JP5032586B2 - 改良セル識別およびセル測位のための方法および構成 - Google Patents
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Description
(端末ベースで)50メートル(67%)および150m(95%)
または(ネットワークベースで)100メートル(67%)および300m(95%)
改良水平位置決定精度、特に丘陵地帯において
A−GPSよりも速く高度情報を提供すること
A−GPSにカバレージがない屋内で高度情報を提供すること
A−GPSに相当する制度で高度を提供すること
A−GPSハードウェアの存在を必要とすることなく高度を提供すること
A−GPS Assisted GPS(アシストされたGPS)
AECID Adaptive Enhanced Cell IDentity(適応改良セルID)
GPS Global Positioning System(グローバル測位システム)
PCAP Position Calculation Application Part(位置計算アプリケーションパート)
RAB Radio Access Bearer(無線アクセスベアラ)
RANAP Radio Access Network Application Part(無線アクセスネットワークアプリケーションパート)
RBS Radio Base Station(無線基地局)
RNC Radio Nerwork Controller(無線ネットワークコントローラ)
RRC Radio Resource Control(無線資源制御)
RTT Round Trip Time(ラウンドトリップタイム)
SAS Stand−alone Assisted GPS Serving Mobile Location Center(独立型のアシストされたGPSサービングモバイルロケーションセンター)
SRNC Serving Radio Network Controller(サービング無線ネットワークコントローラ)
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access(広帯域符号分割多元アクセス)
a.検出セルのセルID
b.補助接続情報(例えばRAB、時間)
c.量子化補助測定(例えばRTTまたはノイズライズ)
a.以下のうちの少なくとも1つの決定
i.検出セルのセルID
ii.補助接続情報(例えばRAB、時間)
iii.量子化補助測定(例えばRTTまたはノイズライズ)
b.ステップaで定めたタグの形成
c.上記タグに対応した、多角形の取出し
d.RANAPまたはPCAPを通した、上記多角形の報告
1.楕円点
2.楕円点と不確定円
3.楕円点と不確定楕円
4.多角形
5.楕円点と高度
6.楕円点と高度および不確定楕円
7.楕円弧
点フォーマットは、緯度および経度で端末位置を表す。高度および不確定度を含むことも可能。
多角形フォーマットは、角点のリストで端末位置を表す。各々は緯度および経度で表され、上記角点は、端末が位置する多角形を形成する。
楕円弧フォーマットは特別で、いわゆるRTT測位(以下参照)に合わせられる。このフォーマットは、左および右角で、ある厚さの弧により端末位置を表す。
3GPPリリース5において、「位置データ(Position Data)」情報エレメントコンテナがRANAP[2]の位置報告メッセージに導入されている。同様の導入がPCAP[3]においても踏襲される。基本的に、「位置データ」情報エレメントコンテナは、特に「測位方法および使用法」IEの少なくとも1つのアイテムは、報告端末位置に到着するためにどの測位方法がRNCまたはSASに適用されたかという報告を可能とする。情報エレメントは、予約された方法を多く含み、例えばセルIDやA−GPS、特定ネットワーク向け測位方法のようなものがある。「位置データ」情報エレメントを運ぶ追加情報は本発明の鍵となる必要条件であり、本発明は、上記情報を利用して、RANAPおよびPCAPを通した報告フォーマット能力を拡張する。
目下、3GPP規格における高度情報とともに増大するセル多角形に対する明らかな支援はない。しかしながら、いくつかの考えが議論されており、すなわち以下である。
2)上述の報告フォーマットで運ばれる高度情報の計算のアルゴリズム[7]
3)高度情報で得られる多角形角を増大させるための、AECIDアルゴリズムにおける高度情報の使用
4)3GPP規格[2]、[3]内の、高度情報で増大される多角形を報告する手段
[7]の開示技術は、区分的線形モデルか、または多項式モデルかによって任意の多角形の内部をモデリングする。このようなモデリングの結果の例が図8Aと図8Bとに見られる。図8Aは、[7]の技術による区分的線形高度モデルを開示する。図8Bは、分析的多項式内部高度モデルおよび潜在データを開示する。元の表面、得られるモデルおよび多角形が重ねられている。
