JP2012519289A - 方向探知によって移動体無線ネットワーク内での位置を決定するための方法および移動体無線端末デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、セルラ移動体無線ネットワーク内での移動体無線端末デバイス（１３、２２）の位置を決定するための方法であって、移動体無線ネットワークが、それぞれ１つの基地局（１２、１４、２１）を備える複数のセルを有し、端末デバイス（１３、２２）が１つまたは複数の基地局（１２、１４、２１）にログインされる方法であって、位置決定が、端末デバイス（１３、２２）によって、絶対位置が既知である少なくとも１つの基地局（１２、１４、２１）を位置特定するための方向探知アクションによって行われ、方向探知が、端末デバイス（１３、２２）に組み込まれた指向性アンテナによって、基地局（１２、１４、２１）の位置に指向性アンテナのメインローブを向けることによって行われる方法に関する。

Description

本発明は、セルラ無線ネットワーク内での移動体無線端末デバイスの位置を決定するための方法および移動体無線端末デバイスであって、移動体無線ネットワークが、それぞれ基地局を有する複数のセルを有し、端末デバイスが１つまたは複数の基地局にログインされる、または端末デバイスを１つまたは複数の基地局にログインすることができる方法および移動体無線端末デバイスに関する。

現在、移動体無線通信ネットワーク内での移動体無線端末デバイスの位置特定は、基地局が規定の領域をカバーするので、端末デバイスがログインされるそれぞれの基地局の位置を使用することによってセルベースで行われる。ここで、欠点となる側面は、領域だけが分かり、このかなり大きな領域内での移動体無線端末デバイスの正確な位置は分からないことである。

さらに、位置精度を改良するために、複数の基地局から来る電磁信号の伝播時間測定を評価して、次いで三角測量によってより正確な位置決定を行うことができる手法が知られている。

ここで欠点となるのは、端末デバイスが少なくとも３つの基地局に同時にログインしなければならず、三角測量測定がかなり手間のかかるものであることである。

位置決定のための既知の方法の別の欠点は、精度がかなり制限されることである。多く用途において望まれるさらなる目的は、位置決定を端末デバイスによって行うことができるようにすべきことであり、これは既知の方法を使用しては可能でない。

本発明の目的は、セルラ移動体無線ネットワーク内での移動体無線端末デバイスの非常に正確な位置の決定を可能にする、セルラ移動体無線ネットワーク内での移動体無線端末デバイスの位置を決定するための方法および移動体無線端末デバイスを提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の方法によって、および請求項５に記載の移動体無線端末デバイスによって実現される。本発明の有利な発展形態は、それぞれの従属請求項に記載される。

セルラ移動体無線ネットワーク内での移動体無線端末デバイスの位置を決定するための方法であって、移動体無線ネットワークが、それぞれ１つの基地局を有する複数のセルを有し、端末デバイスが１つまたは複数の基地局にログインされる方法に関して特に有利なことは、端末デバイスによる位置決定が、位置が既知である少なくとも１つの基地局を位置特定する方向探知アクションによって行われ、方向探知が、端末デバイスに組み込まれた指向性アンテナによって、基地局の位置に指向性アンテナのメインローブを向けることによって行われることである。

したがって、移動体無線端末デバイスの位置の決定は、移動体無線端末デバイスがログインされる少なくとも１つの基地局を位置特定するための方向探知によって行われる。ここで、方向探知によって位置特定される基地局の絶対位置が既知である。この方法は、用語「ビームフォーミング」としてよく知られている。関連のアンテナシステムは、しばしばスマートアンテナと呼ばれる。

特に、いわゆるＭＩＭＯアンテナを指向性アンテナとして使用することができる。電気通信工学では、ＭＩＭＯ（複数入力複数出力）は、ワイヤレス通信に関する複数の送信および受信アンテナの使用を意味する。

好ましくは、２つ以上の基地局の方向探知が端末デバイスによって行われ、これらの方向の交点が決定され、それにより移動体無線ネットワーク内での端末デバイスの位置も決定される。

