JP2002513517A - 拡散スペクトル通信システムにおいて移動局の位置を特定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本方法は、移動局２１６から送信される信号２１５を第１基地局２１２が受信する段階（４０４）；この信号を第１基地局２１２が復調し被復調信号を形成する段階（４０６）；被復調信号の少なくとも一部分を再変調して基準信号を形成する段階（４０８）；被再送信信号２１７を第１基地局２１２および第２基地局２１０，２１４が受信する段階（４１２）；第１基地局２１２が被再送信信号２１７を基準信号と比較して第１遅延を決定する段階（４１４，４１６）；第２基地局２１０，２１４が被再送信第２信号２１７を基準信号と比較して第２遅延を決定する段階（４１４，４１６）；および第１および第２遅延に基づき移動局２１６の位置を決定する段階（４２０）；を備える。

Description

【発明の詳細な説明】 拡散スペクトル通信システムにおいて 移動局の位置を特定するための方法および装置 技術分野 本発明は、一般にワイヤレス通信システムに関し、さらに詳しくは、拡散スペ クトル通信システムにおいて移動局の位置を特定するための方法および装置に関 する。 発明の背景 デジタル無線周波数（RF）無線電話システムなどの通常のワイヤレス通信シス テムにおいては、コントローラと複数の送信機および受信機とを．有する基地局 が、その基地局によりサービスの提供を受けるエリア内で動作する移動局と通信 を行う。 RFチャネル上に、電波送信媒体などの媒体を通じて通信信号を送信することに より、被受信通信信号は、当初の被送信通信信号とは大幅に異なる。第１図に図 示されるように、被送信通信信号S(T)１２は、チャネル上を送信される間に、た とえば通信信号S(T)１２が移動局から基地局に進むための時間的遅延を表す、ゆ っくりと変化するチャネル・ パラメータD１４により変更されることがあり、さらにノイズN１６の量を表すチ ャネル変数により改変されることがある。このため、被受信通信信号R(T)１８は 、R(T)=S(T-D)+Nなどの等式で表される。 ワイヤレス通信システム内の移動局の位置は、三点測量法(trilateration met hod)を用いて決定されることは周知である。三点測量法により、移動局と３つの 基地局との間の距離が、移動局と各基地局との間を進行する信号の時間的遅延D １４の測定値に基づいて計算される。 しかし、１つ以上の基地局が移動局から送信される信号を確実に受信しない場 合は、三点測量は非効率的である。たとえば、符号分割多重接続（CDMA:code di vision multiple access）システムなどの拡散スペクトル・システムにおいては 、移動局が１つの基地局に近いと、他の基地局が受信する信号の信号対雑音（SN R）比が小さくなり、D１４の測定が困難で不正確になることが多い。かくして、 CDMAシステム内に、移動局の地理的位置を決定することのできない、カバレージ ・ホールと呼ばれる領域ができることがある。 従って、時間的遅延D１４の推定を改善し、カバレージ・ホールを縮小する、 拡散スペクトル通信システム内で移動局の位置を特定するための方法および装置 が必要である。 発明の概要 本発明の一局面により、拡散スペクトル通信システムにおいて移動局の位置を 特定する方法により、上記の必要性が満たされる。本方法は、複数の被送信シン ボルによって構成される第１信号を第１基地局から移動局に送信する段階；第１ 信号に応答して、第１群の被受信シンボルによって構成される第２信号を、第１ 基地局により移動局から受信する段階；第１基地局により第２信号を復調して被 復調信号を形成する段階；被復調信号の少なくとも一部分を第１基地局により再 符号化して基準信号を形成する段階；第２基地局により基準信号を受信する段階 ；第１基地局および第２基地局により、第２群の被受信シンボルによって構成さ れる被再送信第２信号を移動局から受信する段階であって、被再送信第２信号は 移動局に送られる複数の被再送信シンボルによって構成される被再送信第１信号 に応答する段階；第１基地局により、被再送信第２信号を、１回目と２回目とに おいて基準信号と比較する段階；第２基地局により、被再送信第２信号を１回目 と２回目とにおいて基準信号と比較する段階；第１基地局における比較に基づき 、移動局から第１基地局への被再送信第２信号の移動時間を表す、被再送信第２ 信号の第１遅延を決定する段階；第２基地局における比較に基づき、移動局から 第２基地局への被再送信第２信号の移動時間を表す、被再送信第２信号の第２遅 延を決定する段階；および第１および第２遅延 に基づき、移動局の位置を決定する段階；によって構成される。 