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KR100691397B1 - 낮은 정확도의 클록을 사용하여 이동 통신 장치의 위치를결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

낮은 정확도의 클록을 사용하여 이동 통신 장치의 위치를결정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR100691397B1
KR100691397B1 KR1020027001504A KR20027001504A KR100691397B1 KR 100691397 B1 KR100691397 B1 KR 100691397B1 KR 1020027001504 A KR1020027001504 A KR 1020027001504A KR 20027001504 A KR20027001504 A KR 20027001504A KR 100691397 B1 KR100691397 B1 KR 100691397B1
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KR
South Korea
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mobile communication
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signal
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데니스 디. 맥크라디
로렌스 제이. 도일
하워드. 포스트롬
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아이티티 매뉴팩츄어링 엔터프라이즈, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

위치 결정 시스템 (10) 은, 마스터 무선국의 위치를 3 각 측정법에 의하여 계산하는데 요구되는 거리 측정값을 산출하기 위하여, 레인징 메시지의 도달 시간을 정확하게 결정하는 왕복 메시징 방식을 사용하여, 마스터 무선국 (12) 의 위치를 결정한다. 마스터 무선국은, 응답 레인징 메시지를 전송하는 것에 의하여 반응하는 복수의 기준 무선국 (14, 16, 18, 20) 에게 외부 레인징 메시지를 전송한다. 응답 레인징 메시지를 수신하면, 마스터 무선국은, 왕복에 경과된 시간으로부터 총처리 시간을 감산함으로써 계산되는 신호 전파 시간에 의하여 기준 무선국까지의 거리를 결정한다. 고정되거나 위치가 알려진 이동 무선국의 어떠한 조합도 이 시스템에서 다른 이동 무선국을 위한 기준 무선국으로서 사용될 수 있기 때문에, 변화하는 전송 조건하에서도 뛰어난 적응성을 제공할 수 있다. 각각의 무선국은 기준 무선국과 동기될 필요가 없기 때문에, 높은 정확도의 시스템 클록이 필요치 않다.

Description

낮은 정확도의 클록을 사용하여 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE POSITION OF A MOBILE COMMUNICATION DEVICE USING LOW ACCURACY CLOCKS}
이 출원은 1999년 8월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "낮은 정확도의 클록을 사용하여 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치" 이며 미국 출원 번호가 09/365,702 인 출원으로부터의 우선권을 주장한 출원입니다.
본 발명은 이동 통신 장치의 위치를 결정하는 위치 결정 시스템과 관련된 발명으로서, 보다 상세하게는 상대적으로 정확도가 낮은 클록을 가진 이동 통신 장치 및 기준 통신 장치간 신호를 주고받는 확산 스펙트럼 2-웨이 전송 방식을 채택한 시스템에 관한 것으로서, 심대한 다중 경로 간섭에도 불구하고 이동 통신 장치의 위치를 신속하고 정확하게 결정하고자 하는 것이다.
이동 통신 장치의 물리적 위치를 신속하고 정확하게 결정하는 능력은 다양한 응용 분야에서 큰 장점을 갖는다. 군사적 상황에서, 예를 들면 GPS 시스템의 신호와 같은 종래의 위치 결정 시스템의 신호가 제대로 사용될 수 없는 (예를 들면, 빌딩 내부) 시나리오를 포함하는 필드 작전과 구조 임무를 수행하는 동안, 군인 및/또는 장비의 위치를 파악하는 것은 바람직한 것이다. 보다 일반적으로, 적절 하게 갖추어진 이동 통신 장치는 건물 내부 또는 외부 모두에 위치한 사람 (예를 들면, 전술작전 수행중인 경찰: 불타는 건물 내부 또는 근방에 위치한 소방관: 의료 시설 또는 긴급한 장소로의 통로에서 의사, 간호사, 군의관 및 앰뷸런스를 포함하는 의료인 및 의료 장비: 및 구조나 수색 작전에 참가한 사람) 또는 장비의 위치를 추적하는데 사용될 수 있다. 또한, 통합된 위치 결정 통신 장치는 고가의 아이템들 예를 들면 PC, 랩탑 컴퓨터, 휴대용 전자 장치, 수하물, 여행 가방, 고가품 및 도난 차량을 추적하여 위치를 파악할 수 있도록 한다. 종래의 위치 결정 시스템이 동작하기 곤란한 도심에서, 버스, 트럭 및 대여 차량을 포함하는 영업용 차량을 안전하게 추적하는 것은 바람직한 것이다. 또한, 복잡한 장소에서 이동 통신 장치를 휴대하고 있는 사람 (예를 들면, 몰, 놀이공원, 또는 여행자를 끄는 장소와 같은 붐비는 장소에 있는 어린이; 빌딩 내에서의 사람의 위치; 유치장에서의 죄수의 위치) 을 추적하는 것은 바람직한 것이다.
또한, 이동 통신 장치의 위치를 결정하는 기능은 셀룰러 폰의 위치를 결정하는데 응용된다. 종래의 고정된/유선 전화기와는 달리, 긴급 호출시 종래의 셀룰러 폰의 위치 결정은 긴급 응답 시스템 (예를 들면, 미국에서의 911 시스템) 에 의하여 자동적으로 결정될 수 없다. 따라서, 호출자가 자신의 위치를 말할 수 없는 경우 (예를 들면, 호출자가 정신을 잃은 상태이거나, 질식되었거나, 자신의 의지에 반하여 감금된 경우) 에는 도와줄 수 없게 된다. 셀룰러 폰의 위치 결정 기능은 긴급 호출된 장소를 정확히 파악하는데 사용될 수 있다. 또는, 이러한 정보는 셀 네트웍 관리에 보조적으로 사용될 수 있다.
당연하게는, 대체로 이동 통신 장치가 음성 또는 데이터 정보를 송수신하는데 사용되는 경우에, 이 장치가 음성 또는 데이터 통신의 두절 없이 통신과 위치 결정을 동시에 수행할 수 있도록 위치 결정 기능을 병합하는 것이 바람직할 것이다.
이동 통신 장치의 위치를 결정하는데 채용되는 종래의 기술들 중에서, 위치가 알려진 서로 다른 복수의 송신기(예컨대, GPS 위성 또는 지상-기반 송신기)로부터 전송되는 복수의 타이밍 신호를 이동 통신 장치에서 수신하는 방식이 있다. 이 타이밍 신호의 도달 시간으로부터 각 송신기까지의 거리를 결정함으로써, 이동 통신 장치는 삼각 측정법에 의하여 자신의 위치를 계산할 수 있다.
이러한 위치 결정 기술의 정확성 및 실현 가능성은, 신호가 물체 또는 다른 신호 반사 매체에 반사되게 하는 보다 긴 다중 경로 및 직접 경로를 포함하는 복수의 다른 경로 등을 통하여, 송신기로부터 수신기로 전송되는 신호에 의하여 야기되는 다중 경로 간섭 때문에, 심각하게 악화될 수 있다. 불행하게도, 다중 경로 간섭은, 인공 구조물이 신호 반사의 가능성을 증가시켜, 신호로 하여금 복수의 경로를 경유하여 수신기에 도달하도록 하기 때문에, 도심 지역 및/또는 빌딩 내부와 같이 위치 결정 기술이 가장 유용하게 사용되는 환경에서 가장 심각할 수 있다.
위치 결정 시스템 분야에서, 다중 경로 간섭의 영향을 감소시키기 위하여, 다양한 시도가 행해지고 있다. 다중 경로 환경 하에서 위치 결정을 제공하는 시스템의 일 예가 페터슨 등에 의하여 "Spread Spectrum Indoor Geolocation" (Navigation: journal of The Institute of Navigation, Vol. 45, No 2, Summer 1998, 여기서 그 전체가 레퍼런스로 제공된다) 에 개시되고 있다. 여기에 기술된 시스템 (이하에서는 페터슨 시스템이라고 함)에서, 무선 이동 송신기는 반송 주파수 258.5 MHz, 칩 레이트 (chipping rate) 23.5 MHz 로 변조된 의사 잡음 (PRN) 시퀀스를 계속하여 전송한다. 송신기는 배터리를 사용하므로 빌딩 내부에서 쉽게 이동할 수 있다. 시험 장소의 지붕에 위치한 4 개의 광대역 안테나는 이동 무선국에 의하여 전송되는 신호를 수신한다. 이 신호는 안테나로부터, 지붕에서 중앙에 위치한 수신기까지 연장된 저손실 케이블을 경유하여, 4 개의 대응 수신기에게 전달된다. 수신기는 호스트 PC 내부에 위치한 A/D 컨버터 보드를 사용하여 이동 무선국에 의하여 전송된 신호를 복조하며, 호스트 PC 는 1.7s 빈도, 5.5ms 인터벌로 신호를 샘플링하며, 도달 시간 (TOA) 을 결정하기 위하여, 이 가공되지 않은 (raw) 데이터를 처리한다. 이 시스템은 각각이 내부에 2 채널 A/D 보드를 갖는 2 개의 수신 컴퓨터를 사용한다. 수신기 박스로부터의 출력은 2 개의 호스트 컴퓨터 상의 2 채널 A/D 보드로 입력된다. 각각의 호스트 컴퓨터는 A/D 보드 상의 2 채널에 공통인 트리거에 관련된 각 채널에 대한 TOA 를 결정하기 위하여 A/D 보드의 각 채널 상의 신호를 처리한다. TOA 알고리즘은 주파수 영역 기술을 이용하는 코릴레이터의 출력부에서 사용되는 PRN 시퀀스의 크로스 (cross) 코릴레이션 함수의 리딩 에지를 발견하는 것에 기초한다. TOA는 무선 로컬 영역 네트웍을 경유하여 기지 컴퓨터로서 작용하는 제 3 컴퓨터의 램 드라이브에 전달된다. TOA로부터, 기지 컴퓨터는 시차 (TD)를 계산하고, 송신기의 2 차원적 위치를 결정한다. 그후, 이 위치는 빌딩 오버레이 (overlay) 상에 실시간으로 그려진다.
이 페터슨 시스템에는 여러가지 단점이 있다. 목표 무선국 (radio) 과 각 기준 무선국간의 거리는 신호가 각 무선국들간 전송되는데 요구되는 타이밍 지속을 측정함으로써, 결정된다. 이 정보는 목표 무선국과 기준 무선국이 동일한 기준 시간으로 동기화된 상태일 때에만 1-웨이 통신으로부터 결정될 수 있다. 즉, 전송하는 무선국이 자신의 로컬 클록에 기초한 신호의 전송 시간을 설정하고, 수신하는 무선국이 송신기의 클록과 동일한 기준 시간에 항상 동기화되어야 하는 자신의 로컬 클록에 기초한 신호 도달 시간을 결정한다. 그러면, 이 신호 전파 시간은 본질적으로 도달 시간으로부터 전송 시간을 감산함으로써 결정될 수 있다.
페터슨 시스템은 이러한 1-웨이 측정 기술을 사용하기 때문에, 송신기와 4 개의 수신기의 클록들간 동기화가 요구된다. 불행하게도, 신호 전파 시간을 정확하게 측정하기 위하여 요구되는 정확한 시간 동기화는, 시간에 대한 임의의 로컬 클록의 상당한 시간 드리프트(drift)를 감당할 수가 없다. 결국, 시스템의 모든 클록은 매우 정확하여야 하므로 (즉, 0.03 ppm 정도), 시스템의 비용과 복잡성은 증가한다.
