JP2005524073A - ハイブリッド位置決定システムにおける無線端末のための位置決定 - Google Patents

ハイブリッド位置決定システムにおける無線端末のための位置決定 Download PDF

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Abstract

無線端末のための位置推定値を決定する技術。端末のための正確な位置推定値が初めに得られる(例えば、第1の(正確な)位置決定サブシステムに基づいて)。第２の(それほど正確でない)位置決定サブシステムの１つ以上の送信器(例えば、基地局)の各々について、“期待される”擬似距離が端末および基地局の位置の正確な位置推定値に基づいて計算され、“測定された”擬似距離がまた得られ、そして擬似距離残差が期待される擬似距離および測定された擬似距離に基づいて決定される。その後、端末のための更新された位置推定値を決定するために、測定された擬似距離が十分な数の送信器について得られる。各基地局の測定された擬似距離が関連する残差に基づいて修正される。次に、更新された位置推定値は、送信器についてこれらの修正された擬似距離に基づいて決定される。

Description

本発明は一般に位置決定に関連する。なお特に、本発明は無線端末の位置決定における精度とサービス利用可能性を改良するための技術に関連する。
無線ユーザの位置を知ることはしばしば望ましくて、時々必要である。例えば、連邦通信委員会(FCC)は、各時間の911呼が端末から成される公共安全応答ポイント(PSAP)を提供するように、無線端末(例えば、セルラ電話)の位置を必要とする高度な911(E-911)無線サービスのレポートと注文を採用した。FCC命令は50メータ以内に呼び出しの67%、および150メータ以内に呼び出しの95%があるというある仕様に正確であるような端末の位置を必要とする。
FCC命令に加えて、サービスプロバイダーは、サービスプロバイダーのために追加収入を発生させるかもしれない付加価値特徴を提供するために、位置のサービス(即ち、無線端末の位置を確認するサービス)が様々なアプリケーションで利用されるかもしれないと認め始めた。例えば、サービスプロバイダーは、異なったレートが異なったゾーンから発する呼び出しのために請求されることにより、位置に敏感な支払いを実行する、位置のサービスを利用するかもしれない。また、サービスプロバイダーは、運転する指示、交通に関する地方の情報、ガソリンスタンド、レストラン、ホテルなどの位置に敏感な情報を提供するために位置のサービスを利用するかもしれない。位置のサービスを利用して提供されるかもしれない他のアプリケーションは、資産追跡サービス、資産モニターおよび回復サービス、全車両およびリソース管理、個人的な位置のサービスなどを含んでいる。これらの様々なアプリケーションはシステムによってモニターされた影響を受けている各端末の位置を通常必要とするか、または端末の位置が絶えずその位置を更新することができることを必要とする。
無線端末の位置を決定するために様々なシステムが使用される。そのようなシステムの１つが周知の全地球測位システム(GPS)であり、それは地球の周囲を軌道を描いて回る24のよく間隔をおいた人工衛星の“星座”である。各々のGPS衛星は、地上の受信器が任意の時点に関連して受信された信号の到着の時間を測定することを可能にする情報を使用してコード化された信号を送信する。この相対的な到着の時間の測定が、次に“擬似距離”に変換されるかもしれない。GPS受信器の位置は十分な数(通常4)の擬似距離測定値に基づいて正確に推定されるかもしれない(ほとんどのGPS受信器について10〜100メータ以内に)。しかしながら、GPS信号は衛星と受信器の間の比較的大きい距離のため非常に低いパワーレベルで受信され、ほとんどのGPS受信器は、ビルの中、濃い木の葉の下、高いビルが空の大部分を妨げる都市の設定などで、GPS信号を受信することが非常に困難である。
ハイブリッド位置決定システムでは、無線通信システムの地上、即ち地上境界基地局からの信号は、また無線端末の位置を決定するためにGPS衛星からの信号の代わりに、または補足に使用されるかもしれない。無線通信システムはセルラー通信システムまたはある他のシステムであるかもしれない。したがって、“ハイブリッド”端末は衛星からのGPS信号を受信するためのGPS受信器と、地上境界基地局からの“地上”信号を受信するための“地上”受信器を含んでいるだろう。GPS信号と同様に、受信された地上信号の到着の時間は任意の時点に関連して測定され、擬似距離に変換されるかもしれない。そして、十分な数の基地局(例えば、3以上)に対する擬似距離測定は、端末の位置を推定するのに使用されるかもしれない。地上の信号に基づいた地上の擬似距離は、基地局のタイミングとハードウェア誤差、受信器のタイミングとハードウェア誤差による比較的大きい誤差、および伝播パスによる誤差を表す傾向があることはよく知られている。その結果、地上の擬似距離測定値から得られる位置推定値の精度はGPS擬似距離測定値から得られるそれよりも通常悪い。
移動端末はGPSと無線通信システムの適用範囲の地域の内外に移動するかもしれない。高精度を達成するために、端末の位置推定値を決定するのにしばしば且つ可能な範囲までGPS信号を使用することが望ましい。そのうえ、より高い利用可能性とより大きい適用範囲を達成するために、端末の位置推定値を決定する必要がある時と範囲まで地上の信号を使用することが望ましい。
したがって、無線端末のための位置推定値を決定することにおいて、高精度と高い利用可能性を提供する方法でGPSと地上の信号を有効に使用する技術の必要性がある。
無線端末のための位置推定値を決定することにおいて、改良された精度とサービス利用可能性を提供するための技術がここに提供される。一態様において、端末の位置は最初に、正確な位置決定サブシステム(GPSであるかもしれない)に基づいて正確に決定される。次に、この正確な位置推定値は、それほど正確でない位置決定サブシステム(セルラー通信システムであるかもしれない)のために得られた“実際の”測定値に関する使用されるべき修正である“残差”を決定するために使用される。その後、端末の位置は次に端末に利用可能な測定値の最も良い組に基づいて決定されるかもしれない。例えば、十分な数の衛星についての測定値が利用可能であるならば、“GPSベース”の解が計算され、少なくとも1つのGPS衛星についての測定値が利用可能であるならは、“ハイブリッド”解が計算され、および基地局だけの測定値が利用可能であるならば、“地上ベース”解が計算されるかもしれない。
ハイブリッドおよび地上ベース解について、各基地局の実際の測定値(基地局から受信された信号に基づいて得られた“測定された”擬似距離であるかもしれない)は、その基地局のために決定された残差を使用して修正されるかもしれない。残差は無線のネットワークと伝播媒体の様々な構成要素によって導入される誤差を緩和するように使用されるかもしれない。このように、最も高い可能な精度が利用可能な位置決定サブシステムに基づいて端末の位置推定値のために達成されるかもしれない。そのうえ、必要な時と範囲でそれほど正確でない(地上の)測定値により、より正確な(GPS)測定値を補う能力のために、高い利用可能性が位置決定のために提供される。
特定の実施例では、方法は無線端末のための位置推定値を決定するために提供される。方法によると、端末のための正確な位置推定値は初めに、第1の(正確な)位置決定サブシステムに基づいて(例えば、十分な数のGPS衛星に対する測定された擬似距離に基づいて)決定される。そして、第２の(それほど正確でない)位置決定サブシステム(例えば、セルラー通信システムにおける1つ以上の基地局)の１つ以上の送信器の各々に対する“期待された”擬似距離が、端末の正確な位置推定値と送信器の知られている位置とに基づいて計算される。期待された擬似距離は端末と送信器の間の見通し線距離を指示し、“真”の距離として考えられるかもしれない。各基地局に関する測定された擬似距離がまた得られる(例えば、CDMAベースの無線のネットワークの場合に基地局から受信された順方向リンク信号のパイロット位相測定に基づいて)。次に、擬似距離残差は基地局の期待される擬似距離および測定された擬似距離に基づいて各基地局について決定される。擬似距離残差はそれほど正確でない第２のサブシステムによってなされる測定値における誤差によるためであると仮定される。
その後、端末のための更新された位置推定値を決定するために、測定された擬似距離が十分な数の送信器について得られ、その各々はGPS衛星か基地局であるかもしれない。そして、各々の基地局の測定された擬似距離がその基地局のために決定された擬似距離残差に基づいて修正される。次に、端末のための更新された位置推定値が(1) (もしあるならば)GPS衛星の測定された擬似距離、(2) 基地局の修正された擬似距離に基づいて決定される。
実施例では、端末のための更新された位置推定値は、(1) それが利用可能であるならば第1のサブシステム、(2) 第1のサブシステムが部分的に利用可能であるならば第1と第２のサブシステム、(3) 第1のサブシステムが利用可能でないならば第２のサブシステムだけに基づいて決定される。
本発明の特徴、特質および利点は、同様な参照符号が図を通して対応して同定する図面と関連して取られるとき、以下に示す詳細な説明からより明らかになるであろう。
