JP2011508873A - ワイヤレス位置検出システムにおけるcmda信号の到達時間検出 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図5
Description
本発明の一実施形態は、時間ドメインまたは周波数ドメインのいずれかの相互相関プロセスを用いて、ローカル信号を基準信号と相互相関させることによって生成されるTDOA推定値を改良する方法を提供する。ローカル信号は、移動体送信機によって送信され第1アンテナにおいて受信される信号のコピーであり、基準信号は、移動体送信機によって送信され第2アンテナによって受信される信号のコピーである。本発明の方法は、ローカル信号を第1位置検出ユニット(LMU)において受信し、ローカル信号および基準信号を処理して、相関−時間−周波数マップを含む相関関数を生成するステップを含む。次いで、本方法は、相関関数を検索して検出保証しきい値よりも上である包括的最大値を求め、有効包括的最大相関ピークを特定することを伴う。次に、相関−時間−周波数マップを、有効包括的最大相関ピークの周波数を中心とする二次元時間−相関タイムスライスに縮小する。次いで、二次元時間−相関タイムスライスを検索して、包括的最大相関ピークよりも時間的に速く発生した検出保証しきい値よりも上の局所最大値を求める。最後に、前縁発見手順を実行する。前縁発見手順は、二次元時間−相関タイムスライスの相関エンベロープ内に隠匿されている早期前縁を発見することを目的とする。
図1a、図1b、および図1cは、本発明が機能するワイヤレス通信ネットワークの色々な種類を示す。以下の副章では通信システムの実現例をUMTS、IS−95、およびCDMA2000セルラ通信システムとして説明するが、本発明の教示は、他の様式で実現される他の広帯域、スペクトル拡散パケット無線通信システムにも同様に適用可能である。
図1aは、本発明のための例示的なUMTSネットワーク基準モデルのアーキテクチャを示す。
UMTS UE(ユーザ機器)100は、ME(移動機器)101とSIM/USIM(加入者個人情報モジュール/UMTS加入者個人情報モジュール)102との論理的組み合わせである。UEは、UMTSハンドセットまたは移動体に対する正式名称である。
移動機器(ME)101は、移動局のハードウェア・エレメントであり、キーボード、画面、無線機、回路ボード、およびプロセッサを備えている。MEのプロセッサは、通信信号の処理と、UEベースのLCSクライアント・アプリケーションも含むことができる種々のUEベースのサービスの処理との双方をサポートする。
USIM(UMTS加入者個人情報モジュール)102は、SIMカードとも呼ばれており、UMTS移動体ネットワークのユーザ加入情報を保持するプログラマブル・メモリ・デバイスである。USIMは、加入した運営業者のネットワークへのアクセス、およびUEベースLCSクライアント・アプリケーションを含むことができるUEベース・サービスへのアクセスを可能にする関連情報を収容する。
ノードB105は、UMTSネットワーク内において、UE100(ユーザ機器)と陸上側ネットワークとの間に物理的無線リンクを提供する機能である。無線インターフェースを跨るデータの送信および受信と共に、ノードBは、W−CDMAシステムにおいてチャネルを記述するために必要な符号も供給する。ノードBは、タイミング情報をUE100にUu105インターフェースを通じて供給する。ノードBは、有線アンテナ・フィード104を通じて、Uuインターフェースにアクセスする。
RNC107(無線ネットワーク・コントローラ)がノードB105を介してUE(ユーザ機器)との論理RRC(無線資源制御)接続を有する場合、そのUE100にとって、それはS−RNC107として認識される。S−RNC107は、UTRANネットワーク内におけるユーザの移動性を担当し、CN(コア・ネットワーク)112に向かう接続の地点でもある。S−RNC107は、3GPP標準化Iubインターフェース106を通じてノードBに接続する。
接続状態にあるUE100(ユーザ機器)が、異なるRNCと関連のあるセルに受け渡されるとき、これはドリフトされたと言う。しかしながら、RRC(無線資源制御)接続はなおもS−RNC107で終端する。実際、D−RNC108はスイッチとして作用し、S−RNC107とUE100との間で情報を導く。
制御無線ネットワーク・コントローラは、ノードBの構成設定を担当するRNC(無線ネットワーク・コントローラ)である。UE(ユーザ機器)がシステムにアクアセスする際、ノードBにアクセスを送り、一方ノードBはこのメッセージをそのCRNCに転送する。C−RNCは、表記上S−RNCとなる。