あるいは、またはさらに、１つまたは複数の方向探知アクションを行うとき、基地局と端末デバイスの間での無線信号のそれぞれの伝播時間を測定することができ、その伝播時間測定から基地局と端末デバイスの距離を決定することができる／距離が決定される。

１つの好ましい実施形態では、端末デバイスによる方向探知によって位置特定される基地局それぞれの絶対位置が、分析のために端末デバイスに送信される。これは、基地局によって端末デバイスへ直接行うことができ、および／またはデータベースを検索することによって行うことができる。特に、そのようなデータベースを移動体無線端末デバイスに組み込むことができ、それにより、方向探知によって位置特定される各基地局の絶対位置が既知であり、その結果、基地局のこの絶対位置と、基地局に対する移動体無線端末デバイスの位置とから、端末デバイスの絶対位置を決定することができる。

好ましくは、方向探知の方向は、標準の方向に対して較正される。この標準の方向は、移動体無線端末デバイス自体の向きでよく、または他方では基本方位、特に北Ｎでもよい。

それぞれ１つの基地局を備える複数のセルを有するセルラ移動体無線ネットワーク内で１つまたは複数の基地局にログインすることができる本発明による移動体無線端末デバイスの特に有利な態様は、端末デバイスが、位置を決定するために指向性アンテナを有し、端末デバイスが、絶対位置が既知であり端末デバイスがログインされる１つまたは複数の基地局に指向性アンテナのメインローブを向けることによって、１つまたは複数の方向探知アクションを行うように構成されることである。

ここで、いわゆるＭＩＭＯアンテナを指向性アンテナとして使用することができる。電気通信工学では、ＭＩＭＯ（複数入力複数出力）は、ワイヤレス通信に関する複数の送信および受信アンテナの使用を意味する。

好ましくは、移動体無線端末デバイスは、移動体無線端末デバイスと基地局の間での無線信号の伝播時間を測定するように構成され、その伝播時間から端末デバイスと基地局の距離を決定することができる／距離が決定される。

１つの好ましい実施形態では、移動体無線端末デバイスはコンパスを備え、標準の方向、特に基本方位に対する方向探知の方向、特に北Ｎからの角度、すなわち偏向を較正するように構成される。したがって、このアクションは、基地局に向いた方向探知の向きの角度を決定する。

特に好ましい実施形態では、移動体無線端末デバイスは、基地局の絶対位置が記憶されたデータベースを有し、その結果、方向探知によって位置特定される基地局の絶対位置をデータベース内で検索することができ、さらなる評価のために移動体無線端末デバイスで利用することができる。あるいは、またはさらに、移動体無線端末デバイスは、外部データベースにおいてこのデータベース検索を自動的に行うように構成することができる。好ましくは、データベースから検索されたデータが自動的にさらに処理される。

この位置決定は、例えば、緊急呼出しなどの場合に、セルラ移動体無線ネットワーク内での移動体無線端末デバイスの現在の位置を決定して自動的に送信するために使用することができる。さらなる可能な用途は、ナビゲーション、位置ベースのサービス、追跡用途、および位置特定機能を必要とする他のテレマティックス用途である。

したがって、本発明による方法では、好ましくは、移動体無線端末デバイスは、例えばセル識別（セルＩＤ）など送信される移動体無線セルの識別子が地理的位置に割り当てられているデータベースを利用する。データベースは、端末デバイスに組み込むことができ、または外部デバイスによって、例えば移動体無線端末デバイスによるデータベース検索を可能にするサーバによって提供することができる。

さらに、方向探知によって位置特定される基地局に対するメインローブ（無線ビーム）の主方向の相対角度が、採用される無線機器によって決定される。基地局の方向探知測定は、指向性アンテナ、特にＭＩＭＯアンテナを使用することによって可能になり、指向性アンテナの個々のアンテナの位相をずらすことによって、無線ローブを所与の基地局に向けて個別に調節することができる。この方法は、ＴＤＤ（時分割複信）モードが使用されるときに採用することができる。なぜなら、このとき、各時間間隔において、１つの移動体通信セル内の１つの移動体通信端末デバイスのみによって通信が実行されるからである。これを実現するための可能な移動体無線規格は、特に、ＧＳＭ（ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥを含む）、ＴＤＤモードでのＵＭＴＳ（ＨＳｘＰＡを含む）、ＷｉＭＡＸ、長期的進化（ＬＴＥ）、高速ＯＦＤＭパケットアクセス（ＨＳＯＰＡ）、またはＭＩＭＯアンテナの使用を可能にする他の移動体無線規格である。