本発明の別の局面により、拡散スペクトル通信システムにおいて移動局の位置 を特定する方法は、第１基地局により、移動局から送信される信号を受信する段 階；第１基地局により信号を復調して、被復調信号を形成する段階；被復調信号 の少なくとも一部分を再復調し基準信号を形成する段階；第１基地局および第２ 基地局により、被再送信信号を受信する段階；第１基地局により、被再送信信号 を基準信号と比較し第１遅延を決定する段階；第２基地局により、被再送信第２ 信号を基準信号と比較して第２遅延を決定する段階；および第１および第２遅延 に基づいて移動局の位置を決定する段階；を備える。 本発明の更なる局面により、拡散スペクトル通信システムにおいて移動局の位 置を特定する装置は、移動局に応答する第１基地局を具備する。第１基地局は、 第１信号を移動局に送信する第１アンテナを備える。第１アンテナは、第１信号 に応答して移動局から第２信号を受信する。第１復調器は第２信号に応答して、 被復調信号を生成する。リエンコーダは被復調信号に応答して、基準信号を形成 する。第１相関器は基準信号と、第１アンテナにより受信される被再送信第２信 号とを比較して、第１遅延を決定する。この第１遅延は移動局から第１基地局に 再送信される第２信号の移動時間を表す。第２基地局も移動局と基準信号とに 応答する。第２基地局は、移動局からの被再送信信号を受信する第２アンテナを 備え、基準信号を受信する。第２相関器は、基準信号を被再送信第２信号と比較 し、第２遅延を決定する。第２遅延は、移動局から第２基地局に再送信される第 ２信号の移動時間を表す。コントローラが第１および第２基地局に応答する。コ ントローラは、第１遅延および第２遅延に基づき、移動局の位置を決定する。 本発明のさらに別の局面により、拡散スペクトル通信システムにおいて移動局 の位置を特定する方法は、第１基地局により、移動局によって送信される、複数 の被受信シンボルを有する被受信フレームによって構成される信号を受信する段 階；第１基地局により、信号を第１メモリに格納する段階；第２基地局により信 号を受信する段階；第２基地局により信号を第２メモリに格納する段階；第１基 地局により被受信フレームを復調し被復調フレームを形成する段階；第２基地局 により被復調フレームを受信する段階；第１基地局において、被復調フレームを 再符号化し、複数の被符号化シンボルを有する被再符号化フレームを形成する段 階；第２基地局において、被復調フレームを再符号化し被再符号化フレームを形 成する段階；第１基地局において第１群の時刻に、第１メモリ内の複数の被受信 シンボルの各々を複数の被再符号化シンボルの各々と比較する段階；第１群の時 刻における比較に基づき、移動局から第１基地局への信号の移動時間を表す第１ 遅延を決定する段階； 第２基地局において、第２群の時刻に、第２メモリ内の複数の被受信フレームの 各々を複数の被再符号化シンボルと比較する段階；第２群の時刻における比較に 基づき、移動局から第２基地局への信号の移動時間を表す第２遅延を決定する段 階；および第１および第２遅延に基づき、移動局の位置を決定する段階；を備え る。 本発明の利点は、説明のために図示および説明される本発明の好適な実施例の 以下の説明から、当業者には容易に理解頂けよう。言うまでもなく、本発明は、 その他のおよび異なる実施例も可能であり、その詳細は種々の点において改良が 可能である。従って、図面および説明は、事例として見なされるべきものであり 、制約と見なされるべきものではない。 図面の簡単な説明 第１図は、送信中に時間的遅延DおよびノイズNにより改変される被送信通信信 号S(T)であって、結果として被受信通信信号R(T)となる信号の一例である。 第２図は、本発明の好適な実施例によるセルラ通信システムを示す。 第３図は、通信信号波形を生成する移動局送信機のブロック図である。 第４図は、毎秒９６００ビットの速度で送信する逆方向 リンク・チャネル・フレームの図である。 第５図は、第３図の送信機により生成される、デジタルに符号化され挟み込ま れたフレームの図である。 第６図は、本発明の好適な実施例により、第３図に図示される送信機により生 成される通信信号波形を受信する受信機を含む基地局の部分的ブロック図である 。 第７図は、第６図に図示される受信機内の被受信フレームの図である。 第８図は、第６図に図示される受信機内の被復調フレームの図である。 第９図は、本発明の好適な実施例により拡散スペクトル通信システムにおいて 移動局の位置を決定する方法の流れ図である。 好適な実施例の詳細説明 図面を参照して、ここでは同様の数字は同類の構成部品を示すが、第２図は符 号分割多重接続（CDMA）デジタル無線電話システムなどのワイヤレス通信システ ム２００を図示する。基地局２１０，２１２，２１４は、基地局２１２がサービ スを提供するエリア２２０内で動作する移動局２１６と通信を行う。エリア２２ ２，２２４は、それぞれ基地局２１４，２１０によってサービスを受ける。基地 局２１０，２１２，２１４は、基地局コントローラ２５０に 結合され、コントローラ２５０は、特に、プロセッサ２５２およびメモリ２５４ を備え、これもプロセッサ２６２およびメモリ２６４を備える移動交換センター ２６０に結合される。 