JP2008515351A - セルラー無線システムにおいて移動端末の位置を見つけるための方法 - Google Patents

Abstract

最も近い基地局のセットを識別するためにアルマナックから信号遅延送信データを調べることに関連して移動局の位置を決定するシステム、方法、および装置が提供される。その後マルチラテレーション(multilateration)を用いて移動局の位置が決定される。

Description

支援された全地球測位システム（Ａ−ＧＰＳ）ロケーションを獲得する従前の方法は、ネットワークにおいてより良い電話サービス範囲を提供するために中継器を利用するネットワークにおいて劣化した性能を免れなかった。典型的には、移動局（ＭＳ）の位置を計算するために到着時間差を使用する方法において、移動局とベーストランシーバー／タワー（ＢＴＳ）との間の距離は、光の速度と、ＢＴＳとＭＳとの間の信号送信の送信／受信時間を前提として決定することができる。ＢＴＳはセルを定義しモバイルＭＳとの無線リンクプロトコルを調整する無線トランシーバーを保持する。セルは地理的なエリアを定義し、通常セクターに分割される。セクターはサービスエリアをいくつかの区域に分割するセルを参照する。サポートされるセクターの数は可変であるが、３つであることが一般的である。しかしながら、１つのセクターセルおよび６つのセクターセルも存在し、おそらく２セクターセル、４セクターセルおよび５セクターセルもＢＴＳにより保持された無線トランシーバーにより定義される。典型的にはＭＳの位置を決定するために少なくとも３つのタワーが必要とされる。マルチラテレーションは２つ以上の受信タワーへのＭＳ送信信号から位置を決定する技術に適用される名前です。フォワードリンクマルチラテレーションは、位置を決定するためにＭＳが送信タワーから信号を受信するＡ−ＧＰＳ方法に適用される名前である。（例えば、受信／送信タワーの中で）クロック同期における単なるμｓのエラーが約９８４フィートのＭＳの位置決定におけるエラーを生じる可能性があるので、タイミングはマルチラテレーションのいずれの技術にも重要である。今まで、他のネットワーク支援されたＭＳ位置決定方法は、移動局により受信された信号のソースをおおよそ決定した。これらの信号ソース決定は一般に多くの可能な信号ソースを解析しないので、ソース決定におけるエラーはあり得る。このエラーは、信号のソース識別におけるエラーが移動局の位置を決定する際のエラーを導く可能性があるという点で移動局の位置の決定に伝搬される。

図において、同一部には同符号を付す。

移動局の位置を決定するためのシステム、方法、および装置は、ネットワーク支援されたマルチラテレーション(multilateration)方法論を用いて提供される。一実施形態によれば、アルマナック(almanac)が作られる。アルマナックは格子のような組織構造に従ってマップされたエリア内の基地局トランシーバーステーション（セルタワー）からの距離レンジ情報を含む。ここに使用される「格子」は、方形である部分または大きさにおいて均一である部分を持つ必要がないことに留意する必要がある。距離レンジ情報は信号遅延データの形態でアルマナックに記憶される。測定される信号遅延はパイロット信号の測定遅延であり得る。これは符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムに特に有用である。例えば、ＣＤＭＡシステムにおいて、各基地局トランシーバー（ＢＴＳ）、すなわち、基地局またはセルサイトは、携帯電話のようなモバイル装置がフォワードリング（ＢＴＳから移動局への通信）パイロットチャネル上のＢＴＳのパイロット信号を識別することができる一意的なコードシーケンスを有する擬似雑音（ＰＮ）コードを送信する。パイロット信号は、モバイル装置がシステムを獲得するために絶えずパイロットチャネル上に送信される。

受信機への送信ソースのレンジは、受信機における信号の位相により明示される信号遅延から決定することができる。

図１は格子エリア６内の移動局２（例えば、携帯電話、無線通信能力を有したパーソナルデジタルアシスタント、無線通信能力を有したポータブルコンピューター、ページャー、または他のパーソナル通信装置）および多数の基地局トランシーバーステーション／タワー４を図解する図である。この発明の１つの観点において、移動局２は、タワー４を含む多数のソースから信号を受信する。仮説検定が行われる。すなわち、移動局２により受信される信号は、所定のタワーのセット、例えば３つのタワーによってもたらされた。

受信機から不均等の距離が置かれた別個の位置からの信号送信間に位相差が存在し、かつビル等のような構造物からの反射および偏差から生じるマルチパス信号がタワー４からの直接送信と区別することができるなら、信号位相差に基づいて仮定されたタワーのセットからの信号遅延計算を移動局２において決定することができるかまたは遠隔計算のために適切なデータを移動局から通信ネットワークコンピューター８に送ることができる。

