JP3847788B2 - 移動無線端末の位置を決定する方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、それぞれが移動無線端末と通信を行なう多数の無線基地局を有する無線通信システムに関し、特に移動無線端末の地理的位置を決定するこのようなシステムにおける方法に関する。
関連技術の説明
移動無線端末の地理的位置を決定することが所望される数多くの場合が存在する。
この目的の1つの従来技術のシステムは米国特許第5,293,645号に記載されている。この米国特許によれば、複数の無線基地局は同期されたタイミング基準信号を送出する。位置決定されるべき無線端末は少なくとも3つの無線基地局からのタイミング基準信号間の相対伝播遅延を測定し、これらの測定値を陸上システムに報告する。陸上システムのプロセッサはその移動無線端末の位置を計算する。現在、一般的にセルラシステムは同期される無線基地局を持たないため、記載されている方法は関連セルラシステムに対する主たる変更の必要性といった欠点を有している。無線基地局間で同期を必要としない方法が、それに代わって好ましいものとなろう。この米国特許は、無線基地局からのタイミング基準信号が既知の予め定められたタイミングオフセットを有するが同期されていないある可能性のある実施例を述べている。しかしながら、今日のセルラ陸上システムをそのまま用いるようにするために同期を全然必要としないようにすることが好ましいであろう。上記米国特許に記載されている方法のなお一層の欠点は、測定結果を陸上システムに報告しかつ陸上システムで移動無線端末の地理的位置を計算する方法だけが記載されているに過ぎず、移動無線端末それ自体に位置決定計算を行なうオプションを持たせることが所望されることである。
他の従来技術のシステムは時間基準信号を送信する幾つかの衛星を使用する周知の全世界位置決定システムGPSである。それはダウンリンク情報ストリームだけを用いる長所を持っているが、上述した米国特許の場合のようにGPSの信号源は同期されているものである。計算は移動無線端末で行なわれる。
他の従来技術のシステムは公開特許出願DE4409178A1号に記載されている。この出願は、3つの接近した無線基地局までの距離をこの無線基地局で決定することによって移動無線端末の地理的位置を端末それ自体でどのようにして計算するか(時間アラインメントTAを使用し、その結果を上記端末に送り、次いでこの端末はその位置をこれら無線基地局の既知の位置と関連した距離から計算する)を教示している。同様他の別態様の方法も述べられているが、詳細には記載されていない。
発明の概要
本発明が焦点を当てる1つの問題は移動無線端末の地理的位置を決定するため今日のセルラシステムにおいてどのようにして非同期の無線基地局を使用するかである。今日の無線基地局は僅かに異なったクロック周波数を有し、無線基地局から周期的に送られるタイミングメッセージは同一の持続時間ではあるが、互いに時間的にオフセットしている。
本発明が取り組む他の問題は、非同期の無線基地局からなる無線通信システムの無線基地局に移動無線端末から向けられるようなアップリンク送信ストリームを必要とせずに、移動無線端末の地理的位置をどのようにして決定するかである。
本発明が取り組む他の問題は位置決定されるべき移動無線端末の機能中無線基地局をどのようにして見い出すかである。(移動無線端末は典型的には50の無線基地局を含む位置区域に登録されることができ、陸上システムは遊休移動無線端末に対して典型的には50の中の機能中無線基地局の記録を保持しないためである)。ある移動無線端末を位置決定するために使用されるアルゴリズムは、少なくとも3つの無線基地局のうちのどれがその位置決定アルゴリズムのために使用すべきかを決定するためにその端末の近くの少なくとも1つの無線基地局を知る必要がある。
本発明が取り組む更に他の問題は、ある移動無線端末を位置決定する時に所望の測定値精度をどのようにして達成するかである。精度の要件は、例えば、位置決定されるべき移動端末の環境に応じて変わる可能性がある。
従って、本発明の1つの目的は、同期される必要がなく、一般的に同期されない、タイミング信号ダウンリンクを送信している少なくとも3つの無線基地局からの無線到達範囲の区域内でオン状態(すなわち遊休あるいは話中)にある移動無線端末の地理的位置を決定する方法および装置を提供することである。
本発明の他の目的は、前段で述べられた移動無線端末の地理的位置を決定する方法および装置であるが、更に、上記タイミング信号ダウンリンクはアップおよびダウンリンクメッセージを使用しておりかつ地上システムのサービスノードにおいて計算を行なうようにした方法および装置を提供することである。
本発明の他の目的は、前段で述べられた移動無線端末の地理的位置を決定する方法および装置であるが、更に、上記タイミング信号ダウンリンクはメッセージのダウンリンク送信のみを用い、かつ移動無線端末で位置計算を行なうようにした方法および装置を提供することである。
本発明の他の目的は、最初に、ある移動無線端末の低精度の位置決定を行ない、引続いてより高精度の位置決定を行なうようにした方法および装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、種々の適用のために必要な種々の精度の位置決定を達成する方法および装置を提供することである。
本発明は、第1の移動無線端末の地理的位置を決定する上述した問題点を解決するため、第2の無線端末と、既知である無線基地局および第2の無線端末の位置とを用いるようにした発明性ある無線端末並びに発明性あるサービスノードを含んだ方法およびシステムを提供する。第1および第2の無線端末は少なくとも3つの無線基地局から受信したタイミング信号ダウンリンク間の相対受信時間を測定し、第2の無線端末はその測定した相対受信時間をネットワークのサービスノードに送り、これはこのように送られた相対受信時間を用いてタイミング信号ダウンリンクの送信時間オフセットを計算する。次いで、第1の移動無線端末からサービスノードへの相対受信時間測定値の送出あるいはサービスノードから第1の移動無線端末への送信時間オフセット値および既知の位置の報知の後に、それぞれ、ネットワークのサービスノードあるいは第1の移動無線端末それ自体のいずれかにおいて第1の移動無線端末の位置の計算が行なわれる。
