JP2013513786A - 非同期ネットワーク局のクロックのずれを補正するための補正因子の計算を用いたｔｄｏａに基づく位置測定方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ユーザーデバイスからの信号の到達時間差を得るために、個々の受信局のクロックの相対的な挙動を引き出し、相応にモデル化するクロッキング方法、クロッキング装置、およびコンピュータプログラム製品を提供する。本発明は、モデル化されたクロック挙動に基づいて、到達時間差を補正して、複数の受信局のクロックを同期させることを必要とすることなく、受信したユーザー信号の正確なクロッキングを導くために使用することができる。この原理は、複数の組の受信局、およびその受信局間で送信されるビーコン信号に適用でき、ユーザーデバイスの正確な位置推定を可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線モバイルネットワーク、すなわちモバイルユーザの位置を測定する機能を備えた無線ローカルネットワークのアクセスポイントに関連する方法、およびコンピュータプログラム製品に関する。

最近では、レストランや店舗を推薦するなどのサービスを適宜ユーザーに提供したり、または、救急医療サービスを提供するために、モバイル機器を使用しているユーザーの位置を測定することがますます重要になってきている。他方で、犯罪者に対して適切な法の処罰を与えるために、ユーザーの位置を測定することもまた重要になってきている。

モバイル機器の位置を測定するために、例えば、車輌の位置の測定、ルート計画、および運行指示（ナビゲーション）などに広く用いられている全地球測位システム（ＧＰＳ）を使用するなどの、衛星の支援による方法が、一般的に確立している。しかしながら、そのような方法には、専用の受信器および送信器が必要になるという不利益が伴う。この専用の送信器および受信器は、ナビゲーションの目的に特化しており、その上、ユーザーデバイスの面や、適切なナビゲーション信号の発信に対応する衛星を提供するための基盤（インフラ）の面で、さらなる技術的な努力を必要としている。

移動体通信のインフラおよび機器の市場における激しい競争の結果、競合者の間では、市場で価格競争に勝ち残るために、あるいは、競争上の優位性を獲得するために、モバイル機器およびそのインフラを技術的に単純なものに保つ傾向が強くなっている。したがって、ユーザーに対して適切なサービスを提供できるようにすることを目的としたユーザーの位置を測定するために、技術的に単純であると同時に信頼性があり、効率的で十分な精度を有するモバイル機器用位置検出サービスの提供が強く求められている。

そこで、ユーザーのモバイル機器から発せられた信号を固定の受信局で受信することによってユーザーの位置を測定する方法、および、ユーザーデバイスから複数の互いに異なる固定の受信局への互いに異なる複数の信号の伝播に基づいてユーザーデバイスの位置を計算する方法が、確立されてきた。そのような環境では、位置の測定に関わる全ての機器が、それらの機器の対応する解析を共通のクロックに基づいて行うことが重要である。そのようなシステムによる測位の精度は、位置の測定に関わる伝播遅延を測定するのに使われる複数のクロックの精度と、それらのクロックの、対応する同期性とに直接的に関連する。

１つの方法は、到達時間差（ＴＤＯＡ）に基づく方法であって、距離を計算する間接的な方法として、信号が２つの行き先へ伝わるのに要する時間の差を使うものである。例えば、無線機からの信号を受信する基地局が最低でも３つあれば、信号が基地局の通信塔にそれぞれ到達するのに要する時間の差を、モバイルユニットの位置を三角法で測るのに使用することができる。ＴＤＯＡシステムは、如何なる専用アンテナも必要としないため、インフラは簡素なものに保たれる。位置測定がなされる必要のある携帯通信端末が発信したとき、対象の携帯通信端末の信号の到達時間は、各基地局またはその信号を受信できるアクセスポイントにおいて、ＴＤＯＡ測位ユニットによって記録される。携帯通信端末の信号は、一定速度（光速）で進むので、任意の２方面へ向かう信号の到達時間を比較することで、各方面に対する携帯通信端末の相対位置を簡単な計算により決定できる。プロットすると、この関係によって仮想的な双曲線が空間に描かれる。対象の携帯通信端末は、この曲線上のどこかに位置するが、正確な位置を測定するには、さらなる情報が必要である。第３の基地局またはアクセスポイント側からの測定値を含めて同様の計算を行うと、Ａ、Ｂ、Ｃからの到達時間の差、例えば、ＡとＣの位置の間での到達時間の差、またはＢとＣの位置の間での到達時間の差を計算することによって、位置についての独立した双曲線を描くことができる。２つの双曲線ＡＢとＢＣとが交差する点が、対象の携帯通信端末の位置である。一般に、ＴＤＯＡでは、基地局またはアクセスポイントにおいて正確な時間の同期を行う必要があるが、対象のモバイル機器側では必ずしも必要ではない。クロック測定値が不正確であれば、大きな測位誤差を引き起こす可能性があることは、明白である。しかしながら、高いクロック精度、それに対応するマスタークロック、および関連する同期手順を実現するには、技術的に複雑な解決策を必要とし、他方で、適切なクロック基準を提供するために、基地局やアクセスポイントなどのインフラ設備に改変が必要となる。

