JP4421770B2

JP4421770B2 - 移動体無線端末の位置を決定する方法およびシステム

Info

Publication number: JP4421770B2
Application number: JP2000510307A
Authority: JP
Inventors: ハゲルマン、ボー; マズル、サラ; ギスラー、ヴァルター; フォルセン、ウルフ; − エリクベルグ、ヤン
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: 1997-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: BR9811225A; DE69837389T2; AU743242B2; CN1158890C; JP2001516194A; AU8893698A; EP1005774B1; WO1999009778A1; CA2299351A1; DE69837389D1; EP1005774A1; CN1276956A; NZ502624A; CA2299351C

Description

【０００１】
（発明の背景）
発明の技術分野
本発明は、一般的には移動体無線通信の分野に関し、特に、移動体無線端末の地理的位置の決定に用いられる方法およびシステムに関する。
【０００２】
関連技術の説明
移動体無線位置決定は、最近強い関心を引いている新分野であり、将来のセルラ移動体無線システムにおける位置決定能力を含むことが現在望まれている。軍事上の応用から公知である到着時間差（ＴＤＯＡ）位置決定方法は、移動体無線端末の位置決定のために成功裏に用いられてきた。代表的なＴＤＯＡ位置決定システムは、到着時刻（ＴＯＡ）の測定が移動局（ＭＳ）における「ダウンリンク」で行われる端末ベースのもの、または、ネットワークがＴＯＡ測定を無線基地局（ＢＳ）における「アップリンク」で行うネットワークベースのもの、でありうる。これらのＴＯＡ測定値は、次にＴＤＯＡパラメータを計算し、かつＭＳの位置を推定するために用いられる。
【０００３】
セルラ移動体無線位置決定のために用いられてきた１つの位置決定システムは、トルーポジション^TM（ＴｒｕｅＰｏｓｉｔｉｏｎ^TM）により市販されている。このシステムは、ＩＳ−５４規格により動作する標準的なアナログ移動体無線端末の位置を決定するために用いられる。現在においては、これらの端末は、米国において用いられている移動体無線端末の大多数を構成する。トルーポジションシステムは、それ自身の受信する無線基地局を有し、セルラシステムとは無関係に動作せしめられ、同じ地域内のワイヤライン（「Ａ」周波数帯）オペレータおよび非ワイヤライン（「Ｂ」周波数帯）オペレータにサービスしうる。そのようにして、これらのオペレータは、同じトルーポジション位置決定システムを共用しうる。要求された時は、トルーポジションシステムは、個々のセルラ移動体無線端末の位置情報を供給する。そうでない時は、位置決定システムは、通常セルラ移動体無線システムと通信しない。
【０００４】
前述のように、トルーポジションシステムにより用いられる位置決定のＴＤＯＡ方法は、公知の軍事上の応用に基づいている。本質的に、ＴＤＯＡ方法によれば、移動体無線端末により送信されたアップリンクメッセージの絶対的ＴＯＡは、少なくとも３つの固定無線ＢＳ内に登録される。この情報は、中央に位置するプロセッサにおいて処理され、このプロセッサは端末の位置を計算する。トルーポジションシステムにおけるアップリンクメッセージの登録は、主として（アナログ）アクセスチャネル（すなわち、ＩＳ−５４規格のもとでの「逆方向制御チャネル」）上のアップリンク制御メッセージへ指示される。あきらかに、ＩＳ−５４規格のもとにおいては、これらの制御メッセージのあるもの（例えば、登録メッセージおよびページ応答メッセージ）は、非暗号化コードでの端末識別を含み、それは、トルーポジションシステムが、関係の端末に対し責任のあるセルラネットワークオペレータからの情報を得る必要なく、特定の端末の位置を決定することを可能にする。ＩＳ−５４規格は、（例えば、ＩＳ−１３６規格の場合におけるように）トラヒックチャネルにおける広い周波数帯上に分散したアクセスチャネルを用いるのではなく、わずかな、かなり狭い周波数帯に割当てられたアクセスチャネルの全てを用いることにより、位置決定タスクをさらに容易にする。
【０００５】
しかし、主としてアクセスチャネルを使用することは、位置決定が空きモードにある移動体無線端末に対しさらに容易に行われることを意味する。そのわけは、アクセスチャネルは、（例えば、登録の時、またはページングの後に）空き端末によってのみ用いられるからである。もし移動端末の位置を、それが会話モードにある間に決定したければ、トルーポジションシステムは、音声チャネルトラッキングのためにわずかなトラヒックチャネルを利用するオプションを用いる。従って、例えば、もしハンドヘルド無線電話機により通話している時の動作中に警官の位置を決定したければ、ネットワークは、その無線電話機を、トルーポジションシステムによりモニタされるトラヒックチャネルへ、ハンドオフまたは新規割当てすることを要求される。
【０００６】
スティルプ（Ｓｔｉｌｐ）他に対する米国特許第５，３２７，１４４号は、（明らかにトルーポジションシステムに関連する）ＴＤＯＡセルラ電話機位置システムを開示している。その特許によれば、移動体無線端末により逆方向（アナログ）制御チャネル上へ周期的に送信されるアップリンク信号（例えば、ＩＳ−５４プロトコルにより１５分毎に生じうるセルラ登録メッセージ）が、少なくとも３つの無線基地局により受信され、記録される。それぞれの信号のＴＯＡは、（アップリンクメッセージに含まれる）送信端末の識別と共に、それぞれの無線基地局において記録される。この情報はプロセッサへ転送され、このプロセッサは、３つのＴＯＡと、無線基地局の既知位置と、から得られるＴＤＯＡを用い、そのようにして識別された移動体無線端末の位置を計算する。
【０００７】