一実施例において、考慮されている無線端末はGSM(移動通信用大域システム)の標準無線端末である。第1の移動無線端末は、遊保モードの場合にはページがあればこれを受けるためあるいは専用(会話)モードの場合にはトラフィックチャンネルで通信するためにそれ自体を機能中無線基地局と同期する。2つのモードのどれでも、第1の移動無線端末は少なくとも2つの他の周囲無線基地局の周波数修正チャンネルFCCHを、次いで同期チャンネルSCHを読み取り(これら少なくとも2つの他の周辺無線基地局はこのようにしてそれらのアイデンティティを受ける)、また第1の移動無線端末はそのいわゆる4分の1ビットカウンタQCから第1の移動無線端末に関する、従って第1の移動無線端末と同期する機能中無線基地局に関する相対受信時間を読み取る。次いで、第1の移動無線端末はこれらアイデンティティおよび測定値を機能中無線基地局を介してサービスノードに報告(アップリンク)する。サービスノードは既知の無線基地局の位置を用いて第1の移動無線端末の位置を計算しようと試みるが、無線基地局のタイミング信号ダウンリンク間で結果の未知変数として未知相対送信時間オフセットを持ってしまう。これらの未知の変数は、地理的位置が既知である第2の無線端末によって決定される。第2の無線端末は同一の無線基地局の同一のタイミング信号ダウンリンクでの測定を行ない、この測定値を第1の移動無線端末が行なったものとして報告する。
同様GSMを想定している他の実施例において、前の実施例の場合のように測定が行なわれるが、第2の無線端末によってなされる測定だけがネットワークのサービスノードに報告(アップリンク)される。サービスノードは送信時間オフセットを計算し、それらを無線基地局のあるものに送り、これらを受けた無線基地局は、次いで、それらを無線基地局アイデンティティおよび時間スタンプと共に、例えばGSMシステムで、セル報知チャンネルCBCHでのダウンリンク情報あるいは報知制御チャンネルBCCHでのシステム情報メッセージを用いて第1の移動無線端末に報知して、第1の移動無線端末がそれらの位置をそれら自体で計算することができるようにする。相対送信時間オフセットの測定値には時間スタンプが与えられ、これは、少なくともある無線基地局が同期状態にはなっていないと想定されるという理由で、それら測定値が時間の関数であるためである。周波数測定の必要性を縮減するために、本発明は、送信時間オフセットの一次導関数相対時間が同様決定されて使用され得るようにする。これにより、第1の移動無線端末は、送信時間オフセットが決定された時間から位置を計算するために送信時間オフセットが用いられる時間にそれらを外挿することができるようになる。無線端末が経過時間の必要な読出しのためのクロックを持っていることは既知である。
本発明の更に他の実施例において、第2の無線端末はその測定を周期的に繰り返し、測定に時間スタンプ操作に行なって、それら測定値をサービスノードに送る時に時間スタンプを測定値に付与する。これにより、サービスノードは計算の実際の時間に送信時間オフセットを外挿することにより(それらの一次導関数と、どこかで行なわれた測定から経過した時間とを用いて)位置決定の精度を改善することができるようになる。
本発明の更に他の実施例において、(図1に例示されているような)第2の無線端末は無線基地局の場所に配置され、これは、自由に位置する第2の無線端末の場合と比較した時にこの第2の無線端末の位置に付いての地理的データの獲得を簡略化することになる。
本発明の更に他の実施例において、サービスノードはワイヤ結合ネットワークにおけるノードであり、複数の移動無線端末のための計算を処理する。それは計算結果を第1の移動無線端末、すなわち位置決定された端末に送ることができる。
本発明の1つの利点は、この発明性のある位置決定方法が無線基地局間で同期を用いているかどうかに無関係なシステムに適用されることができ、このため現在のセルラ移動無線システムに適用可能となることである。
他の利点は、ハードウェアの変更が無線基地局において不用であり、GSM陸上システム(GSM=移動通信用大域システム)のサービスノードを用いる実施例を考慮する場合には無線端末で不用となることである。本発明によって要求される追加事項は、位置の決定を行なうことを望む標準GSM無線端末(上記第1の移動無線端末)に、かつ参照無線端末(上記第2の無線端末)として使用される標準GSM無線端末にダウンロードされるべき同一のプログラムだけである。この機能に関連するサービスノードはハードウェアおよびソフトウェア両方での追加のものとなる。後に記載されるいわゆる4分の1ビットカウンタQCの分解能を向上するために追加のハードウェアも使用することができるが、無線端末の価格を標準的なものにしなくなってしまう。
他の利点は、この発明性ある位置決定方法が話中あるいは遊休モードの間で等しく適合可能となることである。これは例えば警察活動のような危急状況において重要となる。
更に他の利点は、位置決定プロセスで自己の操作者および他の操作者の両方の無線基地局を使用できることである。また、トラフィックを何等担わないが要求されるダウンリンク制御チャンネル機能を備えることにより精度を局部的に改善するダミー無線基地局を使用することもできる。
本発明の更に他の利点は、屋外の森あるいは繁華街、もしくは例えば上述した全世界位置決定システムGPSの弱小信号を受信し得ないような屋内のどこかといった環境で移動無線端末の地理的位置決定が可能となることである。地上ベースのGPSシステムの信号は衛星ベースのGPSシステムの信号よりも強力であり、従ってこの発明性あるシステムは、居住域で、衛星ベースのGPSシステムに対する代替システムとなることができる。
次に、本発明は幾つかの実施例および添付図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
図1は無線ネットワークにおいて本発明による位置決定システムを概略的に示す。
図2aは図1の位置決定システムに適用可能である発明性ある方法の第1の実施例のフローチャートである。
図2bは図1の位置決定システムに適用可能である発明性ある方法の第2の実施例のフローチャートである。
図3は本発明による移動無線端末のブロック図である。
図4は図2a、2bのフローチャートにおけるMS1ステップでの測定の詳細なフローチャートである。
図5は図4に示されるような測定処理手順の詳細なタイミング図である。
図6は移動無線端末の位置を計算する数学的な原理を示す。
図7aは向上した位置決定精度を与えるために追加の無線基地局を備えたスーパマーケット区域を概略的に示す。
図7bは向上した位置決定精度を与えるために追加の無線基地局を備えた繁華街区域を概略的に示す。
図8はビーコン型無線基地局を構成する固定無線端末を概略的に示す。
実施例の詳細な説明
