JP2003529228A

JP2003529228A - 堅固で効率的な位置測定システム

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Publication number: JP2003529228A
Application number: JP2000593879A
Authority: JP
Inventors: ジョンイー．マロニー; ジェイムズオー．スティーブンソン
Original assignee: ケイエスアイインコーポレイテッド
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2003-09-30
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: US7340259B2; CN1149885C; EA200000775A1; WO1998032297A3; CA2317414C; JP4212017B2; WO1998032297A2; CN1286008A; EP1048179A2; AU6533498A; US20030129996A1; US20080161015A1; BR9814250A; ES2227815T3; BR9814250B1; ZA98330B; EP1048179B1; MXPA00006951A; TW449661B; AU757840B2

Abstract

(57)【要約】標本相関処理、および関連する標本信号データの削減および再構築技法は、対象信号の検出、およびセルラー化された通信信号ソースの位置の推定に使用できる、信号到着時間差および到来の方向角度などの受信信号パラメータの堅固な測定の取得に用いられる。通信送信機の位置探知のために、本発明において信号相関処理が新たに使用される。これは、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）通信で生じるような、複数の受信された伝送を含む周波数帯域においても、特定の信号に関するパラメータの正確で効率的な抽出を可能とする。本明細書に開示された相関処理は、音声会話を伝達するために変調された通信信号、または伝播効果により弱化された通信信号に対しても、所望の通信信号効果の効果的な検出、およびそれらの位置関連パラメータの複製測定を容易にする、拡張処理積分時間をさらに可能にする。事前に構築された信号標本を相関処理で使用することにより、相関分析を支援する信号標本のサイト間通信を削除できる。音声会話またはデータ通信の様々な構成要素の変調信号についての圧縮期日標本は、相関分析を支援するサイト間通信を十分削減するために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景および概要）標準的な移動無線周波数（ＲＦ）通信送受信機（「トランシーバ」）の位置を
、それらの通信を基に測定することは、緊急応答サービス（消防、救助、および
警察）が救援要請により迅速に対応できる可能性を提供する。公共の治安および
個人の安全は、すべて所在地および地理的位置に関する使用可能な情報を作成す
ることにより促進される。後述するような技術は、標準的な通信装置の変更を全
く必要とせずに、それら装置の位置のリアルタイムな測定を容易にする。

【０００２】一般の人々が最も広く使用する通信トランシーバは、セルラ通信システムの移
動ユニット（すなわち「電話」）である。この「電話」には「セルラ電話」およ
び「個人通信サービス」（ＰＣＳ）システムが含まれる。セルラ通信システムは
、一般に制御データメッセージを使用して移動ユニットの送信電力レベルを「管
理」し、制御するローカル「セル」内できちんと通信の受信を行い得るために必
要なレベルのみに送信レベルを制限する。この電力管理により複数の受信機サイ
トにおける通信伝送の受信が制限され、したがって送信機の位置の測定がより困
難になる。さらに、無線電話は通信に使用されるときに、制御または「アクセス
」チャネルではなく、もっぱら音声または「トラフィック」伝送チャネル用とな
る。したがって、何らかの種類のチャネル上で送信機の位置を探知するために、
何らかの機能が必要となる。

【０００３】本発明は、音声および制御通信信号のいずれか、またはこの両方からパラメー
タ測定値を抽出する堅固で効率的な手段を提供することにより、これらの問題に
対処する。これらの測定値は、次に無線通信トランシーバの位置測定に必要な位
置測定処理を支援するものとして使用される。位置データは、無線電話の呼出に
応答する人物、または機関が無線電話を迅速に探し出すために使用できる。この
ように、位置情報は無線緊急「９−１−１」呼び出しに対する素早い応答を支援
できる。非緊急援護または位置に関連する「イエローページ」情報などの他の要
求にも対処できる。動きデータは、この位置データから生成され、そのようなデ
ータは、車両管理のみならず、交通渋滞の監視に使用することができる。

【０００４】本発明は、標準的な無線移動通信送信機の位置測定に対する、各種のシステム
手法の性能およびコスト効率を向上させる。有用性を与え、このようなシステム
の必要性を満たすための各種の技術が開示されている。このような技術について
の先行技術として、米国特許第４，７２８，９５９号は、新しい特徴の中でも特
に、少なくとも２つの地上局から位相の差角測定により移動無線送信機局の方向
角度を測定するための手段を備えたシステムを開示する。これには、各アンテナ
要素内における等価信号の共役複素数積について位相を識別する加重積分を実行
する手段が含まれる。これは特に、分散されたセンササイトにおける整相列によ
る受信要素信号の共分散に基づいた、移動トランシーバからの信号の到来角度（
ＡＯＡ）の測定を可能にし、それによって標準的な移動通信送信機の位置を取得
して提供する。

【０００５】本発明は、ＡＯＡシステムの堅固さを強化し、厳しい同一チャネル干渉のドメ
インへのこのような基本的概念の適用性を拡張するために、整合レプリカ相関（
matched-replica correlations）を使用してＡＯＡシステムの最新技術を推進す
る。同一チャネル干渉は独特の問題であり、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）
通信として知られているデジタル通信システムのタイプに特有のものである。十
分な信号帯域（市販されているほとんどの「アナログ」トランシーバでは使用で
きないことが多い）が与えられた場合、その信号そのものを直接的にサンプリン
グした標本についての到着時間差（ＴＤＯＡ：time−difference−of−arrival
）相関を使用して、「ビーム形成」信号から測定値を抽出することにより、標準
的な移動送信機の位置を提供するためのシステムは存在する。送信は（適応性が
あると）、ある種のマルチパス信号伝播効果を緩和することができる。ただし、
このような相関処理を実際に実施するためには、サンプリングされた信号標本を
共通相関サイトにおいて収集しなければならない。このような信号収集には、サ
ンプリングされた信号の標本を構成する大量なデータの「バックホール」通信の
支援が必要である。

【０００６】本発明の目的は、ＡＯＡおよびＴＤＯＡベースの位置測定概念の有用性を、必
ずしもビーム形成の製品である必要のない、かつ出費を伴わない信号に適用でき
るように拡張することである。また本発明は、整合レプリカ処理の使用を通じて
相関処理の効率を高めることをも目的とする。この処理は、相関検出性を強化す
るための、相関器への歪みのない信号の標本を提供するものである。また本発明
は、受信信号および／または既知の格納されているレプリカから信号レプリカが
局所的に導出できるときに、標本信号データについての何らかのサイト間バック
ホール通信の必要性を除去することにより、統合システム処理の効率を改善する
ことをも目的とする。また本発明は、あらゆる形態の復調に対するＲＦ伝送内に
おける情報内容の復調フォームを抽出し、使用することによって、サイト間を転
送される標本信号データ量を十分に削減することをも目的とする。

【０００７】米国第５，３２７，１４４号特許では、信号到着時間（ＴＯＡ）の測定を目的
とするシステムと、相関処理として記述されるものを使用する関連する到着時間
差（ＴＤＯＡ）手法が開示されている。ただし、記述された技法は、サンプリン
グされた信号標本の大量のサイト間バックホール通信、またはそれほど大量では
ない変調レプリカを必要とする。このような通信は、持続時間の短い、「突発的
な」（制御）信号を利用して、セルラ化された通信の「アナログ制御チャネルを
使用するシステム」における標準的な移動送信機の位置を提供するために使用さ
れることは明らかである。米国では、移動トランシーバと通信システムインフラ
ストラクチャ間の「空中インターフェイス」のために、「アナログ」信号様式に
は強化型移動電話システム（ＡＭＰＳ：Advanced Mobile Phone System）仕
様を用いている。ＡＭＰＳ制御メッセージは突発的に発生し、約１０分の１秒間
持続する。

【０００８】本発明は、突発的なアナログ制御信号の必要性、および信号標本のバックホー
ル通信の必要性を排除することにより、いかなる測定値についての相関的な導出
の有用性を向上させる。本発明はさらに、整合レプリカ処理の適用性を拡張する
ことにより、ＣＤＭＡシステムにおける音声信号などのデジタル様式の伝送のみ
ならず、（単に誘発されるまたは中継されるというよりはむしろ）「連続的」な
、または適宜行われる伝送についての信号処理を可能にする。さらに本発明は、
整合レプリカ相関処理をも拡張して、ＴＯＡまたはＴＤＯＡ同様、すべての通信
信号様式に対する堅固で効率的なＡＯＡの測定を提供する。