図1は複数の位置決定サブシステムを含むハイブリッド位置決定システム100のダイヤグラムである。１つのそのような位置決定サブシステムは周知の全地球測位システム(GPS)である。別のそのような位置決定サブシステムは無線(例えば、セルラー)通信システムであり、それは符号分割多元接続(CDMA)通信システムまたは幾つかの他のシステムであるかもしれない。一般に、ハイブリッド位置決定システム100は、任意のタイプ（例えば、位置関連情報を提供することができるブルートゥース、WI-FIまたは任意の他のシステム）であるかもしれない様々な位置決定サブシステムを含むことができる。以下で詳細に説明される特定の実施例では、ハイブリッド位置決定システム100はGPSとセルラー通信システムを含む。
ハイブリッド位置決定システム100では、無線端末110の位置は単一の位置決定サブシステムか多重位置決定サブシステムのどちらかからの信号に基づいて決定されるかもしれない。例えば、システム100がGPSとセルラー通信システムを含むならば、端末110の位置は、(1) GPSのみ、(2) 高度な順方向リンク三辺測量(A-FLT)として知られている技術を使用しているセルラー通信システム単独、(3) GPSとセルラー通信システムの両方に基づいて決定されるかもしれない。各位置決定サブシステムはある精度で位置推定値を提供することができ、ある動作環境に関して利用可能であるかもしれない。システム100がGPSとセルラー通信システムを含むならば、これらのシステムについて精度と利用可能性は表1に示されるように簡潔に(精度の降順で)まとめられるかもしれない。
Figure 2005524073
 “GPSベース”の解は表1で最も高い精度を有するが、不十分な数のGPS衛星はこの解を計算するためにある動作環境(例えば、屋内)で利用可能であるかもしれない。補助されたGPSは感度を改良するために実行され、衛星を獲得するのに必要である時間を短縮するかもしれない。補助されたGPSに関して、ある支援情報が端末に供給され、GPS信号を取得して、処理するのに使用されるかもしれない。支援情報は、例えば、タイミング情報、大体のGPS衛星位置に関連する情報などを含むかもしれない。
GPSとセルラー通信システムの両方の測定値に基づいた“ハイブリッド”解のために、1つ以上の基地局の1つ以上の測定値がGPS衛星の測定値に代わって使用されるかもしれない。ハイブリッド解は、GPSベースの解を計算するために不十分な数のGPS衛星が利用可能である場合に達成することができる最も高い精度を提供する。“地上ベース”または“フリーホイーリング”解(例えば、A-FLTを使用して)について、GPS衛星の測定値は使用されなくて、端末の位置はセルラー通信システムで基地局の測定値のみに基づいて決定される。ハイブリッドと地上ベースの解について、基地局から受信された信号に基づいた“実際の”測定値は(1) 端末と基地局におけるタイミングおよびハードウェア誤差、(2) 伝播環境による誤差のため比較的大きい誤差を示す傾向がある。その結果、地上ベースの解の精度は、GPSベースの解よりも通常悪いハイブリッド解よりも通常悪い。
無線端末のための位置推定値を決定することにおいて改良された精度とサービス利用可能性を提供する技術がここに提供される。一態様では、端末の位置は、最初に正確な位置決定サブシステム(例えば、GPS)に基づいて正確に決定され、かつ残差を決定するために使用され、残差はそれほど正確でない位置決定サブシステム(例えば、セルラー通信システム)の実際の測定値のために使用されるべき修正である。その後、端末の位置は端末に利用可能な測定値の最も良い組に基づいて決定されてもよい。例えば、十分な数のGPS衛星の測定値が利用可能であるならば、GPSベースの解が計算され、少なくとも1つの衛星について測定値が利用可能であるならば、ハイブリッド解が計算され、そして、基地局だけの測定値が利用可能であるならば、地上のベースの解が計算されるかもしれない。
ハイブリッドおよび地上ベースの解において、各基地局のための実際の測定値は、基地局のためにより早く決定された残差で修正されるかもしれない。残差は無線のネットワークと伝播媒体の様々な構成要素によって導入される誤差を緩和するのに使用されるかもしれない。このように、最も高い可能な精度は利用可能な位置決定サブシステムに基づいて端末の位置推定値のために達成されるかもしれない。そのうえ、必要である時と範囲でそれほど正確でない(セルラー)測定値でより正確な(GPS)測定値を補う能力によって、高い利用可能性が位置決定のために提供される。
簡単さのため、様々な態様と実施例が擬似距離に関連する測定値のために明確に説明されるだろう。基地局への擬似距離は、技術で知られているように、パイロット位相測定値に基づいて測定されるかもしれない。擬似距離を測定するための他の方法は知られていて、また使用されるかもしれない。しかしながら、ここに説明される技術はまた、擬似距離以外に他のタイプの測定に使用されるかもしれない。例えば、タイミングおよび/または信号強度関連の測定値が得られ、端末の位置推定値を決定するために使用されるかもしれない。擬似距離を使用しないで位置を決定するための他の手段は知られている。それ故、ここに説明される技術は様々なタイプの残差と測定値に使用されるかもしれない。
図1では、端末110は複数の送信器から送信される信号を受信し、送信器はセルラー通信システムの基地局120および/または全地球測位システムの衛星130であるかもしれない。一般に、知られているか確かめられることができる位置を有する送信器のどんなタイプも端末の位置を決定するのに使用されることができる。例えば、端末110はブルートゥースシステムにおけるアクセスポイントから信号を受信するかもしれない。ここに使用されるように、基地局は位置決定に使用されるかもしれない信号を送信するどんな地上境界送信器であってもよい。
端末110は、タイミング、距離および/または位置情報を得るために位置決定サブシステムから信号を受信して処理することができるどんな装置であってもよい。一実施例では、端末110は複数の送信器から信号を受信することができるセルラー電話である。他の実施例では、端末110は無線のモデムを有する電子ユニット(例えば、コンピュータ端末、携帯情報端末(PDA)など)、衛星および/または基地局から信号を受信することができる受信器ユニット、または他のいかなるタイプの受信器であってもよい。
端末110の位置は、(1) 基準点として使用される十分な数の送信器に対する距離、および/または(2) これらの送信器の位置に基づいて決定されるかもしれない。(ブルートゥース送信器かセルラー中継器の位置は十分であるかもしれない)。送信器から端末へ伝送する信号に必要である時間を測定することによって、端末は各送信器に対する距離を推定することができる。信号が送信器から送信される時間が知られているならば(例えば、信号にスタンプされるかコード化される)、信号の伝送時間は信号が端末に受信される時間を(端末の内部時計に基づいて)観察することにより決定されることができる。しかしながら、通常、送信器と端末の時計間のオフセットのために送信と受信の間の時間は正確に決定することができない。したがって、“擬似距離”は基準時間と信号が受信された時間の間の差に基づいて通常引き出される。その結果、擬似距離は信号が受信された端末と送信器との間の相対的な距離を表す。
GPS衛星の位置は衛星により送信される信号を処理することにより確かめられることができる。各衛星は“暦（Almanac）”情報を送信し、それは星座におけるすべての衛星の粗い位置に関する情報を含む。各衛星はさらに“天体位置推算表（Ephemeris）”情報を送信し、それは地球の追跡している局により追跡されかつ報告されるとき、それ自身の軌道のより高い精度バージョンを含む。基地局の位置は位置決定を実行するエンティテイに知らされているかもしれない(例えば、メッセージを通して)。例えば、端末は基地局および/または衛星の位置に関するデータベースを含むかもしれないし、またはこれらの位置は必要に応じて位置決定エンティテイ(PDE)140または基地局などの位置サーバによって提供されるかもしれない。代わりに、基地局またはPDEは端末のための位置決定を実行し、衛星および/または基地局の位置についての情報を持っているかもしれない。衛星および/または基地局の位置に関する情報はまたメッセージを通して送信されてもよい。
十分な数の送信器(基地局および/または衛星)に対する擬似距離測定値とこれらの送信器の位置は、三辺測量を使用してこの情報に基づいて端末のための位置推定値を計算するアルゴリズムに通常提供される。1つのそのようなアルゴリズムは周知の最小平均二乗(LMS)アルゴリズムである。他の適当なアルゴリズムもまた技術において知られているように使用されるかもしれない。端末の位置推定値を決定する計算は端末、PDE(位置サーバ)、基地局、またはある他のエンティテイによって実行されるかもしれない。位置決定を実行するエンティテイは必要な情報(例えば、適切な測定値と送信器の位置またはこれらの位置を決定する手段のどちらか)を提供される。
上で述べたように、端末110の位置はGPSからの信号だけ、セルラー通信システムだけ、または両システムに基づいて決定されるかもしれない。GPSベースの解について、４つ以上のGPS衛星130に対する擬似距離測定値が決定され、端末の位置のx、y、z、および時間偏倚またはオフセットである4つの未知数を解くために使用される。計算の結果は端末の正確な3次元(3-D)位置推定値(x、y、z)である。
