JP5307097B2 - 無線通信システムにおける遠隔ユニットの地理的位置を決定する方法 - Google Patents

無線通信システムにおける遠隔ユニットの地理的位置を決定する方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、変調された搬送波通信デバイスに関し、特に、インテリジェンス方位信号を、電気信号又は電磁信号の幾つかのパラメータにおける離散的な変化の形態で、一つの場所から送信する電気信号又は電磁信号を用い、衛星の座標から位置決めされるタイプの位置決め方法、装置、及びシステムと組み合わせて使用される通信方法、装置、及びシステムに関する。
例えば電話通信、ブロードバンドパーソナル通信サービス（PCS)、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、衛星通信システム、及び二方式無線システムのための携帯ネットワークのように、通信のための多くの種類の無線システムが存在する。一般に、これら無線システムは、一つ又は複数の通信デバイスを有する固定されたインフラストラクチャと、固定式であるか、あるいは移動式である遠隔ユニットとを含む。移動局（ＭＳ）とも呼ばれている移動遠隔ユニットの例は、携帯電話、衛星電話、無線通信可能なパーソナルコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、及びその他の無線デバイスを含む。固定式の遠隔ユニットは、例えば無線ローカルループ（ＷＬＬ）局を含みうる。
一般に、無線システムのインフラストラクチャは、固定された位置において、ＭＳと通信する一つ又は複数の基地局（ＢＴＳ）を含む。この基地局は、固定式の遠隔ユニットとも互いに通信するか、又は外部ネットワークと通信する。
多くの状況において、移動式のＭＳの位置決めを行うことが望ましい。例えば、多くの位置ベースのサービス（ＬＢＳ：location-based services）は、ＭＳの位置に基づいて、ＭＳユーザへ特定の情報を通信する。例えば、ＬＢＳは、ユーザの位置に基づいて、ユーザによって識別される目的地への運転方向をＭＳユーザに提供する。あるいは、ＬＢＳは、もしもユーザが、販売がなされている店舗の近くにいる場合には、現在の販売促進に関する情報を提供する。その他のＬＢＳは、ゲーム、セキュリティ、および車輌管理を含む。
ＭＳの位置決めを行うための別の動機は、Ｕ．Ｓ．Ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ（ＦＣＣ）規則に準拠する無線通信事業者を支援することである。この規則は、合衆国内の通信事業者が、緊急呼出「９１１」をしている携帯電話の位置決めを、５０ｍ以内を６７％の、１５０ｍ以内を９５％の確率で実施できることを要求している。
位置決め解を得るための別のアプローチは、通信システムにおけるＭＳの地理的位置決めのために実施されうる。任意の特定のＭＳ及び無線通信システムの種類に適用されるように、別のアプローチの相対的な性能は、ＭＳが位置している地理的領域の特性に少なくとも部分的に基づくであろう。従って、ＭＳが位置している環境における位置決め性能に基づいて、位置決め解を選択することが望ましいであろう。位置決めアプローチを選択することができる方法及び装置に対するニーズがある。
本特許出願は、２００３年７月２３日に出願され、仮出願番号６０／４８９，６５３の優先権を主張する。これは、本願の譲受人に譲渡され、本願に明確に引用して援用されている。
無線通信システムにおける遠隔ユニットの地理的位置を決定するための方法及び装置は、第一の位置決めデータセットを用いて、遠隔ユニットの第一の位置決め解を決定することと、第二の位置決めデータセットを用いて、遠隔ユニットの第二の位置決め解を決定することとを含む。選択は、予め定めた選択基準に基づいて、第一の位置決め解と、第二の位置決め解との間でなされる。
第一の位置決めデータセットは、パイロットフェーズ測定値及び往復遅延測定値のようなネットワークベースの測定値を含みうる。第二の位置決めデータセットは、例えばグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）測定値を含む衛星ベースの測定値のような非ネットワークベースの測定値を含みうる。
第一の位置決め解と第二の位置決め解との間で選択することは、例えば、それぞれの位置決め解の、相対的な水平推定位置誤差を比較することのような、二つの位置決め解のそれぞれの良度示数を比較することを含む。また、この選択は、もしも他の位置決め解の誤差判定基準が、この位置決め解が選択されうる閾値よりも小さくないでないのであれば、例えばＧＰＳ解のようなこれら位置決め解の一つに有利に偏ってなされる。
図１は、無線通信システムの一部を示す図である。 図２は、図１に示す無線通信ンシステムの一部の追加詳細を示すブロック図である。 図３は、移動局の位置決めのためのステップを示すフローチャートである。 図４は、移動局の位置決めを行う方法の更なる詳細を示すフロー図である。 図５は、移動局の位置決めを行う方法の更なる局面を示すフロー図である。
無線通信システムにおいて、移動局（ＭＳ）の位置決めを行うための位置決め解の選択を改善する技術が開示される。ＭＳの地理的位置を決定するために様々に異なった解がある。用語「地理的位置」は、地球の平坦な、球面ではない形状を考慮した位置を説明するために使用される。これはまた、「測地位置」とも称される。
一般に、異なる地理的位置決め解は、二つのカテゴリーに入る。すなわち、地上ベースの解と称されるネットワークベースの解と、衛星ベースのデータを含む非ネットワークベースの解である。