【０００９】本発明は、セルラ通信システムにおける標準的な移動通信無線送信機の位置感
知パラメータ、および位置および／または軌跡を効果的に測定するシステムを提
供する。このシステムは、レプリカ相関処理、関連する標本信号データの削減お
よび再構築技法を使用して、対象信号を検出し、セルラ化された通信信号源の位
置推定のために、信号の到着時間差（ＴＤＯＡ）および到来角度（ＡＯＡ）など
の、位置に関連する受信信号パラメータの堅固な測定を取得する。本発明におい
て通信送信機の位置測定を支援するために信号相関処理を新しく使用することに
より、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）通信などで発生する複数の受信された
伝送を含む周波数帯域内においても、特定の信号に対するパラメータの正確で効
率的な抽出が可能となる。

【００１０】本発明における相関処理の使用は、音声会話、または伝播効果により弱化され
た信号を伝達するために変調された通信信号に対しても、所望の通信信号効果の
効果的な検出を促進するための処理積分時間の拡大、およびそれらの位置に関連
するパラメータの測定の強化をさらに可能とする。デジタル情報を表わすのに十
分な、強力に変調した信号などにより、受信された伝送自体から導出可能である
とき、または受信された伝送における通信制御または他の既知データ内容など、
その他のものが使用可能なとき、本発明における相関処理での再構築された信号
レプリカの使用により、相関分析を支援する信号標本のサイト間通信を排除でき
る。本発明において音声会話用またはデータ通信の様々な構成要素のために変調
された信号についてのデータ標本の使用の削減は、相関分析を支援するサイト間
通信を十分に削減する。したがって、本発明は、堅固さ、適用性、および効率を
十分に強化し、実施にかかるコストや、セルラ化された、または地理的に小区分
化された通信システムで使用される無線通信送信機の位置測定と追跡を支援する
ための信号パラメータの検出と測定のための相関技法についてのコストを十分に
削減する。

【００１１】本発明に関する上記の目的、特性および長所のすべておよび他の点について、
添付の図面および実施形態例を用いて以下に説明する。

【００１２】（詳細な説明）ＲＦ信号の送信機の位置は、既知の位置にある複数の受信サイトにおける信号
の到着時刻または到来角度の相違などの、パラメータの測定値の地理的解釈から
測定される。図１は、ＲＦ送信機１０１が信号１０２を送信し、この信号が送信
機の動作領域全体に分布するセンササイトまたはセンサ局１０４のネットワーク
により提供されるアンテナ１０３で受信されることを示す。図示するように、位
置測定される送信機は、セルラ、または個人通信サービスシステムで使用される
電話などのような、移動、無線、通信ユニットでよい。センサ局は、「バックホ
ール通信」リンク１０５を介して少なくとも１つの中央サイトもしくは制御局１
０６に接続されている。そこでは、センササイトから収集された時間差または角
度データが分析され、対象送信機の推定された位置、動き、および関連する不確
実なことがらが提供される。無線通信システムでは、リンク１０５は、通信ユニ
ット間で伝送される一次ＲＦ通信１０２の支援に必要な、分布された局間の背後
にあって支援する情報通信のための機構を提供するので、「バックホール」と呼
ばれる。

【００１３】１．時間関連測定時間関連測定に関して、位置測定機能は、一般に１組のサイト（たとえば１番
と２番）が共通に受信した信号間の到着時間差（ＴＤＯＡ）値の、信号受信機の
位置と信号送信機の位置との間の範囲または距離に対する関係に見ることができ
る。信号伝播速度がほぼ光速ｃであると仮定するた場合、サイト１と２の間での
ＴＤＯＡｔ₁₂は下記の式で表わされる。

【００１４】

【数２】

【００１５】ここでｒ₁およびｒ₂は、送信機の位置からそれぞれサイト１および２の受信ア
ンテナまでの距離である。単純で平坦な２次元標本においては、ＴＤＯＡにｃを
乗じて得られる距離差は、送信機の位置に沿って配置される双曲線を定義する。
すなわち、１つのＴＤＯＡ測定は、送信機の予想位置についての双曲線軌跡を指
定する。図２は、図２の上部と下部にそれぞれＳＳ１およびＳＳ２とラベル表示
された位置にある２つのセンササイト２０１および２０２により得られたＴＤＯ
Ａ測定値に含まれる地理的関係を示す。２０３から２０７の太線で示された双曲
線は、様々なＴＤＯＡ値に関連付けられる送信機の予想位置の軌跡であり、各線
が別個なものである。双曲線は、２つのセンササイト間を結ぶ太い点線で示され
たサイト間基線２０８に対して両側が対称である。単純な例として、１つのゼロ
というＴＤＯＡ値は、２つの各センササイトに対する送信機の距離に差がないこ
とを示し、送信機の予想位置に関連付けられた軌跡は直線となり、センサ間基線
の垂直二等分線の直線となる。双曲線２０５はほぼこの二等分線に近い。もちろ
ん、図２に示すように、２つのサイトだけを含むＴＤＯＡのみが使用可能である
ときでは、送信機の位置は地球の周りに伸びる双曲線上にあるという以上に明確
には測定できない。図３に示すように、同一線上にない第３のサイト３０３での
信号の受信を用いることで、第１の双曲線、２０６と交差する別の双曲線３０１
を定義する別のＴＤＯＡ測定、例えばセンササイト１と３の間での別のＴＤＯＡ
測定が得られる。２つの別個の双曲線の交点の位置３０２は、２つの関連するＴ
ＤＯＡ測定値から計算される。いずれの測定値を用いても、ＴＤＯＡの測定値は
信号伝播および測定機器の特質から生じる特有の不正確さ、もしくは不確実性を
伴って取得される。これらの不確実性は、図３において細い点線３０４により示
され、これらの不確実性から、送信機の位置測定の正確さを示す双曲線の交点に
ついて太い楕円３０５の示す不確実領域が計算される。

【００１６】２．方向関連測定方向関連測定に関して、位置測定機能は、一般に１組のサイト（たとえば１番
と２番）で共通に受信された信号に対する到来角度（ＡＯＡ）値の、信号送信機
の位置と信号受信機の位置との関係に見ることができる。図４に示すように、各
角度測定は、それに沿って送信機の予想位置が存在するであろう方位線（ＬＯＢ
：a line of bearing）４０１および４０２を個々に指定する。予想位置４０
３は、２つ以上のこのようなＬＯＢの交点から測定でき、また角度および関連す
るＬＯＢにおける不確実性４０４は、位置推定のための不確実領域を表わす楕円
４０５の計算に使用される。他の情報がないとき、位置推定を得るためには、２
つのアンテナサイトからの角度と関連するこのようなＬＯＢが２つ（だけ）必要
となる。このような方向検出技法をセルラ化された通信トランシーバの位置測定
に適用する手順については、たとえばMaloney他による、方向検出位置測定シス
テム（ＤＦＬＳ：Direction Finding Localization System）についての米国
第４，７２８，９５９号特許（「′９５９」）に記述されている。

【００１７】３．相関処理セルラ電話などの信号源については、既知の位置における信号到着時間の差に
ついての測定値、または信号到来方向についての測定値から測定されるその信号
源の位置の精度は、適用されたＴＤＯＡおよびＡＯＡ測定プロセスの精度に直接
関連する。受信信号の処理において達成可能なＴＤＯＡ測定の最高の精度は、Cr
amer−Rao限界というものであり、信号の「相互相関」（後述する）のプロセス
は本来、通常の信号および雑音条件の下での最適な検出性によりCramer−Rao限
界を達成することがよく知られている（例えば、WeissおよびWeinsteinによる「
Fundamental Limitations in Passive Time Delay Estimation−Part I
：Narrow−Band Systems」、ＩＥＥＥＡＳＳＰ，３１、ｐｐ．４７２−４８
６、１９８３年、および参考文献）。したがって、ＴＤＯＡ推定に適用される標
準信号処理手法は、信号相関プロセスである。また、通常の付加雑音および他の
信号からの干渉の中に埋め込まれている所望の信号の存在をも検出する能力は、
相関処理を用いて、所望の信号に「コヒーレントする」または「相関する」（す
なわち類似する）信号構成要素を強調し、所望されない、または対象ではない構
成要素を「積分から除外する」または「平均から除外する」ことにより最適化さ
れることもさらによく知られている（たとえば、H．L．Van Treesの「Detectio
n、Estimation、and Modulation Theory、Part Ｉ」New York：Wiley，１９
６８年、および参考文献）。相関処理を用いた信号検出装置は、「相関受信機」
と呼ばれている。したがって、相関処理は、同一チャネル干渉が存在する中での
、または複数の受信局においての検出の達成にも、および位置測定分析を支援す
る測定値を抽出するためにも使用され得る。