GPSとセルラー通信システムの両方からの信号に基づいたハイブリッド解について、1つ以上の基地局からの1つ以上の測定値はGPS衛星からの測定値に代わって使用されるかもしれない。例えば、図1を参照して、セルラー通信システムにおける基地局120aからの信号は、端末の時間偏倚の修正のために使用されるかもしれない。CDMAシステムに関しては、各々の基地局はその適用範囲の地域内で端末にその順方向リンク信号上のパイロット信号を送信する。多くのCDMAシステムに関して、すべての基地局からのパイロット信号のタイミングはGPSシステム時間に同期する。端末110において、復調のために使用されるように基地局120aから最も早く到着する信号インスタンス(即ち、マルチパス成分)は確認されていて、端末のアンテナコネクタでこのマルチパス成分の発生の時間が決定され、この発生の時間が端末の基準時間として使用されるかもしれない。次に、端末はこの同じ基地局120aに逆方向リンク信号を返信し、逆方向リンク信号はラウンドトリップ遅れ(RTD)と呼ばれる全体で2τだけ遅れる。RTDが基地局120aで測定され、それが“真の”GPS時間に対応するように端末の時間基準を調整するために使用されるかもしれない。端末の時計をGPS時間に同期させることによって、端末での時間の偏倚は取り除かれるかもしれない。次に、ハイブリッド解は3つのGPS衛星130a、130b、および130cについてそれぞれ3つの擬似距離測定値RS1、RS2、およびRS3のみを得られ、それらは端末のための3-D位置推定値を計算するために3つの未知数(即ち、位置のx、y、z)を解くのに必要とされるすべてである。高度の援助も利用可能であるならば、2つの衛星に対する擬似距離測定値は位置推定値を解くのに十分であるだろう。
また、基地局からの信号は距離として使用され、それは端末の位置を決定するために必要とされる衛星の数をさらに減少させるだろう。特に、端末から基地局iまでの擬似距離RBiは以下として計算されるかもしれない：
RBi=c・τi 式(1)
ここにcは光速であり、τiは端末から基地局iまでの伝播遅延である(即ち、τi=RTD/2)。
基地局についての擬似距離測定値は、GPS衛星についての擬似距離測定値に結合されて、端末のための位置推定値を計算するのに使用されるかもしれない。ハイブリッド解は(1) 2つのGPS衛星の2つの擬似距離測定値(例えば、RS1、およびRS2)と1つの基地局の1つの擬似距離測定値(例えば、RB1)、(2) 1つのGPS衛星の1つの擬似距離測定値(例えば、RS1)と2つの基地局の2つの擬似距離測定値(例えば、RB1およびRB2)など、で得られるかもしれない。また、地上ベースの解は2つ以上の基地局の2つ以上の擬似距離測定値(例えば、RB1およびRB2)で得られるかもしれない。一般に、基地局および/またはGPS衛星の組み合わせから得られる十分な数の測定値が端末のための位置推定値を決定するのに使用されるかもしれない。
上で述べたように、基地局からの信号に基づいて擬似距離測定値は誤差の様々なソースによる比較的大きい誤差を示す傾向がある。そのような誤差ソースの1つは伝播環境でのマルチパスの影響であり、それは見通し線パスの代わりに間接的なパスを通して端末に達する基地局から送信された信号をもたらす。間接的なパスは1つ以上の反射ソースでの反射で作られ、通常、端末が作動している環境(例えば、ビル、木、またはある他の構造物)における人工物である。間接的なパスが見通し線パスよりも長いので、反射した信号に基づく擬似距離測定値は対応してより長い。実施例では、擬似距離残差は端末が通信にある各基地局について決定される。別の実施例では、擬似距離残差は端末のための位置推定値を決定するのに使用される各基地局について決定される。一般に、擬似距離残差は1つ以上の基地局のどんな組み合わせについても決定されるかもしれない。擬似距離残差は、マルチパスの影響を含む誤差の様々なソースを説明するために使用される。
図2はそれほど正確でない位置決定サブシステム(例えば、セルラー通信システムにおける基地局)において送信器の擬似距離残差を決定するための処理200に関するフローチャートである。初めに、決定は正確な位置決定サブシステムが利用可能であるか否かでなされる(ステップ212)。この正確な位置決定サブシステムは、GPSなどの端末の位置を正確に決定するために使用されるかもしれないどんなシステムでもよい。正確な位置決定サブシステムが利用可能でないならば、このサブシステムが利用可能になるまで、処理は待っている。さもなければ、処理はステップ214に進む。
ステップ214では、端末のための正確な位置推定値は正確な位置決定サブシステムに基づいて決定される。GPSに関しては、4つ以上のGPS衛星からの信号が測定されて、これらの衛星に対する擬似距離を引き出すために使用されるかもしれない。そして擬似距離は、（x,y,z）Tとして表される端末の正確な位置推定値を計算するためにLMSまたはある他の適当なアルゴリズムに提供されるかもしれない。また、正確な位置推定値は他の方法によって、例えば、ブルートゥースシステムまたはプセドウライト（pseudolite以下で、説明される）のアクセスポイントから信号を受信することによるか、ユーザからの手動入力によるか、ネットワークエンティテイ(例えば、PDE)からの支援情報を受信することによるか、などで得られるかもしれない。
次に、後で端末のための位置推定値を決定するのに使用されるかもしれない端末から各基地局への“期待された”擬似距離R’Biが、(1) 端末のための正確な位置推定値(x,y,z)Tおよび(2) 基地局の位置(x，y，z)Biに基づいて計算される(ステップ216)。この期待される擬似距離は“真の”距離として考えられるかもしれない。基地局の位置は、上で説明された方法(例えば、メッセージまたはシグナリングを通して)で端末に提供されるかもしれない。基地局iに対する期待される擬似距離、R’Biは以下として計算されるかもしれない：
Figure 2005524073
 ここに(x，y，z)T= xT，yT，zT、(x，y，z)Bi= xBi，yBi，zBiである。期待された擬似距離R’Biは端末と基地局iの間の見通し線距離を表し、それが端末のための正確な位置推定値(x,y,z)Tおよび基地局の知られている位置(x，y，z)Biに基づいて計算されるので、正確な値である。
次に、各基地局に対する“測定された”擬似距離RBiが決定される(ステップ218)。これは基地局からの信号を受信しかつ処理し、基地局から端末へ伝わる信号に必要とされる時間τiを決定し、RBi=c・τiとして測定された擬似距離を計算することにより達成されるかもしれない。時間τiは、技術で知られているように端末の時間基準を使用して、基地局から受信された順方向リンク信号のパイロットの位相(即ち、パイロット位相測定)に基づいて推定されるかもしれない。端末の時間基準はGPSベースの解またはラウンドトリップ遅れに基づいて較正されるか、または確かめられるかもしれない。
次に、後の時間に端末のための位置推定値を決定するのに使用されるかもしれない各基地局についての擬似距離残差RESBiは、(1) 基地局に対する期待される擬似距離R’Bi、(2) 基地局に対する測定された擬似距離RBiに基づいて決定される(ステップ220)。基地局iについての擬似距離残差RESBiは以下により計算されるかもしれない：
RESBi=R’Bi- RBi 式(3)
擬似距離残差は、(1)基地局から受信された信号に基づいて引き出された測定された擬似距離RBiと、(2)ある他のより正確な情報に基づいて計算された期待される擬似距離R’Biとの間の誤差を示す。測定された擬似距離RBiは以下で表されるかもしれない：
RBi =R”Bi＋Ti＋Bi＋Mi 式(4)
ここに、R”Biは端末から基地局への真の距離、Tiは端末と関連するすべての誤差を代表しており、Biは基地局と関連するすべての誤差を代表しており、Miはマルチパスを含む信号伝播環境に関連する誤差である。真の距離R”Biは期待される擬似距離R’Biと近似されるかもしれない(即ち、R”Bi≒R’Bi)。端末と基地局に関連する誤差は通常時間上で変化しないか、または徐々に変化するかもしれない。誤差Tiは受信器測定雑音(即ち、ガウス雑音によって表すことができる熱雑音)と関連する誤差を代表しているパラメタηを含んでいる。パラメタηは1つの測定から次へ変化するが、(1)無視可能であると仮定されるか、(2) パイロット位相測定値における誤差として同様の方法で説明されるかのどちらかであることができる。マルチパス誤差Miは、(1) 時間上変化しない(例えば、長い時定数を有する誤差処理によって表すことができる)大きい障害(例えば、ビル、構造物など)による大きい誤差要素と、(2) 他の障害による小さい誤差要素(例えば、短い時定数を有する誤差処理によって表すことができる)に分解されるかもしれない。小さい速いマルチパス誤差要素は大きい遅いマルチパス誤差要素に比べて無視できると考えられるかもしれない。その結果、擬似距離残差(RESBi≒Ti+Bi+Miとして表されるかもしれない)は伝播環境と他の要素の特性に依存している持続時間で、少なくとも時間の期間通常有効である。