コア・ネットワーク112は、移動性管理の機能、ユーザ機器(UE)と外部ネットワークとの間における呼接続制御シグナリングのための交換サービス、ならびにUTRAN無線アクセス・ネットワークと外部パケットおよび交換回路ネットワークとの間における相互作業機能(interworking function)を設ける。また、コア・ネットワークは、課金(billing)機能、外部ネットワークとのセキュリティおよびアクセス制御管理を設ける。
位置測定ユニット(LMU)は、UEの測位をサポートするために無線測定を行う。LMUは、UMTSネットワークに対する付加するオーバーレイとすることができ、またはノードBのハードウェアまたはソフトウェアに統合することもできる。本発明では、LMUはTDOAおよび/またはTDOA/AoA計算位置および速度推定値の発生(development)のためにUm無線インターフェースを受ける。LMUは、セル・サイト・アンテナに接続するか、またはアンテナ・フィード113への無線カプラを介してノードBに接続する。
SMLC116は、論理機能エンティティであり、別個のネットワーク・エレメント(またはエレメントの分散クラスタ)またはRNC107における統合機能のいずれかとして実装する。SMLC116は、位置検出を基本とするサービスをサポートするために必要な機能を内蔵している。SMLC113は、地理的エリアおよび無線ネットワーク・トポロジに関するデータを所有することによって、ワイヤレス・ネットワークと位置検出ネットワーク(LMU114、SMLC116、およびGMLC119)との間にブリッジを提供する論理的エンティティである。SMLC116は、移動体の位置検出に必要なLMU114の資源の全体的な調整およびスケジューリングを管理する。また、最終的な位置、速度、高度の推定値を計算し、各々について達成される精度を推定する。本発明では、SMLC116は、そのLMUが担当する地理的エリアにおいてUE100を位置検出するため、または位置検出に役立てるために、無線インターフェース測定値を得る目的で、パケット・データ接続115を通じて、1組のLMUを制御し相互接続する。SMLC116は、位置、信頼間隔(confidence interval)、速度、高度、および移動方向を計算するために、U−TDOA、AoA、およびマルチパス軽減アルゴリズムを内蔵している。また、SMLC116は、リンク監視システム(LMS)124からのトリガリング(triggering)または3GPP標準化Iupcインターフェース117からインフラストラクチャ・ベンダの無線ネットワーク・コントローラ(RNC)局コントローラ107への要求に基づいて、どのワイヤレス電話機の位置を検出するのか判断することができる。
ゲートウェイ移動体位置検出センタ(GMLC)119は、3GPP規格によって、GSM/GPRS/UMTSネットワークにおける位置検出記録のクリアリングハウスとして定められている。GMLC119は、厳格に制御されるSS7ネットワーク(GSM−MAPおよびCAPネットワーク)とインターネットのような保証のない(unsecure)パケット・データ・ネットワークとの間におけるバッファとしての機能を果たす。位置検出に基づくサービスのための認証、アクセス制御、課金、および認可(authorization)機能は、纏めてGMLC119に位置し、これによって制御される。ゲートウェイ移動体位置検出センタ(GMLC)は、LBSサービスをサポートするために必要な機能、ならびに相互作業、アクセス制御、認証、加入者プロファイル、セキュリティ、運営管理、および課金/課金機能を内蔵するサーバである。また、GMLCは、GSM−MAPおよびCAPネットワークにアクセスして、加入者の個人情報を発見し、ルーティング情報を要求および受信し、低精度UE位置を入手し、そしてUE位置検出に基づく呼制御を実施することもできる。任意のUMTSネットワークにおいて、複数のGMLCがあってもよい。