【００１８】信号相関処理は、信号間時間遅延もしくは「ラグ（ｌａｇ）」ｔの相関関数に
ついての等式により簡単に表わされる。

【００１９】

【数３】

【００２０】ここで×１()および×２()は、信号間に時間差があることが望まれる、サンプ
リングされた信号の集合を表わすゼロ平均分析信号波形であり、積分は２つの信
号波形の積の「総和」であり、積分和は、ｔ₀を中心とし、区間Ｔに渡る時刻（
瞬時）を表わす集合Ｓ（ｔ₀,Ｔ）について計算される。すなわち、数学的集合記
数法ではＳ（ｔ₀,Ｔ）＝｛ｓ|ｔ₀-Ｔ/２<ｓ<ｔ₀+Ｔ/２｝であり、ｄｓは、積分
変数の時間微分であり、また「Ｎｏｒｍ」は、これは一般に相関係数（すなわち
、任意の特定のラグｔについての関数値）の大きさが１より大きくならないよう
に選択される正規化因子である。すなわち、|Ｒ₁₂()|は、１より小さいか１に等
しい。この正規化因子がない場合、この相関は２つの信号間の「共分散」につい
ての一時的な平均推定値である。この相関関数の有効性および属性は、上記参照
文献に記述されているのでよく知られており、本発明の対象ではない。

【００２１】明らかに形態は複雑であるが、上記の相関関数についての数式は、以下の考察
から分かるように、信号検出および信号間の時間差分析に対する所望の属性を提
供する。信号波形は多様な特性を持ち得るが、一般に完全に順序付けられたもの
と完全に無作為なものの両極端の間にあるものとして特徴付けられる。いずれの
場合も、任意の非ゼロ定数平均または「ＤＣバイアス」値はこの信号から減じる
、もしくは「ブロック化」することができるので、信号はゼロ平均であると想定
される。したがって、信号はその値の約半分が正の値で半分が負の値である「双
極」と考えられる。潜在的な通信の非変調「キャリア」など、「順序付けられた
」信号は正弦状であると言え、一方、熱雑音様信号などの「無作為」信号は完全
に予測不能である。いずれのタイプの信号についても、２つのこのような信号の
任意の時間列の積は、一般にやはり双極であり、このような積の積分は正数値を
負数値で平均するので、結果は小さな累積和となる（すなわち、相関係数の大き
さがゼロに近づく）。これは、たとえば、関連する２つの信号が完全に無作為で
あり類似していないとき、または信号が正弦状であるが周波数が大きく異なると
きなど、上述の相関において発生することは明らかである。これは、相関計算に
必要とされる２つの信号が同じ無作為信号または正弦状信号のコピーであるが、
適切な時間列になっていない場合でも発生する。一方、相関する２つの信号が、
実際上同じ信号であるものの両者の間に時間オフセットがある場合、信号コピー
１の値が正または負のときは常に対応するコピー２の値も同様に正または負にな
るように信号コピー１と信号コピー２が配列されるような特定の時間遅延値ｔ₂₁ についての相関関数が求められる。この特定の時間遅延値に対しては、積分によ
り累積された非ゼロ信号積はすべて正になり（すなわち積は「単極」）、また相
関係数の大きさは対応して大きくなる（すなわち１に近い）。各（アナログ）受
信機は、送信された信号の完全なコピーではない信号を生成するので（受信され
た干渉および信号伝播のひずみだけでなく、受信機自身の雑音にもよる）、別個
のサイトにおいて受信された信号の相関は完全ではなくなる（すなわち、大きさ
が完全に１とならない）。それにもかかわらず、所望の信号についての存在の検
出は、相関関数の強度または大きさにより示され、２信号間のＴＤＯＡの基本的
な測定は、信号の相互相関関数の大きさを最大とするような信号間時間遅延値と
なる。

【００２２】４．相関および検出可能性（積分時間）雑音と干渉が存在する中で所望の信号を検出する相関受信機の能力は、相関積
分時間（ＣＩＴ）区間により制限され、干渉および雑音効果をさらに「平均から
除外」する、より長い「コヒーレント」ＣＩＴにより、強化された検出可能性が
得られる。たとえば位置測定を支援するための、マルチサイト受信の検出につい
て、ＣＩＴの持続時間は、要求されるあらゆる信号の持続時間を含むために拡張
でき、非コヒーレントな雑音または干渉を確実に相関解除する。マルチサイト受
信のためのＣＩＴのこの拡張は、たとえば、特定の通信プロトコルメッセージ内
容などについて、リモートサイトから受信された、またはローカルに導出された
、または各サイトで事前に知られている整合レプリカを相関で使用することによ
って取得できる。通信受信については、相関区間で効果的に積分できるデータの
持続時間、すなわち最大限に有用なＣＩＴは、送信に先だってあらかじめ相関受
信機に知られている通信メッセージの最大区間に制限される。音声送信で発生す
る無作為メッセージパターンについては、通信受信についてのこのＣＩＴ最大値
は、１つのメッセージユニット、たとえばビットまたはビットタプレットの送信
に使用される信号の持続時間である。

【００２３】５．例：ＣＤＭＡ受信に固有の「整合レプリカ」相関符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）のＲＦ通信信号を受信するために使用され
る相関受信機において相関関数の検出能力の一例が認められる。信号が類似して
いる場合は相関係数が大きくなり、信号が類似していない場合はその逆となる。
相関関数は、信号間の時間遅延のみならず、信号間の類似性の度合いを検出し、
測定する手段を提供する。ＣＤＭＡおよび類似の「スペクトル拡散」通信におい
ては、受信機にとって「既知の」高帯域またはスペクトル拡散信号の使用を介し
て送信すべき各ディジタルメッセージを「コード化」してメッセージビットスト
リームにおける各ビット（ビット対またはビット組）を表わす。たとえば、メッ
セージを個々のビット毎にコード化する場合は、既知の信号が各々「１」を表わ
巣ために用いられ、他の既知信号（たとえば逆または相補相関信号）が各々「０
」を表す。所望のビットシーケンスのために典型的な波形を連続的に繋ぎ合わせ
ることにより送信用の複合信号を形成し、この信号を送信する。米国におけるＣ
ＤＭＡシステムのための通信工業連盟および電子工業連盟暫定標準ＴＩＡ/ＥＩ
Ａ/ＩＳ-９５規格に従い、ビット対（「００」、「０１」、「１０」および「１
１」）を表すための四元横軸位相編移変調（ＱＰＳＫ）を用いて、コード化した
ビットシーケンスをＲＦ送信用に変換する。相関受信機は、それ自体の信号「コ
ード」の「整合レプリカ」、例えば特に「１」および「０」またはビット対の整
合レプリカを受信した信号と関連づけることが可能であり、したがって受信信号
とシステムに固有の整合レプリカとの強い相関性に対応するビットストリームを
生成することにより、（変調などによって）目的のメッセージを復元することが
できる。それぞれ特定のメッセージビットストリームを送信するために、各送信
機はシステム内の他の送信機が使用する「コード」または信号との相関性があま
り強くないコードまたは信号を使用する。目的のビットを受信するために、各受
信機は使用されるあらゆるレプリカと相関をとることができ、したがって周波数
帯域が同じであるマルチプル送信機のどれからも信号を受信することができる。
送信機に使用されるレプリカ信号をはじめとして、受信信号は、送信機の位置で
ＲＦに変換されることによってゆがめられ、雑音や干渉と結合し、受信サイトで
の受信時にゆがめられる。受信機の整合レプリカそのものは、相関処理における
使用に関して、目的とする送信信号のおおよそ正しい形を提供する。