タワーの仮定されたセットからの信号送信の信号遅延の計算が決定された後、このデータは通信ネットワークコンピューター８に送信される。通信ネットワークコンピューター８は、信号遅延データと、アルマナック１０において見つけられた３つの送信タワーの収集物との比較のための比較器として機能する。より具体的には、信号測定値からの実際の遅延と、送信タワーのセットの収集物のためのアルマナック１０にリストされた遅延との間で比較が行われる。１つ以上のネットワーク内において、特定のセットサイズのタワーのすべての組み合わせは、アルマナック１０に記入するために信号遅延データを決定することに関連して使用することができる。

アルマナック１０データは、望ましくは周知のＢＴＳ位置に基づいた計算により到着することができる。あるいは、計算より望ましくないけれども、このデータは、エリア上の測定により収集することができる。この点について信号モニターを装備した乗り物は、エリア上のＢＴＳｓからの信号遅延情報を含む信号データの測量を行うことに関連してアルマナックデータを供給し、パイロット信号シグネチャー(signature)を介してＢＴＳｓを識別する。

図２は図１のアルマナック１０に保持される有用な情報を図解するチャートである。アルマナック１０はタワーセット、その定義およびタワーセットの各メンバーに関連する受信遅延をリストアップしてもよい。例えば、図２に示されるように、タワーセットＴＧＩはタワーＡ、タワーＢおよびタワーＣとして定義されてもよい。グループ内の各タワーに関連する遅延が書き留められる。従って、２μｓ遅延がタワーＡに対して示され、２．４μｓ遅延がタワーＢに対して示され、４μｓ遅延がタワーＣに対して示される。

測定されたデータとアルマナックデータの比較は、測定されたデータとアルマナックデータとの間の相関の決定を介して明示される。測定データとアルマナックデータとの間の相関は、タワーの各（または最も可能性のある組み合わせ）セットからのブロードキャストに確率スコアを割り当てることに関連しておよび仮説検定に基づいて測定された対応する実際の信号遅延に関連して決定される。すべてのタワーおよびタワーの組み合わせは、アルマナックと実際の遅延データとの間の比較において考慮する必要が無い。比較において考慮されるタワーの選択は、ＢＴＳ等から発するパイロット信号の強度の考察に起因することができる。例えば、特定のしきい値レベルを超えるパイロット信号強度を有するセット内に少なくとも１つのＢＴＳサイトを有するＢＴＳサイトのセットのみが比較において考察する必要がある。

確率スコアは図１のネットワークコンピューター８により割り当てることができる。信号遅延は、送信タワーからの移動局により受信されている擬似ランダム雑音コードシーケンス間の位相差により明白になるであろう。中心極限定理によれば、独立したエラーの大きなグループが、ガウス分布である合計エラーを与えるので、確率分布はガウス分布を用いて決定することができるということが合理的に仮定することができる。確率スコアは平均値から離れた標準偏差の数に基づくことができる。信号の実際の遅延が送信タワーのセットに関連する仮説の遅延と正確に一致するなら、この送信タワーのセットに対する確率スコアは１である。従って、大きな確信をもって、送信タワーの特定のセットは、マルチラテレーション方法を用いることに関連して移動局の位置を決定する際に使用する送信タワーの特定のセットであるということができる。ガウス分布曲線が図１の図上に重ね合わされる。横軸に沿ったnσの移動局2の位置は、例えば、アルマナックデータから収集されたデータの相関を示すということもあり得る。受信された信号のための信号遅延決定を行うネットワークコンピューターは、アルマナック比較を実行するコンピューターと同じである必要はない。確率スコアは、セレクターとして機能的に機能する装置によって基地局のセットを表すアルマナックデータに対して最も大きな相関の確率スコアの選択のためにデータベースに、望ましくは一時データベースに記憶することができる。前と同じように、図１のコンピューター８はセレクター機能性を実行することができる。

最も大きな相関の確率スコアが選択されると、すなわち、最もありそうな送信タワーのセットを選択すると、最もありそうなタワーのセットからＴＤＯＡの方法を用いてもっともありそうなタワーのセットの近くにマルチラテレーション仮定ブロードキャストを用いて決定される。確率スコアが同記録になる場合、移動局による信号遅延データの収集から始まって、位置決定プロセスが再開される。このプロセスは、収集されたデータに対して最も大きな相関のタワーの単一セットを表す単一の確率スコアが現れるまで反復される。この発明の１つの観点において、移動局の位置は、望ましくは経度と緯度の測定値に関して示される。しかしながら、これらの測定値は、さらに市街地図、アトラス等上のポイントにマップすることができる。移動局２が位置決定行うことに関連してタワー４から送信された信号を受信するので、上述の方法はフォワードリンクマルチラテレーションに関連する。

