JP2011247895A - アナログモードで作動しているｇｐｓ装備無線装置の位置を見つける方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワーク時間の感覚を持たないかもしれないアナログモードで作動している遠隔局の位置を見つける装置および方法を提供する。また、真のＧＰＳ時間を知らないアナログモードで作動している遠隔局が自身の位置を決定することを可能にする。
【解決手段】サテライト距離測定がなされる近似の時間を反映しているタイムスタンプが、遠隔局またはネットワークの何処かのいずれかで測定に割当てられる。真のＧＰＳネットワーク時間および測定時間間の差が、知られていない長さの測定の可変“誤差”として取扱われる。可変誤差が決定され、遠隔局の物理的位置を決定する。
【選択図】図７

Description

本発明は全般的に通信ネットワークに関する。なお特に、発明はセルラ通信ネットワーク内で移動電話の物理的位置を決定する装置および方法に関する。

全地球測位サテライトネットワーク（ＧＰＳ）および地上移動通信の最近の発展は、種々の位置発見機能および特徴を支持するために、移動電話、より一般的には遠隔局としてここに参照される移動通信装置にＧＰＳを統合することを望ましくする。無線リンクが地上移動通信システム内の移動通信装置と通信システム内の基地局との間に存在する。基地局は、無線通信を受信し、無線移動通信装置へ無線通信を送信する典型的な静止通信装置である。また、基地局は移動通信装置と、他の移動通信装置、通常の電話、コンピュータおよび任意の他のかかる装置のような、エンドポイント装置との接続を終了するために通信ネットワークと通信する。移動通信装置内のＧＰＳ受信機の性能を向上させるため、この無線リンクは、移動通信装置と基地局との間で位置発見の情報を通信するために使用されるかもしれない。特に、ＧＰＳシステムによる移動通信装置の位置を見つけるために実行されなければならないある機能は、通信装置によるよりもむしろ基地局により実行され得る。基地局のある機能を“オフローディング（off loading）”することにより、通信装置の複雑さを減少させることができる。その上、基地局が静止しているので、基地局の位置は、通信装置の位置を見つけるのを助けるように使用され得る。

ＣＤＭＡ タイアードサービス（米国電気通信工業会/電子工業会(TIA/EIA)によって発行された産業規格のTR４s.５.２.３/９８.１０.xx.xx、ＣＤＭＡ タイアードサービス、ステージ２記述、バージョン１.１に記述された)のような多くのサービスが、活動していない状態中にその位置を決定することができるように無線電話に必要とする。そして、位置はユーザに表示されなければならない。活動していない状態では、無線電話は基地局による制御チャンネル放送によって基地局からの送信を監視する。例えば、産業規格ＩＳ−９５ＣＤＭＡシステム（TIA/EIAによって発行された産業規格ＩＳ−９５によって定義されるような）において、基地局はページングチャンネルを送信する。特定の基地局から信号を受信することができる各電話は、入って来るコールまたは他のデータがその電話のために意図されたか否かを決定するために制御チャンネル上の情報放送を監視するだろう。

ＧＰＳ受信機は、典型的に少なくとも４つのＧＰＳサテライトの距離を測定する。測定がされるとき、サテライトの位置と電話からサテライトまでの距離が知られているならば、電話の位置を計算することができる。ＧＰＳサテライトが地球の周りで軌道を巡回するので、地球に関するＧＰＳサテライトの相対的な位置は時間とともに変化する。ＧＰＳサテライトの位置は、サテライト位置が計算されることになっている時に伴うサテライトの軌道の記述を持つことによって決定することができる。ＧＰＳサテライトの軌道は、種々の摂動の理由のため修正期間とともに変更された楕円の軌道として通常モデル化される。

装置の位置を計算するためのある方法は、無線電話でサテライトの距離を測定し、次に、基地局に接続されたサーバへこれらの距離を伝送することを必要とする。電話の位置を計算するために距離測定が作られたときに、基地局はサテライトの位置に伴うこれらの距離を使用する。この計算された位置はユーザに表示されるか、または位置を必要とする任意の他の実在物に送られるかもしれない。この方法は専用トラフィックチャンネルを持っている電話に適する。しかしながら、この方法は、電話が、活動していない状態の間に基地局へ情報を送るため、それによる専用トラフィックチャンネルを欠くので、活動していない状態にある電話に適さない。

基地局と通信する専用トラフィックチャンネルがないとき、電話は、情報を基地局に送るために共有されたアクセスチャンネルを使用するかもしれない。しかしながら、共有されたアクセスチャンネル、電話へあるいは電話からのコールを確立するために通常使用されるチャンネルにより、基地局へ測定距離を伝送することは、共有されたアクセスチャンネルの容量上、および電話を附勢するバッテリーの寿命上重要な影響を持ち得る。したがって、測定距離を基地局に伝送することは実用的でない。この場合、電話はそれ自身の位置を計算しなければならない。そうするために、電話はＧＰＳサテライトの位置、および正確なＧＰＳサテライト時計が正確に距離測定値を決定するのに必要であるので、ＧＰＳサテライト時計の誤差を知らなければならない。この情報は制御チャンネルにより電話に伝送される。しかしながら、この情報を電話に伝送することさえ、制御チャンネルに重要な負担をつくる。

