JP4025288B2 - 到着誤差の無線信号時間の検出と補償のためのシステムと方法 - Google Patents

Description

この発明は一般に遠隔通信に関し、特に遠隔通信システムにおける到着誤差の時間を検出し補償するための技術に関する。

「９１１」のような電話番号を用いて救急サービスがしばしば要求される。通話者が、住居のような固定された場所にいるなら、コンピュータシステムは自動番号識別（ＡＮＩ）を用いて着信してくる通話の電話番号を追跡し、その呼が発生された住所を迅速に決定する。従って、緊急サービスが要求される位置を決定することは、相対的に簡単な仕事である。

携帯電話、パーソナル移動通信システム（ＰＣＳ）装置のような移動体通信を介して救急サービス要求を要求するユーザの位置は容易に決定されない。無線三角測量技術は子局の位置を決定するために長い間使用されてきた。しかしながら、そのような無線三角測量技術は本質的に不正確であることが知られている。数千メートルのオーダーの誤差はまれではない。しかしながら、そのような誤差は救急サービスの配信のためには受け入れられない。

米国の連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、位置を決定する際により大きな精度を可能にするであろう通信技術の変更を命じた。移動通信の場合に、ＦＣＣは、基幹施設に基づく位置決定システムは、６７％の時間で１５０メートルの精度（および９５％の時間で３００メートルの精度）を有するように要求する規則を生成した。変更された送受話器を必要とするシステムの場合、ＦＣＣは、そのようなシステムは６７％の時間で５０メートルの範囲内（および９５％の時間で１５０メートル）の範囲内で位置を決定しなければならないと定めた。

無線位置決めシステムは、子局の位置を三角測量しおよび推定するために公知の位置の異なる送信器から来る到着（ＴＯＡ）信号の時間を使用する。しかしながら、到着信号の時間は複数の送信経路によりしばしば歪みを生じまたは誤差を生じる。図１は乗り物１０内の携帯電話により経験されるかもしれない複数の送信経路の例を図解する。図１に図解する例において、子局１０は塔の上に取り付けられた送信器１２、１４から信号を受信する。図１の例において、子局１０は送信器１２、１４から直接信号を受信するが、隣接するビルにおいて反射する送信器１４からの信号も受信する。従って、子局１０は送信器１４から多数の信号を受信する。図１に図解する例において、子局１０は送信器１６の視野方向（ＬＯＳ）内にない。すなわち、ビルまたは他の構造物は子局１０と送信器１６との間の直接の視野方向を阻止する。しかしながら、子局１０は依然としてビルまたは他の構造物から反射した、またはビルまたは構造物の端の回りを回析する、送信器１６からの信号を検出する。さらに、子局１０はビルの上に取り付けられた送信器１６からの信号を受信し、また、地球の周りの軌道内の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星１８からの信号を受信するかもしれない。結果として、子局１０は送信器１６から複数の信号を受信するが、いずれも直接的なＬＯＳ信号ではない。ＧＰＳ衛星１８からの信号もＬＯＳ信号および反射信号を構成するかもしれない。そのような複数の信号の結果として、子局による到着時刻の測定は、誤差の影響を受け易い。複数経路の信号が存在する場合にそのような誤差は重要であり、位置の精度に関してＦＣＣの指示を達成することを困難または不可能にさせる。それゆえ、移動位置決定システムのためのＴＯＡ測定を改良するためのシステムと方法の重大な必要性があることが理解できる。この発明は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになるであろうこの点および他の利点を提供する。

この発明は、遠隔通信装置位置決定システムにおいて複数の誤差の補正のためのシステムと方法に具現化される。一実施形態において、システムは、受信器から未知の距離に位置する遠隔送信器から送信されたデータを受信する受信器を含む。解析器は受信したデータに関連する日付を解析し、受信器の位置に関連する位置データを発生する。解析器はまた、測定された信号基準に基づいて補正因子を計算し、補正された位置データを発生する。

一実施の形態において、受信器は受信されたデータが記憶されたデータに関連するとき、補正パルスを発生する。この実施の形態において、信号基準は相関パルスのパルス幅である。相関パルスは所定の時間において相関パルスの振幅値により決定される複数の係数を持つ二次方程式としてモデル化してもよい。他の実施の形態において、受信器は信号強度表示器を発生する。この実施形態において、信号基準は信号強度表示器である。

このシステムはさらに、補正された位置データと遠隔送信器の公知の位置に基づいて受信器の位置を決定するための位置決定エンティティを含む。位置データは受信器により受信されるデータの到着時刻に基づいていても良い。到着時刻データは遅延時間または距離として計算してもよいし、補正因子は補正時間または補正距離として計算してもよい。

一実施の形態において、受信器は８００ＭＨｚ帯域で動作する携帯電話の一部であり、解析器は、８００ＭＨｚ帯域において、遠隔送信器から送信されたデータの到着時刻に基づいて位置データを計算する。もうひとつの方法として、受信器は１９００ＭＨｚ帯域で動作するパーソナル通信システムの一部であり、解析器は１９００ＭＨｚ帯域で遠隔送信器から送信されたデータの到着時刻に基づいて位置データを計算する。

さらに他の代わりの実施形態において、遠隔送信器は全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星であり、受信器はＧＰＳ衛生からデータ信号を受信する。この実施形態において、解析器はＧＰＳ衛星から送信されたデータの到着時刻に基づいて位置データを計算する。