したがって、クロック同期または高価なマスタークロックを必要としないモバイル機器の位置推定方法を提供することが求められている。

この問題は、請求項１に記載のクロッキング方法、請求項１３または１５に記載のクロッキング装置、および請求項１７に記載のクロッキングのためのコンピュータプログラム製品によって解決される。

本発明のさらに有利な展開は従属請求項により提供される。

本発明による方法は、無線モバイルネットワークの基地局または無線ローカルネットワークのアクセスポイントが既知の位置にあり、したがって、位置関係が一定の状態にあるという事を有効に利用し、有利である。これによって、この基地局間で送信されて個々に受信されるビーコン信号の信号伝播遅延を計算することができる。すなわち、これは、既知の信号伝播速度と、それぞれの基地局間の距離とに基づいて計算される。

その上、到達時間差を判定することで、２つの個々の受信局のローカルクロックの相互の関連を判定できるため、絶対値は必要ではない。このように、個々の受信局で独自に識別された信号の受信時間を測定することによって、対になった個々の受信局の相対的なクロックの挙動をモデル化することができ、既知の到達時間差の絶対的な値とともに利用して、それぞれの基地局または無線アクセスポイントによって受信されたユーザーのモバイル機器からの信号に対する補正値を計算し、それに対応するユーザー信号の到達時間差を補正することができる。したがって、本発明による方法によれば、追加のハードウェアを使用することなく、適切な測定値の適切な計算をアクセスポイントおよび基地局に関連付けるだけで、本発明の問題は解決する。

本発明による方法の例をさらなる展開によれば、複数の信号の送信およびタイムスタンプが解析され、それによって、モデル曲線により高い精度が与えられ、好都合である。

本発明の方法のさらなる展開によれば、信号は、無線で送信されるため有利であり、ケーブルや配線を配備する必要がないので、非常に簡単なインフラ設備とすることが可能になり、好都合である。

本発明の方法のさらなる展開によれば、前記の信号は、ビーコン信号として実現されるので、本発明の環境において使用されるビーコン信号をすでに送信している通常の無線アクセスポイントまたは基地局を使用することができ、有利である。

本発明による方法のさらなる展開によれば、信号はフレームであり、フレームは、もともと、フレーム番号に固有の識別特性を有するという利点を備えているので、現在使用されている送信システムにおいて、本発明の方法を実施することがさらに容易になり、好適である。

本発明の展開によれば、フレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格などのローカルエリアネットワークのプロトコルに準拠するフレームとして実現でき、さらに有利である。このように、規格は、本発明に容易に適合できるため、一般的に使用されている送信規格は、本発明による方法に組み入れるのに好適である。

本発明による方法の一実施態様によれば、到達時間差をモデル化するために、最小二乗法による多項式を使用することができる。というのは、そのような多項式は、数学的構造が単純であると同時に、モデル化の過程において少しも精度を落とす犠牲を払うことなく、本発明の方法にかかる２つのクロックの依存関係の記述の必要条件を十分に満足でき、都合がよい。

本発明による方法の実施態様のさらなる展開によれば、本発明の方法による任意の時点でクロッキングの精度を向上させるために、少なくとも１つの信号が、任意の時点の前に送信され、１つの信号が、任意の時点の後に送信されるのが好都合である。

本発明による方法のさらなる展開によれば、本発明にかかる方法のさらなる実施態様によるクロッキングを判定するのに最高の精度を提供するために、同一数の信号が、時間内の任意の時点の前および時間内の任意の時点の後に、確実に送信されるのが有利である。

本発明の方法のさらなる展開によれば、異なる対の受信局における到達時間差を使って、到達時間差に基づく位置判定方法によってモバイル局の位置を正確に判定することができ、有利である。これにより、２本の双曲線を判定して、それらの対応する交点をモバイル機器の位置として判定できる。

本発明は、少なくとも第１、第２、および第３の機器を備え、第１の機器は、固有の識別子を有する少なくとも第１および第２の信号を送信するための送信手段を備え、第２および第３の機器は、少なくとも第１および第２の信号を受信するための受信手段およびクロックと、信号の受信時にそれぞれ測定された第２および第３のローカルクロックを信号にそれぞれ対応付け、第２および第３の機器のローカルクロックの値の、少なくとも２つの対を導く処理手段と、ローカルクロックの値の対に基づいて、第２および第３のローカルクロックの経時的な依存関係の時間関数を第１のモデル曲線としてモデル化するためのモデル化手段と、を備え、第２および第３の機器は、さらにユーザーデバイスからのユーザー信号を任意の時点で受信し、ユーザー信号を受信すると、第２および第３の機器の第２および第３のローカルクロックをそれぞれ用いて測定された受信時間をユーザー信号に対応付け、第２および第３の機器のローカルクロックのユーザー値対を導くように構成されたものであり、一定の位置関係から、第１および第２の機器の間と第１および第３の機器の間とのそれぞれの距離と、既知の信号伝播速度とに基づいて、第２および第３の機器で受信された第１の機器からの信号に対する基準到達時間差ＲＴＤＯＡを計算し、かつユーザー値からユーザー到達時間差ＵＴＤＯＡを計算する処理手段と、第１のモデル曲線を形成する値を任意の時点で判定し、この値に基づいて、判定到達時間差ＤＴＤＯＡを計算する手段と、を含み、処理装置は、現在の補正因子を判定するために、ＲＴＤＯＡとＤＴＤＯＡとを関連付けて、クロッキングのために、現在の補正因子を使って、ＵＴＤＯＡを補正するように構成されているクロッキング装置を提供する。

