DE60027654T2

DE60027654T2 - Verfahren und Gerät zur Positionserkennung

Info

Publication number: DE60027654T2
Application number: DE60027654T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Yokohama-shi Hayakawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: EP1081503B1; EP1081503A2; US6973316B1; EP1081503A3; JP2001069555A; DE60027654D1; JP3595738B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionsermittlungsverfahren und eine Vorrichtung, die für das Ermitteln eines Abstandes zwischen mobilen Stationen oder einer mobilen Station und einer Basisstation geeignet ist, um eine Position der mobilen Station zu bestimmen, und insbesondere das Positionsermittlungsverfahren und die Vorrichtung, die für ein mobiles Kommunikationssystem mit einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem geeignet sind.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Ein Beispiel für ein herkömmliches Verfahren des Ermittelns einer Position einer mobilen Station in einem zellularen mobilen Kommunikationssystem wird in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung HEI 10-505723 beschrieben.
Relative Abstände zwischen einer mobilen Station und einer Mehrzahl von Basisstationen werden in dem zellularen mobilen Kommunikationssystem jeweils aus einer Laufzeit erhalten, die für einen Kommunikationsweg zwischen der mobilen Station und einer jeweiligen Basisstation erforderlich ist. Dann wird auf der Grundlage einer Mehrzahl der eingeholten Abstandsinformationen und der Positionsinformationen über eine. Mehrzahl von Basisstationen eine Position der mobilen Station mithilfe des Prinzips der trigonometrischen Messung erhalten.
Ein herkömmliches zellulares mobiles Kommunikationssystem besitzt jedoch das folgende Problem.
Das besteht darin, dass, wenn ein Service neu begonnen wird, der eine Position einer mobilen Station in einem zellularen mobilen Kommunikationssystem ermittelt, das bereits einen Informationskommunikationsservice liefert, um einen Abstand zwischen einer mobilen Station und jeder einer Mehrzahl von Basisstationen zu erhalten, die Vorbedingung erforderlich ist, dass die mobile Station und jede der Mehrzahl von Basisstationen kommunizierfähig sind. Folglich ist es notwendig, dass ein Kommunikationsbereich, d.h. eine Zelle einer Basisstation, eine andere Basisstation überdeckt, die zu der Basisstation benachbart ist. Jedoch liefert eine Zelle, die eine andere benachbarte Basisstation überdeckt, eine erhöhte Störung zwischen den Basisstationen, und es ergibt sich dadurch eine unsachgemäße Anordnung der Basisstationen in dem zellularen mobilen Kommunikationssystem. In anderen Worten steht eine Anforderung für eine Anordnung der Basisstationen, um eine Position einer der mobilen Station zu ermitteln, mit einer anderen Anforderung für die Anordnung der Basisstationen, effizient Funkressourcen für die Informationskommunikation zu nutzen, in Konflikt. Folglich ist es in der gegenwärtigen Lage schwierig, sowohl den Informationskommunikationsservice als auch den Service des Ermittelns der Position der mobilen Station effizient durchzuführen.
Die US-A-4357609 offenbart ein Verfahren zum Messen des Abstands zwischen zwei Stationen, die jeweils mit Abstandsmessvorrichtungen und Referenzuhren ausgestattet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird angesichts des vorangehenden durchgeführt. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Positionsermittlungsverfahren und eine Vorrichtung, die zum Ermitteln einer Position einer mobilen Station in einer Anordnung der Basisstationen, die den Zweck der effizienten Nutzung von Funkressourcen für eine Informationskommunikation in einer zellularen mobilen Kommunikation mit einem Spreizspektrumsystem besitzt, in der Lage ist, zur Verfügung zu stellen.
Ein Abstandsermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung versieht eine Basisstation mit einem Funkkanal, worin unter Verwendung des Funkkanals die Basisstation ein Signal sendet, das eine Periodizität auf der Grundlage einer Referenzzeitvorgabe besitzt, die durch einen Referenzzeitgeber erzeugt wird, der in der Basisstation bereitgestellt wird, und eine mobile Station das Signal empfängt, welches die Periodizität hat, die Empfangszeit mit einem anderen Referenzzeitgeber, der in der mobilen Station bereitgestellt wird, ermittelt, um eine Phasendifferenz zu erhalten, und auf der Grundlage der erhaltenen Phasendifferenz einen Abstand zwischen der mobilen Station und der Basisstation ermittelt.
Entsprechend diesem Verfahren wird, wenn das Zeitgeberabgleichen zwischen der Basisstation und der mobilen Station durchgeführt worden ist, der Abstand zwischen der Basisstation und der mobilen Station erhalten, indem man die erhaltene Phasendifferenz mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert.
Weiterhin kommunizieren in dem Abstandsermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung die mobile Station und die Basisstation über Signale, empfängt die mobile Station ein Signal von der Basisstation und ermittelt die Empfangszeit mit dem Referenzzeitgeber, der in der mobilen Station bereitgestellt wird, um eine Phasendifferenz zu erhalten, empfängt die Basisstation ein Signal von der mobilen Station, ermittelt die Empfangszeit mit dem Referenzzeitgeber, der in der Basisstation bereitgestellt wird, um eine Phasendifferenz zu erhalten, und ermittelt weiterhin eine Referenzzeitvorgabendifferenz zwischen der mobilen Station und der Basisstation auf der Grundlage der Phasendifferenzen, die in der Basisstation und in der mobilen Station erhalten werden, und auf der Grundlage der ermittelten Referenzzeitvorgabendifferenz wird der Referenzzeitgeber der mobilen Station mit dem Referenzzeitgeber der Basisstation abgeglichen.
Entsprechend diesem Verfahren ist es möglich, den Referenzzeitgeber der mobilen Station mit dem Referenzzeitgeber der Basisstätion abzugleichen. In diesem Fall wird die Differenz zwischen dem Referenzzeitgeber der mobilen Station und dem der Basisstation als eine Referenz mithilfe der folgenden Gleichung erhalten. Differenz des Referenzzeitgebers der mobilen Station = (Phasendifferenz, die in der Basisstation ermittelt wird – Phasendifferenz, die in der mobilen Station ermittelt wird)/2.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Abstandsermittlungsverfahrens ermittelt ein Positionsermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung jeweilige Abstände zwischen der mobilen Station und mindestens drei Basisstationen und ermittelt auf der Grundlage des ermittelten Abstands eine Position der mobilen Station.
Entsprechend diesem Verfahren ist es möglich, die jeweiligen Abstände zwischen der mobilen Station und den mindestens drei Basisstationen zu ermitteln, wodurch unter Verwendung des Prinzips trigonometrischer Messungen die Position der mobilen Station ermittelt werden kann.
Weiterhin wird in dem Positionsermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Basisstationen, die mit der mobilen Station kommunizieren, als eine Hauptbasisstation, mit der die mobile Station eine Position davon registriert, und mindestens zwei Basisstationen (10-1, 10-2), die der Hauptbasisstation benachbart sind, angesehen, und ein Abstand zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation wird ermittelt. Auf der Grundlage des ermittelten Abstands werden jeweilige Abstände zwischen der Hauptbasisstation und den mindestens zwei Basisstationen (10-1, 10-2), die der Hauptbasisstation benachbart sind, und ein Wert eines Kommunikationsparameters eines Messsignals zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation, Ausgangswerte der Kommunikationsparameter jeweiliger Messsignale zwischen der mobilen Station und den mindestens zwei Basisstationen (10-1, 10-2) festgestellt.
Entsprechend diesem Verfahren ist es möglich, indem man den Abstand zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation, mit dem die mobile Station die Position davon registriert, und jeweilige Abstände zwischen der Hauptbasisstation und den mindestens zwei Basisstationen (10-1, 10-2), die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, in einer Funktion der Abschwächung der ausgestrahlten Leistung mit dem Abstand substituiert, Bedingungen für die Kommunikationsparameter zu erreichen, die es der mobilen Station und den mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, ermöglichen, jewäilige Messsignale gegenseitig zu empfangen.
Indem man die Bedingungen der Kommunikationsparameter in den Ausgangswerten der jeweiligen Kommunikationsparameter zwischen der mobilen Station und den mindestens zwei Basisstationen, die der Hauptbasisstation benachbart sind, beachtet, ist es für die mobile Station und die mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, möglich, die entsprechenden Messsignale sicher zu kommunizieren. Dann ist es möglich, die jeweiligen Abstände zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation und mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, zu ermitteln, wodurch unter Verwendung des Prinzips trigonometrischer Messungen eine Position der mobilen Station ermittelt werden kann.