システムはさらに、選択された信号基準を１つ以上の補正因子に関連づけるデータを記憶するためのデータ構造を含み、解析器はデータ構造への入力として選択されたデータの大きさを供給し、選択された基準の大きさに関連して記憶された補正因子を検索する。システムはもうひとつの方法として、選択された信号基準を１つ以上の補正因子に関連づけるための数学関数を記憶するためのデータ構造を含んでいても良い。この場合解析器は数学関数内の選択された基準を用いて補正因子を計算する。

この発明は、マルチパス信号の結果として導入される距離誤差の定量的尺度を可能にし、より正確な位置決定を可能にするために到着時刻測定に適用される補正因子を供給する。例示実施の形態において、この発明は、一般的な符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）子局の一部を用いて実施される。ＣＤＭＡ子局は、子局、携帯電話、ＰＣＳ装置、等と呼んでも良い。以下に詳細に述べるように、この発明は特定の形態の移動通信装置に限定されないし、移動装置の特定の動作周波数に限定されない。

この発明は図２の機能ブロック図に図解されるシステム１００に具現化される。システム１００はシステムの動作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）１０２を含む。当業者は、ＣＰＵ１０２が遠隔通信システムを動作することができるいかなる処理装置をも含むように意図されることを理解するであろう。これは、マイクロプロセッサ、埋め込まれたコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰｓ）、ステートマシン、専用ディスクリートハードウエア等を含む。この発明はＣＰＵ１０２を実現するために選択された特定のハードウエア部品により限定されない。

システムは、また望ましくは、メモリ１０４を含み、メモリ１０４はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の両方を含んでいてよい。メモリ１０４は命令およびデータをＣＰＵ１０２に供給する。メモリ１０４の一部はまた不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）を含んでいてもよい。

一般的に携帯電話のような無線通信装置に具現化されるシステム１００はまた、システム１００と、セルサイトコントローラ（図示せず）のようなリモート位置との間のオーディオ通信のようなデータの送信および受信を可能にするために送信器１０８および受信器１１０を含む筐体１０６を含む。送信器１０８および受信器１１０はトランシーバ１１２に結合してもよい。アンテナ１１４は筐体１０６に取り付けられ、トランシーバ１１２に電気的に結合される。送信器１０８、受信器１１０、およびアンテナ１１４の動作は技術的に良く知られており、特にこの発明に関係する場合を除いてここに記載する必要はない。

ＣＤＭＡ装置のための実施において、システムは、またトランシーバ１１２により受信された信号のレベルを検出し、定量化するために使用される信号検出器１１６を含む。信号検出器１１６は、合計エネルギー、擬似雑音（ＰＮ）チップあたりのパイロットエネルギー、電力スペクトル密度、および技術的に知られている他のパラメータのような１つ以上のパラメータを検出する。詳細に記載するように、信号検出器１１６は相関解析を実行し、送信器１４（図１参照）のような位置から到着時刻を決定する。

信号検出器１１６は基準信号と受信された信号との間の相関解析を実行し、相関出力信号を発生する。信号解析器１２０は相関信号を解析し、相関データテーブル１２２を用いて距離相関データを発生する。一実施形態において、補正データテーブル１２２は距離誤差に対する相関パルスの幅に関係するデータを含む。しかしながら、また、他の基準を用いて距離誤差を補正するようにしてもよい。

システム１００は異なる源（例えば、送信器１２乃至１６）からの信号の到着における遅延時間を測定するために使用されるシステムタイミングを供給するためのタイマー１２４を含む。タイマー１２４はスタンドアロン装置であってもよいし、ＣＰＵ１０２の一部であってもよい。

システム１００の種々の要素がバスシステム１２６により一緒に接続される。バスシステム１２６は、データバスに加えて、電力バス、制御信号バス、およびステータス信号バスを含んでいても良い。しかしながら、簡単のために、種々のバスはバスシステムとして図２に図解される。図２に図解されるシステム１００は特定の構成要素の列挙というよりはむしろ機能ブロック図であることを当業者は理解するであろう。例えば、信号検出器１１６と信号解析器１２０はシステム１００内の２つの別個のブロックとして図解されているが、実際はそれらはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のように１つの物理的構成要素に具現化してもよい。また、それらはプログラムコードとして、メモリ１０４に存在してもよい。そのようなコードはＣＰＵ１０２により演算される。同じような考え方を、タイマー１２４のような、図２のシステム１００に列挙された他の構成要素に適用してもよい。

図２のシステム１００に示される構成要素の動作は図３乃至図７を参照して説明されるであろう。図３は、信号検出器１１６により発生される相関パルスの例を図解する一連の波形タイミング図である。この発明の正しい理解を支援するために、一例として、ＣＤＭＡ子局を用いた到着時刻処理の簡単な説明が提示されるであろう。図２のシステム１００を実現する子局（例えば、図１における子局）には最初に擬似雑音（ＰＮ）コードが割当てられる。ＰＮコードは局部基準としてメモリ１０４に記憶してもよい。基地局（例えば、送信器１２）がデータを子局１０に送信するとき、基地局はＰＮコードを送信する。システム１００は局部基準（すなわち、記憶されたＰＮコード）と送信されたデータ（すなわち、送信されたＰＮコード）との間の相関を探索する。