普通の状態のもとでは、制御チャンネルは多量のアクセス情報を運ばなければならない。制御チャンネルは、メッセージを運ぶために非常に限られた容量がある。したがって、大規模なＧＰＳ情報を制御チャンネルの上で運ぶことは可能でない。その上、情報は、それが受信された後に情報が比較的長い時間使用されることを許容する形で伝送されなければならない。

これらの問題と欠陥は以下で説明される方法で本発明によって認識され、解決される。発明は大多数のシステムユーザにサービスしている電気通信システムに使用されるＣＤＭＡ変調システムとテクニックと互換性がある。この型の多重アクセス通信システムのＣＤＭＡシステムとテクニックのより精力的な議論は、本発明の譲受人に譲渡され、引用文献としてここに組みこまれた、“サテライトまたは地上中継器を使用するスペクトル拡散多元接続通信システム”と題する米国特許No.４,９０１,３０７に見出されるかもしれない。さらに、発明は時分割多元接続(ＴＤＭＡ)、周波数分割多元接続(ＦＤＭＡ)、および振幅変調(ＡＭ)態様などの他の通信システムに使用される他の変調システムとテクニックに理想的に適合できるであろう。

本発明は、無線リンクを使う通信ネットワークで遠隔局の位置を見つけることに広く関係する。より明確に、発明は、ネットワーク時間の感覚を持っていないかもしれない遠隔局の位置を見つけるために、逆にされたＧＰＳアプローチを使用する。また、発明はそれら自身の位置を決定するために真のＧＰＳ時間を知らない遠隔局を可能にする。

一実施例において、本発明はサテライト距離測定がされる大体の時間をタイムスタンプすることによりこの問題を解決する方法を提供する。このタイムスタンプはネットワークにおける遠隔局、または何処かほかの位置のいずれかに割り当てられる。真のＧＰＳネットワーク時間とこの測定時間との間の違いは、未知の長さである測定の可変“誤差”として扱われる。しかしながら、本発明の方法は、遠隔局の物理的な位置を見つけるために決定されかつ使用されるべきこの変数を許容する。

もちろん、測定値に割当てられるタイムスタンプは、数秒かそれ以上の重要な誤差を持っているかもしれない。この誤差は遠隔局の計算された位置の誤差をもたらすであろう。測定タイムスタンプの誤差を未知数として扱い、この未知数を解くことによって、遠隔局の正確な位置が誤ったタイムスタンプにもかかわらず計算されることができる。これは、伝統的な方法として使用される４つのサテライト測定により、１つの付加的なサテライト測定がなされることを必要とする。

別の実施例において、発明はデジタル信号処理装置により実行可能な、かつ上で説明された遠隔局の位置を決定するために使用されるデジタル情報を含んでいる製造物品を提供する。別の実施例では、発明は遠隔局の位置を決定するために使用される装置を与える。装置は遠隔局と、信号を遠隔局に送信するために一部使用されるトランシーバを含む少なくとも５つのサテライトを備えていてもよい。また、装置は信号を遠隔局に通信するために使用されるトランシーバを、他の物の間に有する少なくとも１つの基地局を含んでもよい。これらの信号は基準ネットワーク時間を確立するために使用されるタイミング信号を含んでいる。また明らかに、信号を受信するために、遠隔局は基地局およびサテライトに通信可能に結合され、サテライト信号を受信するために適合さられたトランシーバを含んでいる。また、装置はネットワークまたはその構成部品の１つと通信可能に結合されたマイクロプロセッサのようなデジタル処理装置を含むであろう。

発明は多数の利点をそのユーザに提供する。１つの利点は遠隔局の位置を見つける過程を速くするということである。別の利点は、遠隔局がネットワーク時間の推定を持たないときでさえ、遠隔局の位置が決定されるかもしれないということである。また発明は、発明の以下の詳細な記述を見直した後にさらに明らかになるであろう多くの他の利点と利益を提供する。

発明の特徴、目的、および利点は、同様な参照数字が同様な部分を通して示す、付随の図面に関して以下の詳細な記述を考慮した後に、技術に熟練した者に明らかになるであろう。

同期された通信システムの基地局と遠隔局の図解備品を示す図である。 例示的ＣＤＭＡセルラ電話システムのブロック図である。 本発明により構成された基地局の簡素化された表現である。 本発明の無線トランシーバの位置を決定するシステムの遠隔局のブロック図である。 本発明の遠隔局の受信機、制御信号インターフェース、デジタルＩＦ、および無線復調器の部分の備品を示すブロック図である。 遠隔局の位置を決定する機能モデルの図である。 本発明による遠隔局の位置を見つける方法を描いているフローチャートである。 本発明により製造される物品の例示的見本を示す。

図１〜８は本発明の様々な方法と装置の態様に関する例を示す。説明を容易にするため、しかし何ら制限を意図されることなく、これらの説明はその一例が以下に記述される無線リンクを組み込むデジタル電気通信網に関する文脈で説明される。

装置の構成要素と相互接続
電気通信システムにおいて送信のための信号の処理に関する一般的な議論は、引用文献としてここに組み込まれた、“２元モード広帯域スペクトル拡散セルラ方式の移動局−基地局互換性規格”と題する電子工業会規格のTIA/EIA/IS-９５-A、および技術でよく知られている他の送信規格に見い出されるかもしれない。

