JP3765984B2 - Ｃｄｍａ通信システムにおける移動加入者局の位置特定方法およびシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の分野】
この発明は概括的にはスペクトラム拡散符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムに関する。より詳細に言うと、この発明はＣＤＭＡ通信システム内にある加入者局の地理的位置を算定するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来技術の説明】
加入者局の位置を特定できる無線システムは既に周知である。無線による一つの手法では衛星測位システム（ＧＰＳ）を用いる。ＧＰＳでは、２４基のNAVSTAR衛星から継続的に送信されるデータをハンドセットで受信する。各衛星はその衛星の識別情報および位置並びに情報送出時刻を表すデータを送信する。ハンドセットは各信号の受信時刻と送信時刻とを比較して各衛星までの距離を算定する。衛星までの距離の算定値と各衛星の位置とに基づいてハンドセットは三角測量により自分の位置を特定し基地局にその情報を供給できる。しかし、加入者局ユニットの中にＧＰＳを組み入れるとコスト上昇を招く。
【０００３】
加入者局位置特定のもう一つの手法は米国特許第5,732,354号に開示されている。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を無線インタフェースとして用いた移動電話ユニットを複数の基地局の稼働範囲内に位置づける。移動電話ユニットはこれら基地局の各々からの受信信号の信号強度を測定し、それら信号強度測定値を基地局にそれぞれ送信する。基地局の送信したそれら信号強度測定値を移動加入者局の電話交換センターで比較して信号処理する。その結果、移動電話ユニットと各基地局との間の距離が算出される。これらの距離の値から移動電話ユニットの位置を算出する。
【０００４】
スペクトラム拡散変調技術を用いた無線通信システムが普及してきた。符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムでは、擬似ランダムチップ符号系列でデータを変調することにより、広い帯域（拡散スペクトラム）を用いてデータを伝送する。それに伴う利点は、ＣＤＭＡシステムが従来型の時分割多元接続（ＴＤＭＡ）手法や周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）手法による通信システムよりも伝送経路における信号歪および干渉を生じにくいことである。
EP 0865 223 A2 はセルラー移動通信システム用の位置推算手法を示す。第１および第２の信号系列を移動局と基地局との間で交換する。これら信号をＣＤＭＡ信号で構成する。これら第１および第２の信号系列の間の位相差を移動局と基地局との間の距離の算定に用いる。複数の基地局を用いることによって、三角測量により位置を推算できる。
米国特許第5,600,706号はＣＤＭＡシステムにおいて交信範囲算定を用いた位置特定方式を示している。このシステムは、パイロット信号、到達時間差（ＴＤＯＡ）および到達絶対時刻（ＴＯＡ）を位置特定に用いる。
WO 98/18018 は時分割多元接続通信システムにおいてアレーの二つのアンテナを用いた移動端末位置特定を開示している。これら二つのアンテナで受信した信号の位相差を移動端末に至る二つのアンテナからの中心線に対する角度の算定に用いる。受信信号強度を端末の距離の算定に用いる。これら角度および距離の算定値を用いて端末の位置を算定する。
WO 97/47148 はセルラーシステム内の移動端末の位置の算定を記載している。信号を低い送信電力レベルで送信する。この送信電力レベルを一時的に上げる。送信電力レベルを上げて送信した信号を端末の位置測定に用いる。
米国特許第5,736,964号は送受信ユニットの位置特定のためのＣＤＭＡシステムを記載している。基地局がその送受信ユニット位置特定要求を送る。その送受信ユニットメッセージの受信時刻を基地局に送る。また、一群の基地局で送受信ユニットからの送信信号の中のシンボル系列の受信時刻を算定する。これら時刻算定値を用いて送受信ユニットの位置を算定する。
米国特許第5,506,864号はＣＤＭＡシステムにおいて基地局と遠隔ユニットとの間の距離を算定するシステムを開示している。基地局は基地局ＣＤＭＡ信号を遠隔ユニットに送信する。その遠隔ユニットは遠隔ＣＤＭＡ信号を基地局に送る。遠隔ＣＤＭＡ信号は上記受信したＣＤＭＡ信号と同期している。基地局は、送信した基地局ＣＤＭＡ信号と受信した遠隔ＣＤＭＡ信号のチップ符号系列の比較により遠隔ユニットまでの距離を算定する。
【０００５】
既存のＣＤＭＡ通信システムで既に利用可能になっているデータを用いた高精度の加入者局位置特定システムが求められている。
【０００６】
【発明の概要】
加入者局ユニットの地理的位置を無線ＣＤＭＡ通信システムの中の複数の基地局を用いて特定する。それら基地局の各々から第１の符号による第１のスペクトラム拡散信号を送信する。加入者局ユニットは受信した第１のスペクトラム拡散信号の各々について第２の符号による第２のスペクトラム拡散信号を送信する。この第２のスペクトラム拡散信号は加入者局ユニットが受信した第１のスペクトラム拡散信号と同期している。加入者局ユニットが受信した第１のスペクトラム拡散信号の各々のインパルス応答を分析して第１の受信成分を算定する。基地局の各々において、その基地局の受信した第２のスペクトラム拡散信号を分析して第１の受信成分を算定する。各基地局と加入者局との間の距離を算定する。この距離算定は、受信信号と送信信号との間の時間差および上記第２のスペクトラム拡散信号についての第１の受信成分算定値に基づいて行う。加入者局ユニットの位置は上記距離算定値、各基地局の固定位置および最尤値推定法に基づいて算定する。
【０００７】
【好ましい実施の形態】
同じ構成要素には全図を通じて同じ参照数字を付けて示した図面を参照してこの発明の好ましい実施例を説明する。
【０００８】
単純化したＣＤＭＡシステムを図１に示す。所定の帯域幅を有するデータ信号を擬似ランダムチップ符号系列発生器からの拡散符号と混合してディジタルスペクトラム拡散信号を生ずる。受信側で、データの送信に用いたものと同じ擬似ランダムチップ符号系列と相関をとってデータを再生する。伝送帯域幅の中で逆拡散されつつある信号にとって、同帯域幅の中の他の信号はすべて雑音となる。
【０００９】
受信機との同期をとるために送信機の各々に非変調パイロット信号が必要になる。このパイロット信号はそれぞれの受信機が所定の送信機と同期をとることを可能にし、その受信機におけるトラフィック信号の逆拡散を可能にする。
【００１０】
通常のＣＤＭＡシステムでは、基地局はグローバルパイロット信号をその交信範囲内の加入者局に送って順方向送信を同期させる。また、例えばＢ−ＣＤＭＡシステムなどのＣＤＭＡシステムでは、各加入者局が自局特有の割当てパイロット信号を送って逆方向送信を同期させる。
【００１１】
図２はＣＤＭＡ通信システム３０を示す。この通信システム３０は複数の基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎを含む。これら基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎの各々は固定式または移動式の複数の加入者局ユニット４０１、４０２、・・・、４０ｎと交信する。加入者局ユニット４０１、４０２、…、４０ｎの各々は最寄りの基地局３６１または通信信号強度最大の基地局３６１と交信する。基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎの各々は、図３に示すとおり、通信システム３０内の他の構成部分と交信する。
【００１２】
通信システム３０の中心には市内交換機３２があり、複数の網インタフェースユニット（ＮＩＵ）３４１、３４２、・・・、３４ｎと信号授受する。これらＮＩＵの各々は複数の無線搬送波局（ＲＣＳ）３８１、３８２、・・・、３８ｎまたは基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎと信号授受する、ＲＣＳ３８１、３８２、・・・、３８ｎまたは基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々は各々の交信範囲内の複数の加入者局ユニット４０１、４０２、…、４０ｎと交信する。
