JP3585464B2 - 通信システムにおける距離の推定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、通信システムにおける複数局間の距離の推定に係り、特に距離推定に少なくとも１つのタイミング・パラメータを使用することに関するが、これに限定されない。
【０００２】
（発明の背景）
セルラ通信システムは、セルまたは同様の無線通達範囲エリアに基づいている。セルラ電気通信システムの例としては、ＧＳＭ（汎欧州デジタル移動電話方式）または種々のＧＳＭをベースとするシステム（ＧＰＲＳ：汎用パケット無線サービス）、ＡＭＰＳ（米国移動電話システム）、ＤＡＭＰＳ（デジタルＡＭＰＳ）、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）または提案のＷＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）またはＵＭＴＳ（汎用移動通信システム）、または他の第３世代の通信システム等のような規格があるが、これらの規格に限定されない。通常、電気通信システムのセル通達範囲エリアは、エア・インタフェースまたは無線インタフェースを介して、ユーザ装置（ＵＥ）または移動局（ＭＳ）にサービス提供し、通常、基地局サブシステム（ＢＳＳ）と接続している、１またはいくつかの基地トランシーバ局（ＢＴＳ）によりカバーされている、ある地理的に限定されたエリアであると定義できる。相互に接続している数個のセルは、より広い地理的エリアをカバーする。すなわち、数個のセルは、一緒になって、セルラ電気通信ネットワークの通達範囲エリアを形成する。
【０００３】
上記システムの各通達範囲エリアは、適当なコントローラ装置により制御することができる。上記コントローラは、さらに、ゲートウェイＧＰＲＳサポート・ノード（ＧＧＳＮ）のようなゲートウェイまたはリンキング装置、またはセルをＰＳＴＮ（公衆交換電気通信網）のような他の通信ネットワーク、またはＸ．２５をベースとするネットワークのようなデータ・ネットワーク、またはＴＣＰ／ＩＰ（転送制御プロトコル／インターネットプロトコル）をベースとするネットワークにリンクしているゲートウェイ移動交換局（ＧＳＭＣ）に接続することもできる。
【０００４】
電気通信システムの複数のセルの各々に存在するユーザ装置（ＵＥ）（以下移動局またはＭＳと呼ぶ）は、それぞれ、そのセルのコントローラ機能により制御される。ＭＳは、場合によっては、１つのコントローラだけで制御することもできる。しかし、ＭＳは、いくつかのコントローラにより同時に制御することもできる。このような事態は、例えば、複数のセルが重複している場合、または、ＭＳが、２つの基地局と通信可能であり、これらの基地局が異なるコントローラに接続可能な、いわゆるソフト・ハンドオフ・モード状態にある場合、または１つのコントローラが、そのＭＳを制御している別のコントローラを制御している場合に発生する。１つのコントローラを、サービス提供（主）コントローラと定義でき、他のコントローラは二次的コントローラとして動作する。
【０００５】
移動局は、適当なネットワーク・コントローラと通信し、そのコントローラに種々のタイプの情報を供給する。例えば、移動局があるセルから新しいセルに移動した場合、または移動局がスイッチオフした後、またはしばらくの間通信不能になった後で、複数のセルの１つにおいてスイッチオンした場合、移動局は、新しいセルのコントローラにＭＳ識別子（ＩＤ）を含むメッセージを送信する。新しいセルのコントローラは、前のセル内のコントローラと同じものであってもよいし、セルを移動する前に、そのＭＳをハンドリングしていた前のコントローラとは異なるコントローラであってもよい。ＭＳのＩＤは、それぞれ、外部からの呼出し／内部からの呼出し、およびＭＳへの／ＭＳからの信号を処理できるように、電気通信システムが要求するデータを含む。システムがＭＳのＩＤを受信すると、システムは、特定の移動局の現在セルを意識する。
【０００６】
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ネットワークの場合には、移動局および基地トランシーバ局間の送信用に複数のタイムスロットが使用される。１つのフレームは、所定数のタイムスロットから構成されている。各移動局には、それにより基地トランシーバ局と通信する各フレーム内に所与のタイムスロットが割り当てられる。種々の移動局から受信した信号を正しく処理するために、基地局は、各移動局からの信号をその割り当てられたタイムスロットで受信しなければならない。割り当てられたタイムスロットに信号を確実に受信するために、基地局は、移動局にタイミング・アドバンス（ＴＡ）情報を供給する。タイミング・アドバンス情報は、移動局が基地局に対していつ信号を送信すべきかを示す。タイミング・アドバンス情報が必要なのは、送信局と受信局との間の電波の伝播が、複数局間の伝送に遅延を起こすからである。すなわち、ＢＴＳからＭＳへ、およびその反対方向に電波が伝播するには、ある時間が掛かり、そのため、ＭＳとＢＴＳとが使用するスロットのタイミングの間に、あるズレが発生する。この遅延を解決するために、もっと正確に言うと、タイムスロットのすべての重畳を避けるために、移動局とサービスを提供している基地トランシーバ局との間の時間的ズレを測定する必要がある。
【０００７】
ある方法によれば、アイドル状態にある移動局は、サービスを提供している基地局から受信したバーストに基づき内部タイミングを調整する。ＭＳがＢＴＳに初めて送信した場合（アクセス・バーストの場合）には、この調整は、ＢＴＳのタイミングと比較して遅れている移動局の内部タイミングを使用して行われる。ＢＴＳがこれらの信号を受信した時、ＢＴＳは、そのフレーム構造および受信したＭＳバースト間の時間的ズレを測定する。これら２つのタイミング間のズレは、ＢＴＳとＭＳとの間を往復する電波の伝播遅延に等しい。すなわち、局間距離の２倍である。ＢＴＳ内でのタイムスロットの重畳を避けるために、ＢＴＳは、ＭＳがＢＴＳに時間的にどれだけ早く送信しなければならないかを示すタイミング・アドバンス（ＴＡ）値情報をＭＳに供給する。これにより、ＭＳは、その伝送を調整し、受信ＢＴＳが使用するフレーム構造に基づいてＢＴＳがその伝送をスロットに受信できるようにする。専用接続の間、ＢＴＳは、継続的に適切なＴＡ値を測定し、そのＴＡ値をＭＳに送信する。
【０００８】