송신기와 수신기의 클록 동기화를 유지하기 위하여 페터슨 시스템에 요구되는 사항은 1-웨이 레인징 신호로부터 얻어지는 위치 측정값의 정확성과 더욱 밀접한 관련성이 있다. 즉시 특징지어지거나 미리 예측될 수 없는 각 무선국 내에서, 비동기 이벤트가 발생한다. 이들 이벤트는 실제 전송 및 도달 시간의 인식에 있어서 에러를 유발함으로써, 범위와 위치 측정의 정확성을 악화시킨다.
페터슨 테스트 시스템은,실내에서의 위치 측정 가능성을 보여주기 위하여 개발되었지만, 상업적으로 유용한 시스템을 구축하는데 요구되는 많은 기술적 과제들을 제대로 처리하지 못한다. 예를 들면, 수신기 안테나는 고정된 채 탑재되며(이동 불가능) 원격지 수신기까지 케이블로 연결된다. 결과적으로, 이 시스템은 다양한 전송 상태에 적응할 수 없으며, 이동국이 하나 이상의 기준 수신기들과 통신할 수 없는 상황에 적응할 수 없다. 신호처리 및 해석은 표준 규격 PC 및 다른 대형 실험 장비에서 수행된다. 이 시스템은 상대적으로 낮은 칩 레이트를 사용하며, 시스템의 정확성 및 동작 가능성에 영향을 미치는 다중 경로 간섭에 민감하다. 또한, 시스템에 의하여 결정되는 무선국의 위치는 단지 2 차원적인 위치(즉, 수평면에서)일 뿐이다.
따라서, 상술한 실제 응용에 사용되기 위하여, 심각한 다중 경로 간섭 하에서도 소형 이동 통신 장치의 실내 또는 실외 위치를 3 차원 적으로 빠르고 정확하게 결정할 수 있는 상업적으로 가능한 위치 결정 시스템에 대한 필요는 여전히 남는다.
본 발명의 목적은 도심 지역 및 다중 경로 간섭이 극대화 될 수 있는 빌딩 내부 등을 포함하는 다양한 환경에서, 빠르고 믿을 수 있으며 정확하게 이동 통신 장치의 3 차원적 위치를 결정하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 위치 결정 및/또는 군인 및 장비, 위급한 환자 및 장비, 고가 아이템, 자동차, 이동 전화, 아이들 및 죄수 등이나 물건을 추적하는 것을 포함하는 다양한 응용 분야에서 유용한 위치 결정 기능을 갖는 소형 휴대용 이동 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 위치 결정 시스템에서 다중 경로 신호 전파에 의하여 야기되는 간섭의 영향을 최소화함으로써, 심각한 다중 경로 조건에서도 매우 정확한 3 차원적 위치 측정이 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템 전체적으로 동일한 기준 시간으로 동기화되어야 하는 요구를 회피함으로써, 매우 정확한 클록과 같은 고가 장비에 대한 필요를 제거하여, 위치 감지 시스템의 비용을 경감시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 현 기술 수준의 확산 스펙트럼 칩 레이트 및 대역폭을 사용하여, 위치 결정 시스템에서 위치 측정의 정확도를 높이고, 다중 경로 간섭을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 거리 결정의 정확도를 기하기 위하여 직 경로 신호의 도달 시간을 정확하게 결정하기 위하여 직 경로 신호와 다중 경로 간섭을 분리하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특징을 파악하거나 예측하기 곤란한 지연을 처리함에 따라 야기되는 에러를 최소화하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동 통신 장치가, 변화하는 통신 조건하에서 자신의 위치를 결정하기 위하여 고정된 무선국과 다른 이동 무선국의 어떠한 조합에도 적응적으로 신뢰할 수 있는 자가-치유 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 이동 통신 장치의 하드웨어 및 소프트웨어 기존 성능을 충분히 사용함으로써, 위치 결정 이동 통신 장치의 설계 및 제조 비용을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 위치 결정 기능을 음성 또는 데이터 정보를 송수신하기 위하여 사용되는 이동 통신 장치에 결합함으로써, 이 장치가 음성과 데이터 통신의 두절 없이 통신과 자신의 위치 결정을 동시에 수행할 수 있도록 하는 것이다.
상술한 목적들은 병합되거나 개별적으로 성취되며, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의하여 명백하게 요구되는 것이 아니라면 2 개 이상의 목적이 결합될 것을 요구하는 것으로 해석되고자 함이 아니다.
본 발명에 따르면, 위치 결정 통신 시스템은 음성 또는 데이터 통신의 두절 없이 수 밀리 초 이내에 휴대용 확산 스펙트럼 통신 장치의 정확하고도 신뢰할 만한 3 차원 위치 결정을 제공한다. 확산 스펙트럼 파형 및 프로세싱 기술을 사용함으로써, 본 발명의 시스템은 심각한 다중 경로 환경 하에서도 1 미터 이내의 정확도로 위치 결정할 수 있다.
특히, 본 발명의 시스템은, 전파되는 메시지의 도달 시간이 정확하게 결정되어, 삼각 측정법에 의하여 이동 무선국의 위치를 계산하는데 사용되는 정확한 거리 측정이 이루어지도록 하는, 2 웨이 왕복 레인징 메시지 방식을 채용한다. 마스터 또는 목적 이동 무선국은 기준 무선국의 위치 및 메시지 총처리 시간 (즉, 외부 레인징 메시지의 수신과 응답 레인징 메시지 전송간의 시간)을 나타내는 응답 레인징 메시지를 전송함으로써 응답하는 복수의 기준 무선국에게 외부 레인징 메시지를 전송한다. 응답 레인징 메시지를 수신하면, 마스터 무선국은 신호 전파 시간을 결정하고, 따라서, 외부 레인징 메시지의 송신 시간과 응답 메시지 도달 시간 간의 경과된 시간으로부터 총처리 시간 및 내부 처리 지연을 감산함으로써, 거리를 결정한다. 이렇게 하여, 각 무선국은 공통 기준 시간에 동기화될 필요가 없기 때문에, 종래의 시간 동기화 시스템에 요구되는 높은 정확도의 시스템 클록이 필요치 않게 된다. 음성 및 데이터 통신의 두절 없이 위치 감지 능력을 제공하기 위하여 침입적이지 않는(non-intrusive) 방식으로, 짧은 레인징 메시지가 음성 및 데이터 메시지와 인터리브될 수 있다.
높은 정확도를 담보하는 거리 측정을 제공하기 위하여, 메시지 도달 시간이 정확하게 측정된다. 내부 지연 보정을 수행함으로써, 예측 곤란한 송신기 및 수신기 내부 지연 변동에 의하여 야기되는 에러는 최소화될 수 있다. 이 시스템은 TOA 측정 프로세싱부를 구동하는 하드웨어 및 소프트웨어를 이용함으로써, 현 기술 수준의 확산 스펙트럼 칩 레이트 및 대역폭을 사용하여, 다중 경로 간섭을 감소시킨다. TOA 측정에 있어서 다중 경로 간섭의 영향을 더욱 감소시키기 위하여, 레인징 메시지내의 획득 시퀀스의 리딩 에지를 정확하게 위치시키도록, 리딩 에지 커브 정합을 이용한다. 다중 경로 간섭의 정도는 획득 시퀀스의 펄스 폭을 측정함으로써 결정된다. 심각한 다중 경로로 인하여 필요하다면, 직 경로 신호에 대한 다중 경로 간섭을 직교화하도록, 주파수 다이버시티가 사용되며, 여기서, 다중 경로 간섭의 영향을 최소화하기 위하여, 최적의 반송 주파수를 식별하여 TOA 측정에 사용한다.
또한, 본 발명의 시스템은 자가 치유가 가능하다. 일정한 세트의 고정된 위치의 기준 무선국과의 통신이 요구되는 종래의 시스템과는 달리, 본 발명의 시스템은 고정 및/또는 이동 무선국을 포함하는 기준 무선국 세트를 사용할 수 있으며, 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위하여 사용되는 이들 무선국 세트는 전송 상태 및 이동 통신 장치의 위치에 의존하여 시간에 따라 변경될 수 있다. 위치가 알려진 고정 또는 이동 무선국의 어떠한 조합도 시스템 내의 다른 이동 무선국을 위한 기준 무선국으로 사용될 수 있기 때문에, 변화하는 환경에 대한 뛰어난 적응성이 제공된다.
본 발명의 위치 및 거리 결정 기술은 군인 및 장비, 긴급 환자 및 장비, 고가품, 자동차, 휴대폰, 아이들 및 죄수 등과 물건의 위치를 결정하고, 추적하는 것을 포함하는 다양한 응용분야에 유용하다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 장점은 후술하는 상세한 설명에 의하여 보다 명백하여질 것이며, 특히 첨부되는 도면을 참조하면 더욱 명백해질 것이며, 여러 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 지정하도록 사용된다.
도 1 은 본 발명에 따른 위치 결정 시스템의 동작을 도시한 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 레인징 메시지를 교환하기 유용한 변형된 CSMA-CA 프로토콜을 나타내는 메시지 타이밍 다이어그램이다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 마스터 무선국에 의하여 전송되는 초기 외부 레인징 메시지의 구조를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 레인징 메시지 시퀀스 동안 마스터 및 기준 무선국에 의하여 수행되는 내부 지연 보정의 타이밍을 나타내고 있다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 마스터 및 기준 무선국에 의하여 수행되는 내부 지연 보정 처리를 나타내는 기능 블록 다이어그램이다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 레인징 메시지의 통신 획득 시퀀스를 감지하기 위하여 채용되는 획득 프로세스를 나타내는 기능 블록 다이어그램이다.
도 7 은 직 경로 신호로부터 다중 경로 간섭을 분리하고 평가하며, 레인징 메시지의 도달 시간을 결정하기 위하여 수행되는 프로세스를 나타내는 기능 블록 다이어그램이다.
본 발명에 따르면, 휴대용 확산 스펙트럼 통신 장치는 음성 또는 데이터 통신이 두절되지 않도록 하며, 수 밀리 초 이내로 정확하고, 신뢰할만한 위치 결정 정보를 제공한다. 확산 스펙트럼 파형 및 이를 처리하는 기술을 사용하여, 본 발명의 이 시스템은 심각한 다중 경로 환경 하에서도 1 미터 이내의 정확성으로 위치 결정할 수 있다. 특히, 종래의 시간 동기화 시스템에 요구되던 높은 정확도의 시스템 클록에 대한 필요성을 제거하면서 상술한 목적을 달성하기 위하여, 2 웨이 도달 시간 메시징 방식을 채용한다. 내부 지연 보정, 주파수 다이버시티 및 신호의 리딩 에지 커브 정합을 수행함으로써, 매우 정확한 레인징 신호 도달 시간을 측정할 수 있으며, 이는 거리 및 위치 계산의 정확성을 보장한다 고정된 위치 기준 무선국의 특정 세트와의 통신을 요구하던 종래 시스템과는 달리, 본 발명의 시스템은 고정 및/또는 이동 무선국을 포함하는 기준 무선국 세트를 사용할 수 있으며, 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위하여 사용되는 이들 무선국 세트는 전송 상태 및 이동 통신 장치의 위치에 의존하여 시간에 따라 변동될 수 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 위치 결정 시스템 (10) 은 4 개의 기준 통신 장치 (14, 16, 18, 20) 와 통신하는 목적 또는 "마스터" 이동 통신 장치 또는 무선국(12) 을 포함한다. 특허청구범위 및 여기에서 기재되는 바와 같이, 이동 통신 장치 또는 이동 무선국은, 예를 들면 휴대용 또는 인체에 부착된 무선국; 임의 형태의 휴대폰 (예를 들면, 아날로그 셀룰러 폰, 디지털 셀룰러 폰, 또는 위성 통신 폰); 비퍼; 지상 또는 항공 수송기 내에 탑재되거나 내장된 무선국; 또는 무선 송수신 기능이 장착된 휴대용 전자 장치 등과 같은, 통신 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있는 임의의 휴대용 장치이다.
