JP4059626B2 - 時間差測定方法及び無線システム - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、少なくとも２つのベースステーションと、ターミナルとを備え、ベースステーションの観察時間差ＯＴＤを測定しそして幾何学的な時間差ＧＴＤを計算する無線システムに使用される時間差測定方法に係る。
【０００２】
【背景技術】
既知の無線システムでは、送信器から受信器へ送られる信号のタイミングを、特にターミナルを位置決めする目的で測定することができる。ベースステーションの信号を測定することに基づくターミナル位置決めシステムでは、ターミナルが、少なくとも２つの、又は好ましくは少なくとも３つの、ベースステーション対の信号の到着に対する観察時間差ＯＴＤを測定する。これらベースステーションが同期して送信し、即ち同じ信号が同時にこれらベースステーションを離れると仮定することにより、２つのベースステーションから到達する信号の受信における観察時間差は、それらベースステーションの距離に対応し、即ち観察時間差は、幾何学的時間差ＧＴＤである。この場合に、ベースステーションの位置は、通常固定で且つ既知であるから、信号伝播時間の差によって双曲線を形成することができ、そしてターミナルは、測定に基づき双曲線の交点に位置するはずである。このような測定の欠点は、ベースステーションの送信が完全に同期しないことである。
【０００３】
ベースステーションの信号は、既知の位置をもつ時間差ユニットによって測定することができ、そしてベースステーションの送信の実時間差ＲＴＤを決定するのに使用できる。このＲＴＤは、更に、ターミナルがベースステーションの観察時間差ＯＴＤを測定するときにも使用できる。というのは、ベースステーションの実時間差ＲＴＤは、ターミナルにより測定された観察時間差ＯＴＤから減算できるからである。しかしながら、ターミナルにより測定された観察時間差ＯＴＤと、時間差ユニットにより測定されたベースステーションの実時間差ＲＴＤは、例えば、データ送信チャンネルにより生じる遅延のために異なる時間に測定されるので、幾何学的時間差ＧＴＤの測定は依然としてエラーを含み、ターミナルの位置決定に不正確さをもたらす。
【０００４】
【発明の開示】
従って、本発明の目的は、時間差の精度に関連した上記問題を解消する時間差測定方法及びこの方法を実施する無線システムを提供することである。
これは、冒頭で述べた形式の方法において、測定された実時間差ＲＴＤの発生の瞬間をベースステーションの実時間差ＲＴＤに結び付けることにより、ベースステーションの実時間差ＲＴＤを観察時間差ＯＴＤ及び幾何学的時間差ＧＴＤによって時間の関数として形成することを特徴とする方法により達成される。
【０００５】
又、本発明は、少なくとも２つのベースステーションと、ターミナルと、ベースステーションの観察時間差ＯＴＤを測定するように構成された時間差ユニットと、この時間差ユニットがその測定情報を送信するところの時間差センターとを備え、そしてベースステーションの幾何学時間差ＧＴＤに関する情報が得られる無線システムにも係る。この無線システムは、時間差センターが、観察時間差ＯＴＤ及び計算された幾何学的時間差ＧＴＤを使用することによりベースステーションの実時間差ＲＴＤを時間の関数として形成するように構成され、時間差センターが実時間差ＲＴＤの発生の瞬間を実時間差ＲＴＤに結び付けるよう構成されたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の方法及びシステムは、多数の効果を発揮する。ターミナルにより測定される観察時間差ＯＴＤ及び実時間差ＲＴＤの測定を時間的に一致させることにより、実時間差ＲＴＤにより生じるエラーを減少することができる。従って、公知技術に比してターミナルをより正確に位置決めすることができる。
【０００７】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、ＧＳＭ無線システムのような本発明の無線システムを示すが、これに限定されるものではない。この無線システムは、ベースステーション１００−１０４と、時間差ユニット１０６−１１０と、時間差センター１１２と、ターミナル１１４、１１６とを備えている。時間差ユニット１０６−１１０は、通常、不動の受信器であり、ベースステーション１００−１０４の送信を聴取しそしてベースステーションの観察時間差を測定する。観察時間差ＯＴＤは、次の式（１）に基づき実時間差ＲＴＤ及び幾何学的時間差ＧＴＤから形成される。
