JP2004501586A - 移動の評価 - Google Patents

Abstract

本発明は、移動トランシーバおよび無線システム内におけるこの移動トランシーバの移動を検出する方法に関する。無欄システムは１以上の基地局と、端末とを含んでいる。無線システムの動作において移動トランシーバの移動を考慮するために移動トランシーバの動きが１以上の加速度センサ（１１４−１１６） により測定される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、無線システム内の移動トランシーバの移動状態を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＳＭ（移動通信用グローバルシステム）、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）、ＷＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）、ＣＤＭＡ２０００、ＰＤＣ（パーソナル・デジタル・セルラー）等の無線システムにおいては、移動端末の動きは通常、測定される方法はないが、無線システム全体の動作は、データ伝送接続が全ての状況で設定されるように設計されている。その場合、動作は、日中に都市内の２以上の基地局のカバレージエリアの境界を端末があたかも非常に高速で常時移動したかのように行われる。その結果、基地局のローディングおよび干渉レベルは高く、チャンネルは可能な限り多く変化する。端末の実際の移動が必要とするものよりはるかに頻繁な測定およびシグナリング動作が行われるために、これはリソースおよび電力を浪費し、干渉レベルを高める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、移動の評価を改善し、その動きに無線システムの動作を調節することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これは、１以上の基地局と、端末とを含む無線システム内の移動トランシーバの移動を検出する方法により行われる。この方法はさらに、無線システムの動作において移動トランシーバの動きを考慮するために１以上の加速度センサによる移動トランシーバの移動の測定を含んでいる。
【０００５】
本発明はまた、１以上の基地局と、端末とを含む無線システム内の移動トランシーバに関する。移動トランシーバはさらに、無線システムの動作において移動トランシーバの動きを考慮するために１以上の加速度センサによりその動きを測定するように構成されている。
本発明の好ましい実施形態は従属請求項に開示されている。
【０００６】
本発明の方法およびシステムにはいくつかの利点を有している。本発明によれば、移動トランシーバの電力消費量を減少させ、無線ネットワーク容量を増加させ、データ伝送の品質を改善することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照として好ましい実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の解決方法は、とくに無線システムの移動トランシーバに適応する。
はじめに、図１によって無線システムを説明する。典型的なデジタル無線システムは、基地局１ と、移動トランシーバ装置２ 乃至４ と、基地局制御装置５ とを含んでいる。基地局１ は信号６ 乃至８ を使用して移動トランシーバ装置２ 乃至４ と通信する。基地局１ は、デジタル伝送リンク９ によって基地局制御装置５ に接続される。移動トランシーバ装置２ 乃至４ は、たとえば移動極のような端末である。基地局１ と移動トランシーバ装置２ 乃至４ との間の信号６ 乃至８ には、たとえば、加入者によって生成されたスピーチまたはデータ情報あるいは無線システムにより生成された制御情報のようなデジタル化された情報が含まれている。
【０００８】
図２は、移動トランシーバを示すブロック図である。このトランシーバは、送受信用のアンテナ１００ を含んでいる。信号が受信されたとき、その信号はアンテナ１００ からデュプレックスフィルタ１０２ に転送され、このデュプレックスフィルタ１０２ が受信回路と送信回路とを分離する。デュプレックスフィルタ１０２ は受信した信号を受信側の無線周波数ブロック１０４ に送り、受信された無線周波数信号はここでベースバンドに変換される。アナログベースバンド信号は無線周波数ブロック１０４ からアナログデジタル変換器１０６ に転送され、このアナログデジタル変換器１０６ はアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号はさらにＡ／Ｄ変換器１０６ から信号処理ブロック１０８ に転送し、この信号処理ブロック１０８ において信号はたとえば濾波され、復号され、復調されることができる。信号は、信号処理ブロック１０８ からトランシーバの別のブロックに送られることが多い。これら別のブロックは本発明とは無関係であり、したがってここには示されていない。
【０００９】
信号が送信されたとき、それは信号処理ブロック１０８ に到着し、この信号処理ブロック１０８ において、送信されるべき信号はたとえば濾波され、符号化され、あるいは変調され、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器１１０ にさらに供給することができる。アナログ信号は、無線周波数ブロック１１２ 内に含まれるミキサにおいて無線周波数信号に変換される。無線周波数信号は、さらにデュプレックスフィルタ１０２ に導かれて、それは無線周波数信号をアンテナ１００ に導き、アンテナ１００ は信号をその環境中に電磁放射線として放射する。
【００１０】
信号処理ブロック１０８ は、たとえば本質的に知られている方法でインパルス応答特性を測定する。本発明の解決方法においては、インパルス応答特性の測定周波数はトランシーバの動きに依存する。この動きは１以上の加速度センサ１１４ 乃至１１６ によって測定される。加速度センサは、通常その出力極における加速度に対応した電気信号を生成する電気機械変換器である。加速度センサの動作は、たとえば、電荷分布の変化がその結晶に与えられる力に匹敵する圧電性結晶に基づいている。加速度センサは、ここにおいて参考文献とされている文献［Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ Ｓｍａｒｔ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｆｒａｎｋ Ｒａｎｄｙ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｉｎｃ．，１９９６（ＩＳＢＮ ０−８９００６−８２４−０）］にさらに詳細に記載されている。
【００１１】
同じセンサに統合されることのできるいくつかの加速度センサを使用することにより、動きは２以上のディメンションで測定されることができる。異なったディメンションの方向にある３以上の加速度センサを使用することにより、端末の状態は３次元的に測定されることができる。加速度センサ１１４ 乃至１１６ により測定された加速度信号はデジタル信号処理ブロック１０８ 中に供給され、このデジタル信号処理ブロック１０８ においてインパルス応答特性の測定周波数は、たとえば、加速度情報および、またはその加速度情報から計算された速度にしたがって制御される。測定された加速度または速度が高ければ、それだけ一層頻繁にインパルス応答特性が測定される。測定された加速度または速度が低ければ、インパルス応答特性が測定された頻度はそれだけ一層低くなる。
【００１２】
加速度に加えて、あるいはその代わりに、端末の速度が加速度を積分することによって測定されることができる。数学的に表すと、速度ｖは以下のように加速度ａの積分として得られる：
【数１】