（明らかにトルーポジションシステムにも関連する）スティルプ他に対するＰＣＴ出願第ＷＯ９４／２７１６１号は、移動体送信機の位置を決定するためのＴＤＯＡシステムを開示している。移動体無線端末により、周期的にではなく応答的に送信されるアップリンク信号（例えば、セルラページ受理通知メッセージ）は、（そのアップリンクメッセージ内に含まれる）送信端末の識別と共に、複数のＢＳにより受信され、ＴＯＡをタイムスタンプされ、また記録される。この情報はプロセッサへ転送され、このプロセッサは、そのＴＯＡと、無線ＢＳの既知位置とを用い、そのようにして識別された移動体無線端末の位置を計算する。
【０００８】
上述の文書は、セルラ位置決定の分野におけるかなりの進歩を示しているが、なお解決されるべき多くの問題が残されている。例えば、上述のＴＤＯＡ方法は、一般にＩＳ−５４システムにおけるアナログ音声チャネルへは適用されえない。そのわけは、音声チャネルの周波数は周波数計画に従って無線ＢＳへ分配されるからである。もし所定の音声チャネル（周波数）が、所定のアクセスチャネルの代わりに位置決定測定のために用いられるべきであれば、ある無線ＢＳは、音声チャネルをこれら所定の周波数に割当てえない。そのわけは、ＢＳのコンバイナは、その所定の周波数を含まないかもしれない基地局特有の周波数に同調せしめられるからである。従って、これらのＢＳと通信する端末の位置は、それらの端末が会話モードで動作している時には、上述の方法によっては決定されえない。
【０００９】
特に上述の位置決定方法が、あるトラヒックチャネルにおける会話モードにある移動体無線端末に適用される時の追加の問題は、その移動体無線端末の電力制御に関連する。もしその移動体端末がサービス無線基地局の近くにあれば、陸上システムは、低いアップリンク送信電力を要求する電力制御命令を、その移動体無線端末へ送る。ＴＯＡを測定するように命令された、もっと遠い無線基地局がその時受信する信号は、もし移動体無線端末からの距離がある限度を超えていれば、ＴＯＡ測定を行い且つ端末識別を読取るのに十分な強度をもたない。
【００１０】
上述の移動体端末の位置決定方法に関するさらにもう１つの問題は、それがＩＳ−５４システムにおけるディジタル音声チャネルに対して適用しえず、移動体端末が、複数の所定のアナログ音声チャネルのうちの１つのチャネルへハンドオーバされた後でなければ、位置決定方法が用いられえないことである。さらに、上述の位置決定方法は、（なかんずく）ＩＳ−１３６システムにおけるような純粋なディジタル規格のもとでは、適用が困難である。そのわけは、制御チャネルが、割当てられた周波数帯内の任意の周波数のものでありえ、位置決定要求を受信し終わる前に、あらかじめ全てのチャネル上の全てのトラヒックを記録することは不可能であるからである。さらに、移動体通信用ディジタルグローバルシステム（ＧＳＭ）のような、あるセルラ移動体無線システムにおいては、トラヒックチャネルのために周波数ホッピングモードが用いられ、これが、上述の方法により移動体端末の位置を決定することを事実上不可能にする。
【００１１】
結論として、任意のアップリンクトラヒックチャネル、または制御チャネル上の、かつ任意の現在および将来の移動体通信規格による、任意のセルラ移動体無線端末の位置を決定する方法への要求が存在している。
【００１２】
（発明の要約）
本発明が取り組む１つの問題は、通常のディジタルおよびアナログトラヒックチャネル（例えば、音声チャネル）に対しアップリンクＴＤＯＡ方法を適用するのであるが、トラヒックチャネル上において会話モードで動作しつつある移動体端末が、通常それらの識別をアップリンクへ送信しないこと、およびトラヒックチャネルが周波数ホッピングモードで用いられうること、を認識しつつ、任意のディジタルまたはアナログ移動体無線端末の地理的位置をどのようにして決定すべきか、ということである。
【００１３】
本発明が取り組むもう１つの問題は、指向性アンテナ（例えば、アンテナアレイ）が無線基地局用として利用可能である時に、標準的なディジタルおよびアナログ移動体無線端末の地理的位置をどのようにして決定すべきか、すなわち、到着方向（ＤＯＡ）測定により、アップリンクＴＤＯＡ方法をどのようにして補足すべきか、ということである。
【００１４】
本発明が取り組むさらにもう１つの問題は、会話モードで動作している移動体無線端末の地理的位置を、搬送周波数のＴＤＭＡタイムスロットを用いどのようにして決定すべきか、ということである。その場合、それらのタイムスロット内のバーストは、非サービス無線ＢＳに到着する時に他のタイムスロット内のバーストとオーバラップしうる。そのわけは、タイムアラインメント（ＴＡ）システムの機能が、サービス無線ＢＳにおいてのみそのようなオーバラップを避けるように設計されているからである。
【００１５】
本発明が取り組むさらにもう１つの問題は、移動体無線端末の改善された位置決定を必要とするある地域において、測定の精度をどのようにして改善するか、ということである。例えば、精度に関する要求は、位置決定を必要とする移動体端末の環境（田舎の屋外、都会の屋内、など）に依存して変化しうる。
【００１６】
本発明が取り組むさらにもう１つの問題は、受信される無線エネルギーに関する限りにおいて、どのようにして無線基地局により遠隔の移動体無線局から送信されたアップリンク信号のＴＯＡを測定しうるようにするか、ということである。
【００１７】
従って、本発明の目的は、非周波数ホッピングトラヒックチャネルが存在し、かつ周波数ホッピングトラヒックチャネルが存在しうる移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００１８】
本発明のもう１つの目的は、ＴＤＯＡ測定を補足するために方向測定がシステムの固定部分において行われる移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００１９】
本発明のさらにもう１つの目的は、受信されるバーストのオーバラップが回避されうる移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００２０】