【００２４】６．相関および測定値の抽出上述した相関処理は、高度な信号検出を確立するために用いるとしたが、相関
処理は、ＡＯＡ、信号強度およびドップラー比率のような、ＴＤＯＡ以外の信号
パラメータのしっかりとした測定値を抽出するように適合することも可能である
。例えば、好ましい実施形態として、（第′９５９号特許に記載されているよう
に、位相同期発信器を使用してここから信号要素を受信する）２つ以上のエレメ
ントからなる「位相アンテナ」として構成された受信アンテナを使用し、小さな
（変動しうる）遅延オフセットｔ_max(ｓ)におけるレプリカ信号ｘ₀(ｔ)との相関
によって単一ステーションにおけるアンテナのエレメント１および２からの信号
、ｘ₁(ｔ)およびｘ₂(ｔ)を受信して、それぞれ、係数数列Ｒ₀₁(ｔ_max(ｓ)|ｓ、Ｔ
)およびＲ₀₂(ｔ_max(ｓ)|ｓ、Ｔ)を得ることができる。遅延ｔ_max(ｓ)は相関性を
評価するために使用されるＣＩＴ，Ｔと比べると「小さく」、相関性が効果的に
検出される局部的な極限相関に関連する遅延オフセットである。雑音、ゆがみお
よび（多重経路伝播のような）信号伝播効果により、ある相関から次の相関へと
その極限値ｔ_max(ｓ)は変動しうる。したがって、第′９５９号特許に記載され
ているような関係を介して、様々なエレメント相関係数間の位相差から信号到来
角を導くことができる。すなわち、２つのエレメントを用いた分析に関する第′
９５９号の記載に示されているのと同じ方法によって、相関係数の共役値の時間
間隔Ｓに対する複素平均の「偏角（argument）」から、エレメント間基線の２等
分線の角度に対して相対的にＡＯＡを導くことができる。

【００２５】

【数４】

【００２６】ここで、ｋは信号の波数（ｐｉの２倍を波長で割った値）であり、ｂは（基線
）エレメント間の距離であり、そしてこの式の「arg」関数は相関係数自体の（
例えばゼロラグ（zero-lag））相関の位相を抽出するものである。相関結果は他
にも、相関処理から導かれる高度な検出性と精度を利用して、位相アンテナから
の複数の素信号から導きだされる複数の相関係数間における対ごとの共分散を適
宜に利用する式のような、択一的であるが相関的かつ等価的な式を用いてＡＯＡ
測定値を等しく導出するために用いることができる。したがって、例えばＡＯＡ
測定値について上述したのと同様の方法で、位相アンテナを用いたビーム形成に
相関結果を適用し、位置探知および通信の両方に向けたビーム形成を通じて生じ
る空間分離（「空間分割多元アクセス」−ＳＤＭＡ）のあらゆる利点を獲得する
ことができる。同様に、位置測定をさらに支援するために、相関結果を使用して
、相関係数に直接関わる信号強度、または時間差の変化率に直接関わるドップラ
ー比率の測定値のような他の信号パラメータの測定値を導くことができる。

【００２７】７．自立的処理と協調的処理（「バックホール」）相関処理を適用して個別サイトにおける信号の合同または共同受信を検出した
り、かつ／または個別サイトで受信された２つの別個の信号でＴＤＯＡまたはＯ
Ａを測定するためには、両方の信号がコリレータにとって共通に利用可能なもの
であるか、または「既知」の信号波形が個別のコリレータにとって共通に利用可
能なものでなければならない。各々のサイトにおいて信号の到来方向を測定する
には、上述の方法または第′９５９号特許に記載する方法と類似した方法で、そ
の方向性受信アンテナの複数の「位相」エレメントからの信号の相関受信の結果
を用いて「位相ベースの」ＡＯＡ測定値を導く。２つのサイトで受信された信号
間のＴＤＯＡを測定するには、いずれの信号をも共通のコリレータに使用するか
、または各々がそこから減算によって差を求めることができる到着時間（ＴＯＡ
）を測定する個別コリレータに「既知」の信号波形を使用する。図５は、上述し
、かつ後に詳細に説明するように、局部的に誘導または格納された「既知」のレ
プリカを相関処理に使用してＡＯＡまたはＴＯＡ測定値を求める自律的なセンサ
部位の動作に適用される機能的成分構成およびデータフローを示したものである
。提示した実施形態においては、アンテナエレメントはＲＦ信号に応答し、「調
整」され、受信され、そしてアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に導かれて逐次
的な「時系列」サンプルに「デジタル化」される変動電圧のアナログ信号を生成
する。相関測定値は、受信信号サンプルと、サンプリングされ、変調された送信
信号の整合レプリカとのデジタル相関によって導かれる。以下にさらに検討する
ように、制御／アクセスチャネル標本信号の先験的に知られた部分との相関に既
知のメッセージまたはビット連糸レプリカを使用する場合、あるいは音声／転送
チャネル標本信号との相関に、通信同期、コマンド認識および／または接触管理
に関わるような付加ビットシーケンスを使用する場合に、この動作を適用するこ
とができる。さらには標本音声チャネル（すなわちＴＯＡを求めるためのあらゆ
るデジタルエアインターフェース形式、およびＡＯＡを求めるためのＣＤＭＡ信
号）との相関にビット対レプリカを使用する場合にも、この動作を適用すること
ができる。信頼できる復調を確保することができ、タイムタグ（time-tag）精度
を高めるための拡張ＣＩＴが保証される場合は、協調的サイト処理について以下
に論ずる復調フローと同様に、受信信号の復調から変調レプリカを局部的に誘導
することができる。この自律的動作についてのいずれのアプローチにおいても、
相関分析の支援のためにレプリカ情報を提供するための「バックホール」通信を
必要としない。

【００２８】もちろん、受信に先立って波形を知ることができず、受信信号から波形を導く
ことのできない信号を処理する場合には、合同相関が必要とされる。強受信から
の復調により得られるレプリカ情報との相関関係は、協調的に検出を確立するた
めに用いることができ、さもなくば役に立たない弱信号から位置測定値を導くこ
ために用いることも可能である。標準的な分散型「セルラ化」通信システムでは
、信号は通信サービスが提供される地理的領域に分散した個別的な場所にあるセ
ル式ステーションで受信され、そのセルステーションは通信基幹を介して分散型
通信サービスを支援する中央施設にリンクされる。同様に、図６は、２つの個別
サイトで受信された潜在的に共通の信号についての共同相関分析を支援するため
の協調的なセンササイトの動作に適用される機能的成分構成およびデータフロー
を示したものである。この相関に対する協調的動作においては、ある信号を表す
(デジタル)表示、すなわち信号雑音比（ＳＮＲ）に著しい差がある場合はそれが
大きい方の信号の表示は、他の信号を受信するサイトに伝えられる。共同相関の
ための共通サイトに対する信号表示についてのこうした「バックホール」通信と
いう支援タイプは、それによる位置測定のためのＴＤＯＡ測定値を導く典型的な
位置測定システムの高価な要素からなる。本発明は、レプリカデータの記憶およ
び縮小を利用してバックホール通信の負荷を取り除いたり、または最小限に抑え
ようとするものである。

【００２９】信号の最も直接的な（デジタル）表示は、（標本）信号そのものの直接的なコ
ピーである。信号処理の基本的ナイキスト理論にしたがえば、信号の情報内容を
正確に表すためには、情報内容の帯域幅の少なくとも２倍に等しい速度で信号を
標本抽出すべきである。電子工業連盟／通信工業連盟規格ＥＩＡ／ＴＩＡ−５５
３に指定され、米国では標準「アナログ」セルラシステムとして使用されている
拡張移動電話システム（ＡＭＰＳ）の場合は、信号チャネルは３０ｋＨｚごとに
分割されるため、１秒当たり約６００００のサンプルによって表されることにな
る。信号表示の各サンプルについて約５０ｄＢのダイナミックレンジが望まれる
場合は、各サンプルは８「ビット（「ｂ」）の情報となり、その信号表示は１秒
間の信号持続時間につき４８万ビット（４８０ｋｂ）の情報から構成されること
になる。信号相関を支援するためにかかる量のデータを通信するのは負担であり
、本発明の目的はこのようなバックホール通信の負荷を可能な限り緩和または除
去することである。