上記タイミングを測定する１つの考えられる方法は、インパルス応答に基づく。インパルス応答は、バースト内の既知のビット・パターン（いわゆる、トレーニング・シーケンス）と、受信信号とを相互に関連づけることにより取得できる。インパルス応答は、Ｘ軸を時間とし（成分タップ）、Ｙ軸を強度とする曲線である（例示としてのインパルス応答を示す図３参照）。ＧＳＭのようなＴＤＭＡシステムを正常に動作させるには、最大のエネルギーを受信できるように、受信を調整することが重要である。それ故、従来技術の場合には、タイミングはインパルス応答の重心から測定された。
【０００９】
セルラ通信システム機能により、個々の移動局の現在位置に関する少なくとも大体の推定値は容易に入手できる。より詳細に説明すると、セルラ通信システムは、システムの基地局の少なくとも１つと通信している上記移動局の現在位置エリアを常に（少なくとも大体は）知っている。この情報は、移動局が移動した先のネットワーク、すなわち「外部」ネットワークの通達範囲エリア内に位置している場合でも入手可能である。何故なら、移動先のネットワークは、例えば、転送または課金のために、移動局の位置に関する情報をホーム・ネットワークに返信できるからである。
【００１０】
セルラ電気通信ネットワークが供給する位置決めサービス機能が、従来から提案されてきた。提案の位置決めサービスは、タイムスタンプと一緒に、知られている移動局の最後の位置を提供できる。提案のサービス機能は、システムの種々のコントローラから上記情報を受信する個々のネットワーク素子またはサーバにより供給できる。
【００１１】
もっと正確に位置を測定できる１つの方法は、移動局と基地局との間のタイミングの遅れすなわちズレに関する情報を使用する方法である。この方法は、移動局が基地局から比較的遠い位置にいる場合には、移動局が比較的基地局に近い位置にいる場合と比較すると、基地局への信号の到着が遅れるという事実に基づいている。それ故、上記ズレの問題を解決するために、基地局から比較的遠くにいる移動局は、基地局に比較的近い位置にいる移動局よりも、タイミング構造に関して、より「早期に」基地局にその信号を送信しなければならない。それ故、タイミング・アドバンス情報（ＴＡ）は、また、移動局および基地局間の距離の１つの測定値である。タイミング・アドバンス情報は、信号を受信した方向は表示しない。それ故、タイミング・アドバンス情報を使用する場合には、方向を推定できるように、何か別のサポート情報を使用しなければならない。例えば、他の方向の表示が入手できない場合には、移動局が自己が現在位置しているエリアをカバーしている少なくとも別の１つ、好適には、３つの近隣の基地局と通信するように位置を決定できる。指向性アンテナまたは１つの基地局の場所からの到来角（ＡＯＡ）の測定値も、タイミング・アドバンス情報と一緒に使用できる。後者の場合、前記位置はＡＯＡ線と、タイミング・アドバンス円との交点に決定される。
【００１２】
現在、タイミング・アドバンスは、例えば、ＧＳＭシステムにおいては１ビットの精度で測定される。この精度は、時間の場合には、３．６９μｓ、距離の場合には、１．１ｋｍに相当する。この精度は、セルラ通信システムの通常の動作にとっては十分なものである。しかし、この精度は、通信システムの２局間または数局間の距離の推定、およびタイミング・アドバンス情報に基づく移動局の地理的な位置決めのような特殊な目的には十分でない場合もある。
【００１３】
（発明の概要）
本発明の実施形態の１つの目的は、上記問題の１つまたはいくつかを解決することである。
本発明の１つの態様によれば、１つの通信システム中で無線インタフェースを介して通信している複数の局間の距離を推定する方法が提供され、前記複数の局の少なくとも１つが、タイミング構造に従って複数のタイムスロットで信号バーストを送信し、少なくとも１つの局が前記信号バーストを受信する。前記方法は、受信局が受信した予め定義された条件に適合する信号バーストの第１の成分に関連する前記信号バーストの第１のタイミングを測定するステップと、送信局から、および／または送信局へ、別の信号バーストを受信および／または送信するために、前記受信局の内部タイミングを調整する際に使用する前記受信信号バーストの第２のタイミングを測定するステップと、前記局間のタイミングのズレを測定するステップと、前記受信信号バーストの第１のタイミングを使用して、前記タイミングのズレに基づいて前記局間の距離を推定するステップとを含む。
【００１４】
好適な実施形態の場合には、距離を推定するステップは、第１のタイミングと第２のタイミングとの間のズレを測定するステップと、測定したズレに基づいて複数の局間の距離の推定値を補正するステップとを含む。ズレに基づくタイミング・アドバンス値は、距離の推定に使用できる。この場合、第１のタイミングと第２のタイミングとの間のズレが測定され、第１のタイミングと第２のタイミングとの間のズレが、タイミング・アドバンス値から差し引かれる。
【００１５】
１つの実施形態によれば、受信局は、異なる受信タイミングおよび送信タイミングを使用できる。この場合、受信局の受信タイミングは、測定した第２のタイミングに従って調整され、受信局から送信局へ応答信号を送信するための送信タイミングは、測定した第１のタイミングに従って調整される。送信局は、前記タイミングが、前記第１の成分に対応する受信応答信号のある成分をベースとするように、受信応答信号のタイミングを決定できる。その後で、送信タイミングと受信応答信号のタイミングとの間のズレが測定される。
【００１６】
前記複数の局の１つは、セルラ通信システムの移動局であってもよいし、前記局の少なくとも１つは、固定基地局であってもよい。前記移動局の現在の地理的位置は、前記移動局と前記少なくとも１つの基地局との間の推定距離により測定できる。前記測定の少なくとも１つに関する情報を、通信システムの位置決めサービス・ノードに送ることができる。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、通信システムのタイミング構造に従って、複数のタイムスロットにより信号バーストを送信するように構成された送信局と、前記信号バーストを受信するように構成されている受信局と、受信局が受信した予め定義された条件に適合する信号バーストの第１の成分に関連する前記信号バーストの第１のタイミングを測定する制御手段と、別の信号バーストを受信および／または送信するための、受信局を調整するのに使用する受信信号バーストの第２のタイミングを測定する制御手段と、送信局と受信局との間のタイミングのズレを測定する制御手段と、タイミングのズレおよび第１のタイミングに基づいて、複数の局間の距離を推定する制御手段とを備える通信システムが提供される。
【００１８】
