JP4309587B2

JP4309587B2 - 下り線で観測する時間差測定の改良

Info

Publication number: JP4309587B2
Application number: JP2000564407A
Authority: JP
Inventors: アリカンガス，; エリックラルソン，; パトリックルンドクイスト，; マッツセデヴォール，; スヴェンフィッシャー，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: CA2338544C; EP1103156A1; BR9912770A; RU2225079C2; AU5661799A; BR9912770B1; CN1127880C; AU772999B2; TW475339B; CA2338544A1; EP1103156B1; JP2002522991A; WO2000008886A1; CN1322452A

Description

【０００１】
本出願は１９９８年８月７日に出願した米国特許出願第０９／１３１，１５０号（代理人整理番号第３４６４５−４２３)の一部継続出願である。
【０００２】
【発明の技術分野】
本発明は、無線通信ネットワークにおける移動通信ユニットの位置特定、特に下り線で観測される時間差測定に関する。
【０００３】
【発明の技術的背景】
無線通信システム（例えばセルラー通信システム)で作動している移動通信ユニットの位置を特定する機能によって多くの利便がもたらされることはよく知られている。このような位置特定能力の利用方法として、例えば、安全関連の利用、緊急応答での利用、移動ガイダンスでの利用等がある。位置特定に関して知られている技術のうちのいくつかは、通信信号のうちの特定の特性を測定すること、例えば、到来時刻(ＴＯＡ)、往復遅延、通信信号の到来角度の測定を含むものである。これらの技術はさらに、上り線を利用した方法と下り線を利用した方法に分けることができる。上り線を利用した技術では、無線基地局(ＢＴＳ)または他の受信装置が移動通信ユニット（または移動局)から発信された通信信号の測定を行う。下り線を利用した技術では、無線基地局あるいはその他の送信装置から発信された信号を移動局が測定する。
【０００４】
移動局の位置測定に下り線を利用する技術の例としては観測時間差技術(ＯＴＤ)がある。この技術について、下り線を利用した観測時間差技術が適用できるセルラー通信システムの例として移動通信のグローバルシステム(ＧＳＭ)を参照しながら説明する。ＯＴＤ技術は、例えば、異なる複数の基地無線局からの選別された無線信号の到着時間差を移動局に測定させることによって実施する。図１に示した地形を前提として、さらに基地の無線局ＢＴＳ１とＢＴＳ２から２つの信号が同時に発信された場合、それらの移動局への到着時間をＴ１とＴ２とすると、観測される時間差ＯＴＤは以下の式で表される。
Ｔ１−Ｔ２＝（ｄ１−ｄ２)／ｃ（式１)
ここで、ｄ１とｄ２はＢＴＳ１とＢＴＳ２から移動局までの距離である。ＢＴＳ１とＢＴＳ２の位置は既知であるので、移動局が存在する位置として可能性のある点は、図１における双曲線１５によって表される。少なくとも３つの送信局からの測定を組み合わせることにより、移動局の位置を推定することができる。
【０００５】
従来のセルラー通信システムはほとんど全て（ＧＳＭシステムも含めて)非同期である、つまり、各基地無線局はそれぞれが固有のクロックを参照してフレームやスロット構造を発生している。従って、異なる基地無線局のフレーム構造は、クロックが完全に安定ではなく、互いに時間軸上のずれを生じている。従って、ＯＴＤ測定は、使用する無線局に固有の基準時間の間の時間差を知らなければ、位置特定方法としては意味をなさない。この時間差は、しばしば実時間差またはＲＴＤと称し、基地無線局のフレーム構造が完全に同期していたなら信号は同時に発信されることになるはずの信号（例えば、ＧＳＭにおけるそれぞれの同期バースト)それぞれの発信時刻の間の絶対時間の差を表すものである。
【０００６】
基地無線局相互の実時間差ＲＴＤを決定することができるいくつかの方法のうちで、従来から使用されている２つの方法は：対応する基地無線局での絶対時間スタンプと；位置が分かっているリファレンス移動局の使用である。後者の例では、リファレンスとなる移動局が複数の基地無線局から送られる下り線の信号を測定する。基地無線局と移動しないリファレンス移動局の距離がわかっているので、対応する基地無線局からの信号が到来する時刻は容易に計算することができる。基地無線局相互間の時間差ＲＴＤは、リファレンス移動局で観測した実際の信号到着時間と、予想された信号到着時間の差である。リファレンス移動局は周期的に下り線の到着時刻測定を行い、これをネットワーク内の移動局位置測定ノードに送ることでネットワークは最新のＲＴＤを維持することができる。
【０００７】
既知のＯＴＤ方法の基礎となっている技術は、移動局が対応する基地無線局と同期を図る従来方法と非常に似通っており、対応するセルの指示に従って（移動局の協力を得たハンドオフ操作によって)複数の近隣の基地無線局について測定を行うものである。移動局は、ＯＴＤ測定のためにどの基地無線局を観測すべきかを知る必要がある。この情報は、従来のシステムでは、典型的にはセル内のブロードキャストによる情報メッセージとして、例えば、ＧＳＭセルのＢＣＣＨ（ブロードキャスト制御チャネル)周波数で提供される。このシステムの情報は、典型的な場合には、測定すべき近隣セルの周波数のリストを含むものである。移動局は指定された周波数をスキャンして、ＧＳＭでは約５０ｍｓ毎に発生する検出容易な周波数修正バーストを検出する。
【０００８】