【００３０】８．「整合レプリカ」本発明は、一つのサイトまたは複数のサイトにおける通信信号の検出性を向上
させるとともに、信号の到来を検出したり、通信送信機の位置を測定するための
測定値を導くために使用される相関処理を支援するための余分なバックホール通
信の必要性を最小限に抑えたり、または取り除く方法および手段を提供する。と
りわけ、本発明は、共通信号位置測定パラメータの最適な検出および測定を支援
するために、効果的かつ効率的な整合レプリカを使用するものである。整合レプ
リカのアプローチを応用するにおいては、潜在的な受信信号は、送信波形が推断
できるときは、潜在的な受信信号は各受信サイトにおいて「既知」であるか、も
しくは導き出されるか、または各受信サイトに供給されるかし、あるいは局部的
に「未知」の信号波形が遠方で受信および解釈されるときは、共通の相関サイト
に送信される。遠方で受信される信号については、本発明では、送信された波形
の「忠実度の高い画像」の局間転送を必要としない表現を用いた相関処理を効率
的に支援するために、「圧縮データ」型の通信波形（例えば復調信号など）を使
用する。相関を用いることによって、「通信」の個々の単位数またはビット数を
検出する間隔を大きく上回る持続時間に対する相関統合間隔の拡大が可能になる
。信号レプリカの圧縮データ表示を利用して相関を支援することによって、完全
な信号のコピーを共通サイトに送信して相関処理を行う必要性がなくなる。

【００３１】より具体的には、米国で採用されているＡＭＰＳネットワークにおいては、３
０ｋＨｚの間隔をおき約８３５ＭＨｚを中心として個別周波数チャネル上での移
動ユニット通信が行われている。２つのタイプの通信は、「制御チャネル（ＣＣ
）」上と「音声チャネル（ＶＣ）」上とで通信が行われている。モバイルユニッ
トのユーザが呼び出そうとする電話番号を移動ユニットに入力して呼出を開始す
ると、埋込まれたモバイルユニットデータプロセッサが、持続時間が約１００ミ
リ秒（ｍｓｅｃ）で、１秒当たり１００００ビット（ｂｐｓ）、すなわち１０ｋ
ｂｐｓの速度で周波数編移キー（ＦＳＫ）変調により送信されるデータビットか
ら構成されるＣＣメッセージを送信機に送信する。同様に、モバイルユニットが
他の発呼者に呼び出されたら、通信システムはＣＣメッセージでモバイルユニッ
トを「ページング」し、モバイルユニットは、同じく持続時間が１００ｍｓｅｃ
で情報速度が１０ｋｂｐｓのＣＣＦＳＫメッセージで応答する。いずれの場合
も、モバイルユニットによって撒き散らされたＣＣメッセージを受信すると同時
に、通信システムは、対話を行うためのＶＣを選択し、選択されたＶＣに割り当
てるメッセージをモバイルユニットに送り返す。後に続く対話は、最初の、そし
て続いて割り当てられたＶＣについていく。もちろん、音声信号は受信に先立っ
て未知であり、周波数変調（ＦＭ）が行われるときにそれによって伝達される。
音声信号は、送信前に圧伸されて濾過される。それにより、人間の音声の周波数
内容の範囲によって既に本質的に制限されている信号の帯域幅がさらに縮小され
る。したがって、一般的に、モバイルユニットからの最初のＣＣメッセージは、
ＶＣのそれよりはるかに大きい帯域幅の信号によって特徴づけられる。ＴＤＯＡ
測定値を推定しうる精度は信号帯域幅、および時間帯域幅の平方根に反比例する
ことはよく知られているため（例えば、ＷｅｉｓｓおよびＷｅｉｎｓｔｅｉｎ、
ｏｐ．ｃｉｔ．）、ＴＤＯＡ測定技術を介して十分な位置測定をするための主た
る機会を提供するのはＡＭＰＳ通信規格下で動作するモバイルユニットのＣＣメ
ッセージである。一応、ＡＭＰＳと同じように、典型的な専用移動ラジオ（ＳＭ
Ｒ）によって提供される音声通信も２５ｋＨＺチャンネルでＦＭ変調されるため
、ＴＤＯＡを測定するためのそれらの効果も同じように制限される。それにもか
かわらず、ＶＳ信号がＴＤＯＡの測定を支援する限りにおいては、相関処理のた
めのレプリカは標本信号のセグメント、またはそれ自体がＦＭ送信の帯域幅に比
べて縮小された帯域幅によって特徴づけられるＦＭ復調音声信号の標本セグメン
トによって表すことができる。実際、標本音声信号表示のデータ内容でさえも、
線形予測符号化（ＬＰＣ）および動的レンジ合成を介してさらに圧縮することが
でき、しかもＦＭ波形を正確に復元するのに十分な忠実性が保たれる。

【００３２】通信制御メッセージのようなデジタルデータメッセージについては、送信波形
についての圧縮データ表示の最も単純な例は、通信され、抽出され復調されたデ
ータメッセージそのものである。前述したように、そのようなメッセージは約１
０ｋｂｐｓの比較的小さな平均ビット速度によって表示されるのに対して、送信
波形はそれよりさらに大きなビット速度を必要とする。レプリカ波形は、対象と
する特定の通信システムに適したメッセージ波形変換の使用を通じてメッセージ
内容から構成される。これらの変換には、上述し、以下でさらに論じるように、
ＥＩＡ／ＴＩＡおよび他の仕様書に記載されているＦＳＫ、ＱＰＳＫおよびＤＱ
ＰＳＫなどの形式のような様々な形式のものがある。

【００３３】本発明は、共通コリレータサイトに対する信号表示の伝達を一切必要とせずに
呼出開始ＣＣ送信の信号到着時間（ＴＯＡ）および信号到来角（ＡＯＡ）につい
ての相関検出を可能にすることによって、例えば公共安全応答地点（ＰＳＡＰ）
への緊急９１１呼出をするような無線通信送信機の位置を効率的に提供すること
が可能である。必要な検出結果は、リアルタイムで検出されたか、または前もっ
て把握さていれる受信ＣＣメッセージ内容から復元されるＣＣ信号の整合レプリ
カを使用することによって、それぞれの受信サイトにおいて各々導くことができ
る。あらゆる制御メッセージに対するＡＭＰＳ形式規格［ＥＩＡ／ＴＩＡ−５５
３］に従えば、送信されたＣＣ信号は、「同期」ビットパターンから始まり、次
いで通信の信頼性のために５回繰り返される特定シーケンスでの情報についての
指定ビット数が続き、最後にエラー検出および補正パターンで終了する。したが
って、各々のメッセージは、個々の発呼しているおよび発呼された電話番号、な
らびに識別一連番号から独自に構成されているものの、メッセージ内容を首尾よ
く受信し、復調することによって、相関分析を介して、効果的な検出およびパラ
メータ決定のためにそこからＦＳＫレプリカが復元できるようなデータストリー
ムが各サイトに供給される。実際、送信レプリカを定め、コリレータを介してそ
の検出およびパラメータ測定値を最適な堅牢さと正確さで決定することを可能と
するのは復調制御メッセージの抽出表示である。ＣＣメッセージの持続時間が短
く、メッセージ全体を受信して復号することができるため、レプリカのすべてま
たは任意の部分を復元して相関に使用し、メッセージの内容において選択された
特定の時点（例えば、同期パターンの終了またはエラー検出の開始、あるいはデ
ータ内容の三度目の繰り返しにおける第１のビットの開始）の時間を正確に識別
することが可能である。上述のように、パラメータ測定の精度は、相関処理にお
ける信号持続時間を長くすることによって改善される。位置関連パラメータ、例
えばＴＯＡおよび／またはＡＯＡを首尾よく決定できたら、それらの測定サイト
および測定時間に加えて、測定パラメータ値および不確実性を示す非常に小さな
情報内容を共通サイトに伝達するだけで、ＴＯＡの差、すなわちＴＤＯＡを計算
したり、かつ／または位置関連パラメータデータを使用して関連する送信機の位
置を推定することができる。