【００１３】
図４は既存のスペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システムの本発明関連部分のブロック図である。個々の基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々は、グローバルパイロットチップ符号発生手段４２１およびスペクトラム拡散処理手段４４１を用いて、その基地局に特有のグローバルパイロット信号を発生する。グローバルパイロットチップ符号発生手段４２１は特有の擬似ランダムチップ符号系列を発生する。この特有の擬似ランダムチップ符号系列は、Ｂ−ＣＤＭＡ無線インタフェースの場合のように帯域幅１５MHｚまで信号スペクトラムを拡散するのに用いられる。上記スペクトラム拡散処理手段はグローバルパイロットチップ符号系列で所望の中心周波数を変調する。このグローバルパイロット信号による被変調信号は基地局の送信機４６１によりすべての加入者局４０１に送信される。
【００１４】
加入者局ユニット４０１の中の受信機４８１は複数の基地局３６１、３６２、…、３６ｎから利用可能な信号を受信する。図５に示すとおり、グローバルパイロット信号５０１は基地局３６１から加入者局ユニット４０１に伝搬し、その伝搬に要する時間τ１は、
τ１＝ｄ１／ｃ （式１）
で与えられる。ここでｄ１は基地局３６１と加入者局ユニット４０１との間の距離、ｃは光速である。
【００１５】
図４を参照すると、加入者局ユニット４０１の中のグローバルパイロットチップ符号再生手段５４１は、複数の基地局３６１、３６２、…、３６ｎからグローバルパイロットチップ符号系列を受信できる。加入者局ユニット４０１はグローバルパイロットチップ符号系列のレプリカを発生し、その発生したレプリカを受信グローバルパイロット５０１と同期させる。加入者局ユニット４０１はそのユニットの多数の分析機能の達成のためにプロセッサ８２１も併せ備える。
【００１６】
加入者局４０１は割当てパイロットチップ符号発生手段５６１およびスペクトラム拡散処理手段５８１を用いて割当てパイロット信号５２１を発生する。割当てパイロットチップ符号発生器５６１は再生グローバルパイロット符号系列と同期した擬似ランダムチップ符号系列を発生する。その結果、割当てパイロットチップ符号系列は基地局３６１、３６２、…、３６ｎについてτ１だけ遅延を受ける。スペクトラム拡散プロセス手段５８１は所望の中心周波数を割当てパイロットチップ符号系列で変調して、割当てパイロット信号５２１による被変調信号を発生する。この割当てパイロット信号５２１により被変調信号を交信範囲内のすべての基地局３６１、３６２、…、３６ｎに送信する。
【００１７】
基地局３６１は自局の受信機６２１で上記割当てパイロット信号５２１による被変調搬送波を受信する。受信したこのパイロット信号５２１による被変調搬送波は図５に示すとおりグローバルパイロット信号５０１による被変調搬送波と同じ距離ｄ１を伝搬する。したがって、受信した割当てパイロット信号は、移動加入者局ユニット４０１についてはτ１だけ遅延を受け、基地局３６１発生のグローバルパイロット信号５０１については２τ１だけ遅延を受ける。
【００１８】
基地局３６１で受信した割当てパイロット信号５２１のチップ符号系列は、基地局３６１発生のグローバルパイロット信号５０１のチップ符号系列に対して２τ１だけ遅延を受けているので、往復伝搬遅延２τ１は上記二つのチップ符号系列のタイミングの比較によって算定できる。上記往復伝搬遅延２τ１を用いて基地局３６１と加入者局ユニット４０１との間の距離４０１は、
ｄ１＝ｃ・２τ１／２ （式２）
で与えられる。チップ区間少なくとも８０ｎｓの拡散系列を用い、通信システムの追跡分解能がチップ区間の１／１６である場合は、距離ｄ１は２メートル以下の精度で測定できる。
【００１９】
図６はこの発明の第１の実施例のブロック図である。加入者ユニット４０１には追加のハードウェアは不要である。必要な変更は加入者局ユニットのプロセッサ８２１並びに基地局３６１、ＮＩＵ３４または市内交換機３２１、警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６の中のソフトウェアの変更によって導入する。
【００２０】
加入者局ユニット４０１は、緊急呼出９１１発呼があったことを表示し加入者局位置特定プロトコルの起動を指示する信号を基地局３６１から受ける。加入者局４０１は、この信号を受けると、自局の送信チップ符号系列を少なくとも三つの基地局のチップ符号系列と逐次同期させる。加入者局ユニットの通常の交信範囲の外側にある基地局３６２、３６３、…、３６ｎに受信できるように、これらの送信は適応型送信電力制御アルゴリズムを一時的に中断させて通常よりも高い送信電力レベルで行う。
【００２１】
基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々の中のプロセッサ６６１は割当てパイロットチップ符号再生手段６４１およびグローバルパイロットチップ符号発生器４２１に接続する。プロセッサ６６１はこれら二つのチップ符号系列を比較して加入者局ユニット４０１と基地局３６１、３６２、…、３６ｎそれぞれとの間の往復伝搬遅延τ１、τ２、…、τｎおよび距離ｄ１、ｄ２、…、ｄｎを算定する。
【００２２】
ＮＩＵ３４１または市内交換機３２の内部でプロセッサ６８は基地局３６１、３６２、…、３６ｎすべての内部のプロセッサ６６１、６６２、…、６６ｎからの距離ｄ１、ｄ２、…、ｄｎを受ける。プロセッサ６８は距離ｄ１、ｄ２、…、ｄｎを用いて加入者局４０１の位置を次のとおり算定する。
【００２３】
三つの基地局３６１、３６２、３６３の既知の緯度および経度並びに距離ｄ１、ｄ２、ｄ３を用いて、それぞれ半径８０１、８０２、８０３の三つの円７８１、７８２、７８３を描く。これら円７８１、７８２、７８３は基地局３６１、３６２、３６３をそれぞれ中心とする。これら三つの円７８１、７８２、７８３の交線は加入者局ユニット４０１の位置にある。
【００２４】
デカルト座標を用いると、基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々と対応する経度および緯度はそれぞれＸｎおよびＹｎで表される。加入者局ユニット４０１の位置をＸ、Ｙで表すと、距離の式により次式が成立する。
【００２５】
（Ｘ１−Ｘ）２＋（Ｙ１−Ｙ）２＝ｄ１ ２ （式３）
（Ｘ２−Ｘ）２＋（Ｙ２−Ｙ）２＝ｄ２ ２ （式４）
（Ｘ３−Ｘ）２＋（Ｙ３−Ｙ）２＝ｄ３ ２ （式５）
距離ｄ１、ｄ２、ｄ３の計算に伴う微小な誤差のために、実際にはこれら式３、式４および式５は慣用の算術では解けない。それら誤差を補正するために、位置の算定に最尤推定法を周知のとおり用いる。精度を上げるために、追加の基地局３６４、３６５、…、３６ｎを推定分析用の追加の距離の計算に用いることができる。
【００２６】
加入者局ユニットの位置を通信システム３０経由で少なくとも一つの警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６に送る。これら警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６の各々の中のプロセッサ７０１は緊急呼９１１発呼加入者局ユニットの位置を表すデータを受け、慣用のコンピュータモニタ７２１にそのデータを表示する。この表示は緊急呼９１１すべてと所番地とを地図上にリストしたものを含む。
【００２７】
代替の手法では、通信システム３０経由で未加工データを送りそれら未加工データを単一の地点で処理することによってプロセッサの数を減らす。
【００２８】
図８はこの発明の第２の実施例を示す。少なくとも二つの基地局３６１、３６２、…、３６ｎを互いに同期させて配置し、それら基地局からグローバルパイロット信号５２１、５２２、…、５２ｎを互いに同期したチップ符号系列で送る。しかし、受信したグローバルパイロット信号５２１、５２２、…、５２ｎは同期してない。第１の基地局３６１からのグローバルパイロット信号５２１は伝搬距離ｄ１でありτ１だけ遅延を受ける。第２の基地局３６２からのグローバルパイロット５２２の伝搬距離はｄ２でありτ２だけ遅延を受ける。加入者局ユニット４０１は基地局の各々からのグローバルパイロットチップ符号系列をグローバルパイロットチップ符号再生手段５４１により再生する。加入者局４０１の中のプロセッサ８２１はグローバルパイロットチップ符号再生手段５４１、５４２、…、５４ｎの各々に接続する。プロセッサ８２１はパイロットチップ符号系列の各対のチップ符号系列を比較し、これら系列相互間の時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを次のとおり計算する。