本発明の実施形態は、いくつかの利点を提供できる。移動局とサービスを提供している基地局との間の距離の推定精度が改善され、それにより、位置決め精度も改善される。何故なら、距離の計算に使用されるタイミング情報が、無線伝播の最短経路のタイミングに関する情報により補正されるからである。タイミング情報は、すでに通信システムにより使用されていて、そのため、本発明の実施形態を実行する場合、現在の移動局を全然変更しなくてもすむ。さらに、本発明のいくつかの実施形態を実行する場合、現在の移動局または基地局のハードウェアを全然変更する必要がない。提供される精度が高いので、本発明の実施形態は、移動局の地理的位置を提供するために、１つの基地局しか必要としない。
本発明をよりよく理解してもらうために、添付の図面を参照するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
【００１９】
（発明の好適な実施形態の説明）
最初に、図１について説明すると、この図は、位置決めサービスを含む、考えられる１つのセルラ電気通信システムの全体図である。以下に図示し、さらに詳細に説明する例示としての電気通信ネットワークは、回線交換ＧＳＭ（汎欧州デジタル移動電話方式）公衆地上移動通信ネットワーク（ＰＬＭＮ）の用語を使用しているが、本発明の解決方法は、タイムスロットを使用してシステムと通信している複数の局の少なくとも１つに対して、ある程度の位置決め機能を供給する任意の通信システム内でも使用できることに留意されたい。図１は、それぞれが、３つの全方向無線通達範囲エリア１、２および３を供給する３つの基地局グループを示しているが、本発明の実施形態は、任意の数の無線通達範囲エリアを使用して実行できることを理解されたい。
【００２０】
通達範囲エリア１、２および３は、また、基地局通達範囲エリアの代わりに、移動通信ネットワークの３つのセル通達範囲エリアであってもよい。この場合、１つのセルの通達範囲エリアは、２つ以上の基地局を含む。また、１つの通達範囲エリアが２つ以上のセルを含むように、いくつかのセルをグループ分けすることもできる。例えば、ＵＭＴＳ規格内の、ＵＲＡ（ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク登録エリア）は、セルの１つのグループからなる。また、無線通達範囲エリアは、指向性アンテナまたはセクタ・アンテナ（図示せず）を備える基地局の１つのセクタから構成することもできる。セクタ基地局は、例えば、３つの無線通達範囲エリアを供給する３つの１２０度の指向性アンテナを使用することもできるし、または４つの無線通達範囲エリア等を供給する４つの９０度の指向性アンテナを使用することもでき、または異なる無線通達範囲ビーム幅の任意の組合わせを使用することもできる。また、基地局は、ノードＢ（例えば、ＵＭＴＳ規格の場合）とも呼ばれることに留意されたい。
【００２１】
図１の場合には、各無線通達範囲エリア１、２および３は、各基地トランシーバ局（ＢＴＳ）４、５および６からサービスを受ける。各基地トランシーバ局ＢＴＳは、セル内で、移動局（ＭＳ）７に信号を送信し、移動局７から信号を受信するように構成されている。同様に、移動局７は、各基地トランシーバ局へ信号を送信し、各基地トランシーバ局から信号を受信できる。移動局７は、ワイヤレスすなわち無線通信により、基地局と上記送受信を行う。通常、多数の移動局が、各基地局と通信するが、図を分かり易くするために、図１には移動局は１つしか図示していない。
【００２２】
各基地局は、各ネットワーク・コントローラに接続しているが、このコントローラは、例示としてのＧＳＭシステムのある形式において、さらに、移動交換局（ＭＳＣ）９に接続している基地局コントローラ８を備える。しかし、同様に、図１に示すように、ある構成の場合には、ネットワーク・コントローラと基地局との間の１つまたはいくつかの基地局を制御している基地局コントローラ８は省略できる。各ネットワーク・コントローラは、そのサービス・エリア、すなわち、直接または基地局コントローラを介して、それに接続しているセルおよび基地局を制御する。２つ以上の基地局または基地局グループは、各ネットワーク・コントローラに接続できることに留意されたい。通常、ネットワーク内には、３つ以上のネットワーク・コントローラが供給される。ネットワーク・コントローラは、適当なリンクまたはゲートウェイ移動交換局（ＧＭＳＣ）１４のようなゲートウェイ装置を介して電気通信ネットワーク・システムの他の素子または部品に接続している。
【００２３】
移動局とコントローラとの間の通信の実行は周知であるので、本明細書においては、これ以上の説明は省略する。インタフェースは、所与の基地局に関連するセル内の基地局との間のアップリンクおよびダウンリンクの両方にチャネルを備えることができること、および移動局に送られた情報および移動局から送られたデータは、（例えば、ＧＰＲＳシステムまたはＵＭＴＳシステム内のように）パケットの形をとることに注目すれば十分である。しかし、本発明の別の実施形態では、情報を送信するために他のフォーマットも使用できる。それ故、データは、任意の適当なフォーマットで送信できる。移動局から送信されたメッセージは、移動局（例えば、ＭＳ ＩＤおよび／またはＩＭＳＩ（移動局識別および／または国際移動加入者識別））を識別する情報を含むことができる。
【００２４】
図１は、また、データ・ネットワークとの通信のために、パケット交換移動電気通信サービスを使用することができる方法も示す。図示したＧＰＲＳ（汎用パケット無線サービス）は、ＧＳＭ技術に基づくもので、現在のＧＳＭ基地局、およびその動作のための他のネットワーク素子を使用できる。ＧＰＲＳは、本質的には、サービス・エリアを制御するための、ＧＳＭネットワークのＭＳＣに対応するサービスを行うＧＰＲＳサポート・ノード（ＳＧＳＮ）、および、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ（転送制御プロトコル／インターネットプロトコル）のような、データ・ネットワークに対してインタフェースとしての働きをするゲートウェイＧＰＲＳサポート・ノード（ＧＧＳＮ）を備える。ＧＰＲＳシステム内においては、ネットワーク・コントローラＳＧＳＮは、各基地局により移動局７に送信されるデータ・パケットを通過させるように構成されている。コントローラは、また、基地局から、自己が移動局から受信したデータのパケットを受信する。
【００２５】