周波数修正バーストが検出されたら、移動局はＧＳＭにおける次のフレームが同期バーストＳＢであることが分かっている。同期バーストＳＢは、基地局識別コード（ＢＳＩＣ)と当該同期バーストＳＢが発生しているフレームのフレーム番号を示す情報を含む。移動局は、当該移動局が対応しているセルの時間に従って、この同期バーストＳＢが到着した時刻を測定する。移動局は既に、移動局が対応している基地無線局の時刻に従って近隣の基地無線局のフレーム構造を理解しているので、精度を向上させるために到着時間の測定をくり返し行うことは可能である。この手順をリストに載っている全ての周波数（つまり、すべてのＢＴＳ)を測定するまで繰り返す。移動局が記録した観測された時間差は、セルラーシステムの移動局位置測定ノードに送られ、当該ノードが観測された時間差、時間差及び基地無線局の地理的位置関係に基づいて位置特定を行う。
【０００９】
移動局は周波数修正バーストがいつ発生するか（したがってそれに続く同期バーストＳＢがいつ発生するか)を知らないので、周波数修正バーストをモニターする方法は無計画にならざるを得ない。
【００１０】
同期バーストを捉えるために必要な時間は、測定モードに依存する。ＯＴＤ測定は例えばＧＳＭＳＤＣＣＨ（独立専用制御チャネル)で呼び確立が行われている時、または、移動局が呼びモードであるアイドルフレームで、あるいは、会話の中断の間に行うことができる。例えば、移動局が呼びモードで測定を行うと、当該移動局は、従来のＧＳＭシステムでは１２０ｍｓごとに発生するアイドルフレームでしか測定を行うことができない。同期バーストは従来ＧＳＭの１０フレームに１回発生するので、特定の同期バーストがアイドルフレームで発生する確率は１０分の１である。したがって、平均的には、同期バーストを捉えるには５アイドルフレームが必要になり、基地無線局ごとに０．６秒かかることになる。従って、少なくとも６つの近隣の基地無線局について測定するためには、平均的に３ないし４秒の測定時間が必要になり、これは、多くのアプリケーションでは採用できないほど長い時間である。
【００１１】
移動局は、もし移動局が１０個のフレーム分の信号（例えば、ＧＳＭにおけるＢＴＳのＢＣＣＨ周波数上の全ての信号）を連続して捉えて記憶するとすれば、その中に必ず同期バーストＳＢが測定されていることになる。しかし、移動局に連続した１０のフレームに含まれる全ての信号情報を捕らえる（そして処理する）ことができるだけの記憶と演算能力を与えることは、移動局を複雑にしすぎるので問題である。
【００１２】
さらに、干渉レベルが高い都市部および基地無線局からの距離が遠くなる地方部では、信号対ノイズ比が低くなるので同期バーストＳＢを捉える確率が許容できないほどに低くなる。
【００１３】
同様に低い信号ノイズ比のために、一般に、同期バーストＳＢ中のＢＳＩＣをデコードすることが困難になる。同期バーストＳＢではなく、代わりにゴーストスパイクを補足してしまう確立は、信号対ノイズ比が低いときにはきわめて高くなって問題である。
【００１４】
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線インターフェースを使用したネットワークで作動する移動局の位置特定のための標準化手法として提案されている基地の下り線ＯＴＤ手法は、ＣＤＭＡネットワークが提供する従来のセル検索信号を使用する。この下り線ＯＴＤ手法は、以下においては「提案されている」手法または技術と称することにする。ＣＤＭＡ無線インターフェースを利用した従来の移動通信システムには、ＥＴＳＩ Universal Mobile Telecommunication System(UMTS)やITUのIMT-2000のような、いわゆる広帯域ＣＤＭＡ(Wideband CDMA; WCDMA)が含まれる。この種のシステムでは、提案されている下り線ＯＴＤ位置検出技術は、移動局によって所定のアイドル時間中に実行され、この時間中は当該移動局に接続している位置無線局は全ての発信を停止して移動局が近接する他の基地局から発信された信号を受信するのを助ける。前記のＣＤＭＡシステムにおいて従来、セル検索のために提供されていた信号、つまり、第１の検索コード（ＦＳＣ）と第２の検索コード（ＳＳＣ）を、下り線ＯＴＤ位置検出のために使用する。
【００１５】
接続している基地無線局のアイドル時間中、移動局は、ちょうど従来のセル検索で行っているように第１の検索コードＦＳＣに適合した整合フィルタを使用する。ＦＳＣは従来、上述のようにＣＤＭＡネットワークに収容された全ての基地局から発信される。ＴＳＣは２５６チップの長さを有し、各タイムスロットごとに１回それぞれの基地無線局から送信される、つまり、１０分の１の時間を使用する（各タイムスロットは２５６０チップの長さを有する）。移動局が捕捉することができる範囲にある各基地無線局の信号が整合フィルタからの出力にピークとなって表れる。従来のピーク検出方法では、複数のタイムスロットからの結果を同期させずに組み合わせてピーク検出能力を向上させている。しかし、提案されている下り線ＯＴＤ位置検出技術では、移動局は従来の到着時間測定技術によって検出されたピークそれぞれの到着時刻（ＴＯＡ）を測定するので、それぞれのピークの到着時刻の差（ＯＴＤ）を算出することができる。
【００１６】
前述のＣＤＭＡネットワークで作動している各基地無線局は従来、関連する第２の検索コード（ＳＳＣ）を送信し、このコードは所定の順序に配列された１６のコードを含む。当該１６のコードは順次、各タイムスロットに１つづつ、各コードはこのタイムスロットで送信されるＦＳＣと同時に送信される。上述の例として記載したＣＤＭＡシステムはフレーム毎に１６のタイムスロットを有し、１６全てのコードを含む全ＳＳＣパターンはフレーム毎に１回繰り返される。所定の順序に配列された１６のコードを含むＳＳＣパターンは、可能性のある複数のコードのグループから、基地無線局に対応した１つのコードグループを特定する。各コードグループは複数のＣＤＭＡ拡散コードを含み、各基地無線局はそれに対応して設けられている複数のコードグループのうちの１つの拡散コードを使用する。