地上ベースの解は、一般に、ＭＳと無線通信システムネットワーク、又はＭＳが動作するインフラストラクチャとの間で送信される信号に関する情報を含む。そのようなネットワークベースの解の例は、このネットワーク内の二つの異なる固定式受信機において受信されるＭＳ信号の到着時間（ＴＯＡ：time of arrival）を測定することである。それぞれ異なる受信機における信号の到着時間の差は、ＭＳが配置されている双曲線を定義する。
ネットワークベースの解の別の例は、互いに同期され、このネットワーク内の異なる送信機からＭＳへ送信されるパイロット信号の到着時間差（ＴＤＯＡ：time difference of arrival）を測定することである。ほとんどの携帯システムインフラストラクチャアンテナは、セクタ化され、各セクタにユニークな送信信号を使用するので、このユニークな送信信号を識別することによって、ＢＴＳからの信号の到着角度（ＡＯＡ：angle of arrival）の情報が決定される。
ネットワークベースの解の別の例は、ネットワークからＭＳに送信され、またネットワークに戻る信号の往復遅延（ＲＴＤ：round trip delay）を測定することである。信号のＲＴＤは、ネットワーク送信機／受信機からＭＳの範囲の情報を提供する。
非ネットワークベースの解は、無線ネットワーク以外のソースからの情報を用いる。例えば、ＭＳは、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）の衛星、長距離ナビゲーション（ＬＯＲＡＮ：long range navigation）システムの陸上ベースの送信機、あるいは別のナビゲーションシステムから情報を収集することができる。非ネットワークベースの解がＧＰＳを用いるのであれば、ＭＳは、少なくとも４つのＧＰＳ衛星から送信された信号を取得し、３次元位置決め解を決定する。あるいは、もしも高度が知られているか推定されているのであれば、少なくとも３つの衛星を用いて、位置決め解を決定する。受信したＧＰＳ信号の位相を測定し、このＧＰＳ信号に基づいてナビゲーションメッセージを復調し、衛星の位置を定義する「位置推算暦」データを復元することによって、ＭＳの位置を決定することができる。
ネットワークベースの解、及び非ネットワークベースの解は、ＭＳの位置決めを改善するために、所謂「混成解」に結合することが可能である。例えば、田舎及び郊外の領域では、ＭＳの範囲内に多くのネットワーク送信機及び受信機が存在していないかもしれない。従って、ネットワークベースの解は、十分に正確な位置決め解を提供できないかもしれない。しかしながら、同じ田舎及び郊外の領域であっても、非ネットワークベースの解は、通常、４つかそれ以上の衛星からの信号を取得することができるＧＳＰ受信機によって位置決めすることができる。
逆に、人口が密集した都市領域及びビルの内部では、ＧＰＳ受信機は、位置決めをできるほど十分に多くの衛星信号を検出することができないかもしれない。しかしながら、これらの領域では、２つ又はそれ以上の基地局の範囲内にＭＳが存在するように、適切に組み込まれたネットワークインフラストラクチャがあるかもしれない。言い換えると、この混成解は、ＭＳと無線ネットワークとの両方に既に利用可能な情報、すなわちネットワークベースの解を利用し、ネットワークの外部からのナビゲーション情報、すなわち非ネットワークベースの解をそれに組み合わせて、ＭＳの位置決め決定を改善する。
図１は、複数の基地局１０２，１０３と複数のＭＳ１０４とを備えた無線ネットワークインフラストラクチャを含む無線通信システム１０１の一部を示している。（簡略のために、図１には、一つのＭＳのみが示されている。）ＭＳ１０４の例は、携帯電話、衛星電話、無線通信可能なパーソナルコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、及びその他の無線デバイスを含む。
無線通信システム１０１は、一つ又は複数の無線規格をサポートするように設計されている。例えば、この規格は、ＴＩＡ／ＥＩＡ−９５−Ｂ（ＩＳ−９５）、ＩＴＡ／ＥＩＡ−９８−Ｃ（ＩＳ−９８）、第３世代パートナシッププロジェクト（３ＧＰＰ）、第３世代パートナシッププロジェクト２（３ＧＰＰ２）、ＴＩＡ／ＥＬＡ／ＩＳ−２０００（ｃｄｍａ２０００）、Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）等を含む。一般に、ここで説明した技術は、アナログ又はデジタルリンクによって実施される任意の通信システム、及び時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、又はその他の複数接続技術を含む任意の通信システム接続技術において使用可能である。
一般に、基地局１０２又は１０３からＭＳ１０４へ送信された信号１３２は、順方向リンクの方向で送信されたと称され、ＭＳ１０４から基地局１０２又は１０３へ送信された信号１３４は、逆方向リンクの方向で送信されたと称される。順方向リンク及び逆方向リンクで進む信号は、基地局１０２とＭＳ１０４との間の異なる、複数の経路を進むことができる。図示するように、順方向リンク信号及び逆方向リンク信号は、例えばビル、木、車、及び人のような障害物１５０で反射し、その結果、基地局１０２及びＭＳ１０４において受信される信号の複数のインスタンスをもたらすかもしれない。これら複数の信号インスタンスは、一般に「マルチパス」信号と称される。信号を反射することのみならず、障害物は、基地局１０２とＭＳ１０４との間で送信された信号を完全に遮断することもできる。
