JP2010530176A - 地上局ベースのセルラネットワークを用いた移動局位置特定を促進する方法 - Google Patents

Abstract

セルラ通信に通常使用される無線周波数スペクトルを用いた通信によって移動局（２２）の位置特定を促進する。第１の位置特定信号が基地局送受信機（３０、３２）と移動局（２２）の間で通信され、信号源の位置に関する情報を含む。複数の第２の位置特定信号が、対応の複数のレンジングビーコン装置（４０、４２、４４）と移動局（２２）の間で通信され、各々がレンジングビーコン装置（４０、４２、４４）の位置に関する情報を含む。第１及び第２の信号によって移動局（２２）の位置を決定することが可能となる。開示の例では、第１及び第２の信号が基地局（３０、３２）及び複数のレンジングビーコン装置（４０、４２、４４）によってそれぞれ同時に送信される。

Description

本発明は概略として通信に関し、より具体的には、本発明は移動体通信装置の位置特定を促進することに関する。

無線通信システムは周知であり広範に使用されている。標準的なシステムはセルと言われる地理的領域に分割される。基地局送受信機はセル内に無線通信カバレッジを与え、通常はセル内の幾つかのセクタにサービスを行う。セルラ通信システム内で有用な種々の通信プロトコルがある。

移動局を位置特定したい様々な理由がある。例えば、緊急９１１サービスは応答要員を適切な場所に派遣する目的のために呼の送信元を位置特定できることが必要である。位置特定機能の他の用途は貴重な財産を位置特定し、又は、例えば、それらが適法に持ち出されているのか或いは盗まれたのかを追跡することである。位置情報の他の用途は現在の近隣のマップを提供し、又は位置に基づく他のサービスを無線通信加入者に提供することである。

移動局のような装置を位置特定する方法は主に２つある。１つは宇宙空間における衛星のネットワークを利用するグローバル測位システム（ＧＰＳ）アプローチに基づくものである。衛星は、例えば、公知の三角測位技術を用いた地理位置特定の目的のために検出され得るレンジング信号を与える。良好な環境条件下では、ＧＰＳアプローチは迅速かつ高精度な位置特定を与える。しかし、ＧＰＳアプローチは、移動局が様々な条件下で十分な衛星を検出することができないため、全てのセルラ通信シナリオに対して有用なわけではない。例えば、いわゆる都会の谷や建造物の内部では、標準的な移動局は（たとえそれらがＧＰＳ機能を有していても）位置決定を行う目的のための十分な数の衛星信号を検出することができない。従って、ある条件下では、ＧＰＳ受信機は位置情報を提供することができない。何らかの追加のＧＰＳカバレッジを与えることができるであろう高感度ＧＰＳ受信機でさえも、それについて位置誤差（例えば、２０メートル以上）を有し、それは多くのアプリケーションにおいて許容できるものではない。

他のアプローチはアシステッドＧＰＳ（Ａ−ＧＰＳ）である。セルラネットワークはＧＰＳ受信機を、それが弱いＧＰＳ信号を検出することを補助することによって、支援することができる。Ａ−ＧＰＳ技術はセルラネットワークに接続されたＧＰＳ有効位置特定サーバを含む。サーバは、どの衛星が移動局の近辺に見えるか、衛星のドップラー効果及び遅延パラメータ並びにそれらのＮＡＶメッセージを特定することができる。サーバはセルラリンクを介してこのデータをＡ−ＧＰＳ衛星信号に提供する。このＡ−ＧＰＳ情報は、支援がなければ移動局が自身で衛星を直接検出することが難しい状況で、ＧＰＳ衛星信号の受信を支援する。Ａ−ＧＰＳの１つの限界は、精度が通常はＧＰＳよりも格段に良いわけではなく、正確な測位のニーズを満足できないことである。

