JP2008017455A - 無線端末の居場所の予測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によると、この技術は、電磁(無線)信号の特徴は、地形、受信器、送信器の位置、その他のファクタに依存するという認識に基づいている。例えば、特定の無線(基地)局からの信号が、第1位置では強く受信され、第2位置では弱く受信されることがわかっていることを前提にすると、未知の場所にいる無線端末が、その無線(基地)局の信号を弱く受信した場合には、無線端末は、第1位置ではなく第2位置にいる可能性が高い。
【選択図】 図2
Description
・用語「場所(居場所)」とは、1次元、2次元、3次元で定義する。以下単に、場所、位置、居場所とも称する。それらは同義である。
・用語「滞在確率」とは、時間Tに場所bにいる無線端末Wが、環境条件Nで、時間T+Δtで、同一場所bにいる確率Ps(b、T、N、W,C)の予測値と定義する。
・用語「移動確率」とは、時間Tに場所bにいる無線端末Wが、環境条件Nで、時間T+Δtで、近くの場所Cにいる確率PM(b、T、N、W、C)の予測値と定義する。
・用語「環境条件N」とは、1つあるいは複数の環境の物理的態様を含むものとして定義される。例えば、これに限定されるわけではないが、天候、時間、大気状態(環境)、無線トラフィックの量と密度、交通量と密度、道と側道の工事状態等である。
・用語「時間T」とは、1つあるいは複数の測定値で命名された時間を意味する。例えば、秒、分、時、1日のうちの時間、日、曜日、月、年のうちの月等を意味する。
図2は、本発明の一実施例による無線通信システム200の構成要素のブロック図である。無線通信システム200は、無線端末201と、基地局202−1、202−2、202−3と、無線交換センタ211と、補助サーバ212と、ロケーション・クライアント213と、ロケーション・サーバ214と、GPS通信衛星群221とを有する。これらは、相互に関係付けられている(通信可能である)。ここに示した実施例は、無線通信サービスを、全ての領域220に公知の方法で提供し、領域220内の無線端末201の居場所を予測し、この予測値をロケーション・ベースのアプリケーションで使用する。
以下の説明において、単数と複数とを区別せずに使用する。即ち、特に断りのない限り、装置、ステップの数は、1個あるいは複数個に限定されない。
i. 電磁信号の特徴を測定し、この測定値を、ロケーション・サーバ214に報告すること。
ii. 信号を送信し、この信号の送信パラメータをロケーション・サーバ214に報告すること。
iii.GPSレンジング信号を捕獲し処理する際にそれを補助するために、補助サーバ212からのGPS補助データを受信すること。
無線端末201は、移動可能で、領域220内の如何なる位置にも移動し得る。図では、無線通信システム200は1個の無線端末を有するが、当業者は、本明細書を参照することにより、複数の無線端末を有する他の実施例も、容易に想到できる。
図3は、本発明の一実施例によるロケーション・サーバ214の構成要素を表すブロック図である。ロケーション・サーバ214は、プロセッサ301と、メモリ302と、トランシーバ303とを有し、それらは相互に接続されている。
i. オペレーティング・システム311、
ii. アプリケーション・ソフトウェア312、
iii.位置−特徴データベース313、
iv. 特徴−修正データベース314、
当業者には、メモリ302の製造方法および使用方法は、本明細書を参照することにより明らかである。
図4は、本発明により実行されるプロセスを表すフローチャート図である。
図5は、プロセス401に従って実行される主要プロセスである位置−特徴データベース313の構築ステップを表すフローチャート図を示す。
i. 独自の識別子b
ii. その次元性(例、1次元、2次元、3次元、4次元等)
iii.その範囲(例、場所、領域、空間等)を規定する座標軸(例、緯度、経度、高度等)。この座標軸は、一定であるか、あるいは時間Tと環境状態Nの一方又は両方に応じて、変わる。
iv. ある環境条件Nで時間Tの時に無線端末Wが場所bにいる時に、各特徴Qに対する予測値E(b、T、N、W、Q)。
v. 近くの場所の識別子
vi. 滞在確率PS(b、T、N、W)と移動確率PW(b、T、N、W、c)
(i) 境界を規定する3次元座標軸と地理的識別子、
(ii) 場所の中心にある3次元座標軸と、
(iii) 時間Tと環境状態Nに応じて、場所の範囲が如何に変わるかを表す記述。
本明細書を参照することにより、一部あるいは全ての場所の範囲が1次元あるいは2次元であるような本発明の他の実施例も、一部あるいは全ての場所が時間Tまたは環境状態Nの関数ではない本発明の他の実施例も、当業者のは明らかである。
i. 領域220の自然物または人工物の物理的属性(例、ビル、側道、道、トンネル、橋、丘、壁、水、断崖、川等)。
ii. 領域220を支配する地域法(例、人と自動車の位置と動きに関連する法律等)。
iii. 領域220内の個人、集団、自動車の場所と動きに関する理論的予測値と経験データ。
iv. ロケーション・サーバ214により行われた予測値の所望の精度。
v. 領域220内にいる人と車の位置と動きのパターン。
vi. 時間T。
vii. 環境状態N。
これらは以下を考慮している。
