JP2005520369A5 - - Google Patents
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Description
この発明は、通信信号の到着の時間差(TDOA)を用いて移動装置の位置を推定することに関する。特に、この発明は、TDOAを用いてセルラー通信システムにおける移動装置の推定された位置を調節することに関する。
近年、移動装置の位置を決定する多大な関心があった。特に関心がある1つの領域は、ある環境にある携帯電話ユーザの位置を決定する能力である。例えば、米国連邦通信委員会(FCC)は、ユーザーが911をダイアルしたときに、セルラーユーザーの位置を決定するよう命令した。FCCの命令に加えて、ユーザーの位置を利用することができる他のアプリケーションが開発されるであろうことが想像される。
移動装置の位置を決定するために種々の技術が使用されてきた。例えば、全地球測位システム(GPS)は、GPS受信器を備えたユーザーに世界のどこでも、その位置を決定する能力を提供する衛星システムである。GPSは世界的な受信地域を提供するけれども、いくつかの欠点に悩んでいる。GPSシステムに対するそのような1つの欠点は、一般にユーザーは、その位置を正確に決定するために、4つのGPS衛星の遮るものがない視界を持たなければならない。セルラーユーザーにとって、これは、GPSの使用に対して著しい障害になり得る。なぜならば、多くのユーザーは都市部におり、高いビルのような物体がユーザーを陰で覆うので、ユーザーは要求される数の衛星を見ることができないからである。セルラーユーザーがビルの内部にいるとき、この問題はさらに悪化する。
移動装置の位置を決定するのに役立つように、セルラーシステム自身のいくつかの特性を有効に使おうと試みる他の技術が開発された。そのような技術の1つが到着の時間差(TDOA)技術である。受信した信号の実際の送信時間が周知のとき、または、受信した信号の送信が周知の周期レートで生じるときにはTDOA技術は使用することができる。例えば、移動装置が、少なくとも2つの基地局から送信された信号を受信し、その信号が基地局により同時に送信されるか、または信号が互いに同期しているならば、移動装置は、2つの信号が受信される時間の相対的な差を決定することができるであろう。2つの信号が受信される時間差はそれぞれの基地局から移動装置に、信号によって移動される距離の差に相当する。
2つの信号間のTDOAは、受信した信号間に一定の時間差、および対応する移動距離を維持する点集合を確立する。点集合は、移動装置の可能な位置を表す双曲面を定義する。複数の、同時のTDOA測定を行なうことにより、移動装置の位置の推定を提供するこれらの面の交点を用いて一群の面を発生することができる。
TDOA技術を用いたとき、移動装置により受信した信号が遅延されたなら問題が起きる。例えば、一般的な無線通信システムにおいて、基地局から放射された信号が面に反射し、基地局と移動装置との間の無線チャネルを介して信号の複数例が伝搬するとき、いくつかの異なる経路を移動するかもしれない信号の複数例を作る。この現象は一般にマルチパスと呼ばれる。信号例により移動されるマルチパスの各々は、一般に他の経路と距離が異なり、マルチパス信号は互いに異なる時間に受信され、のみならず、直接の視線信号が移動装置に到着するであろう時間から遅れる。直接視線信号は、基地局から移動装置までの実際の距離を表す。
無線チャネルにおいて、マルチパスは、例えば、ビル、樹木、車、および人々のような環境における障害物からの信号の反射により作られる。従って、無線チャネルは、移動装置の相対的な移動およびマルチパスを作る建造物により時間的に変化するマルチパスチャネルである。従って、受信した信号の遅延量もまた時間的に変化する。
チャネルのマルチパス特性もまた他の方法で移動装置により受信された信号に影響を及ぼし、とりわけ、信号の過度の遅延に加えて、信号の減衰を生じる。信号強度の減衰は、とりわけ、信号が媒体を伝搬し、物体に反射したときに吸収される信号からのエネルギーに起因する。さらに、移動装置において、受信された信号は、信号が無線チャネルを介して伝搬するときに信号の地理的拡散により減衰する。
過度の遅延は、信号が基地局から移動装置へのマルチパスを移動するのに要する時間と、および信号が基地局と移動装置との間の直接視線経路を移動したとしたらかかったであろう時間との間の差分である。例えば、ユーザーはビルにより基地局から影で覆われるので、基地局とユーザーとの間には、直接視線経路がないかもしれない。この情況において、信号は、障害物を「迂回」するために物体に反射しなければならず、そして移動装置に到達するであろうから、移動装置において受信された信号は、基地局と移動装置との間の実際の視線距離より大きい距離移動するであろう。信号により移動される距離の増大は、さらなる、または、過度の遅延を信号の到着時間に導入し、TDOAの測定にエラーを生じ、移動装置に推定された位置の不正確さを増大させる。