Außerdem werden bei dem Positionsermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Ausgangswerte von Sendeleistung und Prozessgewinnen der jeweiligen Messsignale, die von den mindestens zwei Basisstationen, die der Hauptbasisstation benachbart sind, zu der mobilen Station zu übertragen sind, auf der Grundlage des Abstands zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation, den jeweiligen Abständen zwischen der Hauptbasisstation und den mindestens zwei Basisstationen, die der Hauptbasisstation benachbart sind, und der Sendeleistung und dem Prozessgewinn des Messsignals, das von der Hauptbasisstation zu übertragen ist, bestimmt.
Entsprechend diesem Verfahren ist es, indem man den Abstand zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation und jeweilige Abstände zwischen der Hauptbasisstation und den mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, in der Funktion der Abschwächung der ausgestrahlten Leistung mit dem Abstand substituiert, möglich, die tatsächliche Sendeleistung der jeweiligen Messsignale von den mindestens zwei Basisstationen zu der mobilen Station zu errechnen, indem man die jeweiligen Verstärkungen errechnet, mit denen die tatsächliche Sendeleistung des Messsignals von der Basisstation zu multiplizieren ist, um es der mobilen Station zu ermöglichen, die jeweiligen Messsignale zu empfangen. Indem man die oben erwähnten Bedingungen für die Ausgangswerten der Sendeleistung und Prozessgewinne beachtet, kann die mobile Station die entsprechenden Messsignale von mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, sicher empfangen.
Weiterhin werden bei dem Positionsermittlungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Ausgängswerte der Sendeleistung und der Prozessgewinne der jeweiligen Messsignale, die von der mobilen Station zu den mindestens zwei Basisstationen, die der Hauptbasisstation benachbart sind, zu übertragen sind, auf der Grundlage des Abstands zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation, einem Maximalwert der jeweiligen Abstände zwischen der Hauptbasisstation und den Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, und der Sendeleistung und des Prozessgewinns des Messsignals, das von der mobilen Station zu der Hauptbasisstation übertragen wird, bestimmt.
Entsprechend diesem Verfahren ist es, indem man den Abstand zwischen der mobilen Station und der Hauptbasisstation und den Maximalwert der jeweiligen Abstände zwischen der Hauptbasisstation und den Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, in der Funktion der Abschwächung der ausgestrahlten Leistung mit dem Abstand substituiert, möglich, die tatsächliche Sendeleistung der jeweiligen Messsignale von der mobilen Station zu den mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, zu berechnen, indem man die jeweiligen Verstärkungen berechnet, mit denen die tatsächliche Sendeleistung des Messsignals zu der Hauptbasisstation zu multiplizieren ist, um es den mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, zu ermöglichen, die jeweiligen Messsignale zu empfangen. Indem man die oben erwähnten Bedingungen für die Ausgangswerte der Sendeleistung und Prozessgewinne beachtet, die zu den mindestens zwei Basisstationen, die zu der Hauptbasisstation benachbart sind, zu übertragen sind, können die mindestens zwei Basisstationen die entsprechenden Messsignale sicher von der Hauptbasisstation empfangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und anderen Gegenstände und Eigenschaften der Erfindung werden im folgenden aus einer Betrachtung der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher, worin ein Beispiel beispielhaft veranschaulicht wird, worin:
1 Funktionsblockdiagramme einer Basisstation und mobilen Station, die zum Durchführen einer Funkverbindung in einem CDMA-System entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Lage sind, veranschaulicht;
2 Zeitdiagramme in einer Spreizspektrumkommunikation zwischen der Basisstation und der mobilen Station, die in 1 veranschaulicht werden, veranschaulicht;
3 Zeitdiagramme veranschaulicht, um Phasendifferenzen zu erklären, die in der Basisstation und in der mobilen Station ermittelt werden;
4 ein Diagramm ist, das Zustände von Messsignalen veranschaulicht, um eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären;
5 ein weiteres Diagramm ist, das Zustände der Messsignale veranschaulicht, um die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären;
6 ein Diagramm ist, das Zustände der Messsignale veranschaulicht, um die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären; und
7 ein Diagramm ist, das ein Verhältnis zwischen einer Geschwindigkeit einer mobilen Station und einer Kommunikationsperiode für das Messsignal veranschaulicht, um eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Verwendung der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 veranschaulicht Funktionsblockdiagramme einer Basisstation und einer mobilen Station, die zum Durchführen einer Funkverbindung in einem CDMA-System, das eines von Spreizspektrum-Kommunikationssystemen ist, entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Lage sind.
In 1 wird eine Basisstation 10 mit einem basisstationsseitigen (im folgenden als BS-seitig bezeichnet) Steuerabschnitt 11, der Berechnungsfunktionen für eine Kommunikationssteuerung und eine Abstandsmessung aufweist, einem Zeitgeber 12, der eine Abtastrate fs (eine Abtastzeitdauer Ts) und eine Chiprate fc erzeugt (Chipzeitdauer Tc), einer Spreizschaltung 13, die Übertragungsdaten spreizt, einer Antenne 14, die ein Spreizsignal beim Empfangen eines Funksignals sendet, und einem Schiebekorrelator 15, der ein empfangenes Signal demodulien, versehen. Der BS-seitige Steuerabschnitt 11 umfasst z.B. eine CPU, ein DSP und einen Speicher und wird zusätzlich zu den ursprünglichen Funktionen der Basisstation mit einer Phasendifferenz-Ermittlungsfunktion versehen, die später beschrieben wird. Der Schiebekorrelator 15 umfasst einen Entspreizcode-Generator 16, der einen Entspreizode erzeugt, indem er einen Spreizcode verschiebt, um die Korrelation des empfangenen Signals zu ermitteln, und eine Entspreizschaltung 17, die einen Korrelationswert ausgibt, der durch Muitiplizieren des empfangenen Signals mit dem Entspreizcode erhalten wird.
Währenddessen wird die mobile Station 20 für die Spreizspektrumkommunikation mit Funktionsblöcken versehen, die denen der Basisstation 10 ähnlich sind. In anderen Worten wird die mobile Station 20 mit einem Steuerabschnitt 21 auf der Seite der mobilen Seite (im folgenden MS-seitig bezeichnet), einem Zeitgeber 22, einer Spreizschaltung 23, einer Antenne 24, und einem Schiebekorrelator 25 versehen. Der MS-seitige Steuerabschnitt 21 umfasst z.B. eine CPU, ein DSP und einen Speicher und wird zusätzlich zu den ursprünglichen mobilen Stationsfunktionen mit der Phasendifferenz-Ermittlungsfunktion und einer Berechnungsfunktion zum Ermitteln eines Abstandes zwischen der Basisstation 10 und der mobilen Station versehen. Der Schiebekorrelator 25 umfasst einen Entspreizcode-Generator 26, der einen Entspreizcode erzeugt, indem er einen Spreizcode verschiebt, um die Korrelation des empfangenen Signals zu ermitteln, und eine Entspreizschaltung 27, die einen Korrelationswert ausgibt, der durch Multiplizieren des empfangenen Signals mit dem Entspreizcode erhalten wird.
Das folgende erklärt Operationen der Basisstation und der mobilen Station, die jede wie oben beschrieben konfiguriert sind, mit Bezug zu den Zeitdiagrammen in 2 und 3.
2 veranschaulicht eine Situation, in der die Basisstation 10 und mobile Station 20 wechselseitig eine Spreizspektrumkommunikation auf der Grundlage jeweiliger Referenzzeitvorgaben durchführen, die von den Zeitgebern 12 und 22 zur Verfügung gestellt werden.
In der Basisstation 10 spreizt, wenn der BS-seitige Steuerabschnitt 11 Übertragungsdaten in die Spreizschaltung 13 eingibt, die Spreizschaltung 13 die Übertragungsdaten mit einem Spreizcode C1 unter Verwendung einer vorbestimmten Chiprate fc zu einer Übertragungszeit, die von dem Zeitgeber 12 bereitgestellt wird, und das gespreizte Funksignal wird von der Antenne 14 übertragen. Jeder der Zeitgeber 11 und 12 wird mit derselben Periode betrieben.
An diesem Punkt multipliziert die Spreizschaltung 13 die Übertragungsdaten mit dem Spreizcode C1 entsprechend einem Chipratentakt fc, der in dem Zeitgeber 12 erzeugt wird. Eine Referenzzeitvorgabe von dem Zeitgeber 12 liefert eine Zeitvorgabe, zu der ein Kopf des Spreizcodes C1 zum Spektrumspreizen der Übertragungsdaten erscheinen sollte. Genauer wird der Spreizcode C1 erzeugt, so dass der Kopf des Spreizcodes C1 mit den Übertragungsdaten multipliziert wird, wenn ein Zählwert des Takts fc des Zeitgebers 120 ist. Weiterhin wird ein Ende des Spreizcodes C1 mit den Übertragungsdaten multipliziert, wenn der Zählwert ein Maximalwert ist, und der Kopf des Spreizcodes C1 erscheint, wenn der Zählwert an einem folgenden Takt zurückgestellt wird, und dann wieder auf 0 gestellt wird.
