JP2003501632A - 無線測位システムの改良 - Google Patents

無線測位システムの改良

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JP2003501632A
JP2003501632A JP2001500881A JP2001500881A JP2003501632A JP 2003501632 A JP2003501632 A JP 2003501632A JP 2001500881 A JP2001500881 A JP 2001500881A JP 2001500881 A JP2001500881 A JP 2001500881A JP 2003501632 A JP2003501632 A JP 2003501632A
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ジェイムス ポール ブライス
ピーター ジェイムス ダフェット−スミス
ポール ハンセン
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ケンブリッジ ポジショニング システムズ リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、主として移動体電話ネットワークのための無線測位システムに関し、所定の位置で受信した複数の送信源信号の、共通基準に対する時間の、位相の、周波数の、又はそれらの微分値の、又はそれらの距離又は微分値の差として表わされるその等価物の差のリストを作成する。データは、位置が既知であるか求めることができる１つ又はそれ以上の受信器から取得される。そのようなデータは、送信源から受信された信号の、それぞれの受信器内の基準源又は相互に対する、時間の、位相の、周波数の、又はそれらの微分値の差である。取得されたデータは、共通基準に対する差のリストを算出するために組み合わされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、一般的に無線測位システムおよびその作動方法の改良に関し、より
詳細には、無線測位システムで必要とするデータの取得を簡便化する方法及び装
置に関する。
【０００２】 （背景技術） 本明細書に引用によりその内容が取り込まれるＥＰＡ０３０３３７１には、他
の目的のために設置された独立した無線送信機を利用する無線航法及び追尾シス
テムが説明されている。それぞれの送信機からの信号は、個々に分かれて、１ヵ
所は位置が既知である固定局と、もう１ヵ所はその位置を求めなければならない
移動体に搭載された局の、２ヵ所の受信局により受信される。１ヵ所の受信局で
受信された信号の表示が、リンクを通じて他の受信局の処理装置に送られ、そこ
で受信された信号が、位相差又は時間遅延を検出するため比較される。移動受信
器の二次元的位置、すなわち地上での位置を求めるには、広く間隔を置いて配置
された３基の独立した送信機によって行われるそのような３つの計測で十分であ
る。２基の受信器に内蔵されたマスター発振器間の位相差又は時間差もまた求め
られる。
【０００３】 ＥＰＡ０３０３３７１に記載されたシステムとして知られている「ＣＵＲＳＯ
Ｒ」は、携帯用受信器の位置を検出するために、既存の非同期無線送信機より発
信される信号を利用できる、無線測位システムである。ＣＵＲＳＯＲは、目的に
合わせて構築した同期送信機ネットワークの時間干渉特性を利用する他の数種類
のシステムとは異なるものであり、単一の送信機により送信される信号の空間干
渉性を利用する。さらに別の開発（ＥＰＡ０８８０７１２及びＷＯＡ９９／２１
０２８参照）では、この技術が、ＧＳＭ又は他のデジタル電話システムにおける
携帯電話機の位置を検出するのに応用されており、これらは、その電話システム
の基地局（ＢＴＳ）ネットワークにより発信されたダウンリンク信号を利用する
、「観測時間差強化」（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｂｓｅｒｖｅｄ Ｔｉｍｅ Ｄｉ
ｆｆｅｒｅｎｃｅ）（ＥＯＴＤ）方法の例である。
【０００４】 ＥＰＡ０８８０７１２に記載され、引用によりその内容がここに組み込まれる
、デジタル移動電話への応用では、ハンドセットの範囲内にある各基地局からの
信号を、ハンドセット自体と、受信器の近くに固定され、位置が正確に分かって
いる位置測定ユニット（ＬＭＵ）との両方で受信する。受信した信号の表示は、
移動体測位センター（ＭＬＣ）に転送され、そこで相互の時間差を検出するため
に比較される。図１は、標準的二次元システムの幾何学的構図を示す。デカルト
座標ｘ及びｙの原点は、Ｏに位置するＬＭＵ上に置かれる。座標軸の方向は重要
でないが、便宜上、ｙ軸が地域地図経緯線の南北の線に一致するように設定する
。ハンドセットＲは、ＬＭＵ位置Ｏに対してベクトル位置ｒにある。基地局Ａを
ベクトル位置ａに示す。
【０００５】 先ず、基地局Ａからの信号を考える。Ｒ及びＯで受信された信号から計測され
た時間差Δｔaは次式で与えられる。 ここで、υは、電波の速度を表わし、εは、Ｒ及びＯにおける受信器内の時計の
間における時計時刻差を表わし、ベクトル量の両側にある縦線は、この式でのベ
クトルの絶対値を表わす。εの値は、２基の受信器で行われた計測の同期誤差を
表わす。同様に、ベクトル位置ｂ及びｃ（図示せず）における別の２基の基地局
