともに配置され、前記第1のモバイル携帯局の日時と場所とを決定することが可能な第1の衛星位置決めシステム受信器と、
前記第1の基地局に結合され、前記第1の基地局の既知の場所とともに、前記第1のモバイル携帯局の前記日時と場所とから前記第1の基地局の日時を決定することが可能な第1の測定装置と、
第2の衛星位置決めシステム受信器の日時と場所とを前記第2の基地局へ送信可能な第2のモバイル携帯局とともに配置され、前記第2のモバイル携帯局の日時と場所とを決定することが可能な第2の衛星位置決めシステム受信器と、
前記第2の基地局に結合され、前記第2の基地局の既知の場所とともに、前記第2のモバイル携帯局の前記日時と場所とから前記第2の基地局の日時を決定することが可能な第2の測定装置と
を備えたシステム。
【請求項8】
請求項7に記載のシステムにおいて、
前記第1の衛星位置決めシステム受信器は、前記第1のモバイル携帯局とともに筐体内に統合されているシステム。
【請求項9】
請求項8に記載のシステムにおいて、
前記第1の衛星位置決めシステム受信器と前記第1のモバイル携帯局とは、少なくとも1つの共通機器を共有しているシステム。
【請求項10】
請求項7に記載のシステムにおいて、
前記第1のモバイル携帯局の日時は、前記第1の基地局から前記第1のモバイル携帯局へと送信される携帯通信信号内に存在するフレーム同期エポックに関連して測定されるシステム。
【請求項11】
請求項7に記載のシステムにおいて、
前記第1の基地局の前記日時の決定は、前記第1の基地局から送信される携帯通信信号内に存在するフレーム同期エポックに関連してなされるシステム。
【請求項12】
請求項7に記載のシステムにおいて、
前記携帯通信リンクは、GSM通信規格、PDC通信規格、北米IS−136通信規格、PHS通信規格、AMPSアナログ通信規格、および非同期広帯域拡散スペクトルCDMA規格のうちの1つを利用するシステム。
【請求項13】
請求項7に記載のシステムにおいて、
前記第1のモバイル携帯局と前記第2のモバイル携帯局とは同一の局であり、前記第1の衛星位置決めシステム受信器と前記第2の衛星位置決めシステム受信器とは同一の受信器であるシステム。
【請求項14】
請求項7に記載のシステムにおいて、
前記第1のモバイル携帯局と第2のモバイル携帯局とは異なる別個の局であり、前記第1の衛星位置決めシステム受信器と前記第2の衛星位置決めシステム受信器とは異なる別個の受信器であるシステム。
【請求項15】
請求項1に記載の方法において、
共に配置された衛星位置決めシステム受信器を組み入れたモバイル携帯局におけるモバイル携帯局時間バイアスを決定する更なる方法を備えており、
この更なる方法は、
前記モバイル携帯局を携帯基地局シミュレータに近接して配置し、
前記携帯基地局シミュレータを正確な時間基準に同期させ、
前記共に配置された衛星位置決めシステム受信器を用いて前記モバイル携帯局の日時を決定し、
前記日時を用いて前記モバイル携帯局時間バイアスを決定し、
前記モバイル携帯局時間バイアスを前記モバイル携帯局に取り付けられたメモリに格納するようにした方法。
【請求項16】
請求項15に記載の方法において、
前記モバイル携帯局は、
前記第1のモバイル携帯局とその衛星位置決めシステム受信器と実質的に同一の回路と、
前記第2のモバイル携帯局とその衛星位置決めシステム受信器と実質的に同一の回路とを含む方法。
【請求項17】
モバイル携帯通信局内で実行され、携帯通信システム内の第1の基地局における時間を確立する方法であって、
前記モバイル携帯通信局の場所を決定する位置情報を決定し、
前記第1の基地局において有効な信号に関して決定され、前記モバイル携帯通信局における日時を表示する時間表示を決定し、
前記位置情報と前記場所のうちの少なくとも1つを送信し、前記モバイル携帯通信局からの前記時間表示を送信し、
ここで前記時間表示と、前記位置情報と前記場所とのうちの少なくとも1つとは、前記第1の基地局が前記携帯通信システムにおける他の基地局に同期されるように前記第1の基地局における時間を確立するために使用されている方法。
【請求項18】
請求項17に記載の方法において、
前記モバイル携帯通信局は、少なくとも衛星位置決めシステム衛星に対する疑似範囲を含む前記位置情報を決定する衛星位置決めシステム受信器を備えており、
前記第1の基地局において有効である前記信号は、前記第1の基地局から前記モバイル携帯通信局に送信された携帯通信信号であり、
前記時間表示は、前記信号内のマーカと対応している方法。
【請求項19】
請求項18に記載の方法において、
前記時間表示は、
前記衛星位置決めシステム受信器によって受信された衛星位置決めシステム信号のサンプリングと、前記衛星位置決めシステム信号内の日時メッセージとのうちの少なくとも1つを含む方法。
【請求項20】
請求項19に記載の方法において、
位置決めサーバが、前記位置情報を受信し、前記場所を決定し、前記位置を前記第1の基地局へと与える方法。
【請求項21】
モバイル携帯通信局に対して離れて実行され、携帯通信システムの第1の基地局における時間を確立する方法であって、
前記第1の基地局に対して有効な信号に関連して決定され、前記モバイル携帯通信局における日時を表す時間表示を前記モバイル携帯通信局から受信し、
前記第1の基地局が他の基地局に同期化されるように前記時間表示から前記第1の基地局における時間を決定するようにした方法。
【請求項22】
請求項21に記載の方法において、
