JP3801505B2 - 電気通信システムにおける移動局の位置決定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、局の位置に関する情報を提供するための方法および装置に関する。特に、本発明は、送信局と受信局との間の距離を決定することに関するが、それに限られない。
【０００２】
（発明の背景）
セルラー電気通信システムは、セルまたは同様な無線カバレージ・エリアに基づいている。セルラー電気通信システムの例としては、ＧＳＭ（移動通信用グローバル・システム）または種々のＧＳＭをベースとするシステム（例えば、ＧＰＲＳ（汎用パケット無線サービス））、ＡＭＰＳ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ（米国移動電話システム））またはＤＡＭＰＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＡＭＰＳ（ディジタルＡＭＰＳ））または提案されているＷＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）またはＵＭＴＳ（汎用移動通信システム）などがある。一般に、セルラー電気通信システムのセルのカバレージ・エリアまたは基地局のカバレージ・エリアは、エアインターフェースまたは無線インターフェースを経由して、基地局のサブシステム（ＢＳＳ）に普通は接続されている移動局（ＭＳ）にサービスしている１つまたはいくつかの基地トランシーバ局（ＢＴＳ）によってカバーされるある種の地理的に制限されたエリアとして定義することができる。各カバレージ・エリアは適切なコントローラ装置によって制御することができる。例えば、提案されているＷＣＤＭＡ標準においては、各セルは少なくとも１つの無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）によって制御され、ＧＳＭ標準においては各セルは少なくとも１つの移動交換局（ＭＳＣ）によって制御される。そのコントローラは、さらにゲートウェイまたはリンク装置、例えば、サービス中のＧＰＲＳサポート・ノード（ＳＧＳＮ）または、セルを通信システムの他の部分に対してリンクしているゲートウェイ移動交換局（ＧＳＭＣ）にさらに接続されている。いくつかのセルがさらに大きいエリアをカバーし、そしてセルラー電気通信ネットワークのカバレージ・エリアを一緒に形成する。
【０００３】
電気通信システムの１つのセル内にある移動局（ＭＳ）またはユーザ機器（ＵＥ）は、それに対応して与えられたセルのコントローラによって制御される。ＭＳは同時に１つのコントローラだけによって制御することができるが、それはいくつかのコントローラに対して同時に接続される可能性もある。例えば、セルがオーバラップしているとき、あるいは、いわゆるソフト・ハンドオフ・モードにあるとき、そのＭＳは２つの基地局と通信状態にある可能性があり、それらの基地局が異なるコントローラに接続されている可能性がある。これらのうちから１つのコントローラをサービス中の（メインの）コントローラとして定義することができ、一方、他のコントローラは二次的なコントローラとして働く。
【０００４】
移動局、それ故、そのユーザの位置の場合において、セルまたは同様な地理的に限定された無線カバレージ・エリアおよび関連のコントローラを使用することによって、セルラー電気通信システムが個々の移動局の現在位置に関する少なくともおおよその位置の情報の評価を発生することができる。より詳しく言えば、セルラー電気通信システムは常にそのシステムの基地局の少なくとも１つと通信している移動局の現在位置を知っており、それ故、そのシステムの少なくとも１つのコントローラ内に登録されている（すなわち、そのシステムの１つのセルのエリア内にある）。この情報はその移動局が訪問した、あるいは「それ以外の」ネットワークのカバレージ・エリア内にあるときでさえも得られる。何故なら、その訪問したネットワークが、例えば、ルーチングおよび課金の目的のためにその移動局の位置をそのホーム・ロケーション・レジスタに送り返すことができるからである。
【０００５】
この位置の情報は、呼出しの処理（ルーチング、課金、リソース割当てなど）のためだけでなく、他の目的に対しても使用することができる。この位置情報が容易に利用できるのであれば、それを使用することができるいくつかの可能な商用および非商用の用途がある。これらの可能な用途としては、種々の地方広告および情報配信方式（例えば、あるエリア内に現在いる移動ユーザだけに向けられる情報の送信）、移動データ処理装置のユーザに対するエリア関連のＷＷＷページ（例えば、時刻表、地方レストラン、店またはホテルガイド、地図、地方広告など）、緊急の電話番号を呼び出した人の位置、およびこの情報を受信したい、そして合法的にそれを得る資格が与えられている人によるその移動ユーザの追跡監視などがある。
【０００６】
移動局の動きの正確な、そしてリアルタイムの位置情報を必要とする用途は移動局の動きの予測機能であり、それは、例えば、動的ネットワーク・リソース割当てにおいて利用することができる。その位置情報の種々の他の可能な使用およびその位置情報を使用することができる用途があり、そして一般に、移動局の地理的位置に関する位置情報を必要とするすべてのそのような用途は、電気通信システムによって提供される位置情報が便利であると知ることができる。この位置情報の利用可能性は電気通信システムによって提供される位置情報の精度を改善することによって実質的にさらに増加する可能性がある。
【０００７】
