JP2011050043A - マルチビームを用いて無線局の位置を推定する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無線通信システムにおける無線局の位置を推定する方法及び装置が提供される。マルチビームアンテナパターンの複数のビーム角度と、無線局が受信した信号の特性とに基づいて、マルチビームアンテナパターンの基準位置からの方位角を推定することが行われる。無線局が受信した信号の特性は、複数のビーム角度の各々により、マルチビームアンテナパターンのビーム各々から送信された複数の無線信号各々についての特性である。
【選択図】図1
Description
マルチビームアンテナパターンの複数のビーム角度と、無線局が受信した信号の特性とに基づいて、前記マルチビームアンテナパターンの基準位置から前記無線局までの方位角を推定するステップを有し、前記無線局が受信した信号の前記特性は、前記複数のビーム角度の各々により、前記マルチビームアンテナパターンのビーム各々から送信された複数の無線信号各々についての特性である、方法である。
距離の測定を行う場合、いくつかの方法により距離を決定することができる。例えば、以下の4つの方法がある。
この技術は、無線局及び/又はアクセスポイントにおいて測定された受信信号電力レベルを利用して、アクセスポイント及び無線局間の距離を推定する。しかしながら、この技術は、フェージングや反射による被害を被ってしまう。環境に対する構成技術を利用することで、例えば、カバレッジエリア内を歩き回り、位置と信号強度とを記録し、後の動作の校正に使用することで、有効に対処できる。さらに、動的なアルゴリズムを利用して距離推定を支援してもよい。例えば、建物の中にいる人物が1秒間に50メートル移動することは通常起こり得ないことが考慮される。RSSIによるこの技術は、環境の中の既知の場所にある追加的なセンサを利用することで改善され、そのセンサは、信号強度を報告し、測定動作に対する校正能力を維持する。
多くの移動通信システムは無線端末トランシーバからの送信に同期し、それらの送信が無線信号の伝搬時間(time−of−flight)について補償されるようにする(複数の端末からの信号全てが、基地局のようなアクセスポイントに、指定された時間に届くようにする。)。したがって、無線局は、信号の伝搬時間の基地局による測定に応じて、無線局の送信タイミングを正確に調整するように装備されている。このプロセスは、「タイムレンジング(time−ranging)」又は「タイミングアドバンス(timing−advance)」としてしばしば言及される。無線局の送信信号各々が、基地局において同期して到着するように調整されている場合、無線局の送信を調整するために送信される算出されたタイミングアドバンスの指示は、基地局及び無線局間の信号伝搬時間を示すラウンドトリップ時間に相当する。この時間の半分に光速(すなわち、伝送媒体の中で「c」)を乗算したものは、無線局及び基地局間の半径方向距離になる。タイミングアドバンスの測定値を利用することで、基地局からの半径という形式で第2の座標を得ることができ、無線局の位置を推定することができる。
この技術は、無線局において、ファームウェア、ハードウェア又はそれら2つの組み合わせについて比較的些細な変更を加えることしか必要としない。この技術の場合、無線局の受信機のハードウェアは、アクセスポイントのクロックに同期する。ある受信機の場合、追加的なハードウェアを利用して、回路をサブクロックの精度に同期させる
一実施例において、無線局206が、複数のアクセスポイント(例えば、第1のアクセスポイント200及び第2のアクセスポイント220の双方)から信号を受信することができる場合、方位角及び各アクセスポイントに至るまでの半径方向距離が判定され、無線局の位置は、一群の方位角及び半径方向距離の交わりとして推定される。
CDMAシステムにおいて本願の実施例を利用する一例は、送信バース各々の始めのプリアンブルを利用して、アンテナビーム各々について異なる信号を生成する。これらのプリアンブルは、各バーストの始めに設けられ、受信機によるチャネル推定及びトレーニングを可能にする。CDMA応用例における本実施例の場合、一部のプリアンブル(例えば、1/2)が、あるアンテナパターンで送信され、他の部分が他の者により送信される(すなわち、あるアンテナにより半分が送信され、他の半分が別のものにより送信される)。ただし、説明の便宜上、マルチビームアンテナは、2つのアンテナを含むものとする。受信機は、プリアンブルの2つの部分の信号強度の比率から、アンテナパターンとビーム角度の関係を判別する。
アンテナコードを送信する際に、タイムスロットを使用することもできる。タイムスロット全体が各アンテナに割り当てられてもよいが、それは効率的でない(リソースを浪費してしまう。)。可能な方法の1つは、フレームのプリアンブルを使用し、半分を一方のアンテナに使用し、半分を他のアンテナに使用することである。無線局がアンテナビーム同士の中間に位置していた場合、プリアンブルは等しい電力をもたらす。無線局が、プリアンブルの最初の半分に使用されているアンテナビームに近接していた場合、その受信信号は、プリアンブルの最初の半分において、より高くなる。(上記のCDMA技術におけるバーストプリアンブルを使用する場合と同様である。)。