本発明のさらにもう１つの目的は、必要に応じ局所的に改善された精度が得られる、移動体無線システムの任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００２１】
（遠隔の無線基地局が位置決定に参加する場合を含め）基地局が、信号のＴＯＡを決定するために十分な受信アップリンク信号エネルギーを供給される移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００２２】
本発明によれば、以上の目的およびその他の目的は、位置決定機能を、移動体無線端末を扱う移動体無線システムの陸上ネットワーク内に統合することにより達せられる。特に、移動体端末の位置決定に必要なアップリンクＴＯＡ（およびオプションとしてのＤＯＡ）の測定は、要求があり次第、移動体無線システムの無線ＢＳにおいて、送信機−受信機（ＴＸ−ＲＸ）の通常の機能が測定装置の機能により補足された改変受信機（ＭｏｄＲＸ）を用いて行われる。実施例においては、ＭｏｄＲＸにおいてＴＸ部分は用いられず、従って除外されうる。測定命令は、例えば、移動体サービス交換局（ＭＳＣ）のようなネットワーク制御装置により、１つまたはそれ以上のＢＳへ送られ、それらの命令は、測定を行う無線チャネルを識別する。測定は行われるとネットワーク制御装置へ報告され、またそこから、（その特定の時刻における無線チャネルに関連する移動体端末の識別と共に）移動体無線端末の位置を計算するサービスノード（ＳＮ）内のプロセッサへ報告される。
【００２３】
本発明の１つの実施例においては、ＩＳ−１３６規格に従って動作するセルラ移動体無線システムにおけるＭｏｄＲＸは、トラヒックチャネルの識別用の（関連する周波数と、タイムスロット固有の同期ワードと、に対応する）チャネル番号を用い、指定されたアップリンクトラヒックチャネル上の信号のＴＯＡを測定するようＭＳＣにより命令される。この測定動作が完了すると、ＭｏｄＲＸは、そのＴＯＡ測定値をトラヒックチャネル番号（ＣＨＮ）と共にネットワーク制御装置（ＭＳＣ）へ送り返す。ネットワーク制御装置は、ルックアップテーブルを用いて、ＣＨＮを、その時刻におけるトラヒックチャネル上で動作している移動体端末の識別（ＭＳ−ＩＤ）へ翻訳する。前もって、測定が命令された時に、ＭＳ−ＩＤおよびＣＨＮの情報が、セルラシステムにおいて得られる呼セットアップ記録からコピーされ、ルックアップテーブル内へ入力されている。ＴＯＡ測定値は、ネットワーク制御装置により供給される関連する移動体端末識別と共に位置決定計算へ入力として供給され、この計算は、ネットワーク内のＳＮにおいて、３つの異なる無線基地局において同じ端末について行われた少なくとも３つの同時測定の結果を利用して行われる。ＭｏｄＲＸは、該ＭｏｄＲＸが測定を行うトラヒックチャネルにおけるディジタル情報に同期させられ、ＴＯＡ測定は、（例えば、衛星に基づく全地球測位システム、すなわちＧＰＳ、またはある他の公知の絶対時間基準により与えられる）正確な時間基準に関して行われる。
【００２４】
第１実施例のもう１つのバージョンにおいては、ＧＰＳにより与えられる絶対時間基準を、少なくとも１つの基準移動局により与えられる相対時間基準で置換することにより、改善された精度および柔軟性が実現されうる。
【００２５】
本発明の第２実施例においては、上述の移動体端末位置の決定方法および装置が、ＤＯＡ測定を行うＭｏｄＲＸにより補足され、このＤＯＡ測定値は、上述のＴＯＡ測定値と同様にして報告される。ＤＯＡ測定値は、ＳＮにおける位置決定アルゴリズムへ入力パラメータとして供給される。もしＴＯＡおよびＤＯＡの測定値の双方が、位置決定アルゴリズムにおける使用のために得られるならば、（例えば、ＴＯＡ距離の円と、ＤＯＡを表示する線との交点を用いて）あいまいさのない位置決定結果を得るために、無線チャネルの測定値を報告する無線ＢＳは１つのみ必要となる。
【００２６】
本発明の第３実施例においては、遠隔のＢＳが位置決定測定のために用いられなければならない環境において、ＭｏｄＲＸにおいて行われるＴＯＡ測定が、まずハンドオーバを行った後に行われるので、同じ搬送波上の、測定されるトラヒックチャネルのタイムスロットに隣接するタイムスロットは、他の移動体接続により使用されない。上述のように、これは、近くに代わりのＢＳが得られない場合に、位置決定のために遠隔ＢＳの使用することを可能にし、最初にハンドオーバを行わずに遠隔ＢＳを使用すれば、妨害バーストのオーバラップを生ぜしめることになる。
【００２７】
本発明の第４実施例においては、ＴＯＡ測定を行うＭｏｄＲＸは、その無線ＢＳから遠くに位置しているが、なおその無線ＢＳに接続されている。この実施例によれば、局所的な位置決定の精度は、追加のコストが必要な場合でも、わずかな追加のコストで改善されうる。
【００２８】
第４実施例の１つのバージョンにおいては、固定接続（例えば、同軸ケーブル、ガラス繊維の光ケーブル、または導線）を経て近くの基地局に接続されたＭｏｄＲＸ装置により、改善された測定精度が実現される。今後「カスケード位置決定」と呼ばれる、この実施例の第２バージョンにおいては、移動体ＭｏｄＲＸ装置を自動車両（例えば、救急車、警察のパトロールカー、軍用車両、など）内に配置することにより、改善された測定精度が実現されうる。本発明の教示によれば、自動車両の位置の決定方法は、固定基地局において、自動車両内に置かれた移動局のためにＴＯＡ／ＤＯＡ測定を行うことにより実施されうる。この同じ移動局は、好ましくは、やはりその自動車両内に配置された（ＭｏｄＲＸ）基地局に直接接続されたものとする。この移動局は、その自動車両内に配置された基地局のＭｏｄＲＸにより行われたＴＯＡ／ＤＯＡ測定を、セルラ移動体無線システム中へ報告する。そのＭｏｄＲＸはＧＰＳ受信機を含むことができ、このＧＰＳ受信機は、セルラシステムのみを経ての、または、より良い精度を所望する場合にはＧＰＳを経ての、その自動車両の位置の決定を可能にする。しかし、測定の報告は、セルラシステムを経て行われる。追加される可能性は、自動車両を、既知位置を有するいくつかの所定の駐車場の１つに駐車させ、その位置を手動で報告することである。