移動局によって受信されるセルラ基地局受信機信号の三角測位に主に基づいて移動局を位置特定することは可能である。多くの状況で、移動局は弱い衛星信号を検出することはできないが、セルラ基地局の近くでは検出することができる。通常は、修正されていないセルラ信号が位置特定手順の根拠として使用される。このアプローチを使おうとするときの潜在的な欠点は、移動局は通常、十分な基地局送受信機からの十分強い信号を同時に検出して正確な位置決定を行うことができないことである。例えば、少なくとも３個、好ましくは少なくとも４個の異なる信号源が正確な地理位置特定には必要である。移動局の高度（標高）の次元は、信号源自身が高さの次元において大幅に相異しないので特に難しい。

より正確に、かつ、より確実に移動局を位置特定できることが有用となる。

移動局を位置特定することを促進する例示の方法は、少なくとも１つの既知局送受信機と移動局の間で第１の位置特定信号を通信することを含む。複数の第２の位置特定信号が、対応する複数のレンジングビーコン送信機と移動局の間で通信される。第１及び第２の信号は対応の信号源の位置に関する情報を各々含む。第１及び第２の信号は移動局の位置特定を促進する。

開示例では、信号の位置特定が通常のセルラ通信信号に対して調整されてユーザ通信及び位置特定機能が同じ無線帯域幅に共存することを可能とする。さらに、位置特定信号はそれ自体がそれらの相互干渉を最小化するよう調整される。

本発明の種々の構成及び有利な効果が以降の詳細な説明から当業者に明らかとなる。詳細な説明に付随する図面は以下に簡単に説明される。

図１は本発明の実施例で有用な無線通信システムの選択部分を概略的に示す。 図２は一例のアプローチをまとめたフローチャートである。 図３は一実施例で使用されるシグナリング戦略を概略的に示す。 図４は他の実施例で使用されるシグナリング戦略を概略的に示す。

開示の例はセルラネットワークベースのシグナリングを用いて移動局の位置特定を促進する。図１は、無線通信を行うための周知の態様で移動局２２が使用されることを可能とする例示の無線通信システム２０を概略的に示す。移動局２２は基地局送受信機（ＢＴＳ）３０と従来の無線周波数リンクを介して通信して、例えば、音声、データ又は他の形式の無線通信を行う。ＢＴＳ３０は移動局２２と他の装置の間の通信を促進するように無線通信ネットワークと関連付けられる。

例示は他のＢＴＳ３２を含み、それは移動局２２がＢＴＳ３０及び３２からの信号を同時に検出する能力に依存して移動局のアクティブセットの一部となり得る。例示の移動局送受信機３０、３２の各々は従来の無線通信のために使用できる。

例示のＢＴＳ３０、３２は移動局２２を位置特定することを促進するためも有用である。ＢＴＳ３０、３２の各々はまた、移動局２２によって検出されることができる位置特定信号を提供する。位置特定信号は各ＢＴＳの位置に関する情報を含む。移動局２２は正確な位置決定を行うのに十分な数のＢＴＳからの信号を同時に検出できそうにないので、例示は複数のレンジングビーコン送信機装置４０、４２及び４４を含む。レンジングビーコン送信機装置は移動局位置特定サービスが望まれる地理エリア内で戦略的に配置される。一例では、レンジングビーコン送信機装置は擬似衛星といわれる。レンジングビーコン送信機装置４０、４２及び４４は、位置決定を行う目的のために移動局２２によって受信されることができる位置特定信号を提供する。レンジングビーコン送信機装置４０、４２及び４４からの位置特定信号は対応の送信機に関する位置情報を含む。

例示では、レンジングビーコン送信機４４は建造物４６の上に支持されている。そのような構成の１つの特徴は、レンジングビーコン送信機の高度が異なることによって、移動局２２が経度、緯度及び高度位置情報を特定することが可能となることである。

