JP4191573B2 - 測位方法、移動局及び基地局 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の基地局によって構成される移動通信システムにおいて、移動局の位置を測定する測位方法、及び、当該測位方法に用いて好適な移動局及び基地局に関する。
従来、複数の基地局によって構成されているセルラ式移動通信システムにおいて、移動局が、複数の基地局からの信号の到来時間(TOA:Time Of Arrival)又は到来時間差(TDOA:Time Difference Of Arrival)を測定することによって、当該移動局の位置を測定する測位方法が知られている。
また、セルラ式移動通信システムにおいて、複数の基地局が、移動局からの信号の到来時間又は到来時間差を測定することによって、当該移動局の位置を測定する測位方法が知られている。
かかるセルラ式移動通信システムにおける移動局の測位方法は、GPS(Global Positioning System)衛星を用いた移動局の測位方法と異なり、GPS衛星からの信号が受信できないような建物内や地下等においても有効な測位方法であり、今後より重要性が増してくるものと期待されている。
また、セルラ式移動通信システムでは、音声やデータを伝送するデータチャネルを復調するために、パイロットチャネルと呼ばれる参照信号が、データチャネルに多重されて伝送される構成が採用されている。ここで、パイロットチャネルは、送信側と受信側との間の伝搬路の状態を測定できるように、受信側で既知の送信パターンで送信される。
したがって、受信側は、既知の送信パターンで送信されたパイロットチャネルと受信信号内のパイロットチャネルとの相互相関を取ることによって、受信信号の受信タイミングを測定することができる。セルラ式移動通信システムでは、かかる原理を利用して、移動局の位置の測定が行われている。
Caffery,Jr及びJames.J著、「A new approach to the geometry of TOA location」、proc.of VTC Fall '2000、1943頁乃至1949頁、2000年9月 L.Cong及びW.Zhuang著、「Hybrid TDOA/AOA mobile user location for wideband CDMA cellular systems」、IEEE Transactions on Wireless Communications、439頁乃至447頁、2002年7月 L.Cong及びW.Zhuang著、「Non-line-of-sight error mitigation in TDOA mobile location」、GLOBECOM'01、680頁乃至684頁、2001年11月
一方、セルラ式移動通信システムでは、周波数利用効率の向上の観点から、距離が離れた場所で同一周波数を利用したり、第3世代移動通信システムであるW-CDMA方式のように、全ての場所において同一周波数を利用したりすることによって、システムに収容できるユーザ数、すなわち、システム容量を改善することが必須である。
かかるセルラ式移動通信システムでは、移動局で受信される基地局からの信号又は基地局で受信される移動局からの信号が微弱であり、また、周辺の同一周波数を利用する移動局又は基地局からの干渉の影響が大きく、信号対雑音干渉電力比(SINR:Signal-to-Noise plus Interference power Ratio)が劣化する場所が存在する。
従来のセルラ式移動通信システムにおける移動局の測位方法では、こうしたSINRが劣化している場所では、十分な測位精度が得られないという問題点があった。
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、実効的な信号のSINRを改善して測位精度を向上させることを可能とする測位方法、及び当該測位方法に用いて好適な移動局及び基地局を提供することを目的とする。
本発明の第1の特徴は、複数の基地局によって構成される移動通信システムにおいて、移動局の位置を測定する測位方法であって、パイロットチャネルと共に、データチャネルを用いて、前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定することによって、該移動局の位置を測定することを要旨とする。
かかる発明によれば、パイロットチャネルだけでなく、データチャネルも用いて、TOA又はTDOAを測定することによって、実効的なSINRを改善することができる。
本発明の第1の特徴において、前記データチャネルにおいて誤りが無い場合、該データチャネル及び前記パイロットチャネルを用いて前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定し、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記パイロットチャネルのみを用いて前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定するように構成されていてもよい。
かかる発明によれば、データチャネルの誤り検出結果に基づいて、データチャネルを利用するか否かについて判定するため、TOA又はTDOAの測定精度の改善に寄与する場合のみ、TOA又はTDOAの測定の際にデータチャネルを利用することができる。
換言すれば、データチャネルの受信品質が悪く、TOAやTDOAの測定精度を却って劣化させるような場合には、TOA又はTDOAの測定の際に、データチャネルを利用せず、パイロットチャネルのみを利用することができる。
