JP2001516999A - 電波散乱性環境下における加入者位置推定方法およびシステム - Google Patents

電波散乱性環境下における加入者位置推定方法およびシステム

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JP2001516999A JP2000511318A JP2000511318A JP2001516999A JP 2001516999 A JP2001516999 A JP 2001516999A JP 2000511318 A JP2000511318 A JP 2000511318A JP 2000511318 A JP2000511318 A JP 2000511318A JP 2001516999 A JP2001516999 A JP 2001516999A
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Abstract

(57)【要約】 無線通信システム・サービス・エリア（１６０）のモデルにおいて、モデル信号の受信に関連する一組の特性（２１０）が計算される（３０８）。この場合において伝播線技術を利用することが好ましく、モデル信号（１７２）は選択された位置（１６２）から受信機の位置（１６６）へ伝播する。次に、無線通信システム・サービス・エリアにおける受信機の位置における受信信号を記述する一組の特性が測定され（３１６）、この受信機の位置はモデル（１６０）内の受信機位置に対応する。その後、計算された一組の特性と測定された一組の特性との間の関係を調べる（３１８）。計算された一組の特性と測定された一組の特性との間の関係に基づいて、受信信号を発した加入者装置の位置が推定される（３２０）。

Description

【発明の詳細な説明】
（発明の属する技術分野） 本発明は一般に通信システムに関し、特に通信システムにおける加入者の位置
を推定する手法に関する。
【０００１】 （背景技術） 無線通信システムでは、発呼を行っているユーザを捜すことがしばしば必要に
なる。このような技術の用途の中には、９１１−緊急サービスを要請している加
入者を捜し出すことが含まれ、これは警察／消防／救急車サービスを発呼してい
るユーザに対して早急に対処することができるようにするものである。他の用途
としては、セルラの不正使用検出、刑事捜査等がある。
【０００２】 既存のセルラ・システムでは、これらの用途を達成するための分解能ないし精 度が必ずしも充分ではない。例えばＡＭＰＳ(Advanced Mobile Phone System)セ
ルラ無線では、そのユーザに対してサービスするために使用されていた基地局ア
ンテナを調べることにより、セルの範疇でユーザが捜し出されるであろう。しか
しながら１つのセルは半径４．８ないし８ｋｍと大きく、加入者を捜し出すには
このような情報は実際的には有用でない。さらに、最良のサービス基地局がユー
ザに最も近接したものでない場合は、加入者の存在する可能性のある範囲は更に
大きくなり、精度が極めて劣化してしまう。したがってこの手法はほとんどの用
途に対して充分なものではない。
【０００３】 密集した都市のセル・サイトの多くは、今日かなり小さな半径のものとなって おり、都市およびその近郊のセル・サイトの多くは今日セクタ化（区分化）され ているので、そのような区分化されたアンテナを利用することは、チャネルのサ
ービス領域を１セクタまたはセルの一部に限定し、セル内で区別することが可能
な領域を非常に小さくする。しかしながら、このような小さなセクタまたはセル
であってもその領域は、依然として２．６平方キロメートル以上もあり、最も近
接したセルが最良のサービス提供セルであるとは限らず依然として不確定性を招
くので、この種の探索方法を実際に利用することは希である。ＵＳディジタル・ セルラ（ＵＳＤＣ）およびグループ・スペシャル移動（ＧＳＭ）のような他の無 線システムにも、セル又はセクタを区別する同様の手法があるが、ＡＭＰＳシス
テムよりも良好なものであるとは言えない。
【０００４】 加入者装置でグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）を利用するよう
な他のいくつかの探索手法も存在するが、これらは一般にサイズ、重量、電力消
費を増大させ、多くの加入者装置で利用することはコスト的に困難である。
【０００５】 他の既存の位置探索手法には、基地局が受信信号に関連する信号特性を記録し
ておき、セルラ・システムのカバレッジ・エリアの隅々における既知の位置にお ける加入者装置を見出すものがある。その特性は、測定が行われた時に前もって
記録された位置とともにデータ・ベース内に格納される。「既知の位置」はＧＰ Ｓ受信機を利用して調べることも可能である。後に、同様な性質を有する無線信
号が基地局により再び測定された場合、その値に最も近接したデータ・ベース内 の位置がユーザの位置であると推定される。
【０００６】 この手法には多くの問題がある。第１に、データ・ベース内の位置は測定が行 われた位置に限定されてしまい、そのような測定はカバレッジ領域内を運行また
は歩行することによって行われる。有効な分解能で位置を見出すために充分な精
度を有するように運行および測定することは困難である。３０．５メートル以下
の位置探索分解能を得るためには、道の両側、駐車場、舗装道路、公園等々を含
む位置の繊細な格子網（grid）が測定される必要がある。
【０００７】 第２に、総ての重要な領域を測定することが可能であったとしても、セル・サ イトの配置ないし位置がわずかでも変化すると、その領域における総ての位置を
測定しなければならなくなる。サービス領域内に新しいビルが加わった場合その
他の信号伝播に影響を与える構造物が建設された場合も、そのシステムを再較正
するために総ての位置を測定しなければならなくなる。
【０００８】 第３に、ＧＰＳ測定が高精度でなければならない。ＧＰＳ測定領域内に高層ビ
ルが存在する場合、差分補正により強化された最良のＧＰＳ測定でさえ、要求さ
れる分解能でユーザを精度よく見出すことは充分になされないであろう。密集し
た都市環境下（すなわち、ＧＰＳ信号受信を妨害する高層建築物その他の障害物