実施例では、端末の位置推定値と関連した事後的誤差は、地上の擬似距離と関連した先験的測定誤差を決定するために使用することができる。様々な誤差パラメタは端末の位置推定値および/または擬似距離残差に関連づけられるかもしれない。例えば、誤差楕円とその向きは位置推定値のために決定されるかもしれない。誤差楕円に比例した各基地局の位置はその時決定され、誤差推定値は誤差楕円に比例して基地局の位置に依存して擬似距離残差のために引き出されるかもしれない。例えば、端末の位置推定値と誤差楕円上の基地局との間の見通し線ベクトルの投影は、期待された擬似距離の誤差の尺度として使用されることができる。また、期待された擬似距離誤差推定値は基地局の位置の不確実性を含むかもしれない。誤差推定値は関連する尺度における信用の指示(即ち、品質)を提供する。例えば、擬似距離残差の誤差推定値は擬似距離残差を当てにする将来の位置推定値に使用されるかもしれない。そのような使用に関する例はLMSまたはある他の適当なアルゴリズムによる残差の相対的な重み付けを含むかもしれない。また、他のパラメタも評価され(例えば、信号対雑音比(SNR)、信号対干渉比(SIR)、パイロットの信号強度、RMS誤差、マルチパス誤差推定値など)、測定された擬似距離に関する誤差推定値を引き出すのに使用され、これは発明の範囲の中にある。擬似距離残差に関する誤差推定値は少なくとも1つの推定された擬似距離と測定された擬似距離についての誤差推定値を含むかもしれない。
基地局に関する位置推定値および擬似距離残差の誤差統計が決定される(ステップ222)。誤差統計は誤差楕円、パイロットSNRなどを含むかもしれなくて、誤差推定値を引き出すのに使用される。擬似距離残差と関連する誤差統計は、次にまさに決定された誤差統計で更新される(ステップ224)。このように、正確で最新の誤差統計が擬似距離残差のために維持される。そして、処理は終了する。
事後的誤差と先験的誤差との関係は上で説明された。位置推定値と関連した事後的誤差は、推定された擬似距離における関連した誤差を決定するために使用することができ、それは順次擬似距離残差を計算するのに使用される。擬似距離残差における誤差推定値は先験的測定誤差である。
別の実施例では、特定の基地局についての擬似距離残差は、空間的且つ時間的な領域で厳密に近接している複数の端末により得られる地上の擬似距離の収集によって決定されるかもしれない。端末と基地局との間の擬似距離はセルラー通信システム(例えば、サービスしている基地局)に報告されるかもしれない。次に、それは端末の位置推定値で擬似距離残差を相関させるかもしれない。与えられた端末により各基地局のために使用されるべき特定の擬似距離残差は、その時複数の端末により提供される地上の擬似距離の収集に基づいて決定されるかもしれない。
まだ別の実施例では、特定の基地局に関する擬似距離残差は異なる様式で処理されたかもしれなくて、それにより特定の端末のための測定された擬似距離がこの端末に空間的且つ時間的領域で厳密に近接している複数の端末の測定値から引き出された擬似距離残差で修正される。例では、基地局に関する擬似距離残差は援助データの要素としてセルラーネットワークによって移動端末に提供されるかもしれない。代わりに、この援助データは互いに空間的に近接している移動端末によって共有されるかもしれない。
また、擬似距離測定値のための統計を収集する技術は、2000年10月26日をファイルされた“Method and Apparatus for Determining an Error Estimate in a Hybrid Position Determination System”と題する米国特許出願シリアルNo.09/697,781に記述され、これはこの特許出願の譲受人に譲渡されている。
上で説明された擬似距離残差は、端末の位置推定値の精度を改良するのに有利に使用されるかもしれない。あるパラメタ(端末の位置などの)とそれほど正確でない組の測定値の誤差の量(例えば、基地局に対する測定された擬似距離) との間に予測できる関係があることが分かった。したがって、パラメタの値とそのパラメタに関連づけられる誤差の量の両方を知ることによって、それほど正確でない測定値の誤差の量の推定値を作ることができる。例えば、端末の大よその位置推定値と、位置推定値およびその位置推定値と関連する誤差の量の関係とを知ることによって、セルラー通信システムにおける基地局に対する測定された擬似距離の誤差の量を推定することができる。
ハイブリッド位置決定システムは2つの(または、ことによるとそれ以上の)位置決定サブシステムを含む。表1に示されるように、異なった位置決定サブシステムは異なった精度能力に関連づけられ、異なった環境で利用可能であるかもしれない。態様では、端末のための位置推定値は、最も正確な位置決定サブシステムまたは位置推定値が決定される時間に端末に利用可能なサブシステムの組み合わせに基づいて決定される。そのうえ、改良された精度を提供するために、それほど正確でない位置決定サブシステムの測定値がそのサブシステムのために決定された擬似距離残差を使用して修正される(または、補償される)かもしれない。
図3は高精度と利用可能性とが達成される方法で無線端末のための位置推定値を決定するための処理300に関するフローチャートである。ハイブリッド位置決定システムの各位置決定サブシステムは、測定値の独自に引き出された組と関連づけられる。端末は、(1) 正確な位置決定サブシステムにおける送信器の測定値だけに基づいて、(2) 正確なおよびそれほど正確でない位置決定サブシステムの両方において送信器の測定値に基づいて、または(3) それほど正確でない位置決定サブシステムの送信器の測定値だけに基づいて、その位置を決定する能力を有するように設計される。高精度と利用可能性を達成するために、端末のために利用可能な測定値の最も良い組は、位置推定値を決定するのに使用される。
最初に、決定は正確な位置決定サブシステムが利用可能であるか否かについて成される(ステップ312)。この正確な位置決定サブシステムは、GPSなどの端末のための位置推定値を正確に決定するのに使用されるどんなシステムであってもよい。衛星の測定値は様々な要素のため基地局の測定値より通常優れた精度を有し、衛星が頭上にあって、衛星からの信号がダイレクトパスを通して端末に達するというより大きい確率があるという事実を含んでいる。したがって、正確な位置決定サブシステムが利用可能であるならば、端末のための位置推定値は正確な位置決定サブシステムだけに基づいて決定される(ステップ316)。GPSに関しては、十分な数(例えば、4以上)のGPS衛星からの信号がこれらの衛星に対する擬似距離を引き出すのに測定されかつ使用され、それはさらに端末のための正確な位置推定値(x，y，z)Tを計算するために使用されるかもしれない。その時端末の位置決定を計算する処理は終わる。ある実施では、擬似距離残差はステップ316で決定された正確な位置推定値に基づいて更新されるかもしれない。この場合、図2のステップ216乃至224はステップ316の後に実行されるかもしれない。
さもなく、正確な位置決定サブシステムがこのサブシステムにのみ基づいて解を引き出すのに利用可能でないならば、決定は正確な位置決定サブシステムが少なくとも部分的に利用可能であるか否かについて成される(ステップ322)。一般に、GPSにおいて、4つ以上のGPS衛星が端末のための立体(3-D)位置推定値を引き出すのに必要である。端末の位置決定のために必要とされる衛星の最少数は、例えばCDMAネットワーク、高度援助などのような他の支援情報が利用可能であるならば、減少されることができるかもしれない。衛星の最少数以下が利用可能であるならば、利用可能な衛星の測定値は次の最も高い精度を持っているハイブリッド解を引き出すのに基地局の測定値と組み合わせて使用されるかもしれない。したがって、決定はそれほど正確でない位置決定サブシステムがハイブリッド解を引き出すのに利用可能であるか否かについて成される(ステップ324)。このそれほど正確でない位置決定サブシステムはまた、セルラー通信システムなどのように、端末の位置を補助および/または決定するのに使用されるかもしれないどんなシステムであってもよい。実施例では、基地局に関する測定値は、不十分な数の衛星が利用可能であって、必要な限度においてのみ衛星の測定を補うように使用される。
正確なおよびそれほど正確でない位置決定サブシステムが利用可能であるならば、端末のための位置推定値はこれらのサブシステム(ステップ326)の組み合わせに基づいて決定される。ハイブリッド解が、(1) 十分な数の送信器(例えば、衛星および基地局)に関して、実際の測定値を得る(例えば、測定された擬似距離)、(2) それほど正確でない位置決定サブシステムの何れかで得られた残差でそれほど正確でないサブシステムのために得られるた実際の測定値を修正する、および(3) 正確な位置決定サブシステムの実際の測定値とそれほど正確でない位置決定サブシステムの修正された測定値の組み合わせに基づいて、端末の位置推定値を決定する、によって得られるかもしれない。代わりに、残差はより早く決定される必要はなく、それらは実時間の近くで端末への援助として提供されるかもしれない。そのうえ、残差がこれらの非修正の測定値と関連する送信器には利用可能でないならば、それほど正確でない位置決定サブシステムの非修正の測定値はまた、ハイブリッド解を決定するのに使用されるかもしれない。ステップ326は以下でさらに詳細に説明される。ある実施では、擬似距離残差はステップ326で決定された位置推定値に基づいて更新されるかもしれない。この場合、図２のステップ216乃至224はステップ326の後に実行されるかもしれない。そのとき処理は終わる。ステップ324に戻って、正確なおよびそれほど正確でない位置決定サブシステムの組み合わせがハイブリッド解を得るために不十分であるならば、エラーメッセージは返され(ステップ328)、処理はその後終了するであろう。