図１は同期ＣＤＭＡ通信ネットワークで基地局１０と遠隔局２０の実現を示すダイヤグラムである。ネットワークはビルディング４０および地面に基づいた障害５０によって囲まれれている。基地局１０と遠隔局２０とは、数個のＧＰＳサテライトを持っているＧＰＳ環境に配置され、その４つが６０、７０、８０、および９０で示される。そのようなＧＰＳ環境はよく知られており、例えば、Hofmann-Wellenhof,B.,et al,ＧＰＳ Theory and Practice, Second Edition, New York, NY: Springer-Verlag Wien,1993に見られる。典型的な従来技術ＧＰＳ応用において、ＧＰＳ受信機のために少なくとも４つのサテライトがその位置を決定するのに必要である。対照的に、本発明は、最少１つのＧＰＳサテライトからの信号、および最も簡単な場合に他の２つの地上に基づいた信号を使用して遠隔局２０位置を決定する方法および装置を提供する。

図２はＣＤＭＡネットワーク３０のブロックダイアグラムを示す。ネットワーク３０は基地局制御器(BSC)１４を有する移動交換センター (MSC)１２を含んでいる。公衆交換電話網(PSTN) １６は伝統的な地上に基づいた電話線および他のネットワーク（示されない)からのコールをMSC １２へ、およびMSC １２から配送する。MSC １２はPSTN １６からのコールを、第１セル１９を構成するソース基地局１０および第２セル２１を構成する目標基地局１１に相互に配送する。さらに、MSC １２は基地局１０、１１間のコールを配送する。ソース基地局１０は第１の通信経路２８を経て第１セル１９内の第１遠隔局２０にコールを向ける。通信経路２８は順方向リンク３１と逆方向リンク３２を有する２方向リンクである。通常、基地局１０が遠隔局２０と音声通信を確立したとき、リンク２８はトラフィックチャンネルを含む。

無線位置決め機能(WPF)１８がBSC １４と通信可能に結合されて示されるが、MSC １２のような他のネットワーク要素と直接または間接に結合されてもよい。一般に、WPF １８は、かかる装置で一般的に見い出されるデジタル処理装置、記憶装置および他の要素(すべて示されない)を備える。WPF １８は、基地局１０と遠隔局２０との間に送られる信号の１方向時間遅れを推定し、基準時間および全ての他の信号の到着時間間の時間オフセットを監視し、かつ理由付けるようにさまざまな用途に置かれ得る。WPF １８は以下にもっと詳しく議論される。

それぞれの基地局１０、１１がただ１つのセルに構成されるが、基地局制御器がしばしば支配し、またはいくつかのセルにある基地局で構成される。遠隔局２０が第１のセル１９から第２のセル２１へ動くとき、遠隔局２０は第２のセルを構成する基地局と通信を開始する。これは一般的に目標基地局１１への“ハンドオフ”と呼ばれる。“ソフト” ハンドオフにおいて、遠隔局２０は、ソース基地局１０と第１の通信リンク２８に加えて、目標基地局１１と第２の通信リンク３４を設立する。遠隔局２０が第２のセル２１と交差し、第２のセルとのリンクが確立された後に、遠隔局は第１の通信リンク２８を落すかもしれない。

ハードハンドオフにおいては、ソース基地局の１０および目標基地局１１の動さは典型的に十分に異なり、ソース基地局との通信リンク３４は、目標基地局へのリンクが確立され得る前に落とされなくてはならない。例えば、ソース基地局が第１の周波数帯を使用しているＣＤＭＡシステム内にあり、目標基地局が第２の周波数帯を使用している第２のＣＤＭＡシステムにあるとき、ほとんどの遠隔局が同時に２つの異なった周波数帯を切替える能力を持たないので、遠隔局は同時に両基地局とリンクを維持することができないであろう。第１の遠隔局２０が第１のセル１９から第２のセル２１へ移動するとき、ソース基地局１０へのリンク２８が落とされ、新しいリンクが目標基地局１１と形成される。

図３は本発明に従った基地局１０の簡易化された表現である。代わりの実施例では、基地局１０は、以下に提供される記述によって明確になるように、基地局に遠隔局２０の位置を決定させる追加機能性を含んでいる。通常の基地局１０は、ＣＤＭＡ信号を受信する受信機ＣＤＭＡアンテナ４２、およびがＣＤＭＡ信号を送信する送信機ＣＤＭＡアンテナ４３を含む。アンテナ４２によって受信される信号は受信機４４に配送される。実際に、受信機４４は技術に熟練した者に理解されるように、復調器、デインターリーバ、デコーダ、および他の回路を含む。受信された信号はレート検出器６０が構成される適切なチャンネルに割り当てられる。制御プロセッサ６２が、スピーチを検出するために検出された信号のレートを使用する。スピーチが受信されたフレームで検出されたなら、制御プロセッサ６２はスイッチ６３を通して受信されたフレームをボコーダ６４に切り換える。ボコーダ６４は可変レートコード化信号を解読して、それに応答してデジタル化された出力信号を提供する。デジタル化されたデボコード信号はデジタルアナログ変換器６５とスピーカ(示されない)などの出力装置とによってスピーチに変換される。

マイクロホンまたは他の入力装置(示されない)からの入力スピーチはアナログデジタル変換器６６によってデジタル化され、ボコーダエンコーダ６８によってボコードされる。ボコードされたスピーチは送信機６９に入力される。実際には、技術に熟練した者に理解されるように、送信機６９は変調器、インターリーバ、およびエンコーダを含む。送信機６９の出力が送信アンテナ４３へ供給される。