で囲まれた場所）においてなされる測定には、しばしば大きな誤差があり、隣接
する道路またはビル内における誤認識等を招く。したがって、実際の基地局測定
を全面的に信頼するこのような手法を、実際に実行することは困難であり、この
ような手法は精度を制約してしまう誤差を招く傾向がある。
【０００９】 他の位置探索手法も提案されＡＭＰＳシステムで導入されているものがある。
これは、加入者から発せられ２以上の基地局で受信された信号の到着時間差を測
定するものである。到着信号間の一定の時間差に対応する位置が、一組の双曲線
として模式的なカバレッジ領域内にプロットされており、一組の地点１１６−１
２２（図１）は加入者が存在する可能性のある位置を定める。加入者からの信号
を３つのサイトが測定し、それぞれの間の到着時間差を調べることができれば、
３つの双曲線を表わす３つの時間差が推定されることが可能である。位置を推定
するには少なくとも２つの時間差が必要である。参照番号１２０および１２２は
、加入者の位置を表わす地点１０２で交わる時間差が一定の線を示す。Kennedy,
et al.による米国特許番号5,317,323は、測定プロセスの精度が低かったり不安
定である場合に、到着時間差と到着の角度とを組み合わせて位置推定を改善しよ
うとするものである。
【００１０】 図１を参照すると、無線通信システムのサービス領域１００が描かれている。
図示されているように、加入者装置１０２は基地局アンテナ１０４，１０６，１
０８の間に位置している。基地局アンテナ１０４，１０６，１０８で受信される
信号に対する到着角度は、参照番号１１０，１１２，１１４でそれぞれ示されて
いる。一定の到着時間差を有する無線通信サービス領域内の位置は、双曲線１１
６，１１８，１２０，１２２のような双曲線として示される。例えば、双曲線１
１１６，１１８，１２０は、サイト１０４，１０６間で測定された３つの異なる
時間差のものであることを表わす。これらの線上の任意の地点では、アンテナ１
０４に対する電波遅延（または飛来時間(TOF: time of flight)）およびアンテ ナ１０６に対する電波遅延が一定である。したがって、到着時間差のみを考慮す
ることにより、加入者装置が、ある時間差測定に対応する線上の地点に存在する
ことがわかる。
【００１１】 同様に、双曲線１２２はサイト１０６および１０８間で測定された他の時間差
のものを表わす。１対のサイト間の２つの隔たった時間差を利用することにより
、線１２０および１２２の交点により示されるように明確な位置を見出すことが
可能になる。同様に、到着角度情報のみを利用する、または時間測定と組み合わ
せることにより加入者の位置を見出すことも可能である。
【００１２】 到着角度測定は、図２に示すようなセクタ化されたアンテナを利用する、また
は図３に示すような固定ビーム・アレイ・アンテナを利用することにより行うこと
が可能である。このような固定ビーム・アレイ・アンテナは、非常に狭いビームを
形成することが可能であり、到着角度を高い分解能で測定することが可能である
。さらに、適応ビーム形成および方向探索のような既存の他の手法を利用して、
受信信号の到着角度を精度高く得ることも可能であろう。
【００１３】 図３を参照すると、一組のアンテナ素子１３０が示されている。各アンテナは
バトラ行列(Butler Matrix)の入力に結合されている。バトラ行列自体は当該技 術分野で良く知られているものである。その機能は、４つのアンテナ素子からの
入力を適切な振幅および位相と組み合わせ、４方向に位置する４つのセクタ・ア ンテナの影響を生成する。この技術は「ビーム形成」(beam forming)とも言及さ
れる。出力１３２は、４つの「ビーム形成」セクタ・アンテナにより受信された であろう信号を表現する。これを位置探索システムで利用すると、受信信号中の
最初に到来したものを有するビームを検出することにより、４つの異なるビーム
は到来信号の方向を推定する１手法を提供することができる。図２は異なる方向
を示すように配置された固定ビームのセクタ・アンテナを利用する例を示す。ア ンテナ１３４，１３６，１３８はそれぞれ異なる方向に向けられ、それらの出力
１４０，１４２，１４４における信号レベルを監視することにより、上述したよ
うにして到来方向を推定することが可能であろう。
【００１４】 到着時間差または到来角度を利用する位置探索方法は総て、加入者から基地局
への明確な経路(clear path)を仮定して加入者の位置を推定しようとするもので
ある。このような明確な経路に加えて、信号が直線上を伝播し、伝播時間遅延は
伝播した距離の直接的な関数であることを前提としており、到来角度１１０，１
１２，１１４は基地局から加入者への１つの直線上の方向を表わすことを前提と
している。
【００１５】 電波散乱の影響のある(cluttered)都市領域で動作する場合にあっては、これ らの仮定は大きな問題となり得る。散乱性環境下の都市領域では、信号は一般に
直線的に伝播するものではなく、むしろ信号は建物による反射および（建物の）
隅による屈折の影響を受けて（直線的でない）間接的な経路を通じて基地局アン
テナに届くものである。例えば、図５の１７２−１８０のような経路である。時
間差および角度はそのような環境によって影響を受けるので、「明確な経路」の
仮定を利用すると、位置推定は有効なものではなくなるであろう。受信信号と加
入者の位置との間の関連性は簡潔な（単純な）ものではないので、散乱性環境下
における位置探索の問題は複雑である。
【００１６】 したがって、通信システムの散乱環境下における加入者を探索する改善された
コスト効率の良い手法が望まれる。その手法は、間接的な信号経路または見通線
(line of sight)でない経路を伝播する信号経路を考慮に入れ、信号特性を実際 に測定する必要のないものである。
【００１７】 （発明を実施するための最良の形態） 図５を参照すると、密集した都市の無線通信システムの模式図が描かれている
。図示されているように、加入者装置１６２はダウンタウン地域または他の密集
都市地域のビル１６４の近くに位置しており、基地局アンテナ１６６，１６８，
１７０は、加入者１６２からの無線信号を受信できるように配置されている。