Somit sendet die Basisstation 10 ein Funksignal (Spektrumspreizsignal) an die mobile Station 20 mit einer Periodizität, die auf der Grundlage einer Referenzzeitvorgabe erzeugt wird, die periodisch von dem Zeitgeber 12, der intern in der Basisstation 10 bereitgestellt wird, zur Verfügung gestellt wird. Das Funksignal, das von der Basisstation 10 übertragen wird, erreicht die mobile Station 20, nachdem es gesendet worden ist, eine Laufzeit Td später. Td ist zu einem Abstand zwischen der mobilen Station 20 und der Basisstation 10 proportional.
Währenddessen spreizt in der mobilen Station 20 in ähnlicher Weise wie in der Basisstation 10, die Spreizschaltung 23 die Übertragungsdaten, die von dem MS-seitigen Steuerabschnitt 21 mit einem Spreizcode C2 versehen werden, auf der Grundlage einer Referenzzeitvorgabe, die von dem Zeitgeber 22 bereitgestellt wird, der in der mobilen Station zur Verfügung gestellt wird, und das Spreizfunksignal wird von der Antenne 24 übertragen.
Somit sendet die mobile Station 20 ebenso an die Basisstation 10 ein Funksignal (Spektrumspreizsignal) mit einer Periodizität, die auf der Grundlage einer Referenzzeitvorgabe erzeugt wird, die periodisch von dem Zeitgeber 22, der innerhalb der mobilen Station 20 bereitgestellt wird, zur Verfügung gestellt wird. Wenn eine vergangene Zeit, nachdem das Funksignal von der. Basisstation 10 zu der mobilen Station 20 gesendet worden ist, klein ist, wird das Funksignal, das von der mobilen Station 20 übertragen wird, über den gleichen Laufweg wie das von der Basisstation übertragene Signal geführt, und folglich ist die Laufzeit davon auch dieselbe, d.h. Td.
In der mobilen Station 20 wird das Funksignal mit der Antenne 24 empfangen, und das empfangene Signal wird der Entspreizschaltung 27 eingegeben, während ein Entspreizcode C1', der in dem Entspreizgenerator 26 erzeugt wird, in die Entspreizschaltung 27 eingegeben wird. Der Entspreizcode C1' wird erzeugt, indem der Reihe nach in dem Entspreizcode-Generator 26 der Spreizcode C1 verschoben wird, der derselbe wie der Spreizcode ist, der beim Spreizen auf der Sendeseite verwendet wird. Das heißt es wird, wie in 2 veranschaulicht, der Spreizcode C1 von einem Kopf zu einer Zeitvorgabe (Referenzzeitvorgabe), zu der ein Zählwert von dem Zeitgeber 22 der mobilen Station 20 0 ist, gesetzt und dann der Reihe nach innerhalb einer Abtastzeitdauer Ts verschoben, bis der Zählwert auf einen Maximalwert hinweist, und dann zurückgestellt. An diesem Punkt gibt die Entspreizschaltung 27 Korrelationsausgaben CR einer Datensequenz des empfangenen Signals mit dem Entspreizcode C1' an den MS-seitigen Steuerabschnit 21 aus. Der MS-seitige Steuerabschnitt 21 ermittelt eine Zeit, wann die größte Korrelationsausgabe CR erhalten wird. Diese Korrelationsverarbeitung wird Spreizmusterabgleichung für das Entspreizen genannt.
Die Zeit, die es dauert, um den Maximalwert der Korrelationsausgabe CR durch die Spreizmusterabgleichung für das Entspreizen in der mobilen Station zu erhalten, umfasst eine Zeitgeber-Differenzzeit zwischen der Referenzzeitvorgabe des Zeitgebers 12 der Basisstation 10 als der Sendeseite und der Referenzzeit des Zeitgebers 22 der mobilen Station 20 als der Empfangsseite und die oben beschriebene Laufzeitverzögerung Td. Die Zeit, die es dauert, um den Maximalwert der Korrelationsausgabe CR aus der Referenzzeitvorgabe als eine Referenz zu erhalten, die von dem Zeitgeber 22 der mobilen Station 20 zur Verfügung gestellt wird, wird als eine Phasendifferenz T2 als eine von der mobilen Station ermittelten Phasendifferenz bezeichnet.
Die Phasendifferenz T2 wird unter Verwendung der Zahl "n" von Verschiebungszeiten erhalten, die erforderlich ist, um die maximale Korrelationsausgabe entsprechend der folgenden Gleichung zu ermitteln, wenn eine Abtastrate fs N (N ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1) mal einer Chiprate fc ist. Phasendifferenz T2 = n × Ts (1)
Weiterhin führt die Basisstation 10 die Spreizmusterabgleichung auf der Grundlage der Referenzzeitvorgabe, die von dem Zeitgeber 12 der Basisstation 10 bereitgestellt wird, für das Entspreizen für ein Signal durch, das von der mobilen Station 20 empfangen wird, und ermittelt dadurch die Zeit, die es dauert, um den Maximalwert der Korrelationsausgabe CR von der Referenzzeitvorgabe als eine Referenz, die von dem Zeitgeber 12 der Basisstation 10 zur Verfügung gestellt wird, als Phasendifferenz T1 zu erhalten.
3 veranschaulicht die Phasendifferenzen T1 und T2, die an der Basisstation 10 bzw. der mobilen Station 20 ermittelt werden, die Laufzeitverzögerung Td und die Zeitgeber-Differenzen T01 und T02, die Zeitunterschiede der Referenzzeitvorgaben sind. Wie in 3 veranschaulicht, wird, wenn keine Synchronisation zwischen den Kommunikationsstationen (Basisstation und mobile Station) erreicht wird, die Phasendifferenz Tn durch die folgende Gleichung ausgedrückt, wenn die Zeitgeber-Differenz auf der Sendeseite unter Verwendung der Empfangsseite als einer Referenz T0n ist. Phasendifferenz Tn = Synchronisationsdifferenz T0n auf der Sendeseite von der Empfangsseite gesehen + Laufzeit Td (2)
Wenn angenommen wird, dass T02 eine Differenz von dem Zeitgeber 12 der Basisstation 10 ist, wenn die mobile Station 20 eine Referenz ist, ist T01 eine Differenz von dem Zeitgeber 22 der mobilen Station 20, wenn die Basisstation 10 eine Referenz ist, die Phasendifferenz T2 eine Phasendifferenz ist, wenn die Basisstation 10 die Sendeseite ist und die mobile Station 20 die Empfangsseite ist, und dass die Phasendifferenz T1 eine Phasendifferenz ist, wenn die mobile Station 20 die Sendeseite ist und die Basisstation 10 die Empfangsseite ist, wird das Verhältnis, das durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, erhalten. T02 + Laufzeit Td = Phasendifferenz T2 (3) T01 + Laufzeit Td = Phasendifferenz T1 (4)
Wenn der Zeitgeber 22 der mobilen Station 20 um T01 der Basisstation 10 als der Referenz vorangeht, ist der Zeitgeber 12 der Basisstation 10 umgekehrt um T02 gegenüber der mobilen Station 20 als der Referenz zurück.
Dementsprechend gibt es ein Verhältnis von T01 = – T02. Daher annulliert die Addition der Gleichungen (3) und (4) die Zeitgeber-Differenzen auf den linken Seiten und belässt nur die Laufzeit Td auf der linken Seite der resultierenden Gleichung, und ein Abstand "r" zwischen der Basisstation 10 und der mobilen Station 20 wird berechnet. Laufzeit Td = (Phasendifferenz T1 + Phasendifferenz T2)/2 (5) Abstand "r" = Lichtgeschwindigkeit × (Phasendifferenz T1 + Phasendifferenz T2)/2 (6)
Weiterhin annulliert eine Subtraktion von den Gleichungen (3) und (4) Laufzeiten Td der linken Seiten und belässt nur die Zeitgeber-Differenz auf der linken Seite der resultierenden Gleichung, und sodann wird eine Synchronisationsdifferenz errechnet. T01 = (Phasendifferenz T1 – Phasendifferenz T2)/2 (7) T02 = (Phasendifferenz T2 – Phasendifferenz T1)/2 (8)
Eine Korrektur der errechneten Zeitgeber-Difterenz ergibt den Abstand "r" durch die folgende Gleichung. Abstand "r" = Lichtgeschwindigkeit × (Phasendifferenz T1 – Zeitgeber-Differenz T01) (9) Abstand" r "= Lichtgeschwindigkeit × (Phasendifferenz T1 – Zeitgeber-Differenz T02) (10)
Wenn die mobile Station 20 den Abstand zwischen der Basisstation 10 und der mobilen Station 20 misst, sendet die Basisstation 10, die ein Signal von der mobilen Station 20 empfängt, die Phasendifferenz T01, die auf der Grundlage der Referenzzeitvorgabe von dem Zeitgeber 12 der Basisstation 10 ermittelt wird, als Übertragungsdaten an die mobile Station 20.
