JP2023508227A - 方向性送信の匿名収集 - Google Patents

Abstract

コミュニケーションの方法は、無線ネットワークの第１の局（２８）において、複数のアンテナを有する第２の局（２４）によって無線ネットワークを介して送信されたビーコンを検出するステップを有する。ビーコンに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して、第１の局から第２の局へ無線ネットワークを介して送信要求（ＲＴＳ）フレームが送信される。第１の局は、ＲＴＳフレームに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して、複数のアンテナを介して第２の局によって、無線ネットワークを介して送信される送信可能（ＣＴＳ）フレームを受信し、そして受信したＣＴＳフレームに基づいて、第２の局から第１の局への送信角度を推定する。【選択図】図４

Description

本発明は、一般に、無線通信システム、特に無線ネットワーク信号に基づく位置特定のための方法に関する。

携帯電話などの移動無線送受信機の位置を見検出するための様々な技術が当技術分野で知られている。たとえば、現在、ほぼすべての携帯電話に全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機が搭載されており、静止衛星から受信した信号から位置座標を取得する。ただし、ＧＰＳは弱い衛星信号に依存しているため、屋内や混雑した都市環境では、たとえあったとしても、うまく機能しない。セルラーネットワークは、携帯電話と複数のセルラーアンテナの間で送受信される信号に基づいて電話の位置を三角測量することもできるが、この手法は不正確で信頼性がない。

既存の無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）インフラストラクチャに基づいて、屋内位置決めのための多くの方法が提案されている。そのようなアプローチの１つは、たとえば、ＳＩＧＣＯＭＭ ‘１５（ロンドン、英国、２０１５年８月１７～２１日）で公開されたＫｏｔａｒｕ他著、「ＳｐｏｔＦｉ：ＷｉＦｉを使用したデシメートルレベルの位置決め」で説明されている。著者によると、ＳｐｏｔＦｉは、アクセスポイントから受信したマルチパス要素の到来角（ＡｏＡ）を計算し、フィルタリングと推定の手法を使用して、位置決めターゲットとアクセスポイント間の直接経路のＡｏＡを識別する。

別の例として、米国特許出願公開第２００９／０２４３９３２号（特許文献１）は、モバイルデバイスの位置を決定するための方法を記載している。この方法は、複数の場所が既知の間で信号を送信し、場所が未知のモバイルデバイスなどのデバイスにおいて信号を受信することを含む。信号は、異なる周波数の複数のトーンが含み、結果的に残留位相差のセットをもたらすことができる。モバイルデバイスの位置は、既知の位置と、送信されたトーン間の周波数および位相差を使用して決定することができる。一実施形態では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号をアクセスポイントとモバイルデバイスとの間で使用して、モバイルデバイスの位置を決定することができる。

米国特許第９，８１４，０５１号（特許文献２）は、その開示が参照により本明細書に組み込まれるが、無線送信機の少なくとも第１および第２のアンテナからそれぞれ送信される少なくとも第１および第２の信号を所与の場所で受信することを含む信号処理の方法を記載している。少なくとも第１および第２の信号は、送信された信号間の事前定義された周期的遅延を伴うマルチキャリア符号化方式を使用して同一のデータを符号化する。受信した第１信号と第２信号は、第１信号と第２信号の間の位相遅延の測定値を導出するために、周期的遅延を使用して処理される。位相遅延の測定に基づいて、無線アクセスポイントから特定の場所への第１信号と第２信号の出発角度が推定される。

ＲＴＳ／ＣＴＳ（送信要求／送信可能）メカニズムは、ＩＥＥＥ ８０２．１１メディアアクセス制御（ＭＡＣ）標準に従って、キャリア検出と衝突回避の目的でＷＬＡＮにおいて使用される。ＷＬＡＮ内の局は、ネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を維持して、無線メディアがビジーであると見なされる時間を示し、たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１－２０１２標準のセクション９．３．２．４で説明されているように、ＲＴＳ／ＣＴＳメカニズムを使用してＮＡＶを更新する。発信局は、ＷＬＡＮを介してＲＴＳフレームを送信する。受信機アドレス（ＲＡ）は、フレームの送信先の局のＭＡＣアドレスを示し、送信機アドレス（ＴＡ）は、フレームを送信する局のＭＡＣアドレスを示す。ＲＴＳフレームを受信すると、受信局はＣＴＳフレームを送信する。このフレームでは、ＲＡがＲＴＳフレームのＴＡ値に設定される。ＲＴＳまたはＣＴＳフレームを受信した局は、ＮＡＶ設定を更新し、ＮＡＶ値で示される期間は送信を控える。この期間中、発信局は競合することなく１つまたは複数のデータフレームをＷＬＡＮ経由で送信できる。

米国特許第８，５０４，０６３号（特許文献３）は、第１のデバイスが複数のアンテナでのビームフォーミング操作を利用して第２のデバイスに信号を指向性送信できる方法およびシステムを記載している。第１のデバイスは、第２のデバイスから信号を受信して、第２のデバイスとの匿名の指向性ピアツーピア無線通信リンクを確立することができる。送信された信号は、送信要求（ＲＴＳ）信号を含み得、受信された信号は、送信可能（ＣＴＳ）信号を含み得る。送信された信号は、前文またはフレーム構造の他の部分に埋め込まれ得る第１のデバイスに対応する関連識別（ＩＤ）を含み得る。リンクが確立されると、たとえばプロファイル情報などのユーザ情報やメッセージが、あるデバイスから別のデバイスに送信される場合がある。