【００２９】
加入者局ユニット４０１の中で、基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々の用いたチップ符号系列を蓄積する。基地局３６１パイロット符号と同期させたあと、プロセッサ８２１は系列同期達成の時点で蓄積する。このプロセスを他の基地局３６２、３６３、…、３６ｎについても反復する。同期プロセスは逐次的に進めることができ（第１の基地局のチップ符号系列への同期、次に第２の基地局の…、以下同様）、同時並行的に進めることもできる（全基地局についての同期を同時に達成）。
【００３０】
τ１、τ２、…、τｎの間の相対的時間差および各基地局のチップ符号系列を用い、各基地局パイロット信号の発信の同期を既知とすると、基地局二つについての時間差は次式で算出される。
【００３１】
Δｔ１＝τ２−τ１ （式６）
Δｔ２＝τ３−τ２ （式７）
これら時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを少なくとも一つ基地局３６１に送信する。
【００３２】
少なくとも一つの基地局３６１は時間差再生手段８４１を用いて受信信号から時間差データを再生する。この時間差データを距離データｄ１とともに通信システム経由でプロセッサ６８に送る。プロセッサ６８は時間差データΔｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎおよび距離データｄ１、ｄ２、…、ｄｎを用いて加入者局ユニット４０１の位置を次に述べるとおり算定する。
【００３３】
図９に示すとおり、二つの基地局３６１および３６２からの情報に基づき、プロセッサは距離ｄ１、ｄ２を用いて二つの円７８１、７８２を描く。また、時間差ｔ１を用いると双曲線８６１を描くことができる。
【００３４】
双曲線８６１沿いの点はすべて、互いに同期した基地局３６１、３６２から同一の時間差ｔ１でグローバルパイロット信号５２１、５２２を受ける。この時間差Δｔ１は、式１のｔ１にΔｔ１を、ｄ１にΔｄ１をそれぞれ代入することによって距離差Δｄ１に変換できる。この距離の式を用いると、加入者局ユニット４０１の位置Ｘ，Ｙは次式で表される。
式３および式４を式８とともに最尤値推定法に用いると、加入者局ユニット４０１の位置を算定できる。この加入者局ユニット位置情報を最寄りの警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６に送る。
【００３５】
精度を上げるには、追加の基地局を用いる。図１０は三つの基地局３６１、３６２、３６３を用いた場合を示す。三つの距離ｄ１、ｄ２、ｄ３を用いて三つの円を描く。二つの時間差ｔ１、ｔ２を用いて二つの互いに交叉する双曲線８６１、８６２を描く。二つの双曲線８６１、８６２および三つの円７８１、７８２、７８３を用いた最尤値推定法によってより高い精度が得られる。
【００３６】
図８に示すとおり、加入者局ユニット４０１は時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎの算定のために各グローバルパイロットチップ符号系列を信号処理する必要がある。代替の手法では加入者局ユニット４０１からこの処理を除去する。
【００３７】
図６を参照すると、加入者局ユニット４０１は遅延τ１の最寄りの基地局３６１など一つの基地局のグローバルパイロットチップ符号系列に割当てパイロット信号を同期させる。この割当てパイロット信号５０１をすべての基地局３６１、３６２、…、３６ｎに送信する。この割当てパイロット信号５０１はそれぞれの基地局に遅延τ１＋τ１、τ１＋τ２、τ１＋τ３で受信される。基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々は遅延チップ符号系列と算出ずみ距離とをＮＩＵ３４１または市内交換機３２の中のプロセッサ６８に送る。プロセッサ６８は受信した割当てパイロットチップ符号系列の相互比較により時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを算出する。受信した割当てパイロットチップ符号系列はすべてτ１だけ遅延を受けているので、このτ１の遅延は時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎの算出結果では打ち消されている。したがって、上述のとおり双曲線８６１、８６２を用いて加入者局ユニット４０１の位置を特定できる。
【００３８】
図１１、１２、１３に示したもう一つの実施例は複数のアンテナ８８１、８８２、…、８８ｎ付きの基地局３６１を用いる。それらアンテナのうち二つ８８１、８８２を図１１に示すとおり既知の間隔ｌだけ隔てて中心線９２沿いに配置する。これらアンテナ８８１、８８２は加入者局ユニット４０１から割当てパイロット信号９０１、９０２を受信する。しかし、加入者局ユニット４０１から遠い方のアンテナ８８２は、僅かに長い距離ｄ１’経由で近い方のアンテナ８８１に対し僅かな遅延を伴って信号を受信する。この遅延は図１３に示した各アンテナ受信信号間の搬送波位相差φの原因となる。この搬送波位相差および各割当てパイロットチップ符号再生手段９６１、９６２、…、９６ｎによる再生チップ符号系列を用いてプロセッサ６６は次のとおり加入者局ユニット４０１の位置を算定できる。
【００３９】
図１２に示すとおり、加入者局ユニット４０１はアンテナ８８１、８８２の中心線から距離ｄ１、角度αの点に位置している。図１２に示した尺度から理解されるとおり、受信した二つの割当てパイロット信号９０１、９０２は見かけ上一致する。しかし、図１１に示すとおり、これら受信した割当てパイロット信号９０１、９０２は僅かに隔たっている。第１のアンテナ８８１に戻る割当てパイロット信号９０１は距離ｄ１を伝搬する。第２のアンテナ８８２に戻る割当てパイロット信号９０２は僅かに長い距離ｄ１’を伝搬する。図１１に示すとおり、これら二つの距離ｄ１、ｄ１’の差は距離ｍである。
【００４０】
アンテナ８８１、８８２と加入者局ユニット４０１との間の距離ｄ１、ｄ１’は両アンテナ８８１、８８２の間の距離ｌよりもずっと大きいので、受信した割当てパイロット信号９０１、９０２はほぼ平行な経路をたどる。図１１に示すとおり、加入者局ユニット４０１から距離ｄ１の点９４で直角三角形を形成すると、角度αは次式で算定できる。
【００４１】
α＝cos−１（ｍ／ｌ） （式９）
距離ｍは受信した二つの信号９０１、９０２の間の搬送波位相差φにより次式で与えられる。
【００４２】
ｍ＝φ・λ／２π （式１０）
すなわち、距離ｍは上記二つの信号の搬送波位相差φ（ラジアン）とその信号の波長λとの積を２πで除算した値である。波長λは割当てパイロット信号の既知の周波数ｆから次式で与えられる。
【００４３】
λ＝ｃ／ｆ （式１１）
プロセッサ６８はグローバルパイロット信号発生手段４２１からのチップ符号系列を図６に示すとおり割当てパイロットチップ符号系列と比較して距離ｄ１を算定する。プロセッサ６６１は角度αおよび距離ｄ１の両方を用いて単純な幾何学から加入者局ユニット４０１の位置を特定する。アンテナ８８１、８８２に伴う位置特定の曖昧さの消去には多様な手法が当業者に周知である。それら周知の手法の一つはセクタ化に基づくアンテナを用いる。加入者局ユニット位置情報を警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６に送る。システムの精度を高めるために追加のアンテナを用いることもできる。
【００４４】
代替の実施例では二つ以上の基地局３６１、３６２、…、３６ｎを用いる。ＮＩＵ３４１または市内交換機３２の内部に配置したプロセッサ６８は二つ以上の基地局３６１、３６２、…、３６ｎから距離情報、角度情報およびそれら基地局相互間の時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを収集する。プロセッサ６８は最尤値推定法を用いて加入者ユニット４０１の位置をより高精度で特定する。