移動局の最終既知位置をタイム・スタンプと一緒に提供することができる、セルラー電気通信ネットワークによって提供されるロケーション・サービス機能に対する１つの提案がある。この機能はそのシステムの各種のコントローラからその情報を受信する別々のネットワーク要素またはサーバによって提供することができる。例えば、ＧＳＭにおいては、この情報は訪問先のＭＳＣのビジター・ロケーション・レジスタ（ＶＬＲ）または、ホーム・ネットワークのホーム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ）から得ることができる。この提案はそのように１つの基地局またはセルの精度を与える。すなわち、それはある基地局またはセルのカバレージ・エリア内にその移動局がある（あるいは、少なくともあった）ことを示すことになる。その移動局が入っていた最終カバレージ・エリアは、そのシステムによって知られており、適切なプロセッサ機能が無線カバレージ・エリア情報に基づいてその移動局のおおよその地理的位置を画定することができる。
【０００８】
位置の決定の精度はその移動局から基地局に送信される無線信号の伝播時間（または伝播時間差）を定義する測定の結果を利用することによって改善することができる。その測定はその移動局が現在入っているエリアをカバーしている少なくとも３つの異なる基地局によって得られることが好ましい。３つの各基地局による測定値はその基地局と移動局との間の距離（レンジ）またはその移動局と２つの基地局との間の距離差（レンジ差）を与える。各レンジ測定値は測定中の基地局を中心とした円を発生する。各レンジ差測定値は双曲線（レンジ測定値の場合のように円ではない）を生成する。それ故、レンジ差が位置の計算に使用される場合、その双曲線の交点がサーチされる。理想的なケースにおいて、また測定誤差がない場合、３つの基地局による３つの円、または双曲線の交点は、その移動局の位置を正確に決定する。
【０００９】
しかし、送信局と受信局との間の直接無線伝播経路は、間欠的に、またはかなり高い可能性で連続的にブロックされる可能性がある。この無視線（ｎｏｎ‐ｌｉｎｅ ｏｆ ｓｉｇｈｔ）（ＮＬＯＳ）現象は、位置の誤差の主な原因として知られている。何故なら、それによってその移動局が実際にある場所からその基地局からさらに離れて現れるからである。それ故、いくつかの基地局から導かれた距離測定の結果は利用されるが、その位置の決定はまだ正しくない位置を与える可能性がある。これはいくつかの障害物のために、移動局が１つまたはいくつかの基地局の直接の視線を繰り返して失うか、または連続的に失う可能性のある密集した都市環境においての場合である。これによってこれらすべての障害の要素を回避するために送信局と受信局との間で無線信号が伝播しなければならない経路の長さが増加する。反射および回折のために、直接の経路がブロックされた場合に最初に到着する波は数百メートル程度長い経路上を伝播する可能性がある。
【００１０】
（発明の概要）
これらの問題の１つまたはそれ以上に対処することが本発明の実施形態の目的である。
本発明の１つの態様によれば、本発明は、送信局と受信局との間の距離を決定するための方法を提供する。該方法は、
前記受信局の無線伝播環境に対する特性パラメータ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距離を決定するために使用することができるような、前記受信局において前記送信局から受信した信号の少なくとも１つの特徴を測定するステップと、
前記測定された信号の特徴および前記特性パラメータを使用して、前記送信局と前記受信局との間の距離を計算するステップとを含む。
【００１１】
もう１つの態様によれば、本発明は、送信局と受信局との間の距離を決定するための装置を提供する。該装置は、
前記受信局の無線伝播環境の特性を記述する特性パラメータを記憶するための記憶手段と、
前記送信局と前記受信局との間の距離を決定することができる、前記送信局から前記受信局に送信される信号の特徴を測定するための測定手段と、
前記測定値および前記特性パラメータの結果をベースとして前記送信局と前記受信局との間の距離を定義するための前記測定の結果を受信するためのコントローラとを含む。
【００１２】
さらにもう１つの態様によれば、本発明は、前記電気通信システムの少なくとも１つの基地局との無線接続を有している移動局の位置を提供するための、電気通信システムにおいて使用するためのロケーション・サーバを提供する。該サーバは、
前記移動局と前記基地局との間の距離を決定することができる前記移動局と前記基地局との間の接続の特徴に関する前記電気通信システムからの測定データを受信するための手段と、
前記基地局の無線伝播環境を記述している特性パラメータを記憶するための記憶手段と、
前記受信測定データおよび前記特性パラメータに基づいて前記移動局と前記基地局との間の距離を定義するための制御手段とを含む。
さらにもう１つの態様によれば、本発明は、前記電気通信システムの局の無線伝播環境に関するデータを生成および／または更新するための電気通信システムにおける装置を提供する。
【００１３】
該装置は、
第１の局と、
前記第１の局と無線によって通信するための第２の局と、
前記電気通信システムの外部にある位置情報のソースによって前記第１の局の現在の地理的位置を定義するための手段と、
前記局のうちの他のものからの前記局の１つによって受信した無線信号の特徴を決定するための決定手段と、
前記決定された前記第１の局の現在の地理的位置および前記決定された特徴によって、前記無線伝播環境のパラメータを計算するための計算手段とを含む。
【００１４】
これらの実施形態はいくつかの利点を提供する。最も重要な利点は、これらの実施形態が位置決定手順の精度および信頼性を改善することである。さらに、これらの実施形態のいくつかによって位置決定プロセスのために使用する受信機の数を、特にセクター・アンテナまたはセクター基地局が使用されているときに少なくすることができる。これらの実施形態は静止しているか、またはほとんど静止している移動局（すなわち、連続的に移動していないか、またはゆっくり移動しているだけの局）に対して、そして連続的に移動している移動局（高速に連続している移動している場合であっても）の両方に対して正常に動作する。提案の実装は従来の技術の提案より評価されるパラメータの数が大幅に少なくて済む。 本発明をもっとよく理解してもらうために、また本発明の実施方法を理解してもらうために添付の図面を参照するが、この図面は単に例示としてのものに過ぎ