技術的に良く知られているように、すべての送信器（例えば、送信器１２乃至１６）は同じＰＮコードを送信するが、各送信器からのＰＮコードの送信の開始は、正確に知られたオフセットだけ、時間的に遅延される。タイムオフセットは６４チップの倍数単位で測定される。ＰＮオフセットは選択的に送信器に割当てられるので、地理的領域内のオフセットは、送信器間の干渉を回避するためにできるだけ拡散される。送信器（例えば、送信器１２乃至１６）は、送信された識別データにより識別してもよいが、時々ＰＮオフセット時間によりラベルが付けられる。例えば、送信器１２は、３００のオフセットでＰＮコードを送信することを示すためにＰＮ３００として識別してもよい。この例において、送信器１４および１６は、各々がＰＮコードを送信するであろうオフセット時間を示すために、それぞれＰＮ４２５およびＰＮ６１０として識別してもよい。しかしながら、送信器がどのようにラベルがつけられるかに関係なく、互いに関して各々の相対オフセットは、信号内で符号化された情報から確立することができることが理解されなければならない。子局１０内の受信器１１０（図２参照）は、地理的領域内の送信器（例えば、送信器１２乃至１６）の各々からＰＮを検出するであろう。

子局１０が送信器１２と一緒に用いられていたなら、送信器とシステム１００との間の送信時間に遅れはなかったであろう。その場合、信号検出器１１６（図２参照）は、記憶された基準と送信されたデータとの間の相関関係を迅速に検出するであろう。しかしながら、子局１０が送信器１２からある距離に位置すると仮定すると、伝搬遅延により、そのような相関の検出には遅延がある。記憶された基準と送信されたデータとの間で相関が検出されるまで、信号検出器１１６は記憶された基準を一度に２分の１チップシフトする。当業者が理解するように、「チップ」はＰＮ系列内の単一の一片のデータである。データは公知のレートで送信されるので、チップは時間の単位として使用してもよい。この記述は、実際の時間の単位で特徴づけるようにしてもよいが、システム１００はチップの観点から解析と測定を実行するので、チップの言葉で時間に言及することは、より便利である。

無線信号の伝搬速度は知られているので、遅延測定はまた距離として計算するようにしてもよい。従って、遅延時間の測定、距離およびチップはすべて交換可能に作られるようにしてもよい。送信器１２と子局１０との間の伝搬遅延が知られていたなら、子局の正確な位置を決定するために、２つの信号しか必要ないであろう。例えば、送信器１２の回りの伝搬遅延（メートルで）に対応する半径を持つ円を描くことは可能であろう。子局はその円の円周上のどこかに位置していなければならない。第２の検出されたＰＮコードは送信器１４から検出されるであろう。送信器１４はＰＮスロット４２５において、ＰＮコードを送信する。第２の送信器（すなわち、送信器１４）からの相関パルスの発生に対する遅延時間は第２の伝搬遅延時間の測定を可能にするであろう。第２の伝搬遅延に対応する半径を有する送信器１４を取り囲む円は、子局１０がその円周上のどこかに位置しなければならないことを示す。２つの周知の伝搬遅延を用いて、子局１０は、２つの円の交点に位置しなければならない。

しかしながら、送信器１２と子局１０との間の伝搬遅延は未知である。それゆえ、システム１００は、ゼロ遅延という任意の基準を第１の受信されたＰＮコードに任意に割当てる。従って、最初の受信された信号は位置測定に直接含まれない。次の２つの送信器（例えば、送信器１４および１６）からの信号の受信は、送信器１２に対して遅延を有する。この遅延は、ＰＮオフセットおよび、子局１０とそれぞれ送信器１４および１６との間の距離による伝搬遅延の結果である。ＰＮコードの送信において、ＰＮオフセットによる相関パルスの発生における遅延は、直ちに決定することができ、そのタイミングで適当な補償が行なわれる。しかしながら、ＰＮコードの送信と相関パルスの発生との間の到着の時間差は伝搬遅延により、それゆえ、子局１０とそれぞれの送信器（例えば、送信器１４および１６）との間の距離による。子局１０の位置は送信器１４および１６からの信号の正確なＴＯＡに基づいて決定することができる。従って、システム１００は３つの異なる送信器からのＰＮコードの受信を必要とする。最初の相関パルスはゼロ基準として使用され、残りの２つの送信器（例えば、送信器１４および１６）に関連づけられた過度の遅延時間は適当な遅延測定を供給するために使用される。

図３の波形（Ａ）はマルチパス信号が無い場合に、信号検出器１１６（図２参照）により発生されるサンプル相関出力を示す。信号検出器１１６は、基準データと受信されたデータとの間の相関を検出するまで、一度に１／２チップ、基準データ（すなわち、記憶されたＰＮ）をシフトする。送信器１２からのＰＮコードの結果として発生された相関パルスは示されていない。何故なら、この相関パルスは任意のゼロ基準として使用されるからである。送信器１４および１６のＰＮオフセットにより生じた遅延も消去されたので、図３の波形は伝搬遅延の効果のみを示す。波形（Ａ）に図解される例において、送信器１４による相関パルスは、任意のゼロ基準からほぼ１．５チップにおいて発生される。１．５チップの遅延は、送信器１４と子局１０との間の距離に関連する。従って、到着時刻は、チップで（または所望であれば、メートルで）測定された遅延により決定してもよい。

