JP2843951B2 - セルラーホン位置探知システム - Google Patents

セルラーホン位置探知システム

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JP2843951B2 JP6525387A JP52538794A JP2843951B2 JP 2843951 B2 JP2843951 B2 JP 2843951B2 JP 6525387 A JP6525387 A JP 6525387A JP 52538794 A JP52538794 A JP 52538794A JP 2843951 B2 JP2843951 B2 JP 2843951B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般的に移動式セルラーホンシステム(アナ
ログ及びデジタル両式のセルラーシステムを含む)の分
野に関し、さらに詳細には特定の地理的エリアで作動中
の移動式セルラーホンの位置を自動的に探知するシステ
ムに関する。
発明の背景 ここに開示された本発明以前には、移動式セルラーホ
ンを自動的に追跡するシステムは知られていない。関連
技術(方向探知及びロランのような無線航法システム、
航空機用緊急位置探知装置、衛星追跡及び監視装置な
ど)が生まれて長年経つが、これらの技術のうちでここ
に記載するようなセルラーホン位置の自動的探知に利用
されているものはない。従って、本発明の理解に最も関
連のある背景情報は周辺技術としての無線航法及び位置
探知技術ではなくてセルラーホンシステム自体に関する
ものである。以下、セルラーホン技術の概要を説明する
にあたり図1A−1Cを参照する。さらに、ここに説明する
本発明の思想はアナログ制御チャンネルを用いるアナロ
グ及びデジタル式(例えばTDMA)セルラーシステムの両
方に利用可能である。
セルラーホンシステムは、多数のセルサイトと、移動
式電話スイッチングオフィス(MTSO)と呼ばれる中央に
位置するセルラースイッチとを含むのが一般的である。
通常、大都市では60乃至100個のセルサイトがあり、小
都市ではその数は15乃至30である。セルサイトは通常半
マイルから20マイルの距離離れている。各セルサイトは
一般的に、三角形プラットフォームの上に取り付けた少
なくとも1つのアンテナよりなる。そのプラットフォー
ムは、周辺の地形より好ましくは50乃至300フィート上
方のタワーまたは背の高いビスの上に設置されている。
セルラーシステムの基本概念は周波数の再使用であ
る。この周波数再使用という概念は、各々が概念的に六
角形のオーバーラップしたセルのパターンを用いること
により実現される。この概念を、それぞれ異なる7組の
周波数を用いるセルラーシステムのレイアウトを示す図
1Aに図示する。この図では、各陰影パターンがただ1つ
の周波数セットを表わす。図1Cはセルラーホンシステム
の主要構成要素及びその構成の概念図である。上述した
ように、周波数再使用によりセルラーシステムは限られ
た数の無線チャンネルを用いて多数のユーザーにサービ
スを提供できる。例えば、図1Aは2つのクラスタに分割
された14個のセルによりサービスされるエリアを示して
いる。各クラスタは7個のセルを含む。1つのクラスタ
の各セルに1組のチャンネルが割り当てられている。し
かしながら、1つのクラスタに用いられる各セットはも
う1つのクラスタに再割り当てされるため利用可能なス
ペクトルが再利用される。或るセルからそのセルに割り
当てられたチャンネルへ放射される信号の出力はそのセ
ル内の移動式セルラーホンへ利用可能な信号を提供する
に充分な大きさであるが、好ましくは遠隔のセルの同一
チャンネルの信号に干渉するほど充分ではない。セルラ
ーホンは任意のチャンネルに同調可能である。
連邦通信委員会(FCC)はセルラーシステム用として2
5メガヘルツのスペクトルを割り当てている。このスペ
クトルは2つの12.5メガヘルツバンドに分割され、ひと
つはワイヤライン共通キャリアだけに、またもうひとつ
は非ワイヤライン共通キャリアだけに利用可能である。
任意所与のシステムにおいて、非ワイヤラインサービス
プロバイダはこのスペクトルの「A側」内で、またワイ
ヤラインプロバイダはそのスペクトルの「B側」内で運
営する。セルラーチャンネルの幅は30キロヘルツあり、
その中に制御チャンネルとボイスチャンネルがある。詳
細には、「Aシステム」の21個の制御チャンネルは313
から333の番号を付与され、周波数834.390乃至834.990
メガヘルツの30キロヘルツバンドを占有する。「Bシス
テム」の制御チャンネルは334から354の番号を付され、
835.020乃至835.620メガヘルツのバンドを占有する。各
セルサイト(或いは、セルサイトが以下に述べるように
「分割」されている場合はそのセルサイトの各セクタ
ー)はただ一つの制御チャンネルを使用する。セルサイ
トから移動式ユニットへの制御チャンネルを「順方向」
制御チャンネルと呼び、セルラーホンからセルサイトへ
の制御チャンネルを「逆方向」制御チャンネルと呼ぶ。
各セルサイトは順方向制御チャンネルに信号を連続的に
広く流す。これとは対照的に、セルラーホンから逆方向
制御チャンネルへ流される信号は非連続的(周期的)で
ある。セルサイト相互の間が近すぎて同一周波数を用い
る制御チャンネルが干渉し合う場合、各セルサイトの制
御チャンネルは0から3の間のデジタルカラーコードに
よってさらに識別される。これにより、各セルサイト
は、例えば20乃至30マイルの範囲内で唯一無二のものと
識別される。
セルサイトの指向性アンテナにより同一チャンネル及
び隣接チャンネル間の干渉を軽減することが可能であ
る。図1Bは扇形アンテナを用いてかかる干渉を軽減する
態様を示す。図示の円はセルサイトを、また点線は120
゜指向性アンテナのフロントロープの方位端縁を表わ
す。記号「A」、「B」、「C」はチャンネルセット、
セル及びセルサイトを同時に示す。数字「1」、「2」
及び「3」は指向性アンテナとセルのセクターを同時に
示す。かくして、例えば、或る特定のチャンネルがセル
Bのセクター1に、また隣接チャンネルがセルA及びC
に割り当てられる場合、これら隣接チャンネルはセルA
及びCのセクター1に割り当てる必要がある。
セルラーホンは、最初にONになると、全ての順方向制
御チャンネルを走査して、最も強力な信号を有するチャ
ンネルを捜す。そして、その最も強力な信号を有する順
方向制御チャンネルを選択して、周期的、例えば0.8秒
ごとに送られてくるシステムオーバーヘッドメッセージ
を捜す。これらのオーバーヘッドメッセージはセルラー
システムへのアクセスパラメータに関する情報を含んで
いる。かかるアクセスパラメータの1つはレジストレー
ションの頻度であり、これは所与のセルラーホンがシス
テムに対してそのシステムの地理的境界内にいることを
通告しなければならない回数のことをさす。レジストレ
ーションの頻度は通常、毎分1回から30分に1回であ
る。
オーバーヘッドメッセージはまた、そのセルにとって
逆方向制御チャンネルが現在利用できる状態にあるか否
かの情報を提供する話し中/空きビットを含む。逆方向
制御チャンネルが空き状態になったことが話し中/空き
ビットにより指示されると、セルラーホンはその逆方向
制御チャンネルを捕捉することによりレジストレーショ
ンを試みる。セルラーホンはセルラーシステムにより決
まるレートでレジストレーションを行う。レジストレー
ションパラメータ条件は各セルラーシステムにより決め
られている。例えば、オプションとして、(1)7デジ
ットのNXX−XXXX、(2)3デジットのNPA、及び(3)
32ビットの電子的続き番号が含まれる。これらオプショ
ンの各々はデジタルワードを構成する。同期ビットとエ
ラー補正技術により、各デジタルワードの長さは240ビ
ットである。初めの48ビット同期ビット流を含んで、セ
ルラーホンの各送信信号の長さは最小288ビットであ
り、1488ビットにもなることがある。さらに、セルラー
ホンによる非連続的な各送信信号は変調されていないキ
ャリアの区間を含む。従って、逆方向制御チャンネル上
の平均送信時間は約100ミリ秒である。セルラーホンは
また、ユーザーがかける通話に応答するだけでなくセル
ラーシステムからの呼出しに応答して信号送信を行う。
この「呼出し」という用語は、移動式電話が入来した呼
出しを受信できる状態にあるか否かの判定プロセスを説
明するために用いる。移動式電話から呼出しを行う相補
的な機能は「アクセス」と呼ぶ。この呼出しとアクセス
の機能は制御チャンネル上で行われる。
移動式セルラーホンは、オン状態にあるが使用中でな
い時、そのシステムに割り当てられた制御チャンネルを
周期的に走査し、その結果見つけた最も強いキャリアを
使用すべくマークする。移動式レシーバがこの最も強い
キャリアに同調されると、セルラーホンはデジタル変調
データ流を連続的に復号して、入来する呼出しを捜す。
移動式端末への呼出しは通常の電話による呼出しのよう
に始動される。7デジットまたは10デジットの番号をダ
イヤルすると、電話網がその呼出しを中央コンピュータ
にルーティングする。その番号はそのシステムの全ての
セルの制御チャンネル上に流される。呼出しを受けた電
話機は、その入来データ流の中にその番号を検出する
と、そのIDをシステムへ送り返す。システムは制御チャ
ンネル上のデジタルメッセージを用いてその電話機が使
用するチャンネルを指定する。電話機がこのチャンネル
に同調すると、ユーザーへ入来中の呼出しのあることが
通告される。セルラーホンのユーザーが呼出しをすると
きも同様な手順である。ユーザーは所望の電話番号をダ
イヤルして電話機のレジスタに入れる。この番号は制御
チャンネルを通して最も近いセル(即ち、最も強いキャ
リアを有するセル)へ送信される。システムのコンピュ
ータはその呼出しのためにチャンネルを指定すると、移
動式ユニットがそのチャンネルに自動的に同調される。
セルラーホン業界はその誕生より比較的短期間で収め
ることのできた大きな成功を謳歌している。新加入者
は、家庭を離れている間に電話をかけたり受けたりでき
るという多くの利点を明らかに認識して、その数が増え
続けている。実際、多くの都市では、新加入者募集のた
めのA側とB側の間の競争が熾烈である。従って、現在
の、また潜在的な加入者に対して提供できる新しいサー
ビスに対する需要が大きい。本発明は、セルラーシステ
ムにより提供される主要な利点である移動性が、ある状
況では不利な点でもあることを確認して生まれたもので
ある。例えば、セルラーホンが紛失また盗難に遭った場
合それを取り戻すのは困難である。従って、セルラーホ
ンの位置を自動的に探知できるシステムがあれば、ユー
ザーにとって大変有利であろう。さらに、セルラーホン
が自動車内にあり、その自動車が盗難に遭った場合、セ
ルラーホンの位置を探知できるシステムがあれば自動車
の位置の探知が可能となり、これはユーザーにとっては
価値のあるサービスである。加えて、セルラーホンのユ
ーザーが道に迷うという状況がある。かかる状況の一例
として、ユーザーが夜間、セルラーホンのある自動車を
よく知らない地域で運転している場合がある。この場合
もまた、システムがセルラーホンの位置を自動的に探知