【００１５】
（好適な実施形態の説明）
先ず最初に図１を参照すると、３つの基地局が電気通信ネットワークの全方向無線カバレージ・エリア１、２および３を提供している。電気通信ネットワークの例を示し、ＧＳＭ（移動通信のためのグローバル・システム）の公衆地上移動電話網（ＰＬＭＮ）の用語を使用して以下に詳細に記述しているが、提案されているソリューションは、送信局と受信局との間の通信を提供する任意のシステムにおいて使用できることを理解されたい。
【００１６】
また、図１は３つの基地局のカバレージ・エリアを示しているが、本発明は、１つ、２つ、または３つ以上のカバレージ・エリアを使用して実装することができることも理解されたい。また、カバレージ・エリア１、２および３は基地局のカバレージ・エリアの代わりに、移動電気通信ネットワークの３つのセルのカバレージ・エリアも可能であり、その場合、１つのセルのカバレージ・エリアが２つ以上の基地局を含む可能性がある。また、１つのカバレージ・エリアが２つ以上のセルを含むようにセルをまとめることもできる（例えば、ＵＲＡ（ＵＭＴＳ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ａｒｅａ）（ＵＴＭＳ 陸上無線ネットワーク登録エリア）は、セルのグループから構成されている）。
【００１７】
図２は、２つの無線カバレージ・エリア１６および１７を示しており、それは方向性アンテナまたはセクター・アンテナが装備されている基地局１４および１５のセクターから構成されている。その基地局は、例えば、３つの無線カバレージ・エリアが提供される３つの１２０°の方向性アンテナ、あるいは４つの無線カバレージ・エリアを提供する４つの９０°の方向性アンテナなど、あるいは異なる無線カバレージ・ビーム幅の任意の組合せを使用することができる。
【００１８】
図１において、各無線カバレージ・エリア１、２および３は、それぞれの基地トランシーバ局（ＢＴＳ）４、５および６によってサービスされている。さらに特定すれば、各基地トランシーバ局ＢＴＳは、移動局（ＭＳ）７との間で信号の送信および受信を行うように配置されている。同様に、移動局７はそれぞれの基地トランシーバ局との間で信号を送信および受信することができる。移動局７はこれを基地局との無線通信を経由して行っている。普通、いくつかの移動局が各基地局と通信状態にあり、ただし、明確化のために図１には１つの移動局だけが示されている。
【００１９】
各基地局はそれぞれのネットワーク・コントローラ（図示せず）に接続されており、例示としてのＧＳＭシステムにおいては移動交換局（ＭＳＣ）である。２つ以上の基地局を各コントローラに接続することができることに留意されたい。また、普通は２つ以上のコントローラがネットワークの中で提供されている。コントローラは適切なリンクまたはゲートウェイの装置（図示せず）、例えば、ゲートウェイ移動交換局（ＧＳＭＣ）またはサービス中のＧＰＲＳサポート・ノード（ＳＧＳＮ）などを経由してネットワークの他の要素に接続される。
【００２０】
移動局７は１つのカバレージ・エリアから別のカバレージ・エリアへ移動することができる。それ故、移動局７の位置は時間的に変化する可能性がある。何故なら、移動局は１つの位置（基地局のカバレージ・エリアまたはセルのカバレージ・エリア）から別の位置（別のカバレージ・エリア）へ、そしてまた、１つのカバレージ・エリア内で自由に動くことができるからである。
【００２１】
図１は移動局の位置（または位置の履歴）に関する少なくともある程度の情報を受信するための資格がある、異なるアプリケーションまたはクライアント８に対して位置（ＬＣ）のサービスを提供するロケーション・サービス（ＬＣＳ）ノード１２をさらに示している。図３はロケーション・サーバ１２の機能ダイヤグラムに対するＥＴＳＩ（ヨーロッパ電気通信標準機関）の技術仕様書“Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ”（ロケーション・サービス）（Ｔ１Ｐ１．５／９９‐０４８ｒ４）による１つの提案を詳細に示している。一般的な用語では、ＬＣＳの機能はＭＳの位置、そしてさらに特定すれば、移動電気通信ネットワークの基地局に対した相対的な移動局の位置のベースで定義された位置に関する情報を提供することができる１つの機能として定義することができる。
【００２２】
ロケーション・サーバのノードは、移動局７の位置に関するあらかじめ定義された情報を受信手段３０によって受信し、この情報および／またはいくつかの他のあらかじめ定められたパラメータを処理し、そして／または与えられた移動局７の地理的位置を決定して出力するための適切な計算をプロセッサ手段３１によって計算するように配置されている。計算および可能なパラメータのさらに正確な例は、この記述の中で後で説明される。また、ロケーション・サーバ１２は無線カバレージ・エリアの特定のデータを記憶するためのレジスタまたはデータベース１３も含むことができる。代わりに、この無線カバレージ・エリアの特定のデータは基地局そのものの中に、あるいはその基地局を制御しているコントローラの中に記憶しておくことができ、そこから計算のためにロケーション・サーバへ送信される。そのデータは受信手段３０によって電気通信システムから受信される。このデータの生成および更新については、この記述の中で後で説明される。
【００２３】
詳細には示されていないが、ＬＣノード１２は適切なインターフェースによってＭＳ７による基地局のシグナリングを制御しているネットワーク・コントローラ（明確化のために図１から省略されているコントローラ）に接続することができる。また、ＬＣノード１２はネットワーク・コントローラから分離されたノードとすることができるが、コントローラ、あるいはゲートウェイ・コントローラまたはその電気通信システムの任意の他の要素の内部コンポーネントまたは機能または一部分でもあってもよいことにも留意されたい。