ここでｔ_０ は測定の開始時間であり、ｔ_１ は測定の終了時間であり、すなわちｔ_１ とｔ_０ との間の時間インターバルは測定時間ウインドウである。速度ｖの測定は以下のようにディスクリートな形態で表されることができる。
【００１３】
【数２】

ここでＭは測定時間ウインドウにおける測定の瞬間の数であり、ａ_ｉ は各測定時間における加速度であり、Δｔ_ｉ は２つの測定瞬間の間の時間である。記載されている解決方法において、インパルス応答特性の測定周波数は、端末速度が増加するにつれて増加する。対応的に、インパルス応答特性の測定周波数は、端末の速度が減少するにしたがって減少する。
【００１４】
移動トランシーバは高度にロードされた基地局のカバレージエリアの境界において常に非常に高い速度で移動してはいないので、移動トランシーバの電力消費量は、インパルス応答特性の測定周波数を減少することにより大幅に減少されることができる。電力消費量は最大で、移動トランシーバがその動きを考慮しない場合の電力消費量の１／３０００未満に減少されることができる。加入者端末において、電力消費量の減少は待機および通話の両モードにおいて電池の充電インターバルが長くなることを意味する。移動トランシーバの移動がインパルス応答特性の可能な最高の測定周波数を必要とした場合、測定周波数は、たとえば１００Ｈｚであることができる。他方において、トランシーバが少なくともほとんど静止している場合、インパルス応答特性はたとえば１Ｈｚの周波数で測定されることができる。したがって、記載されている例によると、インパルス応答特性測定周波数は１００分の１に少されることができる。与えられた測定周波数だけがその動作を例示し、インパルス応答特性の測定周波数に対する本発明の解決方法の影響の考えを示す。記載されている解決方法は、上述された測定周波数および与えられた測定周波数の割合のいずれにも制限されない。最も簡単には、インパルス応答特性は２つの周波数で測定されることができる。その場合、移動トランシーバが静止しているか、あるいはゆっくり移動している（１０ｋｍ／時未満の人間の歩行のペースで）場合には、低い測定周波数が使用される。その他の場合は、高い測定周波数が使用される。重要なのは測定周波数ではなく、低いインパルス応答特性測定周波数が高いインパルス応答特性測定周波数より低くなければならないことである。
【００１５】
インパルス応答特性に関する情報はたとえば以下の方法で使用される。端末がデータ伝送接続によって通信している単一または複数の基地局は、インパルス応答特性測定によってサーチされる。サーチは１以上の基地局からのインパルス応答特性を測定し、最高の信号対干渉比ＳＮＲまたは最高の信号対雑音比ＳＮＲを有する１以上の基地局を選択することによって行われる。インパルス応答特性測定は、可能なハンドオーバーのために隣接した基地局のリストを更新するために使用される。インパルス応答特性測定はまた端末と基地局との間のタイミング同期のために使用される。さらに、端末の開始送信パワーはインパルス応答特性測定により接続設定のはじめに決定される。
【００１６】
移動トランシーバの速度が加速度を積分することによって測定されたとき、形成された速度評価は移動トランシーバの送信パワーを制御するために使用されることができる。その場合、たとえば、電力制御のステップの大きさが最適化されることができる。電力制御のステップの大きさは、行われることのできる最も小さい電力変化である。これは、ここにおいて参考文献とされている文献（Ｔ．Ｆｒａｎｔｔｉ，Ｆｕｚｚｙ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ａａｃｈｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ，１９９７ および Ａ．Ｊ．Ｖｉｔｅｒｂｉ，ＣＤＭＡ−Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ａｄｄｉｓｏｎ Ｗｅｓｌｅｙ，１９９５）にさらに詳細に説明されている。電力制御に対するしきい値はまた、速度が予め定められた速度しきい値を越えたとき、速度が予め定められた限界より低いときとは異なって電力が制御されるように速度によって変更されることができる。１以上のこのようなしきい値が使用されてもよい。速度しきい値の代わりに、電力制御はまたスライド方式で、すなわち速度に応じてコンスタントに変更されることができる。さらに、速度は、インパルス応答特性の測定の正確度を決定するために、すなわちＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答特性）の長さを最適化するために使用されることができる。
【００１７】
以下、図３を参照してＦＩＲフィルタをさらに詳細に説明する。ＦＩＲフィルタは遅延手段３００ 、タップ３０２ および加算器３０４ を含んでいる。ＦＩＲフィルタのタップ３０２ はインパルス応答特性の加重係数である。その係数が正しい場合、チャンネルによって発生された歪みはその最小値に減少する。それらの最も簡単なものでは、タップ係数は１またはゼロのいずれかである。入来信号ｘ（ｔ）は各遅延手段３００ において遅延され、遅延された信号は加算器３０４ において合計される。最も簡単には、ＦＩＲフィルタは、各レジスタ素子の内容が加算され、タップ係数により加重された転送レジスタである。時間平面において、ＦＩＲフィルタの出力ｙ（ｔ）は次式によって表されることができる：
【数３】