ぱるすべーすのUWBシステムは、非常に短い送信パルスにより特徴付けられる。「UWB」システムは、事実上、OFDM波形を使用するので、上記のOFDMの実施例に関する議論をそのまま適用できる。パルスベースのUWBシステムに関する本実施例の場合、代替的なパルス群が代替的なアンテナビーム群から送信される。受信機は、一連のパルスの信号強度の比率により、ビーム角度に対する関連性を測定する。例えば、等しい振幅の複数のパルスは、その無線局がビーム間の中間に位置していることを示す。交番するパルスにより、パルスをもたらすアンテナビームがどれであるかが受信機において曖昧になってしまうが、この曖昧さは、1つのアンテナビームから到来するパルスを指定するのに使用されるシグナリングチャネルによる通信を利用することで、解消される。受信機は、比率を計算するサインどのパルスを分母に使用するかを判別する。マルチパス伝搬状況に起因して、信号強度は変化するので、受信機は、(マルチパス信号の中で)最も早期に受信したパルスを測定し、多数のパルスの中でその信号強度を平均化する。
図6を参照するに、図6は、複数のセル12の中で無線通信を制御する基地局コントローラ(BSC)を示し、各セルでは対応する基地局(BS)14によりサービス提供される。一形態において、各セルは複数のセクタ13又は(不図示の)ゾーンにさらに分割される。一般に、各基地局14は、各基地局14に関連するセル12に在圏する移動局及び/又は無線局16との通信を支援する。基地局14に関わる無線局16が移動すると、チャネル状態は激しく変動する。図示されているように、基地局14及び無線局16は、複数のアンテナを有し、通信に関する空間ダイバーシチを行う。一形態において、中継局15は、基地局14及び無線局16の間の通信を支援する。無線局16は、任意のセル12、セクタ14、(不図示の)ゾーン、基地局14又は中継局15から、他のセル12、セクタ13、(不図示の)ゾーン、基地局14又は中継局15へハンドオフ(ハンドオーバ)することができる。一形態において、基地局14同士は互いに通信し、かつバックホール(backhaul)ネットワーク11を通じて他のネットワーク(例えば、コアネットワーク、インターネット等であるが、これらはともに図示されていない)とも通信する。一形態において、基地局コントローラ10は不要である。
202、204、222、224 アンテナビーム
206 無線局
210、230 基準方向
212、232 方位線
233 ネットワークサーバ
Claims (24)
- マルチビームアンテナパターンの複数のビーム角度と、無線局が受信した信号の特性とに基づいて、前記マルチビームアンテナパターンの基準位置から前記無線局までの方位角を推定するステップを有し、前記無線局が受信した信号の前記特性は、前記複数のビーム角度の各々により、前記マルチビームアンテナパターンのビーム各々から送信された複数の無線信号各々についての特性である、方法。
- 前記マルチビームアンテナパターンの前記複数のビーム角度の各々により、複数の無線信号に属する無線信号各々を、前記マルチビームアンテナパターンのビーム各々により送信するステップをさらに有する、請求項1記載の方法。
- 前記無線局と通信するために、前記無線局の推定された前記方位角に基づいて、前記マルチビームアンテナパターンのビームを前記無線局に向けるステップをさらに有する、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記マルチビームアンテナパターンの基準位置から前記無線局までの方位角を推定する際、前記マルチビームアンテナパターンの各アンテナビームから送信される少なくとも2つの無線信号の受信信号特性の比率が、所定値に実質的に等しくなるビーム角度を求める、請求項1−3の何れか1項に記載の方法。
- 前記所定値が実質的に1に等しい、請求項4記載の方法。
- 前記マルチビームアンテナパターンの各ビームから送信される前記複数の無線信号各々に関する前記無線局における受信信号特性は、ビーム各々から送信された無線信号の受信レベルを含み、該無線信号は、前記マルチビームアンテナパターンの他のビームから送信された無線信号と異なる、請求項4又は5に記載の方法。
- 前記マルチビームアンテナパターンは、第1のアンテナビーム及び第2のアンテナビームを含み、
前記方位角を推定する際、前記第1のアンテナビームから送信された各無線信号の受信信号特性と、前記第2のアンテナビームから送信された各無線信号の受信信号特性との比率が、実質的に所定値になるビーム角度を判別する、請求項6記載の方法。 - 前記マルチビームアンテナパターンは、前記第1のアンテナビーム及び前記第2のアンテナビームの中間の第3のアンテナビームを含み、
前記方位角を推定する際、
前記第1のアンテナビームから送信された各無線信号の受信信号特性と、前記第3のアンテナビームから送信された各無線信号の受信信号特性との比率が、第2の所定値に実質的に等しくなり、かつ
前記第2のアンテナビームから送信された各無線信号の受信信号特性と、前記第3のアンテナビームから送信された各無線信号の受信信号特性との比率が、第3の所定値に実質的に等しくなる方位角を求める、請求項7記載の方法。 - 前記第3のアンテナビームは、前記第1のアンテナビーム及び前記第2のアンテナビームの実質的に中間にあり、前記第2の所定値は、前記第3の所定値に実質的に等しい、請求項8記載の方法。