【００２９】
本発明の第５実施例においては、サービス無線基地局が、移動体無線端末（ＭＳ）の極めて近くにある。ＴＯＡ測定を、遠くのＢＳ内のＭｏｄＲＸにより行われるように命令する前に、移動体無線端末（ＭＳ）は、その送信電力を強制的に増加させられる。この増加は、ネットワーク制御装置が、ＭＳに、測定中高電力で送信するように命令することにより、または、ＭＳをもっと遠くのサービスＢＳへハンドオフすることにより、実現することができ、後者の場合もＭＳからの送信電力は高くなる。
【００３０】
本発明の第６実施例においては、ＴＯＡを測定する無線ＢＳのＭｏｄＲＸは、信号メッセージについて信頼性のある測定を行いうる十分な信号エネルギーを受信しない。しかし、トラヒックチャネル上の可変情報の読取りは、本発明により行われるＴＯＡ測定に関連しないので、１つより多くのメッセージが受信され、従って、１つのメッセージより長い積分時間にわたり、非可変情報（例えば、同期ワード、ＣＤＭＡコードパタ−ン、など）の受信エネルギーが蓄積され、これは、ＴＯＡ測定を受けつつある信号のＳ／Ｎ比を改善する。
【００３１】
本発明の第７実施例においては、ＴＯＡを測定する無線ＢＳのＭｏｄＲＸは、信頼性のある測定を行うための、妨害レベルを超える十分な信号エネルギーを受信しない。その遠隔のＢＳ内のＭｏｄＲＸによりＴＯＡ測定が行われるように命令する前に、移動体無線端末（ＭＳ）は、同じサービスＢＳにおける別のトラヒックチャネルへハンドオフ（ＢＳ内ハンドオフ）され、その場合新しいトラヒックチャネルは、ＴＯＡ測定を行うその遠隔のＢＳにおける妨害の影響が小さいように選択される。
【００３２】
本発明の１つの重要な技術的利点は、その位置決定方法が、関係する移動体無線端末が任意のアップリンクディジタル（またはディジタル化）情報を伝達する限り、または伝達せしめられうる限り、任意のアナログおよびディジタルシステムと、回線交換およびパケット交換トラヒックおよび制御チャネルと、へ適用可能であることである。そのわけは、ＭｏｄＲＸが、任意の指定されたアップリンク無線チャネル上において、前もって既知であるディジタル情報（例えば、同期ワード）を、そのチャネル上のなんらかの端末識別情報または他の可変情報を読取る必要なく、受取るからである。
【００３３】
本発明のもう１つの重要な技術的利点は、いくつかの一般に普及している移動体通信システム（例えば、エリクソン（Ｅｒｉｃｓｓｏｎ）のＣＭＳ８８システム）が、ハンドオーバ前に「検査」に関連してアップリンク信号強度を測定する（すなわち、ターゲットＢＳにおげるアップリンク信号強度をチェックする）モジュールを有し、本発明の測定モジュールが、そのような測定モジュールを改変することにより得ることができ、それにより、位置決定に必要なプロシージャおよび信号プロトコルが、ハンドオーバ機能から容易に得られることである。
【００３４】
本発明のさらにもう１つの重要な技術的利点は、本位置決定方法が、移動体端末が空きモードにある時と同様に、呼中においても適用されうることであり、そのわけは、要求が、（上述のように）関係する移動体端末がディジタル情報をアップリンクへ送ることができ、測定が行われつつある間、可変情報が読取られないことであるからである。この総合的能力は、例えば、警察活動中などの、ある重要な状況において重要でありうる。
【００３５】
本発明のさらにもう１つの重要な技術的利点は、測定モジュールＭｏｄＲＸを無線ＢＳから遠くに設置し、それにより、多数の完全な無線ＢＳを必要とすることなく、多くの異なる位置に使用可能な測定モジュールを有することにより、位置決定測定の局所的精度を改善しうることである。この技術的利点は、移動体測定モジュールＭｏｄＲＸが、救助活動，警察活動、または軍事活動に参加する自動車両内に置かれている時には、さらに明らかになる。そのわけは、測定の正確さが最も必要とされる時に、測定精度が局所的に改善されるからである。
【００３６】
本発明のもう１つの重要な技術的利点は、周波数ホッピングチャネルにおいて測定を行いうることである。そのわけは、ホッピングシーケンスについての情報が、移動体無線陸上ネットワークにおいて容易に使用しうるからである。
【００３７】
本発明のさらにもう１つの重要な技術的利点は、それが、ＭＳにおける送信電力を増加させることにより（セルラシステムにおける位置決定機能の統合により可能になる）、またはＴＯＡ測定を行うＢＳにおいて、受ける妨害が小さいトラヒックチャネルへのＢＳ内ハンドオフによりＭＳをハンドオフすることにより（これも、セルラシステムにおける位置決定機能の統合により可能になる）、必要な時に無線ＢＳにおける受信信号エネルギーの増加を、受信機におけるエネルギーを１つより多くのメッセージにわたり積分することにより可能にすることである（メッセージの内容が問題にならないので可能になる）。
【００３８】
本発明のもう１つの重要な技術的利点は、移動局の位置決定において、ＧＰＳおよび全国無線送信機のような絶対時間基準の代わりに、少なくとも１つの基準移動局を用いるオプションである。ＧＰＳ全国無線送信機の代わりに基準移動局を用いることの技術的利点は、基準移動局と、配置される移動体無線端末との間では、周波数が同じまたは類似しており、一方、ＧＰＳ全国無線送信機と、移動局とに関連する周波数は、明らかに異なることから、さらに明らかとなる。
【００３９】
本発明の方法および装置のさらに完全な理解は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより得られる。
【００４０】
（図面の詳細な説明）
本発明の実施例およびその利点は、図１から図７までを参照することにより最も良く理解され、これらの図の同じ部品および対応する部品に対しては、同じ番号が用いられている。
【００４１】