し、リクエストに応じてユーザーにその位置を知らせる
ことができるというのは大きな利点であろう。同様に、
医療的緊急事態に遭遇して緊急電話番号(例えば、91
1)をダイヤルするセルラーホンのユーザーが、救急車
に彼のいる場所を話すことができない場合がある。従来
のシステムではセルラーホンからの呼出しを追跡するこ
とは不可能である。従って、かかる状況にあるセルラー
ホンのユーザーは大いに困難な状況にあるといえる。再
び、システムのユーザーのいる場所を確かめ、その情報
を緊急医療要員に提供できたら大変有利である。セルラ
ーホンの位置を自動的に探知できるシステムには他に多
くの用途があるであろう。
発明の概要 本発明は、各々が所定セットの制御チャンネルのうち
の1つのチャンネルに周期的信号送信を行う多数の移動
式セルラーホンの位置を探知するセルラーホン位置探知
システムを提供する。本発明は、セルラーシステムの既
存のインフラストラクチュアの多くを利用するシステム
で実現可能である。例えば、以下において詳説するよう
に、本発明によるセルラーホン位置探知システムはセル
ラーシステムのタワー及びセルサイトを収容する構造物
を利用できる。この意味で、セルラーホン位置探知シス
テムはセルラーシステムに重ねて設けることができると
いえる。
制御チャンネルをモニターしてセルラーホンの位置を
追跡することから得られる利点が多数ある。まず、ボイ
スチャンネルは高コストで、比較的乏しい資源である。
一般的に、セルラーシステムがボイスチャンネルを特定
のセルラーホンに割当てるのに約6乃至8秒必要とす
る。位置の追跡にボイスチャンネルを用いるとした場
合、セルラーホンを呼出して、位置サンプルを採取する
たびにボイスチャンネルによる通話を開始するよう命令
を与える必要があるであろう。これは高コストであるだ
けでなく時間の浪費でもあろう。従って、位置探知シス
テムが電話機にボイスチャンネルによる周期的送信を行
わせる必要のあるのは大変非効率的であろう。第2に、
ボイスチャンネルによる送信のたびに関連の料金システ
ムにその通話の記録が付加される。従って、位置探知シ
ステムがボイスチャンネルによる周期的送信を必要とす
るのであれば、料金システムに大きな負担がかかるであ
ろう。それとは対照的に、制御チャンネルによる送信は
セルラーシステムにおいて既に周期的に行われるもので
ある。従って、本発明は既存のセルラーホンプロトコル
とコンパチブルであり、セルラーシステムまたはこのセ
ルラーホンの改造を必要とするものではない。第3に、
制御チャンネルによる送信頻度はソフトウエアで制御可
能であるため、本発明による位置探知システムは制御チ
ャンネルによる送信頻度を調節し、加入者によって異な
る位置情報更新レートを与えることが可能である。第4
に、制御チャンネルによる送信をモニターすることによ
り得られるもう1つの利点は、エネルギー効率に関連す
るものである。制御チャンネルによる送信はボイスチャ
ンネルによる送信に比べて非常に短く、電力をほとんど
必要としない。従って、ボイスチャンネルによる周期的
送信が必要であれば、個々のセルラーホンにおけるバッ
テリーの消費が著しいものになる。これは制御チャンネ
ルをモニターすることによって回避される。
従って、制御チャンネルによる周期的送信をモニター
して移動式セルラーホンの位置を自動的に探知すると顕
著な利点が種々得られる。しかしながら、制御チャンネ
ルをモニターするには長い距離(例えば、25マイル)渡
って来た弱く、持続時間の短い信号を検出する必要があ
る。本願の発明者は非常に短く、低電力の制御チャンネ
ル信号を検出するため大変精巧な信号処理方法及び装置
を開発している。ボイスチャンネルによる送信でなく
て、制御チャンネルによる周期的送信をモニターすると
いう思想、及びこの機能を実行する特定の方法は顕著な
技術進歩である。
本発明の実施例は少なくとも3つのセルサイトシステ
ムと1つの中央サイトシステムより成る。各セルサイト
システムは高所に設置したアンテナと、セルラーホンか
ら送信されたセルラーホン信号を受信し、セルラーホン
信号から抽出したベースバンド信号を発生させるベース
バンドコンバータと、全てのセルサイトに共通のタイミ
ング信号を受信するタイミング信号レシーバと、ベース
バンド信号をサンプリングし、サンプリング済みの信号
をフォーマットしてデジタルデータフレームを形成する
サンプリングサブシステムとより成る。各フレームは所
定数のデータビットと、タイムスタンプビットを含む
が、このタイムスタンプビットはセルラーホン信号が受
信された時間を表わす。中央サイトシステムはセルサイ
トシステムからのデータフレームを処理して、個々のセ
ルラーホン信号とセルラーホン信号の到達時間のセルサ
イトシステム間の差とを示す表を形成する手段と、到達
時間に基づきセルラーホン信号を発したセルラーホンの
位置を求める手段とより成る。
本発明の1つの好ましい実施例では、セルサイトシス
テムは1つのセルサイトからの各フレームのデータビッ
トと他の各セルサイトの対応データビットとを相互相関
する相関器より成る。さらに、この好ましい実施例は、
セルラーホンとそれらのそれぞれの位置を示す位置デー
タを記憶するためのデータベースと、遠隔の加入者がデ
ータベースにアクセスできるようにする手段とより成
る。システムはまた、リクエストに応じて、例えばボイ
スコールを立ち上げずにCTDP(「CTDP」は、セルラーパ
ケットデータプロトコルを表わし、ボイスチャンネルが
使用中でなければ、データをボイスチャンネルで送るこ
とを含む)を利用することにより、位置データを特定の
セルラーホンユーザーに提供する手段より成る。後者の
特徴は、セルラーモデム及びマッピングソフトウエアを
有するラップトップまたは携帯型コンピュータに関して
特に有用である。
本発明の実施例はまた、セルラーホンの位置データを
料金請求データと結合して修正料金請求データを形成す
る手段を含ませると有利である。この実施例において、
料金請求データはある特定の時間内でセルラーホンがか
けた各通話のコストを示し、このコストは1またはそれ
以上の所定料金算定レートに基づき、またその修正料金
請求データは1またはそれ以上の所定場所からかけた通
話に異なるレートを適用したものである。例えば、シス
テムはユーザーの家庭またはオフィスもしくは他の地理
的場所からかけた通話に対して低い料金算定レートを適
用することができる。
また、本発明の実施例に、選択したセルラーホンに信
号を送ってそのセルラーホンが制御チャンネルに信号を
送るようにする手段を含ませると有利であろう。かかる
能力が付与されると、システムはその制御チャンネルに
よる周期的送信を待たずにそのセルラーホンの位置を直
ちに探知できるであろう。
さらに、本発明の実施例は、セルラーホンからの危難
信号の受信に応答して所定の受信ステーションへその位
置情報を自動的に送る手段を含んでもよい。この能力が
あると、危難に遭遇したユーザーに緊急援助を提供でき
る。例えば、ユーザーが「911」をダイヤルすると、シ
ステムが緊急救助隊にユーザーの位置を自動的に教える
であろう。
好ましい実施例のもう1つの要素は、所与のセルラー
ホンの現在位置を所定範囲の位置と比較して現在位置が
その所定範囲内にないとき警報状態を指示する手段であ
る。かかる要素を、例えば「モールに行く」ため親の車
とセルラーホンを借りた子供が実際はどこか他の所に行
ってしまった場合、親に通報する目的で利用できる。勿
論、かかる警報機能については他の多くの用途が考えら
れる。
好ましい実施例のさらに別の要素は、所与のセルラー
ホンによる信号送信がないのを探知し、それに応じてそ
のセルラーホンを自動的に呼出し、そのセルラーホンに
信号送信を開始させるための手段である。これにより、
システムは、セルラーシステムに対してレジストレーシ
ョンできなくなったセルラーホンの位置を探知できるで
あろう。このような信号送信がないのを探知する特徴に
より、例えば遠隔の加入者のために警報を発生すること
ができる。
さらに、好ましい実施例では、所与のセルラーホンが
予め特定した場所へ到達する時間を推定する手段を含む
ようにしてもよい。これは、例えば規定の路線に沿って
バスがほとんど直通で到達する時間を推定するために有
用であろう。勿論、この特徴には他の多くの用途が考え
られる。
また、本発明の実施例には、ボイスチャンネルへ所与
のセルラーホンが送信するボイス信号を受信し、そのボ
イス信号に基づいてそのセルラーホンの位置を求めるこ
とにより、そのセルラーホンを連続的に追跡する手段を
含むようにしてもよい。このボイスチャンネルによる追
跡は、制御チャンネルによる追跡に付随させて用いるこ
とが可能である。この特徴によると、位置探知システム
がその位置を求めることになる各セルラーホンの割当て
チャンネルを追跡する必要があろう。位置探知システム
による割当てチャンネルの追跡では、セルラーシステム
が用いる動的チャンネル割当てプロトコルを用いること
ができる。
本発明はまた、1またはそれ以上の移動式セルラーホ
ンの位置を求める方法を提供する。かかる方法は、
(a)少なくとも3つの地理的に離れたセルサイトで信
号を受信し、(b)各セルサイトでその信号を処理する
ことによって、各フレームが所定数のデータビットと、
各セルサイトでフレームが形成される時間を表わすタイ
ムスタンプビットとよりなるデータフレームを形成し、
(c)データフレームを処理することによって、個々の
セルラーホン信号とセルラーホン信号の到達時間のセル
サイト間の差とを同定し、(d)到達時間に基づいてセ
ルラーホン信号を発したセルラーホンの位置を求めるス
テップよりなる。
本発明方法の1つの好ましい実施例は以下のステップ
を実施することによりセルラーホンの位置を推定するこ
とよりなるが、以下のステップとは、(1)所定の地理
的エリアをカバーする、所定の増分の緯度及び経度だけ
離れた理論的ポイントのグリッドを形成し、(2)複数
対のセルサイトの遅延時間理論値を計算し、(3)複数
対のセルサイトの遅延時間理論値と遅延時間測定値とに
基づいて最小自乗差(LSD)の値を計算し、(4)理論
的ポイントのグリッド全体をサーチして、LSDの値が最
小となる最適な理論的緯度及び経度を求め、(5)その
最適理論的緯度及び経度からスタートして別の線形重付
け最小自乗逐次演算を行うことにより、実際の緯度及び
経度の精度を所定度数または1度の端数内にすることで
ある。好ましくは、計算ステップ(2)は、既知の位置
において基準セルラートランスミッタの位置を周期的に
計算することにより、任意既知のサイトに対して、機械
的、電気的または環境的要因により生じる偏りを調べる
ことよりなる。
さらに、最小自乗差は好ましくは下式により与えられ
る: LSD=[Q12(遅延_T12−遅延_O12+ Q13(遅延_T13−遅延_O13+... Qxy(遅延_Txy−遅延_Oxy] 上式において、遅延_Txyはセルサイトxy間の遅延時間
理論値を表わし;x及びyはセルサイトを表わす指標であ
り;遅延_Oxyはセルサイトxy間の遅延時間観測値を表わ
し;Qxyはセルサイトxy間の遅延時間測定値の品質係数を
表わし;この品質係数はマルチパスまたは他の異常事態
が特定の遅延時間測定値に影響を与えた度合いの推定値