マルチパス環境は、可能な位置決め解の多くに対して難題をもたらす。例えば、基地局１０２とＭＳ１０４との間を進む信号が「マルチパス」経路を進むのであれば、例えばＲＴＤのような信号移動時間を用いる位置決め解は、誤りとなる。なぜなら、この信号は、基地局１０２とＭＳ１０４との間の実際の距離よりも長い経路を進んだからである。同様に、異なる基地局からのパイロット信号のＴＤＯＡを使う位置決め解も誤りとなる。なぜなら、信号の移動時間は、基地局１０２とＭＳ１０４との間の実際の距離とは異なるマルチパス距離に依存するからである。もしもマルチパスが、ＭＳ１０４によって受信された信号が、ＭＳが実際に位置しているセクタ以外のセクタから発しているのであれば、マルチパスは、位置決め解における誤りをもたらしうる。これらの問題だけでなく、マルチパス環境は、信号レベルの低下をもたらすので、ＭＳ１０４は、複数の基地局１０２から信号を受信することができない。
障害物１５０はまた、ＭＳ１０４の、例えば１６０Ａ〜Ｄに示す４つのＧＰＳ衛星のような衛星信号の受信を妨げることができる。障害物１５０が全く無いのであれば、ＭＳ１０４は、４つ全ての衛星１６０Ａ〜Ｄから、信号を受信することができるであろう。しかしながら、２つの衛星１６０Ｃ，１６０ＤのＭＳ１０４への信号経路は、障害物１５０によって妨害される。この例では、ＭＳ１０４は、２つの衛星１６０Ａ，１６０Ｂからの信号のみを受信することができる。従って、位置決め解は、ＧＰＳのみに基づいて決定することはできない。なぜなら、３次元ＧＰＳ解を得るためには、少なくとも４つの衛星が必要だからである。
図２は、無線通信システム１０１の一部の追加詳細を、基地局１０２とＭＳ１０４との詳細構成とともに示すブロック図である。基地局１０２には、送信機２１２、受信機２１４、アンテナ２１５、セルサイトモデム（ＣＳＭ）２１６、メモリブロック２１８、及びコントローラ２２０が含まれている。ＭＳ１０４には、受信機２２２、送信機２２４、アンテナ２２５、移動局モデム（ＭＳＭ）２２６、メモリブロック２２７、及びコントローラ２２８が含まれている。メモリブロック２１８，２２７は、とりわけ、プログラム命令を格納する。基地局のメモリブロック２１８、及びＭＳのメモリブロック２２７に格納されたプログラム命令を、基地局コントローラ２２０又はＭＳコントローラ２２８によってそれぞれ実行することによって、基地局１０２又はＭＳ１０４は、記述されたように動作するようになる。
基地局１０２はナビゲーション受信機２４０を含み、ＭＳ１０４はナビゲーション受信機２４２を含んでいる。あるいは、基地局１０２とＭＳ１０４との両方が、ナビゲーション受信機２４０，２４２をそれぞれ含むこともできる。基地局１０２及びＭＳ１０４に含まれるナビゲーション受信機の例は、ＧＰＳ受信機、ＬＯＲＡＮ受信機、「Ｇａｌｉｌｅｏ」受信機、グローバル・ナビゲーション・衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機等を含む。
図３は、ＭＳ１０４の地理的な位置決め解を決定するための動作を示すフローチャートである。図３において、動作３１０−３１２は、予め決定された位置を決定するために実行され（３０２）、動作３３０−３３２は、最終決定された位置を決定するために実行される（３０４）。予め決定された位置を決定する（３０２）ために、ブロック３１０で動作が始まる。ここでは、ＭＳにおいて、パイロットフェーズ測定がなされる。動作はブロック３１２に進む。ここでは、ＭＳでなされたパイロットフェーズ測定と、その他のネットワークベースの測定とを用いて、ＭＳ１０４の位置決め解が、位置決めエンジンを含む位置決めデバイス内で決定される。この位置決めエンジンは、ネットワークと通信する任意のデバイス内に存在しうる。例えば、この位置決めエンジンは、ＭＳ内、ネットワークに接続されたサーバ内、又はその他の遠隔ユニット内に存在しうる。
フローはブロック３１４に進む。ここでは、計算された位置決め解が、改良順方向リンク三辺測量（ＡＦＬＴ：advanced forward link trilateration）解、すなわちパイロットフェーズ測定に基づく解であるか、またはこの解が、その他のネットワーク測定に基づいているのかが決定される。通常、ＡＦＬＴに基づく位置決め解は、例えばセル情報を与えるようなその他のネットワークベースの測定に基づく位置決め解よりもより正確である。予め決定されたＭＳの位置は、将来の測定を行う場合にＭＳによって使用される取得支援データを生成するために使用することができる。ＭＳ位置決め解を決定する場合に使用される情報の種類に依存して、取得支援データの別のセットが生成される。例えば、ＭＳがＧＰＳ受信機を持っているのであれば、この取得支援データは、ＭＳが受信するＧＰＳ衛星信号のためのドップラシフトと、ほぼ正確なフェーズ測定を含みうる。
ブロック３１４では、ＭＳ位置決め解がＡＦＬＴに基づいているのであれば、フローはブロック３１５に進む。ブロック３１５では、取得支援データを生成する場合に利用することが可能な追加のネットワークベースの測定値があるかが決定される。ブロック３１５において、追加のネットワークベースの測定値、ナビゲート結果がないのであれば、フローはブロック３１６に進む。ブロック３１６では、着目された取得支援データのセットが、ＡＦＬＴ解を用いて生成される。この取得支援データは、例えば４次元共分散行列を用いて生成することができる。