図1は無線ネットワーク内の本発明による位置決定システム100を概略的に示す。ネットワークは複数の無線基地局を含み、その3つがBS1、BS2、BS3で示されている。無線基地局はワイヤ結合ネットワークに通信リンクを介して接続され、通信リンクのただ1つ104が点線で示されているが、同様の図示されない接続も無線基地局BS2およびBS3からワイヤ結合ネットワークまで存在し、このネットワークは、ブロック105によって図示されるように、例えば基地局コントローラBSCおよび関連した移動サービス交換センタMSCからなるものであってもよく、これは次いで公衆交換電話ネットワークPSTNおよびサービスノード107に接続されている。点線の接続108および109はトランク接続である。
サービスノード107にはプロセッサ107aが存在し、これは受信ユニット107b、記憶ユニット107c、送出ユニット107d、第1の計算ユニット107eおよび第2の計算ユニット107fを含んでいる。第1の計算ユニット107eは無線基地局によって送出されたタイミング信号ダウンリンクの送信時間オフセットを計算する。第2の計算ユニット107fは移動無線端末の位置を計算する。記憶ユニット107cは無線基地局および固定無線端末の既知の位置を保持している。受信ユニット107bおよび送出ユニット107dは当業者に既知の短メッセージサービスSMSを用いて第1および第2の無線端末MS1、MS2との通信を行なわせる。この通信は、図2a、図2bおよび図4のフローチャートから理解されるであろうように、無線端末によって与えられる測定結果、これら端末へのサービスノードによるおよびその逆の要求、送信時間オフセット、並びに端末MS1に対してサービスノード107によって与えられる位置決定結果を含んでいる。図1は移動通信用大域システムでの実施に及んでいるが、ワイヤ結合ネットワークが、別態様として、陸上移動無線システムの場合となるであろうような、PSTNおよびサービスノードに直接接続される無線基地局で構成されるようにしてもよい。
また、図1は、位置が計算されるようになっている第1の移動無線端末MS1と、位置が既知である第2の無線端末(その位置は、例えば、無線基地局の位置が本発明による計算においていずれにしろ既知であるという理由で無線基地局の1つにその第2の無線端末を配置することによって既知となる)とを示している。
また、図1は移動無線端末MS1および3つの無線基地局に関連した無線リンク113、114、115を実線で示し、かつ無線端末MS2および3つの無線基地局に関連した無線リンク116、117、118を実線で示している。リンク118が唯一の無線リンクとして2つの矢印を備えて双方向的に示されているということは、MS2がその測定値を報告するために常に1つのアップリンク接続を持つ必要があることを示しており、これに対して全ての他の無線接続はダウンリンク接続だけとして示されている。移動無線端末MS1の位置を決定するための計算が部分的にMS1それ自体で行なわれる場合に対しては、MS1がアップリンク接続を何等持つ必要がない。しかしながら、計算が完全にサービスノード107で行なわれる場合には、MS1はその測定値をサービスノード107に報告するためアップリンク接続(矢印を示してはいない)を必要とする。
図2aおよび2bはこの発明性ある方法を、図1のブロック図をも参照して段階的に説明するフローチャートを示す。図2aは全ての計算がサービスノード107で中心的に行なわれるような場合に及び、これに対して図2bは位置決定されるべき移動無線端末MS1が位置決定計算をそれ自体で行なうような場合に及ぶ。
図2aは図1の位置決定システムに適用可能なこの発明性ある方法の第1の実施例のフローチャートである。図2aのステップ211において、移動無線端末MS1のために機能している無線基地局の識別が行なわれる。移動無線端末MS1を使っている加入者は、例えば、移動通信用大域システムGSMで利用可能な短メッセージサービスSMSを使用することにより、位置決定システムの1つの計算点として働くサービスノード107に対して以前にメッセージを送っている。このメッセージには、移動無線端末MS1の位置決定情報を与えかつ例えば24時間の間1時間に1度この情報を周期的にMS1に与えるように要求する位置決定システムへの要求がある(加入者が車で長距離の旅行を行なうことを計画したり、現在の位置を規則的に知ることを望むためである)。彼/彼女はこの位置決定サービスを受けるために移動無線端末MS1のスイッチをオンにしておく。位置決定が行なわれる時に移動無線端末MS1が遊休モードにある場合には、個々の機能中無線基地局が往々移動無線端末によって選択されるが地上システムには報告されないため、機能中無線基地局は多くの移動無線システムでは陸上システムにとっては既知ではない。遊休モードで機能中無線基地局を選択しかつ聴取する移動無線端末の目的は、入来呼出がページとなった場合に陸上システムが移動無線端末と連絡を持つことができるようにすることである。しかし、前に述べたように、典型的に50の無線基地局を有するある全体の位置区域内の指定端末をページングすることによってページが往々行なわれ、機能中基地局はページング時には既知ではない。しかしながら、移動無線端末MS1からの測定を要求するためおよび測定にどの周囲無線基地局が含まれるべきかを特定するために位置決定システムは機能中無線基地局のアイデンティティを知る必要がある。従って、サービスノード107は短メッセージサービスSMSにより第1のメッセージを移動無線端末MS1に送出すことによってこの実施例の時間毎測定を開始させ、移動無線端末MS1は特定の組の周波数を走査し、この走査に関連した信号強度測定を行ない、その結果をSMSメッセージによりサービスノードに報告し、またそのメッセージに機能中無線基地局のアイデンティティを含ませるようにする。移動無線端末MS1は、加入者がそれを気付かずにすなわち警告を発することなくこの要求に答えるようにプログラムされている。このアイデンティティを知って、サービスノード107は他の無線基地局と(時間)測定に関与するであろう単数あるいは複数の無線端末を選択する。次いで、測定を行なわせてそれを報告させる要求が無線端末MS1および端末MS2(単数あるいは複数)に第2のSMSメッセージにより送られる。端末MS2(単数あるいは複数)により行なわれる測定は所定の周期的基準で行なわれかつ報告されるかあるいはサービスノード107からの要求に応じて行なわれる。
ステップ212および213で、無線端末MS2はその機能中無線基地局BS1と同期し、タイミング信号ダウンリンク116、117の相対受信時間を、MS2による受信時に測定する。これらのステップの詳細は図4に関連して後に詳細に説明される。