移動局２２が少なくとも１つのＢＴＳ及び複数のレンジングビーコン送信機からの十分な数の位置特定信号を検出できるとき、移動局２２は移動局の位置を決定するための公知の地理位置特定アルゴリズムを使用することができる。セルラ地上局ベースのアプローチを用いるのであれば、衛星信号は必要でない。

図２は一例のアプローチをまとめたフローチャート５０を含む。図２は左の四角に移動局の動作を、中央の四角にＢＴＳ動作を、右の四角にレンジングビーコン送信機の動作を示す。５２において、ＢＴＳ（例えば、ＢＴＳ３０）は音声、データ又は他の無線通信トラフィックのために使用される信号を送信する。そのような信号送信は周知の無線通信システムに関連付けられる。５４において、ＢＴＳはまた、レンジング信号及びＢＴＳの位置（例えば、経度及び緯度のような座標）に関する情報を含むＢＴＳ位置特定信号を送信する。一例では、各ＢＴＳはスケジュールの下で位置特定信号を周期的に送信する。一例では、音声又はデータ通信に関連するトラフィック信号が第１のインターバル中に送信され、位置特定信号が第２の異なるインターバル中に送信される。一例では、位置特定信号はＢＴＳによっておよそ秒毎に送信される。位置特定信号が送信されるインターバルは、例えば、１フレーム（例えば、２０ミリ秒）にわたって継続し得る。トラフィック信号が通信されるとともに位置特定信号が通信されるインターバルのスケジューリングは、一方でトラフィック通信容量、他方で移動局の位置特定機能の所定のレベルへの要望によってカスタマイズされることができる。この記載を考慮すれば、当業者はどのタイプのスケジュールが彼らの特定の状況で最良の働きをするかを決定できるはずである。

一例では、所与の領域内の全ＢＴＳが位置特定信号を同時に送信するようスケジューリングされる。これによって、移動局の位置に関する位置決定を行う目的のために受信信号の各々が使用されるように、移動局が複数のＢＴＳから同時送信された位置特定信号を受信することが可能となる。

一例では、レンジングビーコン送信機（例えば、装置４０、４２及び４４）はそれらの位置特定信号を、ＢＴＳがそれらの位置特定信号を送信するのと同時に送信する。これを達成するための一例の戦略が図２にまとめられている。６０において、レンジングビーコン送信機装置４０、４２及び４４はＢＴＳ３０、３２の少なくとも１つから送信された位置特定信号を検出する。ＢＴＳ位置特定信号を受信すると、この例でのレンジングビーコン送信機はそれら自身の位置特定信号をそれらのＢＴＳに対して調整することができるように構成される。６２において、レンジングビーコン送信機はそれらの信号送信タイミングをＢＴＳ位置特定信号のタイミングに基づいて設定する。レンジングビーコン送信機はそれらの時間同期を、ＢＴＳ位置特定信号を受信し及びＢＴＳとレンジングビーコン送信機の間の既知の距離を考慮することによって習得する。ある例では、レンジングビーコン送信機は同期決定を行うときに光飛行時間（time-of-flight）を補償する。一例では、レンジングビーコン送信機はそれらのクロックを対応のＢＴＳ（単数又は複数）に連携させ、レンジングビーコン位置特定信号の送信のタイミングをＢＴＳ位置特定信号の送信に同期させる。６４において、レンジングビーコン送信機はそれらのレンジングビーコン位置特定信号を送信し、その各々は対応の信号源の位置に関する情報（例えば、経度、緯度及び高度のような座標）を含む。

図２はまた、例えば、移動局２２で行われていることを示す。７０において、移動局は移動局の適当な範囲内にあるＢＴＳ全てからＢＴＳ位置特定信号を受信する。７２において、移動局は複数のレンジングビーコン送信機（例えば、４０、４２及び４４）から追加のレンジングビーコン位置特定信号を受信する。多くの例におけるレンジングビーコン送信機は、ある地理エリア内の移動局が複数の送信機からのレンジングビーコン信号を検出して地理位置決定を行うために移動局に十分な数の信号を提供することができるように、戦略的に配置される。