【００１８】 加入者１６２および基地局アンテナ１６６−１７０間の無線信号伝播経路の例
が経路１７２−１８０として示されている。基地局アンテナ１６６−１７０で信
号が受信されると、それぞれの基地局は関連する到来角１８２−１９０を得る。
【００１９】 経路１７２，１７６，１７８から、到来角度１８２，１８６，１８８が加入者
装置１６２の方向を必ずしも示していないことは明白であろう。同様に、上述し
たような到着時間差測定も、基地局間の一定の時間差を表わす存在可能性のある
場所の滑らかな双曲線を表わすものでないことも明白であろう。これは、都市環
境下における時間差が特定の入射経路の長さの関数であることに起因しており、
そのような入射経路による信号は建物により反射又は回折させられているためで
ある。この反射および回折は加入者の位置に依存して変化し得る。さらに、加入
者位置がわずかに変化しても、位置探索のための「明確な経路」技術を利用する
受信機には現われない経路で受信した信号の特性は大きく変化する。このような
信号特性の変化には：電波遅延または飛来時間（ＴＯＦ）、到来角（AOA: angle
of arrival）、基地局で受信した信号の大きさ、１対の基地局で測定された信 号の大きさの間の差、基地局アンテナ間で測定された到来時間差（TDOA: time d
ifference of arrival）等によるものが含まれる。密集都市領域にあっては、１
以上の基地局からの実際の方向又は距離に対して、（到来角度、到来時間差、受
信信号強度差(RSSD: received signal strength difference)、経路損失推定の ような）測定された特性に関連する単純な関数はもはや存在しない。
【００２０】 図５において、加入者と基地局との間の最短経路を表わす信号経路、すなわち
信号エネルギの時間的な最初の到来は、経路１７２，１７６，１７８の実線で図
示されている。破線で描かれた経路１７４，１８０のような付加的経路によって
も伝播する。これらの付加的経路は、最初の到来経路(first-arriving path)よ りも長く、より多くの時間遅延を有する。
【００２１】 図４を参照すると、電力遅延特性１４８が描かれている。これは、信号の大き
さを時間の関数としてプロットした時間特性である。この場合において、最初の
到来信号または伝播線(ray)が第１ピーク１５０により示されている。この事例 では、この線は最強の伝播線にもなっている。２次的な伝播線もピーク１５２お
よび１５４で示されているように明確である。位置探索システムにおいて、最初
の到来線は、最短経路を伝播してきた伝播線である。多くの位置探索システムで
は、到来パラメータの時間および角度の計算においてこの伝播線を利用する。し
かしながら、本発明では、位置探索の計算において２次的な伝播線も含む総ての
伝播線を利用することが可能である。
【００２２】 図５の例は非常に密集した高層建築物のある環境を図示し、これは、実際的に
は総ての信号伝播経路が通りに沿って反射され、曲がり角の辺りで屈折（回折）
するような環境である。例えば、経路１７４は建築物１６４の側面で反射される
経路１９４を含む。低層建築物が存在する場合や、基地局がより高い場合、信号
経路の多くはこれら建築物の上空を伝播するであろう。そのような例は図示され
ていないが、位置探索システムにおいて、３次元的な処理により上空の経路を利
用することも可能である。
【００２３】 図６を参照すると、本発明の方法およびシステムによる無線通信システムにお
ける加入者の位置を推定する方法およびそのための動作を示す論理フローチャー
トが描かれている。図示されているように、このプロセスはブロック３００から
始まり、その後ブロック３０２に行き、無線通信システム・サービス領域のモデ ル(model)が選択される。本発明の一実施例にあっては、このようなモデルは建 築物その他の障害物を２次元で表現したものであり、これは反射、回折その他の
加入者装置から発せられた無線周波数信号に影響を及ぼすものである。さらにこ
のモデルには、そのサービス領域内の基地局アンテナの位置も含まれている。こ
のモデルの例が図５に示すものであり、建築物１６４が順次描かれており、建築
物１６４に関連して基地局アンテナ１６６−１７０の位置も描かれている。
【００２４】 次に、ブロック３０４に示されるように、サービス領域モデルを複数のタイル
(tile)に分割する。これらのタイルは、例えば５メートル四方のようなサービス
領域内の小領域を表現する。タイルの大きさは、要求される位置推定の分解能に
依存する。低い分解能のおおざっぱな位置推定では大きなタイルが利用され、よ
り精度の高い高分解能の位置推定では小さなタイルが利用されるであろう。
【００２５】 次に、ブロック３０６で示されているように第１タイルが選択される。ブロッ
ク３０８で示されるように、この第１タイルを利用して、選択されたタイル内の
加入者装置により伝送された信号モデルの受信に関連する信号特性を計算する。
このような信号特性の計算は、このモデル内に位置する各基地局アンテナで受信
される各信号について行われる。これらの信号特性計算は、既知の伝播線追跡技
術(ray-tracing technique)を利用して行うことが好ましく、これは無線周波数 信号伝播の反射および回折を模擬するものである。かく基地局アンテナの位置で
計算された信号特性は、到来角（ＡＯＡ）、飛来時間（ＴＯＦ）および受信信号
強度（ＲＳＳ）等を含むことが可能である。信号は反射されさもなくば減衰して
しまうので、加入者信号が特定の基地局で受信不可能であることを、いくつかの
タイルに対して調べることも可能である。計算により１以上の基地局アンテナが
加入者信号を受信することが可能であることを示す場合は、受信アンテナ対の間
の到来時間差（ＴＤＯＡ）、および受信アンテナ対の間の受信信号強度差（ＲＳ
ＳＤ）のような他のデータを計算することが可能である。
【００２６】 受信信号強度は、加入者の送信信号の電力レベルに直接的に関連する。加入者
の送信電力が公称値と異なる値に設定されている場合は、受信信号強度の測定値
をスケール化することが可能である。多くの場合、加入者の電力レベルは、基地
局コントローラ４１８により把握されており、測定された信号の値を調整するた