ここでｈ（ｋ）はインパルス応答特性のタップ係数であり、ｋは０Ｍから１までのインデックスであり、Ｍはタップの数であり、ｔは時間であり、ｘ（ｔ）はモーメントｔにおける信号値であり、ｙ（ｔ）は受信された信号の信号推定値である。
【００１８】
チャンネル歪みがそれ程大きくない場合、インパルス応答特性に関する正確な情報は必要ない。その場合、ＦＩＲフィルタのＭ個のタップ全てを測定または規定する必要はなく、Ｐ個のタップで十分であり、ここでＰはＭより小さい、すなわちＰ＜Ｍであり、信号推定値を規定するために使用される。不確定のタップは値０を受取る。
【００１９】
移動トランシーバの速度が測定されたとき、信頼性の高い情報はまた、受取られた信号の周波数シフトに対するドップラー現象の影響から形成されることができる。１つの信号の成分ｉに対してドップラー現象によって発生させられた周波数シフトΔｆ_ｉ は以下のように数学的に表されることができる：
【数４】

ここでｉは信号成分のインデックスであり、λは信号波長であり、ｖはトランシーバの速度であり、α_ｉ はトランシーバの移動方向と到着した信号の方向との間の角度である。受信された信号の周波数シフトΔｆはまた受信されたシンボルの持続期間を変化させ、この期間はデータ伝送において考慮されなければならない。伝送において、シンボルの持続期間は、ドップラー現象の影響にしたがって増加または減少のいずれかを生じる。
【００２０】
受信された信号は、ドップラー現象のために生じた最大周波数シフトΔｆに比例してナイキスト周波数でサンプリングされなければならない（図２におけるブロック１０６ ）。示されている解決方法では、サンプリング周波数は周波数シフトΔｆにしたがって変化されることができる。サンプリング周波数は、周波数シフトが増加したときに増加され、周波数シフトが減少したときに減少される。
【００２１】
Ｋ個の信号成分の全てが通過したとき、ｉは１乃至Ｋ（ｉ＝１，…，Ｋ）であり、ここでＫは信号成分の所望の数であり、ドップラー拡散の電力密度スペクトルを形成することが可能である。異なった信号成分が等方的に散乱しており、全ての方向［０°，３６０°］間で等しく拡散して受信機に到達すると仮定した場合、Ｕ形の電力密度曲線が得られる。ドップラー拡散の帯域幅ｆ_Ｄ は、電力密度スペクトルから、あるいは直接最大周波数シフトから評価されることができる。帯域幅の逆数は遅延拡散Ｔ_Ｃ を示し、Ｔ_Ｃ ＝１／ｆ_Ｄ であり、ここで帯域幅ｆ_Ｄ はｆ_Ｄ ＝（ｖ／ｃ）・ｆ_Ｃ であり、ｆ_Ｃ は搬送波の周波数である。コヒーレンス時間、すなわち、チャンネル変化が小さく、そのチャンネルで送信されたシンボルがチャンネル干渉をほとんど含まれない時間は、遅延拡散から、あるいは直接ドップラー拡散の帯域幅から決定されることができる。ドップラー拡散はドップラー　拡散＝２・（ｖ／ｃ）・ｆ_Ｃ ＝β_ｄ である。コヒーレンス時間Ｔ_Ｃ ＝１／β_ｄ である。シンボルの持続期間がコヒーレンス時間より短い場合、そのチャンネルは遅いフェーディングチャンネルである。シンボル持続期間がコヒーレンス時間より長い場合、そのチャンネルは速いフェーディングチャンネルである。コヒーレンス時間Ｔ_Ｃ がドップラー現象により変化したことが検出されたとき、示されている解決方法では、ドップラー現象の影響が減少または除去されるように、ソースコーディング、チャンネルコーディング、パワー制御またはデータ伝送速度が変更されることができる。シンボルの持続期間に対するコヒーレンス時間の比が、そのチャンネルを遅いフェーディングまたは速いフェーディングチャンネルとして規定する。