Die mobile Station 20 demoduliert die empfangenen Daten hinsichtlich der Phasendifferenz T01, die von der Basisstation 10 empfangen wird, im die Phasendifferenz T01, die in Basisstation 10 ermittelt wird, zu erhalten. Unterdessen ermittelt die mobile Station 20 die Phasendifferenz T2 auf der Grundlage der Referenzzeitvorgabe von dem Zeitgeber 22 der Station 20 durch die Spreizmusterabgleichung zum Entspreizen der empfangenen Daten hinsichtlich der Phasendifferenz T01.
Der MS-seitige Steuerabschnitt 21 errechnet den Abstard "r" zwischen der mobilen Station 20 und der Basisstation 10 auf der Grundlage der oben erwähnten Gleichung (6). Weiterhin kann es möglich sein, die Zeitgeber-Differenz T02 der Basisstation 10 unter Verwendung der mobilen Station 20 als der Referenz oder die Zeitgeber-Differenz T01 der mobilen Station 20 unter Verwendung der Basisstation 10 als der Referenz entsprechend der Gleichung (7) oder (8) zu ermitteln, und die Zeitgeber-Differenz zu korrigieren, um den Abstand "r" auf der Grundlage der Gleichung (9) oder (10) zu erhalten.
Außerdem werden unter Verwendung der Zeitgeber-Differenz T01 oder T02, die mit der Gleichung (7) oder (8) berechnet wird, die Zeitgeber 22 bzw. 12 der mobilen Station 20 und der Basisstation 10 eingestellt, um miteinander abgeglichen zu sein. Z.B. korrigiert in der Basisstation 10 der BS-seitige Steuerabschnitt 11 den Zeitgeber 12 um die Zeitgeber-Differenz T02 von der mobilen Station 20 als der Differenz. Es kann möglich sein, dass die mobile Station 20 eine Korrektur ähnlich der vorangehenden durchführt. Jedoch ist es in dem Betrieb des Systems, da eine Basisstation mit einer Mehrzahl von mobilen Stationen gleichzeitig in dem zellularen Kommunikationssystem kommuniziert, praktikabel, den Zeitgeber der mobilen Station mit dem Zeitgeber der Basisstation abzugleichen.
Nachdem die Zeitgeber-Differenz annulliert ist, kann es möglich sein, dass ein relativer Abstand "r" mit der folgenden Gleichung errechnet wird. Abstand "r" = c × Phasendifferenz (11)worin c eine Konstante entsprechend der Lichtgeschwindigkeit ist.
(Zweite Ausführungsform)
In dem Spreizspektrumsystem werden Signale jeweils mit der Abtastrate fs (Symbolzeitdauer Ts) normalerweise auf sämtlichen Kanälen unter Verwendung derselben Chiprate fc (Zeitdauer Tc) multiplext. Die allgemeine Informationsmenge Isr, die für das Messen eines Abstandes erforderlich ist, ist hinreichend kleiner als die Informationsmenge Isi, die für eine Benutzerinformationskommunikation übertragen wird. Folglich ist es möglich, eine Bitzahl Nr (= Prozessgewinn Gr) eines Spreizcodes Cr, der mit einem Messsignal R zu multiplexen ist, hinreichend größer als eine Bitzahl Ni (= Prozessgewinn Gi) eines Spreizcodes Ci, der für die Benutzerinformationskommunikation mit einem Signal I zu multiplexen ist, zu setzen.
Das Produkt G·P des Prozessgewinnes G und der Sendeleistung P wird als die tatsächliche Sendeleistung PE definiert. Es ist offensichtlich, dass eine obere Grenze PEr ( Gr·Pr) der tatsächlichen Sendeleistung des Messsignals R so gesetzt werden kann, dass sie hinreichend größer als eine obere Grenze einer tatsächlichen Sendeleistung Pei (= Gi·Pi) des Signals I für die Benutzerinformationskommunikation ist. Wie in 4 veranschaulicht, bedeutet diese Bedingung, dass in Bezug auf die Basisstation 10 und die mobile Station 20 ein Kommunikationsradius Rrmax hinsichtlich des Messsignals R hinreichend größer als ein Kommunikationsradius Rimax hinsichtlich des Signals I für die Benutzerinformationskommunikation ist. Dadurch ermöglicht die Regelung der Sendeleistung, um die mobile Station als ein Ziel der Positionsmessung zu umfassen, der mobilen Station 20 mit einer Mehrzahl von Basisstationen 10 zu kommunizieren. An diesem Punkt ist die tatsächliche Sendeleistung PEr größer als die tatsächliche Sendeleistung PEi übertragen, aber der Prozessgewinn Gr ist hinreichend größer als der Prozessgewinn Gi (Gr >> Gi), also wird Pr << Pimax. Es wird angenommen, dass beinahe keine Störung zwischen den Basisstationen 10 auftritt. Dementsprechend wird das oben beschriebene Problem gelöst, indem das Vorangehende ausgeführt wird. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen wie oben beschrieben.
Zusätzlich beschreibt die zweite Ausführungsform den Fall, dass in dem zellularen mobilen Kommunikationssystem CDMA, der Informationskommunikationsservice bereits implementiert ist und weiterhin ein Positionsermittlungsservice hinzugefügt wurde.
Für einen gegenwärtigen Positionsermittlungsservice sind ein GPS-System und ein AOA (Ankunftswinkel) implementiert. Die Aufnahme des GPS-Systems resultiert jedoch in der Einführung eines weiteren Systems, das von dem zellularen mobilen Kommunikationssystem verschieden ist. Es ist aber notwendig, dass die mobile Station 20 weiterhin mit Hardware, die ein GPS-Signal empfängt, und einer Positionsberechnungseinrichtung versehen wird, was in einer komplizierten Hardwarekonfiguration der mobilen Station 20 und erhöhte Kosten resultiert. Weiterhin bedeutet die Aufnahme des AOA-Systems, dass eine Antenne einer Basisstation 10 nicht nur mit einer ungerichteten stationären Antenne erhalten wird, und dass eine sich drehende Richtungsantenne angebracht werden muss, woraus eine komplizierte Hardwarekonfiguration der Basisstation 10 und erhöhte Kosten resultieren.
Ein Messverfahren entsprechend dem Prinzip der trigonometrischen Messung aufzunehmen, erfordert unterdessen nicht die Einführung eines weiteren Systems, das von dem zellularen mobilen Kommunikationssystem verschieden ist, und folglich kann eine vorliegende Hardwarekonfiguration, ohne verändert zu werden, eingesetzt werden. Zusätzlich bereitet das Annehmen eines Messverfahrens, das auf dem Prinzip der gegenwärtigen trigonometrischen Messung basiert, das zuvor beschriebene Problem, und folglich ist es notwendig, das Problem zu lösen.
Die mobile Station 20 registriert normalerweise eine Position derselben mit einer Basisstation 10, die zur Zeit am nächsten ist. Es ist folglich vernünftig, dass von den Basisstationen 10 jede einen Abstand zwischen der mobilen Station 20 ermittelt, und die Basisstation eine Basisstation 10-0, mit der die Position registriert wird, und Basisstationen 10-i (i = 1 bis 6), die zu der Basisstation 10-0 benachbart sind, umfasst. Die Basisstation 10-0, mit der die mobile Station 20 kommuniziert, wird als Hauptbasisstation definiert, und die Basisstation 10-i, die zu der Hauptbasisstation 10-0 benachbart ist, wird als Subbasisstation definiert.
5 veranschaulicht die Hauptbasisstation 10-0 und zwei Subbasisstationen 10-1 und 10-2, die jede eine Position der mobilen Station 20 ermittelt.
Wie zuvor beschrieben, kann ein Störungsgrad des Messsignals R beinahe vernachlässigt werden, gleichwohl ist die Störung zwischen den Basisstationen wegen des Messsignals R nicht genau 0. Es ist gewünscht, dass die Störung des Messsignals R so klein wie möglich gehalten wird, selbst wenn sie beinahe vernachlässigt werden kann. Hierfür ist es vorzuziehen, den Prozessgewinn Gr (Bitzahl Nr des Spreizcodes Cr zu multiplizieren mit dem Messsignal R) zu erhöhen, wodurch gleichwohl eine Last für die Hardware des Systems erhöht wird. Mit anderen Worten gibt es ein Kompromiss-Verhältnis zwischen beiden. Das folgende erklärt ein Verfahren zur Bestimmung des Prozessgewinnes Gr.
Hierbei wird angenommen, dass die Basisstationen 10 jeweilige Messkanäle R der mobilen Station 20 zum Ermitteln der Position der mobilen Station 20 zur Verfügung stellen.