【００２４】
移動局の位置決定は、受信無線信号の少なくとも１つの特徴の測定値に基づいて行うことができる。このために使用できる１つの特徴は、基地局４、５および６における移動局７から送られた無線信号の到着時間である。任意の特定の基地局における受信信号の到着時間は下式によって与えられる伝播距離に関連している。
Ｒ＝ｃＴ ［１］
ここで、
Ｒ＝移動局から基地局への距離（レンジ）
ｃ＝光の速度
Ｔ＝無線信号の到着時間
【００２５】
位置の情報はシグナリングの強さ、信号対雑音比、または任意の他の上記特徴を決定するために受信局において行われた測定にも基づくことができ、それらのデータから送信局と受信局の間の距離を決定することができる。無線信号の特徴の測定をアップリンクおよび／またはダウンリンクにおいて行うこと、すなわち、基地局側または移動局側あるいはその両方において行うことができる。信号の特徴を測定するために移動局が使用される場合、その測定結果を適当なネットワーク要素に通知するために無線ネットワークを使用することができる。種々の収集／定義されたデータに基づいた必要な位置の計算および決定は、局（基地局または移動局）において実行することができ、または次にすべての必要なデータにアクセスすることができる適切なネットワーク要素において実行することができる。
【００２６】
図１の中の３つの円または図２の中の円の２つのセクター１８および１９によって示されている理想の状況においては、各距離測定は測定している基地局に中心があり、送信側の移動局から受信側の基地局までの距離に等しい半径ｒの円または円のセクターをそれぞれ発生する。測定誤差が存在しない場合、図１の例における３つの円の交点および図２の例における２つの円の交点が移動局７の正確な位置を明確に決定する。
【００２７】
しかし、図１からも分かるように、実際にはその状況はブロック要素または障害物１０のためにこのようには直接的ではない。障害物１０は、例えば、建物あるいは他の大きな構造物、柱、彫像、樹木、岩、車など、基地局と移動局との間にある要素であり得る。送信局と受信局との間の無線伝播経路の中の基地局のカバレージ・エリアにある可能性のある障害物の他に、経路長における更なる変動が、障害物の量および性質も１つの無線カバレージ・エリアまたは環境から別の環境へ変化する可能性があるということのためにさらに変動する。例えば、風景が異なる可能性があり、建物は異なる方向に建てられているか、または形状、サイズおよび高さが異なっている可能性があり、基地局の配置が異なるなどの可能性がある。さらに、過剰な経路長の量も送信局と受信局との間の実際の距離によって変わる。
【００２８】
図１において基地局４は移動局７に対する直接の、あるいは明瞭な無線伝播経路を有し、一方、基地局５および６は、移動局７からのシグナリングが基地局には直接には達することができない位置にある。言い換えれば、移動局７は基地局５および６と視線（ＬＯＳ）を備えておらず、それ故、それぞれの基地局５および６と移動局７との間の線によって示されているように、無線信号が伝わらなければならない過剰な経路長に対する追加の誤差源がある。反射および回折のために、最初に到着する波は、直接の経路がブロックされた場合、数百メートルの程度長い経路長を実際に伝わる可能性がある。究極的には、この結果、移動局の位置の評価がバイアスされる。次に説明される実施形態は、この無視線（ＮＬＯＳ）の問題に対処する。
【００２９】
各無線カバレージ・エリアには、異なる無線伝播環境を特徴付けているあらかじめ定義された特性値またはパラメータを与えることができ、それ故、各無線カバレージ・エリアの中の異なる過剰経路長を与えることができる。この値は高い建物および／または大きな樹木および同様な障害物がそのエリア内にあるかどうかによって変わる可能性がある。また、その値はその障害物の量および／またはタイプおよび／または位置によっても変わる可能性がある。パラメータに対する値を定義すること以外に、このパラメータまたはいくつかのパラメータに対するいくつかの可能性が、この記述において後で説明される。
【００３０】
１つの実施形態によると、移動局の位置、それ故、加入者の位置を計算するために加重最小二乗法を使用することができる。使用される重み行列は誤差の共分散行列の逆行列とすることができる。この共分散行列、それ故、重み行列はそれらの値によって変わることになる。また、無線信号の品質の測度およびいくつかの他のパラメータ、例えば、初期距離の評価値は異なるリンク上の測定誤差の分散を評価するために含められる。
【００３１】
共分散行列の評価は誤差がほとんど２つのコンポーネント、すなわち、時間差における可能な測定誤差および、シグナリングの経路の中の障害物によって生じる過剰経路長によって発生されるという基本の仮定に基づくことができる。次に、位置の計算のためにこの可能性の理論的導出について説明する。何故なら、位置を決定するために行列計算を使用した実施形態はこの導出と密接に関係しているからである。
【００３２】
ｉ番目の基地局と移動局または端末との間の距離の二乗の値を下式から得ることができる。
【数１】

ここで、（ｘ，ｙ）および（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）は、それぞれ、端末およびｉ番目の基地局の座標であり、Ｋ_ｉ＝ｘ_ｉ ^２＋ｙ_ｉ ^２である。
【００３３】
位置の計算において基地局（例えば、最も強い基地局）が基準の基地局として選択され、すべてのレンジの測定結果はこの基地局に関連して示される。その時、端末と異なる基地局との間のレンジ差を以下のように書くことができる。
【数２】

【００３４】
ここで、ｃは、信号の伝播速度であり、ｄ_ｉ，１はｉ番目の基地局と基準の基地局からの信号の受信時間差の測定値である。式［３］を使用して式［２］を書くと、下式が与えられる。
【数３】

【００３５】
基地局に関連している項Ｋ_１を式［４］から差し引くと、結果として下式が得られる。
【数４】

【００３６】