めに利用することが可能である。基地局コントローラが加入者の電力レベルを知
らない場合は、相対的な受信信号強度を利用する必要がある。これは、基地局の
対における受信信号レベルの間の差を計算することによって行われ、到来時間差
を計算するのと同様な手法である。このような差分を利用する手法であれば、伝
送レベルの絶対値は必ずしも必要ではない。
【００２７】 図７のデータベース２０８に含まれる可能な入力パラメータとして、本実施例
では飛来時間を利用している。システムによっては飛来時間を測定することが困
難であり、この種の測定では絶対的な基準は必ずしも必要でないので、到着時間
差が利用される。ＴＤＯＡの値を計算するために利用する場合を除いて、ＴＯＦ
は２０８で必ずしも必要とはされない。
【００２８】 最初に受信される信号モデルの信号特性を計算することに加えて、論理フロー
は、後に受信される信号モデルの信号特性も計算することが可能である。このよ
うな後で受信される信号は、基地局アンテナに到達する前に他のより長い経路に
沿ってやって来るものである。
【００２９】 次に、ブロック３１０で示されるように、計算された信号特性がデータベース
に格納される。このようなデータベース構造の例が図７に描かれている。図７に
図示されているように、各記録データ２１０はモデル１６０内のタイル（図５を
参照のこと）に関連するものである。１つのタイルを１以上の記録データに関連
付けることも可能である。そのタイルから後で到着する信号特性もデータベース
２０８に記録することが可能であるためである。
【００３０】 図７に示す例では、フィールド２１２は、基地局アンテナ１６６（図５）のよ
うな第１基地局アンテナに関連する。フィールド２１４は基地局アンテナ１６８
（図５）のような第２基地局アンテナに関連する。アンテナの場所に関連する各
フィールドには以下のものが含まれ得る：マイクロ秒で測定された飛来時間（Ｔ
ＯＦ）、度(degree)で測定された到来角度（ＡＯＡ）および１ミリワット基準(d
Bm)で測定された受信信号強度（ＲＳＳ）。
【００３１】 上述したように、１以上の基地局アンテナが選択されたタイルから伝送された
モデル信号を受信することが可能であると判断した場合、フィールド２１６およ
び２１８で示されるように、到来時間差および受信信号強度の差も計算される。
他の基地局アンテナの位置に対する同様なデータを付加的なフィールド２２０に
格納することも可能である。
【００３２】 図６を参照すると、ブロック３１２に示されるように、信号特性を計算するた
めの付加的なタイルが存在するか否かが調べられる。信号特性計算のための付加
的なタイルが存在する場合、ブロック３１４に示されるように論理フローは次の
タイルを選択し、ブロック３０８に戻って同様の計算を繰り返し行う。
【００３３】 信号特性計算のための総てのタイルが処理された場合、論理フローは次に、ブ
ロック３１６に示されるように基地局アンテナで受信された加入者信号の現実の
信号特性を測定する。測定された特性は、データベース２０８に格納されたもの
と同様な信号特性を含むことが好ましい。この例で測定された信号特性に含まれ
るものとしては、飛来時間（ＴＯＦ）、到来角度（ＡＯＡ）および受信信号強度
（ＲＳＳ）がある。１以上の基地局アンテナで信号が測定される場合は、加入者
信号を受信する基地局アンテナ対に対して、到来時間差（ＴＤＯＡ）および受信
信号強度差（ＲＳＳＤ）を計算することが可能である。各基地局アンテナにおけ
る最初の到来信号以外の信号について、信号特性を測定することも可能である。
好適実施例にあっては、このような信号特性の測定はアンテナ・アレイを利用し て行われる。このアンテナ・アレイは、固定ビーム・アレイまたは適応ビーム・ア レイとすることが可能である。適応ビーム・アンテナ・アレイを利用すると、到 来方向測定を最も高精度に行うことが可能である。固定ビーム・アレイを利用す ると、様々なビームに対する受信信号強度の比例関係を調べることによって、到
来方向を調べることが可能である。
【００３４】 信号特性の測定は、セクタ化（区分化）されたアンテナを利用して行うことも
可能であり、この場合、固定ビーム・アンテナ・アレイで行われたものと同様に 、到来角度を推定することが可能である。
【００３５】 セクタ化されたアンテナまたはアンテナ・アレイを利用することが好ましいが 、オムニ指向性(omnidirectional)基地局アンテナを利用して本発明を実行する ことも可能である。オムニ指向性アンテナを利用する場合の信号特性計算および
測定数は、サービス領域内の各タイルから伝送される信号を一義的に記述するの
に充分なものとすべきであろう。計算および測定のため、付加的な基地局に対す
る充分なデータ、計算および測定量が使用される。例えば、都市領域から何かが
除去された場合の基地局に関する測定および計算を利用して、選択されたタイル
から伝送された信号を一義的に識別することが可能であろう。付加的な基地局に
対する計算および測定を考慮することにより、各タイルに付随して記録された値
は、サービス領域内でタイルおきに記録された値とは異なるであろう。
【００３６】 信号特性を測定した後、ブロック３１８に示されるように、測定された信号特
性とデータベースに格納されている計算された信号特性との間の関係を調べる。
好適実施例にあっては、この関係は、以下の数式により計算される二乗平均(RMS
: root mean square)誤差の関係である(RMS#error)。
【００３７】
【数１】 ここで、Ani, Bn, Cniは、基地局が選択可能な重み関数係数であり、mはサー ビス領域内の全基地局数である。
【００３８】 TODAijは、基地局iと基地局jとの間の計算された到着時間差である。
【００３９】 p#TODAijは、所与のタイルに対して、基地局iと基地局jとの間の到着時間差の
推定値である。
【００４０】 AOAnは、基地局nにおける到来角度の測定値である。
【００４１】 p#AOAnは、所与のタイルに対して、基地局nにおける到来角度の推定値である 。
【００４２】 Pniは、基地局iおよび基地局jにおける受信信号強度（ＲＳＳ）の間の測定さ れた受信信号強度差を表現するパラメータである。