ステップ322で決定されるとき、正確な位置決定サブシステムが全く利用可能でないならば、それほど正確でない位置決定サブシステムが利用可能であるか否かの決定が成される(ステップ332)。セルラー通信システムについて、2つ以上の基地局が端末のための位置推定値を引き出すために十分であるかもしれない。それほど正確でない位置決定サブシステムが利用可能であるならば、端末のための位置推定値はこのサブシステムに関して得られる測定値に基づいて決定される(ステップ336)。解の改良された精度を提供するために、実際の測定値はこのそれほど正確でないサブシステムについて前に決定された残差で修正される(残差が利用可能であるならば)。また、ステップ336は以下でより詳細に説明される。そのとき処理は終わる。ステップ332に戻って、それほど正確でない位置決定サブシステムが利用可能でないならば、エラーメッセージは返され(ステップ338)、処理はその後終了するであろう。代わりに、ステップ338に先だって、システムは高度なCELL-IDのような“安全ネット”解に戻って、位置推定値を計算して処理を終えるかもしれない。そのような実施において、上記システムは様々な位置決定サブシステム利用可能性に依存して様々な精度で位置推定値をいつも発生させるだろう。
上の記述では、ステップ326と336について、第２のサブシステムによる１つ以上の送信器について得られる1つ以上の測定値は、端末のための位置推定値を決定する使用のために選択されるかもしれない。送信器の測定値は1つ以上の選択評価基準に基づいて選択されるかもしれない。そのような評価基準は、例えば正確な基地局暦情報の利用可能性、中継器の存在、統計的な尺度(RMS、信号対雑音比(SNR)、信号対干渉比(SIR)、マルチパス、残差の利用可能性に依存するかもしれない総合的な重さ要素など)を含むかもしれない。
実施例では、最初のそして正確な位置推定値は正確な位置決定サブシステム(またはことによると正確なおよびそれほど正確でない位置決定サブシステムの両方)に関する情報を使用して端末のために決定される。端末のための位置推定値はその後、正確なおよび/またはそれほど正確でない位置決定サブシステムの測定値に基づいて更新されるかもしれない。
実施例では、何れかの衛星測定値が利用可能であるならば、これらの測定値は更新された位置推定値の計算に使用される。正確な位置決定サブシステムからの信号の損失のときに、フリーホイーリング解は位置推定値を更新するためにそれほど正確でない位置決定サブシステムに関する測定値だけを使用して得られるかもしれない。正確な位置決定サブシステムが利用可能でないか(例えば、どんなGPS衛星も可視でない)、またはそれほど正確でない位置決定サブシステムへの同調に留まることが望ましいならば、フリーホイーリング解が提供されるかもしれない。フリーホイーリング解は、この解がもはや信頼できないまたは必要でないと決められるまで、引き出されかつ使用されるかもしれない。
フリーホイーリングシナリオの下で端末の位置推定値に対する更新の品質を改良するため、および地上の測定値における誤差を補償するために、擬似距離残差は新たに測定された地上の擬似距離に適用される。2つの基地局からの順方向または逆方向リンク情報が端末の2-D位置推定値を更新するために十分であることを示すことができる。チャンネル悪化の固有の時間変化特性のために、更新は時間と共に劣化し、結局、新しいGPSベースの解が正確な位置推定値のために得ることができる。
図4は改良した精度を提供する擬似距離残差を使用する無線端末のための位置推定値を決定する処理400に関するフローチャートである。処理400は図3の各々のステップ326と336に使用されるかもしれない。ある状況では、正確な位置決定サブシステムの十分な数の測定値が正確な(例えば、GPSベース)解を計算するのに利用可能でない。そのような状況において、それほど正確でない位置決定サブシステムのための1つ以上の測定値を使用して端末の位置推定値を計算する必要であるかもしれない。それほど正確でない位置決定サブシステムによる送信器のために得られる測定値は、これらの測定値における誤差を説明するために修正されるかもしれない。
最初に、このサブシステムが利用可能であるならば、正確な位置決定サブシステムの測定値が決定される(ステップ412)。例えば、各利用可能なGPS衛星に対する測定された擬似距離RSjが衛星から受信された信号に基づいて決定されるかもしれない。次に、それほど正確でない位置決定サブシステムの測定値が決定される(ステップ414)。例えば、各利用可能な基地局に対する測定された擬似距離RBiが基地局から受信された信号に基づいて決定されるかもしれない。測定値の十分な数が端末の位置推定値を決定するためにステップ412と414から得られる。例えば、ハイブリッド解は、(1) 3つのGPS衛星と1つの基地局の測定値、(2) 2つのGPS衛星と1つの基地局についての測定値(時間と距離の両方について)、(3) 1つのGPS衛星と2つの基地局についての測定値、に基づいて3-D（立体）位置推定値に関して得られるかもしれない。フリーホイーリング解は2つ以上の基地局の測定値に基づいて端末の位置推定値のために得られるかもしれない。
実施例では、関連する残差が利用可能であるならば、次にそれほど正確でない位置決定サブシステムについての各測定値が修正される(ステップ416)。例えば、端末の位置推定値を決定するために使用されるべき各基地局に対する測定された擬似距離RBiが、基地局について決定された擬似距離残差RESBiで修正されるかもしれない。
Figure 2005524073
 代わりに、残差修正がそれほど正確でない位置決定サブシステムのすべての測定値について利用可能でないならば、それほど正確でないサブシステムについての測定値が位置推定値決定処理に使用されるかもしれない決定のために、選択処理が実行されるかもしれない。選択は、残差修正の利用可能性、端末に関する基地局の幾何学的配列（精度の水平希釈Horizontal Dilution of Precision(HDOP)の用語で表されるかもしれない）、測定された擬似距離の品質、またはある他の統計的なパラメタ、に基づいているかもしれない。
それほど正確でない位置決定サブシステムに関する修正された測定値は、端末のための位置推定値を決定するために、または端末の位置推定値を更新するために、(もしあるならば)正確な位置決定サブシステムの実際の測定値と共に使用される(ステップ418)。例えば、ハイブリッド解は、(1) 1つ以上のGPS衛星に対する測定された擬似距離、(2) これらの衛星の位置、(3) 1つ以上の基地局に対する修正された擬似距離、(4) これらの基地局の位置、に基づいて計算されるかもしれない。地上ベースの解は、(1) 2つ以上の基地局に対する修正された擬似距離、(2) これらの基地局の位置に基づいて計算されるかもしれない。上記情報に基づいてハイブリッドまたは地上ベースの解を計算するアルゴリズムは以下で説明される。また、更新された位置推定値に関連づけられる誤差統計は更新されるかもしれない(ステップ420)。
LMSアルゴリズムが端末のための位置推定値を決定するために複数の繰り返しを実行するかもしれない。各繰り返しに関して、十分な数の送信器に対する期待された測定値が端末のための現在の位置推定値に基づいて計算され、期待されたおよび実際の測定値間の誤差ベクトルが計算され、現在の位置推定値が計算された誤差に基づいて更新される。アルゴリズムは計算された誤差が十分小さいときに(例えば、特定の閾値以下で)終了するかもしれない。
LMSアルゴリズムにおいて、k番目の繰り返しで端末のための位置推定値がP k=[xk yk zk]Tとして表され、送信器の位置がL i=[xi yi zi]T、i=｛1，2，…N｝として表される。ここに上書き“T”は転置行列を表す。実施例では、端末のための位置推定値は、またどんな時計誤差も説明するために時間の要素tkを含むかもしれない。そのような場合、k番目の繰り返しで端末のための位置推定値はP k=[xk yk zk tk]Tとして表される。
Figure 2005524073
 測定値は複数の可能なタイプの任意の1つであるかもしれない。１つの実施例では測定値は擬似距離に関係する。現在の端末の位置推定値P kとi番目の送信器の位置L iとの間の擬似距離は以下として計算されるかもしれない：
Figure 2005524073
 送信器位置(即ち、i=｛1，2，…N｝に関してL i=[xi yi zi]T)および現在の端末の位置推定値P k=[xk yk zk]Tについての幾何学的行列H kは以下のように定義されるかもしれない：
Figure 2005524073
 測定値の共分散行列Cは以下のように定義されるかもしれない。
C=E{R・R T}-E{R}・E{R T} 式(8)
Figure 2005524073