この結果、送信側に何ら変更を加えることなく、すなわち、無線インターフェースに何ら変更を加えることなく、受信側の測位方法に関する部分の変更のみで、実効的なSINRを改善し、移動通信システムにおける測位精度を向上させることができる。
本発明の第1の特徴において、CRC符号を用いて、前記データチャネルにおいて誤りがあるか否かについて判定するように構成されていてもよい。
本発明の第2の特徴は、基地局から送信されたデータチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記基地局からの受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する第1の相関部と、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記基地局からの受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する第2の相関部と、第1の相関部及び第2の相関部で取得した相関値の和に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部とを具備する移動局であることを要旨とする。
本発明の第2の特徴において、前記基地局からの受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、前記受信タイミング計算部が、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第2の相関部で取得した相関値のみに基づいて、受信信号の受信タイミングを算出するように構成されていてもよい。
本発明の第3の特徴は、移動局から送信されたデータチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記移動局からの受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する第1の相関部と、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記移動局からの受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する第2の相関部と、第1の相関部及び第2の相関部で取得した相関値の和に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部とを具備する基地局であることを要旨とする。
本発明の第3の特徴において、前記移動局からの受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、前記受信タイミング計算部が、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第2の相関部で取得した相関値のみに基づいて、受信信号の受信タイミングを算出するように構成されていてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、実効的な信号のSINRを改善して測位精度を向上させることを可能とする測位方法、及び当該測位方法に用いて好適な移動局及び基地局を提供することができる。
(本発明の第1の実施形態に係る移動通信システム)
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態に係る移動通信システムについて説明する。図1は、本実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。
図1に示すように、本実施形態に係る移動通信システムは、複数の基地局BS1乃至BS3によって構成されている。基地局BS1乃至BS3は、それぞれ、セル1乃至セル3内に在圏する移動局との間の無線通信を管理するように構成されている。
図1の例では、移動局MSは、無線チャネルを介して、3つの基地局BS1乃至BS3からの信号を受信しており、3つの基地局BS1乃至BS3に対して信号を送信している。
本実施形態に係る移動通信システムでは、各基地局BS1乃至BS3と移動局MSとの間では、パイロットチャネルとデータチャネルと制御チャネルの3種類のチャネルが送受信されている。
パイロットチャネル(PICH)は、受信側における復調の際に、受信側と送信側との間の伝搬路を推定するために、受信側で既知の送信パターンで送信されるものである。
データチャネル(DCH)は、音声や画像等のユーザデータを伝送するためのものである。
制御チャネルは、基地局から移動局に対して無線通信に必要な様々な情報を通知するための報知情報や、発着信や移動局がセルを跨いで移動する際に無線通信する基地局を切り替えるハンドオーバ制御等のための制御情報を伝送するものである。
本明細書では、上述のデータチャネル及び制御チャネルを併せて「データチャネル」と呼ぶものとする。
本実施形態に係る移動通信システムでは、基地局を「送信側」、移動局を「受信側」として、当該移動局が、複数の基地局からの信号の受信タイミング(TOA又はTDOA)を測定することによって位置を測定するように構成されていてもよい。
また、本実施形態に係る移動通信システムでは、移動局を「送信側」、基地局を「受信側」として、複数の基地局が、当該移動局からの信号の受信タイミング(TOA又はTDOA)を測定することによって当該移動局の位置を測定するように構成されていてもよい。