システム１００を実現する子局１０が、送信器１４を、１．５チップで検出された相関信号の源として識別できるように、送信器１４から送信されたデータは識別データも含む。送信器１４に加えて、システム１００を実現する子局１０は送信器１６からデータを受信するであろう。信号検出器１１６はローカル基準（すなわち、記憶されたＰＮコード）と送信器１６からの送信されたデータとの間の相関を検出するであろう。波形（Ａ）に図解される例において、送信器１６からのＰＮコードによる相関信号はゼロ基準からほぼ４．５チップにおいて、検出される。４．５チップの遅延は、送信器１６から子局１０への距離と、送信器１２から子局１０への距離との間の差に関連する。これは、以下の例により理解することができる。送信器１２により発生された信号は、送信器１４により発生された信号に対して４００チップだけ遅延される。送信器１２により送信される信号が発生される時間から、その信号が子局１０により受信される時間までの間に１５チップの遅延がある。同様に、送信器１４と子局１０との間の伝搬遅延により、送信器１４により発生された信号が発生される時間から、その信号が子局１０により受信される時間までの間に５チップの遅延がある。送信器１２において発生される信号の受信と、送信器１４において発生される信号の受信との間に子局１０において感知される遅延は、合計４１０チップであろう。この４１０チップは、信号が送信器１２において発生された時間からの４１５チップ遅延と、送信器１４により発生された信号の受信における５チップの遅延との間の差分である。上述したように、システム１００を実現する子局１０は、送信器１２を、４．５チップにおいて検出される相関ピークの源として送信器１２を識別することができるように、送信器１６から送信されるデータは識別データも含む。

さらに、システム１００を実現する子局１０は、さらなる基地局送信器（図示せず）からのパルス、または全地球測位システム（ＧＰＳ）信号を用いた衛星からのパルスを検出するようにしてもよい。技術的に知られているように、ＧＰＳは、子局１０の位置を決定するために到着時刻データも使用する。例示実施形態において、子局１０は、３つ以上の異なる送信器から到着時刻データを決定する。上述したように、最初の相関パルスはゼロ基準として使用され、さらなる相関パルスの相対的な遅延時間は、さらなる相関パルスの到着時刻に基づいて子局１０の位置を決定するために使用される。マルチパス効果が無い場合に、波形（Ａ）で図解されるパルスは到着時刻の相対的に正確な測定を供給し、従って、子局１０の位置を正確に決定するために使用することができる。

位置決定のためのＣＤＭＡ標準である、ＩＳ−８０１のような現在の遠隔通信標準下では、子局は、その位置を決定するためにＴＯＡデータを用いて計算を実行することができるようにしてもよい。しかしながら、同様に、子局１０の位置は、固定された基幹施設の一部により決定するようにしてもよい。この実施形態において、子局は識別データおよび遅延測定データを送信器１４のようなリモート位置に送信する。送信器１４に関連した位置決定エンティティ（ＰＤＥ）は、種々の送信器の周知の位置と、各送信器から測定された遅延データに基づいて計算を実行し、子局１０の位置を決定する。下記表１は子局１０から送信器１４に関連したＰＤＥに送信されたサンプルデータを図解する。

技術的に知られているように、および簡単に上述したように、送信器（例えば、送信器１２乃至１６）の各々のためのＰＮ値は、各送信器がＰＮコードを送信することを開始するＰＮオフセットに言及する。表１に図解される例において、過度の遅延（ＰＮオフセットに起因しない遅延）はチップで計算され、メートルで遅延に変換される。図３の波形（Ａ）の場合、送信器（例えば、送信器１４および１６）からの２つの相関パルスは、それぞれ１．５チップにおける相関パルスおよび４．５チップにおける相関パルスの結果となる。表１のデータは、送信器の各々に関連するＰＮオフセットと、パルスの到着時刻における遅延に基づいた相対的な過度の遅延時間を含む。

ＰＤＥは識別コードを用いて、どの送信器が各過度の遅延時間と関連しているかを決定する。送信器の位置はすべて周知であるので、それぞれの送信器の各々からの遅延に基づいて子局１０の位置を決定することは相対的に簡単な計算である。この計算処理は技術的に知られており、ここでは記載する必要はない。

残念ながら、マルチパス効果は殆どすべてのＴＯＡ測定に存在する。ＧＰＳ位置決定技術を用いた衛星信号は、より少ないマルチパス効果を有する傾向があるけれども、これらの効果は依然として存在する。ＧＰＳ衛星（例えば、ＧＰＳ衛星１８）からのマルチパス効果は、ビルおよび人工の構造物がＧＰＳ信号と干渉する市街地において特に優勢である。また、送信器１２乃至１６（図１参照）のような地上波システムも、信号が回析されおよび／または反射されるように人工の構造物によって影響される。この結果、子局１０は同じ信号の複数の画像を受信する。システム１００はマルチパス効果から生じる誤差を推定することができる。それぞれの到着時刻は接近していて全体の相関関数内に異なるピークを生成することができないように、複数の信号は一般的にわずかに少量の時間遅延され、システム１００のアンテナ１１４（図２参照）に到達するかもしれないので、これらのマルチパス効果は「短いマルチパス効果」という名前をつけてもよい。すなわち、信号検出器１１６からの出力が、複数の検出された信号の重複効果から生じる単一の歪んだパルスであるような短い期間内に信号が到着する。