위치 및 거리 관련 정보를 전달하기 위하여, 각각의 기준 무선국 (14, 16, 18, 20) 은, 여기서 기술되는 방식으로 마스터 무선국 (12) 과 통신할 수 있는, 위치가 알려진 어떠한 무선국이어도 된다. 예를 들면, 하나 이상의 기준 무선국은 타워나 빌딩과 같은 알려진 위치에 고정된 채 탑재된 비콘 같은 무선국일 수 있다. 또한, 하나 이상의 기준 무선국은, GPS 신호를 수신하거나 이미 좌표가 알려져서 무선국에게 전달된 조사된 구역에 현재 위치한다는 것 등의 다른 소스로부터 자신의 위치를 결정할 수 있는 이동 무선국일 수 있다(기준 무선국 자체는 GPS 위성이 아니다). 마지막으로, 이하에서 매우 상세하게 설명되는 바와 같이, 특정 목적 무선국에 의하여 의존되는 하나 이상의 기준 무선국은 마스터 무선국과 동일하거나 유사한 또 다른 이동 통신 장치일 수 있으며, 이 기준 무선국은 본 발명의 기술에 따라 자신의 위치를 결정한다. (이 경우에, "기준" 무선국은 다른 무선국에 대해서는 기준 무선국으로 작용하기도 하고, 그 자신은 "마스터" 무선국으로서도 작용한다) 각 기준 무선국이 잠재적으로 이동 무선국일 수 있다는 사실은 도 1에서 각 기준 무선국 (14, 16, 18, 20) 아래에 "이동국" 이라고 지정된 것에 의하여 나타내어져 있다.
마스터 무선국 (12) 은 자신의 3 차원적 위치를 결정하기 위하여 4 개의 기준 무선국 (14, 16, 18, 20) 과 통신한다. 특히, 마스터 무선국 (12) 및 각각의 기준 무선국 (14, 16, 18, 20) 은 레인징 메시지를 송수신하기 위한 송신기 및 수신기와 결합된 안테나를 포함한다. 또한, 각 무선국의 송신기 및 수신기의 안테나는 음성 및 데이터 통신 등과 같은 상이한 통신을 위하여 사용된다. 마스터 및 기준 무선국 간 레인징 메시지의 도달 시간(TOA)은 각 기준 무선국까지의 거리를 결정하기 위하여 사용되며, 다음으로, 각 기준 무선국에 대한 마스터 무선국의 위치를 측정하기 위하여 3 각 측정법이 사용된다. 각 기준 무선국은 자신의 위치를 알고 있어야 하며, 마스터 무선국이 기준 무선국과 교환된 레인징 메시지를 통하여 마스터 무선국 자신의 위치를 결정할 수 있도록 이 정보를 마스터 무선국에 전송하여야 한다.
특히, 본 발명의 시스템은 종래에 거리 측정에 사용되던 1 웨이 TOA 방식 대신에 2 웨이 또는 왕복 레인징 메시지 방식을 사용한다. 도 1에 도시된 쌍방향 화살표로부터 알 수 있는 바와 같이, 마스터 무선국 (12) 은 초기 외부 레인징 메시지를 각 기준 무선국 (14, 16, 18, 20) 에게 전송하고, 각 기준 무선국으로부터 응답 레인징 메시지를 수신한다. 예를 들면, 마스터 무선국 (12) 은, 먼저 무선국 (14) 과 레인징 메시지를 교환한 후, 기준 무선국 (16) 과 교환하는 등, 각 개별 기준 무선국과 레인징 메시지를 순차적으로 교환한다.
특정 무선국들에서 사용되는 하드웨어 및 소프트웨어를 이용하기 위하여, 레인징에 사용되는 메시징 프로토콜은 이들 무선국에서 사용되는 프로토콜인 CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance) 로부터 유래할 수 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, CSMA-CA 프로토콜의 RTS (Request-to-Send) 및 CTS (Clear-to-Send) 메시지는 초기 외부 레인징 메시지 및 응답 레인징 메시지를 각각 제공하기 위하여 계속 유지되며, 이 메시지와 CSMA-CA 프로토콜의 인정 패킷은 사용될 필요가 없다. RTS 메시지는 마스터 무선국으로부터 기준 무선국 (도면상에서 RTS-T 로 식별됨) 으로 전송되는 초기 외부 레인징 메시지로서 사용하기 위하여 적응될 수 있으며, CTS 메시지는 각 기준 무선국으로부터 마스터 무선국으로 전송되는 응답 레인징 메시지 (도면상에서 TOA Msg. 로 식별됨) 로서 사용하기 위하여 적응될 수 있다. 표준 RTS 및 CTS 메시지의 포맷은, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 레인징 메시지 방식을 지지하도록 조절될 수 있다. 표준 RTS 및 CTS 메시지로 인하여, 본 발명의 레인징 메시지는, 음성 및 데이터 통신의 두절 없이 레인징 메시지 교환을 허용할 수 있도록, 음성 및 데이터 메시지들과 인터리브될 수 있다. 물론, 본 발명의 메시징 방식은 특정 프로토콜로 제한되지 않으며, 외부 레인징 메시지의 전송 및 응답 레인징 메시지 반송을 허용하는 어떠한 메시지 구조라도 본 발명의 구현에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 레인징 메시지 시퀀스는 마스터 무선국이 초기 외부 레인징 메시지 (RTS-T)를 특정 기준 무선국에 전송하는 것으로부터 시작된다. (이 처리는 각 무선국에 대하여 순차적으로 반복된다) 기준 무선국은, 마스터 무선국으로부터의 거리에 비례한 시간 지연 후, RTS-T 메시지를 수신하며, RTS-T 메시지 도달 시간을 결정한다. 그 후, 기준 무선국은 마스터 무선국에게 응답 레인징 메시지 (TOA Msg.) 를 전송한다. TOA 메시지 패킷은, RTS-T 메시지의 도달과 이에 상응하는 TOA 메시지의 전송간의 시간인, 기준 무선국에서의 총처리 시간을 알 수 있도록 한다. 마스터 무선국은 TOA 메시지의 도달 시간을 결정하고, 이미 알고 있는 왕복 지연 시간 및 총처리 시간을 기초로 하여 기준 무선국까지의 거리를 산출한다.
도 3 에는, RTS-T 메시지의 도달 시간을 정확하게 결정하기에 적합한 RTS-T 파형 (22) 의 일 예가 도시되어 있다. 이 파형은 데이터부에 의하여 수반되는 획득부를 포함한다. 이 파형의 획득부는 각각 128 칩으로 이루어진 16 개의 4 ㎲ 심볼로 이루어진 통신 획득 시퀀스 (comm. acquisition) (24) 로부터 시작한다. 통신 획득 시퀀스는 종래의 CSMA-CA 프로토콜의 RTS 파형에서의 통신 획득 시퀀스와 동일하다. 따라서, 바람직한 실시예의 기준 무선국 수신기 내에 존재하는 기존의 하드웨어 및 소프트웨어는 RTS-T 메시지의 도달을 감지하는데 사용될 수 있다. 또한, RTS-T 메시지의 획득부는 4096 칩 (128㎲ 지속시간) 들을 포함하는 도달 시간 (TOA) 동기화 시퀀스 (26) 를 포함한다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, TOA 동기화 시퀀스는 도달 시간을 정확하게 결정하기 위하여 통신 획득 시퀀스와 결합되어 사용된다.
RTS-T 메시지의 데이터부는 목적지 주소 (28) (16 비트, 64㎲) 및 다른 데이터 (16 비트, 64㎲) 를 포함한다. 목적지 주소 필드는, 마스터 무선국이 RTS-T 메시지를 보내는, 기준 무선국을 가리킨다. 다른 데이터 필드는 마스터 무선국의 식별, 레인징 모드를 나타내는 플래그 또는 데이터 또는 다중 경로 간섭의 상태와 관련된 정보 등과 같은 정보를 포함할 수 있다.
또한, 각 기준 무선국으로부터 마스터 무선국으로 전송된 응답 레인징 메시지 (TOA Msg.) 는 통신 획득 시퀀스 및 TOA 획득 시퀀스를 갖는 획득부를 포함한다. TOA 메시지의 데이터부에서, 기준 무선국은 목적지 마스터 무선국을 식별하고, 그 자신을 메시지 소오스로서 식별할 수도 있다. 또한, TOA 메시지는, 기준 무선국에서의 RTS-T 메시지 도달 시간과 기준 무선국으로부터의 TOA 메시지 전송 시간간의 지속 시간인, 총처리 시간의 측정값을 포함한다. 또한, TOA 메시지는 기준 무선국의 현 위치를 나타내는 메시지 정보를 포함한다. 이 정보는, 기준 무선국이 좌표가 알려진 위치에 있다는 사실로부터, 또는 기준 무선국에 의하여 수신되고 처리되는 GPS 신호로부터, 또는 비콘과 같은 무선국 또는 다른 이동 무선국으로부터 레인징함으로써, 본 발명의 기술을 채용하는 것에 의하여, 알려질 수 있다.
기준 무선국에서의 총처리 기간 (응답 레인징 메시지의 형태로 마스터 무선국에 제공된다), 응답 레인징 메시지의 도달 시간, 내부 송신/수신 처리 지연, 외부 레인징 메시지의 전송 시간을 정확하게 알게 됨으로써, 마스터 무선국은 자신과 각 기준 무선국간의 2 웨이 신호 전파 시간을 정확하게 결정할 수 있다. 특히, 2 웨이 또는 왕복 전파 시간 (TRT) 은 응답 레인징 메시지의 도달 시간 (TOA) 마이너스 외부 메시지 전송 시간 (TT) 마이너스 총처리 시간 (△TTA) 마이너스 마스터 무선국 내의 내부 처리 지연 시간 △TID (기준 무선국의 내부 처리 지연은 총처리 시간 (△TTA) 에 합산된다) 이다.
TRT = TOA - TT - △TTA - △TID (1)
비록, 식 (1)에서 나뉘어 개시되었지만, 내부 처리 지연 시간에 대한 고려는, 도달 시간 (TOA) 및 전송 시간 (TT)을 정확하게 결정하는 것의 일부로서 간주될 수 있기 때문에, 보다 일반적으로, 왕복 신호 전파 시간 (TRT) 은 (a) 외부 레인징 메시지의 전송 시간과 응답 레인징 메시지의 도달 시간간의 경과 시간과 (b) 총처리 시간 (△TTA) 간의 차이로서 기술될 수 있다.
일단, 2 웨이 신호 전파 시간이 결정되면, 전파 매체를 통하여 신호가 전파되는 속도 (예를 들면, 공기 중에서의 빛의 속도) 와 1 웨이 전파 시간을 곱함으로써, 거리는 바로 결정된다.
거리 = (속도)(TRT)/2 (2)
외부 레인징 메시지의 전송 시간 (TT) 은 자신의 타이밍 기준 프레임 내에서 마스터 무선국에 의하여 알려진다. 유사하게, 응답 레인징 메시지의 도달 시간 (TOA) 은 자신의 타이밍 기준 프레임 내에서 마스터 무선국에 의하여 알려진다. 총처리 시간 △TTA 은 절대 지속 시간이며, 임의 로컬 클록의 특정 타이밍 기준과 관련되지 않는다. 즉, 총처리 시간은, 기준 무선국에 의하여 전송되는 응답 레인징 메시지 전송 시간과 기준 무선국에 외부 레인징 메시지가 도달하는 시간간의 차이로서, 기준 무선국에 의하여 결정된다. 기준 무선국에서의 도달 시간 및 전송 시간이 기준 무선국의 로컬 클록의 시간 기준 프레임 내에서 결정되는 반면에, 결과적인 시차 △TTA 는 기준 무선국의 기준 시간 프레임에 독립적이다. 따라서, 왕복 전파 시간 (TRT) 은, 기준 무선국의 임의의 클록 타이밍 기준과 동기화되거나, 이를 참조하지 않고, 자신의 로컬 클록에 의하여 유지되는 자신의 타이밍 기준 내에서 마스터 무선국에 의하여 결정될 수 있다. (즉 시스템 동기화는 필요치 않다) 결과적으로, 마스터 무선국은 외부 레인징 메시지가 전송되면 타이머를 스타트하고, 응답 레인징 메시지가 도달하면, 타이머를 정지하며, 그 후, 왕복 신호 전파 지속 시간을 획득하기 위하여 타이머의 경과 시간으로부터 총처리 시간 및 내부 처리 지연 시간을 감산한다.