【００１７】
受信範囲にある各基地無線局に対して、移動局は提案されている下り線ＯＴＤ位置検出技術を使用して、従来のセル検索と同様に、ＳＳＣパターンの１６のコードとその基地無線局のＦＳＣピークの相関を求める。この相関処理は非同期組み合わせを用いるのが典型的である。ピークをＳＳＣパターンと関連付けることができたら、この相関結果がそのＦＳＣピークを発生させた基地無線局が使用するコードグループを示す。
【００１８】
ＦＳＣピークタイミング（つまり、測定されたＴＯＡおよび／またはＯＴＤ）と検出された各基地無線局のコードグループが、ＦＳＣピーク検出プロセスおよびＦＳＣ−ＳＳＣ相関プロセスの際に測定されたパワーと品質測定結果と共にネットワークの移動位置検出ノードに報告される。
【００１９】
移動局位置検出ノードは既に基地無線局の間のＲＴＤを（従来は基地無線局の絶対時間スタンピングまたは固定されたリファレンス移動局によって）知っているので、移動局の位置が知られていないので一定の不確実範囲を伴うが、移動局が基地無線局からのＦＳＣピークをいつ受信すべきであったかを知ることができる。この既知のＲＴＤ情報を、移動局から受信した上述のピーク時間、パワーと品質情報と共に使用することによって、移動局位置検出ノードはそれぞれのＦＳＣピークに対応する基地無線局を特定することができる。例えば、移動局の位置が４．５ｋｍの不確実性の範囲内で知られていれば、この範囲は６４チップに相当する。１つの可能性のある基地無線局のフレーム構造タイミングが、同じコードグループに属する他の基地無線局のタイミングと６４チップの不確実性以上にはなれていれば、この中で正しい基地無線局がどれであるか決定することは常に可能である。各基地無線局のフレーム構造のタイミングはランダムであると仮定すると、各フレームは４０９６０チップから構成されるので（１６タイムスロットｘ２５６０チップ／タイムスロット）、２つの基地無線局のフレーム構造タイミングのずれ（つまり時間差ＲＴＤ）が６４チップ以内である確率は６４／４０９６０である。したがって、一つの基地無線局によって発生したピークが、同じコードグループに属する他の基地無線局が発したピークと識別される確率は９９．８％（１−６４／４０９６０）である。残る０．２％については、例えばパワー測定や位置特定評価関数において最適値を与える基地無線局を選択する等の、より高度な方法によって対処することができる。
【００２０】
ＦＳＣピークを対応する基地無線局と対応付けることができたら、ＴＯＡおよび／またはＯＴＤ情報をＲＴＤ情報および基地無線局について知られている地理的な位置と共に使用して、移動局の地理的な位置を特定することができる。
【００２１】
提案されている下り線ＯＴＤ位置検出技術は以下に例示するような欠点を有する。移動局が下りＯＴＤ処理を開始する時点では、隣接する（接続されていない）基地無線局のタイミングは移動局に全く知られていないので、移動局は基地無線局のアイドル時間全体に渡ってＦＳＣ−ＳＳＣ相関処理を行わなければならない。従って、ＦＳＣピーク検出に使用する整合フィルタを、各アイドル時間全体にわたって動かさなければならない不利益を生じる。同様に、ＳＳＣパターンの中のコードがタイムスロットごとに異なるので、移動局は複数のＳＳＣの相関をとって相関のない組み合わせのためにその結果を記憶しなければならない。このことは不要な演算能力と不要な記憶容量が必要になる不利益を生じる。
【００２２】
ＦＳＣ−ＳＳＣ相関処理はＦＳＣピーク検出の後に行わなければならないので、提案されている下り線ＯＴＤ方法の場合の取得時間は長くなって不利益を生じている。また、短小レベルが高い都市部と基地無線局間の距離が大きい地方部では、ＳＦＣとＳＳＣを十分な確率で検出することが困難であるか、場合によっては不可能である。
【００２３】
他の問題は、ＦＳＣコードは全て同一で、かつ、ＳＳＣパターンの１６のコードは１７の非同一なコードから取り出されたサブセットで構成されているために、異なる基地無線局に対応するコード相互間の相互相関が非常に高いことである。同じコードがフレームごとに繰り返されているので、組み合わせる相関の数が多くなっても高い相互相関は減少しない。このことによって、特に強力な基地無線局からのＦＳＣが微弱な基地無線局からのＦＳＣの前後に到着する場合には、移動局が、与えられたＦＳＣピークを間違ったＳＳＣパターンに関連付ける確率が高くなる。
国際出願ＷＯ９６３５３０６（Telecom Sec Cellular Radio LTD）は、移動ユニットが測定した基地局からの発信時刻の差から、ユニットから基地局までの距離の差を算出し、この距離の差に基づいて移動ユニットの位置を求めることで移動ユニットの位置を検出する方法が記載されている。Mundayは、時間差に基づいて測定検索用のウインドウを決定することで時間間隔の測定を単純化する方法については開示していない。
【００２４】
前述の状況に鑑みれば、既知の下り線観測による時間差を用いた方法において、下り線信号を検出する移動局の機能を改善することが必要である。
【００２５】
本発明は、移動局において観測時間差の測定に使用する下り線通信信号の検出能力を改善することを通じて、従来の下り線観測による時間差を用いた方法の上述のような欠点を解消することを目的とするものである。
【００２６】
【発明の好ましい実施例の詳細な説明】
