JP5292411B2 - Umtsにおけるu−tdoaおよびaoa位置検出のための通話中同期 - Google Patents
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Description
W−CDMAシステムでは、主要および副同期ダウンリンク(ノードBからUEに向かう)チャネル(P−SCH、S−SCH)が、無線フレームおよびタイム・スロット同期に備える。UMTS無線信号における時間の基本単位は、10ミリ秒(ms)無線フレームであり、これを各々2560チップの15スロットに分割する。ノードBからUEへのUMTS無線信号は、「ダウンリンク信号」であり、一方逆方向の無線信号を「アップリンク信号」と呼ぶ。この構造を図2に示し、以下で更に詳しく説明する。
ブロードキャスト・チャネルを通じてUEに提供される大まかなタイミング情報にアクセスせず、しかもアップリンクRACHパイロット・シーケンスから明示される精細なタイミングも用いないと、WLSは、アップリンク到達時間差の計算のために、マルチ・フレーム、マルチ・スロット・パイロット試験手順を利用してタイミングを明示させ、対象の移動体からのアップリンク・シグナリングの受信ができるようにしなければならないこともある。3GPP仕様書3GPP TS25.211"Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels. (FDD)" (物理チャネルおよびトランスポート・チャネルの物理チャネルに対するマッピング(FDD))に記載されているように、DPCCHに含まれるパイロット・ビットの数は、スロット当たり3から8の間で変動する可能性がある。また、パイロット・シーケンスも、ネットワークがデータ帯域幅およびサービス品質の目標に合わせて選択するスロット・フォーマットに基づいて変動する。前もってスロット・フォーマットがWLSに分かっている場合、マルチ・スロット、マルチ・フレーム検出手順を用いることができ、既知のパイロット・シーケンスから得られるコヒーレント検出処理利得を利用することができる。この手順によって、WLSはアップリンク無線タイミングを決定することが可能となる。
図1は、本発明が機能するワイヤレス通信ネットワークを示す。以下の副章では通信システムの実現例をUMTS、IS−95、およびCDMA2000セルラ通信システムとして説明するが、本発明の教示は、他の様式で実現される他の広帯域、スペクトル拡散パケット無線通信システムにも同様に適用可能である。
図1は、本発明が昨日する例示的なUMTSネットワーク基準モデルの内部アーキテクチャを示す。
UMTS UE(ユーザ機器)100は、ME(移動機器)101とSIM/USIM(加入者個人情報モジュール/UMTS加入者個人情報モジュール)102との論理的組み合わせである。UEは、UMTSハンドセットまたは移動体に対する正式名称である。
移動機器(ME)101は、移動局のハードウェア・エレメントであり、キーボード、画面、無線機、回路ボード、およびプロセッサを備えている。MEのプロセッサは、通信信号の処理と、UEベースLCSクライアント・アプリケーションも含むことができる種々のUEベースのサービスの処理との双方をサポートする。
USIM(UMTS加入者個人情報モジュール)102は、SIMカードとも呼ばれており、UMTS移動体ネットワークのユーザ加入情報を保持するプログラマブル・メモリ・デバイスである。USIMは、加入した運営業者のネットワークへのアクセス、およびUEベースLCSクライアント・アプリケーションを含むことができるUEベースのサービスへのアクセスを可能にする関連情報を収容する。
ノードB105は、UMTSネットワーク内において、UE100(ユーザ機器)と陸上側ネットワークとの間に物理的無線リンクを提供する機能である。無線インターフェースを跨るデータの送信および受信と共に、ノードBは、W−CDMAシステムにおいてチャネルを記述するために必要な符号も供給する。ノードBは、タイミング情報をUE100にUu105インターフェースを通じて供給する。ノードBは、有線アンテナ・フィード104を通じて、Uuインターフェースにアクセスする。
RNC107(無線ネットワーク・コントローラ)がノードB105を介してUE(ユーザ機器)との論理RRC(無線資源制御)接続を有する場合、そのUE100にとって、それはS−RNC107として認識される。S−RNC107は、UTRANネットワーク内におけるユーザの移動性を担当し、CN(コア・ネットワーク)112に向かう接続の地点でもある。S−RNC107は、3GPP標準化Iubインターフェース106を通じてノードBに接続する。
接続状態にあるUE100(ユーザ機器)が、異なるRNCと関連のあるセルに受け渡されるとき、これはドリフトされたと言う。しかしながら、RRC(無線資源制御)接続はなおもS−RNC107で終端する。実際、D−RNC108はスイッチとして作用し、S−RNC107とUE100との間で情報を導く。