ネットワークLCSクライアント112は、1つまたは1つよりも多い目標UEの位置情報を求める要求を、PLMN LCSサーバに対して行う論理機能エンティティである。図1に示すUTMSネットワークでは、LCSサーバは、GMLC119プラットフォーム上におけるソフトウェアおよびデータとして実現されている。LCSサーバをGMLC119と一緒に含むことは、展開されるシステムでは通例のことである。LCSサーバは、LCSクライアントに応対するために必要な多数の位置検出サービス・コンポーネントおよびベアラを備えている。LCSサーバは、音声、データ、メッセージング、その他の遠隔サービス、ユーザ・アプリケーションおよび補足サービスというような、その他の電気通信サービスと並行して、位置検出に基づくサービスのサポートを可能にするプラットフォームを提供することになる。ネットワークLCSクライアントは、Leインターフェース121を用いてGMLCにアクセスする。ネットワークLCSクライアントは、GMLCベースLCSサーバ119と通信を行い、GMLCベースLCSサーバ119が提供するセキュリティおよびプライバシ保護によって許可されるのであれば、指定された1組の位置検出関係サービス品質パラメータの範囲内で1つ以上の目標UEについて即座、周期的、または据置位置情報を要求することができる。
移動体LCSクライアントは、不揮発性または移植可能データ記憶のためにUSIM102を用いる、UE100のME101内に常駐するソフトウェア・アプリケーションである。移動体LCSクライアントは、Leインターフェース121を用いて、ワイヤレス・データ接続を介してGMLC119を通じて位置情報を入手すればよい。
LMS133は、1つの中央サーバまたはサーバ・クラスタに報告する受動プローブ(図示せず)によって、Iub、Iur、Iu−CS,およびIu−PSのようなUMTSネットワーク・インターフェースの受動的監視を行う。これらのインターフェースを監視することによって、LMS133は作業委任(tasking)およびトリガリング(triggering)情報を生成することができ、予めプロビジョニングされているLBSアプリケーションについてSMLC116が自律的で低レイテンシの位置推定値を提供可能にする。LMS133が発生したトリガリングおよび作業委任情報は、通常はTCP/IPベースである、汎用データ接続123を通じて、SMLC116に配信される。LMS133は、エービス監視システム(AMS)に対する修正である。エービス監視システムについては、米国特許第6,782,264号"Monitoring of Call Information in a Wireless Location System"(ワイヤレス位置検出システムにおける呼情報の監視)に記載されており、後に米国特許出願第11/150414号"Advanced Triggers for Location Based Service Application in a Wireless Location System"(ワイヤレス位置検出システムにおける位置検出に基づくサービス適用のためのトリガの改良)において説明する。これら双方の米国特許出願をここで引用したことにより、その内容は本願にも含まれるものとする。LMS133は、ソフトウェアとして、UMTSシステムのノードB105またはRNC107、108ノードに組み込むこともでき、あるいは受動プローブのオーバーレイ・ネットワークとして展開することができる。
Uuインターフェース103は、3GPPによって定められたUMTSエアー・インターフェースである。このUTRAN(UMTS地上無線アクセス・ネットワーク)とUE(ユーザ機器)との間における無線インターフェースは、W−CDMAおよび周波数分割二重化(FDD)または時分割二重化(TDD)のいずれかを利用する。UMTS無線インターフェースについては、3GPP技術仕様書25.201および45.201に十分に記載されており、双方共"Physical layer on the radio path; General description"(無線経路上の物理レイヤ;概説)という名称である。FDD W−CDMA無線システムにおいて実施した場合のUu無線インターフェースの詳細は、3GPP技術仕様書25.213"Spreading and modulation(FDD)"(拡散および変調(FDD))に記載されている。FDD W−CDMA UMTSにおいて用いられる物理チャネルおよび論理チャネルの詳細および説明は、3GPP技術仕様書25.211"Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD)"(物理チャネルおよびトランスポート・チャネルの物理チャネルに対するマッピング(FDD))において見られる。