基地局２１０，２１２，２１４と移動局２１６との間の多重接続ワイヤレス通 信は、音声，データおよび映像などのデジタル通信信号が送信される物理的経路 となる無線周波数（RF）チャネル上に行われる。基地局から移動局への通信は順 方向リンク・チャネル上に行われ、移動局から基地局への通信は逆方向リンク・ チャネル上に行われると称される。CDMAチャネル開設を用いる通信システムは、 TIA/EIA暫定規準IS-95A「Mobile Station-Base Station Compatibility Standar ds for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular Systems（二重モード広 帯域拡散スペクトル・セルラ・システムに関する移動局−基地局互換性規準」（ 電気通信工業会；ワシントンD.C.，１９９３年７月）[IS-95A]と「Support for 14.4kbps Data Rate and PCS Interaction for Wideband Spread Spectrum Cell ular Systems（１４．４kbpsデータ速度への対応と広帯域拡散スペクトル・セル ラ・システムに関するpcs相互作用）」（１９９６年２月発行[the Bulletin]） に詳細に説明される。IS-95Aもthe Bulletinも参考文献として本明細書に含まれ る。 第２図に示されるように、通信信号２１３が、基地局２ １２によって、移動局２１６に対し、ページング・チャネルまたはトラフィック ・チャネルなどのIS-95順方向リンク・チャネル上に送信される。通信信号２１ ５は、基地局２１２からの通信信号２１３に応答して、移動局２１６によって、 アクセス・チャネルまたはトラフィック・チャネルなどのIS-95逆方向リンク・ チャネル上に送信される。通信信号２１７は、実質的には通信信号２１５と同様 で、移動局２１６により通信信号２１７として再送信されたものである。 移動局２１６の位置を決定する場合などの多くの用途において、移動局２１６ から基地局２１０，２１２または２１４に送信される通信信号２１５，２１７な どの特定のS(t)１２（第１図に図示）に関する時間的遅延D１４（これも第１図 に図示）を推定することが望ましい。 たとえば、移動局２１６から基地局２１２への、第２信号２１５または被再送 信第２信号２１７の時間的遅延D１４が推定される。第１段階として、基地局２ １２が第１信号２１３を移動局２１６に送信する。第１信号は、たとえば、状況 要求メッセージなどの、ページング・チャネル上に送信される要求メッセージで あっても、あるいはトラフィック・チャネル上に送信される別の種類のメッセー ジであってもよい。第１信号２１３は、好ましくは、移動局２１６に対してその 固定属性、たとえば移動局２１６の電子シリアル番号（ESN:electronic serial number）および電 力分類などを照会するための基地局２１２の媒体となる。次に、移動局２１６は 、アクセス・チャネル上に送信される状況応答メッセージなどの第２信号２１５ を介して、あるいはトラフィック・チャネル上に送信される別のメッセージを介 して、第１信号２１３に応答するので、基地局２１２は移動局２１６から既知の データ送信を導出させることができる。 第３図は、移動局２１６などの移動局で用いる、第２信号２１５を生成する送 信機１０のブロック図である。データ・ビット・ストリーム１７が可変速度コー ダ１９に入り、コーダ１９は可変する送信データ速度を有する一連の送信チャネ ル・フレーム（後に詳述される）によって構成される信号２１を生成する。各フ レームの送信データ速度は、データ・ビット・ストリーム１７の特性に依存する 。 第４図は、コーダ１９により生成され、毎秒９６００ビット（bps）の速度で 送信される送信チャネル・フレーム２０の図である（特に明記されない限り、本 明細書内のIS-95逆方向リンク・チャネルの例は、すべて、９６００bps送信速度 に対応する）。フレーム２０には、１７２個の情報ビットを有する情報部分２２ ；IS-95のセクション６．１．３．３．２．１においてIS-95に記述される多項式 により情報部分２２から計算されるフレーム品質指標部分２４；および８個のエ ンコーダ・テール・ビット２６を備える。 第３図を参照して、エンコーダ・ブロック２８は、畳込みエンコーダ３０とイ ンターリーバ３２とを備える。畳込みエンコーダ３０において、各フレーム２０ は、フレーム２０の後の解読を容易にする畳込み符号化アルゴリズムなどの周知 のアルゴリズムを用いて１／３比エンコーダにより符号化される。インターリー バ３２は、ブロック挟込み法などのよく知られた技術を用いてフレーム２０の内 容を混ぜるよう動作する。 第５図に示されるように、デジタルに符号化され挟み込まれたビットの各フレ ーム３４には、６個のコード化されたビットからなるグループが９６個、計５７ ６ビットが含まれる。