図２は、本発明に基づく下り線観測時間差測定機能を有する無線通信システムの本発明に関連する部分を示したものである。本発明は図２に例示したＧＳＭネットワークに設けられている。図２に示したように、ＧＳＭ移動スイッチングセンタＭＳＣは複数のＧＳＭ基地局制御装置ＢＳＣと接続して通信を行っており、ＢＳＣは１つ以上のＧＳＭ基地無線局ＢＴＳと接続されて通信を行っている。基地無線局は複数の移動局ＭＳと無線インターフェースを通じて無線通信を行うことができる。ＭＳＣからＭＳへのＢＳＣとＢＴＳを経由した通信はこの技術分野では広く知られている。
【００２７】
図２は、また通常のＧＳＭ信号プロトコルを使用して移動スイッチングセンターＭＳＣと双方向通信が可能なように接続された移動位置検出センターＭＬＣを示している。図２において、ＭＬＣは移動局ＭＳ１の位置を特定する要求を受けることができる。この要求は典型的な場合には、ＭＬＣと接続されて通信を行うことができる位置アプリケーション２１から受け取ることができる。位置アプリケーション２１はネットワーク自身のノードであっても良いし、外部の位置アプリケーションであっても良い。移動局ＭＳ１の位置を検索する要求に答えて、ＭＬＣはネットワークと情報を交換し、接続すべきＢＴＳ２３（つまり接続すべきＧＳＭセル）を決定し、下り線観測時間差測定にどのＢＴＳを選択すべきかを決定する。
【００２８】
ＭＬＣは、次に、モニターすべき対象として選択された基地無線局のＢＳＩＣ（ＧＳＭネットワークのような従来のネットワークでは、通常ＢＳＩＣを得ることができる）と周波数、および接続されているＢＴＳと各選択されたＢＴＳの間の時間差ＴＲＤを指定して移動局ＭＳ１に関する位置要求メッセージを作成する。位置要求メッセージはＭＬＣからＭＳ１にＭＳＣ、ＢＳＣ２１，ＢＴＳ２３およびＢＴＳ２３とＭＳ１の間のエアインターフェースを介して伝達される。ＭＳ１にとっては、接続されているＢＴＳからいつ同期バーストが送られてくるかは既知なので、ＭＳ１はＲＴＤ情報を使用して、選択された近隣のＢＴＳから同期バーストがいつ到着するかをおよそ求めることができる。
【００２９】
上述の情報は同時にＭＳ１に、例えば呼びの確立中に専用メッセージとして送信することもできる。さらに、上述の情報はシステム情報メッセージとしてブロードキャスト制御チャネルを通じて周期的にＭＳ１に送ることも可能である。ＲＴＤはＭＬＣから、上述のようにリファレンス移動局から受信したＯＴＤ情報を使用して算出することができ、また、ＲＴＤは他の通常の技術によってＭＬＣに与えられても良い。
【００３０】
図３〜５は、例えば図２に示したＧＳＭネットワーク部分のようなＧＳＭネットワーク内の基地無線局相互間の時間差の概念を示すものである。
【００３１】
図３は、図３ではＢＴＳ２とＢＴＳ１で示した１組の基地無線局のフレーム構造タイミングの間の時間差を示すものである。ＧＳＭでは、基地無線局が使用するＴＤＭＡフレームは、０番フレームから２，７１５，６４７番フレームまで、２，７１５，６４８個のフレームを含むサイクル（いわゆるハイパーフレーム）からなるくり返しパターンである。図３に示した例では、ＢＴＳ１のフレーム０はＢＴＳ２のフレーム８２８と重なり合っている。
【００３２】
図４では、ＧＳＭの各ＴＤＭＡフレームがタイムスロット０からタイムスロット７まで付番された８つのタイムスロットに分割されている。図５に示したように、各ＧＳＭタイムスロットはさらに６２５の４分の１ビットＱＢに分割され、各タイムスロットでは６２５／４＝１５６．２５のビットが送信される。ＢＴＳ２とＢＴ１の間の時間差ＲＴＤは、従来は（ＦＮＤ、ＴＮＤ、ＱＮＤ）を使用して表現されており、ここでＦＮＤはＢＴＳ２とＢＴＳ１のＴＤＭＡフレーム番号の差（ＦＮ２−ＦＮ１）、ＴＮＤはＢＴＳ２とＢＴＳ１タイムスロット番号の差（ＴＮ２−ＴＮ１），ＱＮＤは、ＢＴＳ２とＢＴＳ１の４分の１ビット番号の差（ＱＮ２−ＱＮ１）である。例えば、図３〜５において、ＢＴＳ１のフレーム０のタイムスロット０の４分の１ビット０が、時間的に、ＢＴＳ２のフレーム８２８のタイムスロット６の４分の１ビット３７とそろっていれば、ＢＴＳ２とＢＴＳ１の間の時間差ＲＴＤはトリプレット（ＦＮ２−ＦＮ１、ＴＮ２−ＴＮ１、ＱＮ２−ＱＮ１）によって与えられ、ここで、ＦＮ２、ＴＮ２およびＱＮ２はそれぞれＢＴＳ２のフレーム番号、タイムスロット番号及び４分の１ビット番号であり、ＦＮ１、ＴＮ１とＱＮ１はＢＴＳ１と同じパラメータである。従って、トリプレットは（８２８−０、６−０、３７−〇）であり、単に（８２８、６、３７）と表すことも可能である。
【００３３】
移動局ＭＳ１がＭＬＣから、接続している基地無線局例えば図３に示したＢＴＳ１と下り線到着時測定を行う別の基地無線局、例えば図３におけるＢＴＳ２との間の実時間差について、移動局ＭＳ１は、ＲＴＤトリプレット（ＦＮＤ、ＴＮＤ、ＱＮＤ）と共に接続している基地無線局ＢＴＳ１のフレーム構造タイミング（ＦＮ１、ＴＮ１、ＱＮ１）を使用して、ＢＴＳ２のＢＴＳ１に対するフレーム構造タイミングを決定することができる。ＢＴＳ１の時間に準拠していずれかの位置（ＦＮ１、ＴＮ１、ＱＮ１）におけるフレーム番号ＢＴＳ２におけるＦＮ２を決定するために下記の演算を行うことができる。
ＱＮ２'＝ＱＮ１＋ＱＮＤ（式２）
ＴＮ２'＝ＴＮ１＋ＴＮＤ＋（ＱＮ２’div６２５）（式３）
ＦＮ２'＝ＦＮ１＋ＦＮＤ＋（ＴＮ２’div ８) (式４)
ＦＮ２＝ＦＮ２’mod 2,715,648 （式５）
【００３４】
以下の数式において、"div"は整数の割り算を、"mod"はモデューロｎの割り算を、"x mod n"はｘをｎで割った残りを意味する。
【００３５】
ＧＳＭにおける同期バーストは、当該技術分野では良く知られているように、７８の符号化された情報ビットと予め設定された６４ビットのトレーニングシーケンスを有する。７８の符号化された情報ビットは、ＢＳＩＣと、従来はＴ１、Ｔ２およびＴ３’で表現されるいわゆる縮小されたフレーム番号を含む。同期バーストＳＢのフレーム番号（ＦＮ）とパラメータＴ１、Ｔ２、Ｔ３’の従来の関係は以下のとおりである.