図３の波形（Ａ）に対して論じた以前の例において、子局１０は、送信器１４およびマルチパス信号を有さない送信器１６から単一の信号を受信する。複数の信号の効果は図３の波形（Ｂ）に図解され、信号検出器１１６は短い期間内に同じ信号の複数の受信の結果としてより広いパルス幅を有する相関値を示す。システムはピーク信号を検出するように設計されているので、波形（Ａ）に示すように、１．５チップにおける相対的に狭いパルスの代わりに、信号検出器１１６は広いパルスを発生し、正確に到着時刻を決定することを困難にさせる。波形（Ｂ）において、信号は、１．５チップ乃至２．５チップ間にピークを有する。同様に、送信器１６から受信した信号から生じた相関値も図３の波形（Ｂ）に図解されている。この場合もやはり、マルチパス効果は、ピークが４．５チップ乃至５．５チップの間にあるようにパルスを拡張させる。

留意すべきは、図３の波形（Ａ）および（Ｂ）に図解される効果は例示に過ぎないという点である。信号検出器１１６が単一の信号に関連して複数のピークを発生するように、位相がずれてアンテナ１１４（図２参照）に到達する信号を生じるかもしれない。この発明は、マルチパス効果から生じる誤差に対して少なくとも部分的な補償を提供する。ここに記載した補償システムは、図３に図解される波形の形状または過度の遅延時間に限定されない。

信号検出器１１６により発生された相関パルスの幅（Ｗ）と、到着時刻の測定における誤差量との間に関数関係が存在することが判断された。すなわち、信号検出器により発生される相関パルスの幅は、マルチパス効果による到着時刻信号における誤差量に関数的に関係づけることができる。パルス幅Ｗと遅延誤差との間の関数関係が関数ｆ（Ｗ）により特徴づけられてもよい。図４は実際に測定された距離が一般的な到着時刻技術により計算された距離と比較された現場実験に基づいた関数ｆ（Ｗ）を図解する。留意すべきは、２チップより大きいパルス幅に対する曲線の急激な変化は、２より大きい幅に対する相対的に少数のサンプル値の結果であるかもしれないという点である。しかしながら、図４のグラフはパルス幅と遅延誤差との間の関係を明瞭に示している。

信号解析器１２０（図２参照）は信号検出器１１６により発生された相関パルスの幅Ｗを計算し、関数ｆ（Ｗ）を適用し、ＴＯＡ測定における誤差量を決定する。

相関パルスの幅を測定することができる多数の異なる技術があるけれども、一例をここに記載する。システム１００は、相関パルスを二次方程式としてモデル化し、３つの測定値を利用して二次方程式の係数を決定する。３つの測定値は相関パルスから選択されたデータポイントであり、最大値を有するデータポイントおよびその最大値のいずれかの側のデータポイントを含む。これは、以下の式（１）に示される。

但し、νは相関関数（ｙ（ｋ））の最大値およびその２つの隣接値である。二次関数は以下に示される。

この式は、係数ａ、ｂ、およびｃを有する一般的な二次方程式であり、ｙは相関パルスの振幅であり、およびｘは（この例においてチップで測定された）時間である。

以下の式（３）により表されるように、一次方程式を用いて、および式（２）のｘの代わりに異なる値を用いて、係数ａ、ｂ、およびｃの値を計算することが可能である。

但し、データポイントｘ＝−１、０、１のおのおのにおけるｙの値が測定され、係数ａ、ｂ、およびｃの値は、式（３）のマトリクスを用いて決定される。これにより、パルス幅Ｗを決定することができる。測定の一貫性のために、システム１００は、ピーク値から距離Ｄだけ下がった点における相関パルスの幅を計算する。これは、以下の式（４）で表される。

但し、maxはパルスの最大値であり、Ｄは最大値の所定のパーセンテージである。一実施形態において、パルス幅測定はＤ＝０．０１の値に対して実行される。すなわち、相関パルス幅Ｗは、ｙ＝０．０１に最大値を掛けたポイントにおいて決定される。対数尺においては、これは、ピーク値から２０デシベル（ｄＢ）下がった（すなわち、−２０ｄＢ）ポイントにおけるパルスの幅に相当する。−２０ｄＢの値は、一貫した結果を生成するために選択された。しかしながら、当業者は、このシステム１００を用いて、他の値も満足がいくように使用してもよいことを理解するであろう。この発明は、相関パルス幅が測定される特定の技術により限定されない。

相関パルス幅は以下の式（５）により表すようにしてもよい。

ただし、すべての用語は以前に定義されている。

システム１００は、関数ｆ（Ｗ）を補正データテーブル１２２（図２参照）の形態で実施する。補正データテーブル１２２はスタンドアロン装置またはメモリ１０４の一部であってもよい。補正データテーブル１２２は、なんらかの便宜的な様式のデータ構造を用いて容易に実施してもよい。多数のデータ構造が技術的に知られており、満足のいくように使用することができる。データ構造の特定の様式は、補正データテーブル１２２の満足のできる実施に対して重要ではない。一般に、パルス幅Ｗはデータ値として補正データテーブル１２２に入力され、遅延誤差が、補正データテーブル１２２から出力として発生される。