米国特許出願公開第２００９／０２４３９３２号 米国特許第９，８１４，０５１号 米国特許第８，５０４，０６３号

以下に記載される本発明の実施形態は、位置検出のための改善された方法およびシステムを提供する。
したがって、本発明の実施形態によれば、無線ネットワークの第１の局において、複数のアンテナを有する第２の局によって無線ネットワークを介して送信されたビーコンを検出するステップを有する、コミュニケーションの方法が提供される。ビーコンに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して、第１の局から第２の局へ無線ネットワークを介して送信要求（ＲＴＳ）フレームが送信される。第１の局は、ＲＴＳフレームに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して、複数のアンテナを介して第２の局によって、無線ネットワークを介して送信される送信可能（ＣＴＳ）フレームを受信すし、そして受信したＣＴＳフレームに基づいて、第２の局から第１の局への送信角度を推定する。

開示された実施形態では、ビーコンを検出するステップは、第１の局において、シングルキャリア変調方式を使用して、第２の局によって送信された信号をビーコンとして識別するステップを有する。一実施形態では、シングルキャリア変調方式は、相補コードキーイング（ＣＣＫ）方式であり、一方、マルチキャリア変調方式は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式である。

いくつかの実施形態では、ビーコンを検出するステップは、ビーコンから第２の局の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスを抽出するステップを有し、ＲＴＳフレームを送信するステップは、ＭＡＣアドレスを受信機アドレス（ＲＡ）としてＲＴＳフレームに挿入するステップを有する。開示された実施形態では、ＲＴＳフレームを送信するステップは、第２の局のＭＡＣアドレスを符号化するスプーフィングされたアドレスを生成し、スプーフィングされたアドレスを送信機アドレス（ＴＡ）としてＲＴＳフレームに挿入し、それによって第２の局に対し、スプーフィングされたアドレスを受信機アドレス（ＲＡ）としてＣＴＳフレームに挿入するようにさせる。次に、ＣＴＳフレームを受信するステップは、第２の局がＣＴＳフレームを送信したことを識別するために、ＣＴＳフレームの受信機アドレス（ＲＡ）を復号するステップを有する。一実施形態では、第２の局は、無線ネットワーク内のアクセスポイント（ＡＰ）を含み、第２の局のＭＡＣアドレスは、ＡＰの基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を有する。

通常、ＣＴＳフレームを受信した後、第１の局が少なくとも１００ミリ秒の間、それ以上のフレームを第２の局に送信しない。

開示された実施形態では、ＣＴＳフレームを受信するステップは、第２の局の複数のアンテナからそれぞれ送信された複数の信号を、複数の信号間の事前定義された周期的遅延で受信するステップを有し、そして出発角度を推定するステップは、周期的遅延を使用して複数の信号間の位相遅延を測定し、そして測定された位相遅延を使用して出発角度を顕出するステップを有する。

いくつかの実施形態では、第１の局は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内の移動局であり、第２の局は、ＷＬＡＮ内の固定アクセスポイント（ＡＰ）である。一実施形態では、方法は、複数のＡＰから移動局へのそれぞれの出発角度を推定することによって移動局の位置座標を検出するステップを有する。追加的または代替的に、ＲＴＳフレームを送信するステップと、ＣＴＳフレームを受信するステップは、移動局とＡＰとの間に関連付けを確立することなく、ＡＰとの間でＲＴＳフレーム送信し、およびＣＴＳフレームを受信するステップを有する。

一実施形態では、ＲＴＳフレームを送信しなかった第３の局において、第２の局からＣＴＳフレームを受信し、受信したＣＴＳフレームに基づき第２の局から第３の局への送信角度を推定するステップを有する。

本発明の実施形態によればまた、通信用の装置であって：複数のアンテナを有する局によって無線ネットワークを介して送信されるビーコンを検出するように構成される送受信機と；そしてビーコンに応答して送受信機を駆動し、マルチキャリア変調方式を使用して無線ネットワークを介して送信要求（ＲＴＳ）フレームを局に送信し、そして局から送受信機への出発角度を推計するために、ＲＴＳフレームに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して、複数のアンテナを介して局によって送信され、送受信機によって受信される送信可能（ＣＴＳ）フレームを処理する、ように構成されるプロセッサと：を有することを特徴とする、通信用の装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、追加的に、プログラム命令が格納されている非一過性コンピュータ可読媒体を含むコンピュータソフトウェア製品であって、命令は、プロセッサによって読み取られると、プロセッサに対し、複数のアンテナを備えた局によって無線ネットワークを介して送信されたビーコンを検出し、そしてビーコンに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して無線ネットワークを介して送信要求（ＲＴＳ）フレームを局に送信し、そして、局からの出発角度を推定するため、マルチキャリア変調方式を使用して、複数のアンテナを介して、ＲＴＳフレームに応答して、無線ネットワークを介して、送信クリア（ＣＴＳ）フレームを受信し、そして処理するようにさせる、ことを特徴とするコンピュータソフトウェア製品が提供される。