【００４３】 p#Pniは、基地局iおよび基地局jにおける受信信号強度（ＲＳＳ）の間の推定 された受信信号強度差を表現するパラメータである。
【００４４】 Ani, Bn, Cniは、重み関数として使用される係数であり、各パラメータの精度
および感度を調整し、ＲＭＳ誤差のパラメータ計算において最良の精度およびロ
バスト(robust)特性を与えるようにするものである。これらの係数は、ユーザに
より基地局の関数として特定され、基地局特有の因子(factor)は、相対的および
絶対的な感度の両者において調整されることが可能である。これらの重み因子は
、特定のタイルの関数としても特定することが可能であり、基地局アンテナ特有
の因子は、セル全体または特定のタイルの両者に対して調整されることが可能で
ある。
【００４５】 遅れて到来する伝播線(rays)に関して計算されたデータがデータベース２０８
に含められる場合、およびそのような遅れて到来する伝播線の信号の大きさが基
地局アンテナで生成される場合は、測定された信号特性と計算された信号特性と
の間の関係を調べるステップは、そのような遅れて到来する伝播線を考慮に入れ
ることが可能になる。例えば、RMS誤差の計算は、遅れて到来する伝播線の計算 値および測定値についての個別の項を含むであろう。この遅れて到来する伝播線
の解析も、適切な重み係数により重み付けされ、そのような伝播線が解析過程に
おいて適切に考慮されるようにすることが可能である。
【００４６】 次に、ブロック３２０で示されるように、測定された特性と計算された特生徒
の間の関係に基づいて加入者の位置を推定する。好適実施例にあっては、この位
置推定は、ブロック３１８で調べられたように、最少のRMS誤差を有するタイル の位置に対応させるものである。推定された加入者の位置は、そのタイルのｘ−
ｙ座標であり、測定された加入者信号に関連する最少RMS誤差を有するものであ る。
【００４７】 最後に、ブロック３２２で示されているように、推定位置が出力され、この出
力には印刷したりコンピュータ画面上でその推定を表示したりすることが含まれ
る。その後、ブロック３２４で示されるように、論理フローは終了する。
【００４８】 ブロック３２０で示されるように加入者位置を推定する場合、論理フローは記
録データ２１０（図７）間で補間することが可能であり、この記録データは測定
信号とともに同様なRMS誤差の関係を有するものである。このような補間は、ｘ −ｙ座標推定を改善するであろうし、これにより一層分解能の高い推定を行うこ
とができるであろう。
【００４９】 ブロック３２０で示される推定ステップでは、さらに、不要なノイズの影響を
減らすために、いくつかの連続的な位置の推定値を平均化する平均化関数を利用
することも可能である。
【００５０】 ブロック３０８により計算された信号特性を改善するため、既知の場所から伝
送された信号の実際の大きさを利用して、信号特性の計算を改善することも可能
である。例えば、実際の測定値において、基地局が到来角度を誤差５度で一貫し
て測定することを定めることも可能である。この誤差は、計算過程で考慮され補
償される。実際の測定値は、サービス・エリア・モデルを修正する目的で利用し、
建物からの反射率および他のパラメータをその伝播線追跡(ray-tracer)で調整す
ることも可能である。
【００５１】 信号特性を一連のニューラル・ネットワーク(trained neural network)を利用 して計算し、特定のタイルから受信した信号の信号特性を予測することも可能で
ある。このようなニューラル・ネットワークは、サービス領域内で作成された実 際の信号測定値を利用して調整(train)することが可能である。ニューラル・ネッ
トワークにおける信号特性の計算手法は、伝播線追跡で必要となる環境的な性質
(environmental specifics)を求めることが困難である場合、またはビル内部の ように測定値の確認が困難である場合のサービス領域に対して特に有益であるこ
とが認められるであろう。
【００５２】 図８を参照すると、本発明による加入者の位置を推定するシステムのハイレベ
ル・ブロック図を示す。図示されているように、位置探索システム４００は基地 局４０２−４０８を含む。各基地局４０２−４０８は、きちきょくあんてな４１
０−４１６にそれぞれ結合されている。本発明の好適実施例では、アンテナ４１
０−４１６は、加入者装置から伝送された無線周波数信号の到来角を調べること
に適している。このような機能を有するアンテナ・システムには適応性アレイ・ア
ンテナがあり、到来角の調査を支援するアンテナ・パターンを形成することが可 能である。いくつかの種類の指向性アンテナを利用するのが好ましいが、アンテ
ナ４１０−４１６はオムニ指向性アンテナを利用して実行することも可能である
。領域全体にサービスを提供するため、アンテナ４１０−４１６は一般に通信シ
ステムのカバレッジ・エリアの隅々に均等に分散させるものである。
【００５３】 基地局４０２−４０８は基地局コントローラ４１８に結合され、このコントロ
ーラは基地局４０２−４０８に対して中心的に位置する。基地局コントローラ４
１８は、基地局の動作および基地局間のハンドオフのような他の機能の制御を行
う。
【００５４】 基地局４１８の内側又は外側部分において、探索プロセッサ４２０は基地局コ
ントローラ４１８に結合され、信号特性データおよび制御データを処理する。探
索プロセッサ４２０は、カリフォルニア州パロ・アルトのHewlett-Packard社のHP
9000シリーズ700モデル735ワークステーションのような汎用データ処理システム
を利用することが可能である。
【００５５】 図示されているように、探索プロセッサ４２０はデータベース４２２、無線通
信システム・サービス領域モデル４２４、メモリ４２６、入力装置４２８および 出力装置４３０に結合される。データベース４２２を利用して、計算された信号
特性の記録データを格納し、これはサービス・エリアの隅々における基地局アン テナで受信されるものである。データベース４２２は、図７に関連して説明され
る。
【００５６】 無線通信システム・サービス領域モデル４２４は、建物の配置（および無線周 波数の伝播に影響する他の有体物）および基地局アンテナの位置を示すデータを
含む。このサービス領域モデル４２４を利用して信号伝播を予測し、選択された