ステップ214で、無線端末MS2はサービスノード107にBS1受信時間との参照を行なうBS2およびBS3の相対受信時間、並びに無線基地局BS1、BS2、BS3のアイデンティティとBS1、BS2、BS3の同期チャンネルSCHで読まれたフレーム数とを送出す。移動無線ネットワークにおいて、ステップ212、213、214の作業を分担する多くの無線端末MS2を存在させてもよい。測定を繰り返して結果を平均し、精度を向上するようにすることが可能である。
ステップ215において、サービスノード107は無線基地局BS2、BS3のBS1に関する送信時間オフセットを計算し、それらの結果を対応するアイデンティティの下で登録する。これは、測定された相対受信時間から、信号がそれぞれの無線基地局から無線端末MS2まで伝播する時間を減算する、すなわち無線基地局から無線端末MS2までの既知の距離を光速で割ったものを減算することによって行なわれる。これは図5および6の説明から十分に理解されることであろう。
ステップ222、223において、ステップ212、213と同様に、移動無線端末MS1はステップ211でサービスノード107によって要求された測定を行ない、すなわちそれは無線基地局BS1、BS3の、その機能中無線基地局BS2と比べられるような相対受信時間を測定する。
ステップ224aにおいて、ステップ214と同様に、移動無線端末MS1はサービスノード107にステップ223でなされた測定の値を送出す。
ステップ225aにおいて、サービスノードプロセッサ107aは、そのプログラムを用いて、図5および6に関連して詳細に説明されるように、移動無線端末MS1の位置を計算する。
ステップ226において、サービスノード107は精度要求が一致しているかどうかをチェックする。これが(Y)の場合であれば、ステップ227aにおいて、計算の結果はサービスノード107の出力装置で示されるか、あるいは移動無線端末MS1に送られて例えば液晶表示器で表示される。
反対に精度が十分とは考えられない場合(N)には、サービスノード107は新たな組の無線基地局を選択する。この選択は移動無線端末により近い無線基地局、または互の間であるいは少しだけ多くの無線基地局との間で同期されているある無線基地局を含んでもよい。次いで、ステップ212で始まるステップが繰り返される。ある無線基地局を同期させる可能性を用いる場合には、固定の無線端末MS2がこれらの同期された無線基地局の場所に選好的に配置されることができ、このようにしてMS2無線端末はこれら無線基地局を機能中無線基地局として用いるので互いの間でも同期するようになるために、計算は簡略化されるようになる。
図2bは図1の位置決定システムに適用可能な第2の実施例の処理手順のためのフローチャートである。
ステップ212から215までおよび222、223は図2aの対応するステップと同様であり、図2bの他のステップを次に説明する。
ステップ216において、移動無線端末の位置を計算するために必要とされる情報は移動無線端末での自動計算を行なわせるようにするために無線基地局のチャンネルで報知される。全ての情報が全ての無線基地局で報知されるわけではなく、考慮中の地理的領域に有用な情報のみがその領域のある選択された無線基地局での報知となる。これらの選択された無線基地局は位置決定を行なう時に機能中無線基地局として使用されるものとなる。報知情報は、位置決定処理手順のための参照点として役立つ近くの無線基地局のアイデンティティおよび位置と、関連した計算済み送信時間オフセットと、更にオプションとして上記送信時間オフセットが有効であった時を指示する時間スタンプを含んでいる。報知情報は選択された無線基地局のチャンネルでダウンリンクとして周期的に繰り返され、それは送信時間オフセットに関連して時間的に例えば5分毎に更新される。ステップ221で、報知情報は自動位置決定を行なうことを望んでいる移動無線端末MS1で受信される。受信が必要時でのオプションであることを指示するため、ステップ216、221間での流れの接続はない。移動無線端末MS1は図3に関連して記載するようにアクセサリ370を備えた形式のものであり、受信情報はこのアクセサリに記憶される。
ステップ224bにおいて、ステップ223で移動無線端末MS1によってなされた測定がアクセサリ370に転送され、ステップ225bにおいて、移動無線端末MS1の位置がステップ223のこれらの測定値およびステップ221で受信した情報から計算される。ステップ227bにおいて、計算結果が移動無線端末MS1の液晶表示器上に示され、加入者の注意を喚起するためにピップが与えられる。
図3は本発明による無線端末300を示すブロック図である。この端末の実施例において、ハードウェアは、900MHz周波数帯であるGSM標準あるいは1900MHzおよび1800MHz周波数帯のGSM関連標準用として設計されているGH337あるいはCH337もしくはPH337のようなエリクソン社によって製造されている携帯用移動無線端末の無変更ハードウェアである。この実施例での発明は無線端末のメモリにロードして2つの新たなプログラムを含んでいる。これら2つの発明性あるプログラムは4分の1ビットカウンタプログラムQCP351および短メッセージサービスプログラムSMSP352である。4分の1ビットカウンタプログラムは、上記移動無線端末GH337あるいはCH337もしくはPH337のブロック350内の標準品として利用可能な4分の1ビットカウンタQC351aを読み取り、かつまたアンテナ310、受信機330および信号プロセッサ340により受信した同期チャンネルSCHでの基地局アイデンティティおよびフレーム数を読み取る。
移動無線端末300はアンテナ310を有している。送信機320はアンテナ310に接続され、かつ信号プロセッサ340に接続されて呼出関連機能に関してこのプロセッサにより制御され、また発明性あるプログラムSMSP352に接続されて位置決定機能に関連した出SMSメッセージに関してこのプログラムにより制御される。同様に、受信機はアンテナに接続され、送信機と共に時間多重化状態で使用される。受信機330は信号プロセッサユニット340に接続されて呼出関連機能に関してそのプロセッサユニットにより制御され、かつ発明性あるプログラムSMSP352に接続されて入SMSメッセージに関してそのプログラムによって制御される。ブロック320および330は、また、変復調のための無線装置およびイコライザを含んでいる。
信号プロセッサユニット340入両方向での音声のチャンネルコード化機能、チャンネル復号機能並びに信号処理機能を含んでいる。また、信号プロセッサユニット340はブロック341のマイクロフォンおよび受話器と、制御ロジック350とに接続されている。次いで、この制御ロジックは発明性あるプログラムSMSPを含んだブロック352と、信号をブロック360のキーパッドおよび表示窓に適合させるI/Oブロック353に接続されている。本発明によるこの無線端末の変更は制御ロジック350のプログラム351の形態で部分的に実現され、このプログラムは前に4分の1ビットカウンタプログラムQCPとして述べられた。