本発明は、その実施形態の以下の詳細な説明から、以下の図面と合わせて、より完全に理解されるであろう。
本発明の一実施形態による、無線位置検出のためのシステムの概略図である。 本発明の一実施形態による、送信機から受信機への無線信号の出発角度を導出する際に使用される座標フレームを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、モバイル通信装置の位置を検出するための方法を示す、図１のシステムの構成要素の概略図である。 本発明の一実施形態による、位置検出のための指向性送信の匿名収集の方法を概略的に示すフローチャートである。

ＩＥＥＥ ８０２．１１標準に従って動作するＷＬＡＮでは、アクセスポイント（ＡＰ）は、ビーコンフレーム（一般に単に「ビーコン」と呼ばれる）を定期的に送信して、その存在をアナウンスし、サービスセットのメンバーを同期する。ビーコンには、送信ＡＰの基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）が含まれ、ＡＰの機能に関する情報が含まれる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｎなどのＩＥＥＥ８０２．１１ファミリの標準の高度なメンバーでは、ＡＰは、マルチキャリア変調方式（具体的にはＯＦＤＭ）を使用して、複数のアンテナを介してビーコンを含むダウンリンク信号を送信する。 ＡＰは、異なるアンテナによって送信されるそれぞれの信号間に事前定義された周期的遅延を導入する。上記の米国特許第９，８１４，０５１号（特許文献２）は、受信機が異なるアンテナからの信号間の位相遅延を推定する際にこの周期的遅延をどのように使用できるか、および受信機が信号の出発角度を検出する際にこの位相遅延をどのように使用できるかを記載している。受信者へのＡＰ（たとえば、第１３欄、１１行－１８欄、４５行参照）。これらの推定手法は、マルチアンテナＯＦＤＭビーコンにも適用できる（同、第１５欄、１－１８行に記載されている）。このアプローチの利点の１つは、アンテナが１つしかない移動局でも、移動局がＡＰのＢＳＳＩＤとの関連付けを確立しなくても、ＡＰから移動局への出発角度を見つけることができることである。

ただし、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂなどのＩＥＥＥ８０２．１１ファミリの以前のメンバーは、ＯＦＤＭまたはマルチアンテナ伝送をサポートしていない。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂに従って、ＡＰは、シングルキャリア変調方式（相補コードキーイング（ＣＣＫ））を使用して、約２．４ＧＨｚの帯域でビーコンを送信する。従来の局との下位互換性を維持するために、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇやＩＥＥＥ８０２．１１ｎなどのより高度な機能を備えた多くのＡＰは、引き続きこの方法でビーコンを送信する。ビーコンは通常、ＡＰの複数のアンテナの中の単一のアンテナから全方向に送信される。したがって、これらのビーコンは、ＡＰから移動局への出発角度を見つけるために必要な位相情報を移動局に提供しない。

８０２．１１ｇまたは８０２．１１ｎ機能を備えた移動局がＡＰに関連付けられた後、ＡＰは複数のアンテナを介してＯＦＤＭ信号を移動局に送信する。 （ＩＥＥＥ ８０２．１１ｎに従って動作するＡＰは、２．４ＧＨｚ帯域または約５ＧＨｚの帯域でマルチアンテナ信号を送信できる。２．４ＧＨｚ帯域で動作する８０２．１１ｎＡＰは、「８０２．１１ｎｇ」ＡＰと呼ばれることもある。）ただし、この関連付けプロセスには時間がかかり、移動局が持っていない可能性のある資格情報を提示する必要がある。移動局が複数の異なるＡＰからの出発角度を推定することによってその位置を見つける、上記の米国特許第９，８１４，０５１号に記載されているようなアプリケーションは、より速い方法を必要とし、８０２．１１ｎｇＡＰなどのＡＰにマルチアンテナＯＦＤＭ信号の送信を開始するように促す。これらの必要性は、移動車両などで移動局が移動しているときに特に深刻である。

本明細書で記載される本発明の実施形態は、移動局とＡＰとの間のいかなる種類の関連付けも必要とせずに、ＡＰがそれらの複数のアンテナを介してマルチキャリア信号を送信するように誘導する際に移動局によって使用され得る技術を提供することによってこの必要性に対処する。これらの手法は、上記のＲＴＳ／ＣＴＳメカニズムを利用する。このメカニズムは通常、ＡＰのハードウェアロジックに実装されており、ＷＬＡＮ内の局間のあらゆる種類の関連付けから独立している。したがって、移動局と複数の異なるアクセスポイントの間で順番に迅速に実行できる。

実際、８０２．１１規格では、ＲＴＳフレームの受信者が短い制限時間内に応答する必要がある。このため、ＲＴＳ／ＣＴＳメカニズムは通常、ハードウェアロジックのＡＰによって実装され、ＲＴＳフレームの送信機アドレス（ＴＡ）の認証は一切含まれない。本発明のいくつかの実施形態は、以下に説明するように、ＴＡのスプーフィングにおいても、ＲＴＳフレームが向けられるＡＰのＭＡＣアドレスを符号化する際にも、この特徴を利用する。