本質的に、本発明は、移動体無線端末の位置決定のためのアップリンクＴＤＯＡ方法を提供し、これは、実施例においては、ＩＳ−５４、ＩＳ−１３６、およびパシフィックディジタルセルラ（ＰＤＣ）規格により動作するエリクソンシステムにおけるハンドオフと共に適用される検査プロシージャのさらなる発展に基づくものである。ハンドオフ要求がＭＳＣへ送られると、ＭＳＣは、ターゲットセル内の特定の基地局に、検査を行うように命令する。エリクソンシステムにおいては、そのようなモジュールは、ＩＳ−１３６規格のもとでは位置および検査モジュール（ＬＶＭ）と呼ばれ、ＰＤＣ規格のもとでは検査受信機（ＶＲＸ）と呼ばれる。この機能の目的は、ターゲットセル内における移動体端末の存在を検査することである。検査モジュールは移動体端末に同調し、旧チャネル上における移動体端末の存在を検査する。この検査の結果は、ＭＳＣへ送られる。
【００４２】
本発明によれば、ＢＳにより行われる位置決定アップリンク測定は、時間的（例えば、ＴＯＡ）測定と、角測定と、を含みうる。ＴＯＡ測定は、好ましい測定方法を構成する。しかし、角測定は、特にもしＢＳが、移動体端末からの信号のＤＯＡの推定を容易に可能にする適応アンテナ（アンテナアレイ）を備えているならば、ＴＯＡ測定を補足するために用いられうる。移動体端末の位置は、１つのＢＳにおいて行われるＴＯＡおよび／またはＤＯＡ測定から推定されうる。あるいは、移動体端末の位置を推定するために、複数のＢＳのＴＯＡおよびＤＯＡ測定を組合わせることもできる。
【００４３】
図１は、本発明の実施例による、統合位置決定機能を有するセルラ移動体無線システム１００を示す概略ブロック図である。システム１００は、複数の無線ＢＳ（代表的な３つが、ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３として示されている）。これらの無線基地局は異なるサイトに位置しており、通信リンク１０１を経て有線ネットワークに接続されている。この有線ネットワークは、さらに公衆電話交換網すなわちＰＳＴＮ（明示的には示されていない）を経て、ＳＮ１０３に接続されている。接続１０４は、好ましくは中継接続を含む。ＭＳＣ１０２は、チャネル番号（ＣＨＮ）を移動体端末識別（ＭＳ−ＩＤ）に関連させるためのルックアップテーブル１０９を含む。
【００４４】
ＳＮ１０３はプロセッサ１０３ａを含み、プロセッサ１０３ａはさらに、受信ユニット１０３ｂと、記憶ユニット１０３ｃと、送信ユニット１０３ｄと、第１および第２の計算ユニット（１０３ｅ、１０３ｆ）のそれぞれと、を含む。第１計算ユニット１０３ｅは、無線基地局によりアップリンク上で受信された信号のＴＤＯＡを計算し、その場合第１計算ユニット１０３ｅは、報告されたＴＯＡを用いる。第２計算ユニット１０３ｆは、移動体無線端末の位置を、ＴＤＯＡ情報と、（オプションとして）利用可能な報告されたＤＯＡ情報と、を用い移動体無線端末の位置を計算する。記憶ユニット１０３ｃは、無線基地局の既知の地理的位置を保持する。受信ユニット１０３ｂおよび送信ユニット１０３ｄは、（例えば、公知の短メッセージサービスのメッセージのような短いテキストメッセージを用いて）位置決定情報を要求／受信する顧客との双方向通信を提供する。
【００４５】
図１はまた、位置を決定されるべき移動体無線端末（ＭＳ）１０８をも示している。無線基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３は、それぞれの該ＢＳの２つのアンテナ１０６上に受信されるアップリンク無線接続１０５を経て、ＭＳ１０８のトラヒックチャネルを受信する。この２アンテナ機能は、無線トラヒックに対し、かつまた本発明により行われる位置決定測定に対し、空間ダイバーシチを提供する。それぞれの無線基地局（ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３）は、制御部１１０と、スプリッタ１１２を経て受信アンテナ１０６に、またコンバイナ１１３を経て送信アンテナ１０７に接続された複数のＴＸＲＸ１１１と、を含む。さらに、それぞれの前記ＢＳは、好ましくは、例えば、宇宙ベースＧＰＳ１２０のような正確な時間基準からの信号を受信する、時間基準ユニット１１４を含む。その時間基準信号は、時間基準ユニット１１４から連続的にＭｏｄＲＸモジュール１３０へ結合せしめられる。
【００４６】
本発明のＢＳ（例えば、ＢＳ１）は、時間基準ユニット１１４と、制御部１１０と、を含み、制御部１１０は、ＢＳ内の、ＭｏｄＲＸのみでなく、もっと多くのユニットにサービスしうる。好ましくは、ＭｏｄＲＸ１３０はＢＳ内に配置されるが、そのようなＭｏｄＲＸはまた、ＢＳから遠くに配置された自立ユニットでもありえ、しかし、ＢＳの制御部１１０および時間基準ユニット１１４には接続される。もしＭｏｄＲＸがＢＳ内に配置されれば、そのＭｏｄＲＸは、ＢＳの受信アンテナを共有しうる。しかし、もしＭｏｄＲＸがＢＳから遠くに配置されれば、そのＭｏｄＲＸは、それ自身の受信アンテナ１０６を含みうる。
【００４７】
図２は、図１に示されているＭｏｄＲＸ１３０の詳細を示す概略ブロック図である。実施例においては、ＭｏｄＲＸは、無線ＢＳにおいてＴＯＡ測定を行う。あるＢＳにおいては、ＭｏｄＲＸはまた、ＴＯＡ測定を補足する公知のＤＯＡ測定装置２０７をも含みうる。
【００４８】
ＭｏｄＲＸ１３０は、計量部２０１と、無線受信機部２０２とを含む。計量部２０１は、ＩＳ−５４およびＩＳ−１３６システムにおける使用のために３重化され（図２には、明示的に示さず）、フレームの３つの最高速タイムスロットを処理するようにされうる。逆に、無線受信機部２０２は、３重化された計量部２０１により共用されうる。もしＭｏｄＲＸ１３０が、周波数ホッピングシステム（例えば、ＧＳＭ）において用いられるバージョンを含めば、制御部１１０は、好ましくは、周波数ホッピングシーケンスを受信周波数合成器２１１へ入力し、受信周波数合成器２１１は、位置決定が周波数ホッピングトラヒックチャネル上において行われうるようにする。無線受信機部２０２はまた、２つの受信アンテナ１０６に結合した、受信機２１２と、ＲＦ復調器２１３と、ＩＦ復調器２１４と、をも含む。ＧＳＭについてのさらなる詳細は、欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）により標準化されたＧＳＭ技術仕様と、マイケル・ムーリ（ＭｉｃｈｅｌＭｏｕｌｙ）およびマリー・バーナデット・ポーテット（ＭａｒｉｅＢｅｒｎａｄｅｔｔｅＰａｕｔｅｔ）著の「移動体通信のためのＧＳＭシステム（ＴｈｅＧＳＭＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」と題する書籍（国際標準書籍番号（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｔａｎｄａｒｄＢｏｏｋＮｕｍｂｅｒ）２−９５０７１９０−０−７）と、に与えられている。