６個のコード化ビットの各グループは、ウォルシュ・コー ドなどの６４個のシンボルのうち１つのシンボルへの指標３５を表す。１つのウ ォルシュ・コードは、６４個x６４個のアダマール行列、すなわち２の累乗の寸 法を持つビットの正方行列のうちの１行または１列に相当する。通常、ウォルシ ュ・コードを構成するビットをウォルシュ・チップと呼ぶ。 第３図を再び参照して、フレーム３４内の９６個のウォルシュ・コード指標３ ５の各々が、M数直交変調器３６に入力される。この変調器３７は、好ましくは ６４数直交変調器である。入力されたウォルシュ・コード指標３５の各々に関し て、M数直交変調器３６は、出力において、対応する６４ビットのウォルシュ・ コードW３９を生成する。かくし て、M数直交変調器３６に入力された各フレーム３４に関して、連続する６４個 のウォルシュ・コードW３９が生成される。 とりわけ、スクランブラ／スプレッダ・ブロック４０が、周知のスクランブル 方を用いて、連続するウォルシュ・コードW３９に疑似乱数ノイズ（PN:pseudora ndom noise）シーケンスを適用する。ブロック４２において、スクランブルされ た連続するウォルシュ・コードW３９は、オフセット・バイナリ位相変位（BPSK: binary phase-shift keyint）変調プロセスまたはその他の変調プロセスを用い て位相変調され、上方変換され、通信信号S(T)１２としてアンテナ４６から送信 される。 第６図は、本発明の好適な実施例により構築される、受信機６０を含む、基地 局２１２（第２図に図示）の部分的ブロック図である。基地局２１０，２１４は 同様に構築される。受信機６０は、移動局２１６から基地局２１２に進行する第 ２信号２１５などの通信信号R(T)１４を検出する。受信機６０は、好ましくは、 いくつかのフィンガを有するレーキ受信機であるが、１つのフインガしか図示さ れない。受信機６０は、干渉性であっても、非干渉性であっても、疑似干渉性で あってもよい。 アンテナ６２は、いくつかの被受信フレーム（下記に詳述する）からなる通信 信号R(T)１８を受信する。通信信号R(T)１８の濾波，周波数下方変換および位相 復調などのフ ロントエンド処理は、周知の方法と回路により、ブロック６４で行われる。 検索入力３００が選択されると、受信機６０は検索器として動作し、その動作 と構造は一般に周知のものであるが、R（T）１８の受信時付近で、被受信信号R( T)１８にロックしようとする。受信機６０は、複数の時間オフセットにおいてR( T)１８を捜す。受信機６０がR(T)１８の実際の受信時に近い時間オフセットで信 号R(T)にロックすると、受信機６０は復調入力３０１を起動し、信号R(T)１８の 受信時の最良の推定値を基準にして、レーキ・フィンガを再割り当てする。 特に、デスクランブラ／デスプレッダ・ブロック６６は、一連のウォルシュ・ コードW３９（第３図に図示）にスクランブラ・ブロック４４（これも第３図に 図示）によって適応されたPNコードを取り除く。IS-95逆方向リンク・チャネル においては、被受信信号１８の被受信フレーム（下記に詳述する）は９６個の被 受信シンボルまたはウォルシュ・コードを含み、これらはそれぞれ６４ビットの 長さを持つ。 第７図は、デスクランブラ／デスプレッダ・ブロック６６から出た被受信フレ ーム４５を表す図である。被受信フレーム４５は、６４個の被受信信号サンプル からなるグループを９６個含み、被受信信号サンプルRS６８の各グループは、１ つの被送信ウォルシュ・コードに対応する。信号サンプルの各グループは、たと えば、時間的遅延D１４（ 第１図に図示）などのゆっくりと変化するチャネル・パラメータおよびN１６（ これも第１図に図示）などのチャネル変数により改変される。 第６図を再び参照して、被受信信号サンプルRS６８の各被受信グループは、デ スクランブラ／デスプレッダ６６を出た後、高速アダマール変換（FHT:Fast Had mard Transform）などの直交変調器７０に入力される。FHT７０は、加算器アレ イまたは多重加算器など、その寸法に応じて市販のハードウェアを用いて構築す ることができる。あるいは、FHT７０を、モトローラ社製製造番号56166などの従 来のデジタル信号プロセッサまたは特定用途向け集積回路（ASIC）などを利用し て構築することもできる。 被受信信号サンプルRS６８のグループを受信すると、FHT７０は、いくつかの 出力信号７２を生成する。IS-95逆方向リンク・チャネルにおいては、信号サン プル・グループRS６８毎に６４個の出力信号７２が生成される。各出力信号７２ は、M数直交変調器３６（第３図に図示）により生成される６４個の可能なウォ ルシュ・コードW３９のうちの１つを参照する指標を有する。かくして、IS-95逆 方向リンク・チャネルにおいては、被受信信号サンプル・グループRS６８がFHT ７０に入力されると、６４個の可能な被送信ウォルシュ・コード３９に相関する ６４個の出力信号７２が生成される。