本発明にかかる装置は、本発明によるクロッキングを実現するために最少の数の受信機から構成され、それによって、競争力のあるやり方で、本発明の課題を解決できる簡素なインフラを提供し、有利である。

本発明にかかる装置のさらなる展開によれば、実行する必要のある負荷のかかる計算タスクを実行するためにサーバーを利用することができ、それによって、受信局をさらに単純化させることができ、モバイル機器の位置を計算するために、受信した信号に対応付けられた時間情報とともにその受信信号の各識別子を計算サーバーに相応に通信することのみを要求し、都合が良い。

本発明のコンピュータプログラム製品は、格納および送信する手段を提供することによって、基地局およびアクセスポイントでそれぞれ本発明の方法を実行するための簡単な手段を提供するので、都合が良い。

次に、図面に示した例と実施形態とによって、本発明をさらに説明する。

図１は、本発明の実施形態による単純な送信器および受信器の装置を示す図である。 図２は、２つの受信局の相対的なクロックの挙動の例を示す図である。 図３は、本発明の実施形態にかかる信号送信の例を示す図である。 図４は、本発明の実施形態にかかる到達時間差に基づくユーザー位置の推定方法を説明するフローチャートである。 図５は、本発明にかかるコンピュータプログラム製品の例を挙げた図である。 図６は、本発明にかかる機器の例を示す図である。

本発明を特定の実施形態に関して所定の図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。記載された図面は、単に概略的に描かれたものであって、これに限定されるものではない。図面において、いくつかの要素の大きさは説明のために拡大して描かれている場合があり、縮尺通りに描かれていない。本明細書および特許請求の範囲において、「含む」という用語を使用している場合、他の要素またはステップを除外することを意味していない。単数の名詞について言及している場合、特段の断りのない限り、その名詞が複数である場合も含むものとする。

「含む」という用語は、特許請求の範囲において使用される場合、その後に列記されている手段に限定されるものと解釈されるべきではない。この用語は、他の要素またはステップを除外することを意味しない。したがって、「手段ＡおよびＢを含む機器」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢだけから成る機器に限定されるべきではない。これは、本発明に関しては、機器の、本発明に関連する要素が、ＡおよびＢであるということを意味しているにすぎない。

さらに、明細書および特許請求の範囲では、第１、第２、第３などの用語は、類似の構成要素同士を識別するために使われており、必ずしも、連続する順序や時系列順を説明するために使用されていない。そのように使われた用語は、適切な状況において置き換え可能であり、本明細書に記載された発明の実施形態は、本明細書の記載または例示とは別の順序で動作が可能であることが理解される。

さらに、明細書および特許請求の範囲中の上部、下部、〜の上方、〜の下方などの用語は、説明の目的のために使用しており、必ずしも、相対的な位置を説明するために用いられているものではない。そのように使われた用語は、適切な状況において置き換え可能であり、本明細書に記載された発明の実施形態は、本明細書に記載されたまたは例示された方向とは別の向きで動作が可能であると理解される。

図１に示された例のように、本発明の方法を具体化する基本構造は、３つのアクセスポイントＡＰ１、ＡＰ２、およびＡＰ４を含むか、またはそれらから成る。本発明を限定することなく、これらのアクセスポイントは、例えば、無線信号などの信号を受信し、送信する能力を有する任意の局とすることができる。中継装置、すなわち、受信器並びに送信器となり得る能力は、別個の送信局と受信局とを持つ必要がないので、資源の最適な利用を実現するという観点から一定の利点を有するものである。この場合、アクセスポイントは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠する無線ＬＡＮのアクセスポイントとすることができる。しかし、アクセスポイントは、信号を受信し、または多くの信号をそれぞれ受信し、あるいは特に固有の識別子とともに提供されうる無線信号、または信号を固有の信号として識別できるようにする要素を少なくとも備えることができる無線信号を受信し、それぞれを送信することのできる局とすることができるが、これに限定されない。例えば、各信号を互いに異なるフォーマットを有するものとし、信号を固有の信号とする固有の識別子を、そのフォーマットとすることが考えられる。