図2bで記載された実施例に属し、図3の頂部に、プロセッサと位置決定プログラム371とI/Oブロック372とを含んだ分離部分370が示されている。分離部分370は移動無線端末それ自体に分散された計算機能部分を有するこの実施例の計算ノードである。この計算ノードを位置決定されるべき無線端末MS1の内部あるいはその近くに配置することが可能である(前に述べた衛星ベースの全世界位置決定システムGPSでの無線端末の場合にこれが行なわれる際に)。この分散型の実施例において、アクセサリ370は位相無線端末300と物理的に分離してあるいはそれと一体的に本発明により設けられる。ブロック371の位置決定プログラムは短メッセージサービスプログラムブロックSMSPと測定プログラムブロックQCPとに接続される。I/Oブロック372で所望の命令を手動的に入力することで測定が部分370から命令されてもよい。この分散型の実施例はワイヤ結合ネットワークで計算ノードだけを有する実施例とは、短メッセージサービスプログラムブロックSMSPが機能中無線基地局BS2を介してサービスノード107から来るダウンリンクSMSメッセージのみを受信機330およびアンテナ310により処理するという事実で相違している。ブロック352はこれらのダウンリンクメッセージを受信し、これらをブロック371に送る。
図4は図2aおよび図2bの実施例でMS1あるいはMS2の役目として無線端末300で行なわれるステップ212、213および222、223に対応する測定の詳細のためのフローチャートである。図5は図4のフローチャートに関連したタイミングを示す。図4の流れが、ここで、図2aの流れにおける移動無線端末MS1によって行なわれる同期化222および測定223を考慮して説明される。サービスノード107が移動無線端末MS1によって行なわれるべき測定を求めることによって始動が与えられ、これら測定は、MS1において、機能中無線基地局BS2に対する無線基地局BS1およびBS3の相対受信時間を決定する。GSM標準を用いる実施方式において、これらの測定は次に記載されるように行なわれる。移動無線端末MS1がオンにスイッチされると、それは周囲無線基地局の制御チャンネル周波数を走査し、最強のもの、図1の場合においてBS1を注目し、これはそれによって機能中無線基地局になる。次いで、移動無線端末はステップ401でこの機能中無線基地局BS2と同期し、これはBS2のフレーム(の時間スロットTO)の初めで移動無線端末MS1のカウンタQCをリセットすることによって実現され得る。この時に、ステップ402において、プログラムQCP351は移動無線端末MS1のカウンタQCの値Nqを記憶する。値Nqは、1つ以上の機能中無線基地局が移動無線端末MS1を位置決定するためのアルゴリズムに加わる場合に計算のために必要とされてもよく、移動無線端末に記憶されているそれぞれのNq値間の差はそれら1つ以上の機能中無線基地局のタイミングに関連するようにされている。4分の1ビットカウンタQCおよびその機能を含む同期処理手順の詳細はバージョン3.5.0のETSI/GSM勧告05.10/1から05.10/6を読むとよい。
図5において、値Ngは時間503として示されている。フレームは8つの時間スロットT0〜T7を有し、1つのフレームの持続時間は時間501として示される。移動無線端末MS1を無線基地局BS2と同期する作用は、MS1のQCカウンタのリセットに対応して、時間シフトNq503を表す参照番号511で図5に表されている。
ステップ403で、機能中無線基地局BS2と現在同期されている移動無線端末MS1はBS2の周波数修正チャンネルFCCHと同期チャンネルSCHとを読み取る。この読み取りは特に上述した論理チャンネルFCCHおよびSCHを担っている時間スロットT0でより正確に行なわれる。この読み取りは無線基地局のアイデンティティBS2−IDおよびフレーム数FR−NRを含んでいる。フレーム数FR−NRは別に暗号化に関連して使用されるが、本発明に関して、それは、測定を役に立たないものとする無線基地局の再始動のような異常な何かが生じる時に(このような事象の前後の時間を含む場合)、統御を可能とする。このような測定結果はフレーム数FR−NRによって指示される場合に位置決定アルゴリズムによって放棄される。
ステップ405において、移動無線端末MS1は、例えばBS2ではなく無線基地局BS3に対してではあるが、ステップ402、403において記載した測定を行なう。しかしながら、BS3から受信したフレームの開始時間がBS2から受信したフレームの開始時間とは異なっているため、ステップ403ではなされなかった追加の測定がステップ405で行なわれる。BS2に対するBS3の相対受信時間のこの測定は上述した4分の1ビットカウンタQCによってMS1で行なわれ、このカウンタは移動無線局MS1のフレーム境界で開始および終了する0〜4999をカウントし、これはBS3の受信フレーム境界の時間で読み取られる。MS1はステップ401でBS2と同期されたために、QCカウンタの説明された読み取り値NqはBS2に対するBS3の相対受信時間である。
ステップ406において、無線基地局アイデンティティBSn−IDおよびフレーム数FR−NRの読み取りは、ここでは無線基地局BS3に対してではあるが、ステップ403と同様の態様で行なわれる。ステップ407において、例えばBS1としてより多くの無線基地局で測定が行なわれるべきかどうかについての決定が行なわれ、そうであれば、流れはステップ405まで戻り、そうでなければ、流れは終了する。
図5において、無線基地局BS3のタイミングは参照番号517で示され、無線基地局BS1のタイミングは参照番号515で示され、それによってBS2およびBS3間の測定された相対受信時間は507で表され、BS2およびBS1間の測定された相対受信時間は505で表される。
上に説明された測定処理手順は遊休モードあるいは専用モードでも、すなわち出呼があっても無くても行なわれる。GSMにおいては、呼出の間でも機能中無線基地局とは別の無線基地局で測定を行なわせる、26フレーム毎のいわゆる遊休時間スロットが設けられているため、それが可能となる。
GSMシステムの詳細については、欧州電気通信標準協会ETSIによって標準化された移動通信用大域システム(GSM)規格、並びに書籍、Michel MoulyおよびMarie Bernadette Pautetによる移動通信用GSMシステム(国際標準書籍番号2−9507190−0−7)を参照されたい。