図1bは、ANSI/ETSI Joint Standard "J-STD-036","Enhanced Wireless 9-1-1 Phase 2"(強化ワイヤレス9−1−1フェーズ2)に記載されているワイヤレス通信システムに基づく、システムの主要コンポーネントの代表的構成を模式的に示す。本発明では、標準化したノードおよびインターフェースを有するTIA−EIA−95(IS−95)ベースCDMAワイヤレス通信システム内における本発明を表すために、図2bを用いる。本来緊急サービス(E911、E112)を支援するために作成されたが、この機能的ネットワークは、MSC135およびMPC141がリンクE3 140を用いて、ANSI−4プロトコルと通信する、混合回線交換、パケット交換ネットワークにおける商用位置検出サービスの配信にも用いることができる。本発明は、基準ネットワークの測位決定機器143ノード内に位置する。
CDMA移動局(MS)130は、ハードウェア・ソフトウェア・システムであり、CDMA無線インターフェース132へのユーザ・アクセスを可能とし、したがって完全なワイヤレス通信ネットワークおよびサービスを可能にする。
図1Cは、パケット・ベースのトランスポート・ネットワークに基づく、ワイヤレス通信システムおよびワイヤレス位置検出システムの主要コンポーネントの代表的構成を模式的に示す。この図では、ワイヤレス通信システムは、IS−2000CDMAまたはCDMA200(登録商標)システムに基づくと仮定する。
アップリンク到達時間差(U−TDOA)位置検出方法は、その最も基本的なレベルでは、送信局と受信局との間に、信号エネルギが十分な直接見通し線(LOS)経路が存在するという想定を拠り所にしている。遮られないLOS経路が送信機と受信機との間に存在することは必ずしも必要ではないが、信号は、反射、回折、ダクティングなどによる方向変化を受けないことを想定する。この想定は、到達時間差を、移動局から主要および協力LMUまでの空間的直線距離に変換するためになされたものである。850/1900MHz(北アメリカ)および900/1800/2100MHz(ヨーロッパ)セルラ、GSM、PCS、DCS、およびUMTS周波数帯域を現在含む、予約ワイヤレス通信帯域では、ワイヤレス通信ネットワークのために用いられている無線受信局によって受信される大量の信号エネルギは、マルチパス成分によるものとなっている。実際、CDMAシステムでは、広帯域システムのこのマルチパス・フェーディング特性が、要求フェード・マージンを減少させるために実際に用いられている。
重大なマルチパスがあり、受信した反射信号の強度が受信したLOS信号よりも強い場合、相互相関の最大値が、この反射に対応する時点において、つまりより大きな遅延値において生ずる。先行相関ピーク検索アルゴリズムを用いて、この問題を軽減しようとすることができる。しかしながら、送信フィルタおよび受信フィルタ全てのインパルス応答の組み合わせのみによる相互相関における先行ピーク(leading peak)は、このようなアルゴリズムの有効性を著しく阻害する可能性がある。これらのフィルタは、送信信号の帯域幅を制限するため、そして隣接するシンボル干渉の影響を最小に抑える(または解消する)ための双方に用いられる。
早期のCDMA前縁発見アルゴリズムでは、全域最大相関ピークの前に現れる相関ピークが、検出成功に対する検出保証しきい値よりも上の局所最大値でなければならない。このために、WLSでは、レッジ(ledge)またはランプ(ramp)のような、最も早い最大相関ピークの相関エンベロープの中に隠されている前縁を発見することができない。本明細書において記載する本発明の方法の好適な実現例では、LMUが早期の前縁を発見し損ねた場合、タイムスライスをサンプリングし直し、1組の相関しきい値を設定する。最早最大相関ピークの時点を「B」に設定する。しきい値は、最早最大相関ピークの値、および1間隔後のサンプルの値に基づく。これらのしきい値は、次の式で記述される。
W>0.7×時点T=B+1における相関値、
Y>0.2×時点T=Bにおける最早最大相関ピーク、および
Z>検出保証しきい値または0.01
m=最早有効ビンと最大相関ピークのビンとの間におけるビン数(この例では、m=4)、
チップ・レート=表1の通り
c=(主要相関ピークの相関値)/(主要相関ピーク・ビンよりも1ビン後の相関値)
w=経験的に決定したオフセット。既知の位置での移動体の測定を用いて決定した。密集した都市環境におけるIS−95では、このオフセットは678となる。