図2に、本実施形態に係る移動通信システムにおいて、受信側(移動局又は基地局)に設けられている受信タイミング測定部10の機能ブロックを示す。
図2に示すように、受信タイミング測定部10は、データチャネル復調部11と、データチャネル送信パターン推定部12と、データチャネル相関器13と、パイロットチャネル相関器14と、加算器15と、受信タイミング計算部16とを具備している。
データチャネル復調部11は、送信側から送信された信号内のデータチャネルを復調し、復調結果をデータチャネル送信パターン推定部12に送信するものである。図3に、受信側における受信信号のフォーマットの一例を示す。
データチャネル送信パターン推定部12は、データチャネル復調部11からの復調結果から、送信側におけるデータチャネルの送信パターンを推定し、推定した送信パターンをデータチャネル相関器13に送信するものである。
データチャネル相関器13は、複数のタイミングで、データチャネル送信パターン推定部12から送信された送信パターンと、受信信号内のデータチャネルとの相関値(相互相関値)を取得する第1の相関部である。
パイロットチャネル相関器14は、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと、受信信号内のパイロットチャネルとの相関値(相互相関値)を取得する第2の相関部である。
加算部15は、各タイミングで、データチャネル相関器13で取得した相関値とパイロットチャネル相関器14で取得した相関値とを加算し、加算結果を受信タイミング計算部16に出力するものである。
受信タイミング計算部16は、加算部15からの出力に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出するものである。
例えば、受信タイミング計算部16は、加算部15からの出力である相関値が最大となるタイミングを、受信信号の受信タイミングとすることができる。また、受信タイミング計算部16は、加算部15からの出力である相関値が所定の閾値を上回るタイミングであり、かつ、時間的に最も早いタイミングを、受信信号の受信タイミングとすることができる。
なお、受信側が、移動局である場合、当該移動局は、基地局から送信された自局宛てのデータチャネルだけでなく、基地局から送信された他局宛てのデータチャネルを用いて、自局の位置の測定を行うように構成されていてもよい。
図4を参照して、本実施形態に係る移動通信システムにおいて、移動局が、複数の基地局からの信号の受信タイミングを測定することによって、自局の位置を測定する動作について説明する。
ステップ1001において、移動局は、各基地局からの信号を受信して、受信した信号内のデータチャネル及びパイロットチャネルを分離する。
ステップ1002において、移動局は、分離されたパイロットチャネルに基づいて、チャネル推定処理を行う。
ステップ1003において、移動局は、分離されたデータチャネルに対して、上述のチャネル推定結果に基づくチャネル補償処理及び復調処理を施す。
ステップ1004において、移動局は、復調結果から、基地局におけるデータチャネルの送信パターンを推定し、複数のタイミングで、推定された送信パターンと受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する。
ステップ1005において、移動局は、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと受信信号内のパイロットチャネルとの相関値を取得する。
ステップ1006において、移動局は、各タイミングで、データチャネルに係る相関値とパイロットチャネルに係る相関値とを加算する。
例えば、OFDM方式を用いた移動通信システム(各サブキャリアでQPSKが用いられている場合)では、ステップ1005及びステップ1006における相関値R(j)は、下式1によって算出される。
Figure 0004191573
ここで、ArI(i)は、基地局によって送信される信号のI成分の振幅であり、ArQ(i)は、基地局によって送信される信号のQ成分の振幅である。A(i)は、移動局における受信信号のI成分の振幅であり、A(i)は、受信局における受信信号のQ成分の振幅である。また、Nは、OFDMシンボル期間である。
ステップ1007において、移動局は、データチャネルに係る相関値とパイロットチャネルに係る相関値との和が最大となるタイミングを選択して、受信信号の受信タイミングとする。
図5を参照して、かかる原理について説明する。図5に示すように、相関値は、シンボルの先頭にピーク(最大値)が現れる。したがって、かかるピークが現れる時間が「TOA」となる。
ステップ1008において、移動局は、各基地局が信号を送信するタイミングを知っているため、上述の受信タイミングから、各基地局との間の距離を算出することができる。
ステップ1009において、移動局は、各基地局との間の距離に基づいて、局の位置を測定することができる。
本実施形態に係る移動通信システムによれば、パイロットチャネルだけでなく、データチャネルも用いて、受信信号の受信タイミング(TOA又はTDOA)を測定することによって、実効的なSINRを改善することができる。
(本発明の第2の実施形態に係る移動通信システム)
本発明に係る移動通信システムは、上述の第1の実施形態に限定されるものではなく、データチャネルにおいて誤りが無い場合、当該データチャネル及びパイロットチャネルを用いて複数の基地局と移動局との距離を測定し、データチャネルにおいて誤りがある場合、パイロットチャネルのみを用いて複数の基地局と移動局との距離を測定するように構成されていてもよい。