【００２２】
各移動に関連したコンテキスト識別はまた、１つの加速度センサによってでも行われることができるが、複数の加速度センサによって行われることができることが好ましい。これは図４のＡおよびＢに示されており、ここで垂直軸はセンサ加速度に対応した出力電圧ＵをボルトＶで表し、水平軸は時間Ｔに対応したサンプルの数Ｎを表している。図４のＡおよびＢの両者において、同じサンプリング周波数が使用されている。コンテキスト識別によって、上述した状態で発生された加速度信号の性質に基づいて、静止、歩いている、走っている、ならびに車中に座っている等を互いに識別することができる。図４のＡは、異なった方向で測定する３個のセンサの加速度曲線を、ユーザが通常の歩行速度で歩く時間の関数として示し、すなわち水平軸上の５０サンプルはほぼ１秒に対応している。センサは、歩行しているユーザが携帯する端末に取付けられている。歩行およびランニングは規則的で検出可能な加速度をアップおよびダウン方向において発生する。歩行およびランニングは、加速度信号の振幅および周波数に基づいて別の状態ならびに互いから区別されることができる。ユーザが静止している場合、通常加速度は何等発生しないか、あるいは、たとえばそのユーザが方向転換し、彼の頭の向きを変える等の検出可能で、地面に関するその実際の動きとは区別されることができるものによって加速度が発生する。図４のＢは、ユーザが端末として使用された電話に出た状況を示している。この電話は耳まで持ち上げられ、このことは異なったディメンションの方向に典型的な加速度曲線を発生させる。車の場合には、端末速度はたとえばスタート、ストップおよびカーブ加速から決定されることができる。コンテキスト識別は、ここにおいて参考文献とされている文献（Ｅ．Ｔｕｕｌａｒｉ，Ｃｏｎｔｅｘｔ Ａｗａｒｅ Ｈａｎｄ Ｈｅｌｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＶＴＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００）にさらに詳細に記載されている。
【００２３】
加速度センサは端末回路またはフレーム中に統合されることができ、加速度情報は端末中のプロセッサによって、あるいは信号処理ブロック（図１のブロック１０８ ）内の分離したプロセッサ処理されることができる。
【００２４】
本発明は添付図面による例を参照として上述されたが、本発明がそれに限定されず、添付された請求の範囲に開示されている発明概念の範囲内の種々の方法で修正されてもよいことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
無線システムを示すブロック図。
【図２】
トランシーバを示すブロック図。
【図３】
ＦＩＲフィルタのブロック図。
【図４】
異なったディメンションの方向に歩いたことにより生じた加速度と、電話に出たときの加速度とを示すグラフ。

Claims (26)