他の実施において、関数ｆ（Ｗ）は、補正データテーブル１２２を用いた実施よりも数学関数として実施してもよい。数学の方程式は容易に導き出せ、パルス幅Ｗのための値は、変数として式の中に挿入される。この実施形態において、数学の方程式は、メモリ１０４のようなデータ構造に記憶される。

上述した現場測定に基づいて、１００メートル未満の誤差を有する測定の回数は補正データテーブル１２２からの補正因子を適用した後１０％だけ増加されたことが発見された。従って、システム１００はマルチパス信号が存在する場合に位置決定技術の精度を確実に改良することができる。

上述したように、位置決定のための現在のＣＤＭＡ標準、ＩＳ−８０１は子局、または基幹施設（例えば、送信器１４）に関連するＰＤＥにより実行される位置測定を提供する。後者の実施において、現在のＣＤＭＡ標準（すなわち、ＩＳ−８０１）は、パルス幅Ｗの値を、一例として、送信器１４（図１参照）に関連するＰＤＥに送信するための対策を含まない。従って、例示実施形態において、システム１００は、計算されたＴＯＡ遅延距離から補正値を減算し、それによりＰＤＥに送信され戻されたデータの補償を供給する。上述した、表１の例を用いて、３つの送信ＰＮオフセットの数字と距離測定が決定され、信号解析器１２０は各送信器に関連するパルス幅Ｗに基づいて各測定のための補正因子（すなわち遅延誤差）を計算する。例えば、図３の波形（Ｂ）に示される最初の相関パルスは幅がほぼ１．３チップである。これは、図４に示した関数ｆ（Ｗ）を用いてほぼ１００メートルの誤差に相当する。信号解析器１２０は補正されていない到着時刻に基づいて計算された距離値から１００メートルを自動的に減算する。例えば、１，５００メートルの遅延を有するＰＮ４２５は対応するパルス幅が１．３チップなので、１，４００メートルに補正されるであろう。上述したように、信号解析器１２０はパルス幅を用いて各遅延を自動的に調節し、補正されたデータを送信器１４に関連するＰＤＥに送信する。従って、マルチパス送信の効果を明らかにするために、ＰＤＥは、補償がすでになされたデータを受信する。

他の実施の形態において、子局自体はＰＤＥであってもよい。この場合、信号解析器１２０は上述した方法で自動的に遅延を調節し、周知の地理計算を用いて距離を計算し、システム１００と種々の送信器（例えば、送信器１２−１６）との間の距離を決定する。この実施の形態において、システム１００には、種々の送信器の位置に関する情報、およびＰＮコードを補正送信器と関連可能にするための識別データが供給されなければならない。さらに、他の実施の形態において、パルス幅データは一例として送信器１４に関連するＰＤＥに直接送信し、ＰＤＥが子局の位置を計算する前に補償調節を実行してもよい。従って、システム１００はＰＤＥの位置またはＰＤＥに供給されるデータの種類に限定されない。例えば、送信器１４に関連するＰＤＥにはパルス幅データを供給することができ、またはマルチパス信号の効果に対してすでに補償された遅延データを供給することができる。

さらに他の代わりの実施形態において、マルチパス効果を補償するために他の手段を用いても良い。例えば、信号強度は、また遅延誤差と関数関係を有することを実証することができる。この実施形態において、信号解析器１２０は信号検出器１１６からパイロット強度表示（Ｅｃ／Ｉｏ）を受信する。パイロット強度信号表示は、受信器１１０（Ｉｏ）により受信される合計電力スペクトル密度により分割されたＰＮチップ（Ｅｃ）あたりのパイロットエネルギーの尺度である。図５はパイロット信号強度に対する過度の遅延のプロットである。図５の表からわかるように、より低いパイロット強度信号は時々過度の遅延（すなわち、誤差）を示す。従って、過度の遅延をパイロット信号強度に関連づける関数を作ることができる。このデータは補正データテーブル１２２（図２参照）の形態で記憶し、上述した方法で使用してもよい。あるいは、数学関数をシステム１００に記憶し、信号解析器１２０により処理してもよい。さらに、他の実施の形態において、選択基準の組合せを用いて過度の遅延を決定してもよい。例えば、パルス幅Ｗとパイロット強度表示（Ｅｃ／Ｉｏ）の組合せを用いて過度の遅延を決定してもよい。

システム１００の動作が図６および図７のフローチャートに示される。開始２００においてシステム１００には電力が供給されており、送信器１２乃至１６のような送信器からデータを受信することができる。判断２０２において、システム１００は、最初の相関パルスが信号検出器１１６により発生されるかどうか判断する。技術的に知られているように、および簡単に上述したように、信号検出器１１６は、送信されたＰＮコードを探索する一般的なＣＤＭＡ子局の一部である。ＰＮコードが検出されると、信号検出器１１６は相関パルスを発生する。パルスが検出されないと、判断２０２の結果はＮＯであり、システムは判断２０２に戻り、相関パルスの検出を待つ。最初のＰＮコードが検出され、最初の相関パルスが発生されると、判断２０２の結果はＹＥＳであり、ステップ２０４において、システムは送信器に関連するＰＮ番号を記録し、遅延時間をゼロに設定する。判断２０６において、システム１００はさらなる送信器からのＰＮコードの検出を待つ。さらなる相関パルスが発生されないなら、判断２０６の結果はＮＯであり、システムは位置２０６に戻り、さらなる送信器からのＰＮコードの検出を待つ。さらなる送信器（例えば、送信器１４および１６）からのＰＮコードが検出されると、信号検出器１１６は相関パルスを発生し、判断２０６の結果はＹＥＳである。