ブロック３１５に戻り、利用可能なネットワーク測定値がさらに存在するのであれば、フローはブロック３１７に進む。ブロック３１７では、取得支援データが、例えばＡＦＬＴ共分散行列のようなＡＦＬＴ解を用いることと、追加のネットワークベース測定値を用いることとの両方によって生成することができる。そして、取得支援データの２つの異なるセットが結合され、移動局のための取得支援データの最終的なセットが生成される。例えば、この結合は、それぞれの衛星についてのドップラウィンドウ及び／又は取得支援データフェーズウィンドウの交わりとして選択される。あるいは、この結合は、それぞれの衛星についてのドップラウィンドウ及び／又は取得支援データフェーズウィンドウの平均として選択される。
ブロック３１４に戻り、ＭＳ位置決め解が、ＡＦＬＴに基づいていないのであれば、フローはブロック３１８に進む。ブロック３１８では、位置決め解はＡＦＬＴに基づいていないので、位置決め解の決定は、十分に正確ではないものと考えられる。よって、この不正確さの原因となっているさほど着目されていない取得支援データのセットが生成される。例えば、このさほど着目されていない取得支援データは、例えば動作しているセルセクタ、ＲＴＤ、ＡＯＡ、又はＴＯＡデータのようなＡＦＬＴ以外のネットワークベースの測定値に基づくことができる。ブロック３１６及び３１８からのフローは、ブロック３２０に進む。ここでは、取得支援データが、ＭＳ１０４に送信される。
ブロック３３０において、最終決定された位置を決定する場合３０４、ＭＳは、取得支援データを用い、最終決定された測定を行う。例えば、ＭＳ１０４がＧＰＳ受信機を持っているのであれば、ＭＳは、取得支援データを用いて、ＧＰＳ信号を測定する。最終決定された測定値は、位置決めデバイスに送信される。フローはブロック３３２に進む。ここでは、最終決定された測定値、及びその他利用可能な測定値を用いて、ＭＳ１０４の位置決め解が決定される。フローはブロック３３４に進む。ここでは、ＭＳの最終的な位置決め解が生成される。
図４は、ＭＳ１０４の地理的な位置決め解を決定する方法の追加詳細を示している。動作は、ブロック４０２で始まる。ここでは、予め決定された測定のセットがＭＳ１０４でなされ、ネットワークへと送信されるフローは、ブロック４０４及びブロック４０６に進む。ここでは、「予め決定された」位置決めが、ネットワークと通信する何れかのデバイスの一部でありうる位置決めエンジンによって生成される。この位置決めエンジンは、例えば、ネットワークインフラストラクチャに接続されたサーバ内のソフトウェアを動作させることによって提供されるか、あるいは、ＭＳ１０４内のソフトウェアを動作させることによって提供される。
ブロック４０４では、粗く予め決定された初期位置が、混合されたセルネットワーク測定値を用いて決定される。例えば、この粗く予め決定された初期位置は、ＭＳが通信している基地局又はセルの識別に基づいて決定される。この位置は、ＭＳから受信された信号の信号電力レベルの測定値、又はＲＴＤに基づいて決定されうる。ブロック４０６では、推定された、より正確な予め決定された位置決定が、追加ネットワーク及び非ネットワークベースの測定値に基づいて生成される。例えば、予め決定された推定位置は、ネットワーク内の基地局１０２，１０３及びＭＳ１０４間で送信された信号のパイロットフェーズ測定値に基づいて決定される。更に、推定された予め決定された位置決定は、例えばＧＰＳのような、ＭＳによって測定された衛星信号に基づいている。
粗い初期位置、及び推定された予め決定された位置が決定された後、フローはブロック４０８に進む。ブロック４０８では、粗い初期位置解、又は推定された予め決定された位置解のうちのいずれかが選択され、取得支援データを生成する動作への入力として用いられる。粗い初期位置解と、推定された予め決定された位置解との間での選択は、予め決定された位置解の精度に関する相対的な良度示数に基づきうる。例えば、この選択は、水平推定位置誤差（ＨＥＰＥ：horizontal estimated position error）、受信機自立統合監視（ＲＡＩＭ：receiver autonomous integrity monitoring）品質判定基準、精度の幾何学的希釈（ＧＤＯＰ：geometric dilution of precision）、精度の位置希釈（ＰＤＯＰ：position dilution of precision）、精度の水平希釈（ＨＤＯＰ：horizontal dilution of precision）、重み付けられたＤＯＰ、解ユニットフォールト、測定剰余大きさ、又は２つの予め決定された位置決め解のその他のランキングに基づきうる。予め決定された選択処理の出力はまた、一つ又はその他の選択ではない粗い初期解と、推定された予め決定された解との重み付けられた平均でありうる。この予め決定された位置決め解を用いて、ＧＰＳサーチウィンドウやドップラ推定値のような取得支援データが生成される。取得支援データがＭＳ１０４に送信される場合、ブロック４０８の動作が継続する。
フローは、ブロック４１２に進み、最終決定がなされる。ブロック４１２において、ＭＳ１０４は、取得支援データを用いて、位置決めデータを収集する。例えば、ＭＳ１０４は、ＧＰＳ信号からデータを収集する。この最終決定データは、位置決めエンジンに送信される。フローは、位置決めエンジンが、この最終決定データと、利用可能なその他のデータとを用いてＭＳ１０４の地理的な位置決め解を決定するブロック４１４，４１６に進む。ブロック４１４では、粗い最終解が決定される。