また、基地局１０はＧＰＳアンテナ７６、受信機７４、タイミングおよび周波数ユニット７２を備えている。タイミングおよび周波数ユニットは、ＧＰＳ受信機のＧＰＳエンジンから信号を受け入れて、ＣＤＭＡシステムの適切な操作のタイミングと周波数基準を発生するためにそれらを使用する。従って、多くのそのようなＣＤＭＡシステムにおいて、それぞれのセルサイトは、すべての時間の正確なＣＤＭＡ送信(パイロットのシーケンス、フレーム、およびウォルシュ機能を含んでいる)が引出されるＧＰＳ時間基準を使用する。そのような通常のタイミングおよび周波数ユニット、およびＧＰＳエンジンはＣＤＭＡシステムで共通であり、技術においてよく知られている。通常のタイミングおよび周波数ユニットは周波数パルスとタイミング情報を提供する。対照的に、本発明のタイミングおよび周波数ユニット７２は、望ましくは、また、仰角、疑似距離、サテライト識別(すなわち、各サテライトと関連された疑似雑音(PN)オフセット)、およびサテライトを取得する遠隔局２０を補助するために(すなわち、サテライトを獲得するのに必要である時間を減少させる)各サテライトに関連づけられるドプラーシフトを出力する。この情報は通常のタイミングおよび周波数ユニット内で典型的に利用可能であるが、通常必要ではなく、外部の装置に提供もされない。タイミングおよび周波数ユニット７２により提供される追加情報は、基地局で周波数およびタイミング情報に関して行われるのと同じ方法でBSC １４に通信されてもよい。

図４は本発明の一実施例による遠隔局２０のブロックダイアグラムである。遠隔局２０は望ましくは、ＧＰＳ信号と同様にＣＤＭＡ送信を受信するために適合させた両方向アンテナ９２を含んでいる。代替の実施例では、別々のアンテナがＧＰＳ信号、ＣＤＭＡ信号、および代替のシステム信号のような他の信号を受信し、送信するために使用されてもよい。望ましくは、アンテナ９２はデュープレクサ９４に供給する。デュープレクサ９４は望ましくは、受信機１００に供給し、望ましくは、送信機２００によって供給される。時間周波数サブシステム１０２は、技術に熟練した者に理解されるように、アナログおよびデジタル基準信号を受信機１００、制御信号インターフェース３００、および送信機２００に提供する。ＣＤＭＡパワー制御は利得制御回路１０４によって提供される。

一実施例では、制御信号インターフェース３００はデジタル信号プロセッサ(DSP)である。代わりに、制御信号インターフェースは利得制御機能を実行することができる別の回路であってもよい。制御信号インターフェース３００は遠隔局２０のための制御信号を提供する。受信機１００は無線周波数(RF)下方変換および中間周波数(IF)下方変換の第１段階を提供する。デジタルIF応用特定用途向け集積回路(ASIC)４００が、基本帯域下方変換のIFの第２段階、サンプリングおよびA/D変換を提供する。移動復調器ASIC ５００が、以下でより完全に議論するように、疑似距離を探知するためデジタルIF ASIC ４００からのデジタル基本帯域データを検索および相関させる。

任意の音声またはデータに沿った疑似距離は、移動復調器５００によってデジタルIF変調器４００へ通される。デジタルIF変調器４００は移動復調器５００からの受信されたデータの第１段階IF上方変換を提供する。これらの信号の第２段階IF上方変換およびRF上方変換は送信機回路２００によって提供される。これらの信号は次に、基地局１０に送信され、以下で議論される発明の方法にしたがって処理される。遠隔局２０によって受信される疑似距離のような、遠隔局２０とBSC １４との間で通信される位置情報は、望ましくは電話工業会によって発行された工業規格TIA/EIA/IS-l６７により定義された短いメッセージサービス(SMS)のような、データバースト型メッセージを経て遠隔局２０により基地局１０へ通信されることに注意すべきである。そのようなメッセージは基地局１０を通してBSC １４へ送信される。代わりに、新たに定義されたバースト型メッセージが遠隔局２０により基地局１０へ送信され得る。

図５は本発明の遠隔局２０の受信機、制御信号インターフェース、デジタルIFおよび移動復調回路の部分の手段を示すブロックダイアグラムである。遠隔局２０の送信機部分は通常の遠隔局の送信機部分と本質的に同じであり、したがって、簡潔にするためにここで議論されない。好ましい実施例において、受信機１００はそれぞれ第１と第２の経路１０３と１０５で実行され、それは第１スイッチ１０６を経てアンテナ９２に接続される。技術に熟練した者に理解されるように、２方向通信装置およびＧＰＳ受信機間のより多くの集積が行われることができるであろう。代わりに、適切なインターフェースをもっている２つの別々の受信機が本発明の目的を達成することができる。

第１の経路１０３は受信されたＣＤＭＡ信号を下方変換し、通常のＣＤＭＡ RF下方変換出力信号を供給する。第１の経路１０３は低雑音増幅器１０８、第１の帯域通過フィルタ１１２、第１のミキサー１１８および第２の帯域通過フィルタ１２６を含む。第２の経路１０５は図１のＧＰＳサテライト６０、７０、８０または９０からのＧＰＳ信号を下方変換する。第２の経路１０５は第３の帯域通過フィルタ１１４に供給する第２の低雑音増幅器１１０を含んでいる。帯域通過フィルタ１１４の出力は第２のミキサー１２０に入力される。第２のミキサーの出力は第４の帯域通過フィルタ１２８に与えられる。第１と第２のミキサーは第１および第２の局部発振器１２２と１２４によってそれぞれ与えられる。第１および第２の局部発振器１２２と１２４は２元フェーズ・ロックド・ループ(PLL)１１６の制御の下で異なった周波数で作動する。２元PLLは、第１のミキサー１１８の場合に受信されたＣＤＭＡ信号、または第２のミキサー１２０の場合には受信されたＧＰＳ信号のいずれかを下方変換するため、それぞれの局部発振器１２２と１２４が、有効な基準周波数を維持することを確保する。第２と第４の帯域通過フィルタ１２６と１２８の出力は通常の設計の第１のIFセクション１３０に結合される。