Ｔ１＝ＦＮ div (26 x 51) （式６）
Ｔ２＝ＦＮ mod ２６（式７）
Ｔ３＝ＦＮ mod ５１（式８）
Ｔ３'＝（Ｔ３−１） div １０（式９）
従って、上述のように式２−５を用いてＢＴＳ１のフレーム番号ＦＮ２が知られると、パラメータＴ３はＦＮ２を式（８）に代入して設けられる。
【００３６】
従来のＧＳＭネットワークでは、同期バーストＳＢはＢＴＳのＢＣＣＨ（ブロードキャスト制御チャネル）キャリアで搬送されるＴＤＭＡフレームの、５１フレームで繰り返すシーケンスの１，１１，２１，３１，４１フレームの第０スロットの時刻で発生する。従って、上述のＴ３は５１フレームで繰り返すシーケンスの何処に現在のフレームＦＮ２が位置するかを示すものである。上述のように、同期バーストＳＢが５１フレームで繰り返すシーケンスの１，１１，２１，３１，４１フレームの第０スロットの時刻で発生するので、（Ｔ３−１）mod １０＝０を満足する次のＴ３（Ｔ３ｎと称することにする）は、次の同期バーストＳＢが発生するＢＴＳ２内のフレームを指定する。従って、対応するフレーム番号（ＦＮ２ｎと称することにする）を決定することができる。
ＦＮ２ｎ＝（ＦＮ２＋ＤＴ３）mod 2,715,648
ここで、ＤＴ３＝（Ｔ３ｎ−Ｔ３)mod 51である。
【００３７】
次にＦＮ２ｎを式６，７に代入し、Ｔ３ｎを式９に代入することによってパラメータＴ１，Ｔ２およびＴ３’が得られる。ＧＳＭ標準によれば、パラメータＴ１，Ｔ２およびＴ３’、およびＢＳＩＣ、は２５ビットを使用して表現することができる。ＢＳＩＣビットは、ＭＳ１が受信したＢＳＩＣ情報に従って決定することができ、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３’を表すビットは式６，７および９から決定することができる。移動局ＭＳ１は前記２５ビットにＧＳＭ標準（ＥＴＳＩＧＳＭ仕様書０５．０３）を適用してこの２５ビットから同期バーストの符号化された７８ビットを作成することができる。
【００３８】
このようにして、移動局は、接続しているＢＴＳ１のフレーム構造タイミングとの関係において、同期バーストが発生するＢＴＳ２のフレーム番号ＦＮ２ｎを知っている。上述のように、同期バーストは常にタイムスロット０で発生し、従って移動局ＭＳ１はいつ同期バーストがＢＴＳ２に送信されるかを正確に知ることになる。さらに、移動局ＭＳ１はまた、同期バーストの７８のコード化されたビットと６４のトレーニングビットを知っている。単に６４ビットではなく１４２ビットの情報を有していることによって、移動局は６４ビットのみを知っている従来の方法に比較して到達時刻測定を正確に行うことができる。さらに、１４２ビットを知っていることにより、移動局ＭＳ１ははるかにノイズの多い環境下において６４ビット情報ではもっとノイズの少ない状況に相当する正確さを達成することができる。
【００３９】
所定の近接するＢＴＳ（図２におけるＢＴＳ２８）に対する移動局ＭＳ１の位置がわかっていないので、そのＢＴＳからの同期バーストＳＢは移動局が計算した時刻どおりに当該移動局ＭＳ１には到達しない。図７は、移動局ＭＳ１において同期バーストが到着するものと期待される時間に対してどのような方法で検索ウインドウを決定するかを例示したものである。ＦＮは、近接する（接続していない）ＢＴＳ２からの次のＳＢ（ＳＢ２）が到着すると期待されるフレーム番号であるとする。このフレーム番号の算出過程は式１０に示されている。ＭＳ１は、同じフレーム番号を有する対応ＳＢ（ＳＢ１）が接続されているＢＴＳ１からいつ到着するはずであるか、あるいは、いつ到着したかが分かっている。移動局の時間に従ってこの時刻をＴ０と称することにする。
【００４０】
ＭＳ１は式７１に含まれる。円の半径ｒは、セル半径又はタイミング先行値から求めることができる。２つの極端な場合について考察する。１つの最も極端な場合は、ＭＳ１が７４の位置にある場合である。この場合、ＳＢ２はＳＢ１で示されているよりもｄ１２だけ伝達距離が長いので、ＳＢ２の到着時刻はＴ０＋ＲＴＤ＋ｄ１２／ｃである。他方の極端な場合とは、ＭＳ１が７５に位置するときである。この場合には、ＳＢ２の到着時刻はＴ０＋ＲＴＤ＋（ｄ１２−２ｒ）／ｃである。従って、移動局が７５と７４の間に位置するときは、ＳＢ２の到着時刻は[Ｔ０＋ＲＴＤ＋（ｄ１２−２ｒ)／ｃ−ｋ、Ｔ０＋ＲＴＤ＋ｄ１２／ｃ＋ｋ]のウインドウの間のどこかの時刻に到着する。ここで、ｋはＲＴＤとｄ１２の値の不正確さに対応するものである。
【００４１】
ＲＴＤは既知なので、ＭＳ１は一定の不確実さの下で、ＢＴＳ２（接続されていない)からのＳＢ２がいつ到着するかを予測することができる。
【００４２】
検索ウィンドウを算出することができる機能によって、同期バーストの到着時刻が完全に分からない場合に比較して、同期バーストの到着時刻の検出信頼性を高めることができ、従来の移動局に比較して移動局の構成を単純化することができる。例えば、検索ウインドウの全長に渡って時間差でデータを受信して後の処理のために記録することができるが、このことは、従来の技術に従って同期バーストを捕捉することを保証するためには、検索ウインドウの長さが１０ＴＤＭＡフレーム長分になってしまうために実施できなかったものである。さらに、本発明にかかるサーチウインドウによれば総測定時間を短縮することができる。
【００４３】
ＲＴＤに関する情報を使用して同期バーストＳＢのための検索の開始時刻とウインドウを算出することによって、下り線ＯＴＤ測定の測定時間を顕著に短縮することができる。ＲＴＤ情報を受信しなければ、移動局は周波数修正バーストを検出してそれに基づいて次のフレームで同期バーストが到着することが予測されるまで連続的に検索を行う必要がある。測定すべき全ての基地無線局に対するＲＴＤ情報を使用して、移動局は種々の測定を計画し検索すべきウインドウのモニタリング時間を制限することができるが、これは従来技術のスキャニング技術では不可能であったことである。
【００４４】