Um die Erklärung zu vereinfachen, wird angenommen, dass in dem zellularen mobilen Kommunikationssystem, das wie zuvor beschrieben implementiert ist, eine Kommunikation nur mit direkten Signalen mit vernachlässigten Hindernissen für die Kommunikation durchgeführt wird, und die Basisstationen 10 in einer idealen Anordnung angeordnet sind. Das heißt, es wird ein Bereich mit sechseckigen Kommunikationszellen abgedeckt, und die Basisstationen 10 sind jede in der Mitte von dem Sechseck in Position gebracht. Abstände D zwischen benachbarten Basisstationen sind konstant.

P:: Sendeleistung eines gewünschten Signals, das von einem Sender übertragen wird;
P(r):: Sendeleistung des gewünschten Signals an einem Punkt, der von dem Sender in einem Abstand "r" entfernt ist;
G(= N):: Prozessgewinn (= Bitzahl eines Spreizcodes);
PE(= G·P):: tatsächliche Sendeleistung des gewünschten Signals, das von dem Sender übertragen wird;
"r":: Abstand;
Ps(r):: empfangene Leistung eines entspreizten gewünschten Signals an dem Punkt, der in dem Abstand "r" von dem Sender entfernt ist;
Pn:: empfangene Leistung eines entspreizten Störsignals;
fd(r) = P(r)/P:: Funktion, die für eine Abschwächung der Sendeleistung eines Signals mit dem Abstand "r" als Variable hinweisend ist;
D:: Abstand zwischen benachbarten Basisstationen; und
r0:: ein Abstand zwischen der Hauptbasisstation und der mobilen Station.

Die Kommunikationsqualität Q wird als Verhältnis Ps/Pn der empfangenen Leistung des entspreizten gewünschten Signals Ps zu der empfangenen Leistung des entspreizten Störsignals Pn definiert (sogenanntes Signal-Rausch-Verhältnis). Während die Kommunikationsqualität Q viele Arten mit den Definitionen einschließt, hat die Kommunikationsqualität Q eine monoton anwachsende Relation zu dem Signal-Rausch-Verhältnis und folglich im wesentlichen dieselbe.
Das Verhältnis zwischen Ps und einem Ankunftsabstand "r" des gewünschten Signals wird durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt. Ps(r) = G·P·fd(r) (12)
Das Produkt G·P des Prozessgewinnes G und der Sendeleistung P ist als die tatsächliche Sendeleistung PE definiert. Ps(r) = PE·fd(r) (13)
Bedingungen, um das gewünschte Signal mit einer Kommunikationsqualität besser als oder gleich einer vorbestimmten Kommunikationsqualität Q1 an einer Position in einem Abstand "r" von einer Kommunikationsstation zu empfangen, werden durch die folgenden Gleichungen (14) und (15) ausgedrückt. Ps(r)/Pn ≥ Q1 (14) PE ≥ Q1·Pn/fd(r) (15)
Die Bedingung wird durch die folgende Gleichung (19) ausgedrückt, dass, wenn ein gewünschtes Signal, das von einer Position über einen Abstand r1 entfernt mit der tatsächlichen Sendeleistung PE1 übertragen wird, mit der Qualität Q1 empfangen werden kann, ein gewünschtes Signal, das von einer Position über einen Abstand r2 entfernt übertragen wird, mit der Qualität Q1 empfangen wird. PE1 = Q1·Pn/fd(r1) (16) PE2 ≥ Q1·Pn/fd(r2) (17) PE2/PE1 ≥ fd(r1)/fd(r2) (18) PE2 ≥ PE1·fd(r1)/fd(r2) (19)
Da die Hauptbasisstation 10-0 eine Basisstation ist, mit der die mobile Station die Position davon registriert, kann die Station 10-0 mit der mobilen Station 20 kommunizieren. Dementsprechend ist es möglich, einen Abstand r0 zwischen der Basisstation 10-0 und der mobilen Station 20 zu erhalten. Weiterhin ist an diesem Punkt die tatsächliche Sendeleistung PEr0 und PEr0 bekannt, mit der das Messsignal R von der Basisstation 10-0 bzw. der mobilen Station 20 übertragen wird. Zumindest zwei der Subbasisstationen 10-i (i = 1 bis 6), die zu der Hauptbasisstation 10-0 benachbart sind, sind in einem Kreis mit einem Radius des Abstandes D zwischen der Basisstation 10-0 und der Basisstation 10-i vorhanden, und die mobile Station 20 ist in der Mitte dieses Kreises positioniert. Dementsprechend ist, wenn die Subbasisstationen 10-i die jeweiligen Messsignale R mit der tatsächlichen Sendeleistung PE, die aus der Gleichung (20) erhalten wird, übertragen, die mobile Station zum Empfangen der Messsignale R von mindestens zwei Basisstationen 10-i in der Lage. PE = PE0·fd(R0)/fd(D) (20)
Die tatsächliche Sendeleistung des Messsignals R, das von der mobilen Station 20 zu der Subbasisstation 10-i übertragen wird, wird ähnlich ebenso erhalten. Abstände Di zwischen benachbarten Basisstationen sind in dem idealen zellularen mobilen Kommunikationssystem konstant, jedoch tatsächlich nicht konstant. Jedoch kann es möglich sein, einen maximalen Abstand Dmax unter jeweiligen Abständen Di zwischen der Hauptbasisstation 10-0 und benachbarte sechs Subbasisstationen 10-i (i = 1 bis 6) zu verwenden.
Wenn sich die mobile Station 20 von der Basisstation 10 fortbewegt, kann die Empfangsseite möglicherweise nicht mehr ein Signal mit einer Kommunikationsqualität besser oder gleich einer vorbestimmten Kommunikationsqualität Q1 empfangen, obwohl die Sendeseite das Signal mit einer Sendeleistung der oberen Grenze Pmax sendet. In diesem Fall kann es möglich sein, den Prozessgewinn G (= die Spreizcodebitzahl N) zu erhöhen, um die Kommunikationsqualität auf besser oder gleich der Kommunikationsqualität Q1 zu verbessern.
Das Verhältnis zwischen dem Prozessgewinn G und der Chiprate fc und der Symbolrate fs wird durch die folgende Gleichung (21) gezeigt. G = fc/fs( 21)
Um die Prozessgewinn G zu erhöhen, wird die Chiprate fc erhöht, oder die Symbolrate wird verringert. Die gegenwärtigen zellularen mobilen Kommunikationssysteme schließen ein System ein, in dem eine Kommunikation mit der festen Chiprate fc und mit einer Mehrzahl unterschiedlicher koexistierender Symbolraten durchgeführt wird. Folglich ist es einfach, eine verringerte Symbolrate fs mit einer festen Chiprate fc zu erreichen. Zusätzlich wird in dem gegenwärtigen zellularen mobilen Kommunikationssystem, sobald die Symbolrate für jede Kommunikation festgelegt wurde, danach die Kommunikation mit derselben Symbolrate fortgesetzt. Weiterhin wird die Symbolrate nicht geändert, selbst wenn die vorbestimmte Kommunikationsqualität nicht erfüllt ist, während eine Übertragung mit der Sendeleistung der oberen Grenze durchgeführt wird.
Die folgende Gleichung (22) zeigt das Verhältnis zwischen der Symbolrate fs, einer Kommunikationsperiode Tf eines Signals und einer Informationsmenge ls, die für die Zahl von Symbolen des Signals hinweisend ist. fs ≥ ls/Tf (22)
Um die Symbolrate zu verringern, wird die Informationsmenge verringert, oder die Kommunikationsperiode Tf wird erhöht.
Es ist vernünftig, zunächst unter Verwendung der Informationsmenge ls von einem erforderlichen minimalen Niveau zu kommunizieren, und die Kommunikationsperiode Tf dann zu erhöhen, wenn es notwendig ist.
(Dritte Ausführungsform)
Die obenerwähnte zweite Ausführungsform nimmt den Fall an, dass die Basisstation 10 jeweilige Messkanäle R für die mobilen Stationen 20 für jede mobile Station separat zur Verfügung stellt, um jeweilige Abstände zu ermitteln. Wenn jedoch die Zahl der mobilen Stationen 20 als Ziele der Positionsmessung groß ist, wird die Zahl der Messkanäle R erhöht, und infolgedessen werden die zu verwendenden Funkressourcen und die Prozessleistungsfähigkeit der Basisstation 10 erhöht. Folglich nimmt diese Ausführungsform einen Fall an, in dem die Basisstation 10 die Messsignale R zu einer Mehrzahl von mobilen Stationen 20 über einen Funkkanal sendet.