【００４５】
第４の実施例はマルチパルスについて補正を行う。図１４はマルチパスを図解する。グローバルパイロット信号などの信号を基地局３６１から送信する。その信号は基地局３６１と加入者局ユニット４０１との間で多数の経路９８１、９８２、…、９８ｎを辿る。
【００４６】
図１３は受信信号のマルチパス成分のインパルス応答特性を示す。これらマルチパス成分の各々は独特の経路を辿るので経路９８１、９８２、…、９８ｎの長さで定まる伝搬遅延を受けて受信機に到達する。インパルス応答特性１０６は多様な伝搬遅延を受けて受信されたマルチパス成分全部の信号強度の総和を表す。
【００４７】
上述の加入者局ユニット位置特定手法は、伝搬距離ｄ１の見通し線マルチパス成分９８１と加入者局ユニット４０１が同期しているものとした。しかし、加入者局ユニットが見通し線成分以外のマルチパス成分９８１、９８２、…、９８ｎと同期する場合は、図１５に示す遅延ＭＤ１によって距離計算に誤差を生ずる。
【００４８】
図１６はマルチパスに起因する誤差の補正のためのシステムを示す。グローバルパイロット信号５０１を基地局３６１から加入者局ユニット４０１に送る。加入者局ユニット４０１はLompほか名義の米国特許出願第08/669,769号記載の受信機のようなマルチパス受信機１０２１により、マルチパス伝搬成分すべてを収集する。加入者局ユニット４０１の中のプロセッサ８２１で受信グローバルパイロット信号５０１のインパルス応答特性１００を分析する。
【００４９】
見通し線経路伝搬成分９８１は最短距離の伝搬経路を辿るので、その成分が第１の受信成分９８１となる。見通し線経路伝搬成分が受信されない場合は、第１の受信成分９８１は見通し線経路伝搬成分に最も近い、すなわち推算値の中の最良の値となる。プロセッサ８２１はこの第１の受信成分９８１のチップ符号系列を割当てパイロットチップ符号系列の同期に用いたチップ符号系列と比較する。この比較によってマルチパスに伴う遅延ＭＤ１を算定する。マルチパス遅延ＭＤ１を基地局３６１に送る。
【００５０】
基地局３６１の中のプロセッサ６６１およびマルチパス受信機１０４１は受信した割当てパイロット信号について同じ分析を行う。その結果、割当てパイロット信号のマルチパス遅延ＭＤ２が算定される。また、マルチパス遅延再生手段１０６１でプロセッサ６６１用のグロ−バルパイロット信号マルチパス遅延ＭＤ１を再生する。プロセッサ６６１はこの発生したグローバルパイロットチップ符号系列と再生した割当てパイロットチップ符号系列とを比較して往復伝搬遅延２τ１を算定する。マルチパスについて補正するために、プロセッサ６６１はグローバルパイロット信号のマルチパス遅延ＭＤ１と割当てパイロット信号マルチパス遅延ＭＤ２とを往復伝搬遅延算出値２τ１から減算する。この補正ずみの往復伝搬遅延を上述のとおり加入者局ユニット位置特定手法の一つで用いる。
【００５１】
特定の実施例を詳細に参照してこの発明を上に述べてきたが、これら詳細な点は例示のために示したものであって限定的なものではない。ここに記載した発明の範囲を逸脱することなくこの発明の構成および動作の態様に多数の変形が可能であることは当業者に認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】単純化した従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの説明図。
【図２】従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの説明図。
【図３】従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの中の主な構成部分のブロック図。
【図４】従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの中の構成部分のブロック図。
【図５】基地局と加入者局ユニットとの間で授受されているグローバルパイロット信号および割当てパイロット信号の説明図。
【図６】少なくとも三つの基地局を用いたこの発明の第１の実施例のブロック図。
【図７】少なくとも三つの基地局によるこの発明の第１の実施例を用いた加入者局ユニットの位置特定の説明図。
【図８】加入者局ユニット内構成部分を示すこの発明の第２の実施例のブロック図。
【図９】二つの基地局によるこの発明の第２の実施例を用いた加入者局ユニットの位置特定の説明図。
【図１０】三つ以上の基地局によるこの発明の第２の実施例を用いた加入者局ユニットの位置特定の説明図。
【図１１】複数アンテナ付きの基地局によるこの発明の第３の実施例の詳細な説明図。
【図１２】複数アンテナ付きの基地局による第３の実施例の説明図。
【図１３】第３の実施例に用いた構成部分のブロック図。
【図１４】マルチパスの説明図。
【図１５】マルチパス成分の通常のインパルス応答特性図。
【図１６】マルチパス補正用の第４の実施例の構成部分のブロック図。
【符号の説明】
３０ ＣＤＭＡ通信システム
３６ 基地局
４０ 加入者局ユニット
３２ 市内交換機
３４ 網インタフェースユニット（ＮＩＵ）
３８ 無線搬送波局（ＲＣＳ）
４２ グローバルパイロットチップ符号発生手段
４４，５８ スペクトラム拡散処理手段
４６ 基地局送信機
４８ 加入者局ユニット受信機
５０ グローバルパイロット信号
５４ グローバルパイロットチップ符号再生手段
５２ 割当てパイロット信号
５６ 割当てパイロットチップ符号発生手段
６２ 基地局受信機
８２ 加入者局ユニットプロセッサ
６６，６８，７０ 基地局プロセッサ
７４ 警察分署
７６ 救急車急派所
６４，９６ 割当てパイロットチップ符号再生手段
８８ アンテナ
９８ 伝搬経路
【発明の分野】
この発明は概括的にはスペクトラム拡散符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムに関する。より詳細に言うと、この発明はＣＤＭＡ通信システム内にある加入者局の地理的位置を算定するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来技術の説明】
加入者局の位置を特定できる無線システムは既に周知である。無線による一つの手法では衛星測位システム（ＧＰＳ）を用いる。ＧＰＳでは、２４基のNAVSTAR衛星から継続的に送信されるデータをハンドセットで受信する。各衛星はその衛星の識別情報および位置並びに情報送出時刻を表すデータを送信する。ハンドセットは各信号の受信時刻と送信時刻とを比較して各衛星までの距離を算定する。衛星までの距離の算定値と各衛星の位置とに基づいてハンドセットは三角測量により自分の位置を特定し基地局にその情報を供給できる。しかし、加入者局ユニットの中にＧＰＳを組み入れるとコスト上昇を招く。
【０００３】
加入者局位置特定のもう一つの手法は米国特許第5,732,354号に開示されている。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を無線インタフェースとして用いた移動電話ユニットを複数の基地局の稼働範囲内に位置づける。移動電話ユニットはこれら基地局の各々からの受信信号の信号強度を測定し、それら信号強度測定値を基地局にそれぞれ送信する。基地局の送信したそれら信号強度測定値を移動加入者局の電話交換センターで比較して信号処理する。その結果、移動電話ユニットと各基地局との間の距離が算出される。これらの距離の値から移動電話ユニットの位置を算出する。
【０００４】
スペクトラム拡散変調技術を用いた無線通信システムが普及してきた。符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムでは、擬似ランダムチップ符号系列でデータを変調することにより、広い帯域（拡散スペクトラム）を用いてデータを伝送する。それに伴う利点は、ＣＤＭＡシステムが従来型の時分割多元接続（ＴＤＭＡ）手法や周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）手法による通信システムよりも伝送経路における信号歪および干渉を生じにくいことである。
EP 0865 223 A2 はセルラー移動通信システム用の位置推算手法を示す。第１および第２の信号系列を移動局と基地局との間で交換する。これら信号をＣＤＭＡ信号で構成する。これら第１および第２の信号系列の間の位相差を移動局と基地局との間の距離の算定に用いる。複数の基地局を用いることによって、三角測量により位置を推算できる。