制御無線ネットワーク・コントローラは、ノードBの構成設定を担当するRNC(無線ネットワーク・コントローラ)である。UE(ユーザ機器)がシステムにアクアセスする際、ノードBにアクセスを送り、一方ノードBはこのメッセージをそのCRNCに転送する。C−RNCは、表記上S−RNCとなる。
コア・ネットワーク112は、移動性管理の機能、ユーザ機器(UE)と外部ネットワークとの間における呼接続制御シグナリングのための交換サービス、ならびにUTRAN無線アクセス・ネットワークと外部パケットおよび交換回路ネットワークとの間における相互作業機能(interworking function)を設ける。また、コア・ネットワークは、課金(billing)機能、外部ネットワークとのセキュリティおよびアクセス制御管理を設ける。
位置測定ユニット(LMU)は、UEの測位をサポートするために無線測定を行う。LMUは、UMTSネットワークに対する付加するオーバーレイとすることができ、またはノードBのハードウェアまたはソフトウェアに統合することもできる。本発明では、LMUはTDOAおよび/またはTDOA/AoA計算位置および速度推定値の発生(development)のためにUm無線インターフェースを受ける。LMUは、セル・サイト・アンテナに接続するか、またはアンテナ・フィード113への無線カプラを介してノードBに接続する。
SMLC116は、論理機能エンティティであり、別個のネットワーク・エレメント(またはエレメントの分散クラスタ)またはRNC107における統合機能のいずれかとして実装する。SMLC116は、位置検出を基本とするサービスをサポートするために必要な機能を内蔵している。SMLC113は、地理的エリアおよび無線ネットワーク・トポロジに関するデータを所有することによって、ワイヤレス・ネットワークと位置検出ネットワーク(LMU114、SMLC116、およびGMLC119)との間にブリッジを提供する論理的エンティティである。SMLC116は、移動体の位置検出に必要なLMU114の資源の全体的な調整およびスケジューリングを管理する。また、最終的な位置、速度、高度の推定値を計算し、各々について達成される精度を推定する。本例では、SMLC116は、そのLMUが担当する地理的エリアにおいてUE100を位置検出するため、または位置検出に役立てるために、無線インターフェース測定値を得る目的で、パケット・データ接続115を通じて、1組のLMUを制御し相互接続する。SMLC116は、位置、信頼間隔(confidence interval)、速度、高度、および移動方向を計算するために、U−TDOA、AoA、およびマルチパス軽減アルゴリズムを内蔵している。また、SMLC116は、リンク監視システム(LMS)124からのトリガリング(triggering)または3GPP標準化Iupcインターフェース117からインフラストラクチャ・ベンダの無線ネットワーク・コントローラ(RNC)局コントローラ107への要求に基づいて、どのワイヤレス電話機の位置を検出するのか判断することができる。
ゲートウェイ移動体位置検出センタ(GMLC)119は、3GPP規格によって、GSM/GPRS/UMTSネットワークにおける位置検出記録のクリアリングハウスとして定められている。GMLC119は、厳格に制御されるSS7ネットワーク(GSM−MAPおよびCAPネットワーク)とインターネットのような保証のない(unsecure)パケット・データ・ネットワークとの間におけるバッファとしての機能を果たす。位置検出に基づくサービスのための認証、アクセス制御、課金、および認可(authorization)機能は、纏めてGMLC119に位置し、これによって制御される。ゲートウェイ移動体位置検出センタ(GMLC)は、LBSサービスをサポートするために必要な機能、ならびに相互作業、アクセス制御、認証、加入者プロファイル、セキュリティ、運営管理、および課金/課金機能を内蔵するサーバである。また、GMLCは、GSM−MAPおよびCAPネットワークにアクセスして、加入者の個人情報を発見し、ルーティング情報を要求および受信し、低精度UE位置を入手し、そしてUE位置検出に基づく呼制御を実施することもできる。任意のUMTSネットワークにおいて、複数のGMLCがあってもよい。
ネットワークLCSクライアント112は、1つまたは1つよりも多い目標UEの位置情報を求める要求を、PLMN LCSサーバに対して行う論理機能エンティティである。図1に示すUTMSネットワークでは、LCSサーバは、GMLC119プラットフォーム上におけるソフトウェアおよびデータとして実現されている。LCSサーバをGMLC119と一緒に含むことは、展開されるシステムでは通例のことである。LCSサーバは、LCSクライアントに応対するために必要な多数の位置検出サービス・コンポーネントおよびベアラを備えている。LCSサーバは、音声、データ、メッセージング、その他の遠隔サービス、ユーザ・アプリケーションおよび補足サービスというような、その他の電気通信サービスと並行して、位置検出に基づくサービスのサポートを可能にするプラットフォームを提供することになる。ネットワークLCSクライアントは、Leインターフェース121を用いてGMLCにアクセスする。ネットワークLCSクライアントは、GMLCベースLCSサーバ119と通信を行い、GMLCベースLCSサーバ119が提供するセキュリティおよびプライバシ保護によって許可されるのであれば、指定された1組の位置検出関係サービス品質パラメータの範囲内で1つ以上の目標UEについて即座位置情報、周期的位置情報、または遅らせた(deferred)位置情報を要求することができる。