本発明の真の範囲は、本明細書において開示した、現時点における好適な実施形態に限定されるのではない。例えば、以上のワイヤレス位置検出システムの現時点における好適な実施形態の開示は、位置測定ユニット(LMU)、サービング移動体位置検出センタ(SMLC)等というような説明的用語を用いているが、以下の特許請求の範囲の保護範囲を限定するように解釈してはならず、それ以外でも、ワイヤレス位置検出システムの発明的形態が、開示された特定の方法および装置に限定することを暗示するように解釈してはならない。更に、当業者には言うまでもなかろうが、本明細書において開示した発明的形態の多くは、TDOA技法を基本としない位置検出システムにおいても適用することができる。例えば、本発明は、先に一例として説明した種類のFIRフィルタを採用するシステムには限定されず、また前述のように作成され展開されるLMUを採用するシステムにも限定されるのではない。LMUおよびSMLC等は、本質的に、プログラマブル・データ収集および処理デバイスであり、本明細書に開示した発明的概念から逸脱することなく、種々の形態をなすことができる。ディジタル信号処理およびその他の処理機能のコストが急速に低下していることから、本システムの発明的動作を変更することなく、例えば、特定の機能のための処理を、本明細書に記載した機能的要素(LMUのような)の1つから、ワイヤレス通信ネットワーク内にある別の機能的要素(BSまたは基地局のような)に移すことは容易に可能である。多くの場合、本明細書に記載した実現例(即ち、機能的要素)の配置は、単に設計者の好みであり、厳しい要件ではない。したがって、明示的に限定されていると考えられる場合を除いて、以下の特許請求の範囲の保護範囲が、先に説明した具体的な実施形態に限定されることは意図していない。
Claims (46)
- 移動体送信機の位置を検出するのに用いるワイヤレス位置検出システムにおいて、時間ドメインまたは周波数ドメインの相互相関プロセスのいずれかを用いて、ローカル信号を基準信号と相互相関させることによって生成される到達時間差(TDOA)推定値を改善する方法であって、前記ローカル信号は、前記移動体送信機が送信した信号の、第1アンテナにおいて受信したコピーであり、前記基準信号は、前記移動体送信機が送信した信号の、第2アンテナにおいて受信したコピーであり、前記方法は、
第1位置測定ユニット(LMU)において前記ローカル信号を受信するステップと、
相関−時間−周波数マップを含む相関関数を生成するために、前記ローカル信号および基準信号を処理するステップと、
前記相関関数を検索して、検出保証しきい値よりも上の全域最大値を求め、有効な全域最大相関ピークを特定するステップと、
前記有効全域最大相関ピークの周波数を中心とする二次元時間−相関タイムスライスに、前記相関−時間−周波数マップを縮小するステップと、
前記二次元時間−相関タイムスライスを検索して、前記全域最大相関ピークよりも時間的に早く現れた、前記検出保証しきい値よりも上の局所最大値を求めるステップと、
前記二次元時間−相関タイムスライスの相関エンベロープ内に隠された早期前縁を発見するために、前縁発見手順を実行するステップと、
を含む、方法。 - 請求項1記載の方法において、前記処理は、先行サイドローブおよび後続サイドローブを含む相関相関−時間−周波数関数を生成するために、前記ローカル信号および基準信号の相関処理およびフィルタリングを含み、前記先行サイドローブの振幅を減少させる、方法。
- 請求項2記載の方法において、前記フィルタリングは、前記先行サイドローブの振幅の少なくとも8デシベル(8dB)の減少を発生する、方法。
- 請求項3記載の方法において、前記フィルタリング・プロセスは、有限インパルス応答(FIR)フィルタリング・プロセスの使用を含む、方法。
- 請求項4記載の方法において、前記FIRフィルタリング・プロセスは、実質的に平坦な周波数応答を生成する、全通過、位相シフトのフィルタリング・プロセスを含む、方法。
- 請求項4記載の方法であって、更に、高速フーリエ変換(FFT)を用いて相互相関計算を行うステップを含み、基準およびローカル信号のFFTの積を、前記FIRフィルタリング・プロセスの複素周波数応答で乗算し、次いで逆高速フーリエ変換(IFFT)を実行して前記相互相関関数を得ることによって、前記FIRフィルタリング・プロセスを実行する、方法。
- 請求項2記載の方法であって、更に、時間−周波数相関検索を狭めるために限度を決定するステップを含む、方法。
- 請求項7記載の方法であって、更に、前記前縁発見手順が早期前縁を発見し損ねた後、最早局所最大相関ピークのTDOA値を報告するステップを含む、方法。