【００４９】
図２において、計量部２０１は、時間基準ユニット１１４からの時間基準信号と、ＴＯＡ測定を受ける記号検出器２０４からのアップリンク信号と、を受けるＴＯＡ計２０３を含む。記号検出器２０４は、等化器２０５（または、アナログチャネル用相関器）から入力信号を受ける。同期ワードおよびＤＶＣＣ（ディジタル検査カラーコード）部２０６は、ＴＯＡ測定を受ける無線チャネルを識別する番号を制御部１１０から受ける。例えば、ＩＳ−５４またはＩＳ−１３６システムにおいては、ＢＳのクラスタ内のそれぞれのＢＳは、特定のＤＶＣＣと、それが搬送周波数の特定のタイムスロットに同期することを可能にする７つの異なる同期ワードと、を有する。この情報は、制御部１１０からＤＶＣＣ部２０６へ入力され、制御部１１０はその情報をさらにＭＳＣ（１０２）から受ける。同期ワードおよびＤＶＣＣ部２０６は、このチャネル情報を等化器２０５へ結合させ、この等化器が（好ましくは公知の相関方法を用いて）タイムスロットを見出せるようにする。オプションとして、もし関連する無線ＢＳが、（２つより多いアンテナ１０６に対応する）アレイアンテナシステムを含むならば、計量部２０１は、制御部１１０のみに接続されたＤＯＡ計２０７を含みうる。ＤＯＡ計２０７は制御部１１０から、そのようなＢＳにおける公知のビーム形成機能から得られる方向情報を要求して受ける。従って、ＤＯＡ計２０７は、位置測定のために指定されたチャネルに関して得られる情報をリレーするのみである。ＤＯＡ情報が得られる時は、それはＳＮ内の位置決定アルゴリズムにおいて利用され、位置決定精度を改善し、または、関係する３つより少ないＢＳにより位置決定が行われるようにすることができる。例えば、単一無線基地局からのＴＯＡおよびＤＯＡのみが得られる時は、ＤＯＡにより与えられる直線と、ＴＯＡ測定により与えられる円（その半径は、光速度に移動体端末からＢＳまでの信号の伝搬時間を乗じたものに等しい）との交点に、移動体端末の位置が決定されうる。
【００５０】
図３は、本発明によるＴＯＡ測定を受ける、（ＩＳ−１３６規格のもとでの）逆方向（アップリンク）タイムスロットのためのフォーマット３０１を示す図である。２８ビット同期ワードの異なる配置を示すために、順方向（ダウンリンク）タイムスロットフォーマット３０２も示されている。アップリンクにおいては、受信相関器回路（明示的には示されていない）によりタイムスロットを見出すために用いられる同期ワードは、タイムスロットの始めまたは終りから離して配置される。この配置の理由は、搬送周波数上の連続するタイムスロットのアップリンクタイミングが、異なる移動体無線端末により、同じ搬送波上の異なるタイムスロットを用いて与えられるからである。従って、アップリンクタイムスロットは、それらが異なる移動体無線端末から無線基地局へ到着する時、互いにオーバラップしうる危険がある。同期ワードを多少とも中央に配置すれば、そのようなオーバラップの機会は最小化される。この問題はダウンリンクにおいては存在しない。それにもかかわらず、そのようなオーバラップは、アップリンクにおいて起こりうるので、少なくとも同期ワードを、妨害を受けないように保護することが重要である。
【００５１】
図４は、本発明によるＴＯＡ測定を受ける、ＩＳ−５４規格のもとでの逆方向（アップリンク）音声チャネルメッセージストリームのためのフォーマット４０１を示す図である。絶対ＴＯＡは、メッセージ内の任意の合意された点（例えば、第１ワード同期４０２の終り）に関するものである。等化器２０５は時間ダイバーシチにより助けられ、メッセージ内のいくつかのワード同期を検査し、時間的な公称遅延４０３により補正することにより、メッセージ内の合意された点を見出すことができる。この機能は、例えば、メッセージ内の合意された点４０２がフェージングにより妨害された時に役立つ。アナログ音声チャネルは、ディジタル時間基準を含まないので、移動体端末をして、（例えば、ダウンリンク上の監査命令に応答して）音声チャネル上へアップリンクメッセージを送らしめることが必要である。
【００５２】
図５は、本発明による、図１に示されているシステム１００と共に用いられうる位置決定方法５００を示すフローチャートである。図１および図５を参照すると、ＳＮ１０３へ位置決定要求が来た時（ステップ５０１）、ステップ５０３において、位置決定されるべき移動体端末１０８が会話モードにあるかどうかについての決定が、中継線１０４を経てＭＳＣ１０２へ、その移動体端末への呼をセットアップするよう要求することにより行われる。もし移動体端末１０８が空き状態にあれば、ステップ５０７において呼がセットアップされる。もしステップ５０３において、移動体端末がすでに会話モードにあれば、ステップ５０５において、その使用されているトラヒックチャネルがディジタルトラヒックチャネルであるかどうかについて決定が行われる。もしディジタルトラヒックチャネルでなければ（すなわち、そのトラヒックチャネルがアナログであれば）、ＭＳＣ１０２から移動体端末１０８へ監査メッセージが送られ、その移動体端末がアップリンク応答を（例えば、図４に示されているフォーマットに基づく）ディジタル形式で受けるようにされる。そうではなく、ステップ５０５において、もしトラヒックチャネルがディジタルであれば、監査メッセージは不必要となる。