h=h(x,y,θ),(x y)T∈Ω (1)
となり、ここでxはデカルト座標系におけるx座標であり、yは同一のデカルト座標系のy座標であり、θは、領域Ω⊂R2の角の各々に関する高度パラメータである。
これまでに開示したAECID方法の高度表現は基礎である。
2)各セル多角形角までの高度の増大、上記多角形角は、多角形の角のうちの1つに「十分近い(close enough)」測定クラスタの点の平均高度を計算することにより、縮小多角形アルゴリズムで計算される。
本発明の方法および構成の裏の駆動力は、本当のところ既存技術の問題ではなく、例えば前述のセルIDおよびAECIDアルゴリズムのパフォーマンスが本開示によってかなり改善可能であるという洞察である。
RRCプロトコル[8](非WCDMAシステム同様)を通して気圧(高度)を信号送信する信号送信プロトコルの核。
セルラーシステムのノードから、セルラー端末における気圧(高度)測定のカリブレーション情報を信号送信する信号送信プロトコルの核。
計算された端末位置を、上記気圧(高度)測定と一致するセル多角形の領域に制限することによって、セルIDまたはAECID測位の精度を改良するアルゴリズム。
1)気圧、または同値として高度に関する情報を送信する様々な技術。上記気圧は、セルラー端末における気圧変換器が測定する。
2)a.基準位置における気圧を精確に測定し、それによって局所的な気圧からなるカリブレーション測定を得る様々な技術および構成
b.セルラー端末への上記カリブレーション測定の送信
3)セル多角形を制限する複数のアルゴリズム。上記セル多角形は、上記セルラー端末が報告する測定気圧(高度)と一致する上記セル多角形の領域まで高度情報で増大し、元のセル多角形と比較して地理的拡張が削減された新しいセル多角形が計算される。
測定された気圧の信号送信は、例えば、以下の情報エレメントの適当な組合せを信号送信することで行うことができる。
離散気圧。mbarで測定するのが典型的である。その範囲は、0.1mbar刻みで少なくとも+100mbar〜+1200mbarに及ぶであろう。
離散気圧不確定性。mbarで測定するのが典型的である。その範囲は、0.1mbar刻みで少なくとも0mbar〜500mbarに及ぶであろう。
離散気圧であって、端末において高度に変換されるもの。その範囲は、1m刻みで少なくとも−1000m〜+30000mに及ぶであろう。
離散高度不確定性。その範囲は、1m刻みで少なくとも0m〜+5000mに及ぶであろう。
気圧カリブレーション情報の信号送信は、例えば以下の情報エレメントの適当な組合せを信号送信することで行うことができる。
離散カリブレーション気圧。mbarで測定するのが典型的である。その範囲は、0.1mbar刻みの精度で少なくとも+500〜+1200mbarに及ぶであろう。
離散カリブレーション気圧不確定性。mbarで測定するのが典型的である。その範囲は、0.1mbar刻みで少なくとも0mbar〜−100mbarに及ぶであろう。
離散カリブレーション気圧であって、端末において高度に変換されるもの。その範囲は、1m刻みの精度で少なくとも−1000m〜+5000mに及ぶであろう。
離散高度カリブレーション不確定性。その範囲は、1m刻みで少なくとも0m〜+1000mに及ぶであろう。
有効時間。その範囲は、1分刻みで少なくとも1分〜12時間に及ぶであろう。
この小セクションでは、高度情報を用いてセル多角形の側部領域を制限する原理を概説して示す。
信号送信された量を気圧と高度との間で変換する必要がある場合、以下の公式を用いることができる。
3つの主要なカリブレーションの事例をカバーする必要がある。第1および第2のものでは、カリブレーションエラー主要な原因は気象学的圧力変動のためであると仮定される。第3の事例では、さらに端末の圧力変換器のドリフトも考慮する。
このカリブレーションは、少なくとも大気の自然な圧力変動と同じくらいはやく行う必要がある。このような変動は、例えば強い低気圧が通過する場合等、時に高速であるため、以下が重要である。
2)時間(有効時間)を開始すること。その間は、カリブレーション圧力(高度)が、示された精度で有効である。
ΔpMeteorological=pCalibration−pMeanSeaLevel (3)
TpCalibrationExpires=t+TpCalibration (4)
を計算する。ここで、ΔpMeteorologicalは目下の気圧補正を表し、pCalibrationは平均海水面でのカリブレーションしている圧力を表し、pMeanSeaLevelは平均海水面での標準気圧を表し、TpCalibrationExpiresは、カリブレーションの精度が有効ではなくなる(新しいカリブレーション情報が必要となる)端末時刻を表し、tは端末の時刻を表し、TpCalibrationは目下の圧力カリブレーションの有効時間をである。
σpCalibration (5)