移動体LCSクライアントは、不揮発性データ記憶または移植可能なデータ記憶のためにUSIM102を用いる、UE100のME101内に常駐するソフトウェア・アプリケーションである。移動体LCSクライアントは、Leインターフェース121を用いて、ワイヤレス・データ接続を介してGMLC119を通じて位置情報を入手すればよい。
LMS133は、1つの中央サーバまたはサーバ・クラスタに報告する受動プローブ(図示せず)によって、Iub、Iur、Iu−CS,およびIu−PSのようなUMTSネットワーク・インターフェースの受動的監視を行う。これらのインターフェースを監視することによって、LMS133は作業委任(tasking) 情報およびトリガリング(triggering)情報を生成することができ、予めプロビジョニングされているLBSアプリケーションについてSMLC116が自律的で低レイテンシの位置推定値を提供可能にする。LMS133が発生したトリガリングおよび作業委任情報は、通常はTCP/IPベースである、汎用データ接続123を通じて、SMLC116に配信される。LMS133は、エービス監視システム(AMS)に対する修正である。エービス監視システムについては、米国特許第6,782,264号"Monitoring of Call Information in a Wireless Location System"(ワイヤレス位置検出システムにおける呼情報の監視)に記載されており、後に米国特許出願第11/150414号"Advanced Triggers for Location Based Service Application in a Wireless Location System"(ワイヤレス位置検出システムにおける位置検出に基づくサービス適用のためのトリガの改良)において広げられている。これら双方の米国特許出願をここで引用したことにより、その内容は本願にも含まれるものとする。LMS133は、ソフトウェアとして、UMTSシステムのノードB105またはRNC107、108ノードに組み込むこともでき、あるいは受動プローブのオーバーレイ・ネットワークとして展開することができる。
Uuインターフェース103は、3GPPによって定められたUMTSエアー・インターフェースである。このUTRAN(UMTS地上無線アクセス・ネットワーク)とUE(ユーザ機器)との間における無線インターフェースは、W−CDMAおよび周波数分割二重化(FDD)または時分割二重化(TDD)のいずれかを利用する。UMTS無線インターフェースについては、3GPP技術仕様書25.201および45.201に十分に記載されており、双方共"Physical layer on the radio path; General description"(無線経路上の物理レイヤ;概説)という名称である。FDD W−CDMA無線システムにおいて実施した場合のUu無線インターフェースの詳細は、3GPP技術仕様書25.213"Spreading and modulation(FDD)"(拡散および変調(FDD))に記載されている。FDD W−CDMA UMTSにおいて用いられる物理チャネルおよび論理チャネルの詳細および説明は、3GPP技術仕様書25.211"Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD)"(物理チャネルおよびトランスポート・チャネルの物理チャネルに対するマッピング(FDD))において見られる。
図2は、アップリンク専用物理制御チャネル(DPCCH)202および専用物理データ・チャネル(DPDCH)203の送信のためにUMTS Uuインターフェースにおいて用いられるフレーム200およびスロット201の配列を示す。UEが発信してDPCCH202およびDPCH203内で送信されるデータは、スクランブリング、拡散、およびUEからの送信に先だってI/Q多重化されたビット・ストリームである。