ステップ５０９において、ＭＳＣ１０２は、いずれの（例えば、３つの）ＢＳが位置決定プロセスに参加すべきかを決定し、接続１０１を経て、ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３のような、少なくとも３つの指定された無線基地局からのＴＯＡ測定を要求し、関係するトラヒックチャネル番号を指示する。３つのＢＳのそれぞれにおける制御部１１０は、ＭｏｄＲＸ１３０に、指定されたチャネル上の移動体無線端末の位置を決定するように要求する。ステップ５１１において、３つのＢＳは、公知のＴＯＡ測定方法により測定を行い、得られた測定情報を、関連するチャネル番号（ＣＨＮ）と共にＭＳＣ１０２へ報告する。ステップ５１３において、ＭＳＣ１０２は、該ＭＳＣ内のルックアップテーブル１０９を用い、そのＣＨＮを移動体無線端末の識別（ＭＳ−ＩＤ）へ翻訳する。ステップ５１５において、ＭＳＣは、無線基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３からの測定値を、ＭＳ−ＩＤと共に、ＳＮ１０３へ送る。ステップ５１７において、ＳＮ１０３は、三角測量アルゴリズムにより移動体端末１０８の位置を計算する。その結果得られた位置情報は、関係する移動体端末の位置を要求した位置決定システムの顧客へ伝達される。
【００５３】
本発明の異なる実施例における、わずかに改変された図５のフローダイアグラムは、ステップ５０９においてＴＯＡ測定を行う前に、ハンドオフステップを含み、それにより、遠隔のＢＳが位置決定に参加する時に、隣接するタイムスロットのオーバラップと、ＴＯＡ測定の妨害とを回避しうる。
【００５４】
本発明のさらにもう１つの実施例においては、もう１つのわずかに改変された図５のフローダイアグラムは、無線基地局が該基地局に接続された複数の（例えば、いくつかの）ＭｏｄＲＸを有する時、その無線基地局から１つよりも多くのＴＯＡ測定を命令するステップを含みうるが、それらのＭｏｄＲＸは異なる遠隔位置に設置される。
【００５５】
本発明のさらにもう１つの実施例においては、もう１つのわずかに改変された図５のフローダイアグラムは、ＭＳの無線カバレージ内に、ＤＯＡを決定しうるＢＳが存在する時、ステップ５０９において、図示されているように「≧３ＢＳからのチャネル上においてＴＯＡを測定する」代わりに、「１つより多くの、または１つのＢＳからのチャネル上においてＴＯＡおよびＤＯＡを測定する」、方法の置換を含みうる。その場合、ステップ５１１からステップ５１７までもまた、ＤＯＡ測定の処理を含む。
【００５６】
本発明のさらにもう１つの実施例においては、もう１つのわずかに改変された図５のフローダイアグラムは、もしステップ５０９において、指示されたトラヒックチャネルが、あるＢＳにおいてＴＯＡ測定を行うためには余りにも弱いと決定されたならば、位置決定ステップ５０３ないし５０９を繰返すステップを含みうる。この場合には、ステップ５０３を繰返す前に、もっと遠いサービスＢＳへのＢＳ間ハンドオフを行うことにより、または、測定を行うＢＳにおいて受ける妨害が小さいトラヒックチャネルへＢＳ内ハンドオフを行うことにより、または、好ましくはＭＳに送信電力を増加させるように直接命令することにより、ＭＳの送信電力を増加させる（またはＳ／Ｎ比を改善する）ステップが追加される。
【００５７】
図６は、図１に示されている実施例による位置決定機能を有するセルラ移動体無線システム６００を示す概略ブロック図であるが、「カスケード位置決定」の新概念を実行するように改変されている。図１および図６を参照すると、図１に示し、また図１に関連して上述した要素に加えて、システム６００は、少なくとも１つのＭＳ６０１を含む。ＭＳ６０１は、好ましくは、付属ユニット６０２を経てＢＳ１に有線接続される。ＭＳ（端末）６０１は、無線エアインタフェース６０４を経、無線基地局ＢＳ４（６０３）を経て、ＭＳＣ１０２と通信する。図６に示されている実施例においては、無線基地局ＢＳ４（６０３）および無線エアインタフェース６０４（移動体接続）は、ＢＳ１とＭＳＣ１０２との間の、（図１に示されている）固定接続１０１を置換している。従って、図６に示されている代表的な移動体接続のような移動体接続（例えば、ＢＳ４およびエアインタフェース６０４）の使用は、移動車両（例えば、救急車、警察のパトロールカー、軍用車両、など）内にＢＳ１（またはＢＳ２またはＢＳ３）を置くことを可能にし、１つまたはそれ以上のＢＳ（例えば、ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、など）を重要な領域の比較的近く（例えば、ＭＳ１０８を携帯する遭難者の比較的近く）へ移動させることにより、位置決定の精度を動的に改善することができる。もし重要な領域内に固定ＢＳが１つしかなければ、自動車両の、またＭＳ１０８の位置を決定することが困難となりうる。図６に示されているように、本発明によれば、車両は、時間基準ユニット１１４内に、ＧＰＳから制御される「時間基準」に加えて「ＧＰＳ受信機」をも含みうる。従って、車両は、内部ＧＰＳ受信機の使用が有利である場合には、ＭＳ６０１を経てその位置を報告しうる。
【００５８】
動作上、図５に関連して以上に示され且つ説明された方法は、移動局６０１の位置、従ってＢＳ（例えば、ＢＳ１、ＢＳ２、またはＢＳ３）を運搬する自動車両の位置を決定し且つ報告するためにも用いられうる。好ましくは、図６に示されている実施例における信号妨害を最小化するために、移動体無線ＢＳ（例えば、ＢＳ１、ＢＳ２、またはＢＳ３）により行われるＴＯＡ／ＤＯＡ測定は、自動車両の位置を決定しつつある固定無線基地局ＢＳ４（６０３）のＴＯＡ／ＤＯＡ測定、または移動体接続（エアインタフェース６０４およびＢＳ４（６０３））を経て送信される報告と、オーバラップしないようにする。
【００５９】