i. 無線端末201がその場所にいる時に、全ての送信器(例、基地局202−1、202−2、202−3、テレビ、ラジオ、ナビゲーション、地上ベースの航空装置等)が送信し無線端末201が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測したパスロス(パス喪失)
ii. 無線端末201がその場所にいる時に、無線端末201が送信し、基地局202−1、202−2、202−3が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測したパスパス(パス喪失)
iii. 無線端末201がその場所にいる時に、全ての送信器が送信し無線端末201が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測した受信信号強度
iv. 無線端末201がその場所にいる時に、無線端末201が送信し、基地局202−1、202−2、202−3が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測した受信信号強度
v. 無線端末201がその場所にいる時に、全ての送信器が送信し無線端末201が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測した受信信号対損傷信号比率(例、Eb/No等)
vi. 無線端末201がその場所にいる時に、無線端末201が送信し、基地局202−1、202−2、202−3が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測した受信信号対損傷信号比率(例、Eb/No等)
vii.無線端末201がその場所にいる時に、全ての送信器が送信し無線端末201が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としてのマルチパス成分の各対の予測した受信時間差(例、1対のマルチパス成分間の時間差、3つのマルチパス成分間の一対の時間差)
viii.無線端末201がその場所にいる時に、無線端末201が送信し、基地局202−1、202−2、202−3が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としてのマルチパス成分の各対の予測した受信時間差(例、1対のマルチパス成分間の時間差、3つのマルチパス成分間の一対の時間差)
ix. 無線端末201がその場所にいる時に、全ての送信器が送信し無線端末201が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測した受信遅延拡散(例、RMS遅延拡散、過遅延拡散(excess delay spread)、平均過遅延拡散(mean excess delay spread))
x. 無線端末201がその場所にいる時に、無線端末201が送信し、基地局202−1、202−2、202−3が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数として予測した受信遅延拡散(例、RMS遅延拡散、過遅延拡散、平均過遅延拡散)
xi. 無線端末201がその場所にいる時に、全ての送信器(レーク受信機で公知の方法で決定した)が送信し無線端末201が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての複数のマルチパス成分の予測した受信相対的到着時間
xii. 無線端末201がその場所にいる時に、無線端末201が送信し、基地局202−1、202−2、202−3が受信可能な全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての複数のマルチパス成分の予測した受信相対的到着時間
xiii.無線端末201がその場所にいる時に、基地局202−1、202−2、202−3に無線端末201が送信し、そこから受信した全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測した往復時間
xiv. 無線端末201がその場所にいる時に、基地局202−1、202−2、202−3が無線端末201に送信し、そこから受信した全ての信号の、時間Tと環境条件Nの関数としての予測した往復時間
xv. 通信サービスをある場所に提供する基地局の時間Tと環境条件Nの関数としての識別子
xvi. 通信サービスをある場所に提供する近隣基地局の時間Tと環境条件Nの関数としての識別子
xvii.無線端末201がある場所にいる時の、時間Tと環境条件Nの関数としての、無線端末201と無線通信システム200のハンド・オーバー状態(例、ソフト、よりソフトな、1x、2x等)
・ 無線端末201と通信するために、基地局202−1から202−3により送信された信号
・ テレビ信号
・ 無線信号
・ 航行信号
・ ナビゲーション信号
本明細書を参照することにより、さまざまな信号を用いる本発明の他の実施例も、当業者には容易に想到できる。
i. 複数の理論的無線周波数伝搬モデルと経験的無線周波数伝搬モデル
ii.領域220内における特徴の複数の経験的測定値
特徴の経験的測定値は、位置−特徴データベース313内に記録され、更新される。これについては以下説明する。