過度の遅延は、基地局と移動装置との間に直接視線経路があったとしても、導入される可能性がある。例えば、直接視線経路から受信した信号は、移動装置がタイミング測定を行なうのに十分強くないように減衰するかもしれない。それゆえ、信号のマルチパス例の1つは、タイミング測定を行なうことができるように十分な強度を有した移動装置によって、受信された最初に信号であろう。
これらのおよびその他の問題により、一般的な通信システムにおける信号、特に、マルチパス環境で動作している信号は、過度の遅延を経験し、それにより、TDOA技術を用いた位置推定における不正確さを増大させる。それゆえ、TDOA測定の信頼性および関連する位置推定を改良する必要性がある。
この発明に従う方法および装置は、受信した信号の到着時間の測定における過度の遅延の下限を決定する、それにより、TDOA測定を抑制し、位置推定の信頼性を改良する。移動装置により、到着時間の測定における過度の遅延の下限を決定することは、第1の基地局からの信号と第2の基地局からの信号を受信し、それぞれの基地局から受信した信号間の到着の時間差を決定し、それぞれの基地局からの信号間の到着の時間差と基地局間の周知の距離に基づいて各基地局の信号間の到着の時間差に基づいて基地局から受信した信号の到着の時間に導入される遅延の最小値を推定する。過度の遅延の下限は、受信した信号の到着測定の時間差を用いて移動装置の位置の推定を調節するために使用してもよい。調節されたTDOAは、例えば、過度の遅延の下限の値と利用可能なTDOA測定の数に応じて、位置計算を実行するために使用される。TDOA測定は、訂正したり、位置推定解決に異なる重み付けをしたり、または位置推定解決から破棄することもあり得る。さらに、過度の遅延の下限は、位置推定の正確さの表示として使用することができる。
位置推定を決定するための処理は、セルラーネットワーク内の種々の装置に分散、すなわち設置することができる。一実施の形態において、過度の遅延の下限および移動装置の位置推定は両方とも移動装置により実行される。他の実施の形態において、過度の遅延の下限は、移動装置により決定され、過度の遅延の下限の値は、異なる位置に送信され、そこで、移動装置位置の推定が行なわれる。さらに、他の実施の形態において、少なくとも2つの基地局から移動装置により受信された信号の到着の時間は、異なる位置に送信され、過度の遅延の下限が決定され、移動装置位置の推定が実行される。例えば、異なる位置は、基地局、携帯電話システム向け交換機、またはセルラインフラストラクチャのその他の構成要素であってもよい。
一実施の形態において、移動装置の位置の推定の調節は、到着の時間差を決定するために使用される実際の到着時間の測定から、過度の遅延の下限を減算し、対応する距離調節を作り出すことを含む。他の実施の形態において、調節は、推定された位置を調節するために、到着測定の関連する時間に対して過度の遅延の下限に従って、到着測定の時間差を重み付けすることを含む。他の実施の形態において、調節は、到着測定の関連する時間の過度の遅延の下限に基づく位置推定から到着測定の時間差を消去することを含む。さらに、他の実施の形態において、受信した信号に対する過度の遅延の下限は、移動装置の位置決定推定の精度を決定するために使用される。
過度の遅延の下限の決定は、移動装置と基地局を含む通信システムにおいて、使用してもよい。一実施の形態において、通信システムはCDMA信号を使用する。他の実施の形態において、通信システムはGSM信号を使用する。
一実施の形態において、到着時間を決定するために使用される移動装置により受信される信号は、同時に各基地局から送信してもよい。他の実施の形態において、基地局から移動装置により受信される信号は、互いに時間に同期して送信される。他の実施の形態において、移動装置により受信される信号は、全地球測位システム(GPS)信号である。さらに他の実施の形態において、移動装置により受信される信号は、ハイブリッドシステムにおける基地局とGPSからである。
この発明の他の特徴および利点は、一例として、この発明の原理を説明する好適実施形態の以下の記述から明白であろう。