特別な実施形態では、電子コンパスが端末デバイスに組み込まれ、それにより、測定されるメインローブの主方向の相対角度を、例えば北Ｎに対する絶対角度として決定できるようにする。

さらに、信号伝播速度をほぼ光速に設定することによって、基地局によって端末デバイスに送信される信号の信号伝播時間を距離に数学的に換算することができる。

しかし、方向探知の結果が、表面、例えば建物の側面などで信号が反射されることによって乱され、正確な角度をもはや決定することができないことがあり得る。したがって、本発明の方法は、特に、例えば高速道路などでのナビゲーションソリューションのためなど、都市部を外れた場所で使用することができる。さらに、できるだけ高い周波数を利用する複数の基地局を使用することによって精度を高めることができる。これは、端末デバイスと基地局の間での反射がない直接の「視線接続」の確率を高める。

ここで、方向探知アクションの評価によって単独または組合せでの様々な適用例が得られ、それらを２つの図に基づいて以下に説明する。

方向探知によって２つの基地局を位置特定することによる、位置決定に関する第１の適用例を示す図である。 方向探知によって基地局を位置特定すること、および信号伝播時間を測定することによる、位置決定に関する第２の適用例を示す図である。

図１に示される一実施形態では、端末デバイスの向き１１に対して２つの相対角度αおよびβが決定される。このために、２つの通信可能な基地局１２および１４、すなわち無線範囲内にある基地局が、端末デバイスの位置１３から方向探知によって位置特定される。次いで、位置１３から基地局１２および１４に対してそのようにして決定された２つの角度αおよびβが、端末デバイス自体の向き１１に対して関連付けられる。

ここで、基地局１２および１４の位置を含むジオデータベースを評価することによって、少なくとも２つの方角（方向探知の方向）の交点１３を決定することが可能である。したがって、基地局１２および１４に関する２つの方角の交点１３は、端末デバイスの位置を表す。

基地局１２および１４の絶対位置がジオデータベースから既知であるので、同様に、基地局１２および１４の位置に対する交点１３の相対位置決めだけでなく、絶対位置１３も決定することが可能である。

図２に示される第２の実施形態では、端末デバイス２２の位置を決定するために１つの基地局２１のみが必要とされる。基地局２１と端末デバイス２２の間で測定された信号伝播時間を使用して、移動体無線端末デバイス２２の位置と基地局２１の位置との距離ｄが決定される。さらに、測定された方角およびコンパス方向から、北方向Ｎに対する正規化された角度αが決定される。その結果、ここで、北Ｎに対する角度αおよび距離ｄから、基地局２１の位置に対する位置２２を計算することができる。基地局２１の絶対位置をそこから検索することができるジオデータベースに基づいて、端末デバイス２２の絶対位置を決定することができる。

さらに、２つの実施形態を組み合わせて、複数の基地局の方向探知による位置特定と伝播時間測定との組合せによって位置決定の精度を高めることができる。

したがって、本発明によれば、ＴＤＤ（時分割複信）モードを使用する移動体無線ネットワーク内で、指向性アンテナ、例えばＭＩＭＯアンテナを使用する方向探知によって端末デバイスの位置を決定するために、端末デバイスから基地局への無線ビーム、すなわち指向性アンテナのメインローブの所与の方向を使用する手法が提供される。移動無線端末デバイスの絶対位置を決定するために、システムは、方向探知によって位置特定される基地局の絶対位置をそこから検索することができるジオデータベースを利用することができ、その結果、方角（方向探知の方向）および基地局に対する相対位置の決定から、移動体無線端末デバイスの絶対位置を導出することができる。

さらに、移動体無線端末デバイスと方向探知によって位置特定された基地局との距離を決定するために、伝播時間測定を行うことができる。また、電子コンパスを移動体無線端末デバイス内に組み込むことができ、それにより、地理的位置決定を行うために、ジオデータベース、方角、測定される信号伝播時間、および電子コンパスを使用できる。