この場合、ＡＰ４局は、ＡＰ２局およびＡＰ１局により受信される固有の信号、または一連の固有の信号を送信する。各局のローカルクロックを用いて固有の信号を一つまたは複数受信すると、各ＡＰ１およびＡＰ２局は、その固有の信号を、固有の信号を受信した時刻に測定された各局のローカルクロックにより測定された時間に関連付ける。いかなる限定もすることなく、そのような関連付けは、ＡＰ２局およびＡＰ１局のローカルクロックの依存関係をプロトコルするために、ＡＰ４局からの同一の個々の固有の信号をＡＰ２局およびＡＰ１局に協調受信させて、１つ、２つ、または複数の固有の信号に対して実行されてよい。

多くの場合、ＡＰ１局、ＡＰ２局、およびＡＰ４局などの無線アクセスポイントでは、これらの局は、単純な構造であるため、低コストのクロッキングデバイスのみ採用される。そのような低コストのクロッキングデバイスには、そのようなクロックが、クロックの位相ドリフトおよび／または周波数ドリフトなどのクロックを不正確にするドリフトにつながる温度ドリフトの影響を受け、それによって、ＡＰ１局〜ＡＰ４局の個々のクロッキングに一定の不正確さが引き起こされるという欠点がある。ＡＰ１局〜ＡＰ４局のさまざまなクロックの絶対的なずれおよび速度差は、毎秒あたりのマイクロ秒のドリフトで、すなわち、百万分の１であるＰＰＭで数値化できる。これらのずれは、それらを測定させている場合、何秒もの、または何分もの長期間にわたって蓄積し、すなわち累積させて維持することができる。これによって、正確な測定ができる。累積させたずれ、またはそれに関連する何らかの値を、例えば、任意構成の測位エンジンに格納できる。測位エンジンは、到達時間差の計算を実行するサーバーの形で様々な局に実装可能である。

到達時間差の測定のためには、モバイル機器として実装可能なユーザーデバイス（不図示）と、２つ以上の受信局、例えば、ＡＰ２、ＡＰ１、およびＡＰ４との間の信号飛行時間の時間差を計算すればよい。

図１において、２４１０〜２４８０の符号を付した双曲線は、ＡＰ２とＡＰ４との間の遅延差が一定の線を示しており、一方、１４１０〜１４８０の符号を付した双曲線は、ＡＰ１局とＡＰ４局との間の遅延差が一定の線を示している。所与の例において１１０で示すように、ユーザーの位置は、双曲線１２０上のどこかになければならない。他方、同様に１４０で示すように、ユーザーの位置はまた、参照符号１３０で記した双曲線上のどこかになければならない。したがって、双曲線１１０と１３０との交点において、参照符号１４０によって示されるユーザーの位置、すなわちユーザーのモバイル機器の位置を特定することができる。

本発明の実施形態は、既知のＡＰ１局〜ＡＰ４局は、固定の位置関係にあるので、局間の距離は既知であるということと、各局間の距離に基づいて、それに対応して送信される信号の正確な伝播時間は、距離と伝播速度を用いることによって計算できるということを利用している。正確な計算に基づいて到達時間差を確定することによって、この正確な到達時間差の、該当する２つの局の不確かなクロックを用いて測定された到達時間差に対する関係を確定することができる。２つの受信局における到達時間差の時間的な依存関係のモデルに基づいて、２つの受信局の不確かなクロックで測定された到達時間差における相応の誤差値を特定する解析を行うことができる。さらに、システムは正確な計算に基づいて補正値を算出することができ、これによって、２つの受信局についての任意の時点における正確な到達時間差を導き出すことができる。例えば、これは、任意の時点における正確な値を、同時点におけるモデルから得られる値に対応付けて現在の補正値を計算することによって行うことができる。この場合における数学的操作は、これらの値の関係を求めるための除算と、ユーザーデバイスから受信された信号の補正された到達時間差を現在の補正値を用いて計算するための乗算とであることが好ましい。

このプロセスは、図１の実施形態で示した構成の一部である任意の２つの受信局について実行されてよい。

そのため、本発明によれば、絶対値の測定は必要とされておらず、その代わりに、任意の２つの受信局間でのクロックの相対的な挙動のみが、測定に必要とされる。他方で、もちろん、到達時間差は、ユーザーデバイスによって測定することもでき、それによって、ユーザーデバイスとの間で相応のデータを受信したり転送したりするためにさらに多くの準備が必要とされる。ユーザーデバイスの正確な位置の推定方法を実行するためには、望ましくは、３分の１メートルに相当するほぼ１ナノ秒程度のタイミング精度を必要とする。

図２は、参照符号２９０で示したＡＰ１およびＡＰ２の２つの局におけるクロック挙動の例を挙げた図である。縦軸は、ＡＰ２局におけるクロックのローカル時間が２７５で記されたものであって、横軸は、ＡＰ１局におけるクロックのローカル時間が２６５で記されたものである。参照符号２１５、２２０、２３０、２３５、２４０、２４５、および２５５で示した図中の三角形は、ＡＰ１およびＡＰ２においてそれぞれ固有の信号を受信した時間を示している。ＡＰ１およびＡＰ２のクロックが、正確かつ非常に精密に動作しているならば、三角形を結ぶ曲線はできず、三角形は直線上にならぶであろう。