TpCalibrationExpires
を格納する。ここでσpCalibrationは本カリブレーションの誤差であり、当該誤差はTpCalibrationExpiresまで有効である。
a.真であるならば次式を計算する。
b.さもなければ、新しいカリブレーション情報を要求して待機する。
この場合、端末は、測定を行い、測定を離散化し、離散化した測定を報告するだけで十分である。このカリブレーションは測位ノードで行うことができる。その詳細は、上述の手続と同様である。
このカリブレーションを行うためには、端末が、よく定まった高度hReferenceに位置する必要がある。そうして前述の手続を繰り返す。続いて、個々のカリブレーション誤差は字式のように計算される。
pTransducerError
=pMeasurement−pCalibration−pCalibratione−kh Reference
(10)
hmin=hCalibratedMeasurement−σhCalibratedMeasurement (11)
hmax=hCalibratedMeasurement+σhCalibratedMeasurement (12)
h(xmin l,ymin l,θ)=hmin,(xmin l(θ) ymin l(θ))∈Ω,
l=1,……,lmax
(15)
h(xmin l,ymax l,θ)=hmax,(xmin l(θ) ymin l(θ))∈Ω,
l=1,……,lmax
(16)
ここで、lは量子化測定の特定の区間に対応する。(16)が閉じている(通常、山々では高くなるにつれ水平断面が小さくなる)場合、ある特定のlaについて(15)で表される等高線は、等高線(16)が定める領域の中に完全に囲まれている、ということが物理的に明らかである。このような場合、端末は最小等高線と最大等高線との間の領域に位置しなければならない。多くの点について(15)を解くことによって、外部多角形を発見することができる。多くの点について(16)を解くことによって、内部多角形を発見することができる。これら2つの多角形は、前述の解決手段を用いてRANAPまたはPCAPを通して報告することができる。
1)AECIDは通常通り作動させる。測定クラスタを、少なくともセルIDと量子化気圧高度とでタグ付けし、自動的に構成し、格納する。
2)多角形を計算するという場合、時に穴のある測定クラスタを処理する必要があるということが確かである。これを、AECIDにとって新規となる以下の手続で行う。
a.セルIDおよびhQuantizedBarometricAltitude≧hQuantizedMinを特徴とする全クラスタの結合からなるクラスタから、最小高度多角形を計算する。hQuantizedMinは、(11)のhminに下方から最も近づいた気圧高度量子化レベルに等しい、ということに留意されたい。
b.セルIDとhQuantizedBarometricAltitude≧hQuantizedMaxとを特徴とする全クラスタの結合からなるクラスタから、最大高度多角形を計算する。hQuantizedMinは、(11)のhmaxに下方から最も近づいた気圧高度量子化レベルに等しい、ということに留意されたい。
本発明の現在のところ好ましい実施形態の主要部分をこの付録で詳細に説明する。
この特定の実施形態では、セル環形構成は、セルの、すなわちソフトハンドオーバにおいてアクティブなセルのアクティブリストに基づく、と仮定する。対応するモデリングは他のクラスタ選択規則についても可能である。
(latj(tj) longj(tj))T,j=1,……,N(t) (A1)
ここで、latj(tj)およびlongj(tj)は、それぞれ時刻tjにおける測定緯度および経度を表す。N(t)は、時刻tにおける入手可能な測定の総数を表す。( )Tは行列/ベクトル転置を表す。
Configuration(tj)
=(cID1(tj) cID2(tj) … cIDN(tj)(tj)) (A2)
ここで、cIDl(tj)は、時刻tjにおいて高精度測位が行われるUEについての、例えばソフタハンドオーバにおける第lの最強セルのセルIDである。N(tj)は、時刻tjでのセル関係構成におけるセルの数である。
Pointerk=(Index1(k) … IndexN(k)(k)),
k=1,……,K
(A3)
ここで、Indexj(k)は(固定)ポインタkの第lのコンポーネントであり、N(k)はポインタkの次元であり、Kはカウンタの数である。高精度位置決定の対応のリストはListkで表される。時刻tにおいては次式となる。
<記号>
効率的な算術記載を容易にするために、以下の記号が必要となる。
pに対応する多角形の特定の確証。この値は、セル関係構成がpに対応する場合、UEが多角形に位置する確率に対応する。
pに対応する多角形の面積。
多角形が定める領域。