標準的な事例では、RNCは、SMLCへのそのデータ・リンクを通じて、IupcインターフェースまたはLMSを用いれば、位置検出すべきUEの詳細をWLSに提供する。この詳細には、物理的無線チャネルに関する情報が含まれる。WLSには既にフレーム、スロット、およびパイロット・シーケンス(または、単に対象のスロットについてのNpilotビット・カウント)が与えられており、N個の連続ビットが分かっている(パイロット・シーケンス)場合、256×N個の連続チップを用いて、N回のビット期間にわたってコヒーレントな相関付けを実行することができる。これによって、必要な処理が大幅に減少する。何故なら、複数のビットの可能性を考慮する必要がなく、更に重要なことに、処理利得の10×Log(N)dBが余分に得られ、正しいビット・シーケンスの選択の必要性(および複数の可能性から生ずる感度の損失)を解消する。
WLSにはパイロット・シーケンスが与えられていない場合、3ビットの共通パイロット・パターンに基づく技法を用いることもできる。図3に示すように(表3および表4参照)、スロット0、5、6、および9(矢印で示す)におけるビット・パターン「1−1−1」は、スロット毎に用いられるパイロット・ビットの数には関係なく変化しない。4つのスロットについて3つの連続ビットが分かっている場合、768(256×4)個の連続チップを用いて、3ビット期間にわたるコヒーレント相関を実行することができる。このコヒーレント検出によって、余分に10×Log(3)dBの処理利得が得られ、パイロット・ビット・シーケンスを予め知っておく必要性を解消または回避する。この3ビット・シーケンスは10msフレームの中にあるスロット0、5、6、および9において現れるので、パターン検出によりフレーム開始およびスロット開始双方の計算が可能になる。
本発明の真の範囲は、本明細書において開示した、現時点における好適な実施形態に限定されるのではない。例えば、以上のワイヤレス位置検出システムの現時点における好適な実施形態の開示は、位置測定ユニット(LMU)、サービング移動体位置検出センタ(SMLC)等というような説明的用語を用いているが、以下の特許請求の範囲の保護範囲を限定するように解釈してはならず、それ以外でも、ワイヤレス位置検出システムの発明的形態が、開示された特定の方法および装置に限定することを暗示するように解釈してはならない。更に、当業者には言うまでもなかろうが、本明細書において開示した発明的形態の多くは、TDOA技法を基本としない位置検出システムにおいても適用することができる。例えば、本発明は、前述のように作成され展開されるLMUを採用するシステムにも限定されるのではない。LMUおよびSMLC等は、本質的に、プログラマブル・データ収集および処理デバイスであり、本明細書に開示した発明的概念から逸脱することなく、種々の形態をなすことができる。ディジタル信号処理およびその他の処理機能のコストが急速に低下していることから、本システムの発明的動作を変更することなく、例えば、特定の機能のための処理を、本明細書に記載した機能的要素(LMUのような)の1つから、ワイヤレス通信ネットワーク内にある(BSまたは基地局のような)別の機能的要素に移すことは容易に可能である。多くの場合、本明細書に記載した実現例(即ち、機能的要素)の配置は、単に設計者の好みであり、厳しい要件ではない。したがって、明示的に限定されていると考えられる場合を除いて、以下の特許請求の範囲の保護範囲が、先に説明した具体的な実施形態に限定されることは意図していない。
Claims (17)
- 移動体送信機の位置を検出するのに用いるワイヤレス位置検出システム(WLS)において、アップリンク専用物理制御チャネル(DPCCH)に割り当てられたユーザ機器(UE)デバイスからアップリンク信号を受信するのに用いるフレームおよびスロット・タイミング情報を決定する方法であって、
前記WLSの位置測定ユニット(LMU)において、前記アップリンクDPCCH内にあるアップリンクDPCCH信号を受信するステップであって、前記アップリンクDPCCH信号が、フレーム毎に複数フレームおよび複数スロットにフォーマットされた、ステップと、
前記アップリンクDPCCH信号の複数の既定のスロットの中にあることが分かっている既定のビット・パターンを検出するステップと、
複数のフレームにまたがって前記アップリンクDPCCH信号を試験するステップと、
前記検出したビット・パターンに基づいて、前記アップリンクDPCCHについての前記フレームおよびスロット・タイミング情報を決定するステップと、
前記フレームおよびスロット・タイミング情報を用いて、位置検出処理において用いるために、前記UEからアップリンク信号を収集するステップと、
を含む、方法。 - 請求項1記載の方法において、前記UEからアップリンク信号を収集する前記ステップは、複数のLMUにおいてアップリンク信号を収集し、前記UEの位置を判定するために、到達時間差(TDOA)処理において前記アップリンク信号を用いることを含む、方法。
- 請求項2記載の方法において、前記既定のビット・パターンは、ビット・パターン「1−1−1」を含む、方法。
- 請求項3記載の方法において、前記既定のスロットは、10ミリ秒(ms)フレームのスロット0、5、6、および9を含む、方法。