（Ｂ及びＣ）についても、次式で表わすことができる。 Δｔa、Δｔb、Δｔcの値は、ＥＰＡ０８８０７１２で開示された方法により計
測され、ａ、ｂ、ｃ及びυのそれぞれの値は既知である。ゆえに、式（１）を解
いて、εの値とともにハンドセットの位置ｒを検出することができる。
【０００６】 引用によりその内容がここに組み込まれるＷＯＡ９９／２１０２８では、ＧＳ
Ｍ電話システムの地域的に作成されたテンプレートを使用して、これら同じ時間
差がどのように測定できるかを、次のように説明している。例えば、ハンドセッ
トＲが、基地局Ａから発信される短いＧＳＭバースト信号を記録したと仮定する
。その記録には、この種の伝送の不変の特徴として、フレーム構造、同期バース
ト、及び他の「与えられた」データ（又は、所定値）が含まれている。ハンドセ
ット内の処理装置は、ネットワーク信号の既知の構造に基づいて、マッチング・
テンプレートを作成する。次いで、受信した信号を、地域的に作成されたテンプ
レートによって適合させる。テンプレートに一致が見い出される時、最も良く一
致する位置での相関ピークは、受信した信号とハンドセット内の地域時計との時
間差に対応する。基地局Ａから発信された信号について測定した、この時間差Δ
ｔa1は、次式で与えられる。 ここで、αaは基地局の伝送の時間差であり、ε1はハンドセット内蔵時計の時間
差であり、この両方は共に、仮想の普遍的「絶対」時計に対する時間差である。
基地局Ｂ及びＣからの信号もまた同様の方法で計測可能であり、次式が導かれる
。 及び、
【０００７】 同様の計測はＬＭＵでも行うことができ、次のように表わされる。 及び、 ここで、ε2は、同じく仮想の普遍的絶対時計に対するＬＭＵ内蔵時計の時間差
である。式２から式３を引くと、 及び、 が導きだされる。 ここでε＝ε1−ε2である。式４は、式１と同じものであり、同じ方法でこれを
解くことにより、ハンドセットの位置ｒ、及びεの値を求めることができる。
【０００８】 上記のようなＣＵＲＳＯＲ方法では、非同期送信機からの信号を使用する他の
すべての方法と同様に、電話システムの適用範囲内にＬＭＵネットワークを構築
する必要があることが明らかである。これらユニットは、基地局から発信された
非同期信号を、ハンドセットで受信した同じ信号と比較するため計測するときの
、基準点として作動する。それぞれの位置測定では、近くの多数の基地局からハ
ンドセットが受信し信号と、同じ基地局の組からＬＭＵが受信した信号とが一致
される必要がある。特にそのＬＭＵネットワークがまばらである場合には、基地
局からの信号を、ハンドセットは受信できるがＬＭＵでは受信できない場合、又
は、その反対の場合などがあるため、実際、１基のＬＭＵのみの使用では、一致
を検出するのが困難であることが多い。それゆえ、２基あるいはそれ以上のＬＭ
Ｕからの計測を組合わせる必要がある。しかしながら、計算に取り入れるＬＭＵ
が増える毎に未知の時計時間差（ε2、ε3、等）が更に付加され、そのために、
この各々は、すべての未知量を解くのに必要な余分の式を与えるため、更に基地
局計測を必要とする。
【０００９】 この問題に対する１つの答えはＷＯＡ９９／２１０２８に存在し、そこには、
ＬＭＵネットワークを同期させる手法が示されている。図２を参照し、隣接する
ＬＭＵの対、Ｕ1及びＵ2において、共通の基地局を見ることができると仮定する
。ＬＭＵ及び基地局の位置はすべて既知であり、ゆえに、２基のＬＭＵ間の時計
時間差を求めるには、それぞれのＬＭＵによる基地局信号の一回の測定で十分で
ある。例えば、Ｕ1から基地局への距離をｓ1とし、Ｕ2から基地局への距離をｓ2 とする。Ｕ1での時間差Δｔ1、及びＵ2での時間差Δｔ2は、次式によって与えら
れる。 ここで、αは基地局送信の時間差であり、ε21及びε22は、それぞれ、Ｕ1及び
Ｕ2におけるＬＭＵ内蔵時計の時間差である。第１式から第２式を引くと、次式
が得られる。 これは、Ｕ2の時計に対するＵ1の時計の相対的時間差である。この過程は、ＬＭ
Ｕの第２の対、例えばＵ2及びＵ3と、このＬＭＵの第２の対の両方が受信可能な
信号を発信する別の基地局についても、繰り返して行うことができる。このよう
にして、マスター「ＬＭＵネットワーク時計時間」として選ばれたＬＭＵ内蔵時
計の１つに対するすべてのＬＭＵ内蔵時計の時間差を与える、同期地図を算出す
ることができる。このような方法でＬＭＵ同期地図を作成すると、相対ＬＭＵ時
間差が分かっているので、それぞれのＬＭＵ毎に余分の未知の時間差を付加する
という不利な条件なしに、ＣＵＲＳＯＲ位置計測はいくつのＬＭＵでも含むこと
が出来る。
【００１０】 上述の受信器は時間差の計測を行う。より一般的には、受信器は、時間差、位
相差（３６０度を法とした多義性で時間差に変換できる）、周波数差、又は、周
波数差の変化率を計測できる。これら測定値は、異なる数量のものであるが、第
２の受信器によって行われる同様の測定値を組み合わせた時には、それらは独立
して位置情報を提供するので、本発明はそれぞれの値に有効に応用できる。これ
ら測定値を利用する測位システムは、ここに同時に出願された関連の特許出願（
出願人参照番号ＭＪＢ０６４２７ＷＯ）で述べられている。
【００１１】 （発明の開示） 本発明は、ネットワーク内に実際のＬＭＵのインターフェースノードとして作
動する「仮想ＬＭＵ」の１つあるいはそれ以上を設置することによって、どのよ
うにすれば（効果的に）同期させたＬＭＵネットワークと同様の利点を得ること
ができるかを教示するものである。
【００１２】 本発明の第１の態様によると、所定の位置で受信される複数の送信源信号の、