2 웨이 또는 왕복 메시징 접근 방식은 마스터 무선국과 기준 무선국의 로컬 클록을 동일한 타이밍 기준으로 동기화할 필요가 없게 한다. 따라서, 로컬 클록은 상대적으로 낮은 정확성이 낮아도 되므로, 시스템 복잡도와 비용이 감소된다. 즉, 로컬 클록의 동기를 유지하는 종래 시스템은 매우 정확한 클록 (예를 들면, 0.03 ppm), 클록간 시간에 대하여 서로 드리프트가 발생하는 것을 방지하기 위한 주기적인 동기화 처리가 필요하다. 이에 반하여, 본 발명의 클록은 예를 들면 약 1 ppm 정도의 정확도이어도 된다. 여기서 사용되는 바와 같이, "정확도가 낮은 클록" 은, 시간 동기화 시스템에서 사용되는 현 기술 수준 클록의 정확도 보다 상대적으로 낮은 정확도를 갖는 클록을 칭하며, 특히, 약 0.5 ppm 내지 10 ppm 범위의 정확도를 의미한다. 본 발명의 클록들에서는 상당한 정도의 시간에 대한 드리프트가 발생하겠지만, 이러한 드리프트는, 이 시스템이 클록의 동기화에 의존하는 것이 아니기 때문에, 이 시스템의 성능에 영향을 미치지 않는다. 특히, 본 발명의 시스템은 마스터와 기준 무선국 간 신호의 왕복 지연 시간에 주시한다. 상대적으로 정확도가 낮은 클록이라 할지라도, 짧은 왕복 지연 시간 동안 마스터 무선국의 로컬 클록에 발생하기도 하며 또한 더 짧은 총처리 시간 동안 기준 무선국의 로컬 클록에 발생할 수도 있는 일시적이고 짧은 드리프트 또는 변동은 중요하지 않다.
상기에서 이해되는 바와 같이, 본 발명의 무선국은, 무선국들 간의 거리를 정확하게 측정하여 마스터 무선국의 위치를 정확하게 측정하기 위하여, 레인징 메시지의 도달 시간과 전송 시간을 정확하게 결정할 수 있어야 한다. 본 발명은, 종래에 도달 시간 측정값의 정확도를 악화시키는 경향이 있는 심각한 다중 경로 간섭이 존재함에도 불구하고, 전송 및 도달의 실제 시간을 정확하게 결정하는 다수의 기술들을 포함한다.
상술한 바와 같이, 각 무선국내에서는 특징을 찾기 곤란하고 미리 예측될 수 없는 비동기 이벤트가 발생한다. 이 이벤트들은, 전송 및 도달의 실제 시간을 인식하는데 있어서, 무선국 내에서 에러를 유발하여, 거리 및 위치 측정의 정확성을 악화시킨다. 다른 말로 하면, 각 무선국 내에서 신호를 처리하는데 요구되는 시간은 일정하지 않으며, 이러한 처리 지연 시간이 고정된 값을 갖는다고 가정하는 것은 도달 및 전송 시간 측정에 있어서 부정확을 유발한다.
본 발명에 따르면, 각 무선국의 신호 처리기 내에서 발생하는 비동기 이벤트 에 의하여 야기되는 처리 지연 타이밍 에러를 최소화하기 위하여, 각 무선국은, 레인징 메시지를 처리할 때 발생하는 실제 내부 처리기 지연 시간을 정확하게 측정하기 위하여, 레인징 메시지의 전송 시간에 근접한 시간에 내부 지연 시간 보정을 수행한다.
도 4 및 5를 참조하여 설명하면, 마스터 무선국은, 정정 목적으로 마스터 무선국 내에서의 내부 지연 시간 (Tmt + Tmr)을 결정하기 위하여, 패드 (40) 를 통한 루프 백을 사용하여 내부 지연 보정을 수행함으로써, TOA 레인징 프로세스를 시작한다. 이것은 여러 번, 예를 들면 10 회 정도 시도되며, 지연 시간 측정의 편차를 감소시키기 위하여 이를 평균화한다. 지연 (Tmt) 은 마스터 무선국 전송 지연을 나타낸다. 이것은 신호 전송이 이루어지는 전송 모뎀 (Tx mdm) (42), 전송 대역을 중간 주파수 (BB-IF) 로 변환하는 변환기 (44) 및 마스터 무선국의 전송 무선 주파수 (Tx RF) 아날로그 회로 (46)를 통과하는 동안 야기되는 지연 시간의 총합이다. 지연 (Tmr) 은 마스터 무선국 수신기 지연이다. 이것은, 마스터 무선국의 수신 무선 주파수 (Rx RF) 아날로그 회로 (48), IF-BB 변환기 (50) 및 복조 처리가 수행되는 수신 모뎀 (Rx mdm) (52)을 통과하는 동안 야기되는 지연의 총합이다.
일단 지연 보정이 완료되면, 마스터 무선국은, TOA 레인징 모드를 나타내는 TOA 데이터 필드 내에 설정된, 예컨대 1 비트와 함께 RTS-T 외부 레인징 메시지를 기준 무선국에게 전송함으로써, TOA 레인징 메시지 시퀀스를 개시한다. 기준 무선국은 RTS-T를 수신하여, TOA 데이터 비트를 판독하고, 기준 무선국 내부 지연 (TRT + Trr)을 결정하기 위하여 패드 (54)를 통한 루프 백을 사용하여 내부 지연 보정을 수행하고, 총처리 시간의 지연 (후술함)을 개선하기 위하여 커브를 정합시키고, TOA 메시지를 생성한다. TOA 메시지는 기준 무선국의 위치 (예를 들면, GPS 위치 데이터), 지연 보정의 결과 및 커브 정합에 의한 총처리 지연 개선 등을 나타내는 데이터를 포함한다. 지연 (Trr) 은 기준 무선국 수신기 지연이다. 이것은 무선국의 Rx RF 아날로그 회로 (56), IF-BB 변환기 (58) 및 복조 처리가 수행되는 Rx 모뎀 (60)을 통과하면서 발생되는 지연들의 총합이다. 지연 (TRT) 은 기준 무선국 전송 지연이다. 이것은 Tx 모뎀 (62), 전송 BB-IF 변환기 (64) 및 기준 무선국의 Tx RF 아날로그 회로 (66)를 통과하면서 발생되는 지연들의 총합이다. TOA 메시지는, 최종 1 웨이 TOA, 거리 및 상대 위치를 계산하는, 마스터 무선국에 반송된다.
마스터 및 기준 무선국 안테나 지연 (Ta) (도 4 참조) 값은 무선국들에 미리 저장되며, 안테나/공기 인터페이스에 이르는 TOA를 참조하는 지연 보정의 결과와 결합되는 상수이다. 지연 (Ta) 은 일정한 범위의 동작 온도 하에서 다수의 샘플 안테나 및 케이블을 통한 지연을 측정하고, 이 측정값의 평균과 표준 편차를 계산함으로써, 결정된다. 안테나 및 전자회로 간의 케이블링 지연은 Ta 에 포함된다.
따라서, 수식 (1) 에 마스터 무선국의 내부 처리 지연 (△TID) 은, 보정 처리 및 측정된 안테나 지연 (Ta) 로부터 결정되는, 마스터 무선국의 송신기 및 수신기 지연 (Tmt, Tmr) 으로부터 결정된다. 유사하게, 총처리 시간 (TT) 의 측정값은, 보정 처리 및 측정된 안테나 지연 (Ta)으로부터 결정되는, 기준 무선국 송신기 지연 (Trt) 및 기준 무선국 수신기 지연 (Trr) 을 포함한다. 마스터 무선국에 의하여 측정된, 외부 레인징 메시지의 전송과 응답 레인징 메시지의 수신 간 총 경과 시간은 메시지 신호 전파에 기인한 시간 및 무선국 내에서의 프로세싱 지연에 기인한 시간을 포함한다. 프로세싱 지연에 기인한 시간을 정확하게 측정하여 이를 감산함으로써, 신호 전파 시간(및 따라서 거리)은 보다 정확하게 결정될 수 있다.
본 발명의 무선국에서 수행되는 내부 지연 보정은 저 정밀도 클록으로 반복 가능한 정확성을 얻을 수 있는 여러 키들 중 하나이다. 필수적으로, 실제 레인징 메시지를 연속적으로 전송하는데 사용되는 동일한 프로세스를 통하여 보정 신호를 전송함으로써, 특징을 찾기 곤란한 프로세싱 지연 편차를 보정할 수 있어서, 보다 정확한 측정이 가능해진다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 마스터 무선국 보정 프로세스는 메시지의 왕복 지연 시간을 측정하는 타이머가 동작하기 직전에 수행될 수 있으며, 기준 무선국 보정은 기준 무선국에서의 총처리 시간 동안 수행될 수 있다. 보다 일반적으로, 무선국에서의 보정은 레인징 신호의 전송 직전에 (예를 들면, 수 밀리 초 이내에) 수행될 수 있다. 예를 들면, 후속하는 레인징 메시지가 초기 교환 직후 마스터와 기준 무선국 간 교환되다면, 보정은 이들 후속하는 메시지에 대하여 반복될 필요가 없다. (도 4 참조)
마스터 무선국과 기준 무선국간의 거리를 정확하게 결정하는 것의 다른 태양 은, 기준 무선국에서의 외부 레인징 메시지 도달 시간 및 마스터 무선국에서의 응답 레인징 메시지 도달 시간의 정확한 측정이다. 본 발명의 다른 태양에 따르면, 레인징 메시지의 동기화 시퀀스의 리딩 에지의 타이밍은, 도달 시간 측정의 정확성을 악화시킬 수 있는 다중 경로 간섭을 평가하여 회피함으로써, 정확하게 결정된다. 특히, 2 단계 신호 획득 방식은, 통신 획득 시퀀스 및 RTS-T 및 TOA 메시지의 TOA 동기화 시퀀스를 사용하도록 채용된다. 통신 획득 시퀀스의 감지는 도달 시간이 정확하게 측정되는 TOA 동기화 시퀀스의 획득을 트리거하는데 사용된다.
각 기준 무선국에서 확산 스펙트럼 RTS-T 메시지의 통신 획득 시퀀스를 획득 하는 것 (및 마스터 무선국에서 TOA 메시지를 획득하는 것) 을 나타내는 기능 블록 다이어그램이 도 6 에 도시된다. A/D 변환 후, 확산 스펙트럼 복소 신호 형태인 통신 획득 시퀀스는 기준 무선국의 모뎀을 위한 타임 동기화를 제공하도록 처리된다. 특히, 획득 감지 프로세스는, 전송된 통신 획득 파형을 감지하고 요구되는 타이밍 정보를 유도하기 위하여, 디지털 정합 필터링 및 바커 (Barker) 코드 상관을 채용한다. 예를 들면, 통신 획득 프로세서 (70) 는, 감지 확률 = 99.5%, 오경보 = 10-6, 칩의 1/4 로 결정된 감지 시간 등의 동작 요건을 만족하도록 구성될 수 있다.