この場合、信号伝播速度と、ＡＰ４とＡＰ２との間の距離と、ＡＰ４とＡＰ１との間の距離との計算結果に基づく信号の既知の伝播時間が、ＡＰ４からのビーコン信号であってよい信号の受信時間から減算されている。局の位置は既知であるので、そのような計算は、当業者が容易に実行できる。また、さまざまな三角形をつなぐ参照符号２１０で表した曲線は、あらゆる好適な回帰法または補間法によって、例えば、単純な多項式によってモデル化できると考えられる。一方、ローカルクロックの複数対の測定値を用いて学習させられたニューラルネットワークによる近似の値のような他の好適なモデル化技術が考えられる。参照符号２５０は、ユーザーのモバイル機器からの信号が、ＡＰ１局およびＡＰ２局でそれぞれ受信される任意の時点としての時間を示している。測定値間の滑らかな曲線は、多項式の曲線あてはめ（カーブフィッティング）によって得られ、それによって、ユーザーの観測時間におけるＡＰ１とＡＰ２との間の時間差が生成される。

不正確なローカルクロックの依存関係を、例えば、図３に示した構成でさらに説明する。特に、図３では、ＡＰ２局のローカルクロックを３２１で示し、ＡＰ１局のローカルクロックを３１１で示す。さらに、参照符号Ｔ_Ｐ４，２で記したＡＰ４局とＡＰ２局との間の信号伝播時間は、距離と伝播速度との計算に基づいて既知であり、これは、Ｔ_Ｐ４，１で示したＡＰ４とＡＰ１との間を送信される信号の伝播時間にもあてはまることが示されている。ＡＰ４局から送信される信号について取得された測定値および関連するタイミングは、例えば、多項式カーブフィッティングのような回帰分析などの好適なモデル化機能並びに必須の計算を実行する参照符号３８０で示したサーバーに送信することができる。その送信を参照符号３５０で記した矢印で例示する。例えば、相対的なクロックの挙動は、無線測定によって得ることができる。

例えば、伝播時間の補正は、以下の方法で実行できる。ＡＰ１およびＡＰ２の２つの受信局が、既知の位置にあることを前提とする。ＡＰ１およびＡＰ２のクロックは、ナノ秒で作動していて、互いに同期はしていない。したがって、ＡＰ１およびＡＰ２のクロックは、互いに対して時間的にドリフトしている。他方、ＡＰ１およびＡＰ２はいずれも、例えば、単一の送信局ＡＰ４からのフレームの形の同じ受信信号をそれぞれ正確にタイムスタンプすることができる。信号の伝播速度と局間の距離とに基づいて、ＡＰ４から送信されたフレームは、１ナノ秒当たり０．３ｍ伝播するので、ＡＰ４がＡＰ１から３０ｍ離れた距離にあり、かつＡＰ２から１８ｍ離れた距離にあることにより、３０ｍ／０．３ｍ／ｎｓ＝１００ｎｓの、ＡＰ４からＡＰ１まで伝播遅延が生じ、その一方、１８ｍ／０．３ｍ／ｎｓ＝６０ｎｓの、ＡＰ４からＡＰ２までの伝播遅延が生じることが既知である。ここで、例えば、ＡＰ１は、ＡＰ４から受信したフレームに読取値６２９，１５４，９２７ナノ秒をタイムスタンプする一方、ＡＰ２は、ＡＰ４から受信した同じフレームに読取値４０２，５４９，５７２ナノ秒をタイムスタンプする。この場合において、例えば、ＡＰ１では、ＡＰ４がフレームを送信したのと同一の時間におけるＡＰ１クロックの読取値は、６２９，１５４，９２７−１００＝６２９，１５４，８２７ナノ秒であったと計算され、一方、ＡＰ２では、ＡＰ４がフレームを送信したのと同一の時間におけるＡＰ２クロックの読取値は、４０２，５４９，５７２−６０＝４０２，５４９，５１２ナノ秒であったと計算される。これは、ＡＰ１のクロックが、６２９，１５４，８２７ナノ秒と読み取られた時点で、ＡＰ２のクロックが、４０２，５４９，５１２ナノ秒と読み取られたものであるということであり、その逆も同様である。しかしながら、既知の伝播遅延の計算では、局の位置が、一定のままであることが必要条件であり、この場合、既知の伝播遅延は、既知の定数のままであるから、既知の伝播遅延は、いつでも計算プロセスで減算できる。したがって、計算の順序の順番を入れ替えることは、常に可能である。以下の方法で、多項式曲線などの回帰曲線を観測中の関連するＡＰクロック動作にフィッティングすることができる。望ましくは、ユーザーの観測の相対的なタイミングを確定する必要がある瞬間にわたるｎ回の観測を含む時間セグメントの間中、関連するクロック挙動が監視される。例えば、同じビーコンの送信の既知の伝播時間について最終的に補正する必要がある記録されるｎ個の観測時間を、Ｔ_{ＡＰ１，ｉ}およびＴ_{ＡＰ２，ｉ}によって示した場合、多項式曲線を、例えば、観測データへの最小二乗法によるフィッティングで、例えば、
Ｔ_ＡＰ２＝ａ_０＋ａ_１Ｔ_ＡＰ１＋ａ_２（Ｔ_ＡＰ１）^２ （１）
の形で観測データにフィッティングしてよい。