本発明の一実施例によれば、どの場所が隣接するかを示すデータ構造が形成される。このデータ構造は、「隣接グラフ」と呼ばれ、位置−特徴データベース313内に、sparse-matrix formatで記憶される。図6mは、領域220を構成する28個の場所の隣接グラフを表す。図6nは、図6f−6kの高速道路交差点を構成する51個の場所の隣接グラフを表す。
i. 隣接グラフのトポロジ(形態)
ii. 時間T
iii.環境条件N
iv. 無線端末の移動と場所、あるいは無線端末の置かれる設備(例、ビル、側道、道、トンネル、橋、山、壁、水、崖、川等)に影響を及ぼす天然物あるいは人工物の物理的属性
v. 無線端末の移動と場所とそれらが置かれる設備(例、一方通行)を規制する法律
vi. 全ての無線端末の動きの過去のデータ
vii.無線端末Wの動きの過去のデータ
上記の項目i、ii、iii、iv、v、vi、viiの部分的組み合わせを用いて、各場所bの滞在確率と移動確率を生成する本発明の他の実施例は、本明細書を参考にすることにより、当業者には容易に想到できる。
(i) 場所bから北、南、東、西に行く移動確率が全てpに等しい場合
(ii) 場所bから北東、北西、南東、南西に行く移動確率がp/21/2に等しい場合
(iii)4p(1+1/21/2)+PS(b、T、N、W)=1の場合
図7は、プロセス402のを一部として実行させる主要プロセスのフローチャートで、すなわち位置−特徴データベース313を構築するスローチャートである。
R=D(A、K、Q) (式1)
R=D(A、K、Q)
K=モトローラ社の ・・・ K=サムスン社の
A モデルA008; モデルA800;
Q=信号強度 Q=信号強度
−110 −115 ・・・ −107
−109 −114 ・・・ −106
・・・ ・・・ ・・・ ・・・
−48 −38 ・・・ −50
−47 −37 ・・・ −49
表1− 表形式で表した歪み関数D(A、K、Q)
i. 無線端末201の独自の識別子(例、電気信号番号(electronic serial number (ESN))、その国際移動局識別子(international mobile station identifier (IMSI))、その一時的国際移動局識別子(temporary international mobile station identifier (TIMSI))、その移動局識別子(mobile station identification (MSID))、その電話番号(directory number (DN))等)、 ii. 無線端末201のモデル(例、タイムポート210c等)、
iii.無線端末201のメーカ(すなわち製造業者、モトローラ、サムスン、ノキア等)、
iv. 無線端末201の無線周波数回路の識別子(特徴)(例、モトローラRF回路デザイン465B等)、
v. 無線端末201の構成要素の識別子(例、アンテナのパート番号、測定部品のパート番号等)、
vi. 上記のi、ii、iii、iv、v、の組み合わせ
S=D(R、K、Q) (式2)
S=A=C(D(A、K、Q),K、Q) (式3)
その結果、較正された測定値Sは、報告された測定値Rが 無線装置が理想的に測定し報告するようにしたものである。本明細書を参照することにより、当業者は、D(A、K、Q)からC(R、K、Q)を引き出す方法を容易に想到できる。図8cは、図8bに示した歪み関数D(A、K、Q)に対する較正関数C(R、K、Q)のグラフである。
S=C(R、C、N)
C=モトローラ社の ・・・ C=サムスン社の
R モデルA008; モデルA800;
Q=信号強度 Q=信号強度
−110 −115 ・・・ −107
−109 −114 ・・・ −106
・・・ ・・・ ・・・ ・・・
−48 −38 ・・・ −50
−47 −37 ・・・ −49
表2− 表形式で示された較正関数C(R、C、N)
図9は、プロセス405で行われる主要プロセスのフローチャートを示す。すなわち、位置−特徴データベース313と特徴−修正データベース314を維持する。ここに示した実施例の機能は、位置−特徴データベース313と特徴−修正データベース314に含まれる情報の正確さ、新しさ、完全さに依存する。
図10は、プロセス401で行われる主要プロセスのフローチャートを示し、すなわち、無線端末201の居場所を予測するステップを示す。この実施例によれば、プロセス403は、ロケーション・クライアント213からの無線端末201の居場所に対するリクエストにより、開始される。本明細書を参照することにより、当業者は、プロセス403が、周期的に、散発的に、あるいは他の事象に応答して、開始される実施例を、容易に想到できる。
図11aは、プロセス1001の主要プロセスを表すフローチャート図で、無線端末201の居場所のY個の確率分布を生成する。これは、瞬時H1からHYの各瞬時に、無線端末201に関連する特徴の測定値とこれらの時間帯におけるこれらの特徴の予測値とを比較することにより、行う。ここに示した実施例によれば、ロケーション・サーバ214は、プロセスを実行するのに必要なデータが利用可能になった時に、プロセス1101−1105のそれぞれを実行する。
i. 無線端末201が、全ての送信器(例、基地局202−1、202−2、202−3、テレビ、ラジオ、ナビゲーション、地上ベースの航空装置等)から受信した全ての信号のパルロス