米国特許第5,600,706号はＣＤＭＡシステムにおいて交信範囲算定を用いた位置特定方式を示している。このシステムは、パイロット信号、到達時間差（ＴＤＯＡ）および到達絶対時刻（ＴＯＡ）を位置特定に用いる。
WO 98/18018 は時分割多元接続通信システムにおいてアレーの二つのアンテナを用いた移動端末位置特定を開示している。これら二つのアンテナで受信した信号の位相差を移動端末に至る二つのアンテナからの中心線に対する角度の算定に用いる。受信信号強度を端末の距離の算定に用いる。これら角度および距離の算定値を用いて端末の位置を算定する。
WO 97/47148 はセルラーシステム内の移動端末の位置の算定を記載している。信号を低い送信電力レベルで送信する。この送信電力レベルを一時的に上げる。送信電力レベルを上げて送信した信号を端末の位置測定に用いる。
米国特許第5,736,964号は送受信ユニットの位置特定のためのＣＤＭＡシステムを記載している。基地局がその送受信ユニット位置特定要求を送る。その送受信ユニットメッセージの受信時刻を基地局に送る。また、一群の基地局で送受信ユニットからの送信信号の中のシンボル系列の受信時刻を算定する。これら時刻算定値を用いて送受信ユニットの位置を算定する。
米国特許第5,506,864号はＣＤＭＡシステムにおいて基地局と遠隔ユニットとの間の距離を算定するシステムを開示している。基地局は基地局ＣＤＭＡ信号を遠隔ユニットに送信する。その遠隔ユニットは遠隔ＣＤＭＡ信号を基地局に送る。遠隔ＣＤＭＡ信号は上記受信したＣＤＭＡ信号と同期している。基地局は、送信した基地局ＣＤＭＡ信号と受信した遠隔ＣＤＭＡ信号のチップ符号系列の比較により遠隔ユニットまでの距離を算定する。
【０００５】
既存のＣＤＭＡ通信システムで既に利用可能になっているデータを用いた高精度の加入者局位置特定システムが求められている。
【０００６】
【発明の概要】
加入者局ユニットの地理的位置を無線ＣＤＭＡ通信システムの中の複数の基地局を用いて特定する。それら基地局の各々から第１の符号による第１のスペクトラム拡散信号を送信する。加入者局ユニットは受信した第１のスペクトラム拡散信号の各々について第２の符号による第２のスペクトラム拡散信号を送信する。この第２のスペクトラム拡散信号は加入者局ユニットが受信した第１のスペクトラム拡散信号と同期している。加入者局ユニットが受信した第１のスペクトラム拡散信号の各々のインパルス応答を分析して第１の受信成分を算定する。基地局の各々において、その基地局の受信した第２のスペクトラム拡散信号を分析して第１の受信成分を算定する。各基地局と加入者局との間の距離を算定する。この距離算定は、受信信号と送信信号との間の時間差および上記第２のスペクトラム拡散信号についての第１の受信成分算定値に基づいて行う。加入者局ユニットの位置は上記距離算定値、各基地局の固定位置および最尤値推定法に基づいて算定する。
【０００７】
【好ましい実施の形態】
同じ構成要素には全図を通じて同じ参照数字を付けて示した図面を参照してこの発明の好ましい実施例を説明する。
【０００８】
単純化したＣＤＭＡシステムを図１に示す。所定の帯域幅を有するデータ信号を擬似ランダムチップ符号系列発生器からの拡散符号と混合してディジタルスペクトラム拡散信号を生ずる。受信側で、データの送信に用いたものと同じ擬似ランダムチップ符号系列と相関をとってデータを再生する。伝送帯域幅の中で逆拡散されつつある信号にとって、同帯域幅の中の他の信号はすべて雑音となる。
【０００９】
受信機との同期をとるために送信機の各々に非変調パイロット信号が必要になる。このパイロット信号はそれぞれの受信機が所定の送信機と同期をとることを可能にし、その受信機におけるトラフィック信号の逆拡散を可能にする。
【００１０】
通常のＣＤＭＡシステムでは、基地局はグローバルパイロット信号をその交信範囲内の加入者局に送って順方向送信を同期させる。また、例えばＢ−ＣＤＭＡシステムなどのＣＤＭＡシステムでは、各加入者局が自局特有の割当てパイロット信号を送って逆方向送信を同期させる。
【００１１】
図２はＣＤＭＡ通信システム３０を示す。この通信システム３０は複数の基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎを含む。これら基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎの各々は固定式または移動式の複数の加入者局ユニット４０１、４０２、・・・、４０ｎと交信する。加入者局ユニット４０１、４０２、…、４０ｎの各々は最寄りの基地局３６１または通信信号強度最大の基地局３６１と交信する。基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎの各々は、図３に示すとおり、通信システム３０内の他の構成部分と交信する。
【００１２】
通信システム３０の中心には市内交換機３２があり、複数の網インタフェースユニット（ＮＩＵ）３４１、３４２、・・・、３４ｎと信号授受する。これらＮＩＵの各々は複数の無線搬送波局（ＲＣＳ）３８１、３８２、・・・、３８ｎまたは基地局３６１、３６２、・・・、３６ｎと信号授受する、ＲＣＳ３８１、３８２、・・・、３８ｎまたは基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々は各々の交信範囲内の複数の加入者局ユニット４０１、４０２、…、４０ｎと交信する。
【００１３】
図４は既存のスペクトラム拡散ＣＤＭＡ通信システムの本発明関連部分のブロック図である。個々の基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々は、グローバルパイロットチップ符号発生手段４２１およびスペクトラム拡散処理手段４４１を用いて、その基地局に特有のグローバルパイロット信号を発生する。グローバルパイロットチップ符号発生手段４２１は特有の擬似ランダムチップ符号系列を発生する。この特有の擬似ランダムチップ符号系列は、Ｂ−ＣＤＭＡ無線インタフェースの場合のように帯域幅１５MHｚまで信号スペクトラムを拡散するのに用いられる。上記スペクトラム拡散処理手段はグローバルパイロットチップ符号系列で所望の中心周波数を変調する。このグローバルパイロット信号による被変調信号は基地局の送信機４６１によりすべての加入者局４０１に送信される。
【００１４】
加入者局ユニット４０１の中の受信機４８１は複数の基地局３６１、３６２、…、３６ｎから利用可能な信号を受信する。図５に示すとおり、グローバルパイロット信号５０１は基地局３６１から加入者局ユニット４０１に伝搬し、その伝搬に要する時間τ１は、
τ１＝ｄ１／ｃ （式１）
で与えられる。ここでｄ１は基地局３６１と加入者局ユニット４０１との間の距離、ｃは光速である。
【００１５】
図４を参照すると、加入者局ユニット４０１の中のグローバルパイロットチップ符号再生手段５４１は、複数の基地局３６１、３６２、…、３６ｎからグローバルパイロットチップ符号系列を受信できる。加入者局ユニット４０１はグローバルパイロットチップ符号系列のレプリカを発生し、その発生したレプリカを受信グローバルパイロット５０１と同期させる。加入者局ユニット４０１はそのユニットの多数の分析機能の達成のためにプロセッサ８２１も併せ備える。
【００１６】
加入者局４０１は割当てパイロットチップ符号発生手段５６１およびスペクトラム拡散処理手段５８１を用いて割当てパイロット信号５２１を発生する。割当てパイロットチップ符号発生器５６１は再生グローバルパイロット符号系列と同期した擬似ランダムチップ符号系列を発生する。その結果、割当てパイロットチップ符号系列は基地局３６１、３６２、…、３６ｎについてτ１だけ遅延を受ける。スペクトラム拡散プロセス手段５８１は所望の中心周波数を割当てパイロットチップ符号系列で変調して、割当てパイロット信号５２１による被変調信号を発生する。この割当てパイロット信号５２１により被変調信号を交信範囲内のすべての基地局３６１、３６２、…、３６ｎに送信する。
【００１７】
基地局３６１は自局の受信機６２１で上記割当てパイロット信号５２１による被変調搬送波を受信する。受信したこのパイロット信号５２１による被変調搬送波は図５に示すとおりグローバルパイロット信号５０１による被変調搬送波と同じ距離ｄ１を伝搬する。したがって、受信した割当てパイロット信号は、移動加入者局ユニット４０１についてはτ１だけ遅延を受け、基地局３６１発生のグローバルパイロット信号５０１については２τ１だけ遅延を受ける。