指標に加えて、各出力信号７２は関連の複 素数Cも有することを理解頂きたい。簡便にするために、 指標と複素数とを集合的に出力信号７２と呼ぶ。 各出力信号７２は、さらに、通常は出力信号７２に伴う複素数を強度平方して 計算される関連のエネルギ値C²（図示せず）も有する。エネルギ値C²は、一般に 、出力信号７２がFHT７０に入力される被受信信号サンプルRS６８のグループに 対応するウォルシュ・コードW３９を指示する信頼の尺度すなわち確率に対応す る。しかし、約２０％のケースで、最高の信頼尺度を表すエネルギ値C²は誤りで ある。すなわち、最大エネルギ値C²に伴う出力信号７２は、送信されたウォルシ ュ・コードW３９を実際には標示しない。 デインターリーバ７８と畳込みデコーダ８０とを備えるデコーダ・ブロック７ ６は、さらに被受信信号R(T)１８、すなわち第２信号２１５を復調し、一連のチ ャネル・フレームで構成される被送信信号S(T)１２（第３図に図示）を推定して 、一連の被復調フレーム（下記に詳述する）を形成する。デコーダ・ブロック７ ６は、種々の方法で構築することができる。たとえば、周知の方法によってハー ドウェアまたはソフトウェア内に構築される最尤デコーダをデコーダ・ブロック ７６内に用いることもある。 第８図は、デコーダ・ブロック７６の出力８１に現れる被復調フレーム８５を 示す。被復調フレーム８５は、被復調情報部分８６，被復調フレーム品質指標８ ８を含み、また被復調テール・ビット部分８９を含むこともある。 再び第６図を参照し、さらに必要に応じて他の図面も参 照して、デマルチプレクサ９０が、フレーム８５の被復調情報部分８６を、被復 調フレーム品質指標８８から切り離す。フレーム品質指標回路９２は、被復調部 分８６を用いて再計算されたフレーム品質指標９３を計算する。再計算されたフ レーム品質指標９３は、次に比較器９４において、被復調フレーム品質指標８８ と比較され、特定の被復調フレーム８５がコーダ１９によって生成される特定の チャネル・フレーム２０と一致するか否かが判定される。 被復調フレーム８５がチャネル・フレーム２０と一致しない場合は、点９７に おいてスイッチ９６によって廃棄される。 被復調フレーム８５が送信チャネル・フレーム２０と一致する場合は、被復調 フレーム８５が認められる（合格する）。第６図に示されるように、被復調フレ ーム８５は認められた。被復調情報部分８６は、点９１においてスイッチ９６に よりリエンコーダ・ブロック９８に伝えられる。このブロックは好ましくは、第 ３図に図示されるエンコーダ・ブロック２８と実質的に同様のものである。かく して、リエンコーダブロック９８を出た被符号化フレーム３４は、基本的にはフ レーム３４（第５図に図示）の複製であり、これを基準フレームまたは基準信号 と呼ぶ。第５図に図示されるように、被符号化フレーム３４は６個のコード化ビ ットからなるグループを最大９６個含み、６個のコード化ビットからなる各グル ープは６４個のウォルシュ・コード のうちの１つに対する指標３５を表す。 被復調フレーム８５の解読に成功し、通信信号S(T)１２が検索されると、基地 局２１２は、時間的遅延D１４などのチャネル・パラメータ情報の良好な推定値 を得たことになり、この遅延から移動局２１６と基地局２１２との間の距離を決 定することができる。しかし、３点測量法を用いて移動局２１６の位置を正確に 決定するには、移動局２１６と、少なくとも２つの他の基地局、たとえば基地局 ２１０，２１４との間の距離を知ることが望ましい。これらの距離は、信号２１ ５または２１７など、移動局２１６から基地局２１０，２１４に送信される通信 信号の時間的遅延から決定することができる。 移動局２１６から他の３つの基地局２１０，２１２，２１４に対する通信信号 の時間的遅延を決定するために、基地局２１２は、本発明の１つの実施例により 、第１信号２１３を移動局２１６に再送信し、それに応答して、当初送信された 第２信号２１５に実質的に等しい被再送信第２信号２１７を受信する。基地局２ １２は、デコーダ・ブロック７６の出力８１に現れる当初送信された第２信号２ １５を通信するか、あるいはブロック９８から再符号化フレーム３４として出力 された基準信号を基地局２１０，２１４に通信する。基地局２１０，２１４も被 再送信信号２１７を受信する。次に、３つすべての基地局内の受信機６０が特殊 な検索器として動作し、移動局２１６と基地局２１０， ２１２，２１４との間の通信信号２１７の時間的遅延を正確に決定する。 基準信号が基地局２１０，２１４に転送されたと仮定すると、受信機６０は再 符号化フレーム３４内の９６個のウォルシュ・コード指標３５の各々を、再度M 数直交変調する。入力されたウォルシュ・コード指標３５の各々について、６４ ビットの信号サンプル・グループまたはウォルシュ・コードが生成される。かく して、連続する９６個のウォルシュ・コードが各フレーム３４について生成され る。任意で、M数直交変調信号は、周知のスクランブル法を用いて一連のウォル シュ・コードにPNシーケンスを適用することにより、再スクランブルおよび再拡 散されることもある。