ii. 無線端末201から送信され、基地局202−1、202−2、202−3が受信した全ての信号のパスロス
iii. 無線端末201が、全ての送信器から受信した全ての信号の受信信号強度
iv. 無線端末201から送信され、基地局202−1、202−2、202−3が受信した全ての信号の受信信号強度
v. 無線端末201が、全ての送信器から受信した全ての信号の受信した信号対損傷比率
vi. 無線端末201から送信され、基地局202−1、202−2、202−3が受信した全ての信号の受信した信号対損傷比率
vii. 無線端末201が、全ての送信器から受信した全ての信号のマルチパス成分の各対の時間差
viii.無線端末201から送信され、基地局202−1、202−2、202−3が受信した全ての信号のマルチパス成分の各対の時間差
ix. 無線端末201が、全ての送信器から受信した全ての信号の遅延拡散
x. 無線端末201から送信され、基地局202−1、202−2、202−3が受信した全ての信号の遅延拡散
xi. 無線端末201が、全ての送信器から受信した全ての信号の複数のマルチパス成分の相対的到着時間
xii. 無線端末201から送信され、基地局202−1、202−2、202−3が受信した全ての信号の複数のマルチパス成分の相対的到着時間
xiii.無線端末201が、基地局202−1、202−2、202−3を介して送信し受信した全ての信号の往復時間
xiv. 無線端末201を介して、基地局202−1、202−2、202−3が送信し、受信した全ての信号の往復時間
xv. 無線端末201に通信サービスを提供する基地局の識別子
xvi. 無線端末201に通信サービスを提供できる近隣基地局の識別子
xvii.無線端末201と無線通信システム200のハンドオーバー状態(例、ソフト、よりソフトな、1x、2x等)
xviii.時間Tの指示子
xix. 環境状態Nの指示子
i. 瞬時H1−HYのそれぞれの時点で、無線端末201にサービスを提供する基地局の識別子(アイデンティティ)
ii.瞬時H1−HYのそれぞれの時点で、無線端末201にサービスを提供する近隣基地局の識別子(アイデンティティ)
これらの情報をロケーション・サーバ214が用いて、サーチ領域の絞り込みを実行する。
無線局A 無線局B 差
場所1 −56dBm −63dBm −7dB
場所2 −42dBm −56dBm −14dB
場所3 −63dBm −65dBm −2dB
場所4 −61dBm −52dBm 9dB
表3− 場所−特徴データベース(差分受信)を表す
図12は、プロセス1002で行われる主要プロセスを表すフローチャートを生成する。すなわち、無線端末201の場所のZ個の確率分布を、GPSから得られた情報(すなわちGPS通信衛星群221から得られた情報)に基づいて、生成する。
i. 無線端末201の場所のGPS抽出予測(例、緯度、経度、高度の座標軸等)、
ii. GPS衛星信号からのレンジング・データ(例、PRNコード位相等)、
iii.GPS衛星信号からの一部処理されたレンジング信号(例、レンジング・データがまだ抽出されていない信号等)、
iv. i、ii、iiiのいずれかの組み合わせ。
i. 特定の瞬時HY、ここで、1<y<Y、
ii. 特定の瞬時GZ、ここで、1<z<Z、
iii.特定の瞬時HYと特定の瞬時GZの両者の同時発生、
ここで1<y<Yおよび1<z<Z。
言い換えると、「合成された」瞬時Jiは、非GPSベースの確率分布に関連する瞬時、GPSベースの確率分布に関連する瞬時、非GPSベースの確率分布とGPSベースの確率分布の両方に関連する瞬時の内のいずれかに対応する。
i. Jiが特定のHjのみに対応している場合には、Viは、瞬時Hjにおける非GPSの確率分布に等しい
ii. Jiが特定のGkのみに対応している場合には、Viは、瞬時GkにおけるGPSの確率分布に等しい
iii.それ以外(Ciは、特定のHjと特定のGkの両方に対応する)の場合、Viは、瞬時Jiにおける非GPS確率分布とGPS確率分布の正規化した積に等しい確率分布に等しい。
i. 全ての無線端末の動きの過去のデータ、
ii. 無線端末Wの動きの過去のデータ、
iii.時間Tにおける無線端末Wの場所、速度、加速度、
iv. 場所bにある無線端末の動きに影響を及ぼす交通信号の状態
である。
i. 対応する精巧でない確率分布Viと、
ii. 全ての得られる時間外挿された確率分布Dij、j≠i、
101,201 無線端末
102,202 基地局
111,211 無線交換センタ
112,212 補助サーバ
113,213 ロケーション・クライアント
214 ロケーション・サーバ
121,221 GPS通信衛星群
120,220 領域
301 プロセッサ
302 メモリ
303 トランシーバ
311 オペレーティング・システム
312 アプリケーション・ソフトウェア
313 場所−特徴データベース
314 特徴−修正データベース
Claims (25)
- 領域の環境内にある無線端末の居場所を予測するステップを含む方法において、
前記予測ステップは、無線端末により処理される信号の特徴の測定値を、複数の場所の1つあるいは複数の場所に対する前記特徴の予測値と比較することに基づき、行われ、
前記複数の場所の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、前記領域の環境の物理的属性に基づく