IF復調器１３０の出力はデジタルIF ASIC ４００の第２スイッチ４０２に入力される。通常のＣＤＭＡ方法による音声またはデータ出力処理、あるいは第３のミキサー４０４、第５の帯域通過フィルタ４０６、自動利得制御回路４０８、およびアナログデジタル変換器４１０によるＧＰＳ処理の受信された信号を方向転換するために、第１と第２のスイッチ１０６と４０２は制御信号インターフェース３００の制御の下で作動する。第３のミキサー４０４への第２の入力は局部発振器の出力である。ミキサー４０４は適用された信号を基本帯域に変換する。フィルタにかけられ、利得制御された信号はアナログデジタル変換器(A/D)４１０に与えられる。A/D ４１０の出力はインフェーズ(I)の第１のデジタル流、直交成分(Q)の第２のデジタル流を含んでいる。これらのデジタル化された信号はデジタル信号プロセッサ５２０に与えられ、それはＧＰＳ信号を処理し、位置決定のために必要とされた疑似距離情報を出力する。

本発明の代替の実施例において、２つの帯域通過フィルタ１２６、１２８からの出力は基準帯域で与えられ、特定用途向け集積回路(ASIC)が基準帯域フィルタ１２６、１２８からのIF周波数信号出力を基準帯域にデジタル的に変換し、直交およびインフェーズ基準帯域信号を表わすデジタル値の流れを出力する。そしてこれらの信号は検索器に適用される。検索器は本質的にはＣＤＭＡ復調器で使用された通常の検索器と同じである。しかしながら、好ましくは使用される検索器は、検索器が基地局から送信されるＣＤＭＡ信号に関連づけられるPNコードかＧＰＳサテライトに関連づけられるPNコードのどちらかを検索することを許容するようにプログラム可能である。検索器は、基地局からのＣＤＭＡ信号を受信するとき、ＣＤＭＡチャンネル間を区別し、ＧＰＳモードのとき、受信されたＧＰＳ信号が送信されているＧＰＳサテライトを決定する。さらに、ＧＰＳ信号が一度獲得されると、技術に熟練した者に理解されるように、検索器は信号が受信されているサテライトに関連づけられた疑似距離を決定するために、本質的には通常の方法でPNコードと関連された時間のオフセットを示す。

技術に熟練した者に理解されるように、図５示されるような二重変換処理、または代わりに、単一変換およびIFサンプリング技術が、必要とされるIおよびQサンプルを生成するために使用され得る。その上、図５で示された実施例の構造は本発明の作動に影響しない多くの方法で変更されてもよい。例えば、通常のプログラマブルプロセッサは、図５に示されたDSPに代わって使用されてもよい。データがシステムを通して流れるレートが、バッファを必要としないようなレートであるなら、メモリ５１０は必要でないかもしれない。帯域通過フィルタ４０６と自動利得制御回路４０８は、デジタル技術、またはアナログ技術、あるいは他の代わりの方法を使用して実行されたある状態の下で省略されてもよい。図５で示された構造に対する多くの他のそのような変化が発明の変更なしになされる。その上、代替の実施例がＧＰＳと無線受信機間にハードウェアとソフトウェアリソースの、より多いまたはより少ない分担を持っているかも注意されるべきである。

図６は本発明を含む通信システムの構成要素の高いレベルのブロックダイアグラムである。発明の方法に従った作動において、それ自身ＧＰＳ受信機(示されない)を使用しているWPF １８は、それ自身の位置に関する情報を集めて、基地局１０に関するデータの値を予測する。この情報は、ＧＰＳトランシーバ７４(図３)により現に見られているサテライトのすべて、それらの仰角、ドプラーシフトおよび特定の時間での疑似距離を含んでいるが、それに制限されない。注目されることは、WPF １８のＧＰＳ受信機は、それが視界にある全てサテライトを常に追跡しているので、到着の時間、周波数、視界にある各サテライトのPNオフセットの最新の情報を有することである。代わりに、WPF １８が通りの幅および周囲のビルディングの高さに関する情報を記憶していたと仮定すると、WPF １８は遠隔局２０によって見ることができるそれらのサテライトのみのサブセットに対応するサテライト情報を予測することができる。すなわち、遠隔局が１つ以上のサテライトの妨げられた視界を有することを、WPF １８が決定する能力を有するなら、WPF １８は妨げられるそれらのサテライトに関するサテライト情報を予測しないであろう。

注目されるべきは、通常のＧＰＳ受信機は、サテライト信号が受信機の内部ＧＰＳ時計に関して受信される時間に注意する。しかしながら、受信機の内部ＧＰＳ時計は“真”の ＧＰＳ時間に正確に同期されない。したがって、受信機はサテライト信号が受信された“真”のＧＰＳ時間の正確なポイントを知ることができない。この状況は、本発明の譲受人に譲渡され、ここに引用文献として組み込まれた、１９９８年３月１７日に出願された、“無線ＣＤＭＡトランシーバの位置を決定するシステムと方法”と題する米国特許出願No.０９/０４０，５０１にさらに記述され緩和される。