1. １以上の基地局（１） と、端末（２−４） とを含んでいる無線システム内における移動トランシーバの移動を検出する方法において、
   無線システムの動作において移動トランシーバの動きを考慮するために１以上の加速度センサ（１１４−１１６） によって移動トランシーバ（２−４） の動きを測定することを特徴とする方法。
2. １以上の加速度センサ（１１４−１１６） によって移動トランシーバの加速度を測定し、コンテキスト識別によって加速度情報から移動トランシーバの速度を決定することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. １以上の加速度センサ（１１４−１１６） によって移動トランシーバ（２−４） の加速度を測定し、加速度を積分することによって移動トランシーバの速度を決定することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. データ伝送に対して使用された周波数におけるドップラー現象によって生じる周波数シフトを移動トランシーバ（２−４） の速度から決定することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 周波数シフトの大きさにしたがって受信時のサンプリング周波数を変更することを特徴とする請求項５記載の方法。
6. ドップラー現象に関連したコヒーレンス時間を移動トランシーバ（２−４） の速度から決定することを特徴とする請求項３記載の方法。
7. コヒーレンス時間が変化したときにデータ伝送に影響を及ぼすファクタ：ソースコーディング、チャンネルコーディングおよびデータ伝送速度の１以上のものを変更することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 移動トランシーバの送信パワーが調節されるとき移動トランシーバ（２−４） の速度を考慮に入れることを特徴とする請求項２または３記載の方法。
9. インパルス応答特性の測定周波数を移動トランシーバ（２−４） の速度から決定することを特徴とする請求項２または３記載の方法。
10. 移動トランシーバ（２−４） の速度にしたがってインパルス応答特性の測定の正確度を最適化することを特徴とする請求項２または３記載の方法。
11. 移動トランシーバ（２−４） の動きを３つの異なった空間ディメンションで測定するために３以上の加速度センサ（１１４−１１６） を使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
12. ２以上の加速度センサ（１１４−１１６） により移動トランシーバ（２−４） の動きを少なくとも２次元で測定することを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 移動局である移動トランシーバ（２−４） を特徴とする請求項１記載の方法。
14. １以上の基地局と、端末とを含んでいる無線システムにおける移動トランシーバにおいて、
    移動トランシーバ（２−４） の動きを無線システムの動作において考慮するためにこの移動トランシーバ（２−４） はその動きが１以上の加速度センサ（１１４−１１６） によって測定されるように構成されていることを特徴とする移動トランシーバ。
15. 移動トランシーバ（２−４） は１以上のセンサ（１１４−１１６） により移動トランシーバ（２−４） の加速度を測定し、コンテキスト識別によって加速度情報から移動トランシーバ（２−４） の速度を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の移動トランシーバ。
16. 移動トランシーバ（２−４） は、１以上のセンサ（１１４−１１６） により移動トランシーバ（２−４） の加速度を測定し、加速度を積分することによって移動トランシーバ（２−４） の速度を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の移動トランシーバ。
17. 移動トランシーバ（２−４） は、データ伝送に対して使用された周波数におけるドップラー現象により生じる周波数シフトを移動トランシーバの速度から決定するように構成されていることを特徴とする請求項１６記載の移動トランシーバ。
18. 周波数シフトの大きさにしたがって受信時のサンプリング周波数を変更することを特徴とする請求項１７記載の移動トランシーバ。
19. ドップラー現象に関連したコヒーレンス時間を移動トランシーバ（２−４） の速度から決定することを特徴とする請求項１６記載の移動トランシーバ。
20. コヒーレンス時間が変化したときにデータ伝送に影響を及ぼすファクタ、すなわち：ソースコーディング、チャンネルコーディングおよびデータ伝送速度の１以上のものを変更することを特徴とする請求項１９記載の移動トランシーバ。
21. 移動トランシーバは、インパルス応答特性の測定周波数を移動トランシーバ（２−４） の速度から決定するように構成されていることを特徴とする請求項１５または１６記載の移動トランシーバ。
22. 移動トランシーバ（２−４） はその送信パワーが調節されるとき、その移動トランシーバ（２−４） の速度を考慮に入れるように構成されていることを特徴とする請求項１５または１６記載の移動トランシーバ。
23. 移動トランシーバ（２−４） は、それの速度にしたがってインパルス応答特性の測定の正確度を最適化するように構成されていることを特徴とする請求項１５または１６記載の移動トランシーバ。
24. 移動トランシーバ（２−４） はその動きを３つの異なった空間ディメンションで測定するために３以上の加速度センサ（１１４−１１６） を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の移動トランシーバ。
25. 移動トランシーバ（２−４） は、２以上の加速度センサ（１１４−１１６） によりその移動トランシーバ（２−４） の動きを少なくとも２次元で測定するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の移動トランシーバ。
26. 移動トランシーバ（２−４） は移動局であることを特徴とする請求項１４記載の移動トランシーバ。

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