以下において基準の基地局のレンジｒ_１は周知の（例えば、別に測定される）と仮定される。位置の計算に対して、すべての測定値は以下のように行列の表記で書くことができる。
【数５】

【００３７】
次に移動局の位置は、この行列式を解くことによって、例えば、最小二乗法を使用することによって計算することができる。この行列式に対する加重最小二乗法の解は以下のように書くことができる。
【数６】

重み行列Ｗは、測定誤差の共分散行列の逆行列であるとして選択されることが好ましい。適切な重み行列は、例えば、次のように導くことができる。
【００３８】
ｉ番目の基地局と第１の基地局との間のレンジ差の評価値を次のように書く。
【数７】

【００３９】
ここで、ｒ^０ _ｉ，１は、正確なレンジ差（すなわち、所望の値）であり、そしてｅ_ｉ，１＝ｖ_ｉ，１＋ｎ_ｉ，１は無視線に起因する過剰経路長（ｖ）および他の測定誤差（ｎ）の両方に対する寄与を含む誤差項である。異なる基地局に対する過剰経路長は、過剰経路長誤差および他の測定誤差と同様に独立であると仮定されている。さらに、他の測定誤差ｎ_ｉ，１は、平均値が０のランダム変数であると仮定されている。
【００４０】
式［８］を式［６］に代入し、いくつかの代数計算を実行することによって、位置計算における誤差項￣ｂ_ｅに対する下式が得られる。
【数８】

ここで、￣ｂ^０は、式［６］における正確な測定ベクトルであり、ｅ_ｊはｊ番目の基地局に対するレンジ測定の誤差項である。
【００４１】
次に、誤差項￣ｂ_ｅの平均値および分散が計算される。それらの導出において、二次の誤差項を無視することができる。それは位置の推定誤差は端末と基地局との間のレンジより大幅に小さいと仮定されることを意味している。これは結果の表示および解釈を単純化するために選定した。例えば、セルが小さく、無視線伝播に起因する過剰経路長が比較的大きい可能性がある都市環境においては、すべての可能な無視線の状況においては常に十分に成立するとは限らない可能性があり、それ故、二次の項を計算において考慮に入れなければならない。
【００４２】
上で定義された仮定を利用することによって得られる誤差項の平均値は以下のようになる。
【数９】

【００４３】
ここで、μ_ｖは過剰経路遅延の平均ベクトルである。この時、誤差項の共分散行列は以下のようになる。
【数１０】

ここで、σ^２ _ｖｊは、その移動局とｊ番目の基地局との間の無視線接続による過剰経路長の分散であり、σ^２ _ｎｊは測定情報の分散である。ｄｉａｇはこの導出の最後の行においてＤとして書かれている対角行列を意味する。
【００４４】
ここで、式［６］を使用することによってセルラー・システム内の端末または移動局の位置を計算する間に、次の値を重み行列（あるいはその近似）として使用することができる。
【数１１】

代わりに、式［９］において二次の項が無視されない時に得られるもっと複雑な結果を使用することができる（これは実際の計算において同じ量が必要となるので、連続性には影響しない）。
【００４５】
上記で、行列Ｍは、その移動局と基地局との間のレンジの測定値から構成されている。これらの、あるいはその補正された（バイアスが取り除かれた）値が計算において直接に使用されるべきである。σ^２ _ｎｉは、その接続のＳＮＲ（信号対雑音比）によって変わる。また、それは遅延時間の推定のために使用される方法の精度によっても変わるが、それはすべての接続に対して同じである。ＳＮＲの推定値は計算のために適切な値にマップされるべきであり、あるいはその接続に対してＳＮＲが推定されない場合は固定値が含められるべきである。さらに、σ^２ _ｖｊおよびμ_ｖｊは特定の基地局のカバレージ・エリア内の無線伝播環境にもっぱら依存する。
【００４６】
提案されたソリューションによって、上記のこれらのパラメータσ^２ _ｎｊ、σ^２ _ｖｊ、およびμ_ｖｊを、その値が極端に正確である必要がないように使用することができる。例えば、少数のレベルまたはクラスだけで十分である可能性がある（例えば、５レベル：非常に良い、良い、普通、悪い、非常に悪い いくつかのあらかじめ定義された値に対応して）。言い換えれば、異なる無線カバレージ・エリアを異なるクラスに分割することができる。実際的な実装においては、例えば、クラスＡは信号伝播の視線の中にある障害物の量がほとんど０であることを示す。次に、クラスＢは障害物が僅かに多いシグナリング経路を示し、クラスＣはより妨げることの多い経路を示すというように続き、最後のクラスまたはカテゴリーは極端に重い無視線信号伝播のケースがあることを示す。無線カバレージ・エリアの視線の状態についてのこれらの「品質」パラメータの他に、いくつかの他の特性パラメータ、例えば、移動局と基地局との間の距離の評価値などを使用することができる。また、これらの値もあらかじめ決められた定義に従って異なるクラスまたはカテゴリーに分割することができる。
【００４７】
各基地局に対する個々のパラメータに対する適切な値を、例えば、ネットワークの計画段階において、または後で、実際の位置の計算を処理しているネットワーク要素、例えば、図１および図３の中のＬＣＳサーバ１２の中で決定し、記憶するためのいくつかの適切な手段によって定義することができる。このための方法および／または適切な装置が後でより詳しく説明される。個々の、無線カバレージ・エリア固有のパラメータは実質的に安定であると考えることができ、それらはその無線伝播環境において何らかの重要な変化が発生した時だけ更新される必要がある（新しい建物または他のブロックする構造が建てられたか、または建物が取り壊されたか、トランシーバの位置および／または数および／または構造が変更されたかなど）。
【００４８】
上記の分類の他に、視線／無視線の状況を検出するための適切な方法を利用することもできる。その時、視線（過剰経路がない、例えば、図１の中のセル１）の状況が検出されたときは、上記の量をあらかじめ定義された値に設定することができる。
【００４９】
