JP2005140556A - 測位方法、移動局及び基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】 実効的な信号のＳＩＮＲを改善して測位精度を向上させることを可能とする測位方法等を提供する。
【解決手段】 本発明は、複数の基地局ＢＳによって構成される移動通信システムにおいて、移動局ＭＳの位置を測定する測位方法に関する。本発明に係る測位方法は、パイロットチャネルと共に、データチャネルを用いて、複数の基地局ＢＳと移動局ＭＳとの距離を測定することによって、当該移動局ＭＳの位置を測定することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の基地局によって構成される移動通信システムにおいて、移動局の位置を測定する測位方法、及び、当該測位方法に用いて好適な移動局及び基地局に関する。

従来、複数の基地局によって構成されているセルラ式移動通信システムにおいて、移動局が、複数の基地局からの信号の到来時間（ＴＯＡ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）又は到来時間差（ＴＤＯＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を測定することによって、当該移動局の位置を測定する測位方法が知られている。

また、セルラ式移動通信システムにおいて、複数の基地局が、移動局からの信号の到来時間又は到来時間差を測定することによって、当該移動局の位置を測定する測位方法が知られている。

かかるセルラ式移動通信システムにおける移動局の測位方法は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星を用いた移動局の測位方法と異なり、ＧＰＳ衛星からの信号が受信できないような建物内や地下等においても有効な測位方法であり、今後より重要性が増してくるものと期待されている。

また、セルラ式移動通信システムでは、音声やデータを伝送するデータチャネルを復調するために、パイロットチャネルと呼ばれる参照信号が、データチャネルに多重されて伝送される構成が採用されている。ここで、パイロットチャネルは、送信側と受信側との間の伝搬路の状態を測定できるように、受信側で既知の送信パターンで送信される。

したがって、受信側は、既知の送信パターンで送信されたパイロットチャネルと受信信号内のパイロットチャネルとの相互相関を取ることによって、受信信号の受信タイミングを測定することができる。セルラ式移動通信システムでは、かかる原理を利用して、移動局の位置の測定が行われている。
Ｃａｆｆｅｒｙ，Ｊｒ及びＪａｍｅｓ．Ｊ著、「Ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｏｆ ＴＯＡ ｌｏｃａｔｉｏｎ」、ｐｒｏｃ．ｏｆ ＶＴＣ Ｆａｌｌ '２０００、１９４３頁乃至１９４９頁、２０００年９月 Ｌ．Ｃｏｎｇ及びＷ．Ｚｈｕａｎｇ著、「Ｈｙｂｒｉｄ ＴＤＯＡ/ＡＯＡ ｍｏｂｉｌｅ ｕｓｅｒ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ＣＤＭＡ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、４３９頁乃至４４７頁、２００２年７月 Ｌ．Ｃｏｎｇ及びＷ．Ｚｈｕａｎｇ著、「Ｎｏｎ-ｌｉｎｅ-ｏｆ-ｓｉｇｈｔ ｅｒｒｏｒ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｉｎ ＴＤＯＡ ｍｏｂｉｌｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ」、ＧＬＯＢＥＣＯＭ'０１、６８０頁乃至６８４頁、２００１年１１月

一方、セルラ式移動通信システムでは、周波数利用効率の向上の観点から、距離が離れた場所で同一周波数を利用したり、第３世代移動通信システムであるＷ-ＣＤＭＡ方式のように、全ての場所において同一周波数を利用したりすることによって、システムに収容できるユーザ数、すなわち、システム容量を改善することが必須である。

かかるセルラ式移動通信システムでは、移動局で受信される基地局からの信号又は基地局で受信される移動局からの信号が微弱であり、また、周辺の同一周波数を利用する移動局又は基地局からの干渉の影響が大きく、信号対雑音干渉電力比（ＳＩＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ-ｔｏ-Ｎｏｉｓｅ ｐｌｕｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が劣化する場所が存在する。