ここに記述されるネットワークは、遠隔局２０が通信ネットワークの無線カバー領域内にある限り、およびネットワークのサービスの十分な品質がある限り、図２で示されたWPF １８を利用している任意の時間に遠隔局の位置が決定されることを可能にする。遠隔局の位置を決定する過程は、全て図６で示される遠隔局２０、ネットワーク、または内部位置応用(ILA)１７、外部位置応用(ELA)１５、または非常時のサービス応用(ESA)１３のような外部の実在物によって開始されるかもしれない。これらの構成要素１３、１５、１７のそれぞれは、位置情報を要求するおよび/又は受け取ることができるハードウェアまたはソフトウェアのどちらかであり得る。一実施例において、ILA１７は、操作者が遠隔局２０に関する位置情報を直接要求しかつ受け取ることを許容するBSC １４と結合された端末である。代わりに、ILA １７はMSC １２内のプロセッサによって実行されるソフトウェア応用である。

望ましくは、WPF １８は参照パイロット信号、ＧＰＳ信号、および他の信号の到着の時間のような生のデータを受け入れることができる通常のプログラマブルプロセッサである。WPF １８は、遠隔局の位置を決定するのにこれらの測定値を使用する。しかしながら、WPF １８の義務を実行することができるどんな装置も使用されてよい。例えば、WPF １８はASIC、ディスクリート論理回路、状態マシンまたは別のネットワーク装置(BSC １４などの)内のソフトウェア応用として実行されてもよい。その上、WPF １８が図２に示されるような基地局１０、BSC １４の中に、またはネットワークのどこか外の場所に配置されてよいことが理解されるべきである。概念的に言えば、WPF １８はBSC １４との通信にある専用プロセッサによって実行されるかもしれないソフトウェア応用である。通常の基地局、BSC、またはMSCが、本発明を実行するためにかなり変更される必要はない。

特定の以上の記述にもかかわらず、この開示の恩恵を有する通常熟練した職人は、上で議論した装置が本発明の範囲から逸脱することなく異なった構造の同期遠距離通信システムに実施されるかもしれないことを認識するであろう。

操作の方法
本発明の様々な装置態様は上で明らかにされた。発明の理解さらに容易にするために、方法および製造手段の物品がこのセクションで議論される。

ＧＰＳ受信機を使用する通常の無線通信ネットワークは、４つの未知数(x、y、z、t)を解くために４つのサテライトからの到着の時間(TOA)測定値を使用し、ここにtはユーザ端末時計における時間偏倚である。対照的に、ほとんどの地球基準ネットワークが未知数(x、y、z)を解くために到着の時間差(TDOA)を使用する。どちらの方法も、見つけられる遠隔局が大体のＧＰＳ時間を認識していることを必要とする。図７の方法７００で示されるように、大体のＧＰＳ時間の遠隔局の知識が本発明の性能を高めるかもしれないが、本発明はそうしない。

遠隔局が時間の推定を持っていないこの状況で、遠隔局に正確な時間を移すことが、あるデータプロトコルを通して電話とサーバとの間でインフラストラクチャおよび/又はデータのかなりの量を送ることへの変化を必要とするかもしれない。その時でさえ、時間の転送の過程は十分な精度をもたらさないかもしれない。その結果、遠隔局は測定値をタイムスタンプできないか、非常に荒いタイムスタンプを提供することができるだけである。タイムスタンプが不正確であると、サテライト位置は不正確な時間に計算されるであろう。これは遠隔局の計算された位置の誤差を引き起こすであろう。

本発明は、遠隔局において、またはWPF １８(図２)において、タイムスタンプとして一般的に知られている、サテライト距離測定がなされる大体の時間を記録することよりこの問題を解決するため、図７で示される方法を提供する。真のＧＰＳネットワーク時間とこの測定時間との間の違いは、その長さが未知数である測定における可変“誤差”として扱われる。しかしながら、本発明の方法は、この変数がアナログの信号モードで作動している遠隔局の物理的な位置を見つけるために決定され、使用されることを許容する。

測定値をタイムスタンプする
遠隔局が時間の概算推定値を有するならば、遠隔局はタスク７０８でサテライト距離測定値をタイムスタンプでき、タスク７２０でそれらをWPF １８に送るか、またはタスク７１２でそれ自身でサテライト位置を計算することができる。７０６で遠隔局へ時間を移すか、例えばIS−９５ＣＤＭＡネットワークのように、正確な時間の転送を容易にするネットワークを持っているかもしれない時に、以前に発生した遠隔局保有時間によって、大体の時間推定が得られるかもしれない。

遠隔局が時間の推定を持たないならば、遠隔局はタイムスタンプなしでこれらの距離測定値をWPF １８に送ることができる。WPF １８がタスク７２２で測定値を受け取るとき、WPF １８はタスク７２４でタイムスタンプを測定値に割り当てるであろう。この実施例では、遠隔局からの測定値を受け取った後に、測定値のタイムスタンプがWPF １８で行われるであろう。