【００１８】
基地局３６１で受信した割当てパイロット信号５２１のチップ符号系列は、基地局３６１発生のグローバルパイロット信号５０１のチップ符号系列に対して２τ１だけ遅延を受けているので、往復伝搬遅延２τ１は上記二つのチップ符号系列のタイミングの比較によって算定できる。上記往復伝搬遅延２τ１を用いて基地局３６１と加入者局ユニット４０１との間の距離４０１は、
ｄ１＝ｃ・２τ１／２ （式２）
で与えられる。チップ区間少なくとも８０ｎｓの拡散系列を用い、通信システムの追跡分解能がチップ区間の１／１６である場合は、距離ｄ１は２メートル以下の精度で測定できる。
【００１９】
図６はこの発明の第１の実施例のブロック図である。加入者ユニット４０１には追加のハードウェアは不要である。必要な変更は加入者局ユニットのプロセッサ８２１並びに基地局３６１、ＮＩＵ３４または市内交換機３２１、警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６の中のソフトウェアの変更によって導入する。
【００２０】
加入者局ユニット４０１は、緊急呼出９１１発呼があったことを表示し加入者局位置特定プロトコルの起動を指示する信号を基地局３６１から受ける。加入者局４０１は、この信号を受けると、自局の送信チップ符号系列を少なくとも三つの基地局のチップ符号系列と逐次同期させる。加入者局ユニットの通常の交信範囲の外側にある基地局３６２、３６３、…、３６ｎに受信できるように、これらの送信は適応型送信電力制御アルゴリズムを一時的に中断させて通常よりも高い送信電力レベルで行う。
【００２１】
基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々の中のプロセッサ６６１は割当てパイロットチップ符号再生手段６４１およびグローバルパイロットチップ符号発生器４２１に接続する。プロセッサ６６１はこれら二つのチップ符号系列を比較して加入者局ユニット４０１と基地局３６１、３６２、…、３６ｎそれぞれとの間の往復伝搬遅延τ１、τ２、…、τｎおよび距離ｄ１、ｄ２、…、ｄｎを算定する。
【００２２】
ＮＩＵ３４１または市内交換機３２の内部でプロセッサ６８は基地局３６１、３６２、…、３６ｎすべての内部のプロセッサ６６１、６６２、…、６６ｎからの距離ｄ１、ｄ２、…、ｄｎを受ける。プロセッサ６８は距離ｄ１、ｄ２、…、ｄｎを用いて加入者局４０１の位置を次のとおり算定する。
【００２３】
三つの基地局３６１、３６２、３６３の既知の緯度および経度並びに距離ｄ１、ｄ２、ｄ３を用いて、それぞれ半径８０１、８０２、８０３の三つの円７８１、７８２、７８３を描く。これら円７８１、７８２、７８３は基地局３６１、３６２、３６３をそれぞれ中心とする。これら三つの円７８１、７８２、７８３の交線は加入者局ユニット４０１の位置にある。
【００２４】
デカルト座標を用いると、基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々と対応する経度および緯度はそれぞれＸｎおよびＹｎで表される。加入者局ユニット４０１の位置をＸ、Ｙで表すと、距離の式により次式が成立する。
【００２５】
（Ｘ１−Ｘ）２＋（Ｙ１−Ｙ）２＝ｄ１ ２ （式３）
（Ｘ２−Ｘ）２＋（Ｙ２−Ｙ）２＝ｄ２ ２ （式４）
（Ｘ３−Ｘ）２＋（Ｙ３−Ｙ）２＝ｄ３ ２ （式５）
距離ｄ１、ｄ２、ｄ３の計算に伴う微小な誤差のために、実際にはこれら式３、式４および式５は慣用の算術では解けない。それら誤差を補正するために、位置の算定に最尤推定法を周知のとおり用いる。精度を上げるために、追加の基地局３６４、３６５、…、３６ｎを推定分析用の追加の距離の計算に用いることができる。
【００２６】
加入者局ユニットの位置を通信システム３０経由で少なくとも一つの警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６に送る。これら警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６の各々の中のプロセッサ７０１は緊急呼９１１発呼加入者局ユニットの位置を表すデータを受け、慣用のコンピュータモニタ７２１にそのデータを表示する。この表示は緊急呼９１１すべてと所番地とを地図上にリストしたものを含む。
【００２７】
代替の手法では、通信システム３０経由で未加工データを送りそれら未加工データを単一の地点で処理することによってプロセッサの数を減らす。
【００２８】
図８はこの発明の第２の実施例を示す。少なくとも二つの基地局３６１、３６２、…、３６ｎを互いに同期させて配置し、それら基地局からグローバルパイロット信号５２１、５２２、…、５２ｎを互いに同期したチップ符号系列で送る。しかし、受信したグローバルパイロット信号５２１、５２２、…、５２ｎは同期してない。第１の基地局３６１からのグローバルパイロット信号５２１は伝搬距離ｄ１でありτ１だけ遅延を受ける。第２の基地局３６２からのグローバルパイロット５２２の伝搬距離はｄ２でありτ２だけ遅延を受ける。加入者局ユニット４０１は基地局の各々からのグローバルパイロットチップ符号系列をグローバルパイロットチップ符号再生手段５４１により再生する。加入者局４０１の中のプロセッサ８２１はグローバルパイロットチップ符号再生手段５４１、５４２、…、５４ｎの各々に接続する。プロセッサ８２１はパイロットチップ符号系列の各対のチップ符号系列を比較し、これら系列相互間の時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを次のとおり計算する。
【００２９】
加入者局ユニット４０１の中で、基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々の用いたチップ符号系列を蓄積する。基地局３６１パイロット符号と同期させたあと、プロセッサ８２１は系列同期達成の時点で蓄積する。このプロセスを他の基地局３６２、３６３、…、３６ｎについても反復する。同期プロセスは逐次的に進めることができ（第１の基地局のチップ符号系列への同期、次に第２の基地局の…、以下同様）、同時並行的に進めることもできる（全基地局についての同期を同時に達成）。
【００３０】
τ１、τ２、…、τｎの間の相対的時間差および各基地局のチップ符号系列を用い、各基地局パイロット信号の発信の同期を既知とすると、基地局二つについての時間差は次式で算出される。
【００３１】
Δｔ１＝τ２−τ１ （式６）
Δｔ２＝τ３−τ２ （式７）
これら時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを少なくとも一つ基地局３６１に送信する。
【００３２】
少なくとも一つの基地局３６１は時間差再生手段８４１を用いて受信信号から時間差データを再生する。この時間差データを距離データｄ１とともに通信システム経由でプロセッサ６８に送る。プロセッサ６８は時間差データΔｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎおよび距離データｄ１、ｄ２、…、ｄｎを用いて加入者局ユニット４０１の位置を次に述べるとおり算定する。
【００３３】
図９に示すとおり、二つの基地局３６１および３６２からの情報に基づき、プロセッサは距離ｄ１、ｄ２を用いて二つの円７８１、７８２を描く。また、時間差ｔ１を用いると双曲線８６１を描くことができる。
【００３４】
双曲線８６１沿いの点はすべて、互いに同期した基地局３６１、３６２から同一の時間差ｔ１でグローバルパイロット信号５２１、５２２を受ける。この時間差Δｔ１は、式１のｔ１にΔｔ１を、ｄ１にΔｄ１をそれぞれ代入することによって距離差Δｄ１に変換できる。この距離の式を用いると、加入者局ユニット４０１の位置Ｘ，Ｙは次式で表される。
【００３５】
精度を上げるには、追加の基地局を用いる。図１０は三つの基地局３６１、３６２、３６３を用いた場合を示す。三つの距離ｄ１、ｄ２、ｄ３を用いて三つの円を描く。二つの時間差ｔ１、ｔ２を用いて二つの互いに交叉する双曲線８６１、８６２を描く。二つの双曲線８６１、８６２および三つの円７８１、７８２、７８３を用いた最尤値推定法によってより高い精度が得られる。