図1は、複数のセルに分割された例示セルラーネットワーク100の一部の平面図である。図1に図解されるものは、5つの基地局102、103、104、106、108、および110、およびそれぞれのセル、または受信地域112、114、116、118、および120である。ここに使用されるように、基地局は、送信時に位置が周知である送信器に言及する。例えば、基地局は、セルラーネットワーク、衛生、または他の無線インフラストラクチャのセルタワー(cell towers)を含むということもあり得る。
図1の基地局のサービスエリアは、基地局がセルラーネットワーク上で通信をサポートする基地局の回りのエリアを示す。セルラーネットワーク上の通信がサービスエリア内でサポートされている間、基地局から送信されるパイロット信号は、基地局のサービスエリア外の場所にある遠隔装置により検出してもよく、移動装置の位置を推定する際に使用してもよい。
図1において、基地局サービスエリアは、説明の目的のためだけの回路として示され、実際のサービスエリアは、規則的な形状のみならず、不規則な形状も含む異なる形状であってよい。さらに、図1に図解するすべてのセルは、同じサイズであるけれども、実際のセルは、互いに異なる形状およびサイズであってよい。
移動装置122は、2つのサービスエリア112および114が重なる領域内にあるように示される。移動装置122は、一方の基地局のサービスエリアから他方の基地局のサービスエリアを通過して、セルラーネットワーク100を介して移動する。移動装置122は、セルラーネットワーク100を介して移動するので、移動装置は、基地局サービスエリアが重なる領域により、図1に示すように、2つ以上の基地局から信号を受信することができてもよい。例えば、図1において、移動装置は、2つの基地局102および104およびそれらのサービスエリア112および114が重なる領域に位置する。移動装置はこの重なり領域に位置するけれども、移動装置122は、両方の基地局102および104とセルラーネットワーク上で通信することができる。図1の調査は、基地局サービスエリアが重なる複数の領域を図解する。図1に示す例は、最大3つの基地局サービスエリアが重なる領域のみを示すけれども、実際のセルラーネットワークにおいて、いかなる数の基地局サービスエリアが重なっても良い領域があってもよい。
一実施形態において、移動装置122は、検出可能な異なる基地局により送信されるパイロット信号の数を増大させるために感度が強化された受信器を含んでいても良い。従って、基地局が検出できる単一基地局からのパイロット信号は、基地局が標準セルラー通信をサポートできる領域より大きい。例えば、移動装置122は、基地局により送信されるパイロット信号を検出できてもよいが、基地局から受信した他の信号は、セルラーネットワーク上の音声トラヒックのような通信をサポートするのに十分でないかもしれない。例えば、移動装置は、移動装置の位置を推定する際に使用するのに十分である多くの基地局からパイロット信号を検出することができるかもしれないが、移動装置は、限られた基地局のみのサービスエリア内にあってもよい。
図2および図3は、さらなる詳細を説明する、2つの基地局102および104およびそれぞれのサービスエリア112および114、および移動装置122の拡大された領域を示す図である。図2は、基地局と移動装置との間の直接視線が障害とならない非常に簡単な例を図解する。図2に示すように、第1の基地局102から移動装置122までの実際の、すなわち見通し距離は、第1の距離202により表される。第2の基地局104と移動装置122との間の実際のすなわち、見通し距離は、第2の距離204により表される。基地局102および104から移動装置122に送信される信号に影響を及ぼす障害物が無いなら、送信された信号は、送信された後、無線チャネル(光の速度)を介して信号の伝搬速度により分割されたそれぞれ、202および204で表される、それぞれの基地局と移動装置との間の見通し距離に等しい時間で移動装置に到着するであろう。この場合、信号は、基地局102および103と移動装置122との間の実際の見通し距離を移動するので、過度の遅延は無いであろう。
直接の視線経路が妨害されるか、または、例えば減衰により直接の視線信号が使用できないなら、移動装置122により受信された信号は、異なる、長い経路を移動しなければならず、関連する遅延を有するであろう。図3は、基地局から移動装置までの視線経路を阻止する、例えばビルまたは他の物体のような障害物がある例を図解する。例えば、図3に示すように、第1の基地局102と移動装置122との間に位置するビルまたは他の物体340がある。物体340は、第1の基地局102と移動装置との間の直接視線経路を阻止するので、基地局102から移動装置に到達する第1の信号例は、視線経路とは異なる経路、例えば、ライン312および314により図解される経路をたどる。ライン312および314により図解される信号経路は、信号が基地局102から離れ、物体310に反射し、移動装置122に到達することを示す。