移動局７は、無線通達範囲エリア内を移動でき、また、例えば、セル１からセル２へというように、ある無線通達範囲エリアから他の通達範囲エリアに移動することもできる。それ故、移動局７の位置は、時間の経過により変化する。システムを確実に正しく動作させ、進行中の呼出しを中断しないようにするために、周知のハンドオーバ手順が供給され、その結果、すべての必要な情報を、（例えば、前のおよび新しいネットワーク・コントローラのような）関係装置が使用できるようになる。移動局も、例えば、いわゆるソフト・ハンドオフ手順中に、２つ以上の基地局と通信することができる。通信システムのいくつかの基地局と通信している移動中の移動局７は、ホーム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ）１３、およびビジター・ロケーション・レジスタ（ＶＬＲ）１１に登録することができる。移動電気通信ネットワークは、いくつかのホーム・ロケーション・レジスタを含むことができること、およびホーム・ロケーション・レジスタを１つまたはいくつかのネットワーク・コントローラに内蔵させることができることに留意されたい。
【００２６】
図１は、いくつかのアプリケーション、または移動局の地理的位置（または位置履歴）に関連する少なくともある程度の情報を受信することができるクライアント１８に対して位置決めサービスを供給する位置決めサービス（ＬＣＳ）ノード１６も示す。クライアントは、外部クライアント、すなわち、その通信システムの外部からのクライアントであってもよい。また、クライアントは、内部クライアントであってもよい。すなわち、通信システム自体の機能または素子は、（例えば、リソース割当て、位置補助ハンドオーバ、フリート管理または位置関連課金のような）システムの動作に対するＬＣＳノード１６が供給する地理的位置情報を使用することができる。位置決めサービス機能に関するより詳細な提案については、ＥＴＳＩ（欧州電気通信標準協会）技術仕様、ＧＳＭ ０３．７１を参照されたい。
【００２７】
通常、ＬＣＳ機能は、特定の移動局の地理的位置に関する情報を供給できる機能と定義できる。移動局の地理的位置は、移動通信システムの基地局に対する移動局の位置をベースとして定義できる。位置サーバ・ノード１６は、移動局７の地理的位置に関する予め定義されたデータを受信し、このデータおよび／または他のある種の予め定義したパラメータを処理し、所与の移動局の地理的位置を測定し、出力するために、関連する計算を行うように構成されている。また、位置サーバ１６を、そこから任意の情報を受信する目的で、クライアント１８をチェックするように構成することができる。
【００２８】
位置サーバ１６は、ホーム・ロケーション・レジスタ１３、ビジター・ロケーション・レジスタ１１、１２、ＭＳＣ９および１０またはＢＳＣ８のような通信システムの１つまたはいくつかの素子と通信接続している。この通信接続は、例えば、ＭＡＰ（移動通信応用部）接続により実行することができる。図１には、ＬＣＳノード１６は独立型素子として示してあるが、例えば、任意のコントローラ８、９、１０の内部構成素子または機能となるように、または通信システムのゲートウェイになるように、適当なネットワーク素子に内蔵させることもできる。
位置情報は、位置サーバの要求に応じて、通信ネットワークから位置サーバ１６に送信することができる。位置サーバ１６は、また、通信ネットワークから位置情報更新を周期的に受信することができる。ネットワークは、また、移動局の位置が変化した場合には、位置サーバに、自動的に更新した位置情報を供給することができる。位置決め情報は、タイムスタンプと一緒に供給することができる。タイムスタンプは、例えば、ビジター・ロケーション・レジスタ、またはホーム・ロケーション・レジスタによりデータに付加され、位置データが供給された時間を表示する。
【００２９】
移動局の位置の測定は、送信局と受信局との間の距離を測定できる無線信号の成分の少なくとも１つの特性の測定値に基づいて行うことができる。ＴＤＭＡシステムの場合には、このために使用することができる１つの特性は、本明細書において以下にさらに詳細に説明するように、タイムスロット内の成分のタイミングである。
【００３０】
距離の測定は、アップリンクおよび／またはダウンリンクで、すなわち、基地局端部または移動局端部、または両方の端部で行うことができる。位置推定のために使用する情報の少なくとも一部を測定するために移動局が使用される場合には、結果を適当なネットワーク素子に送るために無線ネットワークを使用することができる。収集し／定義した種々のデータに基づく必要な位置の計算および測定は、基地局および／または移動局のところで行うこともできるし、またはその後で、すべての必要なデータにアクセスしている適当なネットワーク素子のところで行うことができる。
【００３１】
図２は、移動局７の地理的位置が、３つの基地局５、６および７により推定される状況を示す。移動局（ＭＳ）７と３つの各基地局との間の距離は、タイミング・アドバンス（ＴＡ）情報により推定することができる。理論的には、そうすることにより、ほとんどの場合、移動局７の位置を正確に推定するのに十分な３つの円が描かれ、地理的位置は３つの円の交点になる。測定エラーがない場合には、図２の３つの円の交点は、移動局７の正確な位置をはっきりと決定する。
しかし、同様に、図２を見れば分かるように、実際には、上記状況は、距離測定のためのタイミング・アドバンス情報が十分に正確でないこと、および／または無線伝播経路内の妨害素子または障害物のような種々の測定エラーにより、状況はそんなに簡単なものではない（非見通し線（ＮＬＯＳ）条件）。例えば、基地局と移動局との間のビル、他の大きな建造物、柱、像、樹木、岩、車または類似のものが、障害物になる恐れがある。また、測定エラーの大きさは、送信局と受信局との間の実際の距離により異なる。多重経路接続の場合には、測定誤差の可能性はさらに大きくなる。
【００３２】
図２の３つの基地局は、一例にしか過ぎないし、本発明の実施形態を実行する場合には、基地局の数は、この例とは異なる場合があることに留意されたい。下記の実施形態に従ってタイミング情報を使用して精度を向上すれば、基地局の数が１つでも位置決めが可能になる。また、タイミング・アドバンス（ＴＡ）測定値は、たった１つのＢＴＳからの到来角度（ＡＯＡ）測定値と一緒に使用することもできる。この場合、位置は、到来角度（ＡＯＡ）線とタイミング・アドバンス円との交点に決定できる。１つの考えられる方法は、上記のセクタ・アンテナと一緒に、タイミング・アドバンス情報を使用する。観測した時間差（ＯＴＤ）法および到着時間差（ＴＤＯＡ）法のような他の周知の方法も、タイミング・アドバンス情報と一緒に使用することができる。