時間、位相、周波数又はそれらの微分値についての、或いは、それらの距離又は
微分値の差として表わされるそれらの等価物についての、共通基準点に対する差
のリストを作成する方法が提供され、その方法は、 （ａ）送信源から受信した信号のそれぞれにおける時間、位相、周波数又はそ
れらの微分値の、各受信器内の基準源に対する差又は信号相互間の、差を含むデ
ータを、位置が既知であるか又は位置を求めることができる１つ又はそれ以上の
受信器から取得し、 （ｂ）取得したデータを組み合わせ、共通基準に対する差のリストを算出する
こと、 から構成されている。
【００１３】 実際は、リスト上の差は、１つあるいは複数の受信器から直接得られた差の代
わりに使用できる。 第１の受信器が複数の送信源から受信した信号における、時間、位相、周波数
又はそれらの微分値の、信号相互間の差あるいは基準源に対する相対的な差は、
送信源と第１又は第２の受信器との間の距離の対応するオフセットすなわち差に
よって表わすことができる。
【００１４】 本発明はまた、上記の方法を用いる装置を含み、この装置は、 （ａ）受信機からのデータが、送信源から受信した信号のそれぞれにおける時
間、位相、周波数又はそれらの微分値の、各受信器内の基準源に対する差又は信
号相互間の差を含むデータを、位置が既知であるか又は位置を求めることができ
る１つ又はそれ以上の受信器から取得するための手段と、 （ｂ）取得したデータを組み合わせ、共通基準に対する差のリストを算出する
手段と、 から構成される。
【００１５】 ＥＰＡ０８８０７１２と同様の、あるいはそれに述べられている技術を用いる
方法で、時間、位相、周波数又はそれらの微分値の、あるいは、それらの距離又
は微分値の差として表わされるそれらの等価物の差の代わりに、受信された信号
を表すデータを使用しても良く、そのデータにより、送信源から受信された信号
の基準源に対する差を求めることができる。
【００１６】 従って、本発明はまた、所定の位置で受信された複数の送信源信号における、
時間、位相、周波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微
分値の差として表わされたそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリ
ストを作成する方法を含み、その方法は、 （ａ）位置が既知であるか又は位置を求めることができる１つ又はそれ以上の
受信器から、受信した信号を表すデータを取得することと、 （ｂ）取得したデータから、送信源から受信した信号のそれぞれにおける時間
、位相、周波数又はそれらの微分値についての、基準源に対する差又は信号相互
間の差を求めることと、 （ｃ）そのようにして求められた差を組み合わせ、共通基準に対する差のリス
トを算出すること、 から構成される。
【００１７】 本発明はまた、上述の方法を実行するための装置を含み、その装置は、 （ａ）位置が既知であるか又は位置を求めることができる１つ又はそれ以上の
受信器から、受信した信号を表すデータを取得する手段と、 （ｂ）取得したデータから、送信源から受信した信号のそれぞれにおける時間
、位相、周波数又はそれらの微分値についての、基準源に対する又は信号相互間
の差を求める手段と、 （ｃ）そのようにして求められた偏差を組み合わせ、共通基準に対しての偏差
のリストを算出する手段と、 から構成される。 上記に定義された方法および装置の両方を含む無線測位方法及びシステムもま
た、本発明の一部をなす。
【００１８】 本発明はまた、これら方法のどちらか一方、又は両方を実行するための装置（
「仮想ＬＭＵ」）を含む。この装置は、（都合の良い位置に置かれ）必要なプロ
セスを実行するようにプログラムされたコンピュータを含むことができる。以下
の本発明の特定の応用例の説明はデジタル電話ネットワークの信号に関するもの
であるが、本発明が、この用途だけに限定されるものではなく、１つ又はそれ以
上の同期又は非同期の送信機からなる、いかなる目的をもって構築されたいかな
る電話ネットワークにも応用できることは明白であろう。
【００１９】 仮想ＬＭＵは、実際のＬＭＵからデータを取得できるならばいかなるコンピュ
ータプラットホーム上でも作動できる、コンピュータ処理を含む。従って、本発
明のさらに別の態様は、所定の位置で受信された複数の送信源信号における、時
間、位相、周波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微分
値の差として表わされるそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリス
トを算出し、維持する方法を含む。
【００２０】 基地局信号の送信時間差は、互いに定まった又は既知の関係を持たず、それに
もかかわらず、基地局発振器が極めて安定しており、それらの瞬時周波数の時間
的な変化はゆっくりとしたものにすぎないという点で、基地局ネットワークは非
同期であると推定される。このような状況では、所定の基地局から現在受信され
た信号の、時間、位相、周波数又はそれらの微分値の差を、所定の実際のＬＭＵ
による十分に最近の経過データから予測することが可能である。ネットワーク内
の実際のＬＭＵは、周期的に、数秒毎に周期を繰り返しながら、検出できるすべ
ての基地局を計測する。それらは、この計測値を、最も古い計測値を最も新しい
計測値と入れ替えて、スタックとして維持する。従って、計測に適した一次又は