【００３４】ＡＭＰＳシステムのアナログＦＭ技術ではなく、通信の音声内容を「デジタル
化」し、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）、および北米（ＮＡ）ＴＤＭＡまた
は移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）ＴＤＭＡ形式の時間分割多重接続（
ＴＤＭＡ）のいずれかによる時間分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）のような技術を
介して通信を行う通信システムが次々に登場している。同様に、セルラデジタル
パケットデータ（ＣＤＰＤ）システムに使用されるような無線データ通信装置は
、それぞれのレプリカ信号形式を定めるエアインターフェース規格に従ってデジ
タル化された情報を送信する。このような「デジタル」システムにより、デジタ
ル化された音声またはデータ情報内容を使用して、ＴＤＯＡ、ＡＯＡまたは他の
位置測定パラメータについての所望の推定値を決定するための相関に必要とされ
る信号波形を十分に表すことができる。上述のように、デジタル化された情報内
容は情報速度が約１０ｋｂｐｓ（１秒当たり１００００ビット）以下であるのに
対して、ＲＦ信号波形の直接表示は、１秒当たり数十万ビット（または１ＭＨｚ
、すなわち１００万ヘルツを超えるコード化帯域幅を有するＣＤＭＡ信号の場合
はさらに１秒当たり数百万ビット）である。したがって、個別サイトで受信され
る音声通信の一セグメント内の圧縮された「デジタル」情報内容だけを共通サイ
トに送信すれば、その情報内容を使用して同等の送信信号波形を復元し、必要な
相関処理に応用することが可能である。

【００３５】９．特定整合レプリカの構成／復元相関分析を支援するために、各通信システムの情報ビットストリームにおいて
０および１を表示するための特定のシステムを定める適切な信号規格に従って信
号復元処理が実施される。この信号複写処理については図７に要約されており、
以下においてより詳細に論じられている。

【００３６】上述したように、ＡＭＰＳＣＣのための通信はＥＩＡ／ＴＩＡ−５５３に規
定されたＦＳＫ変換を利用する。マンチェスタ符号化技術に従って、これらの信
号は信号搬送波周波数より８ｋＨｚ小さい周波数から搬送波周波数より８ｋＨｚ
大きい周波数への周波数変換を利用して「１」を表示し、搬送波周波数より８ｋ
Ｈｚ大きい周波数から８ｋＨｚ小さい周波数への変換を利用して「０」を表示す
る。そうしたビットの情報は、ＡＭＰＳＣＣ規格に合わせて１０ｋｂｐｓの速
度で伝達される。

【００３７】ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５に記載されたＣＤＭＡ通信については、メッセー
ジ内容ビットは、最初に各送信機に固有の「無相関」ビットストリームによって
符号化され、次に送信信号の選択された４つの直角位相のいずれかによって各対
の符号化ビットを表すＱＰＳＫ信号として送信される。メッセージビットは９６
００ｂｐｓ以下の速度で生成されるのに対して、符号化されたビット「チップ」
は毎秒１２２万８８００チップ（Ｍｃｐｓ）の速度で送信される。

【００３８】ＥＩＡ／ＴＩＡ／ＩＳ−５４のＮＡＴＤＭＡ規格に準拠したＴＤＭＡ送信に
ついては、メッセージビットは７８００ｂｐｓの平均速度で生成され、差分直角
位相編移キーイング（ＤＱＰＳＫ）の技術によってメッセージビットをシンボル
ペアで表す毎秒２４３００シンボル（ｋｓｐｓ）のバースト速度の（管理システ
ムによって制御された時間分割接続による）バーストタイムで送信される。この
方法により、各対のビットは、選択された一連の４つの位相変換に等しい位相の
変換または差異によって表される。同様に、ガウス最小編移キーイング（ＧＭＳ
Ｋ）と呼ばれる平滑化された形式の２進のオフセットＤＱＰＳＫを用いて、ビッ
トシーケンスが移動通信用大域システム（ＧＳＭ）に使用されるＴＤＭＡトラン
スミッションに変換される（例えば、「移動通信用ＧＳＭシステム」、Cell & S
ys,１９９２においてMichael MoulyおよびMarie-Bernadette Pautetが記載し
ている）。ＣＤＰＤトランスミッションについては、ＧＭＳＫを使用して１９．
２ｋｂｐｓの速度でメッセージデータビットを変換および送信し、トランスミッ
ションを３０ｋＨｚのチャネル間隔でＡＭＰＳ構成の音声チャネルに重畳する。
これらのシステム指定信号波形は送信を目的とするメッセージビットストリーム
から適切に適宜に構成することができる。したがって、送信信号波形の表示を十
分に復元および濾過することによって、相関処理に使用される信号が最適な精度
で信号検出およびパラメータ決定を支援する十分な信号帯域幅を保持することに
なる。

【００３９】上述した圧縮データ信号表示および整合レプリカ復元技術、ならびに関連する
整合レプリカ相関処理の使用により、相関分析を支援するバックホール通信を著
しく縮小したり、あるいは取り除くことさえ可能となる。整合レプリカ相関処理
は、また、処理統合時間の延長によって、強く、局地的な干渉信号をうける環境
にある遠隔サイトにおいても所望の信号効果の検出を容易に行うことができる。
したがって、本発明は、堅牢さおよび効率性を著しく向上させ、セルラ化通信シ
ステムにおける無線通信送信機のような通信信号送信機の位置測定を支援する、
複数サイトにおける信号パラメータの検出および測定のための相関技術の実施コ
ストを削減するものである。

【００４０】１０．装置および処理位置測定を目的とした標準的な無線通信の受信のための装置構造は、ほぼ、通
信システムそのものを実施するのに使用されるのと同じ装置から構成されること
になる。例えば、図５および６に示したアンテナ構造および信号受信部品は、実
際、通信サービスの提供に使用されているものと同じものであってもよい。ＡＯ
Ａ測定を支援するのに使用されるフェーズドアレイは同じ技術を採用しており、
高度な機能と周波数再生を用いていくつかの場所において「空間分割多重アクセ
ス」通信サービスを提供するために現在実施されている「スマートアレイ」と同
じものであってもよい。有益な場所のＴＯＡおよびＴＤＯＡの測定を支援するた
めに、分散されたセンササイトにおける信号のデジタル化またはサンプリングは
、（せいぜい）二分の一マイクロ秒以内になるように同期およびタイムタグしな
ければならない。これは、ルビジウム刻持機構または全地球測位システム（ＧＰ
Ｓ）の時間基準に基づく発信器のような安定した調整済の発信器を使用すること
によって達成され、各センササイトにおける時限基準を定期的に再調整すること
によって維持することができる。発信器基準の安定性または変動率によって、既
知の場所からの信号を用いて再調整を行わねばならない頻度が決まる。同様に、
フェースドアレイによる有益なＡＯＡの決定については、装置指定のエレメント
間位相差オフセットの再調整を行わねばならないが、アナログＲＦ装置に対する
温度および他の環境変動の影響を考慮する必要がある場合にのみ実施すればよく
、サイト間の時間同期を維持する必要はあるが、約二分の一秒程度に同期すれば
よい。

【００４１】本発明のデジタル相関信号処理は、通信サービスを提供に用いられる「ソフト
ウェアラジオ」受信装置に適用されるものと類似しており、ＣＤＭＡの場合はそ
れと同一である。図５および６に示した相関測定抽出装置については、この処理
は、効率的な通信処理を目的として特別に設計されたデジタル信号処理装置によ
って遂行することができ、あるいはニュージャージ州Upper Saddle RiverのPe
ntek社によって製造され、テキサス州ダラスのテキサスインスツルメンツ社製の
ＴＭＳ３２０Ｃ６２０１デジタル信号処理チップを４つ使用するように設計され
たスケーラブルマルチプロセッサボードのような汎用信号処理装置を用いて実行
することができる。デジタル信号処理施設の能力が向上し、価格性能比が低下す
るにつれて、上述のアナログ信号調整装置に現在割り当てられている機能のうち
より多くのものがますますデジタル信号処理装置に割り当てられるようになるだ
ろう。デジタル信号処理方法によって、信号の保全性が維持され、あるいは著し
く高められる一方、機能が強化されて柔軟性が増す。