である。
さらに、本発明の方法は、セルラーホン信号の第1の
前縁部を検出し、そのセルラーホン信号のそれ以後の前
縁部をリジェクトするのを含むと有利である。これによ
りシステムはマルチパス効果を軽減できる。
加えて、好ましい実施例は、位置を推定するためのス
テップと同様なステップを実行することによりセルラー
ホン速度(速さ及び方向)を推定することを含むが、そ
れには、(1)所定の地理的エリアをカバーする、所定
の増分だけ離れた理論的ポイントのグリッドを形成し、
(2)複数対のセルサイトの周波数差の理論値を計算
し、(3)複数対のセルサイトの周波数差理論値と周波
数差測定値とに基づいて最小自乗差(LSD)の値を計算
し、(4)理論的ポイントのグリッド全体をサーチし
て、LSDの値が最小となる最適な理論的速度を求め、
(5)その最適理論的速度からスタートして別の線形重
付け最小自乗逐次演算を行うことにより、実際の速度の
精度を所定の公差内にすることを含まれる。
本発明の他の特徴は以下において説明する。
図面の簡単な説明 図1Aは、セルラーホンシステムに用いる例示的な周波
数再使用パターンを示す。
図1Bは、セルを扇形化した例示的なチャンネル割当て
パターンの概略図である。
図1Cは、セルラーホンシステムの基本構成要素の概略
図である。
図2は、本発明によるセルラーホン位置探知システム
の概略図である。
図3は、セルサイトシステム12の1つの好ましい実施
例のブロック図である。
図4は、ベースバンドコンバータ12−3の1つの好ま
しい実施例のブロック図である。
図5は、フォーマットブロック12−5により与えられ
るデータフォーマットの概略図である。
図6は、中央サイトシステム16の1つの好ましい実施
例のブロック図である。
図6Aは、中央サイトシステム16に用いる相関器のブロ
ック図である。
図7は、中央サイトシステムの好ましい動作シーケン
スを簡略化したフローチャートである。
図7Aは、セルサイトで相互相関を行う位置探知システ
ムに用いるセルサイトシステムの実施例のブロック図で
ある。
図8A−8Eは、相関データ、遅延時間及び周波数差(TD
OA、FDOA)データを得て、かかるデータに基づきセルラ
ーホンの位置を計算するセルサイトシステム16の動作を
示すフローチャートである。
図9は、本発明により修正料金請求テープを作成する
プロセスの概略図である。
好ましい実施例の詳細な説明 概要 本発明の好ましい実施例は、セルラーシステムの多数
のセルサイトに設置されたレシーバのネットワークより
なる。これらのレシーバはセルラーシステムにあるのが
普通である移動式制御チャンネルのコマンド/応答を受
信して、そのシステム内で作動する各セルラーホンの物
理的位置を推定する。制御チャンネルから受信により得
られる各セルラーホンの既知のID及びそのセルラーホン
の推定物理的位置に基づき、システムはデータ流をデー
タベースに連続的且つリアルタイムで送る。このデータ
ベースはセルラースイッチと共に配置されるか、または
何か別の便利な場所にあってもよい。データベースに送
られるデータ流は一組の数よりなり、第1の数はセルラ
ーホンの電話番号、第2の数はトランスミッタの緯度、
経度及び高度の推定値、第3の数は測定値のタイムスタ
ンプである。データ流を処理するデータベースソフトウ
エアは、セルラーホンシステムのオペレータではなくて
位置探知システムのオペレータ(もしこれらが同じでな
ければ)により維持管理するようにしてもよい。
位置探知システムは、セルラーシステムの制御チャン
ネルに割当てられた周波数を用いることにより作動す
る。セルラーホンはこれらの制御チャンネルを用いてセ
ルラーシステムとの正規のコンタクトを維持するが、各
コンタクト間の典型的な時間は30分以下であり、一般に
約10分である。各制御チャンネルは10kdpsのマンチェス
ター符号化方式のデータ流よりなる。セルラーのセクタ
ー或いはオムニセルサイトごとにただ1つの制御チャン
ネルが用いられる。位置探知システムは、セルラーホン
の制御チャンネル放送信号だけを聞くことにより機能で
きるが、セルサイトからの制御チャンネル放送信号に依
存しない。位置探知システムは、セルラータワーの上の
(もっとも他の高い構造物の上に設置可能であるが)セ
ルサイトの装置収容構造物内に、そして中央スイッチサ
イトに設置した機器よりなるのが好ましい。
図2を参照して、本発明によるセルラーホン位置探知
システムは少なくとも3つの、好ましくはさらに多くの
セルサイトシステム12a,12b,12c,12dよりなる。(この
図は他の図と同様一部の構成要素及び相互接続部が省略
されているという点において単純化したものである。し
かしながら、明細書及び添付図面は当業者がここに開示
された発明を実施し利用することができる程度に充分な
ものである。)各セルサイトシステムはセルラーホンシ
ステムのセルサイトに設置してもよいが、セルサイトに
よって充分にカバーされない場所にさらに別のアンテナ
及び受信機器を配置可能であることからこれは必要条件
ではない。図2はまたセルラーホン10aを持ったユーザ
ーを示す。以下に説明するように、各セルサイトシステ
ムは、セルラーホンシステムが利用するアンテナとし
て、同じタワーまたはビスに設置できるアンテナを含
む。さらに、各セルサイトシステムは対応のセルサイト
の機器収容構造物内に収容してもよい機器(以下に説明
する)を含む。このように、セルラーホン位置探知シス
テムはセルラーホンシステムの上に重ねて配置してもよ
く、従って低コストで実現可能である。セルサイトシス
テム12a,12b,12c,12dは、通信リンク14a,14b,14c,14d
(例えば、T1通信リンク)を介して中央サイト16に結合
されている。中央サイト16は、セルラーホンシステムの
MTSOと共に配置してもよい。中央サイト16はデイスク記
憶装置18を含むようにしてもよい。
中央サイト16はさらにデータベース22に結合される
が、このデータベースは中央サイトから遠い所に置くこ
とができ、加入者が利用できるようにされている。例え
ば、図2はモデム(図示せず)及び電話線を介してデー
タベース20に結合された第1の端末22と;データベース
20と無線通信リンクで結ばれた第2の端末24と;データ
ベースと無線通信リンクで結ばれ、セルラーホン10bを
有するユーザーが携帯する第3の携帯端末26とを示して
いる。セルラーホン10bと携帯端末26とを有するユーザ
ーは、データベースにアクセスすることにより彼自身の
位置を知ることができる。携帯端末26は、例えば端末26
の地図上にユーザーの位置を表示するための特別なマッ
ピングソフトウエアを含むようにしてもよい。さらに、
セルラーホンと携帯端末は1つのユニットとして結合す
ることも可能である。
セルサイトシステム 図3は、セルサイトシステム12の現在において好まし
い実施例の1つを示すブロック図である。この図に示し
たセルサイトシステムの実施例を説明する前に、各セル
サイトに設ける機器には2つの択一的な好ましい実施例
があり、特定のセルサイトシステムの実施例は所望のコ
ストによることに注意されたい。
第1の実施例は最も好ましい例であり、(1)セルラ
ー周波数バンドの信号を受信するに適したアンテナと;
(2)バンド幅が630KHzで、セルラーアンテナから10乃
至15フィート内にあって、隣接チャンネルの干渉を排除
する低遅延バンドパスフィルタと;(3)次のフィルタ
までの距離(通常、アンテナタワーの高さに張られたケ
ーブルの水平距離を加えたもの)におけるケーブル損を
補償するに充分な利得を有する増幅器と;(4)各々が
バンド幅30KHzで、中心が21個の制御チャンネルのうち
の1つである、21個の個々の低遅延バンドパスフィルタ
よりなるセットと;(5)ダイナミックレンジが70dBで
ある、21個の自動利得制御回路よりなるセットとよりな
る(これら全ての構成要素が図3にないことに注意され
たい)。この実施例は干渉を判別し排除する能力が優れ
ていることにより好ましい。
第2の実施例は、(1)セルラー周波数バンドの信号
を受信するに適したアンテナと;(2)バンド幅が630K
Hzで、セルラーアンテナから10乃至15フィート内にあっ
て、隣接チャンネルの干渉を排除する低遅延バンドパス
フィルタと;(3)次のフィルタまでの距離(通常、ア
ンテナタワーの高さに張られたケーブルの水平距離を加
えたもの)におけるケーブル損を補償するに充分な利得
を有する増幅器と;(4)バンド幅が630KHzの第2の低
遅延バンドパスフィルタと;(5)ダイナミックレンジ
が70dBである自動利得制御回路とよりなる。
図3を参照して、セルサイトシステム12の実施例の1
つは、高い所、好ましくはセルサイトアンテナを取り付
けるためのセルラーホンシステムが使用すると同じ構造
物の上に取り付けた第1のアンテナ12−1を含む。この
第1のアンテナ12−1はセルラーシステムとは無関係で
あってもよいし、またセルラーシステムが使用するも
の、即ち、位置探知システムがセルラーシステムのアン
テナからの信号の一部を取り込んでもよい。フィルタ/
自動利得制御手段12−12はアンテナ12−1の近くに設置
すると有利である。これにより、アンテナからセルサイ
トの受信機器へ同軸ケーブルを介してRF信号を送ること
によるケーブル損が減少する。セルラーシステム12はさ
らに、増幅器12−2(叙上のように、この増幅器12−2
に、制御チャンネルごとに1セットのフィルタ及び自動
利得制御回路を設けると有利である)と;ベースバンド
コンバータ12−3と;上側波帯サンプラーと下側波帯サ
ンプラーとを含むサンプルブロック12−4と;フォーマ
ットブロック12−5(ソフトウエアで実現可能であ
る);例えば,地球規模の位置測定システム(GPS)か
らタイミングデータを受信するための第2のアンテナ12
−6と;増幅器12−7と;タイミング信号(例えば、GP
S)のレシーバ12−8と;自動利得制御(AGC)/制御ブ
ロック12−9と;5MHzのオシレータ12−10と;コンピュ
ータ12−11とを含む。セルサイトシステム12は、通信ラ
イン14を介して中央サイト16(図2を参照)に結合され
ている。
セルサイトシステム12は、1またはそれ以上のセルラ
ーホンから制御チャンネルを介して送られる1またはそ
れ以上のセルラーホン信号を受信し、これらの信号をベ
ースバンド信号に変換し、ベースバンド信号をサンプリ
ングし(サンプリング周波数は自動利得制御/制御ブロ
ック12−9からのクロック信号により決まる)、サンプ
リング済みの信号をフォーマットして所定フォーマット
のデータフレームを形成する。データフレームのフォー
マットを図5を参照して以下に説明する。データフレー
ムは以下に説明するように中央サイトで処理される。
5MHzオシレータ12−10は全てのセルサイト機器に共通
の基準周波数を与える。その周波数は、タイミング信号
レシーバ12−8からの1秒マーク信号の受信と内部で発
生される1秒マーク信号の受信の間の時間インターバル
のコントローラによる測定値に基づきコントローラ12−
9により制御される。
コンピュータ12−11は3つの異なる機能を同時に実行
する。
(1)ベースバンドコンバータ12−3(図4及びそれに
関する説明を参照)の内部の自乗則検出器54及び60の出