一般に、粗い最終決定解は、ブロック４０８からの予め決定された位置の出力であるが、粗い最終決定位置決め解は、追加のネットワークベースの測定を用いて補うことができる。例えば、ＭＳによる基地局の追加識別は、粗い最終決定解をより確からしくするために使用される。ブロック４１６では、推定された、より正確な、最終決定位置決め解が、追加ネットワーク及び非ネットワークベースの測定に基づいて決定される。例えば、推定された最終決定位置決め解は、ＧＰＳ信号、あるいは追加のパイロットフェーズ測定に基づいて決定される。更に、推定された最終決定解は、推定された最終決定位置を決定するために、ネットワーク及び非ネットワーク測定値が結合された混成解であるかもしれない。
推定された最終決定位置決め解が、例えばＧＰＳのような非ネットワーク測定値に基づいているのか、あるいは、例えばＧＳＰとネットワーク測定値との混成解に基づいているのかの判定は、それぞれの測定値の良度示数の評価に基づくことができる。例えば、非ネットワークのみで推定された最終決定位置決め解が、予め定めた値を超える推定誤差を持っているのであれば、混成解が好ましい。
予め定めた選択値は、例えば、非ネットワークベースの解と、混成解との間の好適な解の種類に対して推定された最終決定解の決定を偏らせるために用いられるかもしれない。言い換えれば、予め定めた選択値の大きさは、大多数の状況における位置決め解を生成するために、好適な種類の解が使用されることを保証することができる。例えば、非ネットワーク解と混成解との間での選択は、予め定めた解の値よりも小さな非ネットワークベースの解の推定誤差の大きさに基づいているのであれば、この予め定めた選択値に対するより大きな値の使用は、非ネットワークベースの解に有利な選択に偏る。逆に言えば、予め定めた選択値のためのより小さな値は、混成ベースの解に有利な選択に偏る。
例えば、位置決め解の水平推定位置誤差（ＨＥＰＥ）は、推定された最終決定位置決め解のための非ネットワークベースの解と、混成解との選択のために評価することができる。非ネットワークベースの解がＧＰＳ解であるならば、５００ｍ又はそれより小さいＨＥＰＥを持つＧＰＳ解を用いることが、よい結果を与えることが知られている。一般に、妥当な品質のＧＰＳ解が可能であれば、５００ｍより小さいＨＥＰＥを持つであろう。従って、予め定めた選択値のために、５００ｍのＨＥＰＥを用いることは、ＧＰＳ解を選択することに有利に偏る。
ＧＰＳのみの解と、混成解との間での選択のための別の技術は、ＧＰＳ解のＨＥＰＥと、粗い最終決定解のＨＥＰＥとに基づきうる。例えば、予め定めた選択値よりも小さく、かつ粗い最終決定ＨＥＰＥよりも小さいＨＥＰＥをＧＰＳ解が持つのであれば、この選択は、ＧＰＳのみの解を用いることになり、そうでなければ、混成解を用いることになるであろう。この例では、予め定めた選択値が、５００ｍのＨＥＰＥであり、ＧＰＳ解のＨＥＰＥが、５００ｍよりも小さく、かつ粗い最終決定のＨＥＰＥよりも小さいのであれば、ＧＰＳのみの解が使用され、そうでなければ、混成解が使用される。
フローは、ブロック４１４，４１６からブロック４１８に進む。ここでは、粗い最終決定位置決め解と、推定された最終決定位置決め解との間での選択がなされる。粗い最終決定位置決め解と、推定された最終決定位置決め解との間での選択は、各々の解の良度示数に基づきうる。例えば、粗い最終決定位置決め解と、推定された最終決定位置決め解との間での選択は、どちらの解が小さいＨＥＰＥを持っているのかに基づき行うことができる。更に、粗い最終決定位置決め解と、推定された最終決定位置決め解とは、例えば重み付け平均を用いて結合され、最終決定位置決め解が決定されるかもしれない。最終決定位置解を選択した後、フローはブロック４２０に進む。ここでは、最終位置が出力される。
図５は、ＭＳ１０４の地理的な位置を決定する追加局面を示しており、上述された予め決定された位置決め解と、最終決定された位置決め解との両方に適用可能である。フローは、ブロック５０２で始まる。ここでは、ＭＳ１０４が測定を行う。ＭＳ１０４が行う測定の種類の例は、パイロットフェーズ測定、基地局識別、及びＧＰＳ測定を含む。ＭＳ１０４によってなされる測定は、ＭＳによって使用されるか、あるいは基地局、別のＭＳ、又はネットワークインフラストラクチャ内の任意のデバイスへ送信されうる。
フローはブロック５０４に進む。ここでは、測定値が、位置決めエンジンによって使用され、ＭＳ１０４の初期位置が計算される。ＭＳの初期位置の計算は、ＭＳ１０４からの測定、その他のネットワークベースの測定、又は種々の測定の組み合わせに基づきうる。ＭＳ１０４の初期位置を決定する場合、ＭＳ１０４の位置の初期仮定がなされる。例えば、ＭＳ１０４の初期位置は、ＭＳ１０４の前の位置であると仮定することができる。あるいは、この初期位置は、ＭＳ１０４と通信しているネットワーク要素の既知の地理的受信エリアによって決定されうる。測定剰余は、位置推定を更新するために使用することができる。
この剰余は、代数ソルバのみならず、例えば最小平均平方のようにパイロット再重み付け、直交、デルタベクトル制限、を含む別の「繰り返し」ソルバから導出される。ＭＳ位置の初期推定に基づいて導出されるＭＳからの粗い初期位置推定に基づいてＭＳ位置を決定するための幾つかの技術の例は、"METHOD AND APPARATUS PROVIDING IMPROVED POSITION ESTIMATE BASED ON AN INITIAL COARSE POSITION ESTIMATE"と題され、２００３年５月２７日に発行され、本願の譲受人に譲渡されている米国特許６，５７０，５３０号に記載されている。