前記信号は、前記第1の基地局から前記モバイル携帯通信局へと送信された携帯通信信号である方法。
【請求項23】
請求項22に記載の方法において、
更に、前記モバイル携帯通信局の場所を受信し、前記第1の基地局における前記時間もまた、前記モバイル携帯通信局の前記場所と、前記第1の基地局の既知の予め定められた場所とから決定される方法。
【請求項24】
請求項23に記載の方法において、
前記モバイル携帯通信局が固定されておらず前記場所は予め定められておらず、
前記場所と前記既知の予め定められた場所は、前記モバイル携帯通信局と前記第1の基地局との間の伝搬遅れを決定する方法。
【請求項25】
請求項24に記載の方法において、
前記他の基地局は、前記モバイル携帯通信局と他のモバイル携帯通信局とのうちの少なくとも1つから他の時間表示を受信することによって前記第1の基地局との同期を図り、
前記他の時間表示と前記時間表示とは、同一の時間規格に基づいている方法。
【請求項26】
請求項25に記載の方法において、前記同一の時間規格は、GPS時間である方法。
【請求項27】
携帯通信システムで使用される基地局装置において、
無線携帯トランシーバと、
前記無線携帯トランシーバに結合されたネットワークインタフェースと、
前記無線携帯トランシーバに結合された時計とを備え、
前記無線携帯トランシーバは、前記モバイル携帯通信局における日時を表示する時間表示を、遠隔のモバイル携帯通信局から受信し、
前記時間表示は、前記基地局装置に対して有効な信号に関連して決定され、
前記基地局装置が他の基地局に対して同期が図られるように前記時間表示から前記時計に対する時間が決定される基地局装置。
【請求項28】
請求項27に記載の基地局装置において、
前記信号は、前記基地局装置から前記モバイル携帯通信局へと送信される携帯通信信号である基地局装置。
【請求項29】
請求項28に記載の基地局装置において、
前記ネットワークインタフェースは、陸上ベースの通信を前記無線携帯トランシーバを通じて前記モバイル携帯通信局へと送信し、
前記無線携帯トランシーバは、前記モバイル携帯通信局の場所を受信し、
前記時計に対する時間もまた、前記場所と、前記第1の基地局の既知の予め定められた場所とから決定される基地局装置。
【請求項30】
請求項29に記載の基地局装置において、
前記時計と、前記無線携帯トランシーバと前記ネットワークインタフェースのうちの少なくとも1つとに結合されたデジタル処理システムを付加し、
前記デジタル処理システムは、
前記場所と、前記既知の予め定められた場所とから伝搬遅れを決定し、前記伝搬遅れと前記時間表示とを使って、前記時間を設定するか、または前記時計を調整する基地局装置。
【請求項31】
請求項28に記載の基地局装置において、
前記他の基地局は、前記モバイル携帯通信局と他のモバイル携帯通信局とのうちの少なくとも1つから他の時間表示を受信することによって、前記基地局装置との同期化を図り、
前記他の時間表示と前記時間表示とは同一の時間規格に基づいている基地局装置。
【請求項32】
モバイル携帯通信局において、
無線携帯トランシーバと、前記無線携帯トランシーバに結合された衛星位置決めシステム受信器とを備え、
前記衛星位置決めシステム受信器は、前記モバイル携帯通信局における日時を表し、基地局に対して有効な信号に関連して決定される時間表示を決定し、
前記無線携帯トランシーバは、前記時間表示を前記基地局へ送信し、
前記基地局が、前記モバイル携帯通信システムと無線通信可能な他の基地局との同期化を図れるように、前記時間表示が、前記基地局において時間を確立するために用いられるモバイル携帯通信局。
【請求項33】
請求項32に記載のモバイル携帯通信局において、
前記衛星位置決めシステム受信器は場所を決定し、
前記無線携帯トランシーバは前記場所を前記基地局に送信し、
前記信号は、前記基地局から前記モバイル携帯通信局へと送信された携帯通信信号であり、
前記時間表示は、前記信号におけるマーカに対応付けられているモバイル携帯通信局。
【請求項34】
請求項33に記載のモバイル携帯通信局において、
前記時間表示は、前記衛星位置決めシステム受信器によって受信された衛星位置決めシステム信号の日時メッセージであるモバイル携帯通信局。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5A】
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【図5B】
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【図6A】
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【図6B】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−48431(P2013−48431A)
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−205566(P2012−205566)
【出願日】平成24年9月19日(2012.9.19)
【分割の表示】特願2011−176789(P2011−176789)の分割
【原出願日】平成13年5月26日(2001.5.26)
【出願人】(595020643)クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】QUALCOMM INCORPORATED
【Fターム(参考)】