再変調および再スクランブル／拡散プロセスは、好ましく は、第３図に関連して説明される移動局２１６の受信機１０内の対応するプロセ スと実質的に同様のものである。 再変調された指標３５は、次に複数の時間オフセットにおいて、通信信号２１ ７と関連する被受信信号サンプルRS６８と相関される。被再送信第２信号２１７ および再符号化された当初の被送信第２信号２１５が高度な相関を有する時間オ フセットが、線１３１において相関器１００から出力される。 あるいは、相関器１００は複数の時間オフセットにおいて、リエンコーダ・ブ ロック９８から受信される特定のフレーム３４の特定の被符号化指標３５（第５ 図に図示）を、 被符号化指標３５に対応する特定の指標に対応する出力信号７２がFHT７０を出 る時点で被再送信第２信号２１７と比較する。被再送信第２信号２１７のフレー ムと、再符号化された当初の被送信第２信号２１５のフレームとが高度の相関を 有する時間オフセットが、相関器１００から線１３１に出力される。 時間的遅延D14すなわち移動局２１６と各基地局２１０，２１２，２１４との 間の距離は、ブロック１３０において、高度の相関が起こった時間オフセットを 中心時間源１４０と比較することにより決定することができる。 信号対雑音比（SNR）が低い場合に正確な遅延推定値を得るために、相関され る信号は、チャネル干渉時間よりはるかに長い時間的期間の間に広がりを持ち、 特殊な検索プロセスが２段階において実現される。再変調された指標３５が、通 信信号２１７と関連を持つ被受信信号サンプルRS６８と相関する場合は、被受信 信号サンプル６８および被再変調指標３５は、まず複数のセグメントにそれぞれ 分割される。このセグメントは、好ましくは同じ長さで、各セグメントがチャネ ル干渉時間よりも短い時間的期間に広がり、セグメントの各対に関して相関が実 行される。第２に、複素数である相関結果が強度平方され、合計されて最終検索 結果を形成する。この第２段階を非干渉合成と呼ぶ。 相関器１００が、リエンコーダ・ブロック９８からの特定の被符号化指標３５ を、被符号化指標３５に対応する特 定の指標に対応する出力信号７２がFHT７０を出る時点で被再送信第２信号と比 較する場合は、FHT７０を用いて特殊な検索プロセスが実行される。デスクラン ブラ／デスプレッダ・ブロック６６を出る被受信信号サンプル・グループは、複 数のセグメントに分割され、各々のセグメントはチャネル干渉時間より短い時間 的期間に広がりを持つ。被受信信号サンプルの各グループは、FHT７０によって 処理され、対応する再符号化された６ビットのグループに等しい指標を持つ複素 数出力Cが選択される。セグメント内では、これらの選択されたFHT出力が合計さ れ、合成複素FHT出力を形成する。合成複素FHT出力は強度平方され、他のセグメ ントからの強度平方され合成された複素FHT出力と加算されて最終検索結果を形 成する。 本発明の別の実施例により、移動局２１６は信号２１７を送信しない。たとえ ば、市販のコンピュータによる読み取りが可能なランダム・アクセス・メモリで あるメモリ１１０を、基地局２１０，２１２，２１４の受信機６０内の点に置い て、第２信号２１５を受信されたままの状態で捕捉する。第６図に示されるよう に、メモリ１１０はフロントエンド処理ブロック６４と、デスクランブラ／デス プレッダ・ブロック６６と、復調器７０とに応答するが、他の受信機要素にも応 答する。次にここで説明される検索プロセスが、基地局２１０，２１２，２１４ 内で捕捉される第２信号に関して実行され、移動局１２６と基地局との間 の時間的遅延すなわち距離を決定する。格納されるサンプル数がウォルシュ・チ ップ速度の２倍のとき、推定されるメモリ寸法はサンプル０．１秒につき０．５ Mバイトである。 第２信号２１５は、移動局２１６によって送信される任意の通常のトラフィッ ク信号でもよく、これに先立ち、基地局２１２からの第１信号２１３の送信は行 われない。この場合、基地局２１０，２１２，２１４は、好ましくは共通の所定 時刻に信号２１５を格納する。しかし、移動局２１６に、たとえば第１信号２１ ３を送付して、移動局２１６がブランクおよびバーストまたはディムおよびバー スト信号を送信するよう要求することにより、移動局２１６が全速度で送信する ことを命じて、信号２１５に全速度フレームが確実に含まれるようにすることが 望ましい。 移動局２１６と基地局２１２との間を進行する第２信号２１５または２１７の 結果起こる時間的遅延D14を決定する方法は、次のように要約することができる ：被格納出力信号７２の数が既知なので、FHT７０の出力に現れる遅延信号R(T) は（１）移動局２１６により第２信号として再送信されたか、あるいは（２）移 動局２１６により信号２１５として送信されメモリ１１０に捕捉されたかのいず れかである。R(T)１８に対応するS(T)１２の値は、リエンコーダ・ブロック９８ を出る被符号化フレーム３４の指標３５により与えられる。