次に、係数ａ_０、ａ_１、およびａ_２は、下記の式（２）によって、最小二乗法マトリックス技術を用いて観測データから
ａ＝（Ｘ^ＴＸ）^−１Ｘ^ＴＹ （２）
で容易に得ることができ、ここで、ａは、ａ_０、ａ_１、およびａ_２からなる列ベクトルであり、Ｙは、Ｔ_{ＡＰ２，１}〜Ｔ_{ＡＰ２，ｎ}のｎ個のＡＰ２観測値の列ベクトルであり、Ｘは、ＡＰ１観測値から形成されるｎ×３マトリックスであり、例えば、

である。

さらなる詳細は、ｈｔｔｐ：／／ｍａｔｈｗｏｒｌｄ．ｗｏｌｆｒａｍ．ｃｏｍ／ＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓＦｉｔｔｉｎｇＰｏｌｙｎｏｍｉａｌ．ｈｔｍｌを参照することにより得ることができる。

この例では、二次多項式を使用している。ここで、ａ_０は、一定の時間のずれを示し、ａ_１は、一定の周波数のずれを示し、ａ_２は、時間による線形周波数ドリフトを示している。二次解は、図２に示す複雑な曲線ではない曲線形状を与える十分に良好なもとのなる見込みがあるが、本発明を限定することはなく、より高次の多項式を用いることも可能である。しかしながら、Ｊ次の多項式を決定するために必要な測定値観測の数は多項式の次数によって変わり、少なくともＪ＋１回の測定値観測を必要とする。測定ノイズの影響を減らす必要がある場合は、実際には、より多くの測定値観測が必要となり、好ましい。

図４は、本発明の実施形態による位置判定プロセスの例を示すフローチャートである。４０５から、プロセスを開始する。４１０では、各局が、受信する各信号に対して各局自体のクロックで不正確な信号到達時間を測定する。本実施形態における４１５では、局は、個々の信号の到達時間と、関連する信号の識別子とを示す観測値を、例えば、位置計算のために採用可能な測位サーバーへ送信する。４２０では、この場合、サーバーは、一周期、例えば、数十秒の周期にわたる全ての測定値を格納する。４２５では、測位要求時に（または代案として周期的に）、ユーザーフレームなどの適切な信号を受信する各局は、各ローカルクロックを使って、ユーザー信号の代表である各特定のユーザーフレームの到達時間を測定し、４３０で、観測したユーザー信号の測定値、および、それに対応付けられた識別子および時間を測位サーバーに送る。４３５では、サーバーは、ユーザー信号を受信した無線局に対応する、無線局間の信号送信について格納された値を読み出して、４４０で、サーバーは伝播速度と、位置関係または既知の距離に基づいて、既知の伝播遅延を減算することによって、読み出された無線局間の通信についての観測値を補正する。続いて、４４５では、多項式を当てはめるなどの回帰分析が、無線局間の共通の相互通信を受信した無線局の対ごとに、補正値の対に対して実行される。４５０では、サーバーは、例えば多項式を使って、ユーザー信号が受信された時刻に対応する時刻における無線局間でのクロックのずれを推定する。４６０では、４５５で示すように無線局の各対に対して、ユーザー信号の到達時間差が計算され、対応する対の無線局からの格納された値と、クロックのずれの計算された多項式推定値と、に基づいて判定される因子の補正をされる。４６５では、補正された到達時間差の情報を測位アルゴリズムに送り、４７０では、推定されるユーザー位置を、図１に示したように２本の双曲線を交差させることによって計算して、参照符号１２０および１３０で記した双曲線の交点である矢印１４０で示すユーザー位置が判定され、４９５で読み出される。４７５で記されたように、このプロセスを反復すれば、様々なユーザー位置を測定できる。

図５は、本発明によるコンピュータプログラム製品の例を示す図である。参照符号５００は、本発明にかかる各方法のステップを表すプログラムコード５２０を含むデータキャリアを示している。当該コンピュータプログラム製品は、本発明の方法を、本発明のＡＰ１〜ＡＰ４の送受信局に送って実装するために、単純な構成要素で構成されおり、この場合、ＡＰ１〜ＡＰ４の送受信局は、ネットワークインターフェース、または相応のデータ読取器を備えている。本発明のデータキャリアは、磁気媒体や光媒体、またはフラッシュ記憶装置のようなハードウェア記憶媒体などの好適なデータキャリアであってよい。コンピュータプログラム製品はまた、あるコンピュータから別のコンピュータへプログラムコードをダウンロードするために、有線ネットワークまたは無線ネットワーク上に実装された特定のネットワークプロトコルによってネットワーク上で送信される信号によって表現されてもよい。