통신 획득 프로세서 (70) 는, 16 개의 4 ㎲ comm.acquisition 심볼을 각각 치핑하는 (chipping) 길이 128 PN 시퀀스에 일치하는 계수를 갖는 디지털 정합 필터((DMF) 72 (N=128))를 포함한다. DMF (72) 는 각 심볼들을 디스프레드 (de-spread) 하고, 각 심볼이 정렬된 경우에 피크 응답을 제공한다. PN 시퀀스는 16 개의 세그먼트 각각에 대하여 동일할 수 있다. DMF (72) 는 예를 들면, 32 MHz 로 클로킹 (clocking) 될 수 있기 때문에, 동 위상 (I) 필터 섹션에 대하여 128 계수, 4 분 위상 (Q) 필터 섹션에 대하여 128 계수를 제공한다. DMF 계수는 프로그램가능하다.
차이 감지기 (74) 는 2 개의 잇달은 심볼 인터벌 간 수신된 신호의 위상을 비교한다. 특히, 차이 감지기 (74) 는 심볼 인터벌에 의하여 DMF (72) 의 출력을 지연하는 복소 지연 유닛 (76), 지연된 신호의 복소 공액을 생성하는 복소 공액 유닛 (78) 및 DMF (72) 의 출력과 DMF (72) 출력의 지연된 복소 공액을 수신하여 차이 감지기 출력을 산출하는 비교기 (80) 을 포함한다. 결정 변수는, 차이 감지기 출력의 실수부로부터 추출될 수 있는 BPSK용 2 개의 복소수간의 위상 차이에 비례한다. (블록 82 참조)
차이 감지기 출력의 실수부는 양자화기 (84)에서 양자화되어, 바커 코드 코릴레이터와 같은 심볼 시퀀스 코릴레이터 (86) 에 제공된다. 바커 코드 코릴레이터의 출력은 감지 문턱 값 (88) 과 비교된다. 감지 문턱값을 초과하면, 통신 감지가 선언된다.
이러한 2 단계 신호 획득 프로세스의 제 1 단계 (즉, 통신 획득 시퀀스의 감지) 는 CSMA-CA 프로토콜에서 종래의 RTS 메시지의 통신 획득 시퀀스를 감지하는데 사용되는 프로세스와 동일하기 때문에, 기존의 하드웨어 및 소프트웨어가 사용될 수 있다. 통신 획득 프로세서 (70) 는 통신 획득 시퀀스를 16,128 칩 심볼의 시퀀스로 취급함으로써, 상대적으로 단축된 필터(N=128)를 채용하여, 적절한 양의 프로세스를 수행하게 된다. 수신기가 통신 획득 시퀀스 (이것의 도달 시간은 미리 알 수 없다) 를 감지하기 위하여 지속적으로 이러한 프로세스를 수행해야 하기 때문에, 이러한 적절한 프로세싱 부하는 바람직하다.
통신 획득 프로세스를 감지한 결과가 레인징 메시지의 TOA를 측정 (즉, 1 단계 TOA 측정 프로세스) 하는데 사용될 수 있으나, 보다 확장된 필터로 보다 확장된 심볼을 프로세싱함으로써, 보다 정확한 측정을 획득할 수 있다. 그러나, 보다 확장된 필터를 지속적으로 사용하는 것은 과도한 프로세싱을 요구하게 된다. 따라서, 본 발명의 시스템은, 통신 획득 시퀀스의 감지가, 보다 확장된 필터로 보다 확장된 획득 심볼을 프로세싱하는 제 2 단계를 트리거하도록 하는 2 단계 프로세스를 채용한다. (즉, TOA 동기화 프로세스) 이러한 추가 프로세스는 통신 획득 시퀀스의 감지에 의하여 알려진 제한된 기간 동안만 요구되기 때문에, 초과 프로세스는 방지된다.
도 7 에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 TOA 측정 알고리즘이 도시된다. TOA 프로세스는 외부 RTS-T 레인징 메시지를 수신할 때의 기준 무선국과 응답 TOA 레인징 메시지를 수신할 때의 마스터 무선국에서 모두 발생한다. 레인징 메시지의 통신 획득 시퀀스를 감지하는 프로세스 동안(블록 70), TOA 동기화 시퀀스는 버퍼 (90) 에 일시 저장된다. 통신 획득 시퀀스의 감지는 TOA 프로세서 (92) 로 하여금 일시 저장된 TOA 동기화 시퀀스를 처리하도록 트리거한다. 일치된 필터링이 디지털 정합 필터 (N=4096) 를 사용하여 4096 칩 TOA 동기화 시퀀스에 대하여 수행된다. 크기 산출 함수 (블록 (94)) 를 수행한 후, 필터링된 TOA 동기화 시퀀스는 레인징 메시지 주파수에서의 마스터 무선국과 기준 무선국간의 다중 경로 간섭의 정도를 결정하는 펄스 폭 평가기 (96) 에 인가된다. 필수적으로, 정합 필터로부터 TOA 동기화 시퀀스의 다중 경로 없는 코릴레이션 함수의 복제본이 펄스 폭 평가기 (96) 에 저장된다(즉, 다중 경로가 없는 펄스 형상 프로파일이 알려진다). 펄스 폭 평가기 (96) 는 펄스 형태 복제본을 정합 필터 (92) 출력의 프로필을 통하여 이동시키고, 직 경로 신호와 후속하는 다중 경로 신호의 타이밍을 식별하기 위하여 복제된 펄스 형태와 정합 필터 출력간의 러프한(rough) 커브 정합을 성취하는 최소 제곱 평균 에러 조절을 수행한다. (직 경로 신호와 다중 경로 신호의 시간에서, 정합 필터 프로필은 사본 프로필과 유사할 것이다) 이러한 방식에서, 펄스 폭 평가기 (96) 는 직 경로 신호와 가장 가까운 실질 다중 경로 간섭 신호간의 칩 단위 분리를 결정할 수 있다.
TOA 프로세서는 한 등급 이상의 TOA 정확성을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 7 에 도시된 실시예에서, TOA 프로세서는 1 미터 정확성 및 3 미터 정확성 (정확성은 거리 측정 결과에 따른다) 등 2 개의 선택 가능한 등급의 정확성을 제공할 수 있다. 바람직한 정확성 모드는 마스터 무선국 또는 시스템 제어기에 의하여 설정될 수 있으며, 초기 RTS-T 메시지 또는 선행하는 다른 메시지 내에서 기준 무선국에 전송될 수 있다.
펄스 폭 평가기가, 다중 경로 간섭이 직 경로 신호로부터 소정 수의 칩 폭 이상으로 분리된다고 결정한다면, 다중 경로 간섭은 TOA 측정에 영향을 미치는지 여부의 관점에서 볼 때 그다지 중요하지 않는 것으로 분류된다. 도 7 에 도시된 바람직한 실시에에서, 다중 경로 간섭이 직 경로 신호로부터 3 개 칩 폭 이상 분리되면, 다중 경로 간섭은 중요하지 않은 것으로 간주된다. 선택적으로, 1 개 칩 폭 이상의 문턱 값이, 보다 향상된 다중 경로 간섭 정도 측정을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
다중 경로 간섭이 펄스 폭 평가기 (96) 에 의하여 중요하지 않다고 판단된다면, TOA 측정은 리딩 에지 샘플과 피크 후의 2 샘플을 합한 것을 사용하는 커브 정합 알고리즘을 통하여 얻어진다. 피크 후의 샘플들은, 이 경우에 다중 경로가 그들을 왜곡시키지 않기 때문에 사용될 수 있다. 이 경우에, 선택된 정확성 모드에 관계없이 높은 정확성 (예를 들면, 1 미터 정확성) 의 TOA 측정이 이루어진다.
결과적인 TOA 측정은 상술한 방식으로 처리되어, 마스터 무선국과 기준 무선국간의 거리를 정확하게 결정한다 (즉, 기준 무선국에서, 총처리 시간을 정확하게 결정하기 위하여 TOA 측정이 행해지며, 마스터 무선국에서, 왕복 전파 시간을 정확하게 결정하기 위하여 TOA 측정이 행하여진다). 결과적인 거리 측정은 TOA 정확성 측정 (예를 들면, 1 미터 또는 3 미터) 과 함께, 마스터 무선국의 위치를 추적하는 네비게이션 칼만 (Kalman) 필터 (미도시) 에 제공된다.
도 7 에 도시된 바람직한 실시예에 따르면, 펄스 폭 평가기 (96) 는 직 경로 신호와 가장 가까운 다중 경로 신호간의 분리가 소정 개수의 칩 폭보다 작다면 (예를 들면, 3 개수), 다중 경로 간섭은 상당한 영향을 미치는 것으로 분류된다. 이러한 경우에, 프로세싱은 높은 정확성 TOA 모드 (예를 들면 1 미터) 또는 낮은 정확성 TOA 모드 (예를 들면 3 미터) 중 어느 것이 선택되었는지에 따라 다르다. 만약, 낮은 정확성 모드 (예를 들면, 3 미터) 가 선택되면, TOA를 측정하기 위하여 리딩 에지 커브 정합 (100) 이 수행된다. 이러한 경우에, 다중 경로 간섭이 이들 샘플을 왜곡할 가능성이 있기 때문에, 피크 이후의 샘플은 사용되지 않는다. TOA 측정의 낮은 정확성을 칼만 필터에 제공할 뿐만 아니라, 관련된 필터 이득을 감소시키기 위하여 다중 경로 경보가 칼만 필터에 전달된다.
반면에, 다중 경로 간섭이 상당한 영향을 미치는 것으로 분류되어, 높은 정확성 모드(예컨대, 1미터)가 선택되면, TOA 프로세서는 다중 경로 간섭을 최소화하는 최적화된 전송 주파수를 식별하기 위하여 주파수 다이버시티를 채용한 프로세스를 수행한다. 주파수 다이버시티 프로세싱이 수행되어야 한다고 선언할 수 있는 기능이 기준 무선국 (외부 RTS-T 레인징 메시지를 처리할 때) 과 마스터 무선국 (응답 TOA 레인징 메시지를 처리할 때) 중 어느 하나 또는 양자 모두에 탑재될 수 있다.
마스터 무선국이 주파수 다이버시티 요구를 선언할 수 있도록 구성되는 경우를 가정하면, 마스터 무선국은 M 개의 외부 레인징 메시지 시퀀스와 이에 상응하는 M 개의 응답 레인징 메시지를 전송하기 위하여 사용되는 M 개의 반송 주파수 세트를 식별한다. (블록 102) 기준 무선국이 주파수 다이버시티 프로세싱 요구를 선언할 수 있도록 구성된다면, 응답 TOA 레인징 메시지에서의 마스터 무선국에게 이 프로세스 시작 요청을 알릴 수 있다. 이 주파수들은, M 개의 상이한 주파수 신호 또는 복수의 "핑" 들이 무선국들 간에 최적의 주파수를 찾아 전송되기 때문에 "핑" (ping) 주파수라고 칭한다. 펄스 폭 정보를 이용하여, 다수의 핑들과 핑 주파수들이 결정되고, 제어 정보가 마스터 무선국의 RF 서브 시스템에 전달된다. 다양한 주파수들이 다중 경로로 다양한 반송파 위상을 생성한다. 레인징 성능은 다중 경로의 반송파 위상이 직 경로에 대하여 90 도 일 경우가 가장 뛰어나다. 이러한 직교 조건이 충족되면, 직 경로와 다중 경로는 분리되어, 직 경로는 다중 경로로 인한 영향이 최소화된 채 보다 정확하게 커브 정합이 이루어질 수 있다.