上記のように、異なる無線カバレージ・エリアに対する無線伝播環境に対する基本データは、異なる無線カバレージ・エリア内の無線伝播環境を記述する特性パラメータまたはいくつかのパラメータが決定されてシステムの中に記憶される前に生成されなければならない（図５のフローチャートの中のステップ５０および５２）。特定のエリアに対する無線伝播環境に対する基本データの決定および／または生成は、種々の方法で行うことができる。１つの方法は適切な無線伝播環境の測定および決定装置によって、そのシステムの各無線カバレージ・エリアに対する特性的な無線伝播環境を測定する方法である。もう１つの方法によれば、無線伝播環境の視覚的決定に基づいたオンサイトの評価を行うことができ、次にこの情報が特性パラメータに対するベースとして使用される。また、その決定はリモートに、例えば、そのエリアの地図および同様なトポグラフィ的情報を調べることによって、また、その無線カバレージ・エリアの建物、街路および同様な特性情報をその評価に含めることによっても実現することができる。無線カバレージ・エリアをモデル化し、各エリアに対する特性パラメータを発生する機能を備えた電気通信ネットワーク計画ツールを提供することができる。また、より信頼性の高い、そして正確なパラメータを得るために、１つまたはいくつかの異なる決定方法を組み合わせることもできる。
【００５０】
図４は異なる無線カバレージ・エリアに対する特性パラメータまたは複数のパラメータに対する基本データを生成および／または更新するための装置の１つの実施形態を開示している。無線伝播データ発生の不可欠な機能は、調べられた局と装置２０との間の無線トラヒックに対するあらかじめ定義された信号の特徴（またはいくつかの性質）と、実際の地理的位置情報とを組み合わせ、地理的位置とその信号の特徴との間の依存性を生成することができることである。この計算は装置２０のプロセッサ２３によって行うことができるか、またはネットワークの１つの要素、例えば、図１のロケーション・サーバ１２のプロセッサ３１において実行することができる。
【００５１】
地理的な位置は信頼性の高い外部ソース、例えば、周知のＧＰＳ（全地球的測位システム）から得ることが好ましい。ＧＰＳは、例えば、ナビゲーションの目的のためにより正確な位置決めが必要である時に、陸軍および民間での用途において使用される人工衛星ベースのシステムである。より正確な位置情報が異なるＧＰＳを通して得られる。ＧＰＳの他に、装置２０に対して信頼性の高い位置情報を提供することができる他の同様なシステムをこのために使用することができる。
【００５２】
基本のデータ生成装置２０がＧＰＳ衛星または同様なシステムからの位置信号を受信するためのアンテナ２４を含むように示されている。これらの信号は、本質的に知られている方法で装置２０の現在位置を決定する際に装置２０によって使用される。この決定はプロセッサ２３によって行われるか、またはその時、その装置はこのタスクのために別の決定手段を備えていてもよい。代替実施形態によれば、装置２０のユーザは手動で正確な位置座標（例えば、緯度および経度、あるいは街路名または同様な確立された住所情報を使用することによる）を、例えば、キーセット２６、音声認識装置、または同様な入力インターフェースによって手動で入力する。
【００５３】
図４の装置２４は実際の移動局が移動電気通信システムを通信のために使用するのと同様な方法で、監視下で基地局ＢＴＳとの間で無線信号を送信／受信する別のアンテナ２２を備えている。無線伝播環境、したがって、位置決定のために必要なパラメータはいくつかの代りの方法で装置２０と基地局との間のシグナリングから決定することができる。１つの方法によると、その決定は基地局のＢＴＳから送信された信号に基づいて、そして装置２０において受信信号に基づいて行われる。その仮定は移動局と基地局との間で両方向で実質的に同様な方法で信号が伝播することである。もう１つのシナリオによると、装置２０は、装置２０から基地局に対して送られた試験信号に対する応答として、基地局によって行われた測定の結果を含むメッセージを基地局から受信する。この種の装置によって、異なる方向における送信経路の可能な差によって生じる誤差を回避することができる。
【００５４】
さらにもう１つの可能性によると、基地局ＢＴＳは装置２０によって定義されている位置情報と一緒に試験信号を装置２０から受信する。あらかじめ定義された信号の特徴を測定／決定した後、基地局はその測定結果を処理するために配置されているロケーション・サーバまたは任意の他のネットワーク要素に対してメッセージを送信し、そのメッセージは装置２０の位置および信号の特徴の測定結果を含んでいる。次にこの情報を使用して適切なネットワーク要素、例えば、図１のサーバ１２において監視下で特定の基地局に対する無線伝播環境に対する特性パラメータを決定することができる。
【００５５】
装置２０は、図１のロケーション・サーバ１２をいくつかの種類の方法でインターフェースすることができる。それは使用されている電気通信システムの基地局との無線通信を確立することができるので、この無線インターフェースを使用して任意のメッセージおよび情報をロケーション・サーバまたは任意の他の適切なネットワーク要素に送信することも十分にできる。また、そのインターフェースは装置２０とロケーション・サーバとの間で例えば、適切なプラグおよびソケットまたはケーブリングを使用した特定の赤外線またはショート・レンジの無線接続（「ブルートゥース」接続など）または固定接続であってもよい。ユーザは記憶装置、例えば、ディスケット、磁気テープまたはハード・ディスクまたは記憶機能を提供する同様な手段を使用することができ、そこからデータが後から読み出される。１つの可能性は、装置２０のユーザがディスプレイ２８によって示されている任意のパラメータを紙の上に単純に書き出すことである。
【００５６】
装置２０は無線位置領域固有のデータを生成および更新することの両方に対して使用することができる。データを更新する時、装置はその結果を前のデータと比較するだけで十分である。次に、ロケーション・サーバまたは同様な装置の中に記憶されているデータは、そのロケーション・サーバの中のレジスタの中にあるデータを更新する必要がある無線伝播環境における変化を装置２０が検出した場合にのみ更新される。