ＲＴＳ／ＣＴＳは通常、衝突回避の目的で使用され、その直後に、ＲＴＳフレームを送信した局による１つ以上のデータフレームの送信が続く。しかしながら、本実施形態では、ＲＴＳフレームを送信する局は、次に受信するＣＴＳフレームを方向情報のソースとして使用し、通常、ＲＴＳフレームが送信された局に対しそれ以上のフレームを、それ以上ではないにしても、少なくとも１００ミリ秒の期間送信しない。ＲＴＳ／ＣＴＳメカニズムのこの新しいアプリケーションは、ＡＰから特定の移動局への出発角度を見つけるのに特に役立つ。しかし、それは、８０２．１１ ＷＬＡＮの局の間だけでなく、無線ネットワークの他の種類の局の間でも、他のマルチアンテナ方向探知技術を使用して局間の角度と方向を見つける場合に適用できる。

以下に説明する特定の実施形態では、ＷＬＡＮ内の移動局などの無線ネットワーク内の第１の局は、ＡＰなどの複数のアンテナを有する第２の局によって無線ネットワークを介して送信されるビーコンを検出する。ビーコンは、上で説明したように、ＣＣＫなどのシングルキャリア変調方式を使用して送信される。ビーコンに応答して、第１の局は、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア変調方式を使用して、ＲＴＳフレームを第２の局に送信する。ＲＴＳフレームに応答して、２番目の局はマルチキャリア変調方式を使用して複数のアンテナを介してＣＴＳフレームを送信する。次に、受信したＣＴＳフレームに基づいて、第２の局から第１の局への送信角度、例えば出発角度を推定することができる。

このアプローチには、ＡＰの近くにある複数の位置検出移動局に同時にサービスを提供できるという追加の利点がある。この種の状況では、１つの移動局がＲＴＳフレームを送信する。これにより、残りの移動局は独自のＲＴＳフレームを送信しなくなる。これらすべての移動局のほとんどは、ＡＰからＣＴＳフレームを受信するため、それら独自の、ＡＰからの出発角度を検出することができる。

（システムの説明）
図１は、本発明の実施形態による、無線通信および位置検出のためのシステム２０の概略図である。例として、図１は、ショッピングモールや通りなど、複数のアクセスポイント２２、２４、２６、…が、多くの場合、互いに独立した異なるＷＬＡＮ所有者によって展開される典型的な環境を示している。（表記「…」は、本説明において所与のタイプのアイテムを列挙する際に使用され、所与のタイプのアイテムの図のインスタンスがそのようなアイテムのより大きなグループの一部である可能性があることを示す。）アクセスポイントによって送信される信号はシステム２０によってカバーされるエリア内を自由に動き回るユーザ３２によって操作される移動局２８、３０、…の形の受信機によって受信される。図の実施形態では、局２８、３０、…は、スマートフォンとして示されている。しかし、ラップトップおよびタブレットコンピュータ、ならびに専用の無線タグなどの他の種類のモバイル送受信機は、同様の方法で使用でき、以下に説明するように、アクセスポイント２２、２４、２６、…の出発角度を同様に検出することができる。

図１に示すように、システム２０内のアクセスポイント２２、２４、２６、…のそれぞれは、２つまたは３つのアンテナ３４を有すると想定される。本発明の原理はより大きな数のアンテナをも有しうる固定送受信機にも適用できる。移動局２８、３０、…はそれぞれ、無線送受信機３７に接続された単一の全方向性アンテナ３６を有すると想定されている。しかし、角度を検出するための本明細書に記載の技術は、マルチアンテナ局によって同様に実施することができる。送受信機３７は、典型的には、物理層（ＰＨＹ）およびＭＡＣインターフェースを含む、当技術分野で知られている、適切なアナログおよびデジタルインターフェース回路を含む。

各移動局２８、３０、…は、それぞれのアクセスポイント２２、２４、２６、…からの信号の出発角度を推定し、そして各アクセスポイントに関する識別子（ＢＳＳＩＤなど）を抽出するために、アンテナ３６によってアンテナ３４から受信された信号を処理するそれぞれのプロセッサ３９を備える。出発角度は、アクセスポイントと移動局が共通の平面に近接していると仮定して、２次元で計算することも、３次元座標系で計算することもできる。これらの出発角度は、アクセスポイントの座標フレーム内のアクセスポイントと移動局間の方向の角度（図１でαとマークされている）を検出するために使用される。以下でさらに説明するように、移動局は、必ずしもアクセスポイントと関連付けなくても、これらの機能を実行することができる。

プロセッサ３９は通常、送受信機３７の適切なハードウェアベースの機能を呼び出しながら、適切なソフトウェアの制御下で本明細書に記載されている機能を実行する、組み込み型の多目的マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを備えている。このソフトウェアは、光、磁気、または電子メモリ媒体などの非一過性コンピュータ可読媒体に保管されうる。代替的または追加的に、プロセッサ３９の機能の少なくともいくつかは、プログラム可能なまたはハードワイヤード論理で実装され得る。通常、プロセッサ３９は、移動局２８、３０、…内で他のコンピューティングおよび制御機能も実行するが、これらの機能は、本発明の範囲内ではない。