ブロック５０４で計算された初期位置は、位置決め選択ブロック５０６動作と、判定ブロック５０８動作とに同時に提供される。選択ブロック５０６は、以下に記載するように、別の位置決め解に対する後の比較のために、初期位置決め解を受け取る。ブロック５０８では、いくつのＧＰＳ測定値が利用可能であるかが判定される。もしも利用可能なＧＰＳ測定値が無いのであれば、フローはブロック５１０に進む。ブロック５１０では、いくつのＡＦＬＴ測定値が利用可能であるかが判定される。もしも利用可能なＡＦＬＴ測定値が無いのであれば、フローはブロック５１２に進む。ブロック５１２では、ＲＴＤ測定値が利用可能であるかが判定される。利用可能なＲＴＤ測定値が全く無いのであれば、フローはブロック５０６に進む。
利用可能なＧＰＳ測定値又はＡＦＬＴ測定値が全くない場合に入るブロック５１２に戻り、利用可能なＲＴＤ測定値があると、フローはブロック５１６に進む。ブロック５１６では、ＲＴＤ測定値に基づいて「安全ネット」位置が計算される。ＲＴＤ計算されたＭＳ位置は、ブロック５１６から出力され、位置決め選択ブロック５０６に入力される。
利用可能なＧＰＳ測定値がない場合に入るブロック５１０に戻り、利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在するかが判定される。少なくとも一つの利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在するのであれば、フローはブロック５１８に進む。ブロック５１８では、この少なくとも一つのＡＦＬＴ測定値を用いて、ＭＳの位置が計算される。このＡＦＬＴ計算されたＭＳ位置は、ブロック５１８から出力され、位置決め選択ブロック５０６に入力される。
いくつかのＧＰＳ測定値が利用可能であるかが判定されるブロック５０８に戻り、一つ又は二つのＧＰＳ測定値が利用可能であれば、フローはブロック５２０に進む。ブロック５２０では、利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在するかが判定される。もしも利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在せず、“０”という結果が得られれば、動作は、位置決め選択ブロック５０６に進む。ブロック５２０において、少なくとも一つの利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在すると判定されると、フローはブロック５２２に進む。ブロック５２２では、ＡＦＬＴ測定値とＧＰＳ測定値とが、ＭＳ１０４の混成位置を計算するために結合される。この混成位置決め解は、位置決め選択ブロック５０６に入力される。
ブロック５０８に戻り、少なくとも三つの利用可能なＧＰＳ測定値が存在すると判定されると、フローはブロック５２４に進む。ブロック５２４では、ＭＳ位置を計算するためにＧＰＳ測定値が用いられる。その後フローはブロック５２６に進む。ブロック５２６では、ＧＰＳのみを用いた位置決め計算が十分に精度が高いか、あるいはＭＳの位置を決定するための追加処理を行うことが望ましいかが判定される。例えば、ブロック５２６では、ＧＰＳ計算のＨＥＰＥが、予め定めた値と比較され、ＧＰＳ測定値が十分に精度が高いかが判定される。ＧＰＳ解が十分に精度が高いかを評価するために、例えば、受信されたＧＰＳ信号の信号強度、ＧＰＳ衛星の相対位置、精度の幾何学的希釈（ＧＤＯＰ：geometric dilution of precision）、精度の位置希釈（ＰＤＯＰ：position dilution of precision）、精度の水平希釈（ＨＤＯＰ：horizontal dilution of precision）、重み付けられたＤＯＰ、解ユニットフォールト、及び測定剰余大きさのような他のパラメータも使用されうる。ブロック５２６において、ＧＰＳ測定値が十分に精度が高いと判定され、“Ｙｅｓ”の結果となると、その結果は位置決め選択ブロック５０６に与えられる。ＧＰＳ測定値が十分に精度が高くなく、“Ｎｏ”の結果となると、フローはブロック５２０に進む。
上述したように、ブロック５２０では、利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在するかが判定される。利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在しないのであれば、ブロック５２２で計算されたＧＰＳ位置が、位置決め選択ブロック５０６に入力される。ブロック５２０において、少なくとも一つの利用可能なＡＦＬＴ測定値が存在すると判定されたのであれば、フローはブロック５２２に進む。ここでは、ＧＰＳ測定値とＡＦＬＴ測定値とが結合され、ＭＳの混成解が計算される。この混成解は、位置決め選択ブロック５０６に入力される。
位置決め選択ブロック５０６では、ＭＳ１０４のために計算された位置決め解の全てが評価され、望ましい位置決め解が選択される。種々の位置決め解の評価は、例えば各測定値のＨＥＰＥのような解の相対的な良度示数に基づくことができる。望ましい可能の選択はまた、好適な解タイプに偏らせることもできる。例えば、ＧＰＳ解のみが好適であれば、予め定めた位置決めタイプ選択値が、ＧＰＳ解のＨＥＰＥと比較され、ＧＰＳ解のＨＥＰＥが、予め定めた位置決めタイプ選択値よりも小さい限り、ＧＰＳ解が選択される。ＧＰＳ解が時間の大部分使用されることができるように、予め定めた位置決めタイプ選択値が選択される。