従来のセルラ式移動通信システムにおける移動局の測位方法では、こうしたＳＩＮＲが劣化している場所では、十分な測位精度が得られないという問題点があった。

そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、実効的な信号のＳＩＮＲを改善して測位精度を向上させることを可能とする測位方法、及び当該測位方法に用いて好適な移動局及び基地局を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、複数の基地局によって構成される移動通信システムにおいて、移動局の位置を測定する測位方法であって、パイロットチャネルと共に、データチャネルを用いて、前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定することによって、該移動局の位置を測定することを要旨とする。

かかる発明によれば、パイロットチャネルだけでなく、データチャネルも用いて、ＴＯＡ又はＴＤＯＡを測定することによって、実効的なＳＩＮＲを改善することができる。

本発明の第１の特徴において、前記データチャネルにおいて誤りが無い場合、該データチャネル及び前記パイロットチャネルを用いて前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定し、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記パイロットチャネルのみを用いて前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定するように構成されていてもよい。

かかる発明によれば、データチャネルの誤り検出結果に基づいて、データチャネルを利用するか否かについて判定するため、ＴＯＡ又はＴＤＯＡの測定精度の改善に寄与する場合のみ、ＴＯＡ又はＴＤＯＡの測定の際にデータチャネルを利用することができる。

換言すれば、データチャネルの受信品質が悪く、ＴＯＡやＴＤＯＡの測定精度を却って劣化させるような場合には、ＴＯＡ又はＴＤＯＡの測定の際に、データチャネルを利用せず、パイロットチャネルのみを利用することができる。

この結果、送信側に何ら変更を加えることなく、すなわち、無線インターフェースに何ら変更を加えることなく、受信側の測位方法に関する部分の変更のみで、実効的なＳＩＮＲを改善し、移動通信システムにおける測位精度を向上させることができる。

本発明の第１の特徴において、ＣＲＣ符号を用いて、前記データチャネルにおいて誤りがあるか否かについて判定するように構成されていてもよい。

本発明の第２の特徴は、基地局から送信されたデータチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記基地局からの受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する第１の相関部と、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記基地局からの受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する第２の相関部と、第１の相関部及び第２の相関部で取得した相関値の和に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部とを具備する移動局であることを要旨とする。

本発明の第２の特徴において、前記基地局からの受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、前記受信タイミング計算部が、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第２の相関部で取得した相関値のみに基づいて、受信信号の受信タイミングを算出するように構成されていてもよい。

本発明の第３の特徴は、移動局から送信されたデータチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記移動局からの受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する第１の相関部と、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記移動局からの受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する第２の相関部と、第１の相関部及び第２の相関部で取得した相関値の和に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部とを具備する基地局であることを要旨とする。

本発明の第３の特徴において、前記移動局からの受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、前記受信タイミング計算部が、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第２の相関部で取得した相関値のみに基づいて、受信信号の受信タイミングを算出するように構成されていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、実効的な信号のＳＩＮＲを改善して測位精度を向上させることを可能とする測位方法、及び当該測位方法に用いて好適な移動局及び基地局を提供することができる。

（本発明の第１の実施形態に係る移動通信システム）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態に係る移動通信システムについて説明する。図１は、本実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る移動通信システムは、複数の基地局ＢＳ１乃至ＢＳ３によって構成されている。基地局ＢＳ１乃至ＢＳ３は、それぞれ、セル１乃至セル３内に在圏する移動局との間の無線通信を管理するように構成されている。

図１の例では、移動局ＭＳは、無線チャネルを介して、３つの基地局ＢＳ１乃至ＢＳ３からの信号を受信しており、３つの基地局ＢＳ１乃至ＢＳ３に対して信号を送信している。

本実施形態に係る移動通信システムでは、各基地局ＢＳ１乃至ＢＳ３と移動局ＭＳとの間では、パイロットチャネルとデータチャネルと制御チャネルの３種類のチャネルが送受信されている。