（１） ＯＴＤ＝ＲＴＤ＋ＧＴＤ
実時間差は、ベースステーション１００−１０４の動作の間違ったタイミングから生じる。ベースステーション１００−１０４が完全に同期して動作する場合には、実時間差ＲＴＤはゼロとなる。幾何学的時間差ＧＴＤは、ベースステーション１００−１０４と、時間差ユニット１０６−１１０との間の距離から生じる。ベースステーション１００−１０４及び時間差ユニット１０６−１１０の位置は既知であるから、幾何学的時間差ＧＴＤは、理論的には一度計算すればよく又は実際の測定に基づいてもよく、この際に、例えば、時間差センター１１２には常に同じ結果が得られる。時間差センター１１２は、時間差ユニット１０６−１１０により測定された観察時間差ＯＴＤを受け取り、そして各ベースステーション対１００−１０４の実時間差ＲＴＤを減算により形成する。又、時間差センター１１２は、実時間差の発生の瞬間、おそらくは、測定時間等を、形成された各実時間差ＲＴＤに結び付ける。これは、ベースステーション１００−１０４の実時間差ＲＴＤの情報を特定すると同時に、公知技術に比して、実時間差ＲＴＤにより形成される他の情報を特定することもできる。発生の瞬間を決定するときには、時間差センター１１２は、時間差ユニット１０６−１１０における観察時間差ＯＴＤの発生を利用することもでき、この場合に、時間差ユニット１０６−１１０は、観察時間差ＯＴＤ及び測定時間を時間差センター１１２に通知する。
【０００８】
時間差ユニット１０６−１１０は、ベースステーション１００−１０４のアンテナと直接通信できるようにセルに配置されるのが好ましい。セルは、１つ以上の時間差ユニット１０６−１１０を含んでもよい。時間差ユニット１０６−１１０のアンテナ（１つ又は複数）は、無指向性であっても指向性であってもよく、これにより、時間差ユニット１０６−１１０は、デジタル広帯域受信器を使用することによりベースステーション１００−１０４の全ての送信を聴取する。
【０００９】
時間差センター１１２は、通常、ターミナル１１４、１１６の位置的な中心でもあり、移動サービス交換センター（図１には示さず）に配置されるのが好ましい。時間差センター１１２は、時間差ユニットを制御する。その結果、時間差ユニット１０６−１１０及び時間差センター１１２は、実時間差ＲＴＤ決定システムを形成し、そして実際の位置測定を行う位置決めセンター及びユニット（例えば、ターミナル、ベースステーション、又は時間差ユニット（ベースステーションに加えてターミナルからの送信も受信できる））を伴うシステムは、ターミナル１１４−１１６に対する位置決めシステムを形成できる。この位置決めシステムは、ベースステーションの実時間差を利用することができ、この位置決めシステムは、各加入者ターミナル１１４、１１６により測定されたベースステーション１００−１０４の観察時間差ＯＴＤを利用し、そして位置決めシステム、好ましくは、時間差センター１１２は、実時間差ＲＴＤを観察時間差ＯＴＤから減算して、ターミナル１１４、１１６の幾何学的時間差ＧＴＤを形成することができる。位置決めシステムが、ベースステーション１００−１０４の少なくとも２つに関連した幾何学的時間差ＧＴＤを知ると、公知技術に基づき、ベースステーション１００−１０４の位置座標及び幾何学的時間差ＧＴＤにより、加入者ターミナル１１４、１１６の位置座標を決定することができる。
【００１０】
時間差ユニット１０６−１１０は、特定のクロック１２０を備えているのが好ましく、これにより、時間差ユニット１０６−１１０は、観察時間差ＯＴＤを測定するように構成される。時間差ユニットのクロック１２０が充分な精度で同期する場合には、測定時間を、各観察時間差測定値ＯＴＤに結び付けることができる。クロック１２０に代わって又はそれに加えて、無線システムにフレーム番号を使用できるのが好ましく、時間差ユニット１０６−１１０は、フレーム番号により測定値にタイムスタンプを押すことができる。又、無線システムにおいて、例えば制御チャンネルに時間情報を送信することもでき、この際に、時間差ユニット１０６−１１０は、その時間情報により測定値にタイムスタンプを押すことができる。