低次多項式により、近い未来の外挿又は近い過去の内挿のための予測子が与えら
れる。基地局発振器が十分に安定しており、例えば１０分間にわたり、信頼でき
る予測が可能であると仮定する。その場合、数分毎に、仮想ＬＭＵ（ＶＬＭＵ）
が実際の各ＬＭＵと交信し、そのＬＭＵの計測組み合わせの中にある、すべての
基地局から受信した信号の差の予測子を受信する。基地局の多くが１つ以上のＬ
ＭＵにより計測されると考えられるので、ＶＬＭＵは、周知の方法を使用して、
すべての実際のＬＭＵからの完全なデータセットを解析し、 （ａ）実際のＬＭＵ内蔵時計の時間、位相、周波数又はそれらの微分値の差の最
良値と、したがって、 （ｂ）ＶＬＭＵの仮想位置に設置され、すべての基地局からの信号を受信するこ
とのできる実際のＬＭＵによって計測されたであろうすべての基地局から受信し
た信号の時間、位相、周波数又はそれらの微分値の差と、 の両方を求めることができるようになる。
【００２１】 上記のＶＬＭＵの機能の説明では、ＬＭＵのどれかあるいはすべてが、必ずし
も固定されるか又は位置が既知である必要はなく、特に、ＬＭＵとして設置され
たものではない他の受信器と置換可能であることが分かるであろう。例えば、も
しハンドセットが静止しているならば、周波数差を求めるのに多数のハンドセッ
トからのデータが使用できる。さらに、ここで同時に出願された関連する特許出
願（出願人参照番号ＭＪＢ０６４２７ＷＯ）が、ＬＭＵを全く必要とせずにハン
ドセットの位置と速度を求める方法について示している。
【００２２】 ネットワーク内でのＶＬＭＵの利用の特に有利な点は、 （ａ）ハンドセットの計測と１つの（仮想）ＬＭＵとの間での完全な一致が保
証できること、 （ｂ）ＶＬＭＵ処理は、個々のＬＭＵ計測の時間誤差を最小化すること、 （ｃ）ＶＬＭＵリストは、位置算出プロセスに直ちに利用でき、計算の速度を
増加させること、 （ｄ）ここに同時に出願した関連する特許出願（出願人参照番号ＭＪＢ０６４
２７ＷＯ）に述べた考え方と組み合わせた時には、実際のＬＭＵがもし有ったと
しても殆どないに等しい基地局ネットワークの中で、受信時間差のリストを作成
できること、 （ｅ）ＶＬＭＵは、実際のＬＭＵネットワークの同期地図を実質的に提供し、
そのネットワークが、基地局ネットワークを監視するのに、また特に、新規に設
置された基地局の位置を判断するのに使用できること、 である。
【００２３】 （発明を実施するための最良の形態） 以下、本発明による方法及び装置の一例を添付図を参照して説明する。例とし
て図３を参照し、時間差を求める仮想ＬＭＵの機能を説明する。 １基の仮想ＬＭＵ（ＶＬＭＵ）を含むＮ基のＬＭＵとＭ基の基地局からなるネ
ットワークを考える。第ｎ番目のＬＭＵ、Ｕnの位置はベクトルｕnで表わされ、
第ｍ番目の基地局の位置Ｂmはベクトルｂmで表わされ、両ベクトル共に同じ原点
に対するものである。基地局ｍから発信される信号が、時間遅延の後にＬＭＵｎ
により受信され、この時間遅延Δｔnmは次式によって求められる。 ここで、εnはＬＭＵｎの時計時間差、αmは基地局ｍの送信時間差であり、両方
ともに仮想の普遍的な絶対時計に対する値であり、σnmはΔｔnmの計測誤差の推
定値である。仮想ＬＭＵ、Ｖの仮定位置はベクトルｖで表わされている。もしＶ
ＬＭＵが基地局ｍから誤差なく直接信号を受信できるとすると、ＶＬＭＵは仮想
の普遍的な絶対時計に対する受信時間差βmを計測でき、その値は次式で与えら
れる。 式（８）から推定した値を式（７）のαmに代入すると、次式が導かれる。
【００２４】 Ｎ基のＬＭＵからなるネットワーク全体にわたり、Ｍ基の基地局はすべて見る
ことができる。個々の各ＬＭＵからはそれらの数基しか見ることはできないが、
しかしながら、視程に十分な重複領域があれば、すべてのΔｔ値の組み合わせを
得ることが可能であり、εn及びβmの値を得ることができる。したがって、ＶＬ
ＭＵは、ＬＭＵネットワークが同期しているかの様に、又は基地局ネットワーク
全体をネットワーク羅するのに必要なのが１つのＬＭＵだけであるかの様に、ど
の基地局の時間も算出することが可能である。
【００２５】 このことをさらに説明するため、以下に、Ｎ＝２及びＭ＝４を、すなわち、４
基の基地局を監視する２基のＬＭＵのみから構成されたネットワーク（図４参照
）を使用する簡略化された問題を示し、解を導く。簡略化のためε1＝０を選択
する。このことは、「絶対」時計時間が完全に任意であるとし、例えば、ＬＭＵ
１番の内蔵時計によって計測してもよいということである。（しかし、ＢＴＳ３
及び４についての誤差が同一ではないことから、この選択は、解に非対称的事象
を導入させるものであるということに注意されたい。）第１のＬＭＵ（Ｕ1）は
、基地局１番、２番、３番からの信号は受信できるが、基地局４番からの信号を
受信できない。第２のＬＭＵ（Ｕ2）は、基地局１番、２番、４番からの信号は
受信できるが、基地局３番からの信号を受信できない。この式は、行列式により
次のように表わすことができる。 又は、同等に、Ａ．ｘ＝ｂ＋Ｚとも表わされ、ここで、Ｚは、各計測における実
際の誤差の未知ベクトルである。
【００２６】 「最小二乗法」として知られる標準的方法によると、Ｚを最小にするｘの推定
は、次式によって求められる。 ここで、記号ＡTは、行列Ａの転置行列を表わし、行列Ｗは次のように定義され
る。 この特定の例は明確に解くことが出来る。簡略化のため、すべてのσnmの値が同
じでありσに等しいとみなす。結果は次のようになる。 ここで、 である。