タイムスタンプにおける固有の可変誤差を解く
+ 上の方法のいずれかによって測定値に割り当てられるタイムスタンプは、数秒かそれ以上の重要な誤差を持っているかもしれない。この誤差は遠隔局の計算された位置に誤差をもたらすであろう。タイムスタンプの測定値の誤差を未知数として扱うことによって、およびこの未知数を解くことによって、遠隔局への正確な位置が誤ったタイムスタンプにもかかわらず計算され得る。これは、１つの追加サテライト測定を必要とし、上で議論した伝統的な４つのサテライト測定値によってなされる。すなわち、本方法は、少なくとも５つのサテライトからの測定値を使用することで遠隔局の３次元の位置を決定することができる。

大体のタイムスタンプに固有の誤差、および遠隔局の位置は以下の通り決定される。（ｘ_m,y_m,z_m)が遠隔局の位置であり、（ｘ_si(t),y_si(t),z_si(t))が時間ｔにおけるサテライトＳ_ｉの位置であるとしよう。ｔ_ｍを測定が実行されたときの“真のＧＰＳ時間”とし、bはPN回転（１ｍｓ）の受信機偏倚モジューロであるとしよう、ここにｔ_ｍの値はbのそれに関係しない。従って、各サテライトに対する測定値、ρ_i (t_ｍ), i=1,…ｎ，は以下として表わされる：

これらの測定値は５つの未知数ｘ_m,y_m,z_m,bおよびt_ｍを解くために使用され得る。５つの未知数があるので、明らかに、各未知数を解くために少なくとも５つのサテライト測定値がなくてはならない。標準反復最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムを解くため、技術に熟練した者により広く使用されるアルゴリズムが使用される。ｋ回の反復で、測定値ｉのマトリックス列が各変数に関して導関数を保持するであろう：

マトリクスは全体として以下のように表される：

一実施例において、情報を通して知られた遠隔局の位置の推定は、サービスセルサイトにより集めて、時間tの大体の推定値が知られ、タスク７０４に示されるように位置決定をさらに促進するために使用される。

小さな固有のタイムスタンプ_誤差
タイムスタンプ誤差が小さいことが知られているならば、すなわち数秒以下であるなら、位置の決定をさらに速くするために、サテライトの軌道は直線によって近似されるかもしれない。（ｘ_m,y_m,z_m)を遠隔局の位置としよう。ｔ₀は遠隔局またはWPF １８によってサテライト距離測定値に割り当てられたタイムスタンプであるとしよう。ｔ₁は測定が実行されるときの“真のＧＰＳ時間”であるとしよう。タイムスタンプの誤差はτ＝（ｔ₁−ｔ₀）である。（ｘ_si０,y_si０,z_si０)を時間t₀におけるサテライトS_ｉの位置とし、ｋ_xiがｘ_siの変化の率としよう。ｋ_yiをｙ_siの変化の率とし、ｋ_ziをｚ_siの変化の率としよう。そのときｔ₁におけるサテライトS_ｉの位置は略以下のように近似され得る。

遠隔局がｔ₁にｎサテライトに対する距離測定値を作ると仮定する。距離測定は以下のようにの書かれることができる：

ここでｂは遠隔局時計における偏倚であり、τはタイムスタンプを割り当てることの固有の誤差である。上に議論したタイムスタンプに固有の可変誤差を解くとき、以下が測定値と未知数である：サテライトについての測定値：ρ_ｉ，ｉ＝１，…，ｎ未知数：ｘ_m,y_m,z_m，ｂ，τ再び、５つの未知数があるので、遠隔局少なくとも５つのサテライトについて距離を測定しなくてはならない。数式(５)により表わされるシステムは直線化されることだでき、それからＬＭＳを使用して解かれる。ＬＭＳを使用するため、各未知数に関するそれぞれの測定値の偏微分係数が決定されねばならない。偏微分係数は以下の通りである：

数式(４)と(５)による問題は、一次方程式

のシステムとして言い表すことができ、ここにxは未知数のベクトルである：

ρは測定値のベクトルであり：

Ｈはデザインマトリックスであり、以下のように表現される：

一次方程式Ｈｘ＝ρのシステムは、よく知られたＬＭＳテクニックを使用していま解くことができる。この実施例では、各サテライトへの距離測定値はサテライトの軌道が直線を使用して近似されてなされた。この発明はまた、サテライト軌道がより高次元曲線により近似されて使用されてもよい。

説明される方法を使用して、小さな固有のタイムスタンプ誤差があることが知られているか否かに関係なく、遠隔局の位置、すなわち値ｘ_m,y_m,およびz_mがタスク７１６における遠隔局、またはタスク７２６におけるWPF １８のいずれかで決定される。方法はタスク７２８で終わる。

製造物品
例えば、上で説明される方法は、機械で読むことが可能な指示のシーケンスを実行するためにWPF １８を操作することによって実施されてもよい。これらの指示は様々な型の信号保持媒体に属するかもしれない。この点で、本発明の１つの態様が、無線リンクを採用する同期通信ネットワークで使用されるトランシーバの位置を見つける方法を実行するため、デジタル信号プロセッサにより実行可能な機械で読むことが可能な指示のプログラムを実体的に具体化する信号保持媒体を備えている製造物品に関係がある。

この信号保持媒体は、例えば通信ネットワークの中に含まれたRAM(示されない)を備えてもよい。代わりに指示は、図２で示されたWPF １８に直接または間接的にアクセスしやすい、図８に示された磁気データ格納ディスケット８００などのような別の信号保持媒体に含まれてもよい。