同様に、図3は、物体330が、第2基地局104と移動装置122との第の直接視線経路を阻止する他のマルチパス例を図解する。従って、第2基地局104からの信号は、直接視線経路を移動せず、異なる、長い、経路を移動して、移動装置に到達するであろう。例えば、図3において、第2基地局104から移動装置までの経路は物体346を含む反射経路であり、ライン342および344により図解される。
図2および図3に図解するように、基地局から移動装置により受信された信号は、直接視線経路、または、直接視線経路時間である過度の遅延を有したその他のより長い経路を移動することもできた。しかしながら、移動装置は、到着時間を測定し、受信した信号が直接視線経路または関連する遅延を有する異なる経路を移動してきたかどうか知らない。そして、例え、受信した信号が直接視線経路を移動してこなかったことがわかっても、移動装置は、信号により実際に移動してきた経路の距離を知る方法が無い。さらに、信号により移動される経路は、物体として変化することができ、そして、移動装置は動き回る。
図4は、第1の基地局102、第2の基地局104および移動装置122の間の時間的な関係を図解するブロック図である。ポイントからポイントに移動する信号の速度はすべてのポイントに対して一定であると仮定することが理解されねばならない。信号が第1の基地局(BTS1)102および第2の基地局(BTS2)との間の距離を移動するのに必要な時間はd12で示されるライン402により表される。信号が、第1の基地局102から移動装置122までの距離を移動するのに必要な時間はr1で示されるライン404により表される。同様に、信号が、第2の基地局104から移動装置122までの距離を移動するのに必要な時間はr2で示されるライン406により表される。
移動装置122において受信される信号が同時に2つの基地局102および104から送信されるなら、到着の時間差(TDOA)、受信した信号に対する到着時間の差は、それぞれr1、r2により表される、移動装置から第1の基地局および第2の基地局との距離間の差を示す。2つの基地局から送信された信号が同時に送信されなくても、周知の時間関係を有して互いに同期していれば、それらのTDOAを計算することができる。
例えば、業界標準IS−95に基づくシステムにおいて、各隣接する基地局は、同じ擬似乱数またはPN符号で符号化されるパイロット信号を送信する。移動装置が隣接する基地局からの信号を区別可能にするために、各基地局パイロット信号からのPN符号は、隣接する基地局のパイロット信号とは異なる位相を有する(時間的に送れる)。基地局間の位相、または時間遅延は、固定であるので、相対的な遅延は、TDOA測定値から減算することができる。それゆえ、以下の記述を簡単にするために、信号は各基地局から同時に送信されるものと仮定する。しかしながら、必要なことは、基地局により送信された信号のタイミング間の周知の関係であることを理解しなければならない。
再び、図4を参照すると、この発明のTDOA技術に対していくつかの地理的制約がある。第1に、受信器タイミングおよび推定エラーがなければ、信号経路の過度の遅延は常に正の値である。これは、過度の遅延が無い極端な場合を考えることにより理解することができる。過度の遅延が無いなら、信号は、最短のまたは直接視線の経路で移動装置に移動したので、信号が基地局から移動装置に移動するのに必要な時間は最短の期間である。従って、タイミングまたは推定エラーが無いなら、いずれかの他の経路は、直接視線経路より長いであろう。その結果、対応する長い、正数の過度の遅延を生じる。
第2に、各TDOAの絶対値は、信号を一方の基地局から他方の基地局に視線経路に沿って搬送する時間により上限がある。これは、三角形のいずれの辺も、三角形の他の2辺の和より大きくも無ければ等しくもなり得ない、あるいは反対に、三角形のいずれの辺も三角形の他の2辺間の差以上であることを提示する三角形の地理的不等による。
基地局から受信した信号の過度の遅延は周知でないけれども、以下に記載する技術は、過度の遅延の下限を決定することが出来る。過度の遅延のための下限は、移動装置の推定された位置を改良するために使用することができる。以下に記載するように、過度の遅延の下限は、信号と過度の遅延のタイミングのためのすべての数学的関係が存在可能であり、さらに満足することができる最小過度遅延を表す。受信された基地局信号に対するすべての下限のセットを用いて、改良された移動装置位置推定を確立するであろう。