図6は三角形の中間に位置した移動無線端末MS1の位置を計算する数学的原理を示す。無線基地局BS1、BS2、BS3の位置並びにそれらの間の距離は既知であり、それらは図でG、HおよびIで表されている。BS2に対するBS1のおよびBS2に対するBS3の相対受信時間は移動無線端末MS1で測定されて、サービスノードに報告される。固定の無線端末MS2による対応する測定結果は無線基地局間での送信時間オフセットを計算するために用いられた。図6の距離Fは、無線基地局BS3および機能中無線基地局BS2間(これら無線基地局が同期されていたとして)の移動無線端末MSIでの相対受信時間に光速を掛算したものとして解釈される得る。それらが同期されていない(通常の場合)ため、BS2に対するBS3の送信時間オフセットがこの送信時間オフセットを相対受信時間から最初に引算することによってFを計算するために使用される。Fはアナログの態様で計算される。
このアルゴリズムの数学理論は図6に対して以下の参照で説明されるようにコサイン定理を適用する。既知のパラメータはG、H、I、E、Fである。計算されるべきものは既知の数値法で求められるべきD式である。
角A+B+C=360度 (1)
H**2=D**2+(D+F)**2−2D(D+F)cosB (2)
G**2=D**2+(D+E)**2−2D(D+E)cosC (3)
I**2=(D+E)**2+(D+F)**2−2(D+E)(D+F)cosA (4)
図7aは2つの通常の無線基地局701を備えたスーパーマーケットを概略的に示し、これら基地局は移動無線電話呼出のためこのマーケットの訪問者によって使用されることができる。更に、いわゆるビーコンチャンネルでのみダウンリンク信号化を行なうことができる14個の付加的なビーコン型無線基地局702が設けられている。これらの無線基地局は、単に、より高精度の位置決定を可能にするために設けられたもので、それらは電話トラフィックに関連した機能は持たない。携帯型移動無線端末MS1を用いて位置決定されるべき加入者は703で表され、2つの固定の移動無線端末MS2は704で表されている。
図7bは移動無線電話呼出のために使用されてもよい2つの通常の無線基地局711を有する繁華街域を概略的に示す。更に、ビーコンチャンネルでのみダウンリンク信号化を行なうことができる8個の付加的なビーコン型無線基地局712が設けられている。これらの無線基地局は、単に、より高精度の位置決定を可能にするために設けられたもので、それらは電話トラフィックに関連した機能は持たない。車に乗っており携帯型移動無線端末MS1を用いて位置決定されるべき加入者は713で表され、2つの固定の移動無線端末MS2は714で表されている。
図7aおよび図7bはダウンリンク信号化だけを行なうことができる付加的な無線基地局を設けることによって、すなわちこれらのそれぞれがいわゆるビーコンチャンネルだけを持つようにすることによって精度を向上するような本発明の実施例を示す。これらの実施例は位置決定アルゴリズムにおいて繰り返しを行なうことによって精度の向上を達成するような上述のものとは異なるが、実施例7aおよび7bの精度の向上は無線基地局密度を増加することで達成される。ビーコンチャンネルに関する個人指導的情報を、例えば、上で参照したMoulyおよびPautetによる書籍に見い出されることができる。
図8は図3の場合と同じ形式の固定無線端末300を概略的に示し、これはビーコン型無線基地局からなるアクセサリ801を備えている。好ましくは、無線端末300の地理的位置は地図上で決定されるが、別態様として上記位置を決定するため移動無線端末に対して前に説明して位置決め方法を用いることも可能である。固定無線端末300はビーコン型無線基地局を制御するが、更に、周囲無線基地局の送信時間オフセットを決定するための固定無線端末MS2として使用されてもよい。
アクセサリ801はビーコン型周波数チャンネルで周期的なタイミング信号ダウンリンクを送出することができる取り外される無線基地局であり、その周波数は、固定無線端末300によって受信されかつアクセサリ801のプロセッサ802に転送されるメッセージによって命令され、そこでメッセージは記憶され、解釈され、送信機803においてその命令に含まれるビーコン周波数を設定することによって実行される。アンテナ804は上記ビーコンチャンネルを送信する。無線端末300とアクセサリ801との間のインターフェースは図3に示したものと同一であり、無線端末300およびアクセサリ801間の通信のためおよびネットワークとの通信のため同一のプログラムSMSP352が使用される。命令がネットワークのサービスノード107から入り、位置決定システムのオペレータによってサービスノードに入力される。述べられた無線基地局801およびその要素がどのようにして実現されるかは当業者にとって知られており、従ってこれ以上は説明しない。
本発明はここに記載され図面に示された実施例には限定されず、包含された請求の範囲の限界内で変わり得る。
Claims (15)
- 少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)と、固定位置の少なくとも第2の無線端末(MS2)と、上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)および上記少なくとも1つの第2の無線端末(MS2)の既知の位置を記憶しているサービスノード(107)とを具備した移動無線システムで第1の移動無線端末(MS1)の地理的位置を決定する方法において、
上記少なくとも3つの無線基地局の第1のもの(BS1)から受けたタイミング信号ダウンリンク(118)に上記第2の無線端末(MS2)を同期する(212)ステップと、
上記第2の無線端末(MS2)で、上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)のアイデンティティを読み取る間に、残りの無線基地局(BS2、BS3)から受けた上記タイミング信号ダウンリンク(116、117)の相対受信時間を測定する(213)ステップと、
上記第2の無線端末(MS2)で測定された相対受信時間および関連した無線基地局アイデンティティを上記サービスノード(107)に送出する(214)ステップと、
上記サービスノード(107)で、上記タイミング信号ダウンリンク(116、117)の送信時間オフセットを上記相対受信時間および上記既知の位置(BS1、BS2、BS3、MS2)から計算する(215)ステップと、