以下、本発明に係る移動通信システムについて、上述の第1の実施形態における移動通信システムとの相違点を主として説明する。
本実施形態に係る移動通信システムの受信側(移動局又は基地局)に設けられている受信タイミング測定部10は、図6に示すように、第1の実施形態に係る受信タイミング測定部10の構成に加えて、データチャネル誤り検出部17及びスイッチ18を具備している。
データチャネル誤り検出部17は、CRC(Cyclic Redundancy Check)符号を用いて、受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定するものである。かかる判定において、データチャネルに一般的に用いられているCRC符号を用いることは、新たな誤り検出のための付加的なビットをデータチャネルに付与する必要がないという利点がある。
スイッチ18は、データチャネル誤り検出部17によって、データチャネルにおいて誤りが無いと判定された場合のみ、当該データチャネルの送信パターンの推定結果を、データチャネル相関器13に送信するように制御される。
換言すると、スイッチ18は、データチャネル誤り検出部17によって、データチャネルにおいて誤りがあると判定された場合、当該データチャネルの送信パターンの推定結果を、データチャネル相関器13に送信しない。
図7の例では、CRC結果が「OK」であるデータチャネルA、C及びDの送信パターンは、データチャネル相関器13に送信されるが、CRC結果が「NG」であるデータチャネルBの送信パターンは、データチャネル相関器13に送信されない。
図8を参照して、本実施形態に係る移動通信システムにおいて、移動局が、複数の基地局からの信号の受信タイミングを測定することによって、自局の位置を測定する動作について説明する。
ステップ2001において、移動局は、各基地局からの信号を受信して、受信した信号内のデータチャネル及びパイロットチャネルを分離する。
ステップ2002において、移動局は、分離されたパイロットチャネルに基づいて、チャネル推定処理を行う。
ステップ2003において、移動局は、分離されたデータチャネルに対して、上述のチャネル推定結果に基づくチャネル補償処理及び復調処理を施す。
ステップ2004において、移動局は、CRC符号を用いて、データチャネルにおける誤りの有無を判定する。
データチャネルに誤りがあると判定された場合、当該データチャネルは、受信信号の受信タイミングの測定に用いられず、ステップ2005において、移動局が、当該データチャネルの再送要求を基地局に対して送信する。
一方、データチャネルに誤りが無いと判定された場合、ステップ2006において、移動局は、復調結果から、基地局におけるデータチャネルの送信パターンを推定し、複数のタイミングで、推定された送信パターンと受信信号内のデータチャネルとの相関値を取得する。
以下、ステップ2006乃至ステップ2011は、上述の第1の実施形態におけるステップ1004乃至ステップ1009の動作と同じである(図4参照)。
本実施形態に係る移動通信システムによれば、データチャネルの誤り検出結果に基づいて、データチャネルを利用するか否かについて判定するため、受信信号の受信タイミング(TOA又はTDOA)の測定精度の改善に寄与する場合のみ、受信信号の受信タイミング(TOA又はTDOA)の測定の際にデータチャネルを利用することができる。
換言すれば、データチャネルの受信品質が悪く、受信信号の受信タイミング(TOA又はTDOA)の測定精度を却って劣化させるような場合には、受信信号の受信タイミング(TOA又はTDOA)の測定の際に、データチャネルを利用せず、パイロットチャネルのみを利用することができる。
この結果、送信側(基地局)に何ら変更を加えることなく、すなわち、無線インターフェースに何ら変更を加えることなく、受信側(移動局)の測位方法に関する部分の変更のみで、実効的なSINRを改善し、移動通信システムにおける測位精度を向上させることができる。
本発明の第1の実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る移動局又は基地局に備えられた受信タイミング測定部の機能ブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る移動通信システムで送受信される信号フォーマットの一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る測位方法を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る移動通信システムにおいて最大相関値を算出する動作を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態に係る移動局又は基地局に備えられた受信タイミング測定部の機能ブロック図である。 本発明の第2の実施形態に係る移動通信システムで送受信される信号フォーマットの一例を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る測位方法を示すフローチャートである。
符号の説明
BS…基地局
MS…移動局
11…データチャネル復調部
12…データチャネル送信パターン推定部
13…データチャネル相関器
14…パイロットチャネル相関器
15…加算器
16…受信タイミング計算部
17…データチャネル誤り検出部