さらに、端末デバイス内のアプリケーションで位置決定のデータをさらに処理することができ、例えば、決定された移動体無線端末デバイスの位置を含む緊急呼出しを開始するときに自動通信を生成することができる。

基地局の絶対位置を含むジオデータベースを端末デバイス内に組み込むことができる。基地局の識別および割当ては、例えばセル識別を使用することによって行うことができる。

あるいはまた、ジオデータベースを外部に配置する、すなわち別のデバイスに置くこともでき、端末デバイスが、そのデータベースから情報を呼び出し、次いでさらにこの情報を評価／利用することができる。

Claims (7)

1. セルラ移動体無線ネットワーク内での移動体無線端末デバイス（１３、２２）の位置を決定するための方法であって、前記移動体無線ネットワークが、それぞれ基地局（１２、１４、２１）を備える複数のセルを有し、前記端末デバイス（１３、２２）が１つまたは複数の基地局（１２、１４、２１）にログインされる方法において、前記位置決定が、前記端末デバイス（１３、２２）を用いて、絶対位置が既知である少なくとも１つの基地局（１２、１４、２１）を位置特定するための方向探知アクションによって行われ、前記方向探知が、前記端末デバイス（１３、２２）に組み込まれた指向性アンテナを用いて、前記基地局（１２、１４、２１）の位置に指向性アンテナのメインローブを向けることによって行われること、および前記方向探知アクションに加えて、基地局（１２、１４、２１）と端末デバイス（１３、２２）の間での無線信号の伝播時間が測定され、この伝播時間から、前記基地局（１２、１４、２１）と端末デバイス（１３、２２）の距離（ｄ）を決定することができる／距離（ｄ）が決定されることを特徴とする方法。
2. ２つ以上の基地局（１２、１４、２１）を位置特定する方向探知アクションが、前記端末デバイス（１３、２２）によって行われ、方向探知アクションによって判明したこれらの方向の交点が決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記端末デバイス（１３、２２）による方向探知によって位置特定された各基地局（１２、１４、２１）の絶対位置が、分析のために端末デバイス（１３、２２）に伝送され、特に、前記絶対位置が、前記基地局によって前記端末デバイス（１３、２２）に直接提供され、および／またはデータベースを検索することによって提供されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記方向探知の方向が、標準の方向（１１）に関して、特にコンパスの方向に関して較正され、特に、北（Ｎ）に対する角度（α、β）が決定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 特に請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法を使用して実施するための、それぞれ基地局（１２、１４、２１）を備える複数のセルを有するセルラ移動体無線システム内で１つまたは複数の基地局（１２、１４、２１）にログインすることができる移動体無線端末デバイス（１３、２２）において、前記移動体無線端末デバイス（１３、２２）が、その位置を決定するために指向性アンテナを有し、前記端末デバイス（１３、２２）が、絶対位置が既知であり前記端末デバイス（１３、２２）がログインされる１つまたは複数の基地局（１２、１４、２１）に前記指向性アンテナのメインローブを向けることによって、１つまたは複数の方向探知アクションを行うように構成されること、および前記移動体無線端末デバイス（１３、２２）が、前記移動体無線端末デバイスと基地局（１２、１４、２１）の間での無線信号の伝播時間を測定するように、かつこの伝播時間から端末デバイス（１３、２２）と基地局（１２、１４、２１）の距離（ｄ）を決定するように構成されることを特徴とする移動体無線端末デバイス（１３、２２）。
6. 前記移動体無線端末デバイス（１３、２２）がコンパスを有し、標準の方向（１１）に対して、特にコンパスの方向に対して、特に北（Ｎ）に対して方向探知の方向を較正するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の移動体無線端末デバイス（１３、２２）。
7. 前記移動体無線端末デバイス（１３、２２）がデータベースを有し、データベース検索によって、方向探知によって位置される基地局（１２、１４、２１）の絶対位置を検索することができることを特徴とする請求項５または６に記載の移動体無線端末デバイス（１３、２２）。

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