Der Funkkanal ist ein gemeinsamer Kanal für die Basisstation 10 zum Übertragen der allgemeinen Informationen an sämtliche mobile Stationen 20, die in einer Zelle der Basisstation vorhanden sind. In dem gegenwärtigen zellularen mobilen Fernsprechsystem wird der Sendekanal, der Perch-Kanal genannt wird, implementiert, um Informationen zu übertragen, die verwendet werden um eine Position eines tragbaren Telefons zu registrieren. Zusätzlich ist das Registrieren einer Position von dem Positionsermitteln verschieden.
Wenn die Referenzzeitgeber der Basisstation 10 und der mobilen Station 20 abgeglichen sind, ist die mobile Station 20 in der Lage, einen Abstand "r" zwischen der Basisstation 10 und der mobilen Station 20 zu erhalten, indem sie eine Empfangszeit des Messsignals R misst, um eine Phasendifferenz Tm auf der Grundlage der vorher erwähnten Gleichung (11) zu ermitteln. Zusätzlich wird der Abgleich der Zeitgeber auf der Grundlage der vorher erwähnten Gleichungen (7) und (8) ausgeführt.
Das Messsignal R sollte an der mobilen Station 20 empfangen werden, die der benachbarten Basisstation 10 am nächsten ist, die gleichwohl nicht durch den vorher erwähnten Perch-Kanal P sichergestellt ist. Folglich wird ein Messfunkkanal R gesetzt, um ein Kanal R zu sein, der von dem Perch-Kanal P verschieden ist, und die tatsächliche Sendeleistung PEr des Kanals R wird erhöht, um größer zu sein, als die tatsächliche Sendeleistung PEp des Perch-Kanals P.
Eine Basisstation in dem zellularen mobilen Fernsprechsystem ist in der Mitte von einem Sechseck in Position gebracht, und es wird sichergestellt, dass ein Signal P des Perch-Kanals innerhalb eines umgrenzten Kreises (mit einem Radius von D') des Sechsecks empfangen werden kann. Das Verhältnis zwischen dem vorher erwähnten D und D' wird durch die folgende Gleichung (23), die aus 6 ersichtlich ist, gezeigt. D' = Länge einer Seite eines gleichschenkligen Dreiecks (23) D = Länge einer Höhe von der Spitze zu der Basis des gleichschenkligen Dreiecks × 2 (24) D = (3)1/2·D' (25)
Da die Leistung eines Funksignals sich mit dem Abstand zur zweiten negativen Potenz abschwächt, ist die empfangene Leistung P(d) eines gewünschten Signals, bevor es an einer Position in einem Abstand D entspreizt wird, 1/3 mal der empfangenen Leistung P (D') eines gewünschten Signals, bevor es an einer Position im Abstandes D' entspreizt wird. Dementsprechend beträgt; wenn das Produkt aus dem Prozessgewinn Gr und der Sendeleistung PR des Messsignals R, d.h. die tatsächliche Sendeleistung PEr, auf größer oder gleich 3 mal der tatsächlichen Sendeleistung PEp des Signals P gesetzt wird, die Empfangsleistung Gr·Pr(D) des entspreizten Messsignals R an dem Punkt in dem Abstand D größer als oder gleich der empfangenen Leistung Gp·Pp(D') des entspreizten Signals P des Perch-Kanals P an der Position im Abstand D', wodurch sichergestellt wird, dass die mobile Station 20 zum Empfangen des Messsignals R in der Lage ist. Gr·Pr ≥ 3 Gp·Pp (26)
Wenn Pr = Pp, Gr ≥ 3·Gp (27)
(Vierte Ausführungsform)
Das Folgende erläutert einen Fehler in der Abstandsmessung als Annahme der Positionsmessung, und ob die vorliegende Erfindung in einer gegenwärtigen Funkkommunikationsspezifikation erhältlich ist.
Wenn eine elektromagnetische Welle zwischen einem Messinstrument und einem Ziel der Positionsmessung kommuniziert wird, wird ein Abstand errechnet, indem man eine Laufzeit T eines Weges der elektromagnetischen Welle misst und die Laufzeit T mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle (Lichtgeschwindigkeit = 3,0 × 10⁸ m) multipliziert. An diesem Punkt ist ein Abstand dx, der errechnet wird, indem man eine Zeitauflösung dT bei der Messung der Laufzeit T mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert, eine Abstandsauflösung bei der Abstandsmessung. Umgekehrt ist dT, das berechnet wird, indem man einen zulässigen Fehler dx des Abstands durch die Lichtgeschwindigkeit teilt, ein zulässiger Wert für die Zeitauflösung.
Als Beispiele werden Positionsermittlungssysteme, wie ein Lokator und ein Navigator, in dem zellularen mobilen Kommunikationssystem erhalten. Z.B. ist die vorliegende Erfindung für Notdienste und Verlorene-Kinder-Suche verwendbar. Zusätzlich sind in den USA Firmen für Mobiletelefone für das Ermitteln von Positionen der mobilen Stationen des Teilnehmers mit vorbestimmter Genauigkeit und Wahrscheinlichkeit verantwortlich.
Unter der Annahme, dass die Genauigkeit, die für das Ermitteln einer Position (eines Abstands) eines zellularen tragbaren Telefons erforderlich ist, von der Ordnung von 60 m ist, wird die Abstandsauflösung von 60 m in die Zeitauflösung von 200 ns umgewandelt. Wenn angenommen wird, dass eine mobile Station 20 als ein Ziel der Positionsmessung in einem Automobil angebracht ist, das sich mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h bewegt, beträgt die Zeit, die das Automobil benötigt, um sich um 60 m zu bewegen, etwa 2,2 s. Dieser Wert beträgt etwa 10⁷ mal der erforderlichen Zeitauflösung von 200 ns, was es ermöglicht, einen statischen Zustand zu betrachten.
In dem Spreizspektrum-Kommunikationssystem ist die Zeitauflösung bei der Messung der Signallaufzeit eine Abtastdauer für das Erreichen der Chipsynchronisation, und 200 ns werden in eine Chipfrequenz von 5 MHz umgewandelt. In dem IS95, das als das gegenwärtige zellulare mobile Kommunikationssystem implementiert ist, beträgt die Chiprate etwa 1,2 MHz. Folglich führt 4-faches Oversampling der Chiprate zu der Ordnung der oben erwähnten Zeitauflösung. In anderen Worten ist es möglich, sowohl eine Kommu nikation als auch eine Abstandsmessung in der Funkspezifikation in einer Ordnung gleich der in dem IS95- Spektrum-Kommunikationssystem zu erreichen.
Es ist z.B. möglich, mit einer gegenwärtigen Technik leicht eine ungefähr zweifache Chiprate zu erzielen. In diesem Fall beträgt die Zeitauflösung, die von dem zulässigen Fehler bei der Abstandsmessung umgewandelt wird, 100 ns. 100 ns werden in eine Distanz von 30 m umgewandelt. Ein Automobil benötigt etwa 1,1 s um 30 m mit einer Geschwindigkeit pro Stunde von 100 km/h zurückzulegen. Dementsprechend besteht, wenn, wie in 7 veranschaulicht, die zwei Stationen eine Kommunikation mithilfe eines Signals R innerhalb einer Zeitdauer von mehr als oder gleich 1,1 s durchführen, eine Möglichkeit, dass ein Automobil 30 mit der mobilen Station 20, die darin als Ziel der Positionsmessung angebracht ist, sich aus einem Bereich des erlaubten Fehlers heraus bewegt. Auf der anderen Seite ist es, wenn die zwei Stationen eine Kommunikation mithilfe eines Signals R mit einer Dauer von weniger als 1,1 s durchführen, sichergestellt, dass ein Automobil 30 mit der mobilen Station 20, die darin als das Ziel der Positionsmessung angebracht ist, in dem Bereich des zulässigen Fehlers ΔR bleibt.
Somit ist es vernünftig, eine Kommunikationsperiode des Messsignals R entsprechend einer Geschwindigkeit V der mobilen Station 20 zu bestimmen. Zusätzlich kann es möglich sein, die Geschwindigkeit durch eine maximale Geschwindigkeit Vmax oder Vmax', welches eine Summe von Vmax und einer vorbestimmten Toleranz ist, zu ersetzen, die in der mobilen Station 20 erwartet wird. Weiterhin kann es möglich sein, dass die mobile Station 20 mit einer eine Geschwindigkeit V ermittelnden Vorrichtung ausgestattet ist, und dass eine bereits in dem Automobil 30 zur Verfügung gestellte geschwindigkeitsermittelnde Vorrichtung die mobile Station 20 über die Geschwindigkeit V benachrichtigt. Des weiteren kann es möglich sein, dass die mobile Station 20 mit einer Taste zur Auswahl einer maximalen Geschwindigkeit (zum Beispiel, "Gehen", "Automobil" und "Zug") ausgestattet ist, so dass ein Benutzer der mobilen Station 20 die Taste betätigt, um einen vorausgesagten Wert oder geschätzten Wert einer oberen Begrenzung einer Geschwindigkeit zu wählen, ohne die mobile Station 20 mit der geschwindigkeitsermittelnden Vorrichtung zu versehen. Die mobile Station 20 erhält eine obere Grenze der Kommunikationsperiode des Messsignals R auf der Grundlage von Geschwindigkeitsinformationen V der Station 20 und bestimmt innerhalb der oberen Grenze eine Kommunikationsperiode Tfr, die für die Station 20 geeignet ist, sich einem Netzwerk mitzuteilen. Es ist vorzuziehen, dass die Kommunikationsperiode Tfr länger ist, wenn lediglich die Verkleinerung einer Störung aufgrund des Messsignals R betrachtet wird. Es wird hierin zum Vereinfachen der Erklärung angenommen, dass die Kommunikationsperiode Tfr 1 s beträgt.