【００２７】 基地局が両方のＬＭＵから見えるという、このような単純な場合であっても、
算出した差の誤差が、それら自体の計測値のそれぞれの誤差よりも小さいという
ことに注意されたい。これは仮想ＬＭＵ方法の重要な利点である。
【００２８】 ＬＭＵはまた、同期のための別の手段も有する。例えば、実際の各ＬＭＵをＧ
ＰＳ（全方位測位システム）に、又は、共通の時間基準を提供する他の時間基準
受信器Ｇに接続することもできる。この場合は、ＬＭＵネットワークを、この共
通の時間基準（たとえばＧＰＳ標準時間）にすでに同期しているものとして考え
ることができ、またεの個々の値は既知であるから、ＶＬＭＵがこれを求める必
要はない。他の同期手段を使用する利点の１つは、隣接するＬＭＵ間で基地局の
視程が重なり合う必要がもはやないことである。それぞれの基地局の設置場所に
ＬＭＵも設置される場合には、このＬＭＵは、同じ場所に設置されている基地局
送信機からの（非常に強い）信号を受け取ることが出来るだけで良く、そのため
ＬＭＵアンテナの設置が簡略化できる。
【００２９】 上記のＶＬＭＵの演算モードは、それぞれの実際のＬＭＵからＶＬＭＵに対し
てデータを転送するようＶＬＭＵが働きかけて要求するので、「プルモード」と
呼ぶことが出来る。また、ＶＬＭＵに最後に送られた予測子の組から算出された
値を用いる各基地局からの受信時間差自体の予測と、実際に計測された値との差
異を、それぞれの実際のＬＭＵに連続的にチェックさせることも可能である。こ
れらの差のどれかでも所定の値を超えていた場合、ＬＭＵは、ＶＬＭＵに新しい
予測子の組を送信することができる。この演算モードは「プッシュモード」と呼
ぶことができる。この特定のモードが実際のシステムに適切かどうかは、何にも
まして基地局ネットワークの安定性にかかっている。
【００３０】 本発明により構築された試作システムの例について次に説明するが、そのシス
テムでは、多数のＬＭＵにより計測された時間が組み合わされ、それらがあたか
も単一の「仮想」ＬＭＵにより計測されたかのように、英国ケンブリッジ及びそ
の周辺のすべてのＧＳＭの基地局についての受信時間差リストを作成する。
【００３１】 図５では、都市計画図（ＯＳ）のグリッドに、９基のＬＭＵの位置Ｕ1からＵ9 まで（黒丸として表示）及び２３基のケンブリッジ地域基地局の位置Ｂ1からＢ2 3 まで（白四角として表示）を記入した。各ＬＭＵは、（ａ）内蔵時計と、ＧＳ
Ｍ無線機と、コンピュータと、電話接続機とを含むハードウエア、及び（ｂ）受
信時間差リストを編集するプログラムを含むソフトウエアで構成されている。
【００３２】 図８は、各ＬＭＵ、Ｕ1〜Ｕ9に存在するＬＭＵソフトウエアの主要要素を、フ
ローチャートで示す。ステップＡ１において、数秒毎に、「走査サイクル」プロ
グラムが入力される。プログラムは、ステップＡ２、Ａ３、Ａ６、Ａ７へと進行
し、順番に、ＧＳＭ無線機を各ＧＳＭ送信チャネルに同調させ、ＢＣＣＨ信号を
走査する。ステップＡ３でＢＣＣＨ信号が検出された場合、プログラムが、信号
のその内蔵時計に対する受信時間差を算出し（ステップＡ４）、それにより、ス
テップＡ５において時間差リストを更新する。ＢＣＣＨはまた、受信した信号を
送信した基地局ＢnのＩＤを作成するためデコードされる。また図５には、ＬＭ
Ｕと走査サイクルルーチンの結果としてＬＭＵにより検出された基地局との間に
、線が表示されている。
【００３３】 図６に、９基のＬＭＵ及びそれらによって監視される２３基の基地局、及び仮
想ＬＭＵＶ（白丸として記入）の位置を示す。仮想ＬＭＵＶは（ａ）実際の各Ｌ
ＭＵへの電話接続機及びコンピュータを含むハードウエアと（ｂ）「仮想」受信
時間差リストを編集するプログラムを含むソフトウエアとから構成されている。
【００３４】 図９に、ＶＬＭＵの主要要素をフローチャートで示す。４分毎に「ＶＬＭＵ更
新」プログラムがステップＶ１に入る。プログラムはステップＶ２、Ｖ３、Ｖ５
、Ｖ６と進行し、電話接続機経由で各々の実際のＬＭＵに接続する。所与のＬＭ
Ｕ、Ｕ1〜Ｕ9の接続が成功すると、ステップＶ４にあるプログラムがそのＬＭＵ
の受信時間差のリストを抽出する。接続の周期を完了すると、プログラム（Ｖ７
の段階にある）が、データを組み合わせ、ＬＭＵネットワークにより監視される
すべての基地局の受信時間差のリストを作成する。このリストの一例が、ＶＬＭ
Ｕによって作成された受信時間差表の一部として再現され、図１０に示されてい
る。第１列は、基地局識別子を示し、表の数値は１．８５マイクロ秒を単位とし
て示す。図６はまた、ＶＬＭＵ、Ｖと、そのＶＬＭＵのソフトウエアが時間差リ
ストを抽出することのできる、Ｕ1からＵ9までの実際の各ＬＭＵとの間の線を示
す。
【００３５】 一旦「ＶＬＭＵ更新」が完了すると、作成された時間の組み合わせリストは、
そのネットワーク内の基地局すべての時間計測を行うＶＬＭＵの位置に単一の（
実際の）ＬＭＵが仮にあったとしたら行われたであろう計測時間に等価となる。
図７は、仮想ＬＭＵによるそれぞれの基地局の時間計測の仮想モニタリング（Ｖ
ＬＭＵのＶと基地局Ｂ１からＢ２３までとの間の線として示された）を示すこと
によりこの等価を図示する。
【００３６】 それぞれの時間計測には付随する誤差があり、殆どの場合、その誤差は個々の
実際のＬＭＵにより行われた時間計測の誤差より小さい。これは、演算中に、Ｖ
ＬＭＵにより作成されたリストの一部を示す図１１の表に図示されている。第１
列は、それぞれの基地局の識別子を表わす。１から９までの数字で始まる列は、