【００３６】
図８に示すとおり、加入者局ユニット４０１は時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎの算定のために各グローバルパイロットチップ符号系列を信号処理する必要がある。代替の手法では加入者局ユニット４０１からこの処理を除去する。
【００３７】
図６を参照すると、加入者局ユニット４０１は遅延τ１の最寄りの基地局３６１など一つの基地局のグローバルパイロットチップ符号系列に割当てパイロット信号を同期させる。この割当てパイロット信号５０１をすべての基地局３６１、３６２、…、３６ｎに送信する。この割当てパイロット信号５０１はそれぞれの基地局に遅延τ１＋τ１、τ１＋τ２、τ１＋τ３で受信される。基地局３６１、３６２、…、３６ｎの各々は遅延チップ符号系列と算出ずみ距離とをＮＩＵ３４１または市内交換機３２の中のプロセッサ６８に送る。プロセッサ６８は受信した割当てパイロットチップ符号系列の相互比較により時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを算出する。受信した割当てパイロットチップ符号系列はすべてτ１だけ遅延を受けているので、このτ１の遅延は時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎの算出結果では打ち消されている。したがって、上述のとおり双曲線８６１、８６２を用いて加入者局ユニット４０１の位置を特定できる。
【００３８】
図１１、１２、１３に示したもう一つの実施例は複数のアンテナ８８１、８８２、…、８８ｎ付きの基地局３６１を用いる。それらアンテナのうち二つ８８１、８８２を図１１に示すとおり既知の間隔ｌだけ隔てて中心線９２沿いに配置する。これらアンテナ８８１、８８２は加入者局ユニット４０１から割当てパイロット信号９０１、９０２を受信する。しかし、加入者局ユニット４０１から遠い方のアンテナ８８２は、僅かに長い距離ｄ１’経由で近い方のアンテナ８８１に対し僅かな遅延を伴って信号を受信する。この遅延は図１３に示した各アンテナ受信信号間の搬送波位相差φの原因となる。この搬送波位相差および各割当てパイロットチップ符号再生手段９６１、９６２、…、９６ｎによる再生チップ符号系列を用いてプロセッサ６６は次のとおり加入者局ユニット４０１の位置を算定できる。
【００３９】
図１２に示すとおり、加入者局ユニット４０１はアンテナ８８１、８８２の中心線から距離ｄ１、角度αの点に位置している。図１２に示した尺度から理解されるとおり、受信した二つの割当てパイロット信号９０１、９０２は見かけ上一致する。しかし、図１１に示すとおり、これら受信した割当てパイロット信号９０１、９０２は僅かに隔たっている。第１のアンテナ８８１に戻る割当てパイロット信号９０１は距離ｄ１を伝搬する。第２のアンテナ８８２に戻る割当てパイロット信号９０２は僅かに長い距離ｄ１’を伝搬する。図１１に示すとおり、これら二つの距離ｄ１、ｄ１’の差は距離ｍである。
【００４０】
アンテナ８８１、８８２と加入者局ユニット４０１との間の距離ｄ１、ｄ１’は両アンテナ８８１、８８２の間の距離ｌよりもずっと大きいので、受信した割当てパイロット信号９０１、９０２はほぼ平行な経路をたどる。図１１に示すとおり、加入者局ユニット４０１から距離ｄ１の点９４で直角三角形を形成すると、角度αは次式で算定できる。
【００４１】
α＝cos−１（ｍ／ｌ） （式９）
距離ｍは受信した二つの信号９０１、９０２の間の搬送波位相差φにより次式で与えられる。
【００４２】
ｍ＝φ・λ／２π （式１０）
すなわち、距離ｍは上記二つの信号の搬送波位相差φ（ラジアン）とその信号の波長λとの積を２πで除算した値である。波長λは割当てパイロット信号の既知の周波数ｆから次式で与えられる。
【００４３】
λ＝ｃ／ｆ （式１１）
プロセッサ６８はグローバルパイロット信号発生手段４２１からのチップ符号系列を図６に示すとおり割当てパイロットチップ符号系列と比較して距離ｄ１を算定する。プロセッサ６６１は角度αおよび距離ｄ１の両方を用いて単純な幾何学から加入者局ユニット４０１の位置を特定する。アンテナ８８１、８８２に伴う位置特定の曖昧さの消去には多様な手法が当業者に周知である。それら周知の手法の一つはセクタ化に基づくアンテナを用いる。加入者局ユニット位置情報を警察分署７４１、７４２、…、７４ｎおよび救急車急派所７６に送る。システムの精度を高めるために追加のアンテナを用いることもできる。
【００４４】
代替の実施例では二つ以上の基地局３６１、３６２、…、３６ｎを用いる。ＮＩＵ３４１または市内交換機３２の内部に配置したプロセッサ６８は二つ以上の基地局３６１、３６２、…、３６ｎから距離情報、角度情報およびそれら基地局相互間の時間差Δｔ１、Δｔ２、…、Δｔｎを収集する。プロセッサ６８は最尤値推定法を用いて加入者ユニット４０１の位置をより高精度で特定する。
【００４５】
第４の実施例はマルチパルスについて補正を行う。図１４はマルチパスを図解する。グローバルパイロット信号などの信号を基地局３６１から送信する。その信号は基地局３６１と加入者局ユニット４０１との間で多数の経路９８１、９８２、…、９８ｎを辿る。
【００４６】
図１３は受信信号のマルチパス成分のインパルス応答特性を示す。これらマルチパス成分の各々は独特の経路を辿るので経路９８１、９８２、…、９８ｎの長さで定まる伝搬遅延を受けて受信機に到達する。インパルス応答特性１０６は多様な伝搬遅延を受けて受信されたマルチパス成分全部の信号強度の総和を表す。
【００４７】
上述の加入者局ユニット位置特定手法は、伝搬距離ｄ１の見通し線マルチパス成分９８１と加入者局ユニット４０１が同期しているものとした。しかし、加入者局ユニットが見通し線成分以外のマルチパス成分９８１、９８２、…、９８ｎと同期する場合は、図１５に示す遅延ＭＤ１によって距離計算に誤差を生ずる。
【００４８】
図１６はマルチパスに起因する誤差の補正のためのシステムを示す。グローバルパイロット信号５０１を基地局３６１から加入者局ユニット４０１に送る。加入者局ユニット４０１はLompほか名義の米国特許出願第08/669,769号記載の受信機のようなマルチパス受信機１０２１により、マルチパス伝搬成分すべてを収集する。加入者局ユニット４０１の中のプロセッサ８２１で受信グローバルパイロット信号５０１のインパルス応答特性１００を分析する。
【００４９】
見通し線経路伝搬成分９８１は最短距離の伝搬経路を辿るので、その成分が第１の受信成分９８１となる。見通し線経路伝搬成分が受信されない場合は、第１の受信成分９８１は見通し線経路伝搬成分に最も近い、すなわち推算値の中の最良の値となる。プロセッサ８２１はこの第１の受信成分９８１のチップ符号系列を割当てパイロットチップ符号系列の同期に用いたチップ符号系列と比較する。この比較によってマルチパスに伴う遅延ＭＤ１を算定する。マルチパス遅延ＭＤ１を基地局３６１に送る。
【００５０】
基地局３６１の中のプロセッサ６６１およびマルチパス受信機１０４１は受信した割当てパイロット信号について同じ分析を行う。その結果、割当てパイロット信号のマルチパス遅延ＭＤ２が算定される。また、マルチパス遅延再生手段１０６１でプロセッサ６６１用のグロ−バルパイロット信号マルチパス遅延ＭＤ１を再生する。プロセッサ６６１はこの発生したグローバルパイロットチップ符号系列と再生した割当てパイロットチップ符号系列とを比較して往復伝搬遅延２τ１を算定する。マルチパスについて補正するために、プロセッサ６６１はグローバルパイロット信号のマルチパス遅延ＭＤ１と割当てパイロット信号マルチパス遅延ＭＤ２とを往復伝搬遅延算出値２τ１から減算する。この補正ずみの往復伝搬遅延を上述のとおり加入者局ユニット位置特定手法の一つで用いる。
【００５１】
特定の実施例を詳細に参照してこの発明を上に述べてきたが、これら詳細な点は例示のために示したものであって限定的なものではない。ここに記載した発明の範囲を逸脱することなくこの発明の構成および動作の態様に多数の変形が可能であることは当業者に認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】単純化した従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの説明図。
【図２】従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの説明図。