 更新ベクトルΔ kは次に、以下の通り誤差ベクトルe kに基づいて計算される：
Δ k=（H T C -1 H）-1 H T C -1・e k 式(10)
この更新ベクトルΔ kは現在の位置推定値P kから最適の位置推定値へ推定された誤差を表す。したがって、端末のための更新された位置推定値は以下として表されるかもしれない：
Pk+1=P k+Δ k 式(11)
式(6)乃至(11)はLMSアルゴリズムの１つの繰り返しのための計算を含む。複数の繰り返しが端末のためのますます正確な位置推定値を引き出すために実行されてもよい。
端末の位置推定値を決定する計算は、2000年12月26日に発行された“Wireless User Position Update Using Infrastructure Measurements”と題する米国特許第 6,166,685、および1999年12月7日に発行された“Satellite Positioning System Augmentation with Wireless Communication Signals”と題する米国特許第5,999,124、にも開示されている。
図5は無線端末の構成要素である受信器ユニット500の実施例のブロックダイアグラムである。受信器ユニット500はGPSとセルラー通信システムなどの複数の位置決定サブシステムからの信号を処理する能力を有して設計されるかもしれない。図5に示される実施例では、受信器装置500はアンテナ510、地上の受信器512a、GPS受信器512b、処理ユニット516、メモリユニット518、およびコントローラ520を含んでいる。
アンテナ510は複数の送信器(GPS衛星および/または基地局の任意の組み合わせであるかもしれない)から信号を受信して、受信された信号を地上およびGPS受信器512a、512bに供給する。地上受信器512aは基地局から送信される信号を処理するフロントエンド回路(例えば、無線周波数(RF)回路および/または他の処理回路)を含み、位置決定に使用される情報を得る。例えば、地上の受信器512aは各基地局から受信される順方向リンク信号のパイロットの位相を測定し、タイミング情報を引き出し、それはその後で基地局に対する測定された擬似距離を引き出すために使用される。
地上の受信器512aは、受信された信号の多重信号インスタンス(または、マルチパス成分)を同時に処理することができるレーキ受信器を実行するかもしれない。レーキ受信器は複数のフィンガープロセッサ(即ち、フィンガー)を含み、その各々は特定のマルチパス成分を処理および追跡するように割当てられる。多重フィンガープロセッサが与えられた基地局について多重マルチパス成分を処理するために割り当てられるかもしれないが、マルチパス成分のための1つの修正された擬似距離だけ(例えば、最も早く到着しているマルチパス成分、または最も強いマルチパス成分)が通常位置決定に使用される。擬似距離残差は各フィンガープロセッサについて引き出され、そのフィンガープロセッサの測定された擬似距離を修正するために使用されるかもしれない。代わりに、異なったフィンガー間のタイミング(または、レンジング)関係が設立されて、維持されるかもしれない。このように、フェジングとマルチパスの影響による位置決定のための与えられた基地局の異なったマルチパス成分を使用することが可能である。
GPS受信器ユニット512bは、位置決定に使用される情報を引き出すためにGPS衛星から送信される信号を処理するフロントエンド回路を含んでいる。GPSおよび地上の信号から適切な情報を抽出するため、受信器512aおよび512bによる処理は技術において知られていて、ここで詳細に説明されていない。受信器512aと512bは、例えば、信号が受信される送信器のタイミング情報、アイデンティティおよび位置などのような情報の様々なタイプを処理ユニット516に提供する。
処理ユニット516は、正確な位置決定サブシステム(例えば、GPS)に基づいて受信器ユニット500の位置の正確な推定値を引き出すかもしれない(例えば定期的に)。処理ユニット516は、上述されたように(1) 正確な位置推定値、(2) 基地局に対する測定された擬似距離、(3) 基地局の位置、に基づいて後で位置決定のために使用されるかもしれない各基地局に関する擬似距離残差を決定するかもしれない。処理ユニット516は、その後、GPS衛星に対する測定された擬似距離および/または基地局に対する修正された擬似距離に基づいて、受信器ユニットのための位置推定値を決定するかもしれない。基地局に対する測定された擬似距離が位置決定に使用されるべきであるならば、処理ユニット516が関連する擬似距離残差に基づいてそのような各測定された擬似距離を修正し、対応している修正された擬似距離を得るかもしれない。(基地局についてどんな情報も知られていないならば、どんな与えられた基地局に関する擬似距離残差もゼロであるかもしれない)。処理ユニット516はGPS衛星および/または基地局の測定値に基づいて端末の位置推定値を計算するためのアルゴリズムを実行するかもしれない。
メモリユニット518は位置決定のために使用される様々なデータを記憶する。例えば、メモリユニット518は、GPS衛星の位置関連情報(それらは暦および/または位置推算歴から得られるかもしれない)、基地局の位置(それらはシグナリングを通して提供されるかもしれない)、および擬似距離残差を記憶するかもしれない。メモリユニット518はまた、処理ユニット516に関するプログラムコードとデータを記憶するかもしれない。
コントローラ520は処理ユニット516の動作を指示するかもしれない。例えば、コントローラ520は、計算されるべき特定のタイプの解(例えば、GPS、ハイブリッド、地上または安全ネット)、使用されるべき特定のアルゴリズム(1つ以上が利用可能であるならば)などを選択するかもしれない。
図5で示されないが、受信器ユニット500は、端末の位置推定値を決定するのを支援するかもしれない位置サーバ(または、PDE)と通信するかもしれない。PDEは位置推定値を引き出すために計算を実行するか、または(1) 衛星および/または地上の測定値を取得し、および/または(2) 位置推定値を決定する(例えば、捕捉援助、タイミング援助、GPS衛星および/または基地局の位置に関連した情報、など)ために使用されるある情報を提供するかもしれない。
また、ここに説明された技術は、ある他の手段が別にではなく幾つかの時間と位置で端末の位置を決定するのに利用可能であるならば、ハイブリッド位置決定システム以外に他の位置決定システムと共に使用されるかもしれない。この場合、端末の正確な位置推定値(しかしながら、得られた)は、それほど正確でない位置決定サブシステムのために残差(それは測定された擬似距離の誤差を示すかもしれない)を決定する基準として使用されるかもしれない。
端末の位置推定値を決定することにおいて、高精度と高い利用可能性を提供するような方法による利用可能なGPSおよび地上の信号を利用して、ここに説明された技術は様々な無線通信システムとネットワークに結合して使用されるかもしれない。例えば、これらの技術はCDMA、時分割多元接続(TDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、および他の無線通信システムに使用されるかもしれない。これらのシステムは1つ以上の適切な規格を実行するかもしれない。例えば、CDMAシステムはIS-95、cdma2000、IS-856、W-CDMAなどを実行するかもしれない。TDMAシステムはGSMなどを実行するかもしれない。これらの様々な規格は技術で知られている。
この議論では、基準は米国全地球測位システム(GPS)にされたが、それは衛星位置決めシステム(SPS)の例である。しかしながら、これらの方法がロシアのグロネスシステムおよびヨーロッパのガリレオシステムなどのように、他の衛星位置決めシステムに等しく適用可能であることが明白である。その結果、ここに使用された“GPS”の語は、ロシアのグロネスおよびヨーロッパのガリレオシステムを含む、代替の衛星位置決めシステムを含んでいる。同様に、“GPS信号”の語は代替の衛星位置決めシステムからの信号を含む。
その上、基準がGPS衛星にされるが、その教示がプセドウライトまたは衛星とプセドウライトの組み合わせを利用する位置決めシステムに等しく適用可能であることが認識されるであろう。プセドウライトは、一般にGPS時間に同期しているL-バンド(または、他の周波数)の搬送波信号で変調されたPNコード(GPS信号と同様の)を放送する地球ベースの送信器である。そのような各送信器は遠隔受信器による識別を可能にするようにユニークなPNコードを割り当てられるかもしれない。プセドウライトは、トンネル、鉱山、ビル、都市の谷間または他の包囲された領域のような、軌道衛星からのGPS信号が利用できない状況で役に立つ。ここで使用された衛星、即ち“人工衛星”の語はプセドウライトまたはプセドウライトと同等物を含むように意図され、ここで使用された“GPS信号”の語はプセドウライトまたはプセドウライトと同等物からのGPSのような信号を含むように意図される。