パイロットチャネル（ＰＩＣＨ）は、受信側における復調の際に、受信側と送信側との間の伝搬路を推定するために、受信側で既知の送信パターンで送信されるものである。

データチャネル（ＤＣＨ）は、音声や画像等のユーザデータを伝送するためのものである。

制御チャネルは、基地局から移動局に対して無線通信に必要な様々な情報を通資するための報知情報や、発着信や移動局がセルを跨いで移動する際に無線通信する基地局を切り替えるハンドオーバ制御等のための制御情報を伝送するものである。

本明細書では、上述のデータチャネル及び制御チャネルを併せて「データチャネル」と呼ぶものとする。

本実施形態に係る移動通信システムでは、基地局を「送信側」、移動局を「受信側」として、当該移動局が、複数の基地局からの信号の受信タイミング（ＴＯＡ又はＴＤＯＡ）を測定することによって位置を測定するように構成されていてもよい。

また、本実施形態に係る移動通信システムでは、移動局を「送信側」、基地局を「受信側」として、複数の基地局が、当該移動局からの信号の受信タイミング（ＴＯＡ又はＴＤＯＡ）を測定することによって当該移動局の位置を測定するように構成されていてもよい。

図２に、本実施形態に係る移動通信システムにおいて、受信側（移動局又は基地局）に設けられている受信タイミング測定部１０の機能ブロックを示す。

図２に示すように、受信タイミング測定部１０は、データチャネル復調部１１と、データチャネル送信パターン推定部１２と、データチャネル相関器１３と、パイロットチャネル相関器１４と、加算器１５と、受信タイミング計算部１６とを具備している。

データチャネル復調部１１は、送信側から送信された信号内のデータチャネルを復調し、復調結果をデータチャネル送信パターン推定部１２に送信するものである。図３に、受信側における受信信号のフォーマットの一例を示す。

データチャネル送信パターン推定部１２は、データチャネル復調部１１からの復調結果から、送信側におけるデータチャネルの送信パターンを推定し、推定した送信パターンをデータチャネル相関器１３に送信するものである。

データチャネル相関器１３は、複数のタイミングで、データチャネル送信パターン推定部１２から送信された送信パターンと、受信信号内のデータチャネルとの相関値（相互相関値）を取得する第１の相関部である。

パイロットチャネル相関器１４は、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと、受信信号内のパイロットチャネルとの相関値（相互相関値）を取得する第２の相関部である。

加算部１５は、各タイミングで、データチャネル相関器１３で取得した相関値とパイロットチャネル相関器１４で取得した相関値とを加算し、加算結果を受信タイミング計算部１６に出力するものである。

受信タイミング計算部１６は、加算部１５からの出力に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出するものである。

例えば、受信タイミング計算部１６は、加算部１５からの出力である相関値が最大となるタイミングを、受信信号の受信タイミングとすることができる。また、受信タイミング計算部１６は、加算部１５からの出力である相関値が所定の閾値を上回るタイミングであり、かつ、時間的に最も早いタイミングを、受信信号の受信タイミングとすることができる。

なお、受信側が、移動局である場合、当該移動局は、基地局から送信された自局宛てのデータチャネルだけでなく、基地局から送信された他局宛てのデータチャネルを用いて、自局の位置の測定を行うように構成されていてもよい。

図４を参照して、本実施形態に係る移動通信システムにおいて、移動局が、複数の基地局からの信号の受信タイミングを測定することによって、自局の位置を測定する動作について説明する。

ステップ１００１において、移動局は、各基地局からの信号を受信して、受信した信号内のデータチャネル及びパイロットチャネルを分離する。

ステップ１００２において、移動局は、分離されたパイロットチャネルに基づいて、チャネル推定処理を行う。

ステップ１００３において、移動局は、分離されたデータチャネルに対して、上述のチャネル推定結果に基づくチャネル補償処理及び復調処理を施す。

ステップ１００４において、移動局は、復調結果から、基地局におけるデータチャネルの送信パターンを推定し、複数のタイミングで、推定された送信パターンと受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する。