핑 주파수 개수 M 및 각 핑 반송파 주파수의 선택은 다양한 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들면, 소정의 주파수 범위 내의 주파수 세트에서 고정된 개수의 반송파 주파수 (예를 들면, 이미 전송된 제 1 주파수를 포함하여 M=8)를 사용할 수 있다 (예를 들면, 15 MHz 범위에서 2 MHz 씩 증가된 반송 주파수). 또는, 많은 회수/주파수가 다중 경로의 정도에 따라 1부터 M 까지 중에서 선택될 수 있다. 더욱 일반적으로는, 다중 경로 간섭의 위상을 직 경로 신호에 대하여 가장 잘 직교화되도록 하는 주파수를 찾기 위하여, 반송파 위상을 15 도씩(또는 다른 증분) 증가시키면서 DMF의 출력에서의 동상 및 4분위상 샘플들을 효과적으로 회전시켜, 핑 주파수들이 계산되거나 미리 결정될 수 있다.
일단, 레인징 메시지 교환의 회수 M 및 핑 주파수가 결정되거나 선택되면, 다음에 각 교환을 위하여 다른 반송파 주파수를 사용하여 M-1 TRS-T/TOA 메시지 교환이 전송된다. 후속되는 M-1 RTS/TOA 메시지 교환은 획득부 및 무선국 식별 번호 (도 4에서 TOA 메시지 상의 아래첨자 "s" 로 지정된다)를 포함하는 단축된 패킷을 사용할 수 있다. 지연 보정 및 GPS 데이터는 이들 패킷이 교환되는 빠른 속도 때문에 요구되지 않는다.
다시 도 7을 참조하면, TOA 프로세서는 최초 레인징 메시지에서와 동일한 방식으로, 통신 획득 시퀀스 및 M 개의 레인징 메시지 각각의 TOA 동기화 시퀀스를 프로세싱한다. 특히, 통신 획득 시퀀스의 감지시, TOA 동기화 시퀀스는 정합 필터링되고 (반송 주파수를 고려한다), 크기가 결정되고, 결과 신호는 다중 경로 간섭과 직 경로 신호의 근접 정도를 결정하기 위하여 펄스 폭 평가기에 의하여 평가된다 (블록 104, 106 및 108 참조). M 개의 레인징 메시지 각각과 정합 필터의 출력으로부터 평가된 펄스 폭 결과는 버퍼 (110) 에 저장된다. M 회의 시도 완료시, 다중 경로를 가장 잘 분리한 주파수가 식별되고 (블록 112), TOA를 측정하기 위하여, 상응하는 정합 필터의 출력에 대하여 리딩 에지 커브 정합 (114)을 수행한다. 특히, 최단 경로 지연을 갖는 반송파 위상 하에서 최적의 펄스 폭이 발생하는 주파수를 발견하기 위하여 데이터를 탐색한다. 결국 TOA 측정은 마스터 무선국과 기준 무선국간의 거리를 정확하게 결정하기 위하여 상술한 바와 같은 방식으로 처리되며, 거리 측정 및 TOA 정확성 측정은 마스터 무선국의 위치를 갱신하기 위하여 네비게이션 칼만 필터에 제공된다.
본 발명의 시스템에서 TOA 동기화 시퀀스는 엄격하게 요구되지 않으며, 수신기는 신호의 리딩 에지를 결정하는 커브 정합과 다중 경로 간섭을 평가하기 위하여 직접적으로 통신 획득 시퀀스를 사용할 수 있다. 예를 들면, 통신 획득 시퀀스는 계속하여 일시 저장되며, 이것이 감지되면, TOA를 측정하기 위하여, 통신 획득 시퀀스를 하나의 롱 (long) 심볼로서 취급하는, 보다 확장된 정합 필터 (N=2048)를 사용할 수 있다. 이 경우에, 통신 획득 프로세싱에 의하여 제공된 상대적으로 개략적인 TOA 측정은, TOA 프로세서가 통신 획득 시퀀스를 2048 길이의 정합 필터에 정합 필터링하는 시간의 범위를 제한하기 위하여 사용될 수 있다. 그 외에 는, 이 TOA 프로세싱과 도 7 에 도시된 TOA 프로세싱은 유사하다 (DMF는 4096 대신 2048 칩 길이이다). 그러나, 4096 칩 TOA 동기화 시퀀스는 낮은 측대파와 같은 보다 우수한 신호 특성을 낳기 때문에, 상술한 TOA 동기화 시퀀스를 사용하면 보다 정확한 측정을 얻을 수 있다.
도 7을 참조하여 TOA 프로세싱을 수행하는 특정 방법이 기술되었지만, 다른 구현 방법 또는 다양한 TOA 프로세싱 방식 등이 본 발명의 범위 내에서 가능하다는 것은 쉽게 이해될 것이다. 예를 들면, 높은 정확도의 TOA 모드가 선택되면, 무선국들은, 제 1 주파수에서 다중 경로 간섭이 미치는 영향이 큰지 여부를 평가하지 않고, M 개의 상이한 주파수에서 레인징 메시지를 자동으로 교환할 수 있으며 (상술한 알고리즘에서 요구되는 바와 같이), 낮은 정확도의 TOA 모드에서는, 단일 레인징 메시지 교환이 항상 사용될 수 있다. 높은 정확도의 모드에서는, 복수의 왕복 레인징 메시지 전송을 자동적으로 요구하는 반면에, 제 1 메시지 교환 후 레인징 메시지를 추가로 전송할지 여부를 결정하는데 있어서 우연성이 배제되기 때문에, 이러한 접근 방식은 잠정적으로 보다 단순한 메시징 구현 방식을 제공할 수 있다.
마스터 무선국은, 측정된 각 기준 무선국과의 거리로부터, 예를 들면 종래의 삼각 측정법 등을 통하여, 자신의 위치를 결정한다. 일단 마스터 무선국의 위치가 결정되면, 이 마스터 무선국은 이러한 정보를, 다른 무선국 또는 마스터 무선국 및 다른 관련된 이동 무선국을 매핑하고/하거나 추적하는 제어기 또는 조정기에게 전송할 수 있다. 거리/위치 결정 프로세싱은 마스터 무선국 또는 요구되는 시스 템 제어기에 의하여 시작되거나 주기적으로 수행된다.
상술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이동 통신 장치는 본 발명의 위치 결정 시스템이 자가 치유되도록 한다. 즉, 다수의 이동 무선국이 존재하는 상황에서, 각 이동 무선국은, 자신의 위치를 결정하는 마스터 무선국으로도 사용되며, 다른 이동 무선국에 대한 기준 무선국으로도 사용된다. 따라서, 이동 무선국이 현재의 기준 무선국 세트로부터 적절한 레인징 신호를 수신할 수 없을 경우, 이동 무선국은, 레인징 신호를 수신할 수 있는 이동 무선국을 포함하는 기준 무선국 세트로 대체할 수 있다. 예를 들면, 제 1 이동 무선국은 고정된 또는 GPS 기반의 4 개의 기준 무선국에 의존할 수 있다. 제 2 이동 무선국은 고정된 또는 GPS 기반의 기준 무선국 중 어느 하나로부터의 신호 강도가 너무 약한 곳에 위치하거나, 지형적 위치가 4 개의 고정된 또는 GPS 기반의 기준 무선국이 정확한 3 차원 위치 정보를 제공하지 못하는 곳일 수도 있다 (예를 들면, 2 개가 동일 선상에 있음). 이러한 경우에, 제 2 이동 무선국은 제 1 이동 무선국을, 만약 이것이 보다 나은 결과를 낳는다면, 하나의 기준 무선국으로 사용할 수 있다. 이러한 유연성은, 이동 무선국이 고정된 레인징 신호 수신용 송신기에 의존하여야 하고 위치 결정을 위하여 다른 이동 무선국을 사용할 수 없는 종래 기술과 대비되는 점이다.
도 1 에서는 4 개의 기준 무선국과 통신하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 마스터 무선국은 임의의 복수의 기준 무선국과 레인징 메시지를 통신할 수 있다는 것은 쉽게 이해될 것이다. 예를 들면, 마스터 무선국은 2 개 기준 무선국과의 통신으로부터 약간의 위치 정보를 결정할 수 있다. 또한, 마스터 무선국은 4 개 이상의 기준 무선국과 레인징 메시지를 교환할 수 있으며, 위치 결정 프로세스가 수행될 때마다 TOA 메시지의 신호 강도, 지형 등에 기초하여 최적의 4 거리 측정을 역동적으로 선택할 수 있다. 이러한 방식에서, 예를 들면, 마스터 무선국은 기준 무선국으로서 가장 가까운 4 개의 무선국을 결정하여 사용할 수 있다.
본 발명의 시스템을 구현하는데 요구되는 하드웨어는 휴대용 확산 스펙트럼 무선국 크기 이내에서 용이하게 맞추어질 수 있기 때문에, 이 시스템은 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 군사 작전중 위치 확인이 필요한 경우, 본 발명의 시스템은 작전 도중 군인 및/또는 장비의 위치를 결정하여 추적하는 데 사용될 수 있다. 이것은 기상 조건, 지형 또는 빌딩 내에서의 무선국의 위치 등의 이유로 인하여 GPS 신호가 약해져 있거나, 또는 아예 사용될 수 없는 경우에 특히 유용하며, GPS 위치 정보의 정확성을 증가시키는데도 사용될 수 있다. 이러한 위치 정보는 이동을 위하여 군인과 장비의 현 위치를 역동적으로 파악할 필요가 있는 사령관에 의하여 사용될 수 있다. 또한, 각 이동 무선국은 관련된 다른 사람들의 위치 정보를 수신하여 이를 디스플레이할 수 있기 때문에, 전쟁터에서의 군인들은 그들의 현 위치를 바로 제공받을 수 있다.
또한, 본 발명의 시스템은 실내외를 막론하고, 민간인 및 자원 예를 들면, 작전 중인 경찰, 불타는 빌딩 내 또는 근처에 위치하는 소방관, 의료 시설 내의 장비 및 의료인 또는 응급처에 이르는 통로, 수색이나 구조와 관련된 사람을 위치 확인하여 추적하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 시스템은 개인용 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 휴대용 전자 장비, 수하물, 여행 가방, 도난 차량 등과 같은 물건을 태그하거나, 거기에 이동 무선국을 부착함으로써, 이를 추적하는데 사용될 수 있다.
도심 지역에서, 종래의 위치 결정 시스템의 동작이 곤란한 경우에, 본 발명의 시스템은 이동 무선국이 장착된 트럭, 버스 및 영업용 차량을 추적할 수 있다. 또한, 예를 들면, 몰, 놀이 공원 또는 여행자의 관심을 끄는 곳과 같이 붐비는 장소에 있는 어린이, 빌딩내의 사람, 감옥에서의 죄수를 찾는 등 복잡한 장소에서 이동 통신 장치를 휴대하고 있는 사람을 찾는 것도 바람직하다. 이동 무선국은 팔지, 목걸이, 포켓 또는 양말 등과 같은 것에 무선국을 접목함으로써, 인체에 휴대될 수 있다.
또한, 본 발명의 시스템은 셀룰러 폰의 위치를 결정하는데 응용될 수도 있다. 종래의 이동 전화에 본 발명의 위치 결정 기능을 접목함으로써, 응급 전화가 걸려오거나, 또는 평상시에 전화기의 위치를 결정할 수 있다. 또한, 이 기능은 셀 네트웍 관리에도 보조적으로 사용될 수 있다. (즉, 셀 핸드 오프 결정할 경우)
본 발명은 공기를 통하여 전자기적 신호를 송수신하는 시스템으로서 설명되었으나, 내부 지연 보정 및 TOA 프로세싱을 포함하는 2 웨이 왕복 거리 측정 기술은 예를 들면, 고체 매질, 물 또는 진공을 통해 전송되는 전자기 신호, 임의 매체를 통하여 전송되는 압력파 또는 음파 신호를 포함하여, 다른 매질 또는 다른 타입의 신호에도 사용될 수 있다.