Eine Informationsmenge, die für das Messen des Abstandes erforderlich ist, ist im Allgemeinen verglichen mit einer gewöhnlichen Informationskommunikation hinreichend klein. Insbesondere sind, nachdem die Referenzzeitgeber mit den vorher erwähnten Gleichungen (7) und (8) abgeglichen worden sind, keine Informationen erforderlich, um den Abstand zu messen, und es ist für die mobile Station 20 hinreichend, Identifikationsinformationen zu übertragen. Weiterhin ist in dem Spreizspektrum-Kommunikationssystem das Ermitteln der Korrelationsausgabe während des Entspreizens mit einem spezifizierten Spreizcode damit gleichwertig, dass die mobile Station 20 die Identifikationsinformationen überträgt, wodurch sogar die Identifikationsinformationen nicht erforderlich sind. Wenn die Identifikationsinformationen als Bestätigung unter der Annahme übertragen werden, dass die Informationsmenge etwa 100 Bits beträgt, wobei Redundanz in Erwägung gezogen wird, beträgt eine Übertragungsrate des Messsignals R etwa 0.1 kbps. Im Gegensatz dazu beträgt die Übertragungsrate des Informationskommunikationssignals in dem IS-95 etwa 14 kbps. Folglich beträgt der Prozessgewinn Gr des Messsignals R ungefähr 140 mal dem Prozessgewinn in dem gegenwärtigen IS-95. Dieser Wert ist genug als 3 mal größer als derjenige, der mit der vorher beschriebenen Gleichung (27) errechnet wird. Dementsprechend ist es möglich, die vorliegende Erfindung in der Funkspezifikation in der Ordnung zu erzielen, die derjenigen in der Funkspezifikation, die in dem gegenwärtigen zellularen mobilen Kommunikationssystem implementiert ist, beinahe gleich ist.
Die mobile Station 20 bestimmt eine Symbolrate fsr, die für die Station 20 innerhalb der Bedingung geeignet ist, welche die folgende Gleichung erfüllt, um die Basisstation 10 über das Netzwerk zu benachrichtigen. fsr ≥ lsr/Tfr (28)wobei fsr die Symbolrate des Messsignals R ist, und lsr eine Informationsmenge ist, die für die Anzahl an Symbolen des Messsignals R hinweisend ist. Das Verhältnis zwischen dem Prozessgewinn Gr und der Symbolrate fsr ist wie folgt, wobei das Bestimmen der Symbolrate mit dem Bestimmen des Prozessgewinnes Gr gleichwertig ist: Gr = fc/fsr (28)
Wenn man einen Störungsgrad lediglich aufgrund des Messsignals R reduziert, ist der größere Prozessgewinn Gr (im Verhältnis zu der Symbolzeitdauer Tsr) vorzuziehen, weil die Sendeleistung entsprechend dem Zuwachs verringert wird. Gleichwohl ist es nicht möglich, die Spreizcodelänge Nr so einzustellen, dass sie größer als die Bitzahl eines Spreizcodes ist, die in Sende-/Empfangseinrichtungen in einer Kommunikationsvorrichtung erreichbar sind, wobei die Bedeutung von "geeignet für die Station 20" wie vorher beschrieben ist.
Wenn die Symbolrate fsr zu einem Wert größer als lsr/Tfr bestimmt wird, verbleibt die Zeit Troff, die in der folgenden Gleichung (31) gezeigt wird. Das Annullieren des Messsignals R während dieser verbleibenden Periode verringert den Störungsgrad und verringert weiterhin den Energieverbrauch. Tsr = 1/fsr (30) Troff = Tfr – lsr·Tsr (31)
Zusätzlich ist, wenn die Symbolrate fsr lsr/Tfr ist, Troff gleich 0. In diesem Fall wird das Messsignal R immer übertragen.
(Fünfte Ausführungsform)
Es ist möglich, eine Abstandsermittlungsvorrichtung zu erhalten, die das Abstandsmessverfahren, wie oben beschrieben, durchführt, indem man das Kommunikationsverfahren, das in der zweiten Ausführungsform erklärt wird, und ein Programm, um das Abstandsmessverfahren durchzuführen, das in der vierten Ausführungsform erklärt wird, in Speicher in Steuerabschnitten 11 bzw. 21 der Basisstation 10 und der mobilen Station 20 schreibt. Mit anderen Worten ist es möglich, die Abstandsermittlungsvorrichtung zu erhalten, ohne die Hardwarekonfigurationen der bereits existierenden Spreizspektrum-Kommunikationsvorrichtungen zu verändern. Beispiele für die Speicher sind ein Halbleiterspeicher, ein magnetisches Speichermedium, ein optisches Speichermedium und ein optomagnetisches Speichermedium.
Weiterhin wird, indem man die Abstandsermittlungsvorrichtung in einer mobilen Station und Basisstation in dem Positionsermittlungssystem zur Verfügung stellt, die Positionsermittlungsvorrichtung realisiert.
Des weiteren erhält man, indem man die Abstandsermittlungsvorrichtung in einem Automobil anbringt, einen Autonavigator und einen Autolokator.
(Sechste Ausführungsform)
Die sechste Ausführungsform beschreibt eine Geschwindigkeitsermittlungsvorrichtung, die mehrfach eine Positionsermittlung auf der Grundlage eines Positionsermittlungsverfahrens, wie oben beschrieben, zwischen einem Fahrzeug mit einer Fahrzeugvorrichtung, die mit einer Abstandsermittlungsvorrichtung, wie oben beschrieben, versehen ist und einer Mehrzahl an Basisstationen 10 ermittelt, und auf der Grundlage eines sich verändernden Abstands, der aus einer Differenz zwischen ermittelten Positionen und einem Zeitunterschied einer Zeitvorgabe einer Positionsermittlung umgewandelt wird, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt. Geschwindigkeit V2 = {(x2 – x1)2 + (y2 – y1)2 + (z2 – z1)2}/(t2 – t1)2 (32)
Zudem ist (x1, y1, z1) eine Koordinate einer Position, die zur Zeit t1 ermittelt wird, und (x2, y2, z2) ist eine Koordinate einer anderen Position, die zur Zeit t2 ermittelt wird.
Entsprechend der 6. Ausführungsform ist es möglich, eine Geschwindigkeit unter Verwendung der ermittelten Positionen zu ermitteln.
Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obenerwähnten Ausführungsformen beschränkt und schließt jede Änderung und Neuordnung ein, ohne von dem Geist und dem Bereich derselben abzuweichen. Z.B. wird in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angenommen, dass die Anordnung für die Basisstationen in dem gegenwärtigen Benutzerinformations-Kommunikationssystem ideal ist, um die Erklärung zu vereinfachen, gleichwohl ist die tatsächliche Anordnung offensichtlich nicht ideal. Folglich ist notwendig vorbestimmte Toleranzen den Gleichungen und numerischen Werten, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt werden, hinzuzufügen. Infolgedessen schließt die vorliegende Erfindung Reste von Sicherheitsfaktoren für das vorangehende ein, und die Gleichungen und die vorangehende ein, und die Gleichungen und die numerischen Werte werden entsprechend der Abweichung korrigiert.
Wie oben beschrieben wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die Aufmerksamkeit auf die Tatsache gelenkt, dass eine Informationsmenge, die für ein Messsignal erforderlich ist, im Allgemeinen hinreichend kleiner als eine Informationsmenge ist, die für eine Informationskommunikation erforderlich ist, wird eine erforderliche Symbolrate aus einer Geschwindigkeit einer mobilen Station erhalten, und wird eine hinreichend große Spreizcodebitlänge (Prozessgewinn) erhalten, indem man eine hinreichend lange Symbolzeitdauer (Spreizcodeperiode) für das Messsignal verwendet, wodurch es möglich ist, sowohl einen erhöhten Kommunikationsabstand des Messsignals als auch einen verringerten Störungsgrad zu erreichen. Folglich ist es möglich, eine Position einer mobilen Station in einer Basisstationsanordnung zu ermitteln, die den leistungsfähigen Gebrauch von Funkressourcen für die Informationskommunikation in der zellularen mobilen Kommunikation zur Verfügung stellt.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 11 - 243169, die am 30. August 1999 hinterlegt wurde.