図３は無線周波数（ＲＦ）セクション７およびプロセッサー８に接続されたディスプレイ３を含む移動局のブロック図レイアウトを図解する。信号遅延計算は、信号遅延計算を行うことができるソフトウエア９を実行することに関連してプロセッサー８内で実行することができる。ＲＦセクション７はアンテナ１２を介して通信ネットワークへの通信リンクを提供する。位置決定の結果は、経度と緯度の測定値の形態でディスプレイ３上に示すことができる。さらに、プロセッサー８乃至メモリ１１はディスプレイ３に表示するためにマップされたロケーション（市街地図、アトラス等）への経度と緯度の測定値のマッピングを提供することができる。

図４はこの発明の好適実施形態の１つの観点に従うシステムのブロック図を図解する。図示するように、ＢＴＳｓのセットのための信号遅延情報のセットを含むアルマナック１０データは比較器１４により測定された遅延データ１２と比較される。比較器１４により実行された比較は確率スコアの形態でデータベース１６に記憶される。セレクター１８は、移動局（図示せず）に最も近いＢＴＳ送信ソースのセットを表すＢＴＳｓのセットに対応する最良のスコアを識別することによりＢＴＳｓのセットを選択する。マルチラテレーション装置２０はセレクター１８により選択されたＢＴＳｓのセットに基づいて移動局の位置を決定する。マルチラテレーション装置２０により決定されたロケーションは移動局または他のロケーション、例えば９１１ディスパッチャー、フリーとディスパッチャー等に送ることができる。

他の好ましい実施形態において、移動局の位置ロケーションは３つより少ないＢＴＳｓを用いて推定することができる。移動局の位置を決定するために３つ以上のタワーが使用されるとき、システムは過剰決定されると言われる。従って、より大きな送信レンジがより多くのタワーに加えられると、より正確な位置決定解決法を取得することが可能である。

これは、移動局の位置ロケーションのより良い決定を可能にし、移動局２にとってどのタワーが最も可能性のある信号ソースかのより良い決定を可能にする。しかしながら、２つのＢＴＳｓは、２つのＢＴＳｓの各々と移動局との間の相対レンジのロケーションを取得するために使用することができる。図５を参照すると、図５は格子エリア６内の移動局２と多数の基地局トランシーバーステーション／タワー４を図解する図である。これらのタワーは与えられたタワー送信レンジ制約に従ってタワーサービスエリアを示す円５０および５２により制限された。図２のアルマナック１０はＢＴＳｓのペアにより定義されたタワーセットに関係する情報を含むことができる。タワーセット毎にアルマナック１０内に含まれる信号遅延情報は移動局２により受信された測定された遅延データと比較される。その比較は、アルマナック１０内で見つけられた遅延と測定された信号遅延との相関を追跡する確立スコアに変換される。ＢＴＳｓの１セットは移動局に対して最も近いＢＴＳ送信ソースのセットを表すＢＴＳｓのセットに対応する最良のスコアと同一とみなされる。ＢＴＳｓのサービスエリアを知ると、与えられたタワー送信レンジ制約内の円５０および５２の２つの交点により定義されるライン５４に沿って最も可能性のある移動局位置を採取することができる。

この発明の上述した任意の実施形態において、歴史的位置データは、位置を決定する際に考慮に入れてもよい。移動局２がポイントＡに示された位置を有するなら、以前の位置決定から経過した所定の時間量に関連して、以前の位置の近くのタワーの確率スコアはより重く重み付けされる。これは、輸送のモード、例えば自動車、足等に応じて位置の変化が制限されるため生じる。状況に応じて、重み付けは、特に移動局に関連して使用される輸送のモードに依存してもよい。例えば、輸送のモードが乗り物なら、位置の変更のレートは足による輸送のモードに関連する位置の変化よりはるかに大きい可能性があるであろう。

この発明は特定の実施形態を参照して記載したけれども、これらの実施形態は、この発明の原理およびアプリケーションの単に例証であることが理解されるべきである。例えば、上述した発明はＣＤＭＡシステムだけでなく時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムまたは周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）または空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）システムにおいても実施することができる。それゆえ、実施形態に対して多数の変更が行われてもよいし、添付されたクレームにより定義されるように、この発明の精神と範囲を逸脱することなく他の構成を考案してもよいことが理解されるべきである。