この手続は、pに対応する全高精度測定を、全部の計算を行う局所的地球接線デカルト座標系へ変換することから始まる。処理する必要があるのは、未だ変換されていない新しい測定のみである。
多角形の計算の裏にある原理は、以下の3つの考えに支配されている。
このアルゴリズムの主要な考えは、特定のセル関係構成について収集された全高精度測定を含む初期多角形から始めることである。初期多角形は高精度測定の重心から計算され、全高精度測定について、この重心からの最大距離の計算が続く。これにより、全高度測定点を含む円が定められる。そうしてこの円を含むように、初期多角形が選択される。
高精度測定は点(非確率的)として扱われるため、重心は算術平均であり、すなわち次式である。
アルゴリズムの開始は、Np個の第1のステップのみ影響を与えるため、ここでは保守的手法をとる。第1のステップは、重心からの最大距離を計算することであり、すなわち次式である。
この小セクションで説明する計算は、高精度測定点、各反復ステップにおいて、縮小多角形の内部の残りについて考える、ということに留意されたい。これは、(A12)〜(A21)について、および(A24)〜(A26)について真である。
どの多角形角が任意の反復ステップにおいて内側に移動するのが最も有益かを評価ために、まずは何が最大移動であるか定めることが不可欠である。このためには、2つの制約を考慮する必要がある。
αik j,pは、ri pとrk pとの間の線分の実現可能な最大移動を表す。
αik j,pは内点を表すが、交差はri pとrk pとの間の線分の外側であるため、実現可能な最大移動は関係ない。この場合、内部への移動は最小許容内部移動を限定しないであろう。これは、αik j,p=αmaxを設定することによって達成される。ここでαmaxは大きな内部への移動であり、例えば10である。
αik j,pは、ri pとrk pとの間の線分の実現可能な最大移動を表す。しかしながらこれは外側への移動であるため、このアルゴリズムが内部への移動のためのものであるので、0に設定されるであろう。
αik j,pは、ri pとrl pとの間の線分の実現可能な最大移動を表す。
αil j,pは内点を表すが、交差はri pとrk pとの間の線分の外部であるため、実現可能な最大移動は関係ない。この場合、内部への移動は最小許容内部移動を限定しないであろう。これは、αil j,p=αmaxを設定することによって達成される。ここでαmaxは大きな内部への移動であり、例えば10である。
αil j,pは、ri pとrk pとの間の線分の実現可能な最大移動を表す。しかしながら、これは外側への移動であるため、このアルゴリズムが内部への移動のためのものであるので、0に設定されるであろう。
(A12)が与えるような移動線と、rm pとrn pとの間の線分の交差は、以下の等式の系に対する解によって与えられるが、かかる系はパラメータαi,mn pおよびガンマmn pについて解く。ここで添字は、計算に関する点を表す。
rm pとrn pとの間の関連線分の外にある。この場合には、角ri pの評価において、交差は考慮されないであろう。αi,mn p>0という要求も残っている。角点ごと、およびアルゴリズムの反復ステップごとに(A22)を1度だけ解くことが必要である、ということにも留意されたい。
αi,m0n0 p,γm0n0 p (A23)
全高精度測定点は、制約が関係する限り同一の方向に沿って評価されるため、直接組み合わせることができる。反復ステップごとに1つの点が多角形の内部から削除されるため、限定する高精度測定点は、アクティブになる第2のものとして選択されることになる、ということにも留意されたい。ゆえに、アクティブ制約になる高精度測定点は(A24)で与えられる。ここで(A24)は以下のように計算することができる。
αi p,measurementConstraints=αi jactiveConstraint,p
(A25)
αi p,allConstraints=min(αi p,measurementConstraints,αi,m0n0 p)−ε
(A26)
ここで、εは、制約が確実にアクティブになり、次の反復ステップにおいて制約点の外側で検索が開始されるということを防ぐ小さな数である。
得られるのは削減であり、図13に示す積分、または同値として、多角形の部分の下の面積の計算が続く。
以下のアルゴリズムでは、Np m,remが、各角移動反復ステップにおいて、多角形の内部に残る高精度測定点の数を表す。多角形計算のアルゴリズムは、ある特定のセル関係構成pについては、次のようになる。
クラスタの全高精度測定の重心を計算する(A6)。
重心からの最大距離rを計算する(A7)、(A8)。
円Rのまわりに分布する初期多角形を計算する(A9)、(A10)、(A11)。
Np m,rem<CpNp mまたはαi p,allConstraints≦0まで繰り返す(測定削除ループ)。
多角形の内部に残る点の重心を計算する(A6)。