ここに説明された位置決定技術は種々の手段によって与えられるかもしれない。例えば、これらの技術はハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実施されるかもしれない。ハードウェア実現のために、技術の任意の１つまたは組み合わせを実行するために使用される素子は、特定用途向け集積回路(ASIC)、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、ディジタル信号処理装置(DSPD)、プログラマブル論理装置(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ここに説明された機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはそれらの組み合わせの１つ以上で実施されてもよい。
ソフトウェア実現において、位置決定技術はここに記述された機能を実行するモジュール(例えば、手順、機能など)で与えられる。ソフトウェアコードはメモリユニット(例えば、図5のメモリ518)に記憶されて、プロセッサ(例えば、処理ユニット516またはコントローラ520)によって実行されるかもしれない。メモリユニットはプロセッサの中またはプロセッサの外部に与えられてもよく、その場合、技術で知られている様々な手段によりプロセッサと通信的に結合されることができる。
開示された実施例の前の記述は、技術に熟練したどんな人も本発明を作りまたは使用することを可能にするように提供された。これらの実施例に対する様々な変更は技術に熟練した者に容易に明らかであり、ここに定義された一般的な原則は発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施例に適用されるかもしれない。したがって、本発明はここに示された実施例に限定されるように意図されず、ここに開示された原理と新規な特徴と矛盾のない最も広い範囲と一致されるべきである。
複数の位置決定サブシステムを含むハイブリッド位置決定システムのダイヤグラムである。 セルラー通信システムで基地局のための擬似距離残差を決定する処理に関するフローチャートである。 高精度と高いサービス利用可能性が達成されるような方法で無線端末のための位置推定値を決定する処理に関するフローチャートである。 改良された精度を提供するため擬似距離残差を使用して端末のための位置推定値を決定する処理に関するフローチャートである。 無線端末の構成要素である、受信器ユニットの実施例のブロックダイアグラムである。

Claims (43)

  1. 無線端末のための位置推定値を決定する方法であって、
    第1の位置決定サブシステムにおける少なくとも１つの送信器を含む複数の送信器の各々について測定値を得、
    送信器に関する残差に基づいて第1のサブシステムの少なくとも１つの送信器の各々について測定値を修正し、
    複数の送信器に関する複数の測定値に基づいて端末のための位置推定値を決定し、複数の測定値が第1のサブシステムの少なくとも1つの送信器に関する少なくとも１つの修正された測定値を含んでいることを含む方法。
  2. 第1のサブシステムにおいて少なくとも１つの送信器の各々に関する残差を受信することをさらに含む請求項1の方法。
  3. 第２の位置決定サブシステムに基づいて端末のための正確な位置推定値を得、
    端末のための正確な位置推定値に一部基づいて第1のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々に関する残差を決定することをさらに含む請求項1の方法。
  4. 端末のための正確な位置推定値が、第２のサブシステムの複数の送信器について得られた複数の測定値を処理することによって得られる請求項3の方法。
  5. 複数の測定値が、第２の位置決定サブシステムにおける少なくとも１つの送信器について得られた少なくとも1つの測定値を含む請求項1の方法。
  6. 複数の測定値が、第1のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器についての少なくとも1つの修正された測定値を含み、第２のサブシステムにおける送信器についての測定値を含まない請求項1の方法。
  7. 第２の位置決定サブシステムが衛星位置決めシステム(SPS)であり、第２の位置決定サブシステムの各送信器がSPS衛星に対応している請求項5の方法。
  8. 第1の位置決定サブシステムがセルラー通信システムであり、第1の位置決定サブシステムの各送信器が基地局に対応している請求項1の方法。
  9. 各送信器についての測定値が端末と送信器との間の擬似距離に関連する請求項1の方法。
  10. 第1のサブシステムにおける各送信器に関する残差が、送信器から受信された信号に基づいて引き出される測定された擬似距離の誤差の指示である請求項9の方法。
  11. 第1のサブシステムにおける各送信器についての測定された擬似距離が、送信器から受信された信号に関するパイロット位相測定値に基づいて得られる請求項10の方法。
  12. 第1のサブシステムにおける各送信器についての測定された擬似距離が、送信器から受信された信号に関する信号強度測定値に基づいて得られる請求項10の方法。
  13. 第1のサブシステムにおける各送信器についての測定された擬似距離が、送信器から受信された信号に関するタイミング測定値に基づいて得られる請求項10の方法。
  14. 第1のサブシステムにおいて少なくとも１つの送信器の各々について実際の測定値を得、
    端末の正確な位置推定値と送信器の位置に基づいて第1のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々について期待される測定値を計算することをさらに含み、
    第1のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々に関する残差が、送信器についての実際の測定値と期待される測定値から決定される請求項1の方法。
  15. 第1のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々に関する残差が、空間的及び時間的領域で厳密に近接している複数の端末により得られた測定値の収集に基づいて決定される請求項1の方法。
  16. 第２のサブシステムに基づいて端末についての正確な位置推定値を定期的に決定することをさらに含む請求項5の方法。
  17. 必要な基礎ごとに第２のサブシステムに基づいて端末についての正確な位置推定値を決定することをさらに含む請求項5の方法。
  18. 第1のサブシステムにおける各送信器について残差に関する誤差統計を決定することをさらに含む請求項1の方法。
  19. 第1のサブシステムにおける各送信器についての残差と関連する誤差統計を更新することをさらに含む請求項18の方法。
  20. 無線端末のための位置推定値を決定する方法であって、
    全地球測位システム(GPS)の複数の衛星に対する測定された擬似距離に基づいて端末についての正確な位置推定値を決定し、
    端末の正確な位置推定値と基地局の位置に基づいてセルラー通信システムの1つ以上の基地局の各々に対する期待される擬似距離を計算し、
    1つ以上の基地局の各々に対する測定された擬似距離を得、
    基地局の期待される擬似距離と測定された擬似距離とに基づいて1つ以上の基地局の各々について擬似距離残差を決定し、
    複数の送信器の各々について測定された擬似距離を得、複数の送信器の各々はGPS衛星または基地局の何れかであり、
    基地局について決定された擬似距離残差に基づいて複数の送信器のある各基地局について測定された擬似距離を修正し、
    複数の送信器について複数の擬似距離に基づいて端末に関する更新された位置推定値を決定し、複数の擬似距離が少なくとも1つの基地局についての少なくとも1つの修正された擬似距離を含んでいることを含む方法。
  21. 第1のサブシステムに基づいた位置推定値が第２のサブシステムに基づいた位置推定値よりも典型的により正確である、第１と第２の位置決定サブシステムに基づいて無線端末のための位置推定値を決定する方法であって、
    第1のサブシステムが利用可能であるなら、第1のサブシステムに基づいて端末のための位置推定値を決定し、
    第1のサブシステムが部分的に利用可能であるなら、第１と第２のサブシステムに基づいて端末のための位置推定値を決定し、送信器について利用可能であるならば、位置推定値を決定するために使用される第２のサブシステムにおける各送信器についての測定値が残差に基づいて修正され、
    第1のサブシステムが利用可能でないならば、第２のサブシステムのみに基づいて端末のための位置推定値を決定し、位置推定値を決定するために使用された第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々についての測定値が送信器に関する残差に基づいて修正されることを含む方法。
  22. 端末のための位置推定値を決定するために使用されるべき第２のサブシステムにおける1つ以上の送信器の測定値を選択することをさらに含む請求項21の方法。
  23. 第２のサブシステムにおける1つ以上の送信器の測定値が1つ以上の選択評価基準に基づいて選択される請求項22の方法。
  24. 1つ以上の選択評価基準が正確な基地局暦情報の利用可能性を含む請求項23の方法。
  25. 1つ以上の選択評価基準が中継器の存在を含む請求項23の方法。
  26. 1つ以上の選択評価基準が統計的な尺度を含む請求項23の方法。