【００３３】
本明細書においてすでに説明したように、タイミング・アドバンス情報のパラメータまたは値は、１つのフレーム内でタイムスロットを相互に分離することができるように、ＧＳＭのような時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ネットワークで使用される。タイミング・アドバンス情報が必要なのは、送信局と受信局との間の電波の伝播が、上記局間の送信中に遅延を起こすからである。要するに、タイミング・アドバンス（ＴＡ）情報は、上記受信基地トランシーバ局が、送信をフレーム構造に従って受信するように、基地トランシーバ局に対して、移動局がどれだけ時間的に早く送信をしなければならないかを示す。専用接続中に、基地トランシーバ局は、適当なタイミング・アドバンス値を継続的に測定し、そのＴＡ値をＭＳに送信する。この遅延の問題を解決するために、もっと正確に言うと、タイムスロットが全然重畳しないようにするためには、各局が使用するタイミング間のズレを示すタイミング・アドバンス（ＴＡ）情報を生成することができるように、移動局とサービスを提供している基地トランシーバ局との間の時間的な遅れを測定する必要がある。ＴＡパラメータは、受信信号バーストのある成分のタイミングを定義し、その成分のそのタイミングをトレーニング・シーケンス内の同じ成分のタイミングと比較することにより入手することができる。
【００３４】
図３は、インパルス応答に基づいてタイミングを測定するための１つの考えられる方法に関連する受信信号バーストに対するインパルス応答パターンである。インパルス応答は、あるバースト（トレーニング・シーケンス）内の既知のビット・パターンを受信信号と相互に関連づけることにより入手することができる。図３のインパルス応答は、Ｘ軸上に時間をとり（成分タップ）、Ｙ軸上に信号強度をとった場合の曲線である。最初の４つまたは５つの成分（左側のタップ）により、応答、またはトレーニング・シーケンスとの相関関係がかなり低いか、ほとんど存在しないことがわかる。これらの成分の後で、応答は増大し始め、２つの最も高い成分は、ほぼ完全な応答を示す。
【００３５】
図３の矢印は、応答の３つの異なるタイプの成分（タップ）、すなわち、第１の成分、重心成分および反射成分を指し示している。通信システムが正常に動作している場合には、受信局が最大のエネルギーを受信するように、送信局および受信局のタイミングを調整することが重要である。従来は、適当なエネルギー・レベルを供給することが分かっていたので、実際の送信のタイミングは、インパルス応答の重心により決定されてきたが、送信および／または受信のためのタイミングの調整も、受信信号の振幅および電力のようなある種の他の要素に基づいて行うこともできる。
【００３６】
しかし、最大のエネルギーを供給するタイミングが、距離測定手順の際に使用する最善のタイミングであるとは限らない。図３を見れば分かるように、重心は、Ｘ軸上の右側の比較的遠い位置に置くことができる。何故なら、重心は、同様にすべての反射成分を考慮に入れる全バーストを考慮した加重値であるからである。多重経路伝播の場合には、インパルス応答曲線はさらに広くなる。何故なら、反射信号が、図３の右方向に信号強度を移動させるために、インパルス応答が非対称的になるからである。すなわち、重心の成分は、ＬＯＳ条件およびＮＬＯＳ条件を考慮に入れない。しかし、位置決めを行うためには、移動局と基地局との間の最短経路を示す、１つの成分を使用するのが有利である。以下の説明においては、この成分を第１の成分と呼ぶことにする。
【００３７】
要するに、第１の成分は、予め定義した１つの条件またはいくつかの条件に適合する到着信号の第１の成分である。１つの考えられる方法によれば、第１の成分は、インパルス応答曲線の上昇縁部上の第１の到着成分と定義できる。また、この第１の成分は、第１のピークの重心のところの第１の成分であってもよい。予め定義した条件は、好適には、受信信号バーストの第１の成分が、十分に信頼できる方法で検出できる第１の到着成分であることが好ましい。信頼できる方法で検出された第１の成分は、その送信の第１の認識することができる成分として到着するので、この成分は、送信機から最短の経路を通ってきたことになる。理想的な場合には、第１の成分は、任意の反射により歪んでいない見通し線（ＬＯＳ）状況を示す。
【００３８】
図３の場合には、第１の成分に対する条件は、しきい値レベルＴｈにより定義される。このしきい値レベルは、それを超える第１の成分が、位置決めのためのタイミング測定に対して、十分信頼できる結果を与える第１の成分になるように定義される。また、受信信号バーストの第１の成分を定義するために他のある条件を使用することもできる。これらの条件としては、（いくつかのピークを含む応答の場合の）最大の高さを持つ第１のピーク内のタップ、最も高いタップ（例えば、４０％）の高さの、予め定義した部分よりも高い第１のタップ、第１のピーク（例えば、４０％）の高さの、予め定義した部分よりも高い第１のピーク内の第１のタップ、（最も速い立ち上がりである）第１の（主）上昇傾斜の最大の変動に対応するタップ、予め定義した量（例えば、１．５倍のＳ／Ｎ比）による信号対雑音比を超える高さの第１のタップ等があるが、これらに限定されない。
【００３９】
インパルス応答が、２つ以上のピークを持っている場合には、例えば、タップ上を適当な窓をスライドさせ、タップの高さの合計を監視することにより第１のピークを発見することができる。この合計が第１の最大値を持っている場合には、それが第１の成分（タップ）である。もう１つの方法は、タップの高さの変動を追跡チェックする方法である。ゼロを超える第１の交差点が、第１のピークである。
【００４０】
下記の実施形態は、タイミング情報に基づいて、距離の推定精度を改善するためのいくつかの使用可能な方法を詳細に説明するためのものである。下記の実施形態の場合には、タイミングはインパルス応答により測定するものと仮定する。しかし、本発明を実行する場合には、信号の成分のタイミングを定義する他の要素も使用できることを理解されたい。このような他の要素の例としては、信号の振幅レベルまたは電力レベル等がある。
【００４１】
図４（ａ）から（ｃ）のブロック図は、一組の基地局および移動局の実施形態に対するいくつかの可能な方法を示す。これらの実施形態の場合には、動作は、基地局４からスタートするものと仮定する。同様に、これらの実施形態による１回の動作サイクルにおける第１の送信は、移動局７によって送信できる。
【００４２】