図4に示すように、この技術は、単一のTDOA測定について記載されが、この技術は、いかなる数のYDOA測定にも適用可能である。図4に示すように、移動装置122は受信信号であり、例えば、2つの基地局102および102からのIS−95ベースシステムにおけるパイロット信号である。これら2つの基地局から受信した信号は、信号が各基地局から移動装置に移動する経過時間の差から構成される単一TDOA測定値を生じる。上述したように、r1、r2は、信号が、それぞれ第1および第2の基地局から移動装置122までの距離を移動するのに必要な時間であり、d12は、信号が、2つの基地局間の周知の視線距離を移動するのに必要な時間である。図4に示すように、ラインセグメントr1、r2、およびd12は、三角形を形成する。これは、式1の以下の制約を与える。
仮に、x1およびx2を、それぞれ第1の基地局102および第2の基地局104により送信された信号の移動装置122における到着の信号時間の過度の遅延を表す。信号により移動される実際の経路は、周知でないので、x1、およびx2は、周知でないことは明白である。上述したように、x1、およびx2は、正の数であるので、x1≧0、およびx2≧0として表される。また、移動装置122の移動装置と基地局のクロック時間の間の時間バイアス、またはタイムオフセットをtbにより表すと仮定する。一般的に、時間バイアスはすべての測定、少なくともTDOA測定を行なうために使用されるような相対的に短い期間、一定である。その結果、2つの基地局102および102から受信した信号に対して移動装置において測定される到着の時間差は、式2により数学的に表される。
但し、TDOA12は、移動装置において測定される基地局1からの信号と基地局2からの信号との間の到着の時間差である。
TOA1は、移動装置において、測定される基地局1からの信号の到着の時間である。
TOA2は、移動装置において、測定される基地局2からの信号の到着の時間である。
i=1、2に対する過度遅延の下限項xiを決定するために、式[3a]および[3b]に対する解は、さらなる制約xi≧0を用いて決定される。なぜならば、すでに述べたように、過度の遅延は正数だからである。
今述べた技術は、N個の基地局がある一般的な場合に拡張することができる。それぞれiおよびj基地局からのiおよびj測定値の各対は、以下の式[4a]および[4b]に示すように、式[3a]および[3b]と同様に2つに不等式の組を形成する。
従って、N個の基地局の場合、式[4a」および[4b]に示すように(N−1)*N/2組の不等式があり、合計M=(N−1)*Nの不等式を生じる。不等式の組は、式5としてマトリクスフォーマットで書くことができる。
ただし、AはM×N行列であり、そして
bはM成分を有する列ベクトルである。
bはM成分を有する列ベクトルである。
式[5]の不等式は、未知のxiおよびyiの最小値を見つけるために、すべての過度値x≧0の制約を用いて解くことができる。これらの不等式を解く1つの方法は、N成分を有するコストベクトルcを定義することである。従って、コストベクトルは、i=1,...Nの場合に対して解かれる。この場合ベクトルcはi番目の場所に1を有するゼロのベクトルである。これは、x≧0およびAx≧bを条件としてcxを最小化する問題を低減する。解法は、文献、例えばここに組み込まれるStrangおよびGilbert著「線形代数学およびその応用(Linear Algebra and its Applications)」第8章、第3版、Harcourt Brace Jovanovish, 1998に見出されるような線形不等式を解くための技術により決定してもよいことを当業者は認識するであろう。
簡単な数値の例は、下限をどのように決定できるかの1つの方法を示す。この例では、測定されたTDOA12=5タイムユニットであり、信号が2つの基地局間の周知の視線距離を移動するのに必要な時間はd12=4タイムユニットである。TDOA12およびd12の代わりに、この値を式[3a]および[3b]の不等式に用いると、式[6a]および6b]が得られる。
x1≧0およびx2≧0の制約とともに、これらの不等式は、実現可能集合を定義し、1つの集合は、この例に対してリストアップされた線形不等式の族に対する解法から構成される。
図5は、上述した例に対する実現可能集合を示すグラフである。図5に示すように、2つの軸があり、一方は、x1の値を表し(ライン502)、他方は、x2の値を表し(ライン504)、4つの象限を定義する。右上象限510は、不等式x1≧0およびx2≧0を満足する値を含み、それゆえ実現可能集合の可能な辺である。x1およびx2にさらに制約を加えると、実現可能集合にさらなる境界を確立する。これらのさらなる境界は、不等式x1−x2≧1、およびx2−x1≧9により定義される領域として示される。不等式x1−x2≧1は、下向きかつx1−x2=1(512)の右の可能な解決策の領域を定義する。不等式x2−x1≧9は、上方向かつラインx2−x1=9(514)の左の可能な解決策の領域を定義する。すべての不等式を満足し、それにより、実現可能集合を定義するポイントの組は、図5の斜線部分である。