それぞれ実際のＬＭＵ９基の特定の１基に対応している。表に示された数値は、
対応する基地局からの信号を実際のＬＭＵが時間を計測した誤差である。空欄は
そのＬＭＵが基地局の信号を受信できないことを示している。ＶＬＭＵで始まる
列は、上記に概説した方法を使用した計測値の組み合わせの結果である。
【００３７】 図１１の表の計時は、１．８５マイクロ秒を単位としている。ＶＬＭＵ計時誤
差は、ほぼ実際のＬＭＵ計時に対しての推定値より小さく、誤差を減少させるＶ
ＬＭＵ方法の利点を確認するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＥＰＡ０８８０７１２に説明されているＣＵＲＳＯＲシステムの幾何学的構造
を示す。
【図２】 共通の基地局の計測を行う互いに近接したＬＭＵを示す。
【図３】 本発明のシステム内の実際のＬＭＵと仮想ＬＭＵからなるネットワークを示す
。
【図４】 同様の簡略化したネットワークを図示する。
【図５】 実際のネットワーク内のＬＭＵと基地局のある位置を示す。
【図６】 仮想ＬＭＵを付加した同じネットワークを示す。
【図７】 実際のＬＭＵを上記ＶＬＭＵで置き換えた同じネットワークを示す。
【図８】 ＬＭＵ内で行われる処理過程を図示するフローチャートである。
【図９】 ＶＬＭＵ内で行われる処理過程を図示するフローチャートである。
【図１０】 図５から図９までの例に示された実際のシステムで作成された時間差リストを
示す。
【図１１】 上述の例におけるＬＭＵと１基のＶＬＭＵに関連する時間誤差表を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月１６日（２００１．５．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】 （発明の開示） 本発明は、ネットワーク内に実際のＬＭＵのインターフェースノードとして作
動する「仮想ＬＭＵ」の１つあるいはそれ以上を設置することによって、どのよ
うにすれば（効果的に）同期させたＬＭＵネットワークと同様の利点を得ること
ができるかを教示するものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】 本発明の第１の態様によると、所定の位置で受信される複数の送信源信号の、
時間、位相、周波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微
分値の差として表わされるそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリ
ストを作成する方法が提供され、その方法は、 （ａ）受信機からのデータが、送信源から受信した信号のそれぞれにおける時
間、位相、周波数又はそれらの微分値の、各受信器内の基準源に対する又は信号
相互間の差を含むデータを、位置が既知であるか又は位置を求めることができる
２つまたそれ以上の受信器から取得し、 （ｂ）取得したデータを組み合わせ、所定の位置に対応して共通基準に対する
差のリストを算出すること、 から構成される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】 実際は、リスト上の差は、１つあるいは複数の受信器から直接得られた差の代
わりに使用できる。 第１の受信器が複数の送信源から受信した信号における、時間、位相、周波数
又はそれらの微分値の、信号相互間の差あるいは基準源に対する相対的な差は、
送信源と第１又は第２の受信器との間の距離の対応するオフセットすなわち差に
よって表わすことができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】 本発明はまた、上記の方法を使用する装置を含み、この装置は、 （ａ）受信機からのデータが、送信源から受信した信号のそれぞれにおける時
間、位相、周波数又はそれらの微分値の、各受信器内の基準源に対する差又は信
号相互間の差を含むデータを、位置が既知であるか又は位置を求めることができ
る２つまたそれ以上の受信器から取得するための手段と、 （ｂ）取得したデータを組み合わせ、所定の位置に対応して共通基準に対する
差のリストを算出するための手段と、 から構成される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】 ＥＰＡ０８８０７１２と同様の、あるいはそれに述べられている技術を用いる
方法で、時間、位相、周波数又はそれらの微分値の、或いはそれらの距離又は微
分値の差として表わされるそれらの等価物の差の代わりに、受信された信号を表
すデータを使用しても良く、そのデータにより、送信源から受信された信号の基
準源に対する差を決定することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】 従って、本発明はまた、所定の位置で受信された複数の送信源信号における時
間、位相、周波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微分
値の差として表わされるそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリス
トを作成する方法を含み、その方法は、 （ａ）位置が既知であるか又は位置を求めることができる２つ又はそれ以上の
受信器から、受信した信号を表すデータを取得することと、 （ｂ）取得したデータから、送信源から受信した信号のそれぞれにおける時間