相関器１００は、被 受信信号と、変調され、さらに／あるいは再拡散され再スクランブルされ た信号とを相関するか、あるいは場合によっては、出力信号７２と一致する対応 の指標３５との間の差を決定し、R(T)１８のフレームとS(T)１２のフレームとの 間の相関が高い時間オフセットにおいて、線１３１に遅延推定器１３０に送る。 特定のフレームに関する正確な時間オフセットの計算は、たとえば数フレームな ど、ある時間間隔に亘り実行される。 次に遅延推定器ブロック１３０において、線１３１で選択された時間オフセッ トが、中心時間源１４０と比較される。これは、基地局２１２で使用可能なIS-9 5システム時刻の２０ミリ秒の整数倍数などで、これで移動局２１６から基地局 ２１０，２１２，２１４への第２信号の時間的遅延D14を推定する。 移動局２１６の位置を決定することが望ましい場合は、基地局コントローラ２ ５０または移動局コントローラ２６０などのコントローラが、基地局２１０，２ １２，２１４などの１つ以上の基地局に命令を発して、上記の要領で、移動局２ １６から基地局２１０，２１２，２１４に進行する信号２１５または２１７の時 間的遅延D１４を決定する。次に、各基地局で計算された時間的遅延D１４が基地 局識別情報と共に、基地局コントローラ２５０または移動交換センター２６０な どの中央位置に転送される。移動局２１６の位置は、各基地局の時間的遅延D１ ４と受信側基地局の二次元または三次元地理的座標とを考慮し、基地局と移動局 との間の信号伝播経路が交差する一意的点（または確率の最も高い小さな領域） を計算することにより決定することができる。たとえば、移動局２１６の地理的 座標を決定するために適した計算は、本明細書に参考文献として含まれるGhosh 他による米国特許第５，５０８，７０８号に示される。 拡散スペクトル通信システム内で移動局の位置を決定するための１つの好適な 方法を、第９図の流れ図に概説する。本方法はブロック４００で始まり、ブロッ ク４０２に続く。ここで第１基地局が第１信号を移動局に送信する。ブロック４ ０４において、第１基地局は、第１信号に応答して移動局から第２信号を受信す る。次に、ブロック４０６において、第１基地局は、第２信号を復調して被復調 信号を形成し、ブロック４０８において第１基地局が被復調信号を再符号化して 基準信号を形成する。第２基地局は、ブロック４１０で基準信号を受信する。第 １および第２基地局は、ブロック４１２で、被再送信第２信号を受信するが、こ の被再送信第２信号は移動局に宛てられた被再送信第１信号に応答して、移動局 から送付されるものである。ブロック４１４において、第１および第２基地局は 、第１時刻および第２時刻に被再送信第２信号を基準信号と比較する。第１基地 局の比較に基づき、ブロック４１６において、被再送信第２信号の第１遅延が決 定されるが、この第１遅延は移動局から第１基地局への被再送信第２信号の移動 時間 を表す。ブロック４１８において、第２基地局での比較に基づき、被再送信第２ 信号の第２遅延が決定されるが、この第２遅延は移動局から第２基地局への被再 送信第２信号の移動時間を表す。ブロック４２０において、移動局の位置が第１ および第２遅延に基づき決定される。 第１代替実施例においては、第２基地局が被復調信号を受信し、第１基地局と 第２基地局の両方が被復調信号を再変調して基準信号を形成する。第２代替実施 例においては、第１基地局と第２基地局の両方がメモリ１１０などのメモリ内に 第１信号を格納し、第１信号を復調して被復調信号を形成し、被復調信号を再変 調し、再変調された信号をメモリの内容と比較する。 本明細書に説明される拡散スペクトル通信システム内で移動局の位置を特定す るための方法および装置には多くの利点がある。たとえば、基地局受信機６０は 、移動局２１６により送信される正確な信号S(T)１２、たとえば信号２１５また は２１７を予め知る。これにより、検索器として動作する受信機６０は、たとえ ば、２フレーム以上の長い統合期間に亘るいくつかのオフセット時間において、 信号R(T)１８を被送信信号S(T)１２とを相関することにより、被受信信号R(T)に 関わる時間的遅延D１４を決定することができる。この方法により、最大１２dB までの信号対雑音比（SNR）利得が得られ、カバレージ・ホールを大幅に縮める 。 一方で、S(T)１２を予め知らずに統合時間を長くすると、時間的遅延D１４の 推定にはほとんど改善が見られず、カバレージ・ホールも減らないことになる。 これは、受信機６０が低いSNR条件下で遅延D１４を推定するために、周知のウィ ニング・ウォルシュ・シンボルを用いなければならないためである。 受信機６０は、特定の論理／機能回路構成および関係に関して本明細書には説 明されるが、受信機６０はプログラミング済みプロセッサまたは特定用途向け集 積回路（ASIC）など種々の方法で構築することができる。 