過度の遅延の下限を決定するために、コスト関数が最小化される。例において、2つの基地局からの信号があるとき、2つのコスト関数c1=x1、およびc2=x2がある。2つのコスト関数の各々に対する最小のコストを解き、実現可能集合を定義した不等式を満足することにより、ポイント530に最小コストを生じる。この場合、x1(min)=1およびx2(min)=0である。従って、この例では、TOA1に関して1タイムユニットの過度の遅延の下限があり、TOA2に関して0タイムユニットの過度の遅延の下限がある。
過度の遅延に対する下限が決定された後、位置のTDOA推定を用いるとき、移動装置の位置の推定を改良するためにそれらの値を用いてもよい。例えば、推定された位置が決定される前に、それぞれの到着時間の測定値から過度の遅延の下限値を減算することもあり得、それにより、位置を推定するために使用されるTOA測定におけるエラーを低減する。過度の遅延の下限値はまた、重み係数を決定するために使用され、増大した優先権を与えるために使用され、または位置の解法を決定する際に、受信した信号測定値のいくつかに重みづけするために使用することもできる。過度の遅延の下限値はまた測定値全体を破棄するためにも使用することができる。例えば、過度の遅延の下限値が閾値を越えるなら、その測定値は、位置推定解法には使用されない可能性がある。さらに、過度の遅延の下限値は、位置解法の精度の表示を決定する際に使用することができる。過度の遅延の下限値をどのように使用するかのこれらの例のみならず、他の例は独立してまたはいずれかの組合せで使用することができる。さらに、過度の遅延の下限値は、移動装置により使用することができ、そこで、使用する基地局のようなセルラーインフラストラクチャ内の他の位置に送信され、または、移動装置およびセルラーインフラストラクチャ内の他の位置の両方に使用することができる。
図6は、移動装置122のさらなる詳細を図解するブロック図である。移動装置122は、基地局から信号を受信するように構成された受信器602を含む。例えば、受信器は、符号分割多重アクセス(CDMA)信号を受信するように構成してもよいし、または基地局からの移動通信のためのグローバルシステムであってもよい。受信器602は、基地局からの信号を受信し、各信号に対するTOAを決定する。受信器は、受信した信号のTOAを過度遅延エンジン604に出力する。
過度遅延エンジン604は、受信した信号のTOAを受け取り、受信した信号の各々に対する過度の遅延の下限を決定する。過度の遅延の下限は、コントローラー606に出力してもよく、そこで、位置決定に使用される。さらに、受信した信号のTOA、または、過度の遅延の下限は、異なる位置、例えば、基地局に通信され、基地局において使用される。一実施形態において、過度の遅延エンジン604はコントローラー606の一部であってもよい。他の実施の形態において、過度の遅延エンジン604は、受信器の一部であってもよい。さらに、他の実施の形態において、受信器602、過度の遅延エンジン604、およびコントローラー606は、単一の装置に結合される。受信器602、過度の遅延エンジン604、およびコントローラー606は、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、ゲートアレイ、またはディスクリートコンポーネントで形成してもよい。他の実施形態において、受信器602、過度の遅延エンジン604、およびコントローラー606の機能はソフトウエア、またはハードウエアとソフトウエアの組合せで実施してもよい。
図7は、基地局102のさらなる詳細を図解するブロック図である。代わりの実施の形態において、移動装置は、移動装置によって受信した信号のTOA測定値を基地局に送信し、そこで、移動装置の位置の推定が行なわれる。この実施形態において、基地局102は、移動装置からの信号を受信するように構成された受信器704を含む。例えば、受信器は、符号分割多重アクセス(CDMA)信号を受信するように構成されてもよいし、移動装置からの移動通信のためのグローバルシステム(GSM)であってもよい。受信器704は、移動装置により受信された信号のTOA測定値を受信する。受信器704は、移動装置により受信された信号のTOAを過度の遅延エンジン706に出力する。