タイルから伝送され各基地局アンテナ位置で受信される信号モデルの信号特性を
計算する。
【００５７】 特に、メモリ４２６を利用して、重み付け関数係数を格納し、これは信号特性
計算過程で、ある種のパラメータを調整するために使用することが可能である。
【００５８】 入力装置４２８はデータ、重み関数係数、サービス領域モデルを入力するため
に使用され、またはサービス領域モデルにおける変化に関連する情報を更新する
ために使用される。入力装置４２８は、ディスク・ドライブ装置、キーボードそ の他データ入力手段を利用することが可能である。
【００５９】 出力装置４３０は推定位置を表示するために使用される。出力装置４３０は、
加入者装置の座標を表示するディスプレイを利用することが可能であり、また、
加入者装置の位置を明示するためにサービス領域の地図を表示することも可能で
ある。
【００６０】 図９を参照すると、本発明の方法およびシステムの実施例で使用可能なデータ
処理システム４５０が示されている。データ処理システム４５０は、プロセッサ
４５２、キーボード４５４、ディスプレイ４５６およびポインティング・デバイ ス４５８を備える。キーボード４５４は、データ入力手段を提供し、プロセッサ
４５２に命令を与えるものである。ディスプレイ４５６は、テキスト、グラフィ
ックスまたは映像イメージを表示する既存の手段を利用することが可能であり、
陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセント・ パネル等を利用することが可能である。ポインティング・デバイス４５８は既存 のポインティング・デバイスを利用することが可能であり、トラック・ボール、ジ
ョイスティック、タッチ・センス・パネル若しくはスクリーン又は図９に図示され
ているようなマウス等を利用することが可能である。ポインティング・デバイス ４５８はを利用して、ディスプレイ４５６条のポインタまたはカーソルを移動さ
せることが可能である。
【００６１】 プロセッサ４５２はＣＤ−ＲＯＭ４６０のような１以上の周辺装置に結合させ
ることが可能である。
【００６２】 データ処理装置４５０は、格納装置からデータを読み出す手段を備えている。
そのようなデータ読出手段には、プロセッサ４５２に内臓または外付けされたハ
ード・ディスク・ドライブ（図示せず）、テープ・ドライブ（図示せず）、フロッ
ピー・ディスク４６４に対して読み書きを行うフロッピー・ディスク・ドライブ ４６２、コンパクト・ディスク４６６に対して読出および／または書込を行うＣ
Ｄ−ＲＯＭ４６０を含む。このような格納手段は、コンピュータが読取可能なデ
ータ形式のプログラム・コードまたはソフトウエアを格納するコンピュータが利 用可能な媒体である。
【００６３】 データ処理システム４５０は、データ処理装置の間でデータおよびソフトウエ
アを転送可能なネットワークにも結合される。このネットワークを利用して、デ
ータ処理装置４５０にプログラムをロードすることが可能である。
【００６４】 上述したデータ処理装置４５０の各要素は、既存の規格部品を利用することが
可能である。例えば、データ処理装置４５０は、カリフォルニア州のHewlett-Pa
ckard社によるHP9000シリーズ700モデル735として販売されているワークステー ションのような汎用コンピュータまたはワークステーションを利用することが可
能である。
【００６５】 要約すれば、本発明の方法およびシステムは、無線通信システム・サービス・エ
リアにおける加入者の位置を推定する。本発明は、多くの高層建築があるダウン
タウンのような密集した都市領域において位置を推定する場合に特に有効である
。密集した都市領域において加入者の位置を探索することは、間接的な信号を注
意深く解析するものであり、この間接的な信号は反射または回折させられたもの
であり、直線的な経路で伝播するものではない。このような間接信号は伝送して
いる加入者装置の方向から到来するものではない。さらに、この間接信号は、加
入者装置と基地局アンテナとの間の直線距離よりも長い距離を伝播してきたもの
である。このため、到来角度および飛来時間は、位置探索用の「明確な経路」(c
lear path)の手法を使用する場合に、大きな誤差を伴なって位置情報を与えてし
まう。
【００６６】 本発明の更なる利点は、データベース内のデータが実験的に測定よりもむしろ
計算されることである。このような受信信号の実験的な測定は、時間およびコス
トがかかるだけでなく人為的なミスを伴なう。
【００６７】 本発明を２次元サービス・エリア・モデルを例にとって説明してきたが、加入者
の位置を３次元的に探索するために、３次元サービス・エリア・モデルを利用する
ことも可能である。３次元モデルを利用する位置探索システムは、例えば、主要
な第１の通り(Main and First streets)にある建物の５階にいる加入者を見出す
ことが可能である。
【００６８】 ３次元位置探索システムは、受信信号の垂直角度を測定するように配置された
アンテナを有する基地局を利用して実行することが可能である。あるいは、路上
の様々な高さに設けられている基地局アンテナをサンプルして、到来角度および
時間の測定を３次元的に行われるようにすることも可能である。
【００６９】 ３次元位置探索システムのデータベース２０８において、付加的なフィールド
を利用してそのような高さまたは垂直角度情報を格納することも可能である。
【００７０】 以上本発明を説明するために好適実施例を説明してきたが、これは本発明がそ
のような実施例に限定される主旨ではない。これまで教示したものにより様々な
改良や変形をすることが可能であろう。実施例は、本発明の原理を説明するため
に採択されたものに過ぎず、当業者であれば更なる事例に本発明を利用すること
が可能であり、特定用途のために改良を加えることも可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の到着時間差を利用して非散乱性領域における加入者を見出す
手法を図示する。
【図２】 従来技術による一組のセクタ・アンテナを示す。
【図３】 従来技術による狭ビーム・アンテナ・アレイを示す。
【図４】 従来技術における信号強度と時間遅延との間の関係を示す。