図６は、本発明による装置に採用できる無線局の例を示す図である。参照符号６００は、無線局、例えば、フレーム番号などのような固有の識別子によって好適に識別できる固有の信号を送信および／または受信できるアクセスポイント、またはその他の無線接続または有線接続の機器を示している。無線局は、機械的に、電気的に、またはユーザー設定にしたがってデータを入力し表示する任意の種類の入力／出力インタフェース６１０を有する。さらに、無線局は、受信器６１５および送信器６２０を有していて、それは例えば、ＧＳＭ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷＬＡＮの周波数帯、または有線または光学式の媒体で標準のパケット通信の処理を発信したり受信したりすることができる機器である。コントローラすなわちプロセッサ６２５は、無線局６００の機能を制御でき、必要な計算を実行する能力を有する。さらに、通信データおよび動作データを格納するための任意の光半導体デバイスまたは磁気デバイスのような形態であってよい記憶部６３０が設けられている。参照符号６３５は、電源を示しており、バッテリーまたは壁面コンセントに接続される変圧器であってよい。内部の構成要素は、すべて、好適なシステムバス６５０によって接続されており、無線局６００が適切に動作するのを保証する。無線局６００と同様に、計算サーバー３８０は、ユーザーデバイスの位置測定および必要な通信を実行するために、相応に寸法を決められた６１０、６１５、６２０、６２５、６３０、および６５０で示された構成要素のうち１つまたはすべてを備えていてよい。

Claims (17)