図７は、図１に示されている実施例によるセルラ移動体無線システム７００を示す概略ブロック図であるが、ＧＰＳ１２０および時間基準１１４（図１）の代わりに、少なくとも１つの基準移動局（ＭＳＲ）７０９を用いるように改変されている。図１および図７を参照すると、図１に示し、また図１に関連して上述した要素に加えて、システム７００は、無線基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３対し既知位置を有するＭＳＲ７０９を含む。基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３は、ＭＳＲ７０９から送信されるアップリンク無線接続７０５を受信する動作を行いうる。さらに詳述すると、ＭＳＲ７０９は、それぞれの基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３へ相対時間基準すなわち「時間ブリップ」を送信し、この「時間ブリップ」は、例えば、特定のフレームの始めから成りうる。
【００６０】
相対時間基準すなわち「時間ブリップ」の受信に応答して、基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３内のそれぞれのＭｏｄＲＸ１３０は、「時間ブリップ」の対応するＴＯＡを決定する。次に、それぞれのＴＯＡは、ＭＳＲ７０９と、それぞれの基地局ＢＳ１、ＢＳ２、またはＢＳ３と、の間の既知距離を考慮して補正される。
【００６１】
その後、それぞれのＭｏｄＲＸ１３０は、ＭＳ１０８に関連するＴＯＡを決定し、その場合、そのＴＯＡは、対応する「時間ブリップ」に関して測定される。（例えば、ＭＳＲおよびＭＳの）測定されたＴＯＡは、次にサービスノード１０３へ送信され、サービスノード１０３は、公知の双曲線位置決定アルゴリズムを実行してＭＳ１０８の地理的位置を確認する。
【００６２】
さらに、ＭＳＲ７０９はまた、ＭＳＲ７０９の位置を知っている１つの基地局（例えば、ＢＳ２）内に置かれうる。そのような状況においては、ＭＳ１０８の位置を決定するために要求される必要なＴＯＡ測定の数を得るために、システム７００内に第２ＭＳＲ（図示せず）が必要となる。そのわけは、それぞれの基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３は、必要なＴＯＡを決定するために、ＭＳＲ７０９から少なくとも１つの「時間ブリップ」を受けなければならないからである。ＭＳ１０８の位置を決定しうるために必要なＴＯＡが測定されるように、第２ＭＳＲ（図示せず）を、他の基地局の１つ（例えば、ＢＳ１またはＢＳ３）に置くことができる。
【００６３】
本発明の方法および装置の実施例を、添付図面に示し且つ以上の詳細な説明において説明してきたが、本発明は、開示した実施例へ制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載され且つ定められている本発明の精神から逸脱することなく、多くの再配置、改変、および置換が可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による、統合位置決定機能を有するセルラ移動体無線システムを示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示されている改変受信機（ＭｏｄＲＸ）の詳細を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明によるＴＯＡ測定を行う基礎をなすＩＳ−１３６規格のもとでの逆方向（アップリンク）タイムスロットのためのフォーマットを示す。
【図４】本発明によるＴＯＡ測定を行う基礎をなすＩＳ−５４規格のもとでの逆方向（アップリンク）音声チャネルメッセージストリームのためのフォーマットを示す。
【図５】本発明による、図１に示されているシステムに関連して用いられうる位置決定方法を示すフローチャートである。
【図６】「カスケード位置決定」の新概念を実行するように改変された、図１に示されている実施例による統合位置決定機能を有するセルラ移動体無線システムを示す概略ブロック図である。
【図７】ＧＰＳおよび時間基準ユニットの代わりに基準移動局を用いるように改変された、図１に示されている実施例によるセルラ移動体無線システムを示す概略ブロック図である。

Claims

第２移動体無線端末（１０８）の位置決定の基準点として利用され得る移動体ユニットであって、
前記移動体ユニットは、該移動体ユニットに含まれる第１移動体無線端末（６０１）を介してネットワーク制御装置（１０２）と通信する第１の無線基地局（ＢＳ１）を含み、前記第１の無線基地局は、
時間基準ユニット（１１４）と少なくとも１つの受信アンテナとに接続した測定装置であって、
前記時間基準ユニットに結合しており、複数のトラフィックチャネルにおいてＴＯＡを測定する第１手段と、
測定されるべきチャネルからのデジタルアップリンク情報を前記第１手段へ伝達し、ＴＯＡを決定するために前記測定されるべきトラフィックチャネルと該トラフィックチャネルを識別する情報との相関を用いる第２手段と、
少なくとも１つの復調器を含む、少なくとも１つの無線受信機と、
特定のトラフィックチャネルにおける位置決定測定を可能とする周波数を前記少なくとも１つの復調器に結合させる動作を行いうる受信周波数合成器と、
周波数ホッピングトラフィックチャネルにおけるＴＯＡ測定を可能とする周波数ホッピングシーケンスを受信し、入力する手段と、
を含む前記測定装置と、
指定されたチャネルに在る前記第２移動体無線端末（１０８）により送信された信号のアップリンク到着時間を測定する指示を受信するための手段と、
前記第１移動体無線端末（６０１）の位置を決定し、報告する手段と、
前記第２移動体無線端末（１０８）により送信された前記信号のアップリンク到着時間を測定し、報告する手段と、
を含み、
前記第１手段は、前記ネットワーク制御装置（１０２）と通信し且つ少なくとも第２の無線基地局のＴＯＡ計と同期する動作を行うことができることを特徴とする移動体ユニット。
前記位置を決定し、報告する手段に、ＧＰＳ受信機が含まれることを特徴とする請求項１に記載の移動体ユニット。
前記位置を決定し、報告する手段は、前記第１移動体無線端末の位置に関するあらかじめ決められた知識を有し、該位置をユーザ指示に従って報告することを特徴とする請求項１に記載の移動体ユニット。