通信ネットワーク内またはほかの位置に含まれるか否かに関係なく、指示は直接アクセス記憶装置、磁気テープ、電子的読み出し専用メモリ、光学的記憶装置、または他の適当な信号保持記憶媒体のような、さまざまな機械で読むことのできるデータ記憶媒体に格納されてもよい。発明の図示した実施例において、機械で読むことのできる指示は、コンパイルされたC、またはC++のライン、またはプログラミング技術に熟練した者によって一般的に使用される他の適当なコード化言語を備えてもよい。

他の実施例 発明の好ましい実施例がここに考慮されて示されたが、添付された請求項によって定義される発明の範囲から逸脱することなく、様々な変化と変更をすることができることが、技術に熟練した者に明らかである。

Claims (20)

1. ネットワークがネットワーク時間を有し、無線リンクを採用している通信ネットワークで遠隔局の位置を見つけるために使用される方法において、
   少なくとも５つのサテライトからの信号を遠隔局で受信し、
   少なくとも５つのサテライトのそれぞれについて遠隔局からの距離を測定し、それぞれの距離測定値に測定時間を割り当て、
   少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置を決定し、そして
   遠隔局の位置を決定し、その決定は少なくとも５つのサテライトの距離と位置を使用することを含む方法。
2. 測定時間が遠隔局によって割り当てられる請求項１による方法。
3. 少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置が遠隔局で決定され、遠隔局がサテライト位置推算暦にアクセスを有する請求項２による方法。
4. 遠隔局がその位置と大体のネットワーク時間の推定にアクセスを有する請求項３による方法。
5. 測定時間が無線位置決め機能(WPF)により割り当てられる請求項１による方法。
6. 少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置がWPFで決定され、WPFがサテライト位置推算暦にアクセスを有する請求項５による方法。
7. WPFが遠隔局の位置と大体のネットワーク時間の推定値にアクセクを有する請求項６による方法。
8. 少なくとも５つのサテライトを有する全地球測位ネットワーク（ＧＰＳ）を含む通信ネットワークで遠隔局の位置を決定するために使用され、少なくとも５つのサテライトが通信可能に遠隔局と結合される装置において、
   遠隔局が遠隔局トランシーバを含み、遠隔局トランシーバが少なくとも５つのサテライトから送信される少なくとも信号を含む多くの信号を受信することができ、
   少なくとも１つの基地局が通信可能に遠隔局と結合され、かつ基地局トランシーバを含み、そのトランシーバは遠隔局に信号を送信することができ、
   プロセッサが通信可能に通信ネットワークと結合され、そのプロセッサは、
   少なくとも５つのサテライトについて遠隔局からの距離測定値を決定し、
   それぞれの距離測定値に測定時間を割り当て、
   少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置を決定し、そして
   遠隔局の位置を決定し、その決定は少なくとも５つのサテライトの距離と位置を使用することを含む装置。
9. プロセッサが遠隔局と一体である請求項８による装置。
10. プロセッサが無線位置決め機能(WPF)と一体であり、WPFが少なくとも１つの基地局と通信可能に結合された請求項８による装置。
11. 前記少なくとも１つのサテライトが全地球位置決めネットワークサテライトである請求項１０による装置。
12. 前記基地局が符号分割多元接続基地局である請求項１１による装置。
13. 少なくとも１つのサテライトを採用している同期通信ネットワークで使用されるトランシーバの位置を見つける方法を実行するために、デジタル信号処理装置により実行可能な機械で読むことができる指示のプログラムを具体化する製造物品において、前記方法は、
    少なくとも５つのサテライトからの信号を遠隔局で受信し、
    少なくとも５つのサテライトのそれぞれについて遠隔局からの距離を測定し、
    それぞれの距離測定値に測定時間を割り当て、
    少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置を決定し、そして
    遠隔局の位置を決定し、その決定は少なくとも５つのサテライトの距離と位置を使用することを含む製造物品。
14. 測定時間が遠隔局によって割り当てられる請求項１３による製造物品。
15. 少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置が遠隔局で決定され、遠隔局はサテライト位置推算暦にアクセスを有する請求項１４による製造物品。
16. 遠隔局がその位置と大体のネットワーク時間の推定にアクセスを有する請求項１５による製造物品。
17. 測定時間が無線位置決め機能(WPF)により割り当てられる請求項１３による製造物品。
18. 少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置がWPFで決定され、WPFがサテライト位置推算暦にアクセスを有する請求項１７による製造物品。
19. WPFが遠隔局の位置と大体のネットワーク時間の推定値にアクセクを有する請求項１８による製造物品。
20. 通信ネットワークにおける無線トランシーバの位置を決定するために使用される装置において、
    遠隔局が複数の信号を受信する遠隔局トランシーバ手段を含み、複数の信号が少なくとも５つのサテライトから送信される少なくとも信号を含み、
    少なくとも１つの基地局が通信可能に遠隔局と結合され、かつ遠隔局へ信号を送信し、遠隔局から信号を受信する基地局トランシーバ手段を含み、
    デジタル信号を処理しかつ通信可能に通信ネットワークと結合された手段を備え、その処理手段は、
    少なくとも５つのサテライトについて遠隔局からの距離測定値を決定し、
    それぞれの距離測定値に測定時間を割り当て、
    少なくとも５つのサテライトのそれぞれの位置を決定し、そして
    遠隔局の位置を決定し、その決定は少なくとも５つのサテライトの距離と位置を使用することを含むことができる装置。

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