Claims

Ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstands zwischen einer mobilen Station (20) und einer Basisstation (10), umfassend: Senden eines periodischen Signals von der Basisstation (10) unter Verwendung eines Funkkanals, wobei das periodische Signal eine Periodizität synchron mit einer ersten Referenzzeitvorgabe aufweist, die von einem Zeitgeber (12) der Basisstation (10) erzeugt wird; Senden eines anderen periodischen Signals von der mobilen Station (20) zu der Basisstation (10), wobei das andere periodische Signal eine Periodizität synchron mit einer zweiten Referenzzeitvorgabe aufweist, die von einem anderen Zeitgeber (22) der mobilien Station (20) erzeugt wird; Empfangen des periodischen Signals, das von der Basisstation (10) auf dem Funkkanal gesendet worden ist, durch die mobile Station (20), um eine Phasendifferenz (T2) auf der Seite der mobilen Station (20) auf der Grundlage der zweiten Referenzzeitvorgabe zu erhalten, wobei die Phasendifferenz (T2) für eine Zeitdauer von der zweiten Referenzzeitvorgabe bis zu einer Empfangszeit des periodischen Signals hinweisend ist; Empfangen des anderen periodischen Signals, das von der mobilen Station (20) gesendet worden ist, durch die Basisstation (10), um eine andere Phasendifferenz (T1) auf der Seite der Basisstation (10) auf der Grundlage der ersten Referenzzeitvorgabe zu erhalten, wobei die andere Phasendifferenz (T1) hinweisend für eine Zeitdauer von der ersten Referenzzeitvorgabe bis zu einer Empfangszeit des anderen periodischen Signals ist; Ermitteln einer Referenzzeitvorgabendifferenz zwischen der mobilen Station (20) und der Basisstation (10) durch Feststellen der Differenz zwischen der Phasendifferenz (T1), die in der Basisstation ermittelt wird, und der Phasendifferenz (T2), die in der mobilen Station ermittelt wird, und Teilen der erhaltenen Differenz durch 2; Abgleichen des anderen Referenzzeitgebers (22) der mobilen Station (20) mit dem Referenzzeitgeber (12) der Basisstation (10) auf der Grundlage der ermittelten Referenzzeitvorgabendifferenz; und nach dem Abgleichen Erhalten des Abstands zwischen der mobilen Station (20) und der Basisstation (10) auf der Grundlage der ermittelten Phasendifferenz (T1, T2).
Ein Verfahren zum Ermitteln einer Position einer mobilen Station (20), umfassend: Ermitteln eines Abstands zwischen der mobilen Station (20) und jeder von zumindest drei Basisstationen (10-0 bis 10-2) unter Verwendung des Abstandsermittlungsverfahrens gemäß Anspruch 1; und Ermitteln der Position der mobilen Station (20) auf der Grundlage des ermittelten Abstands.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin ein Messsignal zwischen den Kommunikationsstationen einschließlich der mobilen Station (20) und den Basisstationen (10-0 bis 10-2) kommuniziert wird, um einen Abstand dazwischen auf der Grundlage einer Laufzeit des Messsignals zu ermitteln, und eine Kommunikationsperiode des Messsignals auf der Grundlage eines erlaubten Fehlers bei der Messung des Abstands, einer Abstandsauflösung bei dem Messen des Abstands und relativer Geschwindigkeitsinformationen dazwischen bestimmt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, worin die mobile Station (20) die Kommunikationsperiode bestimmt und die Kommunikationsperiode der Basisstation (10) mitteilt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, weiterhin umfassend: Bestimmen einer Symbolrate des Messsignals auf der Grundlage der Kommunikationsperiode des Messsignals und einer Informationsmenge, die für das Messen des Abstands erforderlich ist; Erhalten einer Unterbrechungszeit des Messsignals auf der Grundlage der bestimmten Symbolrate, der Kommunikationsperiode und der Informationsmenge; und Abschalten der Sendeleistung während der Unterbrechungszeit für jede Kommunikation des Messsignals.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, worin die mobile Station (20) die Kommunikationsperiode und die Symbolrate bestimmt und die Kommunikationsperiode und die Symbolrate der Basisstation (10) mitteilt.
Abstandsbestimmungsvorrichtung, eine mobile Station (20) umfassend, die umfasst: Mittel (21, 25) zum Empfangen eines von einer Basisstation (10) auf dem Funkkanal gesendeten periodischen Signals, um eine Phasendifferenz (T2) auf der mobilen Seite auf der Grundlage einer Referenzzeitvorgabe auf der mobilen Seite, die durch einen Referenzzeitgeber 22) auf der mobilen Seite der Vorrichtung erzeugt wird, zu erhalten, wobei das genannte periodische Signal eine Periodizität synchron mit einer Referenzzeitvorgabe auf der Basisstationsseite aufweist, die von einem Referenzzeitgeber (12) auf der Basisstationsseite erzeugt wird, und die Phasendifferenz (T2) auf der mobilen Seite für eine Zeitdauer von der Referenzzeitvorgabe auf der mobilen Seite bis zu einer Empfangszeit des periodischen Signals hinweisend ist; Mittel (21, 23) zum Senden eines anderen periodischen Signals zu der Basisstation (10), wobei das andere periodische Signal eine Periodizität synchron mit der Referenzzeitvorgabe auf der mobilen Seite aufweist; und eine Basisstation (10) umfassend, die umfasst: Mittel (11, 13) zum Senden eines periodischen Signals zu einer mobilen Station (20) auf einem Funkkanal, wobei das periodische Signal eine Perodizität synchron mit der Referenzzeitvorgabe auf der Basisstationsseite, die von einem Re ferenzzeitgeber (12) der Basisstation (10) auf der Basisstationsseite erzeugt wird, aufweist; Mittel (11, 15) zum Empfangen eines anderen von der mobilen Station (20) gesendeten periodischen Signals, um eine Phasendifferenz (T1) auf der Basisstationsseite auf der Grundlage der Referenzzeitvorgabe der Basisstationsseite zu erhalten, wobei das genannte andere periodische Signal eine Periodizität synchron mit einer Referenzzeitvorgabe auf der mobilen Seite aufweist, die von einem Referenzzeitgeber (22) der mobilen Station (20) auf der mobilen Seite erzeugt wird, und die Phasendifferenz (T1) auf der Basisstationsseite für eine Zeitdauer von der Referenzzeitvorgabe auf der Basisstationsseite bis zu einer Empfangszeit des anderen periodischen Signals hinweisend ist; und Mittel (21) zum Abgleichen des Referenzzeitgebers (22) auf der mobilen Seite mit dem Referenzzeitgeber (12) auf der Basisstationsseite auf der Grundlage der Referenzzeitvorgabendifferenz zwischen der mobilen Station (20) und der Basisstation (10) durch Feststellen der Phasendifferenz (T1) auf der Seite der mobilen Station (20) und der Phasendifferenz (T2) auf der Seite der Basisstation (10) und Teilen der Differenz durch 2, wenn das andere Signal empfangen wird, wobei die genannte Phasendifferenz auf der Basisstationsseite für eine Zeitdauer von der Referenzzeitvorgabe auf der Basisstationsseite bis zu einer Empfangszeit des anderen periodischen Signals hinweisend ist; und Mittel (11, 21), die in der mobilen Station und/oder der Basisstation enthalten sind, um den Abstand zwischen der mobilen Station (20) und der Basisstation (10) auf der Grundlage der ermittelten Phasendifferenz (T1, T2) zu erhalten.
Die Abstandsbestimmungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, worin ein Messsignal zwischen der mobilen Station (20) und der Basisstation (10) kommuniziert wird, um einen Abstand dazwischen auf der Grundlage einer Laufzeit des Messsignals zu ermitteln, und eine Kommunikationsperiode des Messsignals auf der Grundlage eines erlaubten Fehlers bei der Messung des Abstands, einer Abstandsauflösung bei dem Messen des Abstands und relativer Geschwindigkeitsinformationen dazwischen bestimmt wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 7, worin die mobile Station (20) in einem Fahrzeug angebracht ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 9, worin ein Messsignal zwischen dem Fahrzeug und der Basisstation (10) kommuniziert wird, um einen Abstand dazwischen auf der Grundlage einer Laufzeit des Messsignals zu ermitteln, und eine Kommunikationsperiode des Messsignals auf der Grundlage eines erlaubten Fehlers bei der Messung des Abstands, einer Abstandsauflösung bei dem Messen des Abstands und relativer Geschwindigkeitsinformationen dazwischen bestimmt wird.