【図５】 本発明の方法およびシステムによる散乱性無線通信システム・サー ビス領域における無線周波数信号の伝播の様子を示す。
【図６】 本発明の方法およびシステムによる無線通信システムにおける加入
者の位置を推定する方法およびそのための動作を示す論理フローチャートである
。
【図７】 本発明の方法およびシステムによる受信信号を特徴付けるデータ・ テーブルを示す。
【図８】 本発明による加入者の位置を推定するシステムのハイレベル・ブロ ック図を示す。
【図９】 本発明の方法およびシステムの実施例で使用可能なデータ処理シス
テムを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K067 AA02 AA21 BB02 EE02 EE10 EE16 EE23 EE46 EE56 JJ53 JJ54 JJ57 KK02 KK13 KK15

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線通信システム・サービス・エリア内の加入者装置の位置を推
    定する方法であって： モデル信号の受信に関連する一組の特性量を計算する段階であって、前記モデ
    ル信号は、前記無線通信システム・サービス・エリアのモデル内において選択され
    た位置から受信機位置へ伝送されるところの段階； 前記無線通信システム・サービス・エリア内の受信機位置において受信された信
    号を表わす一組の特性量を測定する段階であって、前記無線通信システム・サー ビス・エリア内の前記受信機位置は前記モデル内の受信機位置に対応するところ の段階； 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量との間の関係を調べる段階
    ；および 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量との間の前記関係に基づい
    て、前記受信信号を伝送した前記加入者装置の位置を推定する段階； より成ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 さらに、前記無線通信システム・サービス・エリア内の既知の場
    所から伝送された受信信号の一組の信号特性を測定したことに応答して、計算さ
    れた一組の特性量を調整する段階より成ることを特徴とする請求項１記載の方法
    。
  3. 【請求項３】 さらに、前記無線通信システム・サービス・エリア内の既知の場
    所から伝送された受信信号の一組の信号特性を測定したことに応答して、計算さ
    れた一組の特性量と測定された一組の特性量との間の関係を調整する段階より成
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 モデル信号の受信に関連した一組の特性量を計算する段階が： 伝播線追跡技術を利用して伝播経路を推定する段階；および 推定された伝播経路に基づいて、モデル信号の受信に関連する一組の特性量を
    計算する段階； より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 さらに： 前記無線通信システムのモデル内の第２受信機位置において第２モデル信号の
    受信に関連する一組の第２特性量を計算する段階； 前記無線通信システム・サービス・エリア内の第２受信機位置において受信され
    た第２信号を表わす一組の第２特性量を測定する段階であって、前記無線通信シ
    ステム・サービス・エリア内の前記第２受信機位置は前記モデル内の第２受信機位
    置に対応するところの段階； 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の関係を調べる
    段階；および 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の前記関係に基
    づいて、各受信機位置において受信された信号を伝送した前記加入者装置の位置
    を推定する段階； より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 さらに： 前記受信機位置における第２モデル信号の受信に関連した一組の特性量を計算
    する段階であって、前記第２モデル信号の経路は前記モデル信号の経路とは異な
    るところの段階； 前記無線通信システム内の受信機位置における第２受信信号を表わす一組の第
    ２特性量を測定する段階であって、前記第２受信信号の経路は前記受信信号の経
    路とは異なるところの段階； 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の関係を調べる
    段階；および 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の前記関係に基
    づいて、前記信号および前記第２信号を伝送した前記加入者装置の位置を推定す
    る段階； より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が、
    受信信号の到来角度を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が、
    受信信号の飛来時間を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が、
    受信信号の受信信号強度を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が
    、前記受信機位置における飛来時間と前記第２受信機位置における飛来時間との
    間の差を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
  11. 【請求項１１】 無線通信システム・サービス・エリア内の加入者装置の位置を
    推定するシステムであって： モデル信号の受信に関連する一組の特性量を計算する手段であって、前記モデ
    ル信号は、前記無線通信システム・サービス・エリアのモデル内において選択され