図４（ａ）が示す第１の実施形態の場合には、基地局ＢＴＳ４は、それ自体周知の方法でその内部タイミング構造により信号バーストを送信する。信号は、位置決めのためには、タイミング情報が必要であるという表示を含むことができる。移動局７は、基地トランシーバ局から信号バーストを受信し、通信のためのタイミングを最適にするために、従来の方法で、受信バーストによりその内部受信タイミング２１を調整するように構成されている。上記調整は、処理ユニット２０により行われる。この実施形態の場合には、上記プロセスは、図３のインパルス応答の重心を使用して行える。
【００４３】
重心および重心のタイミングを決定する他に、予め定義した条件に適合する信号の第１の成分が、受信移動局７により検出される。検出の後で、局間の距離測定に使用するために、第１の到着信号成分のタイミング２２が、ユニット２０により測定される。インパルス応答においては、第１の到着信号成分は、例えば、図３のしきい値Ｔｈを超える上向き（左）縁部の複数のタップの最初のものであってもよい。また、第１のピークを分離することができる場合には、上記第１の到着信号成分は、第１のピークの重心であってもよい。ほとんどの場合、第１の成分は、重心または任意の後続の成分よりも位置決めの目的にもっと深く関連している。何故なら、第１の成分は、見通し（ＬＯＳ）条件下において、ＢＴＳ４からＭＳ７（最短経路）に可能な限り直接的に到着する信号、または少なくとも非見通し（ＮＬＯＳ）条件下で、最短反射経路を通ってきた信号を表しているからである。
【００４４】
ある実施形態の場合には、移動局７は、内部（受信）タイミング２１とは異なるタイミングによりＢＴＳ４に応答を送信することにより受信信号バーストに応答する。すなわち、応答に使用するタイミング２２は、受信および送信のための従来の動作モードでＭＳ７が使用する１つのタイミング２１とは異なるタイミングである。これについての必要な処理は、図４（ａ）のＭＳ７のプロセッサ・ユニット２０のところで行うことができる。
【００４５】
応答送信のタイミングは、重心成分２１のタイミングではなく、インパルス応答の第１の信号成分のタイミング２２に基づいている。ＢＴＳ４は、ＭＳから信号を受信し、インパルス応答を測定する。基地局４は、接続のためのタイミング・アドバンス（ＴＡ）を測定するために、重心のタップではなく、第１の成分に対応する最後部シーケンスのタップを使用する。それ故、例えば、図１の位置決めサーバ１６が、位置決めに使用するために生成されたタイミング・アドバンス（すなわち、伝播遅延）情報は、送信の第１の成分に基づいている。第１の成分は、重心成分よりも、距離推定についてもっと正確な結果を与えると考えられている。何故なら、重心成分は、反射信号により影響を受けるからである。位置決め手順が終了した後で、好適には、システムは、通常の動作モードに戻り、基地局と移動局との間の以降の通信のために、通常のタイミング・パラメータを使用することが好ましい。しかし、何時でもそうする必要はない。
【００４６】
移動局７が、図４（ａ）の異なる受信および送信時間基準２１および２２を使用することができない場合もある。しかし、ＭＳ７は、例えば、重心により、通常通り、その内部時間基準２１を調整し、第１の成分と重心との間の差だけを測定することもできる。上記差は、バーストの成分間、またはビット間の時間的なズレであってもよい。その後で、測定した差が通信ネットワークに報告され、後続のタイミングに基づく距離測定において補正値として使用される。その後で、基地局４または任意の他の適切なネットワーク素子内で、距離の推定に使用するタイミング・アドバンスの補正計算を実行できる。この実施形態の利点は、例えば、アクセス・バーストのための第１の成分をベースとするタイミングを使用する代わりに、例えば、重心のような最適化したタイミングによりすべての送信が行われることである。
【００４７】
図４（ｂ）は、移動局７および基地局４の両方が、内部タイミングおよび位置決めタイミング機能２１および２２を備えた実施形態である。この実施形態の場合には、送信基地局４および受信／送信移動局７の両方で第１の到着成分のタイミングを測定することができ、そのため、局間の距離の測定を、基地局または移動局または両方によりタイミング情報に基づいて行うことができる。
【００４８】
上記の実施形態を実行するには、現在の移動局のハードウェアおよび／またはソフトウェアをある程度修正しなければならない。多くの「古い」移動局は、上記機能のすべてを行うことはできないので、好適には、場合によっては、上記手順を行うことができる移動局は、ネットワークに、自分が異なる受信および送信時間基準２１および２２を使用したことを表示することが好ましい。それにより、ネットワークは、タイミング・アドバンス値に何らかの修正を行うか否かを決定できる。さらに、この情報により、ネットワークは、距離推定の計算に使用する目的で、位置決めサービスにタイミング情報を送るために転送手順をスタートできる。
現在のシステムと比較した場合、上記の手順を使用すれば、無線伝播経路内での反射による、（移動局および基地トランシーバ局の両方での）二重エラーを根絶できる。このエラーは、数百メートルにもなる場合がある。
【００４９】
以下に、現在の移動局の変更を全然必要としない実施形態について説明する。図４（ｃ）のＢＴＳ４は、通常の方法で、その内部タイミング２１により、ＭＳ７に送信を行う。ＭＳ６は、ＢＴＳ４から第１の信号バーストを受信し、例えば、受信信号と既知のビット・パターンとの間のインパルス応答の重心により、通常通りに、受信バーストに従って、処理ユニット２０のところでその内部タイミングを調整する。その後で、移動局７は、インパルス応答の測定した重心に基づいて、内部タイミングを使用して基地局４に応答を返送する。
【００５０】
ＢＴＳ４は、ＭＳ７から応答信号を受信し、インパルス応答を測定する。ＢＴＳの処理ユニット１４は、２つの別々のタイミング２１および２２、すなわち、重心に基づく現在使用しているタイミング、および第１の成分に基づくタイミングを測定する。その後で、ＢＴＳ４は、これら２つのタイミング間の時間的なズレを測定する。ＢＴＳは、また、第１の成分に基づいて、タイミング・アドバンス（ＴＡ）値を測定する。ＭＳによるエラーを補正するために、ＢＴＳは、測定したタイミング・アドバンス（ＴＡ）から、第１の成分と（それ自身の測定値に基づく）重心との間の時間的なズレの測定値を差し引く。この引き算は、アップリンク・バーストとダウンリンク・バーストとの間のチャネルは変化しないで対称的だという仮定に基づいて行われる。さらに、ＭＳは、基地局に対して、類似の方法で、類似の成分の重心を使用するものと仮定する。実際には、このことは、インパルス応答に対する多重経路の影響を意味し、そのため、重心と第１の成分との間の差は、ＢＴＳにおいても、ＭＳにおいてもほぼ同じであることを意味する。