過度の遅延エンジン706は移動装置から受信したTOA信号を受け取り、受信した信号の各々に対する過度の遅延の下限を決定する。過度の遅延の下限は、コントローラー708に出力してもよく、そこで、移動装置の位置の推定を決定する際に使用される。一実施の形態において、過度の遅延エンジン706はコントローラー708の一部であってもよい。他の実施の形態において、過度の遅延エンジン706は、受信器の一部であってもよい。更に他の実施の形態において、受信器704、過度の遅延エンジン706、およびコントローラー708は単一の装置に結合される。送信器702、受信器704、過度の遅延エンジン706、およびコントローラー708は、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、ゲートアレイ、またはディスクリートコンポーネントで構成してもよい。他の実施の形態において、送信器702、受信器704、過度の遅延エンジン706、およびコントローラー708は、ソフトウエアまたは、ハードウエアとソフトウエアの組合せで実施してもよい。
図7は基地局を示すけれども、過度の遅延エンジンは、セルラーインフラストラクチャーのどこにでも配置することができる。例えば、過度の遅延エンジンは、基地局コントローラー(BSC)または携帯電話システム向け交換機(MSC)内に含めることができる。一実施の形態において、過度の遅延エンジンは、移動装置の位置を推定する位置決定エンジン(PDE)の一部である。
他の実施の形態において、移動装置は、過度の遅延の下限を決定し、過度の遅延の下限の値を基地局102に送信する。この実施の形態において、受信器702は移動装置により決定された過度の遅延の下限の値を受信し、その値をコントローラー708に出力する。コントローラー708において、その値は、移動装置の位置の推定を決定する際に使用される。
図8は、移動装置により過度の遅延の下限を決定する1つの技術を示すフローチャートである。このフローチャートは、移動装置122により実行される動作を表す。図8は、遠隔装置が2つの基地局から信号を受信する技術の一例を記載するが、実際のシステムにおいて、遠隔装置は、いかなる数の基地局からの信号を受信してもよい。動作フローはブロック804で始まり、第1基地局からの信号が移動装置において受信される。次に、フローはブロック806に続く。ブロック806において、信号は、第2基地局から受信される。図8に示す例は、信号がシーケンシャルに受信されるように記載されるが、一般的な通信システムにおいて、すべての基地局からの信号は、同時に受信される。
フローはブロック808に続く。ブロック808において、2つの受信した信号のTDOAが決定される。次にフローはブロック810に続き、そこで、受信した信号の過度の遅延の下限が決定される。次に、フローはブロック812に続く。ブロック812において、移動装置の位置が推定され、TDOA推定値が、過度の遅延の下限を用いて調節される。
図9は、移動装置以外のセルラーネットワーク内のある位置により過度の遅延の下限を決定する1つの技術を示すフローチャートである。例えば、図9に示す技術は、基地局に、携帯電話システム向け交換機に、または位置決定エンジンの一部として含めることができる。図9は、遠隔装置が2つの基地局からの信号を受信する技術の一例を記載するけれども、実際のシステムにおいて、遠隔装置は、いかなる数の基地局からの信号も受信してもよい。動作フローはブロック904で始まり、少なくとも2つの基地局から移動装置において受信した信号のTOA値が移動装置から基地局において受信される。フローチャートは、1つの移動装置に関連した動作を記載するが、基地局は、多くの移動装置に関連する動作を実行することができる。
次に、フローはブロック908に続く。ブロック908において、受信したTOA値の2つのTDOAが決定される。次に、フローはブロック910に続き、そこで、過度の遅延の下限が決定される。次に、フローはブロック912に続く。ブロック912において、移動装置の位置が推定され、TDOA推定が、過度の遅延の下限を用いて調節される。
上述の記載は、移動装置の位置の推定が、基地局から送信された信号の到着測定値の時間差により行なわれるある実施の形態の一例について記載した。記載した技術は、他の位置決定システムと組み合わせて使用することもできる。例えば、この技術は、全地球測位システム(GPS)、または移動装置の位置を推定するために、異なる測定システムからの測定値を組合せるハイブリッドシステムを作る、他の位置決定システムを補完するために使用することができる。さらに、記載した技術は、GPS測定のために使用される基準値の時間バイアスを訂正するために使用することができる。さらに、記載した技術は、GPS測定のために使用される基準の時間バイアスを訂正するために使用することができる。