上記少なくとも3つの無線基地局の中で任意の1つ(BS2)から受けたタイミング信号ダウンリンク(115)に上記第1の移動無線端末(MS1)を同期する(222)ステップと、上記第1の移動無線端末(MS1)で、上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)のアイデンティティを読み取る間に、残りの無線基地局(BS1、BS3)から受けた上記タイミング信号ダウンリンク(113、114)の相対受信時間を測定する(223)ステップと、
上記第1の無線端末(MS1)で測定された相対受信時間および関連した無線基地局アイデンティティを上記サービスノード(107)に送出する(224a)ステップと、
上記サービスノード(107)で、上記記憶されている位置(BS1、BS2、BS3、MS2)から並びに上記第1(MS1)および第2(MS2)の無線端末から上記サービスノード(107)に送られた測定値およびアイデンティティから上記第1の移動無線端末(MS1)の位置を計算する(225a)ステップと、
を具備する方法。 - 少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)と、固定位置の少なくとも1つの第2の無線端末(MS2)と、少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)および上記少なくとも1つの第2の無線端末(MS2)の既知の位置を記憶しているサービスノード(107)と、上記移動無線システムは上記第1の移動無線端末(MS1)と関連したアクセサリ(370)と、を具備した移動無線システムにおいて第1の移動無線端末(MS1)の地理的位置を決定する方法であって、
上記少なくとも3つの無線基地局の第1のもの(BS1)から受けたタイミング信号ダウンリンク(118)に上記第2の無線端末(MS2)を同期する(212)ステップと、
上記第2の無線端末(MS2)で、上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)のアイデンティティを読み取る間に、残りの無線基地局(BS2、BS3)から受けた上記タイミング信号ダウンリンク(116、117)の相対受信時間を測定する(213)ステップと、
上記第2の無線端末(MS2)で測定された相対受信時間および関連した無線基地局アイデンティティを上記サービスノード(107)に送出する(214)ステップと、
上記サービスノード(107)で、上記タイミング信号ダウンリンク(116、117)の送信時間オフセットを上記相対受信時間および上記既知の位置(BS1、BS2、BS3、MS2)から計算する(215)ステップと、
上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)の既知の位置並びに計算する(215)前のステップで与えられた上記それぞれの送信時間オフセットを報知する(216)ステップと、
上記既知の位置並びに報知する(216)前のステップのそれぞれの送信時間オフセットを上記第1の移動無線端末(MS1)の上記アクセサリにおいて受信する(221)ステップと、
上記少なくとも3つの無線基地局の中で任意の1つ(BS2)から受けたタイミング信号ダウンリンク(115)に上記第1の移動無線端末(MS1)を同期する(222)ステップと、
上記第1の移動無線端末(MS1)で、上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)のアイデンティティを読み取る間に、残りの無線基地局(BS1、BS3)から受けた上記タイミング信号ダウンリンク(113、114)の相対受信時間を測定する(223)ステップと、
上記第1の無線端末(MS1)で測定された相対受信時間および関連した無線基地局アイデンティティを上記第1の無線端末(MS1)の上記アクセサリ(370)に転送する(224b)ステップと、
上記アクセサリ(370)で、受信する(221)ステップおよび転送する(224b)ステップで与えられた情報から上記第1の移動無線端末(MS1)の位置を計算する(225b)ステップと、
を具備した方法。 - 請求の範囲第1項または第2項に記載の方法において、さらに、
上記第2の無線端末(MS2)で相対受信時間を測定する(213)上記ステップを間隔を置いて繰り返すステップと、
上記第2の移動無線端末(MS2)での上記測定に時間スタンプを与えるステップと、
上記測定の上記時間スタンプを上記サービスノード(107)に送出するステップと、
上記測定での時間スタンプを用いかつ上記測定を行なってから経過した時間を用いて送信時間オフセットを計算の実際の時間に外挿するステップと、
を具備する方法。 - 請求の範囲第1項または第2項に記載の方法において、上記第2の無線端末(MS2)を上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)の1つにおいて位置決めさせる方法。
- 位置決定の精度を向上する請求の範囲第1項に記載の方法において、位置決定方法の第1の実行段階の後に、位置決定の上記第1の実行段階で使用された少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)よりもより高精度の位置決定を与えることができる何等かの無線基地局がネットワークに存在しているかどうかおよびより高精度の位置決定が望まれるかどうかをチェックする(226)ステップと、
チェックする前のステップによって指示された場合に、チェックする前のステップで識別された少なくとも1つの無線基地局を用いて位置決定方法の更に一層の実行段階を行なうステップと、
を具備する方法。 - 陸上システムが位置決定されるべき端末に関連した機能中無線基地局のアイデンティティについての情報を持たない場合の請求の範囲第1項に記載の方法において、
位置決定されるべき移動無線端末にメッセージを送出するステップと、
位置決定されるべき上記移動無線端末(MS1)から、上記機能中無線基地局を識別する(211)返答を受けるステップと、
を与える方法。 - タイミング信号ダウンリンク(113〜118)を送出する少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)と、地理的位置が決定されるべき少なくとも第1の移動無線端末(MS1)とを含んだ移動無線システム(100)において、
上記タイミング信号ダウンリンク(116、117)を受信する固定位置の少なくとも第2の無線端末(MS2)と、