【００５１】
図４（ｃ）のタイミング・アドバンス（ＴＡ）位置決め方法の最大の利点は、古い（修正していない）移動局の位置決めもできることである。普通は、古い移動局を使用した場合には、精度が下がると考えられてきたが、上記実施形態を使用すれば、古い移動局を使用した場合でも高い精度が得られる。
【００５２】
通信システムが供給する位置決め情報も、転送、課金、リソース割当て等のような呼処理以外の目的に使用できる。この位置決め情報を使用することができるいくつかの可能な商業的および非商業的な用途がある。これらの可能な用途としては、例えば、あるエリア内に現在位置している移動局のユーザだけに当てた情報の送信；時刻表、その地方のレストラン、店舗またはホテル案内、地図、ローカル宣伝等のようなエリア関連のＷＷＷページ；緊急呼出しを行った人の位置の決定；およびこの情報を受信し、それを合法的に使用したい人による移動局のユーザの追跡のようないくつかのローカルな宣伝および情報配布スキーム等があるが、これらに限定されない。移動局の移動の、正確でリアルタイムな位置決め情報を必要とする１つの用途としては、例えば、動的ネットワーク・リソース割当ての際に使用することができる移動局移動予測機能がある。位置決め情報および位置決め情報を使用することができる用途の他の可能な使用方法は種々ある。通常、移動局の地理的位置を必要とするすべての用途は、電気通信システムにより供給および／または処理される位置決め情報を有用であると見なす。この位置情報の有用性は、上記実施形態により、電気通信システムにより供給される位置情報の精度を改善することにより増大する。
【００５３】
本発明の実施形態を移動局との関連で説明してきたが、本発明の実施形態は、任意の他の適当なタイプのユーザ装置にも適用することができることを理解されたい。
また、本発明の例示としての実施形態を説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなしに、開示の方法を種々に変更および修正することができることにも留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態を実行できる１つの考えられるネットワーク環境を示す図である。
【図２】３つの基地局を使用して移動局の位置を決定する１つの実施形態を示す図である。
【図３】インパルス応答を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、考えられる実施形態のブロック図である。
【図５】本発明の１つの実施形態の動作を示すフローチャートである。

Claims (28)

1. 通信システムにおいて無線インタフェースを介して通信している複数の局間の距離を推定する方法であって、
   前記複数の局の少なくとも１つが、タイミング構造に従って複数のタイムスロットで信号バーストを送信し、少なくとも１つの前記局が前記信号バーストを受信し、
   前記方法が、
   受信局が送信局から受信した前記信号バーストを測定し、予め定義された条件に適合する前記信号バーストの第１の成分に関連する第１のタイミングを決定するステップと、
   前記送信局と別の信号バーストにより通信するために、前記受信局の内部タイミングを調整するのに使用する前記信号バーストの第２のタイミングを決定するステップと、
   前記送信局と前記受信局との間の通信のタイミングの遅延情報を決定するステップと、
   前記遅延情報を前記信号バーストの第１のタイミングに関する情報に基づいて補正し、補正後の遅延情報に基づいて前記送信局と前記受信局との間の距離を推定するステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間のズレを測定するステップを含み、
   前記測定したズレが、前記複数の局間の距離の推定において補正値として使用されることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記タイミングの遅延に関する情報に基づくタイミング・アドバンス値が前記距離の推定に使用され、
   前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間のズレを測定するステップと、
   前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の前記ズレを、前記タイミング・アドバンス値から差し引くステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の方法において、
   前記各タイミングが前記受信信号バーストのインパルス応答により決定されることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記第２のタイミングの測定が前記インパルス応答の重心に基づくことを特徴とする方法。
6. 請求項２または３に記載の方法において、
   前記受信局が、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の差を測定することを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   前記受信局が、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の測定された差を、処理するために前記送信局に送信することを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至５の何れかに記載の方法において、
   異なる受信タイミングおよび送信タイミングを前記受信局において使用するステップを含み、前記受信局の前記受信タイミングが、前記測定した第２のタイミングに従って調整され、前記受信局から前記送信局へ応答信号を送信する前記送信タイミングが、前記測定した第１のタイミングに従って調整され、
   また、前記送信局において前記応答信号を受信するステップと、
   タイミングが、前記第１の成分に対応する前記受信応答信号の１つの成分に基づくように、前記送信局において前記受信応答信号の前記タイミングを決定するステップと、
   前記送信タイミングと前記受信応答信号のタイミングとの間の差を測定するステップとを含むことを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、