力を読取って、フィルタボード48及び50(図4)へ送ら
れる正しい制御信号を計算することにより、これらのボ
ードの利得及び減衰を調節し、それらの出力電力が一定
のレベルに維持されるようにする。
(2)タイミング信号レシーバ12−8から1秒マーク信
号が生じるたびに信号を受信する。この時、コントロー
ラ12−9から、1秒マーク信号レシーバ12−8からのそ
の1秒マーク信号とコントローラ12−9の内部の対応1
秒マーク信号の到達時間の差を読み取る。コントローラ
12−9の内部の1秒マーク信号は5MHzオシレータ12−10
により発生される。その後、コンピュータは5MHzオシレ
ータへ送り返してその発振周波数を変化させる信号を計
算し、タイミングレシーバの1秒マーク信号と内部発生
の1秒マーク信号とが同時に存在するようにする。
(3)ステータスビットに符号化される情報(図5を参
照)を計算し、その情報をコントローラ12−9へ送る。
図4を参照して、ベースバンドコンバータ12−3の好
ましい実施例の1つは、高所に設けたアンテナ12−1
(図3)が(増幅器12−2及びフィルタ/自動利得制御
回路12−12を介して)接続されるRF入力コネクタ30を含
み、それに続いて、ベースバンドコンバータのレベルを
設定し周波数応答を制限する減衰器32及びバンドパスフ
ィルタ34を含む。フィルタ34に続くのは単側波帯ミキサ
36であり、このミキサはバッファ増幅器38からの局部発
振信号の作用によりRF周波数を混合して第1のIF周波数
に低下させる。好ましい実施例におけるこのIF周波数は
10MHzの近傍にある。バッファ増幅器38の出力はミキサ3
6に送られるだけでなくデバイダ42にも送られ、そこで
コントローラ12−9(図3)からの5MHz基準周波数と比
較される。デバイダ42の出力用いてオシレータ40の周波
数を制御して、オシレータ40,デバイダ42及びバッファ
増幅器38の協働作用によりコントローラ12−9からの5M
Hz基準周波数に位相ロックされた局部発振信号が得られ
るようにする。第1のIF周波数の信号はその後単側波帯
ミキサ44に送られ、そこでコンピュータ制御シンセサイ
ザ46の作用により制御されてベースバンド周波数にされ
る。シンセサイザ46もまたコントローラからの5MHz信号
に位相ロックされている。ミキサ44の上側波帯(USB)
出力はその後フィルタ/自動利得制御増幅器48へ送ら
れ、そこでフィルタリングされ、その出力が連続的に公
称値に調整される。ミキサ44の下側波帯(LSB)出力も
同様、フィルタ/自動利得制御増幅器50の作用を受け
る。フィルタ/自動利得制御増幅器48の出力はワイヤ52
を介して上側波帯サンプラー(サンプルブロック12−4
の一部)へ送られる0dBmの375KHz信号と、自乗則検出器
54へ送られる−22dBmの別の出力と、フロントパネルモ
ニタ(図示せず)へ送られる別の出力とを含む。フィル
タ/自動利得制御増幅器50の出力は、ワイヤ64を介して
下側波帯サンプラーに送られる0dBmの375KHz信号と、自
乗則検出器60へ送られる−22dBmの別の出力と、フロン
トパネルモニタへ送られる別の出力とを含む。ベースバ
ンドコンバータ12−3はまた、フィルタ/自動利得制御
回路48,50を給電する配電板57を含む。
図5は、フォーマットブロック12−5が通信ライン14
を介して中央サイト16(図2)へ送るデータの現在にお
いて好ましいフォーマットを示す。図示のごとく、フォ
ーマットブロック12−5は通信ラインへほぼ1.536Mbps
のデータを送る。各フレームは、64個の同期ビット、48
個のステータスビット、60kbのサンプルデータ(1.5Mbs
が毎秒25個のフレームで分割される)及びほぼ3.6kbの
「充填」データを含む。1.5Mbのサンプルデータは上側
波帯及び下側波帯サンプルを表わす。ステータスビット
は、データフレームが作成される正確な時間(これは問
題のセルサイトでRF信号が受信されると本質的には同じ
時間)を表わすタイムスタンプを含む。
中央サイトシステム 図6は中央サイトシステム16のブロック図である。好
ましい実施例の1つでは、この中央サイトシステムは各
々が1つのセルサイトからのT1チャンネルに接続された
16個のデータ入力を含む。各データ入力はバイポーラT1
信号を受信してデータビット及びクロック信号を出力す
るインターフェイス/デフォーマッティング回路16−1
(例えばT1 CSU)に接続されている。各チャンネルか
らのデータビットは、そのチャンネルからのクロック信
号によりFIFO16−2へクロック入力される。コンピュー
タ16−8は「Nの2選択」スイッチ16−3によりチャン
ネルFIFOのうちの2つを選択する。サンプル読込みクロ
ック16−4はコンピュータ16−8とRAMコントロール16
−5により以前選択したFIFOからサンプルビットを読取
るように制御される。選択された1つのチャンネルFIFO
の出力を「データA」と呼び、もう1つの選択チャンネ
ルFIFOの出力を「データB」と呼ぶ。データBサンプル
について、直角位相チャンネル発生器16−6の近似ヒル
ベルト変換により直角位相チャンネルが計算され、その
結果同相出力B1と直角位相出力B2が生じる。その後、複
素相関器16−7を用いて、データA及びデータB1信号
と、データA及びデータB2信号の相関係数をデータA、
データB1とデータA、データB2の間にそれぞれ導入され
る遅延時間の関数として計算する。この複素相関器は、
ハードウエアまたはソフトウエアもしくはハードウエア
とソフトウエアの組み合わせにより実現可能であるが、
処理速度が大きいため、ハードウエアが現在において好
ましい。(複素相関器の1つの例を図6Aを参照して以下
において説明する)。コンピュータ16−8を用い、その
結果得られた相関値を周期的に読み取る。Nの2選択ス
イッチをスイッチングし、FIFOを読取り、直角位相サン
プルを発生させ、そして相関を行う相関プロセスは充分
に早いため、単一の複素相関器16−7により16個のデー
タ入力チャンネルのうちの全ての対を順次処理すること
ができる。
一般的にセルラー信号は弱いので(例えば、セルラー
ホンのところで6ミリワット)、その信号をできるだけ
多くのセルサイトで検出し、各セルサイトにおいて受信
信号の同一縁部の時間を正確に計るには、信頼性が高
く、正確な方法が必要である。信号の到達時間を正確に
計る能力は、セルサイト対の間の遅延時間を計算してそ
れにより位置を計算する上で大変重要である。
図6Aを参照して、本発明の好ましい実施例に用いる検
出前の相互相関法は、第1のセルサイトからのサンプリ
ング済みの強いセルラー信号を入力72へ入力し、第2、
第3、第4等のセルサイトのうち任意のものからの遅延
したサンプリング済みのセルラー信号を入力70へ入力す
ることを含む。相関器は特定のシステムにつきそのコス
トに応じてハードウエアかソフトウエアのいずれかで構
成することが可能である。相関器は好ましくは、16チャ
ンネルのシフトレジスタ74と、2ビットマルチプライヤ
76と、カウンタ78とを含む。多数の相関器を直列に用
い、各相関器がビットをシフトレジスタから次の相関器
へ移すことにより多数の遅延チャンネルを形成するよう
にしてもよい。
第2のセルサイトからのサンプリング済みのセルラー
信号は連鎖状のシフトレジスタ74へ入力される。レジス
タからの出力はその後、全ての2ビットマルチプライヤ
へ同時に加えられる。各遅延チャンネルにつき、70で所
定数のサンプリング期間だけ遅延された信号入力は72に
おいてサンプリング済みセルラー信号入力と共に各マル
チプライヤへ印加される。マルチプライヤ76の出力は24
ビットカウンター78よりなる加算回路へ入力される。各
カウンターの出力は特定の相対的遅延時間につき相互相
関の強さに比例する。
大きな範囲の相対的遅延時間は、複数の遅延または相
関チャンネルにより同時に測定できる。必要な「遅れ」
の数は、位置測定につきサーチすべき地理的エリアと、
光速度と、相関器へ印加中の受信信号のバンド幅とに基
づく。例えば、上述の実施例では、制御チャンネルはそ
れぞれのバンド幅が376KHzの上側波帯及び下側波帯にグ
ループ分けされている。この信号は例えば750Kbpsであ
る、最小ナイキストレートまたはそれよりも大きい速度
でサンプリングする必要がある。100kmのエリアをサー
チする場合、必要な遅れの数: 上述したように、もつ1つの実施例は各セルラー制御
チャンネルごとに個々のレシーバを用いる。この信号が
71.428KHzでサンプリングされる場合、必要な遅れの数
は: 位置探知システムの動作 1.概要 図7は、中央サイトシステム16により実行される処理
を示した簡略化フローチャートである。(信号処理の詳
細なフローチャートは図8A−8Eで与えられる)。このシ
ステムはまず、各セルサイトからフレームデータを受け
る。次に、所与のセルサイトからの各フレーム(または
各フレームのサンプリング済みの信号部分)を他のセル
サイトからの対応各フレーム(または他の各フレームの
サンプリング済み部分)と相互相関する。(ここで「対
応の」とは、同一時間インターバルに関連するフレーム
をさす。)システムは次に、現在処理中のデータフレー
ムにより表わされる時間インターバルの間にセルラーホ
ン位置探知システムが受信する個々の信号を識別するデ
ータの表を作成するが、この個々の信号は図7において
文字「A」,「B」,「C」で示す。この表はさらに各
セルサイトにおける信号の到達時間を示す。これらの到
達時間はT1,T2,T3で表わされる。従って、システムは、
ある特定の時間インターバルの間に1またはそれ以上の
セルラーホンから受信される信号を識別し、またさらに
それぞれのセルサイトにかかる信号が到達した時間を示
す。この情報はその後、到達時間差(TDOA)及び到達周
波数差(FDOA)データを計算するのに用いられるが、後
者は速度を推定するのに利用される。その後、このデー
タはシステムがエラーであると判定したポイントを除去
するためにフィルタリングを受ける。次に、フィルタリ
ング済みTDOAデータを用いて、各信号A,B,Cを発した個
々のセルラーホンの位置(例えば、緯度及び経度)を計
算する。次に、システムは位置を探知している各セルラ
ーホンに対応する電話番号を復号する。電話番号の復号
は、セルサイトにあるコンピュータ16−8またはハード
ウエア(図示せず)のソフトウエアで行ってもよい。シ
ステムは各信号の最強のサンプル(最大電力)を用いて
その電話番号を調べる。その後、各ホンの位置と電話番
号とをデータベース20に書込むか或いはローカルディス
ク記憶装置18(図2)に記憶させる。最後に、データを
ユーザ、救急車或いは料金請求システムに送ってもよ
い。ユーザ、救急車或いは料金請求システムに送られる
フィールド(データ)は好ましくは、ダイヤル済みの番
号、ステータスビット及び標準セルラー制御チャンネル
メッセージからのメッセージ型式を表わすデータビット
を含む。ユーザまたは救急車はこれらのデータビットを
用いて、符号化メッセージをディスプレイ端末に送るこ
とができる。従って、位置探知システムは、位置探知サ
ービスの他に、限られた形式のメッセージをさらにコス
トを増加させずに提供することができる。