相関パルスが発生されるたびに、システム１００はステップ２１０において、ＰＮ番号と、相関パルスの発生における遅延時間を記録する。ステップ２１２において、システム１００はＰＮタイムスロット遅延による遅延を減算する。残りの遅延は伝搬遅延にのみ起因する。以前に言及したように、システム１００は少なくとも３つの異なる送信器からＰＮコードを検出しなければならない。これは地上送信器（例えば、送信器１２乃至１６）の組み合わせてもよいし、１つ以上のＧＰＳ衛星（図示せず）を含んでいても良い。従って、システム１００が３つのＰＮ番号および関連する遅延時間を有するように、判断２０６、ステップ２１０、およびステップ２１２は反復されるであろう。図７に示すステップ２１４において、システム１００は信号検出器１１６により発生された相関パルスのパルス幅Ｗを計算する。ステップ２１６において、システム１００は遅延時間を補正するためにｆ（Ｗ）を適用する。上述したように、遅延時間を計算するために、システム１００は数学ｆ（Ｗ）を直接適用してもよい。あるいは、システム１００は補正データテーブル１２２を用いてパルス幅Ｗに基づいて遅延時間のための補正因子を探しても良い。あるいは、ステップ２１４および２１６は、信号検出器１１６からの（Ｅｃ／Ｉｏ）のような信号強度の計算と交換してもよく、遅延時間を補正するために（Ｅｃ／Ｉｏ）の関数ｆを適用してもよい。選択された基準とマルチパス効果により生じた遅延時間誤差との間に相関があるなら、ＲＭＳ信号強度、または他の基準のようなさらに他の尺度も用いても良い。

どのような補正手法が取られても、ステップ２１６において、補正された遅延時間を発生するために関数は、測定された遅延時間に適用される。ステップ２１８において、システム１００は補正された遅延時間が計算された送信器の位置を決定する。ステップ２２０において、ＰＤＥは子局１０の位置を計算し、ステップ２２２において、子局の位置が決定されて処理を終了する。位置決定の精度が増加するのは、マルチパス効果の悪影響の減少による。

上述したように、子局に種々の送信器の正確な位置が与えられることを条件として、ＰＤＥを子局自体内に実現してもよい。現在の遠隔通信標準の下では、この情報は子局には供給されず、種々の基地局に供給される。ＰＤＥが基地局（例えば、送信器１２）に関連しているなら、子局は検出されたＰＮ番号と遅延時間を送信器１２に関連するＰＤＥに送信する。遅延時間は、測定された遅延時間と補正因子を含めても良いし、あるいは補正された遅延時間のみを含んでいても良い。さらに、他の代替実施形態において、ＰＤＥ内において、補正因子の計算を行なうことができるように、システム１００は一例として送信器１２に関連するＰＤＥに、測定されたパルス幅を送信するようにしてもよい。この発明は、補正因子が計算され、測定された遅延時間に適用される位置によって限定されないし、ＰＤＥの位置に限定されない。

従って、システム１００は、実効的なマルチパス誤差を軽減することができ、子局１０の位置のより正確な決定を可能にする技術を供給する。緊急サービスがユーザにより必要であるなら、そのように精度を高めることは、子局の位置を求めるのに重要であり得る。

この発明の種々の実施の形態および利点について、上記記載において述べたが、上記開示は例示に過ぎず、詳細に変更が可能であり、しかもこの発明の広い範囲内にある。それゆえ、この発明は添付されたクレームによってのみ限定される。

図１は送信源と子局との間の複数の受信経路を図解する。 図２はこの発明を実施するシステムの機能ブロック図である。 図３は図２のシステムにより発生される補正信号を図解する波形図である。 図４は相関ピーク幅と距離誤差との間の関数関係を図解するグラフである。 図５は電力測定と距離誤差との間の関数関係を図解するグラフである。 図６はこの発明の動作を図解するフローチャートの一部である。 図７はこの発明の動作を図解するフローチャートの残りの部分である。

Claims (26)