- 請求項7記載の方法であって、更に、前記前縁発見手順が早期前縁の発見に成功した後に実行する既定の到達時間判定手順(Tau)によって計算したTDOA値を報告するステップを含む、方法。
- 請求項2記載の方法において、サンプル期間において対象の符号分割多元接続(CDMA)−変調信号を収集しディジタル化するように構成された広帯域受信機を含む第2LMUを用いて、前記基準信号を入手し、前記第2LMU内にあるディジタル信号処理ソフトウェアが、レーク受信機をモデル化し、前記対象信号を復調する、方法。
- 請求項10記載の方法であって、更に、前記復調された対象信号を前記第2LMUから前記第1LMUに送り、前記第1LMUにおいて前記基準信号を得るために前記復調された対象信号を再度変調するステップを含む、方法。
- 請求項11記載の方法であって、更に、前記第1LMUにおいて、前記受信したローカル信号を記録するステップと、相関関数を求めるために、前記記録した信号を、時間および周波数範囲においてずらした基準信号と相関させるステップと、前記相関関数の先行サイドローブを抑制するために、非対称、線形位相有限インパルス応答(FIR)フィルタを時間軸において適用するステップとを含む、方法。
- 請求項7記載の方法であって、更に、全域最大相関ピークを発見するステップと、前記検索空間を、前記全域最大相関ピークに対応する選択した周波数に狭めるステップと、次いで早期、局所最大相関ピークを特定するために、前記選択した周波数に対応するタイムスライスを検索するステップとを含む、方法。
- 請求項13記載の方法であって、更に、前記早期、局所最大相関ピークが、前記検出保証しきい値よりも上であることを判定するステップを含む、方法。
- 請求項14記載の方法であって、マルチパス反射の添加効果によって作成される相関エンベロープに隠された早期到達信号を特定するために、前記前縁発見手順を適用するステップを含む、方法。
- 請求項14記載の方法において、前記前縁発見手順において、最早最大相関ピークを中心とする前記タイムスライスを、先行方向および背向方向にタイム・ビン群に分割する、方法。
- 請求項16記載の方法において、前記前縁発見手順は、前記最早最大相関ピークの相関値に基づいて、追加のしきい値を作成することを含む、方法。
- 請求項17記載の方法において、前記前縁発見手順は、前記全域最大相関ピークの前に現れ、前記検出保証しきい値よりも下の局所最大値である、第2相関ピークを検出することを含む、方法。
- 請求項18記載の方法において、前記第2相関ピークは、最早最大相関ピークの相関エンベロープ内にレッジまたはランプとして隠された、方法。
- 請求項19記載の方法において、前記前縁発見手順は、更に、早期前縁を発見し損ねたときに、前記タイムスライスをサンプリングし直し、複数の相関しきい値を設定することを含む、方法。
- 請求項20記載の方法において、前記最早最大相関ピークを第1の値(B)に設定し、前記しきい値は、前記最早最大相関ピークの値、および以降の間隔におけるサンプルの値に基づく、方法。
- 請求項21記載の方法において、前記しきい値は、以下の到達時間判定手順(Tau)にしたがって決定し、
W>0.7×時点T=B+1における相関値、
Y>0.2×時点T=Bにおける最早最大相関ピーク、および
Z>検出保証しきい値または0.01
最早最大相関ピークから開始して、前記到達時間判定手順のステップは、時間的に(timewise)、早期のサンプルをしきい値(W,Y,Z)と比較し、一旦サンプルの相関値がこれらのしきい値のいずれかよりも下に低下したなら、前記手順は、最早最大相関ピークから前記最早サンプルまでの、全てのしきい値よりも上のサンプルを計数し、次いで、サンプル数「m」を用いて、以下の規則集合にしたがって最早到達時間を求め、
m=0であれば、直前の最早最大相関ピークの時点が、局所的に受信した信号についての到達時間のままであり続け、
0よりも大きなmの値全てについて、以下の規則を用いて、到達時間を確定し、
Tau=1/4×(チップ・レート)-m/2×(チップ・レート)+(0.7-c)×w
ここで、mは、最早有効ビンと最大相関ピークのビンとの間におけるビン数であり、チップ・レートは、異なるスペクトル拡散技術についてチップ・レートを定める表に基づいて決定され、cは、主要相関ピークの相関値の主要相関ピーク・ビンよりも1ビン後の相関値に対する比率であり、wは、経験的に決定したオフセットである、方法。 - 請求項22記載の方法において、一旦到達時間(Tau)を計算したなら、Tauを、前記最大相関ピークに対応する時間から減算し、前記到達時間差の計算に用いられる、新たな到達時間を求める、方法。