７４において、移動局のロケータモジュールはタイミング、角度、パワー等のような受信信号の１以上の特徴を特定する。例としてタイミング特徴は信号到来時間、到来時間差又は往復到来時間を含む。ある例における移動局は測位手段の一部として角度又は信号強度情報を用いる。或いは、受信信号及び信号源に関する供給位置特定情報に基づく既知の地理位置特定アルゴリズムによって、７６において移動局２２が位置決定を行うことが可能となる。

移動局の位置は、７６で決定されると、特定の状況のニーズに合う態様で提供されることができる。例えば、移動局は緊急９１１コール中に移動局の現在位置を示す信号を提供することができる。そしてこの位置情報は緊急コールへの応答を促進する適当な当局に転送される。

ある例では、移動局は、位置特定信号を反復して検出して対応の位置決定を行うことによってその位置を連続的にモニタする。他の例では、移動局は、緊急９１１コールの発呼のような移動体加入者によって必要とされる何らかのアクションに基づいて位置特定を行い、又はローカル的な近隣のマップを要求するメニュー選択を行う。

上記の例では、移動局２２は移動局位置決定を行うのに適したプログラミング及び処理能力を含む。他の例では、位置特定信号は移動局によって送信され、ＢＴＳ及びレンジングビーコン装置によってそれぞれ受信される。そのような各装置で受信された位置特定信号及びそれらの装置の既知の位置に関するタイミング情報によって、ＢＴＳ及びレンジングビーコン装置と通信状態にある中央化された位置特定装置が移動局位置決定を行うことが可能となる。このような状況で、その位置情報は移動局の現在のサービングＢＴＳに提供されることができる。位置情報は種々の目的のために移動局に転送されてもよい。

本記載の利益を受けた当業者であれば、移動局を位置特定することを促進する目的のために、ＢＴＳ、レンジングビーコン装置と移動局の間で信号を通信することがどのようにして単一又は双方向で行われるかを理解するはずである。なお、装置が位置特定信号を送信又は受信する場合、装置はこの記載の目的のための位置特定信号を通信するものとみなされる。さらに、送信機は、たとえ他の装置によって実際に受信されなくても、それを送信することによって位置特定信号を通信するものである。

一例では、位置特定信号の同時送信は無用な干渉をもたらさず、又は何らかの相互干渉を最小化するように計画される。一例は位置特定信号のセルラダウンリンク送信のための直交周波数分割多重を用いることを含む。図３は一例のアプローチを概略的に示す。信号送信スケジューリング８０は、例えば、ＢＴＳが音声又はデータトラフィックに関連するユーザトラフィック信号を送信するインターバル８２を含む。他のインターバル８４は位置特定信号の送信のために専用となる。インターバル８４中に、位置特定信号がＢＴＳ及びレンジングビーコン送信機によって送信される。

この例における位置特定信号はＢＴＳ及びレンジングビーコン送信機からの既知のパイロット信号を含む。９０に位置特定信号送信のために使用される帯域幅が図示される。この帯域幅は９２−１０２に示すような複数のトーンに分割される。この例における各信号源は１０４で広帯域の信号を、１０６で低速低帯域信号部分を送信する。この例では、低速低帯域部分１０６は信号源位置情報を提供するために使用される。

図示した例は６個の個別のレンジング信号までをサポートするように設計されている。各レンジング信号はそれぞれのトーンで送信される。この例では、６個の信号が２以上のトーンで送られる。例えば、トーン９２は１つの信号源（例えば、ＢＴＳの１つ）によって使用され、トーン９４、９６、９８、１００及び１０２各々はそれぞれのレンジングビーコン送信機によって使用される。次の６個のトーンが同様に割り当てられる。６個のトーンの各連続するセットは全てのトーンが使用されるまでこのように割り当てられる。この例では、各レンジング信号は、全てのトーンが使用されるように６個目のトーン毎に送信される。