本実施形態では、１つまたは複数のアクセスポイント２２、２４、２６、…は、レガシープロトコルに従ってビーコンを送信する。たとえば、前述のように、８０２．１１ｇまたは８０２．１１ｎｇアクセスポイントはＩＥＥＥ ８０２．１１ｂと互換性のあるビーコンを送信できる。これにより、ビーコンは２．４ＧＨｚ帯域の単一のキャリアを介してＣＣＫを使用して送信される。ビーコンは、送信アクセスポイントのＢＳＳＩＤを提供する。そのようなビーコンを受信すると、移動局２８などの移動局は、アクセスポイントとのＲＴＳ／ＣＴＳ交換を開始する。移動局は、交換においてＯＦＤＭ信号を使用してＲＴＳフレームを送信する。この交換により、アクセスポイントはＲＴＳフレームと同じ帯域でＯＦＤＭ信号を送信する。この帯域から、移動局とアクセスポイントの間に必ずしも関連付けを作成しなくても、出発角度を見つけることができる。この機能は、図４を参照して以下でさらに説明される。

同時に、移動局２８、３０、…は、インターネット通信の目的で、１つまたは複数のアクセスポイント２２、２４、２６、…に関連付けることができる。代替的または追加的に、移動局は、セルラーネットワークまたは他の接続を介してインターネットにアクセスすることができる。いずれにせよ、移動局２８、３０、…は、ネットワーク３８を介して収集した出発角度データおよびアクセスポイント識別をマッピングサーバ４０に通信する。この情報は、移動局のプロセッサ３９においてバックグラウンドで実行されている適切なアプリケーションプログラム（「アプリ」）によって自律的かつ自動的に収集および報告され得る。サーバ４０は、上記の米国特許第９，８１４，０５１号（特許文献２）に記載されているように、例えば三角測量によって、移動局のそれぞれの位置座標を見つけるために、移動局によって提供されたデータを処理することができる。

サーバ４０は、通常、プログラム可能なプロセッサ４２およびメモリ４４を備える汎用コンピュータを含む。本明細書で説明されるサーバ４０の機能は、通常、プロセッサ４２上で実行されるソフトウェアに実装され、光学、磁気、または電子メモリメディアなどの有形の非一過性コンピュータ可読媒体に格納され得る。

図２は、本発明の実施形態による、アクセスポイント２４と移動局２８との間で送信される無線信号の角度を導出する際に使用される座標フレームを概略的に示す図である。アクセスポイントと移動局のこの特定のペアは、純粋に便宜上選択されており、同様の原則が任意のペアに適用される。アクセスポイント２４は２つのアンテナ３４（Ｔｘ１およびＴｘ２とラベル付けされている）を有するものとして示されているが、同じ幾何学的原理が、線形配列に配置された３つ以上のアンテナを有するアクセスポイントに適用される。

アンテナ３４は、アンテナのベースを通過する線として配列の軸を定義する。アンテナは、配列の軸に沿って既知のアンテナ間距離 ｄ だけ離れている。 （配列の軸は、アンテナ３４を通る線である。図２に垂直の破線で示されている。）たとえば、無線アクセスポイントでは、距離 ｄ は半波長になるように設計されている。たとえば、２．４ＧＨｚの標準ＷＬＡＮ送信周波数で λ／ ２ ＝ ６．２５ｃｍであり、ここで、 λ は無線信号の波長である。図２に示すように、移動局２８のアンテナ３４からアンテナ３６への信号の出発角度 θ は、配列の軸の法線に対して取られる。アクセスポイント２４から移動局２８までの距離がｄよりかなり大きいと仮定すると、Ｔｘ２からのパス長と比較して、Ｔｘ１からアンテナ３６（Ｒｘと呼ばれる）までのパス長は ｄ＊ｓｉｎθ の差がある。

例として、Ｔｘ２からＲｘまでのパスの長さが６．００００ｍ、θ＝３０°であるとすると、Ｔｘ１からＲｘまでのわずかに長いパスは６．０３１２５ｍになる。この経路差は、９０°の位相差に変換される：Δφ＝ ｄｓｉｎ（π／６）＝λ／２ ＊ １／２ ＝ λ／４。位相差は、角度や伝送の波長（または周波数）によって異なる。アクセスポイント２４がＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に従ってＯＦＤＭ信号を送信する場合、上記の米国特許第９，８１４，０５１号に記載のように、例えば、移動局２８のプロセッサ３９は、アンテナ３４によって送信される信号間の周期的遅延に基づいて、位相差Δφを測定することができる。。あるいは、プロセッサ３９は、位相差を見つける際にアンテナ３４から受信された信号の他の特徴を検出して利用することができる。

図３は、本発明の実施形態による、移動局３０の位置を見つけるための方法を示す、図１のシステムの構成要素の概略図である。この方法は、アクセスポイント２２、２４、および２６のそれぞれの位置座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉとラベル付けされている）およびＢＳＳＩＤが、図の（Ｘ、Ｙ）軸によって示される基準フレームにおいて、サーバ４０によってすでにマッピングされていることを前提としている。マップには、各アクセスポイントのそれぞれの指向角度（φ_ｉ）、この場合、各アクセスポイントのアンテナ配列の軸の法線の方向も示されている。図３の方法では、２次元の基準フレームで出発角度を使用する（上記で説明したように、アクセスポイントと移動局が共通の平面に近接していると仮定する）。あるいは、この方法は、必要な変更を加えて、３次元に拡張することができる。

いくつかの実施形態では、マップは、他の移動局および／または他の入力データによって以前に行われた出発角度の測定に基づいて構築される。この場合の移動局は、アクセスポイントのそれぞれの識別子とともに、それらの位置および推定出発角度をサーバ４０に報告し、サーバはそれに応じてマップを構築する。サーバ４０は、アクセスポイントのオペレータによる協力を必要とせずに、このアクセスポイントマップを構築することができる。代替的または追加的に、マップは、ネットワークオペレータによって提供される情報および／または専用の機器を使用して行われる物理的測定値を組み込むことができる。