- 各ビーム角度について、該ビーム角度を表すコードを前記無線局に送信するステップをさらに有する、請求項6記載の方法。
- 前記マルチビームアンテナパターンのアンテナビーム各々から送信される少なくとも2つの無線信号の受信信号特性の比率が、実質的に所定値になるビーム角度を表すコードを、前記無線局から受信するステップをさらに含む、請求項10記載の方法。
- 前記無線局と前記マルチビームアンテナパターンの前記基準位置との間の半径方向距離を推定するステップと、
前記マルチビームアンテナパターンの前記基準位置から推定された前記無線局の方位角と、前記マルチビームアンテナパターンの前記基準位置及び前記無線局間の推定された半径方向距離とに基づいて、前記無線局の位置を推定するステップと
をさらに有する、請求項6記載の方法。 - 前記複数の無線信号は、
直交周波数分割多重(OFDM)信号、
符号分割多元接続(CDMA)信号、
時分割多元接続(TDMA)信号及び
パルスベースウルトラワイドバンド(UWB)信号
の内の何れかを含む、請求項6−12の何れか1項に記載の方法。 - 少なくとも1つの追加的なマルチビームアンテナパターンの各々において、
前記追加的なマルチビームアンテナパターンの前記複数のビーム角度各々について、複数の無線信号を、前記追加的なマルチビームアンテナパターンに属するアンテナビーム各々により送信するステップと、
前記無線局が受信した信号の特性に基づいて、前記追加的なマルチビームアンテナパターンの基準位置から前記無線局までの方位角を推定するステップと
を有し、前記無線局が受信した特性は、前記追加的なマルチビームアンテナパターンの複数のビーム角度の各々により、前記追加的なマルチビームアンテナパターンのビーム各々から送信された前記複数の信号各々の特性である、請求項2記載の方法。 - 前記第1のマルチビームアンテナパターンの基準位置により推定された前記無線局の方位角方向と、少なくとも1つの追加的なマルチビームアンテナパターンの各々の基準位置により推定された前記無線局の方位角方向の各々とが交わる位置に基づいて、前記無線局の位置を推定するステップをさらに有する、請求項14記載の方法。
- 前記無線局の位置を推定する際、前記複数のマルチビームアンテナパターンから推定された前記無線局の方位角と、前記複数のマルチビームアンテナパターンの少なくとも一部の基準位置各々と前記無線局との間の推定された半径方向距離を表す双曲線とが交わる位置に基づいて、前記無線局の位置を決定する、請求項15記載の方法。
- ビーム角度各々について、該ビーム角度を表すコードを受信するステップをさらに有する、請求項4記載の方法。
- 前記マルチビームアンテナパターンのアンテナビーム各々から送信される少なくとも2つの無線信号各々の受信信号特性の比率が実質的に所定値に等しくなるビーム角度を表すコードを報告するステップをさらに有する、請求項17記載の方法。
- 前記第1のマルチビームアンテナパターンの基準位置から推定された前記無線局の方位角と、少なくとも2つのマルチビームアンテナパターン各々の基準位置から推定された前記無線局の方位角とが交わる位置に基づいて、前記無線局の位置を推定するステップをさらに有する、請求項18記載の方法。
- マルチビームアンテナパターンを生成するマルチビームアンテナシステムと、
前記マルチビームアンテナシステムを複数のビーム角度に合わせて方向付けるビームステアリング制御部と、
前記複数のビーム角度の内の各ビーム角度において複数の無線信号を生成し、各ビーム角度において、前記複数の無線信号の内の各無線信号が、前記マルチビームアンテナシステムにより生成された前記マルチビームアンテナパターンの内の何れかのアンテナビームにより送信されるようにする無線周波数(RF)送信部と、
複数のビーム角度と、前記無線局で測定された受信信号特性とに基づいて、前記マルチビームアンテナパターンの基準位置から前記無線局までの方位角を推定する位置推定制御部と
を有し、前記受信信号特性は、前記複数のビーム角度各々により、前記マルチビームアンテナパターンのアンテナビーム各々から送信された複数の無線信号各々の特性である、装置。 - 前記位置推定制御部は、前記複数のビーム角度の各々について、前記複数の無線信号各々の受信信号特性を、前記無線局から受信する、請求項20記載の装置。
- 前記マルチビームアンテナパターンの各アンテナビームから送信された少なくとも2つの無線信号の受信信号特性の比率が、実質的に所定値に等しくなるビーム角度を判別することで、前記マルチビームアンテナパターンの基準位置から無線局までの方位角を推定するように、前記位置推定制御部が構築されている、請求項21記載の装置。
- 前記RF送信部は、前記複数のビーム角度各々について、前記複数のビーム角度の内の現在のビーム角度を表すコードを送信する、請求項22記載の装置。
- 前記マルチビームアンテナパターンの各アンテナビームから送信された少なくとも2つの無線信号の受信信号特性の比率が、実質的に所定値に等しくなるビーム角度を表すコードを、前記無線局から受信するように、前記位置推定制御部が構築されている、請求項23記載の装置。
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