別の例は、そのＨＥＰＥが、別の解タイプのＨＥＰＥよりも予め定めた量、例えば３０％又は５０％、を超えていない限り、ＧＰＳ解を選択する。例えば、そのＨＥＰＥが、予め定めた値よりも小さく、初期位置解のＨＥＰＥよりも小さいのであればＧＰＳ解を選択するなど、その他の選択技術もまた使用することができる。望ましい位置決め解が選択された後、フローはブロック５３０に進み、選択された位置が出力される。
上述したように、一つの実施例では、遠隔ユニットの予め決定された位置決め解が、少なくとも二つの種類の位置決め測定解を用いて決定される。そして、予め決定された位置決め解の各々の推定誤差が判定される。望ましい予め決定された位置決め解の選択は、それぞれの位置決め解の良度示数に基づく。遠隔ユニットの最終決定された位置決め解は、少なくとも一つの種類の位置決め測定解と、選択された予め決定された位置決め解とを用いて決定される。望ましい最終的な位置決め解は、望ましい予め決定された位置決め解と、最終決定された位置決め解とのそれぞれの推定誤差に基づいて、遠隔ユニットの地理的位置として選択される。
予め決定された位置決め解は、セルセクタ位置データと、改良順方向リンク三辺測量データとの混合を用いることを含むことができる。望ましい予め決定された位置決め解を選択することは、解の水平推定位置誤差を評価すること、初期解の重み付け平均を決定すること、又は例えばＲＡＩＭのような技術を用いて解信頼性を判定することを含むことができる。
最終決定された位置決め解は、例えば、ＧＰＳシステム、ＧＬＯＮＡＳＳシステム、Ｇａｌｉｌｅｏシステム等の衛星測定システムのような非ネットワークベース測定システムを用いることを含む。望ましい最終決定位置決め解を選択することは、解の水平推定位置誤差を評価すること、初期解の重み付け平均を決定すること、又は例えばＲＡＩＭのような技術を用いて解信頼性を判定することを含むことができる。
遠隔ユニットは、無線ネットワークインフラストラクチャから信号を受信するように構成された受信機と、無線ネットワークインフラストラクチャへ信号を送信するように構成された送信機とを含む。遠隔ユニットはまた、無線ネットワークから受信した信号を処理し、位置決め解を決定する場合に使用されるデータを収集するように構成されたコントローラをも含む。この収集されたデータは、無線ネットワーク、別の遠隔ユニット、又は位置決め解が決定されたその他のデバイスへ送信される。遠隔ユニットは、例えばＧＰＳ受信機のように、非ネットワークベースの信号を処理し、位置決め解を決定する場合に使用されるデータを収集するように構成されたナビゲーション受信機を含む。この収集されたデータは、無線ネットワーク、別の遠隔ユニット、又は位置決め解が決定されたその他のデバイスへ送信される。
無線通信システムにおける位置決めデバイスは、位置決め解を決定する場合に使用されるネットワーク信号及び非ネットワーク信号から生成されるデータを含む遠隔ユニットからの信号を受信するように構成されている。このデバイスは、少なくとも２つの位置決め解を決定するためにこのデータを処理し、その後、位置決め解のそれぞれの良度示数に基づいて、望ましい位置決め解を選択する。一つの実施例では、位置決めエンジンがこのデータを処理し、位置決め解を決定する。
この位置決めデバイスはまた、ネットワークベースのデータを用いて処理される位置決め解に基づいて取得支援データを生成し、この取得支援データを遠隔ユニットに送信する。このデータは、非ネットワークベースの信号を処理する場合に遠隔ユニットによって使用される。例えば、取得支援データは、ＧＰＳ信号を処理時の遠隔ユニットを支援することができる。
位置決めデバイスはまた、予め決定された位置決め解と、最終決定された位置決め解とを決定し、これら位置決め解のそれぞれの推定誤差に基づいて、遠隔ユニットの地理的位置として望ましい最終解を選択する。
ここでは、情報及び信号が、種々の異なる技術及び技法のうちの何れかを用いて表されうる。例えば、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光学場または光学微粒子、あるいはこれら何れかの組み合わせは、上述したデータ、命令情報、および信号を表すことができる。
更に、ここで開示された実施例に関連して記載された様々な説明的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子工学ハードウェア、コンピュータソフトウェア、あるいはこれらの組み合わせとして実現される。ハードウェアとソフトウェアとの相互互換性を明確に説明するために、様々に例示された部品、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能に関して一般的に記述された。それら機能がハードウェアとして又はソフトウェアとして実現されているかは、特定のアプリケーション及びシステム全体に課せられている設計制約に依存する。
ここで開示された実施例に関連して記述された種々の説明的論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、アプリケーションに固有の集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）あるいはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートあるいはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア部品、又は上述された機能を実現するために設計された上記何れかの組み合わせを用いて実現又は実行されうる。汎用プロセッサとしてマイクロプロセッサを用いることが可能であるが、代わりに、従来技術によるプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、あるいは状態機器を用いることも可能である。プロセッサは、たとえばＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに接続された１つ以上のマイクロプロセッサ、またはこのような任意の構成である計算デバイスの組み合わせとして実現することも可能である。