【００１１】
図２は、時間差センター１１２により行なわれた典型的な一連の測定を示すグラフである。時間差センター１１２は、測定された実時間差ＲＴＤにより、測定時間以外のときにベースステーション１００−１０４の実時間差ＲＴＤの振舞いを内挿及び外挿する。実時間差ＲＴＤ結果の処理は効果的に行うことができる。というのは、各実時間差ＲＴＤ結果が所与の時間とで対を形成するからである。換言すれば、実時間差ＲＴＤの測定は、時間の関数として行なわれ、それ故、時間に結びつかずに１組の実時間差ＲＴＤ結果を形成することはない。白いドット２００は、測定ポイント２０２と２０４との間の実時間差ＲＴＤの内挿値を示している。白い方形２０８は、時間窓の最後の測定ポイント２０６の後における実時間差ＲＴＤの外挿値を表している。又、時間差センター１１２は、測定された実時間差ＲＴＤを所定の時間窓においてフィルタしそして平均化するのが好ましい。これは、実時間差ＲＴＤの測定結果が時間の関数であることによってのみ可能となる。破線は、時間の関数としての実時間差ＲＴＤの平均値を表し、そしてこれは、良く知られたように、直線で表すことのできる最小２乗和として計算できる。ターミナルの位置決めシステムは、最も近い発生の瞬間をもつベースステーション１００−１０４の測定された実時間差ＲＴＤを使用してもよいし、或いは実時間差ＲＴＤの内挿又は外挿された値を使用してもよい。
【００１２】
図３Ａにおいて、ベースステーション１００−１０４の実時間差ＲＴＤは、時間の関数としてゆっくり変化する。この場合に、時間差ユニット１０６−１１０は、実時間差ＲＴＤを規則的にしかも比較的時々測定すればよい。図３Ａにおいて、２つの矢印は、測定時間を示している。図３Ｂでは、ベースステーション１００−１０４の実時間差が時間の関数として急激に変化する。この場合に、時間差ユニット１０６−１１０は、実時間差ＲＴＤを不規則に、そして少なくとも、あるときは、頻繁に測定しなければならない。図３Ｂにおいて、矢印は測定時間を示す。時間差センター１１２は、その測定に基づき、いかに頻繁にそしていかに規則的に時間差ユニット１０６−１１０が各ベースステーション１００−１０４を測定するか判断する。測定の頻度は、例えば、実時間差ＲＴＤの平均値が変化する割合に基づく。測定の頻度を変更できることにより、測定結果をシグナリングする必要性、ひいては、無線システムのシグナリング負荷が減少される。
【００１３】
ＧＳＭ無線システムでは、時間差センター１１２は、実時間差情報及び時間差の発生の瞬間に関する情報を、例えば、ショートメッセージにおいて、その情報を必要とするネットワーク要素に送信することができる。時間差情報に加えて、又はそれに代わって、メッセージは、ターミナル１１４、１１６の位置に関する情報を含んでもよい。本発明の解決策では、時間差ユニット１０６−１１０及び時間差センター１１２は、例えば、ベースステーションに関連して所望のやり方で無線システムに配置することができる。時間差センター１１２の機能は、少なくともある程度は、時間差ユニット１０６−１１０に分配することができる。
添付図面の例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、請求の範囲に記載する本発明の考え方の中で種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 無線システムを示す図である。
【図２】 ベースステーションの実時間差の変化を時間の関数として示す図である。
【図３】 ベースステーションの実時間差のゆっくりした変化を時間の関数として示すと共に、測定が必要なときを示す図である。
【図４】 ベースステーションの実時間差の急激な変化を時間の関数として示すと共に、測定が必要なときを示す図である。

Claims (24)

1. 少なくとも２つのベースステーションとターミナルを備える無線システムで使用される、前記少なくとも２つのベースステーションの動作タイミングの同期の差である実時間差の測定方法であって、前記無線システムでは、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信された信号の受信時間の差である観察時間差が測定され、また、前記少なくとも２つのベースステーションと時間差ユニットとの間の距離の差から生じる、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信された信号の受信時間の差である幾何学的時間差が利用可能であり、