図６は、本発明に基づく下り線観測時間差測定を行う、図２に示した移動局ＭＳ１の当該方法に関連する部分を示したものである。移動局は、入力として（例えば図２に示すＭＬＣからＭＳＣ、ＢＳＣ２１とＢＴＳ２３を経由して)、ＯＴＤ測定の対象として選択された各基地無線局について、周波数、ＢＳＩＣと接続されている基地無線局に関するＲＴＤを受信する同期バースト決定手段６１を有する。同期バースト決定手段はまた接続されている基地無線局と、全ての近接する基地無線局の距離を、全ての近接する基地無線局のセル半径情報と共に受け取る。この情報は（ＭＳ１がロームするたびに)ＭＬＣによって定期的に更新され図６に６３で示した記憶手段に記憶するか、あるいは当該情報はＭＬＣから同期バースト決定手段に送られる位置検出要求に含めることもできる。
【００４５】
同期バースト決定手段６１は、選択されたＢＴＳのそれぞれについて、接続されているセル（接続されている基地無線局)のフレーム構造基準時間６０に従って同期バーストのおよその到着時刻を決定し、この情報を６４において到着モニター６５に対して出力する。また６４において、同期バースト決定手段は、到着モニターに対して選択されたＢＴＳのそれぞれに関する７８の暗号化ビットと６４のトレーニングビットを出力する。同期バースト決定手段はまた選択された基地無線局のそれぞれについて検索ウインドウを算出し、６２でこの算出された検索ウインドウを到着時間モニターに出力する。
【００４６】
到着時間モニターは６８でＢＴＳから受信した信号の到着時間を測定する。到着時間モニターは計算された到着時間情報、ウインドウ情報及び１４２ビットのシーケンス情報を使用して、選択された基地無線局のそれぞれに対して到着時間測定を行う。この情報に基づいて、到着時間モニターは効率的に種々の測定を計画することができ、必要であれば、種々の測定ウインドウで受信した信号を記憶し、後にこの信号を処理することができる。受信信号を処理して到着時刻を決定することは従来方法を適宜使用して行うか、１９９７年１１月２６日に出願され現在審査に継続するここでその開示を取り込む米国特許出願０８／９７８，９６０号に詳細に開示された方法で行うことができる。
【００４７】
必要な到着時間測定を行った後、到着時間モニターは６６において到着時間情報化観測された時間差情報をＭＬＣに（ＢＴＳ２３、ＢＳＣ２１およびＭＳＣ経由で)出力する。ＭＬＣはこの情報を使用して従来方法によって移動局ＭＳ１の位置を特定し、決定された位置を適切なメッセージとして要求を発した図２中のアプリケーション２１に送る。あるいは、ＭＳ１が測定されたＢＴＳに関する地理的な情報を有していれば、ＭＳ１は自身の位置を計算することができる。
【００４８】
ＧＳＭ同期バーストに基づくＯＴＤ測定について記述したが、本発明に基づく手法は上記以外の形式のバーストについても適用できることを明瞭にしておく必要がある。
【００４９】
すでに述べたようなＣＤＭＡシステムでは、移動局にＲＴＤ情報を供給することによって、既知の下り線ＯＴＤ手法を大幅に改善することが可能になる。移動局はＲＴＤ情報を使用して、図７に関して上述した方法で検索ウインドウを算出する。移動局は接続されている基地無線局と近接するその他の基地無線局との間の時間のずれに関する情報を有しているので、図７に示した地形を使用して近接する基地無線局それぞれに対する検索ウインドウを決定することができる。
【００５０】
次に、所定の基地無線局について、ＦＳＣピーク検出とそれに対するＳＳＣ相関演算を、ＦＳＣとＳＳＣ信号が移動局に到着するものと期待される検索ウインドウの間だけ行う。さらに、ＲＴＤ情報は移動局がいつ所定の基地無線局からの信号をモニターすべきかを特定するだけでなく、基地無線局に対応するＳＳＣパターンは予め基地局によって決定されている。従って、対象の基地無線局では、ＦＳＣピーク検出とＦＳＣ−ＳＳＣ相関を同時に求めることができ、このことによって、ＦＳＣピーク検出の後にＦＳＣ−ＳＳＣ相関を算出しなければならない上述の従来手法に比較して演算時間を顕著に短縮することができる。演算時間の短縮はそれに対応して、到着情報を取得すべきアイドル時間の短縮を可能にする。アイドル時間のこのような短縮はネットワークの下り線容量を改善するものである。
【００５１】
移動局がＳＳＣパターンを予め知っていることのさらに別の効果は、従来技術とは異なり、ＦＳＣピークとＳＳＣパターンの相関を求める必要がないことである。このことによって移動局の記憶容量及び演算能力に対する要求が緩和される。
【００５２】
ＦＳＣピーク検出とＦＳＣ−ＳＳＣ相関演算が同時に行われるので、これらの結果をタイムスロットごとに組み合わせることが可能になり、信号の強度と可聴性を改善することになる。
【００５３】
モニターされる基地無線局ごとに検索ウインドウを設定するので、誤った基地無線局からの信号を選択してしまう確率は顕著に小さくなっている。さらに、真のピークの近傍でのみ相関演算を行うので、偽のピークを選択してしまう確率もまた小さくなる。
【００５４】
移動局にＲＴＤ情報を提供することのさらに別の利点は、ＲＴＤ情報と対応する検索ウインドウに基づいて、移動局はＦＳＣとＳＳＣ以外の信号を関連付けることができることである。例えば、移動局はＦＳＣ／ＳＳＣに代えてあるいはこれに加えて、移動局は基地無線局のブロードキャストチャネル(例えば近接する基地無線局のリストから選択されたブロードキャストチャネル）に対して相関を取ることも可能である。ＲＴＤ情報と共に、ネットワークは移動局のために基地無線局の対応するコードグループを特定することができる。コードグループ特定情報と長いコード識別情報とから、移動局は、従来知られている手法を用いて所定の基地無線局の長いコードの全長（例えば４０９６０チップ）を作成することができる。
【００５５】
ブロードキャストチャネル、例えば、前述のＷＣＤＭＡ通信システムにおける共通制御物理チャネルＣＣＰＣＨは、ＦＳＣ信号のパワーとＳＳＣ信号のパワーの合計と同程度のオーダーのパワーレベルを有しているのが通常である。また、このようなブロードキャストチャネルは、ＦＳＣ／ＳＳＣのように全時間の１０分の１ではなく連続的に発信されているものである。従って、ブロードキャストチャネルの信号はＦＳＣ／ＳＳＣ信号よりもはるかにエネルギー量が多い。このエネルギーレベルによって可聴性を改善し早期の取得が可能になるのである。