1. 下記を具備する、遠隔通信装置において、マルチパス誤差の補正のためのシステム：
   遠隔通信信号を検出することができ、その結果として検出された電気信号を発生することができるアンテナ；
   前記アンテナに接続され、前記検出された電気信号を受信する受信器；
   前記受信された信号を解析し、前記受信された信号が記憶された基準信号と一致するとき相関パルスを発生するエネルギー検出器、前記相関パルスは、複数の係数を有する二次方程式としてモデル化され、前記係数は所定の時刻に前記相関パルスの振幅値により決定される；
   前記相関パルスの到着時刻を決定するためのタイマ；
   前記モデル化された相関パルスのパルス幅を計算し、前記パルス幅に基づいて補正因子を前記到着時刻に適用する解析器。
2. 前記解析器は前記到着時刻を遅延時間に変換し、前記補正因子は前記遅延時間に適用された時間遅延補正因子である請求項１のシステム。
3. 前記解析器は到着時刻を距離測定に変換し、前記補正因子は前記距離測定に適用された距離遅延補正因子である、請求項１のシステム。
4. 前記解析器は到着時刻を距離測定に変換し、前記補正因子は前記距離測定に適用された距離遅延補正因子である、請求項１のシステム。
5. パルス幅を補正因子に関連づけるための数学関数を記憶するためのデータ構造をさらに具備し、前記解析器は前記パルス幅および前記数学関数を用いて前記補正因子を計算する、請求項１のシステム。
6. 下記を具備する、遠隔通信位置決定システムにおいてマルチパス誤差の補正のためのシステム：
   受信器から未知の距離に位置する遠隔送信器から送信されたデータを受信するための受信器；および
   前記受信されたデータに関連するデータを解析し、前記受信器の位置に関連する位置データを発生する解析器であって、前記解析器はさらに測定された信号基準に基づいて補正因子を計算し、補正された位置データを発生する解析器とを備え；
   前記受信されたデータが記憶されたデータパターンに相関しているとき、前記受信器は相関パルスを発生し、前記信号基準は、前記相関パルスのパルス幅であり；
   前記解析器は、前記相関パルスを複数の係数を有する二次方程式としてモデル化し、前記係数は、所定の時刻における前記相関パルスの振幅値により決定される。
7. 前記補正された位置データおよび前記遠隔送信器の周知の位置に基づいて前記受信器の位置を決定するための位置決定エンティティをさらに具備する、請求項６のシステム。
8. 前記位置データは、前記受信器により受信されたデータの到着時刻に基づく、請求項６のシステム。
9. 前記到着時刻は遅延時間として計算され、前記補正因子は時間遅延補正である、請求項８のシステム。
10. 前記信号解析器は前記モデル化された相関パルスの最大振幅を計算し、最大振幅以下の所定のレベルで前記パルス幅を測定する、請求項６のシステム。
11. 前記受信器は信号強度表示を発生し、前記信号基準は信号強度表示である、請求項６のシステム。
12. 前記受信器は、８００ＭＨｚ帯域で動作する携帯電話の一部であり、前記解析器は、前記８００ＭＨｚ帯域において、前記遠隔送信器から送信されたデータの到着時刻に基づいて前記位置データを計算する、請求項６のシステム。
13. 前記受信器は、１９００ＭＨｚ帯域で動作するパーソナル通信システム電話の一部であり、前記解析器は、１９００ＭＨｚ帯域において、前記遠隔送信器から送信されたデータの到着時刻に基づいて前記位置データを計算する、請求項６のシステム。
14. 前記遠隔送信器は全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星であり、前記受信器は前記ＧＰＳ衛生から前記データ信号を受信し、前記解析器は、前記ＧＰＳ衛星から送信されたデータの到着時刻に基づいて前記位置データを計算する、請求項６のシステム。
15. 前記受信器は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）電話の一部であり、前記解析器は、前記８００ＭＨｚ帯域において、前記遠隔送信器から送信されたデータの到着時刻に基づいて、前記位置データを計算する、請求項６のシステム。
16. 信号基準を補正因子に関連づけるためのデータを記憶するデータ構造をさらに具備し、前記解析器は、前記データ構造への入力として前記選択された基準の尺度を供給し、前記選択された基準の尺度に関連して記憶された補正因子を検索する、請求項６のシステム。
17. 信号基準を補正因子に関連づける数学関数を記憶するためのデータ構造をさらに具備し、前記解析器は、前記選択された基準および前記数学関数を用いて前記補正因子を計算する、請求項６のシステム。
18. 下記を具備する、遠隔通信装置位置決定システムにおいてマルチパス誤差の補正のための方法：
    受信器からの未知の距離に位置する遠隔送信器から送信されたデータを受信するための受信器を用いる；
    前記受信されたデータに関連するデータを解析し、前記受信器の位置に関連する位置データを発生する、相関パルスを発生することと、複数の係数を有する二次方程式として前記相関パルスをモデル化することであって、前記係数は所定の時刻における前記振幅値により決定されることとを含むことと、；および
    パルス幅を含む測定された信号基準に基づいて補正因子を計算し、補正された位置データを発生する。
19. 前記補正された位置データおよび前記遠隔送信器の周知の位置に基づいて前記受信器の前記位置を計算することをさらに具備する、請求項１８の方法。
20. 前記位置データは前記受信されたデータの到着時刻に基づく、請求項１８の方法。
21. 前記受信されたデータが記憶されたデータパターンに相関されるとき、相関パルスを発生することをさらに具備し、前記信号基準は、前記相関パルスのパルス幅である、請求項１８の方法。
22. 前記モデル化された相関パルスの最大値を計算し、最大振幅以下の所定のレベルで前記パルス幅を測定することをさらに具備する、請求項１８の方法。
23. 信号強度表示を発生することをさらに具備し、前記信号基準は信号強度表示である、請求項１８の方法。
24. 前記遠隔送信器は全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星であり、前記受信器はＧＰＳ衛星からのデータ信号を受信し、前記位置データを計算することは、前記ＧＰＳ衛星から送信されたデータの到着時刻に基づく、請求項１８の方法。
25. 信号基準を補正因子に関連づけるデータをあらかじめ記憶することをさらに具備し、前記補正因子を計算することは、前記選択された基準に関連して記憶された前記補正因子を検索することを具備する、請求項１８の方法。
26. 信号基準を補正因子に関連づける数学関数を記憶することをさらに具備し、前記補正因子を計算することは前記選択された基準および前記数学関数を使用する、請求項１８の方法。

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