「到達時間差」または「TDOA」とは、1つのセルサイ
ト(例えば、セルサイトA)でのクロックの読みで測っ
たそのセルサイトにセルラーホン信号が到達した時間か
ら第2のセルサイト(セルサイトB)でのクロックの読
みで測ったその第2のセルサイトに同じセルラーホン信
号が到達した時間を減算したものをさす。この分析は全
てのセルサイト対、AとBで実行される。しかしなが
ら、個々の到達時間を測定する必要はない。所与の対の
セルサイトにおける信号の到達時間の差が必要なだけで
ある。さらに、到達周波数差またはFDOAは、(事実上)
セルサイトの5MHz発振信号と比較して測定した第1のセ
ルサイト(セルサイトA)におけるセルラー信号の周波
数から別のサイト(セルサイトB)の同じ量を減算した
ものをさす。TDOAデータを用い、TDOAの観察値と、セル
サイトの幾何学的形状及びセルラーホンの想定位置とに
基づくTDOAの計算値との差の自乗の和が絶対最小値とな
る緯度及び経度を計算すると、そのセルラーホンの緯度
及び経度を推定できる。緯度及び経度の試算によるサー
チはそのシステムのサービスエリア全体に亘って行う。
FDOAデータを用いると、セルラーホンの速度(速さ及び
運動方向)を測定できる。速度の推定は位置の推定と同
様な方法で実行可能である。
2.制御チャンネル信号の検出 極端に弱い制御チャンネル信号を検出する本発明の方
法には2つの好ましい実施例があるが、その選択は任意
特定のシステムを実現するための所望の資本及び運転コ
ストにより決まる。両方法とも特定のセルラー信号の可
変性に対処できる。即ち、制御チャンネル上の送信信号
は、セルラーホン番号、電子シリアル番号、任意のダイ
ヤル済み数字、メッセージ型式、ステータスビット及び
他のビットのようなセルラー信号を可変にするような多
数のフィールドよりなる。従って、各送信信号は潜在的
に特異であるため、それを任意の記憶信号と比較するこ
とはできない。
方法1では、セルラーサイトシステムは大きな資本コ
ストが必要であるが、通信リンクは例えば56Kbpsと低速
度であり、従って運転コストは低い。図7Aは、セルサイ
トシステムの機能的構成要素を示すことによりこの方法
を概略的に示す。この方法では、セルサイトにおいて以
下の態様で相互相関が実行される。特定の第1のセルサ
イトにおいて特定の制御チャンネル上で受信される強い
信号(例えば、信号「A」)(「強い」とはノイズレベ
ルよりも少なくとも数dB上のことをいう)については、
その強い信号はまずセルラーシステムそれ自体が用いる
ような信号復号器に印加される。この復号器はセルラー
信号を復調することにより、セルラー信号を発生させる
ため変調された元のデジタルビット流を発生させる。復
調器が許容誤差しきい値内でデジタル流を復調できない
場合、この強い信号はこのプロセスの残りの部分のスタ
ーテイングポイントとしてリジェクトされる。このデジ
タルビット流はその後、セルサイトシステムにより変調
されて、最初にセルラーホンが送信したような元の信号
波形に再構成される。この再構成された信号波形は第1
のセルサイトにおいて受信信号と相互相関される。相互
相関によりピーク値が生じるが、そのピーク値の所定の
ポイントから正確な到達時間を計算できる。
第1のセルサイトシステムはその後、復調デジタルビ
ット流と正確な到達時間とを通信リンクを介して中央サ
イトに送る。中央サイトはその後、復調デジタルビット
流と正確な到達時間とをセルラー送信信号を受信したも
のと見込まれる他のセルサイトへ配信する。これらの他
の第2、第3、第4等のセルサイトの各々では、デジタ
ルビット流がセルサイトシステムにより変調され、セル
ラーホンが最初に送信したような元の信号波形が再構成
される。この再構成された信号波形は、同じ時間インタ
ーバルの間各セルサイトが受信した信号との間で相互相
関される。この場合、同じ信号インターバルとは、第1
のセルサイトに強い信号が到達した時間からいずれかの
方向に数百乃至数千マイクロ秒延びた期間をさす。相互
相関によってピークが得られる場合も得られない場合も
あるが、ピークが得られる場合、正確な到達時間をその
ピークの所定のポイントから計算することが可能とな
る。その後、この正確な到達時間を通信ラインを介して
中央サイトへ送り、その値から特定対のセルサイトの遅
延時間差を計算することができる。この方法により、セ
ルサイトシステムは極端に弱い受信信号から到達時間情
報を抽出することができる。この場合、極端に弱い信号
とはノイズレベルよりも大きいか小さいことをいう。さ
らに、セルサイトにおける相互相関により、セルサイト
システムはセルラーホン信号の第1の前縁部を検出し、
マルチパスにより生じるその後の前縁部をリジェクトで
きる。マルチパス効果を軽減するこの方法の価値は当業
者によって理解されるであろう。この方法は、各サンプ
リング期間の間各セルサイトが受信する強い信号のそれ
ぞれにつき充分な数のセルサイト対について反復的に適
用される。任意の所与のセルラーホン送信信号につき、
この方法は1度だけ適用される。各信号の遅延時間の対
の結果はその後、位置計算アルゴリズムへ向けられる。
方法2では、セルラーサイトシステムは、主として各
制御チャンネルをサンプリングしてサンプリング済みの
情報を中央サイトへ送り返す働きをするため、比較的低
コストである。しかしながら、セルサイトでは相関が行
われないため、サンプリング済みのデータはすべて中央
サイトへ送り返す必要がある。このため、例えばT1ライ
ンのような高速通信ラインが必要となる。中央サイトは
全てのセルサイトから同一通信ラインを介してデータを
受信するが、このデータは同一の時間基準(タイミング
レシーバから取り出した)を用いてサンプリングし、タ
イムスタンプを押したものである。)この方法は、各サ
ンプリング期間の間各セルサイトにおいて受信される強
い信号の各々について充分な数のセルサイト対に反復的
に適用される。この方法は任意所与のセルラーホン送信
信号に対してただ1度だけ適用される。その後、各信号
の遅延時間対の結果は以下に説明する位置計算アルゴリ
ズムへ向けられる。
3.位置の計算 セルラーホンの位置を計算するために用いられる所望
のアルゴリズムは、反復プロセスである。このプロセス
の第1のステップは、セルラーホンシステムの地理的エ
リアをカバーする理論的ポイントのグリッド作成に係わ
る。これらのポイントは、例えば緯度及び経度を0.5分
の増分または他の増分で定めたものである。これらの理
論的ポイントの各々から、各関連対のセルサイトについ
て遅延時間の理論値が計算される。遅延時間の理論値の
計算にあたり、任意既知のサイトの偏りがその計算に導
入される。既知のサイトの偏りは任意数の機械的、電気
的或いは環境的要因により生じ得るものであり、時間に
より変化することがある。サイトの偏りは基準セルラー
トランスミッタの位置を定期的に測定することにより求
める。基準トランスミッタは定義により既知の位置にあ
るため、その既知の位置からのトランスミッタの計算位
置の任意のばらつきが永続的或いは一時的なサイトの偏
りにより生じるたものと想定される。これらサイトの偏
りはセルラーホンの既知でない位置の測定値にも影響を
与えるものと予想される。
遅延時間の理論値をグリッドの各理論的ポイントから
計算した後、相関により遅延時間を求めることができる
各セルサイト対につき、遅延時間理論値と実際の遅延時
間観測値との間で最小自乗差の計算を行う。この最小自
乗法の計算では実際の各遅延時間測定値について品質係
数を考慮する。この品質係数はマルチパス或いは他の異
常現象がその特定の遅延時間測定値に影響を与えた度合
いの推定値である。(この品質係数は以下において説明
する。)従って、最小自乗差の式は次の形を取る: LSD=[Q12(遅延_T12−遅延_O12+ Q13(遅延_T13−遅延_O13+... Qxy(遅延_Txy−遅延_Oxy] 上式において、遅延_Txyはセルサイトxy間の遅延時間
理論値を表わし;x及びyはセルサイトを表わす指標であ
り;遅延_Oxyはセルサイトxy間の遅延時間観測値を表わ
し;Qxyはセルサイトxy間の遅延時間測定値の品質係数を
表わし;LSDはセルラーシステムの地理的エリアに亘って
絶対最小値にされた最小自乗差の値である。
そのアルゴリズムは理論的ポイントのグリッド全体を
サーチしてLSDの値が最小となる最適な理論的ポイント
を確定する。アルゴリズムはその後、この最適な理論的
な緯度−経度からスタートして、上述のプロセスと同様
な別の線形重み付け最小自乗逐次演算を実行することに
より、実際の緯度−経度の精度が0.0001度または他の任
意の選択値内に収まるようにする。緯度−経度の計算を
2つのステップで行うことにより、必要な処理量を他の
方法に比べて大幅に減少することができる。
当業者は、位置を測定するこの逐次演算法ではセルラ
ーホン位置の計算において精度の地理的稀釈(GDOP)の
問題が自動的に考慮されていることが分かるであろう。
即ち、遅延時間理論値のグリッドの計算において逐次演
算は共に誤差の値も計算するため、GDOPの表は別に必要
ない。
セルラーホン信号は、セルラーホンから種々のセルサ
イトへ流れるにあたりマルチパス及び他の障害の影響を
受け易い。従って、ここに説明する方法はマルチパスに
対する補償を含んだものである。上述したように、セル
ラー制御チャンネルのデジタルビット流のシンボルレー
トは10Kbpsであり、これは100マイクロ秒のビット時間
を有する。マルチパスについての公表された研究による
と、都市及び郊外における典型的なマルチパスによる遅
延は5乃至25マイクロ秒であることが分かっている。本
発明の発明者等は、この場合、典型的なマルチパス効果
によりデジタルデータ流のビット時間が長くなり、上述
した相関アルゴリムズによれば特定の送信信号がそれに
より損なわれた度合いを求めることができることを発見
している。叙上のように、相互相関を行う場合、相互相
関により得られるピークのサイズ及びピークの幅に基づ
き、特定対のセルサイトの特定の遅延時間測定値に対す
る品質係数Qxyを計算できる。この品質係数は、位置の
測定に用いる最小自乗計算に重み付けを行って、マルチ
パス効果を軽減させるのに役立つ。
図8A−8Eは一括して、(1)相関データを得、(2)
遅延時間差及び周波数差データを得、(3)位置データ
を計算するために、位置探知システムが使用する信号処
理のフローチャートを示す。相関データを得るための処
理を示す図8Aを参照して、その処理は受信電力が任意の
セルサイトにおいて所定のしきい値よりも大きいか否か
を判定することにより始まる。もし大きければ、複素相
関器入力がそのセルサイトのデータを自己相関として処
理するようにセットされ、両方の入力が同一セルサイト
からのデータを受信するようにセットされる。その後シ
ステムは相関器が自己相関データの計算を終了するまで
待機する。その後、自己相関データがフーリエ変換され
て電力スペクトルデータが得られる。次に、システムは
いずれの信号チャンネルに送信信号があるかを判定し、
その結果を記憶する。次に、時間インデックスをクリア
した後、システムは相関器入力「B」をセットして別の
セルサイトからデータを受信し、「A」入力はそのまま
にする。その後、システムは相関器が終了するまで待機