【００５６】
ブロードキャストチャネル信号は連続的に送信されているので、ＦＳＣ／ＳＳＣに比較してアイドル時間をはるかに効率的に利用することができる。例えば、任意のタイムスロットにおいて、ブロードキャストチャネルはＦＳＣ／ＳＳＣに比較して相関のための信号を１０倍送ることができる。このことによってアイドル時間を短くかつ間隔をあけて発生させるようにすることが可能になり、ネットワークの下り線容量をさらに拡大することになる。
【００５７】
ブロードキャストチャネルは１つの「コード」を示すだけなので、無相関結合のために必要な記憶容量はＦＳＣとＳＳＣ（２つのコード)を関連付ける場合に比較して半分になる。また、近接する基地無線局は固有のブロードキャストチャネルを有しているので、基地無線局を誤って選択する可能性は無視することができる。固有のチャネルはＦＳＣ／ＳＳＣに比較してはるかに優れた相互相関特性を与え（交互相関が小さくなり)、ピークを誤って選択する確率はＦＳＣ／ＳＳＣを使用した場合よりも小さくなる。
【００５８】
図８は、上述のようなＣＤＭＡシステムにおける下り線ＯＴＤ測定を実施することができる移動局の一例について、本発明に関連する部分を模式的に示したものである。図に示したＣＤＭＡシステムは基本的には図２に示したものと同じであるが、エアインターフェースがＣＤＭＡまたはＷＣＤＭＡ技術に基づいて設けられている点が異なる。図８に示した移動局は、ネットワークから、接続している基地無線局と下り線ＯＴＤ測定を行う対象である近接する基地無線局の間の時間差を示すＲＴＤ情報を受信するための入力部８１を具備する。入力部８１は、さらに、ネットワークから、基地無線局のそれぞれに対するコードグループを受け取る。ブロードキャストチャネルを測定する実施例の場合には、入力部８１は、コードグループ識別情報に加えて、それぞれの基地無線局のブロードキャストチャネルに関する長いコード識別情報を受信する。
【００５９】
ウインドウ決定手段８３は、ネットワークからＲＴＤ情報を受信し、図７を参照して既に述べた方法に従って検索ウインドウを計算し、この情報をＣＤＭＡ到着時間(ＴＯＡ)モニター８５に対して出力する。モニター８５は、必要な処理を行って(例えば、ピーク検出と相関)所望の各基地無線局に対する到着時間測定を行う。
【００６０】
ＦＳＣ／ＳＳＣモニタリングを使用する実施例では、コード発生手段８７が入力部８１からそれぞれの基地無線局のコードグループ識別情報を受け取り、それらに基づいてＳＳＣパターンを作成し、８４においてこのＳＳＣパターンをモニター８５に出力する。ブロードキャストチャネルを測定する実施例では、コード作成手段８７もまた入力部８１からそれぞれの基地無線局のブロードキャストチャネルを表す長いコード識別情報を受け取り、コードグループ識別情報と長いコード識別情報とに従って長いコードを作成し、８４において長いコードをモニター８５に供給する。
【００６１】
モニター８５は、８９において、検索ウインドウに従ってＣＤＭＡエアインターフェース８９をモニターし、所望の到着時間測定を行う。モニター８５は８６においてネットワークに対してＴＯＡ情報かＯＴＤ情報を出力することができる。ネットワーク（例えば、図２に示したＭＬＣ)は、この情報を従来の方法に従って用いて移動局の位置特定を行うことができる。さもなければ、移動局が測定すべき基地無線局の地理的位置関係がわかっていれば、移動局は自身の位置を計算することができる。
【００６２】
ウインドウ決定手段８３は接続されている基地無線局と近接する全ての基地無線局の距離に関する入力情報を受け、全ての隣接する基地無線局のセル半径に関する情報と共に、ウインドウ決定手段が検索ウインドウを決定するのを助けることができる。距離情報はＭＬＣによって（移動局がロームするたびに)くり返し更新し、図８においては８２で示された記憶手段に記憶されるかあるいは当該情報はＭＬＣから移動局に送られる位置検出要求メッセージに含ませることができる。ウインドウ決定手段は、ＲＴＤ情報を使用してそれぞれの基地無線局について接続している基地無線局の時間ベース８０に対してそれぞれモニター対象基地無線局からのモニター信号が到着するおよその推定時刻を決定し、この到着時刻の期待値に関する情報と距離情報を組み合わせて適切な検索ウインドウを設定する。
【００６３】
図６ないし図８に例示した移動局が、従来の移動局のデータ処理部分のハードウエア、ソフトウエア、あるいはその両方を適宜変更することで実現可能なことは当業者には容易に理解されるはずである。
【００６４】
上述の記載によって、本発明に基づく下り線観測時間差技術が、移動局に同期バーストＳＢから既知のビットを供給することで、到着時刻と観測される時間差測定の制度を改善し、測定誤差の危険性を小さくし、必要な測定を行うための時間を短縮し、さらに移動局で必要な記憶容量とデータ処理能力を低減することが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】下り線観測による時間差測定によって移動局の位置を特定する方法を模式的に示した図である。
【図２】本発明に基づく下り線観測時間差測定を行う無線通信システムの例を示す模式図である。
【図３】図２に例示した基地無線局の間の相対的な時間差を示す例である。
【図４】図３に示したフレームのタイムスロット構造を例示するものである。
【図５】図４に示したタイムスロットの１／４ビット構造を例示するものである。
【図６】本発明の一実施例に基づく下り線観測時間差測定機能を有する移動局の関連部分を示すものである。
【図７】本発明に従って下り線モニター用ウインドウを決定する方法を示す図である。
【図８】本発明の他の一実施例に基づく下り線観測時間差測定機能を有する移動局の関連部分を示すものである。

Claims

無線通信ネットワークに収容された移動通信局 (ＭＳ１)の位置を特定する方法であって、
移動通信局において複数の無線送信装置(２３、２８)が発信する無線信号それぞれの到着時間を測定し、当該測定には移動通信局に無線信号がいつ到着するかに関する情報を提供することと移動通信局が当該情報に基づいて検索ウインドウ内において無線信号の到着をモニターする(８５)ことを含み、