図３の実施形態では、移動局３０は、アクセスポイント２２、２４、および２６のそれぞれからマルチアンテナ信号を受信する。前述のように、移動局３０は、１つまたは複数のアクセスポイントとのＲＴＳ／ＣＴＳ交換を開始することができる。アクセスポイントにそのような信号を送信するように誘導するため。移動局は、ここで説明する手法とそれぞれのＢＳＳＩＤを使用して、図でθ_１、θ_２、およびθ_３とラベル付けされた各アクセスポイントのそれぞれの出発角度（ＡｏＤ）を抽出する。移動局３０は、これらの検出をネットワーク３８（図１）を介してサーバ４０に報告し、サーバ４０は対応する位置座標を返す。サーバは、アクセスポイントの位置座標および指向角度（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、φ_ｉ）を返すことができ、その場合、移動局３０は、これらの座標および測定された出発角に基づいて、自身の位置（ｘ_ｓ、ｙ_ｓ）を三角測量することができる。代替的または追加的に、移動局３０は、それが推定した出発角度の値をサーバ４０に伝達し、次に、サーバ４０は、位置座標を計算して、移動局３０に返す。

移動局３０の位置座標は、三角測量のプロセスによって計算される。出発角度の測定値は、マップの固定基準フレーム内で、アクセスポイントのそれぞれの位置座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）から角度α_ｉで伸びる射線を定義する。これらの角度は、それぞれの指向角度（φ_ｉ）と各アクセスポイントからの測定された出発角度（θ_ｉ）によって与えられる式 φ_ｉ＝θ_ｉ＋α_ｉ によって定義される。図３に示すように、移動局３０の位置座標（ｘ_ｓ、ｙ_ｓ）は、これらの射線の交点に対応する。

（アクセスポイントによるマルチアンテナ送信の誘導）
図４は、本発明の実施形態による、位置検出の目的のための指向性送信の匿名収集のための方法を概略的に示すフローチャートである。この方法は、前の図に示され、上で説明されたように、システム２０の要素を参照して、具体性および明確さのために、以下に説明される。

あるいは、ＲＴＳ／ＣＴＳ機能をサポートする他の種類のネットワーク内の局間の送信角度を推定する際に、必要な変更を加えて、この方法の原理を適用することもできる。ネットワークは、ＩＥＥＥ ８０２．１１ファミリのプロトコルに従って、またはＲＴＳ／ＣＴＳまたはクリアチャネル評価のための同等の方法をサポートする他の無線プロトコルに従って動作する場合がある。この方法を実施する局は、移動式または固定式のいずれかであり得る。例えば、固定局は、移動局の位置を見つける際に本方法を適用することができる。

この例では、移動局２８は、ビーコン受信ステップ５０でアクセスポイント２２、２４、２６、…からビーコンを受信する。各ビーコンには、ビーコンを送信するアクセスポイントのＢＳＳＩＤの形式のＭＡＣアドレスが含まれる。一部のビーコンは、マルチアンテナＯＦＤＭ信号として送信される場合がある。そのような場合、移動局２８は、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換に頼ることなく出発角度を導出することができるであろう。ただし、この例では、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂとの互換性のために、１つまたは複数のビーコンが２．４ＧＨｚ帯域のＣＣＫ信号などの全方向性のシングルキャリア信号として送信されると想定している。

移動局２８は、ＲＴＳ送信ステップ５２で、全方向性ビーコンを送信したアクセスポイント、たとえばアクセスポイント２２を選択し、選択したアクセスポイントにＲＴＳフレームを送信する。移動局は、適切なＯＦＤＭスキームを使用してＲＴＳフレームを送信する。移動局は、ＲＴＳフレームの受信機アドレス（ＲＡ）を、アクセスポイントから受信したビーコンによって示されるように、アクセスポイント２２のＢＳＳＩＤに設定する。移動局は、独自のＭＡＣアドレスを送信機アドレス（ＴＡ）としてＲＴＳフレームに挿入できる。しかし、本実施形態では、移動局は、アクセスポイント２２のＢＳＳＩＤを一意に符号化するスプーフィングされた値にＴＡを設定する。例えば、移動局２８は、ＢＳＳＩＤと同じ標準長の事前定義されたシードとＢＳＳＩＤとの間のＸＯＲを計算することができる。結果は、有効なＴＡの長さ（ビット単位）を持つアクセスポイント２２に固有の値になる。

このＲＴＳフレームを受信すると、アクセスポイント２２はＣＴＳフレームを送信することで応答し、ＲＴＳフレームのＴＡがＣＴＳフレームのＲＡとして挿入される。アクセスポイント２２は、ＣＴＳフレームをマルチアンテナ信号として、同じ帯域で、ＲＴＳフレームと同じ変調方式を使用して、すなわち、ＯＦＤＭを使用して送信する。移動局２８は、ＣＴＳ受信ステップ５４で、ＣＴＳフレームを受信する。アクセスポイント２２のＢＳＳＩＤを符号化するようにＲＴＳフレームのＴＡがスプーフィングされたと仮定すると、移動局は、ＣＴＳフレームのＲＡをデコードして、アクセスポイントのＢＳＳＩＤを回復する（たとえば、以前にエンコードに使用されたものと同じシードを使用してＲＡのＸＯＲを計算することによって）。移動局２８は、アクセスポイント２２からのＣＴＳフレーム内のアンテナ３４から送信されるそれぞれの信号間の位相遅延を測定し、したがって、角度抽出ステップ５６で、アクセスポイントからの出発角度を推定する。