ステップ１００５において、移動局は、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する。

ステップ１００６において、移動局は、各タイミングで、データチャネルに係る相関値とパイロットチャネルに係る相関値とを加算する。

例えば、ＯＦＤＭ方式を用いた移動通信システム（各サブキャリアでＱＰＳＫが用いられている場合）では、ステップ１００５及びステップ１００６における相関値Ｒ（ｊ）は、下式１によって算出される。

ここで、Ａ_ｒＩ（ｉ）は、基地局によって送信される信号のＩ成分の振幅であり、Ａ_ｒＱ（ｉ）は、基地局によって送信される信号のＱ成分の振幅である。Ａ_Ｉ（ｉ）は、移動局における受信信号のＩ成分の振幅であり、Ａ_Ｑ（ｉ）は、受信局における受信信号のＱ成分の振幅である。また、Ｎは、ＯＦＤＭシンボル期間である。

ステップ１００７において、移動局は、データチャネルに係る相関値とパイロットチャネルに係る相関値との和が最大となるタイミングを選択して、受信信号の受信タイミングとする。

図５を参照して、かかる原理について説明する。図５に示すように、相関値は、シンボルの先頭にピーク（最大値）が現れる。したがって、かかるピークが現れる時間が「ＴＯＡ」となる。

ステップ１００８において、移動局は、各基地局が信号を送信するタイミングを知っているため、上述の受信タイミングから、各基地局との間の距離を算出することができる。

ステップ１００９において、移動局は、各基地局との間の距離に基づいて、次局の位置を測定することができる。

本実施形態に係る移動通信システムによれば、パイロットチャネルだけでなく、データチャネルも用いて、受信信号の受信タイミング（ＴＯＡ又はＴＤＯＡ）を測定することによって、実効的なＳＩＮＲを改善することができる。

（本発明の第２の実施形態に係る移動通信システム）
本発明に係る移動通信システムは、上述の第１の実施形態に限定されるものではなく、データチャネルにおいて誤りが無い場合、当該データチャネル及びパイロットチャネルを用いて複数の基地局と移動局との距離を測定し、データチャネルにおいて誤りがある場合、パイロットチャネルのみを用いて複数の基地局と移動局との距離を測定するように構成されていてもよい。

以下、本発明に係る移動通信システムについて、上述の第１の実施形態における移動通信システムとの相違点を主として説明する。

本実施形態に係る移動通信システムの受信側（移動局又は基地局）に設けられている受信タイミング測定部１０は、図６に示すように、第１の実施形態に係る受信タイミング測定部１０の構成に加えて、データチャネル誤り検出部１７及びスイッチ１８を具備している。

データチャネル誤り検出部１７は、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号を用いて、受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定するものである。かかる判定において、データチャネルに一般的に用いられているＣＲＣ符号を用いることは、新たな誤り検出のための付加的なビットをデータチャネルに付与する必要がないという利点がある。

スイッチ１８は、データチャネル誤り検出部１７によって、データチャネルにおいて誤りが無いと判定された場合のみ、当該データチャネルの送信パターンの推定結果を、データチャネル相関器１３に送信するように制御される。

換言すると、スイッチ１８は、データチャネル誤り検出部１７によって、データチャネルにおいて誤りがあると判定された場合、当該データチャネルの送信パターンの推定結果を、データチャネル相関器１３に送信しない。

図７の例では、ＣＲＣ結果が「ＯＫ」であるデータチャネルＡ、Ｃ及びＤの送信パターンは、データチャネル相関器１３に送信されるが、ＣＲＣ結果が「ＮＧ」であるデータチャネルＢの送信パターンは、データチャネル相関器１３に送信されない。

図８を参照して、本実施形態に係る移動通信システムにおいて、移動局が、複数の基地局からの信号の受信タイミングを測定することによって、自局の位置を測定する動作について説明する。