【００４２】中央サイト（ＣＳ）による多重センササイト（ＳＳ）資産に対する機能的管理
についての制御フローは、図８に示す一実施形態として表すことができる。この
フローにおいては、制御サイトは対象となる通信呼出（ＣＯＩ）に関する位置関
連測定値を取得して報告する責任を割り当てる。センササイトは、また、逆制御
チャネル（ＲＣＣ）上の最初の通信、ならびに通信システムによって前方制御チ
ャネル（ＦＦＣ）、そして次に前方音声チャネル（ＦＶＣ）に与えられた音声チ
ャネル割当（ＶＣＡ）の検出結果を移動発呼ユニットに報告する。ＶＣＡへの応
答において、ＣＳがそうした割当を終了するか、または対象となる信号が消滅す
るまで、ＳＳはそれらの報告割当をＣＳに調和させるとともにＣＯＩに同調して
それを追従し、ＣＳに対して連続的に位置関連測定値を生成し続ける。図８に示
す実施形態では、位置関連測定値は音声信号のみから導かれる。代替的な実施形
態では、センササイトは、通信制御信号が発生したら、そこから位置関連測定値
を導くために、通信制御信号を連続的に監視する。そのような実施形態において
は、センササイトは、通信開始時にそうした位置測定データを検出したときにも
それをＣＳに報告する。

【００４３】標準的な統計分析手順（例えば、Jazwinskiの「確率過程と濾過理論」アカデ
ミック出版、１９７０に記載されているような）を応用することにより、ＴＤＯ
Ａベースのレンジ差測定値、ＡＯＡベースのＬＯＢの測定値、およびそれらに関
連する不確実性情報を分析して、関連する移動ユニットの位置および速度につい
ての推定値を求めることができる。測定情報およびその不確実性の認識表示は、
ベクトルの各要素が特定の個別属性値を表し、その個別属性値としてブール値、
整数値、浮動小数値または符号値をとることができ、値の選択には付随的な信頼
性を伴う個別属性ベクトル、関連統計誤差を伴う連続数字パラメータ、および／
またはファジイ論理パラメータのような、非常に多くの形態を取ることができる
。位置測定評価処理は、各々が適切な認識表示に適した数多くの分析および不確
実性管理システムのいずれかまたはそれらの組合せを採用することができる。当
該分析手法の例としては、最大公算または最小自乗推定量、同時確率データ関連
アルゴリズム、連続パラメータのための確率密度関数多目標追跡システム、多仮
説不確実性管理システム、個別的論理断定と連続数字情報を組み合わせた複数信
頼生成規則を伴う規則ベースのエキスパートシステム、ファジイ論理エンジン、
および因果判断ネットワークなどが挙げられる。位置関連データから位置推定値
を得るのに適用される分析の特定の方法、形式および実施態様は本発明の主題で
はない。

【００４４】そうした分析によって得られる位置測定推定値は図式、表または内部プロセッ
サデータ形式で表すことができ、データ収集および分析装置組み込まれたディス
プレイ、またはそうした装置から離れた装置に取り入れられたディスプレイに提
示または表示することができる。位置測定結果を表示するための特定の方法、形
式および場所も本発明の主題ではない。

【００４５】センササイトの制御および管理、位置測定および追跡計算、位置測定データの
記憶および検索、ならびに位置測定およびシステム管理データの表示とユーザ対
話を実行するのに必要とされる処理および表示機能は、現行バージョンの一体型
汎用パーソナルコンピュータ構造によって容易に実施することができる。これら
のコンピュータ構造は、例えばペンティアム（登録商標）またはモトローラパワ
ーＰＣプロセッサチップに基づいたプロセッサおよびワークステーションのネッ
トワークを含むことができる。

【００４６】公共の利益のために、上記の技術を効率的に応用することによって得られる位
置を最も有利に利用して、救援場所から最も近い、またはかかる場所からの救援
電話に対する管轄責任を有する公共安全応答地点（ＰＳＡＰ）に支援を求める無
線通話を迅速に指揮することができる。特に、局地的に誘導されたレプリカ、ま
たは開始制御メッセージのあらかじめ把握されている部分の記憶レプリカを有す
る受信サイトにおいて実施される相関から導かれる位置関連測定データは、信号
受信後に他のサイトからデータを要求する処理に比べて、より迅速に整えること
ができる。したがって、本発明は、信号レプリカデータの協調的なサイト間転送
を必要とせずに導かれた位置関連測定値をさらに適用し、通話経路指示アルゴリ
ズムが通話を迅速かつ正確に適切な位置決定応答地点に導けるように、位置測定
計算を迅速に評価して位置を獲得することを可能にするものである。

【００４７】本発明の原理、好ましい実施形態および動作方式について、前述の明細書にお
いて述べた。本明細書に開示されている実施形態は本発明を例示するものであっ
て、それを制限するものではない。上述の開示内容は、いかなる方法においても
当業者が利用しうる同等構造の範囲を制限することを意図するものではなく、む
しろこれまでに考えられなかった方法で同等構造の範囲を拡大しようとするもの
である。特許請求の範囲に定められている本発明の範囲および趣旨から逸脱する
ことなく、上述の例示的な実施形態に数多くの変更や改造を加えることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】統合位置測定システムのネットワーク化されたアンテナサイトにおいて移動無
線通信ユニットからの伝送を受信する作動システム構成を示す図である。

【図２】２つのセンササイトに対する到着時間差の地理的関係を、各種の時間差に関連
する個別の一定範囲差に起因する位置の軌跡を表わす双曲線を用いて示す図であ
る。

【図３】到着時間差位置測定を、３つのセンササイトから形成される個別の２つの組み
合わせに関連した時間差に対応する２つの双曲線の交点により示す図である。

【図４】到来角度位置測定を、２つの別個のセンササイトにおける信号到来の角度に関
連付けられた同一線上にない２つの直線の交点により示す図である。

【図５】中央で推定される位置を支援するために、到来角度および／または到着時間測
定値の抽出のために局地的に導出または格納された整合レプリカとの相関に受信
信号が経路指定される、自発的なセンササイトの動作およびデータフローを示す
図である。

【図６】中央で推定される位置を支援するために、到着時間差および／または到来角度
測定の抽出のために個別サイトにおける受信信号が相互の共通相関に経路指定さ
れる、協同センササイト動作およびデータフローを示す図である。

【図７】信号複製を、整合レプリカ相関に用いられる信号標本の準備を支援する連続し
た処理段階により生じる信号データの形態で表わす図である。

【図８】位置測定システム機能制御フローが、１つの位置測定システム構成を例として
、データ収集の制御サイトによる割り当ておよびセンササイトに対する報告責任
を含み、かつ位置測定の計算が報告された測定データに基づき制御サイトにおい
て推定されることを表わす図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１月２１日（１９９９．１．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の名称】堅固で効率的な位置測定システム

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【００４２】中央サイト（ＣＳ）による複数センササイト（ＳＳ）の資産に対する機能的
管理についての制御フローを、図８Ａおよび図８Ｂに示されている一実施形態と
して提示することができる。このフローでは、制御サイトは対象となる通信呼出
（ＣＯＩ）に関する位置関連測定値を取得して報告する責任を割り当てる。セン
ササイトは、また、逆制御チャネル（ＲＣＣ）上の初期通信、ならびに通信シス
テムによって前方制御チャネル（ＦＶＣ）、そして次に前方音声チャネル（ＦＶ
Ｃ）に与えられた音声チャネル割当（ＶＣＡ）の検出結果を移動発呼ユニットに
報告する。ＶＣＡに応答して、ＳＳはそれらの報告割当をＣＳに調和させるとと
もにＣＯＩに同調してそれを追従し、ＣＳが当該割当を終了するか、または対象
となる信号が消滅するまで、ＣＳに対して連続的な位置関連測定値を生成する。
図８Ａおよび図８Ｂに示された実施形態では、音声信号からのみ位置関連測定値
が導かれる。代替的な実施形態では、センササイトは、通信制御信号が発生した
ら通信制御信号を連続的に監視し、それらから位置関連測定値を導くことができ
る。そのような実施形態では、センササイトは、通信開始時に当該局限データが
検出されたときにもそれをＣＳに報告する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図面の簡単な説明】