上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)および上記少なくとも第2の無線端末(MS2)の既知の位置を内部に記憶して有しているサービスノード(107)と、
上記タイミング信号ダウンリンクの相対時間を測定しそれらを上記サービスノード(107)に報告する、上記少なくとも第1および少なくとも第2の無線端末(MS1、MS2)の測定手段(QPC、SMSP)と、
上記既知の位置(MS2、BS1、BS2、BS3)並びに上記少なくとも第2の無線端末(MS2)によって報告された上記相対受信時間から送信時間オフセットを計算する、上記サービスノード(107)の第1の計算手段(107a)と、
上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)の上記既知の位置と上記送信時間オフセットと上記第1の移動無線端末(MS1)によって送出された相対受信時間とから上記第1の移動無線端末(MS1)の位置を計算する、上記サービスノード(107)の第2の計算手段(107f)と、
を具備したことを特徴とするシステム。 - タイミング信号ダウンリンク(113〜118)を送出する少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)と、地理的位置が決定されるべき少なくとも第1の移動無線端末(MS1)とを含んだ移動無線システム(100)において、
上記タイミング信号ダウンリンク(116、117)を受信する固定位置の少なくとも第2の無線端末(MS2)と、
上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)および上記少なくとも第2の無線端末(MS2)の既知の位置を内部に記憶して有しているサービスノード(107)と、
上記タイミング信号ダウンリンクの相対時間を測定しそれらを上記サービスノード(107)に報告する、上記少なくとも第1および少なくとも第2の無線端末(MS1、MS2)の測定手段(QPC、SMSP)と、
上記既知の位置(MS2、BS1、BS2、BS3)並びに上記少なくとも第2の無線端末(MS2)によって報告された上記相対受信時間から送信時間オフセットを計算する、上記サービスノード(107)の第1の計算手段(107e)と、
上記少なくとも3つの無線基地局の上記既知の位置および関連した送信時間オフセットを上記サービスノード(107)から上記第1の移動無線端末(MS1)に送出する送出手段と、
上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)の上記既知の位置および関連した送信時間オフセットから並びに上記第1の移動無線端末(MS1)によって転送された(224b)相対受信時間から上記第1の移動無線端末(MS1)のそれ自体の位置を計算する、上記少なくとも第1の移動無線端末(MS1)の第2の計算手段(371)と、
を具備したことを特徴とするシステム。 - 請求の範囲第7項または第8項に記載のシステムにおいて、上記第2の移動無線端末(MS2)は基地局位置に配置されたシステム。
- 請求の範囲第7項または第8項に記載のシステムにおいて、無線基地局は遊休および専用モードの間に読み取られることができる周波数修正チャンネルFCCHおよび同期チャンネルSCHをダウンロードで送出し、移動無線端末(MS1、MS2)は機能中無線基地局と同期して上記機能中無線基地局とは別の無線基地局の上記同期チャンネルを読み取ることができ、
上記無線端末において、上記機能中無線基地局とは別の上記無線基地局の同期チャンネルSCHで基地局アイデンティティおよび現在のフレーム数を読み取り、かつ上記第2および第1の移動無線端末(MS2、MS1)のカウンタ(QC)で上記機能中無線基地局のあるフレームの開始に対する上記別の無線基地局の相対受信時間を読み取る測定手段(QCP)を具備し、
上記無線端末(MS2、MS1)が専用モードにある場合に、無線端末の遊休時間スロットの間に上記カウンタ(QC)での読み取りが行なわれるようにした、システム。 - 請求の範囲第7項または第8項に記載のシステムにおいて、上記システムに少なくとも1つの無線基地局を備えており、
移動無線端末の位置決定を行なわせるためにビーコンチャンネルで周期的タイミング信号ダウンロードを送出する手段(803、804)と、
少なくとも上記ビーコンチャンネルの周波数の設定に関する命令をネットワークのサービスノードから受ける手段(802)と、
を具備したシステム。 - 請求の範囲第7項または第8項に記載のシステムにおいて、無線端末の位置の単純化した計算を行なうようにしており、この単純化は位置決定システムのある全てではない無線基地局を同期することによって得られるようにしたシステム。
- タイミング信号ダウンリンク(113〜118)を送出する少なくとも3つの無線基地局と、地理的位置が決定されるべき少なくとも1つの第1の移動無線端末(MS1)と、少なくとも1つの第2の固定無線端末(MS2)とを備えた移動無線ネットワーク(100)のサービスノード(107)において、
上記少なくとも3つの無線基地局によって送信されたタイミング信号ダウンリンクの相対受信時間の、上記少なくとも1つの固定無線端末(MS2)からの測定報告を受ける受信手段(107b)と、
上記少なくとも3つの無線基地局(BS1、BS2、BS3)および上記少なくとも1つの第2の固定無線端末(MS2)の既知の地理的位置を記憶する記憶手段(107c)と、
上記少なくとも1つの固定無線端末(MS2)からの測定報告と上記既知の地理的位置とから、上記少なくとも3つの無線基地局によって送信されるタイミング信号ダウンリンクの送信時間オフセットを計算する第1の計算手段(107e)と、
を具備したことを特徴とするサービスノード。 - 請求の範囲第13項に記載のサービスノードにおいて、さらに、
少なくとも3つの無線基地局によって送信されるタイミング信号ダウンリンクの相対受信時間の、上記第1の移動無線端末(MS1)からの測定報告を受ける受信手段(107b)と、
上記送信時間オフセットと上記既知の地理的位置と上記第1の移動無線端末からの上記受信した測定報告から上記第1の移動無線端末(MS1)の地理的位置を計算する第2の計算手段(107f)と、
を具備したことを特徴とするサービスノード。 - 請求の範囲第13項に記載のサービスノードにおいて、上記第1の移動無線端末(MS1)に報知するため上記既知の地理的位置および上記送信時間オフセットを無線基地局(BS1、BS2、BS3)に送出する送出手段(107d)を更に具備したことを特徴とするサービスノード。
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