낮은 정확도를 갖는 클록을 사용하여, 이동 통신 장치의 위치를 결정하는 새 롭고 개선된 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이러한 내용을 토대로 당업자에 의해서, 다른 변형 등이 가능하다고 생각된다. 이러한 변형 등은, 첨부된 특허청구범위에서 정의된 본 발명의 범위 내에 포함된다고 생각된다.

Claims (72)

  1. 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 상기 기준 통신 장치와의 거리를 결정할 수 있는 이동 통신 장치로서,
    외부 레인징 신호를 상기 기준 통신 장치에 전송하도록 구성된 송신기;
    상기 외부 레인징 신호에 응답하여 상기 기준 통신 장치로부터 응답 레인징 신호를 수신하도록 구성된 수신기; 및
    상기 응답 레인징 신호를 샘플링하고, 상기 응답 레인징 신호의 리딩 에지 샘플을 식별하도록 구성된 프로세서로서, 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간을 결정하기 위하여, 저장된 기준에 상기 리딩 에지 샘플을 커브 정합하고, 상기 응답 레인징 신호 및 상기 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 상기 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 각각의 상기 기준 통신 장치들과 레인징 신호를 교환함으로써, 복수의 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하며,
    상기 프로세서는 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치 및 각각의 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 상기 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위하여, 외부 레인징 메시지 및 응답 레인징 메시지의 교환을 시작하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치는 신호 커브 정합을 이용하여 상기 외부 레인징 신호의 도달 시간을 측정하며,
    상기 이동 통신 장치의 상기 프로세서는, 상기 기준 통신 장치에 의하여 상기 외부 레인징 신호에 대해 수행되는 신호 커브 정합으로부터 결정된 타이밍 조절을 통하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는
    로컬 타이밍 기준을 유지하기에 적합한 낮은 정확도의 클록을 더 포함하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 로컬 타이밍 기준에 따라 상기 외부 레인징 신호의 전송 시간 및 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간을 결정하며,
    상기 낮은 정확도의 클록은, 상기 기준 통신 장치에 대하여 로컬 타이밍 기준을 유지하는 클록과 동기되지 않는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 휴대용 장치인 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 인체에 착용되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 인체에 착용되는 의복에 결합되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 무선 전화인 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 이동하는 차량에 탑재되어 동작하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 실내에서 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환할 수 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 고가품의 추적에 용이하도록 상기 고가품과 결합되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는, 다른 이동 통신 장치인 상기 기준 통신 장치와, 외부 레인징 메시지 및 응답 레인징 메시지를 교환하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 응답 레인징 신호는 획득부를 포함하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간 (TOA)을 결정하도록 구성된 2 단계 신호 획득 프로세서를 포함하며,
    상기 2 단계 신호 획득 프로세서는 상기 획득부를 감지하기 위한 감지 프로세서 및 상기 획득부로부터의 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간을 정확하게 결정하기 위한 TOA 동기화 프로세서를 포함하며,
    상기 감지 프로세서는 상기 TOA 동기화 프로세서의 동작을 트리거하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 응답 레인징 신호의 획득부는 통신 획득 시퀀스 및 TOA 동기화 시퀀스를 포함하며,
    상기 감지 프로세서는 상기 통신 획득 시퀀스에 대하여 작용하며, 상기 TOA 동기화 프로세서는 상기 TOA 동기화 시퀀스에 대하여 작용하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 다른 이동 통신 장치에 대하여 기준 통신 장치로서 기능하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  17. 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 기준 통신 장치와의 거리를 결정할 수 있는 이동 통신 장치로서,
    상기 기준 통신 장치에게 외부 레인징 신호를 전송하기 위한 수단;
    외부 레인징 신호에 응답하여 상기 기준 통신 장치로부터 응답 레인징 신호를 수신하기 위한 수단;
    상기 응답 레인징 신호를 샘플링하고, 상기 응답 레인징 신호의 리딩 에지 샘플을 식별하기 위한 수단;
    상기 응답 레인징 신호의 도달 시간을 결정하기 위하여, 상기 리딩 에지 샘플을 저장된 기준에 커브 정합시키기 위한 수단; 및
    상기 응답 레인징 신호 및 상기 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 각각의 상기 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 복수의 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하며, 상기 이동 통신 장치는,
    상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치 및 각각의 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 상기 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위하여, 외부 레인징 메시지 및 응답 레인징 메시지의 교환을 개시하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치는 신호 커브 정합을 사용하여 외부 레인징 신호의 도달 시간을 측정하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 기준 통신 장치에 의하여 상기 외부 레인징 신호에 대하여 수행되는 상기 신호 커브 정합으로부터 결정되는 타이밍 조절을 사용하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    로컬 타이밍 기준을 유지하기에 적합한 낮은 정확도의 클록을 더 포함하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 로컬 타이밍 기준에 따라 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간 및 외부 레인징 신호의 전송 시간을 결정하며,
    상기 낮은 정확도의 클록은 상기 기준 통신 장치에 대하여 로컬 타이밍 기준을 유지하는 클록과 동기되지 않은 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 휴대용 장치인 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 실내에서 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환할 수 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는, 다른 이동 통신 장치인 상기 기준 통신 장치와, 상기 외부 레인징 메시지 및 응답 레인징 메시지를 교환하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  25. 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리를 결정하는 방법으로서,
    (a) 상기 이동 통신 장치로부터 상기 기준 통신 장치에게 외부 레인징 신호를 전송하는 단계;
    (b) 상기 외부 레인징 신호에 응답하여 상기 기준 통신 장치로부터 상기 이동 통신 장치에게 응답 레인징 신호를 전송하는 단계;
    (c) 상기 이동 통신 장치에서 수신된 상기 응답 레인징 신호를 샘플링하고, 상기 응답 레인징 신호의 리딩 에지 샘플을 식별하는 단계;
    (d) 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간을 결정하기 위하여, 상기 리딩 에지 샘플을 저장된 기준에 커브 정합하는 단계; 및
    (e) 상기 응답 레인징 신호 및 상기 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 단계 (a) 내지 단계 (e) 는 상기 이동 통신 장치 및 복수의 기준 통신 장치에서 반복되며, 상기 방법은
    (f) 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치 및 각 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 단계를 더 포함하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치의 로컬 타이밍 기준에 따라, 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간 및 상기 외부 레인징 신호의 전송 시간을 결정하는 단계; 및
    상기 이동 통신 장치의 상기 로컬 타이밍 기준과 동기되지 않은 상기 기준 통신 장치의 로컬 타이밍 기준에 따라, 상기 응답 레인징 신호의 전송 시간 및 상기 외부 레인징 신호의 도달 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치 및 상기 기준 통신 장치는 낮은 정확도의 클록을 사용하여 로컬 타이밍 기준을 유지하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 방법은
    (f) 상기 이동 통신 장치 및 상기 기준 통신 장치 내의 송신기 및 수신기 내부의 타이밍 지연을 계산하기 위하여 내부 지연 보정을 수행하는 단계; 및
    (g) 거리를 측정하기 위하여, 상기 이동 통신 장치 및 상기 기준 통신 장치 내의 상기 송신기 및 수신기의 계산된 내부 타이밍 지연을 고려하는 단계를 더 포함하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  30. 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위한 위치 결정 시스템으로서,
    위치가 알려져 있으며, 각각이 레인징 신호를 송수신하도록 구성된 복수의 기준 통신 장치; 및
    상기 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환하도록 구성된 이동 통신 장치를 포함하며,
    상기 이동 통신 장치는 각 기준 통신 장치에게 각각 외부 레인징 신호를 전송하며, 상기 기준 통신 장치는 각각 각 외부 레인징 신호에 응답하여 응답 레인징 신호를 전달하며,
    상기 이동 통신 장치는 각 기준 통신 장치로부터 수신된 상기 응답 레인징 신호를 샘플링하고, 각 응답 레인징 신호의 리딩 에지 샘플을 식별하며, 각 응답 레인징 신호의 도달 시간을 결정하기 위하여 상기 리딩 에지 샘플을 저장된 기준과 커브 정합하며, 상기 응답 레인징 신호 및 상기 각 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여 각 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하며, 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치 및 각 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 각 기준 통신 장치는 신호 커브 정합을 사용하여 각 외부 레인징 신호의 도달 시간을 측정하며,
    상기 이동 통신 장치는, 각 기준 통신 장치에 의하여 상기 각 외부 레인징 신호에 대하여 수행되는 상기 신호 커브 정합으로부터 결정되는 타이밍 조절을 사용하여 각 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간 측정에서의 에러를 감소시키기 위하여 내부 지연 보정을 수행하고, 상기 내부 지연 보정으로부터 결정된 타이밍 지연을 사용하여 각 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서, 각 기준 통신 장치는 상기 외부 레인징 신호의 도달 시간 측정에서의 에러를 감소시키기 위하여, 내부 지연 보정을 수행하며,
    상기 이동 통신 장치는 각 기준 통신 장치에 의하여 수행되는 상기 내부 지연 보정으로부터 결정되는 타이밍 지연을 사용하여 각 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  34. 제 30 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 로컬 타이밍 기준을 유지하기에 적합한 클록을 포함하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 로컬 타이밍 기준에 따라, 각 응답 레인징 신호의 도달 시간 및 각 외부 레인징 신호의 전송 시간을 결정하며,
    각 기준 통신 장치는 상기 이동 통신 장치의 클록의 상기 로컬 타이밍 기준과 동기되지 않은 로컬 타이밍 기준을 유지하기에 적합한 클록을 포함하며,
    각 기준 통신 장치는 상기 기준 통신 장치의 상기 로컬 타이밍 기준에 따라, 상기 각 외부 레인징 신호의 도달 시간 및 상기 응답 레인징 신호의 전송 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치의 상기 클록 및 상기 각 기준 통신 장치의 상기 클록은 낮은 정확도의 클록인 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  36. 제 30 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치의 적어도 어느 하나는 다른 이동 통신 장치인 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  37. 제 30 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 상기 기준 통신 장치로서 사용되는 통신 장치 세트 중에서 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  38. 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 기준 통신 장치와의 거리를 결정할 수 있는 이동 통신 장치로서,
    상기 기준 통신 장치에게 상이한 반송 주파수로 외부 레인징 신호의 시퀀스를 전송하도록 구성된 송신기;
    상기 외부 레인징 신호에 응답하여, 상기 기준 통신 장치로부터, 상기 상이한 반송 주파수로, 응답 레인징 신호의 시퀀스를 수신하도록 구성된 수신기; 및
    상기 응답 레인징 신호들 중에서, 최상의 신호 타이밍 정확도를 제공하는 반송 주파수의 응답 레인징 신호를 선택하도록 구성된 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는 선택된 응답 레인징 신호의 도달 시간을 결정하고, 상기 선택된 응답 레인징 신호 및 이에 상응하는 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여 기준 통신 장치까지의 상기 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 프로세서는 반송 주파수가 다중 경로 간섭을 최소화하는 상기 응답 레인징 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  40. 제 38 항에 있어서, 상기 프로세서는 신호 커브 정합을 사용하여 상기 선택된 응답 레인징 신호의 도달 시간을 측정하고, 상기 신호 커브 정합으로부터 결정된 타이밍 조절을 사용하여 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치는 신호 커브 정합을 사용하여 상기 외부 레인징 신호의 도달 시간을 측정하고,