した後、相関結果を記憶する。その後、システムは未処
理の「B」セルサイトが存在するか否かの判定を行う。
もし存在すれば、処理が図示のごとく枝路に戻ってその
セルサイトからのデータを処理する。もし存在しなけれ
ば、システムは出力が依然として受信中であるか否かを
判定し、もしそうでなければこの処理部分が終了し、も
しそうであれば時間インデックスをインクリメントし
て、「B」チャンネルのセルサイト信号を再び図示のご
とく処理する。
遅延時間差及び周波数差データを得るための処理を図
8Bに示す。システムはまず、出力が検出されたセルサイ
トのサイトインデックスへ第1のインデックスをセット
する。その後、第2のインデックスを別のサイトにセッ
トする。次いで、その時間インデックスを第1の時間に
セットする。その後、相関データを行番号が時間インデ
ックスに対応する2次元アレーの行に記憶させる。次
に、システムは別の時間サンプルを処理すべきか否かを
判定し、もしそうであれば時間インデックスをインクリ
メントすると、システムは図示のごとく枝路に戻る。も
しそうでなければ、2次元アレーのデータをフーリエ変
換する。変換されたデータはその後、最大の振幅を求め
てサーチされる。次いで、変換データのピークを推定す
るための相関が行われる。その後、遅延時間差及び周波
数差の結果が記憶される。システムはその後、第2のイ
ンデックスをインクリメントすべきか否かの判定を行
い、もしそうであれば図示のごとく枝路に戻る。
図8C−Eは、位置推定プロセスを示す。図8Cを参照し
て、システムはまず第1に遅延時間及び周波数の観測値
を引き出す。その後、対応のセルラーホン情報を引き出
す。次いで、緯度及び経度をそれらの初期値にセットす
る。初期値が与えられると、システムはサイトの偏り
(もしあれば)を考慮して遅延時間理論値を計算する。
その後、システムは遅延時間観測値から遅延時間計算値
を減算したものの自乗の和を求める。これを「X」とす
る。システムはその後、これがこれまで得られた最小の
「X」であるか否かの判定を行う。もしそうでなけれ
ば、システムは図示のごとく枝路を進んで緯度の初期値
をインクリメントする。もしこれが最小の「X」であれ
ば、緯度を「BEST_LAT」に記憶し、経度を「BEST_LON」
に記憶させる。その後システムは別の経度及び緯度をテ
ストすべきか否かの判定を行う。もしそうでなければ、
システムはBEST_LAT及びBEST_LONからスタートして、線
形重み付け最小自乗逐次演算ステップを行うことにより
補正値「LAT_CORRECTION」及び「LON_CORRECTION」を求
める。
図8Dを参照して、位置測定プロセスは、LAT_CORRECTI
ONの大きさが0.0001度よりも小さいか否かの判定を行う
ことにより継続する。同様に、システムはLON_CORRECTI
ONが0.0001度よりも小さいか否かの判定を行う。これら
のうちいずれかが否定の答えを出す場合、LAT_CORRECTI
ONの値をBEST_LATに加え、LON_CORRECTIONの値をBEST_L
ONに加え、処理は枝路に戻って別の線形重み付け最小自
乗逐次演算ステップ(図8C)を行う。LAT_CORRECTION及
びLON_CORRECTIONの大きさが0.0001以下になると、シス
テムは速さ変数を0に、また方向変数を0(即ち、北)
にセットすることにより速度計算に入る。これらの速さ
及び方向の初期値が与えられると、システムは任意のサ
イトの偏りを考慮して周波数理論値を計算する。その
後、システムは周波数観測値から理論値を減算したもの
の自乗の和を計算する。この和を「Y」とする。システ
ムはその後、この値「Y」がこれまで得られた最小のも
のであるか否かの判定を行う。もしそうであれば、速さ
を「BEST_SPEED」に記憶させ、方向を「BEST_DIRECTIO
N」に記憶させる。その後システムは別の方向をテスト
すべきか否かの判定を行う。もしそうであれば、方向を
インクリメントし、図示のごとく枝路に戻って処理を行
う。同様に、システムは別の速さをテストすべきか否か
を判定し、もしそうであれば速さをインクリメントし、
図示のごとく枝路に戻る。システムが別の方向及び速さ
をテストしないと決定した場合、BEST_SPEED及びBEST_D
IRECTIONからスタートして線形重み付け最小自乗計算を
行うことにより補正値「SPEED_CORRECTION」及び「DIRE
CTION_CORRECTION」を求める。その後、システムはSPEE
D_CORRECTIONの大きさが特定値、例えば毎時1マイルよ
りも小さいか否かの判定を行う。もしそうであれば、シ
ステムはDIRECTION_CORRECTIONの大きさが1度より小さ
いか否かを判定する。もしこれらのテストの結果がいず
れも肯定である場合、システムはSPEED_CORRECTIONをBE
ST_SPEEDへ、またDIRECTION_CORRECTIONをBEST_DIRECTI
ONへ加え、図示のごとく処理を枝路へ戻って行うことに
より、別の線形重み付け最小自乗計算を行う。SPEED_CO
RRECTIONが毎時1マイルより小さく、DIRECTION_CORREC
TIONが1度より小さい場合、システムはセルラーホン情
報、BEST_LAT、BEST_LON、BEST_SPEED及びBEST_DIRECTI
ONを出力する。
用途 ここに説明した本発明の技術には商業的に価値のある
種々の用途が存在する。例えば、移動式セルラーホンの
位置を追跡する基本的機能に加えて、電話をかける場所
により可変の料金レートを加入者に提供するために本発
明を利用できる。図9に示すように、加入者のセルラー
ホン位置の経時記録を含む位置テープを料金請求テープ
と結合することにより修正料金請求テープを作成するこ
とができる。料金請求テープはある特定の時間内にセル
ラーホンがかけた各通話の料金を示すデータを含む。こ
の料金は1またはそれ以上の所定の料金レートに基づく
ものである。修正料金請求データはある特定の場所から
の通話にそれぞれ異なるレートを適用したものである。
例えば、ユーザの家庭或いはオフィスからの通話に対し
ては低い料金レートを適用できる。
本発明はまた、例えば「911」の呼出しに応答して緊
急援助を与えるように利用できる。この用途の場合、位
置探知システムはセルラーホンからの「911」信号の受
信に応答して位置情報を特定の受信ステーションへ自動
的に送る手段を含む。
さらに、本発明を警報サービスとともに用いることが
できる。この用途では、所与のセルラーホンの現在位置
を特定の位置範囲と比較し、現在位置が所定範囲内にな
いときは警報状態を指示する手段を設ける。
さらに別の用途では、所与のセルラーホンからの信号
送信がないのを検出し、それに応答してそのセルラーホ
ンを自動的に呼出し、信号送信を行わせることを含む。
これにより、システムはセルラーシステムに対してレジ
ストレーションできなくなったセルラーホンの位置を特
定できる。かかる機能を用いると、例えば遠隔の場所に
いる加入者に警報を発することができる。
さらに別の用途では、特定の場所にある所与のセルラ
ーホンの到達時間を推定する。この用途は、例えば公共
交通システムに関連して規定ルートに沿うバスの到達予
想時間を提供するのに有用である。この機能については
他の多くの用途が考えられる。
結論 最後に、本発明の真の範囲はここに開示した現在にお
いて好ましい実施例に限定されない。例えば、セルサイ
トシステムの全部或いはその任意のものを、関連のセル
ラーホンシステムの実際のセルサイトと一緒に配置する
必要はない。加えて、T1リンク以外の通信リンクをセル
サイトシステムと中央サイトシステムの結合に用いるこ
とができる。加えて、タイミング信号レシーバはGPSレ
シーバである必要はないが、これは全てのセルサイトシ
ステムへ共通のタイミング信号を送る他の手段が当業者
にとって自明であるからである。さらに、本発明は特に
言及しなかった多くの用途に利用できる。これらには、
盗難車両の取り戻し、全車両の管理、セルシステムの診
断及びハイウエーの管理が含まれる。従って、明らかに
そうだと限定されたものを除き、以下の請求項の保護範
囲は上述した特定事項に限定されるものではない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェッバー,ジョン,シー アメリカ合衆国,バージニア州 22071, ハーンドン,ベッツィー・レーン 3249 (56)参考文献 特開 平3−235077(JP,A) 特開 平2−222330(JP,A) 特開 平3−258060(JP,A) 特開 昭63−199528(JP,A) 特開 平4−351127(JP,A) 実開 昭61−88356(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04B 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (45)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各々が所定セットの逆制御チャンネルの1
    つへ周期的信号送信を行う多数の移動式セルラーホンの
    位置を求めるためのセルラーホン位置探知システムであ
    って、 (a)各々が、高い所の地上アンテナと、前記セルラー
    ホンにより逆制御チャンネルへ送信されたセルラーホン
    信号を受信し、そのセルラーホン信号から抽出したベー
    スバンド信号を与えるために前記アンテナに作動的に結
    合されたベースバンドコンバータと、全てのセルサイト
    に共通のタイミング信号を受信するタイミング信号レシ
    ーバと、前記ベースバンド信号を所定のサンプリング周
    波数でサンプリングし、サンプリング済みの信号をフォ
    ーマットして、各々が所定数のデータビットと、前記セ
    ルラーホン信号が受信された時間を表わすタイムスタン
    プビットとよりなる、デジタルデータフレームを形成す
    るために、前記タイミング信号レシーバと前記ベースバ
    ンドコンバータに作動的に結合されたサンプリングサブ
    システムとよりなる、少なくとも3つのセルサイトシス
    テム、及び (b)前記セルサイトシステムに作動的に結合され、前
    記セルサイトシステムからの前記データフレームを処理
    して個々のセルラーホン信号及び前記セルラーホン信号
    の到達時間の前記セルサイトシステム間の差を示す表を
    作成する手段と、前記到達時間差に基づき前記セルラー
    ホン信号を発したセルラーホンの位置を求める手段とよ
    りなる中央サイトシステム からなるセルラーホン位置探知システム。
  2. 【請求項2】前記タイミング信号レシーバは、地球位置
    探知システム(GPS)レシーバよりなることを特徴とす
    る請求項1に記載のセルラーホンシステム。
  3. 【請求項3】前記中央サイトシステムは、1つのセルサ
    イトシステムからのフレームのデータビットをその他の
    各セルサイトシステムからの対応データビットと相互相
    関する相関器よりなる請求項1に記載のセルラーホンシ