    た位置から受信機位置へ伝送されるところの手段； 前記無線通信システム・サービス・エリア内の受信機位置において受信された信
    号を表わす一組の特性量を測定する手段であって、前記無線通信システム・サー ビス・エリア内の前記受信機位置は前記モデル内の受信機位置に対応するところ の手段； 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量との間の関係を調べる手段
    ；および 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量との間の前記関係に基づい
    て、前記受信信号を伝送した前記加入者装置の位置を推定する手段； より成ることを特徴とするシステム。
  12. 【請求項１２】 さらに、前記無線通信システム・サービス・エリア内の既知の
    場所から伝送された受信信号の一組の信号特性を測定したことに応答して、計算
    された一組の特性量を調整する手段より成ることを特徴とする請求項１１記載の
    システム。
  13. 【請求項１３】 さらに、前記無線通信システム・サービス・エリア内の既知の
    場所から伝送された受信信号の一組の信号特性を測定したことに応答して、計算
    された一組の特性量と測定された一組の特性量との間の関係を調整する手段より
    成ることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 モデル信号の受信に関連した一組の特性量を計算する手段が
    ： 伝播線追跡技術を利用して伝播経路を推定する手段；および 推定された伝播経路に基づいて、モデル信号の受信に関連する一組の特性量を
    計算する手段； より成ることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 さらに： 前記無線通信システムのモデル内の第２受信機位置において第２モデル信号の
    受信に関連する一組の第２特性量を計算する手段； 前記無線通信システム・サービス・エリア内の第２受信機位置において受信され
    た第２信号を表わす一組の第２特性量を測定する手段であって、前記無線通信シ
    ステム・サービス・エリア内の前記第２受信機位置は前記モデル内の第２受信機位
    置に対応するところの手段； 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の関係を調べる
    手段；および 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の前記関係に基
    づいて、各受信機位置において受信された信号を伝送した前記加入者装置の位置
    を推定する手段； より成ることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 さらに： 前記受信機位置における第２モデル信号の受信に関連した一組の特性量を計算
    する手段であって、前記第２モデル信号の経路は前記モデル信号の経路とは異な
    るところの手段； 前記無線通信システム内の受信機位置における第２受信信号を表わす一組の第
    ２特性量を測定する手段であって、前記第２受信信号の経路は前記受信信号の経
    路とは異なるところの手段； 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の関係を調べる
    手段；および 各計算された一組の特性量と各測定された一組の特性量との間の前記関係に基
    づいて、前記信号および前記第２信号を伝送した前記加入者装置の位置を推定す
    る手段； より成ることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が
    、受信信号の到来角度を含むことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が
    、受信信号の飛来時間を含むことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が
    、受信信号の受信信号強度を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量の各々が
    、前記受信機位置における飛来時間と前記第２受信機位置における飛来時間との
    間の差を含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
  21. 【請求項２１】無線通信システム・サービス・エリア内の加入者装置の位置を推
    定するコンピュータ読取可能な媒体の利用であって、当該媒体は： モデル信号の受信に関連する一組の特性量を計算するコンピュータ読取可能な
    プログラム・コード手段を有するコンピュータ利用可能な媒体であって、前記モ デル信号は、前記無線通信システム・サービス・エリアのモデル内において選択さ
    れた位置から受信機位置へ伝送されるところのコンピュータ利用可能な媒体； 前記無線通信システム・サービス・エリア内の受信機位置において受信された信
    号を表わす一組の特性量を測定するコンピュータ読取可能なプログラム・コード 手段を有するコンピュータ利用可能な媒体であって、前記無線通信システム・サ ービス・エリア内の前記受信機位置は前記モデル内の受信機位置に対応するとこ ろのコンピュータ利用可能な媒体； 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量との間の関係を調べるコン
    ピュータ読取可能なプログラム・コード手段を有するコンピュータ利用可能な媒 体；および 計算された一組の特性量と測定された一組の特性量との間の前記関係に基づい
    て、前記受信信号を伝送した前記加入者装置の位置を推定するコンピュータ読取
    可能なプログラム・コード手段を有するコンピュータ利用可能な媒体； より成ることを特徴とする媒体の利用。
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