図１は格子エリア内の移動局、例えば携帯電話または他のパーソナル通信装置および多数の基地局トランシーバーステーション／タワーを図解する図である。 図２は基地局トランシーバーステーションのセットのための遅延データを保持するアルマナックに保持される有用な情報を図解するチャートである。 図３は移動局のブロック図レイアウトを図解する。 図４はこの発明の好適実施形態の１つの観点に従うシステムのブロック図を図解する。 図５は格子エリア内の移動局、例えば、携帯電話または他のパーソナル通信装置および多数の基地局トランシーバーステーション／タワーを図解する図である。

Claims (19)

1. 移動局の位置を決定するためのシステムにおいて、
   基地局のセットからマップされたエリア上の選択された位置までの前記マップされたエリアのための信号遅延送信データ情報を含むアルマナックと、
   基地局の選択されたセットのためのアルマナックデータを前記移動局により収集された測定された信号遅延データと比較するように動作可能な比較器であって、前記比較器はさらに前記測定された信号遅延データに対応する基地局の各選択されたセットに確率スコアを割り当てるように動作可能である比較器と、
   前記確率スコアに基づいて前記移動局にリンクできる最も可能性のある基地局のセットを選択するように動作可能なタワーセットセレクターと、
   前記タワーセットセレクターにより選択された前記基地局に基づいて前記移動局のための位置を取得するように動作可能なマルチラテレーション装置。
2. 前記システムはＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡおよびＳＤＭＡまたはそれらの組み合わせから構成される無線チャネルアクセススキームのグループから選択された技術を介して無線チャネルアクセスを提供する、請求項１に記載の移動局の位置を決定するためのシステム。
3. 基地局の各セットは３つの基地局を含む、請求項１に記載の移動局の位置を決定するためのシステム。
4. 基地局の各セットは２つの基地局を含む、請求項１に記載の移動局の位置を決定するためのシステム。
5. 前記アルマナック信号遅延送信データ情報はＢＴＳサイトの周知のロケーションに基づいて発生される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記アルマナック信号遅延送信データ情報は、エリア上の信号データの調査に関連して行われた測定に起因する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記比較器は通信ネットワークコンピューターである、請求項１に記載のシステム。
8. 前記基地局の選択されたセットは基地局パイロット信号強度に基づいて選択される、請求項１に記載のシステム。
9. 前記確率スコアは、ガウス分布に関連した平均値から標準偏差に関して定義される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記確率スコアの記憶のためのデータベースをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
11. 前記移動局は、携帯電話、無線通信能力を有するパーソナルデジタルアシスタント、無線通信能力を有するポータブルコンピューターおよびページャーから構成されるグループから選択された移動通信装置である、請求項１に記載のシステム。
12. 移動局の位置を決定する方法において、
    前記移動局の近くのロケーションから信号遅延データを収集することと、
    前記収集された信号遅延データを、アルマナックからの選択されたアルマナック信号遅延データと比較することであって、前記アルマナック信号遅延データは、基地局サイトの所定のセットに関係する信号遅延情報を表すことと、
    前記収集されたデータと前記選択されたアルマナック信号遅延データとの間の統計上の相関関係に基づいて確率スコアを前記選択されたアルマナック信号遅延データに割り当てることと、
    前記収集されたデータに対して最も大きな相関を示す確率スコアを有する基地局の所定のセットを選択することと、
    前記収集されたデータに対して最も大きな相関を示す前記確率スコアを有した前記基地局から基地局データを送信することを用いてマルチラテレーションの技術に従って前記移動局の位置をつきとめることと、
    を備えた方法。
13. 前記アルマナックデータはＢＴＳサイトの周知のロケーションに基づいて発生される、請求項１２に記載の移動局の位置を決定する方法。
14. 前記アルマナックデータはエリア上の信号データの調査に関連した測定に起因する、請求項１３に記載の移動局の位置を決定する方法。
15. 基地局サイトの各所定のセットは３つの基地局サイトを含む、請求項１３に記載の移動局の位置を決定する方法。
16. 前記基地局の所定のセットは基地局パイロット信号強度に基づいて選択される、請求項１２に記載の移動局の位置を決定する方法。
17. 前記移動局は、携帯電話、無線通信能力を有するパーソナルデジタルアシスタント、無線通信能力を有するポータブルコンピューターおよびページャーから構成されるグループから選択された移動通信装置である、請求項１２に記載の方法。
18. ディスプレイと、
    アンテナと、
    前記アンテナを介して通信ネットワークに通信リンクを提供する無線周波数セクションと、
    前記通信ネットワークから受信されたデータに関連して信号遅延計算を行うようにプログラムされ、読み出した情報を前記ディスプレイに供給するプロセッサーと、
    を備えた移動局。
19. 前記移動局は、携帯電話、無線通信能力を有するパーソナルデジタルアシスタント、無線通信能力を有するポータブルコンピューターおよびページャーから構成されるグループから選択された移動通信装置である、請求項１８に記載の移動局。

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