    ステム。
  4. 【請求項4】前記中央サイトシステムはさらに、 各々が前記セルサイトシステムの1つから信号を受信す
    るよう接続された複数のデータ入力ポートと、 前記入力ポートから信号を受信し、データビットとクロ
    ック信号を出力するためのインターフェイス/デフォー
    マティング回路と、 各々がインターフェイス/デフォーマティング回路から
    データビットとクロック信号を受信するようにその回路
    に結合された複数のFIFOレジスタと、 各々が前記FIFOレジスタの1つの出力に結合された複数
    の入力ポートと、前記相関器の入力ポートに結合された
    第1の出力ポート(A)及び第2の出力ポート(B)と
    よりなるスイッチと、 前記スイッチの入力のうち2つの入力を前記スイッチの
    出力ポート上へ出力するように選択すべく前記スイッチ
    に作動的に結合されたコンピュータと、 前記コンピュータと前記FIFOレジスタに結合されたRAM
    制御回路と、 前に選択したFIFOレジスタからサンプルビットを読取る
    ために前記コンピュータ及び前記RAM制御回路により制
    御されるサンプル読み取りクロックと、 前記スイッチの前記第2の出力ポートに結合された入力
    ポートと、第1の出力ポート(B1)と、第2の出力ポー
    ト(B2)と、前記第1の出力ポート(B1)上に同相信号
    を、また前記第2の出力ポート(B2)上に直角位相信号
    を出力する手段とよりなる直角位相チャンネル発生器と
    よりなり、 前記相関器は前記DATA A及びDATA B1信号の第1の相
    関係数と、前記DATA A及びDATA B2信号の第2の相関
    係数を計算する請求項3に記載のセルラーホンシステ
    ム。
  5. 【請求項5】前記ベースバンドコンバータの各々は、中
    間周波(IF)信号を与える第1のミキサと、局部発振機
    (LO)信号を与えるシンセサイザと、前記第1のミキサ
    及び前記シンセサイザに結合されて前記IF信号を上側帯
    波信号と下側帯波信号に変換する単一の側帯波ミキサ
    と、上側帯波信号及び下側帯波信号をフィルタリングし
    てフィルタリング済み上側帯波信号及び下側帯波信号に
    基づき前記ベースバンド信号を与える手段とよりなる請
    求項1に記載のセルラーホンシステム。
  6. 【請求項6】セルラーホン信号を受信するための第1の
    セルサイトの第1のレシーバ手段と、 前記第1のセルサイトの受信セルラーホン信号を復調し
    て復調デジタルビット流を発生させるための前記第1の
    セルサイトの復調手段と、 復調デジタルビット流を変調して、最初に送信されたと
    きのセルラーホン信号を再構成することにより、第1の
    再構成セルラーホン信号を発生させるための前記第1の
    セルサイトの第1の変調手段と、 前記再構成した信号を前記第1のセルサイトで受信した
    セルラーホン信号と相互相関することにより、第1のセ
    ルサイトにおけるセルラーホン信号の到達時間を示す第
    1のピークを発生させるための前記第1のセルサイトの
    第1の相互変調手段と、 前記第1のピークに基づき第1のセルサイトでのセルラ
    ーホン信号の到達時間を求め、それを示す第1の到達時
    間データを発生させる手段と、 復調デジタルビット流と、第1の到達時間データを第1
    のセルサイトから中央サイトへ送る手段と、 復調デジタルビット流と、第1の到達時間データを第2
    のセルサイトへ配信する手段と、 復調デジタルビット流を第2のセルサイトで変調するこ
    とにより、セルラーホンにより最初に送信されたときの
    セルラーホン信号を再構成して、再構成された第2のセ
    ルラーホン信号を発生させるための前記第2のセルサイ
    トの第2の変調手段と、 前記セルラーホン信号を受信するための前記第2のセル
    サイトの第2のレシーバ手段と、 再構成した第2の信号と、第2のセルサイトで受信した
    セルラーホン信号とを相互相関することにより第2のセ
    ルサイトにおけるセルラーホン信号の到達時間を示す第
    2のピークを発生させるための前記第2のセルサイトの
    第2の相互相関手段と、 前記第2のピークに基づき第2のセルサイトにおけるセ
    ルラーホン信号の到達時間を求め、それを示す第2の到
    達時間データを発生させる手段と、 前記第2の到達時間データを第2のセルサイトから中央
    サイトへ送る手段と、 前記第1及び第2の到達時間データに基づき到達時間差
    データを求める前記中央サイトの手段とよりなる請求項
    1に記載のセルラーホンシステム。
  7. 【請求項7】(1)所定の地理的エリアをカバーする、
    所定の緯度及び経度増分だけ離れた理論的ポイントのグ
    リッドを作成し、 (2)複数対のセルサイトにつき遅延時間理論値を計算
    し、 (3)複数対のセルサイトにつき遅延時間理論値と遅延
    時間測定値とに基づき最小自乗差(LSD)の値を計算
    し、 (4)理論的ポイントの全グリッドをサーチして、LSD
    の値が最小となる最適の緯度及び経度の理論値を求め、 (5)最適の緯度及び経度の理論値からスタートして別
    の線形重み付け最小自乗逐次演算を行うことにより、実
    際の緯度及び経度の精度を所定の度数または1度の端数
    内に収めることよりなる位置推定手段よりなる請求項1
    に記載のセルラーホンシステム。
  8. 【請求項8】前記計算ステップ(2)は、任意の既知の
    サイトにつき、機械的、電気的または環境的要因により
    生じる偏りを調べ、前記サイトの偏りは既知の位置での
    基準セルラートランスミッタの位置を周期的に計算する
    ことにより求める請求項7に記載のセルラーホンシステ
    ム。
  9. 【請求項9】前記最小自乗差は下式で与えられる請求項
    7に記載のセルラーホンシステム: LSD=[Q12(遅延_T12−遅延_O12+ Q13(遅延_T13−遅延_O13+... Qxy(遅延_Txy−遅延_Oxy] 上式において、遅延_Txyはセルサイトxy間の遅延時間理
    論値を表わし;x及びyはセルサイトを表わす指標であ
    り;遅延_Oxyはセルサイトxy間の遅延時間観測値を表わ
    し;Qxyはセルサイトxy間の遅延時間測定値の品質係数を
    表わし;この品質係数はマルチパスまたは他の異常事態
    が特定の遅延時間測定値に影響を与えた度合いの推定値
    である。
  10. 【請求項10】さらに、セルラーホン信号の第1の前縁
    部を検出し、前記セルラーホン信号のその後の前縁部を
    リジェクトして、マルチパス効果を軽減させるための手
    段よりなる請求項7に記載のセルラーホンシステム。
  11. 【請求項11】(1)所定の速度範囲をカバーする、所
    定の増分だけ離れた理論的ポイントのグリッドを作成
    し、 (2)複数対のセルサイトにつき周波数差理論値を計算
    し、 (3)複数対のセルサイトにつき周波数差理論値と周波
    数差測定値とに基づき最小自乗差(LSD)の値を計算
    し、 (4)理論的ポイントの全グリッドをサーチして、LSD
    の値が最小となる最適の速度理論値を求め、 (5)最適の速度理論値からスタートして別の線形重み
    付け最小自乗逐次演算を行うことにより、実際の速度の
    精度を所定の許容誤差内に収めることよりなる速度推定
    手段よりなる請求項1に記載のセルラーホンシステム。
  12. 【請求項12】さらに、セルラーホンと、そのそれぞれ
    の位置を示す位置データを記憶させるためのデータベー
    スと、遠隔の加入者が前記データベースにアクセスでき
    るようにする手段とよりなる請求項1に記載のセルラー
    ホンシステム。
  13. 【請求項13】さらに、前記セルラーホンの特定の1つ
    によるリクエストに応答して位置データをその特定のセ
    ルラーホンに提供する手段よりなる請求項12に記載のセ
    ルラーホンシステム。
  14. 【請求項14】さらに、前記セルラーホンの前記位置デ
    ータを料金請求データと結合して修正料金請求データを
    発生させる手段よりなり、前記料金請求データはある特
    定の時間の間に前記セルラーホンがかけた各通話のコス
    トを示し、前記コストは1またはそれ以上の所定の料金
    レートに基づき、前記修正料金請求データは1またはそ
    れ以上の所定の場所からの通話に対して異なるレートが
    適用される請求項12に記載のセルラーホンシステム。
  15. 【請求項15】システムはユーザの家庭からかけた通話
    に対して低い料金レートを適用する請求項14に記載のセ
    ルラーホンシステム。
  16. 【請求項16】さらに、信号を選択されたセルラーホン
    に送信することにより、前記選択されたセルラーホンを
    して制御チャンネルへ信号を送信させるための手段より
    なる請求項1に記載のセルラーホンシステム。
  17. 【請求項17】さらに、セルラーホンからの危難信号の
    受信に応答して位置情報を所定の受信ステーションへ自
    動的に送信することにより、危難に遭遇したユーザへ緊
    急援助が与えられるようにする請求項1に記載のセルラ
    ーホンシステム。
  18. 【請求項18】さらに、所与のセルラーホンの現在位置
    を所定の位置範囲と比較し、前記現在位置が前記所定の
    範囲にないときは警報状態を指示するための手段よりな
    る請求項1に記載のセルラーホンシステム。
  19. 【請求項19】さらに、所与のセルラーホンによる信号
    送信がないのを検出し、それに応答して前記所与のセル
    ラーホンを自動的に呼出すことにより前記所与のセルラ
    ーホンをして信号送信を開始させるための手段と、警報
    状態を指示するための手段とよりなる請求項1に記載の
    セルラーホンシステム。
  20. 【請求項20】さらに、所定の位置への所与のセルラー
    ホンの到達時間を推定するための手段よりなる請求項1
    に記載のセルラーホンシステム。
  21. 【請求項21】さらに、所与のセルラーホンがボイスチ
    ャンネルへ送信したボイス信号を受信し、前記所与のセ
    ルラーホンの位置を前記ボイス信号に基づき求めること
    により、所与のセルラーホンを継続的に追跡するための
    手段よりなる請求項1に記載のセルラーホンシステム。
  22. 【請求項22】移動式セルラーホンを所有する複数の加
    入者にサービスを提供する地上設置セルラーホンシステ
    ムであって、 (a)各々が所定セットの逆制御チャンネルの1つへ周
    期的信号送信を行う複数の移動式セルラーホンが送信し
    た信号を受信する設備をもつ、少なくとも3つのセルサ
    イトと、 (b)逆制御チャンネルへの前記周期的信号送信時に発