【図７】信号複製を、整合レプリカ相関に用いられる信号標本の準備を支援する連続
した処理段階により生じる信号データの形態で表わす図である。

【図８Ａ】位置測定システム機能制御フローが、１つの位置測定システム構成を例として
、データ収集の制御サイトによる割り当ておよびセンササイトに対する報告責任
を含み、かつ位置測定の計算が報告された測定データに基づき制御サイトにおい
て推定されることを表わす図である。

【図８Ｂ】位置測定システム機能制御フローが、１つの位置測定システム構成を例として
、データ収集の制御サイトによる割り当ておよびセンササイトに対する報告責任
を含み、かつ位置測定の計算が報告された測定データに基づき制御サイトにおい
て推定されることを表わす図である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８Ａ】

【図８Ｂ】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵＦターム(参考） 5J062 AA07 AA11 BB01 BB05 CC11 EE04 FF01 5K067 AA11 AA41 BB04 CC10 DD30 EE02 EE10 JJ51 KK02 KK03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セルラ通信システムにおける標準的な移動通信無線送信機の
位置探知装置において、前記移動無線送信機からの信号を受信するアンテナおよび関連信号調整手段と
、識別された標本瞬時をタイムタグしてタイムタグ受信信号データを生成するタ
イミング機構とをそれぞれが有する少なくとも第１および第２のセンサ局と、それぞれが複製信号データを生成する前記第１および第２のセンサ局それぞれ
における少なくとも第１および第２の信号特徴付け処理ユニットと、それぞれが前記タイムタグ受信信号データと前記複製信号データとを用いて整
合レプリカ相関処理を行い、位置関連信号パラメータを生成する前記第１および
第２のセンサ局それぞれにおける少なくとも第１および第２の信号相関処理ユニ
ットと、前記位置関連信号パラメータを前記センサ局から中央サイトに通信するための
通信システムと、前記位置関連信号パラメータから前記移動送信機の位置を推定する手段と、前記移動送信機の前記推定位置を示す出力とを備えたことを特徴とする位置探知装置。
【請求項２】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、前記位置関連信号パラメータは到着時間情報を含むことを特徴とする位置探知
装置。
【請求項３】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、前記位置関連信号パラメータは到着時間差パラメータを含むことを特徴とする
位置探知装置。
【請求項４】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、前記位置関連信号パラメータは到来角度情報を含むことを特徴とする位置探知
装置。
【請求項５】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、少なくとも前記第１のセンサ局における前記信号特徴付け処理ユニットは、前
記タイムタグ受信信号データを圧縮するための圧縮機構を含み、前記通信システムは、少なくとも前記第１のセンサ局と前記第２のセンサ局と
の間で前記圧縮されたタイムタグ受信信号データを通信し、少なくとも前記第２のセンサ局における前記信号特徴付け処理ユニットは、前
記圧縮されたタイムタグ受信信号データを再構築し、前記再構築されたタイムタ
グ受信データを前記複製信号データとして使用する再構築機構を含むことを特徴とする位置探知装置。
【請求項６】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、前記複製信号データは前記セルラ通信システムの制御情報を含むことを特徴と
する位置探知装置。
【請求項７】請求項６に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、前記制御情報は、音声チャネルに関するオーバヘッド情報を含むことを特徴と
する位置探知装置。
【請求項８】請求項６に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、前記制御情報は制御チャネルデータを含むことを特徴とする位置探知装置。
【請求項９】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移動
通信無線送信機の位置探知装置において、少なくとも１つのセンサ局における前記信号特徴付け処理ユニットは、前記移
動無線送信機からの前記信号を圧縮する圧縮機構と、前記移動無線送信機からの
前記信号を圧縮されたデータ表示から再構築する再構築機構とを含み、少なくとも前記１つのセンサ局における前記信号相関処理ユニットは、前記再
構築信号を前記複製信号データと相関させることを特徴とする位置探知装置。
【請求項１０】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移
動通信無線送信機の位置探知装置は、前記移動送信機の動きを推定する手段をさ
らに含むことを特徴とする位置探知装置。
【請求項１１】移動無線送信機からの信号の到来角度測定装置において、前記移動無線送信機からの信号を受信するための局地的位相配列アンテナおよ
び関連信号調整手段と、複製信号データを生成する信号特徴付け処理ユニットと、前記受信信号データと前記複製信号データとを用いて整合レプリカ相関処理を
実行し、前記受信信号の到来角度を生成する前記センサ局における信号相関処理
ユニットとを含むことを特徴とする到来角度測定装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の移動無線送信機からの信号の到来角度
測定装置において、前記複製信号データは、前記移動無線送信機からの前記信号について事前に知
られたプロトコル形態を含むことを特徴とする到来角度測定装置。
【請求項１３】請求項１１に記載の移動無線送信機からの信号の到来角度
測定装置において、前記複製信号データは、前記受信信号から導出された標本信号データを含むこ
とを特徴とする到来角度測定装置。
【請求項１４】請求項１１に記載の移動無線送信機からの信号の到来角度
測定装置は、前記ローカル位相配列アンテナから遠隔にあるアンテナおよび信号
特徴付け処理ユニットをさらに含み、前記遠隔アンテナおよび信号特徴付け処理
ユニットは前記標本信号データを生成することを特徴とする到来角度測定装置。
【請求項１５】請求項１１に記載の移動無線送信機からの信号の到来角度
測定装置において、前記相関プロセッサは、拡張積分時間に対し前記標本信号データを相関させる
ことを特徴とする到来角度測定装置。
【請求項１６】請求項１１に記載の前記相関プロセッサは、以下の関係に
従って信号到来角度度（ＡＯＡ）の測定値を取得するために相関において使用さ
れる前記要素間位相情報を含む係数を生成するために前記受信信号データを相関
させ、【数１】ここで、前記要素間基線の前記二等分線の前記角度に対する前記ＡＯＡ差異は外
部相関係数の共役積の時間区間Ｓに関する複素平均の「偏角」、Ｒ₀₁（ｔ_max（
ｓ）｜ｓ，Ｔ）およびＲ₀₂（ｔ_max（ｓ）｜ｓ，Ｔ）に関連し、ｋは信号の近似
的な波数であり、ｂは（基線）要素間分離であり、また本出願における「ａｒｇ
」関数は前記相関係数自体のゼロラグ相関の位相を抽出することを特徴とする到
来角度測定装置。
【請求項１７】請求項１に記載のセルラ通信システムにおける標準的な移
動通信無線送信機の位置探知装置において、前記信号複製データは、前記受信信号についての事前に知られているプロトコ
ルフォームと、前記受信信号から導出された標本信号データと、音声チャネル信
号と、デジタルデータ情報とからなるグループの中から選択されることを特徴と
する位置探知装置。
【請求項１８】セルラ通信システムにおける標準的な移動通信無線送信機
の位置探知方法であって、少なくとも第１および第２のセンサ局において前記移動無線送信機からの信号
を受信するステップと、タイムタグ受信信号データを生成するために前記受信信号の識別された標本瞬
時をタイムタグするステップと、前記第１および第２のセンサ局において複製信号データを生成するステップと
、前記タイムタグ受信信号データと前記複製信号データとを用いて、位置関連信
号パラメータを生成するために整合レプリカ相関処理を行うステップと、前記位置関連信号パラメータを前記センサ局からの中央サイトに通信するステ
ップと、前記中央サイトにおいて取得された前記位置関連信号パラメータから前記移動
送信機の位置を推定するステップと、前記移動送信機の前記推定位置を示すステップとを備えたことを特徴とする位置探知方法。
【請求項１９】移動無線送信機からの信号の到来角度度測定方法であって
、局地的位相配列アンテナにおいて前記移動無線送信機からの信号を受信するス
テップと、複製信号データを生成するステップと、前記受信信号データと前記複製信号データとを用いて、前記局地的位相配列ア
ンテナにおいて前記移動無線送信機からの前記信号の到来角度を生成するために
整合レプリカ処理を行うステップとを含むことを特徴とする方法。