【００５７】
また、いくつかの移動ユーザに無線伝播環境を監視する移動局を提供することもできる。より特定すれば、移動ユーザの何人かから普通の方法で使用できるが、図４の装置２０の位置決定の機能も備えられている移動局を持つことができる。その装置は自動にすることができ、例えば、サーバ１２のレジスタ１３の中に記憶されているデータが、任意のポータブル装置２０または装置２０の機能が備えてられている移動電話機が更新を必要とするような変更に気付いた時は常に、自動的に（適応的に）更新されるようにすることができる。その監視は連続的に、定期的に、ランダムに、などの方法で発生させることができる。
【００５８】
本発明の実施形態が移動電気通信システムの移動局に関連して説明されてきたが、本発明の実施形態はロケーションの機能を提供している他のタイプのシステムの任意の他の適切なタイプのユーザ装置に対して適用可能であることを理解されたい。これらのシステムは人工衛星ベースのロケーション・システム以外に、人工衛星ベースの通信システムを含む。
データは各種のネットワーク要素間でパケット形式で送信することができる。本発明の代替実施形態においては、データは任意の適切なフォーマットで送信することができる。
【００５９】
本発明の実施形態がＴＤＭＡシステムの場合において記述されてきた。本発明は周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）および符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）および、その任意のハイブリッドを含む任意の他のアクセス技法に対しても適用することができる。また、基地局はノードＢとも呼ばれることがあり得ることを理解されたい。
【００６０】
また、上記は本発明の１つの実施形態を記述しているが、特許請求の範囲に記載されている本発明の適用範囲から逸脱することなしに、開示されているソリューションに対して行われる可能性のあるいくつかの変形および修正があることにも留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を実装することができるセルラー通信システムの３つの無線カバレージ・エリアの概略図である。
【図２】 セクター・アンテナによって提供される２つの無線カバレージ・エリアである。
【図３】 ロケーション・サーバに対する１つの可能な機能図である。
【図４】 位置の情報を提供するために使用されるパラメータを生成／更新するのに使用するための装置の部分断面図である。
【図５】 １つの実施形態による動作に対するフローチャートである。

Claims (27)

1. 送信局と受信局との間の距離を決定する方法であって、
   前記受信局の障害物による無線伝播環境の目視線条件を記述している特性パラメータを決定するステップと、
   前記受信局において、前記送信局から受信した信号の有する、前記送信局と前記受信局との間の距離を決定するために使用することができる少なくとも１つの特徴を測定するステップと、
   前記測定された信号の特徴および前記受信局の目視線条件を記述している前記特性パラメータを使用して前記送信局と前記受信局との間の距離を計算するステップとを含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記送信局の現在の地理的位置を決定するステップをさらに含む方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   前記送信局と少なくとも１つの更なる受信局の無線伝播環境の目視線条件を記述している特性パラメータを有している前記少なくとも１つの更なる受信局との間の少なくとも１つの更なる距離を決定するステップと、
   前記送信局と前記少なくとも２つの受信局との間の決定された距離に基づいて、前記送信局の現在の地理的位置を決定するステップとをさらに含む方法。
4. 請求項１に記載の方法において、
   前記受信局と少なくとも１つの更なる送信局の無線伝播環境の目視線条件を記述している特性パラメータを有している前記少なくとも１つの更なる送信局との間の少なくとも１つの更なる距離を決定するステップと、
   前記受信局と前記少なくとも２つの送信局との間の決定された距離に基づいて、前記受信局の現在の地理的位置を決定するステップとをさらに含む方法。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の方法において、
   測定される前記特徴が、前記送信局と受信局との間の信号の伝播時間を含む方法。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の方法において、
   測定される前記特徴が、前記送信局と受信局との間の信号の伝播時間差を含む方法。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の方法において、
   測定される前記特徴が、前記受信信号の強度を含む方法。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の方法において、
   測定される前記特徴が、前記受信信号の品質を含む方法。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の方法において、前記受信局と前記送信局との間の距離を決定するための加重最小二乗法の使用を含み、前記加重最小二乗法には重み行列が使われ、前記重み行列が誤差共分散行列の逆行列である方法。
10. 請求項１乃至９の何れかに記載の方法において、
    いくつかの局に対する前記無線伝播環境を定義するステップと、
    異なる無線伝播環境クラスにおいて前記局を分類するステップとを含み、