    せられた信号を受信し処理することによって前記セルラ
    ーホンの位置を自動的に求める位置測定手段と、 (c)セルラーホンと、そのそれぞれの位置とを示す位
    置データを記憶させ、遠隔の加入者がアクセスできるよ
    うにするためのデータベース手段とよりなる地上設置セ
    ルラーホンシステム。
  23. 【請求項23】さらに、前記セルラーホンの特定の1つ
    によるリクエストに応答して位置データをその特定のセ
    ルラーホンに提供する手段よりなる請求項22に記載の地
    上設置セルラーホンシステム。
  24. 【請求項24】さらに、前記セルラーホンの前記位置デ
    ータを料金請求データと結合して修正料金請求データを
    発生させる手段よりなり、前記料金請求データはある特
    定の時間の間に前記セルラーホンがかけた各通話のコス
    トを示し、前記コストは1またはそれ以上の所定の料金
    レートに基づき、前記修正料金請求データは1またはそ
    れ以上の所定の場所からの通話に対して異なるレートが
    適用される請求項22に記載の地上設置セルラーホンシス
    テム。
  25. 【請求項25】さらに、信号を選択されたセルラーホン
    に送信することにより、前記選択されたセルラーホンを
    して制御チャンネルへ信号を送信させるための手段より
    なる請求項22に記載の地上設置セルラーホンシステム。
  26. 【請求項26】さらに、セルラーホンからの危難信号の
    受信に応答して位置情報を所定の受信ステーションへ自
    動的に送信することにより、危難に遭遇した加入者へ緊
    急援助が与えられるようにする請求項22に記載の地上設
    置セルラーホンシステム。
  27. 【請求項27】さらに、所与のセルラーホンの現在位置
    を所定の位置範囲と比較し、前記現在位置が前記所定の
    範囲にないときは警報状態を指示するための手段よりな
    る請求項22に記載の地上設置セルラーホンシステム。
  28. 【請求項28】さらに、所与のセルラーホンによる信号
    送信がないのを検出し、それに応答して前記所与のセル
    ラーホンを自動的に呼出すことにより前記所与のセルラ
    ーホンをして信号送信を開始させるための手段と、警報
    状態を指示するための手段とよりなる請求項22に記載の
    地上設置セルラーホンシステム。
  29. 【請求項29】さらに、所定の位置への所与のセルラー
    ホンの到達時間を推定するための手段よりなる請求項22
    に記載の地上設置セルラーホンシステム。
  30. 【請求項30】さらに、所与のセルラーホンがボイスチ
    ャンネルへ送信したボイス信号を受信し、前記所与のセ
    ルラーホンの位置を前記ボイス信号に基づき求めること
    により、所与のセルラーホンを継続的に追跡するための
    手段よりなる請求項22に記載の地上設置セルラーホンシ
    ステム。
  31. 【請求項31】所定セットの逆制御チャンネルの1つへ
    信号を周期的に送信する1またはそれ以上の移動式セル
    ラーホンの位置を求める方法であって、 (a)少なくとも3つの地理的に離れたセルサイトにお
    いて前記逆制御チャンネル信号を受信し、 (b)各セルサイトにおいて前記信号を処理することに
    より、各々が所定数のデータビットと、各セルサイトに
    おいてデータフレームが作成された時間を表わすタイム
    スタンプビットよりなるデータフレームを作成し、 (c)前記データフレームを処理することにより、個々
    のセルラーホン信号と前記セルサイト間の前記セルラー
    ホン信号の到達時間の差を求め、 (d)前記到達時間差に基づき前記セルラーホン信号を
    発したセルラーホンの位置を求めるステップよりなる方
    法。
  32. 【請求項32】セルラーホンとそのそれぞれの位置を示
    す位置データをデータベースに記憶させ、遠隔の加入者
    が前記データベースにアクセスできるようにするステッ
    プよりなる請求項31に記載の方法。
  33. 【請求項33】さらに、前記セルラーホンの前記位置デ
    ータを料金請求データと結合して修正料金データを作成
    することよりなり、前記料金請求データはある所定の時
    間の間前記セルラーホンがかけた各通話のコストを示
    し、前記コストは1またはそれ以上の所定の料金レート
    に基づき、前記修正料金データは1またはそれ以上の所
    定の位置からの通話に対して異なるレートが適用される
    請求項31に記載の方法。
  34. 【請求項34】さらに、信号を選択されたセルラーホン
    に送信することにより、前記選択されたセルラーホンを
    して制御チャンネルへ信号を送信させるための手段より
    なる請求項31に記載の方法。
  35. 【請求項35】さらに、セルラーホンからの危難信号の
    受信に応答して位置情報を所定の受信ステーションへ自
    動的に送信することにより、危難に遭遇したユーザへ緊
    急援助が与えられるようにする請求項1に記載の方法。
  36. 【請求項36】さらに、所与のセルラーホンの現在位置
    を所定の位置範囲と比較し、前記現在位置が前記所定の
    範囲にないときは警報状態を指示するための手段よりな
    る請求項31に記載の方法。
  37. 【請求項37】さらに、所与のセルラーホンによる信号
    送信がないのを検出し、それに応答して前記所与のセル
    ラーホンを自動的に呼出すことにより前記所与のセルラ
    ーホンをして信号送信を開始させるための手段と、警報
    状態を指示するための手段とよりなる請求項31に記載の
    方法。
  38. 【請求項38】さらに、所定の位置への所与のセルラー
    ホンの到達時間を推定するための手段よりなる請求項31
    に記載の方法。
  39. 【請求項39】さらに、所与のセルラーホンがボイスチ
    ャンネルへ送信したボイス信号を受信し、前記所与のセ
    ルラーホンの位置を前記ボイス信号に基づき求めること
    により、所与のセルラーホンを継続的に追跡するための
    手段よりなる請求項31に記載の方法。
  40. 【請求項40】第1のセルサイトでセルラーホン信号を
    受信し、 前記第1のセルサイトで受信セルラーホン信号を復調し
    て、復調デジタルビット流を発生させ、 復調デジタルビット流を変調して、最初に送信されたと
    きのセルラーホン信号を再構成することにより、再構成
    された第1のセルラーホン信号を発生させ、 前記再構成信号と前記第1のセルサイトで受信したセル
    ラーホン信号とを相互相関することにより、第1のセル
    サイトでのセルラーホン信号の到達時間を示す第1のピ
    ークを発生させ、 前記第1のピークに基づき第1のセルサイトでのセルラ
    ーホン信号の到達時間を求め、それを示す第1の到達時
    間データを発生させ、 復調デジタルビット流と、第1の到達時間データを第1
    のセルサイトから中央サイトへ送り、 復調デジタルビット流と第1の到達時間データを第2の
    セルサイトへ配信し、 復調デジタルビット流を第2のセルサイトで変調するこ
    とにより、セルラーホンにより最初に送信されたときの
    セルラーホン信号を再構成して、再構成された第2のセ
    ルラーホン信号を発生させ、 前記セルラーホン信号を前記第2のセルサイトで受信
    し、 再構成した第2の信号と、第2のセルサイトで受信した
    セルラーホン信号とを相互相関することにより、第2の
    セルサイトにおけるセルラーホン信号の到達時間を示す
    第2のピークを発生させ、 前記第2のピークに基づき第2のセルサイトにおけるセ
    ルラーホン信号の到達時間を求め、それを示す第2の到
    達時間データを発生させ、 前記第2の到達時間データを第2のセルサイトから中央
    サイトへ送り、 前記第1及び第2の到達時間データに基づき到達時間差
    データを求める ステップよりなる請求項31に記載の方法。
  41. 【請求項41】(1)所定の地理的エリアをカバーす
    る、所定の緯度及び経度増分だけ離れた理論的ポイント
    のグリッドを作成し、 (2)複数対のセルサイトにつき遅延時間理論値を計算
    し、 (3)複数対のセルサイトにつき遅延時間理論値と遅延
    時間測定値とに基づき最小自乗差(LSD)の値を計算
    し、 (4)理論的ポイントの全グリッドをサーチして、LSD
    の値が最小となる最適の緯度及び経度の理論値を求め、 (5)最適の緯度及び経度の理論値からスタートして別
    の線形重み付け最小自乗逐次演算を行うことにより、実
    際の緯度及び経度の精度を所定の度数または1度の端数
    内に収める ステップを実行することによりセルラーホンの位置を推
    定することよりなる請求項31に記載の方法。
  42. 【請求項42】前記計算ステップ(2)は、任意の既知
    のサイトにつき、機械的、電気的または環境的要因によ
    り生じる偏りを調べ、前記サイトの偏りは既知の位置で
    の基準セルラートランスミッタの位置を周期的に計算す
    ることにより求める請求項41に記載の方法。
  43. 【請求項43】前記最小自乗差は下式で与えられる請求
    項41に記載の方法: LSD=[Q12(遅延_T12−遅延_O12+ Q13(遅延_T13−遅延_O13+... Qxy(遅延_Txy−遅延_Oxy] 上式において、遅延_Txyはセルサイトxy間の遅延時間理
    論値を表わし;x及びyはセルサイトを表わす指標であ
    り;遅延_Oxyはセルサイトxy間の遅延時間観測値を表わ
    し;Qxyはセルサイトxy間の遅延時間測定値の品質係数を
    表わし;この品質係数はマルチパスまたは他の異常事態
    が特定の遅延時間測定値に影響を与えた度合いの推定値
    である。
  44. 【請求項44】さらに、セルラーホン信号の第1の前縁
    部を検出し、前記セルラーホン信号のその他の前縁部を
    リジェクトして、マルチパス効果を軽減させることより
    なる請求項40に記載の方法。
  45. 【請求項45】(1)所定の速度範囲をカバーする、所
    定の増分だけ離れた理論的ポイントのグリッドを作成
    し、 (2)複数対のセルサイトにつき周波数差理論値を計算
    し、 (3)複数対のセルサイトにつき周波数差理論値と周波
    数差測定値とに基づき最小自乗差(LSD)の値を計算
    し、 (4)理論的ポイントの全グリッドをサーチして、LSD
    の値が最小となる最適の速度理論値を求め、 (5)最適の速度理論値からスタートして別の線形重み
    付け最小自乗逐次演算を行うことにより、実際の速度の
    精度を所定の許容誤差内に収める ステップを実行することによりセルラーホンの速度を推
    定することよりなる請求項40に記載の方法。
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