1. 一定の位置関係にある第１の機器（ＡＰ４）、第２の機器（ＡＰ２）、および第３の機器（ＡＰ１）に少なくともかかわるクロッキング方法であって、
   少なくとも前記第１の機器（ＡＰ４）が、固有の識別子を有する少なくとも第１および第２の信号を送信することと、
   少なくとも前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）が、前記第１および第２の信号を受信すると、前記第２および第３の機器のそれぞれの第２のローカルクロック（３２１）および第３のローカルクロック（３１１）を用いて測定された受信時間を、前記第１および第２の信号にそれぞれ対応付け、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）のローカルクロックの値の、少なくとも２つの対を得ることと、
   前記ローカルクロックの値の対に基づいて、前記第２のローカルクロックと前記第３のローカルクロックの、経時的な依存関係の時間関数を第１のモデル曲線としてモデル化することと、
   任意の時点において、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）がユーザーデバイスからのユーザー信号を受信し、前記ユーザー信号を受信すると、前記第２および第３の機器のそれぞれの前記第２のローカルクロック（３２１）および前記第３のローカルクロック（３１１）を用いて測定された受信時間を前記ユーザー信号に対応付け、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）のローカルクロックのユーザー値対を導くことと、
   前記一定の位置関係から、前記第１の機器（ＡＰ４）および前記第２の機器（ＡＰ２）間の距離、前記第１の機器（ＡＰ４）および前記第３の機器（ＡＰ１）間の距離それぞれと、既知の信号伝播速度と、に基づいて、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）において受信される前記第１の機器（ＡＰ４）からの信号に対する基準到達時間差ＲＴＤＯＡを計算することと、
   前記ユーザー値対からユーザー到達時間差ＵＴＤＯＡを計算することと、
   任意の時点で、前記第１のモデル曲線から値を判定し、この値に基づいて、判定到達時間差ＤＴＤＯＡを計算する工程と、
   現在の補正因子を判定するために前記ＲＴＤＯＡを前記ＤＴＤＯＡに関連付ける工程と、
   クロッキングのために、前記現在の補正因子を使って前記ＵＴＤＯＡを補正する工程と、
   を含む方法。
2. ２つ以上の信号が送信され、すべての信号に対して、それぞれのモデル曲線がモデル化されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記信号は、無線で送信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. 前記信号は、ビーコン信号であ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. 前記信号は、フレームであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記固有の識別子は、フレーム番号であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記フレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠するフレームであることを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記時間関数の前記モデル化は、最小二乗法による多項式のあてはめを含むことを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 少なくとも１つの信号が、前記任意の時点より前に送信され、少なくとも１つの信号が、前記任意の時点の後に送信されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 同数の信号が、前記任意の時点の前および後に送信されることを特徴とする、請求項２〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第１の機器（ＡＰ４）、第２の機器（ＡＰ２）、および第３の機器（ＡＰ１）と一定の位置関係にある２つ目の第３の機器を含み、第２のモデル曲線をモデル化して、さまざまな前記２つ目の第３の機器および前記第２の機器（ＡＰ２）または前記第３の機器（ＡＰ１）に関して、ユーザーの第２のＴＤＯＡを計算する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. ユーザーの第１および第２のＴＤＯＡに基づいて、ユーザーデバイスの位置を測定するためのものである、請求項１１に記載の方法。
13. 少なくとも第１の機器（ＡＰ４）、第２の機器（ＡＰ２）、および第３の機器（ＡＰ１）を備え、
    前記第１の機器（ＡＰ４）は、固有の識別子を有する少なくとも第１および第２の信号を送信する送信器（６２０）を備え、
    前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）は、前記少なくとも第１および第２の信号を受信するための受信器（６１５）およびクロックと、前記それぞれの信号の受信時にそれぞれ測定された第２のローカルクロック（３２１）および第３のローカルクロック（３１１）を前記信号にそれぞれ対応付け、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）のローカルクロックの値の、少なくとも２つの対を導くコントローラ（６２５）とを有し、
    前記ローカルクロックの値の対に基づいて、前記第２および第３のローカルクロックの経時的な依存関係の時間関数を第１のモデル曲線としてモデル化する処理装置（６２５）と、を含み、
    前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）は、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）においてユーザーデバイスからのユーザー信号を任意の時点で受信し、前記ユーザー信号を受信すると、前記第２および第３の機器の前記第２のローカルクロック（３２１）および第３のローカルクロック（３１１）をそれぞれ用いて測定された受信時間を前記ユーザー信号に対応付け、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）のローカルクロックのユーザー値対を導くようにさらに構成され、
    前記処理装置（６２５）は、前記第１の機器（ＡＰ４）および前記第２の機器（ＡＰ２）間と、前記第１の機器（ＡＰ４）および前記第３の機器（ＡＰ１）間とのそれぞれの距離と、既知の信号伝播速度とに基づいて、前記第２の機器（ＡＰ２）および第３の機器（ＡＰ１）において受信された前記第１の機器（ＡＰ４）からの信号に対する基準到達時間差ＲＴＤＯＡを計算し、前記ユーザー値対からユーザー到達時間差ＵＴＤＯＡを計算するように構成され、
    前記処理装置（６２５）は、前記第１のモデル曲線を形成する値を前記任意の時点で判定し、当該値に基づいて、判定到達時間差ＤＴＤＯＡを計算するようにさらに構成され、
    前記処理装置（６２５）はさらに、現在の補正因子を判定するために、前記ＲＴＤＯＡとＤＴＤＯＡとを関連付けて、
    クロッキングのために、前記現在の補正因子を使って、前記ＵＴＤＯＡを補正するように構成されているクロッキング装置。
14. 計算およびモデル化を実行するために、前記機器（ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ４）に接続された前記処理装置（６２５）を備えたサーバー（３８０）を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 少なくとも第１の機器（ＡＰ４）、第２の機器（ＡＰ２）、および第３の機器（ＡＰ１）を備え、
    前記第１の機器（ＡＰ４）は、固有の識別子を有する少なくとも第１および第２の信号を送信する送信手段を備え、
    前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）は、前記少なくとも第１および第２の信号を受信するための受信手段およびクロックと、前記信号のそれぞれの受信時にそれぞれ測定された第２のローカルクロック（３２１）および第３のローカルクロック（３１１）を前記信号にそれぞれ対応させ、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）のローカルクロックの値の、少なくとも２つの対を導く処理手段とを有し、
    前記ローカルクロックの値の対に基づいて、前記第２および第３のローカルクロックの経時的な依存関係の時間関数を第１のモデル曲線としてモデル化するモデル化手段と、を備え、
    前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）は、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）においてユーザーデバイスからのユーザー信号を任意の時点で受信し、前記ユーザー信号を受信すると、前記第２および第３の機器の前記第２のローカルクロック（３２１）および前記第３のローカルクロック（３１１）をそれぞれ用いて測定された受信時間を前記ユーザー信号に対応付け、前記第２の機器（ＡＰ２）および前記第３の機器（ＡＰ１）のローカルクロックのユーザー値対を導くようにさらに構成され、
    前記一定の位置関係から、前記第１の機器（ＡＰ４）および前記第２の機器（ＡＰ２）間の距離、前記第１の機器（ＡＰ４）および前記第３の機器（ＡＰ１）間の距離と、既知の信号伝播速度とに基づいて、前記第２の機器（ＡＰ２）および第３の機器（ＡＰ１）において受信された前記第１の機器（ＡＰ４）からの信号に対する基準到達時間差ＲＴＤＯＡを計算し、前記ユーザー値対からユーザー到達時間差ＵＴＤＯＡを計算する処理手段（３８０）と、
    前記第１のモデル曲線を形成する値を任意の時点で判定し、当該値に基づいて判定到達時間差ＤＴＤＯＡを計算する手段と、を含み、
    前記処理手段（３８０）は、現在の補正因子を判定するために、前記ＲＴＤＯＡとＤＴＤＯＡとを関連付け、
    クロッキングのために、前記現在の補正因子を使って、前記ＵＴＤＯＡを補正するように構成されていることを特徴とする、クロッキング装置。
16. 計算およびモデル化を実行するために、前記機器（ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ４）に接続されたサーバー（３８０）を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. コンピュータが読み出して実行すると、請求項１〜１３に記載の方法のうちのいずれかを実行するプログラムコードが格納された記録媒体（５００）を含むことを特徴とする、コンピュータプログラム製品（５００）。

Images