、位相、周波数又はそれらの微分値についての、基準源に対する差又は信号相互
間の差を求めることと、 （ｃ）そのようにして求められた差を組み合わせ、所定の位置に対応して共通
基準に対する差のリストを算出すること、 から構成される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】 本発明はまた、上述の方法を実行するための装置を含み、その装置は、 （ａ）位置が既知であるか又は位置を求めることができる２つ又はそれ以上の
受信器から、受信した信号を表すデータを取得する手段と、 （ｂ）取得したデータから、送信源から受信した信号のそれぞれにおける時間
、位相、周波数又はそれらの微分値についての、基準源に対する又は信号相互間
の差を求める手段と、 （ｃ）そのようにして求められた差を組み合わせ、所定の位置に対応して共通
基準に対する差のリストを算出する手段と、 から構成される。 上記に定義された方法および装置の両方を含む無線測位方法及びシステムもま
た、本発明の一部をなす。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】 本発明はまた、これら方法のどちらか一方、又は両方を実行するための装置（
「仮想ＬＭＵ」）を含む。この装置は（都合の良い位置に置かれ）必要なプロセ
スを実行するようプログラムされたコンピュータを含むことができる。以下の本
発明の特定の応用例の説明はデジタル電話ネットワークの信号に関するものであ
るが、本発明が、この用途だけに限定されるものではなく、１つ又はそれ以上の
同期又は非同期の送信機からなる、いかなる目的をもって構築されたいかなる電
話ネットワークにも応用できることは明白であろう。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】 仮想ＬＭＵは、実際のＬＭＵからデータを取得できるならばいかなるコンピュ
ータプラットホーム上でも作動できる、コンピュータ処理を含む。従って、本発
明のさらに別の態様は、所定の位置で受信された複数の送信源信号における時間
、位相、周波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微分値
の差として表わしたそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリストを
算出し、維持する方法を含む。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】 基地局信号の送信時間差は、互いに定まった又は既知の関係をまったく持たず
、それにもかかわらず、基地局発振器が極めて安定しており、それらの瞬時周波
数の時間的変化はゆっくりとしたものにすぎないという点で、基地局ネットワー
クは非同期であると推定される。このような状況では、所定の基地局から現在受
信された信号の、時間、位相、周波数又はそれらの微分値の差を、所定の実際の
ＬＭＵによる十分に最近の経過データから予測することが可能である。ネットワ
ーク内の実際のＬＭＵは、周期的に、数秒毎に周期を繰り返しながら、検出でき
るすべての基地局を計測する。それらは、この計測値を、最も古い計測値を最も
新しい計測値と入れ替えて、スタックとして維持する。従って、計測に適した一
次又は低次多項式により、近い未来の外挿又は近い過去の内挿のための予測子が
与えられる。基地局発振器が十分に安定しており、例えば１０分間にわたり、信
頼できる予測が可能であると仮定する。その場合、数分毎に、仮想ＬＭＵ（ＶＬ
ＭＵ）が実際の各ＬＭＵと交信し、そのＬＭＵの計測組み合わせの中にある、す
べての基地局から受信した信号の差の予測子を受信する。基地局の多くが１つ以
上のＬＭＵにより計測されると考えられるので、ＶＬＭＵは、周知の方法を使用
して、すべての実際のＬＭＵからの完全なデータセットを解析し、 （ａ）実際のＬＭＵ内蔵時計の時間、位相、周波数又はそれらの微分値の差の最
良値と、したがって、 （ｂ）ＶＬＭＵの仮想位置に設置され、すべての基地局からの信号を受信するこ
とのできる実際のＬＭＵによって計測されたであろうすべての基地局から受信し
た信号の時間、位相、周波数又はそれらの微分値の差と、 の両方を求めることができるようになる。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月１８日（２００１．５．１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ハンセン ポール イギリス ケンブリッジ ピーイー17 ３ ワイアール サマーシャム プロヴィデン ス クロース ２ Ｆターム(参考） 5J062 AA03 AA08 BB01 BB05 CC07 CC11 EE04 5K067 BB21 EE02 EE10 FF03 FF05 GG01 GG11 JJ53 JJ56

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の位置で受信した複数の送信源信号の、時間、位相、周
    波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微分値の差として
    表わされるそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリストを作成する
    方法であって、 （ａ）前記送信源から受信した信号のそれぞれにおける、時間、位相、周波数