- 移動体送信機の位置を検出するのに用いるワイヤレス位置検出システム(WLS)であって、
少なくとも第1LMUおよび第2LMUを含む位置測定ユニット(LMU)のネットワークを含み、前記第1LMUは、プロセッサと、該プロセッサに結合されたコンピュータ読み取り可能記憶媒体とを含み、前記コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、時間ドメインまたは周波数ドメインの相互相関プロセスのいずれかを用いて、ローカル信号を基準信号と相互相関させることを含む既定の方法にしたがって到達時間差(TDOA)推定値を計算するように前記プロセッサを構成するための命令を含み、前記ローカル信号は、前記移動体送信機が送信した信号の、前記第1LMUと関連のある第1アンテナにおいて受信したコピーであり、前記基準信号は、前記移動体送信機が送信した信号の、前記第2LMUと関連のある第2アンテナにおいて受信したコピーであり、前記既定の方法は、
第1位置測定ユニット(LMU)において前記ローカル信号を受信するステップと、
相関−時間−周波数マップを含む相関関数を生成するために、前記ローカル信号および基準信号を処理するステップと、
前記相関関数を検索して、検出保証しきい値よりも上の全域最大値を求め、有効な全域最大相関ピークを特定するステップと、
前記有効全域最大相関ピークの周波数を中心とする二次元時間−相関タイムスライスに、前記相関−時間−周波数マップを縮小するステップと、
前記二次元時間−相関タイムスライスを検索して、前記全域最大相関ピークよりも時間的に早く現れた、前記検出保証しきい値よりも上の局所最大値を求めるステップと、
前記二次元時間−相関タイムスライスの相関エンベロープ内に隠された早期前縁を発見するために、前縁発見手順を実行するステップと、
を含む、ワイヤレス位置検出システム。 - 請求項24記載のWLSにおいて、前記処理は、先行サイドローブおよび後続サイドローブを含む相関相関−時間−周波数関数を生成するために、前記ローカル信号および基準信号の相関処理およびフィルタリングを含み、前記先行サイドローブの振幅を減少させる、WLS。
- 請求項25記載のWLSにおいて、前記フィルタリングは、前記先行サイドローブの振幅の少なくとも8デシベル(8dB)の減少を発生する、WLS。
- 請求項26記載のWLSにおいて、前記フィルタリング・プロセスは、有限インパルス応答(FIR)フィルタリング・プロセスの使用を含む、WLS。
- 請求項27記載のWLSにおいて、前記FIRフィルタリング・プロセスは、実質的に平坦な周波数応答を生成する、全通過、位相シフトのフィルタリング・プロセスを含む、WLS。
- 請求項27記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、高速フーリエ変換(FFT)を用いて相互相関計算を行うステップを含み、基準およびローカル信号のFFTの積を、前記FIRフィルタリング・プロセスの複素周波数応答で乗算し、次いで逆高速フーリエ変換(IFFT)を実行して前記相互相関関数を得ることによって、前記FIRフィルタリング・プロセスを実行する、WLS。
- 請求項25記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、時間−周波数相関検索を狭めるために限度を決定するステップを含む、WLS。
- 請求項30記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、前記前縁発見手順が早期前縁を発見し損ねた後、最早局所最大相関ピークのTDOA値を報告するステップを含む、WLS。
- 請求項31記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、前記前縁発見手順が早期前縁の発見に成功した後に実行する既定の到達時間判定手順(Tau)によって計算したTDOA値を報告するステップを含む、WLS。
- 請求項25記載のWLSにおいて、サンプル期間において対象の符号分割多元接続(CDMA)−変調信号を収集しディジタル化するように構成された広帯域受信機を含む第2LMUを用いて、前記基準信号を入手し、前記第2LMU内にあるディジタル信号処理ソフトウェアが、レーク受信機をモデル化し、前記対象信号を復調する、WLS。