同じトーンが、他のセットの送信機から十分に離れて全く干渉がないような送信機によって再使用されることもある。

広帯域部分１０４におけるトーンで送信されるパイロット信号は通常の直交周波数分割多重信号の下ではあまり干渉しない。そのような構成は６個までの位置特定信号源の間の近遠干渉を回避し、なおも広帯域のレンジング信号を維持する。広帯域信号は位置特定精度において望ましい。より広い帯域の信号によって、時間シフトに関連付けられる精度の低下及びより小さい帯域幅信号のエッジの切捨てに関連するオフセットが回避される。

図示した例では、位置特定信号の信号源の各々が、例えば、その位置情報を送信するトーン１０８、１１０、１１２の１つを使用する。一例では、レンジングビーコン送信機のみが１０４及び１０６で示すレンジングタイムスロット中にそれらに割り当てられた単数又は複数のトーンで送信する。

合成されたトラフィック通信及び位置特定通信の構成は、位置情報信号のみを連続的に供給することによって全無線周波数帯域幅を占有する専用測位システムよりも高い効率を可能とする。例示の戦略は既存のＢＴＳ装置の無線周波数機能を活用し、加入者トラフィック通信を提供しつつも移動局を位置特定するための信号を提供することを可能とする。

図４は直交周波数分割多重化に加えて時分割多重化を含む他の戦略を図示する。この例では、位置特定信号が送信されるインターバル８４は時間シーケンス１２０、１２２及び１２４に分割され、各シーケンスが特定の位置特定信号の送信機に専用のものとなっている。時間セグメント１２０、１２２及び１２４の各々の間に、ある送信機は利用可能帯域幅９０の広帯域幅部分１３２におけるトーン１３０の全てを使用する。帯域幅のより狭い部分１３４は信号源位置情報を送信するために使用される複数のトーン１３６を含む。この例では、各送信機はその送信機に割り当てられた時間セグメント中に利用可能なトーンの全てを使用する。

他の例は回路交換ＣＤＭＡ無線システムを含む。この例では、パイロットチャネルがレンジング信号として使用され、ＢＴＳ座標がページングチャネルのような共通のブロードキャストチャネル上で送信される。この例では、レンジングビーコン送信機（例えば、４０、４２、４４）は長い拡散コードを割り当てられるが、移動局からの通信リクエストに応答しない。そのような例では、送信パワーレベルはカバレッジと潜在的な干渉とのバランスをとるように設定される。

他の例では、ＣＤＭＡ無線システムはパケット指向性のものである。そのような例では、レンジングパケットはダウンリンクで時々送信される。レンジングパケットは既知のパイロットバーストのみを含む。ＢＴＳ位置情報は共通のブロードキャストチャネルで送られる。この例では、レンジングビーコン送信機はまた、このフォーマットでそれらの位置特定信号を送信するが、移動局からのいずれのアップリンクメッセージにも応答しない。この例では、送信パワーはまた、カバレッジ対干渉のバランスを慎重にとるように調整される。

開示の例は本発明の実施例がどのようにセルラ無線スペクトルを通信及び地理位置特定機能のために使用するかを示すものである。セルラ基地局は、それらのセルラネットワークにおける通常のトラフィック通信機能を遂行しつつも移動局位置特定に適した信号を一斉に送信するよう動作できる。開示の例によって、通信（例えば、トラフィック）と位置特定シグナリングの間で、その２つの間の干渉を最小化しつつも無線周波数リソースを分離することが可能となる。

前述の説明は限定的な性質ではなく例示的なものである。開示された例に対する、本発明の本質から必ずしも離れない変形例及び修正例は当業者には明らかなものとなる。本発明に与えられる法律的保護範囲は以降の特許請求の範囲を検討することによってのみ特定することができる。