18…スイッチ

Claims (7)

  1. 複数の基地局によって構成される移動通信システムにおいて、移動局の位置を測定する測位方法であって、
    前記移動局が、各基地局からの受信信号内のデータチャネル及びパイロットチャネルを分離する工程と、
    前記移動局が、前記パイロットチャネルに基づいて、前記データチャネルに対する復調処理を行う工程と、
    前記移動局が、前記復調処理の結果から、前記データチャネルの送信パターンを推定する工程と、
    前記移動局が、複数のタイミングで、推定した前記送信パターンと前記受信信号内のデータチャネルとの間の第1相関値を取得する工程と、
    前記移動局が、複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記受信信号内のパイロットチャネルとの間の第2相関値を取得する工程と、
    前記移動局が、前記第1相関値と前記第2相関値との和に基づいて、前記受信信号の受信タイミングを取得する工程と、
    既知の送信タイミングと取得した前記受信タイミングとに基づいて、前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定することによって、該移動局の位置を測定する工程とを有することを特徴とする測位方法。
  2. 前記受信タイミングを取得する工程において、前記データチャネルにおいて誤りが無い場合、前記第1相関値と前記第2相関値との和に基づいて、前記受信信号の受信タイミングを取得し、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第2相関値のみに基づいて、前記受信信号の受信タイミングを取得することを特徴とする請求項1に記載の測位方法。
  3. CRC符号を用いて、前記データチャネルにおいて誤りがあるか否かについて判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の測位方法。
  4. 複数の基地局を具備する移動通信システムで用いられる移動局であって、
    各基地局からの受信信号内のデータチャネル及びパイロットチャネルを分離する分離部と、
    前記パイロットチャネルに基づいて、前記データチャネルに対する復調処理を行う復調処理部と、
    前記復調処理の結果から、前記データチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、
    複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記受信信号内のデータチャネルとの間の第1相関値を取得する第1の相関部と、
    複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記受信信号内のパイロットチャネルとの間の第2相関値を取得する第2の相関部と、
    前記第1相関値及び前記第2相関値の和に基づいて、前記受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部と、
    既知の送信タイミングと取得した前記受信タイミングとに基づいて、前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定することによって、該移動局の位置を測定する測定部とを具備することを特徴とする移動局。
  5. 前記受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、
    前記受信タイミング計算部は、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第2相関値のみに基づいて、前記受信信号の受信タイミングを算出することを特徴とする請求項4に記載の移動局。
  6. 複数の基地局を具備する移動通信システムにおける基地局であって、
    移動局からの受信信号内のデータチャネル及びパイロットチャネルを分離する分離部と、
    前記パイロットチャネルに基づいて、前記データチャネルに対する復調処理を行う復調処理部と、
    前記復調処理の結果から、前記データチャネルの送信パターンを推定する送信パターン推定部と、
    複数のタイミングで、推定された前記送信パターンと前記受信信号内のデータチャネルとの間の第1相関値を取得する第1の相関部と、
    複数のタイミングで、既知のパイロットチャネルと前記受信信号内のパイロットチャネルとの間の第2相関値を取得する第2の相関部と、
    前記第1相関値及び前記第2相関値の和に基づいて、受信信号の受信タイミングを算出する受信タイミング計算部と、
    既知の送信タイミングと取得した前記受信タイミングとに基づいて、前記複数の基地局と前記移動局との距離を測定することによって、該移動局の位置を測定する測定部とを具備することを特徴とする基地局。
  7. 前記受信信号内のデータチャネルに誤りがあるか否かについて判定する判定部を具備し、
    前記受信タイミング計算部は、前記データチャネルにおいて誤りが無い場合、前記第1相関値と前記第2相関値との和に基づいて、前記受信信号の受信タイミングを算出し、前記データチャネルにおいて誤りがある場合、前記第2相関値のみに基づいて、前記受信信号の受信タイミングを算出することを特徴とする請求項6に記載の基地局。
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