ステップ５２および５４でのスプーフィングされたＴＡの使用は、特に、アクセスポイントのアドレスがＣＴＳフレームに明示的に埋め込まれていなくても、ＣＴＳフレームを送信するアクセスポイントを論理的に識別するという点で有利である。このアプローチにより、移動局２８は、それが開始した各ＲＴＳ／ ＣＴＳ交換の状態を追跡する必要なしに、ステートレスプロセスとして本方法を実施することができる。また、移動局は複数のアクセスポイントの出発角度をすばやく連続して収集できるため、消費電力を削減し、送受信機３７（図１）のリソースを他の通信タスクに解放する。さらに、移動局３０などの他の移動局が同じシードで同じ位置検出アプリケーションを使用すると仮定すると、これらの他の移動局はまた、アクセスポイント２２によって送信されたＣＴＳフレームを受信およびデコードすることができ、したがって、アクセスポイントに対する独自の出発角度を検出することができる。（前述のように、ステップ５２で送信されたＲＴＳフレームを検出すると、これらの他の移動局は、チャネルの詰まりを防ぐために、独自のＲＴＳフレームの送信を控える。）

ＣＴＳフレームを受信した後、移動局２８は、通常、少なくとも１００ミリ秒間、アクセスポイント２２にそれ以上のデータフレームを送信せず、むしろ、非送信ステップ５８で、そのリソースを位置検出および他のタスクに充てる。移動局２８は、十分性チェックステップ６０で、移動局の位置を検出するために十分な数の出発角度の測定値を収集したかどうかをチェックする（またはサーバ４０にチェックするように要求する）。（移動局２８は、２．４ＧＨｚ帯域と５ＧＨｚ帯域の両方で、さまざまなアクセスポイントから送信されたＯＦＤＭ信号を受信して、そして両方の帯域の信号の発信角度を測定することができる。）測定数がまだ十分でない場合、図４のプロセスはビーコンを受信し、他のアクセスポイントとのＲＴＳ／ＣＴＳ交換を開始するためステップ５０に戻る。十分な数の測定値が収集されると、移動局２８（またはサーバ４０）は、位置計算ステップ６２で、移動局の位置座標の計算において、固定アクセスポイントの既知の位置とともに角度測定値を組み合わせる。

上記の実施形態は例として引用されており、本発明は、本明細書で特に示され、説明されたものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上記の様々な特徴の組み合わせおよびサブ組合せの両方、ならびに前述の説明を読んだときに当業者に想起される、先行技術に開示されていないその変形および修正を含む。

Claims (26)