本明細書では、IS-95逆方向リンク・チャネルが特に言及されるが、本発明は 汎ヨーロッパ・デジタル化移動体通信システム（GSM），ヨーロッパTDMAシステ ム，太平洋デジタル・セルラ（pDC），日本TDMAシステムおよび暫定規準５４（I S-54）米国TDMAシステムなどすべてのTDMAシステムにおける、順方向リンクIS-9 5チャネル，順方向および逆方向リンクTDMAチャネルなどを含む任意のデジタル ・チャネルに適用することができる。 セルラ準拠デジタル通信システムに適応する本発明の原理は、パーソナル通信 システム，衛星通信システムおよびデータ・ネットワークなどを含むその他の種 類の通信システムにも適応する。同様に、すべての種類のデジタル無線周波数チ ャネルに適応する本発明の原理は、無線周波数信号化チャネル，電子データ・バ ス，ワイヤライン・チャネ ル，光ファイバ・リンクおよび衛星リンクなど他の種類の通信チャネルにも適応 する。 さらに、本発明のその他の更なる形態および上記に説明される特定の実施例以 外の実施例が、添付の請求項およびその等価物の精神および範囲から逸脱せずに 考案されることは明白であり、従って、以下の請求項およびその等価物によって のみ本発明の範囲は決定されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．拡散スペクトル通信システムにおいて移動局の位置を特定する方法であっ て： 複数の被送信シンボルによって構成される第１信号を第１基地局から前記移動 局に送信する段階； 前記第１信号に応答して、第１群の被受信シンボルによって構成される第２信 号を、前記移動局から前記第１基地局により受信する段階； 前記第１基地局により前記第２信号を復調して、被復調信号を形成する段階； 前記第１基地局により、前記被復調信号の少なくとも一部分を再符号化して、 基準信号を形成する段階； 前記基準信号を第２基地局により受信する段階； 前記移動局からの第２群の被受信シンボルによって構成される被再送信第２信 号を、前記第１基地局および前記第２基地局により受信する段階であって、前記 被再送信第２信号が前記移動局に宛てられる複数の被再送信シンボルによって構 成される被再送信第１信号に応答する段階； 前記第１基地局により、第１時刻および第２時刻において、前記被再送信第２ 信号を前記基準信号と比較する段階； 前記第２基地局により、前記第１時刻および前記第２時刻において、前記被再 送信第２信号を前記基準信号と比較する段階； 前記第１基地局における前記比較に基づき、前記被再送信第２信号の第１遅延 を決定する段階であって、前記第１遅延が前記移動局から前記第１基地局への前 記被再送信第２信号の移動時間を表す段階； 前記第２基地局における前記比較に基づき、前記被再送信第２信号の第２遅延 を決定する段階であって、前記第２遅延が前記移動局から前記第２基地局への前 記被再送信第２信号の移動時間を表す段階；および 前記第１および第２遅延に基づき、前記移動局の位置を決定する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ２．前記移動局の位置を決定する前記段階が、前記第１および第２基地局に関 する所定の情報を利用する段階によってさらに構成されることを特徴とする請求 項１記載の方法。 ３．前記所定の情報が前記第１および第２基地局の三次元地理的座標および前 記第１および第２基地局の二次元地理的座標のいずれか一方によって構成される ことを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．前記第１信号および前記被再送信第１信号が、符号分割多重接続（CDMA） 通信システムのページング・チャネル上に送信されることを特徴とする請求項１ 記載の方法。 ５．前記第２信号および前記被再送信第２信号がCDMA通信システムのアクセス ・チャネル上に送信されることを 特徴とする請求項１記載の方法。 ６．前記第１および第２信号と、前記第１および第２被再送信信号とが、CDMA 通信システムのトラフィック・チャネル上に送信されることを特徴とする請求項 １記載の方法。 ７．中央コントローラにより、前記第１基地局に対して前記第１信号を送信す ることを命令する段階によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載 の方法。 ８．前記第２信号を復調する前記段階が、前記第１群の被受信シンボルのうち １つを前記第１基地局に関連する第１復調器に入力する段階であって、前記第１ 復調器が数個の出力を有し、数個の出力の各々が値を有する段階によってさらに 構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ９．各値が、前記第１群の被受信シンボルの１つが前記複数の被送信シンボル の１つに対応する確率を表すことを特徴とする請求項８記載の方法。 １０．前記第１復調器が高速アダマール変換（FHT）によって構成されること を特徴とする請求項８記載の方法。