【図３】従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの中の主な構成部分のブロック図。
【図４】従来技術によるＣＤＭＡ通信システムの中の構成部分のブロック図。
【図５】基地局と加入者局ユニットとの間で授受されているグローバルパイロット信号および割当てパイロット信号の説明図。
【図６】少なくとも三つの基地局を用いたこの発明の第１の実施例のブロック図。
【図７】少なくとも三つの基地局によるこの発明の第１の実施例を用いた加入者局ユニットの位置特定の説明図。
【図８】加入者局ユニット内構成部分を示すこの発明の第２の実施例のブロック図。
【図９】二つの基地局によるこの発明の第２の実施例を用いた加入者局ユニットの位置特定の説明図。
【図１０】三つ以上の基地局によるこの発明の第２の実施例を用いた加入者局ユニットの位置特定の説明図。
【図１１】複数アンテナ付きの基地局によるこの発明の第３の実施例の詳細な説明図。
【図１２】複数アンテナ付きの基地局による第３の実施例の説明図。
【図１３】第３の実施例に用いた構成部分のブロック図。
【図１４】マルチパスの説明図。
【図１５】マルチパス成分の通常のインパルス応答特性図。
【図１６】マルチパス補正用の第４の実施例の構成部分のブロック図。
【符号の説明】
３０ ＣＤＭＡ通信システム
３６ 基地局
４０ 加入者局ユニット
３２ 市内交換機
３４ 網インタフェースユニット（ＮＩＵ）
３８ 無線搬送波局（ＲＣＳ）
４２ グローバルパイロットチップ符号発生手段
４４，５８ スペクトラム拡散処理手段
４６ 基地局送信機
４８ 加入者局ユニット受信機
５０ グローバルパイロット信号
５４ グローバルパイロットチップ符号再生手段
５２ 割当てパイロット信号
５６ 割当てパイロットチップ符号発生手段
６２ 基地局受信機
８２ 加入者局ユニットプロセッサ
６６，６８，７０ 基地局プロセッサ
７４ 警察分署
７６ 救急車急派所
６４，９６ 割当てパイロットチップ符号再生手段
８８ アンテナ
９８ 伝搬経路
Claims (12)
- 無線ＣＤＭＡ通信システムの中の複数の基地局（３６）を用いて加入者局ユニット（４０１）の地理的位置を特定する方法であって、前記基地局（３６）の各々が第１の符号による第１のスペクトラム拡散信号を送信し、前記加入者局ユニット（４０１）が自局受信の前記第１のスペクトラム拡散信号の各々について第２の符号による第２のスペクトラム拡散信号を前記第１のスペクトラム拡散信号の送信元の基地局（３６）に前記自局受信の前記第１のスペクトラム拡散信号と同期させて送信する方法において、
前記自局受信の前記第１のスペクトラム拡散信号の各々について前記加入者局ユニット（４０１）においてその第１のスペクトラム拡散信号のマルチパス成分のインパルス応答を第１の受信成分の算定のために分析する過程と、
前記基地局（３６）の各々において自局受信の前記第２のスペクトラム拡散信号のマルチパス成分のインパルス応答を第１の受信成分の算定のために分析する過程と、
前記基地局（３６）の各々についてその基地局（３６）と前記加入者局ユニット（４０１）との間の距離を前記自局受信の第２のスペクトラム拡散信号の前記第２の符号とその基地局からの前記第１のスペクトラム拡散信号との時間差、およびその基地局の自局受信の前記第２のスペクトラム拡散信号についての前記第１の受信成分の算定値に一部基づいて算定する過程と、
前記距離の算定値、前記基地局（３６）の各々の固定位置および最尤推定法に一部基づき前記加入者局ユニット（４０１）の位置を算定する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記複数の基地局（３６）が互いに同期しており、前記加入者局（４０１）が前記自局受信の第１のスペクトラム拡散信号の受信時点の時間差を算定してその時間差の表示信号を送信し、前記最尤推定法が前記加入者局ユニット位置算定のために前記時間差の算定値を用いることをさらに特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記複数の基地局（３６）が互いに同期しており、前記基地局の各々の前記自局受信の前記第２のスペクトラム拡散信号の受信時点の時間差を算定し、前記最尤推定法が前記加入者局ユニット位置算定のために前記時間差の算定値を用いることをさらに特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記時間差の各々に関連する双曲線の式および前記距離の算定値の各々に関連する円の式を前記最尤推定法に用いることをさらに特徴とする請求項２または請求項３記載の方法。
- 前記第２のスペクトラム拡散信号の前記送信を前記自局受信の第１のスペクトラム拡散信号の前記算定した第１の受信成分に同期させることをさらに特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の方法。
- 前記加入者（４０１）が前記基地局（３６）の各々に対して前記第１の受信成分とその基地局（３６）からの前記第２のスペクトラム拡散信号の送信時点との間の時間差を表す信号を送信することをさらに特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の方法。
- 複数の基地局（３６）を用いて加入者局ユニット（４０１）の地理的位置を特定する無線ＣＤＭＡ通信システムであって、前記基地局（３６）の各々が第１の符号による第１のスペクトラム拡散信号を送信し、前記加入者局ユニット（４０１）が自局受信の前記第１のスペクトラム拡散信号の各々について第２の符号による第２のスペクトラム拡散信号を前記第１のスペクトラム拡散信号の送信元の基地局（３６）に前記自局受信の前記第１のスペクトラム拡散信号と同期させて送信するシステムにおいて、
前記自局受信の前記第１のスペクトラム拡散信号の各々について前記加入者局ユニット（４０１）がその第１のスペクトラム拡散信号のマルチパス成分のインパルス応答を第１の受信成分の算定のために分析する手段（８２１）を含み、
前記基地局（３６）の各々が、自局受信の前記第２のスペクトラム拡散信号のマルチパス成分のインパルス応答を第１の受信成分の算定のために分析する手段（６６）と、その基地局（３６）と前記加入者局ユニット（４０１）との間の距離を前記自局受信の第２のスペクトラム拡散信号の前記第２の符号とその基地局からの前記第１のスペクトラム拡散信号との時間差、およびその基地局の自局受信の前記第２のスペクトラム拡散信号についての前記第１の受信成分の算定値に一部基づいて算定する手段とを含み、
前記距離の算定値、前記基地局（３６）の各々の固定位置および最尤推定法に一部基づき前記加入者局ユニット（４０１）の位置を算定する手段（６６、６８、７０）
を含むことを特徴とするシステム。 - 前記複数の基地局（３６）が互いに同期しており、前記加入者局（４０１）が前記自局受信の第１のスペクトラム拡散信号の受信時点の時間差を算定してその時間差の表示信号を送信する手段（６０１）とを含み、前記最尤推定法が前記加入者局ユニット位置算定のために前記時間差の算定値を用いることをさらに特徴とする請求項７記載のシステム。
- 前記複数の基地局（３６）が互いに同期しており、前記基地局の各々の前記自局受信の前記第２のスペクトラム拡散信号の受信時点の時間差を算定する手段（６６、６８、７０）をさらに含み、前記最尤推定法が前記加入者局ユニット位置算定のために前記時間差の算定値を用いることをさらに特徴とする請求項７記載のシステム。
- 前記時間差の各々に関連する双曲線の式および前記距離の算定値の各々に関連する円の式を前記最尤推定法に用いることをさらに特徴とする請求項８または請求項９記載のシステム。
- 前記第２のスペクトラム拡散信号の前記送信を前記自局受信の第１のスペクトラム拡散信号の前記算定した第１の受信成分に同期させることをさらに特徴とする請求項７、請求項８、請求項９または請求項１０記載のシステム。
- 前記加入者（４０１）が前記基地局（３６）の各々に対して見通し線最近似成分とその基地局（３６）からの前記第２のスペクトラム拡散信号の送信時点との間の時間差を表す信号を送信する手段（６０１）を含むことをさらに特徴とする請求項７、請求項８、請求項９または請求項１０記載のシステム。
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