    又はそれらの微分値の、各受信器内の基準源に対する差又は信号相互間の差を含
    むデータを、位置が既知であるか又は位置を求めることができる１つ又はそれ以
    上の受信器から取得することと、 （ｂ）取得した前記データを組み合わせ、共通基準に対する差のリストを算出
    すること、 からなる方法。
  2. 【請求項２】 所定の位置で受信した複数の送信源信号の、時間、位相、周
    波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微分値の差として
    表わされるそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリストを作成する
    方法であって、 （ａ）位置が既知であるか又は位置を求めることができる１つ又はそれ以上の
    受信器から、受信した信号を表すデータを取得することと、 （ｂ）取得した前記データから、送信源から受信した信号のそれぞれにおける
    時間、位相、周波数又はそれらの微分値の、基準源に対する差又は信号相互間の
    差を求めることと、 （ｃ）そのようにして求められた前記差を組み合わせ、共通基準に対する前記
    差のリストを算出すること、 からなる方法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の方法を含む、１つ又はそれ以
    上の位置が未知である受信器の位置を求めるための無線測位方法。
  4. 【請求項４】 前記共通基準が外部基準からなることを特徴とする請求項３
    に記載の無線測位方法。
  5. 【請求項５】 前記共通基準がＧＰＳ信号からなることを特徴とする請求項
    ４に記載の無線測位方法。
  6. 【請求項６】 前記１つ又はそれ以上の受信器からのデータを取得する段階
    が、共通の位置からの前記データの取得を促す段階を含むことを特徴とする請求
    項３から５までのいずれかに記載の無線測位方法。
  7. 【請求項７】 前記１つ又はそれ以上の受信器からのデータを取得する段階
    が、前記各受信器により定められた時間において、前記各受信器から前記データ
    の取得が促されることを含む、請求項３から５までのいずれかに記載の無線測位
    方法。
  8. 【請求項８】 所定の位置で受信した複数の送信源信号の、時間、位相、周
    波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微分値の差として
    表わしたそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリストを作成する装
    置であって、 （ａ）送信源から受信した信号のそれぞれにおける時間、位相、周波数又はそ
    れらの微分値の、各受信器内の基準源に対する差又は信号相互間の差を含むデー
    タを、位置が既知であるか又は位置を求めることができる１つ又はそれ以上の受
    信器から取得する手段と、 （ｂ）取得した前記データを組み合わせ、前記共通基準に対する差のリストを
    算出する手段と、 を含む装置。
  9. 【請求項９】 所定の位置で受信した複数の送信源信号の、時間、位相、周
    波数又はそれらの微分値についての、或いはそれらの距離又は微分値の差として
    表わしたそれらの等価物についての、共通基準に対する差のリストを作成する装
    置であって、 （ａ）位置が既知であるか又は位置を求めることができる１つ又はそれ以上の
    受信器から、受信した信号を表すデータを取得する手段と、 （ｂ）前記送信源から受信した信号のそれぞれにおける、時間、位相、周波数
    又はそれらの微分値の、基準源に対する差又は信号相互間の差を、取得した前記
    データから求める手段と、 （ｃ）そのようにして求められた差を組み合わせ、前記共通基準に対する差の
    リストを算出する手段と、 を含む装置。
  10. 【請求項１０】 請求項８又は請求項９に記載の装置を含む、無線測位シス
    テム。
  11. 【請求項１１】 前記共通基準が、前記受信器の外部にある基準からなるこ
    とを特徴とする、請求項１０に記載の無線測位システム。
  12. 【請求項１２】 前記共通基準が、ＧＰＳ信号からなることを特徴とする、
    請求項１１に記載の無線測位システム。
  13. 【請求項１３】 前記１つ又はそれ以上の受信器からデータを取得するため
    の手段が、コンピュータシステムにより定められた時間に、前記１つ又はそれ以
    上の受信器から該コンピュータシステムへの取得した前記データの転送を促すよ
    うに構成されたコンピュータシステムを含むことを特徴とする、請求項１０から
    請求項１２までのいずれかに記載の無線測位システム。
  14. 【請求項１４】 前記１つ又はそれ以上の受信器からデータを取得するため
    の手段が、コンピュータシステムを含み、前記各受信器により定められた時間に
    、前記各受信器からの前記データの取得を促すための手段を含むことを特徴とす
    る、請求項１０から請求項１３までのいずれかに記載の無線測位システム。
  15. 【請求項１５】 請求項１０から１４までのいずれかに記載の無線測位シス
    テムを含むデジタル電話ネットワーク。
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