- 請求項33記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、前記復調された対象信号を前記第2LMUから前記第1LMUに送り、前記第1LMUにおいて前記基準信号を得るために前記復調された対象信号を再度変調するステップを含む、WLS。
- 請求項34記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、前記第1LMUにおいて、前記受信したローカル信号を記録するステップと、相関関数を求めるために、前記記録した信号を、時間および周波数範囲においてずらした基準信号と相関させるステップと、前記相関関数の先行サイドローブを抑制するために、非対称、線形位相有限インパルス応答(FIR)フィルタを時間軸において適用するステップとを含む、WLS。
- 請求項31記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、全域最大相関ピークを発見するステップと、前記検索空間を、前記全域最大相関ピークに対応する選択した周波数に狭めるステップと、次いで早期、局所最大相関ピークを特定するために、前記選択した周波数に対応するタイムスライスを検索するステップとを含む、WLS。
- 請求項36記載のWLSにおいて、前記方法は、更に、前記早期、局所最大相関ピークが、前記検出保証しきい値よりも上であることを判定するステップを含む、WLS。
- 請求項37記載のWLSにおいて、前記方法は、マルチパス反射の添加効果によって作成される相関エンベロープに隠された早期到達信号を特定するために、前記前縁発見手順を適用するステップを含む、WLS。
- 請求項37記載のWLSにおいて、前記前縁発見手順において、最早最大相関ピークを中心とする前記タイムスライスを、先行方向および背向方向にタイム・ビン群に分割する、WLS。
- 請求項39記載のWLSにおいて、前記前縁発見手順は、前記最早最大相関ピークの相関値に基づいて、追加のしきい値を作成することを含む、WLS。
- 請求項40記載のWLSにおいて、前記前縁発見手順は、前記全域最大相関ピークの前に現れ、前記検出保証しきい値よりも下の局所最大値である、第2相関ピークを検出することを含む、WLS。
- 請求項41記載のWLSにおいて、前記第2相関ピークは、最早最大相関ピークの相関エンベロープ内にレッジまたはランプとして隠された、WLS。
- 請求項42記載のWLSにおいて、前記前縁発見手順は、更に、早期前縁を発見し損ねたときに、前記タイムスライスをサンプリングし直し、複数の相関しきい値を設定することを含む、WLS。
- 請求項43記載のWLSにおいて、前記最早最大相関ピークを第1の値(B)に設定し、前記しきい値は、前記最早最大相関ピークの値、および以降の間隔におけるサンプルの値に基づく、WLS。
- 請求項44記載のWLSにおいて、前記しきい値は、以下の到達時間判定手順(Tau)にしたがって決定し、
W>0.7×時点T=B+1における相関値、
Y>0.2×時点T=Bにおける最早最大相関ピーク、および
Z>検出保証しきい値または0.01
最早最大相関ピークから開始して、前記到達時間判定手順のステップは、時間的に、早期のサンプルをしきい値(W,Y,Z)と比較し、一旦サンプルの相関値がこれらのしきい値のいずれかよりも下に低下したなら、前記手順は、最早最大相関ピークから前記最早サンプルまでの、全てのしきい値よりも上のサンプルを計数し、次いで、サンプル数「m」を用いて、以下の規則集合にしたがって最早到達時間を求め、
m=0であれば、直前の最早最大相関ピークの時点が、局所的に受信した信号についての到達時間のままであり続け、
0よりも大きなmの値全てについて、以下の規則を用いて、到達時間を確定し、
Tau=1/4×(チップ・レート)-m/2×(チップ・レート)+(0.7-c)×w
ここで、mは、最早有効ビンと最大相関ピークのビンとの間におけるビン数であり、チップ・レートは、異なるスペクトル拡散技術についてチップ・レートを定める表に基づいて決定され、cは、主要相関ピークの相関値の主要相関ピーク・ビンよりも1ビン後の相関値に対する比率であり、wは、経験的に決定したオフセットである、WLS。 - 請求項45記載のWLSにおいて、一旦到達時間(Tau)を計算したなら、Tauを、前記最大相関ピークに対応する時間から減算し、前記到達時間差の計算に用いられる、新たな到達時間を求める、WLS。
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