    상기 이동 통신 장치의 상기 프로세서는, 상기 기준 통신 장치에 의하여 상기 선택된 응답 레인징 신호에 상응하는 상기 외부 레인징 신호에 대하여 수행되는 상기 신호 커브 정합으로부터 결정된 타이밍 조절을 사용하여 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  42. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간 측정에서의 에러를 감소시키기 위하여 내부 지연 보정을 수행하고, 상기 내부 지연 보정으로부터 결정되는 타이밍 지연을 사용하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치는 상기 외부 레인징 신호의 도달 시간 측정에서의 에러를 감소시키기 위하여 내부 지연 보정을 수행하고,
    상기 이동 통신 장치의 상기 프로세서는 상기 기준 통신 장치에 의하여 수행되는 상기 내부 지연 보정으로부터 결정되는 타이밍 지연을 사용하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  44. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 상기 각 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 복수의 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하고, 상기 프로세서는 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치를 결정하며, 각각의 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  45. 제 38 항에 있어서,
    로컬 타이밍 기준을 유지하기에 적합한 낮은 정확도의 클록을 더 포함하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 로컬 타이밍 기준에 따라, 상기 응답 레인징 신호의 도달 시간 및 외부 레인징 신호의 전송 시간을 결정하며,
    상기 낮은 정확도의 클록은 상기 기준 통신 장치의 로컬 타이밍 기준을 유지하는 클록과 동기되지 않은 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  46. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 휴대용 장치인 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  47. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 인체에 착용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  48. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 인체에 착용되는 의복에 결합되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  49. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 휴대 전화인 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  50. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 이동가능한 차량에 탑재되어 동작하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  51. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 실내에서 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환할 수 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  52. 제 38 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 고가품의 추적에 용이하게 상기 고가품에 결합되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  53. 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 기준 통신 장치와의 거리를 결정할 수 있는 이동 통신 장치로서,
    상기 기준 통신 장치에게 다른 반송 주파수들로 외부 레인징 신호의 시퀀스를 전송하기 위한 수단;
    상기 외부 레인징 신호에 응답하여, 상기 기준 통신 장치로부터, 상기 다른 반송 주파수들로, 응답 레인징 신호의 시퀀스를 수신하기 위한 수단;
    상기 응답 레인징 신호들 중에서, 최상의 신호 타이밍 정확도를 제공하는 반송파 주파수에서의 응답 레인징 신호를 선택하기 위한 수단; 및
    선택된 응답 레인징 신호의 도달 시간을 결정하고, 상기 선택된 응답 레인징 신호 및 이에 상응하는 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하기 위한 수단을 포함하는 이동 통신 장치.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 선택 수단은 반송 주파수가 다중 경로 간섭을 최소화하는 상기 응답 레인징 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  55. 제 53 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 각각의 상기 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 복수의 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하며, 상기 이동 통신 장치는
    상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치를 결정하고, 각각의 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  56. 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리를 결정하는 방법으로서,
    (a) 상기 이동 통신 장치로부터 상기 기준 통신 장치에게, 상이한 반송 주파수들로 외부 레인징 신호의 시퀀스를 전송하는 단계;
    (b) 상기 외부 레인징 신호에 응답하여, 상기 기준 통신 장치로부터 상기 이동 통신 장치에게 상기 상이한 반송 주파수들로 응답 레인징 신호의 시퀀스를 전송하는 단계; 및
    (c) 선택된 외부 레인징 신호 및 이에 상응하여 최상의 신호 타이밍 정확도를 제공하는 반송 주파수로 전송되는 응답 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여, 상기 이동 통신 장치와 상기 기준 통신 장치 간의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  57. 제 56 항에 있어서, 단계 (a), (b) 및 (c) 는 상기 이동 통신 장치와 복수의 기준 통신 장치에서 반복되며, 상기 방법은
    (d) 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치를 결정하고, 각 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  58. 제 56 항에 있어서, 상기 선택된 외부 레인징 메시지 및 상기 상응하는 응답 레인징 메시지는 다중 경로 간섭을 최소화하기 위하여 선택된 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치 간의 거리 결정 방법.
  59. 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위한 위치 결정 시스템으로서,
    위치가 알려져 있으며, 각각이 레인징 신호를 송수신하는 복수의 기준 통신 장치; 및
    상기 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환하도록 구성된 이동 통신 장치를 포함하며,
    상기 이동 통신 장치는 각 기준 통신 장치에게 상이한 반송 주파수들로 외부 레인징 신호의 시퀀스를 전송하며, 각각의 상기 기준 통신 장치는 상기 외부 레인징 신호에 응답하여 상기 상이한 반송 주파수들로 응답 레인징 신호의 시퀀스를 전송하며,
    상기 이동 통신 장치는 선택된 외부 레인징 신호 및 이에 상응하여 최상의 신호 타이밍 정확도를 제공하는 반송 주파수로 전송되는 응답 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여 각 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하며, 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치를 결정하고, 각 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  60. 제 59 항에 있어서, 각 기준 통신 장치에 대하여, 상기 이동 통신 장치는 반송 주파수가 다중 경로 간섭을 최소화하는 상기 응답 레인징 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  61. 제 59 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치 중 적어도 어느 하나는 다른 이동 통신 장치인 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  62. 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 기준 통신 장치와의 거리를 결정할 수 있는 이동 통신 장치로서,
    상기 기준 통신 장치에게 외부 레인징 신호를 전송하도록 구성된 송신기;
    상기 외부 레인징 신호에 응답하여 상기 기준 통신 장치로부터 응답 레인징 신호를 수신하도록 구성된 수신기;
    상기 이동 통신 장치의 내부 타이밍 지연을 결정하기 위하여, 상기 송신기 및 수신기를 통하여 미전송 레인징 신호를 루핑 (looping) 하도록 구성된 내부 지연 보정기; 및
    상기 응답 레인징 신호 및 상기 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여, 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 거리를 결정함에 있어서 상기 내부 타이밍 지연을 고려하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  63. 제 62 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치는 내부 타이밍 지연을 결정하기 위하여 내부 지연 보정을 수행하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정함에 있어서, 기준 통신 장치의 내부 타이밍 지연을 고려하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  64. 제 62 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 복수의 기준 통신 장치들과 각각 레인징 신호를 교환함으로써, 상기 복수의 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하며,
    상기 프로세서는 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치를 결정하며, 각각의 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  65. 제 62 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 휴대 장치인 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  66. 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환함으로써, 상기 기준 통신 장치와의 거리를 결정할 수 있는 이동 통신 장치로서,
    상기 기준 통신 장치에게 외부 레인징 신호를 전송하기 위한 송신 수단;
    상기 기준 통신 장치로부터 상기 외부 레인징 신호에 응답하는 응답 레인징 신호를 수신하기 위한 수신 수단;
    상기 이동 통신 장치의 내부 타이밍 지연을 결정하기 위하여, 상기 송신 수단 및 상기 수신 수단을 통하여 미전송 레인징 신호를 전달함으로써, 내부 지연 보정을 수행하는 수단; 및
    상기 응답 레인징 신호 및 상기 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 결정 수단을 포함하며,
    상기 결정 수단은 상기 거리를 결정함에 있어서, 상기 내부 타이밍 지연을 고려하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  67. 제 66 항에 있어서, 상기 기준 통신 장치는 상기 외부 레인징 신호의 도달 시간 측정에서의 에러를 감소시키기 위하여 내부 지연 보정을 수행하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 계산함에 있어서, 상기 기준 통신 장치의 상기 내부 타이밍 지연을 고려하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  68. 제 66 항에 있어서, 상기 이동 통신 장치는 복수의 기준 통신 장치들 각각과 레인징 신호를 교환함으로써, 각각의 상기 복수의 기준 통신 장치들과의 거리를 결정하며, 상기 이동 통신 장치는,
    상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치 및 각각의 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  69. 이동 통신 장치와 기준 통신 장치간 거리를 결정하는 방법으로서,
    (a) 상기 이동 통신 장치로부터 상기 기준 통신 장치에게 외부 레인징 신호를 전송하는 단계;
    (b) 상기 외부 레인징 신호에 응답하여 상기 기준 통신 장치로부터 상기 이동 통신 장치에게 응답 레인징 신호를 전송하는 단계;
    (c) 상기 이동 통신 장치의 내부 타이밍 지연을 결정하기 위하여, 상기 이동 통신 장치의 송신기 및 수신기를 통하여 미전송 레인징 신호를 전달함으로써, 상기 이동 통신 장치의 내부 지연 보정을 수행하는 단계;
    (d) 상기 기준 통신 장치의 내부 타이밍 지연을 결정하기 위하여, 상기 기준 통신 장치의 송신기 및 수신기를 통하여 미전송 레인징 신호를 전달함으로써, 상기 기준 통신 장치의 내부 지연 보정을 수행하는 단계; 및
    (e) 상기 응답 레인징 신호 및 상기 외부 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여, 상기 이동 통신 장치로부터 상기 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 이동 통신 장치 및 상기 기준 통신 장치에서의 내부 타이밍 지연은 상기 거리를 결정함에 있어서 고려되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치간의 거리 결정 방법.
  70. 제 69 항에 있어서, 단계 (a) 내지 (e) 는 상기 이동 통신 장치 및 복수의 기준 통신 장치들에서 반복되며, 상기 방법은,
    (f) 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치 및 각 기준 통신 장치까지의 상기 거리를 결정하는 단계를 더 포함하는 이동 통신 장치와 기준 통신 장치간의 거리 결정 방법.
  71. 이동 통신 장치의 위치를 결정하기 위한 위치 결정 시스템으로서,
    위치가 알려져 있으며, 그 각각이 송신기 및 수신기의 내부 타이밍 지연을 결정하기 위하여 내부 지연 보정을 수행하는 복수의 기준 통신 장치; 및
    상기 기준 통신 장치와 레인징 신호를 교환하도록 구성된 이동 통신 장치를 포함하며, 상기 이동 통신 장치는 송신기 및 수신기의 내부 타이밍 지연을 결정하기 위하여 내부 지연 보정을 수행하며, 각각의 기준 통신 장치에게 각 외부 레인징 신호를 전송하며, 상기 기준 통신 장치 각각은 상기 각 외부 레인징 신호에 응답하여 응답 레인징 신호를 전송하며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 각 외부 레인징 신호 및 상기 응답 레인징 신호의 왕복 신호 전파 시간에 의하여 각각의 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하며,
    상기 이동 통신 장치 및 상기 기준 통신 장치에서의 상기 송신기 및 수신기의 내부 타이밍 지연은 각각의 기준 통신 장치까지의 거리를 결정하는 데 고려되며,
    상기 이동 통신 장치는 상기 기준 통신 장치의 알려진 위치로부터 상기 이동 통신 장치의 위치 및 각 기준 통신 장치까지의 상기 거리를 더 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 시스템.
  72. 다수의 통신 매체를 통한 통신 방법에 있어서,
    상기 통신 매체를 통하여 신호 획득 정보를 전송하기 위한 전송 파형은,
    상기 전송 파형의 도달을 감지하기 위한 정보를 포함하는 복수의 제 1 확산 스펙트럼 심볼을 포함하는 통신 획득 시퀀스로서, 상기 제 1 확산 스펙트럼 심볼은 각각 소정의 개수의 칩을 갖는 통신 획득 시퀀스; 및
    각각이 상기 제 1 확산 스펙트럼 칩보다 큰 개수의 칩을 갖는 복수의 제 2 확산 스펙트럼 심볼을 포함하는 도달 시간 동기화 시퀀스로서, 상기 제 2 확산 스펙트럼 심볼은 상기 전송 파형의 도달 시간을 결정하기 위한 정보를 포함하는 도달 시간 동기화 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
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