   前記少なくとも２つのベースステーションから信号を送信し、
   該送信された信号を受信し、
   該受信された信号の観察時間差を前記時間差ユニットによって測定し、
   前記受信された信号の実時間差を前記観察時間差と前記幾何学的時間差から形成し、前記時間差ユニットによって各実時間差にこれら各実時間差の発生の瞬間を結びつけること、
   を特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、更に、
   前記少なくとも２つのベースステーションによって送信された信号を受信するために加入者ターミナルを使用し、
   前記加入者ターミナルを使用して、前記受信された信号の観察時間差を測定し、
   前記加入者ターミナルの位置を決定するために、前記実時間差を該実時間差に時間的に対応する前記観察時間差から減算して、幾何学的時間差を形成する方法。
3. 前記無線システムは、少なくとも１つの時間差ユニットと時間差センターとを備え、前記時間差ユニットは、前記観察時間差を測定し、この観察時間差を前記時間差センターへ送信するものであり、前記時間差センターは、前記観察時間差と前記幾何学的時間差から前記実時間差を形成するものであり、前記時間差センターは、前記実時間差により、実時間差の振舞いを、発生の瞬間以外の時間に内挿及び外挿する請求項１に記載の方法。
4. 前記時間差ユニットは、クロックを備え、前記実時間差と該実時間差の発生の瞬間を測定する請求項３に記載の方法。
5. 前記時間差センターは、前記実時間差を所定の時間窓においてフィルタし及び平均化する請求項３に記載の方法。
6. 前記時間差センターは、前記時間差ユニットによる前記観察時間差の測定の頻度を前記実時間差の平均値が変化する割合に基づいて制御する請求項３に記載の方法。
7. ＧＳＭ無線システムにおいて、前記時間差センターは、前記実時間差、前記実時間差の発生の瞬間、及び／又は、前記加入者ターミナルの位置を、ショートメッセージにおいて送信する請求項２に記載の方法。
8. 無線システムにおいて、送信はフレームで行ない、前記実時間差の発生の瞬間は、タイミングどりを行うフレーム番号を参照してなされる請求項１に記載の方法。
9. 無線システムにおいて、タイミング情報を制御チャンネルに送信し、該タイミング情報は、前記時間差ユニットによって、前記実時間差を測定し且つ前記実時間差の発生の瞬間を決定するために使用される請求項８に記載の方法。
10. 前記実時間差は、所定の間隔で測定される請求項１に記載の方法。
11. 前記加入者ターミナルの位置の決定には、前記加入者ターミナルによって測定された観察時間差との関係で最も近い発生の瞬間を有する実時間差が使用される請求項２に記載の方法。
12. 少なくとも２つのベースステーションと加入者ターミナルと、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信されたベースステーション信号を受信してこれらの受信時間の差である観察時間差を測定するように構成された時間差ユニットと、前記時間差ユニットが前記観察時間差に関するその測定情報を送信するところの時間差センターとを備えた、無線システムであって、前記時間差センターは、前記少なくとも２つのベースステーションと前記時間差ユニットとの間の距離の差から生じる、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信されたベースステーション信号の受信時間の差である幾何学的時間差に関しての利用可能な情報を有している、前記無線システムにおいて、
    前記時間差センターは、前記少なくとも２つのベースステーションの動作タイミングの同期の差である実時間差を、前記観察時間差と前記幾何学的時間差を使用することによって形成し、前記時間差ユニットが、各形成された実時間差にこれら各実時間差の発生の瞬間を結びつけることを特徴とする無線システム。