i=1〜Npについて(角移動評価ループ)。
j=1〜Np m,remについて(測定点制約評価ループ)。
可能な、点ごとに制約された角移動を計算して格納する(A21)。
終了(測定点制約評価ループ)。
可能な、組み合わせられた、測定制約された移動を計算して格納する(A24)、(A25)。
可能な、自己交差制約された移動を計算して格納する(A23)。
可能な、測定および自己交差制約された移動を計算して格納する(A26)。
(A26)に対応して、面積削減計算して格納する(A29)。
終了(角移動評価ループ)。
最大面積削減に対応する、インデックスがi0である角を発見する。
移動αi0 p,allConstraintsで角i0を更新する(A12)。
いずれの内部点のリストからも、もはや多角形の内部にはない高精度測定点を削除する。
Np m,rem:=Np m,rem−1。
終了(測定削除ループ)。
多角形の最後の角点をWGS84c緯度および経度へ送信する。
Claims (6)
- セルラー通信ネットワークにおける少なくとも1つのセルに関連するユーザ端末の改良水平位置決定の方法であって、
所定のセルID定義を提供するステップと、
前記ユーザ端末について、前記ユーザ端末の高度に対応する気圧測定の表現を提供するステップと、
提供された前記所定のセルID定義と、提供された前記気圧測定の表現とに基づいて、前記所定のセルID定義と前記気圧測定の表現とに関連する水平領域に対応する少なくとも1つの地理的領域定義を決定するステップと
を含む、
前記気圧測定の表現は、前記気圧測定の最大閾値および最小閾値を含み、前記少なくとも1つの地理的領域定義を決定するステップは、前記最大閾値に対応する第1の地理的領域定義と、前記最小閾値に対応する第2の地理的領域定義とを決定するステップを含み、2つの前記地理的領域は、前記ユーザ端末の地理的位置を含む閉地理的領域をともに定める、方法。 - 複数の測定クラスタを提供するステップをさらに含み、前記測定クラスタは高精度水平位置測定を備え、前記水平位置測定の各々は特定のタグに対応し、前記タグは少なくとも前記気圧測定の表現と前記所定のセルID定義とに基づく、請求項1に記載の方法。
- 通信ネットワークにおけるユーザ端末について、前記気圧測定の表現と前記所定のセルID定義とに基づいてタグを生成するステップと、前記タグに対応する少なくとも1つの決定された地理的領域定義を取り出すステップと、前記少なくとも1つの決定された地理的領域で前記ユーザ端末の位置を表すステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記気圧測定の表現は、前記気圧測定の表現の最大閾値と最小閾値とを含み、前記少なくとも1つの地理的領域定義を決定するステップは、前記最大閾値に対応する第1の地理的定義と、前記最小閾値に対応する第2の地理的領域定義とを決定するステップを含み、2つの前記地理的領域は、前記ユーザ端末の地理的位置を含む閉地理的領域をともに定める、請求項3に記載の方法。
- セルラー通信ネットワークにおける少なくとも1つのセルに関連するユーザ端末の改良水平位置決定のためのシステムであって、
所定のセルID定義を提供する手段と、
前記ユーザ端末について、前記ユーザ端末の高度に対応する気圧測定の表現を提供する手段と、
提供された前記所定のセルID定義と、提供された前記気圧測定の表現とに基づいて、前記所定のセルID定義と前記気圧測定の表現とに関連する水平領域に対応する少なくとも1つの地理的領域定義を決定する手段と
を備え、
前記気圧測定の表現は、前記気圧測定の最大閾値および最小閾値を含み、前記少なくとも1つの地理的領域定義を決定するステップは、前記最大閾値に対応する第1の地理的領域定義と、前記最小閾値に対応する第2の地理的領域定義とを決定するステップを含み、2つの前記地理的領域は、前記ユーザ端末の地理的位置を含む閉地理的領域をともに定める、システム。 - セルラー通信ネットワークにおける少なくとも1つのセルに関連するユーザ端末の改良位置決定を可能とするノードであって、
所定のセルID定義を提供する手段と、
前記ユーザ端末について、前記ユーザ端末の高度に対応する気圧測定の表現を提供する手段と、
提供された前記所定のセルID定義と、提供された前記気圧測定の表現とに基づいて、前記所定のセルID定義と前記気圧測定の表現とに関連する水平領域に対応する少なくとも1つの地理的領域定義を決定する手段と
を備え、
前記気圧測定の表現は、前記気圧測定の最大閾値および最小閾値を含み、前記少なくとも1つの地理的領域定義を決定するステップは、前記最大閾値に対応する第1の地理的領域定義と、前記最小閾値に対応する第2の地理的領域定義とを決定するステップを含み、2つの前記地理的領域は、前記ユーザ端末の地理的位置を含む閉地理的領域をともに定める、ノード。
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