   前記受信局が、自己が異なる受信タイミングおよび送信タイミングを使用していることを前記通信システムに知らせることを特徴とする方法。
10. 請求項１乃至９の何れかに記載の方法において、
    前記受信局がセルラ通信システムの移動局を含み、前記送信局が前記セルラ通信システムの基地局を含むことを特徴とする方法。
11. 請求項１乃至５または８の何れかに記載の方法において、
    前記受信局がセルラ通信システムの基地局を含み、前記送信局が前記セルラ通信システムの移動局を含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    前記基地局により、
    前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の差がタイミング・アドバンス値から差し引かれることを特徴とする方法。
13. 請求項１乃至１２の何れかに記載の方法において、
    前記送信の第１の検出可能な成分として到着する前記信号バーストの信号成分が、前記予め定義した条件に適合することを特徴とする方法。
14. 請求項１乃至１３の何れかに記載の方法において、
    前記予め定義した条件が前記成分に対する１つのしきい値を含むことを特徴とする方法。
15. 請求項１乃至１４の何れかに記載の方法において、
    前記複数の局の１つがセルラ通信システムの移動局であり、前記複数の局の少なくとも１つが固定基地局であり、さらに、前記移動局と前記少なくとも１つの基地局との間の距離により前記移動局の現在の地理的位置を測定するステップを含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、
    前記移動局と少なくとも１つの別の基地局との間の少なくとも１つの別の距離を測定するステップと、
    前記移動局の現在の地理的位置を推定するために、前記少なくとも２つの測定の結果を結合するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
17. 請求項１乃至１６の何れかに記載の方法において、
    前記複数の局の１つが移動局であり、前記移動局と別の局との間の距離の推定結果を、前記移動局の位置に関連する別の測定から入手した少なくとも１つの別の結果と結合するステップを含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１乃至１７の何れかに記載の方法において、
    前記通信システムの位置決めサービス・ノードへ前記測定の少なくとも１つの情報を送信するステップを含むことを特徴とする方法。
19. 通信システムであって、
    前記通信システムのタイミング構造に従って、複数のタイムスロットにより複数の信号バーストを送信するように構成された送信局と、
    前記複数の信号バーストを受信するように構成された受信局と、
    前記受信局が受信した前記信号バーストを測定し、予め定義された条件に適合する前記信号バーストの第１の成分に関連する第１のタイミングを決定する第１の制御手段と、
    前記送信局と別の信号バーストにより通信するために、前記受信局の内部タイミングを調整するために使用する前記信号バーストの第２のタイミングを決定する第２の制御手段と、
    前記送信局と前記受信局との間の通信のタイミングの遅延情報を決定する第３の制御手段と、
    前記遅延情報を前記信号バーストの第１のタイミングに関する情報に基づいて補正し、補正後の遅延情報に基づいて前記送信局と前記受信局との間の距離を推定する第４の制御手段とを含むことを特徴とする通信システム。
20. 請求項１９に記載の通信システムにおいて、
    前記距離を推定する前記制御手段が、さらに、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の差を測定し、前記測定された差に基づいて前記複数の局間の距離の最初の推定値を補正するように構成されていることを特徴とする通信システム。
21. 請求項１９に記載の通信システムにおいて、
    前記距離を推定する前記制御手段が、前記タイミングの遅延に関する情報から得たタイミング・アドバンス値に基づいて前記距離の推定を行い、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の差を測定し、前記タイミング・アドバンス値から、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の前記差を差し引くように構成されていることを特徴とする通信システム。
22. 請求項１９に記載の通信システムにおいて、
    前記タイミングを測定する前記制御手段が、前記受信信号バーストのインパルス応答を使用するように構成されていることを特徴とする通信システム。
23. 請求項２２に記載の通信システムにおいて、
    前記第２のタイミングの測定が、前記インパルス応答の重心に基づき、前記第１のタイミングの測定が、到着する前記信号の前記第１の成分に基づくことを特徴とする通信システム。
24. 請求項１９乃至２３の何れかに記載の通信システムにおいて、
    前記受信局が、受信および送信のために、異なるタイミングを使用するように構成されていることを特徴とする通信システム。
25. 請求項１９乃至２４の何れかに記載の通信システムにおいて、
    前記受信局がセルラ通信システムの１つの移動局を含み、前記送信局がセルラ通信システムの１つの基地局を含むことを特徴とする通信システム。
26. 請求項１９乃至２４の何れかに記載の通信システムにおいて、
    前記受信局がセルラ通信システムの１つの基地局を含み、前記送信局がセルラ通信システムの１つの移動局を含むことを特徴とする通信システム。
27. 請求項１９乃至２４の何れかに記載の通信システムにおいて、
    前記複数の局の１つがセルラ通信システムの移動局であり、前記複数の局の少なくとも別の１つが固定基地局であり、さらに、前記移動局と前記少なくとも１つの基地局との間の距離により、前記移動局の現在の地理的位置を測定する手段を備えることを特徴とする通信システム。
28. 請求項１９乃至２７の何れかに記載の通信システムにおいて、
    さらに、地理的位置に関する情報を提供する位置決めサービス・ノードを備えることを特徴とする通信システム。

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