ことを特徴とする方法。 - 前記場所の記述は、経度と緯度と高度を含む
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記複数の場所の内の少なくとも2つの場所の範囲は、経度と緯度の内の全てではないが少なくとも1つのポイントで、オーバーラップする
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記複数の場所の内の少なくとも2つの場所の範囲は、経度と緯度の全ての点でオーバーラップする
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記場所の隣接グラフを生成するステップ
を含む
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記複数の場所は、オーバパスとアンダパスを表す
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記複数の場所は、複数階の建物を表す
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、領域(22)を支配する法に基づく
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記複数の場所の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、時間(T)に基づく
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、環境条件(N)に基づく
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - (A) 環境を複数の場所としてモデル化するステップと、
前記複数の場所の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、前記環境の物理的属性に基づき、
(B) 前記環境内で無線端末の居場所を予測するステップと
前記(B)ステップは、前記無線端末により処理された信号の特徴の測定値と、複数の場所の1つあるいは複数の場所の前記特徴の予測値とを比較することにより行う
を有する
ことを特徴とする方法。 - 前記場所の記述は、経度と緯度と高度を含む
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記複数の場所の内の少なくとも2つの場所の範囲は、経度と緯度の内の全てではないが少なくとも1つのポイントで、オーバーラップする
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記複数の場所の内の少なくとも2つの場所の範囲は、経度と緯度の全ての点でオーバーラップする
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記場所の隣接グラフを生成するステップ
を含む
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記複数の場所は、オーバパスとアンダパスを表す
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記複数の場所は、複数階の建物を表す
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、領域(22)を支配する法に基づく
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、時間(T)に基づく
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、環境条件(N)に基づく
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 領域の環境内にある無線端末の居場所を予測するステップを含む方法において、
前記予測ステップは、無線端末により処理される信号の特徴の測定値を、複数の場所の1つあるいは複数のものに対する前記特徴の予測値と比較することに基づき行われ、 前記複数の場所の1つあるいは複数の境界は、少なくとも一部は、領域内における個人と群衆と車の動きと場所に関する理論的予測値と経験的データに基づく
ことを特徴とする方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、領域(22)を支配する法に基づく
ことを特徴とする請求項21記載の方法。 - 前記複数の場所の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、時間(T)に基づく
ことを特徴とする請求項21記載の方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、環境条件(N)に基づく
ことを特徴とする請求項21記載の方法。 - 前記複数の場所の内の1つあるいは複数の場所の境界は、少なくとも一部は、前記環境の物理的特性に基づく
ことを特徴とする請求項21記載の方法。
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