1. コミュニケーションの方法であって：
   無線ネットワークの第１の局において、複数のアンテナを有する第２の局によって前記無線ネットワークを介して送信されたビーコンを検出するステップと；
   前記ビーコンに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して、前記第１の局から前記第２の局へ前記無線ネットワークを介して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信するステップと；
   前記ＲＴＳフレームに応答して、前記マルチキャリア変調方式を使用して、前記複数のアンテナを介して前記第２の局によって、前記無線ネットワークを介して送信される送信可能（ＣＴＳ）フレームを、前記第１の局で受信するステップと；そして
   受信した前記ＣＴＳフレームに基づいて、前記第２の局から前記第１の局への送信角度を推定するステップと；
   を有することを特徴とするコミュニケーションの方法。
2. 前記ビーコンを検出するステップは、前記第１の局において、シングルキャリア変調方式を使用して、前記第２の局によって送信された信号を前記ビーコンとして識別するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記シングルキャリア変調方式は、相補コードキーイング（ＣＣＫ）方式であり、一方、前記マルチキャリア変調方式は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式である、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記ビーコンを検出するステップは、前記ビーコンから前記第２の局の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスを抽出するステップを有し、前記ＲＴＳフレームを送信するステップは、前記ＭＡＣアドレスを受信機アドレス（ＲＡ）として前記ＲＴＳフレームに挿入するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ＲＴＳフレームを送信するステップは、前記第２の局の前記ＭＡＣアドレスを符号化するスプーフィングされたアドレスを生成し、そして前記スプーフィングされたアドレスを送信機アドレス（ＴＡ）として前記ＲＴＳフレームに挿入し、それによって前記第２の局に対し、前記スプーフィングされたアドレスを前記受信機アドレス（ＲＡ）として前記ＣＴＳフレームに挿入するようにさせる、ことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記ＣＴＳフレームを受信するステップは、前記第２の局が前記ＣＴＳフレームを送信したことを識別するために、前記ＣＴＳフレームの前記受信機アドレス（ＲＡ）を復号するステップを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記第２の局は、前記無線ネットワーク内のアクセスポイント（ＡＰ）を含み、前記第２の局の前記ＭＡＣアドレスは、前記ＡＰの基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 前記ＣＴＳフレームを受信した後、前記第１の局が少なくとも１００ミリ秒の間、それ以上のフレームを前記第２の局に送信しない、ことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
9. 前記ＣＴＳフレームを受信するステップは、前記第２の局の前記複数のアンテナからそれぞれ送信された複数の信号を、前記複数の信号間の事前定義された周期的遅延で受信するステップを有し、そして前記出発角度を推定するステップは、前記周期的遅延を使用して前記複数の信号間の位相遅延を測定し、そして測定された前記位相遅延を使用して前記出発角度を検出するステップを有する、ことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
10. 前記第１の局は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内の移動局であり、前記第２の局は、ＷＬＡＮ内の固定アクセスポイント（ＡＰ）である、ことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
11. 前記方法は、複数の前記ＡＰから前記移動局へのそれぞれの出発角度を推定することによって前記移動局の位置座標を検出するステップを有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記ＲＴＳフレームを送信するステップと、前記ＣＴＳフレームを受信するステップは、前記移動局と前記ＡＰとの間に関連付けを確立することなく、前記ＡＰとの間で前記ＲＴＳフレーム送信し、および前記ＣＴＳフレームを受信するステップを有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記ＲＴＳフレームを送信しなかった第３の局において、前記第２の局から前記ＣＴＳフレームを受信し、受信した前記ＣＴＳフレームに基づき前記第２の局から前記第３の局への送信角度を推定するステップを有する、ことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
14. 通信用の装置であって：
    複数のアンテナを有する局によって無線ネットワークを介して送信されるビーコンを検出するように構成される送受信機と；そして
    前記ビーコンに応答して前記送受信機を駆動し、マルチキャリア変調方式を使用して前記無線ネットワークを介して送信要求（ＲＴＳ）フレームを前記局に送信し、そして前記局から前記送受信機への出発角度を推計するために、前記ＲＴＳフレームに応答して、前記マルチキャリア変調方式を使用して、前記複数のアンテナを介して前記局によって送信され、前記送受信機によって受信される送信可能（ＣＴＳ）フレームを処理する、ように構成されるプロセッサと：
    を有することを特徴とする、通信用の装置。
15. 前記検出されたビーコンは、シングルキャリア変調方式を使用して前記第２の局によって送信された信号を有する、ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記シングルキャリア変調方式は、相補コードキーイング（ＣＣＫ）方式であり、一方、前記マルチキャリア変調方式は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式である、ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記プロセッサは、前記局の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスをビーコンから抽出し、前記ＭＡＣアドレスを前記ＲＴＳフレームに受信機アドレス（ＲＡ）として挿入するように構成される、ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
18. 前記プロセッサは、前記局のＭＡＣアドレスを符号化するスプーフィングされたアドレスを生成し、そして前記スプーフィングされたアドレスを送信機アドレス（ＴＡ）として前記ＲＴＳフレームに挿入し、それによって前記局に対し、前記スプーフィングされたアドレスを前記受信機アドレス（ＲＡ）として前記ＣＴＳフレームに挿入させる、ように構成される、ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記プロセッサは、前記局が前記ＣＴＳフレームを送信したことを識別するために、前記ＣＴＳフレームの前記ＲＡを復号するように構成される、ことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 前記局は、前記無線ネットワーク内のアクセスポイント（ＡＰ）を含み、前記第２の局のＭＡＣアドレスは、前記ＡＰの基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を有する、ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
21. 前記ＣＴＳフレームを受信した後、前記プロセッサは、前記局に対し、少なくとも１００ミリ秒の間、それ以上のフレームを送信しない、ことを特徴とする請求項１４～２０のいずれかに記載の装置。
22. 前記ＣＴＳフレームは、前記局の前記複数のアンテナからそれぞれ送信された、複数の信号間の所定の周期的遅延を伴う複数の信号を有し、そして前記プロセッサは、前記周期的遅延を使用して前記複数の信号間の位相遅延を測定し、そして測定された前記位相遅延を使用して出発角度を検出するように構成される、ことを特徴とする請求項１４～２０のいずれかに記載の装置。
23. 前記送受信機が無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内の移動局で動作するように構成され、前記局が前記ＷＬＡＮ内の固定アクセスポイント（ＡＰ）である、ことを特徴とする請求項１４～２０のいずれかに記載の装置。
24. 前記プロセッサは、複数の前記ＡＰから前記移動局へのそれぞれの出発角度を推定することによって、前記移動局の位置座標を検出するように構成される、ことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
25. 前記移動局は、前記移動局と前記ＡＰとの間に関連付けを確立することなく、前記ＡＰとの間でＲＴＳおよびＣＴＳフレームを送受信するように構成される、ことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
26. プログラム命令が格納されている非一過性コンピュータ可読媒体を含むコンピュータソフトウェア製品であって、前記命令は、プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに対し、複数のアンテナを備えた局によって無線ネットワークを介して送信されたビーコンを検出し、そして前記ビーコンに応答して、マルチキャリア変調方式を使用して前記無線ネットワークを介して送信要求（ＲＴＳ）フレームを前記局に送信し、そして、前記局からの出発角度を推定するため、前記ＲＴＳフレームに応答して、前記マルチキャリア変調方式を使用して、前記複数のアンテナを介して、前記無線ネットワーク上で送信された、送信クリア（ＣＴＳ）フレームを受信し、そして処理するようにさせる、ことを特徴とするコンピュータソフトウェア製品。
    

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