  27. 第1のサブシステムに基づいて端末のための正確な位置推定値を決定し、第２のサブシステムにおける１つ以上の送信器の各々についての残差が、端末のための正確な位置推定値に一部基づいて決定されることをさらに含む請求項21の方法。
  28. 第1の位置決定サブシステムが衛星位置決めシステム(SPS)である請求項21の方法。
  29. 第２の位置決定サブシステムがセルラー通信システムである請求項21の方法。
  30. 各送信器についての測定値が端末と送信器との間の擬似距離に関連する請求項21の方法。
  31. 第２のサブシステムの送信器についての残差が有効であると考えられるときのみ、端末のための位置推定値が第２のサブシステムによる1つ以上の測定値に基づいて決定される請求項21の方法。
  32. 第1の位置決定サブシステムに基づいて無線端末のための正確な位置推定値を得、
    端末のための正確な位置推定値に一部基づいて第２の位置決定サブシステムにおける１つ以上の送信器の各々について残差を決定し、
    第２のサブシステムの少なくとも１つの送信器を含む複数の送信器について測定値を得、
    送信器についての残差に基づいて第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々について測定値を修正し、
    複数の送信器に関する複数の測定値に基づいて端末のための更新された位置推定値を決定し、複数の測定値が第２のサブシステムにおける少なくとも1つの送信器についての少なくとも１つの修正された測定値を含んでいる、
    デジタル情報を解釈することができるディジタル信号処理装置(DSPD)と通信可能に結合されたメモリ。
  33. 無線端末のための位置推定値を決定するためのコンピュータプログラムプロダクツであり、
    第1の位置決定サブシステムに基づいて端末のための正確な位置推定値を得るコードと、
    端末のための正確な位置推定値に一部基づいて第２の位置決定サブシステムにおける1つ以上の送信器についての残差を決定するコードと、
    第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器を含む複数の送信器の各々についての測定値を得るコードと、
    送信器の残差に基づいて第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々についての測定値を修正するコードと、
    複数の送信器の複数の測定値に基づいて端末のための更新された位置推定値を決定するコードであって、複数の測定値が第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器についての少なくとも1つの修正された測定値を含むコードと、
    コードを記憶するコンピュータ使用可能な媒体とを含むコンピュータプログラムプロダクツ。
  34. 第1の位置決定サブシステムに基づいて端末のための正確な位置推定値を得る手段と、
    端末のための正確な位置推定値に一部基づいて第２の位置決定サブシステムにおける１つ以上の送信器の各々について残差を決定する手段と、
    第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器を含む複数の送信器の各々について測定値を決定する手段と、
    送信器の残差に基づいて第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々について測定値を修正する手段と、
    複数の送信器についての複数の測定値に基づいて端末のための更新された位置推定値を決定する手段であって、複数の測定値が第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の少なくとも1つの修正された測定値を含んでいる手段とを含むディジタル信号プロセッサ。
  35. 第２のサブシステムにおける１つ以上の送信器の各々の実際の測定値を決定する手段と、
    端末の正確な位置推定値と送信器の位置に基づいて１つ以上の送信器の各々について期待される測定値を計算する手段であって、第２のサブシステムにおける１つ以上の送信器の各々についての残差が実際の測定値と送信器の期待される測定値から決定されることをさらに含む、請求項34のディジタル信号プロセッサ。
  36. 第1の位置決定サブシステムに関するデータを提供するために受信された信号を受けて、処理するように作動可能な第1の受信器と、
    第２の位置決定サブシステムに関するデータを提供するために受信された信号を受けて、処理するように作動可能な第２の受信器と、
    第１および第２の受信器に結合され、
    第1のサブシステムに関するデータに基づいて端末のための正確な位置推定値を得、
    端末のための正確な位置推定値に一部基づいて第２のサブシステムにおける１つ以上の送信器の各々についての残差を決定し、
    各送信器が属するサブシステムに関するデータに基づいて複数の送信器の各々についての実際の測定値を得、複数の送信器が第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器を含んでおり、
    送信器の残差に基づいて第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々についての実際の測定値を修正し、
    複数の送信器の複数の測定値に基づいて端末のための更新された位置推定値を決定し、複数の測定値が第２のサブシステムにおける少なくとも1つの送信器の少なくとも１つの修正された測定値を含んでいるように作動可能な処理ユニットとを含む、無線通信システムにおける受信器ユニット。
  37. 第1の受信器がGPS衛星からの信号を処理するように作動する請求項36の受信器ユニット。
  38. 第２の受信器がセルラー通信システムの基地局からの信号を処理するように作動する請求項36の受信器ユニット。
  39. 第２の受信器が複数のフィンガープロセッサを含むレーキ受信器を実行し、フィンガープロセッサが特定のマルチパス成分を処理するように割当て可能であり、残差がマルチパス成分を処理するように割当てられた各フィンガープロセッサについて決定される請求項38の受信器ユニット。
  40. 各送信器の実際の測定値が端末と送信器との間の擬似距離に関連する請求項36の受信器ユニット。
  41. 第1の位置決定サブシステムに関するデータを提供するために受信された信号を受けて、処理するように作動可能な第1の受信器と、
    第２の位置決定サブシステムに関するデータを提供するために受信された信号を受けて、処理するように作動可能な第２の受信器と、
    第１および第２の受信器に結合され、
    第1のサブシステムに関するデータに基づいて端末のための正確な位置推定値を得、
    端末のための正確な位置推定値に一部基づいて第２のサブシステムにおける１つ以上の送信器の各々について残差を決定し、
    各送信器が属するサブシステムに関するデータに基づいて複数の送信器の各々について実際の測定値を得、複数の送信器が第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器を含んでおり、
    送信器の残差に基づいて第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々について実際の測定値を修正し、
    複数の送信器の複数の測定値に基づいて端末のための更新された位置推定値を決定し、複数の測定値が第２のサブシステムにおける少なくとも1つの送信器についての少なくとも１つの修正された測定値を含んでいるように作動可能な処理ユニットとを含む、無線通信システムにおける無線端末。
  42. 第1の位置決定サブシステムに関するデータを提供するために受信された信号を受けて、処理するように作動可能な第1の受信器と、
    第２の位置決定サブシステムに関するデータを提供するために受信された信号を受けて、処理するように作動可能な第２の受信器と、
    第１および第２の受信器に結合され、
    第1のサブシステムが利用可能なら第1のサブシステムに基づいて端末のための位置推定値を決定し、
    第1のサブシステムが部分的に利用可能であるならば第１と第２のサブシステムに基づいて端末のための位置推定値を決定し、送信器のために利用可能であるならば、位置推定値を決定するために使用された第２のサブシステムにおける各送信器の実際の測定値が残差に基づいて修正され、
    第1のサブシステムが利用可能でないならば、第２のサブシステムのみに基づいて端末のための位置推定値を決定し、位置推定値を決定するために使用された第２のサブシステムにおける少なくとも１つの送信器の各々についての実際の測定値が送信器の残差に基づいて修正されるように作動可能な処理ユニットとを含む、無線通信システムにおける無線端末。
  43. 第1のサブシステムに基づいて端末のための正確な位置推定値を得、第２のサブシステムにおける１つ以上の送信器の各々に関する残差が端末のための正確な位置推定値に一部基づいて決定されるように、処理ユニットがさらに作動可能である請求項42の端末。
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