    前記特性パラメータが前記局の前記クラスに基づいている方法。
11. 請求項１乃至１０の何れかに記載の方法において、
    前記特性パラメータに対するデータが電気通信システム内に実装されているロケーション・サーバのノードにおいて記憶され、処理される方法。
12. 請求項１乃至１１の何れかに記載の方法において、
    前記局が移動電気通信システムに接続されていて、前記送信局が移動局であって前記受信局が前記移動電気通信システムの基地局であるか、またはその逆である方法。
13. 請求項１乃至１２の何れかに記載の方法において、
    前記特性パラメータの前記決定のステップが、
    少なくとも１つの前記局の現在の地理的位置を、前記電気通信システムの外部にある手段によって決定するステップと、
    前記電気通信システムに対する前記決定の結果を入力するステップとを含む方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、
    少なくとも１つの前記局の前記現在の地理的の前記決定のために、人工衛星ベースの位置決めシステムを使用するステップを含む方法。
15. 送信局と受信局との間の距離を決定するための装置であって、
    前記受信局の無線伝播環境の目視線条件を記述している特性パラメータを記憶するための記憶手段と、
    前記送信局と前記受信局との間の前記距離の決定のために、前記受信局に対して前記送信局から送信される信号の特徴を測定するための測定手段と、
    前記測定の結果を受信するため、そして前記測定の結果および前記特性パラメータに基づいて前記送信局と前記受信局との間の前記距離を定義するためのコントローラとを含む装置。
16. 請求項１５に記載の装置において、
    前記コントローラが、前記局のうちの１つの現在の地理的位置を決定するための手段を含む装置。
17. 請求項１６に記載の装置において、
    実質的に位置が固定されていて、自分の無線伝播環境の目視線条件を記述している特性パラメータが提供されている少なくとも１つの更なる受信局と、
    前記送信局と前記少なくとも１つの更なる受信局との間の前記距離の決定のために、前記少なくとも１つの更なる受信局に対して前記送信局から送信される信号についての特徴を測定するための手段とを含み、
    前記少なくとも１つの更なる受信局に送信される前記信号の前記特徴の前記測定の結果も、前記送信局の前記位置を決定する時に使用されるようになっている装置。
18. 請求項１６に記載の装置において、
    実質的に位置が固定されていて、自分の無線伝播環境の目視線条件を記述している特性パラメータが提供されている少なくとも１つの更なる送信局と、
    前記受信局と前記少なくとも１つの更なる送信局との間の前記距離の決定のために、前記少なくとも１つの更なる送信局から前記受信局に送信される信号についての特徴を測定するための手段とを含み、
    前記少なくとも１つの更なる送信局から送信される信号の前記特徴の前記測定の結果も、前記受信局の前記位置を決定する時に使用されるようになっている装置。
19. 請求項１５乃至１８の何れかに記載の装置において、
    異なる局の異なる無線伝播環境が、異なる無線伝播環境クラスに分類され、そして前記特性パラメータが前記局の前記クラスに基づいている装置。
20. 請求項１５乃至１９の何れかに記載の装置において、
    前記信号の前記特徴が、前記送信局と受信局との間の前記信号の伝播時間と、前記送信局と受信局との間の信号の伝播時間差と、前記受信信号の強度と、前記受信信号の品質とのうちの１つまたはいくつかに基づいている装置。
21. 請求項１５乃至２０の何れかに記載の装置において、
    移動電気通信システムを含み、前記送信局が移動局であって前記受信局が前記移動電気通信システムの基地局であるか、またはその逆である装置。
22. 請求項２１に記載の装置において、
    前記受信局がセクター・アンテナを含む装置。
23. 電気通信システムの少なくとも１つの基地局と無線接続を有している移動局の位置のデータを提供するために、前記電気通信システムにおいて使用するためのロケーション・サーバであって、
    前記移動局と前記基地局との間の距離の決定を容易にする、前記移動局と前記基地局との間の接続の特徴に関する前記電気通信システムからの測定データを受信するための手段と、
    前記基地局の前記無線伝播環境の目視線条件を記述している特性パラメータを記憶するための記憶手段と、
    前記受信測定データおよび前記特性パラメータに基づいて前記移動局と前記基地局との間の前記距離を定義するための制御手段とを含むロケーション・サーバ。
24. 電気通信システムにおいて、前記電気通信システムの局の無線伝播環境に関するデータを生成または更新するための装置であって、
    第１の局と、
    前記第１の局と無線で通信するための第２の局と、
    前記電気通信システムの外部にある位置情報のソースによって前記第１の局の現在の地理的位置を定義するための手段と、
    前記局の１つによって前記局の他のものから受信した無線信号の特徴を決定するための決定手段と、
    前記第１の局の前記決定された現在の地理的位置および前記決定された特徴によって前記無線伝播環境の目視線条件を記述しているパラメータを計算するための計算手段とを含む装置。
25. 請求項２４に記載の装置において、
    人工衛星ベースの位置決めシステムから信号を受信するための手段を含む装置。
26. 請求項２４または２５に記載の装置において、
    前記無線伝播環境に関するデータの更新が必要であるかどうかを決定するための手段を含む装置。
27. 請求項２４乃至２６の何れかに記載の装置において、
    前記第１の局が、前記無線信号の前記特徴を決定するための前記決定手段を含むポータブル装置を含む装置。

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