検索ウインドウの時間内において、移動通信局が同時に信号相関処理と当該移動通信局と通信している少なくとも１つの無線送信装置のピーク測定を行い、
測定された到着時間を使用して移動通信局の位置を特定する方法。
無線通信ネットワークに収容された無線通信局(ＭＳ１)への無線信号の到着時刻を特定する方法であって、
無線通信ネットワークから、無線信号の内容を特定することはできるが無線信号の内容そのものを開示するものではない情報(６３)を取得し、
当該情報に基づいて無線信号に含まれる情報を特定し(６１)、
無線信号に含まれた情報に基づいて無線信号の到着時刻を測定し、
前記無線通信局は、当該情報に従って、検索ウインドウ時間において無線信号の到着をモニターする(８５)ことを含む方法。
前記情報は無線信号の送信タイミングを示す情報を含むものである請求項２に記載の方法。
前記送信タイミング情報は、無線通信局にとって既知である基準時間(６０)と無線信号を送信する無線送信装置(２３)の基準時間との間の差を示す時間差(ＲＴＤ)情報である請求項３に記載の方法。
前記情報は無線信号を発信する無線送信装置を示す情報を含む請求項２に記載の方法。
通信ネットワークがセルラー通信ネットワークである請求項２に記載の方法。
通信ネットワークがＧＳＭネットワークである請求項２に記載の方法。
前記通信ネットワークがＧＳＭネットワークであり、前記無線送信装置を示す情報がＧＳＭにおける基地局を特定する基地局識別コード(ＢＳＩＣ)である請求項５に記載の方法。
無線通信ネットワークにおいて移動通信局(ＭＳ１)の位置を特定するための装置であって、
複数の無線信号がそれぞれいつ到着すると期待されるかを決定する決定手段(６１)と、
無線信号それぞれの到着時刻を測定する無線信号モニター(６５)と、当該モニターは移動通信局に設けられ前記決定手段と接続された入力部を有し、該入力部から当該移動通信局に前記無線信号が到着すると期待される時刻を受け取り、当該モニターは当該情報に基づいて無線信号の到着を検索ウインドウ時間の間だけモニターする装置。
前記決定手段は移動通信局に設けられたものである請求項９に記載の装置。
前記決定手段は、移動通信局にそれぞれの無線信号が到着すると期待される時間の間隔を決定するものである請求項９に記載の装置。
前記決定手段は、前記移動通信局と接続されている無線送信装置(２３)の基準時間(６０)と無線信号を送信する無線信号送信装置の基準時間との差を表す時間差 (ＲＴＤ)情報を受ける入力部を有し、前記決定手段は該時間差情報に基づいて接続された無線送信装置の基準時間に従って、移動通信局にそれぞれの無線信号が到着すると期待される複数の時刻（７４、７５)を決定する請求項９に記載の装置。
通信ネットワークにおける前記無線信号の到着時刻の測定装置であって、
無線信号に含まれる情報を決定することができるが含まれる情報そのものを開示するものではない情報を受信するための入力部(８１)と、
該入力部と接続されて前記実時間差（ＲＴＤ）情報に基づいて無線信号に含まれる情報を特定し、測定検索ウインドウを算出する決定手段(８３)と、
無線信号の到着を測定する無線信号モニター(８５)、当該モニターは前記決定手段と接続されて、前記情報を利用して無線信号の到着時間を測定し、前記検索ウインドウ時間にわたって無線信号の到来をモニターするものである装置。
前記情報は無線信号の送信タイミングを含む請求項１３に記載の装置。
前記送信タイミング情報は、装置にとって既知である基準時間(８０)と無線信号を発信する無線送信装置(２３)の基準時間の差を表す時間差(ＲＴＤ)情報を含む請求項１４に記載の装置。
前記情報は無線信号を発信する無線送信装置に関する情報を含む請求項１３に記載の装置。
前記通信ネットワークはＧＳＭネットワークであり、無線送信装置を示す情報はＧＳＭにおいて基地局を特定する基地局識別コード(ＢＳＩＣ)である請求項１６に記載の装置。
通信ネットワークがセルラー通信ネットワークである請求項１３に記載の装置。
通信ネットワークがＧＳＭネットワークである請求項１３に記載の装置。
前記装置は移動無線通信局(ＭＳ１)である請求項１３に記載の装置。
前記無線信号は符号分割多元接続(ＣＤＭＡ)信号である請求項２に記載の方法。
前記無線信号は符号分割多元接続(ＣＤＭＡ)信号である請求項１３に記載の装置。
前記モニタリングステップは、それぞれの無線信号に対して、無線信号を対応する無線送信装置がくり返し送信する第１のコードと対応させ、この対応付けのステップと同時に、前記無線信号を対応する無線送信装置が連続して送信する複数の第２のコードを含むコードパターンと相関を求め、当該コードパターンに含まれる第２のコードは前記第１のコードのくり返し行われる送信と同時に送信されるものである請求項２１に記載の方法。
それぞれの無線送信装置に、当該無線送信装置が属するコードグループを示す情報を提供し、さらに移動通信局が当該コードグループ情報に従って前記コードパターンを決定する請求項２３に記載の方法。
送信された前記第１と第２のコードを、前記相関付けステップの結果に基づいて検出する前記請求項２３に記載の方法。
無線送信装置によってそれぞれ使用される拡散コードを示す情報を提供し、移動通信局は当該拡散コード情報に従ってそれぞれの無線送信装置が使用する拡散コードを決定し、前記モニタリングステップは当該拡散コードを使用して対応する無線送信装置のブロードキャストチャネルの無線信号をモニターする請求項２１に記載の方法。
前記無線信号モニターに関連して前記無線信号をモニターするために使用すべきコードを提供するコード発生装置(８７)を有する請求項２２に記載の装置。
前記コードは前記無線信号と対応する拡散コードを含む請求項２７に記載の装置。
前記コードは前記無線信号が搬送するコードを含む請求項２７に記載の装置。
前記コードは対応する無線信号を作成するために無線信号送信装置が使用したコードパターンを含む請求項２９に記載の装置。
前記コード作成装置はコードが作成されたコード識別情報を受け取るための入力部を有する請求項２７に記載の装置。
前記コード作成装置は移動通信局に設けられている請求項２７に記載の装置。