13. 前記無線システムは、更に、前記加入者ターミナルの位置決めシステムを備え、この位置決めシステムは、前記実時間差を利用するように構成され、前記加入者ターミナルは、前記ベースステーション信号間の観察時間差を測定するように構成され、そして前記位置決めシステムは、前記実時間差を前記観察時間差から減算して前記加入者ターミナルの幾何学的時間差を形成して前記加入者ターミナルの位置を決定するように構成される請求項１２に記載の無線システム。
14. 前記時間差ユニットは、クロックを備え、前記実時間差を測定する請求項１２に記載の無線システム。
15. 前記時間差センターは、前記実時間差により、実時間差の振舞いを発生の瞬間以外の時間に内挿及び外挿する請求項１２に記載の無線システム。
16. 前記時間差ユニットは、フレーム番号を使用して、前記実時間差の測定にタイムスタンプを押す請求項１２に記載の無線システム。
17. 前記無線システムは、時間情報を制御チャンネルに送信するように構成され、前記時間差ユニットは、前記時間情報を用いて前記実時間差の測定にタイムスタンプを押すように構成される請求項１２に記載の無線システム。
18. 前記時間差センターは、所定の間隔で前記実時間差を測定するように構成される請求項１２に記載の無線システム。
19. 前記時間差センターは、測定された実時間差を所定の時間窓においてフィルタし及び平均化するように構成される請求項１２に記載の無線システム。
20. 前記時間差センターは、前記時間差ユニットによる前記観察時間差の測定の頻度を前記実時間差の平均値が変化する割合に基づいて制御する請求項１２に記載の無線システム。
21. 前記無線システムは、ショートメッセージが送信されるＧＳＭ無線システムであり、そして前記時間差センターは、前記実時間差、前記実時間差に関連した発生の瞬間、及び／又は、前記加入者ターミナルの位置を含むショートメッセージを送信するように構成される請求項１３に記載の無線システム。
22. 前記加入者ターミナルの位置決めシステムは、前記加入者ターミナルによって測定された観察時間差との関係で時間的に最も近い前記実時間差を使用するように構成された請求項１３に記載の無線システム。
23. 少なくとも２つのベースステーションと加入者ターミナルと、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信されたベースステーション信号を受信してこれらの受信時間の差である観察時間差を測定するように構成された時間差ユニットを有している、無線システムにおける、時間差センターにおいて、
    該時間差センターは、前記時間差ユニットから前記観察時間差に関する情報を受信するように構成されており、前記時間差センターは、前記少なくとも２つのベースステーションと前記時間差ユニットとの間の距離の差から生じる、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信された信号の受信時間の差である幾何学的時間差に関しての利用可能な情報を有しており、前記時間差センターは、前記観察時間差と前記幾何学的時間差を使用することにより前記少なくとも２つのベースステーションの動作タイミングの同期の差である実時間差を形成するように構成されており、前記時間差ユニットが、各形成された実時間差にこれら各実時間差の発生の瞬間を結びつけることを特徴とする時間差センター。
24. 少なくとも２つのベースステーションと加入者ターミナルと、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信された信号の受信時間の差である観察時間差を測定するように構成された時間差ユニットと、前記少なくとも２つのベースステーションと前記時間差ユニットとの間の距離の差から生じる、前記少なくとも２つのベースステーションから同時に送信された信号の受信時間の差である幾何学的時間差に関しての利用可能な情報を有している時間差センターを有している、無線システムにおける、前記時間差ユニットにおいて、
    該時間差ユニットは、前記観察時間差に関するその測定情報を前記時間差センターへ送信し、該時間差センターは、前記観察時間差と前記幾何学的時間差を使用することにより前記少なくとも２つのベースステーションの動作タイミングの同期の差である実時間差を形成するように構成されており、前記時間差ユニットが、各形成された実時間差にこれら各実時間差の発生の瞬間を結びつけることを特徴とする時間差ユニット。

Images