- 請求項4記載の方法において、前記WLSは、UMTSワイヤレス通信システム上にオーバーレイされており、位置検出対象の前記UEは、前記UMTSワイヤレス通信システムと通信するワイヤレス・デバイスを含む、方法。
- 移動体送信機の位置を検出するのに用いるためのワイヤレス位置検出システム(WLS)であって、
位置測定ユニット(LMU)のネットワークと、
アップリンク専用物理制御チャネル(DPCCH)に割り当てられたユーザ機器(UE)デバイスからアップリンク信号を受信するのに用いるフレームおよびスロット・タイミング情報を決定する手段であって、第1LMUにおいて前記アップリンクDPCCH内の信号を受信する手段であって、前記信号が、フレーム毎に複数フレームおよび複数スロットにフォーマットされた、手段と、前記アップリンクDPCCH信号の複数の既定のスロットの中にあることが分かっている既定のビット・パターンを検出する手段と、複数のフレームにまたがって前記アップリンクDPCCH信号を試験する手段と、前記検出したビット・パターンに基づいて、前記アップリンクDPCCHについての前記フレームおよびスロット・タイミング情報を決定する手段と、位置検出処理において用いるためのアップリンク信号を前記UEから収集するために、前記フレームおよびスロット・タイミング情報を用いる手段とを含む、手段と、
を含む、ワイヤレス位置検出システム。 - 請求項6記載のシステムにおいて、前記UEからアップリンク信号を収集する前記手段は、複数のLMUにおいてアップリンク信号を収集し、前記UEの位置を判定するために、到達時間差(TDOA)処理において前記信号を用いる手段を含む、システム。
- 請求項7記載のシステムにおいて、前記既定のビット・パターンは、ビット・パターン「1−1−1」を含む、システム。
- 請求項8記載のシステムにおいて、前記既定のスロットは、10ミリ秒(ms)フレームのスロット0、5、6、および9を含む、システム。
- 請求項9記載のシステムにおいて、前記WLSは、UMTSワイヤレス通信システム上にオーバーレイされており、前記位置検出対象のUEは、前記UMTSワイヤレス通信システムと通信するワイヤレス・デバイスを含む、システム。
- 請求項5記載の方法において、前記フレームおよびスロット・タイミング情報は、フレームおよびスロット毎に開始時間を含む、方法。
- 請求項6記載のシステムにおいて、前記フレームおよびスロット・タイミング情報は、フレームおよびスロット毎に開始時間を含む、システム。
- 全世界移動体電話システム(UMTS)技術仕様書に応じて構成されたワイヤレス通信システムを通じて通信するユーザ機器(UE)の位置を検出するのにワイヤレス位置検出システム(WLS)によって用いるための方法であって、
通話中に前記UEデバイスの位置を検出するタスクを受けるステップであって、前記UMTSシステムのノードBエレメントがタイミング情報をブロードキャスト・チャネルを通じて提供するプロセスに続いて前記タスクを受け、前記UEは逆アクセス・チャネル(REVACH)を通じてセル検索を行い前記UMTSシステムにアクセスし、前記ノードBエレメントは長いパイロット・シーケンスから精細なタイミング情報を決定し、前記UEデバイスは、専用物理制御チャネル(DPCCH)および専用物理データ・チャネル(DPDCH)を用いて、前記UMTSシステムと会話する、ステップと、
前記UEデバイスからアップリンクDPCCH信号を受信するステップと、
前記アップリンクDPCCH信号の複数の既定のスロットの中にあることが分かっている既定のビット・パターンを検出するステップと、
前記アップリンクDPCCH信号のマルチ・フレーム試験を実行するステップと、
前記DPCCHについてのフレームおよびスロット・タイミング情報を決定するステップであって、前記フレームおよびスロット・タイミング情報がフレームおよびスロット毎に開始時間を含む、ステップと、
位置測定ユニット(LMU)のネットワークを通じて、前記UEデバイスからアップリンク信号を収集するステップと、
アップリンク到達時間差(U−TDOA)位置検出アルゴリズムを用いて、前記UEデバイスの位置を判定するステップと、
を含む、方法。 - 請求項13記載の方法において、前記UEからアップリンク信号を収集する前記ステップは、複数のLMUにおいてアップリンク信号を収集し、前記UEの位置を判定するために、到達時間差(TDOA)処理において前記アップリンク信号を用いることを含む、方法。
- 請求項14記載の方法において、前記既定のビット・パターンは、ビット・パターン「1−1−1」を含む、方法。
- 請求項15記載の方法において、前記既定のスロットは、10ミリ秒(ms)フレームのスロット0、5、6、および9を含む、方法。
- 請求項16記載の方法において、前記WLSは、UMTSワイヤレス通信システム上にオーバーレイされており、位置検出対象の前記UEは、前記UMTSワイヤレス通信システムと通信するワイヤレス・デバイスを含む、方法。
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