ここで開示された実施例に関連して記述された方法や技術は、ハードウェアや、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールや、これらの組み合わせによって直接的に具現化される。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいはその他の型式の記憶媒体に収納されうる。 好適な記憶媒体は、プロセッサがそこから情報を読み取り、またそこに情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合される。または、記憶媒体はプロセッサに統合されうる。このプロセッサと記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在することができる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内に存在することもできる。あるいはこのプロセッサと記憶媒体は、ユーザ端末内のディスクリート部品として存在しうる。

Claims (12)

  1. ネットワークを介して無線通信する遠隔ユニットの地理的位置を決定する方法であって、
    前記遠隔ユニットは、基地局を介して、前記ネットワークに接続することができ、
    前記基地局は、前記遠隔ユニットに無線通信機能をサービス提供できる地理的範囲であるセクタを備え、
    前記方法は、
    ネットワークベースの測定値を含む第一の位置データセットを用いて、前記遠隔ユニットの第一の位置決め解を決定することと、
    衛星ベースの測定値を含む第二の位置データセットを用いて、前記遠隔ユニットの第二の位置決め解を決定することと、
    前記第一の位置決め解か、前記第二の位置決め解か、前記第一の位置決め解の測定値と前記第二の位置決め解の測定値とが結合された混成解かを、前記ネットワークベースの測定値および前記衛星ベースの測定値の良度示数の評価に基づいて選択することと
    を含み、前記ネットワークベースの測定値は、往復遅延測定値と、到着角度測定値と、到着時間差測定値とのうちの少なくともいずれかを含み、
    前記往復遅延測定値は、前記ネットワークから前記遠隔ユニットへ送信された信号が、前記遠隔ユニットから前記ネットワークへ戻るまでに要する時間である往復遅延を示し、
    前記到着角度測定値は、前記遠隔ユニットが存在するセクタにユニークな信号を識別することによって決定される、前記基地局から前記遠隔ユニットへ送信された信号の到着角度を示し、
    前記到着時間差測定値は、前記ネットワーク内の複数の異なる送信機から前記遠隔ユニットへと送信された各信号の到着時間の差を示す、方法。
  2. 前記選択することは、前記第二の位置決め解が、予め定めた値を超える推定誤差を有する場合には、前記混成解を選択し、そうでない場合には、前記第二の位置決め解を選択することを含み、
    前記推定誤差は、前記遠隔ユニットの予め決定された位置決め解が、少なくとも二つの種類の位置決め測定解を用いて決定された結果に基づいて判定される
    請求項１に記載の方法。
  3. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数は、水平推定位置誤差を含む方法。
  4. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数は、幾何学希釈誤差を含む方法。
  5. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数は、位置希釈誤差を含む方法。
  6. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数は、水平希釈誤差を含む方法。
  7. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数は、重み付けられた幾何学的希釈誤差を含む方法。
  8. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数は、解のユニットフォールト誤差を含む方法。
  9. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数は、測定値剰余大きさを含む方法。
  10. 請求項１に記載の方法において、
    前記良度示数の評価は、前記第一の位置決め解か、前記第二の位置決め解かを選択する際に、前記第一の位置決め解の誤差判定基準が、前記第二の位置決め解が選択される閾値よりも厳しい場合には、前記第一の位置決め解が選択され、厳しくない場合には、前記第二の位置決め解が選択される、方法。
  11. 請求項１に記載の方法において、
    前記第二の位置決め解は、グローバル・ポジショニング・システム解である方法。
  12. 請求項１に記載の方法において、
    前記遠隔ユニットは移動局である方法。
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