上述の記載は、この発明のある実施の形態を詳述する。しかしながら、いかに詳細に前述の事柄が現われるとしても、この発明は、その精神または必須の特性から逸脱することなく他の特定の形態で具現化することができる。記載された実施の形態はあらゆる点で実例としてのみ考慮され、制限的なものではなく、それゆえ、この発明の範囲は、上述の記述よりもむしろ添付されたクレームにより示される。クレームの等価の意味と範囲に付属するすべての変更は、その範囲内に包含される。
Claims (20)
- 下記を具備する、移動装置の位置を決定する方法:
少なくとも2つの基地局からの信号を受信する;
前記受信した信号間の到着の時差を決定する;
前記信号の到着の時間および前記基地局間の周知の距離に従って、過度の遅延の下界を推定する、前記過度の遅延の下界を推定することは前記基地局から受信したすべての信号未満を用いて行われる;および
前記過度の遅延の推定された下界および前記受信した信号間の到着の時差に従って前記移動装置の位置を推定する。 - 前記受信した信号はCDMAパイロット信号である、請求項1に定義された方法。
- 前記受信した信号はGSM信号である、請求項1に定義された方法。
- 下記を具備する、移動装置の位置を決定する方法:
少なくとも2つの基地局からの信号を受信する;
前記受信した信号間の到着の時差を決定する;
前記信号の到着の時間および前記基地局間の周知の距離に従って、過度の遅延の下界を推定する;
前記過度の遅延の推定された下界および前記受信した信号間の到着の時差に従って前記移動装置の位置を推定する;および
前記過度の遅延の下界を用いて前記移動装置の推定された位置を調節する。 - 前記調節は、前記それぞれの信号に対する到着時刻測定値から前記過度の遅延の下界を減算することを具備する、請求項4に定義された方法。
- 前記調節は、前記過度の遅延の下界に従って、前記到着時刻測定値に重み付けすることを具備する、請求項4に定義された方法。
- 前記調節は、前記過度の遅延の下界に基づいて前記位置推定から到着時刻測定を消去することを具備する、請求項4に定義された方法。
- 前記受信した信号の過度の遅延の下界を用いて前記移動装置の前記位置の推定の精度を決定する、請求項1に定義された方法。
- 前記信号に導入される前記過度の遅延はマルチパスによるものである、請求項1に定義された方法。
- 信号は複数の基地局から前記移動装置において受信され、前記過度の遅延の下界は複数の信号到着時間測定に対して推定される、請求項1に定義された方法。
- 前記基地局から受信した信号は、同時に前記基地局から送信される、請求項1に定義された方法。
- 前記基地局から受信した信号は、互いに時間に対して同期されている、請求項1に定義された方法。
- 前記受信した信号は通信信号である、請求項1に定義された方法。
- 前記受信した信号は、セルラー通信信号である、請求項1に定義された方法。
- 前記移動装置の位置を推定することは、別の位置標定システムを含む、請求項1に定義された方法。
- 前記別の位置標定システムは、全地球測位システムである、請求項16に定義された方法。
- 下記を具備する移動装置の位置を決定する方法:
少なくとも2つの基地局から信号を受信し、それぞれの信号に対して前記移動装置における到着の時間を決定する;
前記それぞれの基地局から受信した信号間の到着の時間差を決定する;
それぞれの基地局からの信号の到着時間および周知の基地局間の距離に従って、過度の遅延の下界を推定する;および
前記到着の時間差および過度の遅延の下界を異なる位置に送信し、前記推定された過度の遅延の下界および前記異なる位置において受信した信号間の到着の時間差に従って、前記移動装置の位置を推定する。 - 前記異なる位置は基地局である、請求項60に定義された方法。
- 下記を具備する、移動装置の位置を決定する方法:
少なくとも2つの基地局から信号を受信し、それぞれの信号に対する前記移動装置の到着の時間を決定する;
前記信号の到着の時間を異なる位置に送信する;
前記異なる位置において、前記それぞれの基地局からの受信した信号間の到着の時間差を決定する;
それぞれの基地局からの各信号の到着の時間および前記異なる位置における基地局間の周知の距離に従って、過度の遅延の下界を推定する;および
前記推定された過度の遅延の下界および前記異なる位置において受信した信号間の到着の時間差に従って前記移動装置の位置を推定する。 - 前記異なる位置は基地局である、請求項62に定義された方法。
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