Claims (10)

1. 無線通信移動局の位置特定を促進する方法であって、
   少なくとも第１の信号を基地局から又はそこへ通信するステップであって、該第１の信号が該基地局からのものである場合、該第１の信号が該基地局の位置に関する情報を含んでいる、ステップ、
   複数の第２の信号を複数の対応のレンジングビーコン送信機から又はそこへ通信するステップであって、該第２の信号が該レンジングビーコン送信機からのものである場合、該第２の信号が該対応のレンジングビーコン送信機の位置に関する情報を含んでいる、ステップ、及び
   該第１及び第２の信号を用いて移動局の位置特定を促進するステップ
   を備える方法。
2. 請求項１の方法であって、
   前記移動局で前記少なくとも１つの第１の信号及び第２の信号を受信するステップ、及び
   受信信号に含まれる前記情報に基づいて該移動局の位置を決定するステップ
   を備える方法。
3. 請求項２の方法であって、
   （ｉ）前記受信信号の到来時間、（ii）前記受信信号の到来時間差又は（iii）前記受信信号の往復到来時間のうちの少なくとも１つからなる受信信号タイミング情報を特定するステップ、及び
   特定された該受信信号タイミング情報を前記移動局の位置を決定するために使用するステップ
   を備える方法。
4. 請求項１の方法において、
   前記少なくとも１つの第１の信号が、前記対応の複数のレンジングビーコン送信機から送信された前記複数の第２の信号と同時に前記基地局から送信される、方法。
5. 請求項４の方法であって、
   前記複数のレンジングビーコン送信機の１つにおいて、以前に送信された第１の信号を受信するステップ、
   受信された該以前に送信された第１の信号に基づいて、前記基地局からの第１の信号の送信タイミングを特定するステップ、及び
   該レンジングビーコン送信機の１つから前記第２の信号を送信するためのタイミングを、該特定されたタイミングに基づいて該第１の信号の送信のタイミングと同期させるステップ
   を備える方法。
6. 請求項１の方法であって、
   第１のインターバル中に前記基地局から前記第１の信号を送信するステップ、及び
   第２の異なるインターバル中に該基地局からユーザトラフィックからなる信号を送信するステップ
   を備える方法。
7. 請求項１の方法において、前記第１及び第２の信号を通信するために使用される帯域幅が複数のトーンに分割され、該方法が、
   該トーンの各々を
   （ｉ）前記第１の信号、又は
   （ii）前記複数の第２の信号の１つ
   のうちの１つに対してそれぞれ使用するステップを備える方法。
8. 請求項１の方法において、前記第１及び第２の信号を通信するために使用される帯域幅が複数のトーンに分割され、該第１及び第２の信号を通信するためのインターバルが複数のセグメントに分割され、該方法が、
   該セグメントの各々を
   （ｉ）該第１の信号の１つ、又は
   （ii）該複数の第２の信号の１つ
   に対してそれぞれ使用するステップ、及び
   該対応のセグメント中の該トーンの全てを
   （ｉ）該第１の信号の１つ、又は
   （ii）該複数の第２の信号の１つ
   に対して使用するステップ
   を備える方法。
9. 請求項１の方法において、前記第１の信号がパイロット信号からなり、前記基地局の位置に関する前記情報がブロードキャストチャネルで通信される、方法。
10. 無線通信システムであって、
    第１の基地局であって、第１のインターバル中に該基地局の位置に関する情報を含む第１の信号を送信し、第２のインターバル中にユーザトラフィックからなる信号を送信する第１の基地局、及び
    複数のレンジングビーコン送信機であって、該第１のインターバル中に対応のレンジングビーコン送信機の位置に関する情報を含む第２の信号をそれぞれ送信する複数のレンジングビーコン送信機
    からなり、該第１の信号及び該第２の信号の受信機の位置が該第１及び第２の信号から決定されることができる、無線送信システム。

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