ステップ２００１において、移動局は、各基地局からの信号を受信して、受信した信号内のデータチャネル及びパイロットチャネルを分離する。

ステップ２００２において、移動局は、分離されたパイロットチャネルに基づいて、チャネル推定処理を行う。

ステップ２００３において、移動局は、分離されたデータチャネルに対して、上述のチャネル推定結果に基づくチャネル補償処理及び復調処理を施す。

ステップ２００４において、移動局は、ＣＲＣ符号を用いて、データチャネルにおける誤りの有無を判定する。

データチャネルに誤りがあると判定された場合、当該データチャネルは、受信信号の受信タイミングの測定に用いられず、ステップ２００５において、移動局が、当該データチャネルの再送要求を基地局に対して送信する。

一方、データチャネルに誤りが無いと判定された場合、ステップ２００６において、移動局は、復調結果から、基地局におけるデータチャネルの送信パターンを推定し、複数のタイミングで、推定された送信パターンと受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する。

以下、ステップ２００６乃至ステップ２０１１は、上述の第１の実施形態におけるステップ１００４乃至ステップ１００９の動作と同じである（図４参照）。

本実施形態に係る移動通信システムによれば、データチャネルの誤り検出結果に基づいて、データチャネルを利用するか否かについて判定するため、受信信号の受信タイミング（ＴＯＡ又はＴＤＯＡ）の測定精度の改善に寄与する場合のみ、受信信号の受信タイミング（ＴＯＡ又はＴＤＯＡ）の測定の際にデータチャネルを利用することができる。

換言すれば、データチャネルの受信品質が悪く、受信信号の受信タイミング（ＴＯＡ又はＴＤＯＡ）の測定精度を却って劣化させるような場合には、受信信号の受信タイミング（ＴＯＡ又はＴＤＯＡ）の測定の際に、データチャネルを利用せず、パイロットチャネルのみを利用することができる。

この結果、送信側（基地局）に何ら変更を加えることなく、すなわち、無線インターフェースに何ら変更を加えることなく、受信側（移動局）の測位方法に関する部分の変更のみで、実効的なＳＩＮＲを改善し、移動通信システムにおける測位精度を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る移動局又は基地局に備えられた受信タイミング測定部の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る移動通信システムで送受信される信号フォーマットの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る測位方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る移動通信システムにおいて最大相関値を算出する動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る移動局又は基地局に備えられた受信タイミング測定部の機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る移動通信システムで送受信される信号フォーマットの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る測位方法を示すフローチャートである。

符号の説明

ＢＳ…基地局
ＭＳ…移動局
１１…データチャネル復調部
１２…データチャネル送信パターン推定部
１３…データチャネル相関器
１４…パイロットチャネル相関器
１５…加算器
１６…受信タイミング計算部
１７…データチャネル誤り検出部
１８…スイッチ

Claims (7)

1. 複数の基地局によって構成される移動通信システムにおいて、移動局の位置を測定する測位方法であって、
   パイロットチャネルと共に、データチャネルを用いて、前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定することによって、該移動局の位置を測定することを特徴とする測位方法。
2. 前記データチャネルにおいて誤りが無い場合、該データチャネル及び前記パイロットチャネルを用いて前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定し、
   前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記パイロットチャネルのみを用いて前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定することを特徴とする請求項１に記載の測位方法。
3. ＣＲＣ符号を用いて、前記データチャネルにおいて誤りがあるか否かについて判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位方法。
4. 基地局から送信されたデータチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、
   複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記基地局からの受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する第１の相関部と、
   複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記基地局からの受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する第２の相関部と、
   第１の相関部及び第２の相関部で取得した相関値の和に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部とを具備することを特徴とする移動局。
5. 前記基地局からの受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、
   前記受信タイミング計算部は、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第２の相関部で取得した相関値のみに基づいて、受信信号の受信タイミングを算出することを特徴とする請求項４に記載の移動局。
6. 移動局から送信されたデータチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、
   複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記移動局からの受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する第１の相関部と、
   複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記移動局からの受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する第２の相関部と、
   第１の相関部及び第２の相関部で取得した相関値の和に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部とを具備することを特徴とする基地局。
7. 前記移動局からの受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、
   前記受信タイミング計算部は、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第２の相関部で取得した相関値のみに基づいて、受